JPH06279077A

JPH06279077A - ベントナイト代替用特殊材料

Info

Publication number: JPH06279077A
Application number: JP6573893A
Authority: JP
Inventors: Kozo Mizutani; 孝三水谷
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】海水の影響下においても使用でき、かつプレ
ミックスが可能であり、しかも十分なポンプ圧送性を有
する泥水調製用あるいはグラウト材調製用材料としての
ベントナイト代替用特殊材料を提供する。【構成】水硬性材料を蒸気養生あるいはオートクレー
ブ養生して得られたケイ酸カルシウム水和物１００重量
部に対し、水酸化カルシウムのアルカリ水溶液中で加熱
処理された紙用パルプ繊維を０.１〜１０重量部添加し
たベントナイト代替用特殊材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現場打設コンクリート
杭を作製する場合の掘削における泥水調製用、あるいは
トンネル工事、上下水道、ケーブル埋設などに用いられ
るグラウト調製用の材料に係り、詳しくは泥水あるいは
グラウトを調整する際に使用されるベントナイトの代替
用特殊材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、現場打設コンクリート杭を打設
する場合には掘削作業を伴う。このような掘削作業を行
うに際し、坑底やビット付近から掘屑を除去してこれを
地表まで運んだり、泥水で膜を作りこれによって坑壁の
崩落を防止するために使用される泥水としては、ベント
ナイトを懸濁させた泥水が最もよく使用されている。

【０００３】一方、シールド工法によるトンネル工事で
は、トンネル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提案され使用されている。この
ようなグラウト材として最も一般的なものは、セメント
にベントナイトや水ガラス等を混合したものである。ベ
ントナイトが上記の用途を始め広範に使用されている理
由としては、ベントナイトが粘土鉱物の微粒子であり、
水を吸収して膨潤するため、これを含んだ泥水はベント
ナイトの添加量に比較して泥水粘土の増加効果が著しい
ことや、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
などが挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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イオン
交換反応を起こし、これによってその膨潤性が失われる
ため、海洋構造物の基礎杭を現場で打設する場合などに
使用する泥水の調製には適さないといった問題がある。
また、セメント系グラウト材にベントナイトを使用する
場合には、現場での作業効率を向上させるため、セメン
トとベントナイトとをプレミックスしたものを使用する
ことが望ましいが、このプレミックス品に水を加える
と、ベントナイト中のナトリウムイオンがセメントの水
和過程で生ずるカルシウムイオンとイオン交換反応を起
こし、セメントが異常凝結を起こすと同時に、グラウト
材の強度発現性も急激に減少するといった問題がある。
この問題を回避するため従来では、予めベントナイトを
混練水中で十分膨潤させ、その後にセメントを加えると
いった二段階の工程で対処している。しかし、このよう
に二段階の工程でグラウト材を調製するのは現場施工上
極めて不便であり、工期短縮の一つの阻害要因となって
いる。

【０００５】これらの問題を解決するため一部では、セ
メントや海水の影響を受けないベントナイト代替材とし
て、粘土鉱物であるアタパルジャイト、セピオライト、
クリンタイル系アスベスト等の活用が提案され使用され
ている。しかし、これらはいずれも繊維状構造の形態に
よって粘性を付与し、ブリージングを防止するものであ
るので、ベントナイトと比較するとポンプ圧送性が劣っ
ており、したがって実用性に欠けるといった課題があ
る。

【０００６】本発明は上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、海水の影響下においても
使用でき、かつプレミックスが可能であり、しかも十分
なポンプ圧送性を有する泥水調製用あるいはグラウト材
調製用材料としてのベントナイト代替用特殊材料を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のベントナイトで
は、水硬性材料を蒸気養生あるいはオートクレーブ養生
して得られたケイ酸カルシウム水和物１００重量部に対
し、水酸化カルシウムのアルカリ水溶液中で加熱処理さ
れた紙用パルプ繊維を０.１〜１０重量部添加してなる
ことを上記課題の解決手段とした。

【０００８】以下、本発明を詳しく説明する。本発明の
ベントナイト代替用特殊材料に用いられる水硬性材料と
しては、水和反応によりケイ酸カルシウム水和物を生成
するものであり、具体的には普通ポルトランドセメント
や、これにフライアッシュ、ケイ石粉末、シリカフラワ
ー、スラグ粉末等の従来公知の混和材を添加したもの、
あるいは、生石灰とケイ石粉末との混合物など従来公知
のものが使用される。そして、このような水硬性材料は
従来公知の方法により蒸気養生、あるいはオートクレー
ブ養生され、これによってケイ酸カルシウム水和物から
なる硬化体に調製されて使用される。

