JP3706673B2

JP3706673B2 - 掘削泥水用調整剤

Info

Publication number: JP3706673B2
Application number: JP11595796A
Authority: JP
Inventors: 明良上村; 利彦不二
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: JPH09302143A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は土木建築における地中連続壁や基礎杭等の掘削に使用される掘削泥水調整剤としてのパルプを原料とし、置換度が１．２〜１．５であるＮａ−カルボキシメチルセルロ−ス（以下、ＣＭＣという）と低分子量ポリアクリル酸ソ−ダの粉末併用物に関するもので、掘削泥水に対して増粘、保護コロイド機能を有するＣＭＣと分散解膠機能を有する低分子量ポリアクリル酸ソ−ダとを予め粉末混合して使用することによって適性な粘性や造壁形成性は勿論のこと、優れた耐セメント性が容易に得られる新しい粉末掘削泥水用調整剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土木建築基礎工事用の地中連続壁や地中杭等の掘削においては、掘削、裸坑壁を安定に維持すると共に、循環式工法においては掘削土を地上まで運搬するために掘削泥水（土木建築方面では一般的に安定液と呼ばれている）が使用されている。良好な掘削泥水ほど裸坑安定性が大きく良好な連続壁や基礎杭が得られる。良好な掘削泥水とは比重が１．１０以下で適正な粘度と造壁形成性を有するとともに、耐塩、耐セメント性が大きく、コンクリ−トとの置換が良好な泥水である。特に土木建築分野ではセメントを使用する機会が多いため、耐セメント性の大きな泥水が必要である。粘度は一般的にはファンネル粘度計により５００ｍｌの泥水が５００ｍｌ流出するに要する時間、秒で表される。（ファンネル粘度ＦＶと略記する、清水の場合には５００ｍｌの清水が５００ｍｌ流出するに要する時間は１８±０．５秒）一般的にはファンネル粘度２３〜３０秒程度が適性な粘度とされている。
【０００３】
また造壁形成性はＡＰＩ規格（アメリカ石油協会規格）によるフィルタ−プレスによって加圧３ｋｇ／ｃｍ^２、３０分間における脱水量（ｍｌ、ＦＬと略記する）と泥壁の厚さ（ｍｍ、ＭＣと略記する）によって評価されている。脱水量が少なく泥壁が薄くて丈夫なほど造壁形成性の良好な泥水とされている。土木建築方面では脱水量が１５ｍｌ以下また泥壁の厚さが１．０ｍｍ以下であれば造壁形成性が良好な泥水とされている。
【０００４】
土木建築方面で一般に使用されている泥水の組成は清水１００重量部に対してベントナイト２〜８重量部，ＣＭＣ０．０５〜０．５重量部である。ＣＭＣは泥水に対して粘度や造壁形成性を与えるために使用される非常に重要な泥水調整剤である。現在、数多くのＣＭＣが使用されているが、泥水調整剤としてのＣＭＣの機能は、カルボキシメチル基の置換度（ＤｅｇｒｅｅｏｆＳｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ以下ＤＳと略記する）によって大きく左右される。ＤＳ０．６〜０．８の低ＤＳのＣＭＣの価格は比較的安いが、泥水調整剤としては、耐塩、耐セメント性、安定性等に劣っている。これに比べるとＤＳ１．２〜１．５の高ＤＳのＣＭＣはＤＳの低いＣＭＣより耐塩、耐セメント性、安定性に優れている。最近の地中連続壁や基礎杭等の掘削工事においては、セメントや石灰等で改良した地盤やコンクリ−ト部分を掘削する工事が多くなっている。そのために耐セメント性の大きなＣＭＣをＤＳ１．２〜１．５に上げたＣＭＣ、例えばダイセル化学工業（株）製のＲＢ３５，ＯＰ１８等が主として使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、土木建築方面では、一般的には清水１００重量部に対してベントナイト添加量は２〜３重量部と少なく、ＲＢ３５のような高ＤＳのＣＭＣを０．２〜０．３重量部添加したいわゆるポリマ−泥水が主として使用されている。ＲＢ３５のようなＤＳの高い良質ＣＭＣを使用した泥水は、従来使用されていたＤＳ０．６〜０．８の低ＤＳのＣＭＣを使用した泥水に比べると耐塩、耐セメント性が大きく、安定性にも優れている。しかしながら、セメント混入量が多くなると例えばセメント固形分が１．０％（Ｗ／Ｖ）以上混入すると泥水自体がゲル化を起こして流動性を失うと共に脱水量が著しく多く、泥壁も厚くなって使用不可能となり、廃棄せざるを得なくなる。この傾向は掘削土が混入して泥水中の含有低比重固形分量が多くなればなるほど著しくなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意研究の結果、セメント固形分が１．０％（ｗ／ｖ％）以上混入してもゲル化を起こさず、脱水量が少なく、泥壁も薄い良好な機能を与える耐セメント性に優れた掘削泥水用調整剤を得るに至った。すなわち、本発明者等はＣＭＣと分子量５，０００〜５０，０００の低分子量ポリアクリ酸ソ−ダとを予め粉末混合して使用することによって、更にセメント汚染が大きい場合には前期粉末混合物に対して２〜１０％のソ−ダ灰を予め粉末混合して使用することによって、適正な粘度を維持すると共に耐セメント性が著しく向上し、優れた造壁形成機能を示す事を見いだした。
【０００７】
前述したように、ＣＭＣのみを使用した場合はＤＳが１．００以上の良質ＣＭＣでもセメント固形分が１．０％（ｗ／ｖ％）以上混入するとゲル化を起こし、脱水量が著しく多くなり、また泥壁も厚くなる。また、前期ポリアクリル酸ソ−ダのみを使用した場合には、実施例で説明するが、セメント固形分が１．０％（ｗ／ｖ％）混入してもゲル化は起こさないが脱水量が多く、泥壁も厚くて良好な造壁形成機能を示さない。しかるに、この低分子量ポリアクリル酸ソ−ダとＣＭＣを、または低分子量ポリアクリル酸ソ−ダとＣＭＣ及び少量のソ−ダ灰を、予め粉末混合して使用することによって著しく耐セメント性に優れた特性が得られることが判明した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
新しくベントナイトから新液を作液するために使用する調整剤として、混合するパルプを原料とするＣＭＣの粘度は、希望する新液の粘度によっても変わるが、一般的には２００〜２，０００ｃｐｓ（Ｂ型粘度計６０ｒｐｍ）、好ましくは２００〜１，０００ｃｐｓである。また、混合割合はＣＭＣ７０〜３０に対して、低分子量ポリアクリル酸ソ−ダ３０〜７０であり、好ましくは、ＣＭＣ４０〜６０、低分子量ポリアクルル酸ソ−ダ６０〜４０である。ソ−ダ灰を併用する場合のソ−ダ灰の混合割合は、両者の合計量に対して２〜１０％である。低分子量ポリアクリル酸ソ−ダと併用するＣＭＣは、ＤＳ１．２〜１．５のＣＭＣである。
【０００９】
本発明の泥水用調整剤は土木建築基礎工事のみならず、温泉井戸、水井戸、地熱坑井、石油・天然ガス坑井等の掘削にも使用することができる。
【００１０】
【実施例】
以下実施例により、本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１１】
（比較例１）
清水３，０００ｍｌに対して、（株）立花マテリアルのベントナイトＴＢ３００を９０ｇ（３％ｗ／ｖ）加えて、５，０００ｒｐｍで２０分間撹拌後、２４時間静置して十分に水和したベントナイト懸濁液を作液した。このベントナイト懸濁液３，０００ｍｌに対して、ダイセル化学工業（株）製高ＤＳのＣＭＣセルベ−スマッドＲＢ３５（ＤＳ１．３，粘度２４９ｃｐｓ，水分４．８％）を９ｇ（０．３％ｗ／ｖ）添加して、５，０００ｒｐｍで２０分間撹拌して、ポリマ−泥水を作液後、６００ｍｌずつ５個の容器に採取した。また、清水１００ｍｌに対してポルトランドセメント５０ｇを加え、マグネチックスタ−ラ−で４〜５時間撹拌してセメントスラリ−を作成した。このセメントスラリ−１ｇ中には約０．３３３ｇのセメント固形分が含まれている。次に４個のポリマ−泥水（１個６００ｍｌ）それぞれに対して、上記セメントスラリ−を９ｇ，１４．４ｇ，１８ｇ，２７．３ｇ添加して５，０００ｒｐｍで１０分間撹拌した後２４時間静置した。２４時間静置後の泥水の状態を肉眼観察するとともに再び５，０００ｒｐｍで５分間撹拌して、ファンネル粘度（ＦＶ，秒，５００ｍｌ／５００ｍｌ）見掛け粘度（ＡＶ，ｃｐｓ）塑性粘度（ＰＶ，ｃｐｓ）降伏値（ＹＶ，ｌｂ／１００ｆｔ² ）ゲルストトレングス（ＧｅＬ，ｌｂ／１００ｆｔ² ）脱水量（ＦＬ，ｍｌ）及び泥壁（ＭＣ、ｍｍ）をそれぞれ測定した。同時にセメントスラリ−を添加しないベ−スのポリマ−泥水の諸性質も測定した。その結果は表１に示す。
【００１２】
【表１】

