(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の吸引ポンプと流量調整装置と攪拌注入ポンプとを組み合わせることにより、各種の処方に合った混合攪拌を行いながら連続したライン中で調合・攪拌・注入を連続して行うことができる複数流動体の調合・攪拌・注入装置を提供する。【解決手段】複数の流動体を夫々吸引ポンプ１，５で吸引し、夫々の流量を流量調整装置で調整して攪拌注入ポンプ３まで圧送し、該攪拌注入ポンプ３で複数の流動体を所要の調合率で攪拌混合した後、該攪拌注入ポンプ３から攪拌混合された流動体を１液状態で圧送するように複数流動体の調合・攪拌・注入装置を構成した。【選択図】図１
2007191920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流動体を夫々吸引ポンプで各流動体の流路に介設された流量制御装置を介して流量を調整して攪拌注入ポンプまで圧送し、該攪拌注入ポンプで複数の流動体を、所要の調合率で攪拌混合した後、該攪拌注入ポンプから調合攪拌混合された流動体を１液状態で圧送することを特徴とする複数流動体の調合・攪拌・注入装置。
【請求項２】
前記攪拌混合された流動体は、地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間に注入されるグラウト材であり、該グラウト材を構成する複数の流動体は、硬化発現材を主成分とした流動性のモルタルと、モンモリロナイト粘土鉱物を含有した流動性の膨潤液と、で構成され、該モルタルと膨潤液は、別々の吸引ポンプで吸引されて、各モルタルと膨潤液の流路に介設された流量制御装置を介してその流量を調整されて攪拌注入ポンプまで圧送され、該攪拌注入ポンプで所要の調合率で調合攪拌混合された後、ゲル化させて非流動性の可塑状に変質させたグラウト材を注入口付近まで１液状態で圧送することを特徴とする複数流動体の調合・攪拌・注入装置。
【請求項３】
一の液を可塑状に変化させる他の液材料には、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、エトリンガイトを生成するスラリー等の無機材料が存在することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の複数流動体の調合・攪拌・注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数流動体を調合・攪拌・注入する一体型の装置に係り、特に、軟弱地盤内の大間隙や空洞、岩盤等の硬質地盤内の破砕帯やクラック（隙間）、地盤と構造物の境界面の空洞（トンネル等の裏込も含む）及び地盤の弱い所（地盤注入工法の前処理として注入する）や注入管設置時に発生した隙間に充填する非流動性の可塑状グラウト等を注入するのに好適な複数流動体の調合・攪拌・注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大きな空洞や隙間などに充填するグラウトとして、一液性のモルタル（主成分セメント）が使用されている。
【０００３】
このモルタルには、空洞の大きさや施工性（圧送距離や注入条件）、グラウトの特性（強度等）からセメントに加える骨材（又は増量材）として、砂、一次鉱物微粉末（岩石、石英、石灰、ドロマイト等）、粘土鉱物（ベントナイト、陶土等）や現場発生土（シルト、粘土分）等が用いられ、これらの骨材の１種又は２種以上を組合わせて用いており、さらに起泡剤（エアモルタル）、分散剤、遅延剤、早期強度発現材等を目的に合わせて添加して調合されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のモルタルの注入は、すべて一液性（調合槽で一度にモルタルを調合して、一台のポンプで注入する方法）で行われているため、注入するモルタルはポンプで圧送するのに十分な流動性を保つ必要があり、その結果どうしてもブリージング（余剰水）が発生し、またセメントが硬化するには長時間（２〜３時間）を要することから、長時間この流動状を保ったままの状態に置かれることになる。
【０００５】
このため、注入されたモルタル（グラウト）は、充填された後にブリージングを起こして体積が減少し、さらに流動状であるために材料分離を起こして均一な強度が得られないという問題がある。
