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JPH10218646A - 急結材 - Google Patents

急結材

Info

Publication number
JPH10218646A
JPH10218646A JP2166797A JP2166797A JPH10218646A JP H10218646 A JPH10218646 A JP H10218646A JP 2166797 A JP2166797 A JP 2166797A JP 2166797 A JP2166797 A JP 2166797A JP H10218646 A JPH10218646 A JP H10218646A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quick
setting
sodium aluminate
aluminate
raw material
Prior art date
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Pending
Application number
JP2166797A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Matsuura
茂 松浦
Yasuhisa Taguma
靖久 田熊
Koichi Soeda
孝一 副田
Kazunori Nishi
和紀 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
Onoda Co Ltd
Original Assignee
Chichibu Onoda Cement Corp
Onoda Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chichibu Onoda Cement Corp, Onoda Co Ltd filed Critical Chichibu Onoda Cement Corp
Priority to JP2166797A priority Critical patent/JPH10218646A/ja
Publication of JPH10218646A publication Critical patent/JPH10218646A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039Premixtures of ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/10Accelerators; Activators
    • C04B2103/12Set accelerators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 添加直後に適度な流動性を維持しながら急
結性に優れた急結材を提供する。 【解決手段】アルミン酸カルシウム系急結素材に配合す
るアルミン酸ソーダを改良し、焼成物中のNa2O/Al2O3
モル比が0.5〜1.5であってSiO2を6重量%以下含有
する原料を焼成してなり、実質的に、SiO2が固溶したγ
型アルミン酸ソーダを少なくとも15重量%以上含有す
るものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミン酸カルシ
ウム系急結素材と特定のアルミン酸ソーダを含むことに
より、添加直後の適度な流動性を有する急結材に関し、
特にトンネル吹き付けコンクリート用に有用な急結材を
提供するものである。
【0002】
【従来の技術】セメントに急結反応を起こさせるため、
従来からアルミン酸カルシウムを主成分とした急結材が
有用であることが知られている。しかし、アルミン酸カ
ルシウム単独では十分な性能を得ることは難しく、これ
にアルミン酸ソーダ、ソーダ灰あるいは石膏などを適量
配合した急結材が用いられている。セメントの急結反応
を最も必要とする代表的なものは、コンクリートの吹き
付け作業である。コンクリートの吹き付けでは、上記原
料を組み合わせた急結材をセメントに対して約7%添加
してセメントを急結させ、コンクリートの剥落やダレを
防いでいる。
【0003】これらの急結材を配合したセメントは、水
との混練後、15〜30秒のうちに凝結が早く開始する
こと、特に凝結に続く強度の立ち上がりが急激で、しか
もその強度ができるだけ大きいことが要請される。ここ
で、主成分のアルミン酸カルシウムは、この強度の立ち
