(57)【要約】      （修正有）【課題】高い浸透性能を発揮することが可能な地盤注入材の製造方法の提供。【解決手段】空気のナノバブルが溶存したナノバブル水に、分散剤を添加して混合水５１を作製する。超微粒子セメントが投入されたスラリータンク５３に混合水５１を投入してミキサー５４にて混合することにより、地盤注入材５５を製造する。ナノバブル水は、海水にナノバブルを溶存させたものを用いることができる。そして、上記の地盤注入材５５を、改良対象の地盤Ｇに注入する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気のナノバブルが溶存したナノバブル水に分散剤を添加して混合水を作製し、
セメントに前記混合水を投入して混合することを特徴とする地盤注入材の製造方法。
【請求項２】
前記ナノバブル水は、塩水に前記ナノバブルを溶存させたものであることを特徴とする請求項１に記載の地盤注入材の製造方法。
【請求項３】
前記セメントの粒子の平均粒径が４μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤注入材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の方法により製造された地盤注入材を、改良対象の地盤に注入することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項５】
前記改良対象の地盤は、塩水が浸透した地盤であることを特徴とする請求項４に記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤注入材の製造方法、及び地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地山の補強（例えばトンネル掘削時の地山の補強）、液状化防止、漏水防止、遮水壁の築造等を目的として、セメントミルクを地盤に注入することで地盤の強度を高める方法が知られている。セメントミルクの基となるセメントとして、例えば超微粒子セメントがある。超微粒子セメントは、セメント粒子の平均粒径が小さいことから細砂地盤や微小クラックへの浸透性に優れており、各種工事で広く利用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメント及びポリカルボン酸系分散剤を混合した極超微粒子注入材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、セメントミルクの作製やセメントミルクの注入を塩分の存在下で行わなければならない場合がある。例えば、沿岸部で工事を行うに際し、海水など高濃度の塩水が浸透している場所にセメントミルクを注入する場合がある。また、セメントミルクの作成に際して、セメント粒子と混合する水として海水を用いなければならない場合もある。特に、離島・沿岸部での工事または災害復旧工事において、ライフラインや道路の不通により真水の入手が困難な場合、海水の使用を余儀なくされる。
【０００６】
このような場合、塩分の存在によってセメント粒子が凝集し、セメントの浸透性能が低下して地盤への注入効率が損なわれてしまうおそれがある。そこで、セメントの浸透性を低下させないように、界面活性剤を主剤とした分散剤を添加しておくことが考えられるが、分散剤を添加したとしても充分な浸透性能を得られるとは限らない。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い浸透性能を発揮することが可能な地盤注入材の製造方法、及びこれを用いた地盤改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、ナノバブル水を用いることにより、高い浸透性能を発揮する地盤注入材を製造することが可能であることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明に係る地盤注入材の製造方法は、空気のナノバブルが溶存したナノバブル水に、分散剤を添加して混合水を作製し、セメントに前記混合水を投入し混合することを特徴とする。本発明によれば、ナノバブルの作用によりセメント粒子同士の凝集を抑制できる。これにより、高い浸透性能を発揮する地盤注入材を製造できる。
【００１０】
