(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグと硫酸塩と水の混合物に、50〜500MPaの高圧を加え、この混合物を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粉砕機により湿式粉砕し、注入材を作製してなることを特徴とする注入材の作製方法。
【請求項２】
硫酸塩がアルカリ土類金属硫酸塩であることを特徴とする請求項１記載の注入材の作製方法。
【請求項３】
さらに、分散剤を含有してなる請求項１又は２記載の注入材の作製方法。
【請求項４】
分散剤がポリアクリル酸塩であることを特徴とする請求項３のうちの一項記載の注入材の作製方法。
【請求項５】
さらに、遅延剤を含有してなる請求項１〜４のうちの一項記載の注入材の作製方法。
【請求項６】
遅延剤が有機酸類であることを特徴とする請求項５記載の注入材の作製方法。
【請求項７】
湿式粉砕と同時に、請求項１〜６のうちの一項記載の作製方法により作製した注入材を注入することを特徴と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、特殊シリカ系、及び高分子系の薬液系注入材と、セメント系などの非薬液系注入材（懸濁型注入材）の二つに大きく分けることが可能である。
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や、高炉スラグを乾式粉砕した超微粒子スラグ系注入材等がある。
しかしながら、乾式粉砕した注入材は、最大粒子径を10μｍ以下にすることは困難であり、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るという課題があった。
また、製造コストも高くなるという課題もあった。
そして、地盤に注入する場合、乾式粉砕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るという課題もあった。
【０００３】
本発明者は、特定の注入材を使用することにより、前記課題を解消することができ、10μｍ以下の亀裂幅を有するコンクリート硬化物への注入や、粒子径75μｍ以下の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、スラグと硫酸塩と水の混合物に、50〜500MPaの高圧を加え、この混合物を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粉砕機により湿式粉砕し、注入材を作製してなることを特徴とする注入材の作製方法であり、硫酸塩がアルカリ土類金属硫酸塩であることを特徴とする該注入材の作製方法であり、さらに、分散剤を含有して該注入材の作製方法であり、分散剤がポリアクリル酸塩であることを特徴とする該注入材の作製方法であり、さらに、遅延剤を含有してなる該注入材の作製方法であり、遅延剤が有機酸類であることを特徴とする該注入材の作製方法であり、湿式粉砕と同時に、該作製方法により作製した注入材を注入することを特徴とする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】
本発明の注入材（以下、本注入材という）は、スラグと硫酸塩からなるものであり、さらに、分散剤や遅延剤を含有するもので、注入性を向上させるために、各成分を湿式粉砕したものである。
【０００７】
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。
【０００８】
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、三井鉱山(株)製アトライターやアイメックス(株)製サンドグラインダーなどがあり、流通管型ミルとしては、ウイリー・アー・バッコーフェンＡＧ製ダイノーミル、コトブキ技研工業(株)製スーパーアペックスミル、及びアイメックス(株)製ウルトラビスコミルなどがあり、環状ミルとしては、三菱重工業(株)製ダイヤモンドファインミルやドライスヴェルケＧｍｂＨ製パールミルなどがある。
【０００９】
ボールミルとは、通常、円筒状容器のミル内にメディアとしてボールを入れ、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、ホソカワミクロン(株)製アクアマイザーや(株)栗本鐵工所製ハイジーなどがある。
【００１０】
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るものではないが、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未満では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るものではないが、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。
【００１１】
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、(株)スギノマシン製アルティマイザーシステムなどがある。
【００１２】
本発明で使用するスラグとは、高炉から副生する高炉スラグ、転炉や電炉等の製鋼炉から副生する製鋼スラグ、及び汚泥等を焼成あるいは溶融して得られる特殊スラグなどが挙げられるが、強度発現性の面から、高炉スラグが好ましく、非晶質の高炉スラグがより好ましい。
湿式粉砕前のスラグの平均粒子径は、10μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下が最も好ましい。10μｍを超えると湿式粉砕しても粗い粒子が残る場合がある。
【００１３】
本発明で使用する硫酸塩は、初期強度発現性を向上させるために併用するものであり、具体的には、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、及び硫酸カリウムなどのアルカリ金属硫酸塩、硫酸カルシウムや硫酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属硫酸塩、並びに、硫酸アルミニウムや硫酸鉄等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、本注入材の初期強度発現性が高いことや、湿式粉砕時の粘性の上昇が少ないことからアルカリ土類金属硫酸塩が好ましく、特に、硫酸カルシウムが好ましく、硫酸カルシウム二水和物がより好ましい。
