【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般土木建築分野で使用されるコンクリートを急結させて施工するセメント混和材、セメント組成物、及びその急結施工方法に関する。

【０００２】本発明におけるコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリート又はこれらのスラリーを総称していう。

【０００３】

【従来の技術とその課題】従来、コンクリートを急結させる技術としては、例えば、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩を主体とする粉状又は懸濁液状のセメント急硬材と、コンクリートとを、個別に圧送してから合流混合させて数分〜数十分で硬化させる技術が提案されている(特開昭50−16717号公報)。

【０００４】しかしながら、従来の技術で上記材料を使用することは、その硬化時間が短くても30秒程度であるため、施工上数秒での凝結を必要とするＮＡＴＭ工法(N
ew Austrian Tunnelling Method)の一次吹付けライニングや、これと同程度の時間でのゲル化を必要とするＮＴ
Ｌ工法(Nippon Tunnel Lining工法)の一次ライニングなどの新しい工法には、困難であった。

【０００５】そのため、このような新しい工法には、アルカリ金属のアルミン酸塩や炭酸塩を主体とした組成物やカルシウムアルミネートを主体とした組成物からなる粉体急結材、もしくは、アルカリ金属のアルミン酸塩と炭酸塩を溶解した液体急結材等が用いられてきた(特開昭59−156946号公報)。

【０００６】しかしながら、上記粉体急結材は定量圧送性が悪く、施工時における粉塵発生が多いという課題があり、また、液体急結材は強アルカリ性であるため、セメントの水和が抑制されて強度増進が期待できず、作業者への安全上の面からも課題が多いものであった。

【０００７】これに代わる材料として、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩を主体とした懸濁液状の急硬材が提案された(特開昭50−16717号公報)。 しかしながら、
この懸濁状の急硬材は、練り置き性を十分にするために、凝結遅延剤の使用は必須であり、しかも、合流混合させても上記課題の解決は得られず、さらには、懸濁状とするためのシステムが必要となり、これに伴う材料管理に時間を要するなどの課題を有するものであった。

【０００８】本発明者は、上記課題を解消すべく種々検討を重ねた結果、強度発現が遅くはじまるため、それ単独ではセメント急結材として使用されず、常にアルカリ炭酸塩と併用しなければならなかったアルカリ金属アルミン酸塩を単独に使用し、それと、カルシウムアルミネート等のセメント急結材と凝結遅延剤を含有して、数時間の作業時間を有するコンクリートとを、個別に圧送することにより、このコンクリートを数秒で急結できる知見を得て本発明を完成するに至った。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セメント急結材、凝結遅延剤、及びアルカリ金属アルミン酸塩を含有してなり、該凝結遅延剤がセメント急結材100重量部に対して、３〜30重量部であることを特徴とするセメント混和材であり、セメントと該セメント混和材からなるセメント組成物であり、さらには、セメント、セメント急結材、及び凝結遅延剤、さらに、必要に応じて骨材からなるコンクリート(Ａ)と、アルカリ金属アルミン酸塩を含有した液(Ｂ)とを、個別に圧送し、合流混合して急結施工することを特徴とするコンクリートの急結施工方法である。

【００１０】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１１】本発明に係るセメント急結材とは、化学成分としてCaO、Al ₂ O ₃ 、及びSO ₃を有効成分として含有するものであり、CaOをC、Al ₂ O ₃をAとすると、C ₁₂ A ₇ 、C ₁₁
A ₇ CaF ₂ 、CA、CA ₂及びC ₃ A等を主成分とするカルシウムアルミネート類、又は、これらカルシウムアルミネート類と、例えば、セッコウや硫酸ナトリウムなどの無機硫酸塩との混合物又はそれらの溶融生成物であり、結晶質、
非晶質いずれも使用可能である。 これらのうち、C ₁₂ A ₇
やC ₁₁ A ₇ CaF ₂の組成を有する物を高温溶融して急冷し、
非晶質としたカルシウムアルミネート類とII型無水セッコウとの混合物が最も急結性が良く好ましい。 また、冶金スラグ、Na ₂ OやK ₂ Oなどのアルカリ含有鉱物も利使用能である。

