(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート、石膏類、膨張材、及び粘土性鉱物を含有してなり、粘土性鉱物がベントナイトであり、カルシウムアルミネート100重量部に対して、10〜200重量部であるセメント混和材。
【請求項２】
膨張材が、カルシウムアルミネート100重量部に対して、１〜100重量部である請求項１記載のセメント混和材。
【請求項３】
石膏類が、カルシウムアルミネート100重量部に対して、10〜400重量部である請求項１又は請求項２記載のセメント混和材。
【請求項４】
セメント、細骨材、及び請求項１〜請求項３のうちの一項記載のセメント混和材を含有してなるセメント組成物。
【請求項５】
セメント混和材が、セメント100重量部に対して、１〜500重量部である請求項４に記載のセメント組成物。
【請求項６】
セメント、細骨材、カルシウムアルミネート、石膏類、膨張材、及びカルシウムアルミネート100重量部に対して、10〜200重量部のベントナイトを含有してなるセメント組成物。
【請求項７】
細骨材が、セメント、カルシウムアルミネート、石膏類、及び膨張材からなる結合材100重量部に対して、50〜150重量部である請求項４〜請求項６のうちの一項記載のセメント組成物。
【請求項８】
請求項４〜請求項７のうちの一項記載のセメント組成物を含有してなるグラウト材。
【請求項９】
請求項４〜請求項７のうちの一項記載のセメント組成物と、水とを含有してなるグラウト材。
【請求項１０】
水／結合材比が、50〜200％である請求項８又は請求項９記載のグラウト材。
【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、特に早期強度発現性や無収縮性が必要とされる箇所に使用されるセメント混和材、セメント組成物、及びグラウト材に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
土木・建築業界において、グラウト材は多量に使用されている。特に、空港、港湾、及び道路等におけるコンクリート舗装版下の空隙部の充填や、トンネル工事における支保工と地山との隙間への充填などその用途は多岐に及んでいる。
そして、これら用途に用いるグラウト材は短時間で強度発現すること、ブリーディングの無いこと、及び収縮しないこと等の他、極めて良好な流動性や単位容積当たりの材料費の低減などその要求はますます厳しいものとなっている。
これらの要求を満たすための有効な手段として、骨材を含むモルタルとすることや単位容積当たりの水を増量することなどが考えられる。
しかしながら、従来のセメント等の粉状の水硬性物質と骨材からなるモルタルでは、水／水硬性物質比を高くした場合、材料分離が生じて使用できず、特に、骨材量を増加した場合には、著しい骨材の沈降が生じるという課題があった。
【０００３】
また、材料分離せずに高流動性を得るために、骨材を含まないセメントミルク、合成樹脂、及びセメントアスファルトモルタル等の高価な材料を用いなければならないだけでなく、使用する骨材そのものが逆止弁の隙間を充填し、セメントミルク分が逆止弁の隙間から流失し、モルタルの逆流を防止する役目をする簡易型の逆止弁等が使用できないという課題があった。
【０００４】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することにより、前記課題が解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムアルミネート、石膏類、膨張材、及び粘土性鉱物を含有してなり、粘土性鉱物がベントナイトであり、カルシウムアルミネート100重量部に対して、10〜200重量部であるセメント混和材であり、セメント、細骨材、及び該セメント混和材を含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を含有してなるグラウト材である。
【０００６】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００７】
本発明で使用するカルシウムアルミネートは、CaO原料やAl2O3原料を電気炉等によって溶融及び／又は焼成して得られるもので、12CaO・7Al2O3（C12A7）等が挙げられる。
カルシウムアルミネート（以下、ＣＡという）中のCaO含有量は、20〜70重量％が好ましく、35〜65重量％がより好ましい。20重量％未満では短時間強度が不足する場合があり、70重量％を越えると凝結時間のコントロールが困難となり、硬化後の強度発現性が不良となる場合がある。
ＣＡ中には、Na2OやK2Oなどのアルカリや、SiO2、MgO、及びCaF2等の成分を含有していてもよく、冶金スラグの使用も可能である。
ＣＡとしては、結晶質、非晶質のいずれも使用可能であるが、非晶質の使用が好ましい。
ＣＡの粉末度は初期の強度発現性を考慮して、ブレーン値2,000cm2/g以上が好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましいが、さらに、微粉でも使用可能である。
【０００８】
本発明で使用する石膏類は特に制限されるものではなく、二水石膏、半水石膏、II型無水石膏、及びIII型無水石膏のいずれも使用可能であり、天然産のものや、リン酸、排脱、及びフッ酸石膏等の化学石膏、又はこれらを熱処理して得られたものも使用可能であり、通常含まれる不純物の種類や量には影響されないものである。このうち初期の強度発現性や作業性の面からII型無水石膏が特に好ましい。
