JP4837161B2

JP4837161B2 - Cement quick setting agent, cement composition, and spray material using the same

Info

Publication number: JP4837161B2
Application number: JP2000132232A
Authority: JP
Inventors: 幸男笹川; 和人串橋; 弘大野
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP2001316150A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント急結剤、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け材料に関する。
本発明のセメント急結剤、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け材料は、乾式吹付け工法や湿式吹付け工法などの汎用の吹付け工法や、セメント急結剤をスラリー化して吹付ける吹付け工法などで施工可能であり、吹付け直後の急結性や急硬性が要求される道路、鉄道、及び導水路等のトンネル工事、石油備蓄タンクや発電所などの地下構造物などの建設工事、並びに、コンクリート構造物の吹付け補修工事や補強工事などをはじめとする土木建築分野に広く使用できる。
なお、本発明でいう部や％は特に規定がない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、(1) アルカリ金属アルミン酸塩を含有したセメント急結剤、(2) アルカリ金属アルミン酸塩と炭酸塩とを含有した二成分系のセメント急結剤、並びに、(3) アルカリ金属アルミン酸塩、カルシウムアルミネート、及び炭酸塩を含有した三成分系のセメント急結剤が提案されている（(1)特開昭61−247648号公報や特開平01−294554号公報など、(2)特公昭56−27457号公報、特公昭62−4149号公報、及び特公平07−25577号公報等）。
これらのセメント急結剤は、法面、トンネル掘削面、及び切羽等に吹付け施工され、吹付け面の崩落を防止するとともに、支保構造物や、丘陵や法面などの表面保護工等として機能し、コンクリート構造の補修や補強などにも広く使用されている。
アルカリ金属アルミン酸塩はセメント鉱物の初期水和を促進し、著しく早い急結特性を付与する一方で、長期強度増進を妨害するという課題があり、その課題解決のため、カルシウムアルミネートと、石膏等の硫酸塩とを混合したセメント急結剤が開発されている。
しかしながら、このセメント急結剤は、初期の凝結遅延が激しく、一時的に初期の水和を停止する場合がある。
特に、大規模地下構造物、偏平トンネル、及び大断面トンネルの建設等においては、吹付けコンクリートに高強度が要求されるため、強度低下を生じやすいアルカリ金属アルミン酸塩を多量に混入したセメント急結剤の使用は敬遠される方向にあった。
【０００３】
また、トンネル坑内等の閉所でアルカリ性の強いセメント急結剤を使用した場合、作業環境が悪化し、取り扱いを間違えば失明等の災害にも繋がる可能性があるため、硫酸塩を主体とし、アルカリ金属アルミン酸塩を使用しない低アルカリのセメント急結剤が開発されている。
しかしながら、この低アルカリのセメント急結剤は、凝結力が弱く、トンネル等の地山状況によっては使用できない場合があるなどの課題があった。
【０００４】
そして、従来のセメント急結剤を用いて、吹付けモルタルや吹付けコンクリートを施工した場合、長期強度が低下したり、セメントに対するセメント急結剤の添加量が少ないと初期凝結が不足したり、吹付け面が崩落する場合があるという課題もあった。
【０００５】
さらに、アルカリ金属アルミン酸塩を含有しないセメント急結剤は、初期凝結と強度発現性が悪く、作業に危険が伴ったり、吹付け厚さが増大したりして施工コストが増大するという課題があった。
【０００６】
本発明のセメント急結剤は、これら課題を解決すべくなされたものであって、アルカリ金属アルミン酸塩の課題である多量添加時の強度低下と少量添加時の凝結不足を解消する目的でなされたセメント急結剤である。
特に、設計基準強度が36N/mm²を越える高強度吹付けコンクリートや、耐久性が要求されるシングルシェルトンネルの覆工ライニングなどの施工に使用した際、優れた急結力と長期強度が得られるものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）カルシウムアルミネート、（２）硫酸塩、及び、（３）アルカリ金属アルミン酸塩100部中、CO₂換算で0.01〜30部の炭酸成分を含有してなり、Ｒ₂O／Al₂O₃モル比（Ｒはアルカリ金属）が0.9〜1.5であるアルカリ金属アルミン酸塩を配合してなり、（１）カルシウムアルミネート30〜70部、（２）硫酸塩70〜30部からなる混合物100部に対し、（３）アルカリ金属アルミン酸塩１〜30部を配合してなるセメント急結剤であり、該セメント急結剤と混和材料とを含有してなるセメント急結剤組成物であり、混和材料が粉塵低減剤、高性能減水剤、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ及びシリカフュームからなる群のうちの１種又は２種以上である該セメント急結剤組成物であり、セメントと該セメント急結剤、又は該セメント急結剤組成物とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物と骨材とを含有してなる吹付け材料であり、細骨材率が55〜80％である該吹付け材料であり、吹付けモルタル又はコンクリートと該セメント急結剤を混合し、吹付けてなる吹付け工法であり、吹付けモルタル又はコンクリートと該セメント急結剤組成物を混合し、吹付けてなる吹付け工法であり、吹付けモルタル又はコンクリートの圧送量が４〜20m³/hであり、吹付け圧力が２〜７ＭＰａであり、混合管から吹付けノズル先端までの長さが１〜４ｍである該吹付け工法である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、カルシア原料とアルミナ原料などを混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融などの熱処理をして得られる、CaOとAl₂O₃を主たる成分とする水和活性を有する物質の総称であり、CaO及び／又はAl₂O₃の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、CaOとAl₂O₃を主たる成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。
鉱物形態としては、結晶質、非晶質のいずれであっても使用可能である。そのうち、12CaO・7A₂O₃に相当する非晶質のカルシウムアルミネートが特に好ましく、電気炉で溶融したカルシウムアルミネートのクリンカーを圧縮空気や水に接触させ、急冷することで得られる。
カルシウムアルミネートの粒度は、ブレーン法による比表面積（以下、ブレーン値という）で3,000cm²/g以上が好ましく、5,000cm²/g以上がより好ましい。カルシウムアルミネートの粒度が粗いと、即ち、比表面積が3,000cm²/g未満と小さいと、セメント急結剤としての反応性が低下し、初期強度発現性も低下する場合がある。
カルシウムアルミネートに含まれる酸化ケイ素、酸化チタン、及び酸化鉄等のCaOやAl₂O₃を除く不純物は少ない方が好ましく、特に、酸化マグネシウムや酸化鉄は、そのセメント硬化体に膨張性等の有害特性を与えるため、各々３％以下にすることが好ましい。また、酸化ケイ素、酸化チタン、及び酸化鉄の合計量が10％以下のものが好ましい。不純物が多くなるとカルシウムアルミネートの水和活性が低下する場合がある。
【００１０】
本発明で使用する硫酸塩とは、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、及び硫酸アルミニウム等であって、そのうち、アルカリ土類金属硫酸塩である硫酸カルシウムが最も好ましい。
代表的な硫酸カルシウムは石膏であり、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中でセメントやカルシウムアルミネートとの反応性から無水石膏が最も好ましく、弗酸副生無水石膏や天然無水石膏などが使用可能である。
硫酸塩の粒度は、ブレーン値で3,000cm²/g以上が好ましく、5,000cm²/g以上がより好ましい。粒度がより細かい方がセメント急結剤としての凝結特性に優れ、セメント硬化体の強度発現性が優れるため好ましい。硫酸塩の粒度が粗いと、特に低温施工時の急結力が低下する場合がある。
石膏を用いる場合は、石膏の結晶形態や粒度のほか、石膏を水溶液に浸積した際のｐＨが重要であって、ｐＨ８以下の弱アルカリ性から酸性のものが好ましい。ｐＨが高いと石膏成分の溶解度が高くなり、初期の強度発現性を阻害する場合があり、ｐＨ３〜７のものがより好ましい。ｐＨが高いと石膏成分の溶解度が高くなり、初期の強度発現性を阻害する場合がある。
ここでいうｐＨとは石膏／イオン交換水＝１g／100gの20℃における希釈スラリーのｐＨをイオン交換電極等を用いて測定したものである。
【００１１】
本発明で使用する炭酸成分を含有してなるアルカリ金属アルミン酸塩（以下、本アルミン酸塩という）とは、炭酸成分を含有したアルミン酸ナトリウム等のアルカリ金属アルミン酸塩であり、従来のアルミン酸塩に炭酸ナトリウム等の炭酸化合物を混合したものに比べて、セメント急結剤としての急結性、強度発現性、及び貯蔵に伴う品質保持特性が優れたものである。
