JPH06100855A - セメント系泥水およびセメント系グラウト材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンクリート構造物を解体したときに発生す
る廃棄コンクリートまたは生コンクリート工場やコンク
リート製品工場で発生するスラッジのように従来廃棄処
理に手間と費用を必要としていたものの有効利用を図る
と同時に、海水の影響下においても使用できるセメント
系泥水、および海水の影響を受けずしかも使用に際し水
の添加を一段階で行うことができるセメント系グラウト
材を提供する。 【構成】 コンクリート構造物を解体したときに発生す
る廃棄コンクリート、または生コンクリート工場やコン
クリート製品工場で発生するスラッジが、粉砕・分級さ
れて得られた、セメントゲルを高含有率で含む微粉部分
を主成分とするセメント系泥水あるいはセメント系グラ
ウト材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石油や天然ガスの掘削
における泥水、およびトンネル工事、上下水道、ケーブ
ル埋設などに用いられるセメント系泥水およびセメント
系グラウト材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンクリート構造物の解体にとも
なって発生する廃棄コンクリートや、生コンクリート工
場やコンクリート製品工場で発生するスラッジの量が急
速に増加してきており、その処分が問題となっている。
このような廃棄コンクリートやスラッジの有効利用の一
つとして、これらに粉砕・分級等の処理を施してその中
に含まれる骨材を取り出し、これを再生骨材として再利
用する試みがなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、骨材を
取り除いた残りのセメントゲルを高含有率で含む微粉部
分についてはほとんど利用されておらず、その処分に多
大な手間や費用がかかっているのが実状である。

【０００４】ところで、石油や天然ガスの掘削を行う場
合には、抗底やビット付近から堀屑を除去してこれを地
表まで運んだり、ビットの冷却、潤滑を行ったり、膜を
作り抗壁が崩れるのを防ぐなどのために泥水が使用され
ている。このような泥水としては、水をベースにしたも
のや油をベースにしたものが知られているが、一般的に
は水をベースとしたものが用いられており、最も良く利
用されているのが水とベントナイトの懸濁液である。ま
た、シールド工法によるトンネル工事では、掘削面との
間の空間を充填する目的として種々のグラウト材が使用
されている。このようなグラウト材として最も一般的な
ものがセメント系の材料からなるものであり、セメン
ト、水、ベントナイト、水ガラスなどが混合されて用い
られている。

【０００５】ここで、ベントナイトは粘土鉱物系の微粒
子であり、水を吸収して膨潤し、粘度を増すことから泥
水として用いられたり、またセメント、水、骨材などの
材料分離やブリージングを防ぎ、間隙を充填するのに適
していることからグラウトに用いられているのである。
しかし、ベントナイトは海水と接触すると、ベントナイ
ト中のナトリウムイオンが海水中に含まれるカルシウム
イオンと交換反応を起こし、その膨潤性が失われるた
め、海底での掘削などでの泥水には適用できないといっ
た欠点がある。

【０００６】また、ベントナイトをグラウト材として使
用する場合にも、例えばベントナイトとセメントとをプ
レミックスするためこれらに同時に水を加えると、ベン
トナイト中のナトリウムがセメントから遊離した水酸化
カルシウムと交換反応を起こし、ベントナイトの膨潤性
が急激に失われると同時に、セメントの硬化能力も急激
に減少するといった問題がある。したがって、この問題
を解決するため従来では、予めベントナイトを十分に吸
水させて膨潤させておき、その後セメントを加えるとい
った二段階の操作を行わなければならず、現場施工上き
わめて不便であり、工期短縮を損なう一つの要因となっ
ていた。また、同様の理由から、海底トンネルなどの海
水が存在するところでは、ベントナイト系のグラウト材
は通常使用に適さないものとされている。

