JP5735386B2 - セメント組成物およびそれを用いた注入材の製造方法 - Google Patents
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Description
裏込め注入工法は、この空洞部へ注入材を充填し、トンネルの安定化を図るもので、ここで使用される注入材を裏込め材という。
しかしながら、これらのセメント組成物を使用して、高い強度を得ようとすると、流動性がなくなり、施工が困難であった。
しかしながら、特許文献4には、一般に分散剤として公知のリグニンスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、メラミンスルホンサン塩、及びポリカルボン酸塩の中で、単独使用のものより、また、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩以外の組み合わせよりも、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩併用系が、セメントと水を混合した混合物の流動性が得られると共に、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水を混合した混合物と混合した後の増粘効果が大きいことについては記載されていない。
本発明者は、前記課題を解決すべく、種々努力を重ねた結果、特定の材料を組み合わせることにより、急激に粘度上昇し、水が存在する所でも材料分離することなく施工ができ、硬化後の強度発現性に優れ、優れた地山補強効果のある注入材が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
(1)セメント、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩からなる分散剤、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有することを特徴とするセメント組成物である。
(2)前記分散剤のリグニンスルホン酸塩/アルキルアリルスルホン酸塩の配合割合が、30〜60質量部/40〜70質量部であることを特徴とする前記(1)のセメント組成物である。
(3)前記分散剤が、セメント100質量部に対して、固形分換算で0.1〜2質量部であることを特徴とする前記(1)又は(2)のセメント組成物である。
(4)前記アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、セメント100質量部に対して、固形分換算で0.01〜1質量部であることを特徴とする前記(1)〜(3)のうちのいずれかのセメント組成物である。
(5)さらに、硬化促進剤を含有することを特徴とする前記(1)〜(4)のうちのいずれかのセメント組成物である。
(6)前記硬化促進剤が、セメント100質量部に対して、1〜30質量部であることを特徴とする前記(1)〜(5)のうちのいずれかのセメント組成物である。
(7)前記(1)〜(6)のうちのいずれかのセメント組成物と水とを含有することを特徴とする注入材である。
(8)セメント、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩からなる分散剤、及び水を混合した混合物をA液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを混合した混合物をB液とし、使用直前に前記A液とB液とを混合することを特徴とする注入材の製造方法である。
(9)セメント、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩からなる分散剤、及び水を含有した混合物をA液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを混合した混合物をB液とし、硬化促進剤と水とを混合した混合物をC液とし、使用直前に前記A液、B液、及びC液を混合することを特徴とする注入材の製造方法である。
なお、本発明における部や%は、特に断らない限り質量規準で示す。
より高強度を得るには、セメントに対する水量を少なくするほど高強度が得られるが、水量が少なくなると流動性が無くなり、練り混ぜ性やポンプ圧送性が悪くなる。
そこで、セメントと水とを混合した後の流動性が肝要である。水量を多くすれば流動性がよくなるが、単に水量を多くすると高強度が得られないばかりか、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを混合した混合物であるB液と混合した後の流動性が無くならず、水中分離抵抗性がでない。
リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩の混合方法は特に限定されるものではなく同時でも別々でも良い。
本発明では、これら、分散剤単独使用、又は、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩以外の組み合わせでは効果がないが、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩を併用して初めて、A液の流動性を得た後、B液と混合した後の流動性を無くすることができるという効果を奏するものである。塩としては、ナトリウムやカリウムが挙げられる。
なお、リグニンスルホン酸塩がこの範囲より多くなるとA液の流動性が得られにくくなり、この範囲より少なくなるとB液と混合した後の流動性がなくならない。
このような混合物としては電気化学工業社製商品名「FT−80」があるのでそれを用いることができる。
アクリル酸エステルとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、及びグリシジルアクリレートなどが挙げられ、メタクリル酸エステルとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びグリシジルメタクリレートなどが挙げられる。
これらの中では、反応活性の面で、非晶質のアルミン酸カルシウムが好ましく、12CaO・7Al2O3組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のアルミン酸カルシウムがより好ましい。
アルミン酸塩の粒度は、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000cm2/g以上が好ましい。3,000cm2/g未満では初期強度発現性が低下する場合がある。