前述の製造方法において、前記ナノバブル水として、塩水に前記ナノバブルを溶存させたものを用いた場合には、真水の入手が困難であって塩水（海水や化石海水）の使用を余儀なくされる状況であっても、高い浸透性能を発揮する地盤注入材を製造できる。
【００１１】
前述の製造方法において、前記セメントの粒子の平均粒径を４μｍ以下とした場合には、セメント粒子の粒径が極めて小さいことから、非常に高い浸透性能を発揮する地盤注入材を製造することができる。
【００１２】
また、本発明に係る地盤改良方法は、前述の製造方法によって製造された地盤注入材を、改良対象の地盤に注入することを特徴とする。本発明によれば、広範囲の地盤に地盤注入材を浸透させることができ、改良対象の地盤の強度を確実に向上させることができる。
【００１３】
前述の地盤改良方法において、前記改良対象の地盤が、塩水が浸透した地盤である場合には、海水等が浸透している地盤に地盤注入材を注入しても、広範囲に亘って浸透させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高い浸透性能を発揮する地盤注入材を製造できる。また、地盤注入材を改良対象地盤の広い範囲に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】地盤注入材の使用材料を説明する図である。
【図２】浸透試験の手順を説明する概念図である。
【図３】浸透試験の結果を説明する図である。
【図４】ナノバブル水の製造工程を説明する図である。
【図５】混合水の作製工程を説明する図である。
【図６】地盤注入材の注入工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、地盤注入材による浸透試験について説明するが、試験の説明に先立って地盤注入材の材料について説明する。図１に示すように、この地盤注入材は、溶媒、超微粒子セメント、及び分散剤を材料として作製した。
【００１７】
溶媒は、分散剤が溶解される液体であり、本実施形態では、水道水（上水）、海水、水道水ベースのナノバブル水、及び海水ベースのナノバブル水を試験に供した。ここで、ナノバブル水とは、ナノバブルが溶存した水である。そして、ナノバブルとは、直径１μｍ以下の気泡を意味し、本実施形態では空気の気泡である。このナノバブルは、負に帯電されると共に、長時間に亘って液中に留まる性質を有するといわれている。これは、表面のマイナスイオンが濃縮され、内部の気体が水に溶け難くなったためと考えられる。また、ナノバブルが極めて小さいことから、ナノバブル水は透明である。
【００１８】
このナノバブル水は、例えばマイクロバブルを水中で圧壊させることで生成される。本実施形態では、ナノバブル生成装置（株式会社共和機設製の商品名「ＢＵＶＩＴＡＳ」）を用いて作製した。具体的には、２０Ｌの水道水を２０分循環させることで水道水ベースのナノバブル水を作製した。また、５０Ｌの海水を５０分循環させることで海水ベースのナノバブル水を作製した。作製したナノバブル水は、適当な容器に移して室温程度まで冷却した。
【００１９】
超微粒子セメントには、密度が３．００ｋｇ／ｍ３、粒子の比表面積が９０００ｃｍ２／ｇ以上、及び粒子の平均粒径が２．５〜３．５μｍのものを用いた。具体的には、日鐵セメント株式会社製の商品名「スーパーファイン」を用いた。
【００２０】
分散剤には、多価アルコールニトロエステル塩を主成分とする薬剤、及びナフタレンスルホン酸・ホルマリン縮合物ソーダを主成分とする薬剤を用いた。前者の薬剤として、太平洋マテリアル株式会社製の商品名「ラスナイン」を用いた。また、後者の薬剤として、花王株式会社製の商品名「ＭＴ−１５０Ｒ」を用いた。
【００２１】
次に、図２を参照して試験方法について説明する。この浸透試験では、まず溶媒２ａ及び分散剤２ｂを用いて混合水２を作製した。次に、作製した混合水２を超微粒子セメント１に投入してミキサー１０で混合し、スラリー状の試験用注入材（地盤注入材）４を得た。なお、各材料の配合は後で説明する。
【００２２】
得られた試験用注入材４を試験装置に注入して評価を行った。図２に示す試験装置は、支持部材１１と、浸透カラム１２と、栓部材１３と、排出管１４と、受容器１５とを有している。
【００２３】
