(57)【要約】【課題】低温でも容易に実施でき、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、貯蔵安定性が良好なセメント系固化材が得られる製造方法を提供する。【解決手段】グリセリンとポリエチレングリコールとを含有する特定の水溶液を、特定比率で水硬性粉体と混合する工程を有するセメント系固化材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリセリンとポリエチレングリコールの合計濃度が７２〜８５重量％の水溶液と、水硬性粉体とを混合する工程を有するセメント系固化材の製造方法であって、かつ下記要件１〜４全てを満足するセメント系固化材の製造方法。
要件１：固化材中、水硬性粉体１００重量部に対して、グリセリンが０．３〜４．９重量部、ポリエチレングリコールが０．３〜４．９重量部、水が０．３〜２．８重量部、グリセリンとポリエチレングリコールの合計が１〜７重量部である。
要件２：ポリエチレングリコールの分子量が４００〜１２００である。
要件３：水溶液におけるグリセリン／ポリエチレングリコールの重量比が７０／３０〜３０／７０である。
要件４：水溶液中の水／ポリエチレングリコールの重量比が２７／７３〜４７／５３である。
【請求項２】
さらに、水溶液が要件５及び６を満足する請求項２記載のセメント系固化材の製造方法。
要件５：２５℃における粘度が２０〜１５０ｍＰａ・ｓである。
要件６：２５℃における表面張力が３０〜５５ｄｙｎ／ｃｍである。
【請求項３】
水硬性粉体と混合して請求項１又は２記載のセメント系固化材の製造に用いられる、グリセリンとポリエチレングリコールの合計濃度が７２〜８５重量％の水溶液からなる粉塵防止剤。
【請求項４】
さらに、水溶液が要件５及び６を満足する請求項３記載の粉塵防止剤。
要件５：２５℃における粘度が２０〜１５０ｍＰａ・ｓである。
要件６：２５℃における表面張力が３０〜５５ｄｙｎ／ｃｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現位置で施工を行う路床・路盤安定処理工法や地盤改良工法地盤の改良工法に用いる発塵抑制型セメント系固化材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セメントなどを土質安定材（以下、固化材という）として使用する、路床・路盤安定処理工法や地盤改良工法（現位置で施工）などは、低品位の現地土が有効に活用でき、しかも他工法に比べて経済的であり広く実施されている。また建設残土低減から、これらの工法の必要性は今後さらに増大していくものと注目されている。
【０００３】
しかしながら、前述した従来の方法では、微粉末状のセメント系固化材が散布時に飛散するため、周辺環境の保全や作業環境の観点から、土質安定処理工事における粉塵発生の抑制や低減が強く望まれており、特に材料面から通常の施工方法によって使用できる防塵型の固化材の開発が期待されている。
【０００４】
特許文献１には、土壌固化材にセメント系固化材の硬化反応に寄与しない液体としてアルコール系化合物を用いることが開示されている。また、特許文献２には、脂肪族多価アルコールを用いた発塵抑制方法が開示されている。また、特許文献３には、濃度５〜７０重量％のアルコール系化合物の水溶液をセメント系固化材に対して１〜１０重量％均一に添加・混合した無粉塵固化材が開示されている。
【特許文献１】特開平６−１２８５６７号公報
【特許文献２】特開平６−８７６４３号公報
