(57)【要約】【課題】地盤安定化工法において、液状化することにより定量圧送が可能となり、粉体を使用した場合に比べ、高い粘性低減効果の付与と注入物の均一化とが可能となる地盤安定化用液体混和剤を提供すること。【解決手段】リン酸塩とアルカリ金属塩化物を含有してなる地盤安定化用液体混和剤であり、リン酸塩１００部に対してアルカリ金属塩化物を２０〜３００部含有してなることが好ましい。さらに、有機酸を含有してなる地盤安定化用液体混和剤である。また、地盤安定化用液体混和剤１００部中、固形分濃度が１０〜５０部である地盤安定化用液体混和剤であり、ｐＨが０．５〜６である地盤安定化用液体混和剤である。さらには、セメント、地盤安定化用液体混和剤、及び水を含有してなる地盤安定化材料であり、地盤安定化材料を地盤中に高圧注入し、土と混合して硬化させる地盤安定化工法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸塩とアルカリ金属塩化物を含有してなる地盤安定化用液体混和剤。
【請求項２】
リン酸塩１００部に対してアルカリ金属塩化物を２０〜３００部含有してなる請求項１に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項３】
有機酸を含有してなる請求項１又は請求項２に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項４】
地盤安定化用液体混和剤１００部中、固形分が１０〜５０部である請求項１〜請求項３のうちの何れか一項に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項５】
ｐＨが０．５〜６である請求項１〜請求項４のうちの何れか一項に記載の地盤安定化用液体混和剤。
【請求項６】
セメント、請求項１〜請求項５のうちの何れか一項に記載の地盤安定化用液体混和剤、及び水を含有してなる地盤安定化材料。
【請求項７】
請求項６に記載の地盤安定化材料を地盤中に高圧注入する地盤安定化工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料、及びそれを用いた地盤安定化工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤のような不良地盤を改良し軟弱な地盤を硬化、安定化させる地盤安定化工法として、例えば、セメントミルクを、高圧で地中深くに噴射し、土と混合して硬化させ安定化する工法が挙げられる（非特許文献１参照）。
【０００３】
この工法は、地中にセメントミルクを噴射する管を挿入し、管を回転させながら管先端付近からセメントミルクを高圧噴射し、地中の土を切削すると同時に、切削された土とセメントミルクとが混合された混合土を別の管内を通して地上へ排出しながら、一定速度で管を上昇させ、地中を、セメントミルクと土との混合物で置換して硬化させ、地盤を安定化させる工法である。
【０００４】
この工法では、セメントミルクと土とを混合した場合には、セメント粒子と土の粒子とが電気的作用により互いに凝集するため、セメントミルクと土との混合物である混合土の粘性が上昇し、これを地上へ排出できにくくなるといった課題があった。
【０００５】
混合土の粘性を低下させるために、液状のものとしては、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、及び／又はポリカルボン酸系化合物等を含有する超高圧噴流注入工法用セメント添加剤が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
混合土の粘性を低下させるために、粉体のものとしては、リン酸塩とアルカリ金属とを含有する物質を組み合わせたもの（特許文献３参照）、リン酸と無機粉体とを組み合わせたもの（特許文献７参照）が知られている。
【０００７】
リン酸塩、アルカリ金属含有物質（硫酸塩、亜硫酸塩、炭酸塩、重炭酸塩等）、有機酸、及びアンモニウム塩等を含有する物質を組み合わせたものが知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。
【非特許文献１】坪井  直道著、薬液注入工法の実際、第５〜９頁、昭和５６年３月２５日、鹿島出版会、改訂版第２刷発行
【特許文献１】特開平０６−１２７９９３号公報
【特許文献２】特開平０５−２５４９０３号公報
【特許文献３】特開平０６−２０６７４７号公報
【特許文献４】特開平０７−２０６４９５号公報
【特許文献５】特開平０７−０６９６９５号公報
【特許文献６】特開２００４−１４３０４１号公報
