(57)【要約】【課題】セメントを用いる工事の種類により制約されず汎用性があり、工事費の低減化に資することができ、また、取り扱い性に優れる張性固化材を提供すること。【解決手段】膨張性固化材は、セメントと１以上の高級脂肪酸からなる水和反応遅延剤で表面処理された生石灰とを含み、水和反応遅延剤の添加量は生石灰に対して４〜１０重量％であり、また、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合は重量比で８：２〜８．５：１．５である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと１以上の高級脂肪酸からなる水和反応遅延剤で表面処理された生石灰とを含み、水和反応遅延剤の添加量は生石灰に対して４〜１０重量％であり、また、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合は重量比で８：２〜８．５：１．５であることを特徴とする膨張性固化材。
【請求項２】
水和反応遅延剤がオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルミトオレイン酸、パルミチン酸及びステアリン酸の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の膨張性固化材。
【請求項３】
生石灰は、日本石灰協会の定める粗粒滴定法（２５ｇ法）に準拠した試験の開始１０分後の４Ｎ−ＨＣｌの滴定量が１４３ｍｌ以下の活性度を有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膨張性固化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントを用いる工事に汎用でき、セメントの固化による収縮で生じる不都合を防ぐことができる膨張性固化材に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木分野や建築分野の工事で汎用される基礎素材のセメントは、固化すると収縮する性質がある。この性質のため、セメントを用いる工事の種類によっては不都合を生じることがある。例えば、建造物を建てる際、地盤抵抗を得るために杭基礎などのコンクリート基礎が施工されるが、収縮により型枠の内壁との間や杭芯との間に隙間が生じることがある。隙間が生じることにより地盤との摩擦抵抗が下がるので、コンクリート基礎の支持力が低下するおそれがあり、また、過度な隙間が生じると、施工箇所へのセメントの二次・三次注入が必要となり、工事費の上昇や工期の長期化を招くことがある。
【０００３】
従来、生石灰が水と水和反応することにより膨張することを利用し、セメントの固化による収縮で生じる不都合に対応できる膨張性のセメントがある。補強対象地山の削孔にロックボルト材を固定するロックボルト工法において、生石灰の瞬時に起こる水和反応を遅延させる不飽和脂肪酸の油膜を外表面に形成した生石灰とセメントを水でスラリー状にした膨張性のセメントとして膨張性固化材を用いることの開示がある（特許文献１参照）。
また、生石灰に界面活性剤又は油脂を添加する反応遅延性生石灰の製造方法（特許文献２参照）や生石灰に高級脂肪酸を添加する反応遅延性生石灰の製造方法（特許文献３参照）の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４１０６公報
【特許文献２】特許第３２８３１６９号明細書
【特許文献３】特許第３５２７８７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示の膨張性固化材は、セメントと不飽和脂肪酸の油膜で表面処理された生石灰の重量比が約２：１と生石灰の比率が高くセメントの比率は低いためセメントの固化後の強度が低く、例えば上記のコンクリート基礎のような工事では強度の点で使用することが難しく、セメントを用いる工事の種類によっては強度の点で使用が制約されることがあり、汎用性の点で問題がある。また、不飽和脂肪酸の油膜で表面処理された生石灰の割合が多いため、工事費が高くなることがある。さらに、オリーブ油やアマニ油などの不飽和脂肪酸油を用いるため、不飽和脂肪酸の油膜で表面処理された生石灰は粉状とはならないので、セメントと不飽和脂肪酸の油膜で表面処理された生石灰を均一に混合したものを予め準備しておくことが難しく、施工現場において、生石灰の外表面に不飽和脂肪酸の油膜を形成させる作業を行い、次いで当該生石灰にセメントを混合して水を加え調製する作業を行うことを前提とし、そのため施工現場における作業が繁雑で工期が長くなることがある。特許文献２及び特許文献３には、水和反応遅延剤として界面活性剤、油脂あるいは高級脂肪酸を用いる反応遅延性生石灰の開示があるが、当該反応遅延性生石灰とセメントからなる膨張性固化材についての開示はない。  
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、セメントを用いる工事の種類により制約されない汎用性のある膨張性固化材を提供することを課題とする。また、工事費の低減化に資することのできる膨張性固化材を提供することを課題とする。さらに、取り扱い性に優れる膨張性固化材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明者は検討を重ねた結果、本発明に想到した。すなわち、本発明は、セメントと１以上の高級脂肪酸からなる水和反応遅延剤で表面処理された生石灰とを含み、水和反応遅延剤の添加量は生石灰に対して４〜１０重量％であり、また、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合は重量比で８：２〜８．５：１．５であることを特徴とする膨張性固化材を要旨とする。
