(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  セメント系
−  乾燥セメント系の０．００１〜１重量％の量の、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライド、および
−  粘度調製剤または分散剤
を含むセメント処方物。
【請求項２】
セメント系が、ポルトランドセメント、ポゾランセメント、スラグセメント、アルミン酸カルシウムセメント、セッコウセメント、膨張性セメント、セラミック、セメント変換性泥水系またはそれらのいずれか二つもしくはそれ以上の混合物から選択される、請求の範囲第１項に記載の処方物。
【請求項３】
微生物ポリサッカライドが乾燥セメント系の総重量を基準として０．００１から０．５％の量にて含まれている高流動性の自己レベリング性グラウト処方物である、請求の範囲第１項または第２項に記載の処方物。
【請求項４】
微生物ポリサッカライドが乾燥セメント組成物の総重量を基準として０．０１〜０．５重量％の量にて含まれている淡水または塩水油井セメントスラリーである、請求の範囲第１項に記載の処方物。
【請求項５】
微生物ポリサッカライドが乾燥セメント系の重量を基準として０．０１〜１重量％の量にて含まれている分散剤含有超微粉セメント処方物である、請求の範囲第１項に記載の処方物。
【請求項６】
セメント処方物の流動学的性質を改善するための、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの使用であって、該ポリサッカライドがセメント処方物において用いられる乾燥セメント系の０．００１〜１重量％の量にて用いられ、該セメント処方物はさらに粘度調製剤または分散剤を含む上記使用。
【発明の詳細な説明】
本発明の分野
本発明は、改善された流動学的性質を有する新規セメント系、並びに先行技術のセメント系の流動学的性質を改善する方法に関する。特定の側面においては、本発明は、改善された高流動性の自己レベリング性グラウト処方物に関する。別の側面においては、本発明は、高流動セメント処方物におけるブリードおよび沈降を減らす方法に関する。更なる側面においては、本発明は、淡水または塩水油井セメントスラリーの性能を改善する方法に関する。更なる別の側面においては、本発明は、改質された淡水または塩水油井セメントスラリーに関する。更なる別の側面においては、本発明は、１種またはそれ以上の分散剤を含有する改善された超微粉セメント処方物に関する。更に更なる側面においては、本発明は、コロイドセメントの流動学的性質を改善する方法に関する。
本発明の背景
建築物の大部分は、セメント材またはセメント系（組成、設計および最終用途において広範に変動する。）で建造される。ここにおいて用いられる用語“セメント系”は、水性媒質と混合される時固まるかまたは接着挙動もしくは凝集挙動を与える物質を指す。幾つかの例は、ポルトランドセメント（石灰石および粘土を焼成することにより製造される。）、天然および人工のポゾランセメント（ポゾラン物質が石灰と反応してケイ酸カルシウム水和物を形成する。）、スラグセメント、ポルトランドセメントと粒状高炉スラグの組合わせ、耐火セメント（例えば、主としてアルミン酸カルシウム化合物を含有する速硬セメント（例えば、ラファージ社により製造されているシメント・フォンドゥ（Ｃｉｍｅｎｔ  Ｆｏｎｄｕ）およびリーハイ・セメント・カンパニー社により製造されているルミナイト（Ｌｕｍｉｎｉｔｅ）のような））、セッコウ、膨張性セメント、フライアッシュ、並びにいわゆる“マッド・トゥ・セメント（ｍｕｄ  ｔｏ  ｃｅｍｅｎｔ）（セメント変換性泥水）”系（掘穿泥水が或る地下井戸孔の完成過程中セメント材に変換される。）および同様なもの含む。例えば、「バイ・ジー・シー，“ポルトランド・セメント，コンポジション・プロダクション・アンド・プロパティーズ（Ｐｏｒｔｌａｎｄ  Ｃｅｍｅｎｔ，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）”，ペルガモン・プレス，ニューヨーク、ロンドン、オンタリオ、パリ、オックスフォード（１９８３）」、「スミス・ドワイト・ケイ，“セメンティング（Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ）”，モノグラフ第４巻，ザ・ソサエティー・オブ・ペトロレウム・エンジニアズ発行，ニューヨークおよびリチャードソン・テキサス州（１９８７）」参照。
フレッシュセメントペーストはセメント材および水から構成され、一方フレッシュコンクリートペーストはポルトランドセメント、フライアッシュ、シリカフューム、砂、骨材即ち小さい岩石および同様なもののような広範囲の物質から構成される。フレッシュコンクリートの混合、輸送および打込みは、ペーストが高流動のままになければならずそしてまた理想的にはすべての粒子の均質な輸送をもたらすべきであるので、多数の難題を呈する。この問題は、フローを高めようとして過度の水が当該混合物にしばしば添加される故増大される。ポルトランドセメントの水和は、例えば、典型的には約２５〜２８パーセントの水（セメント基準重量（ＢＷＯＣ））を要求する。残念なことに、過度の水は、例えばブリード、沈降、低減された強度および耐久性並びに構造強化部材に対する不良な付着のような多数の問題に通じ得る。