上がりに大きく寄与し、配合されているアルミン酸ソー
ダは水との混練直後の凝結性状を左右する。
【0004】一方、吹き付けコンクリートに要求される
性能として、急結材とコンクリートとの混合性が良いこ
と、吹き付けコンクリートのリバウンドが少なく良好な
付着性状を有することなどが必要であるが、このために
は急結材を添加した直後の数秒の間は適度な流動性が確
保されることが必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のアルミン酸ソー
ダを配合した急結材は、いずれもセメントの凝結時間を
早める点では満足すべきものであったが、一方、水中へ
の溶出速度が速すぎるために急結材の混入後直ちにコン
クリートの粘度増加を招き、初期の吹き付けコンクリー
トの重要な特性である流動性を損ねる問題があった。特
に、湧き水が多く地山の状況が悪い現場での吹きつけに
は、急結材を多量に用いるために流動性の低下が著しく
支障をきたしていた。また、初期の急激な粘度増加は急
結材の均一な混練分散を阻害し、以後の強度増進にも悪
影響を及ぼしていた。
【0006】本発明は、従来のアルミン酸ソーダを添加
した急結材における上記問題を解決したものであって、
改質された特殊なアルミン酸ソーダを使用することによ
って、急結材添加直後の流動性を損なうことなく、セメ
ントぺースト、モルタル、コンクリート等の凝結を早め
た優れた急結材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者らはアルミン酸ソ
ーダの性質を改善するための添加物に注目し、検討を重
ねた結果、SiO2を含有させることによって目的に適うア
ルミン酸ソーダが得られること見い出した。本発明はこ
の特定のアルミン酸ソーダをアルミン酸カルシウム系急
結素材に配合したものである。
【0008】すなわち本発明は、(1)焼成物中のNa2O/
Al2O3モル比が0.5〜1.5であってSiO2を6重量%以
下含有する原料を焼成してなるアルミン酸ソーダと、ア
ルミン酸カルシウム系急結素材1種以上を含むことを特
徴とする急結材である。上記急結材において、(2)アル
ミン酸ソーダのNa2O/Al2O3モル比は好ましくは0.7〜
1.3であり、SiO2含有量は好ましくは0.3〜6重量%
である。
【0009】さらに本発明は、(3)SiO2を固溶すること
によって安定化したγ型アルミン酸ソーダを少なくとも
15重量%以上含有するアルミン酸ソーダと、アルミン
酸カルシウム系急結素材1種以上とを含むことを特徴と
する急結材である。上記急結材において、(4)γ型アル
ミン酸ソーダの含有量は好ましくは20重量%以上であ
る。
【0010】本発明に係るこれらの急結材は、(5)アル
ミン酸カルシウム系急結素材1種以上と上記アルミン酸
ソーダに、さらに炭酸ソーダ、石膏、石灰、水酸化アル
ミニウムおよび硫酸アルミニウムのうちいずれか1種以
上を含むものでも良い。
【0011】
【発明の実施形態】本発明で使用されるアルミン酸カル
シウム系急結素材とは、(イ)CaO・Al2O3、12CaO・7Al
2O3、および3CaO・Al2O3等の結晶質または非結晶質アル
ミン酸カルシウム、(ロ)Na2O・8CaO・3Al2O3等のNa2O−Ca
O−Al2O3系化合物、(ハ)4CaO・Al2O3・Fe2O3に代表され
るCaO−Al2O3−Fe2O3系化合物、(ニ)C3A3・CaSO4等のCaO
−Al2O3−SO3系化合物等のセメントに添加した場合に凝
結を早める性質を示すものである。これらは1種あるい
は2種以上混合して使用できる。
【0012】これら急結素材は、原料を焼成して得たも
のを粉砕して粉末度をブレーン表面積2,000cm2/g以上に
調整して使用するのが良い。なお、アルミン酸カルシウ
ム系急結素材中には、製造の際、原料等から混入する不
純物として、SiO2,K2O,TiO2,MgO,Li2O等を含むもの
があるが、これらは急結性状を大きく損ねない範囲内で
少量含まれてもかまわない。
【0013】本発明で使用するアルミン酸ソーダは、焼
成物中のNa2O/Al2O3モル比が0.5〜1.5であってSiO
2を6重量%以下含有する原料を焼成してなるものであ
る。ここで、Na2O/Al2O3モル比は好ましくは0.7〜
1.3が適当であり、SiO2含有量は好ましくは0.3〜6
重量%、より好ましくは1〜5重量%が適当である。焼
成温度は通常1000〜1250℃である。
【0014】焼成物中のNa2O/Al2O3モル比が0.5未満
であると未反応のAl2O3が多く、また、このモル比が1.