表１はポリマ−泥水に対するセメント汚染の影響を示したものであるが、表１で明らかなように，セメント固形分の混入量が０．５％以下の場合には，セメントが混入しても殆ど汚染を受けないが、セメント固形分混入量が０．８％になると、降伏値が増加してゲル化を起こすとともに、脱水量も３倍以上になり、泥壁も厚くなる。更に、セメント混入量が１．０％以上になるとゲル化が大きくなるとともに脱水量が著しく増加し使用不可能となる。セメント固形分が１．０％混入するとＣＭＣによる保護コロイド機能が破壊されてポリマ−泥水はゲル化を起こし、脱水量が著しく増加する現象は、現在、土木建築基礎工事分野で使用されている他社製高ＤＳのＣＭＣも同様である。
【００１３】
（比較例２）
比較例１と同様な方法で、ベントナイト懸濁液（３％ｗ／ｖ）を作液した。このベントナイト懸濁液を６００ｍｌずつ４個の容器に入れ、平均分子量３０，０００の粉末ポリアクリル酸ソ−ダをそれぞれ０．７２ｇ（０．１２％ｗ／ｖ），０．９ｇ（０．１５％ｗ／ｖ），１．２ｇ（２．０％ｗ／ｖ）及び１．８ｇ（０．３％ｗ／ｖ）添加して、５，０００ｒｐｍで１０分間撹拌して泥水を作液した。この泥水それぞれに対して比較例１と同様な方法で作成したセメントスラリ−を、それぞれ２７．３ｇ（セメント固形分１．５％）添加して、１０分間撹拌後２４時間静置した。２４時間静置後、泥水の状態を肉眼観察した後、再び５分間５，０００ｒｐｍで撹拌し、ＦＶ，ＡＶ，ＰＶ，ＹＶ，Ｇｅｌ，ＦＬ，ＭＣを測定した。その結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】

