JP2018204269A

JP2018204269A - 瞬結性硬化グラウトの注入方法

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Publication number: JP2018204269A
Application number: JP2017109712A
Authority: JP
Inventors: 一雄下田; Kazuo Shimoda; 若菜　和之; Kazuyuki Wakana; 和之若菜
Original assignee: SHIMODA GIJUTSU KENKYUSHO KK; Shimoda Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: SHIMODA GIJUTSU KENKYUSHO KK; Shimoda Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: JP6278431B1

Abstract

【課題】注入順序を工夫して流路を形成し、早期強度の発現を確保しつつより広大な範囲まで注入可能な瞬結性硬化グラウトの注入方法を提供する。
【解決手段】セメントミルクのＡ液に水ガラスのＢ液をＡ液１ｍ³に対して１３０〜２００Ｌの混合してゲル化時間が２０秒以内で、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトの注入方法において、前記Ａ液の注入管の先端内に前記Ｂ液の注入管の先端が設けられた注入装置を用い、初めに前記Ｂ液を注入する第１注入工程を行い、次に、前記注入装置から前記Ａ液と前記Ｂ液を混合した前記瞬結性硬化グラウトを注入する第２注入工程を行い、第１注入工程で注入した前記Ｂ液に、第２注入工程で注入する前記グラウトを接触させて混合することによりゲル化を遅延させた流路を形成し、当該流路を通じて前記瞬結性硬化グラウトを前記注入装置から遠い前方に注入する。
【選択図】図６

Description

本発明は、道路や鉄道などの土構造物の下に生じた空洞、陥没、又は崩落箇所などのスペースに注入して早期に補強又は補修する瞬結性硬化グラウトの注入方法に関する。詳しくは、本発明は、ゲル化時間が２０秒以内で、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトの注入方法に関するものである。

道路や鉄道などの営業施設や擁壁、堤防などの土又は岩石などを材料として構築された土構造物、又は鉄筋コンクリート構造物などの構造物の地下等には、地震、台風、豪雨などの自然災害により空洞、陥没、崩落、土砂流出などが生じる。従来、このような自然災害により生じた空洞等のスペースに瞬結性硬化グラウトを注入して補修又は補強することが行われている。

例えば、使用中の道路（橋梁も含む）の路面下の空洞にグラウトを注入充填して補修する場合、作業員が直ぐに乗って作業できるように早期に硬化させるとともに、車の振動や荷重に耐え得るだけの強度発現が必要となる。できるだけ早く復旧させて使用を再開するためには、グラウト注入後の養生期間は３時間が目安とされている。

これは、現存するセメントで唯一早期に硬化するアルミナセメントを想定して養生時間を３時間としたと言われている。しかし、このアルミナセメントは、一度に水を加えた一液性のグラウトであり、調合後、流動性を保持する時間は、２〜３時間以内と短いため注入作業に時間的制約がさせられるという問題がある。

これに加えて、硬化が開始されると一日で最終強度に達するほど急激に硬化してしまうため、注入できなかったグラウトの残存処理、ミキサー、ポンプ、注入管などの機器の水洗いを流動性保持時間（２〜３時間）内に行う必要があり、作業上の難点があった。その上、アルミナセメントは、材料が高価であるため、特殊なところを除いて殆ど使用されていないのが実情である。

次に、本発明に関するセメントと水ガラスを組み合わせた薬液（以下、グラウトという）の先行技術について述べる。特許文献１には、水ガラスと水ガラス原液の０．０１〜０．４程度のセメントを含んだグラウトを別個にポンプで送り、注入管のなるべく先端付近で合流させて直ちに注入して固結させることを特徴とする水ガラスとセメントを用いた注入工法が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲等参照）。

特許文献１記載の注入工法は、水ガラスに少量のセメント（１ｍ³当たり６０〜７０ｋｇ）を添加するもので、ゲル化時間（以下、ゲルタイムという）１０〜２０分であり、主に土粒子間隙に浸透させることを目的とするものであった。しかし、実施に実用化されることは無かった。

