JP2020090622A - 硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲルタイムが１０秒以内で瞬結性に優れ、かつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間がより短く、安全性の高い硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供する。【解決手段】アルミナセメント以外の水硬性セメント、石膏、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材であって、アルミナセメント、無機炭酸塩、並びに以下の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上を含む硬化材。（イ）ベントナイト（ロ）セピオライト（ハ）アタパルジャイト（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウム【選択図】なし

Description

本発明は、硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法に関する。

地盤に注入して地盤を補強するために使用する土質安定用薬液としては、セメントを水に懸濁させたセメント懸濁液が用いられるが、セメント懸濁液は凝結速度が遅く、凝結するまでに数時間を要する。凝結速度が遅いと、セメント懸濁液中のセメントが沈降してしまい、全容を硬化させることができなくなる。
また、地下水が流動しているような地盤内や護岸堤防と地盤との空隙部などのように、注入したセメント懸濁液が流水に接触する場合、凝結速度が遅いと、該セメント懸濁液は、流水と混合してセメントの濃度が低下してしまうため、セメントは充分に硬化しなくなる。
したがって、セメント懸濁液を土質安定用薬液として用いる場合、セメント懸濁液は、地盤に注入する前には流動性が確保され、注入後１０秒程度でゲル化し、かつ、早期に強度を発現することが求められる。

そこで最近では、セメント懸濁液の硬化速度を向上させる硬化材液が用いられるようになっている。
例えば、特許文献１には、アルミナセメントを除く水硬性セメント、石膏、石灰及び水を含む主材液と、アルミナセメント、無機炭酸塩及び水を含む硬化材液とを混合した土質安定用薬液を地盤に注入する土質安定用薬液及び地盤安定化工法が開示されている。該特許文献１に記載された発明によれば、主材液と硬化材液は、それぞれ液状態が長時間安定で、かつ、両液の混合終了後１０秒程度で硬化させることが可能であるとされている。

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、主材液と硬化材液とを混合してから硬化するまでの時間（以下、「ゲルタイム」という。）を１０秒以内にするには、気温が２０℃前後の場合でも、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造には長い撹拌時間を要し、冬場や寒い地方での施工では、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造時の撹拌にはさらに長時間を要する。

そこで、特許文献２には、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石膏、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材液であって、ゲルタイムが１０秒以内で瞬結性に優れ、かつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造時の撹拌時間がより短くて足りる硬化材液として、アルミナセメント、無機炭酸塩、アルミン酸アルカリ金属塩及び水を含む硬化材液が提案されている。

特開平７−１８８６５８号公報 特開２０１５−２２９６８４号公報

しかしながら、特許文献２に記載の硬化材液は、アルカリ度の高いアルミン酸ナトリウムを使用しなければならず、現場で取り扱う作業員に対する安全性に問題があった。

そこで本発明は、ゲルタイムが１０秒以内で瞬結性に優れ、かつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間がより短く、かつ、アルミン酸ナトリウムに比べてアルカリ度の低い、安全性の高い材料を使用した硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の［１］〜［５］の態様を包含する。
［１］ アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材であって、アルミナセメント、無機炭酸塩、並びに以下の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上を含むことを特徴とする、硬化材。
（イ）ベントナイト
（ロ）セピオライト
（ハ）アタパルジャイト
（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウム
［２］ アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材液であって、［１］に記載の硬化材及び水を含むことを特徴とする、硬化材液。
［３］ アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰、アルミナセメント、無機炭酸塩、以下の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上、並びに水を含むことを特徴とする、土質安定用薬液。
（イ）ベントナイト
（ロ）セピオライト
（ハ）アタパルジャイト
（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウム
［４］ アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液と、［２］に記載の硬化材液とを混合することを特徴とする、［３］に記載の土質安定用薬液の製造方法。
［５］ ［３］に記載の土質安定用薬液を地盤に注入すること、或いは、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液と［２］に記載の硬化材液とを地盤内で混合することを特徴とする、地盤安定化工法。

本発明によれば、瞬結性に優れ、かつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間がより短く、かつ、アルミン酸ナトリウムに比べアルカリ度の低い材料を使用した安全性の高い硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することができる。

