(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグとアルミン酸アルカリ金属塩を有効成分とする４０℃以上の高温地盤用の注入材であって、前記スラグが５０００ｃｍ２／ｇ以上の比表面積を有し、前記アルミン酸アルカリ金属塩におけるＭｅ２Ｏ（但し、Ｍｅはアルカリ金属を表す）とＡｌ２Ｏ３とのモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）が０．５以上２．８未満であり、前記スラグ中のＳｉＯ２と前記アルミン酸アルカリ金属塩中のＡｌ２Ｏ３とのモル比（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）が１〜１２であり、前記ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｓ／Ａ〕と、前記Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｍ／Ａ〕とが、次式、
〔Ｓ／Ａ〕≧６．１３×〔Ｍ／Ａ〕−７．２４      （１）
で表される関係を満足することを特徴とする高温地盤用の地盤注入材。
【請求項２】
前記ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｓ／Ａ〕と、前記Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｍ／Ａ〕とが、次式、
〔Ｓ／Ａ〕≧６．１３×〔Ｍ／Ａ〕−５．３９      （２）
で表される関係を満足する請求項１記載の高温地盤用の地盤注入材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスラグとアルミン酸アルカリ金属塩を有効成分とする地盤注入材に関し、特には、温泉地や地熱発電所付近等の高温地盤（地中の温度としては約５０℃程度にもなる）の固結に適した地盤注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶液型、懸濁型注入材は常温で使用されることを前提としている。その為、地熱を有する等の高温地盤においては硬化が早まり、浸透保持時間が極端に短縮され、薬液注入材としての機能を発揮できなくなる。
【０００３】
このような高温地盤に対する対策として、硬化剤を減少、或いはセメント等固結成分を減少させることが挙げられ、これによりある程度は浸透保持時間を延長できる。しかし、これらの方法では固結後の強度が十分ではなく、実用に供しなくなってしまうという問題がある。
【０００４】
一方、特許第２５２５３３１号公報では、スラグやセメントの微粉体と、Ｍｅ２Ｏ（但し、Ｍｅはアルカリ金属を表す）とＡｌ２Ｏ３とのモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）が２．８以上のアルミン酸アルカリ金属塩とを組み合わせて、常温における浸透保持時間と固結強度との両立を図った技術が開示されている。
【０００５】
ここで、スラグは、セメントのような自己水和性ではなくアルカリ成分と混合されたときに水和を発現する潜在水硬性という性質を持っている。そのため、特許第２５２５３３１号公報記載の技術ではアルカリのモル比を上げることでスラグの硬化を可能にし、硬化のタイミングも加えるアルカリ成分量である程度コントロール可能にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第２５２５３３１号公報記載の配合系では高い地熱を有するような高温地盤には十分に対応することができなかった。即ち、アルミン酸アルカリ金属塩の使用量を減少させていくと、浸透保持時間の延長は図れるものの、実強度発現がかなり遅くなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、粘性が低く、高地熱条件下でも十分な浸透保持時間が確保され、固結後の強度も良好な地盤注入材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、使用するアルミン酸アルカリ金属塩のモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）を従来のものよりも低くしてアルカリを減少させると共に、供給されるアルミン酸の量を増加させることにより、高温時でも浸透保持時間の確保と強度発現の両立が図れることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、スラグとアルミン酸アルカリ金属塩を有効成分とする４０℃以上の高温地盤用の注入材であって、前記スラグが５０００ｃｍ２／ｇ以上の比表面積を有し、前記アルミン酸アルカリ金属塩におけるＭｅ２Ｏ（但し、Ｍｅはアルカリ金属を表す）とＡｌ２Ｏ３とのモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）が０．５以上２．８未満であり、前記スラグ中のＳｉＯ２と前記アルミン酸アルカリ金属塩中のＡｌ２Ｏ３とのモル比（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）が１〜１２であり、前記ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｓ／Ａ〕と、前記Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｍ／Ａ〕とが、次式、
