(57)【要約】【課題】深層混合処理工法、地中連続壁工法、注入グラウト工法、裏込め注入工法、薬液注入工法、泥水工法、注入工法等の土木、建築工事のうち、海底地盤改良、海上工事等に用いられる塩水を使用したセメントスラリーの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、セメントスラリー中における半水石膏の量を調整することにより、優れた流動性を有すると共に、流動性の経時的な変化が小さい、安定した流動性を有するセメントスラリーの製造方法を提供する。【解決手段】ポルトランドセメントクリンカー成分、石膏、セメント分散剤および塩水を混合してセメントスラリーを製造するに際し、上記石膏に含有される半水石膏の量が上記ポルトランドセメントクリンカー成分の量に対してＳＯ３量換算で１．６重量％以下となるように調整した後、塩水との混合を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメントクリンカー成分、石膏、セメント分散剤および塩水を混合してセメントスラリーを製造するに際し、上記石膏に含有される半水石膏の量が上記ポルトランドセメントクリンカー成分の量に対してＳＯ３量換算で１．６重量％以下となるように調整した後、塩水との混合を行うことを特徴とするセメントスラリーの製造方法。
【請求項２】
ポルトランドセメントクリンカー成分１００重量部に対して高炉スラグを２５〜２３５重量部混合する請求項１記載のセメントスラリーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深層混合処理工法、地中連続壁工法、注入グラウト工法、裏込め注入工法、薬液注入工法、泥水工法、注入工法等の土木、建築工事のうち、海底地盤改良、海上工事等に用いられる塩水を使用したセメントスラリーの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、セメントスラリー中における半水石膏の量を調整することにより、優れた流動性を有すると共に、流動性の経時的な変化が小さい、安定した流動性を有するセメントスラリーの製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、注入工法や各種地盤改良工法などに使用されるセメントスラリーは、ポルトランドセメントクリンカー成分と石膏とを含む各種ポルトランドセメント成分を主とする水硬性組成物と水より調整される。この時、施工性の確保、流動性の経時的な変化の抑制などを目的として、ＡＥ減水剤、流動化剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等のセメント分散剤がセメントスラリーに添加される。
【０００３】
上記のようなセメントスラリーを海底の軟弱地盤の改良等に使用する場合、練り混ぜ水として海水が用いられることが多い（非特許文献１）。
【非特許文献１】基礎工  第２８巻９号（２０００年９月１５日発行）２５〜２９頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セメントスラリーの練り混ぜ水として、海水を使用した場合、上記のセメントスラリーの調整時に、真水を使用した場合には起こり得ない粘度の上昇が起こり、使用するポルトランドセメントによってはその上昇が著しく、安定して施工を行うことが困難であるという問題を有する。
【０００５】
従って、本発明の目的は、塩水を使用したセメントスラリーの製造において、流動性の経時的な変化が小さく、安定した流動性を得ることが可能な方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、上記セメントスラリーの流動性およびその経時的な変化は、セメント中に凝結調整剤や初期強度の増進を目的として含有される石膏の種類およびその量と密接な関係があることについて知見を得た。かかる知見に基づき、更に研究を重ねた結果、上記石膏中に占める半水石膏の量を調整することにより、得られるセメントスラリーにおける高い流動性を維持しながら、該流動性の安定化が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、ポルトランドセメントクリンカー成分、石膏、セメント分散剤および塩水を混合してセメントスラリーを製造するに際し、上記石膏に含有される半水石膏の量が上記ポルトランドセメントクリンカー成分の量に対してＳＯ３量換算で１．６重量％以下となるように調整した後、塩水との混合を行うことを特徴とするセメントスラリーの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明において、ポルトランドセメントクリンカー成分（以下、単にクリンカー成分ともいう。）としては、普通、早強、超早強、中庸熱及び低熱等の各種ポルトランドセメントクリンカーが特に制限なく使用できる。
【００１０】
また、石膏は、天然石膏、排煙脱硫石膏やリン酸石膏などの化学副産石膏、石膏廃材からのリサイクル石膏等が特に制限なく使用できる。天然石膏および化学副産石膏の形態は、大部分が二水石膏であるが、クリンカー成分と混合するための粉砕や貯蔵時の温度上昇などにより一部あるいは全部が半水石膏及び／又は無水石膏へ変化することがある。
【００１１】
一方、リサイクル石膏については、石膏廃材の状態ではほぼ二水石膏であるが、不純物の除去を目的とする加熱処理により、一部あるいは全部が半水石膏及び／又は無水石膏へ変化する。
【００１２】
このように、石膏の形態は、温度条件や使用する石膏の種類により大きく変化するため、ポルトランドセメント成分中の石膏の形態も、複数種の混在となる可能性が高い。
