(57)【要約】【課題】  地中へのセメントミルクの注入率を下げることにより廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、またセメントミルクと土壌との均一混合を促すことによりソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させること、以上を同時に充足させる充分な流動性をソイルセメントスラリーに付与することができるソイルセメントスラリーの流動化方法を提供する。【解決手段】  特定の水溶性ビニル共重合体及び／又はポリアクリル酸塩と、第二リン酸アルカリ金属塩及び／又は第三リン酸アルカリ金属塩とから成る流動化剤を、土壌１ｍ３当たり０．５〜２５kgの割合となるよう、セメントミルクに含有させて用いた。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記のＡ成分とＢ成分とから成る流動化剤を、土壌１ｍ３当たり０．５〜２５kgの割合となるよう、セメントミルクに含有させて用いることを特徴とするソイルセメントスラリーの流動化方法。
Ａ成分：炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した重量平均分子量２０００〜５００００の水溶性ビニル共重合体、及び重量平均分子量１５００〜５００００のポリアクリル酸塩から選ばれる一つ又は二つ以上
Ｂ成分：第二リン酸アルカリ金属塩及び第三リン酸アルカリ金属塩から選ばれる一つ又は二つ以上
【請求項２】
流動化剤が、Ａ成分／Ｂ成分＝９９／１〜１５／８５（重量比）の割合で含有して成るものである請求項１記載のソイルセメントスラリーの流動化方法。
【請求項３】
Ａ成分が、イソブチレンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した水溶性ビニル共重合体、又はイソブチレンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した水溶性ビニル共重合体とポリアクリル酸塩との混合物である請求項１又は２記載のソイルセメントスラリーの流動化方法。
【請求項４】
Ｂ成分が、第三リン酸ナトリウムである請求項１〜３のいずれか一つの項記載のソイルセメントスラリーの流動化方法。
【請求項５】
更にベントナイトを用いる請求項１〜４のいずれか一つの項記載のソイルセメントスラリーの流動化方法。
【請求項６】
セメントミルクのセメントが高炉セメントＢ種である請求項１〜５のいずれか一つの項記載のソイルセメントスラリーの流動化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はソイルセメントスラリーの流動化方法に関する。ソイルセメントを利用する山留め工事、地下止水工事、軟弱地盤改良工事等では、工事現場においてセメントミルクと土壌とを混合して硬化させるソイルセメント壁工法が行なわれる。かかるソイルセメント壁工法では、セメントミルクと土壌とを混合したソイルセメントスラリーに充分な流動性を持たせることにより、地中へのセメントミルクの注入率を下げて、廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、またセメントミルクと土壌との均一混合を促して、ソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させることが要求される。本発明はかかる要求に同時に応えることができるソイルセメントスラリーの流動化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソイルセメントスラリーの流動化方法として、ソイルセメントスラリーの調製時にベントナイトを用いたり、各種の流動化剤を用いる方法が知られている（例えば特許文献１〜５参照）。しかし、これらの従来法では、前記したようなソイルセメント壁工法における要求に充分に応えることができない。
【特許文献１】特開平１０−９５９７６号公報
【特許文献２】特開平１１−２５４４２５号公報
【特許文献３】特開２０００−１６９２０９号公報
【特許文献４】特開２００１−１７２６２９号公報
【特許文献５】特開２００２−１１４５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、地中へのセメントミルクの注入率を下げることにより廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、またセメントミルクと土壌との均一混合を促すことによりソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させること、以上を同時に充足させる充分な流動性をソイルセメントスラリーに持たせることができるソイルセメントの流動化方法を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
