TWI465410B - The use of blast furnace cement for the improvement of the slurry composition and the use of its soil cement slurry modulation method - Google Patents

The use of blast furnace cement for the improvement of the slurry composition and the use of its soil cement slurry modulation method Download PDF

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Description

使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物及使用其之土壤水泥漿料之調製方法
本發明係關於使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物及使用其之土壤水泥漿料之調製方法。近年來，關於二氧化碳排放量削減與能量消耗效率改善的要求正日益高漲。有鑑於該實情，在擋土工程、地下截水工程、軟弱地盤的改良工程等方面，亦使從煉鐵廠所副生產的高爐水碎熔渣依高爐熔渣微粉末的形式，有效利用作為高爐水泥的原料。一般在施行如上述的地盤改良時，係在地盤中，將混合了由水泥系固化材與水的水泥漿料(水泥乳漿)注入於地盤中，並使用鑿孔混練機械在原位置處與土壤進行攪拌混合，此處係使用高爐水泥作為水泥系固化材。高爐水泥係在普通卜特蘭水泥中混合入高爐熔渣微粉末而製造，JIS-R5211規格中，依照高爐熔渣微粉末的份量，區分為：A種(5%超~30%)、B種(30%超~60%)及C種(60%超~70%)等3種類，在實際施行地盤改良的領域中，大多使用性能均衡佳的高爐水泥B種。在地盤改良方面，高爐水泥B種一般係在地盤1m3 中依100~400kg比例混入，但因為在工場中為了製造1噸高爐水泥B種將會排放出約400kg二氧化碳，因此為了使用高爐水泥B種進行地盤1m3 的改良，除了有因施工機械運轉與材料搬運等所生成的二氧化碳排放之外，尚排放出40~160kg二氧化碳。因而，在施行地盤改良的領域中，在確保施工性，且經改良的地盤具有必要強度的前提下，係要求藉由依更高比例使用高爐熔渣微粉末，以抑制二氧化碳生成的技術出現。本發明係關於因應此項要求的使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物、及使用其之土壤水泥漿料之調製方法。
習知，相關在地盤改良時使用卜特蘭水泥的情況之影響，已報各有：因為卜特蘭水泥若與水接觸則生成氫氧化鈣而呈鹼性，若將其使用於地盤改良，則地盤的pH上升至10左右，而對植物的生育等造成不良影響，且如壤土層(loam layer)般之含水比較低的地盤之改良，若使用卜特蘭水泥，則卜特蘭水泥中所含的六價鉻容易溶出，而對環境造成不良影響等(例如參照非專利文獻1)。另外，亦有對地盤改良時所使用之水泥漿料的流動性進行改善之提案(例如參照專利文獻1~3)，以及亦可適用於地盤改良之使用高爐熔渣等的水硬性組成物之提案(例如參照專利文獻4~8)等，但相關對二氧化碳排放量降低具貢獻的具體報告與提案仍尚未出現。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平11-256161號公報
[專利文獻2]日本專利特開2000-169209號公報
[專利文獻3]日本專利特開2006-298726號公報
[專利文獻4]日本專利特開昭62-158146號公報
[專利文獻5]日本專利特開昭63-2842號公報
[專利文獻6]日本專利特開平1-208354號公報
[專利文獻7]日本專利特開平10-114555號公報
