特許 7187370 セメント系固化材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-02

(45)【発行日】2022-12-12

(54)【発明の名称】セメント系固化材

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/04 20060101AFI20221205BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20221205BHJP

   C04B 22/14 20060101ALI20221205BHJP

   C09K 17/10 20060101ALI20221205BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20221205BHJP

【ＦＩ】

C04B28/04

C04B18/14 A

C04B22/14 B

C09K17/10 P

E02D3/12 102

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019063769

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020164344

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-09-30

(73)【特許権者】

【識別番号】521297587

【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088719

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 博史

(72)【発明者】

【氏名】清田正人

【審査官】小川 武

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－３１０５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１２３０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１４６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１４３６３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１９３５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８１４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－５９６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ２／００－３２／０２， Ｃ０４Ｂ４０／００－４０／０６， Ｃ０４Ｂ１０３／００－１１１／９４

Ｃ０９Ｋ １７／１０

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

早強ポルトランドセメント３０～６５質量％と高炉スラグ粉末２５～５０質量％と二水石膏１０～２０質量％からなり、コンダクションカロリーメータによって測定した水和発熱速度について、その第三ピークが第二ピークより大きく、かつ第二ピークの発現が水混練後から５～２０時間の間であって第三ピークの発現が水混練後から２０～５０時間の間であることを特徴とするセメント系固化材。

【請求項2】

水混練後から１０時間後の水和発熱速度が５J/h・g以上であって、３０時間後の水和発熱速度が１５J/h・g以下である請求項１に記載するセメント系固化材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固化処理した土の強度が格段に向上するセメント系固化材に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、セメント系固化材を使用した地盤改良工事が増加し、セメント系固化材がさまざまな土質の改良に利用されている。一方、ロームや黒ぼくなどの火山灰質粘性土、ピートや腐植土などの高有機質土については、従来のセメント系固化材では土質固化の効果が不十分であるため、固化処理土の強度が低く、または固化材の添加量が多くなって建設コストが上昇するなどの問題があり、火山灰質粘性土や高有機質土などに適応した固化材が求められていた。

【0003】

この対策として、例えば、以下(イ)のような高有機質土壌用固化材が知られている。
(イ)クリンカ鉱物組成としてＣ_３Ｓ、Ｃ_２Ｓ、および間隙相を含有し、かつＣ_３Ａおよび石膏を含まず、好ましくは平均組成がＣ_４ＡＦないしＣ_６ＡＦ_２の範囲に含まれ、クリンカ鉱物中のＦｅ_２Ｏ_３含有量が４.０質量％以上であって、Ｆｅ_２Ｏ_３／Ａｌ_２Ｏ_３がモル比で１以上である土壌用固化材（特許文献１）。
また、有機質土や関東ロームなどの火山灰質粘性土の地盤改良用のセメント系固化材が開発され、使用する固化材添加量を低減することが行われている（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－３０７０３４号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】セメント系固化材による地盤改良マニュアル（第4版）、２０１２年１０月１０日第４版１刷発行、社団法人セメント協会発行

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の固化材は、クリンカがＣ_３Ａを含まないようにするため、アルミニウムを含まない原料を厳選しなければならず、クリンカの製造が面倒である。また固化処理土の強度が必ずしも十分ではない。本発明は、従来の固化材におけるこのような問題を解決したものであり、セメント系固化材について、その水和発熱速度に注目し、時間経過に従って現れる水和発熱ピークの大きさおよび発現時間を制御することによって、固化処理土の強度を格段に高めたセメント系固化材を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は以下の構成を有するセメント系固化材に関する。
〔１〕早強ポルトランドセメント３０～６５質量％と高炉スラグ粉末２５～５０質量％と二水石膏１０～２０質量％からなり、コンダクションカロリーメータによって測定した水和発熱速度について、その第三ピークが第二ピークより大きく、かつ第二ピークの発現が水混練後から５～２０時間の間であって第三ピークの発現が水混練後から２０～５０時間の間であることを特徴とするセメント系固化材。
〔２〕水混練後から１０時間後の水和発熱速度が５J/h・g以上であって、３０時間後の水和発熱速度が１５J/h・g以下である上記[１]に記載するセメント系固化材。