本明細書において「固結体」とは、本発明の土質安定用薬液が地盤内で凝結したものをいう。
また、「瞬結性を有する」とは、ゲルタイムが１０秒以内であることを意味する。
また、「撹拌時間」とは、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造において、全成分を混合してから、撹拌を終了するまでの時間を意味する。
以下、本発明を詳細に説明する。

［硬化材］
本発明の硬化材は、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いるものである。該硬化材は、アルミナセメント、無機炭酸塩、並びに以下の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上を含むことを特徴とする。
（イ）ベントナイト
（ロ）セピオライト
（ハ）アタパルジャイト
（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウム
また、該硬化材は、アルミナセメント及び無機炭酸塩と、上記（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上以外に、その他の添加剤を含んでいてもよい。
以下、本発明の硬化材が含む各成分について説明する。

（アルミナセメント）
本発明においてアルミナセメントとは、石灰質原料（カルシウム分）とアルミナ質原料（アルミナ分）とを混合し、この混合物を焼成するか、あるいは、該混合物を溶融〜硬化させた後に粉砕することで得られるセメント鉱物全般を意味する。

このようなアルミナセメントの一例としては、例えば、主要鉱物組成がガラス質（非晶質）のＣ_１２Ａ_７となるように、上記の石灰質原料とアルミナ質原料との混合物を溶融した後に急冷し、この硬化物を粉砕したもの、これにさらに石膏を添加して混合したものなどが挙げられる。ここで、石膏は、上記混合物の硬化物を粉砕しながら添加してもよいし、硬化物の粉砕が完了してから添加してもよい。また、添加する石膏の結晶形態としては、ＩＩ型であってもよいし、他の形態であってもよい。

また、アルミナセメントの他の例としては、主要鉱物組成がＣＡとなるように、上記の石灰質原料とアルミナ質原料との混合物を焼成するか、あるいは、混合物を溶融した後に急冷し、この硬化物を粉砕することで得られるものが挙げられる。また、この例のアルミナセメントは、焼成又は溶融条件や、原料に含まれる不純物の影響により、ＣＡに加えて、例えば、上記したような、ＣＡ_２、Ｃ_１２Ａ_７、Ｃ_２ＡＳ、Ｃ_４ＡＦ等の鉱物を副成分として含むことがある。

さらに、アルミナセメントの具体例としては、例えば、ＪＩＳ Ｒ２５１１：１９９５「耐火物用アルミナセメント」に規定されるアルミナセメント１〜５種、若しくはこれに相当する品質を有するアルミナセメントが挙げられる。

これらの内、アルミナセメント３種又は４種、若しくはこれに相当する品質を有するものを用いることがより好ましい。
このようなアルミナセメントしては、例えば、ＣＡ、ＣＡ_２等のカルシウムアルミネートを主成分とし、Ｃ_４ＡＦ等のカルシウムアルミノフェライト、Ｃ_２ＡＳ等のカルシウムアルミノシリケート等の化合物で構成されるセメントが挙げられる。

なお、上記の各化学式の例示において、「Ａ」はＡｌ_２Ｏ_３を表し、「Ｃ」はＣａＯ、「Ｆ」はＦｅ_２Ｏ_３、「Ｓ」はＳｉＯ_２を表す。

（無機炭酸塩）
無機炭酸塩は、アルミナセメント以外の水硬性セメントの硬化を促進する性質を有し、瞬結性を担保しつつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間を短くする成分である。無機炭酸塩は、主材液に配合すると該主材液を不安定にするが、硬化材液に配合しても該硬化材液を不安定にしない。

無機炭酸塩としては、例えば、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３などのアルカリ金属の炭酸塩や、ＭｇＣＯ_３などのアルカリ土類金属の炭酸塩が挙げられる。無機炭酸塩は一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。中でも、瞬結性を担保しつつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間をより短くする点、固結体の圧縮強度をより高める点から、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３が好ましい。

（ベントナイト、セピオライト、アタパルジャイト、結晶性層状珪酸ナトリウム）
ベントナイト、セピオライト、アタパルジャイト(別名：パリゴルスカイト)、結晶性層状珪酸ナトリウムは、瞬結性を担保しつつ、硬化材液の製造に要する撹拌時間を短くする成分である。これらは、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

