JP2003306368A - 注入材及びこれを用いた注入施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】土木、建築分野で使用する、ポゾラン反応物質
を使用した注入材に関し、湿式粉砕後の粘性が上昇せ
ず、注入性に優れ、かつ、スラリー温度が５０℃以上に
なるまで湿式粉砕することにより強度発現性に優れた注
入材を提供する。 【解決手段】湿式粉砕したポゾラン反応物質を含有する
スラリーからなる注入材であり、更に、アルカリ塩を含
有してなる注入材であり、分散剤、特にポリアクリル酸
を含有し、遅延剤、特に有機酸系遅延剤を含有してなる
注入材であり、更に、スラリー温度が５０℃以上になる
まで湿式粉砕し、粉砕直後に注入する遅延剤の施工方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、土木、建築分野で
使用する注入材及びこれを用いた施工方法に関し、より
詳しくはポゾラン反応物質を使用した注入材に関する。
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】現在、注入材は水ガラス系、特殊シリカ
系及び高分子系の薬液系注入材と、セメント系等の非薬
液系注入材（懸濁系注入材）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頁参照）。懸濁
注入材としては、セメントを乾式粉砕した超微粒子セメ
ント注入材や、高炉スラグを乾式粉砕した超微粒子系注
入材等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、乾式粉
砕した注入材は最大粒子径を１０μｍ以下にすることは
困難である。コンクリートの亀裂に注入する場合、最大
粒子径が１０μｍでは数十μｍ以下の亀裂に注入するこ
とが困難であると共に、製造コストも高くなるという課
題があった。そして、地盤に注入する場合、乾式粉砕し
た注入材は最大粒子径が大きいため、粒子径７５μｍ以
下のシルト層や粘土層等への浸透注入は困難であるとい
う課題もあった。

【０００４】本発明者らは、ポゾラン反応物質からなる
特定の注入材を使用することにより、前記課題を解決す
ることができ、１０μｍ以下の亀裂幅を有するコンクリ
ート硬化物への注入や、粒子径７５μｍ以下のシルト層
や粘土層への浸透注入が可能であるとの知見を得て本発
明を完成するに至った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、湿
式粉砕したポゾラン反応物質を含有するスラリーからな
る注入材であり、更に、アルカリ塩を含有してなる注入
材であり、分散剤、特にポリアクリル酸を含有し、遅延
剤、特に有機酸系遅延剤を含有してなる注入材であり、
更に、スラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕
し、粉砕直後に注入する注入材の施工方法である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の注入材（以下、本注入材という）は、ポゾラン
反応物質を含有してなるスラリーであり、更に、アルカ
リ塩、分散剤、及び／又は遅延剤を含有するものであ
る。注入性や強度発現性を向上させるために、これら成
分からなるスラリー温度を５０℃以上になるまで湿式粉
砕したものである。

【０００７】本発明で使用するポゾラン反応物質（以
下、ポゾランという）として、スラグや造粒したシリカ
フューム及びフライアッシュ等が挙げられる。スラグと
は、高炉から副生する高炉スラグ、転炉や電炉等の製鋼
炉から副生する製鋼スラグ、及び汚泥等を焼成或いは溶
融して得られる特殊スラグ等が挙げられるが、強度発現
性の面から高炉スラグが好ましく、非晶質の高炉スラグ
がより好ましい。

【０００８】造粒したシリカフューム（以下、ＳＦ粒と
いう）とは、シリコン、含シリコン合金、及びジルコニ
ア等を製造する際に副生するシリカ質を主成分とする、
平均粒子径０．１μｍ程度の球状粒子を造粒したもので
ある。造粒する方法としては、転動造粒法や流動層造粒
法等を用いることが可能である。例えば、転動造粒装置
の皿の回転速度を５０ｒｐｍ、シリカフュームの供給速
度を３ｋｇ／分とし、含水量が３％となるように水をス
プレイすることにより造粒物を製造することができる。

【０００９】フライアッシュとは、微粉炭燃焼ボイラの
燃焼ガスから集塵器で採取される微粉末状のアッシュの
ことである。

【００１０】ポゾランでは強度発現性が高いことからス
ラグが好ましい。ポゾランの平均粒子径は５０μｍ以下
であり、１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好
ましい。５０μｍを超えると湿式粉砕しても粗い粒子が
残りがちである。

