(57)【要約】【課題】  浸透性に優れ、注入性が向上し、強度発現性に優れる、各種土木工事における地盤改良工事や止水工事で用いられる高浸透性地盤注入材を提供すること。【解決手段】  シリカフューム、アルミノケイ酸カルシウム、石膏、及び消石灰を含有してなる高浸透性地盤注入材、最大粒子径が20μｍ以下である該高浸透性地盤注入材、並びに、シリカフューム100部、アルミノケイ酸カルシウム１〜50部、石膏１〜50部、及び消石灰１〜50部を含有してなる該高浸透性地盤注入材を構成とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカフューム、アルミノケイ酸カルシウム、石膏、及び消石灰を含有してなる高浸透性地盤注入材。
【請求項２】
最大粒子径が20μｍ以下である請求項１に記載の高浸透性地盤注入材。
【請求項３】
シリカフューム100部、アルミノケイ酸カルシウム１〜50部、石膏１〜50部、及び消石灰１〜50部を含有してなる請求項１又は請求項２に記載の高浸透性地盤注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種土木工事における地盤改良工事や止水工事で用いられる地盤注入材に関する。
なお、本発明における部や％は、特に規定のない限り質量基準である。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントを用いた注入工法で、地盤の補強や止水効果を得るため、カルシウムアルミネートなどを含む急硬材を用いた注入材が用いられている（特許文献１参照）。
しかしながら、通常使用される注入材は、地盤が細砂、シルト、あるいは粘土の場合には浸透性が小さく、注入が不可能となるなどの課題があった。
【０００３】
また、注入の際、ポンプ圧送性の向上や地盤中への浸透性を増す目的で、水量を増す場合があるが、その結果、硬化が遅れ、強度が小さくなるなどの課題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４９６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上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高い浸透性と強度発現性が得られるという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】
【０００６】
即ち、本発明は、シリカフューム、アルミノケイ酸カルシウム、石膏、及び消石灰を含有してなる高浸透性地盤注入材であり、最大粒子径が20μｍ以下である該高浸透性地盤注入材であり、シリカフューム100部、アルミノケイ酸カルシウム１〜50部、石膏１〜50部、及び消石灰１〜50部を含有してなる該高浸透性地盤注入材である。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明で使用するシリカフュームは、非晶質のSiO2を主成分とする平均粒子径約１μｍの微粒子であり、金属シリコンやフェロシリコンを電気炉で製造する際に発生する廃ガス中のダストを集塵機で回収したものや、ジルコンサンドから酸化ジルコニウムを製造する際に副生されるものなどがあり、いずれも使用可能である。
【０００９】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウム（以下、ＣＡＳという）は、CaO、Al2O3、及びSiO2を含有するものであり、石膏との併用により主として短期強度の発現に寄与するものである。
ＣＡＳの組成は、CaO含有率20〜60％、Al2O3含有率20〜70％、及びSiO2含有率５〜30％が好ましく、CaO含有率30〜55％、Al2O3含有率30〜60％、及びSiO2含有率10〜20％がより好ましい。この範囲外では短期強度が小さくなる場合がある。
ＣＡＳは、石灰石等のカルシア原料、アルミナ、ボーキサイト、長石、及び粘土等のアルミナ原料、並びに、ケイ石、ケイ砂、石英、及びケイ藻土等のシリカ原料等を所定の割合で配合した後、ロータリーキルンなどで焼成、又は、電気炉や高周波炉等で溶融することにより製造される。
ＣＡＳとしては、2CaO・Al2O3・SiO2やCaO・Al2O3・2SiO2などの結晶性化合物を使用することも可能であるが、短期強度が大きい点で、溶融物を急冷して得られるガラス質のものが好ましい。
ＣＡＳのガラス化率は、ＣＡＳを1,000℃で２時間加熱後、５℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピークの面積S0を求め、ＣＡＳの結晶のメインピークSから、Ｘ（％）＝100×（１−S／S0）として求められるもので、短期強度の点から50％以上が好ましく、80％以上がより好ましく、90％以上が最も好ましい。50％未満では短期強度が小さい場合がある。
ＣＡＳの使用量は、シリカフューム100部に対して、１〜50部が好ましく、５〜30部がより好ましい。１部未満では短期強度が小さい場合があり、50部を超えると高浸透性地盤注入材を懸濁液としたときの粘度が大きくなり、浸透性が低下する場合がある。
【００１０】
本発明で使用する石膏は、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が挙げられ、さらに天然石膏や、リン酸副生石膏、排脱石膏、及びフッ酸副生石膏等の化学石膏、又はこれらを熱処理して得られる石膏等が含まれる。これらの中で強度発現性が大きい点で無水石膏が好ましい。
石膏の使用量は、シリカフューム100部に対して、１〜50部が好ましく、５〜30部がより好ましい。１部未満では短期強度が小さい場合があり、50部を超えると浸透性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明で使用する消石灰は、シリカフュームとのポゾラン反応により長期強度を増大させる。
消石灰の使用量は、シリカフューム100部に対して、１〜50部が好ましく、３〜20部がより好ましい。１部未満では長期強度が小さい場合があり、50部を超えると浸透性が低下する場合がある。
【００１２】