〔Ｓ／Ａ〕≧６．１３×〔Ｍ／Ａ〕−７．２４      （１）
で表される関係を満足することを特徴とする高温地盤用の地盤注入材である。
【００１２】
また、前記高温地盤用の地盤注入材において、前記ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｓ／Ａ〕と、前記Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比〔Ｍ／Ａ〕とが、次式、
〔Ｓ／Ａ〕≧６．１３×〔Ｍ／Ａ〕−５．３９      （２）
で表される関係を満足する高温地盤用の地盤注入材である。
【００１３】
通常温度域の地盤では、上記特許第２５２５３３１号公報に開示されているアルミン酸アルカリ金属塩のモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）２．８以上でも十分な硬化と浸透可能時間の保持との両立が可能であるが、温泉地や地熱発電所付近等の地熱を有する高温地盤（地中の温度としては約５０℃程度）の高温度域では浸透可能時間を保持しようとしてアルミン酸アルカリ金属塩の使用量を少なくしていくと実強度の発現も同様に遅れてきてしまう。これは、高炉水砕スラグから凝結に必要な金属塩が過飽和量溶出可能となるまでスラグ表面の珪酸ゲル膜が破壊されないためと考えられる。これに対し本発明では、使用するアルミン酸アルカリ金属塩のモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）を２．８よりも低くし、供給するアルカリ成分を少なくすることによって高温時の浸透可能時間を確保すると同時に、アルミン酸成分の供給量を多くすることで強度発現をも確保したものであり、このようにすることで高温地盤用の地盤注入材として優れた効果を奏し得るということは本発明者らによって初めて見出されたことである。本発明においては、珪酸ゲル膜を破壊するアルカリが少なくて溶出してくるカルシウム塩等の量が少なくなっても、アルミニウムイオンが多く供給されることによりアルミン酸カルシウム等が形成され、硬化阻害を是正していると考えられる。この結果、本発明の地盤注入材は、例えば、４０℃以上の地盤において好適に使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
本発明に使用するスラグは特に限定されるものではなく、どのようなスラグでも使用することができるが、工業化適性の面から製鉄過程で生じるスラグを水冷・破砕することにより得られる高炉水砕スラグが好ましい。
【００１５】
かかる高炉水砕スラグは表面が非晶質のガラス状である。そのため水に接しても表面は珪酸ゲルの膜となるだけでセメントのような成分の溶出はない。そこで高炉水砕スラグを通常水ではなくアルカリ成分を含む水の存在下におくと、形成されたゲル膜はアルカリ成分により破壊され、スラグ内部よりシリカ、カルシウム等の水和に必要なイオンが溶出し、硬化に至る。これを高炉水砕スラグの潜在水硬性という。従って、高炉水砕スラグの水和硬化にはアルカリ成分が必須となるが、地盤注入材として性能を発揮するためには、硬化することはもとより浸透可能時間の保持が必要となる。よって、高炉水砕スラグを用いて高温時の浸透可能時間を確保するには、本発明の条件を満たすことが必要となる。
【００１６】
また、本発明に使用するスラグは、スラグ粒を比表面積５０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは比表面積８０００ｃｍ２／ｇ以上まで微粉砕したものとする。比表面積が５０００ｃｍ２／ｇ未満であるとスラグ粒子が大き過ぎるため、地盤注入材の浸透性が悪化する。
【００１７】
スラグ粒の比表面積に上限は特にないが、必要以上に比表面積が大きすぎるとかえってスラグ粒子が凝集することがあり、また硬化も早まる傾向にあるので、好ましくは比表面積は１２０００ｃｍ２／ｇ以下とする。
【００１８】
本発明に使用するアルミン酸アルカリ金属塩は、工業化適性の点でナトリウム塩およびカリウム塩が好ましく、特に好ましくはナトリウム塩である。
【００１９】
