JP5126486B2 - 超大孔径用静的破砕剤 - Google Patents

Description

本発明は、およそ最大穿孔径１１０mmの超大孔径に充填して使用され、夏季などの高温環境下においても噴出の虞がなく、安全性および作業性に優れ、かつ破砕効果に優れた静的破砕剤に関する。

岩石やコンクリート等の脆性物体を穿孔し、孔中に水性スラリー化させた膨張性破砕剤を充填注入し、水和過程で発生する膨張圧によって脆性物体を破砕することが行なわれている。膨張性破砕剤中の主な膨張性成分としては、遊離生石灰やカルシウムサルホアルミネート類等がある。このうち遊離生石灰は特に水和膨張力が大きく、強い破砕力が得られるが、水和発熱の蓄積により蒸気圧上昇を起こし易く、これに伴う充填破砕剤の噴出を防ぐために、破砕剤の組成を調整したものが知られている。

このような組成調整された破砕剤として、遊離生石灰をアリット（３ＣａＯ・ＳｉＯ₂）などのカルシウムシリケートと共存させたクリンカ組成物（例えば、特許文献１参照）、硬焼生石灰にセメントや減水剤を加えたもの（例えば、特許文献２参照）、ＣａＯ原料とＣａＳＯ原料を含む熱処理膨張物質に水硬性物質、凝結調整剤、および減水剤を加えたもの（例えば、特許文献３参照）、生石灰を主成分とする静的破砕剤に塩化物が添加されてなるもの（例えば、特許文献４参照）が知られている。

しかし、従来の上記破砕剤は、孔径７０mm以下に適用されるものであり、この孔径に使用することによって安全で適度な静的破砕効果を得るように形成されている。すなわち、従来の静的破砕剤は、一般に、レギュラー孔径タイプとして孔径３０〜４０mm、大孔径タイプとして孔径５０〜７０mmに適用される。

しかしながら、従来の静的破砕剤を使用する孔径が３０〜６８mm程度では、破砕のための穿孔数を非常に多く必要とし、クローラードリル等による穿孔作業あるいは充填作業に多くの人手と手間を要し、効率的に破砕することができない。このため、穿孔間隔を大きくして穿孔数を減じても、効率的に破砕することができる静的破砕剤が求められている。

ところが、従来の静的破砕剤では、穿孔径８０mm以上の超大孔径の孔中に破砕剤スラリーを充填して使用した場合、孔中における水和による蓄熱が大きくなり、鉄砲現象と呼ばれる噴出現象が生じる危険性が高く、安全面に大きな課題がある。そこで、穿孔径８０〜１００mmに対応した静的破砕剤として、珪砂１０〜５０質量％、生石灰３０〜４５質量％、および急硬性物質１０〜５０質量％からなる主材に、水和抑制剤、減水剤を含有させてなるもの（特許文献５参照）が知られている。しかし、この破砕剤は急硬性物質を含有しているため、施工環境温度によって作業性（可使用時間）が著しく影響を受け、水和抑制剤、遅延剤等を環境下に合わせて配合変更し調整する問題点があり、また、高価な材料を用いるために製造コストが高くなる。
特開昭５５−１４２８９４号公報 特公昭５６−６７０５９号公報 特開平７−３１６５３１号公報 特開平１０−８０２４号公報 特開昭５９−７５９７６号公報

本発明は、従来の上記問題を解決したものであり、活性度を抑えた膨張成分を骨材およびセメントと組合せ、特定の割合で含有させることによって、穿孔径８０〜１１０mmの超大孔径の孔中に充填しても、鉄砲現象が発生せず、安全に岩石やコンクリート等の脆性物体を破砕することができる静的破砕剤を提供することを目的とする。

