セメント組成物、それを用いた注入材、及びその使用方法
【課題】粘性及びその経時変化が小さいため、ポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は粘度が急激に増加して不要な逸流が少なく、水中不分離性があり、強度発現性に優れ、また、ｐＨ値が水ガラスを用いた場合に比べて低いセメント組成物を提供する。
【解決手段】 セメント、高炉徐冷スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物であり、硬化促進剤を含有してなる該セメント組成物である。セメントと高炉徐冷スラグの質量比が１：９９〜５０：５０であるセメント組成物、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである該セメント組成物、硬化促進剤が、アルミン酸塩及び／又は硫酸塩を含有してなる該セメント組成物である。また、該セメント組成物を用いてなる注入材である。さらに、該セメント組成物の使用方法である。
【解決手段】 セメント、高炉徐冷スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物であり、硬化促進剤を含有してなる該セメント組成物である。セメントと高炉徐冷スラグの質量比が１：９９〜５０：５０であるセメント組成物、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである該セメント組成物、硬化促進剤が、アルミン酸塩及び／又は硫酸塩を含有してなる該セメント組成物である。また、該セメント組成物を用いてなる注入材である。さらに、該セメント組成物の使用方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建築分野で使用するセメント組成物、特に、高炉徐冷スラグの有効利用方法に関するものである。地山の空洞や空隙部分の裏込め材、シールドセグメントの充填材、また、二重管単相又は複相の注入工法での瞬結性注入材、さらに、二重管ダブルパッカー工法でのシール材や一次注入材等、セメントミルク、セメントモルタル、又はコンクリートの粘度を急激に上昇させる必要がある用途に使用するセメント組成物、及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの覆工において、施工時や施工後に、覆工コンクリート背面に空洞が発生する場合がある。
この空洞をそのまま放置すると、（１）空洞部への地山の崩落に伴い、地表面が沈下する、（２）地山崩落が激しい場合には、覆工コンクリートの変形や破壊、特に、トンネルの崩落が発生する、（３）空洞への地下水の流入により、覆工コンクリートが劣化する、（４）それに伴う劣化コンクリート片の走行車線への落下や、クラック部からの漏水により、冬期に走行車線が凍結する、などの課題があった。
【０００３】
近年施工件数が増加しているトンネル補修工事では、覆工コンクリート背面の空洞に注入材を充填する裏込め注入工法がある。この裏込め注入工法は、空洞部へ注入材を充填し、トンネルの安定化を図るもので、ここで使用される注入材を裏込め材という。
従来、この裏込め材として、通常、セメントとベントナイトを主材とするセメント−ベントナイト系が用いられてきたが、流動性が大きすぎ、裏込め材が遠方まで不必要に逸流したり、湧水があると裏込め材が流出したり、希釈されて物性が低下したりするなどの課題があった。
【０００４】
そこで、セメントとベントナイトの主材に、高吸水性樹脂を添加して、その粘度を大きくする方法や、水ガラスを添加して硬化促進する方法が提案された（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、いずれの方法も粘度が上昇するまでに時間がかかるうえ、高吸水性樹脂を添加する方法は、高吸水性樹脂自体が高価であり、また、初めから注入材に投入して練混ぜると、主材の粘度が高くなるため、圧送距離を短くせざるを得ず、注入箇所が限定されるという課題があった。
【０００６】
一方、セメントとベントナイトの主材に、水ガラスを添加する方法は、水ガラスのｐＨが１３以上と強アルカリであるため、作業が相当制限される、硬化体からの溶出水が環境に負荷を与える、及び硬化体の長期強度が低下する、などの課題があった。
【０００７】
また、最近では裏込め材の持つ課題を解決する方法として、セメント−ベントナイトやセメント−石炭灰（フライアッシュ）の主材に、可塑化材としてポリマーを添加することにより瞬時に可塑化して、水中不分離性や安全性を改善したものが提案されている（特許文献１、特許文献３、及び特許文献４参照）。また、セメント、スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物が提案されているが（特許文献５参照）、非晶質の高炉スラグ（高炉水砕スラグ）が使用されている。
【０００８】
一方、産業副産物のひとつとして、高炉徐冷スラグがある。高炉水砕スラグは高炉で銑鉄をつくる際、溶融状態にあるスラグを急冷してガラス化したものであり、潜在水硬性を有しており、高炉セメントの原料や、高炉スラグ細骨材・粗骨材、高強度及び／または高流動コンクリートの混和材など、用途が豊富にある。一方、高炉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しかされておらず、有効利用の方法が求められていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２３７４４６号公報
【特許文献２】特開平１１−０６１１２３号公報
【特許文献３】特開平１０−２３８２８９号公報
【特許文献４】特開２０００−２８０２３１号公報
【特許文献５】特開２００３−５５０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ベントナイトや高吸水性樹脂を使用した注入材よりポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は速やかに増粘し、例えば、裏込め材等の空隙充填材が遠方まで不必要に逸流したり、湧水があっても空隙充填材が流出したり、希釈されて物性が低下したりすることなく、さらに、水ガラスのように溶出水が強アルカリとなるものでもなく、産業副産物で用途が少ない高炉徐冷スラグを有効利用できるセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、（１）セメント、高炉徐冷スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物、（２）セメント、高炉水砕スラグ、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、及び硬化促進剤を含有してなるセメント組成物、（３）セメントと高炉徐冷スラグの質量比が１０：９０〜８０：２０である該セメント組成物、（４）アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである該セメント組成物、（５）硬化促進剤が、アルミン酸塩及び／又は硫酸塩を含有してなる該セメント組成物、（６）該セメント組成物を用いてなる注入材、（７）セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、使用直前に、Ａ液とＢ液とを混合してなるセメント組成物の使用方法、（８）セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、硬化促進剤と水とを含有してなる混合物をＣ液とし、使用直前に、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液を混合してなるセメント組成物の使用方法、（９）セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、硬化促進剤、及び水を含有してなる混合物をＤ液とし、使用直前に、Ａ液とＤ液を混合してなるセメント組成物の使用方法、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセメント組成物は、粘性及びその経時変化が小さいため、ポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は粘度が急激に増加して不要な逸流が少なくなる。さらに、水中不分離性があり、強度発現性に優れる。また、ｐＨ値が水ガラスを用いた場合に比べて低く、産業副産物で用途が少ない高炉徐冷スラグを有効利用できるという特徴を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明でいう部は特に規定のない限り質量基準である。
