JP5073023B2

JP5073023B2 - 中性域固結可塑状水中不分離二液型グラウト材

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Publication number: JP5073023B2
Application number: JP2010178831A
Authority: JP
Inventors: 佑哉角倉; 隆善松永; 淳河井; 俊一佐藤; 伊佐夫杉本; 裕司中川; 修小林; 誠治出張; 大祐出張
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Toda Corp
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Toda Corp
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: JP2012036047A

Description

本発明は、中性域固結可塑状水中不分離二液型グラウト材に関する。

従来から、地盤、構造物及び地盤と構造物との境界面の空洞又は隙間に充填するためのグラウト材としては、ベントナイトとセメントとを混合したセメントベントナイト溶液；セメントスラリー及び気泡剤による通称発泡セメントミルク；これらに骨材として砂を混合した発泡セメントモルタル；セメントベントナイト溶液にメチルセルロース系の不分離材を加えたもの等、多々使用されている。

また、水中不分離セメントスラリーを提供するために、特殊界面活性剤の反応を利用した水中不分離材もある。

しかし、一般的なセメント系材料は高アルカリ性であるため、水を有する空隙に上記のグラウト材を充填した場合、グラウト材と接触した水が、ｐＨが１２〜１４程度のアルカリ性となってしまう。この結果、当該水が染み込んだ土質が植生に悪影響を及ぼしたり、当該水が河川、湖、海等に流れ込んで魚介類に悪影響を及ぼしたりする。

また、従来のグラウト材では、静止水中に充填することはできるが、中性かつ、流水中に充填してその効果を発揮できるものは見当たらない。したがって、可塑状でありながら流動性を保ち、静止水はもちろん流水中でも不分離性を保ち、かつ固化物のｐＨは６．０〜８．６程度の中性域であり、水、周囲の環境等に悪影響を及ぼさないグラウト材が求められてきた。

この課題を解決するために、特許文献１には、硫酸アルミニウム及びアルカリ性アルカリ土類金属化合物を両者の混合物の１％水希釈液が、ｐＨ４．０〜８．０となるようにセメントと配合して得られるセメント組成物が記載されている。この特許文献１の実施例１では、セメント、硫酸アルミニウム及び水酸化マグネシウムからなるセメント組成物を、水を攪拌しながら徐々に添加してｐＨ７．０〜７．５のスラリーが得られているが、実用化されてはいない。また、実際に再現試験を行っても、非常にばらつきがあり、安定して中性域での固化物を得ることは難しかった。

特開昭５２−１５０４３７号公報

本発明は、セメントを使用しながら中性域（ｐＨ６．０〜８．６）で固化し、かつ、使用時には可塑性状を示し、水中への充填時にも水を濁すことがないグラウト材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねてきた。その結果、硫酸アルミニウム及びガラクトマンナンを含むＡ材と、セメント及びマグネシウム化合物を含むＢ材とを混合して得られ、固化時のｐＨが６．０〜８．６となるように調整することで、上記課題を解決したグラウト材が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。

すなわち、本発明は、下記項１〜６に示す二液型グラウト材及びグラウト注入工法を提供する。
項１．硫酸アルミニウム及びガラクトマンナンを含むＡ材と、セメント及びマグネシウム化合物を含むＢ材との混合物からなる、二液型グラウト材。
項２．硫酸アルミニウムの量が、セメント１００重量部に対して、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）換算で、３．３〜５０重量部である、項１に記載のグラウト材。
項３．ガラクトマンナンの量が、セメント１００重量部に対して、０．０７〜１０重量部である、項１又は２に記載のグラウト材。
項４．マグネシウム化合物が、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムである、項１〜３のいずれかに記載のグラウト材。
項５．Ｂ材中のマグネシウム化合物におけるマグネシウム分が、セメント１００重量部に対して４〜５２重量部である、項１〜４のいずれかに記載のグラウト材。
項６．地盤、構造物及び地盤と構造物との境界面の空洞又は隙間に、項１〜５のいずれかに記載のグラウト材を注入充填するグラウト注入工法であって、
Ａ材とＢ材とを攪拌してゲル化させ、その後さらに攪拌を継続し、ＪＨＳ３１３に規定されるシリンダー法により測定されるフロー値が１５０〜２１０ｍｍ×１５０〜２１０ｍｍになるまでスラリー化させて得られるグラウト材をポンプで圧送して空洞に充填させる、グラウト注入工法。

