(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaCl2、及び無水セッコウを有効成分とする速硬性水硬性材料と、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを有効成分とする急硬材と、アルカリ金属塩、カルシウム以外のアルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩である硫酸塩を含有する促進剤と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなるグラウト用セメント組成物。
【請求項２】
3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaCl2、及び無水セッコウを有効成分とする速硬性水硬性材料と、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを有効成分とする急硬材と、アルカリ金属塩、カルシウム以外のアルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩である硫酸塩とアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩である硝酸塩とを含有する促進剤と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなるグラウト用セメント組成物。
【請求項３】
速硬性水硬性材料が75〜85部、急硬材が15〜25部、並びに、速硬性水硬性材料と急硬材からなる結合材100部に対して、促進剤が１〜３部、凝結調整剤が0.1〜１部、及び減水剤が0.2〜２部である請求項１又は請求項２に記載のグラウト用セメント組成物。
【請求項４】
さらに、細骨材を配合してなる請求項１〜請求項３のうちの一項に記載のグラウト用セメント組成物。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちの一項に記載のグラウト用セメント組成物と水とを混練してなるグラウト材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に土木建築分野において使用されるグラウト用セメント組成物およびグラウト材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
急硬性グラウト材料に要求される性能は益々高まってきており、流し込み可能な流動性を20分以上確保できること、４時間で40N/mm2以上を発現すること、その一方で、長期的に寸法安定性があり、膨張破壊等を起さないことなどが求められている。
上記要求を達成するべく、近年、3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaF2、及び無水セッコウを含有してなる速硬セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウからなる急硬材、硝酸塩または亜硝酸塩を主体とする促進剤、凝結調整剤、並びに高性能減水剤を含有するグラウト用セメント組成物が開示されている（特許文献１参照）。
しかしながら、短時間強度のさらなる向上が求められていた。
【０００３】
また、C11A7CaCl2、3CaO・SiO2を含む焼成物と石膏からなる水硬性セメント組成物が開示されている（特許文献２参照）。
しかしながら、４時間で40N/mm2以上を発現するようなグラウト材料とはなりにくいものであった。
【０００４】
一方、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを主体とするセメント混和材やこれを含有するセメント組成物も知られている(特許文献３参照)。
また、カルシウムアルミネートとセッコウ類からなる急硬成分を５〜50重量％含有する急硬セメントに、１価及び／又は３価の金属の硫酸塩等を配合した超速硬セメント組成物も知られている(特許文献４参照)。
しかしながら、これらのセメント組成物を用いてグラウト材料を調製しても、流し込み可能な流動性を20分以上確保することができるものの、４時間で40N/mm2以上を発現するようなグラウト材料とはなりにくいものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７０７１０号公報
【特許文献２】特開平１１−１９９３０１号公報
【特許文献３】特開平０４−０９７９３２号公報
【特許文献４】特開平０３−０１２３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、流動性の保持性能に優れ、かつ、短期強度の発現性が良好な急硬性グラウト材料を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaCl2、及び無水セッコウを有効成分とする速硬性水硬性材料と、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを有効成分とする急硬材と、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、カルシウム以外のアルカリ土類金属、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩である硫酸塩、又はアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、カルシウム以外のアルカリ土類金属、