CN103917626A - 填充材料及地基的修补方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以低成本制造并且具有优异的流动性、加压输送性及适当强度的填充材料、以及使用了该填充材料的地基的修补方法。其特征在于，相对于钢铁炉渣100质量份而含有水泥2～10质量份、水30～100质量份及膨润土3～10质量份，气泡量为10～40体积％的范围。

Description

填充材料及地基的修补方法
技术领域
本发明涉及能够以低成本制造并且具有优异的流动性、加压输送性及适当强度的填充材料，以及使用了该填充材料的地基的修补方法。
背景技术
由于地基的固结沉陷或伴随着地震而产生的液化，引发表层地基的沉陷、道路的塌陷，在建筑物的基础与地基之间出现空洞(也称作空隙)，从而产生在室内混凝土地面上产生裂纹或塌陷等的问题。
作为解决上述问题的方法，能够列举使用微砂加气砂浆(microsand air mortar)等填充材料。但是，关于填充材料，期望改进以下方面：由于基于水泥(cement)的硬化较快，所以在耗费施工时间的情况下等难以进行加压输送；由于大量使用水泥等材料而导致成本上涨。另外，认为与天然砂相比，重复利用材料的使用在保护地球环境和削减成本方面更为有用，取代天然砂而提出有采用了钢铁炉渣等的填充材料。
作为利用了炉渣的填充材料，例如在专利文献1中公开有如下技术：在由水碎炉渣、水泥和水组成的浆料中添加起泡剂、减水剂、粘性剂并加气，由此来调整轻质起泡填充材料，所述水碎炉渣是以最大粒径2.380mm、筛孔1.190mm通过量95％以上、筛孔0.590mm通过量70％以上、筛孔0.279mm通过量40％以上、筛孔0.149mm通过量15％以上进行粒度调整而得到的。若使用该技术，具有以下特征：与由水泥、膨润土、砂子及水组成的膨润土砂浆等相比，流动性优良、轻质、泌水(bleeding)少且廉价。
另外，在专利文献2中，公开有如下灌浆(grout)材料：在用作基础下空隙填充材料的灌浆材料中，将粒径13mm以下的转炉渣或铸锭渣以重量比38～65％、将粒径10mm以下的水渣以重量比16～29％、将粒径1mm以下的膨润土以重量比8～17％、以及将水以重量比12～20％掺合，而单位体积成为1.8～2.8g/cm2。具有以下特征：由于能够基于泵进行加压输送，所以不存在加气砂浆那样的由于堵塞而引发的设备故障，由于没有混入水泥，所以不存在短期自硬性，与加气砂浆相比材料费降低约四成左右。
而且，在专利文献3中公开有如下注入材料：由高炉炉渣、水泥、膨润土及水构成，相对于高炉炉渣100重量份，水泥的掺合量为20重量份以下。该注入材料具有以下特征：初始流动性高，能够在比较短的时间内得到所期望的可塑性，能够降低制造成本及施工成本，另外也能够实现施工的省力化。
专利文献1：日本特公昭63-61355号公报
专利文献2：日本特开昭58-195633号公报
专利文献3：日本特开2002-155277号公报
发明内容
但是，在专利文献1～3的技术中，存在以下问题。
专利文献1的技术与现有技术相比能够廉价地得到轻质起泡填充材料，但在1m3中水泥量平均为100kg左右而量多，因此存在成本上涨的问题。而且，关于使起泡剂、减水剂及粘性剂等多种药品混合，虽然在室内实验水平下显示出良好的掺合效果，但在工地施工下偏差较大，很难发挥预想那样的性能，因此存在对于大量使用药品需要高度技术、在施工上耗费工夫的问题。
在专利文献2的技术中，由于没有混入水泥而不具有短期自硬性，所以难以发生施工故障，但是，对转炉渣和水渣没有碱刺激剂，因此也存在不会硬化的情况，可能成为比周围地基更不结实的灌浆材料。而且，单位体积的重量为1.8g/cm3以上而较大，可能引发进一步的固结沉陷。
