(57)【要約】【課題】軟弱地盤等を硬強な地盤に改質するための練り置き可能な二種類のスラリーを混合して得られるセメント系のスラリー状注入材であって、混合後のスラリー状注入材としても所望の可使時間を備え、可使時間経過後は速結性を発現することができる改質効率に優れた注入材を提供する。【解決手段】カルシウムアルミネート、石膏類、活性アルミナ、水及び凝結遅延剤を含有してなるスラリーＡと、凝結促進成分を含まず非急硬性のセメントと水を含有してなるスラリーＢとを混合してなる注入材。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート、石膏類、活性アルミナ、水及び凝結遅延剤を含有してなるスラリーＡと、凝結促進成分を含まず非急硬性のセメントと水を含有してなるスラリーＢとを混合してなる注入材。
【請求項２】
スラリーＡがナトリウムのハロゲン化物及び／又は炭酸ナトリウムを含む請求項１記載の注入材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤等を硬強な地盤に改良する際に用いるセメント系の注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤や不安定な岩盤をより硬強な地盤や堅牢な岩盤に改良する方策として、セメント等の水硬性物質に水を加えて高流動化したスラリー状の注入材を軟弱地盤の土壌粒子間隙や岩盤の亀裂などにポンプ圧入する注入工法が広く行なわれている。一般にこの種の注入材は、対象地盤等に注入したスラリーの当該対象領域からの沈下流冒を防ぎ、対象外領域での硬化を避け、また注入後は速やかに固定、硬化或いは止水等の施工効果を発現させる必要から、早急に硬化させるための急硬剤などの凝結促進物質を副成分として含む。しかし、ポルトランドセメント等と瞬結性を付与する凝結促進物質を混合させると、水を加えた時点からスラリー性状が急変し、特に流動性が急速に喪失し、注入に適した流動状態の維持は極めて困難となる。一方、使用直前に注入材の原料調合を行なうことは、作業環境上の制約が多い施工現場では容易では無い。このため、急硬剤などの凝結促進物質を水性スラリー化したものと、急硬作用を有しないポルトランドセメントなどの水硬性物質が主材の水性スラリーとを予め別個に作製し、注入施工時に両スラリーを混合して注入材にすると、混合時点から極短時間に瞬結性を発現できる。この種の注入材としては、凝結促進物質にアルミナセメントを使用したもの（例えば、特許文献１参照）やカルシウムアルミネートを主成分に使用したもの（例えば、特許文献２参照）などが知られている。このように二種のスラリーを予め作製し、施工現場で注入時に混合して注入材とする方法（以下、二剤混合方法と称す）は、両スラリーの混合までは各スラリーを比較的長時間安定した流動状態に留めることができるため、施工現場での煩雑な調合作業を回避でき、また毎回安定した品質の注入材を使用でき、施工時の注入浸透性も良い等の利点がある。
【０００３】
しかるに、実際の施工条件・環境は多様であり、両スラリーの混合直後に注入施工できない場合、また注入部位までの距離が長い場合や大量の場合は混合や混合後の注入作業に時間がかかることもあり、この場合、スラリー混合直後の瞬結性は寧ろ必要とされない。即ち、施工作業実体や作業都合に応じて、一定時間は凝結化せずに流動性状等が概ね変化せずに安定したスラリーで留まれる可使時間が確保された注入材を要求される場合がある。スラリー状注入材の可使時間は、カルシウムアルミネート等のスラリー中の急硬成分が石膏等のアルカリ刺激剤と反応し、エトリンガイト等の凝集性の強い沈降固形物が生成して、スラリーがゲル状態になり始めるまでの時間（以下、ゲル化時間と称す）に相当する。このゲル化時間を調整できれば必要な可使時間の確保が可能となる。二剤混合方法によるゲル化時間の調整方法は、凝結促進物質含有スラリーの方に凝結遅延剤を加え、凝結促進物質と凝結遅延剤の配合量比を調整すればゲル化時間を一定の範囲で選定可能であり、当該スラリーとセメント含有スラリーを混合してスラリー状注入材としても一定時間は流動性等の性状は殆ど変化しない。（例えば、特許文献３参照）スラリー状注入材の長期の可使時間を確保するにはゲル化時間を長くする必要があり、このためには凝結促進物質に対する凝結遅延剤の配合割合を高めれば良いが、凝結遅延剤の配合割合が高まるに連れて硬化性の著しい低下が起る。