(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ微粉末と、石膏微粉末を含むセメント微粉末とを混合して得られる地盤改良用注入材であって、
前記地盤改良用注入材の組成中、高炉スラグ微粉末の含有量が８６〜９８重量％、セメント微粉末の含有量が２〜１４重量％、前記セメント微粉末中の石膏微粉末の含有量が三酸化硫黄換算で１．０〜７．５重量％であり、
これらの高炉スラグ微粉末、セメント微粉末および石膏微粉末は、それぞれの最大粒径が１５μｍ以下、それぞれのメジアンが２．０〜３．５μｍである地盤改良用注入材。
【請求項２】
前記高炉スラグ微粉末、前記石膏微粉末を含むセメント微粉末が、それぞれ分離粉砕されている請求項１に記載の地盤改良用注入材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良用注入材、詳しくは凝集物の発生を抑制して、地盤への浸透性を高めた地盤改良用注入材に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば、ダム建設では建設地の地盤が悪い場合が多い。その際には地盤改良用注入材（以下、グラウト材）による止水工事が行われる。従来のグラウト材としては、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、コロイドセメント、超微粒子セメントなどがある。その中でも、超微粒子セメント系のグラウト材が、最も浸透性がよい。しかしながら、この超微粒子セメント系のグラウト材でも充分な止水効果が得られない場合が多かった。
【０００３】
そこで、原因を探究したところ、上記微粒子を主体としたグラウト材では、製造の過程で超微粒子が凝集し、粗大粒子を発生させていたことが判明した。この事実に基づき、本願出願人は、特開平９−３２４１７７号公報において、超微粒子セメントを主体とした超微粉末と分散剤とからなる混練物を超音波処理した超微粒子セメント系グラウト材を製造する方法、所定のｐＨ値に調整した水とカオリンと分散剤からなる混練物を同じく超音波処理により粒子を分散させたカオリン系グラウト材を製造する方法、さらには上記製造方法で製造した超微粒子セメント系グラウト材とカオリン系グラウト材とを混合するグラウト材の製造法を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−３２４１７７号公報の製造方法のグラウト材によれば、いずれも砂・粘土層地盤に対しては良好な浸透性を示すが、それよりさらに透水係数が小さなれき・粘土層地盤では目標とする止水効果が得られなかった。
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、地盤改良用注入材の組成中の高炉スラグ微粉末の含有量と、石膏微粉末を含むセメント微粉末の含有量とをそれぞれ調整し、各微粉末の最大粒径を１５μｍ以下、各微粉末のメジアン（中央値）を２．０〜３．５μｍとすれば、これらの微粉末の凝集を抑え、高い浸透性を有するグラウト材が得られることを知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、凝集物の発生を抑制し、地盤への浸透性を高めることができる地盤改良用注入材を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、高炉スラグ微粉末と、石膏微粉末を含むセメント微粉末とを混合して得られる地盤改良用注入材であって、前記地盤改良用注入材の組成中、高炉スラグ微粉末の含有量が８６〜９８重量％、セメント微粉末の含有量が２〜１４重量％、前記セメント微粉末中の石膏微粉末の含有量が三酸化硫黄換算で１．０〜７．５重量％であり、これらの高炉スラグ微粉末、セメント微粉末および石膏微粉末は、それぞれの最大粒径が１５μｍ以下、それぞれのメジアンが２．０〜３．５μｍである地盤改良用注入材である。
【０００７】
この発明に使用する高炉スラグ微粉末は、例えば刺激材の存在により水硬性を有する急冷高炉スラグ微粉末である。これは、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材により硬化する性質を有している。この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。使用する粉砕装置としては、例えばボールミル、ローラミル、インパクトミルなどが挙げられる。
高炉スラグ微粉末の最大粒径が１５μｍを超えると、例えばれき・粘土層地盤などの透水係数が小さい地盤に対しての浸透性が低下する。この最大粒径は１５μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１２μｍ以下である。粒度は、シーラス（株）製レーザ粒度分析装置ＨＲ８５０型により測定した値である。
