(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３CaO・SiO２含有量６０重量％以上でブレーン値が３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇのポルトランドセメント、無水セッコウ、減水剤、及び、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる一種又は二種以上のギ酸類を含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
３CaO・SiO２含有量６０重量％以上でブレーン値が３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇのポルトランドセメント、無水セッコウ、シリカ微粉末、減水剤、及び、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる一種又は二種以上のギ酸類を含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセメント組成物を含有するコンクリートを打設し、加圧し、硬化後、型枠を移動して打継ぎすることを特徴とする場所打ちライニング工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用されるセメント組成物、特に、トンネルの場所打ちライニング工法に使用されるセメント組成物及びそれを用いた場所打ちライニング工法に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来、トンネルの施工方法としては、シールド工法、掘削した断面を吹き付けコンクリートで固めながら堀り進めるＮＡＴＭ工法、並びに、推進とともに覆工コンクリートを打設する場所打ちライニング工法等が知られている。
【０００３】
このうち、場所打ちライニング工法は、ヨーロッパにおいて開発され、日本に導入されたトンネルの施工方法であり、コンクリート打設時に、２ｋｇｆ／ｃｍ２程度の圧力をかけるため、コンクリートが地山と密着して地山のゆるみを無くすことができ、地盤沈下を最小限にすることが可能となる方法である。
即ち、場所打ちライニング工法は、掘削装置と推進装置からなり、型枠機構を装備したシールド機後部で、直接覆工コンクリートを打設する方法であり、地山により異なるが、シールド機の推進と同時に、コンクリートを、導入管から、通常、４０〜５０ｃｍ程度のコンクリート厚になるように設置された、巻き立てコンクリート型枠の中へ流し込み、連続的に加圧し、打設して覆工するものである。
【０００４】
この場所打ちライニング工法で使用するコンクリートは、例えば、混練後のスランプ値が２０ｃｍ以上のように、型枠内に充分充填されるだけの流動性が必要であり、しかも、混練後、コンクリートポンプを使用して打設するので、一定時間その流動性を保持することが必要である。
さらに、シールド機を数百ｍ／月程度の割合で前進させるため、例えば、１日圧縮強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上と、初期の強度発現性が必要である。
このように、場所打ちライニング工法には、流動性や良好な初期の強度発現性が要求されるが、従来のコンクリートでは、流動性を一定時間保持させると強度発現が遅れ、そのため、施工の能率が著しく悪くなるという課題があった。
【０００５】
そして、場所打ちライニング工法に、従来のカルシウムアルミネートと無機硫酸塩を主成分としたセメント急硬材や超速硬セメントを含有したコンクリートを用いた場合は、強度発現性が充分であっても、一定時間流動性を保持することが難しく、コンクリートがポンプ内で硬化してしまう場合もあり、特別な混合機を必要とし、実用化しにくいという課題があった（特開平３−８８７５４号公報）。
【０００６】
また、コンクリートの強度発現性における温度依存性が大きいことから、低温時の強度発現性が乏しく、１０℃程度以下、特に、５℃以下の環境では、著しく強度発現性が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々努力を重ねた結果、特定のセメント組成物を使用することにより、一定時間流動性の保持ができ、強度発現性に富んだ、特に、低温時の強度発現性が良好なコンクリートが得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、３CaO・SiO２含有量６０重量％以上でブレーン値が３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇのポルトランドセメント、無水セッコウ、減水剤、及び、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる一種又は二種以上のギ酸類、並びに、必要に応じてシリカ微粉末を含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を含有するコンクリートを打設し、加圧し、硬化後、型枠を移動して打継ぎすることを特徴とする場所打ちライニング工法である。
【０００９】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１０】
本発明のセメントは、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）含有量が６０重量％以上のものである。Ｃ３Ｓ含有量が６０重量％未満では充分な初期強度が得られない。通常、市販の早強ポルトランドセメントの使用が可能である。
セメントの粒度は、ブレーン値で３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。３，５００ｃｍ２／ｇ未満では充分な初期強度が得られない場合があり、７，０００ｃｍ２／ｇを越えるとコンクリートのスランプロスが大きくなる場合がある。
【００１１】
本発明で使用する無水セッコウは特に限定されるものではなく、天然に産出する天然無水セッコウ、半水セッコウや二水セッコウを熱処理して得られる無水セッコウ、及び工業副産物として生成する無水セッコウ等の使用が可能である。
無水セッコウの粒度は、ブレーン値で２，５００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。２，５００ｃｍ２／ｇ未満では長期材齢において、未水和の残存セッコウによる膨張破壊が起こる場合がある。
無水セッコウの使用量は、セメント１００重量部に対して、１〜５重量部が好ましく、３〜４重量部がより好ましい。１重量部未満では初期強度の発現性が悪くなる場合があり、５重量部を越えると長期材齢において、未水和の残存セッコウによる膨張破壊が起こる場合がある。
【００１２】
