(57)【要約】【課題】重金属の溶出を抑制し、収縮作用が少なく、且つ初期強度と若材齢における強度に優れる急結剤の提供。【解決手段】ドーソナイトを含有し、前記ドーソナイトのうちの0.5質量%以上30質量%以下の有する粒子径が250μm以上である、急結剤。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーソナイトを含有し、前記ドーソナイトのうちの0.5質量%以上30質量%以下の有する粒子径が250μm以上である、急結剤。
【請求項２】
更にアルカリ金属アルミン酸塩を含有し、前記アルカリ金属アルミン酸塩のR2O/Al2O3モル比（Rはアルカリ金属を示す）が、1.0以上1.5以下の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の急結剤。
【請求項３】
前記アルカリ金属アルミン酸塩が、テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムおよび二酸化ナトリウムアルミニウムのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項2に記載の急結剤。
【請求項４】
アルカリ金属アルミン酸塩とドーソナイトの質量比が、0：10〜9：1の範囲であることを特徴とする、請求項2または3に記載の急結剤。
【請求項５】
更にアルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、およびアルカリ土類金属硫酸塩のうちの一種以上を含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の急結剤。
【請求項６】
急結剤の総質量を基準として、
1〜55質量%のドーソナイトと、
25〜75質量%のアルカリ土類金属アルミン酸塩と、
5〜15質量%のアルカリ金属炭酸塩と、
15〜35質量%のアルカリ土類金属硫酸塩と
を含むことを特徴とする、急結剤。
【請求項７】
請求項1〜6のいずれか一項に記載の急結剤を調製するステップと、
セメント100質量部に対して前記急結剤2〜20質量部を添加するステップと、
前記急結剤を添加したセメントを対象物に吹き付けるステップと
を含む、吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルや法面等において露出した地山面へ吹付けるモルタルやコンクリートのための、急結剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネル掘削等により露出した地山の崩落を防止するために急結剤をコンクリートに配合した急結コンクリートの吹付け工法が行われている（特許文献１）。この工法は、通常、掘削工事現場に設置した、セメント、骨材、及び水の計量混合プラントで吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００３】
従来から使用されている急結剤としては、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩等との混合物、焼ミョウバン、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩等の混合物、カルシウムアルミネートと3CaO・SiO2との混合物、消石灰、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩の混合物等が知られている（特許文献２〜５）。
【０００４】
これらの急結剤は、セメントの凝結を促進させる働きがあり、いずれもセメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。
【０００５】
急結剤の添加方法は、通常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くなる方法であった。そのため、作業環境が悪化する場合があり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用して作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求められていた。粉塵発生量が少ない工法として、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートに添加混合した後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている（特許文献６）。しかしこの方法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにくく、吹付け時には保護眼鏡や手袋等の防御手段が必要となり、作業性が低下するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−００４１４９号公報
【特許文献２】特開昭６４−０５１３５１号公報
【特許文献３】特公昭５６−０２７４５７号公報
【特許文献４】特開昭６１−０２６５３８号公報
