(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂質土の土粒子間隙に浸透させる微粒子からなるスラグ及び消石灰と、水とからなる浸透性微粒子グラウト材であって、
上記スラグと上記消石灰の粒子径の上限２８μｍ、下限０．６μｍで、かつ最大側２０％及び最小側２０％の微粒子径の消石灰／スラグ比０．８〜１．３の範囲で構成することを特徴とする浸透性微粒子グラウト材。
【請求項２】
粒子径の上限が２６．６１μｍであり下限が０．７３μｍからなるスラグと、粒子径の上限が２３．５０μｍであり下限が０．９７μｍである消石灰からなり、
スラグの最大側５％の粒子径が１８．６２μｍ以上であり、消石灰の最大側５％の粒子径が１７．４３μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の浸透性微粒子グラウト材。
【請求項３】
請求項１記載の浸透性微粒子グラウト材を地盤へ浸透させる工程を有すること
を特徴とする浸透性微粒子グラウト材の地盤への浸透方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂質土等の土粒子間隙に、スラグと消石灰と水とからなる微粒子を浸透させる浸透性微粒子グラウト材に関し、特にスラグと消石灰の微粒子径と、粒子分布を調整した浸透性微粒子グラウト材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砂質土等の軟弱地盤の地盤強化を目的としたグラウト注入工法において、強度を必要とする場合、グラウトとして、セメントやスラグ−石灰が用いられる。このようなグラウトは、砂質土等の土粒子間隙に浸透させる。このため、グラウトに含まれる細粒化した微粒子は、セメントとスラグ−石灰との間で、浸透に際して異なる性状を示す。
【０００３】
セメントは、工場において、例えば早強セメントを細粒化した微粒子が、粒子径の大小に関わらず同じ組成で構成されるものであり、一様に硬化させることができる。
【０００４】
これに対して、スラグと消石灰は、別々の工場で製造方法も異なるものであることから、細粒化した微粒子の微粒子分布比が異なる場合が多い。
【０００５】
スラグは、高炉で鉱石から鉄を精錬する際に発生する鉱さいを急冷させた硬い水砕スラグを微粒子に粉砕したものであり、微粒子分布比は、例えば後述する表１のスラグに示すように、特定範囲に調整されている。即ち、スラグは、その微粒子分布の極大（粗粒分）、及び極小（細粒分）は、殆ど含まれていないため、分布の分散が小さい。
【０００６】
一方、消石灰は、国内各地に産出される石灰石をか焼した後、水を加えてできたスラグより軟らかい消石灰粗大粒を細粒化して微粒子とするが、粉砕方法（装置）が、その石灰の製造−加工メーカによって若干異なるが、いずれにしても細粒分が多くなる。このため、消石灰は、微粒子分布が大きく分散している。
【０００７】
このうち、市販されているＪＩＳ特号、更にはそれより細かい「特上」と称される石灰、例えば表１に示す「消石灰３」は、平均粒径はスラグに比べて小さく、細粒分は非常に多いが、大きな粒子も含まれており、粒子分布の分散は幅広いものとして構成されている。
【０００８】
一般にこれらの粒子の大きさを表す尺度としては、平均粒径或いはブレーン値（比表面積）で評価している。一方、砂質土の間隙に微粒子を浸透させるためには、微粒子の１０倍以上の単位間隙にしか浸透しないことが一般的に言われている。このため、大きい粒子が少量であっても土粒子間隙への浸透を阻害することになる。
【０００９】
また、スラグと石灰とは、互いに次の関係にある。スラグは、アルカリ刺激剤である消石灰が均一に共存しなければ良好に硬化することができない。スラグと消石灰の粒子径の上限と下限の値、及び粒子分布比が大きく異なると、同じ浸透挙動することができず、硬化度合に差が生じ、また強度もバラつきが生じるという問題点が生じる。
【００１０】
このため、グラウト単位あたりのスラグに対して、非常に消石灰が少なくなれば、硬化発現が遅くなり、逆に消石灰が非常に多くなれば、硬化は早くなるが、強度は低くなるという不均一な固結体となる。
また特許文献１では、石灰として消石灰、珪酸塩としてスラグが含まれており、粒子径は３０μｍ以下としている。
しかし消石灰とスラグの粉砕方法は硬いスラグと、スラグより軟らかい消石灰の混合物を３０μｍ以下に粉砕すれば、当然のことながら消石灰の方が細粒化され、スラグと消石灰との粒度分布比が大きく異なるという現象が生じる。