本発明で使用するギ酸類は、一般に、オキシカルボン酸として総称される有機化合物に属するが、例えば、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、及びグルコン酸、又はそれらの塩のように、使用すると本発明の効果を奏することができず、むしろ、強い遅延性を示す他のオキシカルボン酸と効果を異にするものである。具体的には、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる群のうちの一種又は二種以上が挙げられる。ギ酸類の使用量は、セメント100重量部に対して、0.1〜３重量部が好ましく、0.5〜２重量部がより好ましい。0.1重量部未満では初期の強度発現性が不充分な場合があり、３重量部を越えて使用しても更なる効果の増進が期待できない。
【００１３】
本発明で使用するシリカ微粉末とは、シリカ質を主成分とし潜在水硬性を有する物質の微粉末を総称するものであり、特に限定されるものではないが、例えば、シリカフューム、シリカダスト、珪藻土、珪酸白土、フライアッシュ、及び高炉スラグ等の微粉末が挙げられ、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。
シリカ微粉末の粒度は、ブレーン値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上であり、６，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、８，０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。４，０００ｃｍ２／ｇ未満では充分な強度発現性が得られない場合がある。
シリカ微粉末の使用量は、セメント１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましく、３〜７重量部がより好ましい。シリカ微粉末の使用量が前記の範囲外では充分な強度増進効果が得られない場合がある。
【００１４】
本発明で使用する減水剤は特に限定されるものではなく、一般に市販される減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び流動化剤が使用可能であるが、これらのうち、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び流動化剤の使用が好ましく、高性能減水剤の使用がより好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤の使用が最も好ましい。
高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び流動化剤は大別して、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に大別される。
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」、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１０００Ｈ」などが挙げられ、ポリカルボン酸系としてデンカグレース社製商品名「ダーレックススーパー２００」、ＮＭＢ社製商品名「レオビルドＳＰ−８ＨＳ」、並びに、竹本油脂社製商品名「チューポールＨＰ−８」や「チューポールＨＰ−１１」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、福井化学工業社、及び第一工業製薬社等各社より同等の減水剤が市販されている。
減水剤の使用量は、メーカー指定の範囲で充分であるが、ナフタリン系やメラミン系の減水剤の場合には、セメント、無水セッコウ、及びギ酸類、さらに、必要に応じシリカ微粉末からなる結合材１００重量部に対して、０．５〜３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の場合は、結合材１００重量部に対して、０．５〜２重量部が好ましい。この範囲外では充分な流動性が得られない場合や、材料分離が生じる場合がある。
【００１５】
本発明では、セメント組成物の他に凝結促進材を併用することももちろん可能である。
凝結促進材としては、例えば、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどのアルカリ金属アルミン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、及び亜硝酸カルシウム等の硝酸塩類、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、二水セッコウ、半水セッコウ、及び硫酸アルミニウム等の無水セッコウ以外の硫酸塩、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、ミョウバン類、チオシアン酸塩、チオ硫酸塩、並びに、トリエタノールアミン等のアミノアルコール類等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を併用することは、本発明の効果をさらに助長するものである。
凝結促進材の使用量は、セメント１００重量部に対して、３重量部以下が好ましく、０．１〜１重量部がより好ましい。３重量部を越えて使用すると混練水の増加に伴い強度が低下したり作業性が悪化する場合がある。
【００１６】
本発明では、さらに、ＡＥ剤、増粘剤、砂や砂利などの骨材、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、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、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸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。
【００１７】
本発明の各材料を混練し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、又はナウターミキサー等が使用可能である。
また、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。
【００１８】
本発明で使用する水量は、使用する材料の種類や配合によって変化し、一義的に決定されるものではないが、水／結合材比で２５〜５０重量％が好ましく、３０〜４０重量％がより好ましい。２５重量％未満では充分な作業性が得られない場合があり、５０重量％を越えると充分な強度発現性が得られない場合がある。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