実用化されたものとしては、例えば、非特許文献１に、Ａ液として、３号水ガラス２００〜２５０Ｌに水を加えた計５００Ｌに、Ｂ液としてセメント２００〜２５０ｋｇに水を加えた計５００Ｌを、を混合させた水ガラス系懸濁グラウトが開示されている（非特許文献１の１３頁等参照）。

非特許文献１に記載の水ガラス系懸濁グラウトは、一般的にＬＷと称するゲルタイムが約１分前後、ホモゲル強度が３Ｎ／ｍｍ²（材齢２８日）のグラウトであり、主に、砂礫層などの大間隙の浸透や粘性土層への割裂（脈状）注入として、止水や地盤強化を目的として使用されるものであった。

この水ガラス系懸濁グラウトは、地盤注入工法として用いられ、水ガラスをＡ液とし、セメントは水ガラスをゲル化させるための硬化剤（Ｂ液）としており、要は水ガラスが主剤であるという特許文献１と同様の技術思想から実用化されたグラウトである。

その後、昭和５４年に出願された特許文献２に、空洞充填（裏込め）注入工法として全く新しい発想による揺変性（チキソトロピー）ゲルを用いた可塑状グラウトが開示された（特許文献２の特許請求の範囲等参照）。なお、ここでいう可塑状グラウトとは、静止状態では自立する程の強度を有しているが、加圧すれば（注入圧力を加えれば）容易に流動化する程度の固結強さ（マヨネーズ状）であるグラウトを指している。

特許文献２に記載の可塑状グラウトは、前述のＬＷと異なり、セメントを主剤（Ａ液）として、多量のセメントをゲル化させる硬化剤として水ガラス（Ｂ液）を高濃度で少量加える、いわゆる比例注入方法で行うことを原則としている。

また、特許文献３には、セメント懸濁液であるＡ液と水ガラス水溶液であるＢ液とからなり、Ｂ液１Ｌ中の水ガラス濃度がＳｉＯ₂基準で２０重量％以上であること、Ｂ液中のＳｉＯ₂の量が、Ａ、Ｂ混合液の容積の１００ｃｃに対して約３．５〜９ｇとなるような割合ＡＢ両液を混合してなることを特徴とするグラウト材が開示されている（特許文献３の特許請求の範囲の請求項１等参照）。この特許文献３に記載のグラウト材は、Ａ液に対して高濃度のＢ液を少量加えることにより、ゲルタイムの短縮を図ったものである。

そして、特許文献４には、セメント懸濁液であるＡ液と水ガラス水溶液であるＢ液とからなり、Ｂ液１Ｌ中の水ガラス濃度がＳｉＯ₂の量で約１６０〜３２０ｇの範囲であること、Ｂ液の容積とＡ液中の水の容積の１００ｃｃに対して、Ｂ液から由来するＳｉＯ₂の量が約０．６〜３．５ｇとなるような割合ＡＢ両液を混合してなるグラウト材を注入することを特徴とするグラウト注入工法が開示されている（特許文献４の特許請求の範囲等参照）。この特許文献４に記載のグラウト注入工法は、早期強度の発現が得られるというメリットがあり、前述のＡ液とＢ液を等量ずつ混合して注入するＬＷよりも優れた性質を備えている。

さらに、特許文献５には、実施例１６〜２１としてグラウト１ｍ³当たりセメントが２００〜４００ｋｇ含有し、Ｓ／Ｗ×１００÷√Ｃが０．１９〜０．４６であるグラウト材が開示されている。ここで、Ｓは、水ガラス中のＳｉＯ₂の重量、Ｗは、水ガラス中のＳｉＯ₂とＮａ₂Ｏを除く残容量、Ｃは、セメントの重量（特許文献５の特許請求の範囲の請求項１、表４等参照）。特許文献５に記載のグラウト材は、特許文献４のグラウト注入工法に使用するグラウト材よりもさらに早期強度の発現が得られるものである。

しかし、特許文献５に記載のグラウト材及びグラウト注入工法は、早期強度の発現において優れているものの、現在まで実用化されるに至っていない。その理由は、早期硬化を極端に高めるには、多量のセメントを必要とし、それに応じて硬化剤である水ガラスの量も多くする必要があった。すると、ゲルタイムが短く、且つゲル後の可塑状保持時間（注入可能時間）が極端に短くなり、グラウト注入を実行できる実用的な範囲を逸脱してしまいグラウト注入作業を行うことができないという致命的な問題があったからである。