【特許文献５】特開昭６３−２１００５０号公報
【特許文献６】特開平０５−１３９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、セメント産業が各方面の産業副産物を原料として受け入れており、産業副産物に由来する微量成分がセメントの品質に大きな影響を及ぼしていることが問題となっている。そうした微量成分のうちでも特に重金属の影響が懸念されており、重金属がセメント／コンクリートから溶出しないようにする環境への配慮が必要となってきている。
【０００８】
また従来技術のアルカリ金属アルミン酸塩を含む急結剤は、一般的にセメントモルタルやセメントコンクリートに対して、収縮作用をもたらすことが知られている。このため施工したコンクリートの長期安定性の観点からは、そうした従来技術の急結剤のもたらす収縮作用が問題となる。しかしながら従来技術では膨張材や収縮低減剤などをセメントモルタルやコンクリートに添加する以外に有効な手立ては発見されていなかった。
【０００９】
また従来技術に係る粉末急結剤はセメントとの反応性が強く、高い初期強度発現性は示すものの、長期強度における強度促進を求められる箇所への適用が難しいという問題を有していた。さらに、上述したように吹付け作業時の粉塵発生を抑えようとすると、却ってコンクリートの強度が落ちてしまうという問題もあった。
【００１０】
また一般的に急結剤を用いる箇所というのは、法面、地下構造物、トンネル、補修、震災被災地などであり、早急に施工（特に吹付け施工）を行う必要がある箇所である。しかし上述したように膨張材や収縮低減剤などの複数種類の添加剤をセメントモルタルやコンクリートに配合しようとすると、現場での作業が煩雑になってしまい、施工を早急に行いづらい問題があった。
【００１１】
このため、上述した従来技術の抱える様々な課題を解決できる機能を急結剤に持たせることが望まれてきている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは上述した従来技術の問題について研究した結果、ドーソナイトが急結剤として有効に機能することを新規に見出し、本発明に想到した。
【００１３】
すなわち本発明の或る実施形態では、下記を提供できる。
【００１４】
（１）  ドーソナイトを含有し、前記ドーソナイトのうちの0.5質量%以上30質量%以下の有する粒子径が250μm以上である急結剤。
【００１５】
（２）  更にアルカリ金属アルミン酸塩を含有し、前記アルカリ金属アルミン酸塩のR2O/Al2O3モル比（Rはアルカリ金属を示す）が、1.0以上1.5以下の範囲であることを特徴とする、（１）に記載の急結剤。
【００１６】
（３）  前記アルカリ金属アルミン酸塩が、テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムおよび二酸化ナトリウムアルミニウムのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、（２）に記載の急結剤。
【００１７】
（４）  アルカリ金属アルミン酸塩とドーソナイトの質量比が、0：10〜9：1の範囲であることを特徴とする、（２）または（３）に記載の急結剤。
【００１８】
（５）  更にアルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、およびアルカリ土類金属硫酸塩のうちの一種以上を含有する、（１）〜（４）のいずれか一項に記載の急結剤。
【００１９】
（６）  急結剤の総質量を基準として、
1〜55質量%のドーソナイトと、
25〜75質量%のアルカリ土類金属アルミン酸塩と、
5〜15質量%のアルカリ金属炭酸塩と、
15〜35質量%のアルカリ土類金属硫酸塩と
を含むことを特徴とする、急結剤。
【００２０】
（７）  （１）〜（６）のいずれか一項に記載の急結剤を調製するステップと、
セメント100質量部に対して前記急結剤2〜20質量部を添加するステップと、
前記急結剤を添加したセメントを対象物に吹き付けるステップと
を含む、吹付け工法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の急結剤を用いることにより、セメント／コンクリートからの重金属の溶出を長期に亘って抑止することができる。さらにセメント／コンクリートの凝結時間が早く、若材齢における高い初期強度を得ることができ、しかも長期強度における強度促進効果が高いために長期安定性をも得ることができる。さらに膨張材や収縮低減剤を必要とすることなくセメント／コンクリートに与える収縮作用が少ないという効果をも得られる。また本発明の急結剤は特に吹付け用途において有用であり、吹付け作業で発生する粉塵の発生を抑えて作業性を向上し、湧水の発生状況下や地山面が悪化した状況下においても、高い急結性を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
