JP5620045B2 - 注入材及び注入工法 - Google Patents
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Description
本発明は、各種土木工事における地盤改良工事や止水工事で用いられる注入材に関する。
従来から、セメントやスラグを微粉砕して水に分散させた懸濁液型注入材で地盤の補強や止水を行なう注入工法が用いられている（特許文献１〜５）。
しかしながら、地盤が細砂、粘土質、あるいは岩盤に生じている極めて小さな亀裂部では、高い浸透性能が要求されるため、上記の懸濁液型注入材を微粉砕しても浸透性が小さく、注入が困難となる場合があった。セメントやスラグを使用する場合、平均粒子径を小さくするには限界があり、細砂へ浸透しにくいという課題があった。
そこで、高い浸透性能が要求される地盤では、水ガラスやシリカゾルを主体とする溶液型注入材が使用されている（特許文献６〜９）。しかしながら、溶液型注入材は、細砂に対しては、浸透による地盤の改良が期待できるが、粘土質や岩盤に生じている極めて小さな亀裂部については、溶液型注入材自体の強度（ホモゲル強度）が小さいため、地盤の改良が期待通りに出来なかったり、アルカリやシリカが徐々に溶出し、耐久性や水質汚染が問題となったりする場合があった。
セメントやスラグと水ガラスやシリカゾルを併用したものや、シリカゾルとアルミナゾルを併用したものも提案されている（特許文献１０〜１３）。しかしながら、前者はセメントやスラグを粉砕製造する限りは粒子径に限界があり、細砂への浸透注入は期待できない場合があった。また、後者は耐久性に優れ、水質汚染は低減できるものの、ホモゲル強度が小さく、粘土質や岩盤に生じている極めて小さな亀裂部については、期待通りに改良できない場合があったる。
シリカフュームとアルミナゾルと急硬物質を併用した接地抵抗低減剤が提案されている（特許文献１４）。しかしながら、アルミナゾルの使用量がシリカフューム１００部に対して１〜５０質量部であり、本発明とは異なる。
本発明が解決しようとする課題は、上記に示したとおり、浸透性と耐久性を兼ね備えた、注入材を提供することである。
即ち、本発明は、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／Ａｌ 2 Ｏ 3 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるアルミン酸アルカリを含有してなる注入材であり、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ 2 Ｏ 3 として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／ＳｉＯ 2 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるケイ酸アルカリを含有してなる注入材であり、（２）アルミナゾルの平均粒子径が１μｍ以下である該注入材であり、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／Ａｌ 2 Ｏ 3 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるアルミン酸アルカリを含有してなる注入材を注入してなる注入工法であり、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ 2 Ｏ 3 として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／ＳｉＯ 2 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるケイ酸アルカリを含有してなる注入材を注入してなる注入工法であり、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部と（３）硬化促進剤と（４）水を含有してなる注入材を注入してなる注入工法であり、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として７０〜５００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／Ａｌ 2 Ｏ 3 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるアルミン酸アルカリと（４）水を含有してなる注入材を注入してなる注入工法であり、（１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ 2 Ｏ 3 として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／ＳｉＯ 2 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるケイ酸アルカリと（４）水を含有してなる注入材を注入してなる注入工法であり、（２）アルミナゾルの平均粒子径が１μｍ以下である該注入工法である。
本発明の注入材は、従来の溶液型と同等の浸透性を有し、ホモゲル強度は従来の懸濁型と同等の強さを示し、耐久性に優れる等の効果が得られる。
本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準である。
以下、本発明を詳細に説明する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子は、フェロシリコン、金属シリコン、又はジルコニア等を製造する際に電気炉から発生するフューム（シリカフューム）、を捕集する方法、例えば、金属シリコン粉末を分散させたスラリーを高温場に噴射し燃焼、酸化させる方法、並びに、例えば、四塩化ケイ素等のハロゲン化合物のように、ガス化したケイ素化合物を火炎中に送り製造する方法等の、いわゆる、乾式法で製造されたシリカ粉末、又は、ケイ酸塩水溶液からのゾルゲル法により沈降生成させる湿式法で製造されたシリカ粉末を使用することができ、特に限定されるものではない。その中でも特に、シリカフュームが強度発現性の点から好ましい。
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子のＳｉＯ2純度は、５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子の平均粒子径は、５μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましく、０．１μｍ以下が最も好ましい。
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子は、施工時にアルミナゾル及び水と混ぜても良いが、あらかじめ工場等でスラリーを製造したものを使用しても良い。その場合、非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子の濃度は、特に限定されないが、輸送性、取り扱い性の上から、特許文献１５に示す方法によるものが好ましい。