【０００７】さらに、ベントナイトは資源的に遍在して
おり、埋蔵量も少なく高価であり、また国内のベントナ
イト資源は枯渇傾向にあるため今後の需要に対応できな
いことが予想される。そこで、セメントや海水の影響を
受けないものでベントナイトに代わるものとして、同様
な粘土鉱物であるアタパルジャイト、セピオライト、ク
リソタイル系アスベストなどが挙げられている。しか
し、これらはいずれも繊維状構造により粘性を付与し、
ブリージングを防止しているため、ポンプ圧送性がベン
トナイトに比べ劣っており、したがって実際の使用には
難がある。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、コンクリート構造物を解
体したときに発生する廃棄コンクリートまたは生コンク
リート工場やコンクリート製品工場で発生するスラッジ
のように従来廃棄処理に手間と費用を必要としていたも
のの有効利用を図ると同時に、海水の影響下においても
使用できるセメント系泥水、および海水の影響を受けず
しかも使用に際し水の添加を一段階で行うことができる
セメント系グラウト材を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項
１、２記載のセメント系泥水、セメント系グラウト材で
は、珪酸カルシウム水和物等のセメント水和物を含ませ
ることを前記課題の解決手段とした。請求項３、４記載
のセメント系泥水、セメント系グラウト材では、コンク
リート構造物を解体したときに発生する廃棄コンクリー
トまたは生コンクリート工場やコンクリート製品工場で
発生するスラッジが粉砕・分級されて得られた、セメン
トゲルを高含有率で含む微粉部分を主成分とすることを
前記課題の解決手段とした。請求項５記載のセメント系
グラウト材では、コンクリート構造物を解体したときに
発生する廃棄コンクリート、または生コンクリート工場
やコンクリート製品工場で発生するスラッジが、粉砕・
分級されて得られた、セメントゲルを高含有率で含む微
粉部分を、該微粉中のセメントゲルが脱水するまで乾燥
して得られた粉体材料に、セメントが添加されてなるこ
とを前記課題の解決手段とした。

【００１０】以下、本発明を詳しく説明する。セメント
はケイ酸カルシウムを主要成分として含んでおり、水と
接触するとケイ酸カルシウム水和物を主体としたセメン
トゲルを生成し、硬化するものである。したがって、生
コンクリート工場やコンクリート製品工場で発生するス
ラッジの懸濁液には、セメントゲルが多量に含まれてい
るのである。このセメントゲルは平板、繊維状であり、
固体の比面積が２２０ｍ2／ｇと非常に表面積が大き
く、また毛細管水、ゲル水など多量の水分を含んでい
る。このため、セメントゲルならびにこれを脱水処理し
たものは非常に多量の水分を吸収することができ、高い
膨潤性を有しているのである。

【００１１】本発明者は、このようなセメントゲルなら
びにこれを脱水処理したものが、接水時に多量の水分を
吸収して膨潤する作用に着目し、コンクリート構造物を
解体したときに発生する廃棄コンクリート、または生コ
ンクリート工場やコンクリート製品工場で発生するスラ
ッジが粉砕・分級されて得られた、セメントゲルを高含
有率で含む微粉部分が、石油や天然ガスの掘削を行う場
合の泥水や、トンネル工事、上下水道、ケーブル埋設等
のグラウト材として使用できることを見いだし本発明を
完成させたのである。

【００１２】コンクリート構造物を解体したときに発生
する廃棄コンクリートや、生コンクリート工場やコンク
リート製品工場で発生するスラッジの粉砕については、
ジョークラッシャーなど従来公知の粉砕機が使用され
る。分級については一般に用いられる篩が用いられ、ま
た得られる微粉としては１.０ｍｍ以下、特に０.３ｍｍ
以下とするのが好ましい。なぜなら、コンクリート構造
物を解体したときに発生する廃棄コンクリート、または
生コンクリート工場やコンクリート製品工場で発生する
スラッジは大部分が骨材、セメント水和物からなってい
るため、これを粉砕、ふるい分けした場合、骨材に比べ
セメント水和物の方が強度が小さいことから当然セメン
ト水和物の方が粉砕され易いものとなる。したがって、
粉砕・分級後に得られる粉体においては粒径の小さな微
粉部分にセメント水和物が多く含まれるようになり、よ
って粒径が１.０ｍｍ以下の微粉部分はセメントゲルの
含有率が高く、これにより水分を多量に吸収し膨潤しや
すいものとなるからである。

