JP2003171165A

JP2003171165A - 注入材

Info

Publication number: JP2003171165A
Application number: JP2001371066A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takagi; 聡史高木
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】地盤への浸透性が優れ、かつ、再度の掘削等
に支障をきたさない適度な強度発現性が得られ、さら
に、６価クロムの溶出量が低減できるなどの効果を奏す
る、地盤改良やトンネルの補助工法等、土木、建築分野
で使用する注入材、特に、セメント系注入材を提供する
こと。【解決手段】セメントと高炉徐冷スラグ粉末を含有し
てなる注入材、セメントと高炉徐冷スラグ粉末に、さら
に、カルシウムアルミネートを、また、カルシウムアル
ミネートと石膏とを含有してなる注入材を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築分野で
使用する注入材に関する。なお、本発明で使用する部や
％は特に規定のない限り質量基準である。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、地盤改良やトンネルの
補助工法等で多くの注入工法が用いられている。そし
て、注入工法に用いられる注入材は、薬液系注入材と非
薬液系注入材(懸濁型注入材)の二つに大きく分けられる
(最新地盤注入工法技術総覧編集委員会編集、株式会社
産業技術サービスセンター発行、156頁)。

【０００３】薬液系注入材には、水ガラス系、特殊シリ
カ系、及び高分子系の注入材があるが、強度や耐久性が
低いという課題がある。また、水ガラス系注入材は強ア
ルカリ性であるため作業性が低下するなどの課題もあっ
た。

【０００４】懸濁型注入材には、セメント系注入材等が
あるが、粒子径が大きく地盤への浸透性が悪いという課
題がある。そこで、浸透性、強度や耐久性を改善するた
めに超微粒子セメントの使用が増加しつつあるが、超微
粒子セメントを使用した場合、強度が大きすぎて掘削等
に支障をきたすという課題があった。また、セメントに
含有されている有害成分、特に、６価クロムが溶出する
場合があり、環境に好ましくないという課題もあった。

【０００５】本発明者は、特定の注入材を使用すること
により、前記課題を解消することができ、さらに良好な
地盤への浸透性や掘削等に支障をきたさない適度な強度
発現性が得られ、６価クロムの溶出量が低減できるとい
う知見を得て本発明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、セメン
トと高炉徐冷スラグ粉末を含有してなる注入材であり、
さらに、カルシウムアルミネートを、また、それと石膏
と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、これらポルトランドセメントに、高炉スラグや
フライアッシュなどを混合した各種混合セメント、並び
に、市販されている微粒子セメントや超微粒子セメント
などが挙げられ、各種ポルトランドセメントや各種混合
セメントを微粉末化して使用することも可能である。セ
メントの粒度は特に規定されないが、ブレーン値で5,00
0cm²/g以上が好ましく、8,000cm²/g以上がより好まし
く、12,000cm²/gが最も好ましい。5,000cm²/g未満では
浸透性が悪くなる場合がある。

【０００９】本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以
下、本スラグ粉という)は徐冷されて結晶化した高炉ス
ラグの粉末であり、セメントと混和することにより、セ
メントの中性化や６価クロムの溶出を低減するものであ
る。本スラグ粉の成分は、高炉水砕スラグと同様の組成
を有しており、具体的にはSiO₂、CaO、Al₂O₃、及びMgO
などを主要な化学成分とし、その他の成分として、Ti
O₂、MnO、Na₂O、Ｓ、P₂O₅、及びFe₂O₃などが挙げられ
る。また、化合物としては、ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・S
iO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶である、い
わゆるメリライトを主成分とし、その他、ダイカルシウ
ムシリケート2CaO・SiO₂、ランキナイト3CaO・2SiO₂、及
びワラストナイトCaO・SiO₂などのカルシウムシリケー
ト、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO₂やモンチセライトCaO・
MgO・SiO₂などのカルシウムマグネシウムシリケート、ア
ノーサイトCaO・Al₂O₃・2SiO₂、リューサイト(K₂O、Na₂O)
・Al₂O₃・SiO₂、スピネルMgO・Al₂O₃、マグネタイトFe
₃O₄、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫
化物等を含む場合がある。これら硫化物は徐冷スラグを
粉砕することにより粒子表面に露出し、水と接した際に
チオ硫酸イオウや亜硫酸イオウとして溶出し、６価クロ
ム低減効果を発揮する。

【００１０】本スラグ粉の粒度は特に規定されるもので
はないが、ブレーン値で5,000cm²/g以上が好ましく、8,
000cm²/g以上がより好ましい。12,000cm²/g以上が最も
好ましい。5,000cm²/g未満では浸透性が悪くなる場合が
ある。この粒度によって、チオ硫酸イオウや亜硫酸イオ
ウなどの溶出量をコントロールすることが可能であり、
粉末度を高めることにより初期の６価クロム低減効果が
高まり、逆に粉末度を低くすることで長期にわたる６価
クロム低減効果を与えることが可能となる。

