JP2001164249A - 注入用セメント混和材及び注入材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スケールの発生を防止し、練り置き時間を長
くし、ゲル化時間を短くすることができる注入用セメン
ト混和材及び注入材の提供。 【解決手段】 カルシウムアルミネート、セッコウ、及
びスケール発生防止剤を含有する注入用セメント混和
材。さらに、強度促進剤や凝結遅延剤を含有してもよ
い。カルシウムアルミネート、セッコウ、及びスケール
発生防止剤を含有するＡ剤と、セメントを含有するＢ剤
とを含む注入材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、トンネル
と地山の間に生じた空洞や亀裂のある岩盤へ充填し、地
盤掘削時の湧水を防止し、軟弱な地盤を強固に改良する
目的で使用する注入材に関する。

【０００２】

【従来の技術】セメントミルクは、圧縮強度が高く、
又、その成分が地下水等へ溶出することがないために耐
久性のある注入材として使用されている。しかしなが
ら、ゲル化時間が数時間と長く、注入範囲以外にも注入
材が漏れて逸流してしまうおそれがあり、又、ブリージ
ング量が大きいために充填効果が期待できない等の課題
があった。

【０００３】そこで、カルシウムアルミネート、セッコ
ウ、グルコン酸やクエン酸ナトリウム等の凝結調整剤、
及び水からなるミルクをＡ液とし、セメントと水からな
るミルクをＢ液とする注入材が提案されている(特公昭
５７−１００５８号公報)。この注入材は、硬化するま
での時間を１分〜数十分の範囲内に調整できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａ液
は、エトリンガイトやモノサルフェート等の水和物がミ
ルク中で生成しやすく、実際の施工では、ミキサー、ポ
ンプ、ホース、及び注入管の壁面に、これらの水和物が
スケールとして付着するために、注入作業時に注入を中
断し、スケールを掻き落とさなければならないという課
題があった。

【０００５】本発明者は種々検討した結果、Ａ剤にカル
シウムアルミネート、セッコウ、スケール発生防止剤、
及び必要に応じて使用する強度促進剤を併用することに
より、Ａ剤が固化物として確認されるまでの時間（以
下、練り置き時間という）を長くでき、Ａ剤とＢ剤を混
合した後は、数分以内、好ましくは１０秒以内にゲル化
できる注入材を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、カルシ
ウムアルミネート、セッコウ、及びスケール発生防止剤
を含有してなる注入用セメント混和材であり、さらに、
強度促進剤を含有してなる該注入用セメント混和材であ
り、さらに、凝結遅延剤を含有してなる該注入用セメン
ト混和材である。さらに、カルシウムアルミネート、セ
ッコウ、及びスケール発生防止剤を含有してなるＡ剤
と、セメントを含有してなるＢ剤を含有してなる注入材
であり、さらに、Ａ剤に強度促進剤を含有してなる該注
入材である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明では、カルシウムアルミネート、セ
ッコウ、スケール発生防止剤、水、及び必要に応じて使
用する強度促進剤を混合してＡ剤を調製することが好ま
しい。

【０００９】本発明のカルシウムアルミネートとは、カ
ルシアを含む原料と、アルミナを含む原料とを混合し
て、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をし
て得られる、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃とを主たる成分として、
水和活性を有する物質の総称であって、ＣａＯ及び／又
はＡｌ₂Ｏ₃の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土
類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アル
カリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化
物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩
等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃とを
主成分とするものに、これらが固溶した物質である。鉱
物形態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよ
い。これらの中では、反応活性の点で、非晶質のカルシ
ウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃
（Ｃ₁₂Ａ₇）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質
のカルシウムアルミネートがより好ましい。

【００１０】カルシウムアルミネートの粒度は浸透性の
点で、ブレーン値で３０００ｃｍ²／ｇ以上が好まし
く、５０００ｃｍ²／ｇ以上がより好ましい。３０００
ｃｍ²／ｇ未満だと浸透性が悪くなるおそれがある。