（添加剤）
本発明の硬化材は、アルミナセメント、無機炭酸塩及び前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）以外に、減水剤、消泡剤、増粘剤などの各種の添加剤を含んでいてもよい。

減水剤としては、リグニンスルホン酸塩又はその誘導体系、ポリカルボン酸系、アミノスルホン酸系、オキシ有機酸塩系、アルキルアリルスルホン酸塩系、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系、ポリオール複合体系、高級多価アルコールスルホン酸塩系、メラミンホルマリン縮合物系(スルホン酸塩、(変性)メチロール)、ナフタリンスルホン酸塩ホルマリン縮合物系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物系などの消泡剤が挙げられる。

増粘剤としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロースエーテル系；ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド−ポリアクリル酸ソーダ共重合物、ポリアクリルアミド部分加水分解物などのアクリル系ポリマー；ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、アルギン酸ソーダ、カゼイン、グアガムなどの水溶性ポリマーなど各種の増粘剤が挙げられる。

また、本発明の硬化材には、該硬化材の安定性を向上させるために、グルコン酸、クエン酸などの有機カルボン酸及びその塩などの各種の凝結遅延剤を添加することもできる。

（硬化材の製造方法）
本発明の硬化材は、一般に用いられる混合器により、各成分を所望の配合量で混合して製造される。用いる混合器は、工場又は施工現場に固定されているものでもよく、ミキサートラックに搭載されているものでもよい。
各成分は充分に混合されていることが好ましい。各成分が充分に混合されていることにより、均質な硬化材液を素早く製造することができる。

なお、本発明の硬化材に含まれるアルミナセメント及び無機炭酸塩と、前記（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上の含有量は、後述の本発明の硬化材液の各成分の好適配合を満たすような割合であればよい。

［主材液］
本発明に係る主材液は、アルミナセメント以外の水硬性セメント（以下、単に「水硬性セメント」とも称する。）、石灰及び水を含む。該主材液は、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水以外に、その他の添加剤を含んでいてもよい。
特に石膏は、初期及び最終的な固結体の強度を向上させるという観点から、主材液に含有させることが好ましい。

以下、主材液が含む各成分について説明する。なお、その他の添加剤の詳細については、上述の本発明の硬化材におけるその他の添加剤と同様である。

（水硬性セメント）
本発明に係る主材液が含む水硬性セメントは、アルミナセメント以外の水硬性セメントである。該水硬性セメントとしては、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱及び白色などのポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなどの混合セメント、微粒子セメント、超微粒子セメント、極超微粒子セメントや高炉水砕スラグ微粉末等が挙げられる。
水硬性セメントは、これらの一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

主材液には、主材としてアルミナセメント以外の水硬性セメントに加えて、アルミナセメントを含ませることができるが、後述する土質安定用薬液の瞬結性を担保する点、及び主材液の安定性を保つ点から、主材液中のアルミナセメントは少ないほど好ましく、含まないことがより好ましい。

本発明に係る主材液中の水硬性セメントの含有量は、主材液２００Ｌあたり、２５〜３００ｋｇが好ましく、５０〜２００ｋｇがより好ましく、７５〜１５０ｋｇが特に好ましい。水硬性セメントの含有量が上記下限値以上であれば、固結体の圧縮強度をより高めることができる。一方、上記上限値以下であれば、主材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、主材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（石灰）
石灰は、水中で水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）の形をとるものであり、例えば、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）や生石灰（ＣａＯ）が挙げられる。中でも、取扱いが容易な消石灰が好ましい。
石灰のブレーン値は６０００〜２００００ｃｍ^２／ｇが好ましく、８０００〜１５０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。石灰のブレーン値が上記下限値以上であれば、瞬結性により優れる。一方、上記上限値以下であれば、水と混合した時に凝集が起こりにくくなる。
石灰は、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

本発明に係る主材液中の石灰の含有量は、主材液２００Ｌあたり、１０〜５０ｋｇが好ましく、１５〜３０ｋｇがより好ましい。石灰の含有量が上記下限値以上であれば、瞬結性により優れる。上記上限値以下であれば、主材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、主材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（石膏）
本発明に係る主材液において、石膏の含有は必須ではないが、固結体の初期及び最終の強度を上げるという観点から含まれる方が好ましい。

