JP2020105321A - 固化材スラリー - Google Patents

Abstract

【課題】固化材スラリーを練り混ぜた後、長時間経過しても、圧送性の低下の程度の小さい固化材スラリーを提供する。【解決手段】セメント、水、及び化学混和剤を含み、かつ、水セメント比が４２％未満である固化材スラリーであって、３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度が、５０ｍＰａ・ｓ以下である固化材スラリー。好ましい化学混和剤は、ポリカルボン酸系またはナフタレンスルホン酸系の混和剤である。固化材スラリーを用いた地盤改良方法の一例は、練混ぜから９０分間以内に上記固化材スラリーを地盤中に注入し混合撹拌する方法が挙げられる。【選択図】なし

Description

本発明は、固化材スラリーに関する。

地盤（土壌）の改良方法として、セメント等の固化材と水を混合して固化材スラリーとした後、該固化材スラリーを地盤に添加、混合し、これを水和硬化させることで、地盤と固化材の混合物の強度を向上させる方法が知られている。
固化材スラリーを用いた地盤の改良方法として、特許文献１には、（１）セメント及び／又は高炉スラグを含有する水硬性物質と（２）カルシウムアルミネート類と（３）ポリアルキレンオキサイド及び／又はポリアクリルアミドを含有する水溶性高分子と（４）減水剤を含有する固化材１００質量部を送給し、途中で、（５）水７０〜２００質量部を混合して固化材スラリーとし、該固化材スラリーを地盤に散布して、地盤を固化する地盤固結方法が記載されている。

特開２０１２−２０１５０２号公報

セメント等の固化材と水を混合して固化材スラリーとした後、通常、該固化材スラリーは輸送用ポンプ等を用いて輸送（圧送）されて、地盤に添加、混合される。しかし、固化材スラリーを練り混ぜた後、時間が経過するにつれて、固化材スラリーの圧送性が低下するため、輸送用ポンプ内で固化材スラリーが詰まる等、作業性が低下する場合がある。
そこで、本発明の目的は、固化材スラリーを練り混ぜた後、長時間経過した場合の、圧送性の低下の程度の小さい固化材スラリーを提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント、水、及び化学混和剤を含み、水セメント比が４２％未満であり、かつ、特定の条件下における塑性粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である固化材スラリーによれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ セメント、水、及び化学混和剤を含み、かつ、水セメント比が４２％未満である固化材スラリーであって、３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度が、５０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする固化材スラリー。
［２］ 上記化学混和剤が、ポリカルボン酸系またはナフタレンスルホン酸系の混和剤である前記［１］に記載の固化材スラリー。
［３］ 前記［１］又は［２］に記載の固化材スラリーを製造するための方法であって、上記塑性粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下になるように、上記化学混和剤の種類及び量、及び、上記水セメント比を定めて、上記セメント、上記水、及び上記化学混和剤を混合し、上記固化材スラリーを得ることを特徴とする固化材スラリーの製造方法。
［４］ 前記［１］又は［２］に記載の固化材スラリーを用いた地盤改良方法であって、練混ぜから９０分間以内に上記固化材スラリーを地盤中に注入し混合撹拌することを特徴とする地盤改良方法。

本発明の固化材スラリーは、該固化材スラリーを練り混ぜた後、長時間経過した場合の、圧送性の低下の程度を小さくすることができる。このため、固化材スラリーの調製場所から地盤改良現場まで距離がある場合や、固化材スラリーの調製後、地盤改良を行うまで時間がかかった場合等においても、輸送用ポンプ内等において固化材スラリーが詰まらず、少ない圧力で固化材スラリーを圧送することができ、作業時間を十分に確保することができる。

本発明の固化材スラリーは、セメント、水、及び化学混和剤を含み、かつ、水セメント比が４２％未満である固化材スラリーであって、３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度が、５０ｍＰａ・ｓ以下であるものである。
セメントの例としては、普通ポルトランドセメント、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、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメントや、アルミナセメントや、エコセメント等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、セメントと共に、各種の有効成分を用いてもよい。有効成分の例としては、石膏、高炉スラグ微粉末、石炭灰（フライアッシュ）、石灰石微粉末、シリカフューム等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
セメント及び有効成分を含む材料として、セメントを主成分（通常、５０質量％以上）として含み、かつ、各種の有効成分を副成分として含む、市販のセメント系固化材を用いてもよい。

水としては、特に限定されず、水道水、スラッジ水等が挙げられる。
固化材スラリーの水セメント比は、４２％未満、好ましくは２０％以上、４２％未満、より好ましくは３０％以上、４２％未満である。水セメント比が４２％以上であると、固化材スラリーの強度発現性が低下する。
なお、水セメント比とは、水とセメントの質量比（水／セメント）を百分率（％）で表したものである。

