(57)【要約】【課題】浸透係数の低い地盤等へ注入しても極めて高い浸透性を示し、注入後も初期〜中期の強度発現性の低下をもたらすことのない注入材を提供することを課題とする。【解決手段】（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重量部及び（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。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（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重量部及び（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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤や脆弱な岩盤等を硬強・堅牢なものに改良したり、建設物の基礎強化や止水などに用いる注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤や岩盤をより硬強・堅牢なものにしたり、液状化を防ぐために、水硬性物質を主成分とする注入材が地盤の土壌粒子間隙や岩盤の亀裂などに水性スラリー化した上で注入使用されている。注入対象が透水係数の小さい地盤等に対しては注入材の浸透性を特に高める必要があり、このような注入材として、最大粒径をかなり小さくしたセメントクリンカと比表面積の高い高炉スラグを有効成分とする所謂超微粒子系の注入材が知られている。（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、超微粒子系の注入材は粒径約２μｍ以下の微粒子が大量に含まれるため、スラリー中で微粒子が凝集化し易く、注入時の浸透性が低下したり、地盤中で、注入材有効成分の濃度ムラが生じ易い。このため注入材構成粒子の粒径を特定の範囲に調整し、スラリー注入時の浸透性を改善することが行なわれている。（例えば、特許文献２参照）。また、セメント用の減水剤の類を配合使用すれば、分散性を高めて粒子の凝集化を抑制することができるが、少なくともスラリー作製時点から注入実施までの間、凝集化を十分抑制し続けるには減水剤を概して大量に要し、スラリー作製時から注入するまでの時間をより長くするには、減水剤類の配合量を一層増加させる必要がある。一方で高価な減水剤の配合量を増すと、材料コストの上昇に加え、初期〜中長期の強度発現性が低下し易くなる等の問題が生じる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８９４５２９号公報
【特許文献２】
特開平９−２５５３７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、浸透係数の低い地盤等へ注入しても極めて高い浸透性を示し、注入後も初期〜中期の強度発現性の低下をもたらすことのない注入材を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題解決のため検討を重ねた結果、スラグ−セメント系組成物の粒径を規定し、これに特定の減水剤を配合した水性スラリーが浸透係数の低い地盤等へ注入しても極めて高い浸透性を示し、しかもこの浸透性をスラリー作製時から比較的長時間安定して保つことができ、更に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種以上を配合することによって高い浸透性を維持したまま初期〜中期の強度発現性低下を十分防ぐことができたことから本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち本発明は、（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重量部及び（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である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の注入材に含有されるスラグは、粉末状のものとする他は、特に限定されず、例えば高炉スラグ、下水汚泥溶融スラグ、都市ゴミ溶融スラグ等を挙げることができる。望ましくは高ガラス化率のスラグが良く、例えば急冷した高炉水砕スラグなどが適当である。本注入材中のスラグ含有量は、５０〜９０重量部とする。５０重量部未満では浸透性が低下するので好ましくなく、また９０重量部を超えると凝結固化能力が低下するので好ましくない。
【０００８】
本発明の注入材に含有される石膏は、粉末状のものとする他は、無水石膏、半水石膏、二水石膏の何れか１種または２種以上であっても良く、また更には公知の化学石膏と称されているものでも良い。石膏は、専らエトリンガイト生成による初期強度発現性増進作用を付与し、また硬化促進作用にも寄与するため含有される。本注入材中の石膏含有量は、例えばポルトランドセメント等が配合含有される場合は該セメント中に含まれている石膏成分も含めた総含有量とし、ＳＯ３換算で０．５〜３重量部とする。石膏含有量がＳＯ３換算で０．５重量部未満では初期強度発現性が低迷するので好ましくなく、また３重量部を超えると浸透性が低下するので好ましくない。
【０００９】
