(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分のSiO2／Al2O3重量比が4.2以下であるナトリウム型ベントナイトを主成分とするノロ低減剤を使用することを特徴とするノロ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノロ低減剤及びそれを用いた遠心力成形製品の製造方法に関し、詳しくはモルタルまたはコンクリートを遠心力成形して製造するコンクリートパイル、鋼管・コンクリート複合パイル、ポール、ヒューム管及び鋼管ライニング等の遠心力成形製品のノロの発生を低減または防止するノロ低減剤及びそれを用いた遠心力成形製品の製造方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、遠心力成形で製造されるコンクリート製品は、遠心力によってノロが多量に絞り出されてくる。このノロには、水の他に固形分として２０〜４０重量%のセメントや微粒の砂を含み強アルカリ性であるため、そのまま工場外に廃棄することは公害防止上できず、例えば、セメント濃度の高いパイル、ポール等のノロは、１〜２m3の容器に入れそのまま固めて、最終処分場に埋め立てられている。セメント濃度の低いヒューム管では、固形分を沈殿濾過した後、さらに脱水機に掛けてフレーク状態として最終的に処理され、残ったアルカリ性の水は中和して下水に流しているが、昨今の事情により固形分はパイル等のノロと同様に、産業廃棄物として処分することが難くなっており、アルカリ性の水の処理も負担となっている。
【０００３】
このためコンクリート製品の業界では、ノロ低減又は防止することが切望されている。そこで、本発明者らは、ベントナイトを主成分とするノロ低減剤（特開平3-247543号公報）を提案した。ベントナイトは、一次粒子が数ミクロンのシート状結晶（ブック状に配列している、モンモリロナイトの結晶）からなる微粒子である。このベントナイトが、重力加速度の３０倍前後の遠心力を掛けた状態でノロの発生を低減する作用については、充分解明されてはいないが、ベントナイトを添加した練混ぜ直後のセメントペーストを液体窒素で凍結して走査型電子顕微鏡で観察すると、セメント粒子上にベントナイトのシート状結晶のエッジ同士が接することにより、六角形の部屋を連続して形成しており、その中に水を封じ込めて遠心力による水の移動を抑制していることが、容易に推察できる。
【０００４】
ベントナイトの添加量を一定とした場合、遠心力に抵抗してノロの発生を低減するには、水を沢山封じ込めることが必要であり、そのためには、カルシウム型よりも膨潤度の大きいナトリウム型のベントナイトが有利であり、ナトリウム型のベントナイトの中でも膨潤度の大きいものが好ましいことも、容易に推察できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らは、いろいろなナトリウム型ベントナイトのノロ低減効果を検討した結果、膨潤度が大きくてもノロ低減効果が劣るものや、膨潤度が小さくてもノロ低減効果が高いものが多々存在することを見出し、膨潤度だけの管理ではノロ低減力が変動し、安定的にノロを低減することが難しいという課題が有ることが判明した。
【０００６】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の化学成分とその含有比率を有するベントナイトを使用することにより、安定したノロ低減力を発揮できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、（１）化学成分のSiO2／Al2O3重量比が4.2以下であるナトリウム型ベントナイトを主成分とするノロ低減剤を使用することを特徴とするノロ低減方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００９】
本発明は、ベントナイト中の化学成分のSiO2／Al2O3重量比が５．０以下であるナトリウム型ベントナイトを主成分とするノロ低減剤である。本発明のナトリウム型ベントナイトとは、モンモリロナイトのシート状結晶の層間にナトリウムやカリウムイオン等のアルカリ金属類を吸着しているベントナイトであり、カルシウムやマグネシウムイオン等のアルカリ土類金属を取り込んでいるベントナイトと比較して、膨潤性が大きいものである。