本発明によれば、セメントを使用しながら、中性域（ｐＨ６．０〜８．６）で固化するグラウト材を提供することができる。このため、本発明のグラウト材は、水のない空隙はもちろん、水のある空隙にも充填することができる。また、中性域で固化させれば、周囲の植生、魚介類等に悪影響を与えることなく、環境保全につなげることができる。

また、本発明のグラウト材は、使用時に可塑性状を示し（可塑性）、かつ、水中への充填時にも材料分離がないため、水を濁すことがないものである（水中不分離性）。

実施例１〜４のグラウト材の可塑性、水中不分離性及びｐＨの測定結果を示す図である。

１．二液型グラウト材
本発明の二液型グラウト材は、硫酸アルミニウム及びガラクトマンナンを含むＡ材と、セメント及びマグネシウム化合物を含むＢ材との混合物からなるものである。このような構成を取ることにより、本発明の二液型グラウト材は、固化物のｐＨを６．０〜８．６程度と、中性にすることができる。

１−１．Ａ材
本発明の二液型グラウト材において、Ａ材は、硫酸アルミニウム及びガラクトマンナンを含む。

＜硫酸アルミニウム＞
本発明において、硫酸アルミニウムは、グラウト材を中性域で固化させるために、Ａ材中に使用するものである。

硫酸アルミニウムとしては、硫酸アルミニウムの水溶液を用いてもよいし、粉末状の硫酸アルミニウムを用いてもよい。粉末状の硫酸アルミニウムを使用する場合には、水を同時に使用し、硫酸アルミニウムを溶解させればよい。例えば、後述のガラクトマンナンと混合する前に、粉末状の硫酸アルミニウムを水に溶解させてもよいし、硫酸アルミニウム、ガラクトマンナン及び水を同時に混合し、水に硫酸アルミニウムを溶解させてもよい。

また、硫酸アルミニウムの使用量は、Ｂ材に使用される後述のセメント１００重量部に対して、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）換算で、３．３〜５０重量部が好ましく、５〜２０重量部がより好ましい。この範囲内とすることにより、グラウト材を中性域で固化させることができる。また、攪拌後容易にゲル化でき、さらに、攪拌を継続することで、容易に液状にすることができるようになる。

＜ガラクトマンナン＞
本発明において、ガラクトマンナンを使用することで、可塑性及び水中不分離性を向上させることができる。なお、増粘剤として知られているカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）等を使用した場合は、グラウト材の水中不分離性を充分に向上させることができない。また、公知の界面活性剤（例えば、花王（株）製のビスコトップ等）を使用した場合には、Ａ材とＢ材とを混合した後数分間は水中不分離性を発揮できるが、その後単なるセメントミルク状となり、必要な水中不分離性が得られない。

また、ガラクトマンナンをＢ材側に添加すると、Ｂ材の粘度が上昇しすぎるため、うまく混合することができなくなる。そのため、本発明では、ガラクトマンナンは、Ａ材中に配合する。

本発明において、ガラクトマンナンとは、Ｄ−マンノース主鎖にＤ−ガラクトース側鎖を持つ多糖類で、例えば、グアガム、ローカストビーンガム、タラガム、カシアガム等が挙げられる。これらのなかでも、可塑性及び水中不分離性の改善効果の観点から、グアガムが好ましい。

また、ガラクトマンナンの使用量は、Ｂ材に使用される後述のセメント１００重量部に対して、０．０７〜１０重量部が好ましく、１〜７．５重量部がより好ましく、１．５〜５重量部がさらに好ましい。この範囲内とすることにより、可塑性及び水中不分離性を向上させることができる。なお、ガラクトマンナンの量を多くしすぎても特に不利益等はないが、水中不分離性等の改善効果が飽和するとともに、硬化後に余剰分が固化物の表面に表れるようになる。

