(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料とし、Ｃ3Ａ及びＣ4ＡＦから選ばれる１種以上と、Ｃ2Ｓ及びＣ3Ｓから選ばれる１種以上を含む脱ハロゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物質並びに石膏を含有し、最大粒径が１０μｍ以下で、かつ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％を超え２５重量％以下である注入材を、水注入材比を５０〜９００重量％に調整して注入することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
注入材が、ポルトランドセメントを含むものである請求項１記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、注入材が地盤へ必要十分に浸透し、しかも初期の地盤改良効果に優れた地盤改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメント系注入材を用いた地盤改良方法は、ダムの基礎、大型地下構造物等の岩盤の強化・止水、砂地盤の液状化対策などを目的とした恒久的な改良方法として注目を浴びている。
セメントを主体とする注入材には、浸透性を高めた超微粒子セメント（例えば、ブレーン比表面積９０００cm2／ｇ）が使用され、地盤への浸透性を期待して、水注入材比を高く設定して施工されている。
【０００３】
例えば、特開平11-268949号には、「都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種又は２種以上を原料として製造された平均粒径２〜７μｍであって最大粒径１０μｍ以下かつ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％以下の水硬性組成物粒子と、平均粒径２〜７μｍであって最大粒径１０μｍ以下かつ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％以下の高炉スラグ粒子からなる湿式グラウト材」が記載されている。このような湿式グラウト材は、浸透性を優先して、微粉含量を制限しているため、初期強度発現性は期待し難い。また、地盤への浸透性を高めるため、水注入材比を高く設定して施工すると、ブリーディング水発生率が高くなり、強度低下は避けられない。従って、このようなグラウト材及び施工方法では、早期に地盤回良効果を得ることはできなかった。
【０００４】
また、初期強度発現性を改善するために、急硬・早強性の特殊セメントを注入材に配合することも知られている。例えば、特公昭57-10058号には、「結晶質又は無定形質カルシウムアルミネートないしこれにハロゲン元素が固溶したカルシウムハロアルミネートからなる可溶性アルミと、無水、半水もしくは二水の石膏又は硫酸ソーダよりなる無機硫酸塩とを主体とする粉状又は懸濁液状のセメント急硬剤、及びこれを用いたセメントの急硬施工方法」が記載されている。しかしながら、この急硬剤は水和物の生成が早く、浸透性が大幅に低下してしまうという欠点があった。また、注入施工時には、１．５ショット（例えば、セメントとカルシウムアルミネート系急硬剤との混合が注入用ノズルの手前の配管部分で行われる）や２ショット（例えば、セメントとカルシウムアルミネート系急硬剤との混合が注入用ノズル部分で行われる）が採用されているため、装置が複雑で、かつ操作が煩雑である。更に、このような急硬剤は、普通セメントよりも極めて高価であるため、施工コストが高くなるという問題もあった。水比を大きくすることで、施工コストを低減させることもできるが、初期強度が低減するため限界があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、従来のセメント系注入材の浸透性能を維持しつつ、安価な施工コストで、初期強度発現性を飛躍的に改善した地盤改良方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意研究を行なった結果、特定の組成及び粒度分布を有する注入材を、特定の水注入材比に調整して注入すれば、注入材が地盤へ必要十分に浸透し、しかも優れた初期強度発現性で、地盤改良できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料とし、Ｃ3Ａ及びＣ4ＡＦから選ばれる１種以上と、Ｃ2Ｓ及びＣ3Ｓから選ばれる１種以上を含む脱ハロゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物質並びに石膏を含有し、最大粒径が１０μｍ以下で、かつ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％を超え２５重量％以下である注入材を、水注入材比を５０〜９００重量％に調整して注入することを特徴とする地盤改良方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる注入材は、脱ハロゲン型水硬性組成物、潜在水硬性物質及び石膏を含有するものである。
