(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート、硫酸塩、リン酸塩、及びシリカゾルを含有してなる注入材用セメント混和材。
【請求項２】
セメントと請求項１記載のセメント混和材を含有してなる注入材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地盤中に注入して軟弱な地盤を強固にする注入材用セメント混和材及び注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、軟弱な地盤を強固に改良する注入材としては、粘性が低く、固体粒子が無いため砂質土等への浸透性が良好なこととやゲル化時間の調整が容易であることなどから水ガラス系注入材が使用されてきた（「最新・薬液注入工法の設計と施工」、柴崎光弘、下田一雄著、山海堂、１９８９）。
しかしながら、水ガラス系注入材は、注入後、生成した硬化体自身が水溶性であるため長期的な耐久性が無く、溶解によるアルカリ分の溶出により地下水汚染を引き起こす可能性があった。
【０００３】
一方、注入材として、強度発現性が良好なセメント系注入材も多く使用されている。
セメント系注入材を使用して、例えば、カルシウムアルミネートの、又はカルシウムアルミネートとセッコウとの混合物のスラリーに、有機酸や有機酸とアルカリ金属炭酸塩との混合物を使用し、このスラリーとセメント含有のスラリーとを別々に圧送し、注入直前で混合する、いわゆる、１．５ショット法で注入を行い、数分で硬化させる方法が実施されているが、混合物のスラリーとセメント含有のスラリーとを瞬時にゲル化させることは困難であった。
また、シリカゾルと、ナトリウムやカリウムを含まない炭酸塩、硫酸塩、又は塩化物の水溶液とを１．５ショット法、又は、二重管を使用して二液を混合して注入する、いわゆる、２ショット法で注入する方法、あるいは、セメントスラリーとシリカゾルとを、１．５ショット法又は２ショット法で注入して、二液を瞬結させる方法などが提案されている（特開昭５８−１０３５８６号公報、特開昭５７−１６４１８６号公報、特開昭６２−１７６３６号公報）。
しかしながら、これらの方法は、瞬結させることはできるが長期強度発現性があまり良くないという課題があった。
【０００４】
本発明者は種々検討した結果、特定の注入材用セメント混和材を使用することで、注入材用セメント混和材とセメントスラリー混合物が瞬結し、材齢に対する強度の伸びが良好になる知見を得て本発明を解決するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、シリカゾル、カルシウムアルミネート、硫酸塩、及びリン酸塩を含有してなる注入材用セメント混和材であり、セメントと該注入材用セメント混和材を含有してなる注入材である。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明の注入材用セメント混和材とは、シリカゾル、カルシウムアルミネート、硫酸塩、及びリン酸塩を含有してなるもので、セメントと混合すると、例えば、数十秒以内という短時間でゲル化するものであり、凝結遅延剤の使用量でゲル化時間が調整できるもので、通常、二液タイプで使用することが好ましい。
【０００８】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、ＣａＯ原料やＡｌ２Ｏ３原料などを使用してキルンで焼成したり電気炉で溶融したりするなど熱処理して得られるもので、化学成分としてＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、及びＳＯ３等を含有し、ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡとすると、鉱物成分として、Ｃ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、ＣＡ、又はＣＡ２等と示されるカルシウムアルミネート熱処理物を粉砕したもので、その他、鉱物成分として、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２やＣ４Ａ３・ＳＯ３などと示される熱処理物を粉砕したもの、ＳｉＯ２を多く含む冶金スラグ等のアルミノケイ酸カルシウム等も使用が可能であるが、これらのうち、Ｃ１２Ａ７組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートの使用が好ましい。
カルシウムアルミネートの粉末度は、ブレー値で３，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、４，０００ｃｍ２／ｇ以上が急硬性、強度発現性、及び耐久性の面からより好ましい。
カルシウムアルミネートの使用量は、後述のセメント１００重量部に対して、１５〜６０重量部が好ましく、２０〜４０重量部がより好ましい。１５重量部未満であると短時間のゲル化を起こすことが難しく、６０重量部を越えると作業時間が取りずらくなる傾向がある。
【０００９】
ここで、セメントとしては、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに高炉スラグ等のポゾラン物質を混合した各種混合セメント、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２を主成分とする変性ポルトランドセメント、並びに、市販の微粒子セメント等の使用が可能である。
【００１０】
本発明で使用する硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、及び硫酸カルシウム等が挙げられ、硫酸カルシウムであるセッコウの使用が好ましい。
セッコウとしては、二水セッコウ、半水セッコウ、及び無水セッコウのいずれの使用も可能であるが、急硬性と強度発現性の面で無水セッコウ、特に、II型無水セッコウの使用がより好ましい。
硫酸塩の粉末度は、ブレーン値で3,000cm２/g以上が好ましく、4,000cm２/g以上が急硬性、強度発現性、及び耐久性の面からより好ましい。
硫酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート100重量部に対して、70〜300重量
部が好ましく、90〜150重量部がより好ましい。70重量部未満では充分な作業時間を確保することができず、強度発現性が低下する場合があり、300重量部を越えると数分で注入材用セメント混和材とセメントのスラリー混合物をゲル化させることができにくい場合がある。
【００１１】
本発明で使用するリン酸塩とは、カルシウムアルミネートのゲル化時間を調整するもので、凝結遅延剤としての役目を果たす。
特に、シリカゾルとカルシウムアルミネートが混合された場合、有機酸や有機酸とアルカリ金属炭酸塩との混合物などの通常の凝結遅延剤ではゲル化時間を調整することが困難であるが、リン酸塩を使用することで調整が可能となる。
