JP3825357B2 - 注入施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用する注入材及びこれを用いた施工方法に関し、より詳しくはポゾラン反応物質を使用した注入材に関する。
なお、本発明で使用する「部」や「％」は、特に規定のない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、注入材は水ガラス系、特殊シリカ系及び高分子系の薬液系注入材と、セメント系等の非薬液系注入材（懸濁系注入材）の二つに大きく分けられる（最新地盤注入工法技術総覧編集委員会編集、株式会社産業技術サービスセンター発行、１５６頁参照）。
懸濁注入材としては、セメントを乾式粉砕した超微粒子セメント注入材や、高炉スラグを乾式粉砕した超微粒子系注入材等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乾式粉砕した注入材は最大粒子径を１０μｍ以下にすることは困難である。コンクリートの亀裂に注入する場合、最大粒子径が１０μｍでは数十μｍ以下の亀裂に注入することが困難であると共に、製造コストも高くなるという課題があった。
そして、地盤に注入する場合、乾式粉砕した注入材は最大粒子径が大きいため、粒子径７５μｍ以下のシルト層や粘土層等への浸透注入は困難であるという課題もあった。
【０００４】
本発明者らは、ポゾラン反応物質からなる特定の注入材を使用することにより、前記課題を解決することができ、１０μｍ以下の亀裂幅を有するコンクリート硬化物への注入や、粒子径７５μｍ以下のシルト層や粘土層への浸透注入が可能であるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、硫酸カルシウムを含有してなるポゾラン反応物質のスラリーを湿粉砕して得られた注入材を用いた注入施工方法であって、スラリーを湿式粉砕するにあたり、スラリーに高圧を加える粉砕機を用いて、スラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕し、粉砕直後に注入することを特徴とし、好ましくは分散剤及び／又は遅延剤を含有する水に、ポゾラン反応物質を分散させ、各材料をミキサーで混合し、スラリー状にした後、湿式粉砕することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の注入材（以下、本注入材という）は、ポゾラン反応物質を含有してなるスラリーであり、更に、アルカリ塩、分散剤、及び／又は遅延剤を含有するものである。注入性や強度発現性を向上させるために、これら成分からなるスラリー温度を５０℃以上になるまで湿式粉砕したものである。
【０００７】
本発明で使用するポゾラン反応物質（以下、ポゾランという）として、スラグや造粒したシリカフューム及びフライアッシュ等が挙げられる。
スラグとは、高炉から副生する高炉スラグ、転炉や電炉等の製鋼炉から副生する製鋼スラグ、及び汚泥等を焼成或いは溶融して得られる特殊スラグ等が挙げられるが、強度発現性の面から高炉スラグが好ましく、非晶質の高炉スラグがより好ましい。
【０００８】
造粒したシリカフューム（以下、ＳＦ粒という）とは、シリコン、含シリコン合金、及びジルコニア等を製造する際に副生するシリカ質を主成分とする、平均粒子径０．１μｍ程度の球状粒子を造粒したものである。造粒する方法としては、転動造粒法や流動層造粒法等を用いることが可能である。
例えば、転動造粒装置の皿の回転速度を５０ｒｐｍ、シリカフュームの供給速度を３ｋｇ／分とし、含水量が３％となるように水をスプレイすることにより造粒物を製造することができる。
【０００９】
フライアッシュとは、微粉炭燃焼ボイラの燃焼ガスから集塵器で採取される微粉末状のアッシュのことである。
【００１０】
ポゾランでは強度発現性が高いことからスラグが好ましい。
ポゾランの平均粒子径は５０μｍ以下であり、１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。５０μｍを超えると湿式粉砕しても粗い粒子が残りがちである。
【００１１】
本注入材には、強度発現性を向上させるためにアルカリ塩を併用することが好ましい。
ここで、アルカリ塩とは、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩； 水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物； 塩化カルシウムや塩化マグネシウム等の塩化物； アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウム等のアルミン酸塩； ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等のケイ酸塩； 及び硫酸カルシウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸リチウム等の硫酸塩等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を併用することも可能である。これらの中では、初期強度発現性が高いことや、湿式粉砕時の粘性の上昇が少ないことから硫酸塩が好ましく、特に硫酸カルシウムが好ましい。