本発明に係る高浸透性注入材（以下、本注入材という）の最大粒子径は20μｍ以下であり、15μｍ以下がより好ましく、10μｍ以下が最も好ましい。20μｍを超えると地盤中の微細な間隙への注入が困難になる場合がある。
【００１３】
本注入材の粒度の調製方法は特に制限されるものではないが、各材料を別々にボールミルなどの粉砕機で粉砕し、分級により20μｍ以下のものを集め、その後混合するか、又は、各材料を混合した後に粉砕し、分級により20μｍ以下のものを集める方法のいずれも使用可能である。しかしながら、各材料を混合した後に粉砕し、分級すると、各材料の密度差により混合比が変わる恐れがあるため、各材料を別々に粉砕し、分級しその後混合することが好ましい。
【００１４】
さらに本発明では、所要の硬化時間が得られるように調整するために、凝結調整剤を併用することが好ましい。
凝結調整剤としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化物、硫酸アルミニウム、硫酸鉄（III）、及びミョウバンなどの硫酸塩、ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムなどのケイ酸塩、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、及びリン酸マグネシウムなどのリン酸塩、並びに、ホウ酸リチウムやホウ酸ナトリウムなどのホウ酸塩等の無機塩類、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸又はこれらのナトリウム塩、カリウム塩、及びカルシウム塩等の有機酸類、並びに、糖類等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を併用することが可能である。これらの中では所要の硬化時間を確保する上で、炭酸塩と有機酸類を併用することがが好ましい。
凝結調整剤の使用量は、硬化時間に応じて調整するため特に限定されるものではないが、ＣＡＳと石膏の合計100部に対して、0.1〜10部が好ましく、0.5〜５部がより好ましい。0.1部未満では硬化時間を確保しにくい場合があり、10部を超えると硬化時間が長くなり、強度が小さくなる場合がある。
【００１５】
地盤中への浸透性を向上させるために、本発明では、さらに分散剤を使用することが好ましい。
分散剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系、リグニンスルホン酸系、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系、ポリカルボン酸塩系、及びポリエーテル系の分散剤が挙げられる。
分散剤の使用量は、シリカフューム100部に対して、0.1〜10部が好ましく、0.5〜３部がより好ましい。0.1部未満では浸透性が小さい場合があり、10部を超えると強度が小さくなる場合がある。
【００１６】
本注入材を懸濁液とする場合の水量は、ポンプで懸濁液を圧送できれば特に限定されるものではない。例えば、シリカフューム、ＣＡＳ、石膏、及び消石灰の合計100部に対して、100〜1,000部が好ましく、200〜500部がより好ましい。100部未満では懸濁液の粘度が高くなって浸透性が小さい場合があり、1,000部を超えると強度が小さくなる場合がある。
【００１７】
本注入材の練混ぜ方法や注入方法は特に限定されるものではなく、単管ロッド工法、単管ストレーナ工法、二重管単相工法、二重管複相工法、及び二重管ダブルパッカー工法等、現在使用されている工法に適用可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本注入材を使用することにより、浸透性に優れ、注入性が向上し、強度発現性に優れるなどの効果を奏する。
【実施例】
【００１９】
以下、実験例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【００２０】
実験例１
シリカフューム100部に対して、ＣＡＳイ10部、石膏10部、及び消石灰５部を混合し、本注入材を調製した。
調製した本注入材100部と水300部とを混合して懸濁液を作製した。このとき、シリカフュームＡ100部に対して、分散剤１部を混合し、ＣＡＳと石膏の合計100部に対して、凝結調整剤を１部混合した。本注入材の最大粒子径を変えたときの浸透長さを測定した。結果を表１に示す。
【００２１】
＜使用材料＞
シリカフュームＡ：フェロシリコン副生品
ＣＡＳイ  ：CaO 45％、Al2O3 40％、及びSiO2 15％の組成のガラス質、ガラス化率95％
石膏      ：天然無水石膏
消石灰    ：市販品
分散剤    ：ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系
凝結調整剤：クエン酸と炭酸カリウムの重量比１：３の混合品
【００２２】
＜試験方法＞
浸透長さ  ：直径５cm×長さ30cmのビニールチューブに８号珪砂を長さ20cmになるように充填し、本注入材を200ml投入して１日後、砂への浸透長さを測定
【００２３】
【表１】
2006182821.tif 000002
【００２４】
実験例２
シリカフューム100部に対して、表１に示すＣＡＳ、石膏、及び消石灰を混合し、最大粒子径10μｍの本注入材を調製した。
実験例１と同様にして懸濁液を作製し、本注入材の硬化時間、浸透長さ、及び圧縮強度を測定した。結果を表２に併記する。
【００２５】
＜使用材料＞
シリカフュームＢ：ジルコニア副生品
ＣＡＳロ  ：CaO 45％、Al2O3 28％、及びSiO2 27％の組成のガラス質、ガラス化率95％
【００２６】
＜試験方法＞
硬化時間  ：懸濁液を入れたカップを傾けても懸濁液が流れなくなるまでの時間
圧縮強度  ：JIS R 5201に準じて測定、測定材齢１日と28日
【００２７】
【表２】
2006182821.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本注入材を使用することにより、浸透性に優れ、注入性が向上し、強度発現性に優れるなどの効果を奏し、従来適用が困難だった地質の地盤への注入が可能となることが期待できる。