JP6132527B2 - 高炉スラグ含有セメントスラリー組成物及びこれを用いたソイルセメントスラリーの調製方法 - Google Patents
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Description
本発明は高炉スラグ含有セメントスラリー組成物及びこれを用いたソイルセメントスラリーの調製方法に関する。近年、二酸化炭素排出量の削減やエネルギー消費効率の改善についての要求が益々強くなっている。かかる事情に鑑み、ソイルセメントを利用する山留め工事、地下止水工事、軟弱地盤改良工事等で実施されるソイルセメント壁工法においても、製鉄所から副産する高炉水砕スラグが高炉スラグ微粉末の形で高炉セメントの原料として有効利用されている。一般にソイルセメント壁工法は、セメント系固化材と水とを混合したセメントスラリー（セメントミルク）を地盤に注入し、削孔混練機械を用いて原位置で土と攪拌混合して硬化させ、山留め壁を造る工法であるが、高炉セメントはセメント系固化材として用いられている。高炉セメントは、普通ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を混合して製造され、ＪＩＳ−Ｒ５２１１の規格では、高炉スラグ微粉末の含有量によって、Ａ種（５％超〜３０％）、Ｂ種（３０％超〜６０％）及びＣ種（６０％超〜７０％）の３種類に分けられているが、ソイルセメント壁工法では高炉セメントＢ種が使用されており、高炉スラグ微粉末の含有量が高炉セメントＢ種よりも多い高炉セメントは使用されていないのが実状である。ソイルセメント壁工法において高炉セメントＢ種は、地盤１ｍ３中に１００〜４００ｋｇの割合で混入するのが一般的であるが、高炉セメントＢ種１トンを工場で製造するために約４００ｋｇの二酸化炭素を排出しているので、高炉セメントＢ種を用いて地盤１ｍ３を改良するためには、施工機械の運転や材料の運搬等などにより発生する二酸化炭素の排出を除き、４０〜１６０ｋｇの二酸化炭素を排出していることになる。そのため、ソイルセメント壁工法を実施する現場では、１）高炉スラグ微粉末を現在（高炉セメントＢ種）よりもっと多い割合で使用することにより、二酸化炭素の発生を抑制すること、２）セメントミルクと土壌を混合したソイルセメントスラリーに充分な流動性と流動保持性を持たせることにより、具体的にはフロー値が２００ｍｍ以上となるような流動性と流動保持性を持たせることにより、一定の作業時間内における応力負担材（Ｈ鋼）の挿入性を確保すると共に、地中へのセメントミルクの注入率を下げることにより、廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、３）セメントミルクと土壌との均一混合を促すことにより、ソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させること、以上の１）〜３）が同時に要求される。本発明はかかる要求に応えることができる高炉スラグ含有セメントスラリー組成物及びこれを用いたソイルセメントスラリーの調製方法に関する。
従来、ソイルセメントスラリーの流動化方法として、各種の流動化剤を添加する方法が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。また地盤改良において、高炉スラグ微粉末を現在よりもっと多い割合で使用することにより、二酸化炭素の発生を抑制する方法も知られている（例えば特許文献４〜７参照）。しかし、これらの従来法では、前記したソイルセメント壁工法における前記した１）〜３）の要求に同時に且つ充分に応えることができないという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、１）高炉スラグ微粉末を現在（高炉セメントＢ種）よりもっと多い割合で使用することにより、二酸化炭素の発生を抑制すること、２）セメントミルクと土壌を混合したソイルセメントスラリーに充分な流動性と流動保持性を持たせることにより、具体的にはフロー値が２００ｍｍ以上となるような流動性と流動保持性を持たせることにより、一定の作業時間内における応力負担材（Ｈ鋼）の挿入性を確保すると共に、地中へのセメントミルクの注入率を下げることにより、廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、３）セメントミルクと土壌との均一混合を促すことにより、ソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させること、以上の１）〜３）を同時に且つ充分に達成することができる高炉スラグ含有セメントスラリー組成物及びこれを用いたソイルセメントスラリーの調製方法を提供する処にある。
本発明者らは、前記の課題を解決すべく研究した結果、結合材として特定の３成分を特定割合で含有して成る高炉スラグ組成物を用い、また添加剤の少なくとも一部として特定の２成分を特定割合で含有して成る流動化剤を高炉スラグ組成物に対し特定割合で用いて、更に水／結合材の質量比を特定範囲に調製した高炉スラグ含有セメントスラリー組成物を用いることが正しく好適であることを見出した。
