(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、カルシウムアルミネート、及び無機硫酸塩を含有してなるセメントコンクリートに、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物スラリーであるスランプ保持材を添加する急硬性セメントコンクリートの製造方法。
【請求項２】
アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物が、セメント、カルシウムアルミネート、及び無機硫酸塩の合計100重量部に対して、0.1〜1.8重量部である請求項１記載の急硬性セメントコンクリートの製造方法。
【請求項３】
スランプ保持材が、スラリー水100重量部に対して、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物１〜95重量部を含有してなる請求項１又は２記載の急硬性セメントコンクリートの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３記載のうちの１項記載の急硬性セメントコンクリートに、急結剤を添加してなる急結性セメントコンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急硬性セメントコンクリートの製造方法及び急結性セメントコンクリートの製造方法に関するものである。
なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、急硬セメントコンクリートは短時間強度の発現性に優れているので、一般工事、緊急工事、及び止水工事等に使用されている。
一方、山岳トンネル等においては、覆工体を形成すべくセメントコンクリートの打設工事や吹付け工事を行う場合には、当該セメントコンクリートの凝結や硬化を促進させ、強度を早期に発現させる点で、粉体又は液体の急結剤を添加する方法がとられている。
さらに、切羽の外周に沿って形成した掘削溝にセメントコンクリートを充填打設して切羽の前方に覆工体を構築する工法においては、切羽の手前で急硬セメントコンクリートに急結剤を供給することにより、充填打設後に速やかに硬化し、短時間で優れた強度発現性を得ている。
【０００３】
そして、例えば、前記の工法を使用する場合、急硬セメントコンクリートの練混ぜから運搬にかかる時間や現場での段取りや打設にかかる作業時間等を考慮すると、少なくとも９０分程度の可使時間が必要となってくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生コンプラントやコンクリート工場等で製造された急硬セメントコンクリートは、作業時間（可使時間）をコントロールすることが難しく、現場に到着したときには流動性が著しく損なわれてしまうという課題があった。
【０００５】
本発明者は種々検討を重ねた結果、特定のスランプ保持材を使用することにより、前記課題が解決できるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、セメント、カルシウムアルミネート、及び無機硫酸塩を含有してなるセメントコンクリートに、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物スラリーであるスランプ保持材を添加する急硬性セメントコンクリートの製造方法であり、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物が、セメント、カルシウムアルミネート、及び無機硫酸塩の合計100重量部に対して、0.1〜1.8重量部である該急硬性セメントコンクリートの製造方法であり、スランプ保持材が、スラリー水100重量部に対して、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物１〜95重量部を含有してなる該急硬性セメントコンクリートの製造方法であり、該急硬性セメントコンクリートに、急結剤を添加してなる急結性セメントコンクリートの製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００８】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料とを混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯ及び／又はＡｌ2Ｏ3の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよい。
【０００９】
これらの中では、反応活性の点で、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3（以下Ｃ12Ａ7という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
【００１０】
カルシウムアルミネートの粒度は、急結性や初期強度発現性の点で、ブレーン値で４０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。４０００ｃｍ2／ｇ未満だと急結性や初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１１】
本発明で使用する無機硫酸塩としては、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、及び亜硫酸アルミニウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、効果が大きい点で、硫酸カルシウムが好ましい。
硫酸カルシウムとしては、石膏が使用できる。これらの中では、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００１２】
