JPH0688816B2

JPH0688816B2 - セメント急結剤

Info

Publication number: JPH0688816B2
Application number: JP60085511A
Authority: JP
Inventors: 雄幸竹内; 邦男水野; 健宮沢
Original assignee: 東亞合成化学工業株式会社
Priority date: 1985-04-23
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPS61247648A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）発明の目的〔産業上の利用分野〕本発明はセメントモルタル、コンクリート等を急速に凝
結せしめるセメント急結剤に関するものであって、かゝ
る急結剤を配したモルタルやコンクリートは、道路、鉄
道、下水道管渠等のトンネル築造工事における掘削壁面
の覆工や、山岳、丘陵等の掘削のり面の防護工に吹付け
剤等として用いられ、土木建築業界等に広く利用される
ものである。

〔従来の技術〕

従来、トンネル等の掘削壁面へ覆工壁を設ける工法とし
ては、セメント、骨材、急結剤および水を混合し、速や
かに吹き付ける工法（吹付工法）が一般的である。吹付
工法としては、セメント、骨材および水より成るスラリ
ーと、急結剤水溶液を吹付ノズルの先端部で混合する湿
式法、セメント、骨材および急結剤より成る粉末状の混
合物と水、あるいは、セメントおよび骨材より成る粉末
状の混合物と急結剤水溶液を吹付ノズルの先端部で混合
し吹付ける乾式法がある。

それらの工法において用いられる急結剤としては、アル
ミン酸石灰、アルミン酸アルカリ、炭酸アルカリを主要
成分としたものが汎用されているが、セメントを急結さ
せる作用が不十分で、吹付けられた組成物の一部、硬化
せずに落下してしまうという問題点を有しているもので
ある。

この現象は、吹付けノズルの先端部で、セメントと急結
剤が混合する時、セメントと急結剤の比率がかなり幅広
く変動するにも拘わらず、これら急結剤のセメント急結
作用はセメントと急結剤のある狭い範囲の比率でのみ有
効で、その範囲外では急結作用が低下する為である。

〔発明が解決しようとする問題〕

前述のように、現在用いられている急結剤のセメント急
結作用は、セメントに対しある特定の範囲例えば４〜６
％の添加範囲では有効であるが、この範囲外では著るし
く急結作用が低下する。このため、施工者の技量にもよ
るが、吹付組成物の落下ロスは全体の25〜50％に達する
という問題点を有している。

本発明者等は上記問題点を解決すべく鋭意検討を重ね本
発明を完成した。

（ロ）発明の構成〔問題を解決するための手段〕本発明は、アルミン酸アルカリ、炭酸アルカリ及びアル
カリ性において加水分解して酸を生成する有機化合物か
ら成る組成物であって、前記有機化合物との反応量を控
除した後のアルミン酸アルカリ１重量部に対して、炭酸
アルカリの配合量が0.3〜５重量部であることを特徴と
するセメント急結剤に関するものであり、本発明に係わ
るセメント急結剤は特定の三成分からなることによりセ
メントと急結剤の比率の広い範囲で、ほゞ一定且つ良好
な急結作用を呈し、従来のセメント急結剤が有していた
問題点を一挙に解決したものである。

構成成分本発明の急結剤を構成するアルミン酸アルカリと炭酸ア
ルカリ（アルカリとしてはいずれもナトリウム、カリウ
ム、リチウム等であり、本発明にとりナトリウムとカリ
ウムが好ましい）はいずれも急結剤の成分として知られ
ているものであり、それらが本発明においても支障なく
用いられるが、アルミン酸アルカリとしてM₂O/Al₂O
₃（ここでＭ＝Ｋ、NaまたはLi等）のモル比が1.5〜3.0
のものを選択するのが好ましくより好ましくは1.8〜2.5
のものである。第三の成分であるアルカリ性において加
水分解して、酸を生成する有機化合物とは酢酸メチル、
酢酸エチルの如きモノカルボン酸エステル、エチレング
リコール（モノ、ジ）酢酸エステルやグリセリン（モ
ノ、ジ、トリ）酢酸エステルの如き多価アルコール脂肪
酸エステル、グリコール酸メチル、クエン酸トリメチ
ル、酒石酸ジメチル、リンゴ酸ジメチル等のオキシカル
ボン酸エステル、等のエステル類、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネートの如きアルキレンカーボネ
ート類、グリオキザール、グルタールジアルデヒドの如
きジアルデヒド類、γ−ブチロラクトンに代表されるラ
クトン類等である。