【００１１】本発明のセッコウとしては、無水セッコ
ウ、半水セッコウ、及び二水セッコウ等が挙げられ、
又、天然産のセッコウや、リン酸セッコウ、排脱セッコ
ウ、及びフッ酸セッコウ等の化学セッコウ、又はこれら
を熱処理して得られたセッコウも挙げられる。これらの
中では、強度が大きい点で、無水セッコウが好ましい。

【００１２】セッコウの粒度は浸透性の点で、ブレーン
値で３０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ²
／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ²／ｇ未満だと
浸透性が悪くなるおそれがある。

【００１３】セッコウの使用量は、カルシウムアルミネ
ート１００重量部に対して、５０〜３００重量部が好ま
しく、９０〜２００重量部がより好ましい。５０重量部
未満だと初期強度が小さくなるおそれがあり、３００重
量部を越えると長期強度が小さくなるおそれがある。

【００１４】本発明のスケール発生防止剤とは、カルシ
ウムアルミネートとセッコウの水和反応により、Ａ剤中
にエトリンガイトが生成するのを抑制するものをいう。

【００１５】スケール発生防止剤としては、ミョウバン
類（Ｘ₂ＳＯ₄・Ｙ₂（ＳＯ₄）₃・２４Ｈ₂Ｏ、但し、Ｘ＝
Ｎａ、Ｋ、ＮＨ₄、又はＬｉ等、Ｙ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、又はＭｎ等）、焼ミョウバン類（Ｘ₂
ＳＯ₄・Ｙ₂（ＳＯ₄）₃、但し、Ｘ、Ｙはミョウバン類の
場合と同じ）、硫酸鉄(ＩＩ)、硫酸鉄(ＩＩＩ)、硫酸鉄
(ＩＩ)水和物、硫酸鉄(ＩＩＩ)水和物、塩化アルミニウ
ム、塩化アルミニウム水和物、塩化鉄(ＩＩ)、塩化鉄
(ＩＩＩ)、塩化鉄(ＩＩ)水和物、塩化鉄(ＩＩＩ)水和
物、硝酸アルミニウム水和物、硝酸鉄(ＩＩＩ)水和物、
リン酸アルミニウム、及びリン酸アルミニウム水和物等
が挙げられる。これらを単独又は２種以上を使用しても
よい。これらの中では、スケールの発生を防止し、練り
置き時間が長く、Ａ剤とＢ剤を混合してからのゲル化時
間を短くできる点で、カリウムミョウバン、硫酸鉄(Ｉ
Ｉ)水和物、及び硫酸鉄(ＩＩＩ)水和物からなる群の１
種以上が好ましく、強度が大きい点で、カリウムミョウ
バンがより好ましい。

【００１６】スケール発生防止剤の使用量は、カルシウ
ムアルミネートとセッコウの合計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、Ａ剤の混練後エ
トリンガイトやモノサルフェートが生成し、練り置き時
間が短くなるおそれがあり、１０重量部を越えると注入
材のゲル化時間が長くなるおそれがある。

【００１７】さらに、本発明では、ゲル化後の初期強度
を向上する点で、強度促進剤を使用することが好まし
い。

【００１８】本発明の強度促進剤としては、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、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウム等の
アルカリ金属重炭酸塩、硫酸リチウム、硫酸ナトリム、
及び硫酸カリウム等のアルカリ金属硫酸塩、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、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、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び
水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、並びに、水
酸化カルシウムや水酸化マグネシウム等のアルカリ土類
金属水酸化物等が挙げられる。これらの中では、ゲル化
後の初期強度が大きい点で、炭酸カリウムが好ましい。

【００１９】強度促進剤の粒度は特に限定されるもので
はなく、通常市販されているものであれば充分使用でき
る。

【００２０】強度促進剤の使用量は、カルシウムアルミ
ネートとセッコウの合計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重量部未満だとゲル化後の初期強度が小さ
くなるおそれがあり、１０重量部を越えるとＡ剤の練り
置き時間が短くなるおそれがある。

