JP2009155472A - 土質安定用薬液 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微粒子スラグ、微粒子セメント、SiO2/Na2Oモル比が3.0未満の珪酸ナトリウム成分、及び水を含有する土質安定用薬液であって、微粒子スラグと微粒子セメントのブレーン値がともに9000cm2/g以上15000cm2以下であり、微粒子セメントの配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して2質量部以上40質量部以下であり、珪酸ナトリウム成分の配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して5質量部以上30質量部以下であり、水の配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して400質量部以上460質量部以下である。
【選択図】なし
Description
土質安定用薬液に用いる珪酸ナトリウムのSiO2/Na2Oモル比は、土質安定用薬液としての性能を調整できることから、目的とする土質安定用薬液の性能に応じて、使い分けされている。
このうち、メタ珪酸ナトリウム(SiO2/Na2Oモル比=1)、JIS1号水ガラス(SiO2/Na2Oモル比=2)、JIS2号水ガラス(SiO2/Na2Oモル比=2.5)等、SiO2/Na2Oモル比が3.0に達しない、いわゆる低モル比の珪酸ナトリウムを用いたものが、特許文献1〜4にて提案されている。
また、特に、比表面積が5000cm2/g以上で、平均粒径が10μm以下の微粒子セメントを添加混合することで、ゲル化時間、浸透性あるいは固結強度を調整できることが記載されている。
特許文献1には、微粒子セメントの配合量、水の配合量に関しては、その配合量範囲としての詳細な記載は無いが、実施例においてそれぞれ下記のように記載されている。
微粒子セメントの配合量:微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して20質量部の例、36質量部の例、52質量部の例が記載されている。
水の配合量:微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して、460質量部の例が記載されている。但し、水ガラス中の水分は水の配合量に加えていない。
また、さらに水ガラスを添加混合すると、スラグ−セメント混合物の配合量を少なくして粘性を比較的低く維持し、且つゲル化時間を速めて高強度の固結体が得られること、水ガラスのモル比は2.8以下が好ましいことなどが記載されている。
特許文献2には、珪酸ナトリウム(水ガラス)の配合量、水の配合量に関しては、その配合量範囲としての詳細な記載は無いが、実施例においてそれぞれ下記のように記載されている。
珪酸ナトリウム(水ガラス)の配合量:微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して珪酸ナトリウムとして、74質量部の例、81質量部の例、90質量部の例、94質量部の例が記載されている。
水の配合量:微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して、353質量部の例、355質量部の例、372質量部の例、377質量部の例、381質量部の例が記載されている。但し、水ガラス中の水分は水の配合量に加えていない。
また、用いるスラグは平均粒径10μm以下で比表面積が5000cm2/g以上、好ましくは8000cm2/g以上とすることで潜在水硬性の作用を大きくできることや浸透性を向上できることが記載されている。また、セメント(ポルトランドセメント、高炉セメント、アルミナセメント等)を併用混合することでゲル化時間や粘性強化等を調整できることが記載されている。
特許文献3には、セメントの平均粒径や比表面積といった粉末度に関しての範囲としての詳細な記載や、セメントの配合量、珪酸ナトリウム(水ガラス)の配合量、水の配合量に関しての範囲としての詳細な記載は無いが、実施例においてそれぞれ下記のように記載されている。
セメントの粉末度:平均粒径が8.2μmで比表面積が8600cm2/gの例が記載されている。
セメントの配合量:微粒子スラグとセメントの合計100質量部に対して、19質量部の例が記載されている。
珪酸ナトリウム(水ガラス)の配合量:微粒子スラグとセメントの合計100質量部に対して、珪酸ナトリウムとして33質量部の例が記載されている。
水の配合量:微粒子スラグとセメントの合計100質量部に対して、204質量部の例が記載されている。但し、水ガラス中の水分は水の配合量に加えていない。
