JP2008285597A - 高圧噴射攪拌施工用混和剤 - Google Patents

Abstract

【課題】高い流動性とブリーディング率とを備えた硬化材を安定して得るための高圧噴射攪拌施工用混和剤の提供。
【解決手段】アンドレアゼンピペットにより測定された粒径２μｍ以下の粒子含有率が８０重量％以上である層状ケイ酸塩鉱物（Ａ）とナフタレンスルホン酸系減水剤（Ｂ）とを含有し、当該成分の含有質量比率が（Ａ）／（Ｂ）＝７７．５／２２．５〜８６．５／１３．５である高圧噴射攪拌施工用混和剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメントミルク又はセメントミルクと空気とを地中に設置したロッドから高圧で噴射する高圧噴射攪拌施工により、地盤改良体を造成するためのセメントミルクに加える混和剤に関する。

地盤改良を行うための工法のひとつとして高圧噴射攪拌施工が知られている。高圧噴射攪拌施工は超高圧噴流体が有する運動エネルギーを利用して、地盤の組織構成を破壊し、その破壊された土粒子にセメントミルクや水ガラス等の硬化材を加えて混合・攪拌し、地盤改良体を造成するものである。さらに、高圧噴射工法のＲＪＰ工法ではより大口径の地盤改良体を造成することが可能である事が知られている。その具体的メカニズムは、ロッド上段の超高圧水と空気噴流体による造成ガイド切削を行い、ある一定の空間を作ることにより下段の超高圧硬化材と空気噴流体による拡大切削エネルギーを十分に発現させ、従来の閉塞空間による拡大切削よりも、その切削、破壊効果を有効に活用するものである（例えば、特許文献１参照）。

一般に、高圧噴射攪拌施工に使用する硬化材には混和剤が添加され、硬化材の粘度低下およびブリーディング率の調整が行われている。しかし、混和剤の添加量を一定とした場合、練り混ぜ直後は所定の硬化材の流動性が得られるが、環境温度によって流動性の経時変化が大きくなるため長時間の使用が困難となる。経時変化を小さくするため、混和剤添加量を増加した場合、流動性は要求性能を満たす場合もあるかもしれないが、ブリーディング率が大きくなるため、良好な地盤改良体を形成することができない。

硬化材にセメントを使用し、混和剤にベントナイト、例えばモンモリロナイトを主要鉱石とした含水ケイ酸アルミニウムを基体としたベントナイト、合成ベントナイトを含有し、流動性とブリーディング率を調整した方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法では、短時間の使用しかできず、また流動性が低かった場合に、後添加によって流動性を改善することができない。

また、高圧噴射攪拌施工で地盤改良するセメント系グラウトのブリーディング率低減剤の成分として、ベントナイトと水溶性ポリカルボン酸とを併用することが知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この添加剤では、減水剤としてセメント表面に吸着するエチレンオキシド鎖を有するポリカルボン酸を使用している。このエチレンオキシド鎖は水を抱える性質が強いため、セメント粒子表面にカルボキシル基を有する主鎖が吸着し、エチレンオキシド鎖が溶液に伸び、かさ高い吸着層を形成するため、注入性状が良好でない。このためポリカルボン酸以外の成分を有効成分とする減水剤の使用も考えられるが（例えば、特許文献４参照）、注入性の改善化は図れるものの、その効果は必ずしも安定したものではなく、また対象地盤の硬化作用に関しても、常に堅固な硬化体が得られるというものではなかった。
特開２０００−８３６６号公報 特開平１０−８８１３１号公報 特開平６−２５６０５６号公報 特開２００３−２７７７５１号公報

本発明の目的は、高圧噴射攪拌施工に適した高い流動性とブリーディング率とを備えた硬化材を安定に得るための高圧噴射攪拌施工用混和剤を提供することにある。またさらに本発明は、環境温度によって経時に伴う流動性の低下が懸念される場合に、混和剤添加量を増加した場合においても所定の流動性とブリーディング率とを満足し、良好な注入性状を得ることができ、且つ安定して均質な硬化性状を呈する硬化材を提供することを目的とする。

