(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート粉末、石膏、凝結調整剤、およびポルトランドセメントを含み、該ポルトランドセメントがＣ3Ａ含有量９重量％以上であってブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上、および最大粒径１２μmの微粉末であり、該ポルトランドセメントの含有量がカルシウムアルミネート粉末、石膏、および凝結調整剤の合量１００重量部に対して５０〜４００重量部である速硬化材を用い、該速硬化材１００重量部に対して水を１００〜１０００重量部を混合してなる硬化促進スラリーと、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤、および分散剤に水を加えてなるセメントミルクとを混合してなることを特徴とする速硬性注入材。
【請求項２】
請求項１に記載する速硬性注入材において、セメントミルクがＣ3Ａ含有量９重量％以上であってブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上および最大粒径１２μmのポルトランドセメント微粉末を含有する速硬性注入材。
【請求項３】
請求項２に記載する速硬性注入材において、セメントミルクのポルトランドセメント微粉末含有量が高炉スラグ微粉末１００重量部に対して１０重量部以下である速硬性注入材。
【請求項４】
透水係数１０×１０-3cm/秒〜１０×１０-2cm/秒の砂充填層に対して、０.１MPaの圧力で注入したときの注入深さが４５cm以上である請求項１〜請求項３の何れかに記載する速硬性注入材。
【請求項５】
注入地盤の硬化部分について材齢７日における一軸圧縮強度が１N/mm2以上である請求項１〜請求項４の何れかに記載する速硬性注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入材用の速硬化材を用いた超速硬性の注入材に関する。詳しくは、地盤や岩盤など、例えば、トンネル、ダム、貯水池などの堰堤の亀裂、堤体基礎岩盤、マンホール周辺部などの漏水箇所に注入し、止水可能な超速硬性を有する注入材用の速硬化材およびこれを用いた速硬化性注入材に関し、注入後５分から６０分の任意の短時間で硬化するとともに、透水係数が小さい地盤や岩盤にも良好に浸透し、注入体の強度発現性も良好な速硬化材、およびこれを用いた速硬性注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤や岩盤などの軟弱箇所や漏水箇所には速硬性材料を注入して止水工事が行われる。この速硬性注入材として、従来、以下の注入材が知られている。
【０００３】
（イ）急硬性スラリー（カルシウムアルミネート、石膏、凝結調整剤）と非急硬性スラリー（セメント、スラグ）の二液混合による地盤注入材が知られている（特開２００６−１６４５３号公報）。
（ロ）アルミナセメントを除く水硬性スラリー(Ａ液)とアルミナセメントおよび石膏からなる速硬材液(Ｂ液)を混合して用いる土質安定用薬液が知られている（特開平０７−１１８６３５号公報）。
【０００４】
しかし、上記地盤注入材(イ)および地盤注入薬液(ロ)は、何れも、例えば０.１MPaの圧力で地盤に圧入する場合、透水係数が大きな地盤（例えば、透水係数１０×１０-2cm/秒以上）には良好な浸透性を示すものの、透水係数がこれより小さい地盤には良好な浸透性が得られず、岩盤中の５００μm以下の狭隘な隙間には注入できないという問題がある。
【０００５】
（ハ）最大粒径１２μｍ以下またはブレーン比表面積10000〜20000cm2/gの何れかの粒度を有する高炉スラグ微粉末を主成分とする水硬性材料微粉末に分散剤および水を混合した微粉末水硬性材料スラリー(Ａ)と、最大粒径４５μｍ以下であって８５％粒径２５μｍ以下のカルシウムアルミネート組成物に石膏、水酸化カルシウム、酸化カルシウムのうちの一種又は二種以上、および凝結調整剤を混合した超速硬性混和材を水で混練した超速硬性混和材スラリー(Ｂ)の二液を注入開始時に混合する超速硬型注入材が知られている（特開２００１−２３４１６７号公報）。
【０００６】
上記超速硬型注入材は、ゲルタイムを１０分以内に制御することができる利点を有しているが、硬化後の強度が低く、材齢７日、２８日の一軸圧縮強度は超微粒子セメント注入材の１／６程度であり、サンドゲルの一軸圧縮強度も材齢２８日で１N/mm2未満である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１６４５３号公報
【特許文献２】特開平０７−１１８６３５号公報
