(57)【要約】【課題】粘度を急激に上昇し、かつ、強度発現性を向上するセメント組成物の提供。【解決手段】セメント１００部、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン及び水３０〜８０部を含有してなるセメント組成物。アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンは不飽和カルボン酸とエチレン不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンが好ましい。さらに、細骨材を含有してもよい。用途としては、充填材、定着材、注入材、裏込材等が挙げられる。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント１００部、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン及び水３０〜８０部を含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが不飽和カルボン酸とエチレン不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
さらに、細骨材を含有してなる請求項１又は２記載のセメント組成物。
【請求項４】
セメント１００部と水３０〜８０部を予め混合し、使用直前にアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を含有してなる混合物を混合してなるセメント組成物の混合方法。
【請求項５】
セメント１００部、水３０〜８０部及び細骨材を予め混合し、使用直前にアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を含有してなる混合物を混合してなるセメント組成物の混合方法。
【請求項６】
セメント１００部と水３０〜８０部及び細骨材を予め混合し、使用直前にアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を含有してなる充填材を混合してなる充填方法。
【請求項７】
セメント１００部と水３０〜８０部及び細骨材を予め混合し、使用直前にアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を含有してなる定着材を混合してなる定着方法。
【請求項８】
セメント１００部と水３０〜８０部及び細骨材を予め混合し、使用直前にアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を含有してなる注入材を混合してなる注入方法。
【請求項９】
セメント１００部と水３０〜８０部及び細骨材を予め混合し、使用直前にアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を含有してなる裏込材を混合してなる裏込方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建築分野で使用するセメント組成物及び使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路、鉄道、及び導水路などのトンネル工事や法面工事では、例えば、充填材、定着材、注入材、裏込材といったセメント組成物が使用されている。セメント組成物としては、セメント、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、硬化促進剤及び粘土を含有する組成物が記載されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７９４５３号公報
【０００３】
しかし、特許文献１のセメント組成物は、水の使用量が、セメント１００部に対して、１００〜１０００部であり、本発明とは異なる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、例えば、充填材、定着材、注入材、裏込材において、粘度を急激に上昇し、かつ、強度発現性が向上したセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明は、セメント１００部、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン及び水３０〜８０部を含有してなるセメント組成物である。
本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のセメント組成物は、粘度を急激に上昇し、かつ、確実な強度発現性が得られることより、例えば、充填材、定着材、注入材、裏込材に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明のセメントは、特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用できる。例えば、普通、早強、超早強などの各種ポルトランドセメント、これら各種ポルトランドセメントに、シリカ、又はフライアッシュなどを混合した各種混合セメント、微粒子セメント、並びに、超微粒子セメントや、アルミン酸カルシウムなどを混合した、速硬性セメントや急硬性セメントが使用できる。又、セメントに砂などを予め混入したるプレミックスモルタルなども挙げられる。これらの中では、施工性や強度発現性の面で、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、速硬性セメント及び急硬セメントからなる群のうちの１種又は２種以上が好ましい。
【０００９】
本発明のアルカリ増粘型ポリマ−エマルジョン（以下本エマルジョンという）とは、アルカリにより増粘するポリマ−エマルジョンをいう。本エマルジョンとしてはいろいろ挙げられるが、セメントと合わせた時に瞬時に増粘効果を示す面で、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンが好ましい。