【００１４】
本発明で使用するセメントは、特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用可能であり、具体的には、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、これらポルトランドセメントに、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石微粉末等を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
本発明で使用する高炉徐冷スラグは、高炉で銑鉄をつくる際、溶融状態にあるスラグを徐冷して結晶化したものである。高炉水砕スラグとほぼ同様の化学組成を有しており、主な成分として、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等を含む。
高炉徐冷スラグの粒度は、ブレーン比表面積で３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ程度が好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ以下では流動性が高くなりすぎて、可塑化材添加後の粘度の増加が少なく水中不分離性が低くなり、８０００ｃｍ２／ｇを超えるとＡ液の粘度、及びその経時変化が大きくなってポンプ圧送性が悪くなる場合がある。
また、高炉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Ａ液の粘度、及びその経時変化が大きくなってポンプ圧送性が悪くなる場合がある。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１０００℃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。
【００１６】
セメントと高炉徐冷スラグの質量比は１０：９０〜８０：２０が好ましく、２０：８０〜５０：５０がより好ましい。１０：９０よりセメントが少なくなると、強度発現性が小さくなる場合があり、８０：２０よりセメントが多くなると、Ａ液の粘度、及びその経時変化が大きくなってポンプ圧送性が悪くなる場合がある。
【００１７】
本発明で使用するアルカリ増粘型ポリマーエマルジョン（以下、本エマルジョンという）は、可塑化材であり、アルカリにより増粘するポリマーエマルジョンをいう。
本エマルジョンとしては、例えば、不飽和カルボン酸類、エチレン性不飽和化合物、及び不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合物等種々挙げられるが、より優れた増粘効果を示す面で、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンが好ましい。不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の重合方法としては、乳化重合、懸濁重合、溶液重合、又は塊状重合等により共重合する方法等が挙げられる。
【００１８】
不飽和カルボン酸類としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、アコニット酸、及びクロトン酸等の不飽和カルボン酸、無水マレイン酸や無水シトラコン酸等の不飽和カルボン酸無水物、並びに、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノブチル、及びマレイン酸モノエチル等の不飽和カルボン酸エステルが挙げられ、これらの中では、より増粘性に優れる面で不飽和カルボン酸が好ましく、アクリル酸及び／又はメタクリル酸がより好ましい。
【００１９】
エチレン性不飽和化合物としては、特に限定されるものではないが、より増粘性に優れる面でアクリル酸エステルモノマー及び／又はメタクリル酸エステルモノマーが好ましい。
アクリル酸エステルとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、及びグリシジルアクリレート等が挙げられ、メタクリル酸エステルとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びグリシジルメタクリレート等が挙げられる。
【００２０】
不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンを使用する場合の不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合比は、より増粘性に優れる面で、不飽和カルボン酸類：エチレン性不飽和化合物が２０：１〜１：２０が好ましく、５：１〜１：５がより好ましい。この範囲外では良好なアルカリ増粘性が得られない場合がある。
【００２１】
本エマルジョンの使用量は、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、固形分換算で０．１〜２部が好ましく、０．２〜１部がより好ましい。０．１部未満では増粘効果が少なく、流動性が高くなり水中不分離性が低くなる場合があり、２部を超えると初期強度発現性が低くなる場合がある。
【００２２】
セメント組成物の硬化が遅れると、材料分離の一種であるブリーディング（浮き水）が起こり、硬化後に空隙が生成して構造的な欠陥となる場合がある。
本発明で使用する硬化促進剤は、セメント組成物の硬化を促進してブリーディングを低減し、空隙の生成を抑制するとともに、強度発現性に寄与する。
【００２３】
本発明で使用する硬化促進剤は、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、カリウム明礬、及び硫酸鉄等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等の炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カリウム等の水酸化物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化鉄等の塩化物、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸カルシウム等のアルミン酸塩、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウム等のケイ酸塩、ジエタノールアミンやトリエタノールアミン等のアミン類、ギ酸カルシウムや酢酸カルシウム等の有機酸のカルシウム塩、並びに、シリカゾルやアルミナゾル等のコロイド等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、硬化促進と強度発現性に優れる面でアルミン酸塩及び／又は硫酸塩が好ましく、アルミン酸塩と硫酸塩を使用したものがより好ましい。
