(57)【要約】【課題】  注入工程で凝集物が生成しにくく、透水係数が１×１０−２ｃｍ／ｓ以下となるような細粒分を多く含む砂層地盤にも浸透できる地盤注入材を提供する。【解決手段】  通過体積百分率９５％相当径が１２．０μｍ以下の高炉スラグ微粉末と、通過体積百分率９５％相当径が１２．０μｍ以下の消石灰微粉末と、ポリエーテル系分散剤と、水とを含む地盤注入材である。本発明の地盤注入材は、ポリエーテル系分散剤の赤外線吸収スペクトルの相対強度比α[（１５６０〜１６００ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＡの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．２５〜１.５０であり、かつ赤外線吸収スペクトルの相対強度比β[（１０９０〜１１３０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＣの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．４０〜１．３０である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過体積百分率９５％相当径が１２．０μｍ以下の高炉スラグ微粉末と、通過体積百分率９５％相当径が１２．０μｍ以下の消石灰微粉末と、ポリエーテル系分散剤と、水とを含むことを特徴とする地盤注入材。
【請求項２】
ポリエーテル系分散剤の赤外線吸収スペクトルの相対強度比α[（１５６０〜１６００ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＡの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．２５〜１.５０であり、かつ赤外線吸収スペクトルの相対強度比β[（１０９０〜１１３０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＣの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．４０〜１．３０である請求項１に記載の地盤注入材。
【請求項３】
高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末の通過体積百分率９５％相当径がいずれも５．０μｍ以下である請求項１または２に記載の地盤注入材。
【請求項４】
消石灰微粉末/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が０．０４〜０．３０であり、かつポリエーテル系分散剤（固形分基準）/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が０．００１〜０．０５である請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤注入材。
【請求項５】
水/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が４〜１５である請求項１〜４のいずれか１項に記載の地盤注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の強化や液状化防止を目的とした浸透性に優れた地盤注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤の強化や液状化防止のために、高炉スラグ微粉末を主成分とする注入材が地盤の間隙中にスラリー化して注入されている。この種の注入材では、地盤への浸透性を上げるために、粒度分布の調節、分散剤や遅延剤の添加などが行われている。
一方、高炉スラグ微粉末は単独では硬化がきわめて遅いため、石膏や消石灰などの刺激材やセメントが一緒に添加され、地盤に注入されたスラリーが所定の材齢に硬化するように材料設計されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、（A）スラグ５０〜９０重量部、（B）石膏をSO3換算で０．５〜３重量部、（C）セメントクリンカー１０〜５０重量部、（D）ナフタレンスルホン酸系減水剤又はナフタレンスルホン酸系減水剤とメラミンスルホン酸系減水剤０．１〜５重量部および（E）石膏を除く可溶性硫酸塩、可溶性チオ硫酸塩、可溶性亜硫酸塩の何れか１種以上０．１〜５重量部、を含有してなる注入材であって、（E）の粒子を除く注入材中の粒子の９５体積％以上が粒径１０．５μｍ以下の粒子であり、粒径２．２μｍ以下の粒子が４５体積％以下であることを特徴とする注入材が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、最大粒径１２μm以下の高炉スラグ微粉末と、最大粒径１２μm以下の無水石膏微粉末または水酸化ナトリウムと、分散剤と、水とから構成される難注入性地盤用注入材が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３１８８４号公報
