JP4948430B2 - 耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメントおよびそれを用いた耐海水性セメントアスファルトモルタル - Google Patents
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Description
その代表例として、営業線用省力化軌道には、スラブ軌道(軌道スラブと基層間の間隙を粘弾性体でてん充した軌道)およびてん充道床軌道(バラスト道床軌道のバラスト間隙を粘弾性体でてん充した軌道)がある。
てん充する粘弾性体は、それぞれの軌道構造に適する性能をもった充填材が用いられる。それらは、いずれも営業線の短い線路閉鎖時間内でバラスト内に注入し、列車荷重に耐える強度を速く発現させるために、急硬性セメント瀝青グラウト材を使用することが提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、この急硬性セメント瀝青グラウト材に用いる急硬材は、海水中の成分と反応して過膨張となり、最終的には膨張破壊を引き起こす可能性があるため、海底トンネル等の省力化軌道に用いるには問題があった。
(1)セメント100質量部に対して、結晶質カルシウムアルミネート20〜100質量部、石膏10〜70質量部、高炉水砕スラグ微粉末5〜50質量部、およびリチウム塩0.5〜5質量部を含有してなり、石膏が半水石膏であることを特徴とする耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメントである。
(2)前記セメントの3CaO・SiO2含有量が60%以上であることを特徴とする前記(1)の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメントである。
(3)前記結晶質カルシウムアルミネートのCaO/Al2O3モル比が0.75〜2.0であることを特徴とする前記(1)又は(2)の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメントである。
(4)さらに発泡剤を含有することを特徴とする前記(1)〜(3)のうちの一項の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメントである。
(5)前記(1)〜(4)のうちの一項の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメント、凝結調整剤、細骨材、アスファルト乳剤、高分子系乳剤、消泡剤、および水を含有してなる耐海水性セメントアスファルトモルタルである。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱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、フライアッシュ、又はシリカなどを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水道汚泥焼却灰等を原料として製造された廃棄物利用セメント(エコセメント)、並びに、石灰石微粉末や高炉水砕スラグ微粉末等を混合した各種フィラーセメントなどがあり、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
本発明において、セメントは、3CaO・SiO2含有量が60%以上、70%以下のものを使用することが、CAモルタルの強度発現性の面から好ましい。
結晶質カルシウムアルミネートを得る方法としては、CaO原料とAl2O3原料等をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して製造する方法が挙げられる。
結晶質カルシウムアルミネートを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムが挙げられる。
また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミニウム粉等が挙げられる。
結晶質カルシウムアルミネートの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、9,000cm2/gを超えると流動性の保持や作業時間の確保が困難になる場合がある。
結晶質カルシウムアルミネートの結晶化率は、粉末法X線回析法によって測定でき、結晶化率30〜90%が好ましく、可使時間と急硬性のバランスから40〜70%がより好ましい。
なお、結晶化率は次式から算出することが可能である。
結晶化率(%)=(ピーク面積/全面積)×100
これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲、通常は、不純物の合計が10%以下の範囲では、特に問題とはならない。
また、本発明では、4CaO・Al2O3・Fe2O3、6CaO・2Al2O3・Fe2O3、及び6CaO・Al2O3・2Fe2O3などのカルシウムアルミノフェライト、2CaO・Fe2O3やCaO・Fe2O3などのカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2やアノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2などのカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2、及びモンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、及びランキナイト3CaO・2SiO2、ワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、カルシウムチタネートCaO・TiO2、遊離石灰、並びに、リューサイト(Na2O、K2O)・Al2O3・SiO2などを結晶質カルシウムアルミネートが含む場合がある。