硫酸塩の使用量は、スラグ100部に対して、0.5〜10部が好ましく、１〜５部がより好ましい。0.5部未満では本注入材の初期強度発現性が小さくなる場合があり、10部を超えると湿式粉砕時に注入材が増粘し、注入性が悪くなる場合がある。
【００１４】
本発明では、注入性を向上するために、分散剤を併用することが好ましい。
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、注入性や強度発現性の面から、ポリカルボン酸塩又はポリアクリル酸塩がより好ましく、ポリアクリル酸塩が最も好ましい。
分散剤の使用量は、スラグ100部に対して、固形分換算で0.01〜10部が好ましく、0.1〜５部がより好ましい。0.01部未満では注入性が低下する場合があり、10部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本注入材には、湿式粉砕時の粘性の上昇を防止し、注入性を向上させるため、遅延剤を併用することが好ましい。
遅延剤としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、及びグルコン酸又はこれらのナトリウム塩やカリウム塩等の有機酸類が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、湿式粉砕時の粘性の上昇が少ないことや、強度発現性の面からクエン酸、酒石酸、又はグルコン酸が好ましく、クエン酸や酒石酸又はその塩がより好ましく、クエン酸又はその塩が最も好ましい。遅延剤の使用量は、スラグ100部に対して、0.1〜１部が好ましく、0.2〜0.5部がより好ましい。0.1部未満では湿式粉砕時に粘性が上昇し、注入性が低下する場合があり、１部を超えると遅延効果が大きくなりすぎ、初期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１６】
本発明において、スラグ、硫酸塩、及び水を、さらに、必要に応じて分散剤及び／又は遅延剤を混合し、湿式粉砕して本注入材を製造する。
【００１７】
水の使用量は、スラグ100部に対して、30〜1,000部が好ましく、100〜300部がより好ましい。30部未満では注入性が低下する場合があり、1,000部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１８】
硫酸塩は、種類によってはスラグと混合すると直ちに水和する恐れがあるため、スラグ又はスラグと分散剤からなる懸濁液と、硫酸塩又は硫酸塩と遅延剤からなる水溶液あるいは懸濁液とを別々に調製し、施工時に合流する、いわゆる２ショットで注入することが好ましい。
なお、分散剤や遅延剤は湿式粉砕したスラグや硫酸塩に混合することも可能である。
【００１９】
本注入材を使用する場合、注入材製造工場内で湿式粉砕して施工場所まで運搬して注入しても良いが、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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の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。
【００２２】
【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。
【００２３】
実験例１
スラグ100部、表１に示す硫酸塩、及び水200部を混合し、(株)スギノマシン製湿式粉砕機、アルティマイザーシステム、吐出圧力100MPaを用いて、湿式粉砕して本注入材を作製し、その粘度、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。
【００２４】
＜使用材料＞
スラグ    ：高炉スラグ、平均粒子径２μｍ粉砕品
硫酸塩ア：硫酸カルシウム二水和物、市販品
硫酸塩イ：硫酸カルシウム無水和物、市販品
硫酸塩ウ：硫酸カリウム、市販品
【００２５】
＜試験方法＞
粘度      ：本注入材をカップに入れ、Ｂ型粘度計により測定
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に入れ、その上から本注入材を静かに入れたときの本注入材の浸透長さ
硬化時間  ：本注入材をカップに入れ、傾倒しても流れなくなるまでの時間
圧縮強度  ：本注入材を４×４×16cmの型枠に採取し、JIS R 5201に準じて材齢１日と28日測定
【００２６】
【表１】
0004115678.tif 000002
【００２７】
実験例２
スラグ100部、硫酸塩ア３部、表２に示す分散剤、及び水200部を混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
分散剤ａ  ：ポリアクリル酸塩、市販品
分散剤ｂ  ：ポリカルボン酸塩、市販品
分散剤ｃ  ：ナフタレンスルホン酸塩、市販品
【００２９】
【表２】
0004115678.tif 000003
【００３０】
実験例２
スラグ100部、硫酸塩ア３部、表３に示す分散剤と遅延剤、及び水200部を混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３１】
＜使用材料＞
遅延剤Ａ  ：クエン酸、市販品
遅延剤Ｂ  ：酒石酸、市販品
遅延剤Ｃ  ：グルコン酸ナトリウム、市販品
【００３２】
【表３】
0004115678.tif 000004
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、スラグと硫酸塩を併用することにより、さらに、必要に応じて分散剤や遅延剤を併用することにより、湿式粉砕後の粘性が上昇せず、注入性に優れ、かつ、初期強度と長期強度に優れるなどの効果を奏する。