5を上回ると未反応のNa2Oが増加し、何れも従来のアル
ミン酸ソーダ以上の性能を期待できない。原料にSiO2
加えて焼成することにより、SiO2が固溶し高温で安定な
γ型(高温型)アルミン酸ソーダ(γ-NAと略記)を含む
アルミン酸ソーダが得られる。この場合、SiO2の含有量
が6重量%を超えると、γ-NA量は増すが殆ど凝結促進
効果のないSiO2-Na2O-Al2O3化合物の生成量が多くなり
急結性能が低下するので好ましくない。なお、SiO2量が
0.3重量%未満では所定量のγ-NAを含有させることが
難しくなるので、好ましくは0.3〜6重量%、より好
ましくは1〜5重量%のSiO2を含有させたものが良い。
【0015】このように、原料にSiO2を加えて焼成する
することにより、γ-NAを含有するアルミン酸ソーダが
得られるが、このγ−NAの含有量は15重量%以上が
適当であり、20重量%以上が好ましく、40重量%以
上がより好ましい。γ−NAの含有量が15重量%未満
では従来のアルミン酸ソーダと比べて十分な改善効果が
みられない。なお、γ−NA量は概ねSiO2添加量に応じ
て多くなるが、前述のようにSiO2量が6重量%を超える
と殆ど凝結促進効果のないSiO2-Na2O-Al2O3化合物の生
成量が多くなるので好ましくない。また、γ−NA量は
SiO2添加量の他に焼成温度や不純物によっても影響され
るので上記SiO2添加量の範囲で焼成条件を整えて焼成す
ると良い。
【0016】上記アルミン酸ソーダは、原料を上記範囲
に調整し、焼成して得られる。すなわち、一般にアルミ
ン酸ソーダはアルミナ原料、ソーダ原料およびシリカ原
料から製造される。アルミナ原料はボーキサイト、水酸
化アルミニム、アルミナ等が用いられ、Al2O3成分を主
成分とする不純物の少ない原料が使用される。ソーダ原
料としてはNa2O成分を多く含む苛性ソーダ、ソーダ灰な
どが用いられる。さらにシリカ原料としては珪石粉末等
が使用される。なお、原料中に含まれる微量の不純物、
例えば、K2O,CaO,Fe2O3等は、本発明の効果に影響を
及ぼさない範囲であれば含有しても差し支えない。現状
のアルミン酸ソーダでもそれぞれ0.1%以内、合計で
は0.5%以内の不純物の含有が認められており、この
ような範囲内であれば、本発明においても性能上問題は
なく許容される範囲である。上記原料はこれを十分に混
合して焼成する。焼成温度は1000〜1250℃で行
い、焼成後、これを解砕ないし粉砕し、ブレーン表面積
で2000〜4000cm2/gに調整する。
【0017】本発明の急結材は、アルミン酸カルシウム
系急結素材と上記改質アルミン酸ソーダによって構成さ
れる。また、本発明の効果を損なわない範囲で、上記成
分に加えて、その他の無機塩類を含むことができる。無
機塩類としては、炭酸ソーダ、石膏、石灰、水酸化アル
ミニウム、硫酸アルミニウム等が使用される。石膏は半
水,2水,無水石膏いずれも使用できる。また石灰とし
ては、生石灰、消石灰、炭酸カルシウムなどが使用され
る。これらは適量添加することによって、急結材の急結
性能をより増加させることができる。
【0018】アルミン酸カルシウム系急結素材と上記改
質アルミン酸ソーダの配合比は、該急結素材100重量
部に対して上記アルミン酸ソーダ5〜40重量部が適当
であり、好ましくは10〜30重量部である。また、そ
の他の無機塩類の配合量は急結素材100重量部に対し
て20〜150重量部が適当である。
【0019】以下に本発明の実施例を示し、さらに詳し
く説明する。
【実施例および比較例】(I)改質アルミン酸ソーダの製造 アルミナ原料として日本軽金属社製の純アルミナ、ソー
ダ原料として炭酸ソーダ、シリカ原料としては伊豆特粉
(純度SiO2:97%)を使用し、これらを表1に示す量比に
なるように配合し、十分乾式混合した後、電気炉に入
れ、表1に示す温度で焼成してアルミン酸ソーダを得
た。なお、焼成条件は900℃までの昇温に30分、各
焼成温度まで毎分20℃とし、焼成温度で30分保持
し、その後は炉外で自然冷却とした。(II)急結材の製造 上記焼成試料を0.6mmの篩いに通した後、振動ミルで
粉砕し、ブレーン比表面積3000±100cm2/gの粉
末アルミン酸ソーダを得た。このアルミン酸ソーダに各
種アルミン酸カルシウム系急結素材および無機塩類を配
合して急結材を得た。本実施例において使用したアルミ
ン酸カルシウム系急結素材を表2に示した。また、無機
塩類を含めた急結材の配合を表3に示した。なお、シリ