支持部材１１は、浸透カラム１２を上下方向に立てた状態で支持するものであり、スタンド及びクランプの組を用いた。浸透カラム１２は、地盤を模擬した標準砂５が充填される透明な円筒状部材であり、内径５ｃｍの目盛付のものを用いた。なお、標準砂５は、豊浦砂が用いられ、層厚１５ｃｍとなるように水締めで充填した。栓部材１３は、標準砂５等の漏出を防止すべく浸透カラム１２の下端部に取り付けられる部材であり、ゴム栓を用いた。排出管１４は、標準砂５を透過した液体（注入材４等）を案内する部材であり、シリコンチューブを用いた。受容器１５は、排出管１４から排出された液体を貯留する上面開放の容器である。
【００２４】
この浸透試験では、規定量（２５０ｍＬ）の試験用注入材４を浸透カラム１２に上方から注入し、注入から規定時間（１，３，５分）経過する毎に、注入材４の浸透距離を計測した。また、注入材４が標準砂５の全体（１５ｃｍ）に浸透するまでの経過時間を計測した。
【００２５】
次に、浸透試験における試験ケースについて説明する。図３に示すように、この浸透試験では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０−２までの合計１２パターンのケースを評価した。なお、ケース９及び１０は、実際の施工を想定して条件を定めた実施例である。試験の精度を高めるべく、これらのケース９及び１０については２回試験を行った。
【００２６】
ケースＮｏ．１〜４は、溶媒２ａとして水道水を用いた試験ケースである。そして、ケースＮｏ．１，２は、溶媒２ａとして水道水をそのまま用いた試験ケースであり、ケースＮｏ．３，４は、溶媒２ａとして水道水ベースのナノバブル水を用いた試験ケースである。また、ケースＮｏ．１，３は、分散剤２ｂを非添加とした試験ケース、言い換えれば混合水２として水道水や水道水ベースのナノバブル水をそのまま用いた試験ケースである。一方、ケースＮｏ．２，４は、水道水等に分散剤２ｂを添加した試験ケースである。
【００２７】
ケースＮｏ．１〜４において水セメント比（Ｗ／Ｃ）は４００とした。また、ケースＮｏ．２，４において分散剤２ｂ（ＭＴ−１５０Ｒ）は５００ｍＬの注入材４に対して１．２ｇ添加した。さらに、ケースＮｏ．１〜４について５００ｍＬのサンプルを作製し、その中から２５０ｍＬを分取して試験に供した。
【００２８】
ケースＮｏ．５〜１０−２は、溶媒２ａとして海水を用いた試験ケースである。そして、ケースＮｏ．５〜７は、溶媒２ａとして海水をそのまま用いた試験ケースであり、ケースＮｏ．８〜１０−２は、溶媒２ａとして海水ベースのナノバブル水を用いた試験ケースである。また、ケースＮｏ．５，８は、分散剤２ｂを非添加とした試験ケース、言い換えれば混合水２として海水や海水ベースのナノバブル水をそのまま用いた試験ケースである。一方、ケースＮｏ．６，７，９−１〜１０−２は、海水等に分散剤２ｂを添加した試験ケースである。
【００２９】
ケースＮｏ．５〜１０−２において水セメント比（Ｗ／Ｃ）は４００とした。また、ケースＮｏ．６，７，９−１〜１０−２において、分散剤２ｂはＭＴ−１５０Ｒとラスナインを併用した。すなわち、ケースＮｏ．６，９−１，９−２では、５００ｍＬの注入材４に対してＭＴ−１５０Ｒを３．０ｇ、ラスナインを１．５ｇ添加し、ケースＮｏ．７，１０−１，１０−２では、５００ｍＬの注入材４に対してＭＴ−１５０Ｒを６．０ｇ、ラスナインを３．０ｇ添加した。さらに、ケースＮｏ．５〜１０−２についても５００ｍＬのサンプルを作製し、その中から２５０ｍＬを分取して試験に供した。
【００３０】
以下、試験結果について説明する。便宜上、以下の説明では、浸透カラム１２に注入材４を注入してから１分後の浸透距離を「１分距離」という。同様に、３分後の浸透距離を「３分距離」といい、５分後の浸透距離を「５分距離」という。さらに、注入材４が１５ｃｍの標準砂５を浸透するのに要した時間を「１５ｃｍ浸透時間」という。
【００３１】
まず、水道水の結果について説明する。ケースＮｏ．１及びＮｏ．３の結果を参照すると、何れのケースも１分距離〜５分距離が３．０ｃｍで同一となり、浸透距離に変化はみられなかった。
【００３２】
一方、ケースＮｏ．２及びＮｏ．４の結果を参照すると、ケースＮｏ．２の１分距離が１０．６ｃｍであるのに対してケースＮｏ．４の１分距離は１２．０ｃｍであり、ナノバブル水を用いることによる浸透性の向上が確認された。そして、ケースＮｏ．２，４の３分距離及び５分距離は、何れも１５ｃｍ以上であった。また、Ｎｏ．２の１５ｃｍ浸透時間は８２秒であり、Ｎｏ．４の１５ｃｍ浸透時間は１０８秒であった。
