(57)【要約】【課題】硬化発現材齢を数日から数ヶ月の範囲で調整可能であり、硬化の発現が薬剤添加等の操作によらず自発的に生じ、地盤材料として実用的な強度が得られるセメント系混練物を提供する。【解決手段】水セメント比３０〜２５０％のセメント系混練物において、水１００質量部に対しヘプトン酸ナトリウム２水和物０.１〜２質量部、およびカルボン酸０.１〜２質量部が配合され、ブリーディング率が０.５％以下である水硬性混練物。好適なカルボン酸としてはクエン酸が挙げられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水セメント比３０〜２５０％のセメント系混練物において、水１００質量部に対しヘプトン酸ナトリウム２水和物０.１〜２質量部、およびカルボン酸０.１〜２質量部が配合され、ブリーディング率が０.５％以下である水硬性混練物。
【請求項２】
前記カルボン酸としてクエン酸が配合されている請求項１に記載の水硬性混練物。
【請求項３】
硬化発現材齢が３〜１２０日の範囲である請求項１または２に記載の水硬性混練物。
【請求項４】
硬化後の一軸圧縮強さが０.５Ｎ／ｍｍ2以上となる硬化特性を有する請求項１または２に記載の水硬性混練物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練・打設後、数日から数ヶ月のある時点まで硬化による強度が発現せず、その時点で自発的に硬化が始まり強度が発現する性質を有するセメント系水硬性混練物に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント系混練物は通常、混練後に静置するとすぐに水硬反応を開始し、時間と共に強度を増していく。そして、最終的に一定の強度をもつ硬化体となる。セメント系材料を使用するほとんどの分野では、工期短縮のため早期に強度が発現する材料が望まれる。ところが地盤改良の分野などでは、混練・打設後、しばらくの間はできるだけ低い強度を維持する特性の（すなわち遅延効果のある）セメント系材料が望まれる場合がある。
【０００３】
例えば、機械撹拌工法により地盤を改良する場合や、連続掘削機または全周旋回式掘削機を用いて地中連続壁を構築する場合などでは、遅延効果のあるセメント系材料が望まれる。これらの工法においては、先行して施工されたセメント系材料と、後行して施工されたセメント系材料の境界における付着・一体性を十分に確保することが求められる。先行施工部のセメント系材料がある程度硬化した状態で後行施工部のセメント系材料を打設すると、両者の境界で付着・一体性が不十分となりやすく、遮水性が確保できないことがある。場合によってはコールドジョイントが形成されてしまう。実際、遮水壁として施工された地中連続壁から漏水が生じるというトラブルは、これまでに数多く報告されている。したがって、先行施工部のセメント系材料には、硬化を遅らせる措置を講じることが望まれる。
【０００４】
また、打設されたセメント系材料の中に、あとからＨ鋼等の芯材や構造部材を装入（建込み）して強化を図る工法がある。その場合には芯材等を装入する際の抵抗を低減するために、セメント系材料の強度がほとんど発現しない間に芯材等の建込み作業を実施する必要がある。都市部の施工現場では交通遮断等の問題があるため、セメント系材料を打設した後に一旦工事を中断して交通を復帰させ、その後再度交通を遮断してから建込み作業を開始する必要が生じる場合があり、このような場合にはセメント系材料の硬化を遅延させる措置をとることが必要となる。
【０００５】
セメント系材料の硬化を遅らせる手法としては、混和剤として「遅延剤」を添加することが一般的である。遅延剤としては、各種のカルボン酸やカルボン酸化合物が知られている（特許文献１、２）。また、超早強セメント系材料においては、混練から打設までのハンドリング時間を確保するために、やはり上記のような遅延剤を添加することがある（特許文献３）。
【０００６】
一方、特許文献４にはセメント系材料の硬化発現までの期間を長く維持し、任意の時点で硬化を開始させる手法が開示されている。特許文献４の技術は、遅延剤を添加して凝結・硬化を緩やかに行わせるようにしたセメント系充填材を空隙に注入した後、所定の時期にアルカリ等の凝結刺激剤を注入し、これを前記充填材と接触・混合させて急速に硬化させるものである。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−４０８５４号公報
【特許文献２】特開平１０−３１０７７１号公報
【特許文献３】特開２００４−２６２７１８号公報
【特許文献４】特開２００４−２４４４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２のように遅延剤を添加する従来の手法では、セメント系材料の硬化を遅延化しようとすると、硬化後の強度レベルを高く維持することが難しくなる。過度に遅延剤を添加すると、最終的に硬化しない（硬化不良を起こす）恐れがある。このため、地盤材料として実用的な強度を得るためには、一般的に数時間から高々３日程度しか硬化を遅延化させることができない。
【０００９】
都市部の地盤工事は、交通遮断の影響をできるだけ少なくするために夜間に限定して施工される場合が多い。そのような条件下で漏水等のない健全な地下構造物を構築するためには施工スケジュールの自由度を拡大させることが重要であり、上記よりさらに長期間にわたって硬化を遅延させる技術が必要となる。
【００１０】