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩である硫酸塩とアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩である硝酸塩とを含有する促進剤と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなるグラウト用セメント組成物であり、速硬性水硬性材料が75〜85部、急硬材が15〜25部、並びに、速硬性水硬性材料と急硬材からなる結合材100部に対して、促進剤が１〜３部、凝結調整剤が0.1〜１部、及び減水剤が0.2〜２部である該グラウト用セメント組成物であり、さらに、細骨材を配合してなる該グラウト用セメント組成物であり、該グラウト用セメント組成物と水とを混練してなるグラウト材料である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のグラウト用セメント組成物を用いることにより、流動性の保持性能に優れ、かつ、短期強度の発現性が良好な急硬性グラウト材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は、特に規定のない限り質量基準で示す。
また、本発明でいうセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【００１０】
本発明で使用する速硬性水硬性材料は、クリンカー原料を、例えば、1,200〜1,600℃で焼成して、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaCl2とを主体とするクリンカーを合成し、粉砕した後に無水セッコウを加えて調製される。
クリンカー原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等のCaO質原料、アルミナ、ボーキサイト、アルミ灰、ダイアスポア、長石、及び粘土等のAl2O3質原料、並びに、珪石、珪砂、白土、及び珪藻土等のSiO2質原料が使用可能であり、その他、下水汚泥焼却灰、一般廃棄物、及び産業廃棄物も使用可能である。
3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaCl2の生成は、粉末Ｘ線回折装置を用いて判定することが可能である。
また、各鉱物の定量はＸ線回折リートベルト法によって行うことが可能であり、その定量ソフトには、例えば、Sietronics社の「SIROQUANT」を使用することが可能である。
【００１１】
本発明で3CaO・SiO2固溶体、CaOをＣ、SiO2をＳとするとＣ3Ｓ固溶体と表現されるものであり、CaOやSiO2を主成分とし、その他の成分として、一般的には、Al2O3やMgOが含まれている。
【００１２】
また、11CaO・7Al2O3・CaCl2（以下、C11A7CaCl2という）は、カルシウムアルミネートの１種であり、12CaO・7Al2O3に塩素が固溶した化合物を総称するものである。ただし、C11A7CaCl2中のClのモル比は必ずしも１ではなく、通常は、0.5〜１の間の値となっている。
【００１３】
本発明で使用する速硬性水硬性材料は、Ｃ3Ｓ固溶体、C11A7CaCl2、及び無水セッコウを含有するもので、Ｃ3Ｓ固溶体、C11A7CaCl2、及び無水セッコウの合計は、速硬性水硬性材料100部中、90部以上が好ましい。
クリンカー中のＣ3Ｓ固溶体やC11A7CaCl2の含有量は特に限定されるものではないが、Ｃ3Ｓ固溶体60〜80部で、C11A7CaCl240〜20部が通常使用される。Ｃ3Ｓ固溶体が80部を超え、C11A7CaCl2が20部未満では短時間強度が充分でない場合があり、Ｃ3Ｓ固溶体が60部未満で、C11A7CaCl2が40部を超えると流動性の保持性が損なわれる場合がある。
【００１４】
速硬性水硬性材料中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面からII型無水セッコウの使用が好ましい。
速硬性水硬性材料中の無水セッコウの含有量は１〜30部が好ましい。１部未満では所定の流動性を確保することが困難となる場合があり、30部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
【００１５】
速硬性水硬性材料の粉末度は、ブレーン比表面積値（以下ブレーン値という）で4,000〜6,000cm2/gが好ましく、5,000cm2/g程度がより好ましい。ブレーン値が4,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、6,000cm2/gを超えると流動保持性が低下する場合がある。
速硬性水硬性材料の使用量は、速硬性水硬性材料と急硬材からなる結合材100部中、75〜85部が好ましい。75部未満では膨張量が大きくなり長期強度が低下する場合があり、85部を超えると短時間強度が充分に得られない場合がある。
【００１６】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを主体とする急硬材は、速硬性水硬性材料と組み合わせることにより、短時間で驚異的な強度発現性を示す。  
【００１７】
アルミノケイ酸カルシウムガラス（以下、ＣＡＳという）とは、CaO、Al2O3、及びSiO2を有効成分とする非晶質物質を総称するものであり、特に限定されるものではないが、通常、CaO、Al2O3、及びSiO2の合計が80％以上のものであり、CaOが40〜48部、Al2O3が35〜42部、及びSiO2が10〜15部であるものが好ましい。この範囲外では所定の強度を発現することが困難となる場合がある。