＜水＞
Ａ材には、流動性確保のために、水を含ませることが好ましい。

水の量は、目的とする固化強度等により適宜選択され、本発明の効果を損なわない限り、特に制限されないが、グラウト材中に含まれる水の量が、Ａ材中に含まれる水と、Ｂ材中に含まれる水の合計で、セメント１００重量部に対して、１００〜４５０重量部程度、好ましくは１８０〜３６０重量部程度となるように調整すればよい。

＜カチオン系樹脂＞
本発明では、固化強度向上を目的として、カチオン系樹脂をＡ材中に含ませることもできる。

なお、カチオン系樹脂をＢ材側に添加すると、Ｂ材の粘度が上昇しすぎるため、Ａ材とＢ材とをうまく混合できなくなる。そのため、本発明では、カチオン系樹脂を使用する場合には、Ａ材中に配合する。

使用できるカチオン系樹脂は、カチオン系の高分子凝集剤であれば特に限定されず、例えば、ハイモ（株）製のハイモロックＭＰ７８４等、大明化学工業（株）製のＴＣ−５２０等が使用できる。なお、ハイモ（株）製のハイモロックＳＳ１２０、ハイモロックＳＳ１３０、ハイモロックＳＳ１４０、大明化学工業（株）製のＴＡ−３２０等のアニオン系樹脂、ハイモ（株）製のハイモロックＳＳ２００−Ｈ、大明化学工業（株）製のＴＮ−１００等のノニオン系樹脂等を使用することもできるが、固化強度の改善には、カチオン系樹脂が好ましい。

カチオン系樹脂を使用する場合、その使用量は、得ようとするグラウト材の固化強度によっても異なるが、Ａ材とＢ材の合計１ｍ^３当たり０．１〜１ｋｇ程度含まれるように配合すればよい。具体的には、後述するセメント１００重量部に対して、０．１〜１重量部程度配合すればよい。

＜細骨材＞
本発明では、固化強度向上を目的として、細骨材を含ませることもできる。

細骨材としては、硫酸アルミニウム等と反応しない不活性なものであれば特に限定はなく、例えば、珪砂、川砂、高炉スラグ粉砕砂、海砂、山砂、石粉、シリカヒューム、フライアッシュ、天然ゼオライト、合成ゼオライト、軽石、カオリン等が使用できる。

細骨材を使用する場合、その使用量は、コスト、充填性、流動性等の観点から適宜選択され、本発明の効果を損なわない範囲で使用すればよいが、通常、Ａ材中の細骨材と、Ｂ材中の細骨材の合計で、セメント１００重量部に対して、２０〜６０重量部程度とすればよい。

１−２．Ｂ材
本発明の二液型グラウト材において、Ｂ材は、セメント及びマグネシウム化合物を含む。

＜セメント＞
本発明において、可塑性及び水中不分離性の向上のために使用できるセメントとしては、例えば、普通セメント、高炉セメント、早強セメント等が挙げられ、なかでも、高炉セメントが好ましい。

＜マグネシウム化合物＞
本発明において、マグネシウム化合物は、中性域でグラウト材を固化させるために、使用するものである。なお、マグネシウム化合物をＡ材中に含ませると、発泡してしまう。したがって、本発明において、マグネシウム化合物は、Ｂ材中に含ませるものである。

本発明で使用できるマグネシウム化合物としては、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。これらのうち、酸化マグネシウムを使用する場合には、酸化マグネシウムはマグネシウム含有量が水酸化マグネシウムより３０％程度多いため、水酸化マグネシウムより少量の添加でよい。

マグネシウム化合物は、マグネシウム分が、セメント１００重量部に対して、４〜５２重量部、好ましくは１０〜３０重量部となるように使用すればよい。この範囲内とすることにより、二液混合時のゲル化の速度を適切に保つことができる。

