JP2017154948A - Grouting material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル覆工コンクリートの劣化箇所の裏込め充填、湧水箇所における止水対策や地盤改良などに用いられる注入材に関する。 The present invention relates to an injecting material used for backfill filling of a degraded portion of tunnel lining concrete, water stoppage measures at a spring water location, ground improvement, and the like.
水硬性物質を主成分とするセメントスラリーを短時間にゲル化をさせるために急硬成分を配合した注入材が知られている。これらの注入材には、注入材がゲル状態になるまでの時間、すなわちゲル化時間を調整し、また急硬成分を含むスラリーの可使時間を十分確保するため、凝結遅延剤を添加することが知られている。例えば、特許文献1においては、凝結遅延剤あるいは急硬促進剤を急硬成分に加えてスラリー状としたものに、別にセメントを主成分としたスラリーを施工前に混合して注入することでゲル化時間を任意に調整できる2液タイプのセメント系注入材が開示されている。 There is known an injection material in which a rapid hardening component is blended in order to cause a cement slurry containing a hydraulic substance as a main component to gel in a short time. To these injection materials, a setting retarder should be added in order to adjust the time until the injection material is in a gel state, that is, the gelation time, and to ensure sufficient pot life of the slurry containing the rapid hardening component. It has been known. For example, in Patent Document 1, a gel is obtained by adding a slurry containing cement as a main component to a slurry obtained by adding a setting retarder or a rapid hardening accelerator to a rapid hardening component and then injecting the slurry into a slurry before construction. A two-component type cement-based injectable material capable of arbitrarily adjusting the conversion time is disclosed.
しかしながら、セメントや急硬成分を含む注入材は温度環境に影響されやすい。例えば低温環境下ではゲル化までの時間が遅延傾向となり、ゲル化時間を確保するために凝結遅延剤を低配合とすることにより、急硬材を含むスラリー(急硬材スラリー)の可使時間が極端に短縮する課題がある。ここでの可使時間とは、混合前の急硬材スラリーが単独で流動性が失われるまでの時間を表す。
一方、高温環境下ではゲル化時間は短縮することが可能であるが、急硬材スラリーの可使時間を確保するために、凝結遅延剤を多く配合することによって、急硬材スラリーの粘性が高くなり、セメントスラリーとの混合が困難となる課題がある。
しかし、特許文献1に関しては、温度環境によるゲル化時間の影響についての記載がされていない。また、急硬材の化学成分とゲル化時間、スラリーの可使時間についての示唆もみられない。
従って、2液タイプのセメント系注入材であって、温度環境に依存することなく、急硬材スラリーとセメントスラリーを混合してから、ゲル化時間が5分以内であり、急硬材スラリーの可使時間を確保できる注入材が求められている。
However, the injection material containing cement and a rapid hardening component is easily affected by the temperature environment. For example, the time to gelation tends to be delayed in a low-temperature environment, and the use time of a slurry containing a hardened material (quickly hardened material slurry) is reduced by setting a setting retarder low in order to secure the gelled time. There is a problem of extremely shortening. The pot life here represents the time until the rapid hardwood slurry before mixing loses its fluidity alone.
On the other hand, the gelation time can be shortened in a high temperature environment, but in order to secure the pot life of the rapid hardening material slurry, the viscosity of the rapid hardening material slurry is reduced by adding a large amount of setting retarder. There exists a subject which becomes high and becomes difficult to mix with cement slurry.
However, Patent Document 1 does not describe the influence of the gelation time due to the temperature environment. Moreover, there is no suggestion about the chemical composition of the hardened material, the gelation time, and the pot life of the slurry.
Therefore, it is a two-component type cement-based injection material, and the gelation time is within 5 minutes after mixing the rapid hardening material slurry and the cement slurry without depending on the temperature environment. There is a need for an injection material that can ensure pot life.
そこで、本発明者は、注入材の主成分であるカルシウムアルミネート中の化学成分に着目し鋭意検討を実施した結果、特定の成分の含有モル比を一定の範囲に調整することによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。 Therefore, as a result of intensive investigation focusing on the chemical component in the calcium aluminate that is the main component of the injection material, the present inventors have adjusted the above-mentioned problem by adjusting the content molar ratio of the specific component to a certain range. The present invention has been completed.