本発明においてアルミン酸アルカリ金属塩は、Ｍｅ２Ｏ（但し、Ｍｅはアルカリ金属を表す）とＡｌ２Ｏ３とのモル比（Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３）が０．５以上２．８未満であるものを使用する。このモル比が０．５未満であると、硬化しないか、又は硬化しても強度が不十分であり、逆にモル比が２．８以上となると高温地盤注入時における流動性保持時間が短か過ぎるものとなる。
【００２０】
本発明の地盤注入材は、従来の地盤注入材と同様に、スラグとアルミン酸アルカリ金属塩の有効成分を水に溶解乃至分散させるなどして流動化させ、調製され使用に供される。本発明に使用するアルミン酸アルカリ金属塩は、上記モル比の水溶液として調製に供してもよいし、粉体のアルミン酸アルカリ金属塩を水に溶解して調製に供してもよいが、作業性及び作業環境の適正化の点から水溶液として調製に供することが好ましい。
【００２１】
スラグとアルミン酸アルカリ金属塩との割合は、適切な浸透保持時間（概ね５分以上、好ましくは１０分以上）の得られる割合とすればよく、かかる適切な浸透保持時間という点からは、好ましくはスラグ中のＳｉＯ２とアルミン酸アルカリ金属塩中のＡｌ２Ｏ３とのモル比ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３〔Ｓ／Ａ〕と、アルミン酸アルカリ金属塩におけるＭｅ２ＯとＡｌ２Ｏ３とのモル比Ｍｅ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３〔Ｍ／Ａ〕とが、次式、
〔Ｓ／Ａ〕≧６．１３×〔Ｍ／Ａ〕−７．２４      （１）
で表される関係を満足するようにし、より好ましくは次式、
〔Ｓ／Ａ〕≧６．１３×〔Ｍ／Ａ〕−５．３９      （２）
で表される関係を満足するようにする。
【００２２】
また、スラグ中のＳｉＯ２とアルミン酸アルカリ金属塩中のＡｌ２Ｏ３とのモル比（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）は、地盤注入材として適切な凝結終了時間（概ね１時間〜２０時間程度）の得られる割合とすればよく、かかる適切な凝結終了時間という点からは、好ましくはＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝１〜１２（モル比）とする。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
実施例１〜１３、参考例１〜４
比表面積１００００ｃｍ２／ｇの高炉水砕スラグ（ＳｉＯ２含量３６．６重量％）１００ｇ（０．６１モル）に、アルミン酸アルカリ金属塩として種々のモル比のアルミン酸ソーダ（粉末或いは水溶液）を下記の表１に記載の各割合となる量で使用して、高温時における可使時間と硬化時間を試験した。試験は、スラグ、アルミン酸ソーダ、水（全量が４００ミリリットルとなる量）を混練し、常温で２時間放置し、その後、５０℃の状況下に置き、粘度０．１Ｐａ・ｓとなるまでの時間を測定することにより行い、この時間を「流動性保持時間」とした。その後、さらに５０℃の状況下に放置し、凝結が終了するまでの時間を測定し、この時間を「凝結終了時間」とした。
【００２５】
また、上記と同様にして、得られた混練物を常温で２時間放置した後、５０℃の状況下に２４時間放置し、しかる後圧縮強度を測定した。通常、注入後２４時間の圧縮強度が１ＭＰａ以上であれば良好であるといえる。結果を下記の表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003559220.tif 000002
＊１  スラグ中のＳｉＯ２とアルミン酸ソーダ中のＡｌ２Ｏ３のモル比
＊２  アルミン酸ソーダにおけるＮａ２ＯとＡｌ２Ｏ３のモル比
＊３  Ａ：式（２）を満足する
Ｂ：式（１）を満足するが式（２）を満足しない
Ｃ：式（１）を満足しない
【００２７】
また、各実施例における地盤注入材の〔Ｓ／Ａ〕と〔Ｍ／Ａ〕との関係から流動性保持時間を表すと図１に示すグラフのようになる。このグラフからわかるように、上記（１）式、特には上記（２）式の関係を満足する実施例はいずれも十分な流動性保持時間が確保されている。
【００２８】
さらに、比較例として普通ポルトランドセメント１００ｇを水（全量が４００ミリリットルとなる量）で懸濁させた配合についても同様に試験したが、普通ポルトランドセメントは５０℃の雰囲気下に置かれると５分弱で増粘が開始され、地盤注入材に適するとは言いがたいものであった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の地盤注入材においては、粘性が低く、高地熱条件下でも十分な浸透保持時間が確保され、固結後の強度も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施例における地盤注入材の〔Ｓ／Ａ〕と〔Ｍ／Ａ〕との関係から流動性保持時間を表すグラフである。
【図１】
0003559220.tif 000003