JP2981852B2 - 地盤注入用薬液 - Google Patents

地盤注入用薬液

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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/70Grouts, e.g. injection mixtures for cables for prestressed concrete
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスラグと、セメント
と、アルミン酸ソーダ等のアルミン酸アルカリ金属塩と
を有効成分とし、特定条件のもとでゲル化時間(固結時
間)の調整が容易で、かつ均質なゲルが得られ、固結体
の固結強度に優れ、耐久性が期待される懸濁型の地盤注
入用薬液に関する。
【0002】
【従来の技術】地盤中に注入して該地盤を固結する地盤
注入用薬液として、従来、水ガラス−アルミン酸ソーダ
系薬液が知られている。
【0003】水ガラスはアルミン酸ソーダによってゲル
化するが固結時間は短く、短時間から長時間にわたるゲ
ル化時間の調整は困難であり、また、固結後の強度も小
さく、実用に供し得ない。この系の薬液にアルカリ剤を
添加すると、ゲル化はいくらか延長するものの、依然と
してゲル化は早い。
【0004】さらに、低モル比水ガラスにカルシウム塩
を添加してゲル化時間の延長をはかった薬液も知られて
いるが、この場合は揺変現象を起こして増粘し、そのた
め、浸透性が悪く、強度の発現が遅いという欠点があ
る。
【0005】さらにまた、水ガラスを使用せず、スラグ
とアルミン酸ソーダを主成分とし、比較的低粘性で、長
いゲル化時間にもかかわらず、高強度で浸透性に優れた
懸濁型地盤注入用薬液も開発されつつある。
【0006】しかし、この場合、ゲル化時間の調整が難
しく、長時間の間にスラグが沈降気味で、生成するゲル
は不均質なものになり易い。
【0007】スラグまたはセメントと、アルミン酸ソー
ダとからなる系は特定条件下で増粘現象を起こす。この
増粘現象に着目して、浸透性はよくないものの、ゲル化
時間の調整、固結体の均質性、高強度を目指したグラウ
トも開発されつつある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明者はスラグ−ア
ルミン酸アルカリ金属塩系薬液あるいはセメントとアル
ミン酸ソーダ系薬液においてみられる増粘現象を利用
し、生成ゲルの均質化、ゲル化時間の調整ならびに高強
度発現を一層確実に発揮すべく鋭意研究を重ね、本発明
を完成するに至った。
【0009】本発明の目的はゲル化時間の調整が容易
で、均質なゲルが得られ、固結体の固結強度や耐久性に
も優れ、上述の公知技術に存する欠点を改良したスラグ
−セメント−アルミン酸アルカリ金属塩系の懸濁型地盤
注入用薬液を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を解決するた
め、本発明の地盤注入用薬液によれば、スラグとセメン
トと、アルミン酸アルカリ金属塩を有効成分とし、次の
(1)、(2)および(3)の要件を満たすことを特徴
とする。
【0011】(1)前記スラグおよびセメントがそれぞ
れ5000cm2/g以上、好ましくは8000cm2/g以上の比表面
積を有する微粒子状である。 (2)前記アルミン酸アルカリ金属塩のモル比(M2
のモル濃度/Al2 3のモル濃度)が2.8以下であ
る。 (3)前記スラグおよびセメント中のSiO2 量に対す
るアルミン酸アルカリ金属塩のM2 O量が重量比(M2
O/SiO2 と記す。)で0.2〜1.0%である。(ただ
し、Mはナトリウムまたはカリウムである。)
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に詳述す
る。
【0013】本発明に用いられるスラグは高炉スラグが
適しているが、スラグとセメントの混合物であってもよ
い。
【0014】本発明に使用されるセメントはポルトラン
ドセメント、アルミナセメント、高炉セメント等の各種
セメントであって、比表面積が5000cm2/g以上、好まし
くは8000cm2/g以上の微粒子状セメントである。
【0015】また、本発明に使用されるアルミン酸アル
カリ金属塩はモル比(M2 Oのモル濃度/Al2 3
モル濃度)を2.8以下のアルミン酸ナトリウム、アルミ
