(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性粉体物質としてセメントを含み、加えて５０〜２０００ｋｇ／ｍ３の粘性土及び水を配合したソイルセメントに対して、増粘剤として非イオン性水溶性セルロースエーテルを添加し、かつ消泡剤を添加し、さらに、遅延剤及び分散剤又は遅延剤もしくは分散剤を添加、混練り、製造したことを特徴とするソイルセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水中に盛土等の人工地盤の構築材料として、人工島の造成、岸壁・護岸の造成や補修に際して使用されるソイルセメント（組成物）及びトンネル等の地下掘削の際に発生する発生土を用い、地下鉄のインバート材等に使用される流動性を必要とするソイルセメント（組成物）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海洋空間の有効利用のために人工島の建設等が行なわれている。この人工島の地盤を早期に安定化するために、締め切った内部に土砂を埋め立ててセメント等を深層混合して地盤を改良する工法がある。この工法では後でセメントを添加するため、均一な安定した地盤が得られないという欠点があった。これに対して予め、セメント、砂又は土砂、粘土等と水を混合し、水中盛土材として水中へ投入する方法が行なわれている（なお、この種の盛土材を一般に、ソイルセメントと呼んでいる。）。しかし、この工法では材料に粘着力がないため、砂又は土砂、セメントに含まれる微粒子が施工時に分離し水質を汚濁するという問題点があった。
この問題点解決のために、従来のソイルセメントに増粘剤である非イオン性水溶性セルロースエーテル等を配合して混練りした水中盛土材を水中へ投入する方法が開発された（特公平４−７０３５０号）。また、この場合、打設時の流動性も重量なポイントである。
【０００３】
一方、都市において、上下水道、電気、ガス工事等での地下掘削工事等で発生する土砂（発生土、軟弱性土砂等）は一般に、セメント、石灰、残土処理剤等を添加し、産業廃棄物として処理されている（特開平１−７６４９９号）。産業廃棄物として処理する場合は、一般に、流動性を必要としない。しかし、発生土の有効利用として地下鉄等のインバート材等としての利用が検討されつつあり、この場合は産業廃棄物と異なり、流動性を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの土砂−セメント結合材−水等からなるソイルセメントは、程度の差はあるが、いずれも流動性の経時変化（時間の経過と共に流動性が低下する）があり、時間の経過によりポンプの閉塞等のトラブルが発生する場合がある。また、打設時に所定の流動性（セルフレベリング性）が得られないというトラブルの発生も考えられる。これらの欠点を解消した流動性の経時変化の少ないソイルセメントが要望されていた。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、流動性の経時変化が少なく、ポンプ圧送性、打設時の流動性に優れたソイルセメントを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ソイルセメント組成物であって、水硬性粉体物質としてセメントを含み、加えて５０〜２０００ｋｇ／ｍ３の粘性土及び水を配合したソイルセメントに対して、増粘剤を添加し、かつ消泡剤を添加し、さらに、遅延剤及び分散剤又は遅延剤もしくは分散剤を添加、混練り、製造したことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るソイルセメント組成物では、増粘剤として、非イオン性水溶性セルロースエーテルを添加する。
【０００８】
水中打設時の濁り、セメント結合材の分離抑制、ポンプ圧送性改善にはセメント系で増粘する混和剤が必要であり、さらに本発明者らは各種増粘剤について検討した結果、材料分離抵抗性と良好な流動性を保持するものとして非イオン性セルロースエーテルが好ましいという結論に至った（水溶性ポリアクリルアミドを添加したソイルセメントは流動性の点で劣る。）。
水中に打設しない場合でも、ブリージング抑制、ポンプ圧送性改善等の目的で非イン性セルロースエーテルを添加した方が好ましい場合がある。
【０００９】
この非イオン性セルロースエーテルとしては、メチルセルロース（ＭＣ）等のアルキルセルロース；ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）等のヒドロキシアルキルセルロース；及びヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルエチルセルロース（ＨＥＥＣ）等のヒドロキシアルキルアルキルセルロースが挙げられ、これらの中で、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースが好ましい。
これらは１種又は２種以上の混合物として使用することができる。また、その粘度は特に限定されないが、１％粘度が１００〜５０，０００ｃＰであることが望ましい。粘度が１００ｃＰ以下では水中打設時の濁り防止に必要な粘着力が得られない。また、５０，０００ｃＰ以上は経済的に工業的生産が困難である。
