JP3378501B2

JP3378501B2 - 可塑性注入材

Info

Publication number: JP3378501B2
Application number: JP13014398A
Authority: JP
Inventors: 安志面高; 裕明鈴木; 泰生渡部
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JPH11310779A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木構造物の空洞
充填、軽量盛土、及び埋立等に利用できる可塑性注入材
料の組成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空洞充填部に地下水や流水がある場合、
注入材が地下水や流水に希釈されるのを防止するため、
注入材にゲル状の凝集体としての性状が求められること
がある。また、充填部を限定的に区間注入する場合、通
常のセメントミルク系注入材では周辺への逸脱問題が発
生し、限定注入ができない等の問題がある。このよう
に、ゲル化した凝集体の状態となり、地下水や流水に希
釈されることなく、その形状付与性により、周囲への逸
脱が生じ難い性状となることを以下、『可塑性』と称す
ることにする。

【０００３】このような理由により、従来、セメントミ
ルク及びセメントエアミルク等の注入では、セメントミ
ルク及びセメントエアミルク等に水ガラス系薬液又はア
ルミニウム塩類を添加して、注入材に可塑性を付与する
技術が用いられている。

【０００４】また、セメント・ベントナイト懸濁液が従
来注入材として知られており、このセメント・ベントナ
イト懸濁液は、粘性を上げるという効果は認められる
が、可塑性状にすることができず、前記注入用として実
用化されていない。なお、セメント・ベントナイト懸濁
液は、調製の手順として、ベントナイトの主成分である
モンモリロナイトはセメント中のカルシウムイオンと容
易に交換反応をおこし、膨潤しなくなるので、これを防
止するため、予めベントナイトを水に混ぜたベントナイ
トミルクを調製し、ベントナイトが十分膨潤した後にセ
メント粉体を投入して調製する方法が実施されている。

【０００５】一方、ベントナイトの凝集剤として、塩化
マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸アルミニウムなど
を用いることが知られている。またベントナイト泥水
に、誤ってセメントコンクリートが混入されたときに、
セメントコンクリートによってベントナイトが凝集し
て、分離し、ブリージングを生ずるというトラブルが知
られている。しかし、ベントナイトの凝集現象を利用し
て、セメントミルクによりベントナイトミルクを可塑化
し、これを可塑性注入材として活用するという技術思想
は見受けられない。

【０００６】また、特公昭５５―３５５３３号公報に
は、遮水壁施工のトレンチに充填される充填物として、
セメントミルクもしくはモルタルと、ベントナイト泥水
及びスライムを混合したスラリーとを均等に混合させた
ものを使用し、弾力性のある遮水壁が構築される旨記載
されている。しかし、本公報に記載されている技術は、
セメント・ベントナイト複合硬化体としての利用技術で
あり、ベントナイトの凝集性によりセメント系の注入材
を積極的に可塑化しようとするものではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した水ガラス系薬
液材料は、地下水や流水等の水によって水ガラスの未反
応のナトリウムイオンが溶出する溶脱現象を生じること
が知られており、耐久性に問題がある他、高アルカリに
よって地下水が汚染されるおそれがあり、汚染防止に十
分な対策を講じる必要がある。

【０００８】また、アルミニウム塩類材料は高価である
ので、注入材料が高価なものとなりコストが増す他、未
反応陰イオンが溶出する溶脱現象を生じることが知られ
ており、耐久性に問題がある他、陰イオンによって地下
水が汚染されるおそれがあり、汚染防止に十分な対策を
講じる必要がある。そして、セメント・ベントナイト懸
濁液は粘性を上げる効果は知られているが、瞬時に可塑
化させることはできないという問題がある。

