(57)【要約】【課題】  定量圧送が可能となり、その上、高い粘性低減効果の付与と注入物の均一化とが可能となる、地中にセメントミルクを高圧噴射し、地盤を硬化、安定化させる地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料、及び地盤安定化工法を提供する。【解決手段】  リン酸塩とアルカリ金属硫酸塩とを含有してなる地盤安定化用液体混和剤であり、 リン酸塩100部に対して、アルカリ金属硫酸塩が20〜300部である該液体混和剤であり、 さらに、有機酸類を含有してなる該液体混和剤であり、該液体混和剤100部中、固形分が10〜50部である該液体混和剤であり、ｐHが0.5〜６である該液体混和剤であり、セメント、該液体混和剤、及び水を含有してなる地盤安定化材料であり、該地盤安定化材料を地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させる地盤安定化工法を構成とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸塩とアルカリ金属硫酸塩とを含有してなる地盤安定化用液体混和剤。
【請求項２】
アルカリ金属硫酸塩が、リン酸塩100部に対して、20〜300部である請求項１に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項３】
さらに、有機酸類を含有してなる地盤安定化用液体混和剤。
【請求項４】
地盤安定化用液体混和剤100部中、固形分が10〜50部である請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項５】
ｐＨが0.5〜６である請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項６】
セメント、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の地盤安定化用液体混和剤、及び水を含有してなる地盤安定化材料。
【請求項７】
請求項６に記載の地盤安定化材料を地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させる地盤安定化工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中にセメントミルクを高圧噴射し、地盤を硬化、安定化させる地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料、及び地盤安定化工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤のような不良地盤を改良するためには、軟弱な地盤を硬化、安定化させなければならない。
この地盤安定化工法としては、例えば、セメントミルクを、高圧で地中深くに噴射し、土と混合して硬化させ安定化する工法が挙げられる（非特許文献１参照）。
この工法は、地中にセメントミルクを噴射する管を挿入し、管を回転させながら管先端付近からセメントミルクを高圧噴射し、地中の土を切削すると同時に、切削された土とセメントミルクとが混合された混合土を別の管内を通して地上へ排出しながら、一定速度で管を上昇させ、地中を、セメントミルクと土との混合物で置換して硬化させ、地盤を安定化させる工法である。
切削によりセメントミルクと土とを混合した場合に、セメント粒子と土の粒子とが電気的作用により互いに凝集するために、セメントミルクと土との混合物である混合土の粘性が上昇し、そのため、これを地上へ排出できにくくなるといった課題があった。
【０００３】
混合土の粘性を低下させるものとして、液状のものとしては、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、及び／又はポリカルボン酸系化合物等を含有する超高圧噴流注入工法用セメント添加剤が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、これらの超高圧噴流注入工法用セメント添加剤は、砂質土や砂分の多いシルト地盤では、その結果がある程度認められるが、粘性土地盤においては、粘性低下の効果が小さいために多量に添加する必要があり、強度発現性が向上しにくいという課題があった。
【０００４】
一方、混合土の粘性を低下させるものとして、粉体のものとしては、リン酸塩とアルカリ金属とを含有する物質を組み合わせたものが知られている（特許文献２〜７参照）。
しかしながら、これらを使用した場合には、粘性低減の効果は大きいが、粉体のため、定量圧送が難しく、あらかじめ、セメントに所定量を混合して専用サイロにストックする必要があった。
また、専用サイロにストックされた材料が余った際には、他への転用が利かず、材料を廃棄しなければならないという課題があった。
【０００５】
【非特許文献１】坪井  直道著、薬液注入工法の実際、第５〜９頁、昭和56年３月25日、鹿島出版会、改訂版第２刷発行
【特許文献１】特開平０６−１２７９９３号公報
【特許文献２】特開平０５−２５４９０３号公報
【特許文献３】特開平０６−２０６７４７号公報
【特許文献４】特開平０７−２０６４９５号公報
【特許文献５】特開平０７−０６９６９５号公報
【特許文献６】特開２００４−１４３０４１号公報