本発明は、以下に示す構成を有することによって上記課題を解決した、静的破砕剤に関する。
〔１〕遊離生石灰を主成分とした活性度が３００ml以下の膨張物質を３０〜５５質量％含有し、さらに骨材２０〜４０質量％、セメント鉱物中のＣ ₂ Ｓが８質量％以上であるセメント５〜５０質量％を含有し、孔径８０〜１１０mmの超大孔径の孔中や隙間に充填して使用されることを特徴とする静的破砕剤。
〔２〕膨張物質が遊離生石灰を５０〜７０質量％含有し、該膨張物質の活性度が２０〜２５０mlである上記〔１〕に記載する静的破砕剤。
〔３〕膨張物質の含有量が３５〜５５質量％であり、膨張物質の粉末度がブレーン値２０００〜５０００cm²/gである上記〔１〕または上記〔２〕に記載する静的破砕剤。
〔４〕膨張物質の遊離生石灰量が５５〜６５質量％である上記〔１〕〜上記〔３〕の何れかに記載する静的破砕剤。

本発明の静的破砕剤は、遊離生石灰を主成分とした活性度が３００ml以下の膨張物質を３０〜５５質量％含有し、さらに骨材２０〜４０質量％、セメント５〜４０質量％を含有するので、これを水と練り混ぜスラリー化し、岩石やコンクリート等の脆性物体の穿孔に充填したときに、膨張物質が適度な活性度を有し、かつ膨張物質の含有量が所定の範囲に調整されているので、水和速度が適度に遅延された膨張性を有し、８０〜１００mmの超大孔径の穿孔において優れた破砕効果を得ることができる。

また、本発明の静的破砕剤は、超大孔径の穿孔に適用する際に、成分の再調整や混和剤の追加添加を必要とせず、１０〜３５℃の環境下でも温度の影響を受け難く、噴出などを生じることがないので、安全性に優れている。

さらに、本発明の静的破砕剤は、超大孔径において優れた破砕効果を有するので、穿孔数を低減することができ、作業性に優れており、クローラードリル等による穿孔作業あるいは充填作業の人手と手間を省力化して効率的に破砕作業を行なうことができ、作業コストを低減するうえでも有利である。

また、岩石やコンクリート等のブレーカー等による重機破砕は、ビット径が８０〜１００mmの大孔径で穿孔される場合がある。この穿孔に本発明の静的破砕剤をスラリー化させ充填し、ブレーカー破砕と併用することにより、より作業効率性も向上し、騒音も防止することができる。

以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。なお、％は特に示す場合および単位固有の場合を除き質量％である。

本発明の静的破砕剤は、遊離生石灰を主成分とした活性度が３００ml以下の膨張物質を３０〜５５質量％含有し、さらに骨材２０〜４０質量％、セメント５〜５０質量％を含有することを特徴とする静的破砕剤である。

本発明の静的破砕剤に用いられる膨張物質は遊離生石灰を主成分とした活性度が３００ml以下のものである。上記活性度は４Ｎ-塩酸滴定法による活性度を云う。この４Ｎ-塩酸滴定法による膨張物質の活性度測定方法を以下に示す。
〔活性度測定方法〕
(イ) 膨張物質を粗砕し、１mm〜2.5mmの粒度に調整する。
(ロ) ５Ｌビ−カ−に蒸留水４Ｌを取り、４０±２℃に温め、撹拌器を攪拌羽根がビ−カ−中央の底面から２０mmの間隔になるようにセットし、回転数３５０rpmで攪拌させる。
(ハ) フェノ−ルフタレイン指示薬をビーカーに２〜３滴を加える。
(ニ) 粒度を調整した膨張物質１００ｇをビーカーに一度に入れて測定を開始する。
(ホ) 測定開始後、１分経過毎に４Ｎ-塩酸によりビュ−レットを用いて滴定する。
(ヘ) 溶液が中和されて無色となった帯がビ−カ−の３Ｌの目盛りを下回るまで滴定する。
(ト) 滴定量を記録して１０分間測定を行い、この間の４Ｎ-塩酸の総滴定量(ｍl)を活性度とする。

本発明の静的破砕剤に用いる膨張物質は上記活性度が３００ml以下の焼結度の高いものである。焼結度の高い硬焼の膨張物質は水和速度を適度に遅延し効果的な水和熱を発現し、岩盤やコンクリートの孔に有効的な壁圧を付与できるため、静的破砕剤に適する。