表２で明らかなように、ベントナイト懸濁液に低分子量ポリアクリル酸ソ−ダのみを添加した泥水は、造壁形成機能が乏しく、セメント固形分が１．５％混入すると、脱水量、泥壁ともに悪くなる。しかし無添加の場合に比べると著しく良好となる。低分子量ポリアクリル酸ソ−ダを添加した場合の特長は、造壁形成機能は乏しいが、セメント固形分が１．５％混入しても、泥水はゲル化を起こさないことである。しかし低分子量ポリアクリル酸ソ−ダのみを使用した場合には粘度が低くすぎて実使用に適さない。
【００１５】
（実施例１）
次にダイセル化学工業（株）製高ＤＳのＣＭＣ（ＤＳ１．４，粘度８７２ｃｐｓ，水分６％）と、平均分子量３５，０００のポリアクリル酸ソ−ダとを６０対４０の割合で予め粉末混合した調整剤（以下調整剤Ａという）並びに低ＤＳのＣＭＣ（ＤＳ０．６４，粘度１，６３０ｃｐｓ，水分６％）と平均分子量３５，０００のポリアクリル酸ソ−ダとを６０対４０の割合で予め粉末混合した調整剤（以下調整剤Ｂという）のセメント汚染に対する効果を示す。
即ち比較例１と同様な方法で作液したベントナイト懸濁液（３％ｗ／ｖ）各６００ｍｌに対して，上記調整剤Ａ及びＢをそれぞれ１．８ｇ（０．３％ｗ／ｖ）加えて５，０００ｒｐｍで１０分間撹拌してポリマ−泥水を作液し、直ちにそれぞれのポリマ−泥水のＦＶ，ＡＶ，ＹＶ，ＧｅＬを測定した。その後ポリマ−泥水それぞれ（各６００ｍｌ）に対して比較例１と同様な方法で作成したセメントスラリ−をそれぞれ２７．３ｇ（セメント固形分１．５％ｗ／ｖ）添加して５，０００ｒｐｍで１０分間撹拌後ＦＶを測定し、２４時間静置した。２４時間静置後、泥水の状態を肉眼観察した後、再び５，０００ｒｐｍで５分間撹拌し、ＦＶ，ＡＶ，ＰＶ，ＹＶ，ＭＣを測定した。その結果を表３に示す。
【００１６】
【表３】