即ち、スラリー状注入材として所望とする可使時間は確保できるものの瞬結性も失われるため可使時間経過後も硬化が緩慢に進行し、その結果、地盤注入後に対象領域からの注入成分の沈下流冒や対象領域外への不必要な拡散を起こしたり、また対象地盤の固定、硬化や止水等が短時間には成就し難い等の弊害をもたらすことがあった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８８６５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６４２４８号公報
【特許文献３】
特公昭５７−１００５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、それぞれ練り置きも可能な二種類のスラリーを混合することで得られるスラリー状注入材であって、混合後のスラリー状注入材としても可使時間を比較的短時間から長時間確保したい場合まで自在に調整付与することができると共に、可使時間経過後は急速に凝結硬化する速結性を発現できるセメント系の注入材を提供することを課題とする。
【０００６】
【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、所望の可使時間確保には影響を及ぼすことなく、注入材スラリーのゲル化開始時点からスラリーが急速に凝結することに強い作用を及ぼす特定の化合物を見出し、該化合物を凝結遅延剤とカルシウムアルミネートを含むスラリーに加えることで、このスラリーと、凝結促進物質を含まないセメントスラリーとの混合スラリーが、概ね任意に設定可能な可使時間を有し、可使時間経過後は短時間で硬化したことから本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち本発明は、カルシウムアルミネート、石膏類、活性アルミナ、水及び凝結遅延剤を含有してなるスラリーＡと、凝結促進成分を含まず非急硬性のセメントと水を含有してなるスラリーＢとを混合してなる注入材である。
【０００８】
また本発明は、スラリーＡがナトリウムのハロゲン化物及び／又は炭酸ナトリウムを含む前記注入材である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の注入材は、別個に調整された次の二種の水性のスラリーを混合したものからなる。即ち、一方のスラリー（スラリーＡと称す）は、カルシウムアルミネート、石膏類、活性アルミナ、水及び凝結遅延剤を含有したスラリーであり、アルミナセメント等の急硬性セメント以外のセメントを含有しないものとする以外は、他の成分が含まれても良い。また、もう一方のスラリー（スラリーＢと称す）は、アルミナセメント等の急硬性セメント以外のセメントを主成分とする水性スラリーであり、急結性、速硬性又は急硬性を付与する凝結促進成分を含有しないものとする以外は、他の成分が含まれても良い。含有許容される他の成分とは、例えば減水剤、ＡＥ剤、起泡剤、消泡剤、増粘剤、分離低減剤等の混和剤、石灰石微粉、フライアッシュ粉、各種スラグ粉、シリカフューム等の潜在水硬性物質が挙げられ、前者はスラリーＡ又は／及びスラリーＢに、後者は主にスラリーＡに含有されることが許容され、またこの例以外の成分であっても良いが、何れも本発明の注入材の性状、即ち所望の可使時間が確保でき、可使時間経過時点での速結性の発現及び注入浸透性に明確な支障を及ぼさない範囲で含有できる。
【００１０】
スラリーＡに使用するカルシウムアルミネートは、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を主成分とし、水和反応を呈する無機物質の総称であり、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３以外の他成分が化合、複合、固溶等したものであっても良い。カルシウムアルミネートは結晶質、非晶質又は両者が混在したものの何れでも良いが、好ましくは、水和活性が高いことからガラス化率が２５％以上のものとする。また、凝結促進作用を十分発現させる上で、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ以上のものが望ましい。スラリーＡ中のカルシウムアルミネートの量はスラリーＢに含まれるセメント１００重量部に対し、７〜１５重量部とする。７重量部未満では凝結促進作用が十分発現できないため好ましくなく、１５重量部を超えるとスラリーＡ自体の凝結が起こり、練り置きができなくなるため好ましくない。