【００３３】
以上の結果より、水道水ベースのナノバブル水を用いても、標準砂５に対する注入材４の浸透性は、混合水２として水道水をそのまま用いた場合と変わらないことが確認された。そして、溶媒２ａに分散剤２ｂを添加することにより、標準砂５に対する注入材４の浸透性を向上できることが確認された。さらに、溶媒２ａとして水道水ベースのナノバブル水を用い、分散剤２ｂを添加することにより、標準砂５に対する注入材４の浸透性を一層向上できること（１分距離が向上すること）が確認された。
【００３４】
次に、海水の結果について説明する。ケースＮｏ．５，８を参照すると、ケースＮｏ．５の１分距離〜５分距離は何れも０．２ｃｍであるのに対し、ケースＮｏ．８の１分距離〜５分距離は何れも０．５ｃｍであった。このことから、混合水２として海水ベースのナノバブル水を用いても、標準砂５に対する注入材４の浸透性は、混合水２として海水を用いた場合と変わらないことが確認された。
【００３５】
次に、ケースＮｏ．５〜７を参照する。ケースＮｏ．６の１分距離〜５分距離は何れも０．５ｃｍであった。ケースＮｏ．５の１分距離〜５分距離が何れも０．２ｃｍであったことから、注入材４の浸透性が極めて低く有意な差は認められなかった。一方、ケースＮｏ．７の１分距離は８．０ｃｍ、３分距離は１１．２ｃｍ、及び５分距離は１１．５ｃｍであった。これらの結果から、分散剤２ｂの濃度を高めることで、溶媒２ａとして海水を用いても標準砂５に対する注入材４の浸透性を高められることが確認された。
【００３６】
次に、ケースＮｏ．８〜１０−２を参照する。ケースＮｏ．９−１の１分距離、及び３分距離は４．５ｃｍ、５分距離は５．０ｃｍであり、ケースＮｏ．９−２の１分距離は４．５ｃｍ、３分距離、及び５分距離は５．０ｃｍであった。また、ケースＮｏ．１０−１の１分距離は１０．５ｃｍ、３分距離は１４．０ｃｍ、５分距離は１５ｃｍ以上であり、ケースＮｏ．１０−２の１分距離は９．５ｃｍ、３分距離、及び５分距離は１５ｃｍ以上であった。また、１５ｃｍ浸透時間に関し、ケースＮｏ．１０−１は１３０秒、Ｎｏ．１０−２は１３５秒であった。
【００３７】
これらの結果より、海水にナノバブルを溶存させることで分散剤２ｂとの相乗効果が確認された。すなわち、ケースＮｏ．５とＮｏ．８の間では１分距離〜５分距離に有意の差が見られなかったのに対し、ケースＮｏ．９−１，２では、ケースＮｏ．６に対して１分距離〜５分距離を９〜１０倍程度長くできることが確認された。また、分散剤２ｂの濃度を高めたケースＮｏ．７とＮｏ．１０−１，２の間でも１分距離〜５分距離を長くできることが確認された。
【００３８】
従って、注入材４の溶媒２ａとして海水を用いる場合には、海水ベースのナノバブル水に分散剤２ｂを添加することで、注入材４の浸透性を高めることができるといえる。
【００３９】
海水ベースのナノバブル水と分散剤２ｂの相乗効果が得られた理由として、次のことが考えられる。すなわち、注入材４に用いられる超微粒子セメント１は正に帯電されている。一方、分散剤２ｂ及びナノバブルは負に帯電されている。そして、これらが混合された注入材４では、分散剤２ｂとナノバブルが共に負に帯電していることから互いに反発し、分散剤２ｂによる超微粒子セメント１の分散効果をナノバブルが補助したものと考えられる。その結果、塩分濃度の高い海水であっても、超微粒子セメント１の凝集が抑制され、小さな粒径のセメント粒子が地盤（標準砂５）内を迅速に浸透したと解される。
【００４０】
次に、この浸透試験の結果に基づく地盤改良工法の実施形態について説明する。
【００４１】
この地盤改良工法では、まずナノバブル水を製造する（ナノバブル水の製造工程）。例えば図４に示すように、ナノバブル水４１の製造に際しては、水タンク３０に海水３１を貯水する。また、ナノバブル発生装置３２の吸引管３３及び排出管３４を水タンク３０の内部にセットする。この状態でナノバブル発生装置３２を作動させ、吸引管３３を通じて海水３１をナノバブル発生装置３２の内部に吸引し、吸引した海水３１に空気のナノバブルを溶存させる。そして、ナノバブルを溶存させた海水３１（ナノバブル水４１）を、排出管３４を通じて水タンク３０に返水する。この工程を所定時間に亘って行うことで、海水３１に溶存されるナノバブルの濃度が上昇し、水タンク３０には海水ベースのナノバブル水４１が貯留される。