【００１３】
そのうち、特に半水石膏の存在は、後で詳述するように、塩水を使用したセメントスラリーの調製において、得られるセメントスラリーの粘度の上昇に対して大きな影響を及ぼすため、十分に管理することが必要である。
【００１４】
本発明において、セメントスラリーを調製する際の上記石膏の総添加量は、一般に、クリンカー成分の量に対して、ＳＯ３量換算で１．８〜１０重量％、好ましくは、２〜６重量％となるよう管理することが望ましい。すなわち、石膏の量がＳＯ３量換算で１．８重量％未満の場合、セメントクリンカー鉱物のうちアルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、以下Ｃ３Ａと略記する）の水和が活発となり、十分な施工時間を確保することが困難となる。また、石膏量がＳＯ３量換算で１０重量％を越えた場合、Ｃ３Ａと石膏との反応が促進されるため流動性が低下する傾向がある。
【００１５】
上記石膏は、セメントスラリーを調製する際に直接添加されてもよいが、予めクリンカー成分と混合された各種ポルトランドセメントの形態で添加されてもよい。更には、上記各種ポルトランドセメントと別途用意された石膏とを併用してもよい。いずれにしても、上記セメントスラリーの調製に使用される石膏は、添加される総ての石膏を含むものである。
【００１６】
上記ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント及び低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、該ポルトランドセメント成分を含む各種混合セメント等が挙げられる。
【００１７】
本発明において、セメントスラリーの調製時に添加される石膏について、クリンカー成分の量に対する半水石膏の量は、ＳＯ３量換算で１．６重量％以下に調整することが重要である。即ち、半水石膏量が上記の条件を満たさない場合、半水石膏そのものの水和反応による粘性の増大や、セメント分散剤による粒子の分散効果が損なわれるため、粘度が上昇して流動性が低下するばかりでなく、その経時的な流動性の変化が大きくなり、施工が困難となる。
【００１８】
上記ポルトランドセメント成分中の半水石膏量は、熱重量分析における重量減少率から算出することが出来る（無機マテリアル  第５巻２７５号  （１９９８年７月１日発行）  ２８３〜２８９頁）。また、粉末Ｘ線回折による定量も可能である。定量の精度を高めるためには、サリチル酸・メタノール溶液によりセメント中の珪酸カルシウム部分を溶解し（窯業協会誌  第７７巻  （１９６９年２月発行）  ３９〜４６頁）、その残分中の半水石膏量を前記の方法により定量することが望ましい。
【００１９】
前記石膏の残部の種類は特に制限されるものではなく、二水石膏、無水石膏が特に制限無く使用できる。
【００２０】
本発明において、石膏中に占める半水石膏の量を前記範囲内に調整する方法は、特に制限されるものではない。代表的な態様を例示すれば、セメントスラリーの調製に「ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０  ポルトランドセメント」に規定された各種ポルトランドセメントを使用する場合、半水石膏の含有量が前記範囲を超えるポルトランドセメントに対して、半水石膏の含有量の低いポルトランドセメントを混合する方法、半水石膏の量が前記範囲となるように、ポルトランドセメントの製造条件を調整する方法が挙げられる。上記ポルトランドセメントの製造条件を調整する方法としては、クリンカーと共に石膏を粉砕する際の温度管理を十分行う方法、具体的には、粉砕時の温度を１３０℃以下に制御する方法、や貯蔵における温度管理を十分行う方法等が挙げられる。
【００２１】
また、前記リサイクル石膏を石膏として使用する場合にも、石膏中の半水石膏の存在量を確認し、半水石膏が前記範囲となるように、その量に見合った量の二水石膏等の他の石膏を混合して使用する方法も有効である。
【００２２】
本発明において、クリンカー成分及び石膏のブレーン値は２０００〜６０００ｃｍ２／ｇ、であることが望ましい。
【００２３】
本発明において、得られるセメントスラリーの粘性をより低減するために、高炉スラグを添加することが出来る。その場合、高炉スラグの含有量は、クリンカー成分１００重量部に対して２５〜２３５重量部に調整されることが好ましい。即ち、高炉スラグの添加量が２５重量部以下の場合、高炉スラグによる粘性の低減効果が低く、２３５重量部を超えると硬化後のスラリーの強度が低下するため好ましくない。
【００２４】
本発明において、高炉スラグを添加する方法は、特に制限されない。セメントスラリーを製造する際、所定の含有量になるよう高炉スラグを添加する方法や、セメントとして高炉セメントを使用する方法等が適宜選択される。高炉セメントの製造方法は、ポルトランドセメントクリンカー成分と高炉スラグと石膏とが所定の割合に配合される方法であれば、特に制限なく用いられる。
【００２５】
高炉セメントを使用する場合、所定の高炉スラグ含有量となるよう高炉セメント中の高炉スラグ量を管理することが好ましい。高炉セメント中の高炉スラグ含有量は、サリチル酸アセトン・メタノール溶液により高炉セメント中の高炉スラグ成分以外を溶解することにより定量することが出来る（窯業協会誌  第７７巻（１９６９年２月発行）  ３９〜４６頁）。
【００２６】
「ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１  高炉セメント」に規定された高炉セメントを使用する場合は、セメント製造時に高炉スラグの含有量を管理することが出来る。この場合、高炉セメントＢ種を使用することが望ましい。