【０００６】
また、注入個所に地下水がある場合にはグラウト材が水に希釈されて流失するという問題があり、さらに注入時点で流動状であるために不必要な遠方まで逸走し易く、目的の空洞に確実に充填することが出来ないという致命的な問題点を包含している。
【０００７】
このような問題を解決するには、モルタルがブリージングや材料分離を起こさず、所定の空洞に確実に充填できる技術として、特許文献１に示す技術が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第３５１４６１４号公報
【０００９】
この技術は、地盤、構造物、あるいは地盤と構造物の境界面などの空洞や隙間に充填するグラウト材であって、硬化発現材を主成分とした流動性のモルタルにモンモリロナイト粘土鉱物を含有した流動性の膨潤液を加えることにより、前記、膨潤液をゲル化させて非流動性の可塑状に変質させるようにした可塑状グラウト注入工法である。
【００１０】
即ち、上記従来技術は、セメント等の硬化発現材を主成分とし、これに種々の骨材や添加剤を加えた流動性のモルタルに、モンモリロナイト粘土鉱物（その代表的な鉱物はベントナイトであるため、以下単にベントナイトという）を含有した流動性の膨潤液を加えることにより、硬化発現材から溶解したアルカリ性のカルシウムイオン（陽イオン）等の電解質イオンがベントナイト粒子（陰に帯電）表面に吸着され、電気化学的作用（荷電置換）により、ベントナイトの膨潤液は一種のゲル化反応を起こし、急激（瞬時に近い短時分）に粘性が増大して流動性を失い、非流動性の可塑状グラウトに変質する。
【００１１】
その結果、このグラウト材はブリージング、材料分離、水の希釈及び体積の収縮も防止されることになると共に、不必要な遠方までの逸走が防止されて目的の空洞に確実に充填され、限定注入が可能となる。
【００１２】
なお、ベントナイトは、主成分がモンモリロナイト粘土鉱物で、その性質は水に接すると著しく膨潤及び分散し、コロイド（粒径０．００１〜０．０１ミクロン）になって著しく粘性も増大する。
【００１３】
このため、ベントナイトは膨潤能力が大きいほど、セメントなどのアルカリ性も示す硬化発現材によるゲル化能力が大きくなり、可塑状に変質する効果も大となる。
【００１４】
一液性の流動性のモルタル（Ａ液）に膨潤したベントナイト液（Ｂ液）を加えて、非流動性の可塑状グラウトに変質（可塑状グラウトの強弱）させるには、Ａ液中の水分や硬化発現材、骨材及び添加剤の種類や量、またベントナイト（Ｂ液）の種類や量及びその膨潤度に影響される。
【００１５】
このなかでも特に影響を及ぼすものは、第１にベントナイトの膨潤度及びその量であり、第２にグラウト中（Ａ＋Ｂ液）に含まれる水分量である。
【００１６】
以上のことから、Ａ、Ｂ液の条件によって非流動性の可塑状グラウトに変質できるかどうかが大きく異なるため、ベントナイトの含有量の多少によって変質条件を特定することはできない、という問題を有していた。
【００１７】
なお、この明細書で可塑状グラウトとは、非流動体でそれ自身流動性はないが、物理的作用（たとえば加圧、あるいは加重など）を与えると容易に流動化する性質をいう。
【００１８】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、複数の吸引ポンプと流量調整装置と攪拌注入ポンプとを組み合わせることにより、各種の処方に合った混合攪拌を行いながら連続したライン中で調合・攪拌・注入を連続して行うことができる複数流動体の調合・攪拌・注入装置を提供しようとするものである。
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の複数流動体の調合・攪拌・注入装置は、複前記攪拌混合された流動体は、地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間に注入されるグラウト材であり、該グラウト材を構成する複数の流動体は、硬化発現材を主成分とした流動性のモルタルと、モンモリロナイト粘土鉱物を含有した流動性の膨潤液と、で構成され、該モルタルと膨潤液は、別々の吸引ポンプで吸引されて、各モルタルと膨潤液の流路に介設された流量制御装置を介してその流量を調整されて攪