本明細書に記載する部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。また本明細書においては、数値範囲を示す「〜」（チルダ）記号は別段の断わりが無いかぎりは下限の値以上上限の値以下の数値範囲であることを意味する。
【００２４】
本発明の実施形態に係る急結剤は、ドーソナイトを含有する。本明細書においては、ドーソナイトとはいわゆるNa-ドーソナイト、すなわちNaAl(CO3)(OH)2のことを意味する。ドーソナイトの生成方法としては例えば、水酸化アルミニウムと水酸化ナトリウムを混合し、炭酸ガスを吹き込む方法や、水酸化アルミニウムと炭酸ナトリウムを混合する方法や、その他炭酸由来のアルミニウム源やナトリウム源の原料を用いて、混合し、生成する方法を挙げることができる。あるいは天然鉱物由来のドーソナイトを使用することも可能である。好ましい実施形態においては、急結剤の総質量中、ドーソナイトは1〜55質量%配合することが好ましく、2〜55質量%の配合が更に好ましい。ドーソナイトの量が1質量%未満であると、若材齢での強度発現性がドーソナイトを含まない場合と変わらない程度になってしまうだけでなく、収縮もまた大きくなる問題が発生しうるため、好ましくない場合がある。ドーソナイトの量が55質量%を超えると、重金属の流出を抑制する効果が頭打ちとなり、好ましくない場合がある。
【００２５】
ドーソナイトのうちには、粒子径250μm以上のもの（「250μm篩上」とも称する」）が0.5〜30質量％含まれることが好ましく、1.0〜30質量％含まれることが更に好ましい。ドーソナイト中に粒子径250μm以上のものが0.5質量％未満であると、重金属の流出を抑止できず、好ましくない場合がある。またドーソナイト中に粒子径250μm以上のものが30質量%を超えると、強度発現性が悪化し、圧縮強度が低下してしまい好ましくない場合がある。なお本明細書においては、ドーソナイトの粒子径（粒度分布）は、篩を用いた積算分布（篩上）によって測定した質量基準のものとする。
【００２６】
ドーソナイトは、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が1,500cm2/g以上であることが好ましく、2,000cm2/g以上であることがより好ましい。ブレーン値が1,500cm2/g未満であると、急結性が低下する場合がある。
【００２７】
或る実施形態においては、急結剤がアルカリ金属アルミン酸塩をさらに含有してもよい。アルカリ金属アルミン酸塩の量は、急結剤の総質量を基準として1〜20質量%とすることが好ましい。アルカリ金属アルミン酸塩としては、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムといったものが挙げられ、特にアルミン酸ナトリウム（アルミン酸ソーダ）が好ましい。1質量％未満であると、急結性能として、最も必要なモルタルやコンクリートの付着性状が得られない場合があり、20質量％を超えると、長期強度が低下する場合がある。
【００２８】
アルカリ金属アルミン酸塩の製造にあたっては例えば、水酸化アルミニウムとアルカリ金属水酸化物を混合スラリー化し、60〜140℃程度で加熱溶解して反応させて、200〜300℃程度で乾燥し、粉末を得るようにしてよい。アルカリ金属アルミン酸塩の粒度も、上述したドーソナイトと同様に測定・調整することが可能である。
【００２９】
当該技術分野においてアルカリ金属アルミン酸塩の組成は、R2OとAl2O3の配合モル比（Rはアルカリ金属を示す）で特定することが慣行とされている。本発明の実施形態においては、アルカリ金属アルミン酸塩のR2O/Al2O3モル比が1.0〜1.5の範囲であることが好ましく、1.05〜1.45の範囲であることが更に好ましい。当該モル比が1.0未満であると、潮解性が顕著になり、取り扱いの面から好ましくないだけでなく、若材齢での強度が低下する問題が発生しうる。当該モル比が1.5を超えると、コンクリートの初期強度が低下する問題が発生しうる。
【００３０】
好ましい実施形態で使用できるアルミン酸ナトリウムとしては、二酸化ナトリウムアルミニウムNaAlO2、テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムNa[Al(OH)4]を挙げることができる。
【００３１】
アルカリ金属アルミン酸塩は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が1,500cm2/g以上であることが好ましく、2,000cm2/g以上であることがより好ましい。ブレーン値が1,500cm2/g未満であると、急結性が低下する場合がある。
【００３２】
アルカリ金属アルミン酸塩とドーソナイトの質量比は、0:10〜9:1の範囲、好ましくは0:10〜8:2の範囲、より好ましくは0:10〜7:3の範囲、さらに好ましくは0:10〜5:5の範囲とすることができる。なおここで言う「0:10」は、急結剤にアルカリ金属アルミン酸塩を添加しない場合に相当する。
【００３３】
或る実施形態における急結剤には、必要に応じて、従来技術に係る急結剤で使用されている材料を配合しても良く、例えば後述するアルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属水酸化物のうちの一種以上を配合しても良い。