【００１２】
ここで、アルカリ金属アルミン酸塩（以下、アルミン酸塩類という）とは、例えば、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、水酸化カリウム、又は水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液と、水酸化アルミニウム、ボーキサイト、又はアルミ残灰等のアルミナ原料などを混合してスラリー化し、100℃以上の温度で溶解して反応させたり、アルカリ金属水酸化物とアルミナ原料とを混合溶解して反応させて得られるものである。
具体的には、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチウム等が挙げられ、セメントの凝結促進の面からナトリウム塩又はカリウム塩が好ましく、ナトリウム塩が生産性の面からより好ましい。
アルミン酸塩類のＲ₂O／Al₂O₃モル比（Ｒはアルカリ金属）は重要であって、0.9〜1.5が好ましく、1.0〜1.25が急結力の面でより好ましい。0.9未満では急結性が劣る場合があり、1.5を越えると貯蔵時の潮解性が強くなり、セメント急結剤としての性能が劣化する場合がある。
【００１３】
本アルミン酸塩は、アルミナ原料とアルカリ金属水酸化物とを混合し、100℃以上の温度で溶解して反応させたり、これら原料を混合溶解して反応させて得られるアルミン酸塩類製造時において、これら原料の混合、溶解、及び反応過程で二酸化炭素（炭酸ガス）を積極的に供給し、アルミン酸塩類に炭酸成分を含有させたものである。
ここで、炭酸成分としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、及び炭酸水素カリウム等が挙げられる。
アルミン酸塩類に炭酸成分を含有させる方法としては、例えば、アルミン酸塩類の製造工程及び／又は製造した後工程で、アルミン酸塩類の原料、中間生成物及び／又は最終生成物に炭酸ガスを接触したり、それらを炭酸ガス雰囲気中で処理する方法などが挙げられる。
炭酸ガスとして燃焼ガスからの副生炭酸ガスを利用する際は、反応により結合水の脱水を伴う場合があり、アルミン酸塩類の粒度、雰囲気温度、及び接触時間等を細かく調節することが好ましい。
本アルミン酸塩中の炭酸成分の量は、本アルミン酸塩100部中、CO₂換算で0.01〜30部が好ましく、0.5〜20部がより好ましく、１〜10部が最も好ましい。0.01部未満では初期凝結の改善が見られない場合があり、30部を越えると初期凝結と強度発現性が遅れる場合がある。
本アルミン酸塩中の炭酸成分の含有割合は炭酸ガスの濃度や接触時間を変えることで調整可能である。
炭酸成分の量は、化学分析の他、粉末Ｘ線回折やガスクロマトグラフなどの機器分析、並びに、ＤＳＣやＤＴＡなどの熱分析等によって定量可能である。
本アルミン酸塩の平均粒度は、カルシウムアルミネートや硫酸塩の平均粒度と同等か、細かい方が急結力に優れるため好ましく、300μｍ以下が好ましく、150μｍ以下がより好ましく、40〜100μｍが最も好ましい。アルミン酸塩の粒度が粗いと所定の急結力を得るためのセメント急結剤の添加量を多くせざるを得ず、結果としてセメント硬化体の強度が低下する場合がある。
【００１４】
本発明において、カルシウムアルミネートや硫酸塩はセメントの初期凝結を助長する一方、強度増進にも大きく寄与し、セメント硬化体強度を大きくする機能を有し、本アルミン酸塩は、セメントの初期凝結を促進し、吹付け時の急結力を大きくする機能を有している。このため、これら材料の成分組成、鉱物組成、及び粒径等の特性のほか、配合割合が重要である。
【００１５】
カルシウムアルミネート、硫酸塩、及び本アルミン酸塩の配合割合は、カルシウムアルミネート30〜70部、硫酸塩70〜30部からなる混合物100部に対し、本アルミン酸塩１〜30部が好ましく、カルシウムアルミネート40〜60部、硫酸塩60〜40部からなる混合物100部に対し、アルミン酸塩３〜15部がより好ましい。各材料の配合割合がこの範囲外では、凝結性状や初期の強度発現性が低下する場合がある。
【００１６】
本発明では、セメント急結剤、さらに、必要に応じて生石灰、消石灰、及びアルカリ金属炭酸塩等を適量配合することが可能である。これらを配合することで低温施工時の急結性アップやトンネル湧水部への吹付け施工などがはかれる。
【００１７】
本発明のセメント急結剤はあらかじめ粉砕した材料を計量、混合して製造でき、ペレット状や塊状の材料を計量、配合した後、所定の粒度になるように混合粉砕して製造することも可能である。
【００１８】
本発明で使用する水は、通常、モルタルやコンクリートに使用される混練り水であって、セメントやセメント急結剤の水和に必要なものである。
水の品質は、JIS A 5308や土木学会JSCE-B-101などに規定されている練混ぜ水の品質を満たしたものであれば良く、レディーミクスコンクリート工場等の回収水やスラッジ水もJIS A 5308に準じて使用可能である。
水の使用量は施工に必要なコンシステンシーが得られる範囲であることが必要であり、施工機械や骨材の種類に応じて試験練りを行って決めることが好ましい。回収水やスラッジ水を使用する際はあらかじめ事前試験を行って、モルタルやコンクリートの品質を確認することが重要である。
【００１９】
本発明で使用するセメントは、JIS R 5201に規定されているポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、及びフライアッシュセメントの他、白色ポルトランドセメントやアルミナセメント等の水硬性セメントが使用できる。特に吹付けモルタルや吹付けコンクリートにおいてはポルトランドセメントを使用するのが汎用的で、アルカリ骨材反応が予測されるものにおいては低アルカリ形のセメントや高炉セメントを使用することが好ましい。
コンクリートにおけるセメントの単位量は、200〜600kg/m³程度であり、吹付けコンクリートにおいては300〜500kg/m³程度が一般的である。セメント使用量が多くなると単位水量も多くなる傾向にあり、経済性を考慮し、施工に必要な最低限の単位セメント量を使用することが好ましい。
【００２０】
セメント急結剤の使用量は、セメント100部に対し、所用の急結力が得られる範囲であることが必要で、通常、４〜20部が好ましく、６〜12部が急結力とセメント硬化体の強度発現性の面からより好ましい。セメント急結剤の添加量が多くなるとセメント硬化体の長期強度発現性が阻害される場合がある。
【００２１】
本発明で使用する骨材は、細骨材や粗骨材であって、モルタルには細骨材を使用し、コンクリートには細骨材と粗骨材を併用するものである。
モルタルにおけるセメントと砂の質量比は１：0.5〜５程度である。
本発明の吹付け材料に使用する骨材の品質は、施工後、アルカリ骨材反応などにより、コンクリート表面付近で内部に膨張圧が生じ、表面部分が飛び出すように剥離する、いわゆるポップアウトや、ひび割れの原因となる有害鉱物を含有しておらず、実績率の大きい耐久性に優れた品質のものが好ましい。
軽量骨材や高炉スラグ骨材を使用する場合は、混練り前にあらかじめプレウェティングするなどの対策が必要である。
また、骨材の粒度は、粗粒率や篩い分け試験によって管理することが重要である。通常、細骨材の場合、５mm下品を使用し、微粒分を多く含まないものが好ましい。0.15mm以下程度の微粒分が多すぎると混練り後の流動性保持がなくなったり、施工機械での圧送性が低下したりする場合がある。
粗骨材は吹付けコンクリートとしての施工性を加味し、５〜15mmのものが使用される。吹付けコンクリートにおいては、細骨材率（ｓ／ａ）は55〜80％程度が吹付け時の跳ね返りが少なく好ましい。最大粗骨材寸法が15mmを越えると、また、細骨材率が小さいと、コンクリート輸送配管内で詰まったり、吹付け時に脈動したりして施工性が悪くなり、跳ね返りも大きくなる場合がある。本発明においては経済性などを加味し、調達可能な骨材を使用して事前試験によりモルタルやコンクリートの配合を決めることが重要である。
【００２２】
さらに本発明では、粉塵低減剤、各種化学混和剤、及び混和材を混和材料として使用することが可能である。
【００２３】
本発明で使用する粉塵低減剤は、モルタルやコンクリートに粘性を付与し、吹付け時の粉塵低減効果を有し、付着時のダレやリバウンドを減じる効果を有するものである。具体的には、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロース等のセルロース類、アルギン酸又はその塩、ビニル重合体、アクリル酸類、メタクリル酸類、ビニルアルコール類、酢酸ビニル類、グルカン類等、並びに、エマルジョン類等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を併用することが可能である。使用に当たっては凝結特性を充分試験した後、種類とその組合せや使用量を決めることが重要である。本発明においては、凝結時間への影響が少なく、粉塵低減効果の大きいセルロース類の使用が好ましい。
モルタルやコンクリートの混練物では、あらかじめ水溶液にして使用することも可能である。
粉塵低減剤の使用量は、できるだけ少量が好ましく、セメント急結剤100部に対し、５部以下が好ましく、３部以下がより好ましい。
【００２４】
化学混和剤としては、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤等が使用可能であって、これら化学混和剤を適量使用することは、水セメント比を小さくでき、密実なモルタルやコンクリートが施工でき、強度確保や耐久性の面で好ましい。これらの中でもナフタレン系、メラミン酸系、ポリカルボン酸系、及びアミノスルホン酸系等の高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤は高い減水性とスランプ保持性能に優れており好ましい。これらを適量混和することでフレッシュ性状を大幅に改善でき、高温下での施工や低水セメント比での施工が可能となる。