【００２４】
アルミン酸塩のうち、硬化促進と強度発現性の面でアルミン酸カルシウムが好ましい。
アルミン酸カルシウム（以下、ＣＡという）は、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等とを混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を主成分とする化合物を総称するものである。具体例としては、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、及び３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４等で表される結晶性のカルシウムアルミネート類や、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を主成分とする非晶質の化合物が挙げられ、いずれも使用可能である。これらの中では、強度発現性の面で非晶質の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３組成のものがより好ましい。
ＣＡの粉末度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満では初期強度発現性が低い場合がある。
【００２５】
硫酸塩の中では、硬化促進と強度発現性の面で硫酸カルシウム及び／又は硫酸アルミニウムが好ましい。
硫酸カルシウムとしては、無水石膏、半水石膏、又は二水石膏等が挙げられ、これらの中では、硬化促進と強度発現性の面で、無水石膏が好ましい。
硫酸塩の粉末度は、ブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満では強度発現性が低い場合がある。
【００２６】
硬化促進剤として、アルミン酸塩と硫酸塩を併用した場合、硫酸塩の使用量は、アルミン酸塩１００部に対して、２０〜５００部が好ましく、５０〜１５０部がより好ましい。２０部未満では初期強度発現性が小さくなる場合があり、５００部を超えると流動性が大きくなり、水中不分離性が低くなり、長期強度発現性が低くなる場合がある。
【００２７】
硬化促進剤の使用量は、その種類によって異なるため一義的に規定することはできないが、一般的には、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、１〜３０部が好ましく、２〜２０部がより好ましい。１部未満では流動性が大きくなり、水中不分離性が低くなり、強度発現性が低い場合があり、３０部を超えると粘度が高くなり、圧送距離が短くなる場合がある。
【００２８】
本発明のセメント組成物に、砂や砂利等の骨材、減水剤、及び防凍剤等を併用することも可能である。
【００２９】
本発明でセメントと混合する水の量は、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、５０〜８０部が好ましく、６０〜７０部がより好ましい。５０部未満ではセメント組成物の練混ぜが困難になる場合があり、８０部を超えると流動性が高くなり、水中不分離性が低くなる場合がある。
【００３０】
本発明のセメント組成物は、セメント、高炉徐冷スラグ、及び本エマルジョン、又はこれらに、硬化促進剤を混合して得られる。
その混合方法は、特に限定されるものではないが、セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、本エマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、使用直前に、Ａ液とＢ液とを混合する方法、硬化促進剤と水とを含有してなる混合物をＣ液とし、使用直前に、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液を混合する方法、さらに、本エマルジョン、硬化促進剤、及び水を含有してなる混合物をＤ液とし、使用直前に、Ａ液とＤ液を混合する方法により、粘度を急激に上昇させることが好ましい。
【００３１】
本エマルジョンと硬化促進剤をあらかじめ水と混合して溶液又は懸濁液とすることは、混合性が良好となり、増粘性の面から好ましい。
この場合の水の使用量は、特に限定されるものではないが、本エマルジョンをあらかじめ水と混合する場合は、本エマルジョンの固形分の５〜２０倍の水で希釈することが好ましく、硬化促進剤をあらかじめ水と混合する場合は、その１〜３倍の水で希釈することが好ましい。水の量がこれより少なくなると、粘度が高くなって混合性が低くなる場合があり、水の量が多くなると、流動性が高くなって水中不分離性が低くなる場合がある。
本発明において、本エマルジョンと硬化促進剤を共に使用する場合には、セメント−高炉徐冷スラグ液のＡ液と、本エマルジョン、硬化促進剤、及び水との混合物のＤ液を別々に圧送し、ノズル先端で合流混合させて使用することも可能であるが、セメント−高炉徐冷スラグ液のＡ液、本エマルジョン液のＢ液、硬化促進剤液のＣ液の三種類の液を別々に圧送し、ノズル先端で合流混合させて使用する方法がより好ましい。
【００３２】
また、硬化促進剤は、水と混合してから１時間以内に硬化する場合があるため、遅延剤を併用することが好ましい。
遅延剤としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム塩やカリウム塩等の金属塩、ホウ酸、トリポリリン酸塩、並びにピロリン酸塩等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では遅延効果が大きい面で、オキシカルボン酸及び／又はオキシカルボン酸塩が好ましく、クエン酸及び／又はクエン酸ナトリウムがより好ましい。
遅延剤の使用量は、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、０．０１〜１０部が好ましく、０．０５〜５部がより好ましい。０．０１部未満では遅延効果が小さい場合があり、１０部を超えると強度発現性が低くなる場合がある。
【００３３】
セメント組成物の合流混合の方法としては、Ｙ字管等の混合管を使用する方法、三重管を使用する方法、及び本エマルジョン液のＢ液と硬化促進剤液のＣ液を、それぞれシャワー状にセメント−高炉徐冷スラグ液のＡ液に合流混合させるためのインレットピースを使用する方法等が挙げられる。
また、セメント組成物をより均一に混合するため、合流混合後の管中にスパイラル状のミキサーをセットし、さらにセメント組成物を混合する方法も挙げられる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
「実験例１」
表１に示す質量比のセメントと高炉徐冷スラグの合計１００部と水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、調製直後、及び６０分後の粘度を測定した。セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、固形分換算で０．２部のエマルジョンαと水２部を混合してＢ液を調製し、硬化促進剤ａ２部と水４部を混合してＣ液を調製した。そして、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液をミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜた後、フロー値、水中不分離性、ｐＨ値及び圧縮強度を測定した。なお、比較例として、高炉徐冷スラグの代わりに、セメント３０部と高炉水砕スラグ７０部の合計１００部とした場合について同様に実験を行った。さらに、セメント１００部と水６０部を練混ぜてＡ液を調製し、水ガラス注入材を２０部を用いた場合について同様の実験を行った。結果を表１に併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