【００２７】
高炉セメントを使用する場合にも、前記クリンカー成分の量に対して、半水石膏の量が、ＳＯ３量換算で１．６重量％以下となるように調整する必要がある。
【００２８】
上記半水石膏の定量方法は、前記ポルトランドセメント中の定量方法に準じて測定することができる。
【００２９】
これにより測定された半水石膏量は、高炉スラグに含有されて添加される石膏中の半水石膏を含む半水石膏の量である。
【００３０】
本発明において、高炉スラグのブレーン値は２０００〜１００００ｃｍ２／ｇであることが望ましい。高炉セメントを使用する場合、そのブレーン値は２０００〜６０００ｃｍ２／ｇであることが望ましい。
【００３１】
本発明において、セメント分散剤は、セメントを分散させる効果を有するものであれば、公知のものが特に制限無く使用される。具体的には、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等である。そのうち、リグニンスルホン酸塩あるいはオキシカルボン酸塩を主成分とするセメント分散剤は、半水石膏含有量を調整することによる流動性制御の効果が顕著であり、好適に使用される。
【００３２】
本発明において、セメントスラリーを製造するための塩水としては、海水が一般的に用いられる。
【００３３】
本発明において、セメントに対する上記セメント分散剤及び塩水の配合量は特に制限されるものではない。好適な組成を例示すれば、セメント分散剤は、ポルトランドセメント成分に対して０．１〜１０．０重量％が、また、塩水は塩水／ポルトランドセメント成分比で５０〜３００％、好ましくは５０〜２００％である。
【００３４】
本発明のセメントスラリーは、本発明を構成するセメント、セメント分散剤および水の他に、本発明の効果を著しく阻害しない範囲で、骨材、空気量調製剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、防錆剤、分離低減剤、増粘剤、膨張材、鉱物質微粉末、ベントナイト、粘度鉱物、石膏等を添加配合しても構わない。例えば、ポルトランドセメント成分に対して、０．１〜１０重量％の石灰石微粉末及び／又はフライアッシュが好適に用いられる。
【００３５】
本発明において、ポルトランドセメント成分、セメント分散剤及び塩水の投入方法は特に制限されない。例えば、全部を同時に混合する方法、ポルトランドセメントクリンカー及び／又はポルトランドセメント成分と石膏とを予め混合した後、塩水と混合する方法、ポルトランドセメント成分とセメント分散剤とを予め混合後、塩水と混合する方法、塩水とセメント分散剤とを予め混合後、他の成分と混合する方法などが挙げられる。高炉スラグを含有する場合は、高炉セメントを使用する方法、高炉スラグを添加する方法などが好適に用いられる。また、上記の混合には公知の混合機が特に制限無く使用できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明より理解されるように、本発明は、優れた流動性を有すると共に、流動性の経時的な変化が小さく安定した流動性を有するセメントスラリーを製造する方法であり、その工業的価値は極めて高いものである。
【００３７】
かかる方法により製造されたセメントスラリーは、海底地盤改良工事、海上工事における深層混合処理工法、地中連続壁工法、注入グラウト工法等に適用可能であり、それぞれの用途に好適に使用することが出来る。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例により本発明の構成および効果を説明するが、本発明が実施例に限定されるというものではない。
【００３９】
実施例１
普通ポルトランドセメントクリンカーと排煙脱硫石膏（二水石膏）とを粉砕する際に、温度が１１０℃を超えないように冷却を行いながら普通ポルトランドセメントを得た。このセメントは、クリンカー成分の量に対する石膏含有量がＳＯ３量換算で２．０重量％、半水石膏含有量がＳＯ３量換算で、０．５重量％、ブレーン比表面積が３５８０ｃｍ２／ｇであった。この普通ポルトランドセメントを海水／普通ポルトランドセメント成分比が６０％、リグニンスルホン酸塩を主成分とするＡＥ減水剤遅延形（商品名：ポゾリスＮｏ．８）の添加量が普通ポルトランドセメント重量に対して０．２５重量％となるように添加し、モルタルミキサーにより練り混ぜた。この練り混ぜ水は、徳山湾の海水を使用した。
【００４０】
練り混ぜ直後から６０分までの流動性の経時変化を測定した。また、流動性は、マーシュファンネル粘度計により測定した。セメントスラリー５００ｍｌが粘度計から流出する時間を計測し、流出時間（秒）をファンネル粘度とした。流出時間（秒）が短いほどセメントスラリーの粘性は良好である。結果を表１に示す。
【００４１】
実施例２
クリンカー粉砕時の温度を上げてクリンカー成分の量に対する半水石膏含有量をＳＯ３量換算１．４重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４２】
実施例３
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算２．９重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算０．６重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４３】
実施例４
