(57)【要約】【課題】地盤への浸透性を確保するとともに、地盤の強度を高める地盤注入材を提供する。【解決手段】高炉スラグ微粉末または石炭灰を含む地盤注入材に強度促進材である硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムを混合する。混合する硫酸ナトリウムなどの量は、地盤注入材の組成中１〜２０重量％である。そして、ラボミキサーにて高炉スラグ微粉末およびアルカリ塩に混練水を攪拌混合することにより地盤注入材を調製し、地盤にこれを注入する。これにより、地盤への浸透性を確保するとともに、地盤の強度を高めることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ微粉末または石炭灰とアルカリ塩とを含む地盤注入材であって、
この地盤注入材には、上記アルカリ塩が１〜２０重量％含まれる地盤注入材。
【請求項２】
上記アルカリ塩は、硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムである請求項１に記載の地盤注入材。
【請求項３】
上記地盤注入材には、１０重量％以下の微粉セメントが含まれる請求項１または請求項２に記載の地盤注入材。
【請求項４】
上記高炉スラグ微粉末の比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ以上、上記石炭灰の比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の地盤注入材。
【請求項５】
上記微粉セメントの比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項３に記載の地盤注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は地盤注入材、詳しくは軟弱地盤の強度確保、止水などのための地盤改良工事で使用される地盤注入材の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントミルクを地盤注入材として使用する工事としては、トンネル等の建設の際、周囲の軟弱地盤の強度確保および止水のために行われる地盤改良工事がある。このような地盤改良工事において、地盤が緻密で透水係数が小さい場合は、セメント粒子の小さい超微粒子セメント（比表面積９０００ｃｍ２／ｇ以上）が使用されている。
【０００３】
この種の工事に使用される地盤注入材としては、例えば、特許文献１に記載の地盤改良用注入材がある。この特許文献１には、超微粒子セメントに高炉スラグ微粉末および石膏微粉末が含まれた地盤改良用注入材が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３６０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように超微粒子セメントとして、普通ポルトランドセメント等のセメントを微粉化した微粉セメントに高炉スラグ微粉末を混合した地盤注入材が使用されていた。この場合、地盤の強度を確保するために、微粉セメントを多く含んだセメントが使用されていた。
しかしながら、火山灰や溶岩を含む地盤では、地盤自体が軟弱なため、この地盤注入材を注入しても十分な強度を得られない場合がある。また、地盤注入材が微粉セメントを多く含むと、このセメントが凝集するなどして地盤への注入性能が低下する欠点があった。
【０００６】
そこで、本願発明者は鋭意努力の結果、高炉スラグ微粉末または石炭灰に亜硫酸ナトリウムを混合すれば、地盤への浸透性を低下することなく、高い地盤強度を確保することができる地盤注入材が得られることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、地盤への浸透性が低下することなく、高い地盤強度を確保することができる地盤改良用の地盤注入材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、高炉スラグ微粉末または石炭灰とアルカリ塩とを含む地盤注入材であって、この地盤注入材には、上記アルカリ塩が１〜２０重量％含まれる地盤注入材である。
高炉スラグ微粉末は、溶鉱炉より排出される高温のスラグ（高炉滓）を急冷したものであり、アルカリ性物質などの刺激剤により硬化する性質を有している。高炉スラグを粉砕装置と分級装置とにより粉砕・分級することで、最大粒径１５μｍ以下の高炉スラグ微粉末が製造される。
また、石炭灰としては、微粉炭灰または流動床ボイラー灰等を用いることができる。特に、流動床ボイラー灰（飛灰）であれば、含有するＣａＯ、ＣａＳＯ４により、より一層効果的に固化処理を行うことができるとともに、未燃カーボンにより悪臭物質を吸着して、一層効果的に脱臭することができる。なお、この石炭灰は、産業廃棄物として火力発電所などで大量に発生するものであり、安価に入手することができる。
地盤注入材中の高炉スラグ微粉末および石炭灰の量は限定されない。
上記高炉スラグ微粉末および石炭灰に含まれるアルカリ塩は、例えば、硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムである。
【０００９】
請求項１に記載の発明にあっては、高炉スラグ微粉末または石炭灰を含む地盤注入材に強度促進材であるアルカリ塩を混合する。アルカリ塩は、例えば、硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムを使用する。混合するアルカリ塩の量は、地盤注入材の組成中１〜２０重量％である。混合するアルカリ塩が１重量％未満であると、地盤の強度が確保できないという不都合が生じる。また、２０重量％を越えると、透水係数が小さい地盤に対して浸透性が低下するという不都合が生じる。この後、例えばラボミキサーを用いて高炉スラグ微粉末およびアルカリ塩に混練水を攪拌混合することによりセメントミルクを調製し、地盤にこれを注入する。これにより、地盤への地盤注入材の浸透性を確保して、地盤の強度を高めることができる。アルカリ塩を混合すると地盤注入材の強度が増す理由は、以下の通りである。すなわち、高炉スラグ微粉末自体には水硬性はないが、アルカリまたは硫酸塩などの刺激作用によって、スラグが持つ潜在水硬性により水硬性を発揮して地盤の強度が増す。また、石炭灰とアルカリ塩の存在で強度が増す理由は以下の通りである。すなわち、石炭灰はシリカやアルミニウム、カルシウムといった酸化物などの化合物のため、それ自体に水硬性はあるが、アルカリ塩の存在によってさらに強い水硬性を発揮するためである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記アルカリ塩は、硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムである請求項１に記載の地盤注入材である。
【００１１】