【００１０】
本発明のベントナイト中のSiO2／Al2O3の重量比は、５．０以下であり、SiO2／Al2O3の重量比が５．０を超えると膨潤度が大きくてもノロ低減力は低下し、好ましくは４．５以下、より好ましくは４．２以下である。さらに、この比率が小さいほどノロ低減力も大きくなるが、天然産のベントナイトでは３．０程度が下限であり、人工的にモンモリロナイトを精製してこの比率を小さくすることもできるが高価となる。
【００１１】
SiO2／Al2O3の重量比とノロ低減力との関連性については、必ずしも明確ではないが、ベントナイトを水で懸濁液とした場合のモンモリロナイトの会合モードは、モンモリロナイトの薄肉結晶片一枚一枚がランダムに分散したモードや、複数の薄肉結晶片が重なったままランダムに分散したモードがある。また、薄肉結晶片一枚一枚が、四角形や六角形の部屋（空間）を形成するモード、及び複数の薄肉結晶片が重なったまま四角形や六角形の部屋を形成するモードがある。さらに、四角形や六角形の部屋を形成する場合に、エッジとエッジが接触するモードやエッジと面が接するモード、並びに四角形や六角形の部屋の一辺が解放されているモード等多種に亘る。
【００１２】
遠心力によるノロ低減力を考えた場合、ランダムに分散したモードでは、空間の生成は無いので水を固定する能力は無いと考えられ、ノロ低減力は小さいと推察される。また、四角形や六角形の部屋の一辺が解放されているモードの場合も、水は移動し易いと推察される。
【００１３】
以上より、SiO2／Al2O3の重量比とノロ低減力との関連性については、推察の域を脱しないが、モルタルやコンクリート等のカルシウムイオンが存在する状態においては、SiO2／Al2O3の重量比によってモンモリロナイトの結晶の会合モードが変化し、SiO2／Al2O3の重量比が小さいほど、薄肉結晶片一枚一枚からなる連続した四角形や六角形の部屋を形成し易い、あるいは、複数の薄肉結晶片が重なったまま連続した四角形や六角形の部屋を形成する等の会合モードが構築され易い、と考えられる。
【００１４】
本発明において、SiO2／Al2O3重量比が５．０以下であるナトリウム型ベントナイトを主成分とするノロ低減剤（以下、単にノロ低減剤という）をモルタルまたはコンクリート１m3に対して１〜１２kg添加して練混ぜる。１kg未満ではSiO2／Al2O3重量比が３．０程度と小さくても実用的なノロ低減効果は小さく、また、１２kgを超えて添加すると単位水量が大きく増加し、単位水量を減らし強度低下しないように高性能減水剤を添加する場合には、その添加量が多くなるため、モルタルまたはコンクリートに高性能減水剤特有の粘性が出易くなり、逆にノロ発生量は多くなるので好ましくない。好ましくは１．５〜１０kgであり、より好ましくは２〜８kgである。
【００１５】
本発明のノロ低減剤を添加したモルタルまたはコンクリートを練混ぜると、単位水量が増加する傾向にあり、増加量が大きい場合は強度が低下するので減水剤を併用する。減水剤の種類は、特に限定されないが、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系やメラミン樹脂スルホン酸塩系の高性能減水剤は、添加量を多くして行くと減水率が向上し、かつ、過度の凝結遅延や空気連行性が無いので好ましい。
【００１６】
市販のポリアルキルアリルスルホン酸塩系の高性能減水剤としては、グレースケミカルズ社の商品名「FT-500」シリーズ、花王（株）社の商品名「マイティー」シリーズ、日本製紙（株）社の「サンフローPS」シリーズ、第一工業製薬（株）社の「セルフロー110P」等が挙げられる。市販のメラミン樹脂スルホン酸塩系の高性能減水剤としては、昭和電工（株）社の商品名「モルマスター」、グレースケミカルズ社の商品名「FT-3S」等が挙げられる。
【００１７】