すなわち本発明は、少なくとも結合材、水、ベントナイト及び添加剤を含有する高炉スラグ含有セメントスラリー組成物であって、結合材として下記の高炉スラグ組成物を用い、また添加剤の少なくとも一部として下記の流動化剤を高炉スラグ組成物１００質量部当たり０．１〜５質量部の割合で含有し、更に水／結合材の質量比を１００〜２５０％に調製したことを特徴とする高炉スラグ含有セメントスラリー組成物に係る。
高炉スラグ組成物：粉末度が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末を６０〜７０質量％、ポルトランドセメントを２０〜３５質量％及び石膏を５〜１２質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成る高炉スラグ組成物。
流動化剤：下記のＡ成分を６５〜９９質量％及び下記のＢ成分を１〜３５質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成る流動化剤。
Ａ成分：分子中に下記の構成単位Ｌを４０〜６０モル％及び下記の構成単位Ｍを６０〜４０モル％（合計１００モル％）の割合で有する質量平均分子量２０００〜８００００の水溶性ビニル共重合体。
構成単位Ｌ：マレイン酸から形成された構成単位及びマレイン酸塩から形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上
構成単位Ｍ：分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレンから形成された構成単位及び分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンから形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上。
構成単位Ｍ：分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレンから形成された構成単位及び分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンから形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上。
Ｂ成分：グルコン酸、グルコン酸アルカリ金属塩及びショ糖から選ばれる一つ又は二つ以上
また本発明は、本発明に係る高炉スラグ含有セメントスラリー組成物を土壌１ｍ３当たり３００〜１２００ｋｇの割合で用いることを特徴とするソイルセメントスラリーの調製方法に係る。
本発明に係る高炉スラグ含有セメントスラリー組成物（以下、本発明のスラリー組成物という）は、少なくとも結合材、水、ベントナイト及び添加剤を含有して成るものである。本発明のスラリー組成物は、結合材として特定の３成分を所定割合で含有して成る高炉スラグ組成物を用いたものである。かかる高炉スラグ組成物は、粉末度が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末を６０〜７０質量％、ポルトランドセメントを２０〜３５質量％及び石膏を５〜１２質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成るものである。
前記の高炉スラグ微粉末には、粉末度が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇのものを使用するが、好ましくは粉末度が３５００〜６５００ｃｍ２／ｇのものを使用する。粉末度が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇの範囲を外れたものを使用すると、調製したソイルセメントスラリーの流動性が悪くなったり、得られる硬化体の強度が低下したりする。尚、本発明において粉末度は、ブレーン法による比表面積で表したものである。
またポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられるが、なかでも汎用の普通ポルトランドセメントが好ましい。
また石膏としては、無水石膏、二水石膏、半水石膏等が挙げられるが、なかでも無水石膏が好ましい。無水石膏としては、天然無水石膏や副産無水石膏等が挙げられるが、いずれにしてもそれを９０質量％以上の純度で含有するものが好ましい。無水石膏の粉末度は、２５００〜８０００ｃｍ２／ｇのものが好ましく、３０００〜６５００ｃｍ２／ｇのものがより好ましい。
本発明のスラリー組成物にはベントナイトを用いる。ベントナイトはモンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物であるが、かかるベントナイトとしては市販のものを使用できる。
本発明のスラリー組成物には、添加剤の少なくとも一部として特定の流動化剤を用いる。高炉スラグ微粉末の含有量の多い高炉セメントを用いたソイルセメントスラリーは、施工時において、従来のポルトランドセメントや高炉セメントＢ種を用いたソイルセメントスラリーに比べて流動性の低下が著しくなる傾向が強いため、本発明のスラリー組成物では、かかる流動性の低下を防止する目的で、流動保持性に優れた流動化剤として、Ａ成分とＢ成分とから成る特定の流動化剤を用いる。
