(57)【要約】【課題】調合水として電解質イオン水を用いることのできる手段を提案しているものであり、清水がなくてもブリージングが殆ど無い、低粘性で流動性の良い粘着性に優れているグラウト材及び注入方法を提供する。【解決手段】本発明によるグラウト材は、地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面に存在する空洞に注入充填するグラウト材において、セメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水とを混和して構成しており、その注入方法は、セメントと電解質イオンを含んだ水との混和液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として、注入先端部でＡ、Ｂ両液を合流混合させて注入しており、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性のグラウト材を形成している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面に存在する空洞に注入充填するグラウト材であって、セメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水とを混和して構成することを特徴とするグラウト材。
【請求項２】
セメントと電解質イオンを含んだ水との混和液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として、注入先端部で該Ａ、Ｂ両液を合流混合させて注入するグラウト材の注入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤内の空隙、地盤と構造物の境界面の空洞に注入充填するグラウト材に関し、特に、ベントナイトに対しても膨潤性が劣らずに粘着性に優れた特性を有するグラウト材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面の空洞に注入充填する従来のグラウト材は、モンモリロナイト粘土鉱物であるベントナイトを電解質イオンが含まれていない水道水やきれいな河川等の清水で撹拌混合することで充分に膨潤させており、このベントナイト液が優れた粘着性を発揮するという特性を利用しながら、このベントナイト液にセメントを加えたセメント−ベントナイト液（以下、Ｃ．Ｂグラウトという）を構成している。それ故に、従来のグラウト材は、以上のように構成することで、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性を有していることで、地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面における空洞に注入できるグラウト材として広く使用されている。（例えば、特許文献１を参照）
【０００３】
しかしながら、ベントナイトは、調合水として水道水やきれいな河川等の清水でなくイオン水を用いた場合には、膨潤性が著しく阻害されるために上記のような優れた特性を発揮させるには不適である。
【０００４】
それ故に、電解質イオンが含まれている等のイオン水は、調合水として使用されていないのが実情であり、現場において電解質イオンを含まない清水がない場合には、清水をわざわざ遠くから運搬することが必要になって、施工上においても非常に制約を受けることになり、経済的にも余分な負担になってコスト高になっていた。
【０００５】
しかるに、現場によっては、調合水として電解質イオンを含まない清水は無くても、海水、温泉水等が近くにある場合が多々あり、この他にも、石灰、セメント、生コン等の工場排水、あるいは工事現場で発生した排水、さらには、ミキサー等において清水で製造したＣ．Ｂグラウトを使用した後に、その内側に付着残留しているセメント分を水洗いした排液を排水処理しているという具合に、現場付近には、電解質イオンを含んでいる水が多量に存在しているのが実情である。
【０００６】
しかるに、上述のように海水、温泉水や工場、工事現場等で発生した排水は、ほとんどの場合、多くの電解質イオンが含まれているために、このままではベントナイトの膨潤が阻害されてしまうことから、清水と同等の粘着性は得られないものである。
【０００７】
そこで、現場付近で容易に入手できる上記の電解質イオン水が含まれている水を調合水として用いることが可能になるならば、例え清水がなくても、ブリージングが殆ど無くて低粘性で流動性の良い粘着性に優れているグラウト材を提供できるようになって、施工コストの低減された注入方法を確立することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１９４８３６号公報（段落番号「０００５」〜「００１３」）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の状況に鑑みて、調合水として電解質イオン水を用いることのできる手段を提案しているものであり、清水がなくてもブリージングが殆ど無い、低粘性で流動性の良い粘着性に優れているグラウト材及び注入方法を提供している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるグラウト材は、地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面に存在する空洞に注入充填するグラウト材において、セメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水とを混和して構成しており、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性を発揮して、施工コストの低減を図ることができる。