【００１３】また、粉砕・分級後に得られた、セメント
ゲルを高含有率で含む微粉部分については、この状態で
水に添加しさらに公知の適宜な材料を加えて本発明の泥
水あるいはグラウト材としてもよいが、さらに乾燥処理
して用いるのが好ましい。乾燥方法としては、真空乾
燥、乾燥剤による乾燥、乾燥空気による乾燥、加温乾燥
等公知の方法が採用可能であるが、特に大量連続処理を
行いたい場合には加温乾燥を採用するのが好ましく、そ
の場合には常圧下にて６０℃〜９００℃の温度で乾燥す
るのが望ましい。なぜなら、６０℃未満で乾燥しても微
粉中に含まれるセメント水和物の脱水が生ぜず、十分な
乾燥効果が得られないからであり、一方９００℃を越え
ると脱水されたセメント水和物が焼結してその表面積が
低下し、吸水・膨潤の作用が低下するからである。ま
た、このように微粉部分が乾燥されて得られた粉体材料
を用い、グラウト材を得る場合には、セメントを適宜量
加えてその硬化性等を高めるのが好ましい。なお、セメ
ントゲルを多量に含むスラッジについて説明したが、こ
のスラッジを含まなくても、セメント水和物を含んでい
ればよい。このセメント水和物として、珪酸カルシウム
水和物、カルシウムアルミネート水和物、カルシウムサ
ルファアルミネート水和物、カルシウムアルミノシリケ
ート水和物、水酸化カルシウム等が挙げられる。このセ
メント水和物は、一般に市販されているセメント若しく
は公知の特殊セメントに水を加えて水和させ、その後、
乾燥、粉砕して使用される。

【００１４】

【作用】請求項１記載のセメント系泥水によれば、セメ
ント水和物を含むので、セメントとプレミックスするこ
とができる。すなわち、グラウト材に最も良く用いられ
ている粘度鉱物であるベントナイトは、セメントとプレ
ミックスすると、ベントナイト中のナトリウムイオンが
セメントの水和により析出したカルシウムイオンと交換
反応を起こし、膨潤しなくなるが、セメント水和物では
この心配は全くない。このため、ベントナイトに水を加
え、膨潤した後にセメントを加えて混合するという二段
階の工程がセメント水和物とセメントとに水を加えると
いう一段階の工程となり、作業効率が上がり、管理も楽
になる。請求項２記載のセメント系グラウト材によれ
ば、セメント水和物を含むので、強度が向上する。すな
わち、セメント水和物を含む懸濁液中には、セメントの
水和により遊離したカルシウムイオンが多量にあるた
め、セメントに水を加えた場合に比べて、水中でのカル
シウムイオン濃度が速く上がり、グラウト材に最も良く
使用されている水ガラスとの反応が速く、初期強度が大
きくなる。また、セメント水和物を用いたので、グラウ
ト全体がセメント硬化体だけとなるため、長期強度も大
きくなる。

【００１５】請求項３記載のセメント系泥水によれば、
ベントナイトを主成分とすることなく、コンクリート構
造物を解体したときに発生する廃棄コンクリート、また
は生コンクリート工場やコンクリート製品工場で発生す
るスラッジが、粉砕・分級されて得られた、セメントゲ
ルを高含有率で含む微粉部分を主成分としていることに
より、海水の影響を受けず、したがって海底での掘削に
おける泥水として使用可能となる。請求項４記載のセメ
ント系グラウト材によれば、セメント、骨材等の材料と
プレミックスが可能となり、したがって使用に際しての
調整がベントナイトと異なり一段階で済む。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）セメントと水とを混合し、セメント水和物
を調整した。このセメント水和物は、早強セメント１０
００ｇと、水１０００ｇとを混合したペーストを２０℃
で２４時間養生し、１２０℃で２４時間乾燥、粉砕して
５０μｍ以下に粒度を調整した。この水和物２００ｇと
普通セメント１００ｇとを予め十分混合しておき、その
後、水８７４ｇを加えて一分間混合し、サンプル１の液
を得た。このサンプル１のブリージング率を測定した結
果を表１に示す。ここで、ブリージング率は、サンプル
の液を１０００ｍｌのメスフラスコに入れ、一時間後に
測定したブリージング率を示す。