すなわち、本発明は、次の〔1〕〜〔6〕を提供するものである。 That is, the present invention provides the following [1] to [6].
〔1〕化学成分としてSiO2とMgOを含有してなるカルシウムアルミネートであって、Al2O3とMgOの含有モル比(Al2O3/MgO)が17〜60、かつSiO2とMgOの含有モル比(SiO2/MgO)が2.0〜7.5であるカルシウムアルミネートを含有する注入材。
〔2〕さらに石膏、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸ナトリウム、及び凝結遅延剤を含有する〔1〕に記載の注入材。
〔3〕化学成分としてSiO2とMgOを含有してなるカルシウムアルミネートであって、Al2O3とMgOの含有モル比(Al2O3/MgO)が17〜60、かつSiO2とMgOの含有モル比(SiO2/MgO)が2.0〜7.5であるカルシウムアルミネート、石膏、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸ナトリウム、凝結遅延剤および水を含有する急硬材スラリーと、セメントおよび水を含有するセメントスラリーとを有することを特徴とする2液タイプの注入材。
〔4〕急硬材スラリーとセメントスラリーを混合した時点からゲル化するまでの時間が5分以内である〔3〕に記載の2液タイプの注入材。
〔5〕化学成分としてSiO2とMgOを含有してなるカルシウムアルミネートであって、Al2O3とMgOの含有モル比(Al2O3/MgO)が17〜60、かつSiO2とMgOの含有モル比(SiO2/MgO)が2.0〜7.5であるカルシウムアルミネート、石膏、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸ナトリウム、凝結遅延剤および水を含有する急硬材スラリーと、セメントおよび水を含有するセメントスラリーとを混合し、施工箇所に注入することを特徴とする注入工法。
〔6〕急硬材スラリーとセメントスラリーを混合した時点からゲル化するまでの時間が5分以内である〔5〕に記載の注入工法。
[1] Calcium aluminate containing SiO 2 and MgO as chemical components, wherein the molar ratio of Al 2 O 3 and MgO (Al 2 O 3 / MgO) is 17 to 60, and SiO 2 and MgO An injection material containing calcium aluminate having a molar ratio (SiO 2 / MgO) of 2.0 to 7.5.
[2] The injection material according to [1], further comprising gypsum, an alkali metal carbonate, sodium aluminate, and a setting retarder.
[3] Calcium aluminate containing SiO 2 and MgO as chemical components, wherein the molar ratio of Al 2 O 3 and MgO (Al 2 O 3 / MgO) is 17 to 60, and SiO 2 and MgO A hardwood slurry containing calcium aluminate, gypsum, alkali metal carbonate, sodium aluminate, setting retarder and water with a molar ratio (SiO 2 / MgO) of 2.0 to 7.5; A two-component type injection material comprising a cement slurry containing cement and water.
[4] The two-component type injection material according to [3], wherein the time from when the rapid hardening material slurry and the cement slurry are mixed to gelation is within 5 minutes.
[5] Calcium aluminate containing SiO 2 and MgO as chemical components, the molar ratio of Al 2 O 3 to MgO (Al 2 O 3 / MgO) being 17 to 60, and SiO 2 and MgO A hardwood slurry containing calcium aluminate, gypsum, alkali metal carbonate, sodium aluminate, setting retarder and water with a molar ratio (SiO 2 / MgO) of 2.0 to 7.5; An injection method characterized by mixing cement and a cement slurry containing water and injecting the mixture into a construction site.
[6] The injection method according to [5], wherein the time from when the rapid hard material slurry and the cement slurry are mixed to gelation is within 5 minutes.
