JP4484343B2

JP4484343B2 - Long-term strength-inhibiting fast-curing cement composition

Info

Publication number: JP4484343B2
Application number: JP2000272113A
Authority: JP
Inventors: 豊次安井
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002080256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長期強度抑制型速硬性セメント組成物に関するものである。更に詳しく述べるならば、本発明は、水と混和されたとき、初期において速硬性を示して所要の機械的強度を発現するが、その後は長期強度が抑制された性状を示し、この長期強度が抑制された期間中は、破壊又は掘削が容易なセメント組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にセメント用遅延剤を、セメント中に添加するとき、遅延剤の添加量が増大する程セメントの凝結も遅れるが、添加量と、凝結時間との間に比例的な関係を示すものは少なく、ある限度量を超えると、著しい凝結・硬化の遅延をもたらす傾向にあることが知られている（笠井芳夫・小林正几編著、改訂版セメント・コンクリート用混和材料、技術書院発行、第３７１頁）。
【０００３】
また、セメント用凝結遅延剤として各種糖類が用いられることも知られており、例えば、特開昭５９−８４９７２号にはセメント類と石灰類との重量比９９：１〜７０：３０の混合物１００重量部に対し、０．１〜１０重量部の糖類を混合したセメント組成物が開示されている。このセメント／糖類組成物は、連続的な施工により一体化した改良地盤を形成する場合には、一定期間の硬化遅延性を示し、しかる後に速やかな硬化強度を発現するという特性を有するものである。
【０００４】
ところが、セメント組成物を使用する工事において、セメントモルタルを打設した後、初期においては、速やかに硬化して所要の機械的強度を発現し、しかも、その後は長期強度が抑制された性状を示して、機械的強度の増大速度が遅く、従って、初期強度発現後の硬化したコンクリートの破壊又は掘削が容易であることを必要とする場合がある。例えば緊急の道路工事などにおいて、一時交通を遮断してセメントモルタルの打設を行い、早急に（例えば１時間後に）所要の機械的強度を発現させて交通を開放し、その後にコンクリートの所要箇所に破壊、掘削などを施して、工事箇所を完成する場合、或は、工事箇所の一部にセメント系固化材による地盤改良を施し、これを速やかに硬化して補強し、その後、他の部分の工事の進行に応じて、地盤改良箇所の除去、又は掘削などを施して工事を完成させる場合などである。
【０００５】
このような場合に、従来の遅硬性セメント組成物を用いると、初期における機械的強度発現が遅く、しかもその後に強度が著しく増大することとなり、初期速硬化長期強度抑制の目的を達成することができない。
【０００６】
一方、上記目的に対して、従来の速硬性セメント（例えばジェットセメント、アルミナセメントなど）を主成分として含むグラウト材、或は水ガラスを含むグラウト材に、ハンドリングタイムを確保するための遅延剤を添加して用いると、所要のバンドリングタイムの経過後は、セメントは急速に硬化して初期に機械的強度を発現するが、その後も硬化は急速に進行してきわめて高い機械的強度を発現し、その破壊及び掘削などが困難になる。
【０００７】
そこで、速硬性を有し、かつ長期強度が抑制されたセメント組成物の出現が強く望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、硬化初期においては速硬性を示して、所望の機械的強度を発現することができるが、その後は長期強度が抑制された性状を示して、硬化体を破壊及び掘削することが容易な、長期強度抑制型速硬性セメント組成物を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来硬化遅延剤として用いられている糖類のうちの特定の糖類を、セメント含有結合材に対して、特定の重量割合で混合することによって上記課題を、解決し得ることを見出し、この知見に基いて本発明を完成した。
【００１０】