【００４２】
ナノバブル水４１を製造したならば、混合水を製造する（混合水の製造工程）。例えば図５に示すように、混合水５１の製造に際しては、ナノバブル水４１が貯留された水タンク３０に分散剤４２を添加する。そして、分散剤４２が添加されたナノバブル水４１をミキサー４３で撹拌する。これにより、水タンク３０には混合水５１が貯留される。
【００４３】
混合水５１を製造したならば、この混合水５１をセメントに混合する（混合工程）。例えば、図６に示すように、規定量の微粒子セメントが投入されたスラリータンク５３に、水タンク３０に貯留された混合水５１を、送水ポンプ５２によって規定量供給する。そして、微粒子セメント及び混合水５１をスラリー用ミキサー５４によって混合し、スラリー状の地盤注入材５５を製造する。
【００４４】
地盤注入材５５を製造したならば、この地盤注入材５５を改良対象の地盤Ｇに注入する。例えば、地盤Ｇに設けられた注入井戸に注入ロッド５７を挿入した状態で、スラリータンク５３に貯留された地盤注入材５５をスラリーポンプ５６によって注入ロッド５７へ圧送する。これにより、注入ロッド５７から噴出された地盤注入材５５は、地盤Ｇ内を広範囲に浸透する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、海水ベースのナノバブル水４１に分散剤４２を添加して混合水５１を作製し、微粒子セメントに混合水５１を投入して混合することにより、高い浸透性能を発揮する地盤注入材５５を製造できる。このため、水道水の調達が困難な状況下、例えば離島・沿岸部での工事または災害復旧工事等において、ライフラインや道路の不通により真水の入手が困難な場合であっても、高い浸透性能を発揮する地盤注入材５５を製造できる。
【００４６】
そして、改良対象となる地盤Ｇに対し、地盤注入材５５を広範囲に浸透させることができるので、必要な分散剤４２の量を低減できて経済的である。また、短工期、低コストで施工を完了できる。
【００４７】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。
【００４８】
例えば、前述の地盤改良工法は、軟弱地盤の改良の他、液状化防止、トンネル掘削時の地山の補強、漏水防止のための工事や、遮水壁の築造、下水管の修復時等においても適用できる。
【００４９】
また、セメントに関し、前述の浸透試験及び実施形態では、粒径が４μｍ以下の超微粒子タイプのものを用いたが、通常粒径のセメントであっても分散剤とナノバブル水を併用することで、地盤注入材５５の浸透性能を高めることができると解される。これは、分散剤の負電荷とナノバブルの負電荷が分散効果の向上に寄与していると考えられるためである。
【００５０】
そして、前述の浸透試験及び実施形態のように、粒径が４μｍ以下の超微粒子タイプのセメントを用いた場合には、セメント粒子の細かさと分散性の高さとが相俟って、高い浸透性能を発揮する地盤注入材５５を製造できる。
【００５１】
また、前述の実施形態では、海水ベースのナノバブル水４１を用いて地盤注入材５５を製造する場合について説明したが、水道水（上水）ベースのナノバブル水を用いて地盤注入材を製造してもよい。この地盤注入材は、高濃度の塩水が浸透している地盤を改良する場合（例えば沿岸部で地盤改良工事を行う場合）に、好適に使用できる。
【００５２】
また、分散剤の他に、特殊混和剤（亜硝酸カルシウムや亜硝酸ナトリウム等の亜硝酸塩）を地盤注入材に添加してもよい。この特殊混和剤を添加することで、塩分濃度の極めて高い地盤についても改良が可能になる。
【符号の説明】
【００５３】
１…超微粒子セメント，２…混合水，２ａ…溶媒，２ｂ…分散剤，４…試験用注入材（地盤注入材），５…標準砂，１０…ミキサー，１１…支持部材，１２…浸透カラム，１３…栓部材，１４…排出管，１５…受容器，３０…水タンク，３１…海水，３２…ナノバブル発生装置，３３…吸引管，３４…排出管，４１…ナノバブル水，４２…分散剤，４３…ミキサー，５１…混合水，５２…送水ポンプ，５３…スラリータンク，５４…スラリー用ミキサー，５５…地盤注入材，５６…スラリーポンプ，５７…注入ロッド，Ｇ…地盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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