【００１１】本スラグ粉のガラス化率は、30％以下が好
ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率がこの範
囲外では所定の６価クロム低減効果が得られない場合が
ある。ガラス化率が高い場合、ほぼ同量の非硫酸態イオ
ウを含有していても、結晶質である徐冷スラグに比しガ
ラス化率の高いスラグ粉はチオ硫酸イオウなどの溶出が
極めて少なく、６価クロムの低減効果は小さい。本発明
でいうガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ₀)×100
として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により
求められる徐冷スラグ粉中の主要な結晶性化合物である
メリライト(ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・SiO₂とアケルマナ
イト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶)のメインピークの面積であ
り、Ｓ₀は徐冷スラグ粉を1,000℃で３時間加熱し、その
後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトの
メインピークの面積を表す。

【００１２】本スラグ粉中の非硫酸態イオウの含有量
は、0.5％以上が好ましい。この範囲外では、所定の６
価クロム低減効果が得られない場合がある。非硫酸態イ
オウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物態イオウ
量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ(三酸化イ
オウ)量を山口と小野の方法により定量することによっ
て、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イ
オウ量については、JIS R 5202に定められた方法により
定量することによっても求めることができる(「高炉ス
ラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘：製鉄研
究、第301号、pp.37-40、1980参照)。本スラグ粉は、非
硫酸態イオウを含有することにより、６価クロムを低減
する効果を発揮するものであるが、単に、非硫酸態イオ
ウを含まないスラグに、多硫化物、硫化物、チオ硫酸
塩、及び亜硫酸塩等を添加したのでは、本発明の優れた
６価クロム低減効果は得られない。

【００１３】本スラグ粉の使用量は、セメント100部に
対して、20〜500部が好ましく、100〜300部がより好ま
しい。20部未満では強度が大くなりすぎて再掘削工事等
において支障をきたす場合や６価クロムの溶出量が低減
できない場合があり、500部を超えると強度が小さくな
りすぎる場合がある。

【００１４】本発明で使用するカルシウムアルミネート
(以下、ＣＡという)とは、カルシアを含む原料と、アル
ミナを含む原料等とを混合して、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
たる成分とした、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、アルカリ金属ハロゲン化
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、反応活性の面で、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。ＣＡの粒度は、ブレーン値で5,000cm²
/g以上が好ましく、8,000cm²/g以上がより好ましい。5,
000cm²/g未満では浸透性が悪くなる場合がある。ＣＡの
使用量は、セメント100部に対して、１〜200部が好まし
く、10〜50部がより好ましい。１部未満では初期強度発
現性が小さくなりすぎる場合があり、200部を超えると
硬化時間が早くなり、作業時間が確保できない場合があ
り、水和発熱温度が高くなり、膨張破壊等を引き起こす
場合がある。

【００１５】本発明で使用する石膏としては、無水石
膏、半水石膏、及び二水石膏等が挙げられ、さらに、天
然産の石膏や、リン酸石膏、排脱石膏、及びフッ酸石膏
等の化学石膏、又はこれらを熱処理して得られた石膏が
挙げられる。これらの中では、強度発現性が大きい面で
無水石膏が好ましい。石膏の粒度は、ブレーン値で5,00
0cm²/g以上が好ましく、8,000cm²/g以上がより好まし
い。5,000cm²/g未満では浸透性が悪くなる場合がある。
石膏の使用量は、セメント100部に対して、0.1〜100部
が好ましく、１〜30部がより好ましい。0.1部未満では
強度発現性が小さくなりすぎる場合があり、100部を超
えると水和発熱温度が高くなり、膨張破壊等を引き起こ
す場合がある。

【００１６】さらに、本発明では、必要とする硬化時間
が得られるように、凝結調整剤を併用することが好まし
い。凝結調整剤としては、具体的には、アルミン酸ナト
リウムやアルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩、炭酸
ナトリウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩、水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、及び水酸化
マグネシウムなどの水酸化物、硫酸アルミニウム、硫酸
鉄(III)、及びミョウバンなどの硫酸塩、ケイ酸ナトリ
ウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムなどのケイ
酸塩、ケイフッ化ナトリウムやケイフッ化マグネシウム
などのケイフッ化物、リン酸ナトリウム、リン酸カルシ
ウム、及びリン酸マグネシウムなどのリン酸塩、ホウ酸
リチウムやホウ酸ナトリウムなどのホウ酸塩等の無機塩
類、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の
有機酸類又はそのナトリウム塩、カリウム塩、リチウム
塩、及びカルシウム塩、並びに、糖類等が挙げられる。
凝結調整剤の使用量は、硬化時間に応じて調整するため
特に限定されるものではないが、セメント100部に対し
て、0.01〜50部が好ましい。

【００１７】さらに、本発明では、浸透性を向上させる
ために、分散剤を併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塩系、リ
グニンスルホン酸塩系、メラミンスルホン酸ホルマリン
縮合物塩系、ポリカルボン酸塩系、及びポリエーテル系
の分散剤が好ましい。分散剤の使用量は、セメント100
部に対して、0.01〜10部が好ましく、0.1〜３部がより
好ましい。0.01部未満では浸透性が劣る場合があり、10
部を超えると初期強度が低下する場合がある。

