(57)【要約】【課題】  施工時の作業実態や作業都合に対応できる、急硬材含有スラリーとセメント懸濁液を混合する前に練置きしても流動性状等が変化しない安定なスラリーで存在し、施工時に練置きスラリーを混合した場合のゲル化時間が、当初設定時間より急激に変化せず、強度の発現性が良好な注入材の提供。【解決手段】  無水石膏とニ水石膏との混合重量比（無水石膏／ニ水石膏）が５０／５０〜８５／１５である石膏混合物および急硬成分を含有するスラリーＡと、セメントを含有するスラリーＢ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】
無水石膏とニ水石膏との混合重量比（無水石膏／ニ水石膏）が５０／５０〜８５／１５である石膏混合物および急硬成分を含有するスラリーＡと、セメントを含有するスラリーＢを混合してなる注入材。
【請求項２】
急硬成分が、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3（モル比）が１．０〜１．５のカルシウムアルミネート類である請求項１記載の注入材。
【請求項３】
カルシウムアルミネート類のガラス化率が２５重量％以上である請求項２記載の注入材。
【請求項４】
さらに、スラリーＡに炭酸アルカリ金属塩を含有する請求項１〜３いずれか１項記載の注入材。
【請求項５】
炭酸アルカリ金属塩が炭酸リチウムと炭酸ナトリウムの混合物である請求項４記載の注入材。
【請求項６】
さらに、スラリーＡが凝結遅延剤を含有する請求項１〜５いずれか１項記載の注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤等を強固な地盤に改良する際に使用するセメント系の注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤や不安定な岩盤をより強固に改良する方策として、軟弱地盤の土粒子間隙や岩盤の亀裂等にセメント系スラリー状注入材をポンプ圧入する注入工法が広く行われている。ここで使用するスラリー状注入材は、一般に水／セメント比が大きく、材料分離が生じ易く、凝結・硬化時間（ゲル化時間）が遅いため注入材が逸走したり、また、充分な強度発現性が得られない等の問題がある。これらを解決する方法として、カルシウムアルミネート系急硬性セメントおよび凝結遅延剤を含有するスラリーを、セメント主材のスラリーと混合して、ゲル化時間を１分〜数十分に調整する注入材（特許文献１）、カルシウムアルミネート、無機硫酸塩、リチウム化合物等を含有し粒径を調整して、ゲル化後の初期強度の発現性を改善した注入材（特許文献２）等が知られている。
【０００３】
一方、最近では、施工のコスト低減のために施工時のスラリー注入管本数を少なくし、注入固結体の直径（改良径）の大きい注入固結体を得ることが望まれ、ゲル化時間が１〜３時間程度の注入材も求められている。ゲル化時間が１分〜数十分程度では広範囲な改良径を得ることができず、かつ施工中に急激に注入圧力が上昇し、注入管およびホースが閉塞する等の問題がある。ゲル化時間を長くするには、凝結遅延剤を増量すればよいが、硬化性が著しく低下する場合がある。また、実際の施工条件、環境は多様であって、急硬成分含有スラリーとセメント含有スラリーを製造した後に、何らかのトラブルにより直ちに両者を混合して注入できない事態も発生する場合がある。その際には、急硬成分を含有するスラリーがミキサー内で硬化したり、両スラリー混合後に当初設定したゲル化時間が急激に短縮し、所定の性状が得られないという問題が発生する。
このように、施工時の作業実態や作業都合に対応した注入材、すなわち、急硬成分含有スラリーとセメント含有スラリーを混合する前の一定時間は流動性状等が変化しない安定なスラリーで存在し、施工時に混合した後のゲル化時間が設定時間より急激に変化せず、強度の発現性が良好な注入材の開発が要求されている。
【特許文献１】特公昭５７−１００５８号公報