【０００９】そこで、従来から、化学的に安定してお
り、耐久性に優れ、しかも安価で容易に入手可能な材料
を用い、瞬時に可塑性体となり、限定注入や流水下でも
空洞充填、軽量盛土及び埋立が確実に行われる注入材料
が望まれていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題を
解決すべく種々検討を重ねた結果、化学的に安定してお
り、安価で容易に入手可能な天然の鉱物であるベントナ
イトが陽イオンの作用により凝集される効果に着目し、
その陽イオンとしてセメントのカルシウムイオンを用
い、且つ急速な凝集を促すためセメントをセメントミル
クとして使用することで、セメントミルクとベントナイ
トミルクとを攪拌混合すると、この混合物が急速に可塑
化し、水中で分離することのない優れた可塑性注入材が
得られることを見出し、本発明を完成するに到った。

【００１１】即ち、上記課題を解決するための手段であ
る本発明における請求項１に係る可塑性注入材は、セメ
ントミルク、またはセメントミルクに気泡を混入したセ
メントエアミルクと、ベントナイトミルクとを攪拌混合
して形成される空洞充填、軽量盛土又は埋立用の可塑性
注入材である。この可塑性注入材は、化学的に安定して
おり、耐久性に優れ、しかも安価で容易に入手可能な材
料を用い、攪拌混合により瞬時に可塑性体となり、限定
注入や流水下でも空洞充填、軽量盛土及び埋立が確実に
行われる。

【００１２】また請求項２に係る可塑性注入材は、セメ
ントと水との配合比が重量比で 1対0.3 〜 1対1 のセメ
ントミルク、又はセメントと水との配合比が重量比で 1
対0.3 〜 1対1 のセメントエアミルクと、ベントナイト
と水との配合比が重量比で 1対4 〜 1対12のベントナイ
トミルクとを攪拌混合して形成されるものとする。

【００１３】また請求項３に係る可塑性注入材は、ベン
トナイトの膨潤力が15以上であるものとする。

【００１４】また請求項４に係る可塑性注入材は、可塑
性注入材に対する気泡の混入率が60％以下であるものと
する。

【００１５】

【発明実施の形態】本発明の可塑性注入材では、先ずＡ
液としてセメントミルク（セメント、水、必要により各
種混和剤を配合）、又はセメントエアミルク（セメン
ト、水、気泡、必要により各種混和剤を配合）が調製さ
れ、これとは別にＢ液としてベントナイトミルク（ベン
トナイト、水、必要により各種混和剤を配合）が調製さ
れる。そして、Ａ液とＢ液を混合し、瞬時に可塑化させ
ることを特徴とするものである。

【００１６】Ａ液に用いるセメントは、普通、早強、超
早強、白色、耐硫酸塩、中庸熱、低熱などの各種ポルト
ランドセメント、前記ポルトランドセメントの少なくと
も一種と高炉スラグ、フライアッシュなどの少なくとも
一種とを混合した混合セメント、ジェットセメント、ア
ルミナセメントなどの特殊セメント、及びセメント系固
化材から選ぶことができる。

【００１７】セメントミルクは、必要に応じて起泡剤を
発泡処理した気泡を混合しセメントエアミルクとしてよ
い。気泡の混入量は可塑性注入材量の６０容量％以下が
好ましく、気泡量に応じて密度０. ６g/cm³〜１. ２ g/
cm³程度の任意の密度設定が可能である。密度０. ６g/c
m³程度以下にするため、気泡を６０％を越えて混入す
るのは気泡混入量が多すぎる結果、セメント及びベント
ナイトの使用量が過少となり、そのため、可塑性体の強
さ及び可塑性注入材料の硬化体の強度発現が難しくな
る。

【００１８】Ａ液のセメントミルク、セメントエアミル
クには必要に応じて、減水剤などの混和剤を添加しても
よい。混和剤の添加によっては練り上がり後の可塑性に
影響はない。また、減水剤添加によりＡ液中の単位水量
を減らしたり、単位セメント量を増加が可能なことよ
り、高強度及び軽量化の配合設定の範囲拡大が可能であ
る。また、Ａ液のセメントミルク、セメントエアミルク
に、材料分離の可能性がある場合、材料分離防止を目的
として、Ａ液にも少量のベントナイトを必要に応じて添
加することも可能である。

