(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ含有率４０〜５０重量％、Ａｌ２Ｏ３含有率３０〜４０重量％、及びＳｉＯ２含有率１５〜２０重量％からなるアルミノケイ酸カルシウム、硫酸塩、セメント１００重量部に対して分離低減剤としてベントナイト又は精製ベントナイト１〜３０重量部、凝結調整剤、セメント１００重量部に対して分散剤としてポリエーテル系０．５〜５重量部、及びセメントを含有してなる注入材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤の止水や強化等を目的とする注入工事において使用する注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
注入材は、地盤に注入することにより、軟弱地盤を止水あるいは強化する材料である。注入材としては溶液型と懸濁型が挙げられる。そして、通常使用される二重管ダブルパッカー工法の注入材では注入時間を確保するために30分以上の硬化時間が必要である。
【０００３】
溶液型の注入材としては、水ガラスが挙げられるが、注入材自体の圧縮強度（以下、ホモゲル強度という）は0.1N/mm2未満と小さく、さらに長期的に強度の低下が起こるという課題があった（特開昭60-124691号公報）。
一方、懸濁型の注入材としては、水ガラスを主材とし、これに硬化剤としてセメントを添加したＬＷ注入材がある（坪井直道著、「薬液注入工法の実際」、鹿島出版会、ｐ３８、昭和５１年発行）。このＬＷ注入材は、硬化剤として添加するセメント量により、水ガラスの硬化時間とホモゲル強度が一義的に決まるものである。
【０００４】
【発明を解決しようとする課題】
しかしながら、硬化時間を長くして注入時間を確保するためには、セメント量を少なくしなければならず、ホモゲル強度が小さくなってしまうという課題があった。逆に、ホモゲル強度を大きくしようとすると、セメント量を多くする必要があり、その結果、硬化時間が短くなってしまうという課題があった。
このように、ＬＷ注入材に代表される懸濁型の注入材は、硬化時間を30分以上の範囲で任意に設定し、さらに十分なホモゲル強度を確保することができないという課題があった。
【０００５】
さらに、懸濁型の注入材は硬化時間を長くすると、セメント粒子が沈降するためにブリージングが発生し、注入材を均一に注入できないという課題があり、懸濁型の注入材も水ガラスを使用しているために、長期強度が低下してしまうという課題があった。
このように、従来の懸濁型の注入材は硬化時間を30分以上確保する場合に、多くの課題を有している。
現在このような課題を解決するために、二重管ダブルパッカー工法や二重管複相式注入工法等において、前述のような課題がなく、硬化時間を30分以上確保できる懸濁型注入材が望まれるようになった。
【０００６】
本発明者は、これらの課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の組成の注入材が30分以上の硬化時間を必要とする注入工法に適用できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ含有率４０〜５０重量％、Ａｌ２Ｏ３含有率３０〜４０重量％、及びＳｉＯ２含有率１５〜２０重量％からなるアルミノケイ酸カルシウム、硫酸塩、セメント１００重量部に対して分離低減剤としてベントナイト又は精製ベントナイト１〜３０重量部、凝結調整剤、セメント１００重量部に対して分散剤としてポリエーテル系０．５〜５重量部、及びセメントを含有してなる注入材である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウム（以下ＣＡＳという）とは、CaO、Al2O3、及びSiO2を含有するものをいう。その組成領域はCaO含有率30〜60重量％、Al2O3含有率20〜60重量％、及びSiO2含有率5〜25重量％であることが好ましく、CaO含有率30〜55重量％、Al2O3含有率30〜60重量％、及びSiO2含有率10〜20重量％であることがより好ましい。
【００１０】
CaO含有率が30重量％未満だと急結性が劣るおそれがあり、CaO含有率が60重量%を越えると30分以上の硬化時間が確保できないおそれがある。
【００１１】
Al2O3含有率が20重量%未満だと30分以上の硬化時間が確保できないおそれがあり、Al2O3含有率が60重量％を越えると急結性が劣るおそれがある。
【００１２】
SiO2含有率が5重量%未満だと30分以上の硬化時間が確保できないおそれがあり、SiO2含有率が25重量％を越えると急結性が劣るおそれがある。
【００１３】
ＣＡＳとしては、2CaO・Al2O3・SiO2やCaO・Al2O3・2SiO2等の結晶性化合物を使用してもよいが、初期強度が大きい点で、溶融物を急冷して得られるガラス質のものが好ましい。
【００１４】
ＣＡＳのガラス化率は、急結性の点で、50％以上が好ましく、70％以上がより好ましく、80％以上が最も好ましい。
【００１５】
なお、ガラス化率は、本発明のＣＡＳを1000℃×2時間の条件下で加熱後、5℃/分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピークの面積Ｓ0を求め、このＳ0と本発明の試料中のＣＡＳの結晶のメインピーク面積Ｓから、式（１）によりガラス化率χを求めたものである。
χ (％) ＝１００×（１−Ｓ／Ｓ0 ）・・・式（１）
【００１６】