また、スラグの使用量は全配合液1000ml当たり50g以上が好ましいこと、強度発現を発揮させるためにセメントを添加でき、セメントの使用量はスラグ100質量部に対して5〜30質量部が好ましいこと、セメントの比表面積は5000cm2/g以上が好ましいことなどが記載されている。
特許文献4には、水の配合量に関しては、実施例においても配合液全容に対して「残り」と表現されているだけであり具体的な記載は無い。更に、水ガラス中の水分は水の配合量に加えていない。
その目的のうち、実施面における効率性、地盤改良の確実性などを鑑みた場合、浸透性の性能は高いほど良いことは言うまでも無い。しかし、特許文献1〜4に記載の土質安定用薬液では固結強度の性能と浸透性の性能が両立しない場合があり、特に、浸透性の性能に関しては未だ充分とは言えなかった。そのため、固結強度の性能を確保した上で高い浸透性が得られるような改良が求められている。
更に、土質安定用薬液が固結の際に生じるブリージングは、軟弱地盤に対し地盤改良工法を施して地盤中に固結体を形成する際に、固結体上層部に未固結部分を生じ、確実な地盤改良を阻害する原因となる。そのため、ブリージングは少ないほど良いが、特許文献1〜4には、ブリージングを少なくする方策について何ら記載されていない。
固結強度:一軸圧縮強度値が2.0N/mm2以上であること。ここで、一軸圧縮強度は、円柱型枠(内径:5cm)内に豊浦珪砂と土質安定用薬液との混合物を振動締固しながら充填し、7日間型枠内で密閉養生して得た固結体を供試体として測定した値である。
浸透性:固結体における、土質安定用薬液の固結分と砂分が混在している部分の厚み(浸透深さ)が10cm以上であること。ここで、固結体は、円柱型枠(内径:5cm)内に細密充填した豊浦珪砂層の表面に土質安定用薬液200mlを流し込んで自然浸透させて形成したものである。
ブリージング:ブリージング率が3%以下であること。ここで、ブリージング率は、土質安定用薬液500mlを容器(容量500ml)に入れて静置し、硬化体上層部に生じたブリージング水をメスシリンダーに移し取り、その水量を測定して求めた値である。
[1] 微粒子スラグ、微粒子セメント、SiO2/Na2Oモル比が3.0未満の珪酸ナトリウム成分、及び水を含有する土質安定用薬液であって、
微粒子スラグと微粒子セメントのブレーン値がともに9000cm2/g以上15000cm2/g以下であり、
微粒子セメントの配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して2質量部以上40質量部以下であり、
珪酸ナトリウム成分の配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して5質量部以上30質量部以下であり、
水の配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して400質量部以上460質量部以下であることを特徴とする土質安定用薬液。
[2]前記珪酸ナトリウム成分が、珪酸ナトリウム100質量部に対してアルミニウム化合物を酸化物(Al2O3)換算で0.07質量部以上0.40質量部以下の割合で含有する、[1]に記載の土質安定用薬液。
また、本発明の土質安定用薬液では、珪酸ナトリウム100質量部に対してアルミニウム化合物を酸化物(Al2O3)換算で0.07質量部以上0.40質量部以下の割合で含有する珪酸ナトリウム成分を用いることで、浸透性の性能をより向上できる。
微粒子スラグは、例えば、高炉セメント等の製造用原料に用いられる高炉水砕スラグを後述するブレーン値に粉砕調製したものである。
微粒子スラグのブレーン値は9000cm2/g以上、好ましくは10000cm2/g以上であり、且つ、15000cm2/g以下、好ましくは13000cm2/g以下である。
微粒子スラグのブレーン値が、前記下限値よりも小さい場合及び上限値よりも大きい場合には、浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。
ここで、ブレーン値は、日本工業規格 JIS R 5201「セメントの物理試験方法」の比表面積試験に準拠し、ブレーン空気透過装置により測定した値である。
微粒子セメントは、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメント類を、後述するブレーン値に粉砕調製したものである。
微粒子セメントのブレーン値は9000cm2/g以上、好ましくは10000cm2/g以上であり、且つ15000cm2/g以下、好ましくは13000cm2/g以下である。
微粒子セメントのブレーン値が、前記下限値よりも小さいと、固結強度及び浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。一方、微粒子セメントのブレーン値が、前記上限値より大きいと、浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。