また、海水を練り混ぜ水として利用せざるを得ない場合は、海水中に含まれるアルカリ金属イオンや塩化物イオンなどの影響を受けず、真水で使用した時と同様の遅延効果を発揮する。
リン酸塩としては、リン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、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、及びトリメタリン酸ナトリウム等のナトリウム塩、リン酸一カリウム、リン酸二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、トリポリリン酸カリウム、ヘキサメタリン酸カリウム、及びトリメタリン酸カリウム等のカリウム塩の使用が可能であり、これらのうち、強度発現性を阻害しにくいリン酸一ナトリウムの使用が好ましい。
また、有機酸類や有機酸類とアルカリ金属塩の混合物などの一般的な凝結遅延剤と併用することも可能である。
リン酸塩の粒度は特に限定されるものではないが、０．３ｍｍ以下の粒度が溶解性の面で好ましい。
リン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネートと硫酸塩との合計１００重量部に対して、０．５〜１０重量部が好ましく、１〜５重量部がより好ましい。０．５重量部未満ではゲル化時間の調整が困難な場合があり、１０重量部を越えると強度発現性を阻害する場合がある。
【００１２】
本発明で使用するシリカゾルとは、低粘度で地盤への浸透性も優れているもので、一般に、水ガラスからナトリウムイオンを除去又は低減したものであり、例えば、水ガラスを水で希釈してイオン交換樹脂を通しナトリウムイオンを除去したものや、水ガラスを硫酸で中和してシリカゲルを作り、これを水洗してナトリウムイオンや硫酸イオンを除去し、加熱してコロイド状としたもの、さらに、製造したシリカゾルを重合濃縮したものも使用することが可能である。
シリカゾルは、例えば、Ａ液として使用するが、シリカゾルをそのまま使用すことも可能であり、カルシウムアルミネート、硫酸塩、及びリン酸塩との混合性の面から、水と混合して使用することも可能である。
シリカゾルの使用量は、カルシウムアルミネートと硫酸塩との合計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。５重量部未満では強度発現性が向上しにくい場合があり、５０重量部を越えるとセメントのゲル化が速すぎ、作業時間が取りずらくなる場合がある。
【００１３】
使用する水は、例えば、カルシウムアルミネート、硫酸塩、シリカゾル、及びリン酸塩を含有する液をＡ液とし、セメントを含有する液をＢ液とし、Ａ液とＢ液とを混合して注入するので、適度なスラリー状とするため使用する水を分割して使用するのが好ましい。
カルシウムアルミネート、硫酸塩、シリカゾル、及びリン酸塩を含有する液であるＡ液を調製する場合の水の量は、カルシウムアルミネートと硫酸塩との合計１００重量部に対して、４００〜５００重量部が強度発現性の面から好ましく、セメントを含有する液であるセメントスラリーのＢ液を調製する場合の水の量は、セメント１００重量部に対して、１００〜１５０重量部が強度発現性の面から好ましい。
【００１４】
本発明の注入材用セメント混和材を用いた施工方法としては、例えば、カルシウムアルミネート、硫酸塩、リン酸塩、シリカゾル、及び水を混合してＡ液とし、セメントと水を混合してＢ液とし、Ａ液とＢ液とを別圧送し、地盤内に注入直前に合流管を通して混合し注入する方法等が挙げられる。この際、Ａ液とＢ液の混合割合は通常、容積比で１：１となるようにすることが好ましい。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
実施例１
カルシウムアルミネート１００重量部に対して、硫酸塩１００重量部、カルシウムアルミネートと硫酸塩の合計１００重量部に対して、水４００重量部、リン酸塩０．７重量部、及び表１に示す量のシリカゾルを配合してＡ液とした。
一方、セメント１００重量部に対して、水１３０重量部を加えＢ液とした。
次に、Ａ液とＢ液を容積比で１：１となるように混合し、そのゲル化時間と圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。
【００１７】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、市販品
カルシウムアルミネート：主成分Ｃ１２Ａ７
硫酸塩    ：無水セッコウ、市販品
リン酸塩ａ：リン酸一ナトリウム、市販品
リン酸塩ｂ：トリポリリン酸ナトリウム、市販品
シリカゾル：日産化学社製商品名「スノーテックス３０」
【００１８】
＜測定方法＞
ゲル化時間：Ａ液とＢ液を混合してから流動性が失われるまでの時間
圧縮強度  ：４×４×１６ｃｍの型枠に流し込み、硬化後所定材齢で脱型し測定
【００１９】
【表１】
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【００２０】
実施例２
セメント１００重量部に対して、表２に示すカルシウムアルミネートと、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、硫酸塩１００重量部と、カルシウムアルミネートと硫酸塩の合計１００重量部に対して、水４００重量部、リン酸塩ａ０．７重量部、及びシリカゾル３０重量部と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。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
実施例３
カルシウムアルミネート１００重量部に対して、表３に示す硫酸塩と、カルシウムアルミネートと硫酸塩の合計１００重量部に対して、水４００重量部、リン酸塩ａ０．７重量部、及びシリカゾル３０重量部と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３に併記する。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
実施例４
カルシウムアルミネートと硫酸塩の合計１００重量部に対して、シリカゾル２５重量部、表４に示すリン酸塩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４に併記する。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
【発明の効果】
本発明の注入材用セメント混和材を使用することにより、圧縮強度の伸び率が良好となるため、強固な地盤改良が可能である。
また、長期的な耐久性も良好であり、アルカリ分の溶出による地下水汚染等が無い地盤改良が可能である。