拌注入ポンプまで圧送され、該攪拌注入ポンプで所要の調合率で調合攪拌混合された後、ゲル化させて非流動性の可塑状に変質させたグラウト材を注入口付近まで１液状態で圧送することを特徴とすることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２に記載の複数流動体の調合・攪拌・注入装置は、請求項１の発明の好適な実施例であり、前記攪拌混合された流動体は、地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間に注入されるグラウト材であり、該グラウト材を構成する複数の流動体は、硬化発現材を主成分とした流動性のモルタルと、モンモリロナイト粘土鉱物を含有した流動性の膨潤液と、で構成され、該モルタルと膨潤液は、別々の吸引ポンプで吸引されて、各モルタルと膨潤液の流路に介設された流量制御装置を介してその流量を調整されて攪拌注入ポンプまで圧送され、該攪拌注入ポンプで所要の調合率で調合攪拌混合された後、ゲル化させて非流動性の可塑状に変質させたグラウト材を注入口付近まで１液状態で圧送することを特徴とする。
【００２１】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の複数流動体の調合・攪拌・注入装置を技術的前提とし、一の液を可塑状に変化させる他の液材料には、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、エトリンガイトを生成するスラリー等の無機材料が存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、前記攪拌混合された流動体は、地盤、構造物及び地盤と構造物の境界面の空洞や隙間に注入されるグラウト材であり、該グラウト材を構成する複数の流動体は、硬化発現材を主成分とした流動性のモルタルと、モンモリロナイト粘土鉱物を含有した流動性の膨潤液と、で構成され、該モルタルと膨潤液は、別々の吸引ポンプで吸引されて、各モルタルと膨潤液の流路に介設された流量制御装置を介してその流量を調整されて攪拌注入ポンプまで圧送され、該攪拌注入ポンプで所要の調合率で調合攪拌混合された後、ゲル化させて非流動性の可塑状に変質させたグラウト材を注入口付近まで１液状態で圧送することを特徴とするように構成したので、夫々の流動体の混合比率が大きく相違し、混合の精度が求められる場合や、複数の流動体の粘度が高く混合しにくい場合、また、複数の流動体の粘度が高く混合しにくく注入しずらい場合や、さらに２液以上の調合が必要な複雑な調合処方が必要な場合であっても、各種の処方に合った調合・攪拌を行いながら連続したライン中で調合・攪拌・注入を連続して行うことができる。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明は、流動性のモルタルに、流動性のベントナイト膨潤液を加えて膨潤液をゲル化させ、非流動性の可塑状グラウトに変質させることにより、ブリージング、材料分離及び水の希釈を防止し、さらに不必要な遠方までの逸走を防止し、空洞に確実に充填できる。
【００２４】
即ち、請求項２に記載の発明にあっては、硬化発現材を主成分とし、これに種々の骨材や添加剤を加えた一液性の流動性モルタルに、モンモリロナイト粘土鉱物を含有した流動性の膨潤液を加えることにより、ベントナイトの膨潤液は、セメント等の硬化発現材から溶解したアルカリ性のカルシウムイオン（陽イオン）などの電解質イオンが、ベントナイト粒子（陰に帯電）表面に吸着されて電気化学的作用（荷電置換）により、一種のゲル化反応を起こして急激（瞬時に近い短時分）に粘性が増大し、流動性を失って非流動性の可塑状グラウトに変質し、ブリージング、材料分離及び水の希釈も防止すると共に、不必要に遠方まで逸走することを防止し、１液の状態で目的の空洞に確実に充填できる。
【００２５】