【００１９】Ｂ液に用いるベントナイトの品位について
特に制限はないが、膨潤力１５以上のベントナイトが好
ましい。なお、ここでいう膨潤力とは日本ベントナイト
工業会試験法( ＪＢＡＳ−１０４) により求められるも
ので、蒸留水もしくは純水の中にベントナイトを徐々に
落としたときの水中で占める見掛け容積で表示される。
即ち、純水又は蒸留水１００ｍｌ（ミリリットル）中に
ベントナイト試料２ｇを落とし、落下後２４時間放置し
て容器内の堆積した試料の見掛け容積を読み取るもので
ある。従って、膨潤力の単位はｍｌ（ミリリットル）／
２ｇとなる。

【００２０】膨潤力１５未満であると、ベントナイトの
添加量を増加させる必要があり、また材料分離が生じや
すくなるので好ましくない。また、可塑性注入材の軽量
化が必要な場合、ベントナイト使用量を少なくする必要
があり、その目的においても膨潤力１５以上のベントナ
イトの使用が最適である。

【００２１】膨潤力１５以上のベントナイトを使用する
場合は、その添加量はほぼ８０〜１２０kg/m³程度が好
ましく、１００〜１２０kg/m³がより好ましい。８０kg/
m³未満ではは水中打設等に材料分離を生じる可能性があ
り、５０kg/m³以下では可塑化効果が低い。また、１２
０kg/m³を越えるとＢ液調製時にベントナイトがダマに
なり易く、均一なベントナイトミルクの調製にやや難が
あり、一般的なベントナイト分散剤の添加が必要であ
る。また、１５０kg/m³以上では分散剤を添加しても混
練が困難であるうえ不経済である。

【００２２】Ｂ液のベントナイトに対する水の比は４以
上が好ましく、ベントナイトに対する水の比をこれ未満
にするとＢ液調製時にベントナイトがダマになり易く、
均一なベントナイトミルクの調製が困難であり、一般的
なベントナイト分散剤の添加が必要である。

【００２３】本発明は、上記のごとく予め調製したＡ
液、Ｂ液をミルク状態で瞬時に混合する。Ａ液のセメン
トミルク又はセメントエアミルクは、水溶液がセメント
から遊離されるカルシウムイオンで過飽和の懸濁状態で
あり、プラスのカルシウムイオンで満たされている。

【００２４】一方、Ｂ液のベントナイトミルクは、ベン
トナイトが膨潤し、マイナスイオンに帯電している。こ
のようなミルク同士の混合によって、ベントナイト粒子
表面のマイナス荷電をカルシウムプラスイオンが中和す
ることにより、ベントナイト粒子の分子間引力による急
激な凝集反応が発生し、瞬時に可塑化させることができ
るのである。

【００２５】上記のように瞬間的に均一に可塑化するた
めにはミルク同士の混合が必須であり、上述したセメン
ト・ベントナイト懸濁液の調製方法のように、ベントナ
イトミルクにセメント粉体を混合するのでは、カルシウ
ムイオンの溶解に時間がかかるため、瞬時に可塑化させ
ることは難しい。

【００２６】なお、本発明におけるＡ液、Ｂ液の混合割
合は、使用目的に応じて適宜決定されるものである。混
練時間はハンドミキサーで１５秒程度以下が好適であ
り、それ以上の混練では材料分離を生じ易くなるので好
ましくはない。

【００２７】調製された可塑性注入材のフロー値は日本
道路公団規格試験法であるシリンダー法で８０（自立）
〜１５０mmが好ましく、８０〜１２０mmがより好まし
い。８０〜１２０mmでは可塑性注入材として最適である
うえ、水中打設又は流水のある場所でも材料分離が極め
て少なく利用可能である。また、１２０〜１５０ mm で
は流水等の影響を受けない場合、十分に可塑性注入材と
して使用可能であるが、水中打設に使用の場合、濁りや
材料に亀裂が生じる可能性がある。１５０mm以上のもの
は通常のエアモルタル、エアミルクの流動性の性状に近
く、限定注入等には適さない。