本発明の長期強度抑制型速硬性セメント組成物は、セメントを主成分として含む結合材と、前記結合材１００重量部に対し、１０重量部を超え、３０重量部未満の、ブドウ糖、マルトース及び果糖から選ばれた少なくとも１種を主成分とする糖類とを含み、水と混合したとき、初期において速硬性を示すが、その後は長期強度が抑制された性状を示すことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の長期強度抑制型速硬性セメント組成物は、セメントを主成分として含有する結合材に、ブドウ糖、マルトース及び果糖から選ばれた少なくとも１種を主成分とする糖類を速硬化・長期強度抑制剤として配合したものである。本発明においては、結合材１００重量部に対し、前記糖類が、１０重量部を超え、３０重量部未満の、好ましくは１１〜２９重量部、より好ましくは１５〜２５重量部の割合で、配合されることが重要であり、それが、１０重量部以下においては、前記糖類は硬化遅延剤として作用し、セメントモルタルの初期硬化の促進効果が不十分になり、また、それが３０重量部以上になると、初期硬化促進効果が不十分になり、かつ長期硬化体にクラックが発生するなどの欠点を生じ耐久性が不十分になる。
本発明の長期強度抑制型速硬性セメント組成物において、その水性スラリーは、上記組成に基づき、室温における一軸圧縮強さが、硬化時間６０分において５０KN／m²以上（好ましくは１００KN／m²以上）であり、かつ、硬化時間７日において、５０００KN／m²以下（好ましくは３０００KN／m²以下）であることが好ましい。
【００１２】
本発明のセメント組成物に含まれる結合材は、セメントを主成分として含みその他の結合成分として、石灰、石こう等の自硬性を有するもの、高炉スラグ等の潜在水硬性を有するもの、フライアッシュ、シリカフューム等のポゾラン粉末などを含むことができる。前記他の結合成分は、セメント成分１００重量部に対し、０〜４０重量部の割合で配合されることが好ましく、より好ましくは０〜２０重量部である。
【００１３】
本発明において、結合材の主成分として用いられるセメントは、普通セメント、早強セメント、超早強セメント、中庸熱セメント、低熱セメント、耐硫酸塩セメントなどの各種ポルトランドセメントやジェットセメント、アルミナセメントなどの特殊セメントなどを包含する。
【００１４】
本発明において用いられる糖類は、単糖類及び還元性二糖類から選ばれた１種以上を含むものであって、好ましくはブドウ糖（グルコース）、マルトース（麦芽糖）及び果糖から選ばれた少なくとも１種を主成分として含む糖類が用いられる。前記糖類は、粉末状態で結合材成分と混合し、この混合組成物を、水性スラリーとして用いてもよいし、結合材成分の水性スラリーの調製の際にその中に、糖類の水溶液を混合してもよい。
【００１５】
【実施例】
本発明は、下記実施例によりさらに説明する。
下記実施例及び比較例において用いられる「液糖Ａ」とは、糖類固形分７５重量％、水分２５重量％からなり、糖類固形分中のマルトース含有量が約７０重量％及び比重が１．３８の糖類水溶液である。
【００１６】
実施例１〜３及び比較例１〜４
実施例１〜３及び比較例１〜４の各々において、糖類含有セメント組成物の水性スラリーを、表１の組成で調製した。このセメント組成物の水性スラリーの調製において、水と普通ポルトランドセメント（ＮＣ、比重：３．０５）とから、水／セメント比約６０％のセメントミルクを調製し、これに液糖Ａの水溶液を混合した。表１において、液糖Ａの混合量は、セメントの重量に対する液糖（Ａ）の重量の割合（パーセント）により示されている。
得られたセメントスラリーの硬化状況を、６０分〜９１日後の一軸圧縮強さと、クラック発生の有無により、表２に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
液糖ＡをＮＣに対して重量比１０％を超え３０％未満の範囲で添加した場合にのみ１時間経過で強度発現が起こる。
一方、ＮＣに対して液糖Ａの添加重量比が１０％以下の場合は、１時間では硬化せず、測定不能であった。また３０％以上の場合は、耐久性に関して問題があり、空気に触れるとクラックが発生した。
【００２０】
実施例４〜６並びに比較例５及び６
実施例４〜６並びに比較例５及び６の各々において、普通ポルトランドセメント（ＮＣ）と、水と、ブドウ糖とを表３に記載の組成で混合してセメント組成物スラリーを調製し、その硬化状況（一軸圧縮強さ及びクラックの有無）を検討した。その結果を表４に示す。
【００２１】
【表３】

