(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料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、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＳＯ４を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が７．５〜１８で、ＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．６〜４である膨張物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材。
【請求項２】
ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料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、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＳＯ４を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が７．５〜１８で、ＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．６〜４である膨張物質と、水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材。
【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岩石又はコンクリートの静的破砕材に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来から、岩石又はコンクリートなどの脆性物体を爆発や機械的な衝撃を与えずに破砕する、いわゆる静的破砕方法として、岩石又はコンクリートにあらかじめ孔をあけておき、この孔の中に膨張性スラリーを充填し、その膨張力により破砕する方法が種々提案されている。
例えば、生石灰は水和の際の膨張力が大きいので、これを破砕材として使用することが試みられている。
【０００３】
しかしながら、生石灰単独では、水和速度が非常に速く、水と練混ぜると直ちに水和膨張し、流動性が急激に低下して孔への注入が困難となり、注入できたとしても、急激な発熱反応のため孔の上部より吹き出してしまう、いわゆる鉄砲現象により十分な破砕効果が得られなかった。
鉄砲現象がどのようにして起こるかは定かではないが、急激な発熱反応により生じる水和熱が１２０℃程度にもなることから、水蒸気爆発がおきているものと推察される。
【０００４】
生石灰を利用した静的破砕材として、生石灰の結晶をエーライトの結晶に包含した鉱物粉末に減水剤を添加したものや硬焼生石灰粉末に水硬性物質と混和剤を添加したものを、水で練りペーストとし、これを岩石又はコンクリートの孔中に注入する方法が提案されている（特開昭５５−１４２８９４号公報、特開昭５６−６７０５９号公報）。
【０００５】
しかしながら、これらの方法では、特に、１０℃以下の低温になると、生石灰の水和反応性が低下し、破砕に２〜３日を要することもしばしばであり、５℃以下になると破砕に１週間以上もかかるという課題があった。
【０００６】
本発明者は、これらの課題を解消すべく種々検討を重ねた結果、特定の静的破砕材を使用することにより、高性能の破砕能力を有し、低温時においても半日程度で岩石又はコンクリートが破砕可能であることを知見し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、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料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、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＳＯ４を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が７．５〜１８で、ＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．６〜４である膨張物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材であり、該膨張物質と、水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材である。
【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ＣａＣＯ３質やＣａ（ＯＨ）２質などが、また、Ａｌ２Ｏ３原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰などが、さらに、ＣａＳＯ４原料としては、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウ等が挙げられる。
原料中に存在するＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＭｇＯ、及びＴｉＯ２等の不純物の混入は、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】
本発明における各種原料の配合割合は、生成物である膨張物質の化学組成として、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が７．５〜１８で、ＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．６〜４となるようにすることが必要であり、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が８〜１２が好ましく、ＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が２〜３が好ましい。ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比やＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が前記範囲外では、十分な破砕効果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セッコウの脱硫酸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１，１００〜１，６００℃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】
膨張物質の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で１，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。１，５００ｃｍ２／ｇ未満では破砕時間が遅延するおそれがあり、５，０００ｃｍ２／ｇを越えると十分な流動性や作業性が得られない場合がある。
【００１３】
本発明において、膨張物質に水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質を併用することは、鉄砲現象の抑制や破砕効果を高める面から好ましい。
【００１４】
ここで、水硬性物質とは、セメントや急硬材など、水と反応して硬化するものである。
【００１５】
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アルミナセメント等が挙げられる。
【００１６】
急硬材としては、例えば、ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡとすると、ＣＡ、Ｃ１２Ａ７、Ｃ２Ａ、Ｃ３Ａ、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２、及びＣ３Ａ３・ＣａＳＯ４等と記載される結晶質あるいは非晶質のカルシウムアルミネート類、これらカルシウムアルミネート類に無水セッコウ等の無機硫酸塩を配合したセメント急硬材、並びに、セメントにセメント急硬材を添加した急硬性セメント等が挙げられる。
【００１７】
また、潜在水硬性物質としては、高炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカフラワー等が挙げられる。
【００１８】
さらに、水硬性物質と潜在水硬性物質の混合物として、ポルトランドセメントにスラグ等を混合した各種混合セメントが使用可能である。
【００１９】
本発明では、これらの水硬性物質や潜在水硬性物質のうちの一種又は二種以上の使用が可能であるが、急硬材を使用することが本発明の効果が大きいことから好ましい。
【００２０】