Ａ成分は、分子中に構成単位Ｌを４０〜６０モル％及び構成単位Ｍを６０〜４０モル％（合計１００モル％）の割合で有する質量平均分子量２０００〜８００００の水溶性ビニル共重合体であり、ソイルセメントスラリーに優れた流動性を付与する。構成単位Ｌはマレイン酸から形成された構成単位及びマレイン酸塩から形成された構成単位から選ばれるものであり、構成単位Ｍは分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレンから形成された構成単位及び分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンから形成された構成単位から選ばれるものである。かかるＡ成分の水溶性ビニル共重合体は公知の方法（例えば特開２０１２−５１７３７号参照）で合成することができる。
Ｂ成分は、ソイルセメントスラリーに流動性を付与した後の経時的な流動性を良好に保つ。かかるＢ成分としては、グルコン酸、グルコン酸ナトリウム、グルコン酸カリウム、グルコン酸リチウム等のグルコン酸アルカリ金属塩、及びショ糖から選ばれる化合物が挙げられるが、なかでもグルコン酸ナトリウムが好ましい。
本発明のスラリー組成物に用いる流動化剤は、Ａ成分を６５〜９９質量％及びＢ成分を１〜３５質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成るものであるが、なかでもＡ成分を７５〜９７質量％及びＢ成分を３〜２５質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成るものが好ましい。かかる流動化剤はＡ成分とＢ成分を予め所定の比率で混合しておいたものを水に溶解した１液型の水溶液として使用することが好ましく、その使用量は結合材１００質量部当たり０．１〜５質量部の割合となるようにするが、好ましくは０．２〜３質量部の割合となるようにする。
本発明のスラリー組成物は公知の方法で調製することができる。例えば、高炉スラグ組成物とベントナイトと流動化剤及び水の各所定量をミキサーに投入して練り混ぜる方法で調製することができる。この際、ベントナイトは本発明のスラリー組成物それ自体の分離防止や水分逸散防止等の目的で用い、通常は本発明のスラリー組成物の０．３〜１０質量％となる範囲で用いる。また本発明のスラリー組成物は水／結合材の質量比が１００〜２５０％となるように調製するが、１５０〜２３０％とするように調製するのが好ましい。尚、本発明のスラリー組成物は、本発明の効果を損なわない範囲内で、必要に応じて、消泡剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、繊維等を添加して用いることもできる。
本発明に係るソイルセメントスラリーの調製方法では、以上説明した本発明のスラリー組成物を、土壌１ｍ３当たり３００〜１２００ｋｇ、好ましくは４００〜１０００ｋｇの割合で用いて土壌と混合し、ソイルセメントスラリーとする。土壌１ｍ３当たりの本発明のソイルセメントスラリーに要求される流動性、得られる硬化体に要求される強度、混合する土壌の性状等に応じて、適宜選択することができる。
本発明によると、山留め工事や地下止水工事等におけるソイルセメント壁工法において、１）高炉スラグ微粉末を現在（高炉セメントＢ種）よりもっと多い割合で使用することにより、二酸化炭素の発生を抑制すること、２）セメントミルクと土壌を混合したソイルセメントスラリーに充分な流動性と流動保持性を持たせることにより、具体的にはフロー値が２００ｍｍ以上となるような流動性と流動保持性を持たせることにより、一定の作業時間内における応力負担材（Ｈ鋼）の挿入性を確保すると共に、地中へのセメントミルクの注入率を下げることにより、廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、３）セメントミルクと土壌との均一混合を促すことにより、ソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させること、以上の１）〜３）を同時に且つ充分に達成することができるという効果がある。
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明が該実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例等において、別に記載しない限り、％は質量％を、また部は質量部を意味する。
試験区分１（流動化剤の調製）
・Ａ成分としての水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の合成
無水マレイン酸９８ｇ及びα−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝３３）オキシエチレン１５１２ｇを反応容器に仕込み、徐々に加温して攪拌しながら均一に溶解した後、反応容器内の雰囲気を窒素置換した。反応系の温度を温水浴にて８３℃に保ち、過酸化ベンゾイル２ｇを投入してラジカル重合反応を開始した。更に過酸化ベンゾイル３ｇを分割投入し、ラジカル重合反応を４時間継続して反応させた。得られた共重合体に水を加えて加水分解し、水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の４０％水溶液を得た。この水溶性ビニル共重合体（ａ−１）を分析したところ、マレイン酸から形成された構成単位／α−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレン（ｎ＝３３）から形成された構成単位＝５０／５０（モル比）の割合で有する質量平均分子量４２０００（ＧＰＣ法、プルラン換算）の水溶性ビニル共重合体であった。