調製本発明の急結剤を構成する三成分の配合割合としては、
まずアルミン酸アルカリ１重量部に対する炭酸アルカリ
の量は、後記の実施例４に関する第６表に示されている
結果から、0.3〜５重量部であり、好ましくは0.5〜２重
量部、更に好ましくは0.7〜1.5重量部である。なお、上
記における「アルミン酸アルカリ１重量部に対する炭酸
アルカリの量」とは、第６表の欄外に記載されているよ
うに、アルカリ性において加水分解して酸を生成する有
機化合物、例えばエチレンカーボネートが反応した後の
値に対する量、すなわち組成物中のアルミン酸アルカリ
量から、該有機化合物との反応量を控除した後のアルミ
ン酸アルカリ１重量部に対する炭酸アルカリの量を意味
する。第三成分のアルカリ性において加水分解して酸を
生成する有機化合物の配合量は加水分解によって生成す
る酸とアルミン酸アルカリのアルカリ金属とが反応した
後のアルミン酸アルカリにおけるM₂O/Al₂O₃のモル比が
1.2〜2.0になるように配合することが好ましく、より好
ましくは1.3〜1.7となる様に配合することが有効な結果
をもたらす。

換言すれば、炭酸アルカリに結合していない酸化アルカ
リ（M₂O）の分子量MW、その量Ｗ（ｇ）、M₂O/Al₂O₃のモ
ル比MR、化合物の当量Ｅ、化合物と反応する酸化アルカ
リを除いたM₂O/Al₂O₃モル比ｍとすると、配合量はである。この式の中でMRは1.5〜3.0好ましくは1.8〜2.
5、ｍは1.2〜2.0好ましくは1.3〜1.7である。

アルミン酸アルカリは、例えばボーキサイト、水酸化ア
ルミニウム等と水酸化アルカリ水溶液を60〜70℃以上に
加熱して得られる。本発明の急結剤を得るためには、ま
ずかゝるアルミン酸アルカリ溶液と炭酸アルカリ水溶液
を所定の比率になるよう混合する、炭酸アルカリ水溶液
としては炭酸水素アルカリを含有しているものでも、水
酸化アルカリを少量含有しているものでも差支えない。
この工程は常温で行なっても差支えない。アルミン酸ア
ルカリと、炭酸アルカリのアルカリ金属は異質であって
も差支えないが、同一である方が溶液安定性がよいので
好ましい。また、一般にアルカリ金属は他のアルカリ金
属を多少伴っているが、その程度では安定性に問題は生
じない。

かくして得られるアルミン酸アルカリと炭酸アルカリ混
合液を撹拌している中に、前述の有機化合物を所定量加
え、均一溶液となるまで撹拌する。この場合の温度は常
温でも差支えないが、溶解が遅い場合には、100℃以下
に加温することが有効である。

このようにして得られる製品の濃度は30〜60％の間で、
溶液安定性のよい濃度を選ぶ。例えばアルミン酸カリー
炭酸カリの場合は40〜50％である。

配合一般にアルミン酸アルカリ系のセメント急結剤の配合量
は、40〜50％液でセメントに対し数％程度であるが、本
発明の急結剤の場合もほゝ同じで２〜15％が好ましく、
より好ましくは３〜８％であり、さらに好ましくは４〜
６％である。

例えば乾式吹付けの場の配合の一例をあげると、ポルト
ランドセメント360kg、細骨材（川砂）1180kg、15mm以
下の砕石590kgより成る混合物と、本発明になる急結剤4
5％溶液20kgと水120である。

この配合は工事目的、骨材の含水率、対象壁面の湿潤状
態、温度、施工者の技量等により複雑に変動するので、
決して固定したものではない。

また、アルミン酸カルシウム系の急結剤との併用も有効
である。

なお急結剤を用いたセメントの凝結時間はJIS R 5201
“セメントの物理試験方法”の７項凝結試験の方法で測
定して始発時間が1.5分以下、終結時間が５分以下であ
ることが好ましいので、その様な凝結時間となるように
上記調整および配合について配慮することが好ましい。

〔作用〕

アルミン酸アルカリおよび炭酸アルカリを含有するセメ
ント急結剤は古くから知られ使用されてきたが、前記の
如く、これらと加水分解によって酸を生成する有機化合
物を配合することにより、優れた急結性能が発現する理
由は有機化合物の加水分解によって生成する酸とアルミ
ン酸アルカリ中のアルカリ金属が反応し、その結果アル
ミン酸アルカリのM₂O/Al₂O₃モル比が縮少し、且つアル
ミン酸アルカリの分子量が増大し、セメントに対して安
定した急結効果を与えるのではないかと推定される。