水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で２，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質の粒度がこの範囲にないと十分な破砕効果が得られない場合がある。
膨張物質と水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質を併用する場合の膨張物質の使用量は、膨張物質と水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質からなる結合材１００重量部に対して、９０〜９５重量部が破砕効果が大となるので好ましい。
【００２１】
本発明で使用する凝結調整剤とは、凝結遅延剤又は凝結促進剤を総称するものであり、とくに限定されるものではなく、例えば、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルミン酸アルカリ金属塩、硫酸アルミニウム、クエン酸や酒石酸などの有機酸又はその塩、デキストリン、糖類、並びに、ホウ酸等が挙げられ、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。
凝結調整剤の使用量は、膨張物質からなる結合材、あるいは、膨張物質と水硬性物質及び／又は潜在水硬性物質からなる結合材１００重量部に対して、２重量部以下が好ましく、０．０５〜１重量部がより好ましい。２重量部を超えて使用すると、破砕材の水和反応が極端に遅延あるいは促進され、十分な破砕効果が得られない場合がある。
【００２２】
本発明で使用する減水剤とは、セメントを使用した混練物の水・セメント比を低減し、その硬化体の強度や耐久性を増大させるものであり、本発明では、流動性や破砕効果を高める膨張力の増大を目的として使用されるもので、特に限定されるものではなく、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び流動化剤等が使用可能である。
大別して、ナフタリン系、メラミン系、ポリカルボン酸系、及びアミノスルホン酸系等に分類される。
その代表例としては、ナフタリン系として、花王社製商品名「マイティ２０００ＷＨ」等や電気化学工業社製商品名「デンカＦＴ−５００」や「デンカＦＴ−８０」などが挙げられ、メラミン系として、昭和電工社製商品名「メルメントＦ−１０」や日本シーカ社製商品名「シーカメント１００Ｈ」等が挙げられ、ポリカルボン酸系として、デンカグレース社製商品名「ダレックススーパー１００ＰＨ」や「ダレックススーパー２００」、及びＮＭＢ社製商品名「レオビルドＳＰ−８Ｓ」等が挙げられ、アミノスルホン酸系として、藤沢薬品工業社製商品名「パリックＦＰ−１００Ｕ」等が挙げられる。
その他、日本ゼオン社、神戸材料社、日本製紙社、竹本油脂社、福井化学工業社、及び第一工業製薬社等各社より同様の減水剤が市販されている。
また、最近では、これら減水剤を粉末化したものが製品化されており、例えば、花王社製商品名「マイティ１００」、日本製紙社製商品名「バニレックス」、日本シーカ社製商品名「シーカメントＦＦパウダー」、及びボクスイブラウン社製「ウルトラジン」等が挙げられ、本発明ではこれら粉末状減水剤を使用することが施工作業簡素化の面から好ましい。
これらの減水剤の使用量は、メーカーの指定の範囲で十分であり特に限定されるものではなく、結合材１００重量部に対して、ナフタリン系やメラミン系の減水剤は０．１〜４重量部が好ましく、ポリカルボン酸系やアミノスルホン酸系の減水剤は０．１〜３重量部が好ましい。
【００２３】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものでなく、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。
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の使用が可能である。
【００２４】
本発明では、さらに、必要に応じて、砂や砂利などの骨材、及び炭酸カルシウム等の無機粉末等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。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２６】
実施例１
ＣａＯ原料として石灰石粉を、また、Ａｌ２Ｏ３原料としてアルミ残灰を、さらに、ＣａＳＯ４原料として天然無水セッコウを使用し、その混合物を最高焼成温度１，４００℃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、ブレーン値で３，０００±２００ｃｍ２／ｇに調整して膨張物質を得た。
表１に示す膨張物質１００重量部、凝結調整剤０．１重量部、減水剤０．５重量部、及び水３０重量部を配合し混練したスラリーを、６０×６０×６０ｃｍの無筋コンクリート硬化体のφ３．８×深さ５７ｃｍの孔中に混練から２０分後に注入し、５℃における破砕時間を測定した。その結果を表１に併記する。
なお、膨張物質の組成は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２に従って、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳＯ３量を分析し、さらにＳＯ３量をＣａＳＯ４に換算して求めた。
また、比較のため市販の静的破砕材を使用して同様に行った。結果を表１に併記する。
【００２７】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料    ：電気化学工業社青海鉱山産石灰石粉末、ブレーン値４，２３０ｃｍ２／ｇ
Ａｌ２Ｏ３原料  ：アルミ残灰、日本海水化工社製
ＣａＳＯ４原料  ：天然無水セッコウ、ブレーン値５，８３０ｃｍ２／ｇ
凝結調整剤：グルコン酸ナトリウム、試薬１級
減水剤        ：花王社製商品名「マイティ１００」、主成分ナフタリン系
水                ：水道水
市販静的破砕材：小野田セメント社製商品名「ブライスター」主成分生石灰系
【００２８】
＜測定方法＞
破砕時間  ：コンクリートが破損しはじめてから、破砕完了までの時間
【００２９】
【表１】
0003618117.tif 000002
【００３０】
実施例２
ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３／ＣａＳＯ４のモル比が１０／１／２．５の膨張物質１００重量部に対して、表２に示すように、凝結調整剤の量を変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３１】
【表２】
0003618117.tif 000003
【００３２】
実施例３
表３に示すように、膨張物質１００重量部に対する減水剤の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３に併記する。
【００３３】
【表３】
0003618117.tif 000004
【００３４】
実施例４
ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３／ＣａＳＯ４のモル比が１０／１／２．５の膨張物質を使用し、結合材１００重量部に対する、水硬性物質の使用量を表４に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３５】
＜使用材料＞
水硬性物質：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
【００３６】
【表４】
0003618117.tif 000005
【００３７】
実施例５
水硬性物質の代わりに潜在水硬性物質を使用したこと以外は実施例４と同様に行った。結果を表５に示す。
【００３８】
＜使用材料＞
潜在水硬性物質：新日鐡社製高炉スラグ
【００３９】
【表５】
0003618117.tif 000006
【００４０】
実施例６
水硬性物質の代わりに高炉セメントを使用したこと以外は実施例４と同様に行った。結果を表６に示す。
【００４１】
＜使用材料＞
高炉セメント：電気化学工業社製高炉セメントＢ種
【００４２】
【表６】
0003618117.tif 000007
【００４３】
実施例７
水硬性物質として急硬材を使用したこと以外は実施例４と同様に行った。結果を表７に示す。
【００４４】
＜使用材料＞
急硬材    ：非晶質カルシウムアルミネート、試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムのモル比が１０：８の混合物を１，６５０℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕、ＣａＯ含有量４１重量％、ブレーン値３，４１０ｃｍ２／ｇ
【００４５】
【表７】
0003618117.tif 000008
【００４６】
【発明の効果】
本発明の静的破砕材を使用することにより、高性能の破砕能力を有し、低温時においても半日程度で岩石又はコンクリートが破砕可能である。