これらの化学混和剤には粉末のものと液状のものがあり、本発明ではいずれも使用可能である。
【００２５】
また、混和材としては、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、焼成カオリン、及び膨張材等の粉体の混和材が使用可能である。これらの混和材を使用することでモルタルやコンクリートを高強度化したり、膨張特性を付与したりできるため、目的に応じて必要量混和することが可能である。
これら混和材は単独添加では単位水量が増加しやすいため、化学混和剤との併用が好ましい。いずれの混和材も試験練りを行って最適配合を決定することが重要である。
【００２６】
高炉スラグ微粉末とは、高炉スラグを急冷し、ブレーン値で3,000cm²/g以上に微粉砕したものであって、JIS A 6206に規定されるものが好ましい。塩基度が低すぎたり、粒度が粗いと水和活性が低下し、充分な水硬性が得られない場合がある。
高炉スラグ微粉末はあらかじめポルトランドセメントに混和しておいても良い。また、高炉スラグ微粉末をセメント組成物に混和する場合は、セメント量の50％以下で、セメントと置換することが好ましく、ポルトランドセメントに混和する場合は、セメント量の５〜70％の範囲で混和することが好ましい。
【００２７】
フライアッシュは、石炭火力発電所等において微粉炭を燃焼する際に溶融された灰分が冷却されて球状となったものを電気集塵機などで捕集した副産物である。フライアッシュの品質は燃焼条件や捕集方法によってかなり異なるため、単独でフライアッシュを混和する場合は、JIS A 6201に規定される品質のものが好ましい。特に比重が2.0〜2.2程度、ブレーン値が3,000〜5,000cm²/g、平均粒径が10〜100μｍ程度のものが単位水量を減じることができ、潜在水硬性も大きいため好ましい。フライアッシュは、あらかじめポルトランドセメントに５〜30％混和することも可能である。
【００２８】
シリカフュームは、フェロシリコンやフェロシリコン合金を製造する際、原料としての珪石、石英、及び鉄屑、並びに、還元剤としてのカーボン電極や石炭を配合し、電気炉で2,000℃近くまで加熱したとき、中間生成物としてのSiOがガス化して排気ダクトや集塵装置の中で酸化されてSiO₂となった副産物であり、大部分が非晶質、かつ、球形であって、平均粒径は約0.1μｍ程度、ブレーン値は約200,000cm²/g程度の超微粒子で、比重は2.1〜2.2程度のものである。
シリカフュームは超微粒子であることから単独で添加するとモルタルやコンクリートの単位水量が増加するため、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤と併用することが好ましい。
シリカフュームの混和量が、単位量で100kg/m³を越えると流動性が著しく悪化する場合がある。適量添加することで吹付け時の粘着性を向上でき、リバウンド量や遊離粉塵量を低減できる。また、ポゾラン物質であるため、長期強度を増進させる効果もある。
【００２９】
この他、本発明においては膨張材として、水和によってエトリンガイトを形成する石膏系の混和材を併用できる。エトリンガイト系の混和材を使用すると、膨張特性、急結特性、及び高強度特性等、幅広い特性を付与できるが、その銘柄が多岐に渡っているため、目的に応じた品種を選定することが重要である。銘柄によってはモルタルやコンクリートのフレッシュ性状を大幅に劣化させたり、ひび割れが発生して耐久性を低下させたりする場合があり、事前試験でその品質や添加量を確認することが重要である。
【００３０】
さらに本発明の吹付け材料には、タフネスや引張強度を向上させる目的で補強材を配合することが可能である。
補強材としては、一般のモルタルやコンクリートに使用される鋼繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、及びガラス繊維等が使用可能である。
繊維の長さは吹付け施工性を加味し、30mm以下のものが好ましい。これより長いと吹付け時に圧送配管が閉塞しやすくなる場合がある。
補強材の配合量は、事前試験により混入量を決定する必要があるが、モルタルやコンクリート単位量当たり、0.3〜1.0容積％になるように配合することが好ましい。0.3容積％より少ないと繊維補強効果が少なく、1.0容積％を越えると施工性が悪くなる場合がある。
【００３１】
さらに、本発明では、必要に応じて増粘剤や発泡剤（気泡剤）を併用することが可能である。
【００３２】
本発明のセメント急結剤は、乾式吹付け工法や湿式吹付け工法など、いずれにも使用可能である。
乾式吹付け工法は、あらかじめセメント急結剤と、水を除くモルタル又はコンクリート材料とを混合したり、輸送配管中で混合させ、吹付け直前で水を添加し、施工するものである。
また、湿式吹付け工法は、あらかじめ水と混練りしたモルタル又はコンクリートをポンプ等の圧送装置で圧送し、圧送配管の途中よりセメント急結剤をモルタル又はコンクリートに混合して施工面に吹付け、急結させるものである。強度発現性や耐久性への影響度の大きい水セメント比を管理しやすい面から湿式吹付け工法が好ましい。
通常、バッチャプラントで混練りされたモルタル又はコンクリートを、スクイズ式、ポンプ式、又は空気圧送式等の吹付け機械で圧送し、セメント急結剤を圧送配管の途中で、加圧式供給機によって混合管より添加し、施工面に吹付けることが可能である。
【００３３】
通常、吹付けモルタル又はコンクリートの圧送量は約10〜20m³/hであり、吹付け圧力は約２〜７ＭＰａである。
また、混合管から吹付けノズル先端までの長さはモルタルやコンクリートの粘性によって適正な長さとする必要があり、一般的には約１〜４ｍである。
【００３４】
【実施例】
以下、実験例で本発明をさらに説明する。
【００３５】
実験例１
水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウム粉末の混合比を変えて調整した原料スラリーに炭酸ガスを吹き込みながら約120〜160℃で沸騰させ、乾燥した後、ボールミルで粉砕して表１に示す本アルミン酸塩を製造した。
また、生石灰とボーキサイトを原料とし、ブレーン値は5,500cm²/gの12CaO・7Al₂O₃に相当する非晶質のカルシウムアルミネートを製造した。
50部のカルシウムアルミネート、50部の硫酸塩ａ、及び６部の本アルミン酸塩を混合してセメント急結剤を調製した。
セメント450kg/m³、細骨材1,116kg/m³、粗骨材605kg/m³、及び水203kg/m³のコンクリート配合を用い、高性能減水剤をセメント100部に対して１部添加し、粗骨材の最大骨材寸法15mm、スランプ18.5cm、空気量4.5％、水セメント比45.0％、及び細骨材率65.0％のコンクリートを製造した。
混練りは200リットル強制二軸ミキサで行い、スランプ、温度、及び空気量を測定した後、製造したコンクリートを「アリバ２８０」吹付機に投入し、圧送圧力４ＭＰａで圧送し、圧送途中の吹付けノズルから1.5ｍの距離に混合管を設け、専用の急結剤圧送装置「デンカナトムクリート」でコンクリート中のセメント100部に対して、セメント急結剤が８部になるように調節して圧送し、コンクリートとセメント急結剤を混合し、吹付けノズルからコア箱に、吹付け量４m³／hで吹付けて供試体を採取した。
吹付け時の急結性は目視にて判定し、さらに、供試体の強度を測定した。結果を表２に示す。
なお、比較のため、本アルミン酸塩類の代わりに、市販のアルミン酸ナトリウム単独使用の場合、市販のアルミン酸ナトリウム94.75部と炭酸ナトリウム5.25部との混合物を使用した場合についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
水酸化ナトリウム水溶液：濃度50％
水酸化アルミニウム粉末：市販品
硫酸塩ａ：無水石膏、市販品、ブレーン値6,000cm²/g
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：新潟県姫川産、ＦＭ＝2.70
粗骨材：新潟県姫川産、６号砕石、ＦＭ＝7.25
高性能減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
【００３７】
＜測定方法＞
急結性：目視で評価、吹付け時の湿り気がなくこわばりが強いものは◎、吹付け時の湿り気がないがこわばりが弱いものは○、吹付け時の湿り気がややありこわばりが弱いものは△、吹付け時の湿り気がややありこわばりが非常に弱いものは×とした
強度：材齢３時間（ｈ）と１日（ｄ）の強度は引き抜き試験法（プルアウト法）で測定、材齢28日の強度は、吹付け翌日にφ５×10cmにコアリングし、20℃水槽で標準養生し、圧縮強度試験法で測定
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
表２から明らかなように、本発明のセメント急結剤を用いた吹付けコンクリートは比較例に比べて、良好な急結性が得られ、吹付けコンクリートの強度発現性も良好なものであった。
【００４１】
実験例２
50部のカルシウムアルミネート、50部の硫酸塩ａ、及び表３に示す量の本アルミン酸塩ＳＡ３を混合してセメント急結剤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。
【００４２】
【表３】