本発明におけるアルミナゾルとは、超微粒子アルミナ又は超微粒子アルミナ化合物が分散溶剤に安定に分散したものであり、アルミナ源としては、非晶質アルミナもしくはγ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ等の非水和アルミナ、又はギブサイト、バイヤライト、ノートストランダイト、ボーキサイト、ベーマイト、ダイヤスポア、トーダイト等の水和アルミナの何れか一種又は二種以上を組み合わせたものが挙げられる。具体的なアルミナゾルの製造方法としては、例えば、γ−アルミナやベーマイトの水分散液を８０℃以上に加熱しながら、硝酸、塩酸等の無機酸や酢酸、ギ酸等の有機酸を適量加えて、解膠することにより得られたアルミナゾルが挙げられる。
このアルミナゾル中の微粒子アルミナの平均粒子径は、１μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以下がより好ましく、０．０２μｍ以下が最も好ましい。
アルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3濃度は特に限定されないが、一般的には５〜４０％程度のものが市販されている。一般に濃度が高くなると地盤への浸透性が低下するため、水で希釈しても良い。
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子とアルミナゾルの混合割合は、非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部に対して、アルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部が好ましく、７０〜５００部がより好ましく、８０〜２００部が最も好ましい。Ａｌ2Ｏ3が１部未満あるいは、１０００部を超えると、ホモゲル強度が小さいことから好ましくない。
本発明における注入材は、強度発現性の点で、硬化促進剤を含有する。
本発明における硬化促進剤とは、アルミン酸アルカリ、ケイ酸アルカリ、炭酸アルカリ、硫酸アルカリ、水酸化アルカリ、塩化アルカリ等があり、これらの硬化促進剤のうち、アルミン酸アルカリおよび／またはケイ酸アルカリが、強度発現性の点から好ましい。
アルミン酸アルカリおよびケイ酸アルカリにおいて、モル比である、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比、Ｒ2Ｏ／ＳｉＯ2比（Ｒはアルカリ金属元素）は不定比であり、一般にはモル比１以上のものが用いられることが多い。該注入材も、アルミン酸アルカリのＲ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比、ケイ酸アルカリのＲ2Ｏ／ＳｉＯ2比は、特に限定されないが、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比、Ｒ2Ｏ／ＳｉＯ2比が高くなるにつれ、地盤への浸透性が低下するため、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比、Ｒ2Ｏ／ＳｉＯ2比はともに１未満が好ましく、０．５〜０．８がより好ましい。
アルミン酸アルカリおよびケイ酸アルカリのアルカリとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムがあるが、経済性の点からナトリウムが好ましい。
アルミン酸アルカリおよびケイ酸アルカリの製造方法としては、例えば特許文献１６が挙げられる。
硬化促進剤の使用量は、非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部に対して、０．１〜５０部が好ましく、１〜２０部がより好ましい。硬化促進剤が０．１部未満だとホモゲル強度が小さい場合があり、２０部を超えると地盤への浸透性が小さい場合がある。
注入材としての水量は、非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子とアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3の合量１００部に対して、３０〜２０００部が好ましく、１００〜１０００部がより好ましい。水量が３０部未満だと地盤への浸透性が小さい場合があり、２０００部を超えると耐久性が低下する場合がある。
注入材の練り混ぜ方法や注入方法は、特に限定されるものではなく、単管ロット工法、単管ストレーナー工法、二重管単相工法、二重管複相工法、及び二重管ダブルパッカー工法等、現在使用されている工法に適用可能である。
本発明はセメントやスラグを使用しなくても、耐久性を備える。本発明は、細砂や粘土質、あるいは岩盤に生じている極めて小さな亀裂部にも浸透可能な点で、セメントやスラグを含有しないことが好ましい。
本発明はセメントやスラグを使用しなくても、耐久性を備える。本発明は、細砂や粘土質、あるいは岩盤に生じている極めて小さな亀裂部にも浸透可能な点で、セメントやスラグを含有しないことが好ましい。
以下実験例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実験例に限定されるものではない。
実験例１
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部とＡｌ2Ｏ3として表１に示した量のアルミナゾルと硬化促進剤１０部と水１００部をあらかじめ混合して注入材を作製した。ホモゲル強度、細砂への浸透深さの結果を表１に示す。
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部とＡｌ2Ｏ3として表１に示した量のアルミナゾルと硬化促進剤１０部と水１００部をあらかじめ混合して注入材を作製した。ホモゲル強度、細砂への浸透深さの結果を表１に示す。
＜使用材料＞
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子：市販品のシリカフューム（ＳｉＯ2純度９５％、一次粒子の平均粒子径０．１μｍ）
アルミナゾル：市販品（Ａｌ2Ｏ3濃度２０％、一次粒子の平均粒子径０．０２μｍ）を水道水で２倍に希釈、
硬化促進剤ａ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．７
水：水道水
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子：市販品のシリカフューム（ＳｉＯ2純度９５％、一次粒子の平均粒子径０．１μｍ）
アルミナゾル：市販品（Ａｌ2Ｏ3濃度２０％、一次粒子の平均粒子径０．０２μｍ）を水道水で２倍に希釈、
硬化促進剤ａ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．７
水：水道水