【0008】

〔具体的な説明〕
本発明は、早強ポルトランドセメント３０～６５質量％と高炉スラグ粉末２５～５０質量％と二水石膏１０～２０質量％からなり、コンダクションカロリーメータによって測定した水和発熱速度について、その第三ピークが第二ピークより大きく、かつ第二ピークの発現が水混練後から５～２０時間の間であって第三ピークの発現が水混練後から２０～５０時間の間であることを特徴とするセメント系固化材である。

【0009】

本発明のセメント系固化材は、ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末、および石膏を含む粉体の混合物であり、ポルトランドセメントは早強ポルトランドセメントであり、石膏は二水石膏である。

【0010】

本発明のセメント系固化材に含まれる早強ポルトランドセメントの含有量は３０～６５質量％である。３０質量％より少ないと固化処理土の強度が低くなり、６５質量％を超えると高炉スラグ粉末および石膏の含有量が相対的に少なくなるので、好ましくない。

【0011】

本発明のセメント系固化材は高炉スラグ粉末を２５～５０質量％含有する。高炉スラグ粉末の含有量が２５質量％より少ないと、固化処理土の強度が向上しない。一方、高炉スラグ粉末の含有量が５０質量％を上回ると、相対的にセメントの含有量が少なくなり、この場合にも固化処理土の強度が向上しない。

【0012】

本発明のセメント系固化材は二水石膏を１０～２０質量％を含有する。石膏の含有量が１０質量％より少ないと石膏添加の効果が乏しく、固化処理土の強度が十分に向上しない。一方、石膏の含有量が２０質量％を上回ると、石膏が水和反応の過程で余剰となり、これも強度が十分に向上しない。

【0013】

本発明のセメント系固化材は、コンダクションカロリーメータによって測定した水和発熱速度が第三ピークを有し、その第三ピークが第二ピークより大きく、かつ第二ピークの発現が水混練後から５～２０時間の間であって、第三ピークが水混練後から２０～５０時間の間に発現する性質を有する。

【0014】

セメントは水と反応して水和反応熱を発生する。水和反応熱の時間変化を示す水和発熱速度はセメントの反応速度と関係のあることが知られている。水和発熱速度はコンダクションカロリーメータによって測定することができる。

【0015】

セメントを主体とする固化材（セメント系固化材と云う）の水和発熱反応速度について、その時間変化をグラフに示すと、例えば、図１に示すように、普通ポルトランドセメント（試料１）や高炉セメントＢ種Ｂ種（試料２）では、第一ピーク（図１の左端のピーク）と第二ピーク（図１の左寄りピーク）が現れるが、第三ピークは現れない。第一ピークはＣ_３Ａ水和物によるピークであり、第二ピークはＣ_３Ｓ水和物によるピークであると考えられている。普通ポルトランドセメントに石膏を配合した固化材（試料３）でも同様である。なお、早強ポルトランドセメントに高炉スラグ粉末と無水石膏を配合した固化材（試料４）では、水和反応熱の時間変化で第三ピークが現われるが、この第三ピークの発現は発熱水和時間が２０時間前後である。

【0016】

一方、本発明のセメント系固化材（試料６～７）において、水和発熱反応速度の時間変化は、図２のグラフに示すように、第一ピーク（図２の左端のピーク）と第二ピーク（図２の左寄りのピーク）と共に、第三ピーク（図２の中央から右側のピーク）が現われ、その第三ピークは第二ピークより大きい。

【0017】

また、図２に示すように、本発明のセメント系固化材（試料６～７）では、第二ピークの発現は水混練後から５～２０時間の間であって、第三ピークの発現は水混練後から２０～５０時間の間である。さらに、水混練後から１０時間後の水和発熱速度が５J/h・g以上であって、３０時間後の水和発熱速度が１５J/h・g以下である。