【０００８】
上記の発明において、水和反応遅延剤はオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルミトオレイン酸、パルミチン酸及びステアリン酸の混合物でもよい。また、生石灰は、日本石灰協会の定める粗粒滴定法（２５ｇ法）に準拠した試験の開始１０分後の４Ｎ−ＨＣｌの滴定量が１４３ｍｌ以下の活性度を有するものでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の膨張性固化材は、セメントの固化による強度を十分に保持し、収縮で生じる不都合を防ぐことができるので、セメントを用いる工事の種類に制約されず汎用性がある。
本発明の膨張性固化材は、施工箇所へのセメントの二次・三次注入が不要で、また、水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合も低いため、工事費の低減化に資することができる。本発明の膨張性固化材は、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を均一に混合したものを予め準備でき、施工現場では水を加えるだけでよいので、取り扱い性に優れ工期の短縮化に資することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の膨張性固化材は、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰とから構成され、生石灰が水と水和反応をすることにより膨張する性質を利用し、セメントの固化による収縮で生じる不都合を防ぐことができる。生石灰は、水和反応が瞬時に起こるので、蒸気が噴出し危険であるばかりか直ちに膨張するためセメントの固化による収縮で生じる不都合を防ぐことができない。そのため、生石灰を水和反応遅延剤で表面処理することにより生石灰と水との接触を規制し、水和反応を遅延させるものである。
【００１１】
本発明の膨張性固化材に係るセメントは、ポルトランドセメントが好ましく、ポルトランドセメントであれば特に限定されないが、普通ポルトランドセメントがより好ましい。
【００１２】
本発明の膨張性固化材に係る生石灰は、市販の生石灰を使用することができる。膨張性の点から、日本石灰協会の定める粗粒滴定法（２５ｇ法）に準拠した試験（石灰ハンドブック（ＣＤ−ＲＯＭ版）参照（刊行年月日：２００２年１１月１２日、発行者：日本石灰協会））の開始１０分後の４Ｎ−ＨＣｌの滴定量が１４３ｍｌ以下の活性度を有する生石灰が好ましい。
【００１３】
生石灰を表面処理する水和反応遅延剤の高級脂肪酸は、具体的には、炭素数が１０以上の飽和高級脂肪酸、不飽和高級脂肪酸又はこれらの混合物である。飽和高級脂肪酸は、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸などを挙げることができ、不飽和高級脂肪酸はパルミトオレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸などを挙げることができる。
【００１４】
生石灰を表面処理する水和反応遅延剤の添加量は、生石灰に対し４〜１０重量％であり、６〜８重量％が好ましい。水和反応遅延剤の量が４重量％未満であると、生石灰の水和反応を遅延させる作用が十分でないからであり、１０重量％を超えると表面処理後の生石灰の状態が粒状又は塊状になり、セメントとの均一な混合を容易に行えないからである。
【００１５】
セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合は、重量比で８：２〜８．５：１．５である。セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が８：２より水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が多くなると固化したセメントの強度が低くなり、また、８．５：１．５より水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が少なくなるとセメントの固化による収縮を十分に防げないからである。
【実施例】
【００１６】
次いで、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１７】
〔実施例１〕（生石灰の水和反応遅延剤による表面処理の検討）
