JP3618117B2 - 静的破砕材 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用される岩石又はコンクリートの静的破砕材に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】
従来から、岩石又はコンクリートなどの脆性物体を爆発や機械的な衝撃を与えずに破砕する、いわゆる静的破砕方法として、岩石又はコンクリートにあらかじめ孔をあけておき、この孔の中に膨張性スラリーを充填し、その膨張力により破砕する方法が種々提案されている。
例えば、生石灰は水和の際の膨張力が大きいので、これを破砕材として使用することが試みられている。
【0003】
しかしながら、生石灰単独では、水和速度が非常に速く、水と練混ぜると直ちに水和膨張し、流動性が急激に低下して孔への注入が困難となり、注入できたとしても、急激な発熱反応のため孔の上部より吹き出してしまう、いわゆる鉄砲現象により十分な破砕効果が得られなかった。
鉄砲現象がどのようにして起こるかは定かではないが、急激な発熱反応により生じる水和熱が120℃程度にもなることから、水蒸気爆発がおきているものと推察される。
【0004】
生石灰を利用した静的破砕材として、生石灰の結晶をエーライトの結晶に包含した鉱物粉末に減水剤を添加したものや硬焼生石灰粉末に水硬性物質と混和剤を添加したものを、水で練りペーストとし、これを岩石又はコンクリートの孔中に注入する方法が提案されている(特開昭55−142894号公報、特開昭56−67059号公報)。
【0005】
しかしながら、これらの方法では、特に、10℃以下の低温になると、生石灰の水和反応性が低下し、破砕に2〜3日を要することもしばしばであり、5℃以下になると破砕に1週間以上もかかるという課題があった。
【0006】
本発明者は、これらの課題を解消すべく種々検討を重ねた結果、特定の静的破砕材を使用することにより、高性能の破砕能力を有し、低温時においても半日程度で岩石又はコンクリートが破砕可能であることを知見し本発明を完成するに至った。
【0007】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、CaO原料、Al2O3原料、及びCaSO4原料を含む混合物を熱処理して生成する膨張物質であって、CaO、Al2O3、及びCaSO4を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、CaO/Al2O3モル比が7.5〜18で、CaSO4/Al2O3モル比が1.6〜4である膨張物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材であり、該膨張物質と、水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材である。
【0008】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0009】
本発明で使用する膨張物質の原料は、純度やコストにより、任意に選択されうるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、CaO原料としては、石灰石や消石灰などのCaCO3質やCa(OH)2質などが、また、Al2O3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰などが、さらに、CaSO4原料としては、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウ等が挙げられる。
原料中に存在するSiO2、Fe2O3、CaF2、MgO、及びTiO2等の不純物の混入は、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲内では特に限定されるものではない。
【0010】
本発明における各種原料の配合割合は、生成物である膨張物質の化学組成として、CaO/Al2O3モル比が7.5〜18で、CaSO4/Al2O3モル比が1.6〜4となるようにすることが必要であり、CaO/Al2O3モル比が8〜12が好ましく、CaSO4/Al2O3モル比が2〜3が好ましい。CaO/Al2O3モル比やCaSO4/Al2O3モル比が前記範囲外では、十分な破砕効果が得られない場合がある。
【0011】
本発明では、原料の混合物の配合比や不純物の含有量によりセッコウの脱硫酸分解温度が大きく変化するため、焼成時の焼成温度は特に限定されるものではないが、通常、焼成温度は1,100〜1,600℃程度が好ましい。
原料の混合方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が可能である。
膨張物質を製造する熱処理方法としては特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルンによる焼成や電炉による溶融などのいずれの方法も可能である。
【0012】
膨張物質の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で1,500〜5,000cm2/gが好ましい。1,500cm2/g未満では破砕時間が遅延するおそれがあり、5,000cm2/gを越えると十分な流動性や作業性が得られない場合がある。
【0013】