アルカリ塩の使用量は、ポゾラン１００部に対して、０．５〜１０部が好ましく、１〜５部がより好ましい。０．５部未満では本注入材の初期強度が小さくなる場合があり、１０部を超えるとスラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕した場合、注入材が増粘し、注入性が悪くなる場合がある。
【００１２】
本発明では注入性を向上させるために分散剤を併用することが好ましい。
分散剤としては、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩及びポリアクリル酸塩等が挙げられ、これらのうち、注入性や強度の面から、ポリカルボン酸塩又はポリアクリル酸塩が好ましく、ポリアクリル酸塩がより好ましい。
分散剤の使用量は、ポゾラン１００部に対して、固形分換算で０．０１〜１０部が好ましく、０．１〜５部がより好ましい。０．０１部未満では注入性が低下しがちであり、１０部を超えると強度発現性が悪くなる傾向がある。
【００１３】
本注入材には、湿式粉砕時の粘性の上昇を防止し、注入性を向上させるため、遅延剤を併用することが好ましい。
遅延剤としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、及びグルコン酸又はこれらのナトリウム塩やカリウム塩などの有機酸又はその塩が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。これらの中では、スラリー温度を５０℃以上になるまで湿式粉砕しても粘性の上昇が少ないことや、強度発現性の面からクエン酸、酒石酸又はグルコン酸が好ましく、クエン酸や酒石酸又はその塩がより好ましく、クエン酸又はその塩が最も好ましい。
遅延剤の使用量は、ポゾラン１００部に対して、０．１〜１部であり、０．２〜０．５部が好ましい。０．１部未満ではスラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕した場合、粘性が上昇し注入性が低下しがちであり、１部を超えると遅延効果が大きくなり過ぎ、初期強度発現性が低下する傾向がある。
【００１４】
本発明においては、ポゾラン、アルカリ塩及び水を、更に必要に応じて分散剤及び／又は遅延剤を混合して作製したスラリーを、スラリー温度が５０℃以上、好ましくは６０℃以上になるまで湿式粉砕して本注入材を製造する。
【００１５】
水の使用量は、ポゾラン１００部に対して３０〜１０００部であり、１００〜３００部が好ましい。３０部未満では注入性が低下しがちであり、１０００部を超えると強度発現性が不十分である。
【００１６】
アルカリ塩は、種類によってはポゾランと混合すると直ちに水和するおそれがあるため、ポゾラン又はポゾランと分散剤からなるスラリーと、アルカリ塩又はアルカリと遅延剤からなる水溶液或いはスラリーとを別々に調製し、施工時に合流するいわゆる２ショットで注入することが好ましい。
なお、分散剤や遅延剤は湿式粉砕したポゾランやアルカリ塩に混合することも可能である。
【００１７】
本注入材はスラリー温度が５０℃以上、好ましくは６０℃以上になるまで湿式粉砕した直後に使用する。スラリー温度が５０℃未満では粉砕が不十分で、注入性が低下するおそれがあり、また、強度発現性も低下する傾向がある。特に、５０℃から５５℃の近辺になるまで湿式粉砕すると、注入性が向上し、初期及び長期の圧縮強度が向上する現象を見出した。この現象は高圧水を使用した粉砕機を用いた場合に特に顕著である。したがって、温度を測定していれば粉砕工程の完了を検知することができる。
【００１８】
本注入材を使用する場合、注入材製造工場内でスラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕して施工場所まで運搬して注入してもよいが、注入材の安定性の面から施工場所に湿式粉砕機を設置し、スラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕し、湿式粉砕終了直後に注入することが好ましい。
【００１９】
本発明では、各材料を混合し、スラリー状にしてから湿式粉砕することが好ましい。混合条件は特に限定しないが、容量が大きく、混合性能が優れていることから回転数１０〜１０００ｒｐｍ程度で回転するグラウトミキサーが好ましく用いられる。
グラウトミキサーとしては、鉱研鉱業（株）製ＨＭ−１５０−４型、アイメックス（株）製ＨＫ型、岡三機工（株）製ＯＫＧ−１５０型等がある。