【００２１】さらに、本発明では、必要とするゲル化時
間に調整するために、凝結遅延剤を使用することが好ま
しい。

【００２２】凝結遅延剤としては、クエン酸、グルコン
酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の有機酸類、有機酸類のナ
トリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、及びカルシウム
塩、リン酸類又はこれらの塩類、ホウ酸、アルカリ金属
ホウ酸塩、ケイフッ化物、澱粉、並びに糖類等が挙げら
れる。これらの中では、ゲル化時間が長いためにゲル化
時間を広い範囲で調整可能な点で、クエン酸及び／又は
酒石酸が好ましい。

【００２３】凝結遅延剤の粒度は特に限定されるもので
はないが、通常市販されているものであれば充分使用で
きる。

【００２４】凝結遅延剤の使用量は、必要とするゲル化
時間により調整するが、カルシウムアルミネート、セッ
コウ、スケール発生防止剤、及び必要に応じて使用する
強度促進剤の合計１００重量部に対して、１０重量部以
下が好ましく、０．０５〜５重量部がより好ましい。１
０重量部を越えるとＡ剤とＢ剤を混合してもゲル化せ
ず、強度が小さくなるおそれがある。

【００２５】本発明では、セメントと水を混合してＢ剤
を調製することが好ましい。

【００２６】セメントとしては、普通、早強、及び超早
強等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランド
セメントに高炉スラグ又はフライアッシュ等を混合した
各種混合セメント、微粒子セメント、並びに超微粒子セ
メント等が挙げられる。これらの中では、浸透性の点
で、微粒子セメント及び／又は超微粒子セメントが好ま
しい。

【００２７】セメントの粒度は浸透性の点で、ブレーン
値で６０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、９０００ｃｍ²
／ｇ以上がより好ましい。６０００ｃｍ²／ｇ未満だと
浸透性が悪くなるおそれがある。

【００２８】本発明の注入用セメント混和材の使用にあ
たっては、カルシウムアルミネート、セッコウ、スケー
ル発生防止剤、及び必要に応じて使用する強度促進剤を
予め混合したものを現場で水と混練してもよく、それぞ
れ単独のものを現場で水と混練時に混入してもよい。

【００２９】本発明では、Ａ剤とＢ剤を混合して注入材
とする。

【００３０】凝結遅延剤は、作業性の点で、Ａ剤に混合
することが好ましいが、Ｂ剤に凝結遅延剤を混合しても
良い。

【００３１】Ａ剤の水量は、初期強度を増大させる場合
には少なくし、初期強度がそれほど必要でない場合には
多くするが、カルシウムアルミネート、セッコウ、スケ
ール発生防止剤、及び必要に応じて使用する強度促進剤
の合計１００重量部に対して、３０〜３０００重量部が
好ましく、２００〜１０００重量部がより好ましい。３
０重量部未満だとＡ剤の粘性が高く作業性が悪くなるお
それがあり、３０００重量部を越えると初期強度が小さ
くなるおそれがある。

【００３２】Ｂ剤の水量は、長期強度を増大させるには
少なくし、長期強度がそれほど必要でない場合には多く
するが、セメント１００重量部に対して、３０〜１００
０重量部が好ましく、５０〜３００重量部がより好まし
い。３０重量部未満だとＢ剤の粘性が高く作業性が悪く
なるおそれがあり、１０００重量部を越えると長期強度
が小さくなるおそれがある。

【００３３】Ａ剤とＢ剤の混合方法としては、それぞれ
のミキサーで混練、調製した後に、Ａ剤とＢ剤を別々に
圧送し、Ｙ字管で混合する方法や、二重管を用い内管と
外管に別々に圧送し、二重管の先端部で合流させる方法
等いずれの方法も使用できる。即ち、単管ロッド工法、
単管ストレーナ工法、二重管単相ストレーナ工法、及び
二重管複相ストレーナ工法等の現在使用されている注入
工法に本発明の注入材が使用できる。これらの中では、
単管ロッド工法や単管ストレーナ工法に比べ、均一な改
良体を形成できる点で、二重管単相ストレーナ工法又は
二重管複相ストレーナ工法を使用することが好ましい。