本発明で用いる増粘剤の添加量は、練り混ぜ水に対して０．０１〜１０％の範囲とすることが好適である。０．０１％未満であると必要な粘性をセメントペースト、セメントモルタルに付与することができない。１０％を越えると粘性が高すぎ、流動性に乏しく、充填されにくくなる。
【００１０】
これら、非イオン性セルロースエーテルは空気連行性がある。そこで、空気量のコントロールが必要な場合には、コンクリートやモルタルに使用されている消泡剤である、トリブチルフォスフェート（Ｃ12Ｈ27Ｏ4 Ｐ）、プルロニック系消泡剤［プルロニックＬ６１（旭電化工業製）等］、シリコーン系消泡剤［ＫＭ７３（信越化学工業製）等］、アセチレングリコール誘導体［サーフィノール（日信化学工業製）等］等を使用することができる。
【００１１】
また、流動性を上げる、水セメント比を下げ、強度を上げる等の目的で、コンクリートやモルタルに使用されている減水剤（高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤等）が使用できる。
この減水剤としては、高縮合トリアジン系化合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリカルボン酸塩系誘導体、変性リグニンスルホン酸塩系化合物、アミノスルホン酸系高分子化合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、イソプレン系化合物等が挙げられる。非イオン性セルロースエーテルを用いた場合には、これらの内では、高縮合トリアジン系化合物［ＮＬ−４０００（ポゾリス物産製）］、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物［ＳＭＦ（日産化学工業製）］、ポリカルボン酸塩系誘導体［ＳＰ−８Ｎ（ポゾリス物産製）］、イソプレン系化合物［ダイナフロー（日本合成ゴム製）］が好ましい。
【００１２】
ソイルセメントの時間の経過による流動性の低下について、本発明者らは、鋭意、検討した結果、原因は、セメント等の分散・凝集及び粘土粒子の凝集であるという結論に達した。
また、これを抑制するには、遅延剤及び／又は分散剤を添加すると有効であることを実験により確認した（これらは双方のうち一方を用いることもでき、また、併用することもできる。）。遅延剤はセメントの凝結を遅延し、分散後の凝集を抑制する働きがあり、結果として、ソイルセメントの流動性の低下を少なくすることができると考えられる。また、分散剤は、セメントからのＣａ2+が粘土粒子に吸着し、粘土粒子の表面電荷の分布状態が変化することを抑制する働きにより、流動性の低下を少なくとすることができると考えられる。
【００１３】
遅延剤としてはコンクリート、モルタル等に使用されているものが使用できるが、遅延効果の著しい超遅延剤と呼ばれているものが好ましい。特に、１分子中にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とアルコール性水酸基（−ＯＨ）をもつ有機化合物であるヒドロキシ酸及びこの塩類、誘導体、ケイフッ化物、ホウ酸塩等が好ましい。
【００１４】
ヒドロキシ酸としては、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等、ケイフッ化物としてはケイフッ化マグネシウム等、ホウ酸塩としてはホウ酸ナトリウム等が挙げられる。
【００１５】
分散剤としては、一般に粘土粒子の分散剤として使用されているものが使用でき、リン酸系、フミン酸系、リグニン系、タンニン系、アクリル系等である。
【００１６】
リン酸系としては、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等、フミン酸系としては、フミン酸ナトリウム、スルホメチル化フミン酸ナトリウム等、リグニン系としてはリグニンスルホン酸ナトリウム、クロムリグニンスルホン酸ナトリウム等、タンニン系としては、スルホメチル化タンニン等、アクリル系としては、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。
分散剤は、これを単独で使用する場合、セメントに対して０．１〜１０％の範囲で添加することが好ましい。また、遅延剤は、これを単独で使用する場合、セメントに対して０．１〜１０％の範囲で添加することが好ましい。さらに両者を併用する場合には、全体でセメントに対して０．１〜１０％の範囲とすることが好適である。
【００１７】
使用される水硬性粉体物質としては、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント）、混合セメント（高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント）、特殊セメント（アルミナセメント、膨張セメント）等から選ばれる１種又は２種以上の混合物を挙げることができる。
本発明を実施する場合ソイルセメント組成物の配合割合は一般的には以下のようになる。
セメント                      ２０〜５００ｋｇ／ｍ3 
粘性土                        ５０〜２０００ｋｇ／ｍ3 