【００１１】
又、本発明によるグラウト材の注入方法は、セメントと電解質イオンを含んだ水との混和液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として、注入先端部でＡ、Ｂ両液を合流混合させて注入するものであり、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性のグラウト材を形成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によるグラウト材は、地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面に存在する空洞に注入充填するグラウト材として、セメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水を混和することで構成しており、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性を発揮して、施工コストの低減を図っている。
【００１３】
本発明によるグラウト材は、Ｃ．Ｂグラウトに使用する粘着性ベントナイトがイオン水では膨潤が劣って使用に不適であったという課題を、酸性アルミニウム塩を粘着剤として用いることで解決しているものである。
【００１４】
即ち、イオン水に酸性アルミニウム塩を加えた調合水にセメントを加えるか  、或いはイオン水にセメントを含ませた混合液に酸性アルミニウム塩を加える等の調合方法によると、セメント中に含まれる水酸化カルシウム等のアルカリ成分と酸性アルミニウム塩とが反応することで、多量の水を包含した水酸化アルミニウムゲルを生成するものである。一方、イオン水の物質によっては、イオン水と酸性アルミニウム塩との間で化学反応を起こして沈殿物を含む生成物を作るかあるいはｐＨを変化させている。
【００１５】
しかし、イオン水と酸性アルミニウム塩との反応によって生成した物質は、セメントの硬化を阻害するものでないことから、地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面に存在する空洞に注入充填するグラウト材を生成できると同時に、膠状の沈殿物であることからグラウトとして配合した場合には、Ｃ．Ｂグラウトと同様にブリージングが少なく、かつ流動性の良い粘着性に富んだグラウトを得ることができるものである。
【００１６】
本実施の形態におけるイオン水としては、海水が代表的であり、塩化ナトリウムを主にして、塩化マグネシウム等が含まれている。又、温泉水には、場所によってナトリウム、カルシウム、マグネシウム等の色々な陽イオン、或いは塩素、硫酸、炭酸水素等の陰イオンが含まれており、そのｐＨも、アルカリ性、中性、酸性と多岐に亘っている。
【００１７】
一方、石灰工場の排水では、主に、高アルカリ性の水酸化カルシウムイオンが存在しており、セメントや生コン工場、或いはセメントを使用した工事現場で発生した排水においては、少量のセメント粒子やセメントから溶出した主に水酸化カルシウム等によるアルカリイオンが含まれている。
【００１８】
しかして、調合水として用いることのできるイオン水としては、特に限定するものではなく、水中に無機質の電解質イオンを含んでいる全ての水を対象にしており、海水、温泉水等の自然界に存在するイオン水や石灰、セメント、生コン工場等の工業排水及び工事現場で発生する排水を含み、さらには、セメントミルクのグラウト等であって調合水として清水を用いたミキサー等において、その容器内に付着したセメントに清水を加えることで生成されるセメントを含んだイオン水も含ませることができる。
【００１９】
又、本実施の形態における酸性アルミニウム塩としては、硫酸ばん土（硫酸アルミニウム）、ミョウバン、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム及びその他の水溶性アルミニウム塩を対象にできるが、これを増やすとグラウト自体は自立していながら加圧すると容易に流動状態になるシキソトロピー性を発揮する非流動性まで変質させることができる。
【００２０】
そして、本発明に用いるセメントは、セメントと称されるものに限定されるものでなく、水を加えると硬化するものであればセメントとスラグの混合物、スラグと石灰の混合物等も含ませることができるものである。
【００２１】
さらに、本発明によるグラウト材には、セメント単独、或いは骨材としての１次鉱物の砂及び岩石、石灰石等の粉末や、２次鉱物のベントナイトを除く陶土等の粘土鉱物及びその他の増量材を加えること、添加剤として、起泡剤、アルミニウム金属粉末、遅延剤、水ガラスのような早期強度発現材等やその他の分散材を目的に合わせて適宜に選択して使用することができる。
【００２２】
加えて、本発明によるグラウト材の調合方法は、特に限定するものではなく、上述したように調合水として用いるイオン水に酸性アルミニウム塩を加えた後にセメントを加えるか或いはイオン水にセメントを加えた後に酸性アルミニウム塩を加えるかのどちらであっても良いものである。
【００２３】
次に、本発明によるグラウト材の注入方法について説明する。
本発明によるグラウト材の注入方法は、セメントと電解質イオンを含んだ水との混和液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として、注入先端部でＡ、Ｂ両液を合流混合させて注入することで、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性が良い粘着性に優れた特性のグラウト材を形成している。
【００２４】