【特許文献２】特開２０００−２８１４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、施工時の作業実態や作業都合に対応できる、急硬成分含有スラリーとセメントスラリーを混合する前に練置きしても、該スラリーの流動性状等が変化せず安定であって、施工時に混合した後のゲル化時間が、当初の設定時間より急激に変化せず、強度の発現性が良好な注入材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、無水石膏とニ水石膏を特定の比率で配合した石膏混合物および急硬成分を含有するスラリーと、セメントを含有するスラリーを使用すると、練置きしても所望の可使時間の確保には影響を及ぼさずに、ゲル化時間を３時間程度まで自在に調整が可能で、練置きしたスラリーを混合してもゲル化時間が急激に変化することもなく、ゲル化後は急速に強度の発現が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、無水石膏とニ水石膏との混合重量比（無水石膏／ニ水石膏）が５０／５０〜８５／１５である石膏混合物および急硬成分を含有するスラリーＡと、セメントを含有するスラリーＢを混合してなる注入材を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の注入材は、急硬成分含有スラリーとセメントスラリーを混合する前に練置きしても流動性状等が変化しない安定なスラリーで存在し、施工時に練置きスラリーを混合した場合のゲル化時間が、当初設定時間より急激に変化せず、強度の発現性が良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の注入材は、別個に製造された二種のスラリーを混合して得られる。
第一のスラリーは、無水石膏とニ水石膏との混合重量比（無水石膏／ニ水石膏）が５０／５０〜８５／１５である石膏混合物および急硬成分を含有するスラリーＡである。
スラリーＡは、無水石膏およびニ水石膏の石膏混合物、急硬成分、水および必要により炭酸アルカリ金属塩、凝結遅延剤等の任意成分が含まれてもよいスラリーであるが、但し、急硬性セメント以外のセメントを含有しない。
【０００９】
スラリーＡに使用される急硬成分は、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るカルシウムアルミネート類であって、必要によりＣａＯとＡｌ2Ｏ3以外のＳｉＯ2、ＣａＦ2、Ｆｅ2Ｏ3等の他成分が、化合、複合、固溶したものであってもよい。カルシウムアルミネート類のＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比は、特に限定されるものではないが、１．０〜１．５であるものが好ましい。また、市販のカルシウムアルミネート類や、カルシウムアルミネートの製造原料である市販の炭酸カルシウムや酸化アルミニウムにはＳｉＯ2等の不可避不純物が一般に含まれているが、カルシウムアルミネート類中の不可避不純物含有量は概ね８重量％以下であれば許容される。
【００１０】
カルシウムアルミネート類は、結晶質、非晶質または両者が混在していてもよく、全てが非晶質である必要はなく、ガラス化率２５重量％程度以上のものが好ましい。
また、凝結促進作用および注入浸透性を発揮させる上でブレーン比表面積が３０００cm2／g以上、好ましくは５０００cm2／g以上のものが望ましい。３０００cm2／g未満では十分な強度発現性、注入浸透性が得られない場合がある。
【００１１】
スラリーＡに使用される石膏は、無水石膏とニ水石膏を併用して使用することを必要とする。無水石膏とニ水石膏を、混合重量比（無水石膏／ニ水石膏）５０／５０〜８５／１５で併用することにより、スラリーＡを練り置きした後でも所望のゲル化時間を確保することが可能となり、優れた強度の発現性も確保できる。ニ水石膏が石膏混合物１００重量部中において１５重量部未満では、練り置き後にスラリーＢと混合した場合、ゲル化時間の確保が難しく、５０重量部を超えると、強度発現性が低下する。
使用する二種の石膏のブレーン比表面積は、特に限定されるものではないが、４０００cm2／g以上、さらに５０００cm2／g以上のものが好ましい。
【００１２】
スラリーＡには、さらに水和反応を促進させるために、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸アルカリ金属塩を含有させてもよい。炭酸アルカリ金属塩としては、炭酸ナトリウムおよび炭酸リチウムを併用するのが、さらにゲル化後に高い強度発現性付与できるので好ましい。
【００１３】
