(57)【要約】【課題】ジェットグラウト工法において、硬化材ミルクと土との混合物の粘度低減効果による良好なスライム排出性と硬化体からの六価クロム溶出量の低減とを両立させる混和剤及びセメント組成物を提供すること。【解決手段】還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物を、好ましくはそれにアルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩を、さらに好ましくはそれらにアルカリ金属フッ化物を含有してなるジェットグラウト工法用混和剤とセメントとを含有してなるジェットグラウト工法用セメント組成物を同工法用硬化材として用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物を含有してなるジェットグラウト工法用混和剤。
【請求項２】
アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩を含有してなる請求項１記載のジェットグラウト工法用混和剤。
【請求項３】
アルカリ金属フッ化物を含有してなる請求項１又は２記載のジェットグラウト工法用混和剤。
【請求項４】
セメントと請求項１〜３のいずれか記載のジェットグラウト工法用混和剤とを含有してなるセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットグラウト工法用混和剤およびそのセメント組成物、より詳しくは高粘度粘性土を改良するために同工法を適用する場合の混和剤およびそのセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地盤中にセメント組成物である硬化材と水との混合スラリー（以下、硬化材ミルクという）を注入して地盤を固結させたり、強度を増加させたり、浸水性を減少させたりする地盤改良工法としてジェットグラウト工法が幅広く採用されている。
【０００３】
この工法は、先端にノズルを有するパイプを地中深くに挿入して該パイプを回転・上昇させながら、硬化材ミルクをノズルから高圧力で噴射することによって、地盤中の土と硬化材ミルクとを強制混合したりまたは高圧噴射水で切削排土された空間に硬化材ミルクを充填したりして、円柱状の硬化体を造成し地盤を改良することができる。
【０００４】
この工法では硬化材ミルクを地盤に注入するため、その分スライムと呼ばれる硬化材ミルクと土との混合物（以下、スライムという）が地表に排出される。施工性の観点から、安定してスライムが排出される必要があり、そのためにはスライムの粘度は低い方が好ましい。
【０００５】
しかしながら、ジェットグラウト工法が高粘度粘性土を改良するために適用される場合、該工法に通常使用されている硬化材の硬化材ミルクでは土と混合した時の粘度が高くなるために排出されるスライムの粘度も高くなり、スライム排出不良等、施工トラブルの原因となっていた。
他方、セメント中には有害な六価クロムが微量含まれており、セメント組成物を硬化材として使用するジェットグラウト工法によって地盤改良を施した場合、硬化体からの六価クロムの溶出もまた問題となっていた。
【０００６】
スライム排出不良の問題に対しては、流動性を改良する目的で硬化材ミルクに減水剤等の市販のセメント混和剤を配合する試みが行われている。しかしながら、市販のセメント混和剤を配合しても硬化材ミルクの流動性は向上するが、スライムの粘度は十分に改善しない傾向にあった。
【０００７】
また、特許文献１にはアルカリ金属炭酸塩及び／又はリン酸塩、並びに有機酸塩を含有した地盤安定化用セメント混和材及び地盤安定化用セメント組成物が、特許文献２にはアルカリ金属炭酸塩及びリン酸塩を含有した地盤安定化用セメント混和材及び地盤安定化用セメント組成物が開示され、該混和材や該セメント組成物を使用することでスライムの粘性を低下でき、又、強度発現が良好で強固に地盤改良できることが報告されている。アルカリ金属炭酸塩の使用で土の粘性低下と硬化体の強度発現が可能であるし、またリン酸塩と有機酸塩はセメント凝結遅延作用によりスライム粘性低下には有効であるが、これらの配合材はいずれも六価クロム溶出抑制にはその効果は不十分なものであった。
【０００８】
一方、六価クロムの溶出の問題に対しては、特許文献３に高炉スラグの作用により六価クロムの溶出を低減することを特徴とする地盤改良材が提案されている。六価クロムの溶出が低減するのは該高炉スラグ中に含有される硫化物（Ｎａ２Ｓなど）の還元作用によりセメント中の六価クロムが三価へ還元されるためと考えられている。
【０００９】
しかしながら、セメント系硬化材に高炉水砕スラグを配合すると、スライムの粘度が増大したり、また硬化体の初期材齢強度が不十分となったりする傾向にあった。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２１２４８２号公報（請求項１、３）
【特許文献２】
特開２００２−３３２４８３号公報（請求項１、４）
【特許文献３】
特開２００１−３４８５７１号公報（請求項１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ジェットグラウト工法において、▲１▼スライムの粘度を低下させ、かつ▲２▼硬化体からの六価クロム溶出量を低減するような混和剤が望まれていたが、▲１▼、▲２▼を両立するような混和剤は未だ見出されていなかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ジェットグラウト工法での前記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、特定の混和剤を使用することによって前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち本発明は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物を含有してなるジェットグラウト工法用混和剤、及びセメントと該ジェットグラウト工法用混和剤とを含有してなるセメント組成物である。