この問題を解決するには、早期強度の発現とともに、グラウト材を注入すべき充填範囲まで注入充填が可能な実用的なゲルタイムを確保することが必要である。しかし、主剤であるセメントミルク（Ａ液）に、遅延剤を添加することで可使時間を長くすることは可能であるが、これに水ガラスを加えるとその遅延効果が消滅してしまうという問題がある。このため、現状では、いかなる添加剤を加えても、早期強度の発現と実用的なゲルタイムの確保という二律背反の問題を解決することができなかった。

特公昭３６−２４１２２号公報特開平０８−２３９２５５号公報特公平０２−４６３４号公報特公平０２−４３７９０号公報特開２０００−２９０６５１号公報三木五三郎・下田一雄著、「可塑状グラウト注入工法」、日刊建設工業新聞社、2001年7月20日、p.13、26、29、40

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的とするところは、注入順序を工夫して流路を形成し、早期強度の発現を確保しつつより広大な範囲まで注入可能な瞬結性硬化グラウトの注入方法を提供することにある。

第１発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法は、１ｍ³当たりセメント５００〜８００ｋｇを含んだセメントミルクのＡ液に、ＳｉＯ₂の容量で２４％濃度以上の水ガラスのＢ液を、Ａ液１ｍ³に対して１３０〜２００Ｌの混合してゲル化時間が２０秒以内で、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトの注入方法であって、前記Ａ液の注入管の先端内に前記Ｂ液の注入管の先端が設けられた注入装置を用い、初めに前記Ｂ液を注入する第１注入工程を行い、次に、前記注入装置から前記Ａ液と前記Ｂ液を混合した前記瞬結性硬化グラウトを注入する第２注入工程を行い、第１注入工程で注入した前記Ｂ液に、第２注入工程で注入する前記瞬結性硬化グラウトを接触させて混合することによりゲル化を遅延させた流路を形成し、当該流路を通じて前記瞬結性硬化グラウトを前記注入装置から遠い前方に注入することを特徴とする。

第２発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法は、第１発明において、前記第１注入工程と前記第２注入工程とを交互に繰り返して前記瞬結性硬化グラウトを注入することを特徴とする。

第３発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法は、第１発明又は第２発明において、前記瞬結性硬化グラウトを道路や鉄道などの土構造物、又はコンクリート構造物などの構造物の下、に生じた空洞、陥没、崩落、又は土砂流出箇所などのスペースに注入して補修又は補強することを特徴とする。

第１発明〜第３発明によれば、Ａ液とＢ液を混合した瞬結性硬化グラウトにＢ液を混合するとグラウトのゲルタイムが遅延することを利用して、グラウト注入に先立ってＢ液を注入して瞬結性硬化グラウトのゲルタイムを遅延させることができる。このため、ゲルタイムを遅延させた部分を流路として瞬結性硬化グラウトをより広範囲にまで注入・充填して早期に硬化させることができる。よって、従来困難であった早期強度の発現と実用的なゲルタイムの確保を両立が可能となり、広範な領域にグラウトを充填して補修、補強が可能となる。

特に、第２発明によれば、第１注入工程と前記第２注入工程とを交互に繰り返して前記瞬結性硬化グラウトを注入するので、さらに広範な領域まで瞬結性硬化グラウトの注入充填が可能となる。

特に、第３発明によれば、早期に強度発現する瞬結性硬化グラウトをより広範なスペースに注入充填することができるので、土構造物や構造物の下に生じた空洞、陥没、崩落、又は土砂流出箇所を早期に補修又は補強することができる。