本発明の注入方法における実施の形態としては、グラウト材が非流動性の場合において、イオン水にセメントあるいは、これに骨材、添加剤を加えた混合液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として別々に調合した後に、２台の注入ポンプで圧送しながら注入口付近でＡ、Ｂ両液を合流混合して、非流動状に変質させて注入する、所謂二液性で行っているものでり、有効な注入方法の例である。
【００２５】
又、本発明の注入方法における実施の形態は、上記の二液性に限定するものではなく、この他にも、ミキサー等においてイオン水、酸性アルミニウム塩、セメント、必要に応じて骨材、添加剤を加えることで、ブリージングが少なく流動性の良い粘着性を有するグラウト材を調合して、グラウト材を流動状にする場合には、１台の注入ポンプで注入する、所謂一液性で行うことも可能である。
【００２６】
しかして、本発明によるグラウト材の適用範囲としては、充填材グラウトとして、地盤と構造物の境界面に発生した空洞、例えば、既設トンネル背面の裏込め、地下構造物背面の空洞、その他あらゆる地下に発生した空洞に使用できると共に、地盤注入材としては、砂れき等の間隙の大きい地盤への注入やダブルパッカー工法等の前処理グラウト材の注入工法、その他、従来のＣ．Ｂグラウトが使用されていた全ての分野に使用することができるものである。
【００２７】
「実施例」
以下に、本発明によるグラウト材を、実施例を挙げながら実験結果を示して詳細に説明する。
【００２８】
実験に用いた材料は、セメントは普通セメント、酸性アルミニウム塩として硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を８．１％、ベントナイトは３００メッシュとし、この他に、起泡剤は動物性蛋白質、骨材は６号硅砂、陶土は木節粘土を用いている。
【００２９】
そして、清水と各種イオン水から成る調合水は、以下の表−１に示している。
【００３０】
【表１】
2005041895.tif 000002
【００３１】
又、本実験のブリージング、フロー値及び一軸圧縮強度の測定は、次の方法で行っている。
【００３２】
▲１▼  ブリージング率の測定方法
内径約５０ｍｍ、長さ約５００ｍｍのポリエチレン製の袋に、底より約２００ｍｍまでモルタルを入れて、袋の上部を密閉して静置し、３時間後にモルタルの上部に浮いたブリージング水量を測定して、これを％で表現している。
【００３３】
▲２▼  フロー値
５０ｃｍ四方の水平なアクリル板の上に、内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒を置き、その中にモルタルを満たした後に円筒を静かに引き上げ、その時にモルタルが広がる直径を測定して、これをｃｍで表現した。
尚、グラウトの性状が、フロー値１３ｃｍ以上を流動状グラウトと称し、１３ｃｍ未満を非流動状グラウトとして区別している。
【００３４】
▲３▼  一軸圧縮強度
供試体の形状は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円筒形にして、材令は２８日とした。
【００３５】
「実験−１」
本実験では、表−１に示したような清水とイオン水を調合水にして、これにベントナイトを加えると共に一定量のセメントを加えており、この場合の膨潤度合いを比較例としている。その実験結果は、以下の表−２にブリージング率を以って現している。
【００３６】
【表２】
2005041895.tif 000003
【００３７】
上記の実験結果によると、調合水として清水を用いた場合では、実用的に使用可能であるブリージング率３％以下にするために要するベントナイトは、グラウト１ｍ３当たり５０ｋｇであった。
【００３８】
しかるに、調合水としてイオン水を用いた場合では、清水と同じ量のベントナイト５０ｋｇを加えた場合におけるブリージング率は、比較例−３（イオン水−１）で１８．３％、比較例−５（イオン水−２）で１０．５％、比較例−７（イオン水−３）でも１０．５％、比較例−９（イオン水−４）において１１．１％と非常に多くなって膨潤度合を低くしており、イオン水がベントナイトの膨潤を阻害していることを明確にしている。
【００３９】
又、調合水としてイオン水を用いた場合は、調合水が清水の場合と同じブリージングにするためのベントナイト量が、調合水を清水にする場合の１５０〜３２０％であり、ベントナイトを多く使用する必要のあることが判明している。
【００４０】
尚、グラウトの流動性を示すフロー値は、ブリージング率が同じであれば、大体同じ位の値を示しており、同様に、セメント量が同じであることから一軸圧縮強度も大体同じ値を示している。
【００４１】
「実験−２」
本実験では、調合水として比較例の清水と実施例のイオン水とに、酸性アルミニウム塩として代表的な硫酸アルミニウムを用いている。そして、本調合水を用いて上記実験−１におけるベントナイトと同様な実験の下に、ブリージング率、フロー値及び一軸圧縮強度の測定を行って、表−３の結果を得ている。
【００４２】
尚、表−３に示す実施例１〜４では、イオン水→セメント→硫酸アルミニウムの順に投入しており、実施例−５の場合にだけ、イオン水→硫酸アルミニウム→セメントの順に投入している。
【００４３】
【表３】
2005041895.tif 000004
【００４４】
表−３の実験結果は、調合水として清水を用いた表−２の比較例の場合に比べて、イオン水の場合であっても、硫酸アルミニウムの量が８〜２７％少ない状況でありながら、殆ど同じブリージング値が計測されている。
【００４５】