【表１】 表１より、ブリージング率は０％であった。

【００１７】また、比較例として、セメント水和物の替
わりにベントナイトを用いてサンプル２、３を調整し
た。サンプル２は、ベントナイト４０ｇと普通セメント
２６０ｇとを予め十分混合し、その後、これに水８７９
ｇを加えて一分間混合して調整した。サンプル３は、ベ
ントナイト４０ｇに水８７９ｇを加えて一分間混合して
十分膨潤させた後、これに普通セメント２６０ｇを加え
て一分間混合した。こうして得られたサンプル２、３の
ブリージング率を測定し、この測定結果を表２に示す。

【表２】 表２より、サンプル２のブリージング率は５０％であ
り、サンプル３のブリージング率は０％であった。

【００１８】表２の結果より、ベントナイトを普通セメ
ントと同時に混合すると、非常にブリージング率が大き
く、これらを同時に混合できないことがわかる。また、
ベントナイトと普通セメントとを別に混合すると、これ
ら混合操作が二段階となり、混合時間が倍になる。ま
た、表１と表２との結果を比べると、セメント水和物を
用いたものは、ベントナイトに比べ、ブリージング性能
に遜色がない。

【００１９】上記サンプル１、３について、各サンプル
の液１０００ｍｌに水ガラス４０ｍｌを混合し、そのと
きのゲル化時間と、一時間、２８日後の圧縮強度とをそ
れぞれ測定し、測定結果を表３に示す。

【表３】 表３より、セメント水和物を用いたサンプル１は、ベン
トナイトを用いたサンプル３に比べ、大きな初期強度と
長期強度とを示した。そして、サンプル１は、実用上何
等問題のないゲル化時間を示した。

【００２０】（実施例２）コンクリート廃棄物をジョー
クラッシャーで粉砕し、得られた粉砕物を目開きが４４
μｍの篩でふるい分けて廃棄コンクリート中の骨材を取
り除き、粒径が４４μｍ以下の微粉部分を得た。この微
粉部分２０重量部を水８０重量部に懸濁させて泥水を作
製し、得られた泥水の見かけ粘性（ＡＶ）、イールドバ
リュー（ＹＶ）、ゲルストレングス（ＧＥＬ）をそれぞ
れ測定した。さらに、泥水である懸濁液に対してＮａＣ
ｌを１.０％添加した場合について同様の測定を行い、
塩分汚染の影響を調べた。また、比較のためベントナイ
ト４重量部を水９６重量部に懸濁した泥水について同様
の測定を行った。得られた結果を表４に示す。

【表４】 表４より、ベントナイトを用いた泥水では、ＮａＣｌ添
加によりＡＶ、ＹＶ、ＧＥＬが著しく増大しているのに
対し、本発明品である廃棄コンクリートから得られた微
粉を用いた泥水ではほとんど変化がなく、したがって本
発明品は海水中での使用に支障がないことが確認され
た。

【００２１】（実施例３）コンクリート廃棄物をジョー
クラッシャーで粉砕し、得られた粉砕物を目開きが０.
３ｍｍのふるいでふるい分けて廃棄コンクリート中の骨
材を取り除き、粒径が０.３ｍｍ以下の微粉部分を得
た。さらに、この微粉部分を乾燥機に入れ１２０℃で６
時間乾燥した。次に、得られた乾燥微粉部分１５０、２
００、２５０重量部をそれぞれ用意し、これらと早強ポ
ルトランドセメント１００重量部とを同時に、水４５０
重量部を入れたミキサーに入れてそれぞれ混合した。そ
の後、これらミキサーに３号水ガラス５０重量部ずつを
入れて練り混ぜ、３種のグラウト材（Ｎｏ.１〜３）と
した。これらグラウト材の配合を表５に示す。得られた
グラウト材について、土木学会規準「プレパックドコン
クリートの注入モルタルの流動性試験方法」、「プレパ
ックドコンクリートの注入モルタルのブリージング率及
び膨張率試験方法」、「プレパックドコンクリートの注
入モルタルの圧縮強度試験方法」に準じてフロー値、ブ
リージング率、圧縮強度をそれぞれ測定し、その結果を
表６に示す。