スラリーＡには、カルシウムアルミネート類の水和反応を制御してゲル化時間を調整するために凝結遅延剤を含有してもよい。凝結遅延剤としては、一般にモルタルやコンクリートで使用されるものであれば特に限定されず、例えばクエン酸、酒石酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸、アミノカルボン酸、リン酸、ホウ酸、またはそれらの塩が挙げられ、クエン酸、酒石酸、グルコン酸が特に好ましい。
【００１４】
これらの成分以外にスラリーＡに含有してもよい任意成分としては、例えばＡＥ剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、起泡剤、消泡剤、増粘剤、分離低減剤等の混和剤；フライアッシュ、シリカヒューム等のポゾラン物質；各種スラグ粉等の潜在水硬性物質；石灰石微粉末等のフィラー材等が挙げられる。
【００１５】
スラリーＡ中の各成分の配合割合は、特に限定されるものではないが、石膏混合物、急硬成分、そして炭酸アルカリ金属塩を含有する場合はそれを加えた（以下、この混合物を急硬材と記載することがある）合計量１００重量部中、カルシウムアルミネート類は、２０〜７０重量部が好ましく、３０〜６０重量部がより好ましい。２０重量部未満では十分な急硬性が得られない場合があり、７０重量部を超えるとスラリーＡ自体の凝結が起こり、練置きした場合に十分な可使時間が得られない場合がある。
石膏混合物は、急硬材１００重量部中、２０〜７０重量部が好ましく、３０〜６０重量部がより好ましい。２０重量部未満では初期強度発現性が低下する場合があり、７０重量部を超えるとスラリーＡとスラリーＢの混合初期で粘性増加による作業性低下をもたらし、また十分な急硬性が得られない場合がある。
炭酸アルカリ金属塩を含有する場合は、急硬材１００重量部中、１〜１０重量部が好ましく、３〜８重量部がより好ましい。１重量部未満では、十分な急硬性が得られない場合があり、１０重量部を超えると長期強度発現性が得られない場合がある。またアルカリ金属炭酸塩中の炭酸ナトリウムは０．５〜９．５重量部が好ましく、炭酸リチウムは０．５〜３．０重量部が好ましい。炭酸リチウムが０．５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、３．０重量部を超えると硬化性状が低下する場合があり、またコスト増となるため好ましくない。
凝結遅延剤を含有する場合は、急硬材１００重量部に対し、０．１〜５．０重量部が好ましく、０．５〜３．０重量部がより好ましい。０．１重量部未満では、十分な可使時間を得られないので好ましくなく、５．０重量部を超えると凝結遅延効果が急激に増進し、かつ硬化不良を起こす可能性があるので好ましくない。
【００１６】
スラリーＡの急硬材の粒度は、凝結促進作用および注入浸透性を発揮させる上でブレーン比表面積が３０００cm2／g以上、好ましくは５０００〜８０００cm2／gのものが望ましい。３０００cm2／g未満では十分な強度発現性が得られない場合があり、注入浸透性も期待できない。また８０００cm2／g以上を超えると十分な練り置き時間を確保できない場合がある。
【００１７】
スラリーＡの水は急硬材１００重量部に対し、２００〜１０００重量部であるのが好ましい。２００重量部未満ではスラリーＡの粘性が増加し、練混ぜ時の負荷増大や長時間の練り置きが行い難くなる場合があり好ましくない。また１０００重量部を超えると硬化不良を起こすことがあるので好ましくない。
【００１８】
第二のスラリーは、急硬性セメント以外のセメントおよび水を含有するセメント懸濁液（スラリーＢ）であって、急結性、速硬性および急硬性を付与する成分を含有しない他は、他の任意成分が含まれてもよい。ここで、含有することが許容される任意成分としては、例えばＡＥ剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、起泡剤、消泡剤、増粘剤、分離低減剤等の混和剤が挙げられる。
【００１９】
スラリーＢに使用するセメントは、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、例えば普通セメント、早強セメント、超早強セメント、中庸熱セメント、低熱セメント、耐硫酸塩セメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメント、エコセメント（普通型）、微粒子セメント、超微粒子セメント等を使用することができる。
