专利名称：灌浆用水泥灰浆组合物及使用其的注浆的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种土木、建筑方面所使用的灌浆(grout)用水泥灰浆(cement mortar)组合物，详细地，涉及一种具有良好的流动性、高强度、高耐久性、低收缩性的灌浆用水泥灰浆组合物及使用其的注浆(grout mortor)。
背景技术：
以往，作为灌浆材料一般是在水泥中添加减水剂的材料，进一步，添加硫铝酸钙系或石灰系的膨胀材料或铝粉等的发泡剂而使其不收缩，然后在这些中混合河沙或硅砂等作为浆(paste)或灰浆，广泛使用于向土木、建筑工程，特别是对混凝土结构中细小的缝隙、倒砌工法中产生的缝隙、构造物的修补或增强、机械装置的底座下以及轨道水泥板下等进行填充的施工方法等中。
在灌浆材料中有PC灌浆、预制混凝土用灌浆、隧道或盾构的充填灌浆、预制用灌浆、构造物的修补或增强用注入灌浆、钢筋接头灌浆、桥梁支撑下灌浆、机械底座下灌浆、铺装水泥板下灌浆、轨道水泥板下灌浆以及原子能发电站储存容器下灌浆等。
另外，对于灌浆用水泥灰浆组合物公知有含有快速固化剂而成的速固型组合物(参照专利文献1～4)，在专利文献2中还公开了如下内容在这些灌浆用水泥灰浆组合物中，与快速固化剂一起，混合了凝结调整剂(凝结迟延剂)和流动化剂(减水剂)，其中，作为快速固化剂使用由铝硅酸钙玻璃(钙铝硅酸盐玻璃)和石膏形成的快速固化剂。
通过使用这些灌浆用水泥灰浆组合物，可以制成具有优异强度显现性的、且可以确保一定流动性的注浆，但是还是需求制成能够确保更良好的流动性，且不产生泌水(bleeding)或材料分离的、高强度、高耐久性和低收缩性的灌浆用水泥灰浆组合物。
专利文献1特开2001-97759号公报 专利文献2特开2006-27937号公报 专利文献3特开2006-104013号公报 专利文献4特许第2861612号公报 进一步，公知有以铝硅酸钙玻璃(钙铝硅酸盐玻璃)、无机硫酸盐(石膏)和反应性硅质物质(火山灰微粉末)为主要成分的混凝土混合材料的发明(专利文献5)，但是，专利文献5中没有公开像这样的将混凝土混合材料在灌浆用水泥灰浆组合物中的使用。
专利文献5特许第2975422号公报 另一方面，专利文献6还公开了如下内容混合有包含混凝土、膨胀材和火山灰微粉末而成的结合材、细骨料和减水剂的灰浆组合物中，公知有混合比重3.0以上的作为细骨料的重骨料、主要应用于原子能发电站的屏蔽墙或机械装置的基础构造物等的填充工事中的灰浆组合物的发明(参照专利文献6)，由此，提供一种不产生材料分离的、具有良好流动性、抑制温度上升且不容易产生温度应力引起的裂缝的重灰浆。但是，专利文献5中没有公开将这样的重灰浆适用于速固型的注浆。
专利文献6特开2005-47772号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种灌浆用水泥灰浆组合物，能很好的适应于上述多用途中的机械基础灌浆等，且保持良好流动性，具有不产生泌水或材料分离的高强度、高耐久性和低收缩性；以及一种使用该组合物的注浆。
本发明为解决上述课题，采用了以下的手段。
(1)一种灌浆用水泥灰浆组合物，其是通过含有结合材、凝结迟延剂、减水剂以及细骨料而形成的，其特征在于，所述结合材含有由水泥、钙铝硅酸玻璃和石膏形成的快速固化剂和火山灰微粉末，所述减水剂至少含有聚羧酸盐系减水剂，以及所述细骨料为密度3.0g/cm3以上的重骨料。
(2)如上述(1)中所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，火山灰微粉末是二氧化硅的含量为90％以上且氢离子浓度在酸性区域内的硅质微粉末。
(3)如上述(1)或(2)中所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述水泥含有被分级的微粉末水泥。
(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述结合材进一步含有膨胀材。
(5)如上述(4)中所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述膨胀材是勃氏值(blaine)为4000cm2/g以上的硫铝酸钙系膨胀材。
(6)如上述(1)～(5)中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述减水剂进一步含有三聚氰胺磺酸盐系减水剂。
(7)如上述(1)～(6)中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，进一步含有减缩剂。