在专利文献3的技术中，由于是高炉炉渣、水泥、膨润土及水的简单结构，所以能够谋求施工的省力化，但如专利文献3的实施例所示那样，在20分钟时流动值为初始一半以下，存在硬化过早的问题。在实际工地中，由于也经常存在因故障等而停止浇注的情况，所以无法确保一定程度(2～4小时)的流动性的本技术可能难以适用。
鉴于以上问题，本发明的目的在于，提供一种能够以低成本制造并且具有优异的流动性、加压输送性及适当强度的填充材料。
为了实现上述目的，本发明人进行了反复研究，结果发现，通过以含有特定量的钢铁炉渣、水泥、水及膨润土，并且使气泡量为10～40体积％的范围，能够实现优异的流动性及加压输送性，除此以外，能够降低上述水泥的量，因此，能够谋求制造成本的降低、硬化速度的最优化，从而完成本发明。
另外发现，除钢铁炉渣、水泥、水及膨润土以外，通过包含特定量的起泡剂，能够得到与谋求上述气泡量的适当化的情况相同的效果。
本发明是基于上述见解而完成的，其要旨如下所述。
(1)一种填充材料，相对于钢铁炉渣100质量份而含有水泥2～10质量份、水30～100质量份及膨润土3～10质量份，气泡量为10～40体积％的范围。
(2)一种填充材料，相对于钢铁炉渣100质量份而含有水泥2～10质量份、水30～100质量份、膨润土3～10质量份及起泡剂0.05～2质量份。
(3)在上述(1)或(2)所述的填充材料中，上述钢铁炉渣包含水碎炉渣及炼钢炉渣中的至少一种。
(4)在上述(3)所述的填充材料中，上述钢铁炉渣由水碎炉渣及炼钢炉渣组成，该炼钢炉渣相对于该水碎炉渣的质量比为0.1～1.5。
(5)一种地基的修补方法，使用上述(1)～(4)中任一项所述的填充材料。
发明效果
根据本发明，通过调整钢铁炉渣和膨润土的量，能够与现有技术相比减少相对于炉渣量的水泥量，因此，(A)能够减慢硬化速度而减少工地中的故障发生，(B)抑制材料分离而能够显现适当强度，以及(C)能够降低总成本。
而且，通过谋求填充材料的气泡量的适当化，(D)能够调整填充材料的强度及提高加压输送性。
附图说明
图1示出了改变气泡量的情况下的、流动值(mm)及单位体积重量(kN/m3)的变化。
图2示出了水碎炉渣的粒径累积曲线。
图3示意地示出了实施例中的工地施工试验的状态。
具体实施方式
以下，具体说明本发明。
本发明的第1填充材料的特征在于，相对于钢铁炉渣100质量份，含有水泥2～10质量份、水30～100质量份及膨润土3～10质量份，气泡量为10～40体积％的范围。
本发明的第2填充材料的特征在于，相对于钢铁炉渣100质量份，含有水泥2～10质量份、水30～100质量份、膨润土3～10质量份及起泡剂0.05～2质量份。
(钢铁炉渣)
上述钢铁炉渣是用作砂浆的细骨架等的材料。通过在本发明的填充材料中掺合钢铁炉渣，有助于本发明的填充材料的低成本化。
关于上述钢铁炉渣，具有潜在水硬性，从能够削减水泥量的观点出发，优选包含水碎炉渣及炼钢炉渣中的至少一种。
另外，从通过混合不同种类的炉渣而能够期待显现更牢固的强度的观点出发，更优选上述钢铁炉渣由水碎炉渣及炼钢炉渣组成，且该炼钢炉渣相对于该水碎炉渣的质量比为0.1～1.5。在上述质量比不足0.1的情况下，可能无法显现可靠的强度，另一方面，若上述质量比超过1.5，则可能因水碎炉渣与炼钢炉渣的重量差而容易分离。
而且，优选上述钢铁炉渣的粒径为10mm以下。若混入过大粒径，则在泵加压输送时需要较大压力，因此更优选粒径为5mm以下，但是，由于近年来机械能力提高，与以往相比泵加压输送能力增大，所以即使混入稍大的粒径(10mm左右)也不会成为问题。