【００４３】
表３から明らかなように、本アルミン酸塩ＳＡ３を混合することによって、急結性が得られ、吹付けコンクリートの強度発現性が良好となる。
【００４４】
実験例３
カルシウムアルミネート、カルシウムアルミネートと硫酸塩の合計100部中表４に示す量の硫酸塩、及びカルシウムアルミネートと硫酸塩の合計100部に対して６部の本アルミン酸塩ＳＡ３を混合したセメント急結剤を用い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。
【００４５】
＜使用材料＞
硫酸塩ｂ：無水石膏、ブレーン値4,000cm²/g
硫酸塩ｃ：無水石膏、ブレーン値5,000cm²/g
硫酸塩ｄ：半水石膏、ブレーン値6,000cm²/g
硫酸塩ｅ：無水石膏と半水石膏の等量混合物、ブレーン値6,000cm²/g
【００４６】
【表４】

【００４７】
表４から明らかなように、硫酸塩を混合することにより、急結性が得られ、吹付けコンクリートの強度発現性も良好となる。
【００４８】
実験例４
50部のカルシウムアルミネート、50部の硫酸塩ａ、及び６部の本アルミン酸塩ＳＡ３を混合したセメント急結剤を調製した。
表５に示す調製したセメント急結剤と混和材料を配合し、急結性、遊離粉塵量、リバウンド率、及び強度を測定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。
【００４９】
＜使用材料＞
混和材料Ａ：粉塵低減剤、メチルセルロース、市販品
混和材料Ｂ：粉塵低減剤、カルボキシメチルセルロース、市販品
混和材料Ｃ：高炉スラグ微粉末、ブレーン値5,000cm²/g
混和材料Ｄ：高炉スラグ微粉末、ブレーン値6,000cm²/g
混和材料Ｅ：シリカフューム、ＳＫＷ製
混和材料Ｆ：フライアッシュ、関西電力製セメント混和用
【００５０】
＜測定方法＞
遊離粉塵量：内径2.5ｍ×長さ3.8ｍのアーチ状の模擬トンネルの片面を閉鎖して行った際の出口における平均粉塵量をデジタル式粉塵測定器で測定
リバウンド率：リバウンド量と付着コンクリートの合計量より算出
【００５１】
【表５】

【００５２】
表５から明らかなように、本発明のセメント急結剤に、さらに、混和材料を使用した吹付けコンクリートは、優れた急結性と長期強度を示し、粉塵低減剤を添加したものは遊離粉塵量が少なく、良好な作業環境が得られた。
【００５３】
実験例５
50部のカルシウムアルミネート、50部の硫酸塩ａ、及び６部の本アルミン酸塩ＳＡ３を混合したセメント急結剤と、カルシウムアルミネート、石膏、及びアルミン酸ナトリウムからなる市販の急結剤を表６に示すように使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５４】
【表６】

