(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉徐冷スラグ微粉末と急結剤とを含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
セメントと請求項１記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
高炉徐冷スラグ微粉末と急結剤とを含有してなるセメント組成物を使用することを特徴とする吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界で使用されるトンネルの吹付けコンクリートに用いられるセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け工法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
今日では、環境問題が顕在化しており、各業界で環境負荷の低減が求められており、全産業から排出される二酸化炭素量に対する土木・建設業界の占める割合が極めて大きいことから、特に、土木・建設業界では、環境負荷の低減が切望されている。
【０００３】
このような問題を軽減する目的で、鉄鋼業界より副生する高炉スラグの有効利用に関して様々な研究が行われている。
高炉スラグは、急冷されてガラス化した高炉水砕スラグと、徐冷されて結晶化した徐冷スラグに大別される。
このうち、高炉水砕スラグは潜在水硬性を有しており、セメントと同程度、もしくは、それ以上に細かく粉砕されたものが高炉セメントの原料として利用されている。
ガラス化した高炉水砕スラグはセメントクリンカーに多量に混和しても長期強度は低下しないという優れた潜在水硬性を有していることから、高強度コンクリートや高流動コンクリートなど様々な分野での研究がなされている。
【０００４】
一方、徐冷スラグは別名結晶化スラグ又はバラスとも呼ばれ、水硬性を示さない。
そのため、今日まで路盤材、セメント原料、あるいは、コンクリート用骨材としての利用等、比較的消極的な使い方しかされていなかった。
【０００５】
本発明者は、高炉徐冷スラグの有効利用について検討した結果、これをトンネルのＮＡＴＭ工法などに用いる吹付けコンクリートへ適用すると、リバウンドを著しく低減することができることを知見して本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、高炉徐冷スラグ微粉末と急結剤とを含有してなるセメント混和材であり、セメントと該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物であり、さらに、高炉徐冷スラグ微粉末と急結剤とを含有してなるセメント組成物を使用した吹付け工法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００８】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ微粉末(以下、徐冷スラグという)は徐冷されて結晶化した高炉スラグである。
徐冷スラグの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、SiO2、CaO、Al2O3、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他、TiO2、MnO、Na2O、S、P2O5、及びFe2O3などが挙げられる。
徐冷スラグの粒度は、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)が4,000cm2/gを超えることが好ましく、4,500cm2/g以上がより好ましく、5,000cm2/g以上が最も好ましい。ブレーン値が4,000cm2/g以下では、リバウンド低減効果が得られない場合がある。
また、徐冷スラグのガラス化率は特に限定されるものではないが、通常、30％以下であり、10％以下が好ましい。ガラス化率が30％を超えると急結剤の凝結硬化を妨げる作用が現れてくる場合がある。
本発明でいうガラス化率(Ｘ)は、Ｘ（％）＝(１−Ｓ／Ｓ0)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ中の主要な結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2の固溶体)のメインピークの面積であり、Ｓ0は徐冷スラグを1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
高炉徐冷スラグの使用量は特に限定されるものではないが、通常、吹付けコンクリート１ｍ3当たり、10〜100kgが好ましく、20〜50kgがより好ましい。10kg未満ではリバウンド低減効果が充分でなく、100kgを超えて使用すると強度発現性が悪くなる場合がある。
【０００９】
本発明で使用する急結剤とは特に限定されるものではなく、市販品や公知のいかなるものも使用可能であり、その具体例としては、例えば、(1)アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどのアルカリ金属アルミン酸塩、(2)CaOとAl2O3とを主たる成分とし、CaO及び／又はAl2O3の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、CaOとAl2O3とを主成分とするものに、これらが少量固溶した水和活性を有するカルシウムアルミネート類、(3)水酸化カルシウム、(4)硫酸アルミニウム、並びに、(5)水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化リチウムなどの水酸化物、さらに、これらと炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどのアルカリ炭酸塩、又は各種セッコウ類や各種硫酸アルカリなどの無機硫酸塩等の一種又は二種以上からなるものが挙げられる。