【００１１】本注入材には、強度発現性を向上させるた
めにアルカリ塩を併用することが好ましい。ここで、ア
ルカリ塩とは、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カ
リウム等の炭酸塩； 水酸化リチウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カル
シウム等の水酸化物； 塩化カルシウムや塩化マグネシ
ウム等の塩化物； アルミン酸リチウム、アルミン酸ナ
トリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウム
等のアルミン酸塩； ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウ
ム、ケイ酸カリウム等のケイ酸塩； 及び硫酸カルシウ
ム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸リチウム等の
硫酸塩等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上
を併用することも可能である。これらの中では、初期強
度発現性が高いことや、湿式粉砕時の粘性の上昇が少な
いことから硫酸塩が好ましく、特に硫酸カルシウムが好
ましい。アルカリ塩の使用量は、ポゾラン１００部に対
して、０．５〜１０部が好ましく、１〜５部がより好ま
しい。０．５部未満では本注入材の初期強度が小さくな
る場合があり、１０部を超えるとスラリー温度が５０℃
以上になるまで湿式粉砕した場合、注入材が増粘し、注
入性が悪くなる場合がある。

【００１２】本発明では注入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、リグニ
ンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ナフタレンスル
ホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩及
びポリアクリル酸塩等が挙げられ、これらのうち、注入
性や強度の面から、ポリカルボン酸塩又はポリアクリル
酸塩が好ましく、ポリアクリル酸塩がより好ましい。分
散剤の使用量は、ポゾラン１００部に対して、固形分換
算で０．０１〜１０部が好ましく、０．１〜５部がより
好ましい。０．０１部未満では注入性が低下しがちであ
り、１０部を超えると強度発現性が悪くなる傾向があ
る。

【００１３】本注入材には、湿式粉砕時の粘性の上昇を
防止し、注入性を向上させるため、遅延剤を併用するこ
とが好ましい。遅延剤としては、クエン酸、リンゴ酸、
酒石酸、及びグルコン酸又はこれらのナトリウム塩やカ
リウム塩などの有機酸又はその塩が挙げられ、これらの
うちの１種又は２種以上が使用可能である。これらの中
では、スラリー温度を５０℃以上になるまで湿式粉砕し
ても粘性の上昇が少ないことや、強度発現性の面からク
エン酸、酒石酸又はグルコン酸が好ましく、クエン酸や
酒石酸又はその塩がより好ましく、クエン酸又はその塩
が最も好ましい。遅延剤の使用量は、ポゾラン１００部
に対して、０．１〜１部であり、０．２〜０．５部が好
ましい。０．１部未満ではスラリー温度が５０℃以上に
なるまで湿式粉砕した場合、粘性が上昇し注入性が低下
しがちであり、１部を超えると遅延効果が大きくなり過
ぎ、初期強度発現性が低下する傾向がある。

【００１４】本発明においては、ポゾラン、アルカリ塩
及び水を、更に必要に応じて分散剤及び／又は遅延剤を
混合して作製したスラリーを、スラリー温度が５０℃以
上、好ましくは６０℃以上になるまで湿式粉砕して本注
入材を製造する。

【００１５】水の使用量は、ポゾラン１００部に対して
３０〜１０００部であり、１００〜３００部が好まし
い。３０部未満では注入性が低下しがちであり、１００
０部を超えると強度発現性が不十分である。

【００１６】アルカリ塩は、種類によってはポゾランと
混合すると直ちに水和するおそれがあるため、ポゾラン
又はポゾランと分散剤からなるスラリーと、アルカリ塩
又はアルカリと遅延剤からなる水溶液或いはスラリーと
を別々に調製し、施工時に合流するいわゆる２ショット
で注入することが好ましい。なお、分散剤や遅延剤は湿
式粉砕したポゾランやアルカリ塩に混合することも可能
である。

【００１７】本注入材はスラリー温度が５０℃以上、好
ましくは６０℃以上になるまで湿式粉砕した直後に使用
する。スラリー温度が５０℃未満では粉砕が不十分で、
注入性が低下するおそれがあり、また、強度発現性も低
下する傾向がある。特に、５０℃から５５℃の近辺にな
るまで湿式粉砕すると、注入性が向上し、初期及び長期
の圧縮強度が向上する現象を見出した。この現象は高圧
水を使用した粉砕機を用いた場合に特に顕著である。し
たがって、温度を測定していれば粉砕工程の完了を検知
することができる。

【００１８】本注入材を使用する場合、注入材製造工場
内でスラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕して
施工場所まで運搬して注入してもよいが、注入材の安定
性の面から施工場所に湿式粉砕機を設置し、スラリー温
度が５０℃以上になるまで湿式粉砕し、湿式粉砕終了直
後に注入することが好ましい。

【００１９】本発明では、各材料を混合し、スラリー状
にしてから湿式粉砕することが好ましい。混合条件は特
に限定しないが、容量が大きく、混合性能が優れている
ことから回転数１０〜１０００ｒｐｍ程度で回転するグ
ラウトミキサーが好ましく用いられる。グラウトミキサ
ーとしては、鉱研鉱業（株）製ＨＭ−１５０−４型、ア
イメックス（株）製ＨＫ型、岡三機工（株）製ＯＫＧ−
１５０型等がある。

