【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるグラウト用のセメント混和材及びセメント組成物に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】セメントは安価に大きな構造物をつくり出すことができることから、広範囲に使用される材料であるが、収縮するという課題を有しており、この収縮を補う目的で、数多くのセメント混和材が提案されている(特開昭53-13650号公報や特開昭53-31170号公報など)。 これらのセメント混和材は、膨張性を付与するものであり、セメントの収縮を補うことに関して優れている材料である。

【０００３】また、グラウト用セメント混和材としては、通常の膨張物質と流動化剤とを主成分とするものなどが提案された(特公昭48-9331号公報や特公昭56-6381
号公報など)。 しかしながら、これらの材料はいずれも、作業性や充填性に優れ、グラウト工事を円滑に完了させる材料であるが、最近では、グラウト材料に要求される物性が著しく高まっており、これら要求物性を満足できない場合が生じているのが実状であった。

【０００４】グラウト材の要求物性としては、無収縮であること、流動性が良好であり、その保持性が優れていること、及びブリージングがないこと等が挙げられ、これら全ての要求物性を満足することが要求されている。

【０００５】最近では、流動性の改善やブリージングの防止を目的として、微粉砕した高炉スラグやフライアッシュなどの潜在水硬性物質を配合したセメント組成物が積極的に使用されている。 しかしながら、従来のグラウト用セメント混和材は、潜在水硬性物質を配合したセメント組成物に混和しても十分な膨張性が発揮されず、無収縮性に乏しく、目的とする構造物との一体化を図ることができないという課題があった。

【０００６】本発明者は、前記課題を解決すべく、種々検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することにより、前記課題が解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、CaO原料とCaF ₂原料とを含む混合物を熱処理して生成する膨張物質であって、CaOとCaF ₂とを有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中のCaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100
重量部中10〜30重量部であるブレーン値4,000cm ² /g以上の膨張物質と、流動化剤とを含有してなるグラウト用のセメント混和材であり、該膨張物質と、非晶質カルシウムアルミネートと、流動化剤とを配合してなるグラウト用のセメント混和材であり、セメントと該グラウト用のセメント混和材とからなるセメント組成物である。

【０００８】以下、本発明をさらに詳しく説明する。

【０００９】本発明で使用する膨張物質の原料は、純度やコストにより、任意に選択されうるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、CaO原料としては、石灰石や消石灰などのCaCO ₃質やCa(OH) ₂質などが、
また、CaF ₂原料としては、天然に産出するホタル石や工業副産物としてのCaF ₂などが挙げられる。 原料中に存在するSiO ₂ 、Fe ₂ O ₃ 、CaSO ₄ 、MgO、及びTiO ₂等の不純物混入は、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲内では特に限定されるものではない。

【００１０】本発明における原料の配合割合は、生成物である膨張物質のCaF ₂が、CaOとCaF ₂の合計100重量部中
10〜30重量部となるようにすることが必要であり、15〜
25重量部となるようにすることが好ましい。 CaF ₂が10重量部未満では、強度発現性が低下する場合があり、30重量部を超える量では、十分な寸法安定性が得られない場合がある。

【００１１】本発明では、原料の混合物の配合比や不純物の含有量により、CaF ₂の分解温度が大きく変化するため、焼成時の焼成温度は特に限定されるものではないが、通常、焼成温度は1,000〜1,450℃程度が好ましい。
原料の混合方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が可能である。 膨張物質を製造する熱処理方法としては特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルンによる焼成や電炉による溶融などのいずれの方法も可能である。

【００１２】膨張物質の粒度は、ブレーン値で4,000cm ²
/g以上であり、5,000〜9,000cm ² /gが好ましく、6,000〜
7,000cm ² /gがより好ましい。 4,000cm ² /g未満ではブリージングが発生しやすく、9,000cm ² /gを越えると、9,000c
m ² /gを越えるまで粉砕することが困難であり、その使用効果の増加が期待できない傾向がある。

【００１３】本発明で使用する流動化剤とは、セメント混練物に流動性を付与するものであって、例えば、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物、ポリカルボン酸塩、及びデキストリン等が挙げられる。 具体的には、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物として、第一工業製薬社製商品名「セルフロー110P」や出光石油化学社製商品名「ＩＰＣ」などが、また、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物として、
花王社製商品名「マイティー100」や三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンＰ」などが、そして、ポリカルボン酸塩として、三菱化成社製商品名「クインフロー750」等が挙げられる。 デキストリンとは、デンプンを酸と共に加熱分解し冷水可溶としたものをいい、別名ばい焼デキストリンとも呼ばれるものである。 これらの流動化剤は全て粉末状で使用することができ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。

【００１４】本発明の流動化剤の配合量は、各々の材料によって一義的には決定できないが、通常、膨張物質と流動化剤からなる、また、膨張物質、後記非晶質カルシウムアルミネート、及び流動化剤からなるグラウト用のセメント混和材100重量部中0.5〜13重量部が好ましく、
２〜10重量部がより好ましい。 0.5重量部未満では流動性が十分に得られない場合があり、13重量部を超えて使用すると、強度発現性が悪くなる恐れがある。