ＣＡＳは、生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH)2)、及び石灰石(CaCO3)等のカルシア原料、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等のアルミナ原料、並びに、ケイ石、ケイ砂、石英、及びケイ藻土等のシリカ原料等を所定の割合で配合した後、ロータリーキルン等で焼成又は電気炉や高周波炉で溶融し、水中に投下又は圧縮空気で吹き飛ばす等して製造するものである。
又、経済性の点で、高炉水砕スラグやポルトランドセメントに、上記の原料を配合し、熱処理することによっても得られる。
【００１７】
なお、一般の工業原料には、MgO、Fe2O3、TiO2、K2O、及びNa2O等の不純物が当然含まれており、これらの不純物は、CaO-Al2O3-SiO2系の組成物をガラス化できる組成領域を拡張するものである。これらの不純物のＣＡＳ中の含有率は、10重量％未満が好ましい。
又、硝酸アルカリ（NaNO3やKNO3等）、フッ化カルシウム（CaF2）、及びホウ砂等の一般的な融剤を使用することは、ガラスの融点を下げる点で、好ましい。これらのＣＡＳ中の含有率は、５重量％未満が好ましい。
【００１８】
ＣＡＳの粒度は、細かいほど浸透性が向上する点で、好ましい。ＣＡＳの粒度は、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍを越えると浸透性が低下するおそれがある。
【００１９】
なお、85％粒子径とはレーザー回折式粒度分布計で粒度分布を測定した場合に、その粒子の小さい方からの積算重量の85％における粒子直径をいう。
【００２０】
ＣＡＳの使用量は、セメント100重量部に対して、3〜50重量部が好ましく、5〜30重量部がより好ましい。3重量部未満だと初期強度が小さいおそれがあり、50重量部を越ると長期強度が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明で使用する硫酸塩としては、無水セッコウ、半水セッコウ、二水セッコウ、無水硫酸アルミニウム、含水硫酸アルミニウム（例えば、6水塩、10水塩、16水塩、及び18水塩等）、無水硫酸ナトリウム、含水硫酸ナトリウム（例えば、7水塩や10水塩等）、無水硫酸マグネシウム、含水硫酸マグネシウム（例えば、1水塩、6水塩、及び7水塩等）、無水硫酸リチウム、並びに硫酸リチウム1水塩等が挙げられる。これらの中では、長期強度が大きい点で、無水セッコウが好ましい。
【００２２】
硫酸塩の粒度は、細かいほど浸透性が向上する点で、好ましい。硫酸塩の粒度は、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍを越えると浸透性が低下するおそれがある。
【００２３】
硫酸塩の使用量は、セメント100重量部に対して、3〜100重量部が好ましく、5〜50重量部がより好ましい。3重量部未満だと初期強度が小さいおそれがあり、100重量部を越えると長期強度が低下するおそれがある。
【００２４】
本発明で使用する分離低減剤とは、ＣＡＳ、硫酸塩、凝結調整剤、及びセメントと、水との分離を抑制するために使用する添加剤をいい、その評価は、ブリージング量で表すことができる。
【００２５】
分離低減剤としては、ベントナイト、シリカフューム、活性白土、アロフェン、メチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びヒドロキシエチルエチルセルロース等のヒドロキシアルキルアルキルセルロース、並びに、ベントナイトから石英、α-クリストバライト、オパール、長石、雲母、フッ石、及びドロマイト等の不純物を取り除いた精製ベントナイト等が挙げられる。これらの中では、ブリージング量低減の点で、ベントナイトや精製ベントナイトが好ましく、精製ベントナイトがより好ましい。
【００２６】
分離低減剤は、細かいほど浸透性が向上する点で、好ましい。分離低減剤の粒度は、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍを越えると浸透性が低下するおそれがある。
【００２７】
分離低減剤の使用量は、セメント100重量部に対して、1〜30重量部が好ましく、２〜10重量部がより好ましい。1重量部未満であるとブリージング量が多くなるおそれがあり、30重量部を越えると浸透性が劣るおそれがある。
【００２８】
本発明に使用する凝結調整剤は、硬化時間を任意に調整するために添加するものである。例えば、二重管ダブルパッカー工法の注入材としては、硬化時間が通常30分以上の任意の時間になるように凝結調整剤の使用量を調整して併用する。
【００２９】
凝結調整剤としては、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウム等のアルカリ金属アルミン酸塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウム等の水酸化物、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩、ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化マグネシウム、及びケイフッ化ナトリウム等のケイフッ化物等の無機塩類、並びに、クエン酸、グルコン酸、及び酒石酸又はこれらのナトリウム塩、カリウム塩、及びカルシウム塩等の有機酸類が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、硬化後の強度発現性が大きい点で、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を併用したものが好ましい。