ン酸カリウム等である。
【0016】このアルミン酸アルカリ塩の使用量は前記
スラグおよびセメント中のSiO2量に対して、M2
量が重量比(M2 O/SiO2 )で0.2〜1.0%であ
る。ここで、Mはナトリウムまたはカリウムである。
【0017】本発明はスラグ、セメントおよびアルミン
酸アルカリ金属塩を上述の条件下で配合することによ
り、比較的短時間で流動性を失うようになり、スラグお
よびセメントが沈降分離状態を呈することがほとんどみ
られず、流動性を失いながらもコロイド状の均質な状態
を保持し続け、この結果、比較的短時間から長時間にわ
たっての固結の調整が容易で、均質な固結体を得る。得
られた固結体は、特に強度に優れている。これらの効果
は単なるスラグ−アルミン酸アルカリ金属塩系あるい
は、セメント−アルミン酸アルカリ金属塩系よりも、ス
ラグとセメントの混合およびアルミン酸アルカリ金属塩
の相乗作用により一層顕著となる。
【0018】さらに、本発明に少量の塩類、特に炭酸水
素塩(炭酸水素ナトリウム等)を添加することにより物
性にほとんど変化を及ぼすことなく固結時間のみを遅延
せしめることができる。
【0019】本発明にかかるスラグ、セメントおよびア
ルミン酸アルカリ金属塩の配合は如何なる方法でもよ
く、上記条件下で均一に充分混合すれば足りる。
【0020】本発明薬液の地盤への注入にあたっては、
アルミン酸アルカリ金属塩水溶液をA液とし、スラグ・
セメント混合物の水懸濁液をB液としてA−B両液を合
流混合して注入するか、固結時間の長い系では全混合液
を一液で注入することも可能である。
【0021】
【発明の実施例】以下、本発明を実施例によって具体的
に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではな
い。
【0022】1.使用材料 (1)スラグ SiO2 :34.0%、CaO:41.1%:MgO:6.7
%、比重(20℃) :2.90の組成の高炉スラグを微粉砕
化し、表1に示す比表面積を異にした三種類を使用し
た。 (2)セメント 比重(20℃):3.15、SiO2 :22.7%、CaO:
65.0%およびMgO:1.1%の組成からなるポルトラ
ンドセメントを粉砕し、表2に示す比表面積を異にした
三種類を使用した。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】(3)アルミン酸アルカリ金属塩 表3に示すモル比を異にする3種類のアルミン酸ソーダ
溶液を使用した。
【0026】
【表3】
【0027】2.配合と物性 表4に示す各実施例No. の試料を調整し、これら各試料
について、ゲル化時間(20℃) 、および水中に養生した
サンドゲルの一軸圧縮強度を測定し、さらにホモゲルの
生成状態を観察し、結果を比較例との比較のもとに表4
に示した。
【0028】ここで、ゲル化時間は配合後、配合液が流
動性を失いながらコロイド状を維持し続けて固結に至る
までの大凡の時間を示す。また、サンドゲルの一軸圧縮
強度は土質工学会基準「土の一軸圧縮試験方法」に基づ
いて測定した。さらにまた、ホモゲルの状態は、配合液
が固結に至るまでの様相と生成した固結体の状態を観察
した。
【0029】
【表4】
【0030】表4において、比較例No.1は比表面積が50
00cm2/g以上のスラグ、比較例No.2は8000cm2/g以上の
スラグにアルミン酸ソーダを添加した系である。これら
比較例No.1、2と本発明に係る実施例No.1、2とを比較
すると、これら実施例No.1、2はいずれも対応する比較
例No.1、2に比べてゲル化時間は短縮し、強度は一段と
優れている。特に、スラグ、セメントともに8000cm2/g
以上の比表面積をもった実施例No.2が優れている。
【0031】比較例No.3はスラグ−セメント−アルミン
酸ソーダの系であるが、スラグ、セメントが5000cm2/g
以下の粗粒子状のもので、スラグ、セメントが沈降気味
であり、均質なゲルが得られにくい。したがって、強度
も低下している。
【0032】比較例No.4は微粒子セメント−アルミン酸
ソーダの系で、このセメントの一部を微粒子スラグで置
き換えた実施例No.3に比べるとゲル化時間は長びき強度
も劣っている。
【0033】比較例No.5はアルミン酸ソーダとしてモル
比2.8以上のものを使用しており、強度低下をきたして
いる。
【0034】以上から、本発明の微粒子スラグ−微粒子
セメント−モル比2.8以下のアルミン酸ソーダの系で
