(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子物質、酸性溶液、カルシウムアルミネート類、及び凝結調整剤を含有してなるＡ液と、セメントと水を含有してなるＢ液からなる水中グラウト材。
【請求項２】
請求項１に記載の水中グラウト材を用いた水中グラウト工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主に、河川や海洋の土木工事等に使用される水中グラウト材と、それを用いた水中グラウト工法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
河川や海洋の土木工事等で、コンクリートを水中で打設することがあるが、その場合、水との接触をできるだけ断ち、材料分離を最小限に止めることが重要である。
従来、コンクリートの水中打設工法として、打設方法を工夫して、通常のコンクリートを水中打設する、コンクリートポンプ工法、トレミー工法、及びＫＤＴ工法等が行われていた。
しかしながら、いずれの工法も材料分離が大きく、環境破壊の原因ともなりがちなものであった。
【０００３】
そのため、昭和５５年頃より、コンクリート自身の性能を改良し、コンクリートの水中での材料分離抵抗性を向上するセルロース系又はアクリル系の水溶性高分子を主成分としたセメント混和材を配合し、増粘効果を持ち、まだ硬化しないコンクリートに粘凋性を与える、特殊水中コンクリートを水中打設する工法が提案された（「特殊水中コンクリート・マニュアル（設計・施工）」、財団法人    沿岸開発技術研究センター、山海堂、昭６１年）。
しかしながら、この工法で使用する水溶性高分子は、セメントの水和の遅延剤として作用するときもあるため、数十分以内にゲル化や硬化する特性を持ち、水中での材料分離抵抗性も兼ね備えたものではないという課題があった。
また、水溶性高分子の増粘効果により、コンクリートの粘凋性が増大するために圧送による管内抵抗が上昇し、管の摩耗や閉塞などが生じる課題があった。
【０００４】
一方、通常の注入工事では、セメント系の薬液を使用することが多く、その薬液を水中における地盤改良に使用することが提案されたが、そのような薬液は粘凋性が小さく水中に薬液が分散してしまい、施工することが困難であるという課題があった。
【０００５】
近年、河川や海洋などの土木工事が増加しており、これら課題を解決したコンクリートが要望されている。
【０００６】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討した結果、特定の材料を使用することにより、打設直前まで粘性が低く、管の閉塞等が少ない、また、速硬性があり、打設直前で増粘する水中グラウト材が得られる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、高分子物質、酸性溶液、カルシウムアルミネート類、及び凝結調整剤を含有してなるＡ液と、セメントと水を含有してなるＢ液からなる水中グラウト材であり、該水中グラウト材を用いた水中グラウト工法である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明は、特に、高分子物質と酸性溶液とを含有してなるＡ液、例えば、高分子物質と酸性物質を水に溶解又は分散させた液をＡ液とし、セメントと水とを含有してなるＢ液、例えば、セメントの懸濁液をＢ液とし、そのＡ液とＢ液とを別々にポンプで圧送し、合流管を通して混合打設するものである。
【００１０】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２を成分とする変性ポルトランドセメント、ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュを混合した各種混合セメント、並びに、市販の微粒子セメント等が挙げられる。
セメントの使用量は、水１００重量部に対して、５０〜２００重量部が好ましく、８０〜１５０重量部がより好ましい。５０重量部未満では良好な強度発現性を期待することが困難な場合があり、２００重量部を越えるとポンプの圧送性に支障をきたす場合がある。
【００１１】
本発明で使用する高分子物質とは、酸性溶液に溶解又は分散した時点では、粘性はそれほど上がらないが、セメントと混合することによって、高分子物質の溶解量が急に増大し、粘度が上昇し、ゲル化するもので、水に溶解又は分散する高分子物質であれば特に制限されるものではない。
具体的には、アルギン酸ナトリウム、カゼイン酸、ペクチン、及びカラギーナン等の天然高分子、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びメチルセルロース等の半合成高分子、並びに、ポリアクリル酸やポリアクリル酸ナトリウムなどの合成高分子等が挙げられ、これらの中で、溶解性や増粘効果の面でアルギン酸ナトリウムやメチルセルロースの使用が好ましい。