また、石膏の使用量は、ＣＡ100重量部に対して、10〜400重量部が好ましく、50〜200重量部がより好ましい。石膏の使用量がこの範囲以外では、本発明のセメント組成物の施工後の、例えば、３時間から28日の短長期の強度発現性が悪くなる場合がある。
【０００９】
本発明で使用する膨張材としては、鉄粉系膨張材やノンメタリック系膨張材のいずれも使用可能であるが、ノンメタリック系のカルシウムサルファアルミネートの使用が好ましい。
膨張材の使用量は、ＣＡ100重量部に対して、１〜100重量部が好ましい。１重量部未満では練り上がったモルタルの膨張が期待できない場合がある。
【００１０】
本発明で使用する粘土性鉱物（以下、粘土物という）としては、ベントナイトを使用する。
粘土物の使用量は、ＣＡ100重量部に対して、10〜200重量部であり、50〜150重量部が好ましい。10重量部未満では材料分離せずに流動性を確保することが難しい場合があり、200重量部を越えると価格面で不利となるばかりでなく流動性の著しい低下や、強度発現性不良の原因となる場合がある。
【００１１】
本発明では、ＣＡ、石膏類、膨張材、及び粘土物を含有したセメント混和材を使用する。
セメント混和材の使用量は、セメント100重量部に対して、１〜500重量部が好ましく、５〜200重量部がより好ましい。１重量部未満では、所定の強度が得られず、材料分離せずに流動性を確保することが難しいばかりでなく、硬化体が著しい収縮を受ける場合がある。500重量部を越えると凝結調整剤等の使用量が増加して経済的に不利となるばかりでなく、流動性が著しく低下する場合がある。
【００１２】
ここでセメントとしては、普通、早強、超早強、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高炉スラグやフライアッシュなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント等が挙げられるが、本発明の目的を阻害しない範囲内では特に限定されるものではない。
本発明では、アルミナセメントもセメントとして使用可能である。
【００１３】
本発明で使用する細骨材とは、JISで細骨材と規格されており、最大粒径が5mm以下のものである。
細骨材の材質については特に制限されるものではなく、例えば、ケイ砂や石灰砂など一般的な細骨材が使用できる。
細骨材の使用量は、セメント、ＣＡ、石膏類、膨張材の合計（以下、結合材という）100重量部に対して、50〜150重量部が好ましい。50重量部未満では単位容積当たりの結合材の使用量が多くなり経済的に不利となるばかりでなく、骨材が逆止弁の隙間を充分充填せずセメントミルク分が逆止弁の隙間から流失してしまい、正常な動作をしない場合があり、150重量部を越えると材料分離せずに流動性を確保することが難しい場合がある。
【００１４】
本発明で使用する水の量は、水／結合材比（Ｗ／Ｐ)で、50〜200％が好ましく、60〜100％がより好ましい。50％未満では所定の流動性が得られない場合があり、200％を越えると材料分離する場合がある。
特に、本発明のセメント組成物をグラウト材として使用する場合は、Ｗ／Ｐ50〜200％で混錬りした場合、その特性を最大限発揮するが、気温や水温などの外的要因や目標軟度により水／結合材比を変えることが可能である。Ｗ／Ｐが200％を越えると、材料分離抵抗性が低下するだけでなく、強度の低下を招く場合がある。
【００１５】
本発明では、セメント、細骨材、及びセメント混和材の他に、要求する作業時間を確保し、さらに、初期の強度増進性を向上させるため凝結調整剤を使用することが可能である。
【００１６】
凝結調整剤としては、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び塩化アルミニウム等の塩化物、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ミン酸塩、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化物、並びに、ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化マグネシウム、及びケイフッ化ナトリウム等のケイフッ化物等の無機塩類、さらには、クエン酸、グルコン酸、及び酒石酸又はこれらのカルシウム塩等の有機酸類があり、これらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。これらのうち、炭酸塩と有機酸類の併用は遅延後に急激な硬化反応を示すために最も好ましい。
凝結調整剤の使用量は、結合材100重量部に対して、５重量部以下が好ましい。５重量部を越えて使用すると、経済的に不利となるばかりでなく、結合材の水和反応を著しく阻害し、全く硬化しない場合がある。
【００１７】
また、本発明では、必要に応じて減水剤を使用することも可能である。
ここで、減水剤としては、一般のセメント分野に用いられる全ての減水剤が使用でき、その使用量は一般に使用される範囲である。
【００１８】
さらに、本発明では、各種の添加剤を併用することが可能である。
添加剤としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、及び鋼繊維等の繊維、高分子ポリマーエマルジョン（ラテックス）、着色剤（顔料）、ＡＥ剤、流動化剤、防錆剤、水中不分離性混和剤、増粘剤、保水剤、防水剤、及び防凍剤等からなる群より選ばれた一種又は二種以上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００１９】