そこで本発明者は、高い流動性とブリーディング率とを兼ね備えた硬化材を得ることができる高圧噴射攪拌施工用混和剤を得るべく検討したところ、特定の層状ケイ酸塩鉱物とナフタレンスルホン酸系減水剤とを組み合せ、かつその含有質量比を一定の範囲とすれば、流動性に優れるとともにブリーディング率及び地盤への注入性が良好であって、安定した硬化作用を付与できる混和材が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、アンドレアゼンピペットにより測定された粒径２μｍ以下の粒子含有率が８０質量％以上である層状ケイ酸塩鉱物（Ａ）とナフタレンスルホン酸系減水剤（Ｂ）とを含有し、当該成分の含有質量比率が（Ａ）／（Ｂ）＝７７．５／２２．５〜８６．５／１３．５である高圧噴射攪拌施工用混和剤を提供するものである。
また、本発明は、上記高圧噴射攪拌施工用混和剤とセメントを含有する高圧噴射攪拌施工用硬化材を提供するものである。

本発明の混和剤を添加した硬化材は、高圧噴射攪拌施工において、優れた流動性とブリーディング率を有し、良好な注入性状が得られる。従って、本発明硬化材を用いた高圧噴射攪拌施工によれば、効率良く、持続的に地盤改良体を造成することができる。

本発明で使用する層状ケイ酸塩鉱物（Ａ）はアンドレアゼンピペットにより測定された粒径２μｍ以下の粒子含有率が８０質量％以上のものである。好ましくはアンドレアゼンピペットにより測定された粒径２μｍ以下の粒子含有率が８０質量％以上のべントナイトを使用する。ベントナイトは、産地・鉱脈により粒度分布が異なるものであり、膨潤度が大きいもの程、粒度が小さくなる傾向が認められるが、特に粒子径２μｍ以下の粒子が８０質量％以上であるベントナイトの市販品は極めて少ない。この粒子径２μｍ以下の粒子が８０質量％以上であるという条件に該当するベントナイトとしては、アメリカ合衆国ワイオミング州に産する天然産ベントナイト（膨潤度２５〜３０）が挙げられる。ちなみに、日本国内に産する天然産ベントナイトでは、膨潤度が２５〜３０のものの粒子径２μｍ以下の粒子の割合は５０〜７０質量％程度である。上記粒子径より大きいベントナイトは、粉砕して当該粒度分布に調整することも不可能ではないが、粉砕の程度によっては層状構造が崩れて膨潤度が低下する虞がある他、製造コストも高騰するため、粒子径２μｍ以下の粒子が８０質量％以上である天然産ベントナイトを使用することが好ましい。

本発明に於けるベントナイトの粒子径は、アンドレアゼンピペットを用いて測定する。アンドレアゼンピペットによる測定は液相分散沈降法に属するものであり、粉体試料を分散させた沈降管内の懸濁液を、予め特定粒子径について算出した時間ごとに、沈降管の一定の深さから懸濁液を一定容量分取し、分散液中の粉体を秤量することで求められる。この場合、一般的に分散媒として水和反応しない粉体試料の測定には水が使用され、分散剤としてヘキサメタリン酸ナトリウムなどを少量使用する。

次にアンドレアゼンピペットによる測定の条件を説明する。即ち、分散媒として蒸留水を用い、これに分散剤としてヘキサメタリン酸ナトリウム（０．２質量％程度）を加えた水溶液に、ベントナイト３質量％以下、好ましくは１〜２質量％を分散させた懸濁液にして測定する。この場合、懸濁液のベントナイト濃度が３質量％を越えると、粒子濃度が高くなり粒子間距離が接近し過ぎる結果、相互の粒子が沈降に影響を及ぼし合い、測定値に誤差を生じるので好ましくない。因みに、本発明で使用できる微細なベントナイトをアンドレアゼンピペットで測定するのに要する時間は、２μｍのとき７時間強である。このような方法で、アンドレアゼンピペットを用いて測定した粒径２μｍ以下の粒子含有率が８０質量％未満である層状ケイ酸塩鉱物では、粗粒分が多くなることから浸透性が低下することがあり、またそれ以上に、対象地盤に対する十分な硬化作用を奏させるための反応活性が不足するため、常に安定して均質な硬化体を形成させる点から好ましくない。

また、本発明で使用する層状ケイ酸塩鉱物（Ａ）は、前記粒度分布を有するものであって、且つＡ．Ｃ．Ｃ法（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｌｌｉｄ Ｃａｍｐａｎｙ規格）による膨潤度が５〜４０のものが好ましい。膨潤度が５未満のものでは大量に使用しないとブリージングを十分抑制することが困難となり、また膨潤度が４０を超えるものでは水量過多となり強度低下をきたすことがあるので適当ではない。

