JPH0648794A - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた急結施工方法 - Google Patents

セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた急結施工方法

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JPH0648794A
JPH0648794A JP4219645A JP21964592A JPH0648794A JP H0648794 A JPH0648794 A JP H0648794A JP 4219645 A JP4219645 A JP 4219645A JP 21964592 A JP21964592 A JP 21964592A JP H0648794 A JPH0648794 A JP H0648794A
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健吉 平野
Isao Terajima
寺島  勲
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般土木建築分野で使用されるコンクリート
を急結させて施工するセメント混和材、セメント組成
物、及びその急結施工方法を提供すること。 【構成】 セメント急結材、凝結遅延剤、及びアルカリ
金属アルミン酸塩を含有してなり、該凝結遅延剤がセメ
ント急結材100重量部に対して、3〜30重量部であるこ
とを特徴とするセメント混和材であり、セメントと該セ
メント混和材からなるセメント組成物であり、さらに
は、セメント、セメント急結材、及び凝結遅延剤、さら
に、必要に応じて骨材からなるコンクリート(A)と、ア
ルカリ金属アルミン酸塩を含有した液(B)とを、個別に
圧送し、合流混合して急結施工することを特徴とするコ
ンクリートの急結施工方法を構成とする。 【効果】 本発明のセメント混和材を使用することによ
り、ゲル化時間やコンクリートの凝結時間が短縮され、
かつ、作業環境や作業性が改善され、従来適用できなか
ったNATM工法における一次吹付けライニング工法や
NTL工法における一次ライニング工法、地盤改良工
法、及びアンカー工法等に適用可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般土木建築分野で使
用されるコンクリートを急結させて施工するセメント混
和材、セメント組成物、及びその急結施工方法に関す
る。
【0002】本発明におけるコンクリートとは、セメン
トペースト、モルタル、及びコンクリート又はこれらの
スラリーを総称していう。
【0003】
【従来の技術とその課題】従来、コンクリートを急結さ
せる技術としては、例えば、カルシウムアルミネートと
無機硫酸塩を主体とする粉状又は懸濁液状のセメント急
硬材と、コンクリートとを、個別に圧送してから合流混
合させて数分〜数十分で硬化させる技術が提案されてい
る(特開昭50−16717号公報)。
【0004】しかしながら、従来の技術で上記材料を使
用することは、その硬化時間が短くても30秒程度である
ため、施工上数秒での凝結を必要とするNATM工法(N
ew Austrian Tunnelling Method)の一次吹付けライニン
グや、これと同程度の時間でのゲル化を必要とするNT
L工法(Nippon Tunnel Lining工法)の一次ライニングな
どの新しい工法には、困難であった。
【0005】そのため、このような新しい工法には、ア
ルカリ金属のアルミン酸塩や炭酸塩を主体とした組成物
やカルシウムアルミネートを主体とした組成物からなる
粉体急結材、もしくは、アルカリ金属のアルミン酸塩と
炭酸塩を溶解した液体急結材等が用いられてきた(特開
昭59−156946号公報)。
【0006】しかしながら、上記粉体急結材は定量圧送
性が悪く、施工時における粉塵発生が多いという課題が
あり、また、液体急結材は強アルカリ性であるため、セ
メントの水和が抑制されて強度増進が期待できず、作業
者への安全上の面からも課題が多いものであった。
【0007】これに代わる材料として、カルシウムアル
ミネートと無機硫酸塩を主体とした懸濁液状の急硬材が
提案された(特開昭50−16717号公報)。しかしながら、
この懸濁状の急硬材は、練り置き性を十分にするため
に、凝結遅延剤の使用は必須であり、しかも、合流混合
させても上記課題の解決は得られず、さらには、懸濁状
とするためのシステムが必要となり、これに伴う材料管
理に時間を要するなどの課題を有するものであった。
【0008】本発明者は、上記課題を解消すべく種々検
討を重ねた結果、強度発現が遅くはじまるため、それ単
独ではセメント急結材として使用されず、常にアルカリ
炭酸塩と併用しなければならなかったアルカリ金属アル
ミン酸塩を単独に使用し、それと、カルシウムアルミネ
ート等のセメント急結材と凝結遅延剤を含有して、数時
間の作業時間を有するコンクリートとを、個別に圧送す
ることにより、このコンクリートを数秒で急結できる知
見を得て本発明を完成するに至った。
【0009】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セメン
ト急結材、凝結遅延剤、及びアルカリ金属アルミン酸塩
を含有してなり、該凝結遅延剤がセメント急結材100重
量部に対して、3〜30重量部であることを特徴とするセ
メント混和材であり、セメントと該セメント混和材から