【００５５】
表６から明らかなように、本発明のセメント急結剤は添加量が少なくても良好な急結性を有し、強度発現性も良好であった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のセメント急結剤、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け材料を使用することにより、優れた凝結特性、強度発現性、及び耐久性が得られる。
このため、従来のセメント急結剤使用時に比べて吹付け厚さを低減できるばかりでなく、吹付け作業が短時間で終了でき、施工コストが大幅に縮減できる。
また、セメント急結剤を低添加で使用でき、高強度なセメント硬化体が得られるため、水密性や耐久性に優れたコンクリート構造物を製造できるなどの効果を奏する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cement quick-setting agent, a cement composition, and a spray material using the same.
The cement quick setting agent, the cement composition, and the spray material using the same according to the present invention are sprayed by slurrying a general-purpose spraying method such as a dry spraying method or a wet spraying method, or a cement quick setting agent. Can be constructed by spraying methods, etc., and tunnel construction such as roads, railways, and conduits that require quick setting and rapid hardening immediately after spraying, construction of underground structures such as oil storage tanks and power plants It can be widely used in the civil engineering and construction fields, including construction work, spraying repair work and reinforcement work for concrete structures.
In the present invention, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, (1) a cement quick-setting agent containing an alkali metal aluminate, (2) a binary cement quick-setting agent containing an alkali metal aluminate and carbonate, and (3) an alkali metal Three-component cement quickeners containing aluminate, calcium aluminate, and carbonate have been proposed ((1) JP 61-247648, JP 01-294554, etc. 2) JP-B 56-27457, JP-B 62-4149, JP-B 07-25577, etc.).
These cement quick-setting agents are sprayed on slopes, tunnel excavation surfaces, and working faces, etc. to prevent collapse of the sprayed surface, as well as support structures, surface protection works such as hills and slopes, etc. It functions and is widely used for repairing and reinforcing concrete structures.
Alkali metal aluminates promote the initial hydration of cement minerals and provide significantly quicker setting properties while hindering long-term strength enhancement. To solve these problems, calcium aluminate and gypsum Cement quick setting agents mixed with sulfates such as these have been developed.
However, this cement quick-setting agent has a severe initial setting delay and may temporarily stop the initial hydration.
Particularly in the construction of large-scale underground structures, flat tunnels, and large-section tunnels, high strength is required for shotcrete, so a cement agglomerated with a large amount of alkali metal aluminate that tends to decrease in strength. The use of binders was in the direction of being avoided.
[0003]
In addition, if a strong alkaline cement quick-setting agent is used in tunnel tunnels, etc., the working environment will deteriorate and mishandling may lead to disasters such as blindness. Low alkali cement quickeners have been developed that do not use metal aluminates.
However, this low alkali cement quick-setting agent has a problem that its setting power is weak and it may not be used depending on the ground conditions such as a tunnel.
[0004]
And, when using conventional cement quick-setting agent, when constructing sprayed mortar or shotcrete, long-term strength is reduced, or initial setting is insufficient if the amount of cement quick-setting agent added to cement is small, There was also a problem that the spray surface sometimes collapsed.
[0005]
In addition, cement quick-setting agents that do not contain alkali metal aluminates have poor initial setting and strength development, and there is a problem that construction costs increase due to danger in work and increased spraying thickness. there were.
[0006]
The cement quick setting agent of the present invention was made to solve these problems, and was made for the purpose of solving the problems of alkali metal aluminates, such as a decrease in strength when added in a large amount and a lack of setting when added in a small amount. Cement quick setting agent.
Especially, design standard strength is 36N / mm ² When used for construction such as high-strength shotcrete that exceeds 100% or lining lining of single shell tunnels that require durability, excellent rapid setting strength and long-term strength can be obtained.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention includes (1) calcium aluminate, (2) sulfate, and (3) CO in 100 parts of alkali metal aluminate. ₂ Containing 0.01 to 30 parts of carbonic acid component, R ₂ O / Al ₂ O _Three 100 parts of a mixture consisting of (1) 30 to 70 parts of calcium aluminate and (2) 70 to 30 parts of sulfate with a molar ratio (R is alkali metal) of 0.9 to 1.5 In contrast, (3) a cement quick-setting agent comprising 1 to 30 parts of alkali metal aluminate, a cement quick-setting composition comprising the cement quick-setting agent and an admixture, The cement quick setting composition, wherein the admixture is one or more of the group consisting of dust reducing agent, high performance water reducing agent, blast furnace slag fine powder, fly ash and silica fume. A cement composition comprising the binder or the cement quick setting composition, a spray material comprising the cement composition and an aggregate, and a fine aggregate ratio of 55 to 80 % Of the spray material, spray mortar Is a spraying method in which concrete and the cement quick-setting agent are mixed and sprayed, and is a spraying method in which spraying mortar or concrete and the cement quick-setting agent composition are mixed and sprayed. The amount of mortar or concrete pumped is 4-20m ^Three / h, spraying pressure is 2-7 MPa, length from mixing tube to tip of spray nozzle But This spraying method is 1 to 4 m.
[0008]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0009]
Calcium aluminate used in the present invention is a mixture of calcia raw material and alumina raw material, CaO and Al obtained by heat treatment such as baking in a kiln or melting in an electric furnace. ₂ O _Three Is a general term for substances having hydration activity, mainly CaO and / or Al. ₂ O _Three Part of alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, silicon oxide, titanium oxide, iron oxide, alkali metal halides, alkaline earth metal halides, alkali metal sulfates, and alkaline earth metal sulfates Compounds substituted with etc., or CaO and Al ₂ O _Three These are substances in which a small amount of these are dissolved in the main component.
The mineral form can be either crystalline or amorphous. Of which, 12CaO ・ 7A ₂ O _Three Amorphous calcium aluminate corresponding to is particularly preferred, and it can be obtained by bringing a calcium aluminate clinker melted in an electric furnace into contact with compressed air or water and quenching.
The particle size of calcium aluminate is 3,000 cm in terms of specific surface area (hereinafter referred to as “brain value”) by the Blaine method. ² / g or more is preferred, 5,000cm ² / g or more is more preferable. The calcium aluminate has a coarse particle size, that is, a specific surface area of 3,000 cm. ² When it is less than / g, the reactivity as a cement setting agent is lowered, and the initial strength development may be lowered.
CaO and Al such as silicon oxide, titanium oxide and iron oxide contained in calcium aluminate ₂ O _Three It is preferable that there are few impurities except for, and in particular, magnesium oxide and iron oxide are each preferably 3% or less in order to give harmful properties such as expansibility to the hardened cement. Moreover, the total amount of silicon oxide, titanium oxide, and iron oxide is preferably 10% or less. If the amount of impurities increases, the hydration activity of calcium aluminate may decrease.
[0010]
The sulfate used in the present invention includes alkali metal sulfate, alkaline earth metal sulfate, aluminum sulfate and the like, and among them, calcium sulfate which is alkaline earth metal sulfate is most preferable.
A typical calcium sulfate is gypsum, and includes anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, and dihydrate gypsum, and one or more of these can be used. Of these, anhydrous gypsum is most preferable because of its reactivity with cement and calcium aluminate, and hydrofluoric acid byproduct anhydrous gypsum, natural anhydrous gypsum, and the like can be used.
The particle size of sulfate is 3,000cm in terms of brain value ² / g or more is preferred, 5,000cm ² / g or more is more preferable. A finer particle size is preferable because it has excellent setting characteristics as a cement setting agent and excellent strength development of a hardened cement. If the particle size of the sulfate is coarse, the rapid setting force particularly during low-temperature construction may be reduced.
When gypsum is used, the pH when gypsum is immersed in an aqueous solution is important in addition to the crystal form and particle size of gypsum. When the pH is high, the solubility of the gypsum component becomes high and the initial strength development may be inhibited, and those having a pH of 3 to 7 are more preferable. When the pH is high, the solubility of the gypsum component increases, which may inhibit the initial strength development.
The pH here is a value obtained by measuring the pH of the diluted slurry at 20 ° C. of gypsum / ion exchange water = 1 g / 100 g using an ion exchange electrode or the like.
[0011]
The alkali metal aluminate containing a carbonic acid component used in the present invention (hereinafter referred to as the present aluminate) is an alkali metal aluminate such as sodium aluminate containing a carbonic acid component. Compared to a mixture of an acid salt and a carbonate compound such as sodium carbonate, it has excellent quick setting properties as a cement setting agent, strength development, and quality retention characteristics associated with storage.
[0012]
Here, the alkali metal aluminate (hereinafter referred to as aluminate) is, for example, an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide (caustic soda), potassium hydroxide, or lithium hydroxide, and aluminum hydroxide. Obtained by mixing and reacting alumina raw materials such as bauxite or aluminum residual ash and dissolving them at a temperature of 100 ° C or higher, or mixing and reacting alkali metal hydroxide and alumina raw materials. It is what