結晶質カルシウムアルミネートの使用量は、セメント100部に対して、20〜100部が好ましく、40〜80部がより好ましい。20部未満では短時間強度発現性、耐海水性が悪くなる場合があり、100部を越えると凝結調整剤を用いても作業時間を確保できない場合がある。
石膏の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値で3,000〜9,000cm2/gの範囲にあり、4,000〜8,000cm2/g程度のものがより好ましい。3,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、9,000cm2/gを超えるようなものは優れた流動性が得られない場合がある。
石膏の使用量は、セメント100部に対して、10〜70部が好ましく、30〜50部がより好ましい。10部未満では強度発現性、耐海水性が悪くなる場合があり、70部を越えると膨張量が大きくなり過ぎ膨張破壊を起こす可能性がある。
本発明の高炉水砕スラグ微粉末の粒度は、特に限定されるものではないが、JISで規定されるブレーン比表面積値で4000〜8000cm2/gのものが使用できる。4000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、8000cm2/gを超えるようなものは優れた流動性が得られない場合がある。
高炉水砕スラグ微粉末の使用量は、セメント100部に対して5〜50部が好ましく、10〜30部がより好ましい。5部未満では耐海水性が悪くなる場合があり、50部を越えると優れた流動性が得られない場合がある。
リチウム塩の使用量は、セメント100部に対して0.5〜5部が好ましく、1〜3部がより好ましい。
0.5部未満では短時間強度発現性、耐海水性が悪くなる場合があり、5部を越えると凝結調整剤を用いても作業時間を確保できない場合がある。
発泡剤の使用量はその種類によって異なるが、過酸化物質の場合、セメント100部に対して、0.05〜1部が好ましく、0.1〜0.5部がより好ましい。0.05部未満ではCAモルタルがまだ固まらない状態での沈下や収縮を抑止する効果が得られない場合があり、1部を超えると発泡による膨張が過剰となり、強度の発現が低下する場合がある。
有機酸類とアルカリ炭酸塩の混合割合は、流動性と短時間強度発現性の点から、有機酸類とアルカリ炭酸塩の合計100質量部中、15〜50:85〜50(質量比)が好ましく、20〜40:80〜60(質量比)がより好ましい。
凝結調整剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、0.1〜10部が好ましく、0.5〜5部がより好ましい。0.1部未満では作業時間確保が困難となる場合があり、10部を超えると凝結遅延効果が大き過ぎ短時間強度発現性が悪くなる場合がある。
細骨材の使用量は、セメント100部に対して、50〜300部が好ましく、100〜200部がより好ましい。50部未満ではCAモルタルの体積変化が大きく、ひび割れなどが発生する場合があり、300部を超えると細骨材が沈降したり、強度発現が低下する場合がある。
本発明のアスファルト乳剤は、天然に得られる又は石油の蒸留残渣として得られる瀝青物を主成分とするアスファルトの微粒子を、水中に分散させて得られるコロイド液体のことであり、本発明では、瀝青物、例えば、針入度40/60〜200/500程度のストレートアスファルトを主材とし、これに界面活性剤と多価金属塩とを加え、さらに、必要に応じて乳化助剤、分散剤、及び保護コロイド等を適宜使用して水中に乳化させたものである。
また、本発明では、瀝青物に、ゴムや合成高分子重合体等を添加・混合して、改質した瀝青物を乳化したものを使用することも可能である。
アスファルト乳剤中の瀝青物含有量は、40〜70%が好ましく、55〜65%がより好ましい。40%未満ではCAモルタルに粘弾性を与える効果が得られない場合があり、70%を超えると強度の発現が低下する場合がある。
アスファルト乳剤の使用量は用途によって適宜選択することが可能であるが、通常、セメント100部に対して、10〜300部が好ましい。10部未満では粘弾性を与える効果が得られない場合があり、300部を超えると強度の発現が低下する場合がある。
高分子系乳剤の使用量は用途によって適宜選択することが可能であるが、通常、セメント100部に対して、5〜100部が好ましい。5部未満では脆性や耐候性等を与える効果が得られない場合があり、100部を超えると強度の発現が低下する場合がある。
消泡剤の使用量は特に限定されるものではないが、セメント100部に対して、0.05〜10部が好ましい。0.05部未満では抱き込み気泡の混入を減少させる効果が得られない場合があり、10部を超えても抱き込み気泡の混入を減少させる効果は向上せず、逆に、CAモルタルの強度発現性に悪影響をおよぼす場合がある。