化学混和剤の例（主成分によるもの）としては、ポリカルボン酸系、ナフタレンスルホン酸系、オキシカルボン酸系、またはヒドロキシカルボン酸系の混和剤が挙げられる。中でも、塑性粘度が小さく、圧送性に優れる固化材スラリーが得られる観点から、ポリカルボン酸系、または、ナフタレンスルホン酸系の混和剤が好適である。
また、化学混和剤の種類（用途によるもの）としては、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、凝結遅延剤、発泡剤、及び気泡剤等が挙げられる。
これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
化学混和剤の配合量は、化学混和剤の種類によっても異なるが、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．００１〜３０質量部、より好ましくは０．０１〜１０質量部、さらに好ましくは０．１〜５質量部、特に好ましくは０．５〜３質量部である。

本発明の固化材スラリーは、３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度が、５０ｍＰａ・ｓ以下であるものである。
上記塑性粘度は、５０ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは４９ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは４８ｍＰａ・ｓ以下、特に好ましくは４７ｍＰａ・ｓ以下である。塑性粘度が５０ｍＰａ・ｓを超えると、優れた圧送性を長時間（例えば、９０分間）保持することができなくなる。また、固化材スラリーの圧送に必要な圧力が大きくなるとともに、輸送用ポンプ内等で固化材スラリーが詰まる場合がある。
塑性粘度の下限値は、特に限定されないが、通常、１．０ｍＰａ・ｓである。塑性粘度が１．０ｍＰａ・ｓ未満の固化材スラリーは製造が困難である。
塑性粘度は、「ＪＩＳ Ｚ ８８０３：２０１１（液体の粘度測定方法） １１ 振動粘度計による粘度測定方法」に準拠して、市販の振動粘度計を用いて測定することができる。
なお、本明細書において、塑性粘度の測定条件を、「３０℃の温度下」としているが、該温度は、安全側の評価を考慮して、適宜定めた温度であり、実際に固化材スラリーを調製および使用する際の環境温度を示すものではない。

固化材スラリーの圧送性を評価する指標として、Ｐ漏斗流下時間を使用することができる。
本明細書中、Ｐ漏斗流下時間は、「土木学会基準 ＪＳＣＥ−Ｆ ５２１−１９９９（プレバックコンクリートの注入モルタルの流動性試験方法（Ｐ漏斗による方法））」において規定されているＰ漏斗に、１．７２５リットルの量の固化材スラリーを投入した後、Ｐ漏斗の流出口から固化材スラリーが流出し始めた時間から、固化材スラリーの流出が初めて途切れるまでの時間である。

本発明の固化材スラリーの練混ぜ直後のＰ漏斗流下時間は、好ましくは１７秒間以下、より好ましくは１６秒間以下、特に好ましくは１５秒間以下である。上記時間が１７秒間以下であれば、固化材スラリーが、圧送性に優れている（圧送するために必要な圧力がより小さく、輸送用ポンプ内等でより詰まりにくいものである）ことを意味している。
上記時間の下限値は、特に限定されないが、通常、７秒間である。上記時間が７秒間未満の固化材スラリーは製造が困難である。
また、本発明の固化材スラリーの練混ぜが終了して６０分間経過後のＰ漏斗流下時間は、好ましくは１７秒間以下、より好ましくは１６秒間以下、特に好ましくは１５秒間以下である。上記時間が１７秒間以下であれば、固化材スラリーを調製した後、長時間（６０分間）経過しても、固化材スラリーが、圧送性に優れている（圧送するために必要な圧力がより小さく、輸送用ポンプ内等でより詰まりにくいものである）ことを意味している。
上記時間の下限値は、特に限定されないが、通常、７秒間である。上記時間が７秒間未満の固化材スラリーは製造が困難である。

固化材スラリーの練混ぜが終了して６０分間経過後のＰ漏斗流下時間と固化材スラリーの練混ぜ直後のＰ漏斗流下時間の差は、好ましくは３秒間以下、より好ましくは２秒間以下、特に好ましくは１．５秒間以下である。該差が３秒間以下であれば、固化材スラリーが、調製後、長時間経過しても、圧送性の低下の程度の小さいものであることを意味している。

本発明の固化材スラリーは、３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下になるように、上述した化学混和剤の種類及び量、及び、水セメント比を適宜定めて、セメント、水、及び化学混和剤等の各材料を混合することで得ることができる。