【特許文献３】特許３０９０３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２で用いられている脂肪族多価アルコールは、消防法に定める危険物であるために取扱い上の制約があり、さらに粘性が高いために噴霧等による水硬性粉体との混合が困難である。また固化材表面への広がり性も悪く、結果として粉塵防止効果が期待できない等の課題がある。これらの問題を解決するために特許文献３では５〜７０重量％のアルコール系化合物の水溶液を用いるが、散布前の貯蔵等により固化材を用いた硬化体の強度が低下することがある。また、さらにアルコール化合物の中には、水を含んでいても低温で高粘度となる化合物も含まれており、この場合は、冬季等には水硬性粉体との混合等の際にアルコール系化合物の水溶液と水硬性粉体の両方の加温処理等が必要になる。
【０００６】
本発明の課題は、低温でも容易に実施でき、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、貯蔵安定性が良好なセメント系固化材が得られる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、グリセリンとポリエチレングリコールの合計濃度が７２〜８５重量％の水溶液と、水硬性粉体とを混合する工程を有するセメント系固化材の製造方法であって、かつ下記要件１〜４全てを満足するセメント系固化材の製造方法に関する。
要件１：固化材中、水硬性粉体１００重量部に対して、グリセリンが０．３〜４．９重量部、ポリエチレングリコールが０．３〜４．９重量部、水が０．３〜２．８重量部、グリセリンとポリエチレングリコールの合計が１〜７重量部である。
要件２：ポリエチレングリコールの分子量が４００〜１２００である。
要件３：水溶液におけるグリセリン／ポリエチレングリコールの重量比が７０／３０〜３０／７０である。
要件４：水溶液中の水／ポリエチレングリコールの重量比が２７／７３〜４７／５３である。
【０００８】
また、本発明は、水硬性粉体と混合して上記本発明のセメント系固化材の製造に用いられる、グリセリンとポリエチレングリコールの合計濃度が７２〜８５重量％の水溶液からなる粉塵防止剤に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低温でも容易な製造方法であって、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、貯蔵安定性の良好なセメント系固化材が得られる製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明において、水硬性粉体に所定量のグリセリンとポリエチレングリコールの水溶液（以下、グリセリン−ＰＥＧ水溶液という）を添加・混合することにより、固化材表面にグリセリンとポリエチレングリコール（以下、ＰＥＧと表記する）が均等に濡れ広がることで、湿潤した粉体同士が粗大粒子群を形成し、散布時の飛散を防止すると推定される。
【００１１】
粉体の湿潤には、水単独によっても可能であるが、貯蔵等の時間経過により水は、水硬性粉体の水和反応に使用されるために粉塵防止効果がなくなるとともに、水和物を生成することから、固化材に水を加えて硬化体を得る際に、既水和生成物が不均一に分布するので、得られる硬化体の強度が低下する。よって、粉塵防止を目的に水を添加する場合は、貯蔵時の水和反応を抑制することが必要条件である。また、これらの観点から添加する水は少ない方が望ましい。
【００１２】
本発明者は、特定の重量平均分子量のＰＥＧを特定量用いることで、固化材の優れた粉塵抑制効果と、水と水硬性粉体との水和反応の抑制の両立ができることを見出し、さらにグリセリンを特定量併用することで、水が少なくてもＰＥＧを含む水溶液が低温で凝固や高粘度を有すること無く、水硬性粉体との混合が容易であることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