カルシウム以外の金属の硫酸塩とは、アルカリ金属、カルシウム以外のアルカリ土類金属、及びアルミニウム、又は、その複塩の硫酸塩を総称するものである。これらの中ではナトリウム、カリウム、リチウム、マグネシウム、及びアルミニウムの硫酸塩が、短時間強度発現性の面から好ましく、中でも、カリウムを含有する硫酸塩が最も好ましい。その具体例としては、硫酸カリウムやミョウバン類が挙げられる。
リチウム以外のアルカリ炭酸塩とは、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウム等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、炭酸カリウムが短時間強度発現性の面から最も好ましい。
カルシウム以外の金属の硫酸塩、およびリチウム以外のアルカリ炭酸塩の使用量は、セメント100部に対して、0.5〜20部が好ましく、1〜10部がより好ましい。0.5部未満では短時間強度発現性を向上できない場合があり、20部を超えると凝結調整剤を用いても作業時間の確保が困難となる場合がある。
調製したCAモルタルは、圧送ポンプにて圧送され、通常、バラスト内に流し込むことにより注入される。
本発明のCAモルタルには、必要に応じて、市販の減水剤を使用することも可能である。
セメント:早強ポルトランドセメント、3CaO・SiO2含有量66%、電気化学工業社製
結晶質カルシウムアルミネート:CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.5%、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、結晶化率55%
石膏:半水石膏、ブレーン値6,000cm2/g、市販品
高炉水砕スラグ微粉末:ブレーン比表面積4000cm2/g、市販品
リチウム塩:炭酸リチウム、市販品
発泡剤:過炭酸ナトリウム、試薬1級
凝結調整剤:クエン酸と炭酸カリウムの質量比1:3、試薬1級
細骨材:珪砂8号、東北硅砂社製
アスファルト乳剤:B乳剤、主成分アスファルト、瀝青物含有量60%、東亜道路工業社製
高分子系乳剤:SBR系ラテックス、東亜道路工業社製
消泡剤:シリコーン系消泡剤、市販品
流動性:JSCEに準じて、J10ロート流下値
可使時間:J10ロート流下値が12秒を超え、充分な流し込みができなくなった時点
初期膨張率:CAモルタルを300mlメスシリンダーに250ml採取し、ディップスゲージを用いてメスシリンダー上面からCAモルタル表面までの深さを測定し、材齢24時間後に同様に測定して、以下計算式により膨張率を算出、表中の−は収縮側、+は膨張側を示す
(膨張率計算式)
膨張率(%)=0.000314×(採取直後の深さ−24時間後の深さ)×(メスシリンダー直径)2
圧縮強度:CAモルタルを型枠に詰めてφ5×5cmの供試体を作成し、材齢1時間、7日、28日、および6ヶ月の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定、気乾養生
人工海水養生後の圧縮強度:CAモルタルを型枠に詰めてφ5×5cmの供試体を作成し、材齢3時間後にJIS A 6205の人工海水に浸漬後、材齢28日、および6ヶ月の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定
また、石膏を、セメント100部に対して、10〜70部含有する実施例のCAモルタルは、強度発現性が十分であり、流動性に優れ、十分な作業時間を確保でき、適当な膨張量を有し、耐海水性に優れていることが分かる(実験No.1-9〜No.1-12)。さらに耐海水性を向上させるためには、石膏を、セメント100部に対して、30〜50部とすることが好ましい(実験No.1-10、No.1-11)。これに対して、石膏を含有しない比較例のCAモルタルは、石膏を含有する実施例のCAモルタルと比較して、強度発現性が悪く、特に、人工海水養生後の圧縮強度が極端に低く、耐海水性に劣るものであった(実験No.1-8)。
Claims (5)
- セメント100質量部に対して、結晶質カルシウムアルミネート20〜100質量部、石膏10〜70質量部、高炉水砕スラグ微粉末5〜50質量部、およびリチウム塩0.5〜5質量部を含有してなり、石膏が半水石膏であることを特徴とする耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメント。
- 前記セメントの3CaO・SiO2含有量が60%以上であることを特徴とする請求項1に記載の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメント。
- 前記結晶質カルシウムアルミネートのCaO/Al2O3モル比が0.75〜2.0であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメント。
- さらに発泡剤を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のうちの一項に記載の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメント。
- 請求項1〜請求項4のうちの一項に記載の耐海水性セメントアスファルトモルタル用急硬性セメント、凝結調整剤、細骨材、アスファルト乳剤、高分子系乳剤、消泡剤、および水を含有してなる耐海水性セメントアスファルトモルタル。
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