【００２２】（実施例４）コンクリート廃棄物をジョー
クラッシャーで粉砕し、得られた粉砕物を目開きが４４
μｍ、９０μｍ、０.１５ｍｍ、１.０ｍｍ、２.０ｍ
ｍ、３.０ｍｍの篩でふるい分けて廃棄コンクリート中
の骨材を取り除き、粒径が４４μｍ以下、４４μｍ〜９
０μｍ、９０μｍ〜０.１５ｍｍ、０.１５ｍｍ〜１.０
ｍｍ、１.０ｍｍ〜２.０ｍｍ、２.０ｍｍ〜３.０ｍｍの
６種の微粉部分を得た。さらに、これら微粉部分を乾燥
機に入れ１２０℃で６時間乾燥した。次に、得られた乾
燥微粉部分２００重量部をそれぞれ用意し、これらと早
強ポルトランドセメント１００重量部とを同時に、水４
５０重量部を入れたミキサーに入れてそれぞれ混合し
た。その後、これらミキサーに３号水ガラス５０重量部
ずつを入れて練り混ぜ、６種のグラウト材（Ｎｏ.４〜
９）とした。これらグラウト材の配合を表５に示す。得
られたグラウト材について実施例３と同様にフロー値、
ブリージング率、圧縮強度を測定し、その結果を表６に
示す。

【００２３】（実施例５）コンクリート廃棄物をジョー
クラッシャーで粉砕し、得られた粉砕物を目開きが０.
３ｍｍの篩でふるい分けて廃棄コンクリート中の骨材を
取り除き、粒径が０.３ｍｍ以下の微粉部分を得た。さ
らに、得られた微粉部分を４００、７００、９５０℃の
温度の乾燥炉中に６時間入れ、３種の乾燥物を得た。次
に、得られた３種の乾燥微粉部分２００重量部をそれぞ
れ用意し、これらと早強ポルトランドセメント１００重
量部とを同時に、水４５０重量部を入れたミキサーに入
れて混合した。その後、これらミキサーに３号水ガラス
５０重量部ずつを入れて練り混ぜ、３種のグラウト材
（Ｎｏ.１０〜１２）とした。これらグラウト材の配合
を表５に示す。得られたグラウト材について実施例３と
同様にフロー値、ブリージング率、圧縮強度を測定し、
その結果を表６に示す。

【００２４】（比較例２）ベントナイト５０重量部、水
４５０重量部をそれぞれミキサーに入れ、十分に混合し
てベントナイトに水を吸収させた。その後、これに早強
ポルトランドセメント１００重量部を加えて混合し、さ
らに３号水ガラス５０重量部を加えて混練して従来のグ
ラウト材（Ｎｏ.１３）を得た。このグラウト材の配合
を表５に示す。得られたグラウト材について実施例３と
同様にフロー値、ブリージング率、圧縮強度をそれぞれ
測定し、その結果を表６に示す。