水硬性組成物は、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰から選ばれる１種以上を原料とするもので、Ｃ3Ａ及びＣ4ＡＦから選ばれる１種以上と、Ｃ2Ｓ及びＣ3Ｓから選ばれる１種以上を含む脱ハロゲン型のものである。原料としては、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物焼却灰に加え、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物、更には普通のセメントの原料である石灰石、粘土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整した原料なども用いることができる。このような原料を１２００〜１４５０℃で焼成することにより、水硬性組成物を得ることができる。
【０００９】
このような水硬性組成物には、積極的に塩素を取り込んで、Ｃ11Ａ7ＣａＣｌ2を生成させたものと、可能な限り塩素を取り除き、Ｃ3Ａとして生成させたものがあるが、本発明においては、後者の可能な限り塩素を取り除いた脱ハロゲン型のものを用いる必要がある。脱ハロゲン型以外のものでは、水和活性が高く、凝集しやすいため、注入材に用いると浸透性が悪くなる。
【００１０】
塩素を可能な限り除去させるためには、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等に含まれる塩素分などのハロゲンと化合物を形成し、ハロゲン化物として１０００℃以上の高温度下で揮散させるような成分、例えばナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を含む炭酸塩などを、ハロゲンと当量となるように調整して加え、キルン等の加熱炉で焼成すれば良く、それにより、塩素分をほとんど取り除いた脱ハロゲン型の水硬性組成物を得ることができる。
【００１１】
このようにして得られた水硬性組成物は、Ｃ3Ａ及びＣ4ＡＦから選ばれる１種以上を１０〜３０重量％と、Ｃ2Ｓ及びＣ3Ｓから選ばれる１種以上を７０〜９０重量％含有するのが好ましい。
【００１２】
潜在水硬性物質としては、製鉄所の溶鉱炉で銑鉄製造時に副生するスラグを急冷した高炉水砕スラグのほか、下水汚泥を溶融化したスラグ等の他のスラグ類、ブレーン比表面積が３０００cm2／ｇ以上のフライアッシュ、シリカフューム、メタカオリンなどを使用することができる。
【００１３】
石膏としては、特に限定されず、例えば無水石膏、半水石膏、二水石膏等を用いることができる。
【００１４】
注入材における、これら成分の配合割合は、脱ハロゲン型水硬性組成物５〜６０重量部、特に１０〜５０重量部、潜在水硬性物質４０〜９５重量部、特に５０〜９０重量部、石膏がＳＯ3換算で０．１〜２０重量部、特に５〜１０重量部であるのが好ましい。これらの範囲内であると、注入時の浸透性及び初期強度発現性により優れるので好ましい。
【００１５】
なお、本発明においては、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料とする脱ハロゲン型水硬性組成物に石膏を混合、粉砕したセメント（以下、「エコセメント」という）を用いることができる。前記のような都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰から構成される調合原料をキルン等の加熱炉で焼成することにより焼成物が得られるが、本発明においては、カルシウムクロロアルミネート（Ｃ11Ａ7ＣａＣｌ2）等の塩素化合物を生成させずにＣ3Ａを生成させた焼成物を配合したエコセメントを用いる。
また、本発明の注入材においては、エコセメントとともに普通セメントを用いることもでき、過度の凝集を抑えることができる。普通セメントを用いる場合は、エコセメント１００重量部に対し、２０〜２２０重量部の割合で配合すれば、注入時に凝集が生じず、しかも初期強度が低下しないので好ましい。
【００１６】
また、注入材には、炭酸カルシウム、消石灰等のカルシウム化合物や、減水剤、分散剤、凝結遅延剤等を、本発明の効果を損なわない範囲で適宜配合することができる。
これらは、コンクリート用として通常用いられるものであれば特に制限されず、例えばクエン酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸、グルコヘプトン酸、ガラクトン酸等のヒドロキシカルボン酸又はその塩；グルコース、サッカロース、デキストリン等の糖類；リン酸、硼酸等の非強酸性の無機酸又は塩；ピルビン酸、２−ケトグルコン酸等のケトカルボン酸又はその塩；アルカリ又はアルカリ土類金属の炭酸塩又は硫酸塩；ナフタレンスルホン酸等の高分子化合物などが挙げられ、１種又は２種以上を組合わせて用いることができる。
【００１７】
注入材は、通常の方法により製造することができ、例えば、各成分の１種以上を混合粉砕する方法や、各成分を個別に粉砕した後混合する方法が挙げられる。特に、個別に粉砕した後混合すると、浸透性、強度発現性がさらに良好な注入材を得ることができる。
【００１８】