は、微粒子スラグ−アルミン酸ソーダ系、微粒子セメン
ト−アルミン酸ソーダ系のいずれよりもゲル化時間が短
縮し、強度は一段増強されている。これはスラグ−セメ
ントの混合物およびアルミン酸ソーダとの反応が相乗的
に作用しているものと考えられる。
【0035】上述表4において、微粒子スラグ−微粒子
セメント−モル比2.8以下のアルミン酸ソーダの系は均
質なゲルを形成して高強度を示している。そこで、代表
的な微粒子スラグ、微粒子セメントとして表1のNo.3の
スラグと表2のNo.3のセメントの混合物に対して表3の
No.3のアルミン酸ソーダの添加量を変化せしめて種々の
Na2 O/SiO2 にして上記と同様の試験を行った。
結果を表5に示す。
【0036】
【表5】
【0037】表5において、比較例No.6、実施例No.4〜
8、比較例No.7はスラグを主とし、これにセメントを混
入せしめた混合物の一定量に対してアルミン酸ソーダの
添加量を変えた例である。
【0038】比較例No.8、実施例No.9〜12、比較例No.9
はセメントを主とし、これにスラグを混入せしめた混合
物の一定量に対してアルミン酸ソーダの添加量を変えた
例である。
【0039】いずれの場合も、Na2 O/SiO2 がほ
ぼ0.2以下ではゲル化時間は長く、スラグ・セメントが
若干沈降気味で、生成ゲルはやや不均質になり易く、強
度も低くなっている(比較例No.6、8参照)。Na2
/SiO2 がほぼ0.2以上になってくると、急激に強度
は増強し続ける(実施例No.4〜8、9〜12参照) 。Na
2 O/SiO2 がほぼ1.0以上になってくると、逆に強
度低下の蛍光を示すようになる(比較例No.7、9参
照)。
【0040】次に、アルミン酸ソーダの添加量とこれに
ともなうNa2 O/SiO2 に対応するゲル化時間の変
化を図1に示す。
【0041】図1より、上記両者のいずれの場合もNa
2 O/SiO2 が小さくなるにつれてゲル化時間は遅延
し、0.2付近以下になると、ゲル化時間は急激に長びい
てゲル化時間を調整することは極めて難しくなることが
わかる。
【0042】また、Na2 O/SiO2 がほぼ0.2以上
では曲線の傾斜はゆるやかとなり、短時間から長時間に
わたるゲル化時間の調整が容易となることもわかる。
【0043】なお、実施例には挙げないが、本発明の配
合に塩類、特に炭酸水素塩(炭酸水素ナトリウム等)を
少量添加することにより、生成ゲルの諸性質をほとんど
変えることなく、ゲル化時間のみを遅延せしめることが
できる。
【0044】
【発明の効果】以上の結果から、スラグ−セメント−ア
ルミン酸アルカリ金属塩系からなり、かつ本発明の条件
下にある懸濁型グラウトは次のような効果を奏し得るも
のである。
【0045】1.短時間から長時間にわたるゲル化時間
の調整が容易である。 2.均質な固結体が得られる。 3.固結体の強度が優れる。 4.以上から優れた耐久性が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミン酸ソーダ量あるいはNa2 O/SiO
2 の変化と、ゲル化時間との関係を表したグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09K 17/02 C09K 17/08 C09K 17/10 E02D 3/12 101

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スラグと、セメントと、アルミン酸アル
    カリ金属塩を有効成分とし、次の(1)、(2)および
    (3)の要件を満たすことを特徴とする懸濁型の地盤注
    入用薬液。 (1)前記スラグおよびセメントがそれぞれ5000cm2/g
    以上の比表面積を有する微粒子状である。 (2)前記アルミン酸アルカリ金属塩のモル比が2.8以
    下である。 (3)前記スラグおよびセメント中のSiO2 量に対す
    るアルミン酸アルカリ金属塩のM2 O量が重量比で0.2
    〜1.0%である。(ただし、Mはナトリウムまたはカリ
    ウムである。)
  2. 【請求項2】 前記スラグおよびセメントがそれぞれ80
    00cm2/g以上の比表面積を有する微粒子状である請求項
    1に記載の懸濁型の地盤注入用薬液。
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