【００１０】
ポリマーエマルジョンの重合方法としては、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物を、乳化重合、懸濁重合、溶液重合、又は塊状重合などの方法により、共重合する方法などが挙げられる。
【００１１】
不飽和カルボン酸類としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、アコニット酸、及びクロトン酸などの不飽和カルボン酸、無水マレイン酸や無水シトラコン酸などの不飽和カルボン酸無水物、並びに、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノブチル、及びマレイン酸モノエチルなどの不飽和カルボン半エステルなどが挙げられる。これらの中では、より優れた効果を示す面で、不飽和カルボン酸が好ましく、アクリル酸及び／又はメタクリル酸がより好ましい。
【００１２】
エチレン性不飽和化合物としては、エチレン、アクリルニトリルやメタクリロニチリルなどのシアノビニルモノマー、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、及びグリシジルアクリレートなどのアクリル酸エステルモノマー、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びグリシジルメタクリレートなどのメタクリル酸エステルモノマー、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、及びネオデカン酸ビニルエステルなどのＣ３〜１８脂肪族カルボン酸ビニルエステル、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、及びフェニルビニルエーテルなどのビニルエーテルモノマー、アクリルアミドやメタクリルアミドなどのアミド系モノマー、マレイミド、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−プロピルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、及びＮ−トルイルマレイミドなどのマレイミド系モノマー、塩化ビニルや塩化ビニリデンなどのハロゲン化オレフィンモノマー、Ｎ−ビニルピロリドン、並びに、エチレングリコールジメタクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、シアヌル酸トリアリル、イソシアヌル酸トリアリル、トリメチロールプロパントリメタクリレート、アリルアクリレート、及びアリルメタクリレートなどの多官能性ビニルモノマーなどが挙げられ、これらの中では、より優れた効果を示す面で、アクリル酸エステルモノマー及び／又はメタクリル酸エステルモノマーが好ましい。
【００１３】
本エマルジョン中、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合比（質量比）は、より優れた効果を示す面で、不飽和カルボン酸類：エチレン性不飽和化合物が２０：１〜１：２０であることが好ましく、５：１〜１：５であることがより好ましい。
【００１４】
本エマルジョンの使用量は、セメント１００部に対して、固形分換算で０．０１〜０．５部が好ましく、０．１〜０．３部がより好ましい。０．０１部未満では増粘効果が少なくなり、流動性が大きくなり、水中不分離性が悪くなるおそれがあり、０．５部を超えると強度発現性が悪くなるおそれがある。
【００１５】
本エマルジョンは均一なセメント組成物を作成するために、水で希釈して使用することが好ましい。
【００１６】
本エマルジョン水溶液の濃度は、使用する本エマルジョンによって異なり特に限定されるものではないが、通常、固形分換算で０．０５〜５０％の水溶液として用いることが好ましい。
【００１７】
本発明の水の使用量は、セメント１００部に対して、水３０〜８０部であり、３５〜５０部が好ましい。３０部未満だと流動性が得られないおそれがあり、８０部を超えると初期強度発現性が損なわれるおそれがある。ここでいう水には、エマルジョン水溶液中の水を含まない。
【００１８】
エマルジョン水溶液中の水も含む、本発明の水の使用量は、セメント１００部に対して、水３０〜８０部であり、３５〜５０部が好ましい。３０部未満だと流動性が得られないおそれがあり、８０部を超えると初期強度発現性が損なわれるおそれがある。
【００１９】
さらに、本発明は、施工性、経済性を考慮し、細骨材を使用することも可能である。細骨材とは、１０ｍｍ網ふるいを全部通り、５ｍｍ網ふるいを質量で８５％以上通る骨材をいう。細骨材としては、例えば、天然砂、珪砂、及び石灰砂などが挙げられる。
【００２０】
細骨材の使用量は特に限定されるものではないが、通常セメント１００部に対して、１５０部以下が好ましく、５０〜１５０部がより好ましく、８０〜１２０部が最も好ましい。１５０部を超えると流動性が無くなり、ポンプで輸送できず、長期強度発現性が悪くなるおそれがある。
【００２１】
本発明のセメント組成物の使用方法としては、セメントと水の混合物たる主材と、本エマルジョンたる添加材とを混合、使用する方法が挙げられる。以下、充填材として使用する場合を説明する。定着材、注入材、裏込材として使用する場合も、同様である。
【００２２】
主材としては、例えば、（１）セメントと水を混合したセメントミルク、（２）セメント、水及び細骨材を混合したセメントモルタルが挙げられる。主材は、例えば、トンネル工事でロックボルト用定着材を作製する際に使用する、混練機又はミキサ−などにより、作製できる。作製した主材は、例えば、ポンプにより、充填孔近くまで圧送する。
【００２３】
本エマルジョンは、別のミキサ−などで作製し、ポンプにより充填孔近くまで圧送する。
【００２４】