このことは、同量のベントナイトを用いた場合において、イオン水を調合水にしている方が、調合水として清水を用いた場合よりもブリージングを大きくして粘着力が弱くなっているのに対して、調合水に硫酸アルミニウムを用いた場合には、上記とは逆の傾向になって、イオン水を調合水にしている方が、調合水として清水を用いた場合よりもブリージングを小さくして粘着力が強くなっており、粘着性を求めるグラウト材としては、調合水に硫酸アルミニウムを用いることで非常に有利な性質が示されることを明らかにしている。
【００４６】
又、各実施例が示すブリージングの違いは、イオン水の種類によって異なるイオン水に含まれる成分やその量及び硫酸アルミニウムとの反応生成物である沈殿物によって左右されるが、いずれにしても、調合水としてイオン水を用いた場合の方が、調合水として清水を用いた場合よりも少ない硫酸アルミニウムの量で同一のブリージング率を得ていることが明確に示されている。
【００４７】
さらに、フロー値については、イオン水の種類によって差異がなく、ブリージングが同じであれば、フロー値もほぼ同じ程度になっており、同様に、その一軸圧縮強度もセメント量が同じであることから、大体同じ値を示すことが確認されている。
【００４８】
一方、イオン水→セメントとイオン水→硫酸アルミニウムのような投入順序についてその影響を見ると、セメントが先である実施例−４と酸性アルミニウムが先である実施例−５とに示されているように、ブリージングには、投入順序による大差が発生していないことを明らかにしている。
【００４９】
「実験−３」
実験−３では、イオン水に硫酸アルミニウム、セメント、骨材、起泡剤を加えた流動状グラウト材の場合について、そのブリージング率、フロー値及び一軸圧縮強度を計測しており、その結果を表−４に示している。
【００５０】
【表４】
2005041895.tif 000005
【００５１】
上記の実験結果から推測すると、表−３の場合よりもセメント量を減らして、その代わりに骨材を加える場合には、硫酸アルミニウムが少なくても、ほぼ同じブリージング率を示している。しかしながら、そのフロー値は、表−３の場合よりも若干小さくなって流動性が悪くなる傾向を示すと共に、一軸圧縮強度についても、硫酸アルミニウムの量に従って若干の違いを示すと共に、配合当たりのセメント量が少ないことから表−３の場合よりも小さい値を示している。
【００５２】
又、実施例−１０において、空気量４５％の起泡剤を加えた場合には、配合水が少なくなってブリージングを全く発生していないが、そのフロー値は、若干小さくなる傾向を示している。
【００５３】
以上の表−３と表−４の配合は、各実験結果が示しているように、表−２の比較例と同様にフロー値が大きくなって流動状であることから、一液性グラウト材として使用することが適当であることを示唆している。
【００５４】
「実験−４」
実験−４は、実験−３における一液性に適した流動状グラウトと異ならしめて、調合水、セメント、骨材と要すれば起泡剤を使用してＡ液とし、硫酸アルミニウムをＢ液とした二液性注入に適した非流動状の配合例について、そのブリージング率、フロー値及び一軸圧縮強度を計測している。以下の表−５は、その結果を示している。
【００５５】
【表５】
2005041895.tif 000006
【００５６】
本実験では、実験−３の表−４に示す配合例に比較して、Ｂ液である硫酸アルミニウムの量を多くしたことから、ブリージングは全く無くなっており、そのフロー値も非常に小さい値を示している。
【００５７】
又、一軸圧縮強度は、調合水の量やセメントと骨材との割合によって種々に変化しているが、上記流動状グラウト材の場合と同程度の強度を発揮しており、実用的には充分に使用可能である。
【００５８】
以上のように、本発明によるグラウト材と注入方法は、上記実施例において明らかにした各実験結果が示すように、グラウト材をセメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水を混和して構成し、一液性注入もしくはセメントと電解質イオンを含んだ水との混和液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として、注入先端部でＡ、Ｂ両液を合流混合させて注入する二液性注入することで、調合水として清水を用いている場合と同様に、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性を発揮している。
【００５９】
以上、本発明によるグラウト材と注入方法を実施の形態及び実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態と実施例に何ら限定されるものでなく、セメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水の具体的な例に関しては、本発明の上記の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によるグラウト材は、地盤内の空隙や地盤と構造物の境界面に存在する空洞に注入充填するグラウト材において、セメント、酸性アルミニウム塩及び電解質イオンを含んだ水とを混和して構成しているので、調合水として清水を用いている場合と同様に、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性を発揮して、施工コストの低減を図れる効果を奏している。
【００６１】
又、本発明によるグラウト材の注入方法は、セメントと電解質イオンを含んだ水との混和液をＡ液とし、酸性アルミニウム塩溶液をＢ液として、注入先端部でＡ、Ｂ両液を合流混合させて注入するので、調合水として清水を用いている場合と同様に、ブリージングが殆ど無いにもかかわらず、低粘性で流動性の良い粘着性に優れた特性のグラウト材を形成できる効果を奏している。