【００１５】本発明で使用する非晶質カルシウムアルミネートは、CaO原料とAl ₂ O ₃原料とを溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕することによって得られる。 溶融温度は、不純物によって変化するが、1,500〜1,700℃
が好ましい。 非晶質カルシウムアルミネートは、そのCa
O含有量が35〜45重量％のものが好ましい。 CaO含有量が
35重量％未満では膨張性が不十分になる場合があり、45
重量％を超えると流動性が低下して作業性が悪くなる恐れがある。 非晶質カルシウムアルミネートの粒度は特に限定されるものではなく、ブレーン値で2,000〜6,000cm
² /gが好ましい。 2,000cm ² /g未満では十分な寸法安定性が得られない場合があり、6,000cm ² /gを超えると流動性が悪くなる恐れがある。

【００１６】非晶質カルシウムアルミネートの使用量は、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネート、及び流動化剤からなるグラウト用のセメント混和材100重量部中10〜40重量部が好ましく、20〜30重量部がより好ましい。 10重量部未満では強度発現性が悪くなる場合があり、40重量部を超えると、十分な寸法安定性が得られない場合がある。

【００１７】本発明において、膨張物質と流動化剤、又は、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネート、及び流動化剤をグラウト用のセメント混和材として使用する。
本発明のグラウト用のセメント混和材の使用量は、使用する目的により異なるが、通常、セメントとグラウト用のセメント混和材との合計100重量部中３〜15重量部が好ましく、５〜12重量部がより好ましい。 ３重量部未満では十分な寸法安定性が得られない場合があり、15重量部を越えると過膨張する場合がある。

【００１８】ここで、セメントとしては、普通、早強、
超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントにポゾラン物質を混合した各種混合セメント、並びに、アルミナセメント等が挙げられるが、特に混合セメントに本発明のグラウト用のセメント混和材を使用するとその効果が顕著である。

【００１９】また、セメントに潜在水硬性物質を併用したものを使用することは、材料分離抵抗性の増大やブリージング防止などの面から好ましい。

【００２０】ここで、潜在水硬性物質とは、自らは水硬性を持たず、アルカリと反応して水硬性を発揮するポゾラン物質を示し、具体的には、高炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカヒュームやシリカフラワー等が挙げられる。 本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。 潜在水硬性物質の配合量は特に限定されるものではないが、通常、セメントとグラウト用のセメント混和材からなるセメント組成物の合計100重量部に対し、80重量部未満とすることが好ましい。 潜在水硬性物質の配合量が80重量部を超えると、初期の強度発現性が悪くなる恐れがある。

【００２１】本発明のグラウト用のセメント混和材又はセメント組成物を用いて、セメント混練物を製造する際に使用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等が使用可能である。 また、前記材料の混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

【００２２】本発明では、セメントとグラウト用のセメント混和材の他に、凝結調整剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、
高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、砂や砂利などの骨材、セメント急硬材、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、ベントナイト等の粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイト等のイオン交換体、硫酸アルミニウムや硫酸ナトリウムなどの無機硫酸塩、無機リン酸塩、ホウ酸、並びに、アルミニウム粉や鉄粉などの金属粉等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

【００２４】実施例１ CaO原料として石灰石粉を、CaF ₂原料としてホタル石を使用し、その混合物を最高焼成温度1,300℃で、ロータリーキルンを用いて焼成し、得られたクリンカーを粉砕し、ブレーン値7,000±200cm ² /gに調整して各膨張物質を得た。 セメント93重量部に、膨張物質90重量部、流動化剤ａ8.5重量部、及び流動化剤ｂ1.5重量部からなるグラウト用のセメント混和材(以下セメント混和材という)
を、セメントとセメント混和材との合計100重量部中７
重量部混合し、さらに、細骨材100重量部と、水35重量部とを混合し、モルタルを作製した。 作製したモルタルの、混練から30分後のＪ ₁₄ロート値を測定し、ブリージングの有無を観察し、４×４×16cmの供試体を作製して圧縮強度と膨張率を測定した。 結果を表１に示す。 なお、１日材令測定後は水中養生を行った。 また、膨張物質の組成は、JIS R 5202に従って、CaOとF ₂量を分析し、さらにF ₂量をCaF ₂に換算して求めた。

【００２５】＜使用材料＞ CaO原料 ：電気化学工業社青海鉱山産石灰石粉末、4,
230cm ² /g CaF ₂原料 ：松下鉱産社製天然ホタル石粉末 セメントα：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント 細骨材 ：新潟県姫川産、比重2.63 流動化剤ａ：第一工業製薬社製商品名「セルフロー110P」
主成分ポリアルキルアリルスルホン酸塩 流動化剤ｂ：三洋化成社製商品名「クインフロー750」主成分ポリカルボン酸塩 水 ：水道水