しかも上記性能は、セメントに対する急結剤使用量を２
〜15％という広い範囲に変化させても発現するものであ
り、吹付け時におけるロスを一挙に低減するという作用
を有するものである。

〔実施例〕

実施例1. K₂O29.2％、Al₂O₃15.8％、K₂O/Al₂O₃モル比2.0のアルミ
ン酸カリ水溶液100gに、45％K₂CO₃水溶液100gを加えた
混合液に、エチレンカーボネート7.0gを加え撹拌しなが
ら約50℃に加熱して、溶解させて、急結剤を得た。ポル
トランドセメント400gとセメント量に対し、上記急結剤
組成物２、５、10、15％を水（110−ｘ）ｇに加えた液
を手早く混合して練りJIS R5201、７、セメントの物理
試験方法の７項凝結試験に準じて、始発時間、終結時間
を測定した結果を第１表に示す。

また本実施例において、エチレンカーボネートが完全に
加水分解して、アルミン酸カリのK₂Oと反応したとする
と、K₂O/Al₂O₃モル比は、1.49である。

比較例1. K₂O26.1％、Al₂O₃18.9％、K₂O/Al₂O₃モル比1.49のアル
ミン酸カリ水溶液100gに45％K₂CO₃水溶液100gを加えた
混合液について実施例1.に準じて試験した結果を第２表
に示す。

比較例2. 特開昭59−156946に準じて、K₂O/Al₂O₃モル比1.49のア
ルミン酸カリ25％、炭酸カリ25％、エチレングリコール
４％よりなる急結剤を調製し、実施例１に準じて試験し
た結果を第３表に示す。

実施例2. 実施例1.において、エチレンカーボネートの代りにその
他のアルカリ性で加水分解して酸を生成する有機化合物
を用いた急結剤について同様に試験した結果を第４表に
示す。

実施例３ Na₂O19％、Al₂O₃16％、Na₂O/Al₂O₃モル比1.95のアルミ
ン酸ソーダ水溶液50gと７％Na₂CO₃水溶液150gの混合液
に、エチレンカーボネート3gを加え、約50℃に加熱して
急結剤を得た。

この急結剤について実施例１と同様にして試験した結果
を第５表に示す。

本実施例において、エチレンカーボネートが完全に加水
分解してNa₂Oと反応したとするとNa₂O/Al₂O₃モル比は1.
52である。

実施例４実施例１において、45％K₂CO₃水溶液の量を15〜700gに
かえて得られた急結剤についての凝結試験結果を第６表
に示す。なお、実験番号１および６は、比較例に相当す
る。

実施例５実施例１において、アルミン酸カリのモル比をかえた場
合の試験結果を第７表に示す。

実施例６ポルトランドセメント360kg、川砂1180kg、15mm以下の
砕石590kgより成る混合物と、実施例１で用いた急結剤2
0kgに水118kgを加えた混合液を乾式法でトンネルの天端
部に吹付けた結果、はね返りによるロスは10〜15％あっ
たが、硬化が遅いための崩落は全くなく、吹付後10〜15
分で十分に硬化した。

比較例３ K₂O26.1％、Al₂O₃18.9％、K₂O/Al₂O₃モル比1.49のアル
ミン酸アルカリ水溶液100gに45％K₂CO₃水溶液100g加え
た混合液に、第８表に示す有機酸またはその塩をアルミ
ン酸アルカリ水溶液添加後のK₂O/Al₂O₃モル比が1.35と
なるよう混合した液について実施例１に準じて試験し
た。そのの結果を第８表に示す。

比較例４実施例１ににおいて、45％K₂CO₃水溶液のみを使用しな
い急結剤についての凝結試験結果を第９表に示す。

（ハ）発明の効果本発明になる急結剤は、コンクリートに対する配合比率
が大幅に変動しても急結作用の低下がないので、施工に
際して供給速度の管理が楽であり、吹付けられたコンク
リートが、未硬化で崩落することが少ない。従って、工
事速度が速く、且つ材料の歩留りの向上で著るしいコス
ト低減が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミン酸アルカリ、炭酸アルカリ及びア
ルカリ性において加水分解して酸を生成する有機化合物
から成る組成物であって、前記有機化合物との反応量を
控除した後のアルミン酸アルカリ１重量部に対して、炭
酸アルカリの配合量が0.3〜５重量部であることを特徴
とするセメント急結剤。