なるセメント組成物であり、さらには、セメント、セメ
ント急結材、及び凝結遅延剤、さらに、必要に応じて骨
材からなるコンクリート(A)と、アルカリ金属アルミン
酸塩を含有した液(B)とを、個別に圧送し、合流混合し
て急結施工することを特徴とするコンクリートの急結施
工方法である。
【0010】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0011】本発明に係るセメント急結材とは、化学成
分としてCaO、Al2O3、及びSO3を有効成分として含有す
るものであり、CaOをC、Al2O3をAとすると、C12A7、C11
A7CaF2、CA、CA2及びC3A等を主成分とするカルシウムア
ルミネート類、又は、これらカルシウムアルミネート類
と、例えば、セッコウや硫酸ナトリウムなどの無機硫酸
塩との混合物又はそれらの溶融生成物であり、結晶質、
非晶質いずれも使用可能である。これらのうち、C12A7
やC11A7CaF2の組成を有する物を高温溶融して急冷し、
非晶質としたカルシウムアルミネート類とII型無水セッ
コウとの混合物が最も急結性が良く好ましい。また、冶
金スラグ、Na2OやK2Oなどのアルカリ含有鉱物も利使用
能である。
【0012】カルシウムアルミネート類の粉末度は、ブ
レーン比表面積2,000cm2/g以上が好ましく、3,000〜5,0
00cm2/gがより好ましい。
【0013】また、無機硫酸塩の粉末度は、ブレーン比
表面積2,000cm2/g以上が好ましく、3,000〜8,000cm2/g
がより好ましい。
【0014】セメント急結材の使用量は、使用目的によ
って決定されるものであるが、通常セメント100重量部
に対して、5〜50重量部が使用可能であり、目的によっ
て、5〜30重量部が好ましいことがある。
【0015】セメント急結材中の無機硫酸塩の配合量
は、カルシウムアルミネート類100重量部に対して、無
機硫酸塩50〜150重量部が好ましい。
【0016】ここで、セメントとしては、普通、早強、
及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポ
ルトランドセメントに高炉スラグ、シリカ、又はフライ
アッシュを混合した各種混合セメントなどが使用可能で
ある。
【0017】本発明に係る凝結遅延剤は、コンクリート
とセメント急結材の反応を1時間以上保持するために必
要であり、具体的には、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、
及びグルコン酸等の有機ヒドロキシカルボン酸又はその
塩や、ショ糖、並びに、炭酸ナトリウムや炭酸カリウム
などの炭酸塩等が挙げられる。
【0018】凝結遅延剤の使用量は、種類によってコン
クリートの作業時間を変化させるので、特に限定できる
ものではないが、通常は、セメント急結材100重量部に
対して、3〜30重量部が好ましく、例えば、グルコン酸
ナトリウムと炭酸カリウムを使用した場合は、セメント
急結材100重量部に対して、3〜20重量部が好ましく、
5〜15重量部がより好ましい。ここで、グルコン酸ナト
リウムと炭酸カリウムの割合は、特に限定されるもので
はないが、炭酸カリウム100重量部に対して、グルコン
酸ナトリウム10〜50重量部が好ましく、30重量部程度が
特に好ましい。
【0019】本発明における凝結遅延剤の混合方法は、
特に制限されるものではないが、コンクリートの混練り
水にあらかじめ凝結遅延剤を溶解させ、その後、セメン
トとセメント急結材を投入し、必要に応じ骨材を投入し
てコンクリートとすることが好ましい。
【0020】ここで、使用する水の量は、施工目的によ
って異なるが、初期強度の向上を目的とした場合は、水
セメント比50〜100%が好ましく、注入性や浸透性の向
上を目的とする場合は、水セメント比100〜300%でも使
用可能である。
【0021】本発明に係るアルカリ金属アルミン酸塩と
しては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムな
どが挙げられるが、液状として使用する場合は溶解度が
大きいアルミン酸カリウムの使用が好ましい。
【0022】本発明においては、アルカリ金属アルミン
酸塩は液状、又は、一度アルカリ金属アルミン酸塩溶液
を乾燥し、例えば固形分50%のスラリー状で使用するこ
とも可能である。
【0023】アルカリ金属アルミン酸塩が液状の場合、
アルミン酸ナトリウム又はアルミン酸カリウムのNa2O/A
l2O3又はK2O/Al2O3のモル比は1.5以上であるが、ゲル化
時間や凝結時間を数秒程度とするには、1.5〜2.0が好ま
しい。また、Na2O/Al2O3又はK2O/Al2O3のモル比が1.0の
場合は、100℃でも溶解せずスラリー状となる。このス
ラリーを乾燥して、使用時に水に懸濁させた状態で添加
しても同様の効果が得られる。
【0024】液状アルカリ金属アルミン酸塩は、NaOH液
又はKOH液とAl(OH)3をNa2O/Al2O3又はK2O/Al2O3のモル
比が1.5〜2.0となるように配合し、100℃で加熱溶解
し、50%液濃度に調整するが、液状として貯蔵する場合
は液状アルミン酸カリウムが好ましい。
【0025】アルカリ金属アルミン酸塩の使用量は、セ
メントとセメント急結材の合計100重量部に対して、ア
ルカリ金属アルミン酸塩として0.5〜5重量部が好まし
く、0.5〜3重量部がより好ましい。0.5重量部未満では
10秒以内でゲル化、凝結させることが困難であり、5重