(8)如上述(1)～(7)中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，进一步含有发泡物质。
(9)如上述(1)～(8)中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，进一步含有增粘剂。
(10)一种注浆，通过混炼上述(1)～(9)中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物和水而成。
(11)如上述(10)所述的注浆，其中，相对于100份的结合材，水为31～36份。
通过使用本发明的灌浆组合物，可以提供一种保持良好流动性且具有不产生泌水或材料分离的、高强度和高耐久性的、以及具有防止由干燥收缩(低收缩性)引起开裂的性能的注浆。
具体实施例方式 以下，详细地说明本发明。
另外，本发明中使用的份或％如果没有特别的规定是指质量标准。
本发明中，混炼灌浆用水泥灰浆组合物和水来调制成注浆，其中的灌浆用水泥灰浆组合物含有快速固化剂、火山灰微粉末、凝结迟延剂、减水剂以及重骨料，根据需要还可以含有膨胀材、减缩剂、微粉末水泥、发泡物质、增粘剂。
作为本发明使用的水泥，可以举出普通、早强、低热和中热等各种硅酸盐水泥，以及废物利用型水泥，即环保水泥等。
本发明中，部分水泥可以使用微粉末水泥。微粉末水泥使用将普通硅酸盐水泥粉碎成粒度为20微米以下，然后分级成10微米以下粒度的水泥。结合材100份(水泥、快速固化剂、火山灰微粉末以及膨胀材的合计量，以下相同)中使用量优选为5份以下，如果超过5份，有达不到抑制泌水的效果，或损坏流动性这样的问题。
本发明中使用的快速固化剂由钙铝硅酸盐玻璃和石膏形成。
本发明中涉及的钙铝硅酸盐玻璃优选组成范围为60～30％的CaO、20～60％的Al2O3、5～25％的SiO2，更优选CaO为55～30％、Al2O3为30～60％、SiO2为10～25％。如果CaO不到30％或Al2O3超过60％，快速固化性变差，相反的，CaO如果超过60％或Al2O3不到20％，即使大量添加凝结迟延剂也在瞬间凝结，如果SiO2不到5％，不能得到长时间的强度延伸，相反的，如果超过5％，初期强度显现性下降。
本发明中涉及的钙铝硅酸盐玻璃的原料可以使用生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH)2)、石灰石(CaCO3)等作为CaO质原料，使用氧化铝、矾土、硬水铝石、长石、粘土等作为Al2O3质原料，使用石英砂、白土、硅藻土等作为SiO2质原料。
通过以下的方法来制造。将以上的CaO质原料、Al2O3质原料、SiO2质原料按规定的比例混合后，用直接通电式熔融炉或高频炉溶解，通过压缩空气或高压水将制成的熔融体吹飞的方法，或将熔融体扔入水中的方法，或用回转窑将原材料熔融和急冷。
在强度显现性的问题上，钙铝硅酸盐玻璃的粒度优选勃氏值为3000cm2/g以上，更优选为5000cm2/g以上。如果不到3000cm2/g，有降低强度显现性的危险。
作为石膏可以举出无水石膏、半水石膏和二水石膏等，可以使用这些中的一种或两种以上，其中，从强度显现性的角度出发优选无水石膏 从强度显现性的角度出发，石膏的粒度优选勃氏值为3000cm2/g以上，更优选为5000cm2/g以上。如果不到3000cm2/g，有降低强度显现性的危险。
相对于100份的钙铝硅酸盐玻璃，石膏的使用量优选为50～150份。如果不到50份或超过150份，强度显现性下降。
结合材100份中，快速固化剂的添加量优选为9～25份。如果不到9份，强度显现性会有下降的情形，如果超过25份，则效果达到饱和。
在本发明中使用的火山灰微粉末是产生特别在低水比中具有良好流动性和强度显现的物质，因此优选二氧化硅(SiO2)的含量为90％以上，氢离子浓度在酸性区域的硅质微粉末。
硅质微粉末的制造方法如下，例如在火焰中氧化金属硅微细粉末的方法，或高温火焰中熔融硅质原料微粉末的方法中，通过调整原料的热处理条件，设定采集温度为550℃以上来制造硅质微粉末。另外，还有由在电炉中电融锆英砂(zircon sand)时，用旋风器等采集后进行分级而制造。
结合材100份中，火山灰微粉末的使用量优选为5～15份。如果不到5份，会有如下的问题强度显现不好；滚珠(ball bearing)效果消失，混炼时的负荷变大；得不到在规定的水量中所具有的优异流动性。如果超过15份，会有流动性效果变得饱和，强度显现性下降。
本发明中使用的膨胀材没有特别的限定，可以使用一般市场上销售的膨胀材，可以使用硫铝酸钙系膨胀材、铁铝酸钙系膨胀材以及石灰系膨胀材中的任何一种。