【０００９】得られたケイ酸カルシウム水和物からなる
硬化体については、これに粉砕処理を施し、所望する粒
末度のものとして用いるのが好ましい。ケイ酸カルシウ
ム水和物の粉末度についてはできる限り高いものが好ま
しいが、実用上の観点からは、ブレーン値で３，０００
〜１０，０００ｃｍ²／ｇが好ましい。ブレーン値が
３，０００ｃｍ²／ｇ未満では、ケイ酸カルシウム水和
物による増粘効果が不充分であり、一方、ブレーン値が
１０，０００ｃｍ²／ｇを越えると、粉砕効率が大幅に
低下するにもかかわらず、ブレーン値の増加による泥水
の増粘効果の上昇があまり期待できないからである。

【００１０】また、紙用パルプ繊維としては、水酸化カ
ルシウムのアルカリ水溶液中で加熱処理されたものが用
いられる。加熱処理に供される前の紙用パルプ繊維とし
ては、例えば新聞古紙等に含まれるパルプ繊維が用いら
れる。紙用パルプ繊維を水酸化カルシウムのアルカリ水
溶液中で加熱処理して使用するのは、紙用パルプ繊維に
はセメントの水和を阻害するリグニンが含まれているた
め、特にセメント系グラウト材の調製材とする場合、こ
れを直接使用するのは好ましくないからである。すなわ
ち本発明では、水酸化カルシウムのアルカリ水溶液中で
の加熱処理により、紙用パルプ繊維中に含まれるリグニ
ンが抽出・分離され、残った繊維のみが用いられるので
ある。

【００１１】本発明のベントナイト代替用特殊材料を製
造する方法としては、例えば以下の二方法が採用可能で
ある。第１の方法は、新聞古紙等の紙用パルプ繊維を上
記の水硬性材料と混合し、この混合物を直接蒸気養生あ
るいはオートクレーブ養生する方法である。この方法に
よれば、蒸気養生あるいはオートクレーブ養生すること
により、水硬性材料中のカルシウム分が溶出して水酸化
カルシウムのアルカリ水溶液となり、これのカルシウム
イオンが紙用パルプ繊維に含まれるリグニンと反応して
錯体を生成することにより、リグニンが不溶化されてパ
ルプ繊維から分離されるのである。なお、紙用パルプ繊
維として新聞古紙を用いる場合、予め新聞古紙のインク
を従来公知の方法で除去して用いるのが好ましい。そし
て、蒸気養生あるいはオートクレーブ養生によって得ら
れる複合硬化体を所望の粉末度に粉砕し、ケイ酸カルシ
ウムと紙用パルプとを分離した後、これらを所望の割合
で混合することにより、本発明のベントナイト代替用特
殊材料が得られる。

【００１２】第２の方法では、まず上記水硬性材料を蒸
気養生あるいはオートクレーブ養生して得られる硬化体
を粉砕し、ケイ酸カルシウム水和物の粉末を得る。ま
た、これとは別に、新聞古紙を適宜裁断し、さらに新聞
古紙中のインクの少なくとも一部を従来公知の方法で除
去して得られる新聞古紙パルプ繊維を用意する。そし
て、このパルプ繊維を水酸化カルシウムのアルカリ水溶
液中で蒸気養生あるいはオートクレーブ養生し、新聞古
紙パルプ繊維に含まれているリグニンとカルシウムイオ
ンとの錯体を生成せしめ、さらに生成した不溶のリグニ
ンの錯体を除去してパルプ繊維を得る。その後、得られ
たパルプ繊維と上記ケイ酸カルシウム水和物の粉末とを
所望の割合で混合し、本発明のベントナイト代替用特殊
材料を得る。

【００１３】このような方法においてアルカリ処理後の
パルプ繊維としては、繊維長が長くなりすぎると、得ら
れた代替用特殊材料を用いて泥水を作製した場合にこの
泥水のポンプ圧送性が悪くなるため、パルプ繊維として
はなるべく短いもの方を使用するのが好ましい。なお、
新聞紙に使用されるパルプ繊維であればその長さについ
ては前述したような問題がなく、したがって特に粉砕処
理による繊維の破断等を行わなくてもそのまま使用する
ことができる。

【００１４】また、ケイ酸カルシウム水和物に対しての
パルプ繊維の添加混合量としては、ケイ酸カルシウム１
００重量部に対し０.１〜１０重量部とされ、好ましく
は２〜７重量部とされる。添加混合量が０.１重量部未
満ではパルプ繊維の混合効果が期待される程顕著に見ら
れず、１０重量部を越えると、パルプ繊維の占める体積
が大きくなり過ぎ、グラウト材等を調製した場合にポン
プ圧送性が悪化して実用性が損なわれてしまうからであ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。普通ポルトランドセメントと、ブレーン値
４，０００ｃｍ²／ｇ程度に粉砕されたスラグ微粉末と
を重量比で１対１になるように配合混合し、この混合粉
末１００重量部に対し、インクを予め従来公知の方法で
除去した新聞古紙パルプ繊維を５重量部混合した。次
に、得られた混合物を大気圧下で６時間蒸気養生してパ
ルプ繊維を含む硬化体を得た。さらに、この硬化体を大
気中で１週間乾燥し、パルプ繊維を含む乾燥硬化体を得
た。次いで、このパルプ繊維を含む乾燥硬化体をジョー
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、さらにこの篩の上に残った粉砕
物をボールミルで再度粉砕し、以下、この操作を繰り返
してパルプ繊維以外の粉砕物が４４μｍの篩を全通する
まで粉砕した。そして、このようにして得られた粒径が
４４μｍ以下のケイ酸カルシウム水和物と、パルプ繊維
とを再度混合し本発明のベントナイト代替用特殊材料を
得た。