【０００８】
高炉スラグ微粉末のメジアンは２．０〜３．５μｍ、好ましくは２．０〜３．０μｍである。２．０μｍ未満では粒子が細かすぎて凝集を起こしやすい。また、３．５μｍを超えると粒子が粗大になり、地盤に対しての浸透性が低下する。
地盤改良用注入材を１００重量％としたときの高炉スラグ微粉末の含有量は８６〜９８重量％、好ましくは９０〜９８重量％である。８６重量％未満ではセメントが多すぎて凝集しやすい。また、９８重量％を超えるとセメントが少なすぎて均一に混ざりにくい。さらに強度の発現性も低下する。
【０００９】
この発明に使用するセメント微粉末としては、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメントのほか、そのクリンカーや高炉セメントなどの混合セメントなどが挙げられる。使用するセメント微粉末は、ポルトランドセメントを分級し、石膏量を調整したもので、ＳＯ3値はＪＩＳ規格から外れる。
セメント微粉末の好ましい含有量は２〜９重量％である。２重量％未満では初期の強度発現性が著しく低下する。また、１４重量％を超えるとセメント微粉末が凝集して地盤への浸透性が低下する。
石膏微粉末を含むセメント微粉末の最大粒径は１５μｍ以下で、好ましくは１２μｍ以下である。セメント微粉末の最大粒径が１５μｍを超えると、例えばれき・粘土層地盤などの透水係数が小さい地盤に対して浸透性が低下する。
セメント微粉末のメジアンは２．０〜３．５μｍ、好ましくは２．０〜３．０μｍである。２．０μｍ未満では粒子が細かすぎて再凝集しやすく、かさ密度も増えるので輸送コストが高騰する。また、３．５μｍを超えると、粒子の粗大化により地盤への浸透性が低下する。
【００１０】
この発明に使用するセメント微粉末中の石膏微粉末としては、例えば二水石膏、半水石膏、無水石膏を採用することができる。
石膏微粉末の好ましい含有量は、セメント微粉末に対して三酸化硫黄（ＳＯ3 ）換算で１．０〜７．５重量％、好ましくは２〜７重量％である。１．０重量％未満では強度の発現性が悪く、収縮も大きくなる。また、７．５重量％を超えるとエトリンガイトを多く生成しすぎるので、将来的な耐久性が弱くなるおそれがある。
石膏微粉末のメジアンは２．０〜３．５μｍ、好ましくは２．０〜３．０μｍである。２．０μｍ未満では再凝集しやすい。また、３．５μｍを超えると粒子の粗大化により地盤への浸透性が低下する。
【００１１】
これらの高炉スラグ微粉末、セメント微粉末および石膏微粉末の混練時には、分散剤を添加してもよい。分散剤の種類は限定されない。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。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およびセメント微粉末に対して０．５〜４％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、使用する分散剤に応じて決定される。
また、マイティ１００（マイティ１５０の粉末タイプ）のような微粉末タイプの分散剤を使用すれば、高炉スラグ微粉末とセメント微粉末の混合物にあらかじめプレミックスすることができ、しかもその添加量は液状のマイティ１５０の場合の約半分となる。
また、高炉スラグ微粉末、石膏微粉末を含むセメント微粉末は、それぞれ個別に粉砕（分離粉砕）してもよい。さらに、混練物中の粒子を超音波処理してより細かく分散させてもよい。すなわち、例えば分散剤だけでは完全に分散できない場合には、超音波処理を施し、混練物中の粒子を再分散させ、グラウト材の性能を向上させてもよい。
グラウト材では、水／粉体比がその性能に大きく影響をおよぼす。例えば、この水／粉体比は２〜２０、好ましくは３〜１６とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記高炉スラグ微粉末、前記石膏微粉末を含むセメント微粉末が、それぞれ分離粉砕されている請求項１に記載の地盤改良用注入材である。
これらの高炉スラグ微粉末、石膏微粉末を含むセメント微粉末はそれぞれ個別に粉砕され、その後、混合される。
【００１３】
【発明の実施の態様】
以下、この発明の実施例を詳細に説明する。ただし、この実施例に限定されるものではない。
図１は、この発明の一実施例に係る地盤改良用注入材の浸透試験の結果を示すグラフである。図２は、この発明の一実施例に係る経過時間と曲げ強度との関係を示すグラフである（ＪＩＳモルタル）。図３は、この発明の一実施例に係る経過時間と圧縮強度を示すグラフである（ＪＩＳモルタル）。