【0018】

水和発熱反応速度について上記性質を有する本発明のセメント系固化材は、火山灰質粘性土の固化処理において、優れた固化処理効果を発揮する。具体的には、例えば、火山灰質粘性土に対して本発明の固化材を水固化材比６０質量％の割合で使用し、固化処理を行うと、固化処理土の一軸圧縮強さは材齢２８日で６００kN/m^２以上である。

【0019】

一方、水和発熱反応速度が本発明の固化材と異なる図１に示す固化材では、上記固化処理において、固化処理土の材齢２８日の一軸圧縮強さは、例えば、普通ポルトランドセメント（試料１）では５７kN/m^２程度であり、高炉セメントＢ種Ｂ種（試料２）では９２kN/m^２程度であって大幅に低い。さらに、普通ポルトランドセメントに石膏を配合し、高炉スラグ粉末を含まない固化材（試料３）では４４０kN/m^２程度であり、早強ポルトランドセメントに高炉スラグ粉末と無水石膏を配合した固化材（試料４）では４５１kN/m^２程度であって、何れも本発明のセメント系固化材よりも固化処理土の強度がかなり低い。

【0020】

本発明のセメント系固化材は、ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末、および石膏の上記配合割合の範囲内であって、水和発熱速度の上記条件内であれば、ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末、および石膏と共に、石炭灰または石灰石の何れかまたは両方を含有することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明のセメント系固化材は、火山灰質粘性土などに対しても優れた固化処理効果を発揮し、固化処理土の強度を従来の固化材よりも飛躍的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】比較固化材の水和発熱グラフ

【図2】本発明の固化材の水和発熱グラフ

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施例を示す。
〔実施例１〕
表１に示す材料を使用し、表２に示す配合比になるように材料を混合粉砕し、あるいは粉砕した材料を混合して固化材（比較試料１～４、参考試料５、本発明試料６～７）を調製した。調製した固化材の組成を表３に示した。これらの固化材について、コンダクションカロリーメータ（株式会社東京理工社製品：型式ＣＨＣ－ＯＭ６）を用いて水和発熱速度を測定した。この結果を表４および図１、図２に示す。

【0024】

図２に示すように、本発明試料６～７は何れも、水和発熱の時間変化において、第一ピークおよび第二ピークと共に第三ピークを有し、第三ピークが第二ピークより大きい。また、第二ピークの発現が水混練後から５～２０時間の間であって、第三ピークの発現が水混練後から２０～５０時間の間である。さらに、水混練後から１０時間後の水和発熱速度が５J/h・g以上であって、３０時間後の水和発熱速度が１５J/h・g以下である。
一方、比較試料１～試料３は、水和発熱の時間変化において、第三ピークは現れず、試料３は第三ピークが見られるが、その発現は水和発熱から２０時間付近である。

【0025】

〔実施例２〕
表１に示す固化材を用い、火山灰質粘性土（上福岡市採取,湿潤密度1.35g/cm³,含水比114.2質量％）を対象土として固化処理を行った。固化処理土の配合は、水固化材比６０質量％とし、固化材添加量は湿潤土１ｍ³に対し３００kg/m^３とした。
この固化処理土について、規格（JGS 0821-2009「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」）に従って供試体を作製し、規格（JIS A 1216「土の一軸圧縮試験方法」）に従って、材齢７日および材齢２８日の一軸圧縮強さを測定した。この結果を表５に示す。

【0026】

表５に示すように、本発明試料６～７は、固化処理土の一軸圧縮強さは材齢２８日において７１４kN/m ^２ 以上である。一方、比較試料１～４では、固化処理土の一軸圧縮強さは材齢２８日において４５１kN/m^２以下である。
なお、比較試料４の成分組成は、早強ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末を用いているが、石膏は無水石膏であるため、水和発熱の時間変化が本発明の固化材とは異なり、固化処理土の強度が本発明の固化材よりも低い。

【0027】

【表1】

【0028】

【表2】

【0029】

【表3】

【0030】

【表4】

【0031】

【表5】

【図1】

【図2】