【００１２】カルシウムアルミネート類の粉末度は、ブレーン比表面積2,000cm ² /g以上が好ましく、3,000〜5,0
00cm ² /gがより好ましい。

【００１３】また、無機硫酸塩の粉末度は、ブレーン比表面積2,000cm ² /g以上が好ましく、3,000〜8,000cm ² /g
がより好ましい。

【００１４】セメント急結材の使用量は、使用目的によって決定されるものであるが、通常セメント100重量部に対して、５〜50重量部が使用可能であり、目的によって、５〜30重量部が好ましいことがある。

【００１５】セメント急結材中の無機硫酸塩の配合量は、カルシウムアルミネート類100重量部に対して、無機硫酸塩50〜150重量部が好ましい。

【００１６】ここで、セメントとしては、普通、早強、
及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグ、シリカ、又はフライアッシュを混合した各種混合セメントなどが使用可能である。

【００１７】本発明に係る凝結遅延剤は、コンクリートとセメント急結材の反応を１時間以上保持するために必要であり、具体的には、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、
及びグルコン酸等の有機ヒドロキシカルボン酸又はその塩や、ショ糖、並びに、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩等が挙げられる。

【００１８】凝結遅延剤の使用量は、種類によってコンクリートの作業時間を変化させるので、特に限定できるものではないが、通常は、セメント急結材100重量部に対して、３〜30重量部が好ましく、例えば、グルコン酸ナトリウムと炭酸カリウムを使用した場合は、セメント急結材100重量部に対して、３〜20重量部が好ましく、
５〜15重量部がより好ましい。 ここで、グルコン酸ナトリウムと炭酸カリウムの割合は、特に限定されるものではないが、炭酸カリウム100重量部に対して、グルコン酸ナトリウム10〜50重量部が好ましく、30重量部程度が特に好ましい。

【００１９】本発明における凝結遅延剤の混合方法は、
特に制限されるものではないが、コンクリートの混練り水にあらかじめ凝結遅延剤を溶解させ、その後、セメントとセメント急結材を投入し、必要に応じ骨材を投入してコンクリートとすることが好ましい。

【００２０】ここで、使用する水の量は、施工目的によって異なるが、初期強度の向上を目的とした場合は、水セメント比50〜100％が好ましく、注入性や浸透性の向上を目的とする場合は、水セメント比100〜300％でも使用可能である。

【００２１】本発明に係るアルカリ金属アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどが挙げられるが、液状として使用する場合は溶解度が大きいアルミン酸カリウムの使用が好ましい。

【００２２】本発明においては、アルカリ金属アルミン酸塩は液状、又は、一度アルカリ金属アルミン酸塩溶液を乾燥し、例えば固形分50％のスラリー状で使用することも可能である。

【００２３】アルカリ金属アルミン酸塩が液状の場合、
アルミン酸ナトリウム又はアルミン酸カリウムのNa ₂ O/A
l ₂ O ₃又はK ₂ O/Al ₂ O ₃のモル比は1.5以上であるが、ゲル化時間や凝結時間を数秒程度とするには、1.5〜2.0が好ましい。 また、Na ₂ O/Al ₂ O ₃又はK ₂ O/Al ₂ O ₃のモル比が1.0の場合は、100℃でも溶解せずスラリー状となる。 このスラリーを乾燥して、使用時に水に懸濁させた状態で添加しても同様の効果が得られる。

【００２４】液状アルカリ金属アルミン酸塩は、NaOH液又はKOH液とAl(OH) ₃をNa ₂ O/Al ₂ O ₃又はK ₂ O/Al ₂ O ₃のモル比が1.5〜2.0となるように配合し、100℃で加熱溶解し、50％液濃度に調整するが、液状として貯蔵する場合は液状アルミン酸カリウムが好ましい。

【００２５】アルカリ金属アルミン酸塩の使用量は、セメントとセメント急結材の合計100重量部に対して、アルカリ金属アルミン酸塩として0.5〜５重量部が好ましく、0.5〜３重量部がより好ましい。 0.5重量部未満では
10秒以内でゲル化、凝結させることが困難であり、５重量部を越えて使用しても急結効果は向上せず、その後の強度性状に悪影響をあたえるばかりか、耐久性の面で課題が多くなる可能性がある。