追加的な水を用いる必要なしにフレッシュペーストのフローを高めるためにセメント処方物と混合して用いられる２つのタイプの物質は、減水剤および流動化剤である。しかしながら、かかる物質のいずれかを含有する混合物は、過度のブリードおよび沈降を誘発し得る。ここにおいて用いられる“ブリード”は表面における自由水の集合を指し、一方“沈降”は打込み中であろうが静止していようが粒子サイズの凝離を指す。過度のブリードは、例えば所望付着の耐久性および強度を低減させることによるような多くの問題を起こし得る。ある場合には、ブリード水の流路が水平構造部材上に形成し、それにより付着強度を低減しおよび腐食部位を発生させる。骨材の凝離は、耐表面摩耗性を低減して増大保全コストを引き起こす。
最近の技術は、新たなクラスのセメント用添加剤であるいわゆる流動学的調整剤または粘度調整剤（ＶＭＡ）を提供してきた。このクラスの添加剤は、通常、水溶性ポリマーでありそして混合水の見掛け粘度を増大させることにより機能する。この高められた粘度は、粒子の均一な流れを容易にし並びにフレッシュペーストの表面におけるブリードまたは自由水の形成を減らす。水中コンクリートの打込み設計は、しばしば、打込み中の微粉損失を減らすためにポリマー混合物を必要とする（「ＡＣＩ・ストラクチュラル・ジャーナル（ＡＣＩ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ），表題番号９２−Ｍ１８，３月−４月号（１９９５）」において発表されたカヤット・カマル・ヘンリの“フレッシュコンクリートの性質に対する抗ウォッシュアウト混合物の効果”）。残念なことに、これもまたフレッシュセメントペーストの流動抵抗を増大させ、また運搬中過度の摩擦圧を誘発し得る。
従って、現存のセメント処方物でもって遭遇するブリード、沈降、流動抵抗等の上記の問題を処置すべき方法についての必要性が当業界に依然存在する。
本発明の簡単な記載
本発明によれば、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドが様々なセメント系の流動学的性質を改善するために有効である、ということが発見された。かくして、ポルトランドセメント、自己レベリング性グラウト、淡水または塩水クラスＨ油井セメントスラリー、超微粉セメントおよび同様なもののようなセメント系への少量しかし有効量のＳ−６５７の添加は、ブリード、流動抵抗、流体損失制御（即ち、水の保持）および同様なもののような性質の実質的改善をもたらす。
Ｓ−６５７の添加は、様々なセメント系における高められた流動学的制御を与える。加えて、Ｓ−６５７は、改善された自由水および沈降の制御並びに水中打込み中の減じられた微粉損失を含めて、先行技術の系に関して多数の利点を与える。この独特の生体ガムは、高度に希釈された超微粉セメント系の安定性を高め並びに超加工可能で自己レベリング性のペーストのフローおよび作業性を高める。セメント系中へのＳ−６５７の導入から生じる均質な硬化セメントは、付着強度を促進し並びに振動コンクリートの必要性を排除する。自由水またはブリード水の効果的制御は枠組に隣接した不体裁な空洞または空隙を排除し、かくして完成コンクリートの外観を向上させる。この高度に効力のあるポリマーは、例えば着色コンクリートにおける高められた発色およびいわゆる発泡または気泡セメント系における安定化された泡の閉じ込めのような追加的有益性も与える。噴霧可能なセメント系において用いられるとき、Ｓ−６５７は、跳ね返りおよび垂れを減らす。
図面の簡単な記載
図１は、２種のポリマー添加剤の一つ即ちＳ−６５７またはウェラン（ｗｅｌａｎ）ガムを含有するセメント系について時間の関数としてのフローを示す。
本発明の詳細な記載
本発明によれば、１種またはそれ以上の粘度調整剤（ＶＭＡ）を含有する改善セメント系であって、その改善がかかる系にＳ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を含めることからなる上記セメント系が提供される。