本発明で使用する減水剤は、ナフタレンスルホン酸系減水剤（Ｂ）である。本発明においてナフタレンスルホン酸系減水剤を用いると、ポリカルボン酸系減水剤を用いた場合に比べブリーディング率が良好であり、注入性が顕著に優れている。ナフタレンスルホン酸系減水剤の市販品としては、マイティ１００、マイティ１５０、マイティ１５０Ｒ（以上、花王株式会社製）、ポゾリスＮｏ．８、ポゾリスＮｏ．７０（以上、株式会社ポゾリス物産製）、ポールファイン５１０−ＡＮ、ポールファインＭＦ（以上、竹本油脂株式会社製）等が挙げられる。

本発明の混和剤における前記の層状ケイ酸塩鉱物（Ａ）とナフタレンスルホン酸系減水剤（Ｂ）の含有質量比（（Ａ）／（Ｂ））は、ブリーディング率及び注入性の点から、７７．５／２２．５〜８６．５／１３．５であることが必要である。この含有比が大きすぎると、流動性が低くなり砂質土及び粘性土との混合性能が低下するとともに注入性も低下する。一方、この含有比が小さすぎると、材料ブリーディング率が高すぎ、分離が大きくなりすぎ、砂質土及び粘性土との混合後に改良体内部に余剰水が部分的に堆積し均一な地盤改良体とならない。好ましい含有比（Ａ）／（Ｂ）は８０／２０〜８５／１５である。

本発明の混和剤は、さらに消泡剤を含有するのが好ましい。使用する消泡剤の種類は特に限定されないが、具体的に例を挙げると、エステル系消泡剤、アミン系消泡剤、アミド系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、シリコン系消泡剤、鉱油系消泡剤等が挙げられる。市販品としては、マイクロエア４０４（「株式会社ポゾリス物産」製）、ＳＮディフォーマー１４ＨＰ（サンノプコ株式会社製）、ＡＧＩＴＡＮ Ｐ８０１（「楠本化成株式会社」製）等がある。消泡剤の含有量は高圧噴射攪拌施工用混和剤１００質量部に対し、０．１〜２．０質量部が好ましく、消泡剤添加によりさらに硬化材の消泡時間が短縮され、硬化材を高圧の空気と抱合し噴流体として噴射する際の圧力の損失が少なくなり、均一な大きさの地盤硬化層を施工することができる。

本発明の高圧噴射攪拌施工用硬化材は、上記混和剤とセメントを含有する。本発明の高圧噴射攪拌施工用硬化材に用いるセメントの種類は特に限定されないが、具体的に例を挙げると、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、各種混合セメントが挙げられる。このうち普通ポルトランドセメントが特に好ましい。

セメント１００質量部に対して、高圧噴射攪拌施工用混和剤は、０．９〜１．７質量部、特に１〜１．６質量部用いるのが好ましい。また、水は、セメント１００質量部に対して１２２〜１３５質量部用いるのが好ましい。水量が多くなる場合は、所定の流動性及びブリーディング率を得るために、高圧噴射攪拌施工用混和剤の添加量を増加させるのが好ましい。

また、本発明の高圧噴射攪拌施工硬化材には本発明の性能を損なわない限りで、例えば、遅延剤、促進剤、増粘剤等の添加も可能である。

以下に、実施例に挙げて本発明をより具体的に説明する。
〈混和剤の製造〉
以下に、本発明を実施例に挙げてより具体的に説明する。
層状ケイ酸塩鉱物とナフタレンスルホン酸系減水剤の適した材料は次のとおりである。
ｉＡ．層状ケイ酸塩鉱物：アンドレアゼンピペットを用いて測定した粒径２μｍ以下の粒子含有率８１．１質量％、且つＡ．Ｃ．Ｃ法による膨潤度２７のベントナイト
ｉＢ．層状ケイ酸塩鉱物：アンドレアゼンピペットを用いて測定した粒径２μｍ以下の粒子含有率６０．８質量％、且つＡ．Ｃ．Ｃ法による膨潤度３０のベントナイト
ｉＣ．層状ケイ酸塩鉱物：アンドレアゼンピペットを用いて測定した粒径２μｍ以下の粒子含有率７２．１質量％、且つＡ．Ｃ．Ｃ法による膨潤度２９のベントナイト
ｉｉＡ．ナフタレンスルホン酸系減水剤(マイティ１００、花王株式会社製)
ｉｉＢ．ポリカルボン酸系高性能減水剤(コアフローＮＦ−１００、太平洋マテリアル株式会社製)
ｉｉＣ．アクリルアリルスルホン酸系減水剤(マイティ１５０、花王株式会社製)
ｉｉｉ．シリコーン系消泡剤（Ｐ−８０１、楠本化成株式会社製）