【００１８】本発明の注入材(以下、本注入材という)
は、セメントと本スラグ粉、また、それらに、ＣＡを、
また、ＣＡと石膏とを含有するもので、本注入材と水と
を混合して懸濁液とし地盤等に注入することが可能であ
る。本注入材の使用量は、対象となる土壌の種類、含水
量、及び必要とする強度等によって変化し一律に決定さ
れるものではないが、一般的には、土壌１ｍ³に対し
て、５〜300kgが好ましく、50〜150kgがより好ましい。
５kg未満では固化強度が小さい場合があり、300kgを超
えると固化強度が大きくなりすぎる場合がある。

【００１９】本注入材を懸濁液とする場合の水量は、懸
濁液がポンプで圧送可能な粘性となる量であれば特に限
定されるものではない。例えば、セメント、本スラグ
粉、ＣＡ、石膏、及び水を配合し、ミキサーで混合して
ポンプで注入する、いわゆる、１ショットで地盤に注入
することが可能である。この場合、ミキサー、ポンプ、
及びホースなどで本注入材が硬化する場合があるため、
硬化時間を少なくとも30分以上確保する必要がある。そ
こで、例えば、セメント、本スラグ粉、及び水からなる
懸濁液と、ＣＡ、石膏、及び水からなる懸濁液とを別々
に調整し、二種類の懸濁液をＹ字管等で混合して注入す
る、いわゆる、１．５ショットの注入方法や、上記二種
類の懸濁液を別々に圧送し注入用二重管の先端で混合し
て注入する、いわゆる、２ショットの注入方法がより好
ましい。

【００２０】さらに、本注入材には、ベントナイト、ア
ロフェン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びポリビ
ニルアルコールなどの材料分離抵抗材、ゼラチン、カゼ
イン、及び金属アルミニウムなどの気泡材、並びに、パ
ラフィンやシリコーンなどの消泡剤等を併用することも
可能である。

【００２１】本注入材は、単管ロッド工法、単管ストレ
ーナ工法、二重管単相工法、二重管複相工法、及び二重
管ダブルパッカー工法等、現在使用されている注入工法
に使用することが可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実験例を示し、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。

【００２３】実験例１セメント100部に対して、表１に示す本スラグ粉、Ｃ
Ａ、及び石膏を混合し、本注入材を調製した。調製した
本注入材100部と水300部を混合し懸濁液を作製し、硬化
時間、圧縮強度、及び６価クロム溶出量を測定した。結
果を表１に併記する。

【００２４】＜使用材料＞セメント：普通ポルトランドセメント微粉砕品、ブレーン値12,500cm²/g 本スラグ粉：市販品、ブレーン値13,000cm²/g ＣＡ：C₁₂A₇組成のガラス、ブレーン値8,500cm²/g 石膏：天然無水石膏、ブレーン値9,000cm²/g

【００２５】＜試験方法＞硬化時間：本注入材をカップに入れ、傾倒しても流れ
なくなるまでの時間圧縮強度：本注入材を４×４×16cmの型枠に採取し、
JIS R 5201に準じて材齢１日と28日測定６価クロム溶出量：環境庁告示第４６号に準じて測定、
測定材齢１日と28日

【００２６】

【表１】

【００２７】実験例２直径5cm×長さ30cmのポリエチレンチューブに７号珪砂
を高さ20cmになるまで入れた。一方、セメント100部に
対して、本スラグ粉200部、ＣＡ20部、石膏20部、表２
に示す凝結調整剤１部、及び分散剤１部を混合し、本注
入材を作製した。本注入材100部と水300部を混合して懸
濁液を作製し、この懸濁液を砂を入れたポリエチレンチ
ューブに静かに投入し、圧縮強度と６価クロム溶出量を
測定した。結果を表２に併記する。

【００２８】＜使用材料＞凝結調整剤Ａ：ケイフッ化ナトリウム、試薬凝結調整剤Ｂ：クエン酸、試薬凝結調整剤Ｃ：酒石酸ナトリウム、試薬凝結調整剤Ｄ：リンゴ酸、試薬分散剤：市販品、主成分ポリエーテル系、粉末タイプ

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明の注入材を使用す
ることにより、地盤への浸透性が優れ、かつ、再度の掘
削等に支障をきたさない適度な強度発現性が得られ、さ
らに、６価クロムの溶出量が低減できるなどの効果を奏
する。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１ // Ｅ０４Ｇ 23/02 Ｅ０４Ｇ 23/02 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントと高炉徐冷スラグ粉末を含有し
てなる注入材。
【請求項２】さらに、カルシウムアルミネートを含有
してなる請求項１に記載の注入材。
【請求項３】さらに、石膏を含有してなる請求項２に
記載の注入材。