Ｓ−６５７は米国特許第５，１７５，２７８号に詳細に記載されており、しかしてその全内容はこれによりここに参照により組み込まれる。Ｓ−６５７は、注意深く制御された好気性発酵条件下で有機体キサントモナスＡＴＣＣ５３１５９により産生された微生物ポリサッカライドである。その主構造は、Ｄ−グルコース、Ｄ−グルクロン酸、Ｄ−グルコースおよびＬ−ラムノースの線状テトラサッカライド反復単位からなる。この反復単位は、主鎖の４−結合グルコース残基上にＯ−３を通じて結合された２つのラムノース置換基から構成された側鎖を有する（「ムーアハウス・ラルフ，微生物ポリサッカライド群の構造／性質の関係，“インダストリアル・ポリサッカライズ：  ジェネティック・エンジニアリング，ストラクチャー／プロパティー・リレーションズ・アンド・アプリケーションズ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ：Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）”，エルセイヴィアー・サイエンス・パブリッシャーズＢ．Ｖ．，アムステルダム（１９８７）」）。対照的に、ウェランガム（Ｓ−１３０）は、単一側鎖置換基を有する同じ主鎖反復単位を有する。側糖は、Ｌ−ラムノースまたはＬ−マンノースのいずれかであり得る。
Ｓ−６５７は、延在して絡み合った三つ折りの左巻きの二重螺旋を形成しかつ２百万を越えると推定される分子量を有する、と現在のところ信じられる。この構造は、優秀な熱安定性、低剪断速度における極めて高い粘度および高ｐＨカルシウム環境における塩耐性を有する分子を作る。
ここにおいて用いられるＶＭＡは、例えばセルロースエーテル（例えば、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロプルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース（ＣＭＨＥＣ）および同様なもの）、合成ポリマー（例えば、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および同様なもの）、エキソポリサッカライド（生体ポリマーとしても知られており、例えばウェランガム、キサンタン、ラムサン（ｒｈａｍｓａｎ）、ゲラン（ｇｅｌｌａｎ）、デキストラン、プルラン、カードランおよび同様なもの）、海産ガム（例えば、アルギン、寒天、カラジーナンおよび同様なもの）、植物滲出物（例えば、イナゴマメ、アラビアガム、カラヤガム、トラガカント、ガッチおよび同様なもの）、種子ガム（例えば、グアー、イナゴマメ、オクラ、アメリカオオバコ、メスキートおよび同様なもの）、デンプンベースガム（例えば、エーテル、エステルおよび関連の誘導化化合物）のような水溶性ポリマーを指す。例えば、「シャンドラ・サティッシュおよびオーハマ・ヨシヒコ，“ポリマーズ・イン・コンクリート（Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｉｎ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）”，ＣＲＣプレス発行，ボカラチオン、アンハーバー、ロンドン、トーキョー（１９９４）」参照。
本発明の実施において用いるために意図されたセメント系は、ポルトランドセメント、ポゾランセメント、スラグセメント、アルミン酸カルシウムセメント、セッコウセメント、膨張性セメント、セラミック、フライアッシュおよび同様なもの並びにそれらのいずれか二つまたはそれ以上の混合物を含む。
本発明の実施において用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．００１から１重量％までの範囲に入る。本発明の実施において用いるために意図されたＳ−６５７の現在のところ好ましい量は、約０．００２から０．５重量％までの範囲に入る。
本発明の別の具体的態様によれば、
セメント系、
分散剤、および
Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライド
からなる新規処方物が提供される。
上記の処方物は水性懸濁体として存在し得、即ち、上記の処方物は処方物の総重量を基準として約０．００１から３重量％までの範囲の水を更に含み得る。本発明の実施において用いるために意図された水の現在のところ好ましい量は、約０．００２から１重量％までの範囲に入る。
本発明の実施において用いるために意図された分散剤は、減水剤および流動化剤を含む。ここにおいて用いられる用語“減水剤”は、減水剤が添加されていない同じ系の流動性を維持しながら混合水濃度を１０％と１５％の間減らすことの可能な混合物を意味する。ここにおいて用いられる用語“流動化剤（時には“高範囲減水剤（ＨＲＷＲ）と同義であり、あるいは油井用の用途の場合“分散剤”と称され得る。）は、同様な流動挙動を与えながら水分を３０％まで減らすことが可能であるので通常の減水剤と異なる。