量部を越えて使用しても急結効果は向上せず、その後の
強度性状に悪影響をあたえるばかりか、耐久性の面で課
題が多くなる可能性がある。
【0026】また、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカ
リ炭酸塩とを溶解した液は、アルカリ炭酸塩が遅延効果
を示し、本発明の目的とする凝結時間内では全く効果が
認められない。しかし、数分で凝結させる目的の場合は
適用可能である。アルカリ金属アルミン酸塩は、セメン
ト急結材を配合してないコンクリートに添加しても効果
は得られにくい。
【0027】コンクリートのゲル化もしくは凝結する時
間を数秒程度とする方法は、特に限定されるものではな
いが、例えば、吹付けノズル先端から3〜5m手前で、
コンクリート圧送ホース中の、セメントとセメント急結
材と凝結遅延剤等を混合した急硬性のコンクリートに、
例えば、NATM工法などで用いられているインレット
ピースを用いて、7kgf/cm2程度の高圧空気や50〜100kg
f/cm2程度の高圧水で圧入添加する方法、単にインレッ
トピースにポンプで圧入し、管中にセットされたスパイ
ラル状のミキサーを油圧で回転させて混合する方法、地
盤改良工法などにおけるY字管や二重管を用いて、一方
の液を内管に、他方の液を内管と外管との間隙部に注入
し、二重管の先端部又は二重管から流れ出た空中部で合
流させる二重管工法、さらには、2本のパイプを近接さ
せ、しかも空中で速やかに合流できるようにその2本の
パイプを配置しておく方法等が使用可能である。
【0028】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。
【0029】実施例1 セメント、非晶質のカルシウムアルミネート類と無機硫
酸塩との等重量混合物(真比重2.9)よりなるブレーン値
5,500cm2/gのセメント急結材、及び凝結遅延剤を、表1
に示す配合で混合し、セメント、セメント急結材、及び
凝結遅延剤の固形分が100kg/200リットルとなるように
水を混合してセメントペーストスラリーを調整した。調
整したセメントペーストスラリーと、アルカリ金属アル
ミン酸塩としての50%濃度のアルミン酸カリウム液を混
合後、ゲル化する時間を測定した。結果を表1に併記す
る。
【0030】<使用材料> カルシウムアルミネート類:C12A7、非晶質、ブレーン
値3,800cm2/g 無機硫酸塩 :II型無水セッコウ、ブレーン7,500cm2/g 凝結遅延剤 :旭硝子社製試薬一級炭酸カリウム100重
量部と、藤沢薬品社製試薬一級グルコン酸ナトリウム30
重量部との混合品 アルカリ金属アルミン酸塩:50%アルミン酸カリウム液 セメント:電気化学工業社製普通ポルトランドセメン
ト、真比重3.15 水 :水道水
【0031】
【表1】
【0032】表1から明らかなように、セメントペース
トスラリーのゲル化時間は1〜2時間であり、これにア
ルミン酸カリウム液を添加することにより、無添加に比
較してかなりゲル化時間を短縮することが可能となる。
なお、セメントのみのペーストスラリーにアルミン酸カ
リウム液を添加してもゲル化はしなかった。
【0033】実施例2 セメント砂比1:3で、水・セメント比55%のモルタル
配合において、セメント、セメント急結材、及び凝結遅
延剤を表2に示すように配合し急硬モルタルを調整し
た。調整した急硬モルタルとアルミン酸カリウム液を添
加混合後、ゲル化時間とその後のプロクター貫入抵抗値
を測定したこと以外は実施例1と同様に行なった。結果
を表2に併記する。
【0034】<使用材料> 砂:姫川産天然砂、FM2.8
【0035】
【表2】
【0036】表2から明らかなように、アルミン酸カリ
ウム液を添加することにより、無添加に比較して、かな
りゲル化時間を短縮することができ、プロクター貫入抵
抗値を測定した場合、数分で終結し、その後の強度発現
性も良好である。なお、セメントのみのモルタルにアル
ミン酸カリウム液を添加した場合、ゲル化はするもの
の、プロクター貫入抵抗値は測定できなかった。
【0037】
【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用すること
により、ゲル化時間やコンクリートの凝結時間が短縮さ
れ、かつ、作業環境や作業性が改善され、従来適用でき
なかったNATM工法における一次吹付けライニング工
法やNTL工法における一次ライニング工法、地盤改良
工法、及びアンカー工法等に適用可能となった。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セメント急結材、凝結遅延剤、及びアル
    カリ金属アルミン酸塩を含有してなり、該凝結遅延剤が
    セメント急結材100重量部に対して、3〜30重量部であ
    ることを特徴とするセメント混和材。
  2. 【請求項2】 セメントと請求項1記載のセメント混和
    材からなるセメント組成物。
  3. 【請求項3】 セメント、セメント急結材、及び凝結遅
    延剤、さらに、必要に応じて骨材からなるコンクリート
    (A)と、アルカリ金属アルミン酸塩を含有した液(B)と
    を、個別に圧送し、合流混合して急結施工することを特
    徴とするコンクリートの急結施工方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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