Specific examples include sodium aluminate, potassium aluminate, and lithium aluminate. A sodium salt or a potassium salt is preferable from the viewpoint of promoting the setting of cement, and a sodium salt is more preferable from the viewpoint of productivity.
R of aluminates ₂ O / Al ₂ O _Three The molar ratio (R is an alkali metal) is important, preferably 0.9 to 1.5, and more preferably 1.0 to 1.25 in terms of rapid setting force. If it is less than 0.9, the quick setting property may be inferior, and if it exceeds 1.5, the deliquescence during storage becomes strong and the performance as a cement quick setting agent may deteriorate.
[0013]
This aluminate is a mixture of alumina raw material and alkali metal hydroxide and dissolved and reacted at a temperature of 100 ° C. or higher, or when producing aluminates obtained by mixing and dissolving these raw materials. In addition, carbon dioxide (carbon dioxide gas) is actively supplied during mixing, dissolution, and reaction of these raw materials, and aluminates are made to contain a carbonic acid component.
Here, examples of the carbonic acid component include sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, and potassium hydrogen carbonate.
As a method for adding a carbonic acid component to the aluminate, for example, carbonic acid gas is brought into contact with the raw material, intermediate product and / or final product of the aluminate in the production process of aluminate and / or the subsequent process. Or a method of treating them in a carbon dioxide atmosphere.
When using by-product carbon dioxide from combustion gas as carbon dioxide, dehydration of bound water may occur with the reaction, and it is preferable to finely adjust the particle size, ambient temperature, contact time, and the like of the aluminates.
The amount of carbonic acid component in this aluminate is the amount of CO in 100 parts of this aluminate. ₂ In conversion, 0.01 to 30 parts are preferable, 0.5 to 20 parts are more preferable, and 1 to 10 parts are most preferable. If it is less than 0.01 part, the initial setting may not be improved. If it exceeds 30 parts, the initial setting and strength development may be delayed.
The content of the carbonic acid component in the aluminate can be adjusted by changing the concentration of carbon dioxide and the contact time.
The amount of the carbonic acid component can be quantified by chemical analysis, instrumental analysis such as powder X-ray diffraction and gas chromatograph, thermal analysis such as DSC and DTA, and the like.
The average particle size of the aluminate is preferably equal to or smaller than the average particle size of calcium aluminate or sulfate, because it has excellent rapid setting power, preferably 300 μm or less, more preferably 150 μm or less, and most preferably 40 to 100 μm. . If the aluminate has a coarse particle size, the amount of cement quickening agent for obtaining a predetermined quick setting force must be increased, and as a result, the strength of the hardened cement body may be lowered.
[0014]
In the present invention, calcium aluminate or sulfate promotes the initial setting of the cement, while also contributing greatly to the strength enhancement, and has the function of increasing the strength of the cement hardened body. Has the function of increasing the rapid setting force during spraying. For this reason, in addition to the characteristics of these materials such as the component composition, mineral composition, and particle size, the blending ratio is important.
[0015]
The mixing ratio of calcium aluminate, sulfate, and the present aluminate is preferably 30 to 70 parts of calcium aluminate and 100 parts of the mixture of 70 to 30 parts of sulfate, and 1 to 30 parts of the present aluminate, 3-15 parts of aluminate is more preferable with respect to 100 parts of the mixture consisting of 40-60 parts of calcium aluminate and 60-40 parts of sulfate. If the blending ratio of each material is outside this range, the setting property and initial strength development may be reduced.
[0016]
In this invention, it is possible to mix | blend an appropriate quantity of quick lime, slaked lime, an alkali metal carbonate, etc. as needed with a cement quick setting agent. By blending these, it is possible to improve the quick setting during low temperature construction and to spray the tunnel spring.
[0017]
The cement quick-setting agent of the present invention can be manufactured by measuring and mixing pre-ground materials, and can also be manufactured by mixing and pulverizing to a predetermined particle size after measuring and blending pellets and block materials It is.
[0018]
The water used in the present invention is usually kneaded water used for mortar and concrete, and is necessary for hydration of cement and cement quick setting agent.
The quality of the water is sufficient if it satisfies the quality of the mixing water specified in JIS A 5308 and JSCE-B-101 of the Japan Society of Civil Engineers. Can be used according to 5308.
The amount of water used needs to be in a range where the consistency required for construction can be obtained, and is preferably determined by performing test mixing according to the type of construction machine and aggregate. When using recovered water or sludge water, it is important to conduct preliminary tests in advance to confirm the quality of mortar and concrete.
[0019]
As the cement used in the present invention, hydraulic cements such as white Portland cement and alumina cement can be used in addition to Portland cement, blast furnace cement, silica cement, and fly ash cement specified in JIS R 5201. In particular, Portland cement is generally used for sprayed mortar and shotcrete, and low alkali type cement or blast furnace cement is preferably used when alkali aggregate reaction is predicted.
The unit amount of cement in concrete is 200-600kg / m ^Three About 300 to 500 kg / m for shotcrete ^Three The degree is common. As the amount of cement used increases, the amount of unit water tends to increase, and in consideration of economy, it is preferable to use the minimum unit cement amount necessary for construction.
[0020]
The amount of cement quick-setting agent must be in a range where the required quick setting force can be obtained with respect to 100 parts of cement, and usually 4 to 20 parts are preferable, and 6 to 12 parts are quick setting force and cement. It is more preferable from the viewpoint of strength development of the cured body. When the amount of the cement setting agent is increased, the long-term strength development of the hardened cement body may be inhibited.
[0021]
Aggregates used in the present invention are fine aggregates and coarse aggregates, and fine aggregates are used for mortar, and fine aggregates and coarse aggregates are used in combination for concrete.
The mass ratio of cement and sand in the mortar is about 1: 0.5-5.
The quality of the aggregate used for the spray material of the present invention is the so-called pop-out, where after the construction, expansion pressure is generated inside the concrete surface near the concrete surface due to the alkali aggregate reaction, etc. It is preferable to use a material that does not contain harmful minerals that cause cracks and that has a high track record and excellent durability.
When lightweight aggregate or blast furnace slag aggregate is used, it is necessary to take measures such as prewetting before kneading.
In addition, it is important to control the particle size of the aggregate by a coarse particle rate or a sieving test. Usually, in the case of a fine aggregate, a 5 mm inferior product is used, and it is preferable not to contain a lot of fine particles. If the amount of fine particles of about 0.15 mm or less is too large, fluidity retention after kneading may be lost, or the pumpability of construction machines may be reduced.
Coarse aggregate is used in the range of 5 to 15 mm in consideration of workability as shotcrete. In shotcrete, the fine aggregate rate (s / a) is preferably about 55 to 80% because of less rebounding at the time of blowing. If the maximum coarse aggregate size exceeds 15 mm, and if the fine aggregate ratio is small, clogging in the concrete transportation piping or pulsation during spraying may result in poor workability and large rebound. . In the present invention, it is important to determine the blending of mortar and concrete by preliminary tests using aggregates that can be procured in consideration of economy and the like.
[0022]
Furthermore, in the present invention, dust reducing agents, various chemical admixtures, and admixtures can be used as admixtures.
[0023]
The dust reducing agent used in the present invention imparts viscosity to mortar and concrete, has a dust reducing effect during spraying, and has an effect of reducing sagging and rebound during adhesion. Specifically, celluloses such as methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, and carboxymethylcellulose, alginic acid or a salt thereof, vinyl polymer, acrylic acid, methacrylic acid, vinyl alcohol, vinyl acetate , Glucans and the like, and emulsions. These can be used alone or in combination of two or more. In use, it is important to determine the type, combination and amount after thoroughly testing the setting characteristics. In the present invention, it is preferable to use celluloses which have little influence on the setting time and have a large dust reduction effect.
In the case of a mortar or concrete kneaded product, an aqueous solution can be used in advance.
The amount of the dust reducing agent used is preferably as small as possible, preferably 5 parts or less, more preferably 3 parts or less with respect to 100 parts of the cement quick setting agent.
[0024]