【特許文献７】特開平０９−１９４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、地盤安定化工法において、液状化することにより定量圧送が可能となり、粉体を使用した場合に比べ、高い粘性低減効果の付与と注入物の均一化とが可能となる地盤安定化用液体混和剤を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、リン酸塩とアルカリ金属塩化物を含有してなる地盤安定化用液体混和剤であり、それらを用いた地盤安定化工法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の地盤安定化用液体混和剤及び地盤安定化材料を使用することにより、液状化によって定量圧送が可能となり、高い粘性低減効果の付与と注入物の均一化とが可能となるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
【００１２】
本発明の地盤安定化用液体混和剤ではリン酸塩を使用する。リン酸塩は混合土の粘性を低下させる効果がある。
【００１３】
リン酸塩としては、リン酸の他、リン酸二水素塩、ピロリン酸二水素二塩、メタリン酸塩、及びヘキサメタリン酸塩等、水への溶解性が高く、かつ、溶解液が酸性を示すような物質が好ましく、これらのナトリウム塩、カリウム塩、及びリチウム塩等が使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらのうちでは、リン酸やリン酸二水素塩の使用が好ましい。
【００１４】
本発明では、粘性低減効果に影響を与えずにリン酸塩の遅延作用を低減し、強度発現性を高める物質として、アルカリ金属塩化物を使用する。
【００１５】
アルカリ金属塩化物としては、ナトリウム、カリウム、リチウム等の塩化物が挙げられる。これらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらのうちでは、強度発現性の面で塩化ナトリウムの使用が好ましい。
【００１６】
アルカリ金属塩化物の使用量は、リン酸塩１００部に対して２０〜３００部が好ましく、３０〜２００部がより好ましい。２０部未満では、高い強度発現性が得られない場合があり、３００部を越えると、地盤安定化用液体混和剤の安定性が損なわれ内容物が析出する場合がある。
【００１７】
地盤安定化用液体混和剤の粘性低減効果や安定性を向上させるために有機酸を使用することが好ましい。
【００１８】
有機酸は、地盤安定化用液体混和剤中で、金属イオンを安定化させるものであり、この目的で使用可能な物質であれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基を少なくとも１個、好ましくは１〜３個、より好ましくは２〜３個有する有機酸であり、さらに、１〜３個の水酸基及び／又は１〜３個のアミノ基を有する有機酸の使用も可能である。
【００１９】
有機酸の具体例としては、例えば、（１）ぎ酸、酢酸、及びプロピオン酸等のモノカルボン酸類、（２）シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、及びフタル酸等のジカルボン酸類、（３）トリメリト酸やトリカルバリリル酸等のトリカルボン酸類、（４）ヒドロキシ酪酸、乳酸、及びサリチル酸等のオキシモノカルボン酸類、リンゴ酸のオキシジカルボン酸類、（５）アスパラギン酸やグルタミン酸等のアミノカルボン酸類、（６）エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）やトランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン四酢酸（ＣｙＤＴＡ）等のアミノポリカルボン酸類、（７）エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＴＰＯ〕、エチレンジアミンジ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＤＰＯ〕、ニトリロトリス（メチレンホスホン酸）〔ＮＴＰＯ〕、１−ヒドロキシエチリデン−１，１’−ジホスホン酸〔ＨＥＤＰＯ〕等のホスホン酸類、（８）アセチルアセトンやヘキサフルオロアセチルアセトンなどのジケトン類等の錯体形成剤が挙げられる。本発明では、これら錯体形成剤のうちの一種又は二種以上の使用が可能である。錯体形成剤はアルカリ金属を含有するものも使用可能である。
【００２０】
有機酸は、リン酸塩１００部に対して、１００部以下が好ましく、６０部以下がより好ましい。１００部を超えると、強度発現性が阻害される場合がある。有機酸が少ないと、目的とする効果が得られない事があるので、０．１部以上好ましくは０．３部以上添加するとよい。
【００２１】