石膏としては、例えば、ＩＩ型無水石膏、ＩＩＩ型無水石膏、α半水石膏、β半水石膏、２水石膏など、各種の形態の石膏が挙げられる。中でも、固結体の圧縮強度がより高くなることから、ＩＩ型無水石膏が好ましい。
石膏のブレーン値は、３０００〜１５０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、６０００〜１００００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。石膏のブレーン値が上記下限値以上であれば、固結体の圧縮強度がより高くなる。一方、上記上限値以下であれば、水と混合した時に凝集が起こりにくくなる。
石膏は、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

本発明に係る主材液が石膏を含む場合、主材液中の石膏の含有量は、主材液２００Ｌあたり、１〜２０ｋｇが好ましく、３〜１０ｋｇがより好ましい。石灰の含有量が上記下限値以上であれば、固結体の初期及び最終強度が高くなる。上記上限値以下であれば、主材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、主材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（石膏と石灰の比率）
本発明に係る主材液が石灰と石膏とを含む場合、主材液中の石膏（Ｇ）と石灰（Ｌ）の質量比率は、石膏比率「Ｇ／（Ｇ＋Ｌ）」の値で、０．１〜０．８５が好ましく、０．２〜０．６がより好ましい。「Ｇ／（Ｇ＋Ｌ）」が上記下限値以上であれば、固結体の圧縮強度がより高くなる。一方、上記上限値以下であれば、瞬結性により優れる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（水）
水としては、例えば、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に発揮させるためには、上水や工業用水が好ましい。

（主材液の製造方法）
本発明に係る主材液は、公知の撹拌器等を用いて、各成分を所望の配合量で水に分散させることにより製造される。
主材液を製造する際の、水硬性セメント、石灰及び水、必要に応じて配合される石膏を混合する順序は、特に限定されない。主材液の製造方法は、石灰、必要に応じて配合される石膏並びに任意成分である分散剤及び消泡剤などの添加剤を水に分散させた後、水硬性セメントを加え、所定時間撹拌して混合する方法が好ましい。

地盤安定化を行う施工現場で主材液を製造する方法としては、例えば、水硬性セメントと石灰、必要に応じて配合される石膏とを別々に施工現場に搬入し、所定の量比で混合した後、水を加えて混合する方法、水硬性セメント、石灰、必要に応じて配合される石膏を所定の量比で予め配合した主材の混合物を施工現場に搬入し、これに水を加えて混合する方法が挙げられる。中でも、施工現場での作業を簡略化できる点から、後者の方法が好ましい。

本発明では、主材液の水以外の成分を水に分散させた後の撹拌時間が短くても瞬結性が得られる。しかし、各成分は水に充分に分散されていることが好ましい。各成分が水に充分に分散されていることにより、主材液と硬化材液とがより均一に混合され、固結体の圧縮強度のバラツキがより少なくなる。

［硬化材液］
本発明の硬化材液は、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材液である。該硬化材液は、前述の本発明の硬化材及び水を含むことを特徴とする。

以下、硬化材液が含む水、硬化材液中の各成分の含有量、及び硬化材液の製造方法について説明する。なお、硬化材が含む成分の詳細については、上述の本発明の硬化材における成分と同様である。

（水）
水としては、例えば、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に発揮させるためには、上水や工業用水が好ましい。

（硬化材液中の各成分の含有量）
本発明の硬化材液中のアルミナセメントの含有量の下限は、該硬化材液２００Ｌあたり、５〜１００ｋｇであることが好ましく、１０〜６０ｋｇがより好ましく、１５〜４０ｋｇが特に好ましい。アルミナセメントの含有量が上記下限値以上であれば、瞬結性発現に必要な最低撹拌時間が短くなるとともに、固結体の圧縮強度がより高くなる。一方、上記上限値以下であれば、硬化材液の粘度が抑えられるため、主材液と硬化材液とがより均一に混合され、固結体の圧縮強度のバラツキがより少なくなる。また、上記上限値以下であれば、ポンプによる圧送が容易となり、硬化材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。