【特許文献７】特開平０９−１９４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、地盤安定化工法において、前記課題を解決すべく種々検討を行った結果、特定の地盤安定化用液体混和剤を使用することにより、液状化によって定量圧送が可能となり、そのうえ、粉体を使用した場合よりも高い粘性低減効果の付与と注入物の均一化とが可能となるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、リン酸塩とアルカリ金属硫酸塩とを含有してなる地盤安定化用液体混和剤であり、リン酸塩100部に対して、アルカリ金属硫酸塩が20〜300部である該液体混和剤であり、 さらに、有機酸類を含有してなる該液体混和剤であり、該液体混和剤100部中、固形分が10〜50部である該液体混和剤であり、ｐHが0.5〜６である該液体混和剤であり、セメント、該液体混和剤、及び水を含有してなる地盤安定化材料であり、該地盤安定化材料を地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させる地盤安定化工法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の地盤安定化用液体混和剤を使用することにより、液状化によって定量圧送が可能となり、その上、高い粘性低減効果の付与と注入物の均一化とが可能となるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
【００１０】
本発明の地盤安定化用液体混和剤（以下、本液体混和剤という）ではリン酸塩を使用する。リン酸塩は混合土の粘性低下の効果がある。
【００１１】
本発明で使用するリン酸塩としては、リン酸の他、リン酸二水素塩、ピロリン酸二水素二塩、メタリン酸塩、及びヘキサメタリン酸塩等、水への溶解性が高く、かつ、溶解液が酸性を示すような物質が好ましく、これらのナトリウム塩、カリウム塩、及びリチウム塩等が使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらのうちでは、リン酸やリン酸二水素塩の使用が好ましい。
【００１２】
本発明では、粘性低減効果に影響を与えずにリン酸塩の遅延作用を低減して強度発現性を高める物質として、アルカリ金属硫酸塩（以下、本硫酸塩という）を使用することが好ましい。
本硫酸塩としては、硫酸塩や明礬類が挙げられ、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、ナトリウム明礬、及びカリウム明礬等が使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらのうちでは、強度発現性の面で硫酸塩の使用が好ましい。
本硫酸塩の使用量は、リン酸塩100部に対して、20〜300部が好ましく、30〜200部がより好ましい。20部未満では高い強度発現性が得られない場合があり、300部を超えると液の安定性が損なわれ、内容物が析出する場合がある。
【００１３】
また、本液体混和剤100部中、リン酸塩と本硫酸塩との固形分の合計は、10〜50部であることが好ましく、15〜35部であることがより好ましい。10部未満では、多量の添加量を必要とし、施工効率が落ちる場合があり、50部を超えると液の安定性が損なわれ、また、液の粘性が高くなる場合があり好ましくない。
【００１４】
本発明では、さらに粘性低減効果や液の安定性を向上させるために有機酸類を使用することが好ましい。
有機酸類は、本液体混和剤中で、金属イオンを安定化させるものであり、この目的で使用可能な物質であれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基を少なくとも１個、好ましくは１〜３個、より好ましくは２〜３個有する有機酸であり、さらに、１〜３個の水酸基及び／又は１〜３個のアミノ基を有するものの使用も可能である。
これら有機酸類の具体例としては、例えば、(1)ぎ酸、酢酸、及びプロピオン酸等のモノカルボン酸類、(2)シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、及びフタル酸等のジカルボン酸類、(3)トリメリト酸やトリカルバリリル酸等のトリカルボン酸類、(4)ヒドロキシ酪酸、乳酸、及びサリチル酸等のオキシモノカルボン酸類、リンゴ酸のオキシジカルボン酸類、(5)アスパラギン酸やグルタミン酸等のアミノカルボン酸類、(6)エチレンジアミン四酢酸(ＥＤＴＡ)やトランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸(ＣｙＤＴＡ)等のアミノポリカルボン酸類、(7)エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＴＰＯ〕、エチレンジアミンジ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＤＰＯ〕、ニトリロトリス（メチレンホスホン酸）〔ＮＴＰＯ〕、1-ヒドロキシエチリデン-1,1'-ジホスホン酸〔ＨＥＤＰＯ〕等のホスホン酸類、 (8)アセチルアセトンやヘキサフルオロアセチルアセトンなどのジケトン類等の錯体形成剤が挙げられ、本発明では、これら錯体形成剤のうちの一種又は二種以上の使用が可能である。また、錯体形成剤はアルカリ金属を含有するものも使用可能である。
有機酸類の使用量は特に限定されるものではないが、リン酸塩100部に対して、0.1〜100部が好ましく、0.3〜60部がより好ましい。0.1部未満では、液の貯蔵安定性や粘性低減効果が低下する場合があり、100部を超えると強度発現性が阻害される場合がある。
【００１５】
本液体混和剤のｐHは特に限定されるものではないが、ｐH値で0.5〜６が好ましく、1〜５がより好ましい。ｐHがこの範囲外では、液の安定性が損なわれ、内容物が析出する場合がある。
【００１６】
本液体混和剤は、リン酸塩と本硫酸塩と、必要に応じ有機酸類とを材料として使用するものであり、これらの材料の使用形態は、粉末状のもの、溶液化したものいずれも使用可能であるが、粉末状のものを使用する場合、水と混合して、加熱して溶液化することが好ましい。
【００１７】
加熱温度は40〜80℃が好ましく、溶解時間はこれらの材料が完全に溶解する時間で、10分〜３時間で溶解させることが好ましい。昇温速度や冷却速度は特に限定されるものではなく、あらかじめ40〜80℃に予熱した材料や温水を使用して溶解することも可能である。