[專利文獻8]日本專利特開2002-241152號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]「利用水泥系固化材施行的地盤改良便覽」，水泥協會編，1984年、第42-44頁。
本發明所欲解決的問題在於提供：以地盤改良工程中能確保施工性，且地盤硬化體具有必要強度為前提，藉由依較目前更高之比例使用高爐熔渣微粉末，而抑制二氧化碳生成的地盤改良用漿料組成物、及使用其之土壤水泥漿料之調製方法。
但是，本發明者等人為了解決上述問題而經深入鑽研，結果發現，將依高比例含有高爐熔渣微粉末、並因此而依低比例含有卜特蘭水泥的特定高爐水泥，與摻料劑一起使用的地盤改良用漿料組成物，及使用其之土壤水泥漿料之調製方法，係屬正確而適當。
即，本發明的使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物，係至少含有水泥、水及摻料劑而構成者，其特徵在於：水泥係使用下述高爐水泥，並將水/該高爐水泥的質量比調製為40~250%，又，該高爐水泥每100質量份中，依0.1~5質量份之比例含有摻料劑。
高爐水泥：由粉末度3000~13000cm2 /g的高爐熔渣微粉末與卜特蘭水泥所構成，且依該高爐熔渣微粉末為60~80質量%、及卜特蘭水泥為20~40質量%(合計100質量%)的比例含有之高爐水泥。
再者，本發明的土壤水泥漿料之調製方法，其特徵在於：依土壤每1m3 中為300~1200kg之比例使用本發明的使用了高爐水泥之地盤改良用漿料組成物。
本發明的使用了高爐水泥之地盤改良用漿料組成物(以下稱為「本發明漿料組成物」)，係至少含有水泥、水及摻料劑而構成。本發明之漿料組成物係使用特定的高爐水泥作為水泥，該高爐水泥係依粉末度3000~13000cm2 /g的高爐熔渣微粉末為60~80質量%、及卜特蘭水泥為20~40質量%(合計100質量%)的比例含有，較佳係依高爐熔渣微粉末為64~76質量%、及卜特蘭水泥為24~36質量%(合計100質量%)的比例含有。
上述高爐熔渣微粉末係使用粉末度3000~13000cm2 /g者，較佳係使用3000~8000cm2 /g者，更佳係使用3500~6500cm2 /g者。若使用粉末度脫離3000~13000cm2 /g範圍者，則所調製之漿料組成物的流動性變差，使用其的地盤強度顯現降低。又，本發明中，粉末度係依布萊恩法所獲得之比表面積所表示。
卜特蘭水泥可舉例如：普通卜特蘭水泥、早強卜特蘭水泥、中熱卜特蘭水泥等，較佳為通用的普通卜特蘭水泥。
本發明之漿料組成物中，係將水/高爐水泥的質量比調製為40~250%，較佳係調製為45~230%。若該質量比大於250%，則地盤的強度降低變大，反之，若該質量比小於40%，則土壤水泥漿料的流動性降低。又，本發明之漿料組成物中，係高爐水泥每100質量份中，含有0.1~5質量份之摻料劑的比例使用。又，本發明中，水/高爐水泥的質量比係依(所使用水的質量/所使用高爐水泥的質量)×100進行求取。
本發明之漿料組成物中，作為摻料劑有如習知公知之土壤水泥用所使用者。可舉例如：流動化劑、硬化促進劑、消泡劑等。
流動化劑並無特別的限定，較佳係由將α-烯烴與順丁烯二酸酐的共聚物施行鹼水解，且質量平均分子量(GPC法，聚三葡萄糖換算，以下亦同)2000~70000的水溶性乙烯基共聚物之鹼金屬鹽所構成者，其中更佳為由將碳數3~8之α-烯烴與順丁烯二酸酐的共聚物施行鹼水解之水溶性乙烯基共聚物的鹼金屬鹽所構成者，特佳為由將異丁烯與順丁烯二酸酐的共聚物施行鹼水解之水溶性乙烯基共聚物的鹼金屬鹽所構成者。
流動化劑較佳係由質量平均分子量1500~50000的聚丙烯酸之鹼金屬鹽所構成者，此亦可與上述水溶性乙烯基共聚物的鹼金屬鹽組合使用。以上所說明之流動化劑的使用量，係高爐水泥每100質量份中，較佳設為0.1~4質量份的比例，更佳設為0.3~3質量份的比例。
硬化促進劑可舉例如：碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰等碳酸鹼金屬鹽。其中，從經濟性的觀點而言，較佳為碳酸鈉。該硬化促進劑係用於提高將本發明之漿料組成物注入於地盤並施行鑿削攪拌而獲得之地盤硬化體的強度顯現性。硬化促進劑的使用量係高爐水泥每100質量份中，較佳設為0.3~4質量份的比例，更佳設為0.5~3質量份的比例。