【００１１】
スラリーＡに使用する石膏類とは、二水石膏、半水石膏、無水石膏、硫酸カルシウム系固溶体、公知の化学セッコウと称されているもの等の何れか１種または２種以上の混合した物をいう。石膏類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するために使用する。また硬化促進作用にも寄与する。反応活性が高いことから石膏類の中でも無水石膏の使用が特に望ましい。その使用量はカルシウムアルミネート１００重量部に対し、５０〜１２０重量部とする。５０重量部未満では初期強度発現性が低下するので好ましくなく、１２０重量部を超えるとスラリーＡとＢの混合初期で粘性増加による作業性低下をもたらし、また凝結が遅延し過ぎることがあるので好ましくない。
【００１２】
スラリーＡに含有する凝結遅延剤は、一般にモルタルやコンクリートで使用できるものであれば特に限定されず、例えばオキシカルボン酸、アミノカルボン酸、燐酸、硼酸、またはその塩が挙げられる。凝結遅延剤の含有量は、スラリーＡに含まれるカルシウムアルミネートと石膏類の合計量１００重量部に対し、０．２〜１．０重量部とする。０．２重量部未満では可使時間を殆ど確保できないので好ましくない。該範囲内で配合使用量を高めるに連れ、注入材のゲル化時間をより長くすることができるが、１．０重量部を超えると凝結遅延効果が急激に増進し、硬化不良を起こすことがあるので好ましくない。
【００１３】
スラリーＡに含有する活性アルミナは、水酸化アルミニウムを加熱しα型アルミナを生成する過程の中間相として知られる低緻密構造の物質であり、好ましくは高い活性作用が得られ、より確実な速結性を付与できることから比表面積２００ｍ２／ｇ以上の微粉とする。活性アルミナは、スラリーＡとスラリーＢとの混合スラリーがゲル化開始した時点から、カルシウムアルミネートの急硬性を促進する作用が急激に顕在化する。その結果、混合スラリーは可使時間経過後は殆ど時間をかけずに速結性が得られる。活性アルミナは市販品などが使用できる。その使用量はカルシウムアルミネートと石膏類の合計量１００重量部に対し、１０〜２５重量部とする。１０重量部未満では速結性が殆ど発現しないため好ましくなく、２５重量部を超えると中〜長期の可使時間が確保し難くなるので好ましくない。
【００１４】
また、スラリーＡにはナトリウムのハロゲン化物及び／又は炭酸ナトリウムが含有されるのが好ましく、特に塩化ナトリウムがより好ましい。ナトリウムのハロゲン化物や炭酸ナトリウムは、カルシウムアルミネートの凝結促進化を抑制し、スラリーＡのスラリー状態での長時間に渡る性状安定性を維持させることができる他、スラリーＢと混合スラリーにした際の混合スラリーの性状の経時変化を抑制することにも寄与する。ハロゲン化物及び／又は炭酸ナトリウムのスラリーＡ中の含有量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対し、５〜１２重量部が好ましい。５重量部未満では配合効果が殆ど発現されず、１２重量部を超えると混合スラリーの可使時間経過後の速結性が得難くなるので好ましくない。
【００１５】
スラリーＡの含水率は概ね７０〜９０％とする。７０％未満ではスラリーＡの粘性が増加し、混練時の負荷増大や長時間の練り置きが行ない難くなることがあるので好ましくなく、また９０％を超えると、注入後に硬化不良を起こすことがあるので好ましくない。
【００１６】
スラリーＢに使用するセメントは、例えばアルミナセメントのような水和反応生成物としてエトリンガイトを大量に生成する急硬性セメントの類は好ましくない。急硬性セメント以外のセメントであれば特に限定されず、例えば普通ポルトランドセメントの他、早強ポルトランドセメント、高炉セメントや各種混合セメントなどが使用できる。
【００１７】
スラリーＢの含水率は概ね４０〜６０％とする。４０％未満ではスラリーＡの含水率を９０％を超えるものにしない限り注入浸透性が低下するので好ましくない。またスラリーＢの含水率が６０％を超えると材料分離が起り易く、ゲル化後の強度発現性が低下するので好ましくない。