５００ｍｌビーカーに生石灰（河合石灰工業株式会社製）の２００ｇを計り取った。この生石灰に対し不飽和高級脂肪酸（オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルミトオレイン酸）と飽和高級脂肪酸（パルミチン酸、ステアリン酸）の混合物からなる水和反応遅延剤（ミヨシ油脂株式会社製、ＰＭ２００）の４ｇ（２重量％）、８ｇ（４重量％）、１２ｇ（６重量％）、１６ｇ（８重量％）、２０ｇ（１０重量％）、２４ｇ（１２重量％）、２８ｇ（１４重量％）、３２ｇ（１６重量％）、３６ｇ（１８重量％）、４０ｇ（２０重量％）をそれぞれ添加した。生石灰と水和反応遅延剤を混合したものを撹拌棒で５分間撹拌し（撹拌は１回転／秒）、水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を得た。次いで、１００ｍｌジュアー瓶に２０℃４００ｍｌの蒸留水を入れ、撹拌羽根及び温度計をセットした。さらに、各濃度の水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の１０２ｇ（２重量％）、１０４ｇ（４重量％）、１０６ｇ（６重量％）、１０８ｇ（８重量％）、１１０ｇ（１０重量％）、１１２ｇ（１２重量％）、１１４ｇ（１４重量％）、１１６ｇ（１６重量％）、１１８ｇ（１８重量％）、１２０ｇ（２０重量％）をそれぞれジュアー瓶内に投入し、０分後、１５分後の水和反応で上昇した温度を測定した。
【００１８】
上記と同様の方法で上記の水和反応遅延剤に代えヒマシ油（伊藤製油株式会社製）で表面処理された生石灰を得、上記と同様の方法で０分後、１５分後の水和反応により上昇した温度を測定した。また、ブランクとして表面処理されない生石灰についても上記と同様の方法で０分後、１５分後の水和反応により上昇した温度を測定した。結果は、表１に示した。
【００１９】
【表１】
2012017213.tif 000002
【００２０】
表１から、不飽和高級脂肪酸と飽和高級脂肪酸の混合物からなる水和反応遅延剤を４重量％以上添加すれば、水和反応を十分に遅延させることができた。一方、ヒマシ油で水和反応を十分に遅延させるには、１２重量％以上添加することが必要であり、コスト面で不利である。また、生石灰と水和反応遅延剤を均一に混合して膨張性固化材を施工現場でいちいち調製するのではなく、施工現場においては予め準備された膨張性固化材に水を加えるだけで施工ができるようにするには、水和反応遅延剤で表面処理された生石灰はセメントと均一に混合するのが容易な粉状であること好ましい。この観点から、水和反応遅延剤の添加量を４〜１０重量％にすれば、水和反応を十分に遅延させ、また、水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を粉状とできることが判明した。
【００２１】
〔実施例２〕（セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合の検討）
セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合を、固化した膨張性固化材の膨張率と強度を測定することにより検討した。
【００２２】
生石灰（河合石灰工業株式会社製）を１０００ｇ計り取った。この生石灰に対し不飽和高級脂肪酸（オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルミトオレイン酸）と飽和高級脂肪酸（パルミチン酸、ステアリン酸）の混合物からなる水和反応遅延剤（ミヨシ油脂株式会社製、ＰＭ２００）の４０ｇ（４重量％）、６０ｇ（６重量％）、８０ｇ（８重量％）、１００ｇ（１０重量％）をそれぞれ添加した。生石灰と水和反応遅延剤を混合したものをベンチニーダーを用いて５分間撹拌し水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を得た。セメント（普通ポルトランドセメント、太平洋セメント株式会社製）と各濃度の水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を重量比で、９：１、８．５：１．５、８：２、７：３、６：４となる量をそれぞれ混合し、ベンチニーダーを用いて５分間撹拌して膨張性固化材を得た。得られた各重量比の膨張性固化材に対し、水を４５重量％となるようにそれぞれ加えてスラリー状の水和物を得た。スラリー状の水和物を２００ｃｍ３計り取りパレットに流し入れ、膨張は２４時間以内に完了することを考慮し、大気中で２４時間養生した（拘束しない状態のまま）。養生後、固化した膨張性固化材を粉砕して水を張ったメスシリンダーに入れ、水の増加分を体積膨張率として読み取り、各重量比で混合した膨張性固化材の膨張率を算出した。結果は表２に示した。
【００２３】
生石灰（河合石灰工業株式会社製）を１０００ｇ計り取った。この生石灰に対し不飽和高級脂肪酸（オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルミトオレイン酸）と飽和高級脂肪酸（パルミチン酸、ステアリン酸）の混合物からなる水和反応遅延剤（ミヨシ油脂株式会社製、ＰＭ２００）の１００ｇ（１０重量％）を添加した。生石灰と水和反応遅延剤を混合したものをベンチニーダーを用いて５分間撹拌し水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を得た。セメント（普通ポルトランドセメント、太平洋セメント株式会社製）と水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を重量比で、９：１、８．５：１．５、８：２、７：３、６：４となる量をそれぞれ混合し、ベンチニーダーを用いて５分間撹拌して膨張性固化材を得た。得られた各重量比の膨張性固化材に対し、水を４５重量％となるようにそれぞれ加えてスラリー状の水和物を得た。スラリー状の水和物をサミットモールド（５０ｍｍ（直径）×１００ｍｍ（高さ））に流し入れ、ラッピングして大気中で３日間養生した。養生後、固化した膨張性固化材の上面を膨張箇所が平らになるようにヘラで削り脱型した。「土の万能圧縮試験機」（株式会社マルイ製、ＭＩＳ−２２５−１−２６型）を用い、膨張性固化材の一軸圧縮強さを計測した（条件：ひずみ速度は１．００％／ｍｉｎ（１ｍｉｎ当たり試料の長さ１００ｍｍの１％ひずみが生じる速さ））。結果は表２に示した。