しかして本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、特定の２成分から成る流動化剤を、所定割合となるよう、セメントミルクに含有させて用いる方法が正しく好適であることを見出した。
【０００５】
すなわち本発明は、下記のＡ成分とＢ成分とから成る流動化剤を、土壌１ｍ３当たり０．５〜２５kgの割合となるようセメントミルクに含有させて用いることを特徴とするソイルセメントスラリーの流動化方法に係る。
【０００６】
Ａ成分：炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した重量平均分子量２０００〜５００００の水溶性ビニル共重合体、及び重量平均分子量１５００〜５００００のポリアクリル酸塩から選ばれる一つ又は二つ以上
【０００７】
Ｂ成分：第二リン酸アルカリ金属塩及び第三リン酸アルカリ金属塩から選ばれる一つ又は二つ以上
【０００８】
本発明に係るソイルセメントスラリーの流動化方法（以下単に本発明の流動化方法という）では、セメントミルクと土壌とを混合してソイルセメントスラリーとするときに、該セメントミルクに流動化剤を含有させて用いる。かかるセメントミルクにおいて、セメントとしては、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等が挙げられるが、なかでも高炉セメントＢ種が好ましい。セメントの使用量は、セメントミルクと土壌とを混合してソイルセメントスラリーとするときに、土壌１ｍ３当たり通常は１００〜５００kgとなるようにするが、好ましくは２００〜４００kgとなるようにする。セメントミルクの調製時には、セメントの他に、セメントミルクの分離防止やソイルセメントスラリーの水分逸散防止等の目的で更にベントナイトを用いるのが好ましいが、この場合、その使用量は、土壌１ｍ３当たり通常は１〜５０kgとなるようにし、好ましくは３〜３０kgとなるようにする。セメントミルクの水／セメント比は、これと混合する土壌の性状によっても異なるが、７０〜１５０％にすることができる。
【０００９】
本発明の流動化方法において、以上説明したようなセメントミルクに含有させて用いる流動化剤はＡ成分とＢ成分とから成るものである。Ａ成分には、１）炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した重量平均分子量２０００〜５００００の水溶性ビニル共重合体、２）重量平均分子量１５００〜５００００のポリアクリル酸塩、３）かかる水溶性ビニル共重合体とポリアクリル酸塩との任意の混合物が含まれる。
【００１０】
Ａ成分の水溶性ビニル共重合体において、原料としての炭素数３〜５のα−オレフィンは、炭素数が３〜５であって、α位に炭素−炭素二重結合を有する直鎖状又は分岐状のオレフィンである。これには例えば、プロピレン、ｎ−ブチレン、イソブチレン、１−ペンテン、イソプレン、２−メチル−１−ブテン、３−メチル−１−ブテン等が挙げられるが、なかでも炭素数４のα−オレフィンが好ましく、イソブチレンがより好ましい。
【００１１】
炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物は、公知の方法で得ることができる。例えば、溶媒としてエチルベンゼン、無水マレイン酸、ラジカル連鎖移動剤及びラジカル開始剤をオートクレーブに仕込み、反応系を窒素置換した後、炭素数３〜５のα−オレフィンを圧入し、温度６０〜１２０℃で圧力２〜５kg／cm２の条件下に２〜１０時間ラジカル重合反応させて、共重合物を沈殿物として得る。
【００１２】
所望の共重合物を得るためには、ラジカル開始剤やラジカル連鎖移動剤の種類及び使用量、溶媒の種類及び使用量、重合温度、重合時間等を適宜選択する。ここで用いるラジカル開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、２，２'−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）等のアゾ系開始剤、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、クメンハイドロパーオキサイド等の非水系の開始剤等が挙げられる。
【００１３】
炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物において、双方の共重合比率は、炭素数３〜５のα−オレフィン／無水マレイン酸＝４５〜５５／５５〜４５（モル比）となるようにするのが好ましく、５０／５０（モル比）に近い比率となるようにするのがより好ましい。
【００１４】
Ａ成分としての水溶性ビニル共重合体は、以上説明した炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解したものである。炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解するときのアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物が好ましく、かかるアルカリ金属水酸化物の水溶液がより好ましく、工業的見地から安価な水酸化ナトリウム水溶液が特に好ましい。Ａ成分としての水溶性ビニル共重合体は、炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物のアルカリ加水分解による部分中和物であっても又は完全中和物であってもよい。
【００１５】
Ａ成分としての水溶性ビニル共重合体は、重量平均分子量が２０００〜５００００のものとするが、５０００〜３５０００のものとするのが好ましい。ここで重量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフ法（以下単にＧＰＣ法という）で測定したプルラン換算の重量平均分子量を意味する。
【００１６】
Ａ成分において、他の一つの成分は重量平均分子量が１５００〜５００００、好ましくは３０００〜３５０００のポリアクリル酸塩である。かかるポリアクリル酸塩において、ポリアクリル酸と塩を形成することとなるアルカリは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物が好ましい。
【００１７】
Ａ成分としては、１）炭素数３〜５のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した重量平均分子量２０００〜５００００の水溶性ビニル共重合体、２）重量平均分子量１５００〜５００００のポリアクリル酸塩又は３）かかる水溶性ビニル共重合体とポリアクリル酸塩との任意の混合物を用いることができるが、前記１）の水溶性ビニル共重合体、又は前記３）の混合物を用いるのが好ましく、前記３）の混合物を用いる場合には、該混合物中の５０重量％以上が前記１）の水溶性ビニル共重合体であるものがより好ましい。
【００１８】
Ｂ成分は、１）第二リン酸ナトリウム、第二リン酸カリウム、第二リン酸リチウム等の第二リン酸アルカリ金属塩、及び２）第三リン酸ナトリウム、第三リン酸カリウム、第三リン酸リチウム等の第三リン酸アルカリ金属塩から選ばれる一つ又は二つ以上である。なかでもＢ成分としては、第三リン酸アルカリ金属塩が好ましく、第三リン酸ナトリウムがより好ましい。これらの第二リン酸アルカリ金属塩や第三リン酸アルカリ金属塩は、単独で用いることもできるし、混合で用いることもでき、また水和物を用いることもできる。
【００１９】
本発明の流動化方法において、セメントミルクに含有させて用いる流動化剤は、以上説明したＡ成分とＢ成分とから成るものである。Ａ成分とＢ成分との含有割合は、Ａ成分／Ｂ成分＝９９／１〜１５／８５（重量比）とするのが好ましく、９０／１０〜２５／７５（重量比）とするのがより好ましい。流動化剤中のＡ成分とＢ成分との含有割合は、以上のような含有割合の範囲内にて、それを含有させたセメントミルクと混合する土壌の性状との関係で適宜選択するのが好ましい。
【００２０】
以上説明した流動化剤は、その水溶液がアルカリ領域でより優れた効果を発揮する。したがって流動化剤はその固形分濃度１重量％水溶液のｐＨが７〜１３となるようにするのが好ましく、８〜１２となるようにするのがより好ましい。かかる流動化剤の水溶液のｐＨ調整は例えばアルカリ金属水酸化物を用いて行なうことができる。
【００２１】
本発明の流動化方法では、予め流動化剤を含有させておいたセメントミルクと土壌とを混合して、ソイルセメントスラリーとする。この場合、流動化剤の使用量は、土壌１ｍ３当たり０．５〜２５kgとなるようにするが、１〜１０kgとなるようにするのが好ましい。
【００２２】