流動化剤は、減水することに加えて、例えば改善されたワーカビリティーを付与するために、運搬の容易性を付与するために、フレッシュペーストにおける低減された水含有率の使用（それにより、増大された耐久性を与える。）を可能にするためにのような多数の使い道がある。流動化剤は、広範には４つのグループ即ちスルホン化ナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物（ＳＮＦ，これらの化合物は多数の会社により製造されており、しかしてハンディー・ケミカル社（ディサル（Ｄｉｓａｌ））、ボレムコ社（ボレム（Ｂｏｒｅｍ））、ローム・アンド・ハース社（タモル（Ｔａｍｏｌ））およびヘンケル社（ロマー（Ｌｏｍａｒ））を含むがしかしそれらに制限されない。）、スルホン化メラミン−ホルムアルデヒド縮合物（ＳＭＦ，例えばＳＫＷ社（メルメント（Ｍｅｌｍｅｎｔ））およびハンディー・ケミカル社（メラダイン（Ｍｅｌａｄｙｎｅ））により製造されている化合物。）、変性リグノスルホネート（ＭＬＳ，多数の会社から商業的に入手でき、しかしてジョージア・パシフィック社（リグノサイト（ＬＩＧＮＯＳＩＴＥ））、ボーレガード社（ヴァニスパース（Ｖａｎｉｓｐｅｒｓｅ）ＣＢ）およびケム−リグ社（ＣＡ−３７）を含む。）、並びに例えばスルホン酸エステル、炭水化物エステルおよび同様なもののような他の高分子量エステルに分類される。例えば、「ラマチャンドラン・ブイ・エス，“コンクリート混合物ハンドブック”，プロパティーズ・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），ノイエス・パブリケーションズ，パークリッジ・ニュージャージー州，（１９８４）」、「コスマトカ・ステファン・エイチおよびパナレセ・ウィリアム・シー，“デザイン・アンド・コントロール・オブ・コンクリート・ミクスチャーズ（Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｍｉｘｔｕｒｅｓ），第１３版，ポルトランド・セメント・アソシエーション，５４２０オールドオーチャードロード・スコーキー・ＯＬ，（１９９４）」参照。
本発明の更に別の具体的態様によれば、セメント系の流動学的性質を改善する方法であって、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を該系に含めることからなる上記方法が提供される。
セメント系の流動学的性質を改善することに関する本発明の上記の具体的態様に従って用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．００１から１重量％までの範囲に入る。本発明の実施において用いるために意図されたＳ−６５７の現在のところ好ましい量は、約０．００３から０．５重量％までの範囲に入る。
本発明の更に別の具体的態様によれば、改善された高流動性の自己レベリング性グラウト処方物であって、その改善がＳ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を該処方物に添加することからなる上記処方物が提供される。
注入グラウトはセメント材から構成され、そしてボルトランドセメント、ポゾラン、シリカフュームおよびフライアッシュを含み得る。注入グラウトにおける水／固体の比率は広範に変動し得、典型的には０．２０〜２０（セメント基準重量）の範囲にある。同様に、細砂骨材の量は広範に変動し得、典型的には０から２００％までの範囲にある。注入グラウト中に混合され得る追加的成分は、流動化剤、アルミニウム粉末のようなガス発生剤、粘度調整剤（ＶＭＡ）および同様なものを含む。典型的な系は、容量により計量されそして３部の砂、２部のセメントおよび１部の水を含む（「アトキンソン・リチャード・エイチおよびシュラー・ミカエル・ピー，組積造の修理および改造のための注入可能なセメントグラウトの評価”，メイソンリー：  デザイン・アンド・コンストラクション，プロブレムズ・アンド・リペア（Ｍａｓｏｎｒｙ：  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ａｎｄ  Ｒｅｐａｉｒ），ＡＳＴＭ  ＳＴＰ１１８０，編者ジョン・エム・メランダーおよびリン・アール・ラウエルスドルフ，アメリカン・ソサエティー・フォア・テスティング・アンド・マテリアルズ，フィラデルフィア（１９９３）」）。流動化剤は、０〜５％（セメント基準重量）の範囲にあり得る。ＶＭＡは、０〜１％（セメント基準重量）で変動する。
改善された高流動性の自己レベリング性グラウト処方物に関する本発明の上記の具体的態様に従って用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．００１から０．５重量％までの範囲に入る。本発明の実施において用いるために意図されたＳ−６５７の現在のところ好ましい量は、約０．００２から０．１５重量％までの範囲に入る。
本発明の更なる具体的態様によれば、グラウト、モルタルまたはコンクリート処方物から選択された高流体のセメント処方物におけるブリードおよび沈降を減らす方法であって、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を該処方物に添加することからなる上記方法が提供される。