本発明のカルシウムアルミネートを含有する注入材を用いることによって、温度環境に影響されることなく、急硬材スラリーとセメントスラリーを混合した時点からゲル化までの時間を5分以内にすることができ、かつ急硬材スラリーの可使時間として200分以上を確保できる。そのため、本発明による注入材は、例えばトンネル覆工コンクリートの劣化箇所の裏込め充填、湧水箇所における止水対策や地盤改良などに適用できる。 By using the injection material containing the calcium aluminate of the present invention, the time from the time when the rapid hardening material slurry and the cement slurry are mixed to the time of gelation can be made within 5 minutes without being affected by the temperature environment. Can be secured, and the pot life of the rapid hard material slurry can be secured for 200 minutes or more. Therefore, the injecting material according to the present invention can be applied to, for example, backfilling a deteriorated portion of tunnel lining concrete, water stoppage measures at a spring water location, ground improvement, and the like.
本発明で使用するカルシウムアルミネートはCaOとAl2O3を主要含有化学成分とする化合物、固溶体、ガラス質もしくはこれらが混合したものであって、CaOとAl2O3以外の化学成分として、MgOとSiO2を含有するものである。またカルシウムアルミネートは高い急硬性を得やすくするため、ガラス化率が高いものが好ましく、より好ましくは非晶質カルシウムアルミネートである。 The calcium aluminate used in the present invention is a compound containing CaO and Al 2 O 3 as main components, a solid solution, a glassy material or a mixture thereof, and as a chemical component other than CaO and Al 2 O 3 , It contains MgO and SiO 2 . In addition, calcium aluminate having a high vitrification rate is preferable in order to make it easy to obtain high rapid hardness, and amorphous calcium aluminate is more preferable.
MgOの含有量に関してはAl2O3とMgOの含有モル比(Al2O3/MgO)が17〜60である。(Al2O3/MgO)が17未満では水和活性が低いMgO量が増加することによって、水和反応に寄与するAl2O3の含有量が低下することでゲル化するまでの時間が遅延するため好ましくない。また(Al2O3/MgO)が60を超える場合では、Al2O3の含有量が過剰となってしまうため、急硬材スラリーの可使時間が短縮するため、好ましくない。(Al2O3/MgO)の下限値としては、18がより好ましく、19がさらに好ましい。(Al2O3/MgO)の上限値としては、40がより好ましく、30がさらに好ましい。(Al2O/MgO)の好ましい範囲は18〜40であり、より好ましい範囲は19〜30である。 Regarding the content of MgO, the molar ratio of Al 2 O 3 and MgO (Al 2 O 3 / MgO) is 17-60. When (Al 2 O 3 / MgO) is less than 17, the amount of MgO having low hydration activity increases, and the time until gelation occurs due to the decrease in the content of Al 2 O 3 that contributes to the hydration reaction. Since it is delayed, it is not preferable. Further, when (Al 2 O 3 / MgO) exceeds 60, the content of Al 2 O 3 becomes excessive, which shortens the pot life of the rapid hardening material slurry. As a lower limit of (Al 2 O 3 / MgO), 18 is more preferable, and 19 is more preferable. As an upper limit of (Al 2 O 3 / MgO), 40 is more preferable, and 30 is more preferable. A preferable range of (Al 2 O / MgO) is 18 to 40, and a more preferable range is 19 to 30.
SiO2の含有量に関しては、SiO2とMgOの含有モル比(SiO2/MgO)が2.0〜7.5である。(SiO2/MgO)が2.0未満では、MgOの含有量が増加することでゲル化までの時間が遅延するため、好ましくない。また(SiO2/MgO)が7.5を超えた場合では、急硬材スラリーの可使時間が短縮するため、好ましくない。(SiO2/MgO)の下限値としては、2.5がより好ましく、3.0がさらに好ましい。(SiO2/MgO)の上限値としては、6.0がより好ましく、5.0がさらに好ましい。(SiO2/MgO)の好ましい範囲は2.5〜6.0であり、より好ましくは3.0〜5.0である。 Regarding the content of SiO 2, SiO 2 and MgO molar ratio (SiO 2 / MgO) is 2.0 to 7.5. When (SiO 2 / MgO) is less than 2.0, the time until gelation is delayed due to an increase in the content of MgO, which is not preferable. Further, when (SiO 2 / MgO) exceeds 7.5, the pot life of the rapid hard material slurry is shortened, which is not preferable. The lower limit of (SiO 2 / MgO), 2.5 are more preferable, and 3.0 is more preferred. The upper limit of (SiO 2 / MgO) is more preferably 6.0, and even more preferably 5.0. A preferable range of (SiO 2 / MgO) is 2.5 to 6.0, and more preferably 3.0 to 5.0.