高分子物質の使用量は、酸性溶液中の水１００重量部に対して、０．０３〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。０．０３重量部未満では水中でのセメント分の流出を防止することが困難となる場合があり、５重量部を越えると増粘効果が大きくなりすぎ、ポンプ圧送性に支障をきたす場合がある。
【００１２】
本発明で使用する酸性溶液とは、ｐＨが７未満で、３〜６が好ましいものであり、セメント含有水と混合した時点での増粘効果を最大限に発揮させることができるものである。
通常、水溶液とした場合、酸性を呈する酸性物質の水溶液が使用されるが、使用する水が酸性であれば、これらの酸性物質を混合しないで、酸性の水をそのまま使用することも可能である。
また、使用する水が海水の場合、酸性物質を使用することで、カルシウムアルミネートの水和促進を正常にすることが可能である。
【００１３】
酸性物質として、具体的には、塩酸、硫酸や硫酸アルミニウム、酢酸、リン酸やリン酸一ナトリウム、並びに、クエン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の有機酸等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
酸性物質の使用量は、水１００重量部に対して、０．１〜３重量部が好ましく、０．３〜２重量部がより好ましい。０．１重量部未満ではカルシウムアルミネートの水和促進をコントロールすることが難しい場合があり、３重量部を越えると強度発現性を阻害する場合がある。
【００１４】
本発明は、高分子物質と酸性溶液とを含有するＡ液と、セメントを含有するＢ液とを別々に圧送し、打設直前で混合するもので、単に高分子物質がセメントと混合されると増粘する作用を利用して酸性溶液のｐＨを調整することにより短時間にゲル化させることも可能である。
【００１５】
さらに、カルシウムアルミネート類を併用すると、より速硬性が得られ、ゲル化後の強度発現性を向上させることが可能である。
【００１６】
カルシウムアルミネート類（以下ＣＡ類という）とは、水中グラウト材のゲル化の促進やゲル化後の強度発現性を高めるものであり、ＣａＯやＡｌ２Ｏ３を有効成分として含有し、ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡとすると、Ｃ３Ａ、Ｃ２Ａ、Ｃ１２Ａ７、及びＣＡ等と示されるカルシウムアルミネートであり、結晶質、非晶質いずれも使用可能である。
また、アルカリ金属含有カルシウムアルミネート焼成物、カルシウムサルホアルミネート、及びカルシウムアルミノシリケートもＣＡ類として使用できる。
ＣＡ類の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で３，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、４，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では反応性が低下する場合がある。
ＣＡ類は、Ａ液及び／又はＢ液に混合して使用することが可能である。
ＣＡ類の使用量は、セメント１００重量部に対して、５〜５０重量部が好ましく、１０〜４０重量部がより好ましい。５０重量部を越えるとゲル化時間が短くなりすぎ良好な打設が期待できない場合がある。
【００１７】
さらに、本発明では、ＣＡ類にセッコウを併用することも可能である。
【００１８】
セッコウとは、ＣＡ類と併用することにより長期強度発現性を良好にするものであり、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウの一種又は二種以上の使用が可能である。
セッコウの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で２，０００ｃｍ２／ｇ  以上が好ましく、３，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２，０００ｃｍ２／ｇ未満では溶解性や反応性が低下する場合がある。
セッコウの使用量は、ＣＡ類１００重量部に対して、７０〜２００重量部が好ましく、９０〜１５０重量部がより好ましい。２００重量部を越えるとゲル強度発現性を阻害する場合がある。
【００１９】
本発明でＣＡ類又はＣＡ類とセッコウを併用する場合、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、及びグルコン酸等の有機酸又はそのナトリウム塩やカリウム塩と、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属炭酸塩とを凝結調整剤として併用することは、セメントやカルシウムアルミネートの水和反応を調整する面やゲル化後の強度発現性を良好にする面から好ましい。
凝結調整剤の使用量は、ＣＡ類とセッコウとの合計１００重量部に対して、０．０５〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。５重量部を越えると数十分以内にゲル化して、流動性を失う状態になりにくい場合がある。
【００２０】
本発明で使用する水は特に限定されるものではなく、川、沼、湖、及び海の水いずれも使用可能であり、工事を行う現場で利用しやすい水を使用することが可能である。