＜水＞
本発明では、流動性確保のために、Ｂ材中に水を含ませることが好ましい。

＜硬化促進材＞
本発明では、固化強度向上を目的として、硬化促進材をＢ材中に含ませることもできる。

硬化促進材としては、特に制限されるわけではないが、非塩素系のもの（竹本油脂（株）製のアクセルエース等）、塩化カルシウムを主成分とするもの（（株）マノール製の早強剤）等が挙げられる。これらのなかでも、塩化カルシウムを主成分とするものは、鉄製品を使用する現場では、塩化物イオンが鉄製品の表面の酸化物皮膜を侵食するため、鉄製品が酸化しやすくなるため、使用現場が限定される傾向がある。このため、非塩素系のもの（竹本油脂（株）製のアクセルエース等）が好ましい。

硬化促進材の量は、目的とする固化強度等により適宜選択され、本発明の効果を損なわない限り、特に制限されないが、有効成分が、セメント１００重量部に対して、６重量部以下程度とすればよい。

１−３．グラウト材
本発明のグラウト材は、上述のＡ材とＢ材との混合物からなる二液型グラウト材で、上記の条件を満たすことで、中性域であるｐＨ６．０〜８．６程度で固化させることができる。なお、ｐＨは、例えば、充分な量の水中に本発明のグラウト材を入れ、例えば２８日後にｐＨ試験紙等を用いて測定できる。つまり、硫酸アルミニウム、ガラクトマンナン及び他の任意成分を含むＡ材と、セメント、マグネシウム化合物及び他の任意成分を含むＢ材とを混合すればよい。なお、Ａ材とＢ材とを同量混合するのが簡便である。

なお、本発明のグラウト材の好ましい組成は、目的とする固化強度によって異なるが、例えば、以下の通りである。なお、本発明がこれらのみに限定されないのは言うまでもない。

（１）目的とする固化強度が０．２〜０．４Ｎ／ｍｍ^２程度（混合後２８日経過後）の場合

（２）目的とする固化強度が０．５〜０．７Ｎ／ｍｍ^２程度の場合（混合後２８日経過後）

（３）目的とする固化強度が１．０〜２．０Ｎ／ｍｍ^２程度の場合（混合後２８日経過後）

２．グラウト注入工法
本発明のグラウト注入工法では、まず、Ａ材とＢ材とを攪拌してゲル化させ、その後さらに攪拌を継続し、ＪＨＳ３１３に規定されるシリンダー法により測定されるフロー値が１５０〜２１０ｍｍ×１５０〜２１０ｍｍになるまでスラリー化させて本発明のグラウト材を作製する。この際、攪拌には、グラウトミキサー等を使用することができる。これにより、本発明のグラウト材を、可塑性及び流動性に優れたものとすることができる。また、Ａ材の調製にはグラウト用ミキサーを用いて、Ｂ材の調製にはセメント練り用のミキサーを用いて、均一になるまで、例えば、３〜５分間程度攪拌すればよい。

本発明のグラウト注入工法では、まず、Ａ材とＢ材とを攪拌してゲル化させる。この際には、１５０〜１８００ｒｐｍ程度で攪拌するのが好ましい。これにより、２０〜３０秒程度でゲル化する。

そして、その後さらに同条件（１５０〜１８００ｒｐｍ程度）で攪拌を継続する。この際、ゲル化させる際の攪拌と同じ容器で、続けて攪拌を行ってもよいし、ゲル化した後に別の容器に移し、別途攪拌してもよい。これにより、３０〜１８０秒程度で、ＪＨＳ３１３に規定されるシリンダー法により測定されるフロー値が１５０〜２１０ｍｍ×１５０〜２１０ｍｍ程度となる。フロー値をこの程度とするのが、水中不分離性を発揮するのに好ましい。なお、フロー値を１６０〜１７０ｍｍ×１６０〜１７０ｍｍ程度とするのがより好ましい。

本発明のグラウト注入工法では、このようにして得られた本発明のグラウト材を、ポンプで圧送して空洞に充填させる。この際、ポンプとしては、特に制限されることはなく、注入ポンプを使用することができる。なお、本発明のグラウト材は、優れた流動性を有しているため、Ａ材とＢ材とを注入口付近で混合する必要はなく、Ａ材とＢ材とを混合してから、ポンプで圧送することができる。この際、１００〜１０００ｍという長距離の圧送が可能である。また、本発明のグラウト材は、優れた水中不分離性を有しているため、湧水等を満たした水中でも、水を含まない気中でも、圧送することができる。