溶解時には攪拌することが好ましく、攪拌することで溶解時間を短縮することが可能である。
【００１８】
材料の溶解タンクへの混合順序や投入速度は特に限定されるものではない。また、溶解タンク内での貯蔵性や製造に要する時間を調整するために、リン酸、アルカリ金属水酸化物、及び炭酸塩等を用いてｐH調整をすることが可能である。
【００１９】
本発明では、本液体混和剤とセメントとを混合して地盤安定化材料を調製する。
【００２０】
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、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメント、並びに、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。
【００２１】
本液体混和剤の使用量は、セメント100部に対して、１〜50部が好ましく、３〜30部がより好ましい。１部未満だと粘性低下の効果が小さい場合があり、50部を超えると強度発現性を阻害する場合がある。
【００２２】
本発明で使用する水の量は、土の含水比等で異なり、特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、30〜500部が好ましく、50〜300部がより好ましい。30部未満だとスライムの流動性が小さく、500部を超えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２３】
本発明では、土の状態や施工上の理由により、減水剤、特に高性能減水剤を使用することが可能である。
【００２４】
本液体混和剤は、粘性土に限らず、砂質土や腐食土等の土に対しても優れた効果がある。
【００２５】
本発明の混合や攪拌の条件は、地中に高圧噴射する前に本液体混和剤と水とが混合されていれば特に限定するものではないが、本液体混和剤と水とを、回転数10〜1000rpm程度で回転するグラウトミキサーにより混合するバッチ混合方式や、管内に羽根を設置しているラインミキサーにより混合する連続混合方式等により混合や攪拌が可能である。
【００２６】
次に、本発明の地盤安定化工法について説明する。
【００２７】
まず、地盤改良が必要な箇所を削孔する。削孔径は特に限定されるものではないが注入ロッドが挿入できる大きさであればよい。
削孔の深さは、改良したい領域により変更し特に限定することはできないが、10〜50ｍ程度が通常である。
次に、二重管や三重管構造の注入ロッドを挿入し、セメントミルクをグラウトポンプ、超高圧ポンプ、又はコンプレッサーなどを用いて圧送し、二重管又は三重管のノズルから噴射する。
【００２８】
セメントミルクの圧送圧力は大きい方が好ましいが、二重管、三重管、又はこれらのノズルの磨耗等を考慮すると50〜700kg/cm2程度が通常である。
【００２９】
セメントミルクの送液量は特に限定されるものではないが、30〜200リットル／分程度が好ましい。
【００３０】
このように地中で高圧噴射されたセメントミルクは、土と一緒に混合攪拌され、また、注入ロッドは回転しながら一定速度で地上へ上昇するので、最終的にはセメントミルクと土とからなる円柱状の杭が地中に形成される。
この杭の直径は、地盤の硬さを示すＮ値等の土の条件や噴射の圧送圧力等の施工条件により変化し、特に限定されるものではないが、0.5〜20ｍが適当である。
【実施例】
【００３１】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００３２】
実験例１
表１に示すリン酸塩と本硫酸塩とを混合し、50℃で30分間攪拌して液体混和剤を調製した。
次いで、セメント100部に対して、調製した液体混和剤を10部混合し、さらに、水140部混合してセメントミルクを調製した。
このセメントミルクを、水／粉体質量比120%の粘土と、容積比で１：１の割合で混合してスライムを得、その粘度と圧縮強度とを測定した。結果を表１に併記する。
【００３３】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、市販品、密度3.15g/cm3
リン酸塩ａ：リン酸二水素ナトリウム、市販品
リン酸塩ｂ：リン酸、市販品
本硫酸塩ア：硫酸ナトリウム、市販品
本硫酸塩イ：カリウム明礬、市販品
粘土      ：ベントナイト粉末、市販品、密度2.30g/cm3
【００３４】
＜測定方法＞
粘度      ：得られたスライムを温度20℃、湿度80％、回転数20rpmの条件下でＢ型粘度計により測定
圧縮強度  ：得られたスライムを４cm×４cm×16cmの型枠に流し込み、硬化後脱型して得た供試体を、温度20℃で封緘養生し、材齢７日における圧縮強度を測定
【００３５】
【表１】
2006312676.tif 000002
【００３６】
実験例２
表２に示すリン酸塩、本硫酸塩、及び有機酸類を混合し、50℃で30分間攪拌して液体混和剤を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３７】
＜使用材料＞
有機酸類Ａ：クエン酸ナトリウム、市販品
有機酸類Ｂ：コハク酸、市販品
【００３８】
【表２】
2006312676.tif 000003
【００３９】
実験例３
リン酸塩ａ100部と本硫酸塩ア100部とを混合し、50℃で30分間攪拌して固形分20％の液体混和剤を調製した。
セメント100部に対して、表３に示す量の調製した液体混和剤を水と混合して150部の溶液を調製し、これをセメントと混合してセメントミルクを調製した。
このセメントミルクを水／粉体質量比120%の粘土を、セメントミルクと容積比で１：１の割合で混合してスライムを得た。このスライムの粘度と圧縮強度とを測定した。結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
2006312676.tif 000004