结合材100份中，膨胀材的使用量优选为1～5份。如果不到1份，收缩减少效果差，如果超过5份，不仅达不到收缩减少效果，还会降低压缩强度。
本发明中使用的凝结迟延剂是快速固化性灰浆的调整凝结固化的迟延剂，含有有机酸类和碱金属碳酸盐中的一种或两种以上。
有机酸类可以举出柠檬酸(无水)、酒石酸和葡萄糖酸等的羟基羧酸或它们的盐等碱金属盐等。相对于100份的结合材，有机酸类的使用量优选为0.1～0.3份。不到0.1份，有时会不能控制固化时间，如果超过0.3份，强度显现性有时会下降。
作为碱性金属碳酸盐，可以举出碳酸锂、碳酸钠和碳酸钙等碳酸盐，碳酸氢钠或碳酸氢钾等重碳酸盐。相对于100份的结合材，碱性金属碳酸盐的使用量优选为0.3～0.8份。如果不到0.3份，有时候达不到所期的固化后的促进强度显现性的效果，如果超过0.8份，有时降低初期强度显现。
本发明中使用的减缩剂抑制固化后的注浆的干燥收缩，且抑制裂缝的产生，而构成减缩的成分可以是以RO(AO)nH(R是碳原子数为4～6的烷基，A是碳原子数为2～3的一种或两种以上的烯烃，n为1～10的整数)表示的低级醇的烯化氧加成物为主体的物质，也可以使用以通式X{O(AO)nR}m(X为含有2～8个氢基的化合物的残基，AO是碳原子为2～18的氧化烯基，R为氢原子、碳原子数为1～18的烃或碳原子数2～18的酰基，n为30～1000，m为2～8)表示的、且氧化烯基为60摩尔％以上的聚氧化烯衍生物等。
相对于结合材100份，减缩剂的使用量优选为1.3～3.8份。如果不到1.3份，收缩减少效果有时会差，如果超过3.8份，有时会降低强度显现性。
减水剂具有分散水泥的作用和吸收空气的作用，为改善流动性和增加强度的物质。具体的，可以举出三聚氰胺磺酸盐的缩合物和聚羧酸盐的缩合物等。本发明中为了得到规定的流动性，至少要使用聚羧酸盐系减水剂。这些减水剂可以使用全部是粉末状的，也可以将聚羧酸盐系减水剂和其他减水剂组合使用。
相对于结合材100份，聚羧酸盐系减水剂的使用量优选为0.13～0.3份。如果不到0.13份，有时得不到规定的流动性，如果超过0.3份，有时会降低压缩强度，产生材料的分离。如果并用三聚氰胺磺酸盐系减水剂时，优选为0.13～0.4份，其中，更优选为0.25份左右。
本发明中所使用的发泡物质，没有特别的限定，但是为了得到注浆的初期膨胀性，为和水混炼后产生气体的物质，由该作用可以防止注浆的沉降现象，因此可以实现与构造物一体化的目的。作为具体的例子，可以举出金属粉末或过氧化物等，其中，优选铝粉，但是铝粉的表面由于容易被氧化而被氧化膜覆盖，降低了反应性，因此优选用植物油、矿物油或硬脂酸等进行过表面处理的铝粉。
相对于结合材100份，发泡物质的使用量优选为0.0013～0.004份。如果不到0.0013份，有时膨胀量变得非常小，如果超过0.004份，有时膨胀量变大，强度下降。
本发明中使用的增粘剂用于调整灰浆的粘性，没有特别的限定，可以使用市售的增粘剂，可以举出甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸或其钠盐或钙盐，和聚氧乙烯等。
相对于结合材100份，增粘剂的使用量优选为0.001～0.004份。如果不到0.001份，有时不能有效的防止泌水，如果超过0.004份，有时降低流动性。
作为本发明中使用的细骨料使用铬铁合金渣等的密度为3.0g/cm3以上的重骨料。优选其最大粒径为5.0mm以下。
相对于结合材100份，细骨料的使用量优选为100～200份。如果不到100份，有时收缩量变大，如果超过200份，有时降低强度或流动性。
本发明除了上述成分以外，在不实质性地破坏本发明目的的范围内，可以使用消泡剂、膨润土等矿物粘土、以及铝碳酸镁等的阴离子交换体等。
本发明中，混炼混合有像上述材料的灌浆用水泥灰浆组合物和水，调制成注浆。
混炼用的水没有特别的限定，但是相对于结合材100份，优选为31～36份。在该范围以外，有时流动性差或发生材料分离，降低强度显现性。
本发明中各材料的混合方法没有特别的限定，可以在施工时混合各种材料，也可以预先混合一部分或全部。
作为混合装置可以使用现有的任何装置。例如，倾斜式搅拌器、匀浆机、亨舍尔混合机、V型搅拌器以及诺塔混合器等。
以下举出实施例来进一步具有的说明本发明，但是本发明不受这些实施例的限定。