【００２０】
混合方法は特に限定しないが、分散剤や遅延剤を使用する場合には、ミキサー中の水に分散剤や遅延剤を投入し、混合後、ポゾランやアルカリ塩を投入し、混合することが好ましい。ポゾランやアルカリ塩を投入した後に、分散剤や遅延剤を投入すると分散性が悪くなったり、アルカリ塩の種類によってはポゾランとアルカリ塩が直ちに水和し、遅延効果が得られなくなるおそれがある。
作成したスラリーを湿式粉砕するまでの時間は特に限定するものではないが、アルカリ塩の種類によっては、ポゾランとアルカリ塩が直ちに水和するおそれがあるため、スラリー作成後、直ちに湿式粉砕することが好ましい。
【００２１】
湿式粉砕する装置としては、撹拌ミル、ボールミル及び高圧水を使用した粉砕機等があるが、粉砕速度が早く、粉砕時の摩擦熱により短時間でスラリー温度を５０℃以上にできることから、高圧水を使用した粉砕機を使用することが好ましい。
【００２２】
撹拌ミルとは、容器内にボール等のメディアを入れ、このメディアに挿入した撹拌機構によって力を伝達して粉砕を行う粉砕機であって、撹拌槽型ミル、流通管型ミル、環状ミル及び塔敷ミル等に分類される。
撹拌ミルの中で、撹拌槽型ミルとしては、アトライター（商品名、三井鉱山（株）製）やサンドグラインダー（商品名、アイメックス（株）製）等があり、流通管型ミルとしては、ダイノーミル（商品名、ウイリー・アー・バッコーフェンＡＧ製）、スーパーアペックスミル（商品名、コトブキ技研工業（株）製）、ウルトラビスコミル（商品名、アイメックス（株）製）等があり、環状ミルとしては、ダイヤモンドファインミル（商品名、三菱重工業（株）製）やパールミル（商品名、ドライスヴェルケＧｍｂＨ製）等がある。
【００２３】
ボールミルとは、通常、円筒状容器のミル内にメディアとしてボールを入れ、ミルを運動させることによって粉砕を行う粉砕機であって、転動ミル、振動ボールミル、遊星ミル等がある。
このようなボールミルとしては、アクアマイザー（商品名、ホソカワミクロン（株）製）や、ハイジー（商品名、（株）栗本鐵鋼所製）等がある。
【００２４】
撹拌ミル又はボールミルを利用して本注入材を湿式粉砕する場合、使用するメディアは特に限定されるものではないが、その平均粒子径は０．００１〜１．０ｍｍであり、０．０１〜０．５ｍｍが好ましい。０．００１ｍｍ未満では本注入材とメディアとの分離が困難で、１．０ｍｍを超えると粉砕効率が劣りがちである。
また、メディアの容器内の充填量は特に限定されるものではないが、容器の容積の５０〜９５容積％であり、７０〜９０容積％が好ましい。この範囲外では粉砕効率が低下する傾向がある。
【００２５】
高圧水を使用した粉砕機とは、スラリーに５０〜５００ＭＰａの高圧を加え、このスラリーを２流路に分岐させ、再度合流する部分で対向衝突させて粉砕するものである。このような粉砕機としてはアルティマイザーシステム（商品名、（株）スギノマシン製）等がある。
【００２６】
更に、本注入材にはベントナイト、アロフェン、メチルセルローズ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の材料分離抵抗剤、ゼラチン、カゼイン、金属アルミニウム等の気泡剤及びパラフィンやシリコン等の消泡剤等を併用することも可能である。
【００２７】
本注入材は、単管ロッド工法、単管ストレーナ工法、二重管単層工法、二重管複層工法及び二重管ダブルパッカー工法等の現在使用されている注入工法に使用することが可能である。
【００２８】
【実施例】
以下、実験例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実験例１
表１に示すポゾラン１００部、アルカリ塩Ａ３部及び水２００部を混合し、前記ミキサーを保有するアルティマイザーシステムを用いて吐出圧力１００ＭＰａで高速粉砕し、スラリー温度が５０℃になるまで湿式粉砕して本注入材を作製し、その粘度、注入性、硬化時間及び圧縮強度を測定した。その結果を表１に併記した。
【００２９】
＜使用材料＞
ポゾランα ：高炉スラグ、市販品、 平均粒子径２μｍ
ポゾランβ ：ＳＦ粒、市販品、ポリアクリル酸塩系分散剤含有、平均粒子径１μｍ
ポゾランγ ：フライアッシュ、市販品、平均粒子径１０μｍ
アルカリ塩Ａ：硫酸カルシウム無水和物、市販品
＜試験方法＞
粘度 ：注入材をカップに入れ、Ｂ型粘度計により測定
注入性 ：７号ケイ砂をＪＳＣＥ Ｆ ５２２に準じたポリエチレン袋に高さ３０ｃｍになるまで注入し、その上から注入材を静かに入れたときの注入材の浸透長さ
硬化時間 ：注入材をカップに入れ、傾倒しても流れなくなるまでの時間
圧縮強度 ：注入材を４×４×１６ｃｍの型枠に採取し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて材齢１日と２８日を測定
【００３０】
【表１】