また、本発明に用いられるカルシウムアルミネートのCaOとMgOの含有モル比(CaO/MgO)は、ゲル化までの時間と急硬材スラリーの可使時間を確保する点から、45〜75が好ましく、50〜75がより好ましく、52〜72がさらに好ましい。 In addition, the CaO and MgO content molar ratio (CaO / MgO) of the calcium aluminate used in the present invention is preferably 45 to 75 from the viewpoint of securing the time until gelation and the pot life of the rapid hardening material slurry. 50-75 are more preferable, and 52-72 are further more preferable.
本発明の注入材に用いられるカルシウムアルミネートは、含有化学成分のうちCaOとAl2O3の含有モル比(CaO/Al2O3)は特に限定されないが、短時間のゲルタイムが確保できる点から1.7〜2.5であることが好ましい。 The calcium aluminate used for the injecting material of the present invention is not particularly limited in the molar ratio of CaO and Al 2 O 3 (CaO / Al 2 O 3 ) among the contained chemical components, but a short gel time can be ensured. To 1.7 to 2.5.
本発明の注入材の急硬材成分としては、前記カルシウムアルミネート以外に石膏、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸ナトリウム及び凝結遅延剤を含有するのが、初期強度発現性、ゲル化までの時間の調整、急硬材スラリーの可使時間を確保する点で好ましい。 The rapid hardening component of the injection material of the present invention contains gypsum, alkali metal carbonate, sodium aluminate and setting retarder in addition to the calcium aluminate, initial strength development, time to gelation It is preferable in terms of ensuring the working life of the quick hard material slurry.
本発明で使用する石膏は、天然石膏および化学石膏を含むものである。例えば、無水石膏、半水石膏、2水石膏などの天然石膏のほか、化学石膏などがある。石膏類は初期強度の増進作用を付与するものであり、好ましくは無水石膏を使用し、より好ましくは比表面積として,5000cm2/g以上がよい。使用量としては、カルシウムアルミネート100質量部に対して、好ましくは20〜300質量部であり、より好ましくは50〜200質量部である。 The gypsum used in the present invention includes natural gypsum and chemical gypsum. For example, in addition to natural gypsum such as anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, and 2-water gypsum, there are chemical gypsum and the like. Gypsum imparts an initial strength enhancing action, preferably anhydrous gypsum, and more preferably a specific surface area of 5000 cm 2 / g or more. As a usage-amount, it is 20-300 mass parts preferably with respect to 100 mass parts of calcium aluminates, More preferably, it is 50-200 mass parts.
本発明で使用するアルカリ金属の炭酸塩としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどがあり、いずれでもよい。アルカリ金属の炭酸塩は、ゲル化直後の強度を高める作用があり、また急硬材スラリーの可使時間を確保できるものである。使用量として、カルシウムアルミネート100質量部に対して、好ましくは0.5〜15質量部であり、より好ましくは2〜10質量部である。 Examples of the alkali metal carbonate used in the present invention include lithium, sodium, potassium and the like. Alkali metal carbonates have the effect of increasing the strength immediately after gelation, and can ensure the pot life of the rapid-hardening material slurry. As a usage-amount, it is 0.5-15 mass parts with respect to 100 mass parts of calcium aluminates, More preferably, it is 2-10 mass parts.