請求項２に記載の発明にあっては、上記アルカリ塩は硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムである。上記硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムを使用した地盤注入材を地盤に注入すると、地盤の強度が確保できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記地盤注入材には、１０重量％以下の微粉セメントが含まれる請求項１または請求項２に記載の地盤注入材である。
【００１３】
請求項３に記載の発明にあっては、微粉セメントとしては、例えば早強ポルトランドセメントを比表面積７０００ｃｍ２／ｇ以上に微粉化したものである。この微粉セメントを高炉スラグ微粉末、石炭灰、アルカリ塩に含ませると、地盤強度が高まるという効果が得られる。しかしながら、上記混合物に含まれる微粉セメントの量が１０重量％を越えると、地盤への浸透性が低下するという問題が生じる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記高炉スラグ微粉末の比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ以上、上記石炭灰の比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の地盤注入材である。
【００１５】
請求項４に記載の発明にあっては、高炉スラグ微粉末はその比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ以上であり、石炭灰はその比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ以上である。高炉スラグ微粉末の比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ未満、または上記石炭灰の比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメント粒子の粗大化により地盤への浸透性が低下する。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、上記微粉セメントの比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項３に記載の地盤注入材である。
【００１７】
請求項５に記載の発明にあっては、上記微粉セメントの比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメント粒子の粗大化により地盤への浸透性が低下する問題が生じる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、高炉スラグ微粉末または石炭灰を含む地盤注入材に強度促進材である硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムを混合する。混合する硫酸ナトリウムなどのアルカリ塩の量は、地盤注入材の組成中１〜２０重量％である。そして、ラボミキサーにて高炉スラグ微粉末およびアルカリ塩に混練水を攪拌混合することにより地盤注入材を調製し、地盤にこれを注入する。これにより、地盤への浸透性を確保するとともに、地盤の強度を高めることができる。
【実施例１】
【００１９】
以下、この発明の一実施例を説明する。
本実施例では、地盤注入材の地盤の強度または浸透性の試験結果について説明する。まず、高炉スラグ微粉末または石炭灰を準備する。そして、これに強度促進材としてアルカリ塩を混合する。この後、この混合したものに水を加えてセメントミルクとする。セメントミルクの水セメント比（Ｗ／Ｃ）は３００％とする。
次いで、このセメントに対する分散剤を混練水に予め溶解させる。分散剤としては、例えば、市販されているリグニン系スルホン酸塩、多環アロマ系スルホン酸塩、メラミン系スルホン酸塩、ポリオキシエチレンエーテルなどの高性能分散剤を採用することができる。その添加量は、例えば液状の分散剤である花王株式会社製の商品名マイテイ１５０（ナフタレンスルホン酸塩）の場合、上記高炉スラグ微粉末に対して１重量％である。ただし、この数値は、市販されている分散剤の種類によっても変化する。そのため、添加量は使用する分散剤に応じて決定される。
この後、ラボミキサーなどを用いて、セメントと混練水とを攪拌混合して調製して地盤注入材を完成させる。
なお、上記地盤注入材には、強度を確保するため、比表面積９０００ｃｍ２／ｇに微粉化したポルトランドセメント（微粉セメント）を含ませてもよい。含有する量は１０重量％以下である。
【００２０】
そして、上記調製方法により微粉セメント、高炉スラグ微粉末、硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムの混合比を変えたセメントミルクをいくつか準備し、地盤への浸透性および注入後の地盤強度を確認する実験を行った。
具体的には、直径５ｃｍ、高さ１５ｃｍの容器に満たした砂層の上部から各セメントミルクをそれぞれ注入し、砂層を通過する時間を測定した。また、セメントミルクが通過せず、途中で閉塞した場合には、その途中まで浸透したセメントミルクの深さを測定した。その結果を表１に示す。
具体的な供試材料を以下に示す。
１）分散剤：高性能減水剤  マイテイ１５０
２）アルカリ塩：硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム
３）微粉セメント：ポルトランドセメントを比表面積９０００ｃｍ２／ｇに微粉化したもの
４）供試ミキサー：可変速ミキサー
５）高炉スラグ微粉末：比表面積１００００ｃｍ２／ｇに微粉化した高炉スラグ
６）浸透性試験用砂：豊浦砂
７）強度試験用土：ローム
【表１】
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表１の結果より、高炉スラグ微粉末にアルカリ塩（硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム）を添加すると、ほとんどの場合において砂層を通過し浸透した。すなわち、地盤への所定の浸透性を有する地盤注入材であることが確認された。一方、微粉セメントを多く含む場合（ａ−１、ａ−２品）には、砂層を通過せず閉塞する場合がみられた。
【００２１】
次に、地盤注入材の強度性を確認する試験結果について説明する。Φ５０×１００ｍｍの型枠にセメントミルクを投入し、この後、ロームを突き固めながら少量ずつ充填し、強度試験体を作製する。そして、作製した強度試験体の圧縮強度を測定した。使用するセメントミルクのＷ／Ｃは１００％で、分散剤をセメントの重量の１％を混練水に予め溶解させてラボミキサーにてセメントと混練水とを攪拌混合して調製した。その結果を表２に示す。
【表２】
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この結果によれば、アルカリ塩を混合すれば（番号ｂ−１〜ｂ−４品、番号ｃ−１〜ｃ−２品）、混合しない場合に比べて（番号ａ−４、ａ−５品）、地盤注入後の地盤注入材の圧縮強度が増すことが判明した。