【００３１】
実験例２
ポゾランα１００部、表２に示すアルカリ塩及び水２００部を混合した以外は実験例１と同様に行った。その結果を表２に併記した。
＜使用材料＞
アルカリ塩Ｂ：炭酸ナトリウム、市販品
アルカリ塩Ｃ：水酸化カルシウム、市販品
【００３２】
【表２】

【００３３】
実験例３
ポゾランα１００部、アルカリ塩Ａ３部、表３に示す分散剤及び水２００部を混合した以外は実験例１と同様に行った。その結果を表３に併記した。
＜使用材料＞
分散剤ａ ：ポリアクリル酸塩、市販品
分散剤ｂ ：ポリカルボン酸塩、市販品
分散剤ｃ ：ナフタレンスルホン酸塩、市販品
【００３４】
【表３】

【００３５】
実験例４
ポゾランα１００部、アルカリ塩Ａ３部、表４に示す分散剤と遅延剤及び水２００部を混合した以外は実験例１と同様に行った。その結果を表４に併記した。＜使用材料＞
遅延剤イ ：クエン酸、市販品
遅延剤ロ ：酒石酸、市販品
遅延剤ハ ：グルコン酸ナトリウム、市販品
【００３６】
【表４】

【００３７】
実験例５
ポゾランα１００部、アルカリ塩Ａ３部、分散剤ａ３部、遅延剤イ０．３５部及び水２００部を混合し、表５に示したスラリー温度になるまで粉砕し、粉砕終了直後に使用した以外は実験例１と同様に行った。その結果を表５に併記した。
【００３８】
【表５】

【００３９】
【発明の効果】
本発明により、湿式粉砕後の粘性が上昇せず、注入性に優れ、かつ、スラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕することにより強度発現性に優れた注入材を提供することができる。

Claims (6)

1. 硫酸カルシウムを含有してなるポゾラン反応物質のスラリーを湿式粉砕して得られた注入材を用いた注入施工方法において、
   スラリーを湿式粉砕するにあたり、スラリーに高圧を加える粉砕機を用いて、スラリー温度が５０℃以上になるまで湿式粉砕し、粉砕直後に注入することを特徴とする注入施工方法。
2. スラリーが、分散剤を含有する水に、ポゾラン反応物質を分散させたスラリーである請求項１に記載する注入施工方法。
3. 分散剤がポリアクリル酸塩であることを特徴とする請求項２に記載する注入施工方法。
4. スラリーが、遅延剤を含有する水に、ポゾラン反応物質を分散させたスラリーである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載する注入施工方法。
5. 遅延剤が有機酸系遅延剤であることを特徴とする請求項４に記載する注入施工方法。
6. 各材料をミキサーで混合し、スラリー状にした後、湿式粉砕することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載する注入施工方法。