【００３０】
凝結調整剤の使用量は、セメント100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、0.5〜5重量部がより好ましい。0.1重量部未満だと硬化時間を確保しにくいおそれがあり、10重量部を越えると初期強度が小さいおそれがある。
【００３１】
本発明で使用するセメントとしては、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、並びに、各種ポルトランドセメントにシリカ、高炉スラグ、又はフライアッシュを混合した各種混合セメントが挙げられる。
【００３２】
セメントの粒度は、浸透性向上の点で、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍ以下のセメントとしては、前述した各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉砕した微粒子セメントや超微粒子セメントが挙げられる。
【００３３】
本発明で使用する注入材は、ＣＡＳ、硫酸塩、分離低減剤、凝結調整剤、及びセメントに、水を混合することにより調製するものである。
【００３４】
本発明で使用する水の量は、必要とされる強度に応じて決定されるが、水/セメント比で50〜1000％が好ましく、100〜300％がより好ましい。水/セメント比が50％未満だと浸透性が劣るおそれがあり、水/セメント比が1000％を越えると初期や長期の強度が小さくなるおそれがある。
【００３５】
注入材の調製にあたっては、あらかじめ分離低減剤と水を混合したものを、ＣＡＳ、硫酸塩、凝結調整剤、及びセメントと混合することが、ブリージング量低減の点で、好ましい。しかしながら、使用時の煩雑さを少なくするために、ＣＡＳ、硫酸塩、分離低減剤、凝結調整剤、及びセメントといった粉体をあらかじめ混合し、使用時に水とミキサーで混合してもよく、又、ＣＡＳ、硫酸塩、凝結調整剤、及び分離低減剤と水をミキサーにより混合する一方で、セメントと水を別のミキサーで混合し、両者をさらに別のミキサーやＹ字管等で混合することにより注入材を調製してもよい。
【００３６】
本発明で使用する注入材には、さらに地盤への浸透性を向上させる点で、分散剤を使用することが好ましい。分散剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩、リグニンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、ポリカルボン酸塩、及びポリエーテル系のもの等が挙げられる。これらの中では、強度発現性の点で、ポリカルボン酸塩やポリエーテル系のものが好ましい。
【００３７】
分散剤の使用量は、セメント100重量部に対して、10重量部以下が好ましく、0.5〜5重量部がより好ましい。10重量部を越えると強度が小さいおそれがある。
【００３８】
さらに、地盤との付着性能を向上するために、ＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合体）、ＳＢＲ（スチレン-ブタジエン重合体）、ポリクロロプレン、及びポリアクリレート等の接着剤を添加してもよく、注入材調製時に発生する泡を低減するために、ステアリン酸、オクチルアルコール、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル、パラフィン、及びシリコーン等の消泡剤を添加してもよく、導電性を付与するために、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸銅、カーボンブラック、木炭粉末、金属粉末、炭素繊維、及び鋼繊維等の導電材を添加してもよく、流動性や経済性の点で、石灰石、高炉スラグ、フライアッシュ、ケイ砂、及び屑ガラス等の粉砕物を添加してもよい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示し、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。
【００４０】
実施例１
カルシア原料、アルミナ原料、シリカ原料、及び必要に応じてフッ化カルシウムを所定の割合で混合し、高周波炉で溶融後、急冷し、表１に示す組成のＣＡＳを生成し、粉砕して85%粒子径を8.0μｍとした。
次いで、セメント100重量部、表１に示すＣＡＳ10重量部、硫酸塩▲１▼15重量部、分離低減剤ａ3重量部、及び凝結調整剤1.0重量部を混合した。この混合物に、セメント100重量部に対して水200重量部と分散剤1重量部を混合し、注入材を調製した。
この注入材について、硬化時間、ブリージング量、浸透長さ、ゲル強度、及びサンドゲル強度を測定した。結果を表２に示す。
【００４１】
＜使用材料＞
カルシア原料：炭酸カルシウム、試薬
アルミナ原料：酸化アルミニウム、試薬
シリカ原料：二酸化ケイ素、試薬
フッ化カルシウム：天然ホタル石粉末、市販品
セメント：超微粒子セメント、85%粒子径＝7.0μｍ、市販品
硫酸塩▲１▼：無水セッコウ、85%粒子径＝8.5μｍ、市販品
分離低減剤ａ：精製ベントナイト、85%粒子径＝8.7μｍ、市販品
凝結調整剤：クエン酸ナトリウムと炭酸カリウムを1:3（重量比）の割合で混合したもの
分散剤Ａ：ポリエーテル系分散剤、市販品
【００４２】
＜試験方法＞
硬化時間：注入材をコップに入れてから、コップを傾けてもこぼれなくなるまでの時間を測定した。
ブリージング率：ブリージング率は、土木学会基準JSCE-F522-1994に準じて測定した。