本発明に用いられるグリセリン−ＰＥＧ水溶液は、危険物として取り扱われることを回避するため、すなわち危険物としての取扱い（引火点の有無）の観点から、グリセリンとＰＥＧの合計濃度が８５重量％以下であり、水和反応抑制の観点から、グリセリンとＰＥＧの合計濃度が７２重量％以上である。したがって危険物としての取扱い（引火点の有無）及び水和反応抑制の観点から、グリセリンとＰＥＧの合計濃度が７２〜８５重量％、好ましくは７３〜８０重量％、より好ましくは７４〜７８重量％である。
【００１４】
本発明に用いられるＰＥＧは、重量平均分子量が４００〜１２００である（要件２）。この重量平均分子量は、ＧＰＣ（ゲルパーミェーションクロマトグラフィ）により測定されたものである。ＰＥＧの重量平均分子量は、水和反応抑制から４００以上であり、凝固や粘度増加の観点から１２００以下である。したがって水和反応抑制及び凝固や粘度増加の観点から４００〜１２００、好ましくは５００〜１０００である。
【００１５】
本発明に用いられるグリセリン−ＰＥＧ水溶液では、グリセリン／ポリエチレングリコールの重量比が、水和反応抑制の観点からグリセリン／ポリエチレングリコールの重量比が７０／３０以上であり、凝固や粘度増加の観点から、３０／７０以下である。したがって水和反応抑制及び凝固や粘度増加の観点から、グリセリン／ポリエチレングリコールの重量比が７０／３０〜３０／７０、好ましくは６５／３５〜３５／６５、より好ましくは６０／４０〜４０／６０である（要件３）。
【００１６】
また、本発明に用いられるグリセリン−ＰＥＧ水溶液では、水溶液中の水／ポリエチレングリコールの重量比が、水和反応抑制の観点から４７／５３以下であり、凝固や粘度増加の観点から、２７／７３以上である。したがって水和反応抑制及び凝固や粘度増加から、水／ポリエチレングリコールの重量比が２７／７３〜４７／５３、好ましくは３０／７０〜４５／５５、より好ましくは３５／６５〜４５／５５である（要件４）。
【００１７】
本発明の製造方法において、水硬性粉体にグリセリン−ＰＥＧ水溶液を均一に添加・混合させる方法としては、混合機で撹拌されている水硬性粉体にグリセリン−ＰＥＧ水溶液を噴霧する方法、グリセリン−ＰＥＧ水溶液を滴下する方法、別の粉体に予めグリセリン−ＰＥＧ水溶液を混合しておき、その粉体と水硬性粉体とを均一に混合する等の方法が挙げられる。
【００１８】
ここで、上記本発明において、危険物として取り扱われることを回避するため、すなわち引火点を有しない観点から、グリセリン−ＰＥＧ水溶液は所定量の水を含有することが必要であり、該水溶液中の水の量は好ましくは１５〜２８重量％、より好ましくは１８〜２７重量％、さらに好ましくは２０〜２６重量％である。また配合する水を保水し、水硬性粉体と混合した際に直ちに水和物を生成させない観点から、水／ＰＥＧの重量比は４７／５３以下が必須となる。
【００１９】
また、グリセリン−ＰＥＧ水溶液の水硬性粉体に対する添加量は要件１を満たすように選定することが好ましく、グリセリンとＰＥＧの合計で、水硬性粉体１００重量部に対し１〜７重量部、好ましくは１．５〜６重量部、より好ましくは２〜５重量部、さらに好ましくは２．５〜４重量部である。１重量部以上では、水硬性粉体表面へ均一に濡れ広がることが容易となり液体架橋を形成しやすく、発塵を防止する効果が良好となる。また７重量部以下であると、粉体の湿り具合が適切となり粉体としての流動性が損なわれず、固化材の散布や土壌との均一な撹拌・混合が容易となる。
【００２０】
本発明においてグリセリン−ＰＥＧ水溶液の２５℃における粘度は、噴霧のし易さの観点から２０〜１５０ｍＰａ・ｓが好ましく（要件５）、更に２０〜１００ｍＰａ・ｓが好ましい。粘度が１５０ｍＰａ・ｓ以下で、水硬性粉体との混合時に噴霧等が容易となる傾向があり、また粘度が２０ｍＰａ・ｓ以上で、グリセリン−ＰＥＧ水溶液中のグリセリンとＰＥＧの濃度を高くでき、水和反応抑制効果が発揮され易くなる。この粘度は（株）東京計器製ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ（ＢＭ型）により２４〜２６℃の条件で測定されたものである。