本発明の硬化材液中の無機炭酸塩の含有量は、該硬化材液２００Ｌあたり、２〜１２ｋｇであることが好ましく、４〜１０ｋｇがより好ましい。無機炭酸塩の含有量が上記範囲内にあれば、瞬結性を担保しつつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間をより短くできる。本発明の効果をより発揮させるためには、硬化材から硬化材液を調製した際に、無機炭酸塩の不溶解分が残らないようにすることが好ましい。

本発明の硬化材液中の前記（イ）ベントナイト、（ロ）セピオライト、（ハ）アパタルジャイト、及び（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウムの１種以上の含有量は、該硬化材液２００Ｌあたり、０．１〜２０ｋｇであることが好ましく、１〜１０ｋｇがより好ましい。（イ）ベントナイト、（ロ）セピオライト、（ハ）アパタルジャイト、及び（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウムの１種以上の含有量が上記下限値以上であれば、瞬結性を担保しつつ、硬化材液の沈降が抑制される。一方、上記上限値以下であれば、硬化材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、硬化材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、硬化材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（硬化材液の製造方法）
本発明の硬化材液は、公知の撹拌器等を用いて、硬化材の各成分を水に分散させることにより製造される。分散方法としては、予め製造した硬化材を水に分散させる方法でもよく、硬化材の各成分を任意の順序で水に分散させる方法でもよい。

本発明では、硬化材を水に分散させる際の撹拌時間が短くても瞬結性が得られる。しかし、各成分は水に充分に分散されていることが好ましい。各成分が水に充分に分散されていることにより、主材液と硬化材液とがより均一に混合され、固結体の圧縮強度のバラツキがより少なくなる。

［土質安定用薬液］
本発明の土質安定用薬液は、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰、アルミナセメント、無機炭酸塩、前記（イ）ベントナイト、（ロ）セピオライト、（ハ）アパタルジャイト、及び（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウムの１種以上、並びに水を含むことを特徴とする。また、該土質安定用薬液は、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰、アルミナセメント、無機炭酸塩、前記（イ）ベントナイト、（ロ）セピオライト、（ハ）アパタルジャイト、及び（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウムの１種以上、並びに水以外に、石膏、その他の添加剤を含んでいてもよい。
土質安定用薬液が含む各成分の詳細は、前述の本発明の硬化材、本発明に係る主材液、及び本発明の硬化材液における成分と同様である。

［土質安定用薬液の製造方法］
本発明の土質安定用薬液の製造方法は、公知の撹拌器等を用いて、各成分を水に分散させる方法でもよく、主材液に、硬化材又は硬化材の成分を添加する方法でもよく、硬化材液に、主材液中の水以外の成分を添加する方法でもよく、主材液と硬化材液とを混合する方法でもよい。中でも、施工現場での作業を簡略化できる点及び瞬結性をより高める点から、土質安定用薬液の製造方法は、主材液と硬化材液とを混合する方法であることが好ましい。

以下、主材液と硬化材液とを混合する方法について説明する。
両液の混合は、地盤に注入する前に行ってもよく、各液を地盤に注入しながら行ってもよい。地盤に注入する前に行う場合は、セメントを製造する際に通常用いる撹拌器等を用いて、一般的な撹拌方法によって混合すればよい。各液を地盤に注入しながら混合する場合は、例えば、主材液と硬化材液とを、それぞれ単位時間当りの送液容量が等しいポンプを用いて個別にＹ字管、撹拌装置、注入管内に設けられた混合室（管内混合器・管路混合器）などに圧送して混合する方法、又は、主材液と硬化材液を二重管の内管と外管で別々に送液し、注入時に地盤中で主材液と硬化材液を合流させて混合する方法などが挙げられる。両液が注入中に硬化しないようにするため、土質安定用薬液は、注入直前又は注入しながら製造することが好ましく、注入しながら製造することがより好ましい。

施工がし易くなる点から、主材液と硬化材液とは７：３〜３：７の容量比で混合することが好ましく、６：４〜４：６の容量比で混合することがより好ましく、等容量で混合することが特に好ましい。