【００３４】Ａ剤とＢ剤の混合比率は、容積比で、１：
２０〜５：１が好ましく、１：１０〜２：１がより好ま
しい。Ａ剤が多いと長期強度が小さくなるおそれがあ
り、Ｂ剤が多いと初期強度が小さくなるおそれがある。

【００３５】さらに、本発明においては、減水剤、分散
剤、起泡剤、発泡剤、消泡剤、及び増粘剤等を、本発明
の目的を実質的に阻害しない範囲で、Ａ剤、Ｂ剤、Ａ剤
やＢ剤の両方に使用してもよい。

【００３６】

【実施例】以下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００３７】実験例１ カルシウムアルミネート１００重量部、セッコウ１００
重量部、及びカルシウムアルミネートとセッコウの合計
１００重量部に対して表１に示す重量部のスケール発生
防止剤を混合して注入用セメント混和材とした。この注
入用セメント混和材に、カルシウムアルミネート、セッ
コウ、及びスケール発生防止剤の合計１００重量部に対
して、水６３３重量部を添加、混練してＡ剤とした。一
方、セメント１００重量部と水１３５重量部を混練して
Ｂ剤とした。Ａ剤とＢ剤を容積比１：１の割合で混合
し、注入材とし、Ａ剤の練り置き時間、ゲル化時間、及
び圧縮強度を評価した。結果を表１に示す。なお、試験
温度は２０℃とした。

【００３８】（使用材料） カルシウムアルミネート：Ｃ₁₂Ａ₇の組成に対応するも
の、非晶質、ブレーン値５６００ｃｍ²／ｇ セッコウ：無水セッコウ、ブレーン値５３００ｃｍ²／
ｇ スケール発生防止剤ア：カリウムミョウバン、市販品 スケール発生防止剤イ：ナトリウムミョウバン、市販品 スケール発生防止剤ウ：硫酸鉄(ＩＩ)、市販品 スケール発生防止剤エ：硫酸鉄(ＩＩＩ)、市販品 スケール発生防止剤オ：硫酸鉄(ＩＩ)水和物、市販品 スケール発生防止剤カ：硫酸鉄(ＩＩＩ)水和物、市販品 スケール発生防止剤キ：塩化アルミニウム水和物、市販
品 スケール発生防止剤ク：硝酸アルミニウム水和物、市販
品 スケール発生防止剤ケ：リン酸アルミニウム、市販品 セメントＰ：普通ポルトランドセメント、ブレーン値３
３４０ｃｍ²／ｇ、市販品 水：水道水

【００３９】（測定方法） Ａ剤の練り置き時間：Ａ剤をビニール袋に採取してか
ら、流動性が無くなるまでの時間。 ゲル化時間：Ａ剤とＢ剤を混合して容器に入れてから、
流動性が無くなるまでの時間。 圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定。

【００４０】

【表１】

【００４１】実験例２ カルシウムアルミネート１００重量部、セッコウ１００
重量部、及びカルシウムアルミネートとセッコウの合計
１００重量部に対して３重量部のスケール発生防止剤ア
と表２に示す重量部の強度促進剤を混合して注入用セメ
ント混和材とし、この注入用セメント混和材に、カルシ
ウムアルミネート、セッコウ、スケール発生防止剤、及
び強度促進剤の合計１００重量部に対して、水６３３重
量部を添加、混練してＡ剤としたこと以外は、実験例１
と同様に行った。結果を表２に示す。

【００４２】（使用材料） 強度促進剤α：炭酸カリウム、市販品 強度促進剤β：炭酸ナトリウム、市販品

【００４３】

【表２】

【００４４】実験例３ カルシウムアルミネート１００重量部、セッコウ１００
重量部、及びカルシウムアルミネートとセッコウの合計
１００重量部に対して表３に示す重量部のスケール発生
防止剤アと強度促進剤αを混合して注入用セメント混和
材とし、この注入用セメント混和材に、カルシウムアル
ミネート、セッコウ、スケール発生防止剤、及び強度促
進剤の合計１００重量部に対して、水６３３重量部を添
加、混練してＡ剤とし、表３に示すセメントを使用して
Ｂ剤としたこと以外は、実験例１と同様に行った。結果
を表３に示す。