【特許文献２】特開２００１−９８２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高炉スラグ微粉末と一緒に添加されるセメントや無水石膏微粉末はスラリー中で凝集しやすく、地盤への浸透性を阻害する一因となっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、注入工程で凝集物が生成しにくく、透水係数が１×１０−２ｃｍ／ｓ以下となるような細粒分を多く含む砂層地盤にも浸透できる地盤注入材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、このような目的を達成するために、鋭意検討した結果、高炉スラグ微粉末や消石灰微粉末の粒子径をある一定条件とし、また、特定構造のポリエーテル系分散剤を用いることにより、スラリー中での粒子の凝集が抑えられ、細粒分を多く含む砂層地盤にも十分に浸透することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）通過体積百分率９５％相当径が１２．０μｍ以下の高炉スラグ微粉末と、通過体積百分率９５％相当径が１２．０μｍ以下の消石灰微粉末と、ポリエーテル系分散剤と、水とを含む地盤注入材、
（２）ポリエーテル系分散剤の赤外線吸収スペクトルの相対強度比α[（１５６０〜１６００ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＡの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．２５〜１．５０であり、かつ赤外線吸収スペクトルの相対強度比β[（１０９０〜１１３０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＣの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．４０〜１．３０である、上記（１）記載の地盤注入材、
（３）高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末の通過体積百分率９５％相当径がいずれも５．０μｍ以下である、上記（１）または（２）記載の地盤注入材、
（４）消石灰微粉末/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が０．０４〜０．３０、ポリエーテル系分散剤（固形分基準）/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が０．００１〜０．０５である、上記（１）〜（３）のいずれか記載の地盤注入材、および、
（５）水/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が４〜１５である、上記（１）〜（４）のいずれか記載の地盤注入材である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の地盤注入材は、地盤への浸透性に優れ、さらには土粒子同士を結合して軟弱地盤の強化や液状化防止に必要な強度を発現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る地盤注入材の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
本発明の高炉スラグ微粉末は、高炉水砕スラグを微粉砕したものであり、塩基度（CaO＋MgO＋Al2O3）/SiO2で示される質量比）が１．７０以上、より好ましくは１．８０以上である。水酸化カルシウム微粉末は、生石灰の消化などによって得ることができ、通常はサブミクロンの大きさの一次粒子が凝集したものである。
【００１２】
高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末は通過体積百分率９５％相当径がいずれも１２．０μｍ、より好ましくは５．０μｍ以下である。相当径が１２．０μｍを超えると、砂層へのスラリー浸透性が著しく低下するので好ましくない。通過体積百分率９５％相当径は、堀場製作所社製のレーザー回折式粒度分布測定器（LA-500）を用いて測定される値である。具体的には、試料分散媒にはエタノールを用い、測定前の超音波による試料分散時間を５分、測定データの取り込み回数は２５回とし、測定した結果をRosin-Rammler線図にプロットして内挿法によって求められる、積算フルイ下が９５体積％となる粒子径である。なお、内挿法では積算フルイ下が６０％以上の範囲のデータを直線近似した。
【００１３】
分散剤は、カルボキシル金属塩を主鎖中にもち、かつ脂肪族エーテル基の側鎖もつポリエーテル系分散剤である。好ましくは赤外線吸収スペクトルの相対強度比α[（１５６０〜１６００ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＡの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．２５〜１．５０、特に好ましくは０．４０〜１.００、更に好ましくは０.５０〜０.８０であり、かつ赤外線吸収スペクトルの相対強度比β[（１０９０〜１１３０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＣの強度）/（２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢの強度）]が０．４０〜１．３０、特に好ましくは０．８０〜１．２０のポリエーテル系分散剤である。１５６０〜１６００ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークはカルボキシル金属塩基の伸縮振動、２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークは主鎖を形成するメチル基またはメチレン基の伸縮振動、１０９０〜１１３０ｃｍ−1付近に出現す吸収ピークは側鎖を形成する脂肪族エーテル基の伸縮振動によるものである。なお、αは主鎖中に存在する「カルボキシル金属塩」基の量、βは「脂肪族エーテル」基の側鎖量の指標であり、地盤注入材用分散剤ではこれらの相対比に適正範囲が存在する。