消泡劑並無特別的限定，可舉例如：聚烷二醇單烯基(或烷基)醚、改質聚二甲基矽氧烷、磷酸三烷基酯等消泡劑。其中，從經濟性及效果顯現程度的觀點而言，較佳為由聚烷二醇單烯基醚所構成的消泡劑。消泡劑係用於消除調製本發明之漿料組成物時因起泡所造成的困擾，同時用於為抑制將該漿料組成物注入至地盤並施行鑿削攪拌時發生的空氣捲入，提高所獲得之地盤硬化體的強度顯現性。消泡劑的使用量係高爐水泥每100質量份中，較佳設為0.001~0.1質量份的比例，更佳設為0.002~0.01質量份的比例。
本發明漿料組成物可依公知方法進行調製。例如可依照將高爐水泥、摻料劑及水的各既定量，投入於拌合機中並施行攪拌混合的方法予以調製。此時，在不致損及本發明效果的範疇內，視需要亦可添加膨潤土、纖維等添加材、或者凝結延遲劑或硬化促進劑等添加劑。
本發明之土壤水泥漿料的流動化方法中，係將以上所說明的本發明之漿料組成物，配合所要求的土壤水泥漿料之流動性及地盤硬化體之強度，而與土壤混合作成土壤水泥漿料。此時，本發明之漿料組成物係依土壤每1m3 中為300~1200kg之比例使用，但較佳係依400~1100kg之比例使用。
(發明效果)
若根據本發明，在地盤改良工程時，藉由將作為水泥之特定高爐水泥與摻料劑一起使用，則具有可抑制二氧化碳排放量，且能抑制所調製之土壤水泥漿料的經時流動性降低，可確保良好施工性，同時可顯現出地盤硬化體所必要之強度的效果。
以下，為使本發明的構成及效果更加具體，而列舉實施例等，惟本發明並不侷限於該實施例。另外，以下實施例等中，在未特別聲明的前提下，「%」係指質量%，且「份」係指質量份。
[實施例]
試驗區分1(作為摻料劑的流動化劑之調製)
在具備攪拌機的燒瓶中，投入水145g及30%濃度苛性鈉470g之後，一邊在將內溫保持於60℃之下施行攪拌，一邊徐緩添加異丁烯與順丁烯二酸酐的共聚物(KURARAY公司製，商品名ISOBAM 600)395g，而進行水解，獲得共聚物的鹼金屬鹽。將其利用GPC進行分析，結果屬於質量平均分子量23000，且由異丁烯與順丁烯二酸酐的共聚物之鈉鹽所構成的水溶性乙烯基共聚物的鈉鹽(p-1)。依同樣的方法調製流動化劑(p-2)與(p-3)。
包括上述流動化劑在內，將本發明所使用之作為摻料劑用的流動化劑、硬化促進劑及消泡劑，整理如表1。
試驗區分2(高爐水泥之調製)
依表2所記載之摻合條件，使用高爐熔渣微粉末及卜特蘭水泥，調製高爐水泥，獲得高爐水泥(S-1)~(S-4)及(R-1)~(R-3)。
表2中，
sg-1：粉末度4100cm2 /g的高爐熔渣微粉末
sg-2：粉末度5900cm2 /g的高爐熔渣微粉末
sg-3：粉末度1020cm2 /g的高爐熔渣微粉末
pc-1：普通卜特蘭水泥
pc-2：早強卜特蘭水泥
試驗區分3(地盤改良用漿料組成物之調製)
[實施例1~8及比較例1~6]
依照表3所記載之調配條件，在盆式強制攪拌拌合機中投入表2所記載之高爐水泥及攪拌混合水(自來水)的各既定量，且投入作為摻料劑的表1所記載之流動化劑、硬化促進劑、消泡劑之各既定量，施行攪拌混合，調製得各例的地盤改良用漿料組成物。
表3中，
高爐水泥種類：表2所記載物
流動化劑、硬化促進劑及消泡劑的種類：表1所記載物
流動化劑、硬化促進劑及消泡劑的使用量：高爐水泥每100質量份中的固形份之質量份
*1：高爐水泥B種(密度=3.04g/cm3 、布萊恩值3850cm2 /g)
試驗區分4(土壤水泥漿料之調製及評估)
實施例9~16及比較例7~12
‧土壤水泥漿料之調製
使用依試驗區分3所調製之各例之地盤改良用漿料組成物，依如下述調製土壤水泥漿料，並施行評估。將目標的單軸壓縮強度假設成材齡28日達5N/mm2 以上，決定土壤每1m3 中的地盤改良用漿料組成物之含有量(kg)摻合。將依試驗區分3所調製得之地盤改良用漿料組成物的既定量，投入於哈伯特拌合機(Hobert mixer)中後，添加具有表4所記載之物性值的土壤(鑿削地盤所獲得依黏性土/矽砂=3/1(質量比)進行混合的混合土)，並進行混合，而調製表5所記載之各例土壤水泥漿料。各例土壤水泥的摻合條件係如表5所記載。