（ａ）は、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる注入装置を示す模式図であり、（ｂ）は、その注入装置の注入管の先端が二重管となっている別の実施形態を示す模式図である。従来の二液性瞬結性硬化グラウトの注入方法で円筒状の注入充填容器に注入した場合のグラウトの注入範囲を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法の第１注入工程を示す工程説明図である。同上の瞬結性硬化グラウトの注入方法の第２注入工程の１次工程を示す工程説明図である。同上の瞬結性硬化グラウトの注入方法の第２注入工程の２次工程を示す工程説明図である。同上の瞬結性硬化グラウトの注入方法の第２注入工程の３次工程を示す工程説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜瞬結性硬化グラウトのゲル化・硬化原理＞
先ず、本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる瞬結性硬化グラウトのゲル化・硬化原理ついて説明する。本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法は、セメントミルクをＡ液として水ガラス溶液をＢ液としてこれらを混合して注入する二液性の注入工法である。このような二液性のグラウトは、Ａ液とＢ液を混合するとゾル化し、時間の経過とともに粘性が増大して流動性を失いゲル化する。この二液を混合した時からゲル化するまでの時間がゲルタイムである。

ゲル化したグラウトは、ゲル化後次第に強度を増し、可塑状固結領域（可塑状保持時間）を経て硬化に至る。この可塑状固結領域は、セメント系グラウト（セメントミルク）であれば、いずれのグラウトも硬化する前には、必ず通過する性状である（非特許文献１のp.26、図3.1参照）。

よって、二液性のグラウトの注入可能時間は、ゲルタイムと可塑状保持時間（以下、可塑タイムという）を合せた時間となる。これにより、充分な可塑タイム（例えば、１０〜２０分）を有したグラウトを、特に、可塑状グラウトと称している。

しかし、可塑状グラウトを極端な冨配合、例えば、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトとした場合、可塑タイムが１０数秒以内と極端に短くなってしまう。このため、従来の瞬結性硬化グラウトの注入可能時間は、可塑タイムとゲルタイムを合せても３０秒程度と極限られた時間となってしまっていた。

具体的には、毎分３０Ｌで瞬結性硬化グラウトを注入・充填した場合、２０秒で注入できる量は、１０Ｌに過ぎず、施工不適であることは明らかである。この注入可能時間を過ぎても注入を続けた場合、グラウトが硬化して圧力が上昇し、路面下の空洞に注入する場合であれば、盤膨れを引き起こすこととなる。

このように従来の瞬結性硬化グラウトでは、注入可能時間が非常に短く必要量をその時間内に注入できないという問題を克服することができなかった。

＜瞬結性硬化グラウト＞
次に、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる瞬結性硬化グラウトについて説明する。本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる瞬結性硬化グラウトの基本配合は、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となることを目標としている。その結果、必然的に本瞬結性硬化グラウトのゲル化時間は、２０秒以内となる。

具体的には、主剤となるＡ液には、１ｍ³当たり５００〜８００ｋｇの範囲で調整したセメントを水に溶かしたセメントミルクを用いる。使用するセメントは、特に限定するものではないが、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、早強セメントなどが好ましい。

また、Ａ液には、通常のグラウト材に添加されることのある添加剤を添加してもよい。例えば、添加剤としては、スラグ、フライアッシュ、石灰、分散剤（遅延剤）、起泡剤、微粉末石灰石、岩石等の一次鉱物、ベントナイト等の粘土鉱物、増量材などを用いることができる。

Ｂ液の水ガラスは、ＳｉＯ₂の容量で２４％以上、好ましくは、３０〜３５％の範囲であり、モル比（SiO₂/Na₂O）は、３．１〜４．０が好ましい。このＢ液は、Ａ液１ｍ³に対して１３０〜２００Ｌの割合の範囲内で調整して混合する。なお、例えば、３０％濃度の水ガラスとは、溶液１Ｌ中にＳｉＯ₂が３００ｇ含有された水ガラスを指している。

＜注入装置＞
次に、図１を用いて、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる注入装置について簡単に説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる注入装置を示す模式図であり、（ｂ）は、その注入装置の注入管の先端が二重管となっている別の実施形態を示す模式図である。

図１（ａ）に示すように、例えば、路面直下にグラウトを注入充填するような場合は、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法では、地表でＡ液の注入管Ｐ１の先端内にＢ液の注入管Ｐ２の先端が挿入された注入装置１を用いる。

また、地中深くにグラウトを注入充填するような場合は、図１（ｂ）に示すように、Ａ液の注入管Ｐ１内にＢ液の注入管Ｐ２が配管された二重管Ｐ３からなる注入装置１’を地中に掘削して設置してグラウトを注入充填する。要するに、本発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法では、ポンプが個別の２台でＡ液とＢ液の２液を注入直前に合流可能な構成の注入装置であれば用いることができる。