また、遅延剤を添加した従来の混練物は、静置後にわずかながら強度が発現する。このため、芯材を挿入する工法では、セメント系材料を打設後、直ちに建込み作業を行う必要があり、都市部の地盤改良工事でこの工法を実現することは極めて困難な状況にある。さらに昨今では、既設の地中埋設物を回避して芯材を埋め込む工法の必要性が高まり、それを実現するためには打設後のセメント系材料の中で芯材を水平方向に移動させることが要求される。これらのことを考慮すると、セメント系混練物を現位置混練・打設したのち数日から数ヶ月程度の長期間にわたって硬化反応による強度が発現しないセメント系材料の出現が望まれる。
【００１１】
一方、特許文献４のように、任意の時点で急速に硬化を進行させる従来の技術では、アルカリ等の凝結刺激剤をあとから注入することが必要である。特許文献４の技術は空隙充填材を対象としたものである。地盤改良工法においては、セメント系材料と凝結刺激剤を確実に全範囲にわたって接触させることは困難であり、接触の程度により強度もばらつくことから、特許文献４の技術を採用することは難しい。
【００１２】
本発明は、硬化発現材齢を数日から数ヶ月の範囲で調整可能であり、硬化の発現が刺激剤添加等の操作によらず自発的に生じ、地盤材料として実用的な強度が均一に得られるセメント系混練物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、水セメント比３０〜２５０％のセメント系混練物において、水１００質量部に対しヘプトン酸ナトリウム２水和物０.１〜２質量部、およびカルボン酸０.１〜２質量部が複合添加され、ブリーディング率が０.５％以下である水硬性混練物によって達成される。前記カルボン酸として例えばクエン酸が挙げられる。すなわち、前記カルボン酸の一部または全部としてクエン酸が配合されているものが好適な対象となる。また本発明では特に、硬化発現材齢が３〜１２０日の範囲に調整された水硬性混練物が提供される。また、硬化後の一軸圧縮強さが０.５Ｎ／ｍｍ2以上、好ましくは２.０Ｎ／ｍｍ2以上となる硬化特性を有するものが提供される。
【００１４】
ブリーディング率は土木学会で標準化された試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２−１９９９）に準拠して求められる。一軸圧縮強さは、ＪＩＳ Ａ１２１６に準拠して求められる。硬化発現材齢とは、セメント系混練物を現位置混練・打設したのち一軸圧縮強さ０.０５Ｎ／ｍｍ2以上の強度が発現しない状態が維持される時間をいう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水硬性混練物は、硬化開始が数日から数ヶ月の範囲で顕著に遅延化され、その間、強度がほとんどゼロのまま推移し、その後、自発的に急速な硬化が始まるという、特異な性質を具備するものである。しかもこの材料では硬化が始まる時期を遅延剤の添加量によってコントロールすることができる。また最終的に得られる強度は地盤改良材として実用的なレベルとなる。したがって本発明によれば、特に都市部での地盤工事において施工スケジュールの自由度が拡大され、その結果、交通遮断への影響が大幅に減少され、また地中連続壁の遮水性も改善される。さらに、既設の埋設物を回避した芯材の建込み工法を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のセメント系混練物は、混和剤として、ヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸が複合添加されている。ヘプトン酸ナトリウム２水和物は、高アルカリ下においてキレート力（イオン交換）・生分解性の発揮が期待できる物質であり、セメント系混練物に配合されると水硬反応に必要となるカルシウムイオン、アルミニウムイオンと結合し、硬化を阻害する作用を有すると考えられる。その効果は、生分解性により時間経過に伴って低減し、やがてカルシウムイオン、アルミニウムイオンが硬化のために自由に活動できるようになると考えられる。ヘプトン酸ナトリウム２水和物は例えば超早強セメント系材料の遅延剤として使用されることがある。
【００１７】
しかしながら、ヘプトン酸ナトリウム２水和物をかなり多量に添加しても、硬化開始を数日以上に遅延させることは困難であり、更に多量に添加すると硬化不良を引き起こす原因となる。ところが発明者らは、ヘプトン酸ナトリウム２水和物と、カルボン酸とをセメント系材料に複合添加したとき、硬化の遅延を数ヶ月程度に引き延ばすことができることを発見した。また、硬化の開始がある時点で自発的に生じること、および硬化が開始するまでの間は強度がほとんどゼロのまま推移することが確認された。さらに、詳細な検討の結果、ヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸の合計配合量によって、硬化が始まる時期（硬化発現材齢）をコントロールすることが可能であることがわかった。しかも、カルボン酸としては、入手が容易なクエン酸を使用することができる。
【００１８】
ヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸を複合添加したときにこのような特異な遅延特性が発現するメカニズムについては、現時点で明らかにされていない。
ヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸以外に、従来公知の遅延剤を含有させることもできる。
【００１９】