本発明において、膨張物質に水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質を併用することは、鉄砲現象の抑制や破砕効果を高める面から好ましい。
【0014】
ここで、水硬性物質とは、セメントや急硬材など、水と反応して硬化するものである。
【0015】
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アルミナセメント等が挙げられる。
【0016】
急硬材としては、例えば、CaOをC、Al2O3をAとすると、CA、C12A7、C2A、C3A、C11A7・CaF2、及びC3A3・CaSO4等と記載される結晶質あるいは非晶質のカルシウムアルミネート類、これらカルシウムアルミネート類に無水セッコウ等の無機硫酸塩を配合したセメント急硬材、並びに、セメントにセメント急硬材を添加した急硬性セメント等が挙げられる。
【0017】
また、潜在水硬性物質としては、高炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカフラワー等が挙げられる。
【0018】
さらに、水硬性物質と潜在水硬性物質の混合物として、ポルトランドセメントにスラグ等を混合した各種混合セメントが使用可能である。
【0019】
本発明では、これらの水硬性物質や潜在水硬性物質のうちの一種又は二種以上の使用が可能であるが、急硬材を使用することが本発明の効果が大きいことから好ましい。
【0020】
水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で2,000〜6,000cm2/gが好ましい。水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質の粒度がこの範囲にないと十分な破砕効果が得られない場合がある。
膨張物質と水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質を併用する場合の膨張物質の使用量は、膨張物質と水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質からなる結合材100重量部に対して、90〜95重量部が破砕効果が大となるので好ましい。
【0021】
本発明で使用する凝結調整剤とは、凝結遅延剤又は凝結促進剤を総称するものであり、とくに限定されるものではなく、例えば、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルミン酸アルカリ金属塩、硫酸アルミニウム、クエン酸や酒石酸などの有機酸又はその塩、デキストリン、糖類、並びに、ホウ酸等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。
凝結調整剤の使用量は、膨張物質からなる結合材、あるいは、膨張物質と水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質からなる結合材100重量部に対して、2重量部以下が好ましく、0.05〜1重量部がより好ましい。2重量部を超えて使用すると、破砕材の水和反応が極端に遅延あるいは促進され、十分な破砕効果が得られない場合がある。
【0022】
本発明で使用する減水剤とは、セメントを使用した混練物の水・セメント比を低減し、その硬化体の強度や耐久性を増大させるものであり、本発明では、流動性や破砕効果を高める膨張力の増大を目的として使用されるもので、特に限定されるものではなく、減水剤、高性能減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、及び流動化剤等が使用可能である。
大別して、ナフタリン系、メラミン系、ポリカルボン酸系、及びアミノスルホン酸系等に分類される。
その代表例としては、ナフタリン系として、花王社製商品名「マイティ2000WH」等や電気化学工業社製商品名「デンカFT−500」や「デンカFT−80」などが挙げられ、メラミン系として、昭和電工社製商品名「メルメントF−10」や日本シーカ社製商品名「シーカメント100H」等が挙げられ、ポリカルボン酸系として、デンカグレース社製商品名「ダレックススーパー100PH」や「ダレックススーパー200」、及びNMB社製商品名「レオビルドSP−8S」等が挙げられ、アミノスルホン酸系として、藤沢薬品工業社製商品名「パリックFP−100U」等が挙げられる。
その他、日本ゼオン社、神戸材料社、日本製紙社、竹本油脂社、福井化学工業社、及び第一工業製薬社等各社より同様の減水剤が市販されている。
また、最近では、これら減水剤を粉末化したものが製品化されており、例えば、花王社製商品名「マイティ100」、日本製紙社製商品名「バニレックス」、日本シーカ社製商品名「シーカメントFFパウダー」、及びボクスイブラウン社製「ウルトラジン」等が挙げられ、本発明ではこれら粉末状減水剤を使用することが施工作業簡素化の面から好ましい。
これらの減水剤の使用量は、メーカーの指定の範囲で十分であり特に限定されるものではなく、結合材100重量部に対して、ナフタリン系やメラミン系の減水剤は0.1〜4重量部が好ましく、ポリカルボン酸系やアミノスルホン酸系の減水剤は0.1〜3重量部が好ましい。
【0023】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものでなく、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、V型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等の使用が可能である。