本発明で使用するアルミン酸ナトリウムはアルミニウムイオンとナトリウムイオンの作用により、急硬材スラリーのカルシウムアルミネートと石膏の反応を抑制することができ、さらに、前記アルカリ金属の塩類のアルカリ金属イオンとの相乗効果によって、急硬材スラリーが高濃度であってもゲル化するための有効成分を長時間にわたり残存させることができる。使用量は、カルシウムアルミネート100質量部に対して、好ましくは0.5〜20質量部であり、より好ましくは1〜15質量部である。 Sodium aluminate used in the present invention can suppress the reaction between calcium aluminate and gypsum in the rapid hardening material slurry by the action of aluminum ions and sodium ions, and further, with the alkali metal ions of the alkali metal salts. Due to the synergistic effect, an active ingredient for gelation can remain for a long time even if the rapid hardening slurry has a high concentration. The amount used is preferably 0.5 to 20 parts by mass, and more preferably 1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of calcium aluminate.
本発明で使用する凝結遅延剤は、例えば、クエン酸、酒石酸およびグルコン酸などの有機酸類または、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、およびカルシウム塩、グルコース、デキストリン等の糖類が挙げられ、1種又は2種以上使用してもよい。使用量は、カルシウムアルミネート100質量部に対して、好ましくは0.1〜5質量部であり、より好ましくは0.25〜2質量部である。 Examples of the setting retarder used in the present invention include organic acids such as citric acid, tartaric acid and gluconic acid, or saccharides such as sodium salt, potassium salt, lithium salt, calcium salt, glucose and dextrin. Or you may use 2 or more types. The amount used is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.25 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of calcium aluminate.
本発明の注入材の好ましい様態は、2液タイプの注入材であり、前記のカルシウムアルミネート、石膏、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸ナトリウム、凝結遅延剤および水を含有する急硬材スラリーと、セメントおよび水を含有するセメントスラリーとを有する2液タイプの注入材である。 A preferred embodiment of the injection material of the present invention is a two-component type injection material, and the above-mentioned calcium aluminate, gypsum, alkali metal carbonate, sodium aluminate, setting retarder and water, And a cement slurry containing cement and water.
急硬材スラリーにおける前記成分(カルシウムアルミネート、石膏、アルカリ金属の炭酸塩及びアルミン酸ナトリウム)の合計量(P)と水(W)との質量比(W/P)は、好ましくは0.5〜15であり、より好ましくは0.8〜13である。 The mass ratio (W / P) of the total amount (P) and water (W) of the above components (calcium aluminate, gypsum, alkali metal carbonate and sodium aluminate) in the rapid hardwood slurry is preferably 0.00. It is 5-15, More preferably, it is 0.8-13.
本発明で使用するセメントは普通、早強、超早強、低熱、中庸熱などのポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントなどの混合セメントなどが挙げられる。特に、短時間のゲルタイムが確保できる点から高炉セメントが好ましい。 The cement used in the present invention usually includes Portland cement such as early strength, super early strength, low heat and moderate heat, mixed cement such as blast furnace cement and fly ash cement. In particular, blast furnace cement is preferable because a short gel time can be secured.
セメントスラリーにおけるセメント(C)と水(W)のとの質量比(W/C)は、好ましくは0.5〜5.0であり、より好ましくは0.7〜1.2である。 The mass ratio (W / C) of cement (C) and water (W) in the cement slurry is preferably 0.5 to 5.0, more preferably 0.7 to 1.2.
本発明の2液タイプの注入材は、急硬材スラリーとセメントスラリーを混合し、施工箇所に注入することにより施工される。混合の比率として、急硬材スラリー(A)とセメントスラリー(B)の容積比(VA/VB)が,好ましくは0.1〜1.85であり、より好ましくは0.2〜1.2である。 The two-component type injection material of the present invention is constructed by mixing a rapid hardening material slurry and a cement slurry and injecting the mixture into a construction site. As a mixing ratio, the volume ratio (V A / V B ) of the rapid hardening material slurry (A) and the cement slurry ( B ) is preferably 0.1 to 1.85, more preferably 0.2 to 1. .2.