表１に高圧噴射攪拌施工用混和剤配合（混和剤Ａ〜Ｍ）、表２に注入用硬化材配合（配合１〜２２）を示す。練り混ぜ方法を以下に示す。
Ａ．硬化材の練混ぜ
１．所定の水量を計量
２．所定の高圧噴射攪拌施工用混和剤を計量し、１．で計量した水に加える
３．ハンドミキサ(１０００rpm)で３０秒練混ぜ、２．で計量した混和剤を水に溶かす
４．ハンドミキサで断続運転しながら、セメントを投入
５．セメント投入完了後、１２０秒練混ぜる
６．各種試験へ

試験方法を表３に示す。

表４に硬化材を製造したときの試験結果を示す。

〈硬化体の製造〉
高圧噴射攪拌施工用混和剤と粘性土とを混合した場合の粘性土に用いる材料は次のとおりである。
iv．セメント：普通ポルトランドセメント(市販品)
ｖ．砂：豊浦砂(含水比１０％にあらかじめ調整)、(市販品)
via．粘土a：微粉末粘土(含水比８０％にあらかじめ調整)、(市販品)
vib．粘土b：カオリン(含水比８０％にあらかじめ調整)、(市販品)
vii．水 ：上水道水

表５に硬化材と地盤とを混合することを想定した配合（配合２９〜３６）を示す。

練り混ぜ方法を以下に示す。
Ｂ．硬化材と砂質土、硬化材と粘性土との練り混ぜ
１．“Ａ．硬化材の練混ぜ”の１．〜５．を実施
２．所定量の砂、粘土を加える
３．２．の投入完了後、ハンドミキサで６０秒間混合
４．各種試験へ

試験方法を表６に示す。

表７に硬化材を粘土と混ぜたときの試験結果を示す。

表１〜４から明らかなように、減水剤を用いない場合（配合１）は、流動性が悪く、ブリーディング率も極めて低く、かつ注入性も極めて低かった。また、減水剤としてポリカルボン酸系減水剤を用いた場合（配合６及び７）は、ブリーディング率が高すぎ、注入性が不良であった。また、ナフタレンスルホン酸系減水剤又はアクリルアリルスルホン酸高縮合物の含有量が少なすぎる場合（配合２及び１５）は、流動性が悪く、ブリーディング率が低すぎ、注入性が不良であった。一方、ナフタレンスルホン酸系減水剤又はアクリルアリルスルホン酸高縮合物の含有量が適値であっても、本発明で特定される粒度分布以外のベントナイトを使用したものでは、減水剤との配合割合に拘わらず、ブリーディング率や注入性が不良となった（配合１９〜２２）。これに対し、本発明の混和剤を用いると流動性及びブリーディング率が良好であり、注入性も良好であった。

表５〜７から明らかなように、ナフタレンスルホン酸系減水剤が多すぎる場合（配合２０）は水と粘土の分離が生じた（ブリーディング）。また、アクリルアリルスルホン酸高縮合物を少量用いた場合（配合３３及び３４）は、流動性の低下が大きかった。また、本発明で特定される粒度分布以外のベントナイトを使用したもの（配合３６）では、ブリーディング率が満足できる状況ではないことに加え、圧縮強度も低く、必ずしも良好な硬化性状を呈していなかった。これに対し、本発明の混和剤を用いた場合は、流動性及びブリーディング率が良好であり、得られた硬化体（地盤改良体）の圧縮強度も十分であった。

Claims (4)

1. アンドレアゼンピペットにより測定された粒径２μｍ以下の粒子含有率が８０質量％以上である層状ケイ酸塩鉱物（Ａ）とナフタレンスルホン酸系減水剤（Ｂ）とを含有し、当該成分の含有質量比率が（Ａ）／（Ｂ）＝７７．５／２２．５〜８６．５／１３．５である高圧噴射攪拌施工用混和剤。
2. 層状ケイ酸塩鉱物がベントナイトである請求項１記載の高圧噴射攪拌施工用混和剤。
3. 層状ケイ酸塩鉱物が、Ａ．Ｃ．Ｃ法（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｌｌｉｄ Ｃａｍｐａｎｙ規格）による膨潤度が５〜４０のものである高圧噴射攪拌施工用混和剤。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の高圧噴射攪拌施工用混和剤とセメントを含有する高圧噴射攪拌施工用硬化材。