尚、表３には比較のために低分子量ポリアクリル酸ソ−ダを混合していない元の高ＤＳのＣＭＣ及び低ＤＳのＣＭＣを同量添加したポリマ−泥水に対するセメント汚染の影響も記した。表３で明らかなように、高ＤＳのＣＭＣ及び低ＤＳのＣＭＣは、単独使用の場合にはセメント固形分が１．５％混入すると、泥水全体が著しいゲル化を起こして流動性を失うとともに、保護コロイド機能が破壊されて脱水量、泥壁ともに著しく悪化する。これに比べて、低分子量ポリアクリル酸ソ−ダを予め粉末混合した調整剤は、Ａ，Ｂともに添加量は同じでも、元のＣＭＣの機能を著しく改善し、セメント固形分が１．５％混入しても、流動性や保護コロイド機能を失うことはない大きな特長を示す。
【００１７】
この様に、調整剤Ａ及びＢは、双方ともに元のＣＭＣに比べると、著しく優れた特長を示すが、高ＤＳのＣＭＣを使用した調整剤Ａと低ＤＳのＣＭＣを使用した調整剤Ｂでは、添加量は同じでも調整剤Ｂの方が流動性が悪く、セメント混入後の粘度変化が大きくやや不安定である。これに比べると高ＤＳのＣＭＣを使用した調整剤Ａの方が安定性に優れている。
【００１８】
（実施例２）
次に高ＤＳのＣＭＣと低分子量ポアクリル酸ソ−ダとの粉末混合物に対してソ−ダ灰を添加した場合と無添加の場合の効果の差異について述べる。ダイセル化学工業（株）製高ＤＳのＣＭＣ（ＤＳ１．４，粘度９５０ｃｐｓ，水分６．０％）と平均分子量２０，０００のポリアクリル酸ソ−ダとを予め６０対４０の割合で粉末混合した調整剤（以下調整剤Ｃという）と上記調整剤Ｃに対してソ−ダ灰を５．０％粉末混合した調整剤（以下調整剤Ｄという）についてセメント汚染の比較試験を行った。即ち、比較例１と同様な方法で作液したベントナイト懸濁液（３％ｗ／ｖ）各６００ｍｌに対し前記調整剤Ｃ及びＤをそれぞれ１．２ｇ（０．２％ｗ／ｖ）と１．８ｇ（０．３％ｗ／ｖ）加えて５００ｒｐｍで１０分間撹拌してポリマ−泥水を作液し、直ちにそれぞれのポリマ−泥水のＦＶ，ＡＶ，ＰＶ，ＹＶ，Ｇｅｌを測定した。その後、ポリマ−泥水それぞれ（各６００ｍｌ）に対して、比較例１と同様な方法で作成したセメントスラリ−を、それぞれ２７．３ｇ（セメント固形分１．５％ｗ／ｖ）添加して、５，０００ｒｐｍで１０分間撹拌後ＦＶを測定し、室温で２４時間静置した。２４時間静置後、泥水の状態を肉眼観察した後、再び５，０００ｒｐｍで５分間撹拌し、ＦＶ，ＡＶ，ＰＶ，ＹＶ，Ｇｅｌ、ＦＬ，ＭＣを測定するとともに、セメントスラリ−を添加する前のＦＶ，ＡＶとセメントスラリ−添加直後のＦＶ及び２４時間静置、再撹拌後のＦＶ，ＡＶ（ＦＶ，ＡＶの保持率％）をそれぞれ比較した。その結果を表４に示す。
【００１９】
【表４】

表４で明らかなようにソ−ダ灰添加の有無にかかわらず、ＣＭＣと低分子量ポリアクリル酸ソ−ダの粉末混合調整剤を使用したポリマ−泥水は、いずれもセメント固形分が１．５％（ｗ／ｖ）混入しても、流動性や保護コロイド機能が良好である。しかし、セメント混入２４時間静置再撹拌後のＦＶ，ＡＶ特にＡＶの保持率は、ソ−ダ灰を添加した調整剤Ｄの方が大きい。換言すればソ−ダ灰を少量添加した調整剤の方が、セメント混入後の粘度の変化率が小さく良好である。ソ−ダ灰の混合量が多くなりすぎると、ＣＭＣやポリアクリル酸ソ−ダ等の有効成分が少なくなり過ぎて効果が悪くなる。また、ソ−ダ灰の混合割合が少なくなりすぎると変化率が大きくなる。適正な混合量はＣＭＣと低分子量ポリアクリル酸ソ−ダの混合合計量に対して２〜１０％である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の掘削安定液用調整剤は耐セメント性に優れている為、セメント固形分が多く混入しても良好な機能を維持できるので、地中連続壁や基礎杭等の掘削に適している。

Claims

パルプを原料とするＮａ−カルボキシメチルセルロ−スと低分子量ポリアクリル酸ソーダを必須成分とし、予め粉末混合した状態で、ベントナイトを含む懸濁液に配合して、新液を作液するための粉末掘削泥水用調整剤であって、
上記Ｎａ−カルボキシメチルセルロ−スの置換度が１．２〜１．５であることを特徴とする粉末掘削泥水用調整剤。
Ｎａ−カルボキシメチルセルロ−スの１％水溶液粘度が２００〜２，０００ｃｐｓであり、低分子量ポリアクリル酸ソーダの分子量５，０００〜５０，０００であることを特徴とする請求項１に記載の粉末掘削泥水用調整剤。
さらに、ソーダ灰を必須成分とする請求項１又は２に記載の粉末掘削泥水用調整剤。