【0024】
本発明では、さらに、必要に応じて、砂や砂利などの骨材、及び炭酸カルシウム等の無機粉末等を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【0025】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【0026】
実施例1
CaO原料として石灰石粉を、また、Al2O3原料としてアルミ残灰を、さらに、CaSO4原料として天然無水セッコウを使用し、その混合物を最高焼成温度1,400℃で、ロータリーキルンを用いて焼成し、得られたクリンカーを粉砕し、ブレーン値で3,000±200cm2/gに調整して膨張物質を得た。
表1に示す膨張物質100重量部、凝結調整剤0.1重量部、減水剤0.5重量部、及び水30重量部を配合し混練したスラリーを、60×60×60cmの無筋コンクリート硬化体のφ3.8×深さ57cmの孔中に混練から20分後に注入し、5℃における破砕時間を測定した。その結果を表1に併記する。
なお、膨張物質の組成は、JIS R 5202に従って、CaO、Al2O3、及びSO3量を分析し、さらにSO3量をCaSO4に換算して求めた。
また、比較のため市販の静的破砕材を使用して同様に行った。結果を表1に併記する。
【0027】
<使用材料>
CaO原料 :電気化学工業社青海鉱山産石灰石粉末、ブレーン値4,230cm2/g
Al2O3原料 :アルミ残灰、日本海水化工社製
CaSO4原料 :天然無水セッコウ、ブレーン値5,830cm2/g
凝結調整剤:グルコン酸ナトリウム、試薬1級
減水剤 :花王社製商品名「マイティ100」、主成分ナフタリン系
水 :水道水
市販静的破砕材:小野田セメント社製商品名「ブライスター」主成分生石灰系
【0028】
<測定方法>
破砕時間 :コンクリートが破損しはじめてから、破砕完了までの時間
【0029】
【表1】
【0030】
実施例2
CaO/Al2O3/CaSO4のモル比が10/1/2.5の膨張物質100重量部に対して、表2に示すように、凝結調整剤の量を変化したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
【0031】
【表2】
【0032】
実施例3
表3に示すように、膨張物質100重量部に対する減水剤の量を変化したこと以外は実施例2と同様に行った。結果を表3に併記する。
【0033】
【表3】
【0034】
実施例4
CaO/Al2O3/CaSO4のモル比が10/1/2.5の膨張物質を使用し、結合材100重量部に対する、水硬性物質の使用量を表4に示すように変化したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表4に併記する。
【0035】
<使用材料>
水硬性物質:電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
【0036】
【表4】
【0037】
実施例5
水硬性物質の代わりに潜在水硬性物質を使用したこと以外は実施例4と同様に行った。結果を表5に示す。
【0038】
<使用材料>
潜在水硬性物質:新日鐡社製高炉スラグ
【0039】
【表5】
【0040】
実施例6
水硬性物質の代わりに高炉セメントを使用したこと以外は実施例4と同様に行った。結果を表6に示す。
【0041】
<使用材料>
高炉セメント:電気化学工業社製高炉セメントB種
【0042】
【表6】
【0043】
実施例7
水硬性物質として急硬材を使用したこと以外は実施例4と同様に行った。結果を表7に示す。
【0044】
<使用材料>
急硬材 :非晶質カルシウムアルミネート、試薬1級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムのモル比が10:8の混合物を1,650℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕、CaO含有量41重量%、ブレーン値3,410cm2/g
【0045】
【表7】
【0046】
【発明の効果】
本発明の静的破砕材を使用することにより、高性能の破砕能力を有し、低温時においても半日程度で岩石又はコンクリートが破砕可能である。
Claims (2)
- CaO原料、Al2O3原料、及びCaSO4原料を含む混合物を熱処理して生成する膨張物質であって、CaO、Al2O3、及びCaSO4を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、CaO/Al2O3モル比が7.5〜18で、CaSO4/Al2O3モル比が1.6〜4である膨張物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材。
- CaO原料、Al2O3原料、及びCaSO4原料を含む混合物を熱処理して生成する膨張物質であって、CaO、Al2O3、及びCaSO4を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、CaO/Al2O3モル比が7.5〜18で、CaSO4/Al2O3モル比が1.6〜4である膨張物質と、水硬性物質及び/又は潜在水硬性物質と、凝結調整剤と、減水剤とを含有してなる静的破砕材。
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