【００２６】また、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ炭酸塩とを溶解した液は、アルカリ炭酸塩が遅延効果を示し、本発明の目的とする凝結時間内では全く効果が認められない。 しかし、数分で凝結させる目的の場合は適用可能である。 アルカリ金属アルミン酸塩は、セメント急結材を配合してないコンクリートに添加しても効果は得られにくい。

【００２７】コンクリートのゲル化もしくは凝結する時間を数秒程度とする方法は、特に限定されるものではないが、例えば、吹付けノズル先端から３〜５ｍ手前で、
コンクリート圧送ホース中の、セメントとセメント急結材と凝結遅延剤等を混合した急硬性のコンクリートに、
例えば、ＮＡＴＭ工法などで用いられているインレットピースを用いて、７kgf/cm ²程度の高圧空気や50〜100kg
f/cm ²程度の高圧水で圧入添加する方法、単にインレットピースにポンプで圧入し、管中にセットされたスパイラル状のミキサーを油圧で回転させて混合する方法、地盤改良工法などにおけるＹ字管や二重管を用いて、一方の液を内管に、他方の液を内管と外管との間隙部に注入し、二重管の先端部又は二重管から流れ出た空中部で合流させる二重管工法、さらには、２本のパイプを近接させ、しかも空中で速やかに合流できるようにその２本のパイプを配置しておく方法等が使用可能である。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明する。

【００２９】実施例１ セメント、非晶質のカルシウムアルミネート類と無機硫酸塩との等重量混合物(真比重2.9)よりなるブレーン値
5,500cm ² /gのセメント急結材、及び凝結遅延剤を、表１
に示す配合で混合し、セメント、セメント急結材、及び凝結遅延剤の固形分が100kg/200リットルとなるように水を混合してセメントペーストスラリーを調整した。 調整したセメントペーストスラリーと、アルカリ金属アルミン酸塩としての50％濃度のアルミン酸カリウム液を混合後、ゲル化する時間を測定した。 結果を表１に併記する。

【００３０】＜使用材料＞ カルシウムアルミネート類：C ₁₂ A ₇ 、非晶質、ブレーン値3,800cm ² /g 無機硫酸塩 ：II型無水セッコウ、ブレーン7,500cm ² /g 凝結遅延剤 ：旭硝子社製試薬一級炭酸カリウム100重量部と、藤沢薬品社製試薬一級グルコン酸ナトリウム30
重量部との混合品 アルカリ金属アルミン酸塩：50％アルミン酸カリウム液 セメント：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント、真比重3.15 水 ：水道水

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、セメントペーストスラリーのゲル化時間は１〜２時間であり、これにアルミン酸カリウム液を添加することにより、無添加に比較してかなりゲル化時間を短縮することが可能となる。
なお、セメントのみのペーストスラリーにアルミン酸カリウム液を添加してもゲル化はしなかった。

【００３３】実施例２ セメント砂比１：３で、水・セメント比55％のモルタル配合において、セメント、セメント急結材、及び凝結遅延剤を表２に示すように配合し急硬モルタルを調整した。 調整した急硬モルタルとアルミン酸カリウム液を添加混合後、ゲル化時間とその後のプロクター貫入抵抗値を測定したこと以外は実施例１と同様に行なった。 結果を表２に併記する。

【００３４】＜使用材料＞ 砂：姫川産天然砂、ＦＭ2.8

【００３５】

【表２】

【００３６】表２から明らかなように、アルミン酸カリウム液を添加することにより、無添加に比較して、かなりゲル化時間を短縮することができ、プロクター貫入抵抗値を測定した場合、数分で終結し、その後の強度発現性も良好である。 なお、セメントのみのモルタルにアルミン酸カリウム液を添加した場合、ゲル化はするものの、プロクター貫入抵抗値は測定できなかった。

【００３７】

【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用することにより、ゲル化時間やコンクリートの凝結時間が短縮され、かつ、作業環境や作業性が改善され、従来適用できなかったＮＡＴＭ工法における一次吹付けライニング工法やＮＴＬ工法における一次ライニング工法、地盤改良工法、及びアンカー工法等に適用可能となった。