微粒子セメントの配合量が、前記下限値より少ないと、固結強度及び浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。一方、微粒子セメントの配合量が、前記上限値より多いと、浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。
本発明の土質安定用薬液における珪酸ナトリウム成分は、SiO2/Na2Oモル比が3.0未満のものである。なお、SiO2/Na2Oモル比が3.0を超えると、高い固結強度が得られない。
珪酸ナトリウム成分の配合量が、前記下限値より少ないと、固結強度、浸透性及びブリージングの性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。一方、珪酸ナトリウム成分の配合量が、前記上限値より多いと、浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。
アルミニウム化合物の含有量は、酸化物(Al2O3)換算で珪酸ナトリウム100質量部に対して、0.07質量部以上、0.40質量部以下であることが好ましく、0.20質量部以上、0.30質量部以下であることがより好ましい。アルミニウム化合物の含有量が前記下限値以上、且つ、上限値以下であれば、浸透性の性能を更に向上させることができる。
無水塩(粉体)を得る方法の例・・・二酸化珪素と炭酸ナトリウムとアルミニウム化合物をSiO2/Na2Oモル比及びアルミニウム化合物の含有量が上記規定の範囲となるように混合し、融解させた後、適宜の粒度に粉砕する。
水溶液(いわゆる水ガラス)をから得る方法の例・・・JIS K1408で規定される水ガラス製造用カレットと、アルミニウム化合物を、最終的なSiO2/Na2Oモル比及びアルミニウム化合物の含有量が上記規定の範囲となるようにオートクレーブに仕込み、水に溶解させる。
含水塩(粉体)を得る方法の例・・・上記のようにして得た、アルミニウム化合物を含有させた珪酸ナトリウムの水溶液の水分を、例えばスプレードライ等の方法で留去する。
水としては、上水、工業用水、地下水、河川水、海水などが挙げられる。これらの中でも、本発明の効果を充分発揮させるためには、上水、工業用水が好ましい。
水の配合量は、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して、400質量部以上、好ましくは420質量部以上であり、且つ460質量部以下である。なお、珪酸ナトリウム成分が含水塩や水溶液であった場合は、それらに含まれる水分も水の配合量に加えて計算して調製される。
水の配合量が、前記下限値より小さいと、浸透性の性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。一方、水の配合量が、前記上限値より多いと、固結強度及びブリージングの性能が不充分であり本発明の目的を達成できない。
本発明の土質安定用薬液には、必要に応じて、減水剤、消泡剤など、通常用いられる各種のセメント混和剤を添加することができる。
減水剤としては、リグニンスルホン酸塩またはその誘導体、オキシ有機酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオール複合体、高級多価アルコールスルホン酸塩、メラミンホルマリン縮合物スルホン酸塩などを主成分とする各種の減水剤、分散剤、高性能減水剤、流動化剤などが挙げられる。
消泡剤としては、高級アルコール系、アルキルフェノール系、ジエチレングリコール系、ジブチルフタレート系、非水溶性アルコール系、トリブチルホスフェート系、ポリグリコール系、シリコーン系、酸化エチレン−酸化プロピレン共重合体系などの各種の消泡剤が挙げられる。
本発明の土質安定用薬液は、例えば、微粒子スラグと微粒子セメントと珪酸ナトリウムと水とを上記の割合で配合し、混練して調製される。その際の混練方法には特に制限は無いが、本発明の効果を充分発揮させるためには、珪酸ナトリウムは水に充分溶解していること、微粒子スラグと微粒子セメントは水に均一に懸濁されていることが好ましい。
したがって、無水塩や含水塩のような粉体状態の珪酸ナトリウムを用いる際に、上記土質安定用薬液を得るための方法として、まず、水に珪酸ナトリウムを投入混練して珪酸ナトリウムを溶解し、次いで微粒子スラグと微粒子セメントを投入混練する方法が挙げられる。その方法では、微粒子スラグと微粒子セメントの投入混練は、それぞれ個別に投入混練する、或いは予め粉体状態で混合しておいたものを投入混練する等、いずれであってもよい。
このような混練方法を採用すると、珪酸ナトリウムの溶解状況を目視で簡便に判断することができる。