高炉徐冷スラグ（Ａ）：ＳｉＯ２３３．１％、Ａｌ２Ｏ３１３．９％、ＣａＯ４２．３％、ＭｇＯ６．９％、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率２．０％
高炉徐冷スラグ（Ｂ）：ＳｉＯ２３３．１％、Ａｌ２Ｏ３１３．９％、ＣａＯ４２．３％、ＭｇＯ６．９％、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率３０％
高炉徐冷スラグ（Ｃ）：ＳｉＯ２３３．１％、Ａｌ２Ｏ３１３．９％、ＣａＯ４２．３％、ＭｇＯ６．９％、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率１０％
高炉水砕スラグ：ＳｉＯ２３３．６％、Ａｌ２Ｏ３１３．４％、ＣａＯ４２．５％、ＭｇＯ６．７％、密度２．９０ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４１００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率９８．５％
エマルジョンα：本エマルジョン、固形分濃度３０％、エチルアクリレート：メタクリル酸＝４５：５５のエチルアクリレート／メタクリル酸共重合ポリマーエマルジョン
硬化促進剤ａ：１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３組成、ガラス化率９５％、ブレーン値６０００ｃｍ２／ｇのＣＡであるアルミン酸塩と、ブレーン値５４００ｃｍ２／gの無水石膏である硫酸塩の等量混合物
水ガラス注入材：３号水ガラス、市販品
【００３７】
＜測定方法＞
Ａ液の粘度：Ａ液を調製した直後と６０分後の粘度をＢ型粘度計で測定
フロー値：内径８０ｍｍ×高さ８０ｍｍのシリンダーに練混ぜ後のセメント組成物を入れ、シリンダーを引き抜いた後の広がりを１分後に測定
水中不分離性：土木学会の水中不分離コンクリート設計施工指針付属書の水中分離度試験に準じて実施、水の濁りが全くない場合を優、水の濁りがわずかにある場合を良、水の濁りはあるが、実用可能の場合を可、材料が分離し、水の濁りが大の場合を不可とした。
ｐＨ値：ｐＨメーターで測定
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて材齢２８日の圧縮強度を測定
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１から、本発明のセメント組成物は、Ａ液の粘性及びその経時変化が小さく、可塑材添加後の流動性、水中不分離性、強度発現性に優れ、さらにｐＨが低いことが分かる。
【００４０】
「実験例２」
セメント１０部、高炉徐冷スラグ（Ａ）７０部、水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、硬化促進剤ａ２部と水４部を混合してＣ液を調製し、表２に示すエマルジョンと、エマルジョンの１０倍量の水とを混合してＢ液を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。なお、比較のため、本エマルジョンの代わりにアルカリ増粘性を有さないエマルジョンを用いて同様に行った。また、Ｂ液を用いない場合は、Ａ液、Ｃ液の順にミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜた。結果を表２に併記する。
【００４１】
＜使用材料＞
エマルジョンβ：本エマルジョン、固形分濃度３０％、エチルアクリレート：メタクリル酸＝４５：５５のエチルアクリレート／メタクリル酸共重合ポリマーエマルジョン７０部と、エチレン：酢酸ビニル＝１８：８２のエチレン／酢酸ビニル共重合ポリマーエマルジョン３０部の混合物
エマルジョンγ：比較例のエマルジョン、固形分濃度３０％、スチレン：２−エチルヘキシルアクリレート＝４５：５５のスチレン／２−エチルヘキシルアクリレート共重合ポリマーエマルジョン
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２から、本発明のセメント組成物は、流動性、水中不分離性、強度発現性に優れることが分かる。
【００４４】
「実験例３」
セメント１０部、高炉徐冷スラグ（Ａ）７０部、水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、固形分換算で０．２部のエマルジョンαと水２部を混合してＢ液を調製し、表３に示す種類と量の硬化促進剤と、その２倍量の水、及び遅延剤０．０２部を混合してＣ液を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。なお、Ｃ液を用いない場合は、Ａ液、Ｂ液の順にミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜた。結果を表３に併記する。
【００４５】
＜使用材料＞
硬化促進剤ｂ：硫酸塩、硫酸アルミニウム、市販品
硬化促進剤ｃ：炭酸塩、炭酸ナトリウム、市販品
硬化促進剤ｄ：アルミン酸塩、アルミン酸ナトリウム、市販品
硬化促進剤ｅ：コロイド、シリカゾル、市販品
遅延剤：クエン酸、市販品
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３から、本発明のセメント組成物は、流動性、水中不分離性、強度発現性に優れることが分かる。
【００４８】
「実験例４」
セメント１０部、高炉徐冷スラグ（Ａ）７０部、水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、固形分換算で０．２部のエマルジョンα、硬化促進剤ａ２部、遅延剤０．０２部、水６部を混合してＤ液を調製し、Ａ液、Ｄ液の順にミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜたたこと以外は実験例３と同様に行った。その結果、フロー値は「８２ｍｍ」、水中不分離性は「優」、圧縮強度は「３．８Ｎ／ｍｍ２」であった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のセメント組成物は、粘性及びその経時変化が小さいため、ポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は粘度が急激に増加して不要な逸流が少なくなる。さらに、水中不分離性があり、強度発現性に優れる。また、ｐＨ値が水ガラスを用いた場合に比べて低く、産業副産物で用途が少ない高炉徐冷スラグを有効利用できるという特徴を持ち、土木分野等で使用される裏込め材等の空隙充填材（注入材）に好適である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建築分野で使用するセメント組成物、特に、高炉徐冷スラグの有効利用方法に関するものである。地山の空洞や空隙部分の裏込め材、シールドセグメントの充填材、また、二重管単相又は複相の注入工法での瞬結性注入材、さらに、二重管ダブルパッカー工法でのシール材や一次注入材等、セメントミルク、セメントモルタル、又はコンクリートの粘度を急激に上昇させる必要がある用途に使用するセメント組成物、及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの覆工において、施工時や施工後に、覆工コンクリート背面に空洞が発生する場合がある。
この空洞をそのまま放置すると、（１）空洞部への地山の崩落に伴い、地表面が沈下する、（２）地山崩落が激しい場合には、覆工コンクリートの変形や破壊、特に、トンネルの崩落が発生する、（３）空洞への地下水の流入により、覆工コンクリートが劣化する、（４）それに伴う劣化コンクリート片の走行車線への落下や、クラック部からの漏水により、冬期に走行車線が凍結する、などの課題があった。