セメント１００重量部、無水セッコウ４重量部、及びギ酸類ａ１重量部からなる結合材を使用し、コンクリート中の単位量を、結合材３５０ｋｇ／ｍ３、水１２５ｋｇ／ｍ３、細骨材８３２ｋｇ／ｍ３、及び粗骨材１，０２２ｋｇ／ｍ３とし、結合材１００重量部に対して減水剤を１重量部配合したコンクリートを調製し、スランプと圧縮強度を測定した。
ただし、コンクリートは５℃の環境試験室内で調製したもので、養生も５℃とし、２４時間後から水中養生を行った。結果を表１に示す。
【００２１】
＜使用材料＞
セメントα：電気化学工業社製早強ポルトランドセメント、Ｃ３Ｓ含有量６６重量％、ブレーン値４，４６０ｃｍ２／ｇ
セメントβ：セメントα／セメントγの重量比５４／４６の混合品、Ｃ３Ｓ含有量６０重量％、ブレーン値３８７６０ｃｍ２／ｇ
セメントγ：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント、Ｃ３Ｓ含有量５３重量％、ブレーン値３，３４０ｃｍ２／ｇ
無水セッコウ：天然無水セッコウ、ブレーン値４，１２０ｃｍ２／ｇ
ギ酸類ａ  ：関東化学社製試薬１級ギ酸カルシウム
減水剤        ：デンカグレース社製「ダーレックススーパー２００」、主成分ポリカルボン酸系
細骨材    ：新潟県姫川産川砂
粗骨材    ：新潟県姫川産川砂利
水                ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
スランプ  ：ＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じて測定。
圧縮強度  ：１０×２０ｃｍの供試体を作製し、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて測定。
【００２３】
【表１】
0003549627.tif 000002
【００２４】
実施例２
セメントαを使用し、セメントα１００重量部に対して、表２に示す無水セッコウを配合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。
【００２５】
【表２】
0003549627.tif 000003
【００２６】
実施例３
セメントαを使用し、セメントα１００重量部に対して、表３に示すギ酸類を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
比較のため、クエン酸を使用して同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２７】
＜使用材料＞
ギ酸類ｂ    ：関東化学社製試薬１級ギ酸
ギ酸類ｃ    ：関東化学社製試薬１級ギ酸ナトリウム
ギ酸類ｄ    ：関東化学社製試薬１級ギ酸カリウム
ギ酸類ｅ    ：関東化学社製試薬１級乳酸
ギ酸類ｆ    ：関東化学社製試薬１級乳酸カルシウム
ギ酸類ｇ    ：関東化学社製試薬１級乳酸ナトリウム
ギ酸類ｈ    ：関東化学社製試薬１級乳酸カリウム
ギ酸類ｉ    ：関東化学社製試薬１級酢酸カルシウム
ギ酸類ｊ    ：ギ酸類ａとギ酸類ｆの等量混合物
ギ酸類ｋ    ：ギ酸類ａ、ギ酸類ｆ、及びギ酸類ｉの等量混合物
クエン酸    ：関東化学社製試薬１級
【００２８】
【表３】
0003549627.tif 000004
【００２９】
実施例４
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、及びギ酸類１重量部からなる結合材１００重量部に対して、表４に示す減水剤を配合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。
【００３０】
【表４】
0003549627.tif 000005
【００３１】
実施例５
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類１重量部、及び表５に示す凝結促進材を配合して結合材としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００３２】
＜使用材料＞
凝結促進材Ａ：水沢化学工業社製粉末硫酸アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３１７重量％、含水率４３％
凝結促進材Ｂ：試薬１級アルミン酸ナトリウム
凝結促進材Ｃ：試薬１級硝酸カルシウム
凝結促進材Ｄ：試薬１級チオシアン酸カルシウム
凝結促進材Ｅ：試薬１級トリエタノールアミン
【００３３】
【表５】
0003549627.tif 000006
【００３４】
実施例６
セメント１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類ａ１重量部、及びシリカ微粉末５重量部を配合して結合材としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に示す。
【００３５】
＜使用材料＞
シリカ微粉末イ：市販シリカフューム、ブレーン値９，１３０ｃｍ２／ｇ
【００３６】
【表６】
0003549627.tif 000007
【００３７】
実施例７
セメントαを使用し、セメントα１００重量部に対して、表７に示すシリカ微粉末を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００３８】
＜使用材料＞
シリカ微粉末ロ：市販フライアッシュ、ブレーン値８，９６０ｃｍ２／ｇ
シリカ微粉末ハ：市販高炉スラグ、ブレーン値７，７１０ｃｍ２／ｇ
シリカ微粉末ニ：市販珪藻土、ブレーン値８，３３０ｃｍ２／ｇ
【００３９】
【表７】
0003549627.tif 000008
【００４０】
実施例８
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類１重量部、及びシリカ微粉末イ５重量部からなる結合材１００重量部に対して、表８に示す減水剤を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００４１】
【表８】
0003549627.tif 000009
【００４２】
実施例９
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類１重量部、シリカ微粉末イ５重量部、及び表９に示す凝結促進材を配合して結合材としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表９に併記する。
【００４３】
【表９】
0003549627.tif 000010
【００４４】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用することにより、一定時間スランプの保持性が確保でき、初期の強度発現性、特に、低温時の強度発現性が良好なコンクリートが得られる。