高流体のセメント処方物におけるブリードおよび沈降を減らすことに関する本発明の上記の具体的態様に従って用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．００２から０．５重量％までの範囲に入る。
本発明の更に更なる具体的態様によれば、淡水または塩水油井セメントスラリーの流動学的性能を改善する方法であって、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を該スラリーに添加することからなる上記方法が提供される。ここにおいて用いられる“流動学的性能”は、セメント系またはいわゆる“スペーサー流体”（即ち、掘穿流体とセメント材を分離するために意図された流体）の打込み中のフロー分布、流体損失制御、自由水制御、沈降制御、粒子の輸送および懸濁、および同様なものを包含する。
淡水または塩水油井セメントスラリー並びに関連のスペーサー流体の流動学的性能を改善することに関する本発明の上記の具体的態様に従って用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．０１から０．５重量％までの範囲に入る。
本発明の更に別の具体的態様によれば、改質された淡水または塩水油井セメントスラリーであって、
淡水または塩水油井セメントスラリー、および
Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライド
からなる上記スラリーが提供される。生じたスラリーは、改善された性質特に改善された流体損失制御および自由水形成の実質的排除を有する。
本発明の更なる別の具体的態様によれば、１種またはそれ以上の分散剤を含有する改善極微粉セメント処方物であって、その改善がＳ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を該処方物に添加することからなる上記処方物が提供される。
１種またはそれ以上の分散剤を含有する改善極微粉セメント処方物に関する本発明の上記の具体的態様に従って用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．０１から５重量％までの範囲に入る。本発明の実施において用いるために意図されたＳ−６５７の現在のところ好ましい量は、約０．０１から１重量％までの範囲に入る。
本発明の実施において用いるために意図された極微粉処方物は、当該技術において周知である。実際、アメリカン・コンクリート・インスティチュート（ＡＣＩ）コミティー５５２は、非公式に、１００％が１５ミクロンより微細である参照標準をウルトラファイン（超微粉）と称されるよう適合させた。用語“ウルトラファイン”は“マイクロファイン（極微粉）”および“スーパーファイン（超級微粉）と同義である（例えば、「ウィーヴァー・ケン，“ダム・ファウンデーション・グラウティング（Ｄａｍ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｔｉｎｇ）”，アメリカン・ソサエティー・オブ・シヴィル・エンジニアズ発行，ニューヨーク・ニューヨーク州，（１９９１）」参照。）。かくして、極微粉の上記の定義を満たすいずれの物質も本発明の範囲内にある。
本発明の更に更なる具体的態様によれば、極微粉セメントまたはコロイドセメントの流動学的性質を改善する方法であって、Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライドの流動学改善量を該セメントに添加することからなる上記方法が提供される。本発明のこの方法は、極微粉セメントを増量して低粘度で均質なフローのセメント材を生成させる手段を提供する。加えて、本発明のこの方法は、安定な非沈降性で非ブリード性で極めて高い水／セメントの比率のグラウトをもたらす。
改善された流動学的性質を有する極微粉セメントまたはコロイドセメントに関する本発明の上記の具体的態様に従って用いるために意図されたＳ−６５７の流動学改善量は、水の総重量を基準として水中約０．００１から０．５重量％までの範囲に入る。
本発明の更に別の具体的態様によれば、
セメント系、および
Ｓ−６５７に特有の特徴を有する微生物ポリサッカライド
からなる新規処方物が提供される。
随意に、上記の処方物は水性懸濁体として存在し、即ち、上記の処方物は処方物の総重量を基準として約０．００１から３重量％までの範囲の水を更に含む。本発明の実施において用いるために意図された水の現在のところ好ましい量は、約０．００２から１重量％までの範囲に入る。
上記の処方物中に含めるために意図されたＳ−６５７の量は、典型的には、乾燥セメント系の総重量を基準として約０．００１から１重量％までの範囲に入る。
さて、本発明は、次の非制限的例に関して一層詳細に記載される。
例１
タイプＩポルトランドセメントにおける性能
減水剤または流動化剤と共に用いられるとき、Ｓ−６５７の独特の分子的特徴が、第１表に示されているように、フレッシュセメントペーストにおける優秀な流動学的制御をもたらす。