【０００３】
近年施工件数が増加しているトンネル補修工事では、覆工コンクリート背面の空洞に注入材を充填する裏込め注入工法がある。この裏込め注入工法は、空洞部へ注入材を充填し、トンネルの安定化を図るもので、ここで使用される注入材を裏込め材という。
従来、この裏込め材として、通常、セメントとベントナイトを主材とするセメント−ベントナイト系が用いられてきたが、流動性が大きすぎ、裏込め材が遠方まで不必要に逸流したり、湧水があると裏込め材が流出したり、希釈されて物性が低下したりするなどの課題があった。
【０００４】
そこで、セメントとベントナイトの主材に、高吸水性樹脂を添加して、その粘度を大きくする方法や、水ガラスを添加して硬化促進する方法が提案された（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、いずれの方法も粘度が上昇するまでに時間がかかるうえ、高吸水性樹脂を添加する方法は、高吸水性樹脂自体が高価であり、また、初めから注入材に投入して練混ぜると、主材の粘度が高くなるため、圧送距離を短くせざるを得ず、注入箇所が限定されるという課題があった。
【０００６】
一方、セメントとベントナイトの主材に、水ガラスを添加する方法は、水ガラスのｐＨが１３以上と強アルカリであるため、作業が相当制限される、硬化体からの溶出水が環境に負荷を与える、及び硬化体の長期強度が低下する、などの課題があった。
【０００７】
また、最近では裏込め材の持つ課題を解決する方法として、セメント−ベントナイトやセメント−石炭灰（フライアッシュ）の主材に、可塑化材としてポリマーを添加することにより瞬時に可塑化して、水中不分離性や安全性を改善したものが提案されている（特許文献１、特許文献３、及び特許文献４参照）。また、セメント、スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物が提案されているが（特許文献５参照）、非晶質の高炉スラグ（高炉水砕スラグ）が使用されている。
【０００８】
一方、産業副産物のひとつとして、高炉徐冷スラグがある。高炉水砕スラグは高炉で銑鉄をつくる際、溶融状態にあるスラグを急冷してガラス化したものであり、潜在水硬性を有しており、高炉セメントの原料や、高炉スラグ細骨材・粗骨材、高強度及び／または高流動コンクリートの混和材など、用途が豊富にある。一方、高炉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しかされておらず、有効利用の方法が求められていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２３７４４６号公報
【特許文献２】特開平１１−０６１１２３号公報
【特許文献３】特開平１０−２３８２８９号公報
【特許文献４】特開２０００−２８０２３１号公報
【特許文献５】特開２００３−５５０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ベントナイトや高吸水性樹脂を使用した注入材よりポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は速やかに増粘し、例えば、裏込め材等の空隙充填材が遠方まで不必要に逸流したり、湧水があっても空隙充填材が流出したり、希釈されて物性が低下したりすることなく、さらに、水ガラスのように溶出水が強アルカリとなるものでもなく、産業副産物で用途が少ない高炉徐冷スラグを有効利用できるセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、（１）セメント、高炉徐冷スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物、（２）セメント、高炉水砕スラグ、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、及び硬化促進剤を含有してなるセメント組成物、（３）セメントと高炉徐冷スラグの質量比が１０：９０〜８０：２０である該セメント組成物、（４）アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである該セメント組成物、（５）硬化促進剤が、アルミン酸塩及び／又は硫酸塩を含有してなる該セメント組成物、（６）該セメント組成物を用いてなる注入材、（７）セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、使用直前に、Ａ液とＢ液とを混合してなるセメント組成物の使用方法、（８）セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、硬化促進剤と水とを含有してなる混合物をＣ液とし、使用直前に、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液を混合してなるセメント組成物の使用方法、（９）セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、硬化促進剤、及び水を含有してなる混合物をＤ液とし、使用直前に、Ａ液とＤ液を混合してなるセメント組成物の使用方法、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセメント組成物は、粘性及びその経時変化が小さいため、ポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は粘度が急激に増加して不要な逸流が少なくなる。さらに、水中不分離性があり、強度発現性に優れる。また、ｐＨ値が水ガラスを用いた場合に比べて低く、産業副産物で用途が少ない高炉徐冷スラグを有効利用できるという特徴を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明でいう部は特に規定のない限り質量基準である。
【００１４】
本発明で使用するセメントは、特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用可能であり、具体的には、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、これらポルトランドセメントに、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石微粉末等を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
本発明で使用する高炉徐冷スラグは、高炉で銑鉄をつくる際、溶融状態にあるスラグを徐冷して結晶化したものである。高炉水砕スラグとほぼ同様の化学組成を有しており、主な成分として、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等を含む。
高炉徐冷スラグの粒度は、ブレーン比表面積で３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ程度が好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ以下では流動性が高くなりすぎて、可塑化材添加後の粘度の増加が少なく水中不分離性が低くなり、８０００ｃｍ２／ｇを超えるとＡ液の粘度、及びその経時変化が大きくなってポンプ圧送性が悪くなる場合がある。
また、高炉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Ａ液の粘度、及びその経時変化が大きくなってポンプ圧送性が悪くなる場合がある。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１０００℃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。