本発明では、早強セメントまたは超早強セメントを使用したものを除き、水セメント比が３０〜２５０％である種々のセメント系材料を対象とすることができる。ヘプトン酸ナトリウム２水和物およびカルボン酸（例えばクエン酸）の配合量は、水１００質量部に対し、それぞれ０.１〜２質量部の範囲で配合させることができる。水セメント比、およびヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸の配合比が一定の場合、水に対するヘプトン酸ナトリウム２水和物＋カルボン酸（例えばクエン酸）の合計量と、硬化発現材齢の間には相関関係が生じることがわかった（後述図２参照）。したがって、これらの合計配合量によって硬化発現材齢を数日から数ヶ月の範囲で精度良くコントロールすることができる。例えば硬化発現材齢が３〜１２０日の範囲のある時点に調整されたものは、地盤改良の分野で好適に使用できる。
【００２０】
ただし、硬化発現材齢はセメント系混練物を構成する遅延剤以外の材料によっても影響を受ける。例えば、粘性土分の配合量が多いと遅延剤の効果が小さくなる傾向にある。混練物を構成する遅延剤以外の材料の種類・配合量に応じて、水に対するヘプトン酸ナトリウム２水和物＋カルボン酸（例えばクエン酸）の合計量と、硬化発現材齢との間の相関関係を予め求めておくことにより、硬化発現材齢を精度良くコントロールすることが可能になる。
【００２１】
ヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸（例えばクエン酸）の配合比は、質量比で概ね１：３〜３：１の範囲で設定でき、等量に近い割合（１：１.５〜１.５：１）に規定してもよい。セメント系水硬性混練物１ｍ3当たりの配合量としては、ヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸（例えばクエン酸）の合計量を０.５〜２５ｋｇの範囲で調整すればよく、１〜１０ｋｇの範囲がより好ましく、１〜５ｋｇの範囲が一層好ましい。これらの遅延剤の合計量が多くなると、最終的に得られる強度レベルが低下する傾向がある。地盤改良分野で適用するためには、最終的な強度が一軸圧縮強さで０.５Ｎ／ｍｍ2以上となるように調整することが望ましく、２.０Ｎ／ｍｍ2以上となるように調整することがより好ましい。
【００２２】
本発明の水硬性混練物は硬化発現材齢が数日から数ヶ月に及ぶため、打設後に材料沈降によるブリーディングが生じないように配慮する必要がある。具体的にはブリーディング率（２４時間経過後）が０.５％以下である必要があり、０％であることが好ましい。そこで、増粘剤を適宜添加することが望ましい。増粘剤としては、セルロース系増粘剤（例えばカルボキシメチルセルロース）、キサンタンガム、ウエランガム、グァーガム、ペクチン等が挙げられる。増粘剤の添加量は混練物１ｍ3当たり概ね３〜１５ｋｇの範囲で調整すればよい。
【実施例】
【００２３】
表１に示す配合のセメント系水硬性混練物を作製した。使用したセメントは高炉Ｂセメントである。表１中、ＬＰは石灰石微粉末、ＣＬＡＹは粘土である。増粘剤としてはセルロース系増粘剤を使用した。
【００２４】
各混練物を内径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの複数の円筒容器に流し込み、静置した。その後、種々の日数を経過した時点で、ＪＩＳ Ａ１２１６に準拠した方法で一軸圧縮強さを測定した。そして、一軸圧縮強さが０.０５Ｎ／ｍｍ2未満に維持される最後の測定時点の材齢をその混練物の「硬化発現材齢」とした。また、各混練物のブリーディング率を、土木学会で標準化された試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２−１９９９）に準拠した方法で測定した。
【００２５】
表１に、ブリーディング率を示す。
図１に、一軸圧縮強さの経時変化を示す。図１中に記載した番号は表１の混練物Ｎｏ.に対応する。
図２に、本発明例の混練物（Ｎｏ.１〜４）における遅延剤総量（水１００質量部に対するヘプトン酸ナトリウム２水和物＋クエン酸の合計質量部）と、硬化発現材齢の関係を示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
遅延剤としてヘプトン酸ナトリウム２水和物とカルボン酸（クエン酸）を複合添加した本発明例の混練物は、７日〜９０日という硬化発現材齢を有していた。硬化が始まるまでは強度はほとんどゼロに維持され、硬化発現材齢を過ぎると自発的に急速な硬化が生じることが確認された。また、最終的な強度レベルも一軸圧縮強さ２.５Ｎ／ｍｍ2以上となり、５Ｎ／ｍｍ2以上を得ることも可能であった。また、増粘剤を添加することでブリーディングも生じていない。特に図２に見られるように、水セメント比が一定のものにおいて、遅延剤総量と硬化発現材齢との間には相関関係があり、硬化発現材齢のコントロールが可能であることが確認された。
【００２８】
これに対し、比較例であるＮｏ.５は増粘剤を添加しなかったことによりブリーディングが生じた。Ｎｏ.６は遅延剤としてクエン酸とグルコン酸ソーダを使用し、ヘプトン酸ナトリウム２水和物を添加しなかったものである。この場合、遅延剤の総量はＮｏ.４と同等に多いにもかかわらず、遅延効果は小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】各混練物について一軸圧縮強さの経時変化を示すグラフ。
【図２】本発明例の混練物における遅延剤総量と硬化発現材齢の関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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