本発明の固化材スラリーを用いた地盤改良方法の一例としては、改良処理の対象となる地盤中に固化材スラリーを注入し混合攪拌する方法が挙げられる。固化材スラリーの水セメント比は、通常、３５〜４１％（例えば、４０％）である。
該方法において、固化材スラリーの練混ぜから９０分間以内（好ましくは３０〜７５分間、より好ましくは４５〜６０分間）に固化材スラリーを地盤に注入し混合撹拌することが好ましい。９０分間以内に固化材スラリーを地盤に注入し混合撹拌することで、より少ない圧力で固化材スラリーを圧送することができ、輸送用ポンプ内等における固化材スラリーを詰まりにくくすることができる。

以下、本発明を実施例に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。
［使用材料］
（１） セメント系固化材；太平洋セメント社製
（２） ポリカルボン酸系混和剤１
（３） ポリカルボン酸系混和剤２
（４） ナフタレンスルホン酸系混和剤１
（５） ナフタレンスルホン酸系混和剤２
（６） アミノスルホン酸系混和剤
（７） リグニンスルホン酸系混和剤
（８） メラミンスルホン酸系混和剤

［実施例１〜４、比較例１〜４］
３０℃の温度下において、セメント系固化材と、水と、表１に示す化学混和剤を、水セメント比が４０％となる量で混合し、固化材スラリーを調製した。なお、化学混和剤の配合量は、セメント系固化材１００質量部に対して１．５質量部となる量とした。
上記固化材スラリーの練混ぜ直後の塑性粘度を、「ＪＩＳ Ｚ ８８０３：２０１１（液体の粘度測定方法） １１ 振動粘度計による粘度測定方法」に準拠して、音叉型振動式粘度計を用いて測定した。
また、固化材スラリーの練混ぜ直後、及び、練混ぜ後６０分間経過時のＰ漏斗流下時間を、上述した方法に従って測定した。
なお、Ｐ漏斗としては、漏斗：上内径１７８ｍｍ×下内径１３ｍｍ×漏斗部高さ１９２ｍｍ、流出管部：内径１３ｍｍ×長さ３８ｍｍのプレパクトフローコーンを使用した。
また、Ｐ漏斗流下時間の増加量として、固化材スラリーの練混ぜが終了して６０分間経過後のＰ漏斗流下時間と固化材スラリーの練混ぜ直後のＰ漏斗流下時間の差を算出した。
結果を表１に示す。
なお、表１中、塑性粘度の欄の「−」は、塑性粘度が測定不能であったことを示す。また、表１中のＰ漏斗流下時間の欄の「−」は、Ｐ漏斗内で固化材スラリーが詰まり、Ｐ漏斗内に固化材スラリーが残っているにもかかわらず、Ｐ漏斗の流出口から固化材スラリーが流出しなくなったため測定不能であったことを示す。

表１から、実施例１〜４の固化材スラリー（３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度：３８〜４６ｍＰａ・ｓ）の練混ぜ後６０分間経過時のＰ漏斗流下時間は、１１．５〜１４．２秒間であり、練混ぜ後から長時間（６０分間）、優れた圧送性が保持されていることがわかる。
一方、比較例１〜４の固化材スラリー（３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度：５９〜１３１ｍＰａ・ｓ）の練混ぜ後６０分間経過時のＰ漏斗流下時間は、測定不能または１８．４〜３１．９秒間であり、練混ぜ後から長時間（６０分間）経過した場合、圧送性が低下していることがわかる。
また、実施例１〜４の固化材スラリーのＰ漏斗流下時間の増加量（０．１〜１．０秒間）は、比較例１〜４の固化材スラリーのＰ漏斗流下時間の増加量（測定不能または４．１〜１１．１秒間）であり、圧送性の低下の程度が小さいことがわかる。

Claims (4)

1. セメント、水、及び化学混和剤を含み、かつ、水セメント比が４２％未満である固化材スラリーであって、３０℃の温度下で練混ぜ直後に測定した場合における塑性粘度が、５０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする固化材スラリー。
2. 上記化学混和剤が、ポリカルボン酸系またはナフタレンスルホン酸系の混和剤である請求項１に記載の固化材スラリー。
3. 請求項１又は２に記載の固化材スラリーを製造するための方法であって、上記塑性粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下になるように、上記化学混和剤の種類及び量、及び、上記水セメント比を定めて、上記セメント、上記水、及び上記化学混和剤を混合し、上記固化材スラリーを得ることを特徴とする固化材スラリーの製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の固化材スラリーを用いた地盤改良方法であって、練混ぜから９０分間以内に上記固化材スラリーを地盤中に注入し混合撹拌することを特徴とする地盤改良方法。