【表５】

【表６】

【００２５】表６に示すように、実施例３のグラウト材
（Ｎｏ.１〜３）は、ベントナイトとセメントとを二段
階で添加、混練して得た比較例２のグラウト材（Ｎｏ.
１３）に比べ、ブリージング率、フロー値、圧縮強度の
いずれにも遜色がないことが確認された。また、実施例
４のグラウト材（Ｎｏ.４〜９）においては、微粉部分
の粒径が１.０ｍｍよりも大きくなると、急激にブリー
ジング率、フロー値、圧縮強度が悪くなることが判明し
た。実施例５のグラウト材（Ｎｏ.１０〜１２）におい
ては、９５０℃で乾燥したものは、９００℃以下で乾燥
したものに比較してブリージング率、フロー値、圧縮強
度が悪くなることが判明した。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載のセメント系泥水および請求項２記載のセメン
ト系グラウト材は、珪酸カルシウム水和物等のセメント
水和物を含むので、セメント水和物微粉末とセメントと
をプレミックスすることができる。このため、ベントナ
イト用サイロと、セメント用サイロとの二系統のサイロ
を一系統のサイロで作業することができ、さらに、計量
器等も一台とすることができる。そして、ベントナイト
に水を加えて膨潤させ、その後、セメントを加えて混合
する二段階の工程が、セメント水和物はベントナイト中
のナトリウムイオンと反応しないので、セメント水和物
とセメントとの混合物に水を加えるという一段階の混合
工程となり、混合における作業効率を向上でき、サイロ
等の管理も楽になる。さらに、セメント水和物を含むの
で、グラウト材全体がセメント硬化体だけとなるため
に、グラウト材の強度を向上できる。請求項３記載のセ
メント系泥水は、ベントナイトを主成分とすることな
く、コンクリート構造物を解体したときに発生する廃棄
コンクリート、または生コンクリート工場やコンクリー
ト製品工場で発生するスラッジが、粉砕・分級されて得
られた、セメントゲルを高含有率で含む微粉部分を主成
分とするものであるから、海水中に含まれるイオンの影
響を受けず、したがって海底での掘削における泥水とし
て使用することができる。請求項４記載のセメント系グ
ラウト材は、従来用いられていた二段階添加のグラウト
材に比較して遜色のない十分な性能を有し、しかもセメ
ントゲルを高い含有率で含む微粉部分を主成分とするも
のであるから当然セメント、骨材等の材料と支障なくプ
レミックスすることができ、よって使用に際しての調整
がベントナイトと異なり一段階で済むことにより現場で
の作業性・施工性を向上させることができる。また、こ
れら泥水およびグラウト材はいずれも廃棄物を利用して
いるため、安価に製造することができ、しかも従来廃棄
処理に要していた手間や費用を削減することができると
ともに資源の有効利用を図ることができる。

フロントページの続き (72)発明者 横田 紀男 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社中央研究所内 (72)発明者 佐藤 雅男 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社中央研究所内 (72)発明者 塩田 雄治 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社中央研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 珪酸カルシウム水和物等のセメント水和
   物を含むセメント系泥水。
2. 【請求項２】 珪酸カルシウム水和物等のセメント水和
   物を含むセメント系グラウト材。
3. 【請求項３】 コンクリート構造物を解体したときに発
   生する廃棄コンクリート、または生コンクリート工場や
   コンクリート製品工場で発生するスラッジが、粉砕・分
   級されて得られた、セメントゲルを高含有率で含む微粉
   部分を主成分とするセメント系泥水。
4. 【請求項４】 コンクリート構造物を解体したときに発
   生する廃棄コンクリート、または生コンクリート工場や
   コンクリート製品工場で発生するスラッジが、粉砕・分
   級されて得られた、セメントゲルを高含有率で含む微粉
   部分を主成分とするセメント系グラウト材。
5. 【請求項５】 コンクリート構造物を解体したときに発
   生する廃棄コンクリート、または生コンクリート工場や
   コンクリート製品工場で発生するスラッジが、粉砕・分
   級されて得られた、セメントゲルを高含有率で含む微粉
   部分を、該微粉中のセメントゲルが脱水するまで乾燥し
   て得られた粉体材料に、セメントが添加されてなるセメ
   ント系グラウト材。
6. 【請求項６】 請求項３記載のセメント系泥水におい
   て、粉砕・分級されて得られた、セメントゲルを高含有
   率で含む微粉部分の粒径が１ｍｍ以下であるセメント系
   泥水。
7. 【請求項７】 請求項４又は５記載のセメント系グラウ
   ト材において、粉砕・分級されて得られた、セメントゲ
   ルを高含有率で含む微粉部分の粒径が１ｍｍ以下である
   セメント系グラウト材。
8. 【請求項８】 請求項３又は６記載のセメント系泥水に
   おいて、粉砕・分級されて得られた、セメントゲルを高
   含有率で含む微粉部分がさらに６０℃〜９００℃の温度
   で乾燥されたものであるセメント系泥水。
9. 【請求項９】 請求項４、５又は７記載のセメント系グ
   ラウト材において、粉砕・分級されて得られた、セメン
   トゲルを高含有率で含む微粉部分がさらに６０℃〜９０
   ０℃の温度で乾燥されたものであるセメント系グラウト
   材。