活性度が３００mlを上回る膨張物質は、焼結度が高くないため初期の水和熱が大きく、これを超大孔径用の破砕剤に用いると水和熱の蓄熱によって孔口からの噴出の危険性がある。膨張物質の上記活性度は２０〜１５０mlがより好ましい。膨張物質の活性度が２０ml未満の焼結度の高いものは、焼結に必要な熱量が多く、焼成時間もかかるので製造コストが嵩む。一方、活性度が１５０mlを上回る膨張物質は、高温度環境下で水和反応がやや促進され、作業性が確保し難くなる。

本発明の静的破砕剤における膨張物質の含有量は３０〜５５％が好ましく、３５〜５０％がより好ましい。この含有量が３０％未満ではコンクリートや岩盤等を破砕するのに必要な膨張圧が得られず、５５％を超えると超大孔径の孔中に充填した破砕剤スラリーの水和熱が急激に高まり、孔口から噴出する場合があるので好ましくない。

膨張物質の遊離生石灰量は５０〜７０％が好ましい。遊離生石灰量が５０％未満では、低温度下においてコンクリートや岩盤等を破砕するのに必要な膨張圧が得られ難く、７０％を超えると初期の水和熱が大きく、水和熱の蓄熱により、高温度下において孔口から噴出の虞が高まるので適当ではない。安全で且つ効果的に膨張圧を発現させるために遊離石灰量は５５〜６５％がより好ましい。

膨張物質の成分は、遊離生石灰の他は特に限定されないが、Ｃ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓなどのカルシウムシリケート、Ｃ₃Ａ、ＣＡ、Ｃ₄ＡＦなどのカルシウムアルミネート類、ＣａＳＯ₄が好ましく、膨張物質の遊離生石灰の反応を阻害しない範囲で不純物（ＭｇＯ、Ｋ₂ＳＯ₄など）が混入しているものでも良い。

膨張物質の粒度は限定されない。一般に、クリンカ塊状物および粉砕した粉末として使用することができる。粉末度はブレーン値２０００〜５０００cm²/ｇの範囲がより好ましい。ブレーン値２０００cm²/ｇ未満では、破砕剤スラリーを岩盤等の超大孔径の孔に充填したときに、標準温度（２０℃）以下では水和反応が遅延し、破砕不良あるいは破砕遅延を生じる傾向がある。また、ブレーン値５０００cm²/ｇを超えるものは、高温度下において水和反応が促進され、作業時間の確保が難しくなる傾向があり、また初期に水和熱の蓄熱によって破砕剤スラリーが孔口から噴出しやすい傾向がある。

膨張物質の原料は限定されない。ＣａＯ原料として生石灰、石灰石（炭酸カルシウム）、消石灰などが挙げられ、その他原料として珪石、石膏、ヘマタイト、アルミナ等が挙げられる。

膨張物質の製造方法も限定されない。ロータリーキルンによる焼成や電気炉による溶融などによって原料を加熱して製造すればよい。原料の配合割合や不純物の含有量によって焼結性が変動するため、加熱温度は一様でないが、通常、１３００〜１５００℃の範囲であればよい。

本発明の静的破砕剤は上記膨張物質と共に骨材を含む。２５℃以上の高温度下で、超大孔径の孔中に充填した破砕剤スラリーの熱拡散をスムーズにさせて噴出現象を防ぐためには、骨材の含有量は２０〜４０％が適当である。骨材量が２０％未満では、スラリーの熱がスムーズに拡散せず、また、相対的に膨張物質の含有量が多くなり、蓄熱性が高まるので、破砕剤スラリーが２５℃以上の高温度下で孔中から噴出する場合がある。骨材量が４０％を超えると、貧配合となり、材料分離を生じ、作業性を損ね、また相対的に膨張物質の量が少なく、破砕不良を招くので好ましくない。材料分離が著しくなると、部分的に膨張物質の含有率が高くなり、噴出現象が起こることがある。

骨材として、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工骨材などを用いることができる。なお、骨材の種類は限定されないが、吸水率の大きい軽量骨材は好ましくない。