【００２０】混合方法は特に限定しないが、分散剤や遅
延剤を使用する場合には、ミキサー中の水に分散剤や遅
延剤を投入し、混合後、ポゾランやアルカリ塩を投入
し、混合することが好ましい。ポゾランやアルカリ塩を
投入した後に、分散剤や遅延剤を投入すると分散性が悪
くなったり、アルカリ塩の種類によってはポゾランとア
ルカリ塩が直ちに水和し、遅延効果が得られなくなるお
それがある。作成したスラリーを湿式粉砕するまでの時
間は特に限定するものではないが、アルカリ塩の種類に
よっては、ポゾランとアルカリ塩が直ちに水和するおそ
れがあるため、スラリー作成後、直ちに湿式粉砕するこ
とが好ましい。

【００２１】湿式粉砕する装置としては、撹拌ミル、ボ
ールミル及び高圧水を使用した粉砕機等があるが、粉砕
速度が早く、粉砕時の摩擦熱により短時間でスラリー温
度を５０℃以上にできることから、高圧水を使用した粉
砕機を使用することが好ましい。

【００２２】撹拌ミルとは、容器内にボール等のメディ
アを入れ、このメディアに挿入した撹拌機構によって力
を伝達して粉砕を行う粉砕機であって、撹拌槽型ミル、
流通管型ミル、環状ミル及び塔敷ミル等に分類される。
撹拌ミルの中で、撹拌槽型ミルとしては、アトライター
（商品名、三井鉱山（株）製）やサンドグラインダー
（商品名、アイメックス（株）製）等があり、流通管型
ミルとしては、ダイノーミル（商品名、ウイリー・アー
・バッコーフェンＡＧ製）、スーパーアペックスミル
（商品名、コトブキ技研工業（株）製）、ウルトラビス
コミル（商品名、アイメックス（株）製）等があり、環
状ミルとしては、ダイヤモンドファインミル（商品名、
三菱重工業（株）製）やパールミル（商品名、ドライス
ヴェルケＧｍｂＨ製）等がある。

【００２３】ボールミルとは、通常、円筒状容器のミル
内にメディアとしてボールを入れ、ミルを運動させるこ
とによって粉砕を行う粉砕機であって、転動ミル、振動
ボールミル、遊星ミル等がある。このようなボールミル
としては、アクアマイザー（商品名、ホソカワミクロン
（株）製）や、ハイジー（商品名、（株）栗本鐵鋼所
製）等がある。

【００２４】撹拌ミル又はボールミルを利用して本注入
材を湿式粉砕する場合、使用するメディアは特に限定さ
れるものではないが、その平均粒子径は０．００１〜
１．０ｍｍであり、０．０１〜０．５ｍｍが好ましい。
０．００１ｍｍ未満では本注入材とメディアとの分離が
困難で、１．０ｍｍを超えると粉砕効率が劣りがちであ
る。また、メディアの容器内の充填量は特に限定される
ものではないが、容器の容積の５０〜９５容積％であ
り、７０〜９０容積％が好ましい。この範囲外では粉砕
効率が低下する傾向がある。

【００２５】高圧水を使用した粉砕機とは、スラリーに
５０〜５００ＭＰａの高圧を加え、このスラリーを２流
路に分岐させ、再度合流する部分で対向衝突させて粉砕
するものである。このような粉砕機としてはアルティマ
イザーシステム（商品名、（株）スギノマシン製）等が
ある。

【００２６】更に、本注入材にはベントナイト、アロフ
ェン、メチルセルローズ、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、ポリビニルア
ルコール等の材料分離抵抗剤、ゼラチン、カゼイン、金
属アルミニウム等の気泡剤及びパラフィンやシリコン等
の消泡剤等を併用することも可能である。

【００２７】本注入材は、単管ロッド工法、単管ストレ
ーナ工法、二重管単層工法、二重管複層工法及び二重管
ダブルパッカー工法等の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。

【００２８】

【実施例】以下、実験例を挙げて本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。実験
例１ 表１に示すポゾラン１００部、アルカリ塩Ａ３部及び水
２００部を混合し、前記ミキサーを保有するアルティマ
イザーシステムを用いて吐出圧力１００ＭＰａで高速粉
砕し、スラリー温度が５０℃になるまで湿式粉砕して本
注入材を作製し、その粘度、注入性、硬化時間及び圧縮
強度を測定した。その結果を表１に併記した。