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実態の形態】
本発明のジェットグラウト工法用混和剤は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物を含有してなることを特徴とする。
【００１６】
本発明において複素環式有機化合物は、還元作用を有しラクトン型の構造を持っていれば特に制限なく使用できる。例えば、Ｌ−アスコルビン酸、その異性体であるＤ−エリソルビン酸、またはそれらのアルカリ金属塩が挙げられ、これらの一種又は二種以上の使用が可能である。これらの中では、経済性および入手が比較的容易な点でＤ−エリソルビン酸またはそのナトリウム塩が好ましい。さらには、安定性の点からＤ−エリソルビン酸ナトリウム塩がより好ましい。ここで、ラクトンとは環状分子内エステルであり、環の大きさによってβ−ラクトン、γ−ラクトン、δ−ラクトンなどと分類され、Ｌ−アスコルビン酸やＤ−エリソルビン酸はγ−ラクトンに属する。
【００１７】
混和剤が還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物を含有しない場合、スライムの粘度を低下させ、かつ硬化体からの六価クロム溶出量を低減させることができない。
【００１８】
本発明のジェットグラウト工法用混和剤は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物とともにアルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩を含有することが好ましい。アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩は、スライムの粘度を低減する効果および硬化体の初期材齢強度を増大する効果がある。
【００１９】
本発明においてアルカリ金属炭酸塩としては炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等、またアルカリ金属重炭酸塩としては炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられ、これらの一種又は二種以上の使用が可能である。アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩としては、スライムの粘度を低減する効果および硬化体の初期材齢強度を増大する効果の双方の効果が大きい点で炭酸ナトリウムを使用することがより好ましい。ここで、スライムの粘度低減作用はアルカリ金属陽イオンによってスライム中の粘性土表面の負電荷を中和し特有のカードハウス構造が崩壊することに起因し、また硬化体の初期材齢強度増大作用はアルカリ金属炭酸塩やアルカリ金属重炭酸塩の凝結促進作用に起因すると考えられる。双方の効果をより有効に発揮させるためには、アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩の配合割合は還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物とアルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩との合計量の５０〜９９重量％とすることが好ましく、６０〜９８重量％であればさらに好ましい。
【００２０】
また、本発明のジェットグラウト工法用混和剤は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物にアルカリ金属フッ化物を含有することが好ましい。アルカリ金属フッ化物はＣａイオンと反応して不溶性の化合物を生成する、所謂セメントの凝結遅延剤として作用し、この作用がスライムの粘度低減に効果を発揮する。
【００２１】
本発明においてアルカリ金属フッ化物としては、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化リチウム等が挙げられ、それらの中では経済性および入手が比較的容易な点でフッ化ナトリウムが好ましい。アルカリ金属フッ化物の配合割合は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物とアルカリ金属フッ化物の合計量の５０〜９９重量％とすることが好ましく、６０〜９８重量％であればさらに好ましい。
【００２２】
さらに、本発明のジェットグラウト工法用混和剤は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物、アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩、及びアルカリ金属フッ化物を含有することが、スライムの粘度低減効果、硬化体の初期材齢強度を増大する効果および硬化体からの六価クロム溶出量抑制効果の３つの効果を大きくする点でより好ましい。この場合、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物の配合割合は、還元作用を有しラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物、アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩、及びアルカリ金属フッ化物の合計量の１〜１５重量％とすることが好ましく、２〜１０重量％であればより好ましい。また、アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属重炭酸塩の配合割合は、６５〜９８重量％とすることが好ましく、８０〜９４重量％であればより好ましい。そして、アルカリ金属フッ化物の配合割合は、１〜２０重量％とすることが好ましく、４〜１０重量％であればより好ましい。
【００２３】
本発明のジェットグラウト工法用混和剤において、該混和剤の粒度には特に制限がなく、各配合剤の市販品を混合した粒度で十分使用可能である。