無機硫酸塩の粒度は、ブレーン値で３０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、４０００〜７０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ2／ｇ未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１３】
無機硫酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、７０〜１５０重量部が好ましく、９０〜１１０重量部がより好ましい。７０重量部未満だと、セメントコンクリートのスランプ保持が困難となり、初期強度の発現性が低下するおそれがあり、１５０重量部を越えると長期強度の発現性が低下するおそれがある。
【００１４】
カルシウムアルミネートと無機硫酸塩の混合物の使用量は、セメント１００重量部に対して、５〜２５重量部が好ましく、１０〜２０重量部がより好ましい。５重量部未満だと凝結が遅れ、初期強度が低下するおそれがあり、２５重量部を越えると凝結時間が短く、可使時間コントロールが困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明で使用するスランプ保持材は、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物スラリーであり、セメントコンクリートのハンドリングを調整するためのものである。ここでスラリーは、懸濁液でもよく、溶液でもよい。
【００１６】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、効果が大きい点で、炭酸カリウムが好ましい。
【００１７】
アルカリ金属炭酸塩の使用量は、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の合計１００重量部中、５０〜８５重量部が好ましく、６０〜８０重量部がより好ましい。５０重量部未満だとセメントコンクリートの可使時間は長くなるが、初期強度発現性が低下し、セメントコンクリートが硬化しにくいおそれがあり、８５重量部を越えるとセメントコンクリートのスランプ保持が困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１８】
本発明で使用する有機酸類としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、及び乳酸又はこれらの塩等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、効果が大きい点で、クエン酸やグルコン酸又はこれらの塩が好ましい。
【００１９】
有機酸類の使用量は、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の合計１００重量部中、１５〜５０重量部が好ましく、２０〜４０重量部がより好ましい。１５重量部未満だとセメントコンクリートのスランプ保持が困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがあり、５０重量部を越えるとセメントコンクリートの可使時間は長くなるが、初期強度発現性が低下し、セメントコンクリートが硬化しにくいおそれがある。
【００２０】
スランプ保持材において、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物の使用量は、スラリー水100重量部に対して、１〜95重量部であり、２〜10重量部が好ましい。１重量部未満だと、セメントコンクリートのスランプを保持するために必要とするスラリーの使用量が著しく多くなるために、結果的に水セメント比が高くなり強度発現性が低下するおそれがあり、95重量部を越えると濃度は高くなるが、使用量が少なくなるために、セメントコンクリート中での分散性が悪くなりスランプ保持ができなくなるおそれがある。
【００２１】
スランプ保持材中の有効成分であるアルカリ金属炭酸塩と有機酸類の混合物の使用量は、施工温度（環境温度）により変わるので一義的には決まらないが、セメント、カルシウムアルミネート、及び無機硫酸塩の合計（以下結合材という）１００重量部に対して、０．１〜１．８重量部が好ましく、１．０〜１．７重量部がより好ましい。０．１重量部未満だとスランプ保持ができないおそれがあり、１．８重量部を越えると可使時間が著しく長くなり、セメントコンクリートが硬化しにくく、初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２２】
本発明ではさらに、セメントコンクリートの凝結や硬化を促進する点で、急結剤を使用することが好ましい。急結剤としては、粉体及び／又は液体のものが挙げられる。これらの中では、均一に分散しやすい点で、液体の急結剤が好ましい。
【００２３】
急結剤としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等のアルミン酸塩、硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩、及びケイ酸ナトリウム（水ガラス）等が挙げられる。これらの１種又は２種以上が使用できる。
【００２４】
急結剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、１〜２０重量部が好ましく、３〜１０重量部がより好ましい。１重量部未満だと急結性に欠け、初期強度発現性が低下するおそれがあり、２０重量部を越えると長期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２５】
本発明では、さらに、繊維、超微粉、及び減水剤を併用できる。
【００２６】
水の使用量は、水／セメント比（以下Ｗ／Ｃという）で、３５〜６０％が好ましく、４０〜５０％がより好ましい。３５％未満だとミキサーで混練りできないおそれがあり、６０％を越えると強度発現性が小さく、強度発現性を出すために各材料の使用量が多くなりコスト高になるおそれがある。
【００２７】