地盤安定化用液体混和剤は、水にリン酸塩とアルカリ金属塩化物を添加して得る事ができる。この場合、地盤安定化用液体混和剤１００部中、リン酸塩とアルカリ金属塩化物との固形分の合計量は、１０〜５０部であることが好ましく、１５〜３５部であることがより好ましい。１０部未満では、多量の地盤安定化用液体混和剤の添加量を必要とし、施工効率が落ちる場合があり、５０部を超えると、地盤安定化用液体混和剤の安定性が損なわれ、地盤安定化用液体混和剤の粘性が高くなる場合があり好ましくない。
【００２２】
地盤安定化用液体混和剤のｐＨは、０．５〜６が好ましく、１〜５がより好ましい。この範囲外では、地盤安定化用液体混和剤の安定性が損なわれ、内容物が析出する場合がある。
【００２３】
粘性低減効果に影響を与えずにリン酸塩の遅延作用を低減して強度発現性を高める物質として、アルカリ金属硫酸塩を併用することが可能である。
アルカリ金属硫酸塩としては、硫酸塩や明礬類が挙げられ、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、ナトリウム明礬、及びカリウム明礬等が使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらのうちでは、強度発現性の面で硫酸塩の使用が好ましい。
【００２４】
アルカリ金属硫酸塩の使用量は、リン酸塩１００部に対して、２０〜３００部が好ましく、３０〜２００部がより好ましい。２０部未満では、高い強度発現性が得られない場合があり、３００部を超えると、地盤安定化用液体混和剤の安定性が損なわれ、内容物が析出する場合がある。
【００２５】
リン酸塩、アルカリ金属塩化物及び有機酸は粉末状のもの、溶解したもの何れも使用可能である。粉末状のものを使用する場合、水と混合して、加熱して溶解することが好ましい。これらは一部が溶解しないで存在していてもよい。
【００２６】
溶解する場合、その温度と時間は材料により適宜定める事ができるが、加熱温度は４０〜８０℃が好ましく、溶解時間は１０分〜３時間が好ましい。昇温速度や冷却速度は特に限定されるものではなく、あらかじめ４０〜８０℃に予熱した材料や温水を使用して溶解することも可能である。
【００２７】
溶解時には攪拌することが好ましく、攪拌することで溶解時間を短縮することが可能である。材料の溶解タンクへの混合順序や投入速度は特に限定されるものではない。溶解タンク内での貯蔵性や製造に要する時間を調整するために、リン酸、アルカリ金属水酸化物、及び炭酸塩等を用いてｐＨ調整をすることが可能である。
【００２８】
地盤安定化材料は、粘性土に限らず、砂質土や腐食土等の土に対しても優れた効果がある。
本発明の混合や攪拌の条件は、地中に高圧噴射する前に地盤安定化用液体混和剤と水とセメントとが混合されていれば特に限定するものではなく、これらの混合方法としては、回転数１０〜１０００ｒｐｍ程度で回転するグラウトミキサーにより混合するバッチ混合方式や、管内に羽根を設置しているラインミキサーにより混合する連続混合方式等により混合や攪拌が可能である。
【００２９】
セメントは特に限定されるものではなく、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、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメント、並びに、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えば石膏等）の量を増減して調整されたものも使用可能である。
【００３０】
地盤安定化用液体混和剤の使用量は、セメント１００部に対して、１〜５０部が好ましく、３〜３０部がより好ましい。１部未満では、粘性低下の効果が小さい場合があり、５０部を超えると、強度発現性を阻害する場合がある。
【００３１】
地盤安定化材料を製造する際に用いられる水の使用量は、通常、セメント１００部に対して、３０〜５００部が好ましく、５０〜３００部がより好ましい。３０部未満では、セメントミルクと土の混合物であるスライムの流動性が小さく、５００部を超えると、強度発現性を阻害するおそれがある。土の含水比等により、適宜調整する事ができる。
【００３２】
土の状態や施工上の理由により、減水剤、特に高性能減水剤を使用することが可能である。
【００３３】
減水剤とは、セメントコンクリートの流動性を改善するために使用するものをいい、液状や粉状の何れも使用可能である。減水剤としては特に限定されるものではないが、例えば、リグニンスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系及びポリカルボン酸系等のものが使用可能である。
【００３４】
地盤安定化工法は例えば次のようなものである。地盤改良が必要な箇所を削孔する。削孔径は特に限定されるものではないが、注入ロッドが挿入できる大きさであればよい。削孔の深さは改良したい領域により変更するものであり、特に限定することはできないが、１０〜５０ｍ程度が通常である。