このため、地盤に注入した場合、同じ浸透挙動ができず不均一な固結体となるという問題が生じる。
更に粒子が３０μｍ以下であっても最大側が多く含まれていれば浸透性を阻害するという問題も生じる。
これらの問題点を特許文献１では明らかにしておらず、ただ単にスラグと消石灰の混合物粒子が３０μｍ以下としているが、その粒度分布比の違いが浸透に及ぼす影響については述べていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭５５−１４２０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、砂質土等の土粒子間隙に、スラグと消石灰と水とからなる微粒子を浸透させる浸透性微粒子グラウト材において、特にスラグと消石灰の微粒子径と、粒子分布を調整した浸透性微粒子グラウト材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の浸透性微粒子グラウト材は、砂質土の土粒子間隙に浸透させる微粒子からなるスラグ及び消石灰と、水とからなる浸透性微粒子グラウト材であって、上記スラグと上記消石灰の粒子径の上限２８μｍ、下限０．６μｍで、かつ最大側２０％及び最小側２０％の微粒子径の消石灰／スラグ比０．８〜１．３の範囲で構成することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の浸透性微粒子グラウト材は、請求項１記載の発明において、粒子径の上限が２６．６１μｍであり下限が０．７３μｍからなるスラグと、粒子径の上限が２３．５０μｍであり下限が０．９７μｍである消石灰からなり、スラグの最大側５％の粒子径が１８．６２μｍ以上であり、消石灰の最大側５％の粒子径が１７．４３μｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の浸透性微粒子グラウト材の地盤への浸透方法は、請求項１記載の浸透性微粒子グラウト材を地盤へ浸透させる工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述した構成からなる本発明では、砂質土等の土粒子間隙に、スラグと消石灰と水とからなる微粒子を浸透させる浸透性微粒子グラウト材において、特にスラグと消石灰の微粒子径と、粒子分布を調整することにより浸透性を向上させている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した浸透性微粒子グラウト材において、スラグと消石灰の粒子径の粒度分布を実際に測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
本発明を適用した浸透性微粒子グラウト材は、砂質土等の土粒子間隙に浸透させる微粒子スラグと石灰と水とからなる浸透性微粒子グラウト材である。この浸透性微粒子グラウト材は、スラグと石灰の粒子径の上限２８μｍ、下限０．６μｍで、かつ最大側２０％及び最小側２０％の微粒子径の石灰／スラグ比０．８７〜１．２４の範囲で構成している。
【００２０】
図１は、本発明を適用した浸透性微粒子グラウト材において、スラグと消石灰の粒子径の粒度分布を実際に測定した結果を示している。ここでいう上限とは、図１に示すスラグと消石灰の粒度分布でいうところの粗粒子の最大側であり、下限は、細粒子の最小側を示す。更にこれら粒度分布の上限と下限とを定めても、上限及び下限間の粒子径の粒度分布比を明確にする必要がある。このため、本発明では、最大側２０％の粒子径及び最小側２０％の粒子径における消石灰／スラグ比を０．８〜１．３以内の範囲に、望ましくは、当該消石灰／スラグ比を０．８７〜１．２４以内の範囲に調整することを特徴としている。
【００２１】
なお、ここでいう最大側２０％とは、最大粒径から累積上位２０％を意味している。つまり最大側２０％とは、粒子の累積度数の上から０．２を示すものである。ここでいう最小側２０％とは、最小粒径から累積下位２０％、累積上位８０％を意味している。つまり最小側２０％とは、粒子の累積度数の下から０．２を示すものである。
【００２２】
一方、浸透性微粒子グラウト材を構成する粒子が、砂質土等の土粒子間隙に浸透できるか否かは、粒子の平均粒径ではなく、粒子分布における最大側５％以上（粒子の累積度数の上から０〜０．０５）の粒子の存在により、大きく左右されることも判明した。
【００２３】