【００２９】＜使用材料＞ ポゾランα ：高炉スラグ、市販品、 平均粒子径２μ
ｍ ポゾランβ ：ＳＦ粒、市販品、ポリアクリル酸塩系分
散剤含有、平均粒子径１μｍ ポゾランγ ：フライアッシュ、市販品、平均粒子径１
０μｍ アルカリ塩Ａ：硫酸カルシウム無水和物、市販品 ＜試験方法＞ 粘度 ：注入材をカップに入れ、Ｂ型粘度計により
測定 注入性 ：７号ケイ砂をＪＳＣＥ Ｆ ５２２に準じ
たポリエチレン袋に高さ３０ｃｍになるまで注入し、そ
の上から注入材を静かに入れたときの注入材の浸透長さ 硬化時間 ：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 ：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日を
測定

【００３０】

【表１】

【００３１】実験例２ ポゾランα１００部、表２に示すアルカリ塩及び水２０
０部を混合した以外は実験例１と同様に行った。その結
果を表２に併記した。 ＜使用材料＞ アルカリ塩Ｂ：炭酸ナトリウム、市販品 アルカリ塩Ｃ：水酸化カルシウム、市販品

【００３２】

【表２】

【００３３】実験例３ ポゾランα１００部、アルカリ塩Ａ３部、表３に示す分
散剤及び水２００部を混合した以外は実験例１と同様に
行った。その結果を表３に併記した。 ＜使用材料＞ 分散剤ａ ：ポリアクリル酸塩、市販品 分散剤ｂ ：ポリカルボン酸塩、市販品 分散剤ｃ ：ナフタレンスルホン酸塩、市販品

【００３４】

【表３】

【００３５】実験例４ ポゾランα１００部、アルカリ塩Ａ３部、表４に示す分
散剤と遅延剤及び水２００部を混合した以外は実験例１
と同様に行った。その結果を表４に併記した。 ＜使用材料＞ 遅延剤イ ：クエン酸、市販品 遅延剤ロ ：酒石酸、市販品 遅延剤ハ ：グルコン酸ナトリウム、市販品

【００３６】

【表４】

【００３７】実験例５ ポゾランα１００部、アルカリ塩Ａ３部、分散剤ａ３
部、遅延剤イ０．３５部及び水２００部を混合し、表５
に示したスラリー温度になるまで粉砕し、粉砕終了直後
に使用した以外は実験例１と同様に行った。その結果を
表５に併記した。

【００３８】

【表５】

【００３９】

【発明の効果】本発明により、湿式粉砕後の粘性が上昇
せず、注入性に優れ、かつ、スラリー温度が５０℃以上
になるまで湿式粉砕することにより強度発現性に優れた
注入材を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０４Ｂ 24/26 Ｃ０４Ｂ 24/26 Ｅ // Ｃ０９Ｋ 17/02 Ｃ０９Ｋ 17/02 Ｐ 17/14 17/14 Ｐ 17/22 17/22 Ｐ Ｅ２１Ｄ 11/00 Ｅ２１Ｄ 11/00 Ｚ Ｃ０４Ｂ 103:20 Ｃ０４Ｂ 103:20 103:40 103:40 111:72 111:72 (72)発明者 高木 聡史 新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地 電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者 江原 昌彦 東京都中央区銀座６−15−１ 電源開発株 式会社内 (72)発明者 田代 季生 東京都新宿区新宿１−６−５ 開発工事株 式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 KA11 LA16 4G012 PA27 PA29 PB03 PB04 PB08 PB17 PB24 PB31 PB32 PE04 4H026 CA05 CB08 CC06

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿式粉砕したポゾラン反応物質を含有し
   たスラリーからなる注入材。
2. 【請求項２】 アルカリ塩を含有することを特徴とする
   請求項１記載の注入材。
3. 【請求項３】 分散剤を含有することを特徴とする請求
   項１又は２記載の注入材。
4. 【請求項４】 分散剤がポリアクリル酸であることを特
   徴とする請求項３記載の注入材。
5. 【請求項５】 遅延剤を含有することを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれかに記載する注入材。
6. 【請求項６】 遅延剤が有機酸系遅延剤であることを特
   徴とする請求項５記載の注入材。
7. 【請求項７】 スラリー温度が５０℃以上になるまで湿
   式粉砕し、粉砕直後に注入することを特徴とする請求項
   １ないし６のいずれかに記載する注入材を用いた注入施
   工方法。
8. 【請求項８】 高圧水を使用する粉砕機を用いて、スラ
   リー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕することを特
   徴とする請求項７記載の注入施工方法。
9. 【請求項９】 各材料をミキサーで混合し、スラリー状
   にした後、湿式粉砕することを特徴とする請求項７又は
   ８記載の注入施工方法。