【００１６】
セメントと高炉徐冷スラグの質量比は１０：９０〜８０：２０が好ましく、２０：８０〜５０：５０がより好ましい。１０：９０よりセメントが少なくなると、強度発現性が小さくなる場合があり、８０：２０よりセメントが多くなると、Ａ液の粘度、及びその経時変化が大きくなってポンプ圧送性が悪くなる場合がある。
【００１７】
本発明で使用するアルカリ増粘型ポリマーエマルジョン（以下、本エマルジョンという）は、可塑化材であり、アルカリにより増粘するポリマーエマルジョンをいう。
本エマルジョンとしては、例えば、不飽和カルボン酸類、エチレン性不飽和化合物、及び不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合物等種々挙げられるが、より優れた増粘効果を示す面で、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンが好ましい。不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の重合方法としては、乳化重合、懸濁重合、溶液重合、又は塊状重合等により共重合する方法等が挙げられる。
【００１８】
不飽和カルボン酸類としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、アコニット酸、及びクロトン酸等の不飽和カルボン酸、無水マレイン酸や無水シトラコン酸等の不飽和カルボン酸無水物、並びに、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノブチル、及びマレイン酸モノエチル等の不飽和カルボン酸エステルが挙げられ、これらの中では、より増粘性に優れる面で不飽和カルボン酸が好ましく、アクリル酸及び／又はメタクリル酸がより好ましい。
【００１９】
エチレン性不飽和化合物としては、特に限定されるものではないが、より増粘性に優れる面でアクリル酸エステルモノマー及び／又はメタクリル酸エステルモノマーが好ましい。
アクリル酸エステルとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、及びグリシジルアクリレート等が挙げられ、メタクリル酸エステルとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びグリシジルメタクリレート等が挙げられる。
【００２０】
不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンを使用する場合の不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合比は、より増粘性に優れる面で、不飽和カルボン酸類：エチレン性不飽和化合物が２０：１〜１：２０が好ましく、５：１〜１：５がより好ましい。この範囲外では良好なアルカリ増粘性が得られない場合がある。
【００２１】
本エマルジョンの使用量は、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、固形分換算で０．１〜２部が好ましく、０．２〜１部がより好ましい。０．１部未満では増粘効果が少なく、流動性が高くなり水中不分離性が低くなる場合があり、２部を超えると初期強度発現性が低くなる場合がある。
【００２２】
セメント組成物の硬化が遅れると、材料分離の一種であるブリーディング（浮き水）が起こり、硬化後に空隙が生成して構造的な欠陥となる場合がある。
本発明で使用する硬化促進剤は、セメント組成物の硬化を促進してブリーディングを低減し、空隙の生成を抑制するとともに、強度発現性に寄与する。
【００２３】
本発明で使用する硬化促進剤は、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、カリウム明礬、及び硫酸鉄等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等の炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カリウム等の水酸化物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化鉄等の塩化物、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸カルシウム等のアルミン酸塩、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウム等のケイ酸塩、ジエタノールアミンやトリエタノールアミン等のアミン類、ギ酸カルシウムや酢酸カルシウム等の有機酸のカルシウム塩、並びに、シリカゾルやアルミナゾル等のコロイド等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、硬化促進と強度発現性に優れる面でアルミン酸塩及び／又は硫酸塩が好ましく、アルミン酸塩と硫酸塩を使用したものがより好ましい。
【００２４】
アルミン酸塩のうち、硬化促進と強度発現性の面でアルミン酸カルシウムが好ましい。
アルミン酸カルシウム（以下、ＣＡという）は、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等とを混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を主成分とする化合物を総称するものである。具体例としては、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、及び３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４等で表される結晶性のカルシウムアルミネート類や、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を主成分とする非晶質の化合物が挙げられ、いずれも使用可能である。これらの中では、強度発現性の面で非晶質の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３組成のものがより好ましい。
ＣＡの粉末度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満では初期強度発現性が低い場合がある。
【００２５】
硫酸塩の中では、硬化促進と強度発現性の面で硫酸カルシウム及び／又は硫酸アルミニウムが好ましい。
硫酸カルシウムとしては、無水石膏、半水石膏、又は二水石膏等が挙げられ、これらの中では、硬化促進と強度発現性の面で、無水石膏が好ましい。
硫酸塩の粉末度は、ブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満では強度発現性が低い場合がある。
【００２６】
硬化促進剤として、アルミン酸塩と硫酸塩を併用した場合、硫酸塩の使用量は、アルミン酸塩１００部に対して、２０〜５００部が好ましく、５０〜１５０部がより好ましい。２０部未満では初期強度発現性が小さくなる場合があり、５００部を超えると流動性が大きくなり、水中不分離性が低くなり、長期強度発現性が低くなる場合がある。
【００２７】
硬化促進剤の使用量は、その種類によって異なるため一義的に規定することはできないが、一般的には、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、１〜３０部が好ましく、２〜２０部がより好ましい。１部未満では流動性が大きくなり、水中不分離性が低くなり、強度発現性が低い場合があり、３０部を超えると粘度が高くなり、圧送距離が短くなる場合がある。
【００２８】
本発明のセメント組成物に、砂や砂利等の骨材、減水剤、及び防凍剤等を併用することも可能である。
【００２９】