即ち、粒子径の最小側がいくら細粒化されていても、最大側５％以上の粒径が大きければ、砂質土等の土粒子間隙に微粒子が浸透するに従って目詰まりを起こし、以降の浸透を阻害することを新たに見出した。
【００２４】
このような浸透現象から、本発明では、最大側５％以上を含めて、粒子の上限２８μｍとしている。
【００２５】
一方、最小側は、スラグの粒子分布を基準とし、これに合わせて消石灰も同様とし、下限０．６μｍとしている。
【００２６】
即ち、本発明では、スラグと消石灰の粒子径の上限２８μｍ、下限０．６μｍの範囲に調整している。
【００２７】
また、スラグに加える消石灰は、スラグを十分に硬化できるものであればよく、スラグ１重量部に対して、石灰を０．１５〜０．５重量部混和させるようにして使用することが好ましい。スラグは、アルカリ刺激剤である消石灰を作用させることにより、硬化を開始する。
【００２８】
このため、消石灰が多いほど早く硬化し、消石灰が少ないほど硬化発現が遅くなるという傾向を示す。
【００２９】
しかし、消石灰は、強度にはそれほど影響を及ぼさず、強度は主にスラグにより決まる。従って、本発明では、早めに硬化させたい場合には、石灰の量を多くし、逆に硬化はそれほど早くなくてもよい場合には、消石灰の量を少なくする。
【００３０】
なお、実用的にスラグを硬化させるには、スラグ重量部１に対して消石灰０．１５重量部を下限とし、上限は０．７重量部、望ましくは０．５０重量部である。
【００３１】
ちなみに、本発明を適用した浸透性微粒子グラウト材の地盤への注入方法としては、一液性、即ち調合槽に水、スラグ、消石灰を混合したグラウトを１台の注入ポンプで圧送して地盤に注入する方法で行われる。
【００３２】
本発明において使用されるスラグ及び消石灰は、上述した図１に示すように、スラグと消石灰の粒子径の上限２８μｍ、下限０．６μｍで、かつ最大側２０％及び最小側２０％の微粒子径の消石灰／スラグ比０．８〜１．３の範囲で構成したものを用いる。
【００３３】
その他分散剤、浸透促進剤、遅延剤、ゲル化剤、強度促進剤等を目的に合わせて併用することができる。
【実施例１】
【００３４】
以下、本発明を適用した浸透性微粒子グラウト材の実施例について詳細に説明をする。
【００３５】
実験に用いた微粒子スラグ、消石灰の物性を表１に示す。また浸透させる砂質土として、硅砂５号を用いている。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１より、本発明例１のスラグと、本発明例２の消石灰１は、最大径、最小側５％、２０％の粒子径及び最小径、最小側２０％の粒子径は、殆ど差が無く、スラグと消石灰の最大側及び最小側の２０％の消石灰／スラグの粒子径比は、消石灰／スラグ０．８７〜１．２４とほぼ近似値を示し、粒子分布がほぼ同じであった。
【００３８】
これに対して、本発明例１のスラグと、比較例１及び比較例２の消石灰２は、最大径、最大側２０％の粒子径及び最小径、最小側２０％の粒子径は、大きく相違するものであり、特に最大側及び最小側の２０％の消石灰／スラグの粒子径比は、比較例１で０．６５〜１．５３、比較例２で０．４４〜１．８６と、粒子分布に大きな差がある。特に消石灰２及び消石灰３は、最大側５％が３０．５６μｍ、及び４０．５１μｍと、スラグの１８．６２μｍと比較して粗粒分の割合が非常に大きいことが示されている。
【実施例２】
【００３９】
上述した表１に示す微粒子、スラグ、消石灰を用いて、以下に説明する実験を行った。この実験に用いた装置は、透明ビニール製の内径５．４ｃｍ、長さ８５ｃｍのモールドで、下部に排出口（空気穴）を設け、上に金網、荒砂３ｃｍ、自然乾燥した硅砂５号７０ｃｍを間隙率４３％になるように突き固めて、その上に荒砂３ｃｍとした浸透管を作製した。
【００４０】
実験では、グラウトが荒砂上部に６ｃｍの液面を保持するように、浸透により液面が低下した分を常時補給した。また、微粒子が沈降分離しないように撹拌棒によりゆっくり撹拌した。
【００４１】
実験に使用した本発明グラウトの配合１は、表１のスラグ１８ｇ、消石灰は、消石灰１を５．５ｇ、分散剤１ｍｌに水を加えて１００ｍｌとした（本発明例３）。
【００４２】
また比較用の配合２は、配合１の消石灰１を消石灰２に替えた以外は同一である。また比較用の配合３は、配合１の消石灰１を消石灰３に替えた以外は同一である。（以下、この配合２を比較例３とし、配合３を比較例４とする。）。上述した浸透管を用いて配合１及び配合２のグラウトの浸透長さと時間の関係を表２に示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