減水剤の添加量は、通常、ノロ低減剤の添加量が多いほど元の配合（ノロ低減剤を添加しないプレーン配合）に対して、強度が大きく低下しないように単位水量を減少させるため多くなる。また、減水剤の添加方式（練混ぜ水全量に溶解して添加する方式を同時添加方式、セメント、細骨材、粗骨材及び練混ぜ水をミキサに投入した後に減水剤原液を後から添加する方式を後添加方式という）によっても減水率が大きく異なるので、一律に規定できないが、ノロ低減剤の添加量が多い場合で、かつ、同時添加方式では固形分換算で多くてもポルトランドセメント（混合セメントは混合セメント全体に対して）に対して２．０重量%である。ノロ低減剤の添加量が少ない場合で、かつ、減水率が高い後添加方式の場合でも、固形分換算でセメントに対して、０．３６重量%は必要である。同時添加方式では、２．０重量%を超えて添加しても減水率が増大しないだけでなく、ノロ低減剤の添加量が多くてもモルタルまたはコンクリートに高性能減水剤特有の粘性が出てノロが発生し易くなるので好ましくない。また、後添加方式の場合でも０．３６重量%未満では、単位水量の増加量が多く強度が大きく低下するだけでなく、ノロ発生量も多くなるので好ましくない。
【００１８】
本発明のノロ低減剤の添加方法としては、モルタルまたはコンクリートを練混ぜる際に、ノロ低減剤を粉末状態、あるいは練混ぜ水の一部か全量を用いて、懸濁スラリーとして添加する場合と、練混ぜ水と減水剤の全量を用いて、懸濁スラリーとして添加する場合があるが、練混ぜ水の一部を用いて懸濁スラリーとしておいて、貯蔵タンクに貯蔵して、そこから練混ぜ毎に必要量計量して添加する方が好ましい。
【００１９】
本発明のノロ低減剤を添加したモルタルまたはコンクリートを練混ぜるミキサーの種類は、通常使用されているパン型や二軸、遊星型強制練りミキサー等の何れでもよく、その練混ぜ方法も特に限定されない。
【００２０】
本発明で使用するセメントの種類は、ポルトランドセメント系で有れば特に限定されないが、ノロ低減の観点から、フライアッシュセメント、早強セメント、シリカセメント、普通セメント、高炉スラグセメントの順に好ましく、特にフライアッシュセメントが好ましい。
【００２１】
本発明のノロ低減剤を添加したモルタルまたはコンクリートの遠心力成形方法は、ノロの発生が低減され、かつ、遠心成形体の両端の詰まりや締まりがよく、運搬時の振動や衝撃などで脱落しなければ、特に限定されるものではないが、通常、初速、低速、中速、高速の各段階で順次回転を上げていき、初速は重力加速度（Ｇ）の倍数で３Ｇ以下、低速４〜１２Ｇ、中速１５〜２０Ｇ、高速２５〜３５Ｇとするのが一般的な成形条件である。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
実施例１
種々の鉱区から採掘された膨潤度と化学成分(Ig.loss，SiO2，Al2O3)の異なるベントナイトについて、セメントの種類を変えてコンクリートを練混ぜ、遠心力成形用型枠に入れて遠心力成形し、発生するノロ量を測定（遠心成形終了後に円筒型枠を傾斜させ、排出したノロをメスシリンダに採りその容量を測定した。）すると共に、成形後、蒸気養生を行い、翌日脱型後、オートクレーブ養生して材齢３日で圧縮強度(n=２)を測定した。ベントナイトの化学成分を表１、コンクリートの基本配合を表２、測定結果を表３、表４にそれぞれ示す。
【００２４】
コンクリートの練混ぜは、骨材とセメントを遊星型強制練りミキサーに投入して２０秒間空練りした後、減水剤を溶解した水を添加（同時添加方式）して３０秒間練混ぜ、次いで、ベントナイト１重量部に対して、水（練混ぜ水の一部を用いる）１０重量部としたスラリーを添加して３０リットル分のコンクリートを６０秒間練混ぜた。なお、べントナイトの種類によるスランプの多少の変動は減水剤量の微調整で合わせた。
【００２５】
遠心力成形は、練混ぜたコンクリートを２０cmφ×３０cmＬ×５cmＴの遠心力成形型枠に１７．５kg仕込んで、型枠両端の穴をゴム栓で蓋をしてから、低速を２Ｇで３分、中速Iを１０Ｇで２分、中速IIを２０Ｇで２分、高速を３０Ｇで３分の条件で行った。
【００２６】
蒸気養生方法は、遠心力成形後２０℃の室内で４時間前養生してから７５℃まで３時間で昇温し、そのまま４時間保持してから蒸気バルブを止め、翌日まで蒸気養生槽内で自然放冷して翌日脱型した。オートクレーブ養生は、脱型した供試体をオートクレーブに入れ、２０℃から１８０℃(１０atm)まで３時間で昇温し、そのまま３時間保持してから大気圧まで６時間かけて下げて取り出し、そのまま室内で放置冷却した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
【表３】
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【００３０】
【表４】