【００２８】可塑性注入材の配合材料中の全水量のＡ
液、Ｂ液間の分配量の変更は特に制限はないが、Ａ液の
セメントミルクの材料分離抵抗性を高めるためには、均
質なセメントミルクの調製可能な範囲（減水剤等を利用
する場合を含めて、セメント：水＝１：０. ３〜１：
１程度）でＡ液の水をできるだけ少なくすべきである。

【００２９】また、可塑化性能を向上するためにＢ液の
ベントナイトミルクをより均一に分散させる必要があ
り、そのためには、Ｂ液の水量をより多くする必要があ
る。即ち、全水量を一定とする場合、均一混合性能の低
下しない範囲でＡ液の水量を極力少なく、Ｂ液の水量を
極力多くする配合が最適である。ただしベントナイト：
水＝１：１２よりも水の量が多くなると、全体の水量が
多くなって、分離し易くなり、また可塑性注入材の硬化
体の強度が低下し好ましくない。

【００３０】

【実施例】本発明方法を下記実施例によりさらに説明す
る。以下の実施例において、注入材の調製方法、試験材
料、及び試験方法は次の通りである。

【００３１】（調製方法）Ａ液は、セメント系固化材と
水をハンドミキサーで２分間混練して調製した。気泡を
混合する場合は、さらに、所定の混入量となるように気
泡（起泡剤を水で２５倍希釈後、２５倍発泡させたも
の）を投入し、ミキサーで３０秒混合した。

【００３２】Ｂ液は、ベントナイトと水を往復攪拌ミキ
サーで５分間混練して調製した。Ａ液とＢ液の混合は、
ハンドミキサーで１０〜１５秒程度混練して調製した。

【００３３】（試験材料）試験に使用した材料は以下の
通りである。セメント：住友大阪セメント（株）製セメント系固化材商標：「タフロック」可塑化材：ベントナイトＡ（膨潤力１６．０）：ベントナイトＢ（膨潤力８．０）起泡剤：住友大阪セメント（株) 製商標：「スミシールドＡ」混和剤：花王（株）製高性能減水剤商標：「マイティ１５０」

【００３４】（試験方法）試験項目として「フロー値」
の測定、「強度」の測定、及び「可塑化の性能判定」を
以下のような基準で行った。

【００３５】・フロー値日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験
方法（ＪＨＳＡ３１３−１９９２）」のコンシステン
シー試験方法のシリンダー法に準拠内径８cm高さ８cmの
シリンダーに試料を入れ、引き抜き後の試料の底面の直
径を測定

【００３６】・強度可塑性注入材の硬化体の強度は、以下により測定した。地盤工学会基準「一軸圧縮試験（ＪＩＳＡ１２１６
）」供試体寸法φ５×１０cm、各材齢３本養生条件は以下の通り気中養生：材齢１日後脱型、ラップに包み２０℃恒温室
養生水中養生：材齢１日後脱型、容器に供試体体積の１０倍
の水を入れ、強度試験日まで２０℃水中養生

【００３７】・可塑化の性能判定土木学会水中不分離コンクリート設計施工指針付属書２
水中不分離コンクリートの水中分離度試験方法により試
験を行った。即ち、１０００ｃｃのビーカーに予め８０
０ｃｃの水を入れ、可塑性注入材５００ｇを１０分割
し、１分割分づつヘラを用いて水面上より投入し、懸濁
状況を目視し、以下の基準に従って判定した。本試験で
は、可塑化の良好なものほど得られた可塑性注入材はゲ
ルが強固で、水中を下降しても懸濁は少ないという判定
になる。即ち、可塑化の性能と懸濁の度合いは負の相関
にある。