【００２２】
【表４】

【００２３】
実施例７〜９並びに比較例７及び８
実施例７〜９並びに比較例７及び８の各々において、普通ポルトランドセメント（ＮＣ）と水と、マルトースとを、表５に記載の組成で混合してセメント組成物スラリーを調製し、その硬化状況を測定した。その結果を表６に示す。
【００２４】
【表５】

【００２５】
【表６】

【００２６】
実施例１０〜１４及び比較例９〜１０
実施例１０〜１４及び比較例９〜１０の各々において、普通ポルトランドセメント（ＮＣ）１０７８kg／ｍ³と、水６４６kg／ｍ³と、表７に記載の糖類１５重量％（ＮＣ重量に対し）とからセメント組成物スラリーを調製し、その硬化状況を測定した。結果を表７に示す。表７中、果糖、トレハロース及びデキストリンは粉末状のものを用いた。なお液糖Ｂは糖類固形分７５重量％と水分２５重量％とからなり、糖類固形分７５重量％のうち、果糖が５５重量％を占めていた。
【００２７】
【表７】

【００２８】
表７より明らかなように、糖類の中で、特に強度発現が速いものは、ブドウ糖またはマルトースを含むものであった。
また、マルトース以上の鎖長をもつグルコース重合体混合物であるデキストリンや、非還元性二糖であるトレハロースでは、速硬性が得られなかった。
【００２９】
実施例１５〜１７
実施例１５〜１７の各々において、表８に示されているセメント（普通ポルトランドセメント（ＮＣ）、早強ポルトランドセメント（ＨＣ）、又は高炉セメントＢ種（ＢＢ）１０７８kg／ｍ³と、水６４６kg／ｍ³と、液糖Ａ１５重量％（セメント重量に対し）とから、セメント組成物スラリーを調製し、その硬化状況を測定した。その結果を表８に示す。
【００３０】
【表８】

【００３１】
表８から、普通ポルトランドセメントとはクリンカの組成において異なる早強ポルトランドセメント、及び結合材中に高炉スラグを含んでいる高炉セメントＢ種についても、普通ポルトランドセメントと同様に、本発明において使用できることが認められた。
【００３２】
実施例１８及び比較例１１
実施例１８及び比較例１１の各々において、表９に示す組成のセメント組成物スラリーを調製した。比較例１１においては、普通ポルトランドセメントの代りに、ジェットセメント系材料を用い、液糖Ａを使用しなかった。得られたセメント組成物の硬化性試験結果を表１０に示す。
【００３３】
【表９】