【００２１】
また本発明においてグリセリン−ＰＥＧ水溶液の２５℃における表面張力は、水硬性粉体への濡れ性の観点から３０〜５５ｄｙｎ／ｃｍが好ましい（要件６）。表面張力が５５ｄｙｎ／ｃｍ以下で水硬性粉体への濡れ性が良好であり、容易に水硬性粉体の湿潤が可能になる。また表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ以上で、水溶液の発泡が抑えられる。この表面張力は日本油試験機工業（株）ＡＮ−５２６Ｐにより２４〜２６℃の条件で測定されたものである。
【００２２】
本発明では、グリセリン−ＰＥＧ水溶液を、上記範囲の粘度、表面張力となるように適宜調整して水硬性粉体と混合する。
【００２３】
セメント系固化材の飛散による発塵を抑制するには、前述してきたように、水硬性粉体表面に、液体が、「濡れる」、「広がる」ことが重要である。粉体表面への濡れ性は、液体の表面張力が支配し、また粉体表面での広がり性は、液体の粘度が支配する。発塵抑制効果の観点から、液体が、濡れる、広がる、両方の機能を有することが好ましい。この液体に水のみを用いれば、前述したように、時間経過とともに水硬性粉体と水が反応し、固化材としての役目を果たさなくなる。
【００２４】
本発明に係るグリセリン−ＰＥＧ水溶液の使用は、グリセリンとＰＥＧの混合物の粘度を下げることができ、噴霧等による固化材への均一な添加・混合が容易になる。
【００２５】
そのため、グリセリンとＰＥＧの混合物のみの使用時に比べて、発塵の抑制効果が著しく向上する。したがって水の含有量は重要であり、水溶液の粘度は、噴霧による「均一な添加・混合」の観点から重要である。
【００２６】
グリセリンとＰＥＧの混合物の水溶液中の水は、前記混合物の引火点を有さない点、前記混合物の粘度を下げ水硬性粉体との混合性を良好にする点で重要であり、ＰＥＧによる保水効果によって貯蔵時における水硬性粉体との水和反応を抑制される。
【００２７】
このような、水を含有するグリセリンとＰＥＧの混合物の水溶液は、水硬性粉体と混合して本発明のセメント系固化材の製造に用いられ粉塵防止剤とすることができる。粉塵防止剤におけるグリセリン、ＰＥＧ及び水の比率や含有量、ＰＥＧの分子量等は前記と同じであればよい。
【００２８】
本発明の製造方法により得られる固化材は、グリセリンと、ＰＥＧと、水と、水硬性粉体とを含有するセメント系固化材であって、これらの比率は、水硬性粉体１００重量部に対して、グリセリンが０．３〜４．９重量部、ＰＥＧが０．３〜４．９重量部、水が０．３〜２．８重量部、グリセリンとポリエチレングリコールの合計が１〜７重量部である（要件１）。好ましくはグリセリンが０．５〜４．２重量部、ＰＥＧが０．５〜４．２重量部、水が０．５〜２．３重量部である。より好ましくはグリセリンが０．８〜３．５重量部、ＰＥＧが０．８〜３．５重量部、水が０．８〜１．９重量部である。さらに好ましくはグリセリンが１．０〜２．８重量部、ＰＥＧが１．０〜２．８重量部、水が１．０〜１．６重量部である。
【００２９】
また、固化材におけるグリセリンとＰＥＧの合計は、水硬性粉体１００重量部に対して、好ましくは１．５〜６重量部、より好ましくは２〜５重量部、さらに好ましくは２．５〜４重量部である。このような比率となるように、グリセリン−ＰＥＧ水溶液の使用量を調整することが好ましい。
【００３０】
なお、本発明に係る固化材中、水硬性粉体の含有量は９０．３〜９８．６重量％、更に９４．４〜９６．５重量％が好ましく、グリセリンとＰＥＧの合計含有量は１．０〜７．０重量％、更に２．５〜４．０重量％が好ましく、水の含有量は０．４〜２．７重量％、更に１．０〜１．６重量％が好ましい。
【００３１】