本発明でセメントと混合する水の量は、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、５０〜８０部が好ましく、６０〜７０部がより好ましい。５０部未満ではセメント組成物の練混ぜが困難になる場合があり、８０部を超えると流動性が高くなり、水中不分離性が低くなる場合がある。
【００３０】
本発明のセメント組成物は、セメント、高炉徐冷スラグ、及び本エマルジョン、又はこれらに、硬化促進剤を混合して得られる。
その混合方法は、特に限定されるものではないが、セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、本エマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、使用直前に、Ａ液とＢ液とを混合する方法、硬化促進剤と水とを含有してなる混合物をＣ液とし、使用直前に、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液を混合する方法、さらに、本エマルジョン、硬化促進剤、及び水を含有してなる混合物をＤ液とし、使用直前に、Ａ液とＤ液を混合する方法により、粘度を急激に上昇させることが好ましい。
【００３１】
本エマルジョンと硬化促進剤をあらかじめ水と混合して溶液又は懸濁液とすることは、混合性が良好となり、増粘性の面から好ましい。
この場合の水の使用量は、特に限定されるものではないが、本エマルジョンをあらかじめ水と混合する場合は、本エマルジョンの固形分の５〜２０倍の水で希釈することが好ましく、硬化促進剤をあらかじめ水と混合する場合は、その１〜３倍の水で希釈することが好ましい。水の量がこれより少なくなると、粘度が高くなって混合性が低くなる場合があり、水の量が多くなると、流動性が高くなって水中不分離性が低くなる場合がある。
本発明において、本エマルジョンと硬化促進剤を共に使用する場合には、セメント−高炉徐冷スラグ液のＡ液と、本エマルジョン、硬化促進剤、及び水との混合物のＤ液を別々に圧送し、ノズル先端で合流混合させて使用することも可能であるが、セメント−高炉徐冷スラグ液のＡ液、本エマルジョン液のＢ液、硬化促進剤液のＣ液の三種類の液を別々に圧送し、ノズル先端で合流混合させて使用する方法がより好ましい。
【００３２】
また、硬化促進剤は、水と混合してから１時間以内に硬化する場合があるため、遅延剤を併用することが好ましい。
遅延剤としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム塩やカリウム塩等の金属塩、ホウ酸、トリポリリン酸塩、並びにピロリン酸塩等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では遅延効果が大きい面で、オキシカルボン酸及び／又はオキシカルボン酸塩が好ましく、クエン酸及び／又はクエン酸ナトリウムがより好ましい。
遅延剤の使用量は、セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、０．０１〜１０部が好ましく、０．０５〜５部がより好ましい。０．０１部未満では遅延効果が小さい場合があり、１０部を超えると強度発現性が低くなる場合がある。
【００３３】
セメント組成物の合流混合の方法としては、Ｙ字管等の混合管を使用する方法、三重管を使用する方法、及び本エマルジョン液のＢ液と硬化促進剤液のＣ液を、それぞれシャワー状にセメント−高炉徐冷スラグ液のＡ液に合流混合させるためのインレットピースを使用する方法等が挙げられる。
また、セメント組成物をより均一に混合するため、合流混合後の管中にスパイラル状のミキサーをセットし、さらにセメント組成物を混合する方法も挙げられる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
「実験例１」
表１に示す質量比のセメントと高炉徐冷スラグの合計１００部と水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、調製直後、及び６０分後の粘度を測定した。セメントと高炉徐冷スラグの合計１００部に対して、固形分換算で０．２部のエマルジョンαと水２部を混合してＢ液を調製し、硬化促進剤ａ２部と水４部を混合してＣ液を調製した。そして、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液をミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜた後、フロー値、水中不分離性、ｐＨ値及び圧縮強度を測定した。なお、比較例として、高炉徐冷スラグの代わりに、セメント３０部と高炉水砕スラグ７０部の合計１００部とした場合について同様に実験を行った。さらに、セメント１００部と水６０部を練混ぜてＡ液を調製し、水ガラス注入材を２０部を用いた場合について同様の実験を行った。結果を表１に併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
高炉徐冷スラグ（Ａ）：ＳｉＯ２３３．１％、Ａｌ２Ｏ３１３．９％、ＣａＯ４２．３％、ＭｇＯ６．９％、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率２．０％
高炉徐冷スラグ（Ｂ）：ＳｉＯ２３３．１％、Ａｌ２Ｏ３１３．９％、ＣａＯ４２．３％、ＭｇＯ６．９％、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率３０％
高炉徐冷スラグ（Ｃ）：ＳｉＯ２３３．１％、Ａｌ２Ｏ３１３．９％、ＣａＯ４２．３％、ＭｇＯ６．９％、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率１０％
高炉水砕スラグ：ＳｉＯ２３３．６％、Ａｌ２Ｏ３１３．４％、ＣａＯ４２．５％、ＭｇＯ６．７％、密度２．９０ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４１００ｃｍ２／ｇ、ガラス化率９８．５％
エマルジョンα：本エマルジョン、固形分濃度３０％、エチルアクリレート：メタクリル酸＝４５：５５のエチルアクリレート／メタクリル酸共重合ポリマーエマルジョン
硬化促進剤ａ：１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３組成、ガラス化率９５％、ブレーン値６０００ｃｍ２／ｇのＣＡであるアルミン酸塩と、ブレーン値５４００ｃｍ２／gの無水石膏である硫酸塩の等量混合物
水ガラス注入材：３号水ガラス、市販品
【００３７】
＜測定方法＞
Ａ液の粘度：Ａ液を調製した直後と６０分後の粘度をＢ型粘度計で測定
フロー値：内径８０ｍｍ×高さ８０ｍｍのシリンダーに練混ぜ後のセメント組成物を入れ、シリンダーを引き抜いた後の広がりを１分後に測定
水中不分離性：土木学会の水中不分離コンクリート設計施工指針付属書の水中分離度試験に準じて実施、水の濁りが全くない場合を優、水の濁りがわずかにある場合を良、水の濁りはあるが、実用可能の場合を可、材料が分離し、水の濁りが大の場合を不可とした。
ｐＨ値：ｐＨメーターで測定
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて材齢２８日の圧縮強度を測定
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１から、本発明のセメント組成物は、Ａ液の粘性及びその経時変化が小さく、可塑材添加後の流動性、水中不分離性、強度発現性に優れ、さらにｐＨが低いことが分かる。
【００４０】
「実験例２」