【００３４】
アルカリ土類金属アルミン酸塩は、急結剤の総質量を基準として25〜75質量%の範囲で添加することが好ましい。25％未満であると、急結性が低下する場合があり、75％を越えると、長期強度が阻害される場合がある。
【００３５】
アルカリ土類金属アルミン酸塩としては、カルシウムアルミネート類が好ましい。本明細書においてカルシウムアルミネート類（単に「カルシウムアルミネート」とも称する）とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をし、徐冷または急冷して得られる、CaOとAl2O3とを主たる成分として水和活性を有する物質の総称を意味する。カルシウムアルミネート類には、このCaOや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の化合物と置換したものも含まれるし、あるいは、CaOとAl2O3とを主成分とするものにこれらの化合物が少量固溶したものも含まれる。本発明の急結剤に用いるカルシウムアルミネート類の粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が3,000cm2/g以上であることが好ましく、5,000cm2/g以上であることがより好ましい。ブレーン値が3,000cm2/g未満であると、急結剤とセメント／コンクリートを混合した吹付け材料の急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。
【００３６】
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、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウム等が挙げられる。これらの中では、炭酸ナトリウムが好ましい。アルカリ金属炭酸塩の量は、急結剤の総質量を基準として5〜15質量%の範囲が好ましい。5質量％未満であると、初期強度が得られない場合があり、15質量％を超えると、急結性が得られない場合がある。粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が2,500cm2/g未満が好ましく、1,500cm2/g以上であることがより好ましい。ブレーン値が1,500cm2/g未満であると、強度発現性が低下する場合があり、2,500cm2/gを超えると、急結性が低下する。
【００３７】
アルカリ金属水素化物としては、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムといったものが挙げられる。アルカリ金属水素化物の量は、急結剤の総質量を基準として1〜3質量%の範囲が好ましい。1質量％未満であると、初期強度が得られない場合があり、3質量％を超えると、貯蔵性が悪化する場合がある。粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が1,500cm2/g以上2,500cm2/g未満であることがより好ましい。ブレーン値が1,500cm2/g未満であると、強度発現性が低下する場合があり、2,500cm2/gを超えると、急結性が低下する。
【００３８】
アルカリ土類金属水素化物としては、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウムといったものが挙げられる。アルカリ土類金属水素化物の量は、急結剤の総質量を基準として1〜3質量%の範囲が好ましい。1質量％未満であると、初期強度が得られない場合があり、3質量％を超えると、貯蔵性が悪化する場合がある。粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が1,500cm2/g以上2,500cm2/g未満であることがより好ましい。ブレーン値が1,500cm2/g未満であると、強度発現性が低下する場合があり、2,500cm2/gを超えると、急結性が低下する。
【００３９】
アルカリ土類金属硫酸塩としては、無水石膏（無水硫酸カルシウム）、半水石膏（硫酸カルシウム半水和物）、及び二水石膏（硫酸カルシウム二水和物）が使用可能である。これらの中では、無水石膏が好ましい。アルカリ土類金属硫酸塩の量は、急結剤の総質量を基準として15〜35質量%の範囲が好ましい。15質量％未満であると、長期強度が得られない場合があり、35質量％を超えると、急結性が悪化する場合がある。粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が3,500cm2/g以上が好ましく、4,000cm2/g以上がより好ましい。3,500cm2/g未満であると、強度発現性が低下し、4,000cm2/gを超えると、効果は頭打ちになる。
【００４０】