【００２０】
スラリーＢの水はセメント１００重量部に対して、８０〜２００重量部が好ましい。８０重量部未満ではスラリーＢの粘性が増加し、練混ぜ時の負荷増大やポンプ圧送性の低下を招くので好ましくない。また２００重量部を超えると材料分離が起こり易く、ゲル化後の強度発現性が低下するので好ましくない。
【００２１】
本発明の注入材のスラリーＡとスラリーＢの混合比率は、特に限定されるものではないが、スラリーＢ中のセメント１００重量部に対し、スラリーＡ中の急硬材が１０〜５０重量部、さらに１５〜３０重量部であるのが好ましい。１０重量部未満では、十分な強度発現性が得られない場合があり、５０重量部を超えると長期の強度発現性が低下する場合がある。
【００２２】
このようにして製造された本発明の注入材は、スラリーＡを練置きしておいても、常温で練混ぜ直後から約２時間程度は、粘性等が殆ど変化しないので、施工時の急な作業異常に対応できる。また、練置きした後でスラリーＡとスラリーＢを混合しても、所定のゲル化時間は殆ど変化しない。
【００２３】
本発明の注入材の施工方法は、予め別個に製造したスラリーＡとスラリーＢを施工現場で、例えば等量混合し、注入対象地盤等に注入すればよい。この場合、多重管やＹ字管等を用いて各スラリーの圧送途中または注入口で両者が混合するようにして注入してもよい。また練混ぜミキサーは、特殊なミキサーである必要はなく、汎用型のミキサーであれば問題なく使用することができる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２５】
実施例１〜１２
表１に記載の注入材を製造し、ゲル化時間および圧縮強度を測定した。
注入材の製造に使用した原料は次のとおりであった。
（１）カルシウムアルミネート類：市販試薬の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムを所定のＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3モル比となるように設定し、ガラス化率が８５重量％となるように冷却した後、粉砕して得たブレーン比表面積約５３００cm2／gの粉末を使用した。表１に作製したカルシウムアルミネートの物性値を示す。
（２）無水石膏：セントラル硝子株式会社製
（３）ニ水石膏：ノリタケカンパニーリミテド製
（４）炭酸ナトリウム：関東化学株式会社製、純度＞９９．５％
（５）炭酸リチウム：関東化学株式会社製、純度＞９９．５％
（６）凝結遅延剤：クエン酸；関東化学株式会社製、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
【００２６】
スラリーＡの製造：
表１に記した量の水に予め所定の凝結遅延剤（クエン酸）を投入して練混ぜ水を作液し、前記（１）〜（５）の材料を表１に示す配合となるように作製してグラウトミキサーに一括投入し、２０℃で練混ぜを約２分間行ってスラリーＡを製造した。
【００２７】
【表１】
2005162949.tif 000002
【００２８】
セメント懸濁液（スラリーＢ）の製造：
普通ポルトランドセメント１７５ｋｇと水１４４．４ｋｇをグラウトミキサーに投入し、２０℃で練混ぜを約２分間行ってスラリーＢを製造した。
【００２９】
注入材の性状評価：
２００ｍＬのスラリーＡおよびスラリーＢを２０℃でカップ倒立法により、１分間交互に移し替えた後、静置し、その後は５分間隔で５回程度移し替えながら、流動性を失った時点をゲル化時間として測定した。また、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの円柱型枠に、スラリーＡとスラリーＢを等量混合して得た注入材を、ゲル化直前に充填して供試体を作製し、ＪＩＳ  Ａ  １２１６に準拠して材齢１日、７日および２８日の一軸圧縮強度を測定した。
注入材の評価試験結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2005162949.tif 000003
【００３１】
本発明の注入材は、練置きしてもゲル化時間は殆ど変化せず、また圧縮強度も優れてい
た。