・Ａ成分としての水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の合成
無水マレイン酸９８ｇ及びα−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝３３）オキシエチレン１５１２ｇを反応容器に仕込み、徐々に加温して攪拌しながら均一に溶解した後、反応容器内の雰囲気を窒素置換した。反応系の温度を温水浴にて８３℃に保ち、過酸化ベンゾイル２ｇを投入してラジカル重合反応を開始した。更に過酸化ベンゾイル３ｇを分割投入し、ラジカル重合反応を４時間継続して反応させた。得られた共重合体に水を加えて加水分解し、水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の４０％水溶液を得た。この水溶性ビニル共重合体（ａ−１）を分析したところ、マレイン酸から形成された構成単位／α−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレン（ｎ＝３３）から形成された構成単位＝５０／５０（モル比）の割合で有する質量平均分子量４２０００（ＧＰＣ法、プルラン換算）の水溶性ビニル共重合体であった。
・水溶性ビニル共重合体（ａ−３）の合成
α−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリ（ｎ＝３０）オキシエチレン１３７０ｇ（１．０モル）、マレイン酸１１６ｇ（１．０モル）及び水１７６０ｇを反応容器に仕込み、撹拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換した。反応系の温度を温水浴にて６０℃に保ち、過硫酸ナトリウムの２０％水溶液８ｇを加えてラジカル重合反応を開始した。更に過硫酸ナトリウムの２０％水溶液５ｇを加え、ラジカル重合反応を５時間継続して反応を完結し、水溶性ビニル共重合体を得た後、４８％水酸化ナトリウム水溶液１６７ｇ（２．０モル）を加えて中和し、水を３９０ｇ加えて水溶性ビニル共重合体（ａ−３）の４０％水溶液を得た。水溶性ビニル共重合体（ａ−３）を分析したところ、マレイン酸ナトリウムから形成された構成単位／α−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレン（ｎ＝３０）から形成された構成単位＝５０／５０（モル比）の割合で有する質量平均分子量５１６００（ＧＰＣ法、プルラン換算）の水溶性ビニル共重合体であった。
α−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリ（ｎ＝３０）オキシエチレン１３７０ｇ（１．０モル）、マレイン酸１１６ｇ（１．０モル）及び水１７６０ｇを反応容器に仕込み、撹拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換した。反応系の温度を温水浴にて６０℃に保ち、過硫酸ナトリウムの２０％水溶液８ｇを加えてラジカル重合反応を開始した。更に過硫酸ナトリウムの２０％水溶液５ｇを加え、ラジカル重合反応を５時間継続して反応を完結し、水溶性ビニル共重合体を得た後、４８％水酸化ナトリウム水溶液１６７ｇ（２．０モル）を加えて中和し、水を３９０ｇ加えて水溶性ビニル共重合体（ａ−３）の４０％水溶液を得た。水溶性ビニル共重合体（ａ−３）を分析したところ、マレイン酸ナトリウムから形成された構成単位／α−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレン（ｎ＝３０）から形成された構成単位＝５０／５０（モル比）の割合で有する質量平均分子量５１６００（ＧＰＣ法、プルラン換算）の水溶性ビニル共重合体であった。
水溶性ビニル共重合体（ａ−２）、（ａｒ−１）、（ａｒ−２）及び（ａｒ−５）の合成
水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の合成と同様にして、水溶性ビニル共重合体（ａ−２）、（ａｒ−１）、（ａｒ−２）及び（ａｒ−５）を合成した。
水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の合成と同様にして、水溶性ビニル共重合体（ａ−２）、（ａｒ−１）、（ａｒ−２）及び（ａｒ−５）を合成した。
水溶性ビニル共重合体（ａｒ−３）及び（ａｒ−４）の合成
水溶性ビニル共重合体（ａ−３）の合成と同様にして、水溶性ビニル共重合体（ａｒ−３）及び（ａｒ−４）を合成した。以上で合成したＡ成分としての水溶性ビニル共重合体の内容を表１にまとめて示した。
水溶性ビニル共重合体（ａ−３）の合成と同様にして、水溶性ビニル共重合体（ａｒ−３）及び（ａｒ−４）を合成した。以上で合成したＡ成分としての水溶性ビニル共重合体の内容を表１にまとめて示した。