サンプルはすべて、４００グラムの水道水および４００グラムのセメントを用いて混合された。セメントサンプルはすべて、６．０グラム（１．５％ＢＷＯＣ即ちセメント基準重量）のスルホン化ナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物超流動化剤および所望のガムサンプルと予備ブレンドされた。Ｋ１Ｃ３７６（カリフォルニア州サンディエゴのケルコ社からケルコ−クリート（ＫＥＬＣＯ−ＣＲＥＴＥ）として入手できる。ケルコ−クリート（ＫＥＬＣＯ−ＣＲＥＴＥ）は、モンサント・カンパニー社のグループであるケルコ社の登録商標である。）は、フレッシュセメントペーストにおける最適性能を確実にするように特定の条件下で回収されたウェランガムである。ファン・ダイアルの読み（Ｆａｎｎ  Ｄｉａｌ  Ｒｅａｄｉｎｇ）（ＦＤＲ）は、ファン（Ｆａｎｎ）３５Ｒ１、Ｂ１、ＦＯ．２を用いて得られる（製造業者の指図書に従って，「ファン・インストルメント・カンパニー，モデル３５ヴィスコメーター・インストラクション・マニュアル（Ｆａｎｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｏｄｅｌ  ３５  Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｍａｎｕａｌ），テキサス州ヒューストンのファン・インストルメント・カンパニー社発行」参照。）。
0004642160.tif 000002
これらのデータは、Ｓ−６５７がフレッシュセメントペーストの驚くべき程効力のある流動学的調整剤であることを示している。わずか０．０３％のＳ−６５７しか含有しないサンプルが、０．０７５％Ｋ１Ｃ３７６ウェランサンプルについての８．３％と比べて６％の自由（またはブリード）水を生成する。かくして、ウェランは、Ｓ−６５７の濃度の１．５倍を越える濃度においてより多くの自由水を生成する。更に、Ｓ−６５７はわずか０．０５％程の低いレベルにて添加されるとき自由水を実質的に排除するのに対して、０．１％のウェランが同じセメントペーストにおいて自由水を排除することが必要とされる。
例２
自己レベリング性グラウトの流動時間に対する影響
適正な流動学的制御は、自己レベリング性グラウトの作業設計にとって臨界的である。流動化剤は粒子間摩擦を最小にしそしてかくして最大フローを可能にするけれども、残念なことに、水溶性ポリマーの不存在下での、流動化剤を含有する系は、凝離しそしてブリードする傾向にある。しかしながら、水溶性ポリマーの添加は、過度の摩擦力を発生しそしてグラウトのフローを減じる傾向にある。その結果、流動化剤および水溶性ポリマーを含有する系は、通常、フローを妥協しかついくらかの沈降を容認する。先行技術のグラウトについてのこれらの問題にかんがみて、本発明に従って製造されたグラウト即ちＳ−６５７および流動化剤を含むグラウトは、最大フローをもたらしかつ沈降およびブリードを排除する。
先行技術の添加剤であるウェランガムに関してＳ−６５７の特定の利点は、実質的に改善されたその時間依存フローである。図１は、２種のポリマー即ちＳ−６５７およびウェランガムについてのフロー対時間を示す。
かくして、床用コンパウンドと同様な模型用自己レベリング性モルタルが、次の試験について用いられた。次の処方物において列挙されている割合はすべて、重量百分率として示されている。
模型用自己レベリング性モルタル
0004642160.tif 000003
ポリサッカライドは、各試験に先立ってその他の乾燥物質と十分にブレンドされた。当地の水道水が、０．２の水／乾燥混合物の比率にて添加された。脱泡剤が、乾燥混合物の０．０５４重量％にて用いられた。
２０〜２５℃における水が添加され、そして５リットルのボウルおよび“Ｂ”ビーターを備えたホバート（Ｈｏｂａｒｔ）Ｎ５０混合機を用いて設定２にて混合が３分にわたって行われた。脱泡剤は、混合の最初の１分内に添加された。
英国標準規格ＢＳ６４６３に従うコーンおよびフローテーブルを用いて、フローが評価された。混合物がコーン中に打ち込まれ、レベリングされ、そして混合が停止された後１分してコーンが持ち上げられた。当該物質は、撹乱なしで最大フローに達するようにされた。フローが、４つの（最小の）対称的に分布された直径の測定値の平均として記録された。これが繰り返されたが、しかし当該物質は様々な時間コーン中に置かれた後該物質はレベリングされそしてコーンが持ち上げられた。結果は、図１にプロットされている。
図１に示されたデータは、Ｓ−６５７セメントスラリーが驚くべき程少ない時間依存フロー損失を示すことを示している。この安定性は、本発明の処方物の性能がウェランガム含有セメント処方物の性能と比較されるとき特に劇的である。
例３
油井セメントスラリーおよびスペーサー流体における性能
油井セメントは、１）鋼製ケーシングを周囲の地層に固着させる、２）該ケーシングに機械的支持を与える、および３）該鋼製ケーシングを腐食から保護することを含めて、幾つかの機能を果たす。スミス・ドワイト・ケイの上掲書参照。