As chemical admixtures, AE agents, water reducing agents, AE water reducing agents, high performance water reducing agents, high performance AE water reducing agents, etc. can be used. It can be made small and solid mortar and concrete can be constructed, which is preferable in terms of securing strength and durability. Among these, naphthalene-based, melamic acid-based, polycarboxylic acid-based, and aminosulfonic acid-based high-performance water reducing agents and high-performance AE water reducing agents are preferable because of their high water-reducing properties and slump retention performance. By mixing these in appropriate amounts, the fresh properties can be significantly improved, and construction at high temperatures and low water cement ratios becomes possible.
These chemical admixtures include powders and liquids, and any of them can be used in the present invention.
[0025]
As the admixture, powder admixtures such as fine powder of blast furnace slag, fly ash, silica fume, calcined kaolin, and expansion material can be used. By using these admixtures, it is possible to increase the strength of mortar and concrete, or to impart expansion properties, so that a necessary amount can be mixed according to the purpose.
When these admixtures are added alone, the amount of unit water tends to increase, and therefore, combined use with a chemical admixture is preferable. It is important to determine the optimum composition of all admixtures through test kneading.
[0026]
Blast furnace slag fine powder is a rapid cooling of blast furnace slag, with a brain value of 3,000 cm ² Those which are finely pulverized to more than / g and which are defined in JIS A 6206 are preferred. If the basicity is too low or the particle size is coarse, the hydration activity may be reduced and sufficient hydraulic properties may not be obtained.
Blast furnace slag fine powder may be mixed in advance with Portland cement. In addition, when blending blast furnace slag fine powder into a cement composition, it is preferable to replace the cement with 50% or less of the cement amount. When blending with Portland cement, it is within the range of 5 to 70% of the cement amount. It is preferable to mix.
[0027]
Fly ash is a by-product obtained by collecting, with an electric dust collector or the like, ash that has been melted into spheres when the pulverized coal is burned in a coal-fired power plant or the like. Since the quality of fly ash varies considerably depending on the combustion conditions and the collection method, the quality specified in JIS A 6201 is preferred when the fly ash is mixed alone. In particular, the specific gravity is about 2.0 to 2.2, and the brain value is 3,000 to 5,000 cm. ² / g, having an average particle size of about 10 to 100 μm is preferable because the unit water volume can be reduced and the latent hydraulic property is large. Fly ash can be premixed with Portland cement in an amount of 5 to 30%.
[0028]
Silica fume, when producing ferrosilicon or ferrosilicon alloy, contains silica, quartz, and iron scrap as raw materials, and carbon electrode and coal as a reducing agent, and when heated to nearly 2,000 ° C in an electric furnace, SiO as an intermediate product is gasified and oxidized in exhaust ducts and dust collectors. ₂ By-products, mostly amorphous and spherical, with an average particle size of about 0.1 μm and a brain value of about 200,000 cm ² Ultrafine particles of about / g and specific gravity of about 2.1 to 2.2.
Since silica fume is an ultrafine particle, if it is added alone, the unit water amount of mortar or concrete increases, so it is preferable to use it together with a high-performance water reducing agent or a high-performance AE water reducing agent.
Silica fume admixture is 100kg / m in unit quantity ^Three If it exceeds, the fluidity may deteriorate significantly. By adding an appropriate amount, the adhesiveness at the time of spraying can be improved, and the amount of rebound and free dust can be reduced. Moreover, since it is a pozzolanic substance, it also has an effect of increasing long-term strength.
[0029]
In addition, in the present invention, a gypsum-based admixture that forms ettringite by hydration can be used in combination as the expansion material. The use of ettringite-based admixtures can provide a wide range of properties such as expansion properties, quick setting properties, and high strength properties. However, since there are a wide variety of brands, it is important to select a variety according to the purpose. It is. Depending on the brand, the fresh properties of mortar and concrete may be significantly deteriorated, or cracks may be generated and durability may be reduced. It is important to confirm the quality and amount added in advance tests.
[0030]
Further, the spray material of the present invention can be blended with a reinforcing material for the purpose of improving toughness and tensile strength.
As the reinforcing material, steel fibers, carbon fibers, aramid fibers, vinylon fibers, glass fibers and the like used in general mortar and concrete can be used.
The length of the fiber is preferably 30 mm or less in consideration of sprayability. If the length is longer than this, the pressure feeding pipe may be easily blocked during spraying.
The mixing amount of the reinforcing material needs to be determined by a preliminary test, but it is preferable that the mixing amount is 0.3 to 1.0% by volume per unit amount of mortar or concrete. If it is less than 0.3% by volume, the fiber reinforcing effect is small, and if it exceeds 1.0% by volume, the workability may be deteriorated.
[0031]
Furthermore, in this invention, it is possible to use a thickener and a foaming agent (bubble agent) together as needed.
[0032]
The cement quick setting agent of the present invention can be used for any of a dry spraying method and a wet spraying method.
In the dry spraying method, a cement quick-setting agent and mortar or concrete material excluding water are mixed in advance or mixed in a transport pipe, and water is added immediately before spraying.
In addition, the wet spraying method is to pump mortar or concrete previously kneaded with water with a pumping device such as a pump, mix the cement quick setting agent with mortar or concrete from the middle of the pumping pipe, and spray it onto the construction surface. It's something that makes you rush. The wet spraying method is preferable from the viewpoint of easy management of the water cement ratio having a large influence on strength development and durability.
Normally, mortar or concrete kneaded in a batcher plant is pumped by a spraying machine such as a squeeze type, pump type, or pneumatic feed type, and a cement quick-setting agent is mixed in the middle of a pressure feed pipe by a pressurized feeder. It can be added from the pipe and sprayed onto the construction surface.
[0033]
Usually, the amount of sprayed mortar or concrete is about 10-20m ^Three / h, and the spraying pressure is about 2-7 MPa.
The length from the mixing tube to the tip of the spray nozzle needs to be an appropriate length depending on the viscosity of mortar or concrete, and is generally about 1 to 4 m.
[0034]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be further described with experimental examples.
[0035]
Experimental example 1
The raw alumina acid shown in Table 1 is boiled at about 120 to 160 ° C. while blowing carbon dioxide gas into a raw material slurry prepared by changing the mixing ratio of the sodium hydroxide aqueous solution and the aluminum hydroxide powder, and dried and then pulverized with a ball mill. A salt was produced.
The raw material is quick lime and bauxite, and the brain value is 5,500cm. ² / g 12CaO ・ 7Al ₂ O _Three Amorphous calcium aluminate corresponding to
50 parts of calcium aluminate, 50 parts of sulfate a and 6 parts of this aluminate were mixed to prepare a cement setting agent.
Cement 450kg / m ^Three , Fine aggregate 1,116kg / m ^Three , Coarse aggregate 605kg / m ^Three , And water 203kg / m ^Three 1 part of high-performance water reducing agent is added to 100 parts of cement, the maximum aggregate size of coarse aggregate is 15mm, slump is 18.5cm, air volume is 4.5%, water cement ratio is 45.0%, and fine bone Concrete with a material ratio of 65.0% was manufactured.
Kneading is carried out with a 200 liter forced biaxial mixer, and after measuring the slump, temperature, and air volume, the concrete produced is put into an “Ariva 280” sprayer, pumped at a pumping pressure of 4 MPa, and sprayed in the middle of pumping A mixing tube is installed at a distance of 1.5m from the nozzle, and the special quick setting agent pressure feeding device "Denkana Tom Cleat" is used to adjust the cement quick setting agent to 8 parts with respect to 100 parts of cement in concrete. Mix concrete and cement, and spray 4m from the spray nozzle to the core box. ^Three Specimens were collected by spraying at / h.
The quick setting property at the time of spraying was determined visually, and the strength of the specimen was measured. The results are shown in Table 2.
For comparison, the same procedure was performed in the case of using a commercially available sodium aluminate alone or in the case of using a mixture of 94.75 parts of commercially available sodium aluminate and 5.25 parts of sodium carbonate instead of the present aluminates. The results are also shown in Table 2.
[0036]
<Materials used>
Sodium hydroxide aqueous solution: concentration 50%
Aluminum hydroxide powder: Commercial product
Sulfate a: anhydrous gypsum, commercial product, brain value 6,000cm ² / g
Cement: Ordinary Portland cement
Fine aggregate: Himekawa, Niigata Prefecture, FM = 2.70
Coarse aggregate: Himekawa, Niigata Prefecture, No. 6 crushed stone, FM = 7.25
High performance water reducing agent: Polycarboxylic acid, commercially available
[0037]
<Measurement method>
Quick setting: Visually evaluated, ◎ if there is no moisture when spraying and strong stiffness, ○ if there is no moisture when spraying but weak stiffness, ○ if the moisture when spraying is slightly weak △, where the wetness at the time of spraying is slightly weak
Strength: The strength at 3 hours (h) and 1 day (d) was measured by the pull-out test method (pull-out method). The strength at 28 days was coring to φ5 × 10cm on the next day of spraying, 20 ℃ Standard curing in water tank and measured by compressive strength test method
[0038]
[Table 1]