＜測定方法＞
一次粒子径の平均粒子径：レーザー回折散乱式粒度分布測定装置にて測定。
ホモゲル強度：注入材を４×４×１６ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で所定期間湿空養生し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じ、圧縮強さを測定した。
浸透性：直径５ｃｍの土木学会基準ビニル袋に豊浦硅砂を２０ｃｍになるように充填し、作製した注入材２００ｍｌを上部面より静かに注ぎ入れ自然浸透させ、その浸透長さを測定した。
一次粒子径の平均粒子径：レーザー回折散乱式粒度分布測定装置にて測定。
ホモゲル強度：注入材を４×４×１６ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で所定期間湿空養生し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じ、圧縮強さを測定した。
浸透性：直径５ｃｍの土木学会基準ビニル袋に豊浦硅砂を２０ｃｍになるように充填し、作製した注入材２００ｍｌを上部面より静かに注ぎ入れ自然浸透させ、その浸透長さを測定した。
表１より、アルミナゾルの使用量を６０部以上にすることにより、ホモゲル強度や地盤への浸透性が大きい注入材が得られた。
実験例２
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部とＡｌ2Ｏ3としてアルミナゾル１００部と表２に示した量の硬化促進剤と水１００部をあらかじめ混合して注入材を作製した。ホモゲル強度、細砂への浸透深さの結果を表２に示す。
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部とＡｌ2Ｏ3としてアルミナゾル１００部と表２に示した量の硬化促進剤と水１００部をあらかじめ混合して注入材を作製した。ホモゲル強度、細砂への浸透深さの結果を表２に示す。
表２より、硬化促進剤を使用することにより、ホモゲル強度が大きい注入材が得られた。
実験例３
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部とＡｌ2Ｏ3としてアルミナゾル１００部と表２に示す硬化促進剤１０部と水１００部をあらかじめ混合して注入材を作製した。ホモゲル強度、細砂への浸透深さの結果を表２に示す。
非晶質のＳｉＯ2を含有する超微粒子１００部とＡｌ2Ｏ3としてアルミナゾル１００部と表２に示す硬化促進剤１０部と水１００部をあらかじめ混合して注入材を作製した。ホモゲル強度、細砂への浸透深さの結果を表２に示す。
＜使用材料＞
硬化促進剤ｂ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．５
硬化促進剤ｃ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．８
硬化促進剤ｄ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．９
硬化促進剤ｅ：ケイ酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／ＳｉＯ2比＝０．７
硬化促進剤ｂ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．５
硬化促進剤ｃ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．８
硬化促進剤ｄ：アルミン酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比＝０．９
硬化促進剤ｅ：ケイ酸ナトリウム、Ｒ2Ｏ／ＳｉＯ2比＝０．７
表３より、Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3比を設定することにより、ホモゲル強度や地盤への浸透性が大きい注入材が得られた。
本発明の注入材は、従来の溶液型注入材にはない耐久性を備えた注入材である。本発明により、従来懸濁型注入材が不得意とした細砂や粘土質、あるいは岩盤に生じている極めて小さな亀裂部にも浸透可能で、高耐久の注入材を提供することができる。
Claims (8)
- （１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／Ａｌ 2 Ｏ 3 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるアルミン酸アルカリを含有してなる注入材。
- （１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ 2 Ｏ 3 として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／ＳｉＯ 2 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるケイ酸アルカリを含有してなる注入材。
- （２）アルミナゾルの平均粒子径が１μｍ以下である請求項１〜２のうちの１項に記載の注入材。
- （１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／Ａｌ 2 Ｏ 3 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるアルミン酸アルカリを含有してなる注入材を注入してなる注入工法。
- （１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ 2 Ｏ 3 として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／ＳｉＯ 2 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるケイ酸アルカリを含有してなる注入材を注入してなる注入工法。
- （１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ2Ｏ3として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／Ａｌ 2 Ｏ 3 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるアルミン酸アルカリと（４）水を含有してなる注入材を注入してなる注入工法。
- （１）シリカフューム１００部と（２）アルミナゾルをアルミナゾル中のＡｌ 2 Ｏ 3 として６０〜１０００部と（３）Ｒ 2 Ｏ／ＳｉＯ 2 モル比（Ｒはアルカリ金属元素）１未満であるケイ酸アルカリと（４）水を含有してなる注入材を注入してなる注入工法。
- （２）アルミナゾルの平均粒子径が１μｍ以下である請求項４〜７のうちの１項に記載の注入工法。
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