本発明で使用する粗骨材や細骨材等の骨材はセメントコンクリートに添加するものであり、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましいが、特に制限されるものではない。粗骨材としては最大直径５〜２０ｍｍが好ましく、圧送性の点で、最大寸法５〜１５ｍｍがより好ましく、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用できる。
細骨材としては最大直径５ｍｍ以下が好ましく、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が挙げられる。
【００２８】
本発明において、急硬性セメントコンクリートの混合方法は特に限定されるものではなく、生コンプラントやコンクリート工場等で使用される各種混合機が使用可能である。
本発明において、急硬性セメントコンクリートに急結剤を添加して急結性セメントコンクリートとする方法としては、急結剤が急硬性セメントコンクリート中で均一に分散すれば特に限定されるものではなく、セメントコンクリート圧送管の途中に注入ノズルを設けて、添加する方法等が挙げられる。急結剤添加後、急結性セメントコンクリートは極短時間で凝結、硬化するために、急結剤は打設直前に添加することが好ましい。
【００２９】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【００３０】
実験例１
各材料の単位量を、セメント200kg/m3、水344kg/m3、細骨材762kg/m3、及び粗骨材942kg/m3とした。これに、カルシウムアルミネート100重量部と表１に示す量の無機硫酸塩からなる混合物を、セメント100重量部に対して15重量部使用し、さらに、アルカリ金属炭酸塩70重量部と有機酸類30重量部からなる混合物を、セメント、カルシウムアルミネート、及び無機硫酸塩の合計（結合材）100重量部に対して1.5重量部で、かつ、スラリー水100重量部に対して３重量部となるように調製したスランプ保持材を添加して、急硬性コンクリートを調製した。この急硬性コンクリートに、急結剤をセメント100重量部に対して５重量部添加して、急結性コンクリートを調製し、物性を評価した。結果を表１に示す。
【００３１】
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３２００ｃｍ2／ｇ、比重３．１６
細骨材：千葉県君津産山砂、表乾状態、比重２．５６、最大直径５ｍｍ以下
粗骨材：千葉県君津産砕石、表乾状態、比重２．５９、最大寸法１０ｍｍ
カルシウムアルミネート：主成分Ｃ12Ａ7 、非晶質、ブレーン値６０００ｃｍ2／ｇ
無機硫酸塩：ＩＩ型無水石膏、ブレーン値６０５０ｃｍ2／ｇ
アルカリ金属炭酸塩：市販炭酸カリウム、粉末状
有機酸類：市販品、グルコン酸
急結剤：市販品、アルミン酸カリウム溶液
【００３２】
（測定方法）
圧縮強度：所定材齢の急結性コンクリートを、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に従い、測定した。
スランプ：混練後、所定時間の急硬性コンクリートを、ＪＩＳ  Ａ  １１０１に従い、測定した。
【００３３】
【表１】
0003729317.tif 000002
【００３４】
実験例２
カルシウムアルミネート100重量部と無機硫酸塩100重量部からなる混合物を、セメント100重量部に対して15重量部使用し、さらに、表２に示す量のアルカリ金属炭酸塩と有機酸類からなる混合物を、結合材100重量部に対して1.5重量部で、かつ、スラリー水100重量部に対して３重量部となるように調製したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００３５】
（測定方法）
凝結時間▲１▼：急結性コンクリートを、ＡＳＴＭ  Ｃ  ４０３に従い、測定した。
【００３６】
【表２】
0003729317.tif 000003
【００３７】
実験例３
カルシウムアルミネート100重量部と無機硫酸塩100重量部からなる混合物を、セメント100重量部に対して15重量部使用し、さらに、アルカリ金属炭酸塩70重量部と有機酸類30重量部からなる混合物を、結合材100重量部に対して1.5重量部で、かつ、スラリー水100重量部に対して表３に示す量となるように調製したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
0003729317.tif 000004
【００３９】
実験例４
カルシウムアルミネート100重量部と無機硫酸塩100重量部からなる混合物を、セメント100重量部に対して15重量部使用し、さらに、アルカリ金属炭酸塩70重量部と有機酸類30重量部からなる混合物を、結合材100重量部に対して表４に示す量で、かつ、スラリー水100重量部に対して３重量部となるように調製したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００４０】
【表４】
0003729317.tif 000005
【００４１】
実験例５
カルシウムアルミネート１００重量部と無機硫酸塩１００重量部からなる混合物を、セメント１００重量部に対して表５に示す量使用したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表５に示す。
【００４２】
（測定方法）
凝結時間▲２▼：急硬性コンクリートを、ＡＳＴＭ  Ｃ  ４０３に従い、測定した。
【００４３】
【表５】
0003729317.tif 000006
【００４４】
実験例６
カルシウムアルミネート１００重量部と無機硫酸塩１００重量部からなる混合物を、セメント１００重量部に対して１５重量部使用し、又、急結剤をセメント１００重量部に対して表６に示す量使用したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表６に示す。
【００４５】
【表６】
0003729317.tif 000007
【００４６】
【発明の効果】
本発明の急硬性セメントコンクリートは期待される可使時間が確保できる。又、本発明の急結性セメントコンクリートは初期強度発現性等の機能を効率よく発揮できる。