セメント１０部、高炉徐冷スラグ（Ａ）７０部、水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、硬化促進剤ａ２部と水４部を混合してＣ液を調製し、表２に示すエマルジョンと、エマルジョンの１０倍量の水とを混合してＢ液を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。なお、比較のため、本エマルジョンの代わりにアルカリ増粘性を有さないエマルジョンを用いて同様に行った。また、Ｂ液を用いない場合は、Ａ液、Ｃ液の順にミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜた。結果を表２に併記する。
【００４１】
＜使用材料＞
エマルジョンβ：本エマルジョン、固形分濃度３０％、エチルアクリレート：メタクリル酸＝４５：５５のエチルアクリレート／メタクリル酸共重合ポリマーエマルジョン７０部と、エチレン：酢酸ビニル＝１８：８２のエチレン／酢酸ビニル共重合ポリマーエマルジョン３０部の混合物
エマルジョンγ：比較例のエマルジョン、固形分濃度３０％、スチレン：２−エチルヘキシルアクリレート＝４５：５５のスチレン／２−エチルヘキシルアクリレート共重合ポリマーエマルジョン
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２から、本発明のセメント組成物は、流動性、水中不分離性、強度発現性に優れることが分かる。
【００４４】
「実験例３」
セメント１０部、高炉徐冷スラグ（Ａ）７０部、水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、固形分換算で０．２部のエマルジョンαと水２部を混合してＢ液を調製し、表３に示す種類と量の硬化促進剤と、その２倍量の水、及び遅延剤０．０２部を混合してＣ液を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。なお、Ｃ液を用いない場合は、Ａ液、Ｂ液の順にミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜた。結果を表３に併記する。
【００４５】
＜使用材料＞
硬化促進剤ｂ：硫酸塩、硫酸アルミニウム、市販品
硬化促進剤ｃ：炭酸塩、炭酸ナトリウム、市販品
硬化促進剤ｄ：アルミン酸塩、アルミン酸ナトリウム、市販品
硬化促進剤ｅ：コロイド、シリカゾル、市販品
遅延剤：クエン酸、市販品
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３から、本発明のセメント組成物は、流動性、水中不分離性、強度発現性に優れることが分かる。
【００４８】
「実験例４」
セメント１０部、高炉徐冷スラグ（Ａ）７０部、水６０部をミキサーで練混ぜてＡ液を調製し、固形分換算で０．２部のエマルジョンα、硬化促進剤ａ２部、遅延剤０．０２部、水６部を混合してＤ液を調製し、Ａ液、Ｄ液の順にミキサーに続けて投入して５秒間練混ぜたたこと以外は実験例３と同様に行った。その結果、フロー値は「８２ｍｍ」、水中不分離性は「優」、圧縮強度は「３．８Ｎ／ｍｍ２」であった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のセメント組成物は、粘性及びその経時変化が小さいため、ポンプ圧送性に優れ、可塑化材添加後は粘度が急激に増加して不要な逸流が少なくなる。さらに、水中不分離性があり、強度発現性に優れる。また、ｐＨ値が水ガラスを用いた場合に比べて低く、産業副産物で用途が少ない高炉徐冷スラグを有効利用できるという特徴を持ち、土木分野等で使用される裏込め材等の空隙充填材（注入材）に好適である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、高炉徐冷スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
セメント、高炉徐冷スラグ、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、及び硬化促進剤を含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
セメントと高炉徐冷スラグの質量比が１０：９０〜８０：２０である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
硬化促進剤が、アルミン酸塩及び／又は硫酸塩を含有してなる請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載のセメント組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のセメント組成物を用いてなる注入材。
【請求項７】
セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、使用直前に、Ａ液とＢ液とを混合してなるセメント組成物の使用方法。
【請求項８】
セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、硬化促進剤と水とを含有してなる混合物をＣ液とし、使用直前に、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液を混合してなるセメント組成物の使用方法。
【請求項９】
セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、硬化促進剤、及び水を含有してなる混合物をＤ液とし、使用直前に、Ａ液とＤ液を混合してなるセメント組成物の使用方法。
【請求項１】
セメント、高炉徐冷スラグ、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
セメント、高炉徐冷スラグ、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、及び硬化促進剤を含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
セメントと高炉徐冷スラグの質量比が１０：９０〜８０：２０である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、不飽和カルボン酸類とエチレン性不飽和化合物の共重合により得られるポリマーエマルジョンである請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
硬化促進剤が、アルミン酸塩及び／又は硫酸塩を含有してなる請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載のセメント組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のセメント組成物を用いてなる注入材。
【請求項７】
セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、使用直前に、Ａ液とＢ液とを混合してなるセメント組成物の使用方法。
【請求項８】
セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを含有してなる混合物をＢ液とし、硬化促進剤と水とを含有してなる混合物をＣ液とし、使用直前に、Ａ液、Ｃ液、及びＢ液を混合してなるセメント組成物の使用方法。
【請求項９】
セメント、高炉徐冷スラグ、及び水を含有してなる混合物をＡ液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョン、硬化促進剤、及び水を含有してなる混合物をＤ液とし、使用直前に、Ａ液とＤ液を混合してなるセメント組成物の使用方法。
【公開番号】特開２００８−１６９０５５（Ｐ２００８−１６９０５５Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２０３（Ｐ２００７−１２０３）
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]