【００２４】
また本発明のジェットグラウト工法用混和剤は、水に溶解および／または懸濁させた形態で使用することもできる。その時の混和剤の濃度は１〜５０重量％が適当である。
【００２５】
本発明の第二の形態は、セメントと上記ジェットグラウト工法用混和剤とを含有してなるセメント組成物である。
【００２６】
本発明のセメント組成物で用いられるセメントとしては、水硬性を有するものであれば、特に限定なく使用できる。セメントの具体例としては、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントにフライアシュなどを混合した各種混合セメント、アルミナセメント類、速硬性セメント、カルシウムサルフォアルミネートを混合又は含有したセメント等が挙げられる。また、セメントは粉末として用いられるのが好ましく、その粒度はブレーン比表面積が市販品のレベル、即ち２０００〜８０００ｃｍ２／ｇのものを使用することができ、特別な粉砕は要しない。
【００２７】
本発明のセメント組成物においてジェットグラウト工法用混和剤の配合割合は、使用するセメントと対象となる土に応じて便宜決定すれば良い。通常は、セメント組成物の０．１〜２０重量％とすることがスライムの粘度低減効果、硬化体の初期材齢強度を増大する効果および硬化体からの六価クロム溶出量抑制効果の３つの効果を大きくする点でより好ましく、０．５〜１５重量％であればさらに好ましい。さらに、ジェットグラウト工法用混和剤が還元作用を有するラクトン型構造を持つ複素環式有機化合物のみを含有してなる場合には、強度発現性の点で０．５〜５重量％の範囲であることが適当である。
【００２８】
また、本発明のセメント組成物には本発明の効果を損なわない範囲で減水剤など、他のセメント混和剤を配合することができる。
【００２９】
本発明のセメント組成物は、市販のセメントとジェットグラウト工法用混和剤とを公知の方法により混合して製造すれば良い。混合方法は特に制限されず、例えば、二軸ミキサーや傾胴ミキサーなどの混合機を用いることができる。
【００３０】
本発明のセメント組成物は、施工時に水と混合した硬化材ミルクとして対象地盤に高圧噴射される。その際、硬化材ミルクとするための水の混合割合は、セメント組成物がミルク状になれば特に制限されるものではないが、硬化材ミルクの、例えば４０〜７０重量％の範囲で使用することが好ましい。
【００３１】
硬化材ミルクの製造方法としては、予め本発明のジェットグラウト工法用混和剤を水に溶解および／または懸濁させてから、それにセメントおよび／または水を投入・混合しても良いし、水と本発明のセメント組成物を混合して製造することもできる。その際、混合方法には公知の方法を採用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のジェットグラウト工法用混和剤及びセメント組成物を高粘度粘性土改良に適用すると、スライムの粘度低減効果による良好なスライム排出性と硬化体からの六価クロム溶出量の低減とを両立できる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。ただし本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００３４】
尚、実施例および比較例における測定値は次に示す方法により測定されたものである。
【００３５】
（１）硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験
粘性試験及び一軸圧縮試験は、セメント組成物と水を混合して硬化材ミルクを調製し、該硬化材ミルクを粘性土に混合して行った。硬化材ミルクは水／セメント組成物比（以下、Ｗ／Ｃともいう）を１．５とした。また、混合する粘性土としては、細粒分（シルトおよび粘土）７３％、含水比（以下、Ｗ／Ｓともいう）０．６６の粘性土を用いた。硬化材ミルクと粘性土の混合は、硬化材ミルク：粘性土＝１：２（体積比）で硬化材ミルクと粘性土をソイルミキサー（ホバート社製、ＭＯＤＥＬ  Ｎ−５０  ＭＩＸＥＲ）で混練して行った。
【００３６】
硬化材混合土の粘性試験は、混練直後と６０分後の粘度をビスコテスター（リヨン社製、ＶＴ−０４）を用い、粘度の程度に応じて１号ローターと２号ローターを使い分けた。
【００３７】
また、一軸圧縮強度試験は、混練直後の硬化材混合土を型枠（５０ｍｍφ×１００ｃｍＨ）に充填して１日間及び７日間養生した後、得られた試験体についてＪＩＳ  Ａ  １２１６で規定された方法に準拠して一軸圧縮試験機（ＭＡＲＵＩ  ＭＩＳ−２２６−１−１０型）により１日養生後及び７日養生後の一軸圧縮強度を測定することにより行った。
【００３８】
（２）硬化体からの六価クロム溶出試験
（１）の一軸圧縮強度試験においてと同様にして混練直後の硬化材混合土を型枠（５０ｍｍφ×１００ｃｍＨ）に充填して７日間養生した後、得られた試験体についてＪＣＡＳ  Ｌ−０２：２００１（「セメントおよびセメント系固化材を使用した改良体の六価クロム溶出試験方法（案）」）で規定された方法に準拠して硬化体からの六価クロム溶出量を測定した。
【００３９】
用いた材料は以下の通りである。
Ａ１：Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物（キシダ化学社製、試薬特級）
Ａ２：Ｄ−エリソルビン酸（キシダ化学社製、試薬１級）
Ａ３：Ｌ−アスコルビン酸ナトリウム（和光純薬工業社製、試薬特級）
Ａ４：Ｌ−アスコルビン酸（和光純薬工業社製、試薬特級）
Ｂ：炭酸ナトリウム（和光純薬工業社製、試薬特級）
Ｃ：フッ化ナトリウム（和光純薬工業社製、試薬特級）
Ｄ：リン酸二水素ナトリウム・２水和物（和光純薬工業社製、試薬特級）
Ｅ：グルコン酸ナトリウム（和光純薬工業社製、試薬、化学用）
Ｆ：ナフタリンスルホン酸・ホルマリン縮合物（花王社製、商品名：マイティ１００）
Ｇ：高炉水砕スラグ（新日鐵関東エスメント社製、商品名：エスメント）
Ｈ：普通ポルトランドセメント（トクヤマ社製普通ポルトランドセメント）
【００４０】