【００３８】判定基準は以下の通りである。

【００３９】以下本発明の実施例について説明する。〔実施例１〕本例は、セメントミルク、セメントエアミ
ルク及びベントナイトミルクの配合を変更して試験を行
ったものである。表１に配合例を、表２にその性状、強
度及び判定を示す

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】表２の配合１〜５から、それぞれ高流動性
のあるＡ液、Ｂ液を混合することによりフロー値１００
〜１１０mmの良好な可塑性材料が得られることが分か
る。また、配合１〜３よりセメント系固化材とベントナ
イトを適量配合することより任意の強度設定が可能であ
る可塑性注入材が作製可能なことが分かる。また、配合
４，５より気泡を混合しても、良好な可塑性注入材が作
製可能なことが分かる。

【００４３】〔実施例２〕本例は、セメント系固化材と
ベントナイトの配合量を同一とし、注入材料調製の手順
を変更して試験を行ったものである。表３に調製の手順
を示し、表４に試験の結果を示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】ただし、この場合の混練方法は下記の通り
である。Ａ液単味・・・・・・・・ハンドミキサー２分混練Ｂ液単味・・・・・・・往復攪拌ミキサー５分混練Ａ液＋Ｂ液・・・・・・・ハンドミキサー１５秒混練液体＋粉体・・・・・１〜３分ハンドミキサー混練（ここで粉体＋液体は、Ａ液＋ベントナイト粉体、Ｂ液
＋セメント系固化材粉体、セメント系固化材粉体＋ベン
トナイト粉体＋水、の場合である。）

【００４６】

【表４】

【００４７】表４から、注入材を良好に可塑化できる調
製方法は調製方法種別１（実施例）の２液混合だけであ
ることが分かる。即ち、同種別２（比較例）ではセメン
ト系固化材が分散せず可塑化効果が低く、ダマが無くな
るまで混練しても、かえって流動性が向上し、可塑化効
果が薄れる。また、同種別３，４（比較例）はまったく
可塑化効果はない。

【００４８】〔実施例３〕本例は、Ａ液に減水剤を添加
して試験を行ったものである。表５にＡ液及びＢ液のセ
メント系固化材及びベントナイトの配合量を示し、表６
にＡ液の水に外割で高性能減水剤を添加した場合の試験
の結果を示す。

【００４９】

【表５】

【００５０】

【表６】

【００５１】表６より、減水剤を添加して、Ａ液の流動
性を上げても、練り上がり後の可塑性には影響のないこ
とが分かる。

【００５２】〔実施例４〕本例は、セメント系固化材
量、ベントナイト量及び全水量を一定として、セメント
ミルク及びベントナイトミルク調製時の水の配合量を変
えて試験を行ったものである。表７にセメントミルクと
ベントナイトミルクの配合量及び試験結果を示す。

【００５３】

【表７】

【００５４】表７より同一の材料使用量でも水量の配分
により可塑化性能が変わることが分かる。これは、Ｂ液
中のベントナイト分散性を良くすることにより、可塑化
性能が向上するためである。従って、配合設定の可能な
範囲でＢ液の水量を多く配分することが好ましいことが
分かる。

【００５５】〔実施例５〕本例は、セメント系固化材及
びベントナイト添加量を変更して試験を行ったものであ
る。表８にセメント系固化材及びベントナイト添加量、
混合後の可塑性のフロー値、及び性状判定を併せて示
す。なお、本例ではセメント系固化材：水＝１：０．５
と一定にした。

【００５６】

【表８】

【００５７】表８より、セメント系固化材添加量に関わ
らずベントナイトＡの添加量は、ほぼ８０〜１２０kg/m
³程度が好ましく、１００〜１２０kg/m³が最適であるこ
とが分かる。