【００２１】
本発明の水中グラウト材を用いた施工方法は特に限定されるものではないが、例えば、高分子物質と酸性溶液とを混合してＡ液とし、セメントと水とを混合してＢ液とし、必要に応じ、ＣＡ類又はＣＡ類とセッコウ、さらに、凝結調整剤を混合したＡ液とＢ液とをグラウトポンプ等で別々に圧送し、先端部分に設けた合流管でＡ液とＢ液とを混合し打設する方法が通常行われる。
各材料の混合順序は特に限定されるものではないが、高分子物質を含有するＡ液は、水に酸性物質を混合して酸性溶液を調製し、それに高分子物質を混合し、さらに必要に応じ、ＣＡ類又はＣＡ類とセッコウを、さらに、凝結調整剤を混合することが好ましい。
また、セメントを含有するＢ液は、水にセメントを混合し、必要に応じ、凝結調整剤を、さらに、ＣＡ類又はＣＡ類とセッコウを混合することが好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００２３】
実施例１
酸性溶液ａ中の水１００重量部に対して、高分子物質を表１に示すように分散させＡ液とし、水１００重量部とセメント３０重量部とを配合したセメント懸濁水をＢ液とし、Ａ液とＢ液の混合比率を体積比で１：１になるように混合し、その時のゲル化時間を測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
高分子物質Ａ：メチルセルロース、市販品
高分子物質Ｂ：カルボキシメチルセルロースナトリウム、市販品
高分子物質Ｃ：アルギン酸ナトリウム、市販品
酸性溶液ａ：水／市販リン酸一ナトリウム重量比１００／０．５の混合品、ｐＨ５．８
水        ：水道水、２０℃
セメント  ：市販微粒子セメント、ブレーン値６，３００ｃｍ２／ｇ
【００２５】
＜測定方法＞
ゲル化時間：Ａ液とＢ液を混合してから流動性を失うまでの時間。
【００２６】
【表１】
0003549620.tif 000002
【００２７】
実施例２
表２に示す種類の酸性溶液中の水１００重量部に対して、高分子物質Ａ１重量部を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
酸性溶液ｂ：水／市販濃硫酸重量比１００／０．５の混合品、ｐＨ３．７
酸性溶液ｃ：水／市販濃塩酸重量比１００／０．５の混合品、ｐＨ４．６
酸性溶液ｄ：水／市販クエン酸重量比１００／０．５の混合品、ｐＨ５．７
【００２９】
【表２】
0003549620.tif 000003
【００３０】
実施例３
酸性溶液ａ中の水１００重量部に対して、高分子物質Ａ０．５重量部と、セメント１００重量部に対して、表３に示すＣＡ類αとセッコウとを配合してＡ液とし、水１００重量部とセメント３０重量部とを配合してＢ液とし、ゲル化時間と圧縮強度を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００３１】
＜使用材料＞
ＣＡ類α  ：主成分Ｃ１２Ａ７、ブレーン値６，０００ｃｍ２／ｇ
セッコウ    ：市販無水セッコウ、ブレーン値５，８００ｃｍ２／ｇ
【００３２】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：４×４×１６ｃｍの型枠を水中に沈め、そこにＡ液とＢ液の混合物を流し込み、所定材齢の圧縮強度を測定した。
【００３３】
【表３】
0003549620.tif 000004
【００３４】
実施例４
酸性溶液ａ中の水１００重量部に対して、高分子物質Ａ０．５重量部を配合してＡ液とし、セメント１００重量部に対して、表４に示すＣＡ類とセッコウを、また、ＣＡ類とセッコウの合計１００重量部に対して、炭酸塩／有機酸の重量比３／１の混合物からなる凝結調整剤を０．５重量部配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００３５】
＜使用材料＞
炭酸塩    ：市販炭酸カリウム
有機酸    ：市販クエン酸
【００３６】
【表４】
0003549620.tif 000005
【００３７】
実施例５
酸性溶液ａ中の水１００重量部に対して、高分子物質０．５重量部を配合し、さらに、セメント１００重量部に対して、ＣＡ類／セッコウの重量比１／１の混合物４０重量部、炭酸塩／有機酸の重量比３／１の混合物からなる凝結調整剤０．５重量部を配合してＡ液として、セメント１００重量部と水３００重量部とを配合してＢ液とし、このＡ液とＢ液を体積比で１：１に混合して海水中に打設した。
その結果、約２０秒でゲル化が生じ、毎分１５リットルでポンプ圧送したが、周辺の海水の濁りがほとんど無く施工できることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の水中グラウト材の使用により、打設直前まで粘性が低く、管の閉塞等も少なく、充分な打設位置への圧送性が得られ、Ａ液とＢ液の混合後始めて増粘し、材料分離抵抗性が発現し、数十分以内にゲル化する等の効果を奏する。
また、ＣＡ類の使用により、ゲル化時間の短縮やゲル強度の向上、施工サイクルの短縮化、及び水中工事での緊急的対応が可能となるなどの効果を奏する。