实施例1 将100份结合材中含有表1所示的快速固化剂(水泥的量为从85份中减去快速固化剂的量)、火山灰微粉末10份、膨胀材2.5份和微粉末水泥2.5份，然后相对于100份的结合材混合0.75份的凝结迟延剂、2.5份的减缩剂、0.25份的三聚氰胺磺酸盐系减水剂、0.2份的聚羧酸盐系减水剂、0.0025份的发泡物质、0.003份的增粘剂和150份的细骨料制成灌浆用水泥灰浆组合物，然后和34份的水一起用高速手动搅拌器进行混炼制成注浆，测定其流动性、泌水率、体积膨胀率和压缩强度。结果合计于表1中。
使用材料 水泥普通硅酸盐水泥、密度3.15g/cm3、市售 快速固化剂 钙铝硅酸盐玻璃/无水石膏 1/1(质量比)密度2.94g/cm3 火山灰微粉末来源氧化锆的硅粉(市售品) 膨胀材 硫铝酸钙系 微粉末水泥 普通硅酸盐水泥的粉碎，分级品，平均粒度10μm 凝结迟延剂 柠檬酸(无水)25％；碳酸钙75％ 减缩剂 聚乙二醇系减缩剂，市售品 减水剂 A三聚氰胺磺酸盐系减水剂，市售品 B聚磺酸盐系减水剂，市售品 发泡物质金属铝粉末，市售品 增粘剂 甲基纤维素系增粘剂，市售品 细骨料 铬铁合金渣、密度3.20g/cm3、4mm以下 测定方法 流动性根据土木学会标准示方书(JSCE-F541-1999)“填充注浆的流动性试验方法”测定J14漏斗流下值。
泌水率根据土木学会标准示方书(JSCE-F542-1999)“填充注浆的泌水率和膨胀率试验方法”测定泌水。
长度变化根据土木学会标准示方书(JSCE-F542-1999)“由膨胀材的灰浆进行的膨胀试验方法”，20℃、80％RH的恒温恒湿室中，浇注注浆到模壳，浇注一天后测定。然后，在水中熟化7天后，在20℃、60％RH的恒温恒湿室熟化后测定。
体积膨胀率根据土木学会标准示方书(JISA-6202-1197)“填充注浆的泌水率和膨胀率试验方法”，20℃、80％RH的恒温恒湿室中，浇注注浆到模壳，浇注一天后测定。
压缩强度根据土木学会标准示方书(JSCE-G541-1999)“填充注浆的压缩强度试验方法”，20℃、80％RH的恒温恒湿室中，浇注注浆到模壳，测定6个小时后的强度(表1)，然后一天之后的在20℃水中熟化测定材龄为28日的压缩强度。
表1 -为不能测定 从表1可以看出，含有快速固化剂的实施例的注浆，具有良好的流动性，没有泌水，低收缩性，压缩强度高(试验No.1-2～1-7)。与此相反，没有含有快速固化剂的比较例的注浆，降低了强度显现性(试验No.1-1)。
实施例2 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份和表2所示的火山灰微粉末之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表2中。
表2 -为不能测定 从表2可以看出，含有火山灰微粉末的实施例的注浆，具有良好的流动性，没有泌水，收缩性低，压缩强度高(试验No.2-2、1-5、2-3)。与此相反，没有含有火山灰微粉末的比较例的注浆，降低了流动性(试验No.2-1)。
实施例3 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加表3所示的凝结迟延剂之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表3中。
表3 从表3可以看出，添加凝结迟延剂的实施例的注浆，具有良好的流动性，没有泌水，具有适当的凝结时间，压缩强度高。
实施例4 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加表4所示的减缩剂之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表4中。
表4 长度变化率(材龄28日值) 实施例5 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加0.25份的三聚氰胺磺酸盐系减水剂和表5所示的聚羧酸系减水系之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表5中。
表5 聚羧酸盐系减水剂(份)，-为不能测定 从表5可以看出，添加有聚羧酸盐系减水剂的实施例的注浆，具有良好的流动性，没有泌水，压缩强度高(试验No.5-2～5-5、1-5)。与此相反，没有添加聚羧酸盐系减水剂的比较例的注浆，降低了流动性(试验No.5-1)。
实施例6 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加表6所示的发泡物质之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表6中。
