(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造粒したシリカフュームと、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄とを含有してなり、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄が、造粒したシリカフューム100部に対して、0.1〜50部である注入材料。
【請求項２】
さらに、アルカリ塩を含有してなる請求項１に記載の注入材料。
【請求項３】
アルカリ塩が、アルカリ金属炭酸塩である請求項２に記載の注入材料。
【請求項４】
アルカリ塩が、造粒したシリカフューム100部に対して、0.1〜20部である請求項２又は請求項３に記載の注入材料。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の注入材料と水とを混合してなる注入材。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の注入材料と水とを混合して、湿式粉砕してなる注入材。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の注入材料と水とを混合して、湿式粉砕と同時に注入する注入材の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用する注入材料、注入材、及びそれを用いた施工方法に関する。
なお、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。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
現在、注入材は、水ガラス系注入材、特殊シリカ系注入材、及び高分子系の薬液系注入材と、セメントなどの非薬液系注入材（懸濁型注入材）の２つに大きく分けられる。
そして、懸濁型注入材としては、セメントを乾式粉砕した超微粒子セメント注入材料や、高炉スラグを乾式粉砕した超微粒子スラグ注入材料を使用した注入材がある。
しかしながら、乾式粉砕した注入材料を使用した注入材は、最大粒子径を10μｍ以下にすることは困難であり、また、製造コストも湿式粉砕に比べて高くなるという課題があった。
そして、乾式粉砕した注入材料を使用した注入材は、コンクリートの亀裂に注入する場合、最大粒子径が10μｍでは数十μｍ以下の亀裂には注入することは困難であった。
また、地盤に注入する場合、乾式粉砕した注入材料を使用した注入材は、最大粒子径が大きいため、粒子径75μｍ以下のシルト層や粘土層等への浸透注入は困難であった。
【０００３】
本発明者は、特定の注入材を使用することにより、10μｍ以下の亀裂幅を有すコンクリートへの注入や、シルト層や粘土層等への浸透注入が可能であるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、造粒したシリカフュームと、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄とを含有してなり、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄が、造粒したシリカフューム100部に対して、0.1〜50部である注入材料であり、さらに、アルカリ塩を含有してなる該注入材料であり、アルカリ塩が、アルカリ金属炭酸塩である該注入材料であり、アルカリ塩が、造粒したシリカフューム100部に対して、0.1〜20部である該注入材料であり、該注入材料と水とを混合してなる注入材であり、該注入材料と水とを混合して、湿式粉砕してなる該注入材であり、該注入材料と水とを混合して、湿式粉砕と同時に注入する該注入材の施工方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明で使用する造粒したシリカフューム（以下、ＳＦ粒という）とは、シリコン、含シリコン合金、及びジルコニアなどを製造する際に副生するシリカ質を主成分とする、平均粒子径0.1μｍ程度の球状粒子を造粒したものである。
ＳＦ粒の平均粒子径は５μｍ〜５mmが好ましく、10μｍ〜１mmがより好ましい。５μｍ未満では水への分散性が悪くなる場合があり、５mmを超えるとＳＦ粒を水と混合、あるいは、湿式粉砕しても、粗い粒子が残り、注入性が悪くなる場合がある。
造粒する方法としては、転動造粒法や流動層造粒法等を用いることが可能である。
例えば、転動造粒装置の皿の回転速度を50rpm、シリカフュームの供給速度を３kg/minとし、含水量が３％となるように水をスプレーすることにより造粒物を製造することができる。
【０００７】
なお、シリカフュームの分散性を向上させるために、スプレーする水に、あらかじめ分散剤を併用することが好ましい。
使用する分散剤としては、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩、及びポリアクリル酸塩等が好ましく、これらのうち強度発現性の面からポリアクリル酸塩がより好ましい。
分散剤の使用量は、ＳＦ粒100部に対して、固形分換算で、0.1〜30部が好ましく、１〜10部がより好ましい。0.1部未満では注入性が悪くなる場合があり、30部を超えて添加すると硬化時間が長くなる場合がある。
【０００８】
本発明では、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄を使用する。
硫酸アルミニウム又は硫酸鉄（以下、硫酸塩という）は、強度発現性の面から使用するもので、硫酸アルミニウムが好ましい。
硫酸塩の使用量は、ＳＦ粒100部に対して、0.1〜50部が好ましく、１〜10部がより好ましい。0.1部未満だと注入材の注入性が悪くなる場合があり、50部を超えて添加すると硬化時間が長くなる場合がある。
【０００９】
本発明で使用するアルカリ塩とは、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムなどの炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化カルシウムなどの水酸化物、塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの塩化物、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸カルシウムなどのアルミン酸塩、並びに、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウムなどのケイ酸塩等が挙げられ、これら中の一種又は二種以上を併用してもよい。これらの中では、注入材を使用した硬化体の初期の強度が高いことから炭酸塩の使用が好ましい。