また、前述のように、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法に用いる瞬結性硬化グラウトは、Ａ液１ｍ³に対して１３０〜２００ＬのＢ液を混合するため、即ち、極端に注入量が異なる二液を注入混合するため、Ａ液の注入管Ｐ１の注入ポンプＰＡとＢ液の注入管Ｐ２の注入ポンプＰＢとは、性能の異なる２台のポンプに分けて使用する。

＜瞬結性硬化グラウトの注入方法＞
次に、図２〜図６を用いて、本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法について説明する。前述の実施形態に係る瞬結性硬化グラウトを前述の図１（ａ）に示した実施形態に係る注入装置１を用いて注入する場合を例示して説明する。

先ず、図２を用いて、前述の実施形態に係る瞬結性硬化グラウトを前述の図１（ａ）に示した実施形態に係る注入装置を用いて従来の注入方法で注入充填する場合のグラウト硬化メカニズムと注入範囲について説明する。図２は、従来の二液性瞬結性硬化グラウトの注入方法で円筒状の注入充填容器２に注入した場合のグラウトの注入範囲を示す模式図である。

図２に示すように、注入装置１の注入管の先端付近でＡ液とＢ液が合流した瞬結性硬化グラウトは、符号イに示すように、ゲルタイムが経過するまでポンプＰＡで送り込まれた流量だけ、ゲル化前の粘性の高い流動性グラウトが注入充填容器２に充填される。

そして、符号ロに示すように、ゲルタイム経過後のゲル化したグラウトも前述のように可塑タイム経過前は、加圧すれば流動化する可塑状グラウトであるため、その時間内にポンプＰＡで送り込まれた流量だけ、可塑状グラウトが注入充填容器２に充填される。

しかし、可塑タイム経過後の瞬結性硬化グラウトは、急激に硬化して所定の強度が発現してしまうため、硬化したグラウトを突き破って、それより前方に硬化グラウトを割裂して新たなグラウトを注入することができなくなる。即ち、従来の二液性瞬結性硬化グラウトの注入方法では、図２に示すように、ゲルタイム＋可塑タイムの間にポンプで注入充填した範囲ハが注入可能範囲であり、図２の未注入領域より前方にグラウトを注入充填することはできなかった。

勿論、ポンプの圧力を高めて可塑タイム経過後も瞬結性硬化グラウトの注入を継続することは可能である。しかし、無理にグラウトの注入を続けると、路面が膨れ上がるなど予期せぬ場所に圧力が集中して安全上極めて問題がある。よって、本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法では、以下のように行う。

（第１注入工程）
本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法では、先ず、図３に示すように、前述の注入装置１を用い、Ｂ液のみを先行注入する第１注入工程を行う。図３は、本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法の第１注入工程を示す工程説明図である。

具体的には、本工程では、注入装置１の注入ポンプＰＢを作動させて、前述の実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの配合のＢ液を注入充填容器２に注入する。このとき、Ｂ液は液状の水ガラス溶液であるため、図３に示すように、注入充填容器２の底部に沿って層状に注入されることとなる。

（第２注入工程）
次に、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法では、図４に示すように、注入装置１を用いてＡ液とＢ液を混合した瞬結性硬化グラウトを注入する第２注入工程の１次工程を行う。図４は、本発明の実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法の第２注入工程の１次工程を示す工程説明図である。

具体的には、本工程では、注入装置１の注入ポンプＰＡ及び注入ポンプＰＢを作動させて、前述の実施形態に係る瞬結性硬化グラウトのＡ液及びＢ液を前述の配合で注入充填容器２に注入する。このとき、従来の注入方法と同様に、ゲル化前の粘性の高い流動性グラウト（イ）、及び可塑状グラウト（ロ）が注入充填容器２に注入充填されることとなる。

即ち、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法の第２注入工程の１次工程では、注入充填容器２の上部は空洞であるため、Ｂ液と接触混合より進入し易いところに充填する（これまでは、従来の注入方法と同じ）。しかし、第２注入の１次工程は、ゲルタイム（イ）＋可塑タイム（ロ）を超えるとグラウトは急激に硬化するため注入充填ができなくなる。