その結果、この非流動性の可塑状グラウトは、限定注入としても非常に有効である。尚、本発明の他の液に用いる膨潤液は、モンモリロナイト粘土鉱物を主成分としたもので、代表的なものとしてベントナイトをあげることができるが、その他、一の液を可塑状に変化させる他の液材料としては、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、エトリンガイトを生成するスラリー等の無機材料が存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面に基づきこの発明を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、この発明の一実施例に係る複数流動体を、Ａ液とＢ液とした場合の調合・攪拌・注入装置の概略的な構成を示す説明図である。
【００２８】
図中に記載されているように、Ａ液は、サンクションホース２を介してＡ液調合注入ポンプ１で吸引されて攪拌注入ポンプ３へと注入され、Ｂ液はサンクションホース４を介してＢ液調合注入ポンプ５で吸引されてＢ液を攪拌注入ポンプ３へと夫々独立して注入される。従って、各ポンプ１，５の中途に介設された流量調整装置６，７を介して流量を調整することで、各種の処方に合った混合攪拌を行うことができる。尚、Ａ液調合注入ポンプ１とＢ液調合注入ポンプ５としては、公知のチューブ式ポンプを用いることができ、また、流量調整装置６，７も公知の電磁バルブ等を用いた公知の流量調整装置（電磁流量計等）を用いることができる。
【００２９】
攪拌注入ポンプ３は、各ポンプ１，５から送られてきたＡ液とＢ液を混合攪拌した後、１液の状態で注入口まで圧送する。この攪拌注入ポンプ３は、攪拌混合の程度をＡ液とＢ液の各ポンプ１，５からの圧送量に応じて攪拌速度を可変して過度な攪拌混合や攪拌不足を防止し、材料に適した混合状態を作り出すことができるように構成されている。勿論、攪拌混合された１液状となった流動体を注入口まで圧送する注入圧を確保することができる機能を有して構成されている。また、この攪拌注入ポンプ３は、複数の流動体の最大総量が通過し攪拌することで圧力的に負荷を生じないように構成されている。尚、攪拌注入ポンプの入り口付近には、圧力発信機８が配設されており、攪拌注入ポンプ３へと流入するＡ液・Ｂ液の流圧が監視可能に構成されている。
【００３０】
次に、上記装置で可塑状グラウトの施工を行う場合について説明すると、Ａ液を硬化発現材を主成分とした流動性のモルタルし、ベントナイトを含有した流動性の膨潤液をＢ液とし、それぞれ別々のポンプ１，５で圧送し、これらのポンプ１，５の中途部に介設された流量調整装置６，７で流量を調整して攪拌注入ポンプ３へと搬入し、該攪拌注入ポンプ３でＡ、Ｂ液を合流混合することにより、前記Ｂ液の膨潤液をゲル化させ、非流動性の可塑状に変質させた１液のグラウトを注入する。
【００３１】
本実施例のＡ液（モルタル）に用いる硬化発現材は、難溶性アルカリ物質で、水と混ぜると硬化するもので、代表的なものでは、セメント、セメントとスラグ、スラグと石灰（消石灰、生石灰）等もあげることができる。
【００３２】
また、本実施例のＡ液に加える骨材（又は増量材）として、砂、フライアッシュ、石灰、一次鉱物微粉末（岩石、石英、石灰石、ドロマイトなど）、粘土鉱物（ベントナイト、陶土等）や、現場発生土（シルト、粘土分を含んだ土及びシールド泥水など）等をあげることができ、また、これらの骨材の一種又は二種以上を組合わせることができる。
【００３３】
さらに従来のモルタルに添加している発泡剤（起泡剤等）、分散剤、遅延剤、早期強度発現材等を目的に合わせて、添加することができる。
【００３４】
また、本実施例のＢ液に用いる膨潤液は、モンモリロナイト粘土鉱物を主成分としたもので、代表的なものとしてベントナイトをあげることができる。その他、Ａ液を可塑状に変化させるＢ液材料としては、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、エトリンガイトを生成するスラリー等の無機材料が存在する。
【００３５】
構造物内の空間や構造物と地盤の境界面の空洞（トンネルの裏込等含む）の注入では、目的の箇所に設けたグラウトホールの手前まで攪拌注入ポンプ３で圧送されてきた流動性のＡ液とＢ液の混合１液（グラウト）を注入する。
【００３６】
地盤内の空洞や大きな隙間の注入では、目的の箇所までボーリングなどで穿孔し、注入管を設けて注入する。
【００３７】
また、地盤注入工法に用いる場合は、その注入工法の注入管を利用して注入することになる。
【００３８】