表6 实施例7 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加表7所示的增粘剂之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表7中。
表7 实施例8 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加表8所示的细骨料之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表8中。
表8 实施例9 除了使结合材100份中含有快速固化剂18份，相对于结合材100份添加表9所示的水之外，与实施例1同样的制成注浆后，进行测定。结果合计在表9中。
表9 实施例10 对试验No.1-5中混合的注浆进行由钢球落下而进行的耐冲击性试验和由锥形磨耗试验机进行的磨损量试验。作为比较，对试验No.1-5混合中，以石灰砂(密度2.60g/cm3)替代重骨料的注浆和用铁粉系骨料的其他公司的注浆进行试验。结果示于表10中。
测定方法 耐冲击性试验试验体尺寸150×150×50mm 钢球尺寸Φ100mm×4kg 落下高度1m 耐磨损性试验锥形磨耗试验(重量减少法) 负重1kg 磨耗轮H-22 试验次数1000次 表10 从表10可以看出，含有重骨料的实施例的注浆，具有良好的流动性，压缩强度高，具有优异的耐冲击性和耐磨损性(试验No.1-5)。与此相反，没有重骨料而含有石灰砂的比较例的注浆，压缩强度低，耐冲击性、耐磨损性差(试验No.10-1)。另外，本发明的注浆比含有重骨料的市售品(No.10-2)，特性还优异。
产业上的利用 使用本发明的灌浆用水泥灰浆组合物而成的水泥灰浆，可以得到如上所述的良好流动性、高强度、高耐久性和低收缩性，可以在土木、建筑方面，特别是在机械基础等的构筑物中使用。
权利要求
1.一种灌浆用水泥灰浆组合物，其通过含有结合材、凝结迟延剂、减水剂以及细骨料而形成，其特征在于，所述结合材含有由水泥、钙铝硅酸盐玻璃和石膏形成的快速固化剂和火山灰微粉末，所述减水剂至少含有聚羧酸盐系减水剂，以及所述细骨料为密度3.0g/cm3以上的重骨料。
2.根据权利要求1所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述火山灰微粉末是二氧化硅含量为90％以上且氢离子浓度在酸性区域内的硅质微粉末。
3.根据权利要求1或2所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述水泥含有被分级的微粉末水泥。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述结合材进一步含有膨胀材。
5.根据权利要求4所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述膨胀材是勃氏值为4000cm2/g以上的硫铝酸钙系膨胀材。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，所述减水剂进一步含有三聚氰胺磺酸盐系减水剂。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，进一步含有减缩剂。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，进一步含有发泡物质。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物，其中，进一步含有增粘剂。
10.一种注浆，其特征在于，通过混炼权利要求1～9中任一项所述的灌浆用水泥灰浆组合物和水而形成。
11.根据权利要求10所述的注浆，其中，相对于100份的结合材，水为31～36份。
全文摘要
提供一种灌浆用水泥灰浆组合物及使用它的注浆，该灌浆用水泥灰浆组合物可以保持良好流动性、不产生泌水或材料分离、高强度、高耐久，具有由干燥收缩的减少而产生的防止开裂的性能，且在机械基础等中应用。其特征在于，在含有结合材、凝结迟延剂、减水剂以及细骨料而形成的灌浆用水泥灰浆组合物中，所述结合材含有由水泥、钙铝硅酸盐玻璃和石膏形成的快速固化剂和火山灰微粉末，所述减水剂至少含有聚羧酸盐系减水剂，以及所述细骨料为密度3.0g/cm3以上的重骨料。并且，注浆是由该灌浆用水泥灰浆组合物和水混炼而成。
文档编号C04B24/06GK101535207SQ20068005638
公开日2009年9月16日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者白岩亨, 大塚哲雄, 八木彻 申请人:电气化学工业株式会社