本発明の注入材に含有されるセメントクリンカは、石灰石などのセメント原料を例えば１３００〜１４５０℃で焼成して得られるものであって、水和反応性物質を主要生成相とするものであれば特に限定されない。該セメントクリンカの本注入材への含有形態としては、粉末状のものとする以外は、セメントクリンカ粉末単体であっても、このようなセメントクリンカを用いたセメント粉末として含有したものあっても良い。後者の場合、セメントの種類は限定されない。本注入材中のセメントクリンカ含有量は、１０〜５０重量部とする。この含有量は、セメント粉末として含有させた場合は、セメント中に含まれるクリンカ相当成分が注入材に占める量とし、またセメントクリンカ粉末単体も共に含有させる時は該単体量と合わせた量とする。セメントクリンカ含有量が１０重量部未満では凝結が遅延し過ぎるため好ましくなく、５０重量部を超えると浸透性が著しく低下するので好ましくない。
【００１０】
本発明の注入材は減水剤を含有するが、減水剤としては、ナフタレンスルホン酸系減水剤を必須使用する。好ましくは、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とを併用したものとする。かかる減水剤は、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤或いは分散剤と称されるものであっても良い。ナフタレンスルホン酸系減水剤を含有することにより少ない使用量でも注入材の浸透性を著しく高めることができ、また初期〜中期の強度発現性に殆ど影響を及ぼすことなくスラリー中の粒子凝集抑制時間を伸長させることが可能である。更に、ナフタレンスルホン酸系減水剤に加えてメラミンスルホン酸系減水剤を併用することにより特にスラリー中の粒子凝集抑制時間を大幅に伸長させることが可能である。
【００１１】
含有可能なナフタレンスルホン酸系減水剤は特に制限されず、例えばナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩を有効成分とするもの、ナフタレンスルホン酸ソーダのホルマリン縮合物を有効成分とするもの、ナフタレンスルホン酸ナトリウム塩ホルマリン重縮合物を有効成分とするもの、高縮合芳香族スルホン酸を有効成分とするもの、変性リグニンと高縮合芳香族スルホン酸複合体を有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸を有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸塩を有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸高縮合物を有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸塩高縮合物を有効成分とするもの、アルキルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物を有効成分とするもの、ナフタレンスルホン酸変性リグニン縮合物を有効成分とするもの、ナフタレンスルホン酸変性リグニン縮合物とリグニンを有効成分とするもの、変性リグニンとアルキルアリルスルホン酸と活性持続ポリマーの複合物を有効成分とするもの、ポリアルキルスルホン酸と反応性高分子を有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸高縮合物とカルボキシル基含有多価ポリマーを有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸塩変性リグニン共縮合物と変性リグニンを有効成分とするもの、リグニン誘導体とアルキルアリルスルホン酸塩を有効成分とするもの、ポリアルキルアリルスルホン系界面活性剤を有効成分とするもの、アルキルアリルスルホン酸ホルマリン縮合物を有効成分とするもの、ポリアルキルアリルスルホン酸化合物を有効成分とするもの等を挙げることができる。
【００１２】
また、含有可能なメラミンスルホン酸系減水剤も特に制限されず、例えばメラミンスルホン酸系縮合物を有効成分とするもの、メラミンスルホン酸系化合物を有効成分とするもの、メラミンスルホン酸系化合物とポリオール複合体を有効成分とするもの、高縮合トリアジン系化合物を有効成分とするもの、トリアジン環系高縮合物塩の界面活性剤を有効成分とするもの、メチロールメラミン縮合物を有効成分とするもの、変性メチロールメラミン縮合物を有効成分とするもの、変性メチロールメラミン縮合物とカルボン酸系化合物を有効成分とするもの、スルホン化メラミン高縮合物塩を有効成分とするもの等を挙げることができる。
【００１３】
また含有される減水剤の状態は、液体でも可溶性粉体でも良い。本注入材の減水剤含有量は０．１〜５重量部とする。好ましくは、減水剤としてナフタレンスルホン酸系減水剤を単独使用する場合は０．２〜３重量部、減水剤として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を併用する場合はナフタレンスルホン酸系減水剤０．２〜３重量部とし、メラミンスルホン酸系減水剤はそれ以下の量とする。減水剤の含有量が０．１重量部未満ではスラリー中の微粒子凝集抑制効果が殆ど得られず浸透性が低下するので好ましくなく、また５重量部を超えると凝結時間が遅延し、強度発現性が低下することがあるので好ましくない。また、本発明の注入材では、ナフタレンスルホン酸系減水剤がメラミンスルホン酸系減水剤以外の減水剤と併用されることを妨げるものではなく、ナフタレンスルホン酸系減水剤の作用を減滅させることなく、本注入材の浸透性や強度発現性に支障を及ぼさない限り、他の減水剤との併用も許容される。
【００１４】