本発明の静的破砕剤は、セメントを５〜５０％含む。この含有量のセメントを含むことにより、コンクリートや岩盤等の超大孔径の孔中に破砕剤スラリーを充填した場合、セメントの自硬性により充填孔の壁圧を高め、１０℃以上の高温環境下で、４８時間以内にコンクリートや岩盤等を破砕することができる。セメント量が５％未満では、１０℃以下の低温環境下で破砕不良あるいは破砕遅延を招く虞があり、セメント量が５０％を超えると、静的破砕剤に含まれる他の成分材料が少なくなり、破砕不良の虞があるので好ましくない。

セメントは、セメント鉱物中のＣ₂Ｓが８％以上のものが好ましく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等が挙げられる。Ｃ₂Ｓを殆んど含有しないアルミナセメントやジェットセメント等の急硬性セメントを使用した場合は、施工環境温度による水和反応の違いによって作業性（可使用時間）が著しく影響を受け、水和抑制剤、遅延剤等を環境下に合わせて使用し、調整する必要が生じるので好ましくない。

本発明の静的破砕剤には、膨脹物質、骨材、セメントの材料以外に、本発明の効果を損なわない範囲でモルタルやコンクリートに使用できる混和材料（例えば減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤を含む減水剤、遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、水和熱抑制剤等）を添加することができる。

以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
〔実施例１・比較例１〕
［膨脹物質の調整］
市販の生石灰、珪石、石膏、ヘマタイトを使用し、焼成後のクリンカの遊離生石灰量が４０％、５０％、６０％、７０％、８０％になるように調合した混合物を最高焼成温度１４５０℃でロータリーキルンを用いて焼成し、活性度が２０〜４００mlとなるように焼結させた。得られたクリンカを粉末度ブレーン値で３０００±２００cm²/ｇに調整して膨張物質とした。調整した膨張物質の遊離石灰量および活性度を表１に示す。

表１の膨張物質に石灰石砂、普通セメント（Ｃ₂Ｓ含有率２４％）をヘンシェルミキサーで混和して静的破砕剤とした。表２に調整した静的破砕剤を示す。

表２の破砕剤を用いて、作業性および安全性、破砕性の３項目について評価した。
以下に試験方法および評価方法を示す。その結果を表３、表４に示す。

〔作業性試験〕
（1）試験方法
表２の破砕剤に水を２０質量部加え、ハンドミキサーにより混練して破砕剤スラリーを調製した。練り混ぜ直後および練り混ぜ直後から１０分経時変化後の破砕剤スラリーをJ₁₄漏斗流下時間の測定および触感によるスラリーの材料分離を確認した。J₁₄漏斗流下時間の測定方法は、「充てんモルタルの流動性試験方法」（JSCE-F 541）に準拠した。
（２）評価方法
練り混ぜ直後および練り混ぜ直後から１０分経過後のＪ₁₄漏斗流下時間が、充填性に影響を及ぼさない流動性の指標となる、１５秒以下で、かつスラリーの材料分離およびコワバリが無く良好であることを評価基準とした。また、上記コワバリとは、破砕剤を練り混ぜたスラリーが、練り混ぜ直後から１０分経過後までの間に流動性を損ない、練り混ぜ直後にJ₁₄漏斗流下時間が１５秒以下であったものが、１０分経過後に１５秒を超えるようになることを云う。

〔安全性試験〕
（1）試験方法
試験体として、中央部に実孔径９２mm、孔長９００mmの孔を設けた圧縮強度１００N/mm²の高強度コンクリート試験体（1ｍ×1ｍ×１ｍ）を作成し、試験体の孔に表２の破砕剤１００質量部に水を２０質量部加え、ハンドミキサーにより混練した破砕剤スラリーを充填し、孔口からの噴出を確認した。一般に、噴出現象とは主成分である生石灰と水との反応による熱が蓄積し、その熱が被破砕体にスムーズに拡散せず、スラリー内部に蓄積されると内部温度が１００℃以上に達する。そのスラリー中の自由水が水蒸気化し、充填孔内のスラリーが勢いよく孔口より噴出する。この噴出物は高温かつ強アルカリのため、顔に直撃した場合、失明、視力低下等の重症を負う危険性があり、噴出の有無は安全性の大きな指標である。
（２）評価方法
充填したスラリーの孔口からの噴出の有無により評価した。