［地盤安定化工法］
本発明の地盤安定化工法には、上述の本発明の土質安定用薬液を地盤に注入する第一の態様と、主材液と硬化材液とを地盤内で混合する第二の態様とがある。
第一の態様の具体的な方法は、上述の本発明の土質安定用薬液の製造方法と同様にして土質安定用薬液を得、該薬液を地盤に注入する方法である。
第二の態様の具体的な方法は、主材液と硬化材液とを別々の注入管で地盤内に注入し、両液を地盤内で合流させ、混合させる方法である。本態様では、注入の際に、噴射ノズルを有する注入管を用いて、圧力５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ^２で噴射注入してもよい。

［作用効果］
本発明によれば、アルカリ度の高いアルミン酸ナトリウムを用いることなく、瞬結性に優れ、かつ、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間がより短い硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することができる。
本発明による効果は、以下のメカニズムによるものと推定される。

本発明の硬化材に含まれる前記（イ）ベントナイト、（ロ）セピオライト、（ハ）アパタルジャイト、及び（ニ）結晶性層状珪酸ナトリウムの1種以上は、アルミナセメントが水と反応した際に発生するカルシウムイオンを適度に捕捉する作用を有する。この適度な捕捉により、カルシウムイオンが炭酸ナトリウムやアルミナセメント由来の鉱物と反応して析出物する炭酸カルシウム等の発生を抑え、アルミナセメントの活性部位を覆うことを防ぐことで、より短い撹拌時間で瞬結が発現するようになると考えている。

以下に本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例で用いた材料、主材液及び硬化材液の調製方法、並びに各種測定・評価方法は以下のとおりである。

［材料］
（主材液）
・水硬性セメント:普通ポルトランドセメント
・石膏：ＩＩ型無水石膏（ブレーン値：６５００ｃｍ^２／ｇ）
・石灰：消石灰（ブレーン値：１３０００ｃｍ^２／ｇ）
・減水剤：ナフタレンスルホン酸ナトリウム・ホルムアルデヒド縮合物
・水：水道水

（硬化材液）
・アルミナセメント：ＪＩＳ−Ｒ２５１１，３種
・無機炭酸塩：ソーダ灰（無水炭酸ナトリウム）
・ベントナイト（品川窯業（株）社製 商品名「九州ベントナイト 筑前特８号」）
・セピオライト（ＩＭＶ Ｎｅｖａｄａ社製 商品名「ＴＨＥＲＭＯＧＥＬ」）
・アタパルジャイト（ＳＫＷイーストアジア（株）社製 商品名「Ａｓｈａｇｅｌ ＳＦ」）
・結晶性層状珪酸ナトリウム（（株）トクヤマ社製 商品名「プリフィード」）
・アルミン酸アルカリ金属塩：アルミン酸ナトリウム粉末（Ａｌ_２Ｏ_３／Ｎａ_２Ｏモル比１．１）
・水：水道水

［主材液の調製方法］
２０℃に調整した材料を使用し、それぞれ２０℃の室内で石灰、場合により石膏、減水散剤等の混合物を水に分散させた後、普通ポルトランドセメントを分散させ、撹拌して主材液を得た。撹拌は、マグネチックスターラーを用い、２００ｍＬのディスカップに長さ４ｃｍのスターラーバーを入れ、主材液２００ｍＬの入った状態で、回転数６５０〜７５０ｒｐｍの条件で所定の時間行った。
主材液中の各成分の含有量は表１に示す通りとした。
なお、本実施例では、硬化材液を作製する直前に主材液を調製して実験を行った。

［硬化材液の調製方法］
２０℃に調整した材料を使用し、２０℃の室内でアルミナセメント、無機炭酸塩、並びにベントナイト、セピオライト、アパタルジャイト、又は結晶性層状珪酸ナトリウムを混合した硬化材を水に分散させ、撹拌して硬化材液を得た。撹拌は、マグネチックスターラーを用い、２００ｍＬのディスカップに長さ４ｃｍのスターラーバーを入れ、硬化材液２００ｍＬの入った状態で、回転数６５０〜７５０ｒｐｍの条件で所定の時間行った。
硬化材液中の各成分の含有量は表１に示す通りとした。

本実施例では、普通ポルトランドセメントを水に分散させてから、撹拌を終了するまでの時間を「主材液の撹拌時間」とし、硬化材を水に分散させてから、撹拌を終了するまでの時間を「硬化材液の撹拌時間」とした。