ＣＡＳ製造用原料としては、CaO質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料が挙げられる。
CaO質原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等が、また、Al2O3質原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2質原料としては、珪砂、白土、及び珪藻土等が使用可能である。また、比較的安価な高炉スラグに、CaO質原料とAl2O3質原料を補うことも可能である。
ＣＡＳは、上記CaO質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料を所定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉等を用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹き飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法等により製造される。また、ロータリーキルンで溶融し、急冷することによって製造することも可能である。
また、ＣＡＳのガラス化率は90％以上が好ましく、95％以上がより好ましい。90％未満では短時間強度が低くなる場合がある。
ガラス化率の測定は、例えば、Ｘ線回折リートベルト法によって可能であり、通常、ブレーン値5,000cm2/g程度に粉砕した試料に、酸化アルミニウムを内部標準物質として、試料100部中、20〜30部程度配合し、めのう乳鉢で充分混合後、粉末Ｘ線回折測定を実施する。測定結果をSietronics社の定量ソフト「SIROQUANT」で解析し、ガラス化率を求めた。
ＣＡＳの粒度は、ブレーン値で4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると流動保持性が低下する場合がある。
【００１８】
急硬材中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面からII型無水セッコウの使用が好ましい。
急硬材中の無水セッコウ配合量は、ＣＡＳ100部に対して、無水セッコウ75〜125部が好ましく、100部がより好ましい。75部未満では短時間強度が低くなる場合があり、125部を超えると膨張量が大きくなり、長期強度が低下する場合がある。
【００１９】
急硬材の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると粉砕動力がかかりすぎて不経済である。
急硬材の使用量は、結合材100部中、15〜25部が好ましい。15部未満では短時間強度が充分でない場合があり、25部を超えると膨張量が大きくなり長期強度が低下する場合がある。
【００２０】
本発明で使用する促進剤は、硫酸塩、又は、硫酸塩と硝酸塩を含有するものであり、硫酸塩又は硝酸塩の、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、特に、カルシウム以外のアルカリ土類金属、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩又はその複塩等を使用することが可能であり、これらの中で、硫酸カリウムアルミニウム、又は硫酸カリウムアルミニウムと硝酸カルシウムが本発明の効果の面から好ましい。本発明では、複数の促進剤を併用することが、流動性を確保しつつ、より高い強度が得られる面から好ましい。
促進剤の使用量は重要であり、速硬性水硬性材料と急硬材からなる結合材100部に対して、１〜３部が好ましい。１部未満では流動性の保持時間が充分でなく短期強度が不足する場合があり、３部を超えてもさらなる効果の増進が期待できない場合がある。
【００２１】
本発明で使用する凝結調整剤としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等のオキシカルボン酸又はこれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、及びアンモニウム塩、並びに、アルカリ金属の炭酸塩や重炭酸塩等の一種又は二種以上を挙げることが可能である。
凝結調整剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.1〜１部が好ましい。0.1部未満では流動性の保持が充分でない場合があり、１部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。
【００２２】
本発明で使用する減水剤は種々のものの使用が可能であり、粉末状、液状のいずれも使用可能であるが、なかでもポリエチレングリコール鎖を有効成分とするポリエーテル系高性能減水剤が好ましい。その具体例としては、花王社製商品名「マイティ21HP-Z」が挙げられる。
減水剤の使用量は、結合材100部に対して、固形分換算で0.2〜２部が好ましい。0.2部未満では流動性の保持が充分でない場合があり、２部を超えると材料分離を引き起こす場合がある。
【００２３】
本発明で用いる細骨材は特に限定されるものではなく、その具体例として、ケイ石や石灰石のような天然骨材や、使用済みコンクリートから取り出した再生細骨材、高炉水砕スラグ、又は徐冷スラグ骨材、並びに、これらの粉末も使用可能である。