工場に入荷した高炉水砕スラグ、市販の早強ポルトランドセメントを粉砕装置によりそれぞれ分離粉砕し、その後、分級機によってそれぞれ分級することで、表１に示す水準の高炉スラグ微粉末、石膏微粉末を含んだセメント微粉末を製造する。
これらの微粉末の粒度分布は、シーラス（株）製レーザ粒度分析装置ＨＲ８５０型を用い、溶媒をエタノールとして測定した。また、浸透性の試験は、内径５０ｍｍ×高さ５００ｍｍのモールド管に豊浦標準砂５００ｇを詰め、上から水／粉体比３のセメントミルクを浸透させてモールド管を通過する時間を測定した。なお、５分経過してもセメントミルクが通過しない場合には浸透せずと見なし、その時点で試験を終了する。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
一実施例に使用するグラウト材は、ハンドミキサー（マキタ製カクハン器ＵＴ１３０１型）に水と分散剤（花王株式会社製のマイティ１５０）をグラウト材に対して２％だけ投入してから１０秒間だけ攪拌し、引き続き攪拌（混合）しながら所定量の高炉スラグ微粉末と、石膏微粉末を含むセメント微粉末を振とう混合させたものを供給した後、さらに２分間混合して混練物（ペースト）を作成する。
このように、地盤改良用注入材の組成中、高炉スラグ微粉末の含有量を８６〜９８重量％、セメント微粉末の含有量を２〜１４重量％、石膏微粉末の含有量を三酸化硫黄換算で１．０〜７．５重量％とし、さらに高炉スラグ微粉末、石膏微粉末を含むセメント微粉末は、それぞれの最大粒径が１５μｍ以下、それぞれのメジアンが２．０〜３．５μｍとしたので、凝集物の発生を抑制し、地盤への浸透性を高めることができる。
比較例６は、三酸化硫黄が１．０重量％未満でありながら浸透性は良好である。ただし、凝結が短くて収縮が大きくなる。また、比較例７は、三酸化硫黄が７．５重量％を超過するものの浸透性は良好である。しかしながら、凝結が長くなり、強度発現性が劣る。しかも、エトリンガイト（針状結晶）が多すぎて、耐久性に問題がある。
【００１６】
次に、試験例２のグラウト材を使用し、グラウト材中の早強ポルトランドセメント微粉末（ＨＰＨ）の添加量と浸透性との関係を調べる試験を行った。その結果を、図１のグラフに示す。図中、注入材は高炉スラグ微粉末（ＭＭＨ）と早強ポルトランドセメント微粉末で構成され、図中のパーセントは早強ポルトランドセメント微粉末の内割添加量である。図１から明らかなように、早強ポルトランドセメント微粉末２％のものが最も浸透性が良好であった。
次に、グラウト材の添加量のちがいによるＪＩＳモルタル強さ試験の結果を、図２および図３に示す。
図３に示すように、早強ポルトランドセメント微粉末を内割で２％添加したものが、低熱ポルトランドセメントの材齢２８日圧縮強度のＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１）における最小値の２２．５Ｎ／ｍｍ2 であった。ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１において、各試料につき、水／粉体比０．５、砂／粉体比３のモルタル供試体を作成し、材齢３日と７日と２８日の強さ試験を行うものである。
また、図２に示すように、材齢２８日の曲げ強度も内割で２％添加したものが最小値の４．６Ｎ／ｍｍ2 であった。
早強ポルトランドセメント微粉末が内割で１％の場合には、この早強ポルトランドセメント微粉末を高炉スラグ微粉末中に均一に混合するのがむずかしい。しかも、この１％では、圧縮強度が低熱ポルトランドセメントの下限値まで達しない。
以上の結果から、２％の早強ポルトランドセメント微粉末を含有したものが、ＪＩＳ規格の強度の基準値を満たした中で、最も浸透性が良いものであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の地盤改良用注入材は、凝集物の発生を抑制し、地盤への浸透性を高めることができる。これにより、従来では注入が困難とされたれき・粘土層地盤にも注入することができる。その結果、例えば従来まではダム建設が不可能とされた地点でも、ダムの建設が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る地盤改良用注入材の浸透試験の結果を示すグラフである。
【図２】この発明の一実施例に係る経過時間と曲げ強度との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施例に係る経過時間と圧縮強度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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