アルカリ金属硫酸塩としては、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムといったものが挙げられる。アルカリ金属硫酸塩の量は、急結剤の総質量を基準として5〜20質量%の範囲が好ましい。5質量％未満であると、初期強度が下がる場合があり、20質量％を超えると、特に硫酸ナトリウムや硫酸カリウムの場合には長期耐久性が下がることが懸念される。粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が500cm2/g以上が好ましく、1,000cm2/g以上がより好ましい。500cm2/g未満であると、強度発現性が低下し、1,000cm2/gを超えても、効果は頭打ちになる。
【００４１】
アルカリ土類金属水酸化物としては、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウムといったものが挙げられる。アルカリ土類金属水酸化物の量は、急結剤の総質量を基準として、5〜30質量％の範囲が好ましい。5質量％未満であると、初期強度が下がる場合があり、30質量％を超えると、長期強度が下がる場合がある。粒度は、急結性や初期強度発現性の観点からブレーン値が1,500cm2/g以上2,500cm2/g未満であることがより好ましい。ブレーン値が1,500cm2/g未満であると、強度発現性が低下する場合があり、2,500cm2/gを超えると、急結性が低下する。
【００４２】
好ましい実施形態における急結剤は、急結剤の総質量を基準として、1〜55質量%のドーソナイトと、25〜75質量%のアルカリ土類金属アルミン酸塩と、5〜15質量%のアルカリ金属炭酸塩と、15〜35質量%のアルカリ土類金属硫酸塩とを組み合せて含むことができる。
【００４３】
本実施形態に係る急結剤は、セメントに配合して使用し、例えば吹付け材料として調製することが可能である。或る実施形態においては、セメント100質量部に対して2〜20質量部配合させることが好ましい。急結剤の量が2質量部未満であると、急結剤の効果を十分に呈することができない問題がある。急結剤の量が20質量部を超えると、コンクリートが長期強度低下を起こす可能性がある。
【００４４】
本実施形態に係る急結剤の形態は任意であり、例えば、粉体、液体、懸濁液状、スラリー状などの形態として使用可能である。
【００４５】
本実施形態に係る急結剤を添加できるセメントは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、及び石灰石微粉末を混合したフィラーセメント、並びに都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）等が挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。混合セメントにおける混合物とセメントの割合は特に限定されるものではなく、これら混和材をＪＩＳの規定の範囲外の割合で混合したものも使用可能である。
【００４６】
本実施形態に係る急結剤をセメントに添加して得られるコンクリートは、セメントと骨材とを含有するものであり、その骨材は吸水率が低く骨材強度が高いものが好ましい。骨材は、吹付けできれば特に限定されるものではないが、細骨材としては、川砂、山砂、海砂、石灰砂、及び珪砂等が使用可能であり、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用可能であり、砕砂、砕石の使用も可能である。
【００４７】
本実施形態に係る急結剤をセメントに添加して得られるコンクリートは、重金属の溶出を抑制でき、例えば六価クロム、鉛、カドミウム、砒素（金属砒素）、水銀、銅、セレンの抑制が可能であるという効果を奏する。
【００４８】
また本実施形態に係る急結剤を用いて得られる吹付け材料により、任意の吹付け工法を、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じて実施可能である。例えば乾式吹付け工法や湿式吹付け工法を行うことができる。
【実施例】
【００４９】
［実験例１］
総質量100質量部のうち、カルシウムアルミネート50質量部、無水硫酸カルシウム25質量部、炭酸ナトリウム10質量部、下記表１に示す材料A〜Kのいずれか15質量部を配合して、急結剤を得た。得られた急結剤のうちの5質量部および水50質量部を、セメント100質量部に対して添加して、セメントペースト硬化体を作製し、2×2×8cmの4連型枠へ型詰めし、急結剤添加からの圧縮強度を材齢1時間、3時間、24時間、7日において測定した。また、24時間材齢測定後の硬化体を用いて、ジョークラッシャーとブラウンクラッシャーによって粗砕し、篩って粒径0.5〜5mmになるように調整し、更に105℃で24時間乾燥し、溶出試験用試料を調製した。当該溶出試験用試料を、環境庁告示第46号に定める基準に従って試験し、六価クロム溶出量を測定した。結果も表１に示した。
【００５０】
「使用材料」
セメント：普通ポルトランドセメント、デンカ社製
水：上水道水
カルシウムアルミネート：アルカリ土類金属アルミン酸塩類、CaO源とAl2O3源を電気炉で1500℃で焼成し、急冷したもの、ガラス化率95%、CaO/Al2O3モル比：2.3、ブレーン値5,500cm2/g