【００５８】〔実施例６〕本例は、膨潤力１６．０のベ
ントナイトＡと、膨潤力８．０のベントナイトＢとを使
用してベントナイトミルクを調製した場合の試験を行っ
たものである。表９にＡ液、及びＢ液の配合量と、試験
結果を示す。

【００５９】

【表９】

【００６０】表９により、膨潤力１５未満のベントナイ
トＢを使用した場合でも可塑化は可能である（配合３：
実施例）が、ベントナイトＡ使用の場合（配合１：実施
例）と比較して添加量は増加することが分かる。また、
ベントナイトＢを使用した場合、添加量をさらに増加す
る（配合４：比較例）と使用できないことが分かる。以
上から、ベントナイトの膨潤力は１５以上が好適である
ことが分かる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係る可塑性注入材は、セメント系材料と化学的に安定
な天然の材料であるベントナイトとを、それぞれ水に混
合してセメントミルク又はセメントエアミルク、及びベ
ントナイトミルクにして混合することにより得られた可
塑性体を、空洞充填、軽量盛土及び埋立用の可塑性注入
材とするものである。従って、この可塑性注入材では、
可塑材としてアルカリイオンや塩類イオンの溶出がなく
化学的に安定しているべントナイトを使用しているの
で、地下水、河川水、湖沼水などの水辺における土木工
事の止水用、間隙充填用、及び水中空洞充填用等の注入
材として使用しても環境汚染の恐れがなく、また長期間
にわたって耐久性がある。しかも、ベントナイトは安価
で容易に入手可能であるため、可塑性注入材を安価とす
ることができる。また、液状であるセメントミルク又は
セメントエアミルクと、液状であるベントナイトミルク
を混合するようにしたから、注入材は両液を混合した
後、瞬時に可塑性状態となるため、空洞充填を確実に行
える他、軽量盛土、埋立などにも適用できるという効果
を奏する。請求項２に係る可塑性注入材は、セメントと
水との配合比が重量比で 1対0.3〜 1対1 のセメントミ
ルク、又はセメントと水との配合比が重量比で 1対0.3
〜1対1 のセメントエアミルクと、ベントナイトと水と
の配合比が重量比で 1対4〜 1対12のベントナイトミル
クとを攪拌混合して形成される可塑性注入材としたか
ら、セメントミルク又はセメントエアミルクを均質に調
整可能範囲で使用できるようにするとともに材料分離抵
抗性を高め、またベントナイトミルクをより均一に分散
させるとともに可塑化性能を向上し、可塑性注入材の硬
化体の強度を維持することができる。請求項３に係る可
塑性注入材は、ベントナイトの膨潤力が15以上としたか
ら、ベントナイトの使用量を少なくすることができて軽
量化することができる。請求項４に係る可塑性注入材
は、可塑性注入材に対する気泡の混入率が60％以下とし
たから、セメント及びベントナイトの使用量を適切な量
にすることができ、可塑性体の強さ及び硬化体の強度を
適切に発現させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−247543（ＪＰ，Ａ) 特開平４−146321（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−62589（ＪＰ，Ａ) 特開平９−157646（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−98611（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 17/00 - 17/52 E02D 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントミルク、又はセメントミルクに気
泡を混入したセメントエアミルクと、ベントナイトミル
クとを攪拌混合して形成される空洞充填、軽量盛土及び
埋立用の可塑性注入材。
【請求項２】セメントと水との配合比が重量比で１対
０．３〜１対１のセメントミルク、又はセメントと水と
の配合比が重量比で１対０．３〜１対１のセメントエア
ミルクと、ベントナイトと水との配合比が重量比で１対
４〜１対１２のベントナイトミルクとを攪拌混合して形
成される請求項１に記載の可塑性注入材。
【請求項３】ベントナイトの膨潤力が１５以上である
請求項１、又は請求項２に記載の可塑性注入材。
【請求項４】可塑性注入材の容積に対する気泡の混入
量が６０％以下である請求項１又は請求項２記載の可塑
性注入材。