そこで、その後、第２注入工程の２次工程を行って、注入されたグラウトを進入し易いＢ液層と接触混合させることによりゲルタイムを遅延させて流路に沿って、図５に示す前方の空洞に流動性グラウト（イ’）と可塑状グラウト（ロ’）として充填する。このように、本願の発明者らは、Ａ液とＢ液を混合した瞬結性硬化グラウトにＢ液を混合すると瞬結性硬化グラウトのゲルタイムが遅延することを見出し、従来の注入工法ではできなかった前方までグラウト（イ’＋ロ’）の注入充填を可能とした。

さらに、図５に示した第２注入工程の２次工程でグラウトの注入ができなくなると、図６の第２注入工程の３次工程を行って、Ｂ液と接触混合して流路を形成し、図６に示す前方までグラウト（流動性グラウト（イ”）＋可塑状グラウト（ロ”））を充填する。このように、上記の注入充填は、１次工程から２次、３次、４次・・・と順次Ｂ液が無くなる地点まで繰り返し注入充填することができる。

また、さらに広範囲まで瞬結性硬化グラウトを注入充填させるには、図示しないが、一旦注入ポンプＰＡを止めて注入ポンプＰＢだけを作動させてＢ液のみを注入する前述の第１注入工程を行う。その後、注入ポンプＰＡを作動して再びＡ液も送り、Ａ液とＢ液を混合した瞬結性硬化グラウトを注入する前述の第２注入工程を行う。即ち、第１注入工程と第２注入工程を交互に繰り返して瞬結性硬化グラウトを注入することにより、より広範囲までグラウトを注入充填することが可能となる。

以上の第１注入工程と第２注入工程２を組み合わせることにより、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上、ゲル化時間が２０秒以内の瞬結性硬化グラウトを、従来の注入工法より広範な範囲まで注入することができる。よって、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法によれば、図６に示すように、従来の注入工法において、ゲルタイム＋可塑タイムの間にポンプで注入充填できる範囲ハより大幅に広がっていることが明らかである。

つまり、図６に示すように、本実施の形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法では、理論上、Ｂ液が広がる範囲まで、そこを流路としてより注入装置１から遠い前方に瞬結性硬化グラウトを注入・充填できることとなる。

以上のように、本実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法によれば、ゲルタイムを遅延させた部分を流路として瞬結性硬化グラウトをより広範囲にまで注入・充填して早期に硬化させることができる。よって、従来困難であった早期強度の発現と実用的なゲルタイムの確保を両立が可能となり、広範な領域にグラウトを充填して補修、補強が可能となる。

［効果確認実験］
次に、実施例と比較例を挙げ、後述のゲルタイム測定、可塑タイム測定、一軸圧縮強度試験等の各試験により瞬結性硬化グラウトの物性評価を行い、本発明の効果を検証する。なお、各試験は、いずれも液温２０℃で行った。先ず、各試験の試験方法について説明する。

（１．ゲルタイムの測定）
ゲルタイムの測定は、５×３０ｃｍのビニール袋内に、所定のＡ液を入れ、そのビニール袋上部を手で閉じた状態でＢ液を入れ、手を放すと同時に激しく上下に揺すって撹拌して流動性を失うまでの時間をゲルタイムとした。

（２．可塑タイムの測定）
可塑タイムの測定は、非常に時間が短く測定機具を使用することができないため、前述のゲルタイム測定後のグラウトを手触りで押しても流動化しない時間を可塑タイムとした。

（３．一軸圧縮強度試験）
一軸圧縮強度試験は、JIS R 5201（セメントの物理試験方法）に準じて行った。具体的には、ゲルタイムの測定と同様な方法でグラウトを調整し、ゲル化前に４×４×１６ｃｍ三連枠に投入し、２０℃の湿潤養生で０．３時間、１時間、３時間、２８日の各養生期間（時間）後に脱型し、一軸圧縮強度を測定した。

次に、瞬結性硬化グラウトの実施例を挙げて各種試験結果について説明する。実施例に係る瞬結性硬化グラウトの生成に用いたセメントは、セメントＡとして普通ポルトランドセメント、セメントＢとして高炉セメントの２種類のセメントを用いた。