油井スペーサー流体は、地層からの掘穿泥水の除去を高めるために並びにセメントスラリーと掘穿泥水の間の分離を維持するために用いられる。スミス・ドワイト・ケイの上掲書参照。
油井セメントは、先に列挙されたのと同じ範囲の物質からなり得る。加えて、２つのクラスのポルトランドセメント即ちクラスＧおよびクラスＨが、特定的に油井用の用途のために製造される。
適正なセメント技術および作業設計が、効率的な油井の完成にとって重要となる。適正なセメント作業は、地下層に対して水硬封止を成し、かくして溜め流体が環帯に入るのをおよび比較的低い圧力帯域にまたは極端な場合には完全に表面まで移行するのを防止する。理想的より劣るセメント作業は、炭化水素の損失を容認し得そして極端な場合には油井火災に通じ得る。鋼製パイプが井戸孔中に下げられると、セメントがこのパイプまたはいわゆるケーシングの下方にポンプ輸送される。セメントスラリーは、地層のケーシング環帯の上方に変位される。適所に変位されると、該スラリーは、セメントが流体移行を防止するのに十分な強度を有するまで、地層流体が井戸孔に入るのを防止するのに十分な静水圧を有効的に伝達しなければならない。
効率的なスラリーの打込みは、高流体の系に打込み中最小の摩擦圧を与えるためにスペーサー流体およびセメントスラリーの両方の流動学的取扱いを必要とする。加えて、スペーサー流体およびセメントスラリーは、打込み中および静的状態の両方において周囲の地層への水損失またはいわゆる流体損失を阻止しなければならない。打ち込まれると、この同じスラリー流動学により、粒子の沈降および自由水の形成が防止されねばならない。打込み中過度の摩擦圧を発現するスラリーは、早過ぎる作業休止を起こしまたは地層を破砕し得、しかしていずれかの事態も非常に望ましくない。万一セメントスラリーが打込み中過度の水を失う場合は、粒子はブリッジを形成しそして流れを途絶させ得る。打込み後の流体損失はセメント粒子を濃縮し、そして粒子ブリッジを形成させ得る。いずれの状態も、過度の静水圧減衰を起こし並びに流体移行に通じ得る。
Ｓ−６５７とウェランの性能が、ＡＰＩ規格１０に従って混合された２種のクラスＨ油井セメントスラリーにおいて比較された。
スラリー設計（添加剤はすべてグラムで表されている）：
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スラリーが大気圧コンシストメーター中で１８５°Ｆにて２０分間状態調整されてから、３つの測定がなされた。これらのデータ即ち初期ベアデン（Ｂｅａｒｄｅｎ）単位（Ｂci）、２０分後のベアデン単位（Ｂc20）およびＡＰＩ流体損失（ＡＰＩＦＬ，１０００ｐｓｉｇにおいて３０分でのｃｍ3）が、第２表に列挙されている。
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これらのデータは、Ｓ−６５７が１８５°Ｆにおける流体損失制御についてウェランガムより優れていることを示している。
例４
塩水クラスＧ油井セメントスラリーにおけるＳ−６５７
塩類は、油井のセメント処理においてしばしば遭遇される。低温設計は、強度の発現を加速させるために塩化カルシウムをしばしば混入させる。或る場合には、岩塩層が遭遇されそして岩塩層の溶解を防止するために塩がセメント混合水に添加される。塩水スラリーの適正な作業設計は、水溶性ポリマーの大部分がこの環境において機能しない故極めて大変である。Ｓ−６５７は、第３表に示されているように、塩水セメント系において驚くべき結果をもたらす。これらの試験のために用いられたスラリーは、次の通りであった。
スラリー設計（添加剤はすべてグラムで表されている）：
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スラリーが大気圧コンシストメーター中で７５°Ｆにて２０分間状態調整されてから、これらの測定がなされた。即ち、初期ベアデン単位、２０分後のベアデン単位およびＡＰＩ流体損失（１０００ｐｓｉｇにおいて３０分でのｃｍ3）。
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ここにおいて示されているデータは、Ｓ−６５７が塩水セメントスラリーにおける有効的流体損失制御をもたらすことを示している。対照的に、ウェラン含有処方物は、ＣａＣｌ2セメントスラリーをゲル化させ並びにＮａＣｌスラリーにおいて過度の流体損失をもたらした。
例５
極微粉セメントにおけるＳ−６５７の性能
アメリカン・コンクリート・インスティチュート（ＡＣＩ）コミティー５５２は、非公式に、１００％が１５ミクロンより微細である参照標準をウルトラファイン（超微粉）と称されるよう適合させた。用語“ウルトラファイン”は“マイクロファイン（極微粉）”および“スーパーファイン（超級微粉）と同義である（「ウィーヴァー・ケン，“ダム・ファウンデーション・グラウティング（Ｄａｍ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｔｉｎｇ）”，アメリカン・ソサエティー・オブ・シヴィル・エンジニアズ発行，ニューヨーク・ニューヨーク州，（１９９１）」）。