此外，在上述钢铁炉渣为水碎炉渣的情况下，也考虑到随着时间经过由于潜在水硬性而凝固，但由于在搅拌器的混匀作业中破碎而成为适当大小，所以不仅制造不久的水碎炉渣能够适用于本发明，被长期保存而某种程度凝固的水碎炉渣也能够适用于本发明。
另外，在上述钢铁炉渣为炼钢炉渣的情况下，由于重量比水碎炉渣重，所以用于对本发明的填充材料进行加压输送的泵的压力需要稍微增大。不过，该情况下流动性也基本不变，因此对于本发明的填充材料的施工性影响较少。
此外，关于上述钢铁炉渣的含水量，没有特别限定，能够在不予以考虑的情况下得到作为填充材料的效果。其原因在于，由于本发明的填充材料如后述那样必须含有水，所以通过调整水的含量，即使在上述钢铁炉渣的含水量发生变化的情况下，作为填充材料整体也能够确保所期望的含水量。
(水泥)
上述水泥相对于上述钢铁炉渣100质量份，混合2～10质量份，优选混合4～7质量份。其原因在于，在上述水泥的量不足2质量份的情况下，由于水泥过少，所以无法得到充分的填充材料强度，另一方面，若上述水泥的量超过10质量份，则由于水泥过多，所以硬化速度加快，除此以外，导致制造成本上涨，因此难以在工地使用。
另外，关于上述水泥的种类，例如，能够使用普通波特兰水泥、高炉水泥等。另外，也能够使用少量的普通波特兰水泥与高炉炉渣微粉末的混合物。其原因在于，少量的水泥作为碱刺激剂而发挥作用，引发炉渣类的潜在水硬性反应，能够期待硬化现象。上述高炉炉渣微粉末也具有作为粉末部分而与膨润土一起抑制材料分离的效果。
(水)
上述水用于与上述水泥的水合反应。上述水相对于上述钢铁炉渣100质量份掺合有30～100质量份，优选掺合有50～80质量份。其原因在于，在上述水的量不足30质量份的情况下，难以得到施工所需要的流动性，另一方面，若上述水的量超过100质量份则由于水较多而容易引起材料分离或无法充分地得到填充材料强度。
(膨润土)
上述膨润土用于抑制构成本发明的填充材料的材料的分离、以及抑制填充材料的强度过大。上述膨润土相对于上述钢铁炉渣100质量份混合3～10质量份，优选混合4～7质量份。其原因在于，在上述膨润土的量不足3质量份的情况下，无法充分地抑制材料分离，无法得到适当的填充材料强度。另一方面，若上述膨润土的量超过10质量份，则粘性过剩而流动性变差，难以显现强度而无法控制，除此以外，由于材料费增加而导致制造成本上涨。
此外，关于在本发明中使用的膨润土，能够使用市售的膨润土。
(气泡量、起泡剂)
本发明的第1填充材料的气泡量为10～40体积％的范围，优选为10～30体积％。其理由在于，通过使填充材料中的气泡量为上述范围，能够确保所期望的强度，并且也能够降低用于加压输送的管内的摩擦阻力，因此能够以较小压力对填充材料进行加压输送。在此，使上述气泡量为10～40体积％的范围的原因在于，考虑到若气泡量超过40体积％，则单位体积重量低于10kN/m3，在水中施工下填充材料浮起而无法使用，另一方面，若上述气泡量低于10体积％，则由于流动值降低而导致加压输送时的压力也增大，无法得到所期望的加压输送性。
在此，图1示出了在相对于钢铁炉渣100质量份而含有水泥6.5质量份、水72质量份及膨润土6.5质量份的填充材料中，改变气泡量的情况下的、流动值(mm)及单位体积重量(kN/m3)的变化。在图1中，柱状图表示流动值，折线图表示单位体积重量。
如从图1可知，通过使气泡量为10～40体积％的范围，能够得到所期望的流动值及单位体积重量。