本発明のグラウト材を混練する際に使用する混合装置としては、既存の攪拌装置が使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等が使用可能である。
また、材料の混合は、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。
【００２０】
さらに状況に応じて種々の添加剤を混入する場合、一般にこれらの添加剤の添加量はセメントの量に対して決定され、本発明では、細骨材と混合しても、細骨材の分離が無くその流動性を保持できることから、セメントミルクに比べ、これらの添加剤の単位容積当たりの添加量を低減できるほか、簡易型の逆止弁を使用した施工においてグラウト材の逆流を防止することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【００２２】
実験例１
表１に示すＣＡ、石膏類、膨張材、及び粘土物を配合してセメント混和材を調製した。
セメント100重量部に対して、ＣＡが10重量部になるようにセメント混和材を、また、結合材100重量部に対し、細骨材が100重量部となるように混合し、結合材100重量部に対して、74重量部の水を添加して混練してモルタルを調製し、その流動性、可使時間、圧縮強度、ブリーディング率、材料分離抵抗性、及び膨張量を測定した。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材    ：電気化学工業社製石灰砂、最大粒径4.0mm、ＦＭ2.73
ＣＡ      ：CaO／Al2O3の重量比55／45のカルシウムアルミネート、非晶質、ブレーン値6,000cm2/g
石膏類    ：市販II型無水石膏、ブレーン値4,500cm2/g
膨張材    ：カルシウムサルファアルミネート、ブレーン値6,000cm2/g
粘土物    ：ベントナイト、市販品
凝結調整剤：有機酸と無機酸の混合物
水    ：水道水
【００２４】
＜測定方法＞
流動性    ：初期流下値、土木学会基準のＪ14漏斗測定法に準じ測定
可使時間  ：連続打点式温度記録計を用い、混錬りからモルタル温度が１℃上昇するまでの時間
圧縮強度  ：作成した４×４×16cmの供試体の練上りから３時間後の圧縮強度
ブリーディング率：土木学会基準のポリエチレン法に準じ測定
材料分離抵抗性：練り上がり後、３分間静置し、容器底部への砂の沈降具合を手による感触で判定、◎は材料分離無し、○は材料分離が若干認められるが事実上問題とならない、×は材料分離あり。
膨張量    ：JIS A 6202に準じ材齢７日で測定
【００２５】
【表１】
0004020530.tif 000002
【００２６】
表１から明らかなように、ＣＡを添加しない比較例は、速効性が無く、３時間では硬化しない。
一方、石膏類を含まない場合には瞬結が起こり、可使時間を確保することが困難となる。
石膏類の添加量を増やした場合、３時間圧縮強度は若干低下傾向にある。
【００２７】
実験例２
ＣＡ100重量部、石膏類150重量部、及び膨張材25重量部に対して、表２に示す粘土物を使用し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。
【００２８】
【表２】
0004020530.tif 000003
【００２９】
表２から明らかなように、粘土物を使用しない場合は骨材の沈降が起こるばかりではなく、ブリーディングも発生する。
一方、粘土物を増量すると材料分離抵抗性は良好となるが流動性の確保が難しくなる
【００３０】
実験例３
ＣＡ100重量部、石膏類150重量部、及び粘土物100重量部に対して、表３に示す膨張材を使用し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。
【００３１】
【表３】
0004020530.tif 000004
【００３２】
表３から明らかなように、膨張材を添加しない場合は、膨張量がマイナスとなる。
一方、膨張材を添加した実施例では、圧縮強度発現性や材料分離抵抗性が良好であり、膨張量もプラスとなる。
【００３３】
実験例４
ＣＡ100重量部、石膏類150重量部、膨張材25重量部、及び粘土物100重量部からなるセメント混和材を調製した。
セメント100重量部に対して、表３に示すセメント混和材を混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３４】
【表４】
0004020530.tif 000005
【００３５】
表４から明らかなように、セメント混和材を添加しない場合は、短時間の強度発現性が得られないばかりか材料分離が発生する。
一方、セメント混和材を80重量部添加した場合はモルタルの流動性が低下し、ロートが閉塞し測定不可能となった。
セメント混和材の添加量が少なくなると材料分離抵抗性が低下すると共に、圧縮強度の低下が認められた。さらに添加しない場合は膨張量がマイナスとなる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を用いることにより、安価な材料構成をベースにして、高流動性、膨張性能を持ちながら、材料分離やブリーディングが発生しないという効果を奏する。
また、一般的な凝結調整剤を併用することにより、30分以上の可使時間を確保したうえで、３時間で２N/mm2程度の圧縮強度を発現するため、実施工時に何らかのトラブルが発生した場合の対応が可能であると共に夜間工事における翌日の解放や緊急工事においても使用できるという効果を奏する。