［瞬結性発現に必要な最低撹拌時間の測定］
まず、得られた主材液５０ｍＬと硬化材液５０ｍＬとをそれぞれ２００ｍＬディスカップＡ，Ｂに入れ、硬化材液の入ったディスカップＢに主材液の全量を勢いよく入れた後、両液の混合液を直ちに主材液が入っていたディスカップＡに移しかえ、さらに硬化材液が入っていたディスカップＢに移しかえた。最初に主材液と硬化材液を混合してからここまで３秒程度であった。次いで、ディスカップＢを水平にして１０秒間静置した後、ディスカップＢを４５度傾けて、混合液の液面が動くか否かを確認した。

混合液の液面が動いた場合は、上記の主材液の撹拌時間及び硬化材液の撹拌時間を延長して、上記の混合液の液面が動くか否かの確認を最初からやり直した。両撹拌時間は、２分〜１１分間までは１分刻みで、それ以降は５分刻みで延長した。なお、いずれの場合も、主材液の撹拌時間と硬化材液の撹拌時間は同じ時間とした。
混合液の液面が動かないことが確認された場合、その場合の各液の
撹拌時間を、瞬結性発現に必要な最低撹拌時間（以下、「最低撹拌時間」という。）とし、やり直すのを止めた。

［硬化材液の安全性の判断］
硬化材液にアルミン酸ナトリウムよりもアルカリ度が低い材料を使用している場合に安全性が高いとの判断で「○」とし、アルミン酸ナトリウムを用いた場合を安全性が低いと判断し「×」と記載した。

［実施例１〜７及び比較例１〜３］
実施例１〜７及び比較例１〜３では、それぞれ表１に示された成分、該成分の含有量で、上記の通り調製した主材液と硬化材液を用いて、２０℃における最低撹拌時間を測定した。
測定結果を表１に示す。

表１から明らかなように、硬化材液がベントナイト、セピオライト、アパタルジャイト、又は結晶性層状珪酸ナトリウムと、アルミナセメント及び炭酸ナトリウムを含む実施例１〜７では、最低撹拌時間は２分又は３分間であり、主材液及び硬化材液のそれぞれの製造に要する撹拌時間が短くても、瞬結性に優れた土質安定化薬液が得られた。
これに対し、硬化材液がベントナイト、セピオライト、アパタルジャイト、結晶性層状珪酸ナトリウムを含まない比較例１では、最低撹拌時間は１１分間であり、実施例１〜７に比べて長かった。
また、硬化材液が炭酸ナトリウムを含まない比較例２では、３０分間撹拌しても、瞬結性を有する土質安定化薬液は得られなかった。
アルミン酸ナトリウムを添加した比較例３では、最低撹拌時間は２分間となったが、水溶液のアルカリ度が高いことから、硬化材液の安全性の面で問題がある。

本発明の硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法は、例えば、地盤内の空隙、護岸堤防と地盤との空隙、液状化によって生じた空洞及びトンネル背面の空洞等に注入して地盤を補強するために有用である。

Claims (5)

1. アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材であり、アルミナセメント、無機炭酸塩、並びに以下の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上を含むことを特徴とする、硬化材。
   （イ）ベントナイト
   （ロ）セピオライト
   （ハ）アタパルジャイト
   （ニ）結晶性層状珪酸ナトリウム
2. アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材液であって、請求項１に記載の硬化材及び水を含むことを特徴とする、硬化材液。
3. アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰、アルミナセメント、無機炭酸塩、以下の（イ）、（ロ）、（ハ）及び（ニ）の１種以上、並びに水を含むことを特徴とする、土質安定用薬液。
   （イ）ベントナイト
   （ロ）セピオライト
   （ハ）アタパルジャイト
   （ニ）結晶性層状珪酸ナトリウム
4. アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液と、請求項２に記載の硬化材液とを混合することを特徴とする、請求項３に記載の土質安定用薬液の製造方法。
5. 請求項３に記載の土質安定用薬液を地盤に注入すること、或いは、アルミナセメント以外の水硬性セメント、石灰及び水を含む主材液と請求項２に記載の硬化材液とを地盤内で混合することを特徴とする、地盤安定化工法。