本発明の土質安定用薬液は、例えば、地盤に注入されて使用される。地盤への注入方法には特に制限は無く、従来から行われている地盤改良工法の中から、地盤条件、施工の目的、作業性などの現場条件に応じて適宜選択して採用できる。
(試験例1〜29)
以下に示す手順で土質安定用薬液を調製し、その性能を評価した。
・微粒子スラグ・・・高炉水砕スラグを、表1に記載のブレーン値に粉砕調製した。
・微粒子セメント・・・普通ポルトランドセメントを、表1に記載のブレーン値に粉砕調製した。
・珪酸ナトリウム成分・・・JIS K1408「けい酸ナトリウム」で定められる1号水ガラス(SiO2:36質量%、Na2O:18質量%、SiO2/Na2Oモル比:2、形態:水溶液)をそのまま使用した。
・水・・・水道水をそのまま使用した。
上記のように調製した微粒子スラグ、微粒子セメント、珪酸ナトリウム成分および水を用い、表1に示す割合で、珪酸ナトリウムを溶解した水に微粒子スラグと微粒子セメントを投入混練して土質安定用薬液を調製した。
なお、微粒子セメント、珪酸ナトリウム成分及び水の配合量は、微粒子スラグと微粒子セメントの合計を100質量部とした際の部数である。
評価項目と試験方法、評価の基準は以下の通りである。
・固結強度・・・円柱型枠(内径:5cm)内に豊浦珪砂と調製した土質安定用薬液の混合物を振動締固しながら充填し、7日間型枠内で密閉養生して得た固結体を供試体として、一軸圧縮強度を測定した。
評価○:一軸圧縮強度値が、2.0N/mm2以上であった。
評価×:一軸圧縮強度値が、2.0N/mm2未満であった。
・浸透性・・・円柱型枠(内径:5cm)内に最密充填した豊浦珪砂層の表面に、調製した土質安定用薬液200mlを流し込んで自然浸透させ、形成された硬化体における、土質安定用薬液の硬化分と砂分が混在している部分の厚み(浸透深さ)を測定した。
評価○:浸透深さが、10cm以上であった。
評価×:浸透深さが、10cm未満であった。
・ブリージング・・・調製した土質安定用薬液500mlを容器(容量500ml)に入れて静置し、硬化体上層部に生じたブリージング水をメスシリンダーに移し取り、その水量を測定してブリージング率を求めた。
評価○:ブリージング率が、3%以下であった。
評価×:ブリージング率が、3%を超えた。
・総合評価は下記を示している。
総合評価○:固結強度、浸透性、ブリージングの評価がいずれも○であった。
総合評価×:評価項目の少なくとも一つが×であった。
また、試験例2〜5,8〜11,14〜17,20〜23,26〜28は、実施例に該当し、試験例1,6,7,12,13,18,19,24,25,29は、比較例に該当する。
これに対し、微粒子スラグ、微粒子セメント、珪酸ナトリウム成分及び水のいずれかの含有量が本願請求項1で特定された範囲から外れた試験例(試験例1,6,7,12,13,18,19,24,25,29)は、固結強度、浸透性、ブリージングのいずれか一つあるいは二つ以上が性能基準を満たさず、本発明の目的が達成されなかった。
珪酸ナトリウム成分としてのJIS1号水ガラスを、二酸化珪素と炭酸ナトリウムとアルミン酸ナトリウム(何れも試薬)を融解して調製したSiO2/Na2Oモル比が2のアルミニウム化合物含有珪酸ナトリウム(無水塩)に変更した以外は試験例1〜29と同様にして土質安定用薬液を調製した。そして、試験例1〜29と同様にして評価した。各成分の配合を表3に、評価結果を表4に示す。
これに対し、アルミニウム化合物の酸化物(Al2O3)換算での含有量が、珪酸ナトリウム100質量部に対して0.07質量部より少ない試験例30、0.40質量部より多い試験例34では、浸透性の更なる向上は見られなかった。
Claims (2)
- 微粒子スラグ、微粒子セメント、SiO2/Na2Oモル比が3.0未満の珪酸ナトリウム成分、及び水を含有する土質安定用薬液であって、
微粒子スラグと微粒子セメントのブレーン値がともに9000cm2/g以上15000cm2/g以下であり、
微粒子セメントの配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して2質量部以上40質量部以下であり、
珪酸ナトリウム成分の配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して5質量部以上30質量部以下であり、
水の配合量が、微粒子スラグと微粒子セメントの合計100質量部に対して400質量部以上460質量部以下であることを特徴とする土質安定用薬液。 - 前記珪酸ナトリウム成分が、珪酸ナトリウム100質量部に対してアルミニウム化合物を酸化物(Al2O3)換算で0.07質量部以上0.40質量部以下の割合で含有する、請求項1に記載の土質安定用薬液。
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