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【００３１】
表３、表４より、ベントナイトの化学成分のSiO2／Al2O3の重量比とノロ低減には相関性があり、特にベントナイトのSiO2／Al2O3の重量比が５．０以下において、ノロ発生量を実用上有効な約１／２までに抑えることが可能となる。SiO2／Al2O3の重量比が４．５以下、さらに４．２以下であるとより顕著にノロ発生量を抑えることができる。また、ベントナイトのSiO2／Al2O3の重量比が５．０を超える場合は、膨潤度が２３前後と大きいにも拘わらず、ノロ発生量の低減効果は小さいことが示されている。
【００３２】
セメントの種類によってもノロ低減効果が異なり、高炉スラグセメント、普通セメント、シリカセメント、早強セメント、フライアッシュセメントの順に、概ね発生量が少なくなる傾向を示している。
【００３３】
なお、圧縮強度については、ベントナイトを添加しない場合のノロ発生量（ノロ発生量の多い方が供試体自身の水セメント比は低下している）の差が、強度に対して貢献していないのは、ノロが絞り出されるときに粗骨材周辺を伝って出てくるため、ノロの発生量が多いほど粗骨材周辺に空隙を生成するためと考えられる。
【００３４】
実施例２
実施例１と同じ材料とコンクリート基本配合を使用し、配合No.ａ−２について、ベントナイトＨの添加量を変え、スランプが一定となるように減水剤量と、強度が大きく低下しない程度に単位水量を微調整してコンクリートを練混ぜ、実施例１と同様の試験を実施した。その結果を表５に示す。
【００３５】
【表５】
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【００３６】
表５より、ベントナイトの添加量を増加させると、減水剤量を調整（少ない方に）することにより１．０kg/m3から顕著なノロ低減効果が認められる。また、単位水量と減水剤の合計量を一定とした場合、１．５〜１０kg/m3が好ましく、より好ましくは２〜８kg/m3であることが示される。ベントナイトの添加量を１２kg/m3と多くしても、コンクリートに粘性が出るためにノロ発生量が多くなる傾向が認められ、かつ、減水剤量が２．０重量%（固形分）を超えると粘性も増し、急にノロ発生量も多くなる。
【００３７】
また、本実施例において、元のコンクリート（ベントナイトを添加しないプレーンコンクリート）の水セメント比に合わせるよりも、単位水量は多少増加するが少し減水剤の添加量を少なくする方が、ノロ低減効果は安定する傾向にあることも示されている。
【００３８】
実施例３
表６のコンクリートの基本配合に対して、減水剤を後添加方式としてベントナイトの添加量と減水剤量を変えてコンクリートを練混ぜ、実施例１と同様の試験を行いノロ発生量と圧縮強度を測定した結果を表７に示す。なお、使用したベントナイトはＪで、スランプを設計範囲に調整したときの減水剤量と単位水量を表７に併記した。
【００３９】
具体的な後添加におけるコンクリートの練混ぜ方法は、セメント、細骨材、粗骨材をミキサに投入して、２０秒間回転させてから練混ぜ水を添加して２０秒間練混ぜ、次いで、減水剤原液を添加して２０秒間練混ぜてから、さらにベントナイト１重量部に対して水（練混ぜ水の一部を用いる）１０重量部としたスラリーを添加して９０秒間練混ぜた。
【００４０】
【表６】
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【００４１】
【表７】
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【００４２】
表７より、減水剤の後添加方式においても、減水剤の添加量が少ないだけで実施例２の同時添加方式と同様の傾向となっている。また、ベントナイトが１kg/m3の添加において減水剤の下限は０．３６重量%であることが示され、これより少なくなると単位水量の増加量が多く、強度の低下が大きいだけでなくノロ発生量も急に多くなることが示されている。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の化学成分のSiO2／Al2O3重量比が５．０以下であるナトリウム型ベントナイトを主成分とするノロ低減剤を使用することにより、モルタルまたはコンクリートの遠心力成形時に安定したノロ低減力を発揮できる。