【００２４】
【表２】
2012017213.tif 000003
【００２５】
表２から、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が９：１の場合、セメントの固化による収縮が見られ、膨張性固化材として不向きであった。セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が８．５：１．５〜６：４の場合、膨張率は１を越え、セメントの固化による収縮を防ぐことができた。一方、セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が７：３と６：４の場合、生石灰の割合が高くセメントの割合が低いため、セメントの固化による収縮を防ぐことができても強度が低く、セメントを用いる工事の種類によっては膨張性固化材として使用できないことがある。セメントと水和反応遅延剤で表面処理された生石灰の割合が８．５：１．５〜８：２の場合、セメントの固化による収縮を防ぐことができ、かつ十分な強度を保持できるので、セメントを用いる工事の種類に制約されず汎用性があり、膨張性固化材として有用である。
【００２６】
〔実施例３〕（生石灰の活性度の検討）
日本石灰協会の定める粗粒滴定法（２５ｇ法）に準拠し生石灰の活性度を測定した。
粒径が５ｍｍ〜３０ｍｍの石灰石４ｋｇを電気炉で以下の温度でそれぞれ１８０分焼成し、生石灰Ａ〜生石灰Ｇの７種を得た。
生石灰Ａ：１０００℃、生石灰Ｂ：１０５０℃、生石灰Ｃ：１１００℃、生石灰Ｄ：１１５０℃、生石灰Ｅ：１２００℃、生石灰Ｆ：１２５０℃、生石灰Ｇ：１３００℃
【００２７】
生石灰Ａ〜生石灰Ｇをそれぞれ粗粉砕・縮分し、粒径が２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲となるように調整した。各生石灰を２５ｇ計り取った。次いで、３０．０℃±０．４℃に維持された水道水１０００ｍｌを測定装置にセットされた２０００ｍｌ容量の樹脂容器に入れた。撹拌羽を５００ｒｐｍで回転させ、ブロモチモールブルー指示薬（ＢＴＢ指示薬）を測定装置に入れた。次いで、ストップウオッチを押すと同時に各生石灰を測定装置に投入し、４Ｎ−ＨＣｌの滴定を開始した。滴定開始から１０分経過した時の４Ｎ−ＨＣｌの滴定量を読み取った。結果は、表３に示した。
【００２８】
【表３】
2012017213.tif 000004
【００２９】
〔実施例４〕（生石灰Ａ〜生石灰Ｇを含む膨張性固化材の膨張率の検討）
実施例３で得た生石灰Ａ〜生石灰Ｇをそれぞれ１０００ｇ計り取った。生石灰に対し不飽和高級脂肪酸（オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルミトオレイン酸）と飽和高級脂肪酸（パルミチン酸、ステアリン酸）の混合物からなる水和反応遅延剤（ミヨシ油脂株式会社製、ＰＭ２００）の４０ｇ（４重量％）、６０ｇ（６重量％）、８０ｇ（８重量％）、１００ｇ（１０重量％）をそれぞれ添加した。生石灰と水和反応遅延剤を混合したものをベンチニーダーを用いて５分間撹拌し水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を得た。セメント（普通ポルトランドセメント、太平洋セメント株式会社製）と各濃度の水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を重量比で、８．５：１．５となる量をそれぞれ混合し、ベンチニーダーを用いて５分間撹拌して膨張性固化材を得た。得られた膨張性固化材に対し、水を４５重量％となるようにそれぞれ加えてスラリー状の水和物を得た。スラリー状の水和物を２００ｃｍ３計り取りパレットに流し入れ、膨張は２４時間以内に完了することを考慮し、大気中で２４時間養生した（拘束しない状態のまま）。養生後、固化した膨張性固化材を粉砕して水を張ったメスシリンダーに入れ、水の増加分を体積膨張率として読み取り、膨張性固化材の膨張率を算出した。また、セメントと６重量％の水和反応遅延剤で表面処理された生石灰を重量比で８：２となる量を混合して得られた膨張性固化材についても同様の方法で膨張率を検討した。結果は表４に示した。
【００３０】
【表４】
2012017213.tif 000005
【００３１】
表４から、生石灰Ｄ〜生石灰Ｇは、膨張率が１以上あり、セメントの固化による収縮を防ぐことができた。実施例３の生石灰Ｄの結果から、日本石灰協会の定める粗粒滴定法（２５ｇ法）に準拠した試験の開始１０分後の４Ｎ−ＨＣｌの滴定量が１４３ｍｌ以下の活性度を有する生石灰が好ましいことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の膨張性固化材は、セメントの固化による強度を十分に保持して収縮で生じる不都合を防ぐことができ、セメントを用いる工事の種類により制約されることなく使用でき汎用性が高いので、セメントを工事に用いる土木分野や建築分野において有用である。