無水硫酸カルシウム：市販品、ブレーン値4,500cm2/g
炭酸ナトリウム：市販品、ブレーン値2,000cm2/g
材料A：二酸化ナトリウムアルミニウム、ブレーン値2,100cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料B：テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム、ブレーン値2,050cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料C：二酸化ナトリウムアルミニウムとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムが質量比9:1の混合物、ブレーン値2,200cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料D：二酸化ナトリウムアルミニウムとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムが質量比7:3の混合物、ブレーン値2,010cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料E：二酸化ナトリウムアルミニウムとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムが質量比1:1の混合物、ブレーン値2,090cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料F：二酸化ナトリウムアルミニウムとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムが質量比3:7の混合物、ブレーン値2,150cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料G：二酸化ナトリウムアルミニウムとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムが質量比1:9の混合物、ブレーン値2,170cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料H：二酸化ナトリウムアルミニウムとドーソナイトが質量比9:1の混合物、ブレーン値2,090cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料I：テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムとドーソナイトが質量比9:1の混合物、ブレーン値2,190cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料J：二酸化ナトリウムアルミニウムとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムとドーソナイトが質量比1:1:1の混合物、ブレーン値2,110cm2/g、R2O/Al2O3モル比：1.10、250μm篩上：1%
材料K：ドーソナイト、ブレーン値2,000cm2/g、250μm篩上：1%
【００５１】
（材料作製方法）
二酸化ナトリウムアルミニウム・・・R2O（Na2O）/Al2O3を設定のモル比になるように、水酸化アルミニウムと水酸化ナトリウムを混合スラリー化し、130℃で加熱溶解し、200℃で乾燥し、粉砕し、粉末を得て、篩目250μmでふるい、所定の篩上となるように、材料を調製した。
【００５２】
テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム・・・R2O（Na2O）/Al2O3を設定のモル比になるように、水酸化アルミニウムと水酸化ナトリウムを混合スラリー化し、130℃で加熱溶解し、粉砕し、粉末を得て、篩目250μmでふるい、所定の篩上となるように、材料を調製した。
【００５３】
ドーソナイト・・・NaAl(CO3)(OH)2となるように、水酸化アルミニウムと炭酸ナトリウムを混合スラリー化し、130℃で加熱溶解し、粉砕し、粉末を得て、篩目250μmでふるい、所定の篩上となるように、材料を調製した。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
上記表１の結果より、実施例に係るドーソナイトを配合した急結剤の方が比較例に較べて圧縮強度値がおしなべて高く、且つ六価クロム溶出量も抑制されていたことが確認された。
【００５６】
［実験例２］
実験例１の材料A〜Kに代えて、下記表２に種類とR2O/Al2O3モル比を示したアルミン酸ナトリウム90質量部とドーソナイト10質量部とからなる材料を調製し、急結剤100質量部中に当該材料を15質量部配合する以外は、実験例１と同様にして、セメントペースト硬化体を作製し、各種試験を行った。結果も表２に示した。
【００５７】
【表２】
2018177545.tif 000003