増粘剤                          ０．００１〜５０ｋｇ／ｍ3 
消泡剤                          ０〜５ｋｇ／ｍ3 
遅延剤（及び／又は分散剤）      ０．００１〜５０ｋｇ／ｍ3 
減水剤                          ０〜１５ｋｇ／ｍ3 
水                          １００〜５００ｋｇ／ｍ3 
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の具体的態様を実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれら限定されるものではない。
【００１９】
実施例１〜４、及び比較例１〜３
なお、各例において使用した材料、試験方法等は以下のとおりである。
１．増粘剤
１）  非イオン性セルロースエーテル：
ヒドロキシプロピルメチルセルロース［１％（１重量％、以下同じ）粘度：６，５００ｃＰ、信越化学工業製、表１中ＨＰＭＣと略す］
２）  イオン性セルロースエーテル：
カルボキシメチルセルロース（１％粘度：５，０００ｃＰ、第一工業製薬製、表１中ＣＭＣと略す）
２．消泡剤：
トリブチルフォスフェート［Ｃ12Ｈ27Ｏ4 Ｐ（試薬１級）］
３．セメント
高炉セメントＢ種［日本セメント株式会社製］
４．粘性土：
新潟県産の粘性土（シルト分以下３５％（０．０２ｍｍ以下３５％）、含水比３１．０％）
５．減水剤
ＮＬ−４０００（ポゾリス物産製）
６．遅延剤：
クエン酸（試薬１級）
７．分散剤：
トリポリリン酸ナトリウム（試薬１級）
【００２０】
８．ソイルセメントの配合：
セメント              ３００ｋｇ／ｍ3 
粘性土            １，１２５ｋｇ／ｍ3 
増粘剤                  表１に示す通りである。
消泡剤                  表１に示す通りである。
減水剤                  表１に示す通りである。
遅延剤(or 分散剤）      表１に示す通りである。
水                    ５７０ｋｇ／ｍ3 
９．ソイルセメントの混練：
８．の材料の内、水と粘性土をパン式強制練りミキサーに入れ、１分混合し、次いで、セメント、増粘剤、消泡剤、遅延剤（or  分散剤）を入れ、３分混練後、各種の測定を行なった。
10．流動性：
スランプコーンによるスランプフロー値。
（土木学会基準、水中不分離性コンクリート設計施工指針（案）のコンクリートのスランプフロー試験方法（案）に準ずる。）
11．流動性の経時変化：
10．のスランプコーンによる測定を、混練直後、30分経過後、60分経過後に測定した。
12．ブリージング：
土木学会規準、プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリージング率及び膨張率試験方法に準じる。
13. ソイルセメントの水中分離抵抗性：
土木学会規準、水中不分離性コンクリート設計施工指針（案）の付属書２の水中不分離性コンクリートの水中分離度試験方法（案）に準ずる。
（ビーカーに、水８００ｍｌを入れ、ソイルセメント３００ｇを投入し、その上澄み液６００ｍｌを採取し、懸濁物質、ｐＨを測定。）
14. ポンプ圧送性
８．により得られたソイルセメントを用い、圧送ポンプ（チューブポンプ）で、５０リットル／分の量をポンプ圧送した時の圧送ポンプ吐出状態を以下の評価基準で判定した。
◎：極めて良好
○：良好
△：やや吐出困難
×：吐出困難（骨材沈降等による）
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１から明らかなように、実施例１〜４は、いずれも流動性の経時変化が少なく、ブリージングも少なく、ポンプ圧送性等にも優れる。
実施例１は、水中打設用のソイルセメントであり、水中分離度も少なく、濁りも小さい。
実施例２〜４は、気中打設用のソイルセメントで、流動性の経時変化を抑制するために、実施例２では遅延剤をて添加、実施例３では分散剤を添加、実施例４では遅延剤と分散剤を併用したものである。
これらに対して、比較例１〜３は流動性の経時変化が大きく、ポンプ圧送性にも劣る。
比較例１は、増粘剤、遅延剤及び分散剤無添加のもので、流動性の経時変化が大きく、水中への打設を考えた場合、濁りが大きい。
比較例２は、増粘剤としてイオン性セルロースエーテルであるＣＭＣを添加した場合であり、セメント系では増粘しないため、流動性に劣り、濁りが多く、また、ブリージングも多い。
比較例３は、増粘剤、減水剤を使用し、遅延剤、分散剤を添加しない場合であり、ブリージング、ポンプ圧送性には優れるが、流動性の経時変化が大きい。
【００２３】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明は水中及び気中打設用材料として、セメント等の水硬性粉体物質、土砂・砂、粘土及び水等を配合したソイルセメントに対して、増粘剤、消泡剤、遅延剤及び／又は分散剤を添加し、混練り、製造したもので、これを使用することにより、流動性の経時変化が少なく、ブリージング等の材料分離も少なく、ポンプ圧送性に優れたソイルセメント組成物を提供することができる。