【００１８】
本発明の注入材の施工方法は、予め別個に作製したスラリーＡとスラリーＢを施工現場で混合し、対象地盤等に混合したスラリーを注入すれば良い。この場合、各種ミキサー等を用いて混合練り置きしたものを注入しても良く、また多重管やＹ字管等を用いて各スラリーの圧送途中若しくは注入口で両者が交流するようにし、交流混合したスラリーを注入しても良い。尚、本発明の注入材は、凝結遅延剤の配合量を増減することによって、より高精度で調整するには更にナトリウムのハロゲン化物及び／又は炭酸ナトリウムの配合量を増減することによって、何れも配合量の増加に伴い可使時間が長期化することから、スラリーＡとＢを混合後概ね５分〜２時間程度までの範囲で所望の可使時間を設定付与できる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
［使用材料］次の（１）〜（７）で示す材料から選定した。
（１）無水石膏（セントラル硝子株式会社製）
（２）活性アルミナ（株式会社デーケーファイン社製、ＢＥＴ式比表面積２５２ｍ２／ｇ）
（３）凝結遅延剤：クエン酸（市販試薬、純度＞９９．４％）
（４）カルシウムアルミネート試製品：何れも市販試薬の炭酸カルシウム（ＣＣ）と酸化アルミニウム（ＡＯ）をモル比ＣＣ／ＡＯ＝約１．４３に混合し、これを電気炉で約１５５０℃で加熱し、ガラス化率４２％になるよう冷却調整を行なった後、粉砕した得たブレーン比表面積約４３００ｃｍ２／ｇの粉末。
（５）炭酸ナトリウム（市販試薬、純度＞９９．５％）
（６）塩化ナトリウム（市販試薬、純度＞９９．５％）
（７）普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
【００２０】
［スラリーＡの作製］
前記（１）〜（６）の材料を表１に示す配合となるようグラウトミキサーに一括投入し、これに表１に記した量の水を加え、２０℃で混練を約１分間行ない、スラリーＡを作製した。
【００２１】
【表１】
2004149685.tif 000002
【００２２】
［スラリーＢの作製］
前記（７）のセメントと水を表１に記した配合となるよう混合容器に投入し、ハンドミキサーを使用して混練を２０℃で約１分間行ない、スラリーＢを作製した。
【００２３】
［注入材の作製］
前記スラリーＢ全量をスラリーＡが入ったグラウトミキサーに加え、２０℃で混練を約１分間行ない、スラリー状の注入材を作製した。
【００２４】
［注入材の性状評価］
作製した注入材は、倒立法によって２０℃でゲル化時間を測定した。また、該注入材のゲル化開始時点から硬化終結時までの時間（以下、速結発現時間と称す）を次の方法で調べた。地盤工学会基準ＪＧＳ  ０１４２−２０００「フォールコーンを用いた土の液性限界試験方法」に準じた方法によって、フォールコーン試験装置のコーン先端が測定試料容器に満たした該注入材表面に接した時を基準点（貫入量の値が零）とし、フォールコーン落下５秒後のコーン先端が注入材試料中に貫入した貫入量（長さ）が１ｍｍ未満の値を示すまで１分毎にフォールコーン落下を繰り返し、貫入量（長さ）が１ｍｍ未満になる迄に要した時間をもって、速結発現時間とした。更に、スラリー状注入材を内寸直径５０×高さ１００ｍｍの円柱状型枠に該注入材を充填して供試体を作製し、該供試体をＪＩＳ  Ａ１２１６に準じた方法で材齢８時間及び２４時間の一軸圧縮強度を測定し、経時的な硬化性状を評価した。以上の測定結果を表２に記す。
【００２５】
【表２】
2004149685.tif 000003
【００２６】
表２より、本発明の注入材は、施工状況に応じて可使時間を１０分程度の比較的短時間から２時間程度の長時間の間で調整することができ、可使時間経過後は極めて短時間に凝結が進行し、高い初期強度を発現することがわかる。尚、比較例３はスラリーＡとスラリーＢの混練中に急激な粘性上昇を生じ、一軸圧縮強度測定用の供試体作製が困難になったため、強度測定は行なわなかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明による注入材は、可使時間を自在に調整できるため、施工作業上の制約が大幅に軽減されることに加え、可使時間経過後は急速に凝結が起るので注入後の流冒等が殆ど無く、軟弱地盤等の対象領域を確実かつ迅速に改質できる。