【００３５】
二重管や三重管構造の注入ロッドを挿入し、セメントミルクをグラウトポンプ、超高圧ポンプ、又はコンプレッサーなどを用いて圧送し、二重管又は三重管のノズルから噴射する。セメントミルクの圧送圧力は大きい方が好ましいが、二重管、三重管、又はこれらのノズルの磨耗等を考慮すると５０〜７００ｋｇ／ｃｍ２程度が通常である。セメントミルクの送液量は特に限定されるものではないが、３０〜８００リットル／分程度が好ましい。
【００３６】
このように地中で高圧注入されたセメントミルクは、土と一緒に混合攪拌され、また、注入ロッドは回転しながら一定速度で地上へ上昇するので、最終的にはセメントミルクと土とからなる円柱状の杭が地中に形成される。
【００３７】
スライムの粘度は１００〜１５０００ｍＰａｓが好ましく、５００〜１００００ｍＰａｓがより好ましい。１００ｍＰａｓ未満では、材料分離して均質な杭が形成されない場合があり、１５０００ｍＰａｓを越えると、スライムの流動性が悪く、余剰分のスライムが地上に排出できない、また、均質な杭が形成されない等の問題が起こる場合がある。
【００３８】
杭の直径は、地盤の硬さを示すＮ値等の土の条件や噴射の圧送圧力等の施工条件により変化し、特に限定されるものではないが、０．５〜２０ｍが適当である。杭の長さは３ｍ〜５０ｍ程度のものが形成可能である。
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
表１に示すリン酸塩とアルカリ金属塩化物とを水とともに表１に示す固形分になるように混合して、５０℃で３０分間攪拌して液体混和剤を調製した。
次いで、セメント１００部に対して、調製した液体混和剤を１０部混合し、さらに、水１４０部混合してセメントミルクを調製した。
このセメントミルクを、水／粉体質量比１２０％の粘土と、容積比で１：１の割合で混合してスライムを得、その粘度と圧縮強度とを測定した。結果を表１に併記する。
【００４０】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
リン酸塩ａ：リン酸二水素ナトリウム、市販品
リン酸塩ｂ：リン酸、市販品
アルカリ金属塩化物ア：塩化ナトリウム、市販品
アルカリ金属塩化物イ：塩化カリウム、市販品
粘土      ：ベントナイト粉末、市販品、密度２．３０ｇ／ｃｍ３
【００４１】
＜測定方法＞
粘度      ：得られたスライムを温度２０℃、湿度８０％、回転数２０ｒｐｍの条件下でＢ型粘度計により測定
圧縮強度  ：得られたスライムを４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠に流し込み、硬化後脱型して得た供試体を、温度２０℃で封緘養生し、材齢７日における圧縮強度を測定
【００４２】
【表１】
2007186634.tif 000002
【００４３】
表１より、アルカリ金属塩化物をリン酸塩１００部に対して、２０〜３００部使用することで高い強度値が得られることが分かる。また、混和剤は溶液化されていることが重要であり、それぞれの成分を粉末形態で使用したＮｏ１−１０は優れた粘性低減効果が得られないことが分かる。
【実施例２】
【００４４】
表２に示すリン酸塩、アルカリ金属塩化物、及び有機酸を混合し、５０℃で３０分間攪拌して液体混和剤を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４５】
＜使用材料＞
有機酸Ａ：クエン酸ナトリウム、市販品
有機酸Ｂ：コハク酸、市販品
【００４６】
【表２】
2007186634.tif 000003
【００４７】
表２より、有機酸をリン酸塩１００部に対して０．１〜１００部使用することでさらに優れた粘性低減効果が得られることが分かる。
【実施例３】
【００４８】
リン酸塩ａ１００部とアルカリ金属塩化物ア１００部とを混合し、５０℃で３０分間攪拌して固形分２０％の液体混和剤を調製した。
セメント１００部に対して、表３に示す量の調製した液体混和剤を水と混合して１５０部の溶液を調製し、これをセメントと混合してセメントミルクを調製した。
このセメントミルクを水／粉体質量比１２０％の粘土を、セメントミルクと容積比で１：１の割合で混合してスライムを得た。このスライムの粘度と圧縮強度とを測定した。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
2007186634.tif 000004
【００５０】
表３より、地盤安定化用液体混和剤をセメント１００部に対して１〜５０部使用することで、優れた粘性低減効果が得られることが分かる。但し、５０部では強度値が低くなるために、より好ましい使用範囲は３〜３０部となる。