尚、上記実施例ではＡ液とＢ液を混合攪拌する場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、２液以上の複数液を調合・攪拌・注入することも可能であり、この場合には、夫々の液を独立した調合注入ポンプで吸引して流量調整装置で流量を調整した後、攪拌混合ポンプで混合攪拌することで、各種の処方に合った調合攪拌を行いながら、連続したライン中で調合・混合攪拌・注入を連続して行うことができる。また、簡易な装置システムとして夫々の液を独立した調合注入ポンプを圧力変化による定量性能が高いチューブ式のポンプ等を使用した場合には、流量調節装置を用いずに吸引量を流量計で確認しインバーター制御にて流量を調整した後、前記同様に使用することも可能である。
【００３９】
〔実験例〕
〔装置仕様〕
型式                            能力                    動力
Ａ液ポンプ１  チューブ式ポンプ  ＫＢ−８５  ５０〜２５０Ｌ／ｍｉｎ    １５ＫＷ
Ｂ液ポンプ２  チューブ式ポンプ  ＫＢ−５０  １０〜６０Ｌ／ｍｉｎ      １１ＫＷ
電磁流量計６，７                            口径２Ｂ
攪拌注入ポンプ３  
スラリーポンプ  ＤＭＧ−３７型  ３０ｍ３／ｍｉｎ      ３．７ＫＷ
吐出圧０．５ＭＰａ（ＭＡＸ）
回転数３０００ｒｐｍ／ｍｉｎ  ５０Ｈｚ
【００４０】
〔実験方法〕
Ａ液とＢ液のポンプ同タイプを２台と電磁流量計２台、攪拌注入ポンプを１台使用し、各ポンプにはインバータを搭載した制御盤を仕様した。
攪拌注入ポンプを常に同量の流量に設定し、合計量が表１の任意の注入流量になるように設定した。
【００４１】
【表１】
2007191920.tif 000003
【００４２】
攪拌注入ポンプをインバータを使用して任意のヘルツに設定し、インペラーの回転数を表２の任意の回転数に調整した。
【００４３】
【表２】
2007191920.tif 000004
【００４４】
攪拌性能の確認は、Ａ液とＢ液の比重を計算し、実験で採取した試料の比重の設計範囲内の値であることを確認し、攪拌効果をテーブルフロー（静止状態，１５打設時）と水中投入時のｐＨを測定して判断した。尚、上記比重測定は、サンクションホース２，４口から採取した試料をすり切りの１Ｌ升に入れ、１Ｌの試料重量を測定する。また、フロー値の測定は、上記ホース口から採取した試料を、直径８０ｍｍの円筒容器に入れ、引き上げた時の広がりの最大値と最小値を測定する。また、１５打上下させ広がりを測定した。さらに、水中不分離測定は、上記ホース口から採取した試料を水中に投入し、水のｐＨ値の変化を測定し希釈強さを測定した。
圧力発信機８で、攪拌注入ポンプ３の静止時と注入時の圧力値の変化を測定した。
これらの配合例を表３に、また試験結果を表４に示す。
【００４５】
【表３】
2007191920.tif 000005
【００４６】
【表４】
2007191920.tif 000006
【００４７】
以上の試験結果からも明らかなように、使用した攪拌注入ポンプ３の口径は２Ｂであり、比重はすべて予想値範囲であり、Ａ液・Ｂ液が等量混合されていることが分かった。また、流量により攪拌注入ポンプの必要インペラーの回転数が材料の混合効果に影響を及ぼすことが分かった。３０Ｌ／ｍｉｎの少量から４００Ｌ／ｍｉｎの大流量までの範囲で攪拌注入ポンプの回転数を制御することで、広範囲に適度な攪拌混合をすることが可能であることが証明された。流量が少量であれば、インペラーの回転数が大きすぎるとＡ液・Ｂ液に過剰な攪拌を与え、材料が再度分散することが分かった。さらにＡ液ポンプとＢ液ポンプの先に取り付けた圧力発信機８は、２００Ｌ／ｍｉｎの流量で攪拌注入ポンプ３が静止時は常に０．３Ｎ／ｍｍ２を示したが、５０Ｈｚの攪拌注入ポンプ３が起動時には０．０３Ｎ／ｍｍ２  であった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施例に係る２液調合・攪拌・注入装置の概略的な構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  Ａ液調合注入ポンプ
２，４  サンクションホース
３  攪拌注入ポンプ
５  Ｂ液調合注入ポンプ
６，７  流量調整装置
【図１】
2007191920.tif 000007