硫酸カルシウムとしては、無水石膏、半水石膏、又は二水石膏等が挙げられ、これらの中では、強度発現性の面で、無水石膏が好ましい。
硫酸塩の粒度は、ブレーン値で3,000cm2/g以上が好ましい。3,000cm2/g未満では強度発現性が低下する場合がある。
例えば、セメントと分散剤と水とを混合した混合物をA液とし、本エマルジョンと水とを混合した混合物をB液とし、使用直前に、このA液とB液を混合することにより、また、強度が必要な場合は、必要に応じてセメントと分散剤と水とを混合した混合物をA液とし、本エマルジョンと水とを混合した混合物をB液とし、硬化促進剤と水とを混合した混合物をC液とし、使用直前に、このA液、B液、及びC液を混合することにより粘度を急激に上昇させる方法が好ましい。
合流混合の方法としては、Y字管等の混合管を使用して合流させた後、スパイラル状のミキサーをセットして混合する方法がある。
セメントと、表1に示す各種分散剤と水とをミキサーで混練してA液を調製した。
次に、表1に示すエマルジョンと水を混合してB液を調製した。
セメント100部に対して、本エマルジョンが固形分換算で0.05部になるように、A液とB液とをミキサーに投入し、5秒間混練し、注入材を調製した。
調製した注入材のフロー値、水中不分離性、及び圧縮強度を測定した。結果を表1に併記する。
セメント :普通ポルトランドセメント、市販品
分散剤a :リグニンスルホン酸ナトリウム、市販品
分散剤b :ナフタレンスルホン酸ナトリウム、市販品
分散剤c :メラミンスルホン酸ナトリウム、市販品
分散剤d :ポリカルボン酸ナトリウム、市販品
エマルジョン:固形分濃度30%、エチルアクリレート:メタクリル酸=45:55のエチルアクリレート/メタクリル酸共重合ポリマーエマルジョン
フロー値 :内径80mm、高さ80mmのシリンダーに混合物を入れ、シリンダーを引き抜いた後の広がりを2分後に測定。
水中不分離性:調製した注入材を入れた、内径80mm、高さ80mmのシリンダーを、45リットルの水槽に投入し、シリンダーを引き抜いた後の、水の濁り具合を観察した。
圧縮強度 :JIS R 5201に準じて28日強度測定
セメントと、セメント100部に対して、表2に示す割合の分散剤aと分散剤bの混合物1部、及び水43部をミキサーで混練してA液を調製したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
セメントと、セメント100部に対して、表3に示す、分散剤aと分散剤bの等量混合物と、水とをミキサーで混練してA液を調製したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表3に併記する。
セメントと、セメント100部に対して、分散剤aと分散剤bの等量混合物1部と、水43部とをミキサーで混練してA液を調製し、エマルジョン2部と水98部を混合してB液を調製し、本エマルジョンが固形分換算で、セメント100部に対して、表4に示す量となるようA液とB液を混合したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表4に併記する。
セメントと、セメント100部に対して、分散剤aと分散剤bの等量混合物1部、及び水43部とをミキサーで混練してA液を、次に、エマルジョン2部と水98部を混合してB液を、そして、硬化促進剤と水を混合してC液を調製した。
セメント100部に対して、本エマルジョンが固形分換算で0.05部で、硬化促進剤が表5に示す量となるように、A液、B液、及びC液をミキサーに続けて投入して、混合したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表5に併記する。
硬化促進剤:アルミン酸塩(アルミン酸カルシウム、12CaO・7Al2O3組成に対応する熱処理物を急冷したもの、非晶質、ブレーン値6,000cm2/g)100部と、硫酸塩(無水石膏、ブレーン値5,400cm2/g)100部からなる混合物
Claims (9)
- セメント、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩からなる分散剤、及びアルカリ増粘型ポリマーエマルジョンを含有することを特徴とするセメント組成物。
- 前記分散剤のリグニンスルホン酸塩/アルキルアリルスルホン酸塩の配合割合が、30〜60質量部/40〜70質量部であることを特徴とする請求項1に記載のセメント組成物。
- 前記分散剤が、セメント100質量部に対して、固形分換算で0.1〜2質量部であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセメント組成物。
- 前記アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンが、セメント100質量部に対して、固形分換算で0.01〜1質量部であることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項に記載のセメント組成物。
- さらに、硬化促進剤を含有することを特徴とする請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項に記載のセメント組成物。
- 前記硬化促進剤が、セメント100質量部に対して、1〜30質量部であることを特徴とする請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載のセメント組成物。
- 前記請求項1〜請求項6のうちのいずれか1項に記載のセメント組成物と水を含有することを特徴とする注入材。
- セメント、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩からなる分散剤、及び水を混合した混合物をA液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水と混合した混合物をB液とし、使用直前に前記A液とB液とを混合することを特徴とする注入材の製造方法。
- セメント、リグニンスルホン酸塩とアルキルアリルスルホン酸塩からなる分散剤、及び水を混合した混合物をA液とし、アルカリ増粘型ポリマーエマルジョンと水とを混合した混合物をB液とし、硬化促進剤と水とを混合した混合物をC液とし、使用直前に前記A液、B液、及びC液を混合することを特徴とする注入材の製造方法。
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