【００１４】
微粉末をスラリー中で分散させるためには分散剤分子が微粒子表面に吸着することが必要である。αが０．２５よりも少ないと吸着量が低下するので好ましくない。また、αが１．５０を超え、あるいはβが０．４０未満だと、主鎖中に存在する側鎖の量が相対的に少なくなり、側鎖による分散効果（立体反発効果）が弱くなるので好ましくない。さらに、βが１．３０を超えると、微粒子表面への吸着量が低下したり、微粉末が地盤の間隙を通過する際に側鎖同士が絡み合って微粉末の通過を阻害するので好ましくない。
【００１５】
上記のポリエーテル系分散剤は、例えば、コンクリートや建材商品で使用されるポリエーテル系分散剤の中から赤外吸収スペクトル測定によって選別することができる。
【００１６】
地盤注入材中のポリエーテル系分散剤/（高炉スラグ微粉末＋水酸化カルシウム微粉末）の質量比は、０．００１〜０．０５、好ましくは０．００３〜０．０４である。分散剤/（高炉スラグ微粉末＋水酸化カルシウム微粉末）の質量比が０．００１未満だと分散効果が不十分となり、また、０．０５を超えるとスラリーの粘性が高くなるので好ましくない。分散剤の質量は、水溶液タイプのものは１０５℃乾燥した後の残渣（固形分）である。
【００１７】
消石灰微粉末/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比は０．０４〜０．３０である。消石灰微粉末の混合比が０．０４より少ないと高炉スラグ微粉末に対する刺激作用が不十分となり強度発現がきわめて遅くなる。また、０．３０を超えると所定の浸透性を得るための分散剤使用量が多くなるので好ましくない。
【００１８】
水/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比は４〜１５、好ましくは６〜１２である。質量比が４未満ではスラリーの浸透性が低下し、１５を超えると強度発現が低くなるので好ましくない。
【００１９】
地盤注入材の調製は、撹はん状態にある水に所定量の分散剤を溶解させた後に、高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末を添加・混合して行う。スラリーの混合方法は、特に限定されないが、微粉末をよく分散できる高速ミキサや高性能の乳化分散機等があげられる。また、水の一部または全部を海水で置換することも可能である。
【００２０】
本発明の地盤注入材には、必要に応じて材料分離低減剤や消泡剤などを添加することができる。材料分離低減剤としては、セルロース系水溶性高分子、アクリル系水溶性高分子、グリコール系水溶性高分子、バイオポリマー、ベントナイト、アロフェンなどが挙げられる。分離低減剤の使用量が少ないと材料分離が生じ、また過剰であると、スラリーの粘性が高くなりすぎるので好ましくない。一方、消泡剤としては、シリコーンなどを用いることができる。
【００２１】
以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるものでない。
【００２２】
[１．原料]
各例の実施にあたっては以下の原料を使用した。
・ 高炉スラグ微粉末：
（K１）通過体積百分率９５％粒子径６．６μｍ、塩基度１．８８
（K２）通過体積百分率９５％粒子径４．３μｍ、塩基度１．８８（K1の分級品）
・ 消石灰微粉末：
（Ｓ１）通過体積百分率９５％粒子径６．０μｍ（S3の粉砕品）
（Ｓ２）通過体積百分率９５％粒子径４．１μｍ（S3の粉砕品）
（Ｓ３）通過体積百分率９５％粒子径２２．０μｍ
・ 分散剤：
（Ｄ１）ポリエーテル系分散剤（市販品１）
（Ｄ２）ポリエーテル系分散剤（市販品２）
（Ｄ３）ポリエーテル系分散剤（市販品３）
（Ｄ４）ポリエーテル系分散剤（試作品１）
（Ｄ５）ポリアクリル酸ナトリウム（日本触媒社製アクアリックＤＬ４０Ｓ）
【００２３】
[２．分散剤の赤外線吸収スペクトルの測定]
分散剤の赤外線吸収スペクトルは日本分光社製のＦＴ/ＩＲ−４１００（測定精度：４ｃｍ−１）を用いて測定した。分散剤はNaCl板に原液のまま塗布して１１０℃で乾固し透過法により測定した。測定範囲は４００〜４０００ｃｍ−１、積算回数は１６回とした。
【００２４】