急結剤の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜8,000cm2/g程度である。
急結剤の使用量は、セメント100部に対して、５〜15部が好ましく、７〜12部がより好ましい。５部未満では凝結性状が充分でない場合があり、15部を超えて使用すると長期の強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１０】
本発明のセメント混和材中の徐冷スラグと急結剤の割合は特に限定されるものではなく、セメントコンクリートの配合によって変化するので一義的に決定されるものではないが、通常、セメント混和材100部中、徐冷スラグ30〜80部程度が好ましく、45〜65部程度がより好ましい。徐冷スラグが少ないとリバウンド低減効果が充分でない場合があり、多すぎると凝結性状が悪くなる場合がある。
また、急結剤は、セメント混和材100部中、20〜70部程度が好ましく、35〜55部程度がより好ましい。急結剤が少ないと凝結性状が悪くなる場合があり、多すぎるとリバウンド低減効果が充分でない場合がある。
【００１１】
本発明のセメント混和材の粒度は、使用する目的や用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000cm2/g以上が好ましく、6,000cm2/g以上がより好ましい。3,000cm2/g未満では本発明の効果が充分に得られない場合がある。
本発明のセメント混和材の使用量は、セメント100部に対して、10〜35部程度が好ましく、15〜20部程度がより好ましい。セメント混和材が少なければ本発明の効果が充分に得られない場合があり、多すぎてもさらなる効果の増進が期待できない。
【００１２】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、シリカや高炉スラグなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント、並びに、アルミナセメントなどが挙げられる。
【００１３】
水の使用量は特に限定されるものではなく、通常の使用範囲である。具体的には、水／セメント材比25〜70％が好ましく、40〜60％がより好ましい。25％未満では圧送性が悪くなる場合があり、70％を超えると凝結性状や強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１４】
本発明のセメント混和材はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１５】
本発明では、セメントとセメント混和材の他に、砂や砂利等の骨材、補強繊維材、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイトなどのイオン交換体、石灰石微粉末、シリカフューム、並びに、フライアッシュなどを本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００１７】
実験例１
表１の徐冷スラグを細骨材に置換して配合し、単位セメント量360kg、単位水量198kg、S/a=46％のコンクリートを調製した。
コンクリート中のセメント100部に対して、急結剤を７部(25kg/m3に相当)混合して、湿式法で模擬トンネルへ吹付け実験を行った。凝結時間、リバウンド率、及び28日の圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較のために、高炉水砕スラグについても同様の実験を行った。その結果を表１に併記する。
【００１８】
＜使用材料>
セメント  ：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
高炉スラグＡ：徐冷スラグ、ブレーン値6,050cm2/g、ガラス化率２％、比重3.00
高炉スラグＢ：高炉水砕スラグ、ブレーン値6,030cm2/g、ガラス化率95％、比重2.90
急結剤    ：主成分カルシウムアルミネート、市販品
細骨材    ：新潟県姫川産川砂、比重2.62
粗骨材    ：新潟県姫川産、砕石、比重2.64
水        ：水道水
【００１９】
＜測定方法>
凝結時間  ：調製したコンクリートと同じ水／セメント比に調製したセメント／砂比１／３のモルタルに、急結剤７部を混合し、ASTM C 403に準じてプロクター貫入抵抗値を測定
圧縮強度  ：10φ×20cmの供試体を作製してJIS A 1108に準じて測定
リバウンド率：吹付けたコンクリート重量に対する跳ね返ったコンクリートの重量割合を計測
【００２０】
【表１】
0004558165.tif 000002
【００２１】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を使用することによって、リバウンドを低減でき、また、長期強度発現性も良好となるセメント組成物が得られ、これを吹付け工法に用いることで効率よく経済的で、かつ環境負荷の小さい吹付け施工ができるなどの効果を奏する。