本発明の注入材には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種以上が含有される。石膏を除く可溶性硫酸塩、可溶性チオ硫酸塩や亜硫酸塩は高い浸透性を保持しつつ、初期〜中期の強度発現性を向上促進する作用を付与する。ここで可溶性とは概ね常温で水に溶解できることを云う。本注入材に含有可能な石膏を除く可溶性硫酸塩は特に限定されないが、例えば硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、硫酸第一鉄等を挙げることができ、また可溶性チオ硫酸塩も特に限定されないが、例えばチオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム等を挙げることができ、更に可溶性亜硫酸塩も特に限定されるものではなく、例えば亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素ナトリウム等を挙げることができる。石膏を除く可溶性硫酸塩、可溶性チオ硫酸塩、可溶性亜硫酸塩の総含有量は、０．１〜５重量部とする。０．１重量部未満では含有効果が乏しいので好ましくなく、また５重量部を超えると、浸透性を低下させずに初期〜中期強度発現性を向上することが困難となることがあるので好ましくない。
【００１５】
本発明の注入材には前記以外の成分を浸透性や強度発現性等の性状に支障を及ぼさない範囲で適宜含有することができる。含有可能な成分例を示すと、フライアッシュやシリカフューム等のポゾラン反応性物質、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等がある。
【００１６】
また、本発明の注入材は、石膏を除く可溶性硫酸塩、可溶性チオ硫酸塩及び可溶性亜硫酸塩の粒子を除いた注入材含有全粒子の９５体積％以上、好ましくは９７体積％以上、より好ましくは９８．５体積％以上、が粒径１０．５μｍ以下の粒子からなり、且つ粒径２．２μｍ以下の粒子が４５体積％以下、好ましくは３５体積％以下の含有となる注入材である。粒径１０．５μｍ以下の粒子の含有量が９５体積％未満では、粗粒分が多く含まれる可能性があり、土壌粒子間隙が粗粒で閉塞し易くなって浸透性が低下するので好ましくない。また粒径２．２μｍ以下の粒子含有量が４５体積％を超えると、スラリー中での粒子凝集化が生じ易くなり、浸透性がかなり低下することがあるので好ましくない。
【００１７】
本発明の注入材は、通常の方法により製造することができ、例えば、各成分の１種以上を混合粉砕する方法や、各成分を個別に粉砕した後、混合する方法が挙げられる。特に、個別に粉砕した後混合すると、浸透性、強度発現性がさらに良好な注入材を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の注入材は、水性スラリー化して使用される。本発明の注入材１００重量部に対する水の添加量は、概ね１００〜１０００重量部が推奨される。スラリー化の方法は特段限定されるものではないが、一例を示すとグラウトミキサー等に前記例の如く作製した注入材と水を投入し、適度に混練を行なえば良い。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。尚、本発明はこれらの結果によって何等制限されるものではない。
【００２０】
［注入材の作製］
高炉水砕スラグ（新日本製鉄株式会社製）、普通ポルトランドセメント用クリンカ（太平洋セメント株式会社製）、無水石膏（セントラル硝子株式会社製）、中性無水ボウ硝（東ソー株式会社製）、硫酸第一鉄７水和物（試薬特級：和光純薬工業株式会社製）、亜硫酸ナトリウム（試薬特級：関東化学株式会社製）、チオ硫酸ナトリウム（試薬特級：関東化学株式会社製）、表１に表すａ〜ｅの減水剤から選定される材料を使用し、表２に表す含有量及び粒度分布となるように注入材を作製した。ここで、高炉水砕スラグ、普通ポルトランドセメント用クリンカ及び無水石膏については、チューブミルに一括投入して混合粉砕し、遠心分級機で所望の粒度に調整した。粒度調整した混合粉は他の使用材料と共にヘンシェルミキサーを用い、約５分程度乾式混合を行なった。尚、粒度測定はレーザー回折式粒度分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）を用いて行ない、その粒度分布結果を示した表１記載の粒子含有率は、石膏を除く可溶性成分以外の粒状物質に対するものである。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
［注入材の特性評価］
前記作製した各注入材を、水／注入材重量比３００％に調整して約１分間混練し、注入材スラリーを作製した。該スラリーを約２０℃の温度下で６０分間撹拌練り置きした後、撹拌装置を取り付けた圧力容器内に投入し、１．０Ｋｇｆ／ｃｍ２の一定圧力で、垂直に立てたφ５×１００ｃｍアクリル管に間隙率３９％となるよう豊浦砂（平均粒径約２２５μｍ）を充填した供試体の下部より注入した。供試体砂層上部から流出したスラリー量をグラウト注入量として測定し、この値をもって浸透性を評価した。尚、供試体は注入前に水で飽和しておき、注入完了は注入開始から２０分以内とした。測定したグラウト注入量の結果を表３に表す。多く注入できたもの（グラウト注入量が多いもの）ほど注入浸透性が高い注入材である。また、スラリー硬化後、アクリル管から脱型した硬化供試体をφ５×１０ｃｍの円柱状に加工し、材齢４日まで養生した。これを地盤工学会基準「土の一軸圧縮試験方法」（Ｔ５１１）に準じて一軸圧縮強度の測定を行い、この測定値をもって初期〜中期強度発現性を評価した。一軸圧縮強度を測定結果も表３に表す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
【発明の効果】
本発明の注入材は、強度発現性の低下が起らず、しかも非常に高い浸透性を有し、更にはこの浸透性をスラリー作製時から比較的長時間安定して保つことができるため施工作業の制約が軽減できる。本注入材は、特に、亀裂を含む岩盤や緩い砂地盤等の恒久的な強化や止水等に好適に用いることができる。