〔破砕性試験〕
（1）試験方法
試験体として、中央部に実孔径９２mm、孔長９００mmの孔を設けた圧縮強度１００N/mm²の高強度コンクリート試験体（1ｍ×1ｍ×１ｍ）を作成し、試験体の孔に表２の破砕剤１００質量部に水を２０質量部加え、ハンドミキサーにより混練した破砕剤スラリーを充填し、亀裂発生時間および破砕状況を確認した。
（２）評価方法
２４時間以内にコンクリート試験体を破砕したものを◎、４８時間以内に破砕したものを○、破砕不良のものあるいは破砕に４８時間以上を要したものは×とした。

本発明に係る静的破砕剤の実施例（１〜９）は１０℃、２０℃、３０℃の各環境温度において何れも良好な作業性が確認され、なかでも実施例３〜８は、３０℃の高温環境下においても、充分な作業性を確保することができた。破砕性および安全性についても、本発明に係る静的破砕剤の実施例（１〜９）は何れも各環境温度において、４８時間以内に破砕でき、噴出も認められず良好な安全性が確認された。

一方、破砕剤中の膨張物質の割合が５５％を上回る比較例（２、３）、石灰砂の割合が２０％未満の比較例７、または４０％を超える比較例（４、９）、活性度が３００mlを超えた膨張物質を使用した比較例８は、何れも３０℃環境下において噴出現象を生じ、安全性および破砕性に課題が残った。また、石灰砂の割合が４０％を超えている比較例（４、９）は顕著な材料分離が認められた。

一方、破砕剤中の膨張物質の割合が３０％未満の比較例（１、５、６）は何れも環境温度において破砕不良が認められた。また、活性度が４９mlの膨張物質Ｃを混合した比較例（３、４）、は３０℃環境下において破砕不良が認められた。一方、活性度が３８７mlの膨張物質Ｘを使用した比較例１０は３０℃環境下で、コワバリが発生し、かつ噴出も認められ、安全性、破砕性に課題が残った。

〔実施例２・比較例２〕
最も好ましいと思われる本発明の実施例５の静的破砕剤を使用して外気温３５℃の環境下における評価試験を実施した。評価試験は、実孔径９２mm、孔長３ｍの孔を砕石場の岩盤に１０００mmピッチで穿孔し、スラリー化した本発明の静的破砕剤を充填し、作業性および安全性、破砕性を確認した。試験および評価方法は上記したとおりである。なお、孔内温度測定部位は孔長３ｍの中間部位とした。評価試験結果を表５に示す。

表５に示すように、本発明の静的破砕剤（実施例４）は、３５℃の高温環境条件下において、良好な作業性を確保し、孔内最高温度も５０℃以下であり、噴出もなく充分な安全性が確認された。さらに破砕性においても２４時間以内に良好な破砕が認められた。

Claims (4)

1. 遊離生石灰を主成分とした活性度が３００ml以下の膨張物質を３０〜５５質量％含有し、さらに骨材２０〜４０質量％、セメント鉱物中のＣ ₂ Ｓが８質量％以上であるセメント５〜５０質量％を含有し、孔径８０〜１１０mmの超大孔径の孔中や隙間に充填して使用されることを特徴とする静的破砕剤。
2. 膨張物質が遊離生石灰を５０〜７０質量％含有し、該膨張物質の活性度が２０〜２５０mlである請求項１に記載する静的破砕剤。
3. 膨張物質の含有量が３５〜５５質量％であり、膨張物質の粉末度がブレーン値２０００〜５０００cm²/gである請求項１または請求項２に記載する静的破砕剤。
4. 膨張物質の遊離生石灰量が５５〜６５質量％である請求項１〜請求項３の何れかに記載する静的破砕剤。