また、添加剤としてベントナイトを用いた。ベントナイトには、アメリカ産の粘土鉱物である株式会社ホージュン製のスーパークレイ（登録商標）を用いた。

水ガラスには、水ガラスＡとしてモル比（SiO₂/Na₂O）が３．１のＳｉＯ₂の容量で３０％濃度の水ガラス、水ガラスＢとしてモル比（SiO₂/Na₂O）が４．０のＳｉＯ₂の容量３０％の水ガラス、水ガラスＣとしてモル比（SiO₂/Na₂O）が３．０のＳｉＯ₂の容量４０％の水ガラスの３種類の水ガラスを用いた。なお、容量３０％の水ガラスとは、溶液１Ｌ中にＳｉＯ₂が３００ｇ含有された水ガラスを指している。

以上の要領で、所定量のＡ液とＢ液を混合して瞬結性硬化グラウトを生成し、ゲルタイム測定、可塑タイム測定、一軸圧縮強度試験等の各試験を行った測定結果を表１に示す。

表１から、瞬結性硬化グラウトの３時間後の一軸圧縮強度を１．５Ｎ／ｍｍ²以上とするには、Ａ液に含有されるセメント重量が１ｍ³当たりセメント５００ｋｇ以上必要であることが分かる。また、セメント重量の上限は、充分な流動性を保持するために８００ｋｇ以下とした。

そして、表１から、Ｂ液として混合する水ガラスは、ＳｉＯ₂の容量で３０％濃度の水ガラスが、Ａ液１ｍ³に対して１３０〜２００Ｌの範囲が適正量であることが確認された。

また、表１に示すように、３時間後の一軸圧縮強度を１．５Ｎ／ｍｍ²以上とする瞬結性硬化グラウトの配合では、ゲルタイムは３〜２０秒となり、可塑タイムがいずれも７秒以内となった。これは、比較例５として示した従来の瞬結性硬化グラウトよりも短いことが分かる。

さらに、表１から、実施例４，６，９で測定した可塑タイム経過後の立上り強度は、０．３時間で０．２６、０．２０、０．３１Ｎ／ｍｍ²であり、１．０時間で０．５２、０．４３、１．５３Ｎ／ｍｍ²であり、急激に硬化していることが判明した。

このことより、３時間後の一軸圧縮強度を１．５Ｎ／ｍｍ²以上とする瞬結性硬化グラウトは急激に硬化するため、従来の注入方法では、硬化したグラウトを割裂させて新たな瞬結性硬化グラウトを注入することができないと云える。

これに対して、比較例５として示した水ガラス系懸濁グラウト（ＬＷ）では、表１に示すように、可塑タイム経過後の立上り強度は、０．３時間で０．０１Ｎ／ｍｍ²、１．０時間で０．０２Ｎ／ｍｍ²、３．０時間で０．０４Ｎ／ｍｍ²であり、極端に立上り強度が弱いことが分かる。

この比較例５に係る水ガラス系懸濁グラウト（ＬＷ）は、セメント４００ｋｇにゲル化促進剤を加えたＡ液５００Ｌに、水ガラスＣ溶液２００Ｌに水３００Ｌを加えたＢ液５００Ｌを等量混合したものである。

このように、比較例５に係る水ガラス系懸濁グラウト（ＬＷ）であれば、硬化後の立上り強度が弱いため、ゲル化以降に新たなグラウトをさらに注入しても、既に注入済みのゲル化したグラウトを割裂させて容易に新たなグラウトが進入することが可能である。

（ゲルタイム遅延効果の確認実験）
次に、本発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法によるゲルタイムの遅延効果を確認すべく、前述の実施例４に係る瞬結性硬化グラウトを作成し、Ｂ液に対するその瞬結性硬化グラウトの混合比率のみを変化させた実施例１０〜１４を作成した。そして、その実施例１０〜１４、４に係る瞬結性硬化グラウトのゲルタイムを測定したものを表２にまとめた。