[0039]
[Table 2]

[0040]
As can be seen from Table 2, the shotcrete using the cement quick-setting agent of the present invention has better quick setting than the comparative example, and the shotcrete has good strength development. It was.
[0041]
Experimental example 2
It was carried out in the same manner as in Experimental Example 1 except that 50 parts of calcium aluminate, 50 parts of sulfate a and the amount of the present aluminate SA3 shown in Table 3 were mixed to prepare a cement setting agent. The results are also shown in Table 3.
[0042]
[Table 3]

[0043]
As is apparent from Table 3, by mixing this aluminate SA3, rapid setting is obtained, and the strength development property of the shotcrete is improved.
[0044]
Experimental example 3
Cement containing calcium aluminate, sulfate in the amount shown in Table 4 in 100 parts of calcium aluminate and sulfate, and 6 parts of aluminate SA3 in total for 100 parts of calcium aluminate and sulfate. The same operation as in Experimental Example 1 was performed except that the quick setting agent was used. The results are also shown in Table 4.
[0045]
<Materials used>
Sulfate b: anhydrous gypsum, brain value 4,000cm ² / g
Sulfate c: anhydrous gypsum, brain value 5,000cm ² / g
Sulfate d: Hemihydrate gypsum, brain value 6,000cm ² / g
Sulfate e: An equal mixture of anhydrous gypsum and hemihydrate gypsum, brain value 6,000 cm ² / g
[0046]
[Table 4]

[0047]
As is apparent from Table 4, by mixing sulfate, rapid setting is obtained, and the strength development property of shotcrete is also improved.
[0048]
Experimental Example 4
A cement quick-mix was prepared by mixing 50 parts calcium aluminate, 50 parts sulfate a, and 6 parts aluminate SA3.
The same procedure as in Experimental Example 1 was conducted except that the prepared cement quick-setting agent and admixture shown in Table 5 were blended and the quick setting property, the amount of free dust, the rebound rate, and the strength were measured. The results are also shown in Table 5.
[0049]
<Materials used>
Admixture A: Dust reducing agent, methylcellulose, commercial product
Admixture B: Dust reducing agent, carboxymethylcellulose, commercial product
Admixture C: Fine powder of blast furnace slag, Brain value 5,000cm ² / g
Admixture D: Fine powder of blast furnace slag, Brain value 6,000cm ² / g
Admixture E: Silica fume, SKW
Admixture F: Fly ash, for cement mixing by Kansai Electric Power
[0050]
<Measurement method>
Free dust amount: The average dust amount at the exit when one side of an arch-shaped simulated tunnel with an inner diameter of 2.5 m and a length of 3.8 m is closed is measured with a digital dust meter.
Rebound rate: Calculated from the total amount of rebound and bonded concrete
[0051]
[Table 5]

[0052]
As is apparent from Table 5, the shotcrete using the admixture material in addition to the cement quick-setting agent of the present invention exhibits excellent quick setting properties and long-term strength, and the one added with the dust reducing agent is free dust. The amount was small and a good working environment was obtained.
[0053]
Experimental Example 5
A commercial quick-setting agent consisting of 50 parts of calcium aluminate, 50 parts of sulfate a and 6 parts of this aluminate SA3 and a mixture of calcium aluminate, gypsum and sodium aluminate. The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the materials were used as shown in Table 6. The results are also shown in Table 6.
[0054]
[Table 6]

[0055]
As is clear from Table 6, the cement quick setting agent of the present invention had good quick setting properties and good strength development even if the addition amount was small.
[0056]
【The invention's effect】
By using the cement quick-setting agent, cement composition, and spraying material using the same according to the present invention, excellent setting characteristics, strength development, and durability can be obtained.
For this reason, the spraying thickness can be reduced as compared with the conventional cement quick-setting agent, and the spraying operation can be completed in a short time, so that the construction cost can be greatly reduced.
Moreover, since a cement hardening agent can be used with low addition and a high-strength cement hardening body is obtained, there exists an effect that the concrete structure excellent in water-tightness and durability can be manufactured.

Claims

(1) Calcium aluminate, (2) Sulfate, and (3) 100 parts of alkali metal aluminate, containing 0.01 to 30 parts of carbonic acid component in terms of CO ₂ , R ₂ O / Al ₂ A mixture comprising an alkali metal aluminate having an O ₃ molar ratio (R is an alkali metal) of 0.9 to 1.5, and comprising (1) 30 to 70 parts of calcium aluminate and (2) 70 to 30 parts of sulfate. Cement quick setting agent formed by blending 1 to 30 parts of (3) alkali metal aluminate with respect to 100 parts.

A cement quick setting composition comprising the cement quick setting agent according to claim 1 and an admixture.

The cement quick setting composition according to claim 2, wherein the admixture is one or more members selected from the group consisting of a dust reducing agent, a high performance water reducing agent, a blast furnace slag fine powder, fly ash and silica fume.

A cement composition comprising cement and the cement quick-setting agent according to claim 1.

A cement composition comprising cement and the cement rapid-curing agent composition according to claim 2 or 3.

A spraying material comprising the cement composition according to claim 4 or 5 and an aggregate.

The spray material according to claim 6, wherein the fine aggregate ratio is 55 to 80%.

A spraying method in which spraying mortar or concrete and the cement quick setting agent according to claim 1 are mixed and sprayed.

A spraying method comprising mixing spraying mortar or concrete and the cement quick setting composition according to claim 2 and spraying.

The spraying amount of spray mortar or concrete is 4 to 20 m ³ / h, the spray pressure is 2 to 7 MPa, and the length from the mixing tube to the tip of the spray nozzle is 1 to 4 m. The spraying method described.