また、注入材は、最大粒径が１０μｍ以下で、かつ１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％を超え２５重量％以下、好ましくは１２〜２０重量％となるよう粒度調整することが必要である。最大粒径が１０μｍを超えると、土粒子間隙の閉塞が生じて、浸透性が低下する。また、１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％以下では、初期強度発現性が低下し、２５重量％を超えると、注入材粒子の凝集により、注入時の浸透性が低下する。本発明の注入材において用いられるエコセメントを注入材として使用すれば、１μｍ未満の粒子存在比率が１０重量％を超えても、凝集力が著しく増加して解こう及び分散性が低下することなく、強度発現性は良好で、むしろ普通セメントを用いた場合よりも高い強度が得られる。
なお、粒度調整は、分級等の公知の方法により、行うことができる。
【００１９】
本発明においては、このようにして得られる注入材を、水注入材比が５０〜９００重量％、好ましくは８５〜８００重量％となるように調整（作液）して注入する。この範囲内であれば、広い地盤改良範囲と早期の地盤改良効果をバランス良く得ることができ、普通セメントを用いた場合と比較して広い範囲で使用でき、初期強度を損なうことなく、高い水比での使用が可能となる。水注入材比が５０重量％未満では、水中での注入材の分散性が著しく低下し、注入対象箇所への浸透注入が困難となり、９００重量％を超えると、注入対象箇所への浸透性は向上するが、地盤改良効果が大きく低下する。
注入材を作液する方法としては、注入材が液中で均一に分散していれば良く、特に限定されず、通常の方法により行うことができる。
【００２０】
本発明において、注入材は、水に分散させて対象箇所に注入するものである。注入対象箇所に十分浸透させるため、通常用いられる分散剤を、注入材に対して固形分換算で１０重量％以下用いると、浸透性をより改善することができる。ここで用いる分散剤は、液体又は粉末のいずれの状態でも良く、添加時期も特に制限されず、セメントとのドライブレンド、混練水への添加等のいずれの方法でも添加することができる。
【００２１】
本発明で用いる注入材は、地盤注入に必要十分な浸透性と可使時間が確保され、しかも初期強度発現性も改善されているので、作液後の地盤への注入方法は特に制限されず、通常の方法により行うことができる。特に、施工コストの安価な１ショット（各種材料の配合が地盤注入前に予め完了している）として施工するのが好ましい。また、例えば水ガラス（ＬＷ）、シリカゾル等と併用して、１．５ショットや２ショットとして施工することも可能である。
【００２２】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。なお、実施例で用いた各種材料は表１及び表２に示すとおりである。
【００２３】
【表１】
0004234924.tif 000002
【００２４】
【表２】
0004234924.tif 000003
【００２５】
実施例１
表３に示す種類のセメント３０重量部及び高炉水砕スラグ７０重量部を混合し、チューブミルを用いて混合粉砕した後、遠心分級機を用いて粒度を調整し、最大粒径１０μｍ、１μｍ未満が１５重量％の粒度分布を有する注入材を製造した。粒度測定は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）を用いて行った。
得られた注入材を用いて、浸透性及び強度発現性を評価した。結果を表３に示す。
【００２６】
（評価方法）
（１）浸透性：
加圧注入浸透試験を行って評価した。すなわち、まず、φ５×100cmのアクリル管に、間隙率３９％となるように豊浦砂を充填して供試体とした。各注入材は、ナフタレンスルホン酸系分散剤（マイティ１５０、花王社製）を、注入材に対して１重量％加え、表３に示す水注入材比で混練りした後、攪拌装置を取り付けた圧力容器内に投入し、１．０kgf／cm2の一定圧力で、垂直に立てた供試体の下部より注入した。砂層上部から流出するミルクの量をグラウト注入量として測定した。なお、供試体は注入に先立ち水で飽和しておき、注入完了は注入開始から２０分までとした。
【００２７】
（２）強度発現性：
（１）の加圧注入浸透試験において、セメントミルク硬化後、アクリル管から脱型した供試体をφ５×１０cmに成形し、材齢１日まで養生した。地盤工学会基準「土の一軸圧縮試験方法」（Ｔ５１１）に準じて、一軸圧縮強さを測定した。
【００２８】
【表３】
0004234924.tif 000004
【００２９】
実施例２
表４に示す種類のセメント３０重量部及び高炉水砕スラグ７０重量部を用い、実施例１と同様にして、表４に示す粒度分布を有する注入材を製造した。得られた注入材は、ナフタレンスルホン酸系分散剤（マイティ１５０、花王社製）を、注入材に対して１重量％加え、水注入材比３００％に調整し、実施例１と同様にして、浸透性及び強度発現性を評価した。結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
0004234924.tif 000005
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、注入材が地盤へ必要十分に浸透し、しかも優れた初期強度発現性で、地盤改良することができる。