本発明の流動化方法では、流動化剤の使用に際して、合目的的に他の剤を併用することができる。かかる他の剤としては、消泡剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、防水剤等が挙げられる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の流動化方法によると、ソイルセメントスラリーに充分な流動性を付与することができる。その結果として、地中へのセメントミルクの注入率を下げることができるため、廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えることができ、同時にセメントミルクと土壌との均一混合を促すことができるため、ソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させることができる。これらの効果は、土壌が粘土分やシルト分を多く含む粘性のものであっても発揮される。
【００２４】
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明が該実施例に限定されるというものではない。なお、以下の実施例等において、別に記載しない限り、％は重量％を、また部は重量部を意味する。
【実施例】
【００２５】
試験区分１（Ａ成分としての水溶性ビニル共重合体の合成）
・水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の合成
無水マレイン酸９８ｇ（１モル）、溶媒としてエチルベンゼン６４０ｇ、分子量調節剤として３−メルカプトプロピオン酸０．４ｇ及び重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル２ｇをオートクレーブに仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換した。更にイソブチレン５９ｇ（１．０５モル）を圧入した後、反応系の温度を８５℃まで加温し、８５℃に保ちながらラジカル重合反応を６時間行なって、反応を完結した。反応系の温度を室温まで冷却し、脱気後、攪拌を止めて、沈殿したポリマーを取り出し、濾過乾燥して淡黄色粉末状のポリマー１４４ｇを得た。このポリマーを分析したところ、イソブチレンから形成された構成単位／無水マレイン酸から形成された構成単位＝５０／５０（モル比）の割合から成るイソブチレンと無水マレイン酸との共重合物であった。この共重合物５０ｇ、３０％水酸化ナトリウム水溶液４０ｇ及び水１０２ｇを攪拌装置及び冷却コンデンサーのついたフラスコに入れ、攪拌しながら加温して均一溶解し、イソブチレンと無水マレイン酸との共重合物をアルカリ加水分解した水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の３０％水溶液を得た。この水溶性ビニル共重合体（ａ−１）について、ＧＰＣで分子量を測定したところ、重量平均分子量は２０３００（プルラン換算）であった。
【００２６】
・水溶性ビニル共重合体（ａ−２）〜（ａ−５）及び（ａｒ−１）〜（ａｒ−３）の合成
水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の合成と同様にして、水溶性ビニル共重合体（ａ−２）〜（ａ−５）及び（ａｒ−１）〜（ａｒ−３）を合成した。以上で合成した各水溶性ビニル共重合体の内容を表１にまとめて示した。
【００２７】
【表１】
2006131671.tif 000002
【００２８】
表１において、
＊１：構成単位を形成することとなる単量体の種類
＊２：イソブチレン／１−ペンテン＝６０／４０（モル比）の混合物
【００２９】
試験区分２（流動化剤の調製）
・流動化剤（Ｐ−１）の調製
Ａ成分として試験区分１で合成した水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の３０％水溶液１６７部、Ｂ成分として第三リン酸ナトリウム塩５０部及び水１１６部を混合して、流動化剤（Ｐ−１）の３０％水溶液を調製した。流動化剤（Ｐ−１）の固形分濃度１％水溶液のｐＨを測定したところ、１０．２であった。
【００３０】
・流動化剤（Ｐ−２）〜（Ｐ−１４）及び（Ｒ−１）〜（Ｒ−６）の調製
流動化剤（Ｐ−１）の調製と同様にして、流動化剤（Ｐ−２）〜（Ｐ−１４）及び（Ｒ−１）〜（Ｒ−６）を調製した。以上で調製した各流動化剤の内容を表２にまとめて示した。
【００３１】
【表２】
2006131671.tif 000003
【００３２】
表２において、
ｐＨ：流動化剤の固形分濃度１％水溶液のｐＨ
ａ−１〜ａ−５及びａｒ−１〜ａｒ−３：試験区分１で合成した表１に記載の水溶性ビニル共重合体
ａ−６：水溶性ビニル共重合体（ａ−１）／重量平均分子量２２０００のポリアクリル酸ナトリウム＝８０／２０（重量比）の混合物
ａ−７：水溶性ビニル共重合体（ａ−２）／重量平均分子量５０００のポリアクリル酸ナトリウム＝５５／４５（重量比）の混合物
ａ−８：水溶性ビニル共重合体（ａ−３）／重量平均分子量１２０００のポリアクリル酸ナトリウム＝６５／３５（重量比）の混合物
ｂ−１：第三リン酸ナトリウム
ｂ−２：第三リン酸カリウム