【００３４】
【表１０】

【００３５】
表９、表１０から明らかなように、本発明の組成物は、普通ポルトランドセメントを用いてジェットセメント系材料と同等の初期強度を有しており、しかも、ジェットセメント系材料に比べて、大幅に長期強度を抑制出来ることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の長期強度抑制型速硬性セメント組成物は、その水性スラリーの硬化の初期においては、速硬性を示し、実用上十分な機械的強度を発現するが、その後は長期強度が抑制される性状を示し、このため、硬化後のコンクリートを容易に破壊又は掘削できるものであり、地盤改良材、注入材、充填材として各種工事に利用できるものである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a long-term strength-suppressing fast-curing cement composition. More specifically, the present invention, when mixed with water, exhibits fast mechanical properties in the initial stage and expresses the required mechanical strength, but thereafter exhibits a property in which long-term strength is suppressed. During the controlled period, it relates to a cement composition that is easy to break or drill.
[0002]
[Prior art]
Generally, when adding a retarder for cement to the cement, the setting of the cement is delayed as the amount of the retarder added increases, but there are few that show a proportional relationship between the added amount and the setting time. It is known that when a certain limit is exceeded, there is a tendency to cause a significant delay in setting / setting (edited by Yoshio Kasai / Masayoshi Kobayashi, revised version of cement / concrete admixture, published by Technical College, page 371) .
[0003]
In addition, it is also known that various saccharides are used as a setting retarder for cement. For example, JP-A 59-84972 discloses a mixture 100 of cements and limes in a weight ratio of 99: 1 to 70:30. A cement composition in which 0.1 to 10 parts by weight of saccharide is mixed with respect to parts by weight is disclosed. This cement / sugar composition has a characteristic that when it forms an improved ground integrated by continuous construction, it exhibits a set retarding property for a certain period of time and then expresses a rapid setting strength. .
[0004]
However, in the construction using the cement composition, after placing the cement mortar, in the initial stage, it hardens quickly and expresses the required mechanical strength, and thereafter the long-term strength is suppressed. Thus, the rate of increase in mechanical strength may be slow, thus requiring that the hardened concrete be easily broken or excavated after initial strength development. For example, in emergency road construction, temporary traffic is cut off and cement mortar is placed, and the required mechanical strength is expressed immediately (for example, after one hour) to release the traffic, and then the concrete is required. When the construction site is completed by destroying or excavating it, or the ground is improved with cement-based solidified material in a part of the construction site, which is quickly cured and reinforced, and then other parts Depending on the progress of the construction, the ground improvement location may be removed or excavated to complete the construction.
[0005]
In such a case, when the conventional slow-hardening cement composition is used, the initial mechanical strength development is slow, and the strength is remarkably increased thereafter, thereby achieving the purpose of suppressing the initial fast-curing long-term strength. Can not.
[0006]
On the other hand, for the above purpose, a retarder for ensuring a handling time is added to a grout material containing a conventional fast-setting cement (for example, jet cement, alumina cement) as a main component or a grout material containing water glass. When added and used, after the required bundling time has elapsed, the cement hardens rapidly and develops initial mechanical strength, but thereafter, curing proceeds rapidly and develops extremely high mechanical strength. Its destruction and excavation become difficult.
[0007]
Accordingly, there has been a strong demand for the appearance of a cement composition that has fast curing properties and has suppressed long-term strength.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention can exhibit fast mechanical properties at the initial stage of curing and exhibit desired mechanical strength, but after that it exhibits properties with suppressed long-term strength, making it easy to break and excavate the cured body. An object of the present invention is to provide a long-term strength-suppressing fast-curing cement composition.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention can solve the above-mentioned problems by mixing a specific saccharide among saccharides conventionally used as a curing retarder with a specific weight ratio with respect to the cement-containing binder. The present invention was completed based on the finding and this finding.
[0010]
The long-term strength-suppressing fast-hardening cement composition of the present invention comprises a binder containing cement as a main component and glucose, maltose and fructose in an amount of more than 10 parts by weight and less than 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder. It contains saccharides containing at least one selected from the group consisting of saccharides, and when it is mixed with water, it exhibits fast-curing properties at an early stage, but thereafter exhibits a property in which long-term strength is suppressed. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The long-term strength-suppressing fast-curing cement composition of the present invention is a fast-curing / long-term strength-suppressing saccharide composed mainly of at least one selected from glucose, maltose and fructose in a binder containing cement as a main component. It is blended as an agent. In the present invention, the saccharide is blended in a proportion of more than 10 parts by weight and less than 30 parts by weight, preferably 11 to 29 parts by weight, and more preferably 15 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder. It is important that when the amount of the saccharide is 10 parts by weight or less, the saccharide acts as a curing retarder, and the effect of promoting the initial curing of the cement mortar is insufficient. If so, the effect of promoting the initial curing becomes insufficient, and defects such as the generation of cracks in the long-term cured product occur, resulting in insufficient durability.
In the long-term strength-suppressing fast-curing cement composition of the present invention, the aqueous slurry has a uniaxial compressive strength at room temperature of 50 KN / m ² or more (preferably 100 KN / m ² or more at a curing time of 60 minutes based on the above composition. And at a curing time of 7 days, it is preferably 5000 KN / m ² or less (preferably 3000 KN / m ² or less).
[0012]
The binder contained in the cement composition of the present invention includes cement as a main component, and other binder components having self-hardening properties such as lime and gypsum, those having latent hydraulic properties such as blast furnace slag, fly ash, Pozzolanic powder such as silica fume can be included. The other binding component is preferably blended at a rate of 0 to 40 parts by weight, more preferably 0 to 20 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the cement component.
[0013]
In the present invention, the cement used as the main component of the binder is normal cement, early-strength cement, ultra-early-strength cement, moderately hot cement, low-heat cement, sulfate-resistant cement, various portland cements, jet cement, alumina cement, etc. Includes special cement.
[0014]
The saccharides used in the present invention include one or more selected from monosaccharides and reducing disaccharides, and preferably include at least one selected from glucose (glucose), maltose (maltose) and fructose. Saccharides containing as a main component are used. The saccharide may be mixed with a binder component in a powder state, and this mixed composition may be used as an aqueous slurry, or an aqueous solution of saccharide may be mixed therein when preparing an aqueous slurry of the binder component. May be.
[0015]
【Example】
The invention is further illustrated by the following examples.
“Liquid sugar A” used in the following examples and comparative examples is composed of saccharide solid content of 75% by weight and water content of 25% by weight. The maltose content in the saccharide solid content is about 70% by weight and the specific gravity is 1.38. Sugar aqueous solution.
[0016]
Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4
In each of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4, an aqueous slurry of a saccharide-containing cement composition was prepared with the composition in Table 1. In the preparation of the aqueous slurry of this cement composition, cement milk having a water / cement ratio of about 60% was prepared from water and ordinary Portland cement (NC, specific gravity: 3.05), and an aqueous solution of liquid sugar A was added thereto. Mixed. In Table 1, the mixing amount of liquid sugar A is shown by the ratio (percentage) of the weight of liquid sugar (A) to the weight of cement.
Table 2 shows the curing status of the obtained cement slurry, depending on the uniaxial compressive strength after 60 minutes to 91 days and the presence or absence of cracks.
[0017]
[Table 1]