アルカリ塩の使用量は、ＳＦ粒100部に対して、0.1〜20部が好ましく、１〜５部がより好ましい。0.1部未満だと注入材を使用した硬化体の初期強度が小さくなる場合があり、20部を超えて添加すると注入性が悪くなる場合がある。
【００１０】
本発明では、以上のＳＦ粒を単独、ＳＦ粒と硫酸塩、あるいは、ＳＦ粒、硫酸塩、及びアルカリ塩を水と混合して注入材を製造する。
水とＳＦ粒の混合割合は、ＳＦ粒100部に対して、水40〜1,000部が好ましく、100〜300部がより好ましい。40部未満では注入性が悪くなる場合があり、1,000部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１１】
アルカリ塩は、ＳＦ粒と直ちに水和する恐れがあるため、ＳＦ粒単独スラリー、あるいは、ＳＦ粒と硫酸塩からなるスラリーとは別の水溶液あるいは懸濁液とし、施工時に合流させるいわゆる２ショットで注入することがより好ましい。
【００１２】
本発明の注入材（以下、本注入材という）は、さらに注入性を向上させるために、湿式粉砕することが好ましい。
湿式粉砕する装置としては、攪拌ミル、ボールミル、及び高圧水を使用した粉砕機等が好ましく、粉砕速度の面から高圧水を使用した粉砕機を使用することがより好ましい。
攪拌ミルとは、容器内にボールなどのメディアを入れ、このメディアに、挿入した攪拌機構によって力を伝達して粉砕を行う粉砕機であって、攪拌槽型ミル、流通管型ミル、環状ミル、及び塔式ミルなどに分類される。
攪拌ミルの中で、攪拌槽型ミルとしてはアトライター（三井鉱山(株)製）やサンドグラインダー（アイメックス(株)製）等があり、流通管型ミルとしてはダイノーミル（ウイリー・アー・バッコーフェンＡＧ製）、スーパーアペックスミル（コトブキ技研工業(株)製）、及びウルトラビスコミル（アイメックス(株)製）等があり、環状ミルとしてはダイヤモンドファインミル（三菱重工業(株)）やパールミル（ドライスヴェルケＧｍｂＨ製）等がある。
ボールミルとは、通常、円筒状容器のミル内にメディアを入れ、ミルを運動させることによって粉砕を行う粉砕機であって、転動ミル、振動ボールミル、及び遊星ミルなどがある。
このようなボールミルとしては、アクアマイザー（ホソカワミクロン(株)製）やハイジー（(株)栗本鐵工所製）等がある。
高圧水を使用した粉砕機とは、懸濁液に50〜500MPaの高圧を加え、この懸濁液を２流路に分岐させ、再度合流する部分で対向衝突させて粉砕するものである。このような粉砕機としては、アルティマイザーシステム（(株)スギノマシン製）がある。
攪拌ミル又はボールミルを利用して本注入材を湿式粉砕する場合、使用するメディアは特に限定されないが、その平均粒子径は、0.001〜1.0mmが好ましく、0.01〜0.5mmがより好ましい。0.001mm未満だと本注入材とメディアの分離が困難な場合があり、1.0mmを超えると粉砕効率が劣る場合がある。
また、メディアの容器内の充填量は特に限定されないが、充填量は容器の容積の50〜95容積％が好ましく、70〜90容積％がより好ましい。この範囲外では粉砕効率が低下する場合がある。
【００１３】
本注入材を湿式粉砕して使用する場合、注入材製造工場内で粉砕して施工場所まで運搬して注入しても良いが、本注入材の安定性の面から施工場所に湿式粉砕機を設置し、湿式粉砕と同時に注入することが好ましい。
【００１４】
さらに、本注入材には、ベントナイト、アロフェン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びポリビニルアルコールなどの材料分離抵抗材、ゼラチン、カゼイン、及び金属アルミニウムなどの気泡剤、並びに、パラフィンやシリコーンなどの消泡剤等を併用することも可能である。
【００１５】
本注入材は、単管ロッド工法、単管ストレーナ工法、二重管単相工法、二重管複相工法、及び二重管ダブルパッカー工法等、現在使用されている注入工法に使用することが可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実験例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
実験例１
ＳＦ粒100部と、表１に示す硫酸塩、アルカリ塩、及び水200部を混合し、本注入材を作製した。
作製した本注入材の注入性、硬化時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００１８】
＜使用材料＞
ＳＦ粒Ａ  ：市販品、ポリアクリル酸塩系分散剤含有
ＳＦ粒Ｂ  ：市販品、ナフタレンスルホン酸塩系分散剤含有
硫酸塩ａ  ：硫酸アルミニウム18水塩、可溶性、市販品
硫酸塩ｂ  ：硫酸アルミニウム水溶液、Al2O3換算８％、市販品
硫酸塩ｃ  ：硫酸鉄７水塩、可溶性、市販品
硫酸塩ｄ  ：無水硫酸カルシウム、市販品、平均粒子径0.4μｍ
アルカリ塩ア：炭酸ナトリウム、市販品
アルカリ塩イ：水酸化カルシウム、市販品
アルカリ塩ウ：ケイ酸ナトリウム、市販品
【００１９】
＜試験方法＞
注入性    ：７号ケイ砂を、JSCE F 522に準じたポリエチレン袋に高さ30cmになるように入れ、その上から本注入材を静かに入れ、本注入材の浸透長さを注入性(cm)とする。
硬化時間  ：本注入材をカップに入れ、傾倒しても本注入材が流れなくなるまでの時間
圧縮強度  ：本注入材を４×４×16cm型枠に採取し、JIS R 5201に準じて測定。測定材齢は、１日、28日
【００２０】
【表１】
0004115672.tif 000002
【００２１】
実験例２
ＳＦ粒と硫酸塩をスギノマシン社製湿式粉砕機、アルティマイザーシステム、吐出圧力100MPaを用いて湿式粉砕したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
0004115672.tif 000003
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の注入材を使用することにより、注入性に優れる、硬化時間が短い、初期強度が優れる、及び長期強度が優れるなどの効果を奏する。