ｂ−３：第二リン酸カリウム／第三リン酸カリウム＝５０／５０（重量比）の混合物
ｂ−４：第二リン酸ナトリウム
ｂｒ−１：第一リン酸カリウム
【００３３】
試験区分３（ソイルセメントスラリーの流動化及びその評価）
試験区分２で調製した流動化剤等を用いて次のようにソイルセメントスラリーを調製し、評価した。
・ソイルセメントスラリーの調製
・・比較例１（流動化剤を使用しないで注入率を高くした、表３に記載の配合Ｎｏ．１によるソイルセメントスラリーの調製）
高炉セメントＢ種（密度＝３．０４ｇ／cm３）２７７ｇ、水６９３ｇ及びベントナイト５ｇをホバートミキサーに入れて均一に混合し、セメントミルクを調製した。このセメントミルクに表４に記載の物性値を有する掘削土１５９０ｇを加えて混合し、ソイルセメントスラリーを調製した。調製したソイルセメントスラリーは、下記の流動性試験において、フロー値が２００cm以上のもので、流動化剤を添加しなくても施工現場でＨ鋼が挿入可能な流動性を有するソイルセメントスラリーであった。
【００３４】
・・実施例１〜１６及び比較例２〜１０（流動化剤を使用して注入率を低くした、表３に記載の配合Ｎｏ．２によるソイルセメントスラリーの調製）
高炉セメントＢ種（密度＝３．０４ｇ／cm３）２５０ｇ、水３２５ｇ、ベントナイト５ｇ及び表５に記載の使用量となる量の流動化剤をホバートミキサーに入れて均一に混合し、セメントミルクを調製した。このセメントミルクに表４に記載の物性値を有する掘削土１５９０ｇを加えて混合し、ソイルセメントスラリーを調製した。
【００３５】
・・実施例１７〜２８及び比較例１１，１２（流動化剤を使用して注入率を低くした、表３に記載の配合Ｎｏ．３によるソイルセメントスラリーの調製）
高炉セメントＢ種（密度＝３．０４ｇ／cm３）２３０ｇ、水２７４ｇ、ベントナイト３ｇ及び表６に記載の使用量となる量の流動化剤をホバートミキサーに入れて均一に混合し、セメントミルクを調製した。このセメントミルクに表４に記載の物性値を有する掘削土１５９０ｇを加えて混合し、ソイルセメントスラリーを調製した。
【００３６】
・・実施例２９〜４０及び比較例１３，１４（流動化剤を使用して注入率を低くした、表３に記載の配合Ｎｏ．４によるソイルセメントスラリーの調製）
高炉セメントＢ種（密度＝３．０４ｇ／cm３）２５０ｇ、水３２５ｇ及び表６に記載の使用量となる量の流動化剤をホバートミキサーに入れて均一に混合し、セメントミルクを調製した。このセメントミルクに表４に記載の物性値を有する掘削土１５９０ｇを加えて混合し、ソイルセメントスラリーを調製した。
【００３７】
【表３】
2006131671.tif 000004
【００３８】
【表４】
2006131671.tif 000005
【００３９】
・ソイルセメントスラリーの物性評価
調製した各ソイルセメントスラリーについて、次のようにフロー値、透水比及び一軸圧縮強度を測定した。結果を表５及び表６にまとめて示した。
【００４０】
・フロー値：ＪＩＳ−Ｒ５２０１に準拠し、ソイルセメントスラリーについて、練り混ぜ直後と２時間静置後にフロー試験を行い、１５回落差後のフロー値（cm）を測定した。
【００４１】
・透水比：ＪＩＳ−Ａ１４０４に準拠し、直径１５０mm×高さ４０mmの金属製型枠にソイルセメントスラリーを充填した後、ポリエチレンフィルムで表面を覆って、温度２０℃で湿度８０％の恒温室に２８日間養生し、脱型後に表面を平滑に仕上げして、試験体を作製した。この試験体の上下両面の中央に、直径５cmの円孔をもつ厚さ１cmのゴムガスケットを当て、均一に締め付けた後、上面から９．８ｋＰａの水圧を１時間かけて透水試験を行った。透水性の目安として、下記の透水比を算出した。ここで透水比の数値が小さいほど遮水性が優れていることを意味する。
透水比＝各実施例又は比較例のソイルセメントスラリーから作製した試験体の透水量（ｇ）／比較例１のソイルセメントスラリーから作製した試験体の透水量（ｇ）
【００４２】
・一軸圧縮強度：ＪＩＳ−Ａ１１０８に準拠し、直径５０mm×高さ１００mmの型枠を用いて成形した成形品について、材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／mm２）を測定した。
【００４３】
【表５】
2006131671.tif 000006
【００４４】
【表６】
2006131671.tif 000007
【００４５】
表５、表６において、
＊３：土壌１ｍ３当たりの使用した流動化剤の固形分換算値（kg）
＊４：材齢２８日
Ｐ−１〜Ｐ−１４及びＲ−１〜Ｒ−６：試験区分２で調製した流動化剤
Ｒ−７：ポリアクリル酸ナトリウム（重量平均分子量＝２２０００）
Ｒ−８：流動化剤（ａ−１）／硫酸ナトリウム＝５０／５０（重量比）の混合物