スラリーの混合方法は、例えばカルシウムアルミネート、石膏、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸ナトリウム、水および凝結遅延剤を含有する急硬材スラリーと、セメントおよび水を含有するセメントスラリーとを別々にグラウトミキサなどで混練りし、2つのスラリーをY字管で混合して注入する1.5ショットの注入方法や2つのスラリーを別々に圧送し、注入用二重管の先端で混合して注入する、2ショットで注入することができる。 The method of mixing the slurry is, for example, separately grouting a hardwood slurry containing calcium aluminate, gypsum, alkali metal carbonate, sodium aluminate, water and a set retarder, and a cement slurry containing cement and water. Kneading with a mixer, etc., mixing the two slurries with a Y-tube and injecting them, and 1.5-shot injection method, or feeding the two slurries separately and mixing and injecting at the tip of the double pipe for injection Two shots can be injected.
次に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。 EXAMPLES Next, an Example is given and this invention is demonstrated in detail.
<カルシウムアルミネートの作製>
カルシウムアルミネートの作製にはいずれも市販試薬品粉末であるCaCO3、Al2O3、MgOおよびSiO2を用いてヘンシェル型混合機を使用して、表1に示す化学成分配合量に調合した(CaCO3はCaOの換算値)。調合した粉末は大気雰囲気の電気炉中で1550℃、20分間加熱をした後、炉外に取出し加熱物表面に冷却用の窒素ガスを吹付け、急冷したものを粉砕し、比表面積5500cm2/g程度に調整した非晶質カルシウムアルミネートを実施例に使用した。
<Preparation of calcium aluminate>
For the preparation of calcium aluminate, commercially available reagent powders CaCO 3 , Al 2 O 3 , MgO and SiO 2 were used to prepare the chemical component blending amounts shown in Table 1 using a Henschel mixer. (CaCO 3 is the converted value of CaO). The prepared powder was heated at 1550 ° C. for 20 minutes in an electric furnace in an air atmosphere, taken out of the furnace, sprayed with nitrogen gas for cooling on the surface of the heated product, pulverized rapidly, and pulverized to have a specific surface area of 5500 cm 2 / An amorphous calcium aluminate adjusted to about g was used in the examples.
<使用材料>
表2に実施例に使用した材料を示す。
<Materials used>
Table 2 shows the materials used in the examples.
<試験方法>
表3に表1記載のカルシウムアルミネートを含む急硬材スラリー、及びセメントスラリーの配合割合を示す。急硬材スラリーとセメントスラリーを作製した後、急硬材スラリー200ccを、セメントスラリー800ccのカップの中(容積比で0.25となるよう)に添加し、ミキサーで混合した。本試験は10℃、20℃及び30℃の温度環境下で実施した。
<Test method>
Table 3 shows the blending ratio of the rapid hardening material slurry containing the calcium aluminate described in Table 1 and the cement slurry. After preparing the quick hard material slurry and the cement slurry, 200 cc of the quick hard material slurry was added to the 800 cc cup of the slurry (so that the volume ratio was 0.25) and mixed with a mixer. This test was carried out in a temperature environment of 10 ° C, 20 ° C and 30 ° C.
<試験項目>
ゲル化時間:急硬材スラリーとセメントスラリーをカップで混合してから、傾倒してもスラリーが動かなくなるまでの時間。
急硬材スラリーの可使時間:急硬材スラリーを連続撹拌し、流動性が失われるまでの時間。
<Test items>
Gelation time: The time from when the hardwood slurry and cement slurry are mixed in the cup until the slurry stops moving even if it is tilted.
Usable time of quick hard material slurry: Time until the hard hard material slurry is continuously stirred and fluidity is lost.
試験結果を表4に示す。表4に示すように10℃〜30℃の温度環境においても、本発明品を使用した注入材はゲル化時間を5分以内に調整することが可能であり、また急硬材スラリーの可使時間を200分以上確保できることが確認された。 The test results are shown in Table 4. As shown in Table 4, even in a temperature environment of 10 ° C. to 30 ° C., the injection material using the product of the present invention can adjust the gelation time within 5 minutes, and can be used as a hard material slurry. It was confirmed that the time could be secured for 200 minutes or more.
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秋田勝次: "「長大トンネルで施工された急硬性セメント注入材の長期材料特性」", トンネル工学論文集, vol. 第19巻, JPN6019047278, 26 November 2009 (2009-11-26), pages 1 - 12, ISSN: 0004167952 * |
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