【特許文献３】特開２００１−２３４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、速硬性注入材において、従来の上記問題を解決したものであり、注入後５分から６０分の任意の短時間で硬化し、かつ、透水係数が小さい地盤（例えば、透水係数１０×１０-2cm/秒未満）や微細な岩盤のひび割れにも良好に浸透し、注入体の強度発現性も良好な速硬性注入材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成を有することによって上記課題を解決した注入材用の速硬化材を用いた速硬性注入材に関する。
〔１〕カルシウムアルミネート粉末、石膏、凝結調整剤、およびポルトランドセメントを含み、該ポルトランドセメントがＣ3Ａ含有量９重量％以上であってブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上、および最大粒径１２μmの微粉末であり、該ポルトランドセメントの含有量がカルシウムアルミネート粉末、石膏、および凝結調整剤の合量１００重量部に対して５０〜４００重量部である速硬化材を用い、該速硬化材１００重量部に対して水を１００〜１０００重量部を混合してなる硬化促進スラリーと、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤、および分散剤に水を加えてなるセメントミルクとを混合してなることを特徴とする速硬性注入材。
〔２〕上記[１]に記載する速硬性注入材において、セメントミルクがＣ3Ａ含有量９重量％以上であってブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上および最大粒径１２μmのポルトランドセメント微粉末を含有する速硬性注入材。
〔３〕上記[２]に記載する速硬性注入材において、セメントミルクのポルトランドセメント微粉末含有量が高炉スラグ微粉末１００重量部に対して１０重量部以下である速硬性注入材。
〔４〕透水係数１０×１０-3cm/秒〜１０×１０-2cm/秒の砂充填層に対して、０.１MPaの圧力で注入したときの注入深さが４５cm以上である上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する速硬性注入材。
〔５〕注入地盤の硬化部分について材齢７日における一軸圧縮強度が１N/mm2以上である上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する速硬性注入材。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の速硬性注入材は、速硬化成分のカルシウムアルミネートの一部が最大粒径１２μmのポルトランドセメント微粉末で置換されているので、注入スラリーに含まれる硬化成分粒子が微細化し、透水係数の小さい地盤や、岩盤の微細ひび割れに対して深く注入することができる。
【００１１】
従来の注入材は、速硬成分としてカルシウムアルミネートと石膏を主成分としている。一般に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3〔Ｃ12Ａ7〕やＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3〔ＣＡ〕に代表されるカルシウムアルミネート系のクリンカーは硬いため、最大粒径２５μm以下に微細化するのが難しい。このため、注入材スラリー中の懸濁物質の粒度分布において、粒径２５μｍ以上の粒子径の比率が大きくなり、これが透水係数の小さい地盤や微細な岩盤のひび割れに対する注入性を阻害する原因になっている。
【００１２】
一方、本発明の速硬化材は、Ｃ12Ａ7やＣＡのカルシウムアルミネートの一部が最大粒径１２μmのポルトランドセメント微粉末で置換されているので、注入材スラリー中の懸濁物質の粒度分布において、２５μｍ以上の粒子径の比率が小さくなり、透水係数の小さい地盤や微細な岩盤へのひび割れに対する注入性を高めることができる。具体的には、例えば、透水係数１０×１０-3cm/秒〜１０×１０-2cm/秒の砂充填層に対して、０.１MPaの圧力で注入したときの注入深さが４５cm以上である。
【００１３】
また、本発明の速硬化材に含まれるポルトランドセメント微粉末はＣ3Ａ含有量が９重量％以上であるので、その微粉化によって活性が高まり、注入部分の硬化強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】速硬性注入材の注入深さの測定方法を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の速硬性注入材は、カルシウムアルミネート粉末、石膏、凝結調整剤、およびポルトランドセメント微粉末を含み、該ポルトランドセメントがＣ3Ａ含有量９重量％以上であって最大粒径１２μｍの微粉末である速硬化材を用い、該速硬化材１００重量部に対して水を５０〜１０００重量部を混合してなる硬化促進スラリーと、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤、および分散剤に水を加えてなるセメントミルクとを混合してなることを特徴とする速硬性注入材である。