ここで、実施例４に係る瞬結性硬化グラウトは、Ａ液：１ｍ³当たりセメント６００ｋｇを含んだセメントミルクに、Ｂ液：モル比４．０のＳｉＯ₂の容量３０％の水ガラス１６０Ｌを加えたものである。また、表２に示すＢ液とは、モル比４．０のＳｉＯ₂の容量３０％の水ガラスである。

表２に示すように、Ｂ液に実施例４に係る瞬結性硬化グラウトを２０％の割合で混合すると、ゲルタイムは、１１７０秒と非常に長くなり、順次瞬結性硬化グラウトの混合比率を大きくするに従ってゲルタイムは短くなっていく。しかし、ゲルタイムの遅延効果は、Ｂ液が０％になるまで発揮されているので、本実験により、予めＢ液を先行注入することによるゲルタイムの遅延効果が確認されたと云える。よって、本発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法のように、Ｂ液を先行注入することで瞬結性硬化グラウトの注入経路を確保できるものと考えることができる。

要するに、ゲル化時間が２０秒以内で、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトを注入する場合であっても、本発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法のように、グラウト注入前に予めＢ液を先行注入することで新たな瞬結性硬化グラウトを前方に注入することができる。これは、注入したＢ液の流路に沿って接触混合しながらゲル化が遅延されるからである。よって、本発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法よれば、従来困難であった早期強度の発現と実用的なゲルタイムの確保を両立が可能となり、広範な領域にグラウトを充填して補修、補強が可能となる。

以上、本発明の実施形態に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法及びそれに用いる瞬結性硬化グラウトについて詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１，１’：注入装置
２：注入充填容器
Ｐ１，Ｐ２：注入管
Ｐ３：二重管
ＰＡ，ＰＢ：注入ポンプ

第１発明に係る瞬結性硬化グラウトの注入方法は、１ｍ³当たりセメント５００〜８００ｋｇを含んだセメントミルクのＡ液に、ＳｉＯ₂の容量で２４％濃度以上の水ガラスのＢ液を、Ａ液１ｍ³に対してＢ液１３０〜２００Ｌの比率で混合してなるゲル化時間が２０秒以内で、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトの注入方法であって、前記Ａ液の注入管の先端内に前記Ｂ液の注入管の先端が設けられた注入装置を用い、初めに前記Ｂ液を注入する第１注入工程を行い、次に、前記注入装置から前記Ａ液と前記Ｂ液を混合した前記瞬結性硬化グラウトを注入する第２注入工程を行い、第１注入工程で注入した前記Ｂ液に、第２注入工程で注入する前記瞬結性硬化グラウトを接触させて混合することによりゲル化を遅延させた流路を形成し、当該流路を通じて前記瞬結性硬化グラウトを前記注入装置から遠い前方に注入することを特徴とする。

Claims

１ｍ³当たりセメント５００〜８００ｋｇを含んだセメントミルクのＡ液に、ＳｉＯ₂の容量で２４％濃度以上の水ガラスのＢ液を、Ａ液１ｍ³に対して１３０〜２００Ｌの混合してゲル化時間が２０秒以内で、３時間後の一軸圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ²以上となる瞬結性硬化グラウトの注入方法であって、
前記Ａ液の注入管の先端内に前記Ｂ液の注入管の先端が設けられた注入装置を用い、初めに前記Ｂ液を注入する第１注入工程を行い、
次に、前記注入装置から前記Ａ液と前記Ｂ液を混合した前記瞬結性硬化グラウトを注入する第２注入工程を行い、
第１注入工程で注入した前記Ｂ液に、第２注入工程で注入する前記瞬結性硬化グラウトを接触させて混合することによりゲル化を遅延させた流路を形成し、当該流路を通じて前記瞬結性硬化グラウトを前記注入装置から遠い前方に注入すること
を特徴とする瞬結性硬化グラウトの注入方法。
前記第１注入工程と前記第２注入工程とを交互に繰り返して前記瞬結性硬化グラウトを注入すること
を特徴とする請求項１に記載の瞬結性硬化グラウトの注入方法。
前記瞬結性硬化グラウトを道路や鉄道などの土構造物、又はコンクリート構造物などの構造物の下、に生じた空洞、陥没、崩落、又は土砂流出箇所などのスペースに注入して補修又は補強すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の瞬結性硬化グラウトの注入方法。