【００２６】＜測定方法＞ Ｊ ₁₄ロート値：土木学会基準のＪロートによるコンシステンシーの測定に準じ測定 ブリージング：JIS A 1123に準じて測定 圧縮強度 ：供試体の材令１日の圧縮強度 膨張率 ：土木学会「膨張コンクリート設計施工指針
(案)」、付録２． 「膨張材を用いた充填モルタルの施工要領(案)」を示す付属書「膨張材を用いた充填モルタルの膨張率測定方法」に従い測定した初期膨張収縮率ただし、
表中の−は収縮側、＋は膨張側を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例２ セメントに高炉セメントを用いたこと以外は実施例１と同様に行った。 結果を表２に示す。

【００２９】＜使用材料＞セメントβ：電気化学工業社製高炉セメント（Ｂ種）

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例３ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を粉砕し、粒度を変化したこと以外は、実施例２と同様に行った。 結果を表３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】実施例４ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を使用し、流動化剤の種類と量を変化したこと以外は実施例２と同様に行った。 結果を表４に示す。 ただし、流動化剤の量を変化させる場合は、セメント混和材の量を一定とし、膨張物質の量を増減した。

【００３４】＜使用材料＞ 流動化剤ｃ：花王社製商品名「マイティー100」主成分ナフタレンスルホン酸塩 流動化剤ｄ：日本コンスターチ社製商品名「HIDEX106」主成分デキストリン

【００３５】

【表４】

【００３６】実施例５ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を使用し、流動化剤ａ8.5重量部と流動化剤ｂ1.5重量部とからなる流動化剤の量を変化したこと、また、
流動化剤ａ8.5重量部と流動化剤ｂ1.5重量部とからなる流動化剤を使用したこと以外は実施例２と同様に行った。 結果を表５に示す。 ただし、流動化剤の量を変化させる場合は、セメント混和材の量を一定とし、膨張物質の量を増減した。

【００３７】

【表５】

【００３８】実施例６ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を使用し、セメントとセメント混和材の合計100重量部に対するセメント混和材の量を変化させたこと以外は実施例２と同様行った。 結果を表６に示す。

【００３９】

【表６】

【００４０】実施例７ セメント93重量部に、膨張物質65重量部、非晶質カルシウムアルミネート(Ａ−ＣＡ)イ25重量部、流動化剤ａ8.
5重量部、及び流動化剤ｂ1.5重量部からなるセメント混和材を、セメントとセメント混和材の合計100重量部中７重量部混合したこと以外は実施例１と同様に行った。
結果を表７に示す。

【００４１】＜使用材料＞ CaO原料 ：炭酸カルシウム、試薬１級 Al ₂ O ₃原料 ：酸化アルミニウム、試薬１級 Ａ−ＣＡイ：CaO／Al ₂ O ₃のモル比が10：８になるように
CaO原料とAl ₂ O ₃原料とを配合した混合物を、1,650℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕したもの、
ブレーン値3,410cm ² /g、CaO含有量41％

【００４２】

【表７】

【００４３】実施例８ セメントとしてセメントβを用いたこと以外は実施例７
と同様に行った。 結果を表８に示す。

【００４４】

【表８】

【００４５】実施例９ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を使用し、流動化剤の量を変化させたこと以外は実施例８と同様に行った。 結果を表９に示す。 ただし、流動化剤の量を変化させる場合は、セメント混和材の量を一定とし、膨張物質とＡ−ＣＡの量を等量ずつ増減した。

【００４６】

【表９】

【００４７】実施例１０ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を使用し、Ａ−ＣＡの種類と量を変化させたこと以外は実施例８と同様に行った。 結果を表１０に示す。 ただし、Ａ−ＣＡの量を変化させる場合は、セメント混和材の量を一定とし、膨張物質の量を増減した。

【００４８】＜使用材料＞ Ａ−ＣＡロ：CaO／Al ₂ O ₃のモル比が10：10になるように
CaO原料とAl ₂ O ₃原料とを配合した混合物を、1,650℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕したもの、
ブレーン値3,150cm ² /g、CaO含有量35％ Ａ−ＣＡハ：CaO／Al ₂ O ₃のモル比が10：７になるように
CaO原料とAl ₂ O ₃原料とを配合した混合物を、1,650℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕したもの、
ブレーン値3,090cm ² /g、CaO含有量44％ Ａ−ＣＡニ：CaO／Al ₂ O ₃のモル比が10：11になるように
CaO原料とAl ₂ O ₃原料とを配合した混合物を、1,650℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕したもの、
ブレーン値3,010cm ² /g、CaO含有量33％ Ａ−ＣＡホ：CaO／Al ₂ O ₃のモル比が10：６になるように
CaO原料とAl ₂ O ₃原料とを配合した混合原料を、1,650℃
で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕したもの、ブレーン値2,980cm ² /g、CaO含有量48％

【００４９】

【表１０】

【００５０】実施例１１ CaF ₂が、CaOとCaF ₂との合計100重量部中20重量部の膨張物質を使用し、セメントとセメント混和材の合計100重量部中のセメント混和材の量を変化させたこと以外は実施例８と同様に行った。 結果を表１１に示す。

【００５１】

【表１１】

【００５２】

【発明の効果】本発明のグラウト用のセメント混和材を使用することにより、潜在水硬性物質を含有するセメント組成物においても良好なグラウト効果が得られる。

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