実施例１
普通ポルトランドセメント（ブレーン比表面積３２９０ｃｍ２／ｇ）に混和剤としてＤ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物を、セメント組成物に対して１重量％となるように配合し、ヘンシェルミキサーにより混合してセメント組成物を製造した。
【００４１】
得られたセメント組成物と水をＷ／Ｃ＝１．５で３分間スリーワンモーターにて混練し、硬化材ミルクを調合した。さらに得られた硬化材ミルクと粘性土とを体積比１：２の割合でソイルミキサーにて３分間混練した後、硬化材混合土の粘性試験、一軸圧縮試験及び六価クロム溶出試験に供した。これらの試験結果を表１に示した。
【００４２】
実施例２
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物の配合量を４重量％とした以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４３】
実施例３
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物に代えてＤ−エリソルビン酸を３重量％配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４４】
実施例４
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物に代えてＬ−アスコルビン酸ナトリウムを３重量％配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物の製造、及び評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４５】
実施例５
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物に代えてＬ−アスコルビン酸を３重量％配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４６】
実施例６
混和剤としてＤ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物０．４重量％及び炭酸ナトリウム９重量％を配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４７】
実施例７
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物の配合量を１重量％とした以外は実施例６と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４８】
実施例８
炭酸ナトリウムに代えてフッ化ナトリウムを１重量％配合した以外は実施例６と同様にしてセメント組成物の製造、及び評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００４９】
実施例９
フッ化ナトリウムの配合量を４重量％とした以外は実施例８と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５０】
実施例１０
フッ化ナトリウムの配合量を９重量％とした以外は実施例８と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５１】
実施例１１
混和剤としてＤ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物０．４重量％、炭酸ナトリウム９重量％及びフッ化ナトリウム０．６重量％を配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５２】
比較例１
混和剤を配合しないで普通ポルトランドセメントのみとした以外は実施例１と同様にして評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５３】
比較例２
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物に代えてナフタリンスルホン酸・ホルマリン縮合物を５重量％配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５４】
比較例３
混和剤として炭酸ナトリウム１０重量％及びナフタリンスルホン酸・ホルマリン縮合物１重量％を配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５５】
比較例４
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物に代えてリン酸ニ水素ナトリウム・２水和物を１重量％配合した以外は実施例６と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５６】
比較例５
Ｄ−エリソルビン酸ナトリウム・１水和物に代えてグルコン酸ナトリウムを０．７重量％配合した以外は実施例６と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５７】
比較例６
普通ポルトランドセメントに高炉水砕スラグ４０重量％を配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５８】
比較例７
普通ポルトランドセメントに炭酸ナトリウム４重量％を配合した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００５９】
比較例８
炭酸ナトリウムの配合量を９重量％とした以外は比較例７と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００６０】
比較例９
炭酸ナトリウムに代えてフッ化ナトリウムを９重量％配合した以外は比較例７と同様にしてセメント組成物を製造し評価試験に供した。試験結果を表１に示した。
【００６１】
【表１】
2004307309.tif 000002