ニッテツ・スーパー−ファイン（Ｎｉｔｔｅｔｓｕ  Ｓｕｐｅｒ−Ｆｉｎｅ）は、３ミクロンのメジアン粒子サイズを有する。オネダ社は、４ミクロンの平均粒サイズを有するＭＣ−５００を製造する。多数の追加的な、低減された粒サイズのセメントは、パリのシメンツ・ドリグニー社により製造されているスピノル（Ｓｐｉｎｏｒ）Ａ１２およびダイカーホッフ社により製造されているミクロデュア（ＭＩＫＲＯＤＵＲ）を含むが、しかしそれらに制限されない。
極微粉セメントは、多孔質媒質を通じての優秀な流れを与え、そして亀裂を修繕するために、土中の空隙を充填するためにおよび構造体を強化または修繕するためにしばしば用いられる。極微粉セメントの粒子サイズは、典型的には、１０ミクロン未満である。これらの材料は、ポルトランドセメントよりも数倍高価でありかつ通常高い水・セメント比率にて混合される。粒子沈降および自由水は、不均質性および劣った機械的性質を含めて多数の問題を引き起こす。Ｓ−６５７は、第４表に示された結果により示されているように、高められた性能をもたらす。用いられたベース混合物は、５６４グラムの水道水および１１３グラムの極微粉セメントを含有していた。分散剤は、スルホン化ナフタレンである。
水およびセメントは、ウェアリング・ブレンダー（Ｗａｒｉｎｇ  Ｂｌｅｎｄｅｒ）中で４０００ｒｐｍにて２分間混合された。２分の混合時間後ガムおよび分散剤が添加され、そしてセメントグラウトは更に３分間混合された。自由水の値は、封止シリンダー中に２４時間静止された後測定される。
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ここにおいて示されている結果は、Ｓ−６５７が高流体の極微粉セメントスラリーにおける自由水を驚くべき程低い濃度にて排除することを示している。
例６
Ｓ−６５７の水和速度
Ｓ−６５７およびＫ１Ｃ３７６の水和速度が、様々なセメント処方物において試験された。かくして、４００グラムの所望のセメントサンプルを、０．４グラムの所望のポリサッカライドガムと共に６グラムのスルホン化ナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物流動化剤と乾式ブレンドした。次いで、この乾式ブレンドされた混合物を所望の時間間隔にて４００グラムの水道水と混合し、そして試験した。試験結果は、第５表に要約されている。
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３分間および１０分間の混合後得られた粘度に基づくと、これらのデータは、Ｓ−６５７が３分未満で水和することを示している。対照的に、Ｋ１Ｃ３７６サンプルは３分の混合後有意的な粘度増大を示し、しかしてＫ１Ｃ３７６サンプルは３分の混合時間を十分に越えて水和し続けることを指摘している。
これらのデータはまた、Ｓ−６５７の性能がセメントサンプルによって極わずかしか変動しないのに対して、Ｋ１Ｃ３７６の性能は同じセメントサンプルにおいてはるかに大きい程度まで変動することが分かることを示している。
要するに、Ｓ−６５７は、様々なセメント系における高められた流動学的制御を与えることが分かる。加えて、Ｓ−６５７は、改善された自由水および沈降の制御並びに水中打込み中の減じられた微粉損失を含めて、先行技術の系に関して多数の利点を与える。この独特の生体ガムは、高度に希釈された極微粉セメント系の安定性を高め並びに超加工可能で自己レベリング性のペーストのフローおよびワーカビリティーを高めることが示された。セメント系中へのＳ−６５７の導入から生じる均質な硬化セメントは、付着強度を促進し並びに振動コンクリートの必要性を排除する。加えて、Ｓ−６５７の存在は、水中打込み中の過度の微粉損失を防止する。自由水またはブリード水の効力的制御は枠組に隣接した不体裁な空洞または空隙を排除し、かくして完成コンクリートの外観を向上させる。この高度に効力のあるポリマーは、例えば着色コンクリートにおける高められた発色およびいわゆる発泡または気泡セメント系における安定化された泡の閉じ込めのような追加的有益性も与える。噴霧可能なセメント系において用いられるとき、Ｓ−６５７は、跳ね返りおよび垂れを減らす。Ｓ−６５７の添加の更に別の利点は、水中コンクリートのウォッシュアウトを制御する（または大いに排除する）能力である。
本発明はその或る好ましい具体的態様に関して詳細に記載されてきたけれども、記載されそして請求されている発明の精神および範囲内に種々の改変および変型が存在することが理解されよう。
【図１】
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