【００１６】（実験例１）このベントナイト代替用特殊
材料１０重量部を水９０重量部に懸濁させて泥水を作製
し、得られた泥水の見掛け粘性（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ＮａＣｌを
１.０重量部添加し、同様の測定を行って塩分汚染の影
響を調べた。得られた結果を表１に示す。（比較例１）比較のため、市販のベントナイト４重量部
を水９６重量部に懸濁し、泥水を作製した。（比較例２）また、上記実施例の粉砕プロセスで得られ
た、パルプ繊維を含まない一次粉砕物単味１０重量部を
水９０重量部に懸濁させ、泥水を作製した。これら比較
例１、２についても実験例１と同一の測定を行った。得
られた結果を表１に併記する。

【表１】表１より、実施例で得られた本発明のベントナイト代替
品は、ＮａＣｌを１.０重量部添加したものについても
比較例品に比べ物性の低下が少なく、したがって塩分汚
染の影響が少ないことが確認された。

【００１７】（実験例２）実施例で得られたベントナイ
ト代替用特殊材料を乾燥機に入れ、１２０℃で６時間乾
燥した。次に、得られた乾燥材を１００重量部、１５０
重量部、２００重量部それぞれ用意し、それぞれの乾燥
材と早強ポルトランドセメント１００重量部とを同時に
水４５０重量部の入ったミキサーに入れて混合した。そ
の後、これらミキサーにそれぞれ３号水ガラス５０重量
部ずつ添加して練り混ぜ、３種のグラウト材（Ｎｏ．１
〜Ｎｏ．３）を得た。これらグラウト材の配合を表２に
示す。

【表２】得られたグラウト材について土木学会基準「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
た。得られた結果を表３に示す。

【表３】

【００１８】（比較例３）比較例２に用いたパルプ繊維
を含まない一時粉砕物を乾燥機に入れ、実験例２の操作
と同様にして乾燥した。得られた乾燥粉を１００重量
部、１５０重量部、２００重量部それぞれ用意し、上記
実験例２の操作と同様にして３種のグラウト材（Ｎｏ．
４〜Ｎｏ．６）を作製した。これらグラウト材の配合を
表２に併記する。さらに、これらグラウト材（Ｎｏ．４
〜Ｎｏ．６）についても実験例２と同様にしてフロー
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３に併記する。（比較例４）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。次に、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、従来のグラウト材（Ｎ
ｏ．７）を得た。得られたグラウト材の配合を表２に併
記する。さらに、このグラウト材（Ｎｏ．７）について
も実験例２と同様にしてフロー値、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３に併記する。

【００１９】表３に示すように、本発明品を用いたグラ
ウト材（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）は、同じ量のケイ酸カル
シウム水和物単味を配合して得られたグラウト材（Ｎ
ｏ．４〜Ｎｏ．６）に比べ高い圧縮強度を示すものとな
った。したがって、本発明品に含まれるパルプ繊維が、
アルカリ水溶液でブリージング処理されてリグニンが分
離されているため、リグニンによるセメントの水和の阻
害がなく、よってこれを用いて得られるグラウト材は十
分に強度を発現することが確認された。また、本発明品
を用いたグラウト材（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）は、ベント
ナイトとセメントとを二段階で添加、混練して得られた
比較例４のグラウト材（Ｎｏ．７）に比べても、ブリー
ジング率、フロー値、圧縮強度のいずれも遜色がないこ
とが確認された。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明のベントナイ
ト代替用特殊材料は、これを用いて泥水を作製した場合
に従来のベントナイトと異なり塩分の影響を受けないも
のであるから、海底等での掘削における泥水として使用
することができ、よって産業上極めて有効な材料とな
る。また、これを用いてグラウト材を作製した場合に
は、従来のベントナイトを用いたグラウト材と比較して
遜色のない性能を有し、しかも使用に際して調製工程が
簡略化されることから、現場での作業性、施工性を向上
させ得るものとなる。さらに、新聞古紙から得られる紙
用パルプ繊維を用いれば、その繊維長が十分に短いこと
から、このベントナイト代替用特殊材料から得られるグ
ラウト材や泥水は十分なポンプ圧送性を有したものとな
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水硬性材料を蒸気養生あるいはオートク
レーブ養生して得られたケイ酸カルシウム水和物１００
重量部に対し、水酸化カルシウムのアルカリ水溶液中で
加熱処理された紙用パルプ繊維を０.１〜１０重量部添
加してなるベントナイト代替用特殊材料。