‧所調製之土壤水泥漿料的物性評估
針對所調製之各例的土壤水泥漿料，如下述求取剛攪拌混合後的流度值、攪拌混合後經90分鐘後的流度值、空氣量、及單軸壓縮強度，結果整理如表5所示。又，亦一併表示二氧化碳排放量。
‧流度值：根據JIS-R5201，在剛攪拌混合後、及經90分鐘後，均施行流度試驗，測定15次落差後的流度值(mm)。
‧空氣量：根據JIS-A6201(1977年版)求取。
‧單軸壓縮強度試驗：根據JIS-A1108，針對使用直徑50mm×高100mm的模框進行成形的成形品，測定材齡28日的壓縮強度(N/mm2 )。
表5中，
注入量：土壤每1m3 中的地盤改良用漿料組成物之注入量(kg)
注入率：土壤每1m3 中的地盤改良用漿料組成物之注入比例(容積%)
高爐水泥含有量：土壤每1m3 中的高爐水泥含有量(kg)
二氧化碳排放量：改良土壤1m3 時的二氧化碳排放量(kg)。其中，由卜特蘭水泥使用量進行計算的值。
由表5中得知，依各實施例所調製之土壤水泥漿料，特徵在於相較於自習知起所採用之使用了高爐水泥B種的比較例16，在改良土壤1m3 時的碳酸氣體排放量較少，且可獲得流度值均達200mm以上的良好流動性及流動保持性，同時獲得亦充分滿足目標之單軸壓縮強度的結果。

Claims (7)

  1. 一種使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物，係至少含有水泥、水及摻料劑而構成者，其特徵在於：使用下述高爐水泥作為水泥，並使用下述摻料劑作為摻料劑，將水/該高爐水泥的質量比調製為40~250%，又，於該高爐水泥每100質量份中依0.1~5質量份之比例含有該摻料劑；高爐水泥：由粉末度3000~13000cm2 /g的高爐熔渣微粉末與卜特蘭水泥所構成，且依該高爐熔渣微粉末為64~76質量%及卜特蘭水泥為24~36質量%(合計100質量%)的比例含有之高爐水泥；摻料劑：含有下述流動化劑、下述硬化促進劑及下述消泡劑的摻料劑；流動化劑：選自將α-烯烴與順丁烯二酸酐的共聚物施行鹼水解且質量平均分子量2000~70000的水溶性乙烯基共聚物之鹼金屬鹽及質量平均分子量1500~50000的聚丙烯酸之鹼金屬鹽的一種或二種以上；硬化促進劑：碳酸鹼金屬鹽；消泡劑：聚烷二醇單烯基醚。
  2. 如申請專利範圍第1項之使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物，其中，高爐熔渣微粉末係粉末度3500~6500cm2 /g者。
  3. 如申請專利範圍第2項之使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物，其中，卜特蘭水泥係普通卜特蘭水泥。
  4. 如申請專利範圍第1項之使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物，其中，水/高爐水泥的質量比係調製為45~230%。
  5. 如申請專利範圍第3項之使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物，其中，水/高爐水泥的質量比係調製為45~230%。
  6. 一種土壤水泥漿料之調製方法，係依土壤每1m3 中為300~1200kg之比例使用申請專利範圍第4項之使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物。
  7. 一種土壤水泥漿料之調製方法，係依土壤每1m3 中為300~1200kg之比例使用申請專利範圍第5項之使用高爐水泥之地盤改良用漿料組成物。
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