【００４５】（使用材料） セメントＱ：微粒子セメント、ブレーン値６１００ｃｍ
²／ｇ、市販品 セメントＲ：超微粒子セメント、ブレーン値９２５０ｃ
ｍ²／ｇ、市販品

【００４６】

【表３】

【００４７】実験例４ カルシウムアルミネート１００重量部、セッコウ１５０
重量部、及びカルシウムアルミネートとセッコウの合計
１００重量部に対してスケール発生防止剤ア３重量部と
強度促進剤α１重量部を混合して注入用セメント混和材
とし、この注入用セメント混和材に、カルシウムアルミ
ネート、セッコウ、スケール発生防止剤、及び強度促進
剤の合計１００重量部に対して、水４６６重量部と表４
に示す重量部の凝結遅延剤を添加、混練してＡ剤とし、
セメント１００重量部と水９４重量部を混練してＢ剤と
したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表４
に示す。

【００４８】（使用材料） 凝結遅延剤ａ：クエン酸ナトリウム 凝結遅延剤ｂ：クエン酸 凝結遅延剤ｃ：酒石酸

【００４９】

【表４】

【００５０】実験例５ カルシウムアルミネート１００重量部、セッコウ１５０
重量部、及びカルシウムアルミネートとセッコウの合計
１００重量部に対して表５に示す重量部のスケール発生
防止剤アと強度促進剤α１重量部を混合して注入用セメ
ント混和材とし、この注入用セメント混和材に、カルシ
ウムアルミネート、セッコウ、スケール発生防止剤、及
び強度促進剤の合計１００重量部に対して、水４６６重
量部と凝結遅延剤ｃ１重量部を添加、混練してＡ剤と
し、セメント１００重量部と水９４重量部を混練してＢ
剤とし、試験温度を表５に示す温度にして、ゲル化時間
を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果
を表５に示す。

【００５１】

【表５】

【００５２】実験例６ 実験Ｎｏ．３−６の注入材を、二重管単相ストレーナ工
法により地盤に注入した。１日後に地盤を掘り起こした
ところ、均一な改良体の生成が認められた。

【００５３】

【発明の効果】本発明の注入用セメント混和材を使用す
ることにより、以下の効果が発現できた。 （１）スケールの発生を防止することができる。 （２）練り置き時間を好ましくは１時間以上と長くでき
る。 （３）ゲル化時間を１分以内、好ましくは１０秒以内に
できる。そのために、ゲル化時間が１分を越えた従来の
セメント系材料では使用できなかった二重管単相ストレ
ーナや二重管複相ストレーナ工法を用いることができ
る。この工法は、均一な改良体を形成できるために、よ
り強固な地盤改良ができる。 （４）ゲル化時間の温度依存性が少ない。実際の注入材
の注入では気温や水温が常に変化しているので、注入材
としては温度が変化した場合にゲル化時間へ及ぼす影響
が小さいことが好ましいが、本発明の注入用セメント混
和材は、この条件に適うので、温度によって凝結遅延剤
の使用量を調整する煩雑さが軽減される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 17/44 Ｃ０９Ｋ 17/44 Ｐ Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１ Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１ // Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00 107:00 107:00 Ｆターム(参考） 2D040 AA04 AA06 AB01 AC01 BB09 CA01 CA03 CA04 CA05 CA10 CC03 CD06 CD08 4G012 MB26 4H026 CA01 CA04 CB03 CB05 CC03 CC04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カルシウムアルミネート、セッコウ、及
   びスケール発生防止剤を含有してなる注入用セメント混
   和材。
2. 【請求項２】 さらに、強度促進剤を含有してなる請求
   項１記載の注入用セメント混和材。
3. 【請求項３】 さらに、凝結遅延剤を含有してなる請求
   項１又は２記載の注入用セメント混和材。
4. 【請求項４】 カルシウムアルミネート、セッコウ、及
   びスケール発生防止剤を含有してなるＡ剤と、セメント
   を含有してなるＢ剤を含有してなる注入材。
5. 【請求項５】 さらに、Ａ剤に強度促進剤を含有してな
   る請求項４記載の注入材。