※α：テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム
※β：二酸化ナトリウムアルミニウム
【００５８】
表２の結果より、いずれのアルミン酸ナトリウムについても、R2O/Al2O3モル比が1.00未満であると、材齢7日で強度低下したことを確認した。また、R2O/Al2O3モル比が1.50を超えた場合、初期強度が低下することも確認できた。この結果、特に材齢24時間の圧縮強度が高いことから、アルミン酸ナトリウムのR2O/Al2O3モル比は、1.00以上1.50以下の範囲内とするのが好ましいことが裏づけられた。
【００５９】
［実験例３］
セメント500g、細骨材1500g、水300gのモルタルを調製した。セメントと水は実験例１と同じものを用い、細骨材は下記に示すものを用いた。表３に示す材料と、表４に示すいずれかの材料15質量部とから、急結剤100質量部を調製した。当該モルタル100質量部に対して急結剤を5質量部配合し、急結モルタルを調製した。急結剤を加えたときからの圧縮強度試験、長さ変化試験を下記方法に従いそれぞれ実施した。また、長さ変化試験において、比較例として急結剤を加えないものも併せて行った。結果を表４に示す。
【００６０】
「使用材料」
細骨材：新潟県姫川水系川砂、密度2.61g/cm3、市販品
【００６１】
「急結剤配合」
【００６２】
【表３】
2018177545.tif 000004
【００６３】
「試験方法」
圧縮強度試験：土木学会基準JSCE-D 102-2005に準拠して行った。
長さ変化試験：JIS A1129-3:2010ダイヤルゲージ法に準拠して行った。
【００６４】
【表４】
2018177545.tif 000005
※α：テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム
※β：二酸化ナトリウムアルミニウム
【００６５】
上記結果より、アルミン酸ナトリウムの種類を問わず、ドーソナイトが含まれない場合には六価クロム溶出量を抑えることができず、環境庁告示第46号の定める六価クロム基準「検液1Lにつき0.05mg以下であること。」に照らして不適であった。またドーソナイトが含まれない場合、急結剤を加えないもの（実験No.3-7）に比べて、長さ変化が顕著に収縮傾向にあった。しかしその一方、ドーソナイトを添加した場合には、アルミン酸ナトリウムに対する量が多いほどに長さ変化が顕著に抑えられた。特に、アルミン酸ナトリウムとドーソナイトの質量比が0:10〜5:5の範囲である場合に、材齢24時間における高い圧縮強度が得られることもわかった。また、六価クロム溶出量の抑制や圧縮強度の増進も同時に確認された。この結果から、ドーソナイトの添加が急結剤の効果を飛躍的に増強することが裏づけられた。
【００６６】
［実験例４］
セメント500g、細骨材1500g、水300gのモルタルを調整した。セメントと細骨材と水は実験例３と同じものを用いた。表５に示す材料と、表６に250μm篩上の%を示したドーソナイト5質量部とから、急結剤100質量部を調製した。当該モルタル100質量部に対して、急結剤5質量部を配合し、急結モルタルを調製した。急結剤を加えたときからの圧縮強度試験、長さ変化試験をそれぞれ実験例３と同様に実施した。また、長さ変化において、比較例として急結剤を加えないものも併せて行った。結果を表６に記した。
【００６７】
「急結剤配合」
【００６８】
【表５】
2018177545.tif 000006
※: 二酸化ナトリウムアルミニウム
【００６９】
【表６】
2018177545.tif 000007
【００７０】
上記結果より、急結剤に配合するドーソナイト中の粒子径250μm篩上の割合が少なすぎると、著しい強度発現性の向上は確認されるものの、六価クロム溶出量が増えてしまい、またコンクリートの長さ変化も収縮傾向にあった。よって、ドーソナイト中の粒子径250μm篩上は0.5%以上含まれる必要があることが裏づけられた。
【００７１】
また、ドーソナイト中の粒子径250μm篩上が30%を超えると、六価クロム溶出量の抑制も長さ収縮の抑制も頭打ちになる一方で、圧縮強度が低下傾向になってしまうことが確認された。一方、ドーソナイト中の粒子径250μm篩上が0.5〜30%の範囲である場合、特に材齢24時間の圧縮強度が高くなる効果が得られた。よって、ドーソナイトの粒子径は250μm篩上が0.5〜30％となるように制御することが好ましいことが裏づけられた。このように所定の粒度分布を有するドーソナイトが急結剤として効果を発揮するのは、ドーソナイトが無機物にしてはアルカリに溶けやすく、コンクリートというアルカリ環境下で適度に溶けるような粒度分布であることが必要であるためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の急結剤により、極初期からの強度が得られるだけでなく、重金属溶出量が低減し、長さ変化についても収縮低減剤や膨張材を加えること無く収縮傾向を抑制できる効果があることが確認された。当該急結剤は新規であり、セメント／コンクリート産業、特に吹付け工法において有用である。