浸透長さ：直径5cm×長さ30cmのビニールチューブに８号ケイ砂を長さ20cmになるように充填し、ビニールチューブ底部に0.5mm程度の孔を開けた後に、注入材を200cc投入し、１日後に浸透長さを測定した。
ホモゲル強度：注入材をゲル化直前に4cm×4cm×16cmの型枠に入れて放置し、所定材齢の圧縮強度をホモゲル強度とした。なお、材齢28日のホモゲル強度は、材齢１日以降に、20℃の環境下で水中養生したものを測定した。
サンドゲル強度：浸透長さ試験後のサンドゲルを、長さ10cmになるように切断し、所定材齢の圧縮強度をサンドゲル強度とした。なお、材齢28日のサンドゲル強度は、材齢１日以降に、20℃の環境下で水中養生したものを測定した。
【００４３】
【表１】
0004165951.tif 000002
【００４４】
【表２】
0004165951.tif 000003
【００４５】
実施例２
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを、セメント100重量部に対して表３に示す量使用ししたこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
0004165951.tif 000004
【００４７】
実施例３
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを使用し、セメント100重量部に対して、表４に示す量の分離低減剤ａを使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表４に示す。
【００４８】
【表４】
0004165951.tif 000005
【００４９】
実施例４
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを使用し、表５に示す分離低減剤を使用したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表５に示す。
【００５０】
＜使用材料＞
分離低減剤ｂ：シリカフューム、85%粒子径＝1.2μｍ、市販品
分離低減剤ｃ：活性白土、85%粒子径＝6.8μｍ、市販品
分離低減剤ｄ：メチルセルロース、水溶性、市販品
分離低減剤ｅ：ヒドロキシエチルセルロース、水溶性、市販品
分離低減剤ｆ：未精製ベントナイト、85%粒子径＝9.5μｍ、市販品
【００５１】
【表５】
0004165951.tif 000006
【００５２】
実施例５
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを使用し、セメント100重量部に対して表６に示す量の凝結調整剤を使用したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表６に示す。
【００５３】
【表６】
0004165951.tif 000007
【００５４】
実施例６
ＣＡＳシを以下のように調製した。
工業用生石灰（ＣａＯ純度：96.4重量％）、ボーキサイト（Ａｌ2Ｏ3純度：87.4重量％）、及びケイ石（ＳｉＯ2純度：97.0重量％）を45:42:13（重量％）の割合で混合したものを最大電力負荷5000kVAの直接通電式溶融炉で溶融し、得られた溶融体を水中へ落下させて急冷し、ＣＡＳシを１０トン調製した。なお、流し口での溶融体の温度は1680℃であった。
得られたＣＡＳシのＸ線回折結果は、結晶のピークは認められず、ガラス化率は100%であった。又、ＣＡＳシの化学分析結果を表７に示した。
このＣＡＳシの85%粒子径が6.0μｍになるまで粉砕したＣＡＳ、表８に示す硫酸塩、分離低減剤ａ、凝結調整剤、及び分散剤Ａを用いたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を表８に示す。
【００５５】
＜使用材料＞
硫酸塩▲２▼：二水セッコウ、85%粒子径＝7.6μｍ、市販品
硫酸塩▲３▼：無水硫酸アルミニウム、85%粒子径＝9.4μｍ、市販品
硫酸塩▲４▼：無水硫酸ナトリウム、85%粒子径＝9.6μｍ、市販品
硫酸塩▲５▼：硫酸マグネシウム６水塩、85%粒子径＝8.5μｍ、市販品
【００５６】
【表７】
0004165951.tif 000008
【００５７】
【表８】
0004165951.tif 000009
【００５８】
実施例７
ＣＡＳシの85%粒子径が6.0μｍになるまで粉砕したＣＡＳ、硫酸塩▲１▼、分離低減剤ａ、凝結調整剤、及びセメント100重量部に対して表９に示す分散剤Ｂを用いたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を表９に示す。
【００５９】
＜使用材料＞
分散剤Ｂ：ポリカルボン酸塩系分散剤、市販品
【００６０】
【表９】
0004165951.tif 000010
【００６１】
実施例８
ＣＡＳシの85%粒子径が6.0μｍになるまで粉砕したＣＡＳ、分離低減剤ａ、凝結調整剤、分散剤Ａ、及びセメント100重量部に対して表１０に示す量の硫酸塩▲１▼を用いたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を表１０に示す。
【００６２】
【表１０】
0004165951.tif 000011
【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、本発明による注入材を使用することにより、以下の効果を有する。
(1)硬化時間が30分以上で任意に設定できる。
(2)浸透性が良好である。
(3)ブリージング量が少ない。
(4)ホモゲル強度及びサンドゲル強度が、任意に設定できる。