充填孔付近で、主材と本エマルジョンを混合する方法として、例えば、Ｙ字管、二重管、及び三重管などの混合管を使用する方法などが挙げられる。又、セメント組成物を、より均一に混合するために、混合後の管中にスパイラル状のミキサ−をセットし、さらに混合する方法も挙げられる。
【００２５】
上記方法により、流動性のある主材が本エマルジョン添加により瞬時に増粘し、例えば、水中不分離抵抗性を付与し、不必要な逸流を防止するセメント組成物が得られる。
【００２６】
主材としては、セメント、水、細骨材及び粗骨材を混合したコンクリートを使用してもよい。
【００２７】
セメント組成物には、ＡＥ剤、減水剤、高性能減水剤、収縮低減剤、防錆剤、防水剤、膨張剤、遅延剤及び防凍剤などを併用してもよい。
【００２８】
本発明のセメント組成物は、例えば、充填箇所に、湧水がある場合やクラックが多量にある場合に対して、充填材が希釈することなく、不必要に逸流することなく、確実に施工できる。例えば、急激な粘度上昇を示し、確実な強度発現性が得られることより、湧水等の発生している個所へのボルト定着工法や、亀裂性個所への空洞充填工法に使用できる。本発明のセメント組成物は、急激な粘度上昇を示す、強度発現性に優れる、水中不分離性がある、ｐＨが低く取り扱いやすいという利点がある。
【００２９】
以下本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
混練機「Ｇ４ポンプ」（エムシ−エム社製）を用いて、セメント１００部と表１に示す量の水からなるセメントミルクを連続混練し、ポンプにて、２０ｍ輸送した。輸送には２０ｍのホースを使用した。一方、本エマルジョン０．２部（固形分換算）を、ポンプにて、１０ｍ輸送した。輸送には１０ｍのホースを使用した。
２０ｍホースと１０ｍホースをＹ字管で接続し、セメントモルタルと本エマルジョンをＹ字管で混合した後、吐出口からセメント組成物を吐出した。セメント組成物を採取し、２７℃で評価した。結果を表１に示す。実験Ｎｏ．１−１については、高性能減水剤をセメント１００部に対して２．５部になるよう水に溶解させて使用した。
表１から、本発明のセメント組成物は、適量の水を使用することにより、適度な流動性、輸送性、強度発現性が得られた。ここでいう適度な流動性とは、例えば、充填材として充填した場合、充填材が不必要に逸流することなく、ポンプで輸送できる程度の流動性をいう。
【００３１】
（使用材料）
セメント：早強ポルトランドセメント、市販品
水：水道水
高性能減水剤：市販品、β−ナフタリンスルホン酸ナトリウムを主成分とする水溶液
本エマルジョン：エチルアクリレート：メタクリル酸を４５：５５の質量比で共重合した共重合体を、固形分濃度２９％で希釈した希釈液
【００３２】
（測定方法）
フロー：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じた。
水中不分離抵抗性：静水２０リットルを入れた水槽中に、セメント組成物０．２リットルを静かに注ぎ入れ、濁りの状態を下記に従い評価した。
良  殆ど濁らない
可  少し濁る
不可  激しく濁る
輸送性：セメント組成物の吐出状況を下記に従い評価した。
良  ポンプやホースの詰まりが無い。
可  ポンプやホースの詰まりが少しある。
不可  ポンプやホースの詰まりが多い
強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じた。
【００３３】
【表１】
2006327832.tif 000002
【実施例２】
【００３４】
混練機「Ｇ４ポンプ」（エムシ−エム社製）を用いて、セメント１００部、細骨材１００部、及び表２に示す量の水からなるセメントモルタルを連続混練し、ポンプにて、２０ｍ輸送した。輸送には２０ｍのホースを使用した。一方、本エマルジョン０．２部（固形分換算）を、ポンプにて、１０ｍ輸送した。輸送には１０ｍのホースを使用した。
２０ｍホースと１０ｍホースをＹ字管で接続し、セメントモルタルと本エマルジョンをＹ字管で混合した後、吐出口からセメント組成物を吐出した。セメント組成物を採取し、２７℃で評価した。結果を表２に示す。実験Ｎｏ．２−１〜２−３については、高性能減水剤をセメント１００部に対して２．５部になるよう水に溶解させて使用した。
表２から、本発明のセメント組成物は、適量の水を使用することにより、適度な流動性、輸送性、強度発現性が得られた。
【００３５】
（使用材料）
骨材：６号珪砂と７号珪砂の等量混合品
【００３６】
【表２】
2006327832.tif 000003
【実施例３】
【００３７】
セメント１００部、細骨材１００部、及び水４５部からなるセメントモルタルを連続混練し、表３に示す量の本エマルジョン（固形分換算）を使用したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。
表３から、本発明のセメント組成物は、本エマルジョンを使用することにより、急激な粘度上昇という増粘性を示し、かつ、適度な流動性、水中不分離抵抗性、低ｐＨ、強度発現性が得られた。
【００３８】
【表３】
2006327832.tif 000004
【実施例４】
【００３９】
セメント１００部、表４に示す量の細骨材、及び水４５部からなるセメントモルタルを連続混練したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。
表３から、本発明のセメント組成物は、適量の細骨材を使用することにより、輸送性、確実な強度発現性が得られた。
【００４０】
【表４】
2006327832.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、例えば、粘度を急激に上昇させる必要がある用途に使用できる。例えば、ボルトやアンカーの挿入に使用する定着材、トンネル掘削時に使用する注入材、地山の空洞や空隙部分への裏込材、シ−ルドセグメントへの充填材への用途が挙げられる。例えば、急激な粘度上昇を示し、かつ、確実な強度発現性が得られるので、湧水等の発生している個所等に使用できる。