細骨材の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、速硬性水硬性材料、急硬材、促進剤、凝結調整剤、及び減水剤の合計100部に対して、200部以下が好ましく、150部以下がより好ましく、100部以下がさらに好ましい。200部を超えると短期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００２４】
本発明では、グラウト用セメント組成物と水とを混練してなるグラウト材料を調製する。
【００２５】
本発明のグラウト材料に用いる水の使用量は、水と、速硬性水硬性材料、急硬材、促進剤、凝結調整剤、及び減水剤の合計との比（以下、水／組成物比という）で35〜50％が好ましく、40〜45％がより好ましい。35％未満では長期的な寸法安定性が不充分となって膨張破壊を引き起こす場合があり、50％を超えると強度発現性の面で要求物性を満たせない場合がある。
【００２６】
本発明のグラウト材料は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、一部あるいは全部を予め混合しておいても差し支えない。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００２８】
実験例１
表１に示す割合で速硬性水硬性材料、急硬材、促進剤、凝結調整剤、及び減水剤を配合してグラウト用セメント組成物を調製した。
このグラウト用セメント組成物を用いて、水／組成物比を40％で練り混ぜて、流動性、圧縮強度、及び長さ変化率を測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較として、市販の速硬性水硬性材料を用いた場合についても試験を行った。
【００２９】
＜使用材料＞
速硬性水硬性材料α：石灰石、ボーキサイト、珪石、及び塩化カルシウムを原料とし、電気炉を用いて1,400℃で焼成し、3CaO・SiO262.9％、2CaO・SiO25.6％、C11A7CaCl224.5％、及び4CaO・Al2O3・Fe2O3５％のクリンカーを焼成した。このクリンカーをブレーン値5,000cm2/gとなるように粉砕し、この粉砕品82部とブレーン値6,000cm2/gの無水セッコウ18部を配合して速硬性水硬性材料を調製した。
急硬材    ：CaO 46％、Al2O3 36％、及びSiO2 13％、ガラス化率98％、ブレーン値6,000cm2/gのＣＡＳと、ブレーン値6,000cm2/gの無水セッコウの等量混合物、ブレーン値6,000cm2/g。
促進剤Ａ  ：硫酸カリウムアルミニウム、試薬１級。
促進剤Ｂ  ：硝酸カルシウム、試薬１級。
凝結調整剤：試薬１級炭酸カリウムと試薬１級クエン酸の等量混合物。
減水剤    ：ポリエーテル系高性能減水剤、花王社製「マイティ21-PZ」。
速硬性水硬性材料β：住友大阪セメント社製商品名「ジェットセメント」、比重3.06、ブレーン値5,400cm2/g。
水        ：水道水。
【００３０】
＜測定方法＞
流動性    ：土木学会標準示方書（JSCE-F541）のJ14ロートによるコンシステンシーの測定に準じて流下値を測定。流下値が15秒以内を確保できる保持時間を流動性とした。
圧縮強度  ：材齢４時間の圧縮強度をJIS A 1108に準じて測定した。
長さ変化率：JIS A 6202(B)に準じて測定した。
【００３１】
【表１】
0004718336.tif 000002
【００３２】
実験No.1- 1〜1- 4に示すように促進剤Ａの添加量を増やすと短時間強度が向上する。さらに、実験No.1- 5〜1- 9に示すように促進剤Ｂを併用したものは流動性を20分以上保持でき、短時間強度も高い。実験No.1-10〜1-12より、減水剤の添加量を増加させると流動性は向上したが、それに伴い圧縮強度は低下した。
【００３３】
実験例２
速硬性水硬性材料80部と急硬材20部の合計100部に対して、促進剤Ａを２部、促進剤Ｂを１部、凝結調整剤0.5部、及び減水剤0.5部を配合し、その混合物100部に対して、表２に示す細骨材を配合してグラウト用モルタル組成物を調製し、水／組成物比40％で練り混ぜたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３４】
＜使用材料＞ 
細骨材イ  ：石灰石、新潟県青海鉱山産、比重2.71、５mm下
細骨材ロ  ：石灰石粉、細骨材イの粉砕物、比重2.71、ブレーン値4,000cm2/g
【００３５】
【表２】
0004718336.tif 000003
【００３６】
細骨材の配合量が増加すると、短時間強度を確保しつつ長さ変化率が小さくなって寸法安定性が向上する。
【００３７】
実験例３
硬性水硬性材料80部と急硬材20部の合計100部に対して、促進剤Ａを２部、促進剤Ｂを１部、凝結調整剤0.5部、及び減水剤0.5部を配合したグラウト用セメント組成物を調製し、このグラウト用セメント組成物100部に対して、細骨材イを150部配合し、水／組成物比を35〜50％の範囲で変化させたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３８】
【表３】
0004718336.tif 000004
【００３９】
水／グラウト用セメント組成物比35〜50％の範囲で高い短時間強度が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のとおり、本発明のグラウト材料は、流し込み可能な流動性を20分以上確保でき、短時間強度の発現に優れ、その一方で、長期的に寸法安定性があり、膨張破壊等を起こさないことから、緊急補修用等のグラウト材料として、広範な分野で利用可能である。