【００１６】
本発明の速硬化材に含まれるカルシウムアルミネートはＣ12Ａ7、またはＣＡ、あるいはこれらの混合物を用いることができる。カルシウムアルミネートはブレーン比表面積４０００cm2/ｇ以上、最大粒径２５μm以下の粉末が好ましい。
【００１７】
本発明の速硬化材に含まれる石膏は、無水石膏が好ましく、ブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上、最大粒径１１μm以下の微粉末が好ましい。
【００１８】
本発明の速硬化材に含まれる凝結調整剤は、アルカリ刺激剤として炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、炭酸リチウム、蟻酸カルシウムなどのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を用いることができ、硬化遅延剤として酒石酸、グルコン酸、クエン酸などのオキシカルボン酸の単独または複数の混合物を用いることができる。例えば、炭酸ナトリウムと酒石酸の等量混合物を用いることができる。
【００１９】
本発明の速硬化材はポルトランドセメント微粉末を含む。該ポルトランドセメント微粉末は、Ｃ3Ａ含有量が９重量％以上であって、ブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上、最大粒径１２μmの微粉末である。具体的には、例えば、Ｃ3Ａ含有量が１１.５重量％、ブレーン比表面積１０５００cm2/ｇ、最大粒径１２μmの早強ポルトランドセメントなどが用いられる。
【００２０】
本発明の速硬化材において、各成分の含有量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、石膏は５０〜２００重量部、凝結調整剤は１０〜４０重量部が好ましい。上記ポルトランドセメント微粉末の含有量は、カルシウムアルミネート粉末、石膏、凝結調整剤の合量１００重量部に対して５０〜４００重量部が好ましい。
【００２１】
本発明の速硬性注入材は、上記速硬化材１００重量部に対して水を１００〜１０００重量部を混合してなる硬化促進スラリーと、高炉スラグ微粉末を主体とするセメントミルクを混合してなるものである。この高炉スラグ微粉末は、ブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上であって最大粒径１０μmのものが好ましい。
【００２２】
セメントミルクには高炉スラグ微粉末と共にアルカリ刺激剤、分散剤、水が含まれる。アルカリ刺激剤としては硫酸ナトリウムを用いることができる。分散剤は一般に使用されるナフタレンスルフォン酸塩、リグニンスルフォン酸、メラミンスルフォン酸などが用いることができる。
【００２３】
セメントミルクにおいて、各成分の含有量は、高炉スラグ微粉末１００重量部に対して、アルカリ刺激剤は１〜１０重量部、分散剤は０.１〜１０重量部が好ましい。
【００２４】
また、セメントミルクは、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤、分散剤と共に、上記速硬化材の主成分であるポルトランドセメント微粉末（Ｃ3Ａ含有量９重量％以上、ブレーン比表面積１００００cm2/ｇ以上、最大粒径１２μm）を少量含むことができる。このポルトランドセメント微粉末の含有量は、高炉スラグ微粉末１００重量部に対して１０重量部以下が好ましい。セメントミルク中のポルトランドセメント微粉末含有量が多過ぎると速硬性注入材の注入深さが伸びない傾向がある。
【００２５】
セメントミルクは、所要の浸透性および強度を考慮して，高炉スラグ微粉末やポルトランドセメント微粉末などの粉体合計量１００重量部に対して水１００〜１０００重量部を混合して調製するとよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。使用材料を以下に示す。
（Ａ）高炉スラグ微粉末（住金鹿島鉱化製品、ブレーン比表面積１１５００cm2/ｇ、最大粒径１０μｍ）
（Ｂ）早強ポルトランドセメント微粉末（三菱マテリアル製品）、以下のＣ3Ａ含有量、ブレーン比表面積、最大粒径のものを用いた。
(B-ａ) Ｃ3Ａ＝１１.５％、ブレーン比表面積１０５００cm2/ｇ、最大粒径１２μｍ
(B-ｂ) Ｃ3Ａ＝１０.６％、ブレーン比表面積１０５００cm2/ｇ、最大粒径１２μｍ
(B-ｃ) Ｃ3Ａ＝９.２％、ブレーン比表面積１０５００cm2/ｇ、最大粒径１２μｍ
(B-ｄ) Ｃ3Ａ＝８.５％、ブレーン比表面積１０５００cm2/ｇ、最大粒径１２μｍ
（Ｃ）超微粉炭カル（菱光石灰工業製品、ブレーン比表面積１２１００cm2/ｇ。最大粒径１０μｍ）