カを含有しないもの、およびシリカ含有量が過剰なもの
を比較例として示した。
【0020】(III)急結性の評価 本実施例における各急結材試料を以下の方法で評価し
た。すなわち、口径10cm、高さ15cmの円筒形ポリ容器に
セメント(普通ポルトランドセメント)400gを秤り取
り、これに水240ml(水セメント比:0.6)を入れた後、
直径5cmの羽付ハンドドリルで1000rpmの回転数で
1分間混合し、28gの急結材を添加後、3秒間攪拌し
セメントぺーストを平滑にした後、静置した。急結材を
添加した直後からセメントぺーストの表面が完全に乾燥
し始める時間を表乾時間とした。また、1/20in2のプロ
クター貫入針を使用し1in.貫入した時の抵抗値を1、
2、3、6分後に測定した。この値を表4に示した。な
お、実験は20℃で実施した。ここで表乾時間はセメン
トの凝結時間を示し、プロクター貫入抵抗値は凝結に続
くセメント強度の大きさを示す。
【0021】(IV)流動性の評価 セメント(普通ポルトランドセメント)400gを塩化ビ
ニル製の平板に固定した特殊な塩化ビニル製パイプの中
に秤り取り、これに水240mlを入れた後(水セメント
比:0.6)、直径5cmの羽付ハンドドリルで1000rpmの
回転数で1分間混合した。この中に28gの急結材を添
加し、3秒間攪拌後、急結材添加5秒後の時点で塩化ビ
ニルパイプを引抜き、広がったセメントぺーストの直径
を測り、これをペーストフローとした。この値を表4に
示した。
【0022】表4に示すように、シリカを含有しない急
結材を用いた比較例2は表乾時間が13秒と短く、また
ペーストフロー値も小さく、凝結開始後の強度も小さ
い。また、シリカ含有量が過剰の急結材を用いた比較例
1は表乾時間が長過ぎ、凝結開始直後の強度の立ち上が
りが小さい。一方、本発明の急結材を用いたものは、急
結材添加直後に適度なペーストフロー値を有し、凝結開
始後の強度(プロクター貫入抵抗値)も良好である。
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【発明の効果】本発明の急結材は、これをセメントに添
加した場合、添加直後に適度な流動性を維持でき、しか
も凝結開始後は強度の立ち上がりが速やかであり、良好
な急結性を発揮することができる。従って、コンクリー
トの吹き付け作業等において、コンクリートの剥離やダ
レを生じることがなく、また、湧水量の多い地山に対す
る吹き付けでも良好な施工効果を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田熊 靖久 千葉県佐倉市大作2丁目4番2号 秩父小 野田株式会社中央研究所内 (72)発明者 副田 孝一 千葉県佐倉市大作2丁目4番2号 秩父小 野田株式会社中央研究所内 (72)発明者 西 和紀 千葉県佐倉市大作2丁目4番2号 株式会 社小野田開発研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼成物中のNa2O/Al2O3モル比が0.5〜
    1.5であってSiO2を6重量%以下含有する原料を焼成
    してなるアルミン酸ソーダと、アルミン酸カルシウム系
    急結素材1種以上を含むことを特徴とする急結材。
  2. 【請求項2】 上記Na2O/Al2O3モル比が0.7〜1.3
    であり、SiO2含有量が0.3〜6重量%である請求項1
    に記載の急結材。
  3. 【請求項3】 SiO2を固溶することによって安定化した
    γ型アルミン酸ソーダを少なくとも15重量%以上含有
    するアルミン酸ソーダと、アルミン酸カルシウム系急結
    素材1種以上とを含むことを特徴とする急結材。
  4. 【請求項4】 γ型アルミン酸ソーダの含有量が20重
    量%以上である請求項3に記載の急結材。
  5. 【請求項5】 アルミン酸カルシウム系急結素材1種以
    上と上記アルミン酸ソーダに、さらに炭酸ソーダ、石
    膏、石灰、水酸化アルミニウムおよび硫酸アルミニウム
    のうちいずれか1種以上を含むことを特徴とする請求項
    1〜4のいずれかに記載の急結材。
JP2166797A 1997-02-04 1997-02-04 急結材 Pending JPH10218646A (ja)

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