在此，填充材料中的气泡量例如以旧日本道路公团标准JHSA313-1992“加气砂浆及加气混凝土的试验方法”的空气量试验方法的圆筒法(cylinder method)为基准而进行。具体而言，在500ml的量筒中取入试样200ml，在加水200ml后，在充分地晃动量筒之后静置。气泡分离后，计量出100ml的医用酒精，并将其慢慢地滴落在气泡上而消除气泡，在完全消除气泡后，通过量筒的刻度读取试样、加水及酒精的全部量，并通过下式估算空气量(气泡量)。
[式1]
或者，能够测定单位体积重量并通过下式来估算气泡量。
[式2]
W:假设空气量为0％时的单位体积重量理论值(g/cm3)
另外，本发明的第2填充材料相对于上述钢铁炉渣100质量份含有0.05～2质量份，优选含有0.08～1.2质量份。
关于该起泡剂，是表面活性剂的一种，产生气泡，在混合上述钢铁炉渣、水泥、水等时，均质地分散，发挥抑制材料分离的效果。在上述起泡剂的含量不足0.05质量份的情况下，填充材料的强度过大，另一方面，若上述起泡剂的含量超过2质量份，则填充材料的单位体积重量过小。
此外，关于上述起泡剂的种类，没有特别限定。能够使用市售的起泡剂。
另外，关于使用上述起泡剂的发泡，能够通过公知方法进行。例如，能够通过使用稀释水将上述起泡剂稀释并输入压缩空气而发泡成所期望的倍率。具体而言，能够列举基于使用发泡装置或手动搅拌器的搅拌而进行的发泡。
(填充材料)
由于本发明的填充材料能够以低成本制造并且具有优异的流动性、加压输送性及适当强度，所以能够用于基础下的空洞填充、回填注入、地基强化等。
此外，关于上述的钢铁炉渣、水泥、水及膨润土，例如用作砂浆。砂浆是用于与上述起泡剂混合而构成本发明的填充材料的材料，将上述钢铁炉渣、上述水泥、上述水和上述膨润土搅拌混合而成。关于搅拌混合的条件，没有特别限定，例如，可以先将膨润土和水混合之后再混合钢铁炉渣和水泥，也能够同时混合全部材料，但在质量管理方面，期望使用分批式的搅拌器进行搅拌混合。另外，可以使用固定机械设备，也可以使用移动式机械设备。
此外，在对本发明的填充材料的适用目标要求高强度的情况下，成为增加上述砂浆中的水泥量并减少膨润土的掺合。在泌水增大的情况下，能够通过使粉末部分的量适当地平衡来进行抑制。
另外，根据各材料的掺合条件，在砂浆的凝固提前开始的情况下，也能够通过进一步掺合延迟剂等来控制硬化时间。
本发明的填充材料的强度根据适用目标而要求值不同。在地面下方空洞的情况，在桩子周围进行充填，但若强度较高则附着力也增大，桩子和填充材料一体化。当发生进一步的固结沉陷或基于液化而导致地基沉陷时，若一体化则不会追随地基，难以挖掘坚硬的填充材料，因此，无法对填充材料与地基之间的空洞进行填充。若强度较高则也难以进行配管等附属设施的维护。而且，由于桩子头部的质量增加，所以很可能会因地震时的惯性力而导致桩体破损。
因此，在地面下方充填等的情况下，期望适用强度较弱的填充材料。期望强度为0.05～1.5N/mm2左右。另外，由于在固结发展中的地基中可能会促进固结，所以期望单位体积重量也不要过大，期望大致为10～20kN/m3左右。
而且，本发明的填充材料的好坏判定能够根据搅拌后的流动值、泌水、单位体积重量来进行。在考虑到200m左右的加压输送的情况下，优选流动值为200mm以上。上述泌水率可以以5％以下为基准进行判断。
在地面下方充填等的地下空间中，存在混入地下水或雨水而积水的情况。因此，通过使本发明的填充材料的单位体积重量为10kN/m3以上，能够在水中施工时可靠地进行填充。
此外，上述钢铁炉渣在硬化后，存在显示出膨胀等动作的情况，但由于含有通过起泡剂而生成的气体，其起到缓冲的作用，所以不会对结构物带来不良影响。而且，该气体也具有进一步改善流动性、加压输送性的效果。
(地基的修补方法)