以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。

実施例では、以下の材料を使用した。

＜材料＞
硫酸アルミニウム水溶液：濃度はＡｌ_２Ｏ_３換算で８重量％、市販品
グアガム：ＭＥＩＰＲＯＧＵＡＲＳＵＰＥＲＧＥＬ２００
カチオン系樹脂：ハイモ（株）製のハイモロックＭＰ−７８４
セメント：太平洋セメント（株）製の高炉セメントＢ種
水酸化マグネシウム：宇部マテリアルズ（株）製
珪砂：７号珪砂
石粉：（株）大阪砕石工業所製の砂岩系石粉
硬化促進材：竹本油脂（株）製のアクセルエース（密度：１．２３〜１．２７、有効成分：４０重量％）
水：ｐＨ８．２の現地調達水

［実施例１〜４］
以下の表４に示す組成で、グラウト用ミキサーを使用して２００ｒｐｍで３分間攪拌することで、Ａ材を５００Ｌ調製した。また、表４に示す組成で、セメント練り用のミキサーを用いて、２００ｒｐｍで３分間攪拌することで、Ｂ材を５００Ｌ調製した。

調製したＡ材及びＢ材を同時に混合攪拌層（東邦地下工機（株）製のＭＳ−７５０Ｓ型）に投入し、２００ｒｐｍで攪拌した。攪拌してから２０〜３０秒で、Ａ材とＢ材の混合物がゲル化した。さらに、９０秒程度攪拌を継続し、本発明のグラウト材を製造した。

［試験例］
＜可塑性＞
ＪＨＳ３１３（（旧）日本道路公団規格）に規定されるコンシステンシー試験方法のシリンダー法により、実施例１〜４のグラウト材のフロー値を測定した。その結果、実施例１：１７０ｍｍ×１６５ｍｍ、実施例２：２００ｍｍ×２００ｍｍ、実施例３：１９９ｍｍ×２０２ｍｍ、実施例４：１７５×１６０ｍｍと、いずれも１５０〜２１０ｍｍ×１５０〜２１０ｍｍの範囲内となった。

＜水中不分離性及びｐＨ＞
実施例１〜４のグラウト材を、３００ｍｍ×４５０ｍｍ×３００ｍｍの水槽に充填した水中に投入し、分離の有無を確認した（水中不分離性）。いずれの実施例においても、分離せず、良好であった。

また、実施例１〜４のグラウト材を投入前の水のｐＨと、実施例１〜４のグラウト材を投入して６０分経過後のｐＨを測定した。いずれの実施例においても、投入前のｐＨと６０分経過後のｐＨの比（６０分経過後のｐＨ／投入前のｐＨ）が１に近く、中性領域で固化していた。

上記試験例の結果を表５及び図１に示す。なお、図１では、測定結果を、写真付きで示している。

Claims

硫酸アルミニウム及びガラクトマンナンを含むＡ材と、セメント及びマグネシウム化合物を含むＢ材との混合物からなる、二液型グラウト材。
硫酸アルミニウムの量が、セメント１００重量部に対して、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）換算で、３．３〜５０重量部である、請求項１に記載のグラウト材。
ガラクトマンナンの量が、セメント１００重量部に対して、０．０７〜１０重量部である、請求項１又は２に記載のグラウト材。
マグネシウム化合物が、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムである、請求項１〜３のいずれかに記載のグラウト材。
Ｂ材中のマグネシウム化合物におけるマグネシウム分が、セメント１００重量部に対して４〜５２重量部である、請求項１〜４のいずれかに記載のグラウト材。
地盤、構造物及び地盤と構造物との境界面の空洞又は隙間に、請求項１〜５のいずれかに記載のグラウト材を注入充填するグラウト注入工法であって、
Ａ材とＢ材とを攪拌してゲル化させ、その後さらに攪拌を継続し、ＪＨＳ３１３に規定されるシリンダー法により測定されるフロー値が１５０〜２１０ｍｍ×１５０〜２１０ｍｍになるまでスラリー化させて得られるグラウト材をポンプで圧送して空洞に充填させる、グラウト注入工法。