本発明において対象となる水硬性粉体としては、地盤の土壌と混合すると土中の水分と反応固化し、地盤を強化するものであればどのようなものでもよい。例えば、各種ポルトランドセメント、各種混合セメント、アルミナセメント等の特殊セメントであり、これらにスラグ、ポゾラン、せっこう、石灰等を混入したセメント系固化材及び市販のセメント系固化材も対象となる。これらは微粉末状の粉体が好ましい。
【００３２】
本発明に係る固化材は発塵抑制の観点から、ふるい目開き５００μｍのふるい試験でふるい残の量が７５重量％以上が好ましく、水和物生成の観点から、このふるい残を人差し指で押してふるいを通過させる操作を行った際に、ふるいを通過できない水和物の量が５重量％未満であることが好ましい。なお、ふるい残を人差し指で押す力は、同様の力で天秤の皿を押して測定したところ、指の接触面は直径約１ｃｍの円形であり、天秤の目盛りは５００ｇである。
【実施例】
【００３３】
（１）水硬性粉体
・普通セメント：住友大阪セメント製普通ポルトランドセメント
【００３４】
（２）粉塵防止剤
表１の成分を用いて、固化材を製造する際に用いる粉塵防止剤を得た。
【００３５】
（３）粉塵防止剤の粘度
表１に示す粉塵防止剤の２５℃における溶液粘度をＢ型粘度計で測定し、以下の基準で評価した。◎で噴霧による添加が容易である。
２００ｍＰａ・ｓ超：×
１５０ｍＰａ・ｓ超２００ｍＰａ・ｓ以下：△
１００ｍＰａ・ｓ超１５０ｍＰａ・ｓ以下：○
２０ｍＰａ・ｓ超１００ｍＰａ・ｓ以下：◎
【００３６】
（４）粉塵防止剤の表面張力
表１に示す粉塵防止剤の２５℃における表面張力をデュヌーイ型表面張力計により測定し、以下の基準で評価した。○及び◎でセメントとの濡れ性が良好である。
６０ｄｙｎ／ｃｍ超：×
５５ｄｙｎ／ｃｍ超６０ｄｙｎ／ｃｍ以下：△
４０ｄｙｎ／ｃｍ超５５ｄｙｎ／ｃｍ以下：○
３０ｄｙｎ／ｃｍ超４０ｄｙｎ／ｃｍ以下：◎
【００３７】
（５）粉塵防止剤の引火点
危険物の指標として、粉塵防止剤の引火点の有無を測定し、以下の基準で評価した。
引火点あり：×
引火点なし：○
【００３８】
（６）混合方法及び混合性
水硬性粉体として普通セメント５００ｇをモルタルミキサー（（株）ダルトン製万能混合撹拌機、５ＤＭ−０３−ｒ、低速６２ｒｐｍ）で撹拌しながら、表１に示す粉塵防止剤（グリセリン−ＰＥＧ水溶液等）を所定量滴下し、滴下終了後８分間撹拌して、固化材を調製した。なお、常温混合性は、水硬性粉体及び粉塵防止剤を２０℃に調整、低温混合性は、水硬性粉体及び粉塵防止剤を５℃に調整してから混合した。そして調整した固化材中の粉塵防止剤の状態を目視で観察し、混合性を以下の基準で評価した。
凝固又は高粘度により滴下不可能：×
液体であり滴下可能：○
【００３９】
（７）発塵抑制性
得られた固化材を密封式のナイロン袋に全量移し、４８時間静置後、ふるい試験（ふるい目開き５００μｍ）を行い、ふるい残量（全固化材に対する重量％）を測定し、以下の基準で評価した。４８時間の静置は固化材中に水和物が生成するには十分な時間である。
５０重量％未満：×
５０重量％以上７５重量％未満：△
７５重量％以上８５重量％未満：○
８５重量％以上：◎
【００４０】
（８）水和物生成の確認
発塵抑制性におけるふるい試験後、ふるい上に残っている固化材を人差し指で軽く濾し（指の接触面は直径約１ｃｍの円形、５００ｇ相当）、さらにふるい上に残る固化材量（全固化材に対する重量％）を測定し、以下の基準で評価した。
１０重量％未満：×
５重量％以上１０重量％未満：△
１重量％以上５重量％未満：○
１重量％未満：◎
【００４１】
【表１】
2008280214.tif 000002
【００４２】
【表２】
2008280214.tif 000003
【００４３】
表中、有効分濃度は、グリセリン、ＰＥＧ、ＤＥＧの濃度である。また、粉塵防止剤の添加量は、水硬性粉体１００重量部に対する有効分（グリセリン、ＰＥＧ、ＤＥＧ）の重量部である。また、ＤＥＧはジエチレングリコール、Ｍｗは重量平均分子量を意味する。また、粉塵防止剤の添加量は、水硬性粉体１００重量部に対する重量部である。