本发明的地基的修补方法的特征在于，使用上述的本发明的填充材料。由于本发明的填充材料能够以低成本制造并且具有优异的流动性、加压输送性及适当强度，所以能够以比较低的低成本可靠地进行地基修补。在此，“地基修补”不仅指地上，也包括水中在内的全部地基的修补。
另外，在使用本发明的填充材料进行空洞充填、回填注入、地基强化的情况下，通过泵对填充材料进行加压输送，关于加压输送的方法没有特别限定，能够根据通常的使用条件进行加压输送。
实施例
接下来，通过实施例及比较例来说明本发明的效果，但本实施例仅为用于说明本发明的一例，不限定本发明。
＜样本1～5＞
以表1所示的配合而制成填充材料。
此外，关于掺合的水碎炉渣，粒径1mm通过量为50％以上，最大粒径为9.5mm，具有图2所示的粒径累积曲线。此外，高炉水泥使用了高炉B种。
＜评估＞
(1)室内试验
另外，对在各实施例及比较例中制成的填充材料的流动值、泌水率、强度(经过7日时、经过28日时)及单位体积重量进行测定，并将测定结果与目标值一起显示于表2。
此外，上述流动值是表示能够长距离加压输送(200m以上)且能够没有间隙地可靠地填充的流动性的值，以旧日本道路公团标准JHS A313-1992“加气砂浆及加气混凝土的试验方法”的粘度试验方法的圆筒法为基准进行测定。
泌水率是表示施工时的材料分离程度的指标，以土木学会标准JSCE F522-2007“灌浆混凝土的注入砂浆的泌水率及膨胀率试验方法(聚乙烯袋方法)”为基准进行测定。
强度是单轴压缩强度，是鉴定是否追随地基沉陷而不附着于桩子的指标，以日本工业标准JIS-A1216“土的单轴压缩试验方法”为基准进行测定。
单位体积重量是鉴定能否进行水中施工的指标，以日本工业基准JIS-A1171“聚合水泥砂浆的试验方法”的单位容积重量试验为基准进行测定。
(2)施工试验
而且，在图3所示那样的实际工地中使用表1的样本No.1、2、8所示的配合的填充材料，由此评估填充材料的性能。具体而言，对以下进行确认：能否通过200m的配管以泵将样本的填充材料加压输送至浇注场所；以及能否在水中施工时不发生分离地进行浇注，确认了在任意配合中均能够没有问题地进行施工。
此外，为了从固定机械设备向远距离位置移送而使用搅拌车，需要调查填充材料的经时变化，因此，向砂浆搅拌器投入填充材料并进行旋转，对2小时后的流动值也进行了确认。其结果为，确认了关于本发明例的各样品，刚刚搅拌之后的值大致相等，若在从机械设备的移送中进行搅拌则在施工性上不存在问题。
关于各本发明例的填充材料，室内试验及施工试验的结果均为比目标值更为良好的值，可知得到的填充材料的性能优异。
另一方面，关于比较例，在任一项目下均低于目标值，可知没有得到充分的性能。
工业实用性
根据本发明，可提供一种能够以低成本制造并且具有优异的流动性、加压输送性及适当强度的填充材料、以及使用了该填充材料的地基的修补方法。

Claims (5)

1.一种填充材料，其特征在于，相对于钢铁炉渣100质量份而含有水泥2～10质量份、水30～100质量份及膨润土3～10质量份，气泡量为10～40体积％的范围。
2.一种填充材料，其特征在于，相对于钢铁炉渣100质量份而含有水泥2～10质量份、水30～100质量份、膨润土3～10质量份及起泡剂0.05～2质量份。
3.如权利要求1或2所述的填充材料，其特征在于，上述钢铁炉渣包含水碎炉渣及炼钢炉渣中的至少一种。
4.如权利要求3所述的填充材料，其特征在于，上述钢铁炉渣由水碎炉渣及炼钢炉渣组成，该炼钢炉渣相对于该水碎炉渣的质量比为0.1～1.5。
5.一种地基的修补方法，使用权利要求1～4中任一项所述的填充材料。
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