一例として、図１に分散剤Ｄ１の赤外線吸収スペクトルを示す。１５６０〜１６００ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＡ（図１中の１５）はカルボキシル金属塩基の伸縮振動、２８５０〜２９６０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＢ（図１中の１８）は主鎖を形成するメチル基またはメチレン基の伸縮振動、１０９０〜１１３０ｃｍ−1付近に出現する吸収ピークＣ（図１中の８）は側鎖を形成する脂肪族エーテル基の伸縮振動によるものである。各吸収ピークについてベースラインからの距離（吸収ピーク強度）を計り、相対強度比を求めた。これらの波数領域に吸収ピークが認められない場合は、１５８０ｃｍ−1、２８７０ｃｍ−1、１１１０ｃｍ−1の位置でベースラインからの距離を計った。ベースラインは、吸収ピークＡでは４０００〜２０００ｃｍ−１付近に見られる透過率の高い凸の部分同士を結んだ直線、吸収ピークＢおよびピークＣでは２８００〜６００ｃｍ−１付近に見られる透過率の高い凸の部分同士を結んだ直線とした。
このようにして求めた各分散剤の赤外線吸収スペクトルの相対強度比を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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１）０．２５≦α≦１．５０と０．４≦β≦１．３０のいずれも満足  ：○
０．２５≦α≦１．５０と０．４≦β≦１．３０のいずれかを満足：△
０．２５≦α≦１．５０と０．４≦β≦１．３０のいずれも不満足：×  
【００２６】
[３．地盤注入材の浸透性試験]
（１）地盤注入材の調製
予め分散剤を溶解した水１０００ｍｌに高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末を加え、ジューサーミキサ（ナショナル社製、ＭＸ−９１５Ｃ）で１分間高速かくはん（１５０００ｒ．ｐ．ｍ.）してスラリーを調製した。
（２）砂層カラムへの浸透性試験
ガラス製の円筒容器（内径Φ５ｃｍ×高さ１２ｃｍ）に珪砂（宇部サンド工業社製  宇部珪砂７号、細粒分２４％）を相対密度が５０％となるように充填して砂層カラムを作製した。砂層の透水係数は３×１０−３ｃｍ/ｓｅｃである。地盤注入材は、砂層カラムの下部から注入し、カラム上部から流出した溶液の透過流出量（質量）を１０分後に測定して浸透性を評価した。地盤注入材の注入圧は０．１MPaとした。
【００２７】
[４．練り混ぜ成形体によるサンドゲル強度試験]
地盤注入材の固化性能を確認するため、地盤注入材とブレンド珪砂（宇部珪砂６号Ａ：宇部珪砂７号＝７５．５：２４．５、細粒分７％）を練り混ぜ、塩化ビニル製の円筒容器（内径Φ５ｃｍ×１０ｃｍ）に流し込み、２３℃の恒温室で封かん養生した。所定材齢経過後、脱型して一軸圧縮強さを測定した。地盤注入材の水/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）は８とし、ブレンド珪砂は前記の砂充填層の相対密度になるよう調節し、ブレンド珪砂に対する地盤注入材量は砂充填層の間隙容積と同一量とした。
【００２８】
［実施例１〜４、比較例１］
赤外線吸収スペクトルの相対強度比αとβが異なる各種分散剤を使用した場合の浸透性試験結果を表２に示す。αが０．２５≦α≦１．５０であり、かつβが０．４≦β≦１．３０のポリエーテル系分散剤を使用した実施例１および実施例２の地盤注入材は、αまたはβのいずれかがこれらの条件を満足するポリエーテル系分散剤を使用した実施例３および４に比べて浸透性が高いことがわかる。また、αおよびβのいずれも条件を満たさない分散剤を使用した比較例１は浸透性が最も悪い。なお、表２や、後述する表３、４中の分散剤の質量部は固形分基準で示した値である。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
［実施例１、５、比較例２］
通過体積百分率９５％粒子径が異なる高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末を使用した場合の浸透性試験結果を表３に示す。高炉スラグ微粉末および消石灰微粉末の通過体積百分率９５％粒子径を５．０μｍ以下にすることにより、浸透性がさらに良くなる。一方、消石灰微粉末の通過体積百分率９５％粒子径が１２．０μｍを超えたＳ３を使用すると（比較例２）、浸透性が著しく低下する。  
【００３１】
【表３】
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【００３２】
［実施例６〜８、比較例３］
消石灰微粉末/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比を変えた場合のサンドゲル強度の測定結果を表４に示す。消石灰微粉末/（高炉スラグ微粉末＋消石灰微粉末）の質量比が０．０４未満では（比較例３）、材齢５６日においても地盤の液状化を防止するための強度（１００ｋN/ｍ２）に達していない。
【００３３】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】分散剤Ｄ１の赤外線吸収スペクトルである。
【図２】分散剤Ｄ２の赤外線吸収スペクトルである。
【図３】分散剤Ｄ３の赤外線吸収スペクトルである。
【図４】分散剤Ｄ４の赤外線吸収スペクトルである。
【図５】分散剤Ｄ５の赤外線吸収スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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