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算２．９重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算１．４重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４４】
実施例５
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算３．４重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算１．０重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４５】
実施例６
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算３．４重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算１．４重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４６】
比較例１
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算２．３重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算２．０重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４７】
比較例２
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算２．９重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算２．６重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４８】
比較例３
クリンカー成分の量に対する石膏含有量をＳＯ３量換算３．４重量％、半水石膏含有量をＳＯ３量換算２．９重量％とし、他の条件は実施例１と同様な試験を実施した。結果を表１に示す。
【００４９】
実施例７
実施例１で使用した普通ポルトランドセメント１００重量部と、ブレーン比表面積４１００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ７０重量部を混合し、海水／普通ポルトランドセメント比１０２％、リグニンスルホン酸塩を主成分とするＡＥ減水剤遅延形（商品名：ポゾリスＮｏ．８）の添加量が普通ポルトランドセメントと高炉スラグの合計重量の０．２５重量％であるセメントスラリーをモルタルミキサーにより練り混ぜた。
【００５０】
尚、このセメントは、クリンカー成分の量に対する石膏含有量がＳＯ３量換算２．０重量％、半水石膏含有量がＳＯ３量換算で、０．５重量％であった。
【００５１】
練り混ぜ水は、徳山湾の海水を使用した。実施例１と同様に、練り混ぜ直後から６０分までの流動性の経時変化を測定した。結果を表２に示す。
【００５２】
実施例８
実施例６で使用した普通ポルトランドセメントを使用し、他の条件は実施例７と同様な試験を実施した。結果を表２に示す。
【００５３】
比較例４
比較例３で使用した普通ポルトランドセメントを使用し、他の条件は実施例７と同様な試験を実施した。結果を表２に示す。
【００５４】
実施例９
ブレーン比表面積３９５０ｃｍ２／ｇ、高炉スラグ含有量４２％、セメントクリンカー成分の量に対する半水石膏含有量がＳＯ３量換算１．０重量％に調整された高炉セメントＢ種を使用し、海水／高炉セメント比が６０％（海水／ポルトランドセメント成分比は１０３％）、リグニンスルホン酸塩を主成分とするＡＥ減水剤遅延形（商品名：ポゾリスＮｏ．８）の添加量が高炉セメント重量の０．２５重量％のセメントスラリーをモルタルミキサーにより練り混ぜた。
【００５５】
練り混ぜ水は、徳山湾の海水を使用した。なお、高炉スラグ含有量は、サリチル酸アセトン・メタノール溶液により高炉セメント中の高炉スラグ成分以外を溶解することにより定量し、セメントクリンカー成分の量に対する半水石膏量は、熱重量分析における重量減少率から算出した。実施例１と同様に、練り混ぜ直後から６０分までの流動性の経時変化を測定した。結果を表３に示す。
【００５６】
実施例１０
ブレーン比表面積３７８０ｃｍ２／ｇ、高炉スラグ含有量４５％、セメントクリンカー成分の量に対する半水石膏含有量がＳＯ３量換算１．１重量％に調整された高炉セメントＢ種を使用し、海水／高炉セメント比が６０％（海水／ポルトランドセメント成分比は１０９％）、リグニンスルホン酸塩を主成分とするＡＥ減水剤遅延形（商品名：ポゾリスＮｏ．８）の添加量が高炉セメント重量の０．２５重量％のセメントスラリーをモルタルミキサーにより練り混ぜた。練り混ぜ水は、徳山湾の海水を使用した。なお、高炉スラグ含有量は、セメント生産者の提示する値を使用した。セメントクリンカー成分の量に対する半水石膏量は、熱重量分析における重量減少率から算出した。他の条件は実施例１と同様に試験を行った。結果を表３に示す。
【００５７】
比較例５
セメントクリンカー成分の量に対する半水石膏含有量がＳＯ３量換算３．０重量％の高炉セメントＢ種を使用し、他の条件は実施例９と同様の試験を実施した。結果を表３に示す。
【００５８】
比較例６
セメントクリンカー成分の量に対する半水石膏含有量がＳＯ３量換算２．９重量％の高炉セメントＢ種を使用し、他の条件は実施例１０と同様の試験を実施した。結果を表３に示す。
【００５９】
【表１】
2005008450.tif 000002
【表２】
2005008450.tif 000003
【表３】
2005008450.tif 000004