浸透終了後、下部排出口を閉じ、上部に残存したグラウトを取り除いた密封した。
【００４５】
本発明例３の浸透速度は、１分までは早いが、それ以降は、時間の経過と共に若干遅くなる傾向が示されていた。この工程では、硅砂５号を間隙率４３％に埋めた浸透管７０ｃｍに当該浸透性微粒子グラウト材グラウトを６ｃｍの高さから自然浸透させた場合、浸透時間５分で浸透距離は７０ｃｍに達している。
【００４６】
一方、比較例３及び比較例４は、浸透速度１分までは、本発明例３と比較して若干遅い程度であるが、それ以降は、急激に浸透速度が遅くなり、特に比較例４は、本発明例３が７０ｃｍに達した時には、まだ４３．３ｃｍしか浸透していなかった。
【００４７】
これより、両者を比較した場合に、本発明例３と比較例３及び比較例４は、浸透性に大きな差異があることが確認できた。
【００４８】
更に浸透固結体の切断時に観察したところ、比較例４の消石灰３は、砂表面に粒子の大きい消石灰粒子が薄い層を形成しており、更に砂表面下１〜２ｃｍの砂粒子の間隙にも白い消石灰粒子が目詰まりを起こしており、浸透を阻害していることも確認できた。また消石灰２も消石灰３より少ないか、目詰まりを起こしていることも確認できた。
【００４９】
これに対して、本発明３は、砂表面及び砂粒子の間隙に白い消石灰粒子が殆ど見られず、目詰まりを起こしていないことが確認できた。
【００５０】
この本発明例３と比較例３及び比較例４について検討したところ、比較例４の消石灰３は、平均粒径４．２７μｍ、ブレーン値２４．１４６ｃｍ2／ｇと全体としては非常に細かい粒子にも関わらず、浸透を阻害するのは、最大側５％で４０．５１μｍ以上の粗粒子が含まれており、この量が少ないが粒径の大きな粒子が目詰まりを起こしていることが実験より確認できた。また、比較例３の消石灰２よりも最大側５％で、３０．５６μｍで消石灰１の１７．４３μｍと比較して、大きい粗粒子が含まれており、目詰まりを起こしている。
【００５１】
これに対して、本発明例３の消石灰１は、平均粒径５．４８μｍ、ブレーン値９．１３２ｃｍ2／ｇと、比較例３より全体としては大きいが、最大側５％が１７．４３μｍ以上で大きな粒子が殆ど含まれていないため、目詰まりを起こしていない。
【００５２】
以上から、今までのように、グラウトの浸透性は、平均粒径やブレーン値で評価するのではなく、実際には大きい粒子が少量であっても、浸透の良し悪しに大きく影響を及ぼすことが確認できた。
【実施例３】
【００５３】
上述した実施例２における表２の浸透試験を行った１ヵ月後、本発明例３と比較例２における浸透固結体を上部５ｃｍを残し、５〜１５ｃｍ（強度用）、１５〜２５ｃｍ（透水用）の２箇所につき切断、抜き取りを行い、湿潤状態で３ヶ月間養生し、一軸圧縮強度と、透水係数を測定した。表３には、一軸圧縮強度、表４に透水係数の結果を示す。なお、比較として、浸透試験と同じ条件で突き固めた硅砂５号のみ（未処理）の透水係数を合わせて測定している。
【００５４】
【表３】
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【００５５】
表３より、浸透固結体の一軸圧縮強度は、本発明例４と比較例５共に殆ど同一であった。また、比較例３も実験例には示さないが、浸透固結体の一軸圧縮強度は、殆ど同一であった。
【００５６】
【表４】
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【００５７】
表４より、浸透固結体の透水係数は、１０-4オーダーで、未処理（比較例７）と比較して、２桁改良されており、十分に止水効果があることが確認された。なお、本発明例５と比較例６とでは、浸透固結体の透水係数は殆ど差異が無かった。
【要約】
【課題】砂質土等の土粒子間隙に、スラグと消石灰と水とからなる微粒子を浸透させる浸透性微粒子グラウト材において、特にスラグと消石灰の微粒子径と、粒子分布を調整し、浸透性を向上させる。
【解決手段】砂質土の土粒子間隙に浸透させる微粒子からなるスラグ及び消石灰と、水とからなる浸透性微粒子グラウト材であって、上記スラグと上記消石灰の粒子径の上限２８μｍ、下限０．６μｍで、かつ最大側２０％及び最小側２０％の微粒子径の消石灰／スラグ比０．８〜１．３の範囲で構成することを特徴とする。
【選択図】図１【図１】
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