[0018]
[Table 2]

[0019]
Only when liquid sugar A is added in a range of more than 10% by weight and less than 30% with respect to NC, strength development occurs in 1 hour.
On the other hand, when the added weight ratio of liquid sugar A to NC was 10% or less, it was not cured in 1 hour and measurement was impossible. In the case of 30% or more, there was a problem with durability, and cracks occurred when exposed to air.
[0020]
Examples 4-6 and Comparative Examples 5 and 6
In each of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 5 and 6, ordinary Portland cement (NC), water, and glucose were mixed in the composition shown in Table 3 to prepare a cement composition slurry, and its setting status (Uniaxial compressive strength and presence of cracks) were examined. The results are shown in Table 4.
[0021]
[Table 3]

[0022]
[Table 4]

[0023]
Examples 7-9 and Comparative Examples 7 and 8
In each of Examples 7 to 9 and Comparative Examples 7 and 8, ordinary Portland cement (NC), water, and maltose were mixed in the composition shown in Table 5 to prepare a cement composition slurry, and its curing status Was measured. The results are shown in Table 6.
[0024]
[Table 5]

[0025]
[Table 6]

[0026]
Examples 10-14 and Comparative Examples 9-10
In each of Examples 10 to 14 and Comparative Examples 9 to 10, ordinary Portland cement (NC) 1078 kg / m ³ , water 646 kg / m ^3, and 15% by weight (based on NC weight) of saccharides described in Table 7 From this, a cement composition slurry was prepared, and its curing condition was measured. The results are shown in Table 7. In Table 7, fructose, trehalose and dextrin were in powder form. Liquid sugar B was composed of saccharide solid content of 75% by weight and water content of 25% by weight, and fructose accounted for 55% by weight of the saccharide solid content of 75% by weight.
[0027]
[Table 7]

[0028]
As is clear from Table 7, among sugars, those with particularly rapid strength development contained glucose or maltose.
In addition, dextrin, which is a glucose polymer mixture having a chain length equal to or greater than maltose, and trehalose, which is a non-reducing disaccharide, did not provide fast curing.
[0029]
Examples 15-17
In each of Examples 15 to 17, the cements shown in Table 8 (ordinary Portland cement (NC), early-strength Portland cement (HC), or blast furnace cement type B (BB), 1078 kg / m ³ , water 646 kg / A cement composition slurry was prepared from m ³ and 15% by weight of liquid sugar A (based on the cement weight), and the curing state thereof was measured, and the results are shown in Table 8.
[0030]
[Table 8]

[0031]
From Table 8, it can be used in the present invention as well as ordinary Portland cement for early-strength Portland cement having a clinker composition different from that of ordinary Portland cement, and blast furnace cement type B containing blast furnace slag in the binder. Admitted.
[0032]
Example 18 and Comparative Example 11
In each of Example 18 and Comparative Example 11, a cement composition slurry having the composition shown in Table 9 was prepared. In Comparative Example 11, a jet cement material was used instead of ordinary Portland cement, and liquid sugar A was not used. Table 10 shows the results of the curability test of the resulting cement composition.
[0033]
[Table 9]

[0034]
[Table 10]

[0035]
As is apparent from Tables 9 and 10, the composition of the present invention has an initial strength equivalent to that of the jet cement-based material using ordinary Portland cement, and is significantly larger than that of the jet cement-based material. It can be seen that the long-term strength can be suppressed.
[0036]
【The invention's effect】
The long-term strength-suppressing fast-curing cement composition of the present invention exhibits fast-curing properties at the initial stage of curing of the aqueous slurry and exhibits sufficient mechanical strength for practical use. Therefore, the hardened concrete can be easily destroyed or excavated, and can be used for various constructions as a ground improvement material, an injection material, and a filler.

Claims

A binder containing cement as a main component, and a saccharide mainly containing at least one selected from glucose, maltose and fructose , exceeding 10 parts by weight and less than 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder; A long-term strength-suppressing fast-curing cement composition that, when mixed with water, exhibits fast-curing properties in the initial stage and thereafter exhibits long-term strength properties.