（Ｄ）アルカリ刺激剤：硫酸ナトリウム（フジボウ製品、無水中性芒硝）
（Ｅ）分散剤（花王社製品、マイティ１５０Ｒ，ナフタレンスルフォン酸塩）
（Ｆ）水（水道水）
（Ｇ）Ｃ12Ａ7粉砕品（三菱マテリアル製品、ブレーン比表面積４８５０cm2/ｇ、最大粒径２５μｍ）
（Ｈ）無水石膏粉砕品（三菱マテリアル製品、ブレーン比表面積１０８００cm2/ｇ、最大粒径１１μｍ）
（Ｉ）凝結調整剤（炭酸ナトリウム：酒石酸＝１：１）
【００２７】
表１に示す重量比に従って主材のセメントミルク(Ａ−１)〜(Ａ−３)を調製した。表２に示す重量比に従って硬化促進スラリー(Ｂ−１)〜(Ｂ−８)を調製した。なお、セメントミルク(Ａ−３)、硬化促進スラリー(Ｂ−８)〜(Ｂ−１１)は比較品である。
【００２８】
主材のセメントミルク(Ａ−１)〜(Ａ−３)に対して、硬化促進スラリー(Ｂ−１)〜(Ｂ−１１)を３：１の割合で混合して速硬性注入材を調製した。混合したセメントミルクの種類と硬化促進スラリーの種類を表３に示し、その可使時間、ゲルタイム、注入性を表３に示した。なお、実施例において、セメントミルクおよび硬化促進スラリーの水／結合材比は４００％を中心に記載したが、何れの水／結合材比とも、浸透性や強度性状に合せて、１００〜１０００％の範囲で調整することができる。
【００２９】
表３に示す速硬性注入材を、透水係数１０×１０-3cm/秒に調整した砂充填層に０.１MPaの圧力で注入し、その注入深さを測定した。試験装置の概要を図に示す。また速硬性注入材のホモゲル強度およびサンドゲル強度（注入硬化部分の強度に対応）を表３に示した。
【００３０】
可使時間、ゲルタイム、注入性、ホモゲル強度およびサンドゲル強度の測定方法を以下に示す。
〔可使時間〕セメントミルクの粘度をＢ型粘度計により測定し，粘度が１０mPa・ｓに達する時間を可使時間とした。
〔ゲルタイム〕セメントミルクの粘度をＢ型粘度計により測定し，粘度が６０mPa・ｓに達する時間を可使時間とした。
〔注入性〕懸濁液型薬液の浸透距離測定による浸透性の判定方法例（社団法人日本薬液注入協会）に準拠して、速硬性注入材の注入深さを測定した。試験は、図１に示すように、透水係数を１０×１０-3cm/秒に調整した砂充填層の下部から速硬性注入材を注入して注入深さを測定した。
〔ホモゲル強度〕直径５cmおよび長さ１００cmの下端を塞いだポリエチレン袋に速硬性注入材を投入し、材齢７日および材齢２８日で取り出し、硬化物を長さ１０cmに切断した後に、規格（JIS A 1216「土の一軸圧縮試験方法」）に準拠して圧縮強度を測定し、この測定値をホモゲル強度とした。
〔サンドゲル強度〕注入性試験に用いた砂充填層より、材齢７日で注入材が浸透した部分を取り出し、規格（JIS A 1216「土の一軸圧縮試験方法」）に準拠して圧縮強度を測定し、この測定値をサンドゲル強度とした。
【００３１】
表３に示すように、本発明の実施例１〜実施例８は、十分な可使時間とゲルタイムを有しており、しかも透水係数の小さい地盤に対して何れも４５cm以上の注入深さを達成している。一方、比較例１〜５の可使時間とゲルタイムは実施例１〜８と同程度であるが、注入深さは何れも２８cm以下であり、透水係数の小さい地盤に対する注入性が格段に小さい。なお、比較例５はセメントミルクに含まれるセメント量が多すぎるので、本発明の速硬化材と組み合わせても、注入深さが２８cmに止まる。
【００３２】
また、サンドゲルの強度は、実施例１〜８は何れも材齢７日における一軸圧縮強度が１N/mm2以上であって、実施例７〜８は２N/mm2前後であり、大きな圧縮強度を有している。一方、比較例１〜６は何れも１N/mm2以下であり、比較例２〜４は０.６N/mm2以下であって、圧縮強度が格段に小さい。
【００３３】
表４に、セメントミルクおよび硬化促進スラリーの水／結合材比を変化させた場合の浸透性とサンドゲルの強度性状を示す。セメントミルクは、表１の配合(Ａ−２)を基準に水／結合材比が１００％と１０００％のものを用いた。硬化促進成分ミルクは，表２の(配合Ｂ−１)を基準に水／結合材比が１００％と１０００％のものを用いた。水／結合材比が１００％ではサンドゲル強度が高くなり、一方、水／結合材比が１０００％では注入深さが長くなった。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
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【００３６】
【表３】
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【００３７】
【表４】
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【図１】
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