表１において、
質量平均分子量：ＧＰＣ法、プルラン換算
Ｌ−１：マレイン酸から形成された構成単位
Ｌ−２：マレイン酸ナトリウムから形成された構成単位
Ｍ−１：α−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝３３）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−２：α−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝６８）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−３：α−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリ（ｎ＝３０）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−４：α−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリ（ｎ＝１０５）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−５：α−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝９）オキシエチレンから形成された構成単位
質量平均分子量：ＧＰＣ法、プルラン換算
Ｌ−１：マレイン酸から形成された構成単位
Ｌ−２：マレイン酸ナトリウムから形成された構成単位
Ｍ−１：α−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝３３）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−２：α−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝６８）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−３：α−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリ（ｎ＝３０）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−４：α−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリ（ｎ＝１０５）オキシエチレンから形成された構成単位
Ｍ−５：α−アリル−ω−メチル−ポリ（ｎ＝９）オキシエチレンから形成された構成単位
・流動化剤（ｄ−１）の調製
Ａ成分として表１に記載の水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の４０％水溶液を２２５部、Ｂ成分としてグルコン酸ナトリウム（試薬一級）を１０部及び水１５部をガラス容器に投入して撹拌混合し、水溶性ビニル共重合体（ａ−１）を９０質量％及びグルコン酸ナトリウムを１０質量％（合計１００質量％）の割合で含有する流動化剤（ｄ−１）の４０％水溶液を調製した。
Ａ成分として表１に記載の水溶性ビニル共重合体（ａ−１）の４０％水溶液を２２５部、Ｂ成分としてグルコン酸ナトリウム（試薬一級）を１０部及び水１５部をガラス容器に投入して撹拌混合し、水溶性ビニル共重合体（ａ−１）を９０質量％及びグルコン酸ナトリウムを１０質量％（合計１００質量％）の割合で含有する流動化剤（ｄ−１）の４０％水溶液を調製した。
・流動化剤（ｄ−２）〜（d−８）及び（ｄｒ−１）〜（ｄｒ−１１）の調製
流動化剤（ｄ−１）の調製と同様にして、流動化剤（ｄ−２）〜（ｄ−８）の水溶液及び流動化剤（ｄｒ−１）〜（ｄｒ−１１）の水溶液を調製した。調製した各流動化剤の内容を表２にまとめて示した。
流動化剤（ｄ−１）の調製と同様にして、流動化剤（ｄ−２）〜（ｄ−８）の水溶液及び流動化剤（ｄｒ−１）〜（ｄｒ−１１）の水溶液を調製した。調製した各流動化剤の内容を表２にまとめて示した。
表２において、
ａ−１〜ａ−３，ａｒ−１〜ａｒ−５：試験区分１で合成した表１に記載の水溶性ビニル共重合体
ｂ−１：グルコン酸ナトリウム
ｂ−２：グルコン酸
ｃ−１：ショ糖
＊１：ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩を主成分とする分散剤
＊２：ポリアクリル酸塩を主成分とする分散剤
＊３：リグニンスルホン酸塩を主成分とする分散剤
ａ−１〜ａ−３，ａｒ−１〜ａｒ−５：試験区分１で合成した表１に記載の水溶性ビニル共重合体
ｂ−１：グルコン酸ナトリウム
ｂ−２：グルコン酸
ｃ−１：ショ糖
＊１：ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩を主成分とする分散剤
＊２：ポリアクリル酸塩を主成分とする分散剤
＊３：リグニンスルホン酸塩を主成分とする分散剤
試験区分２（高炉スラグ組成物の調製）
表３に記載の調合条件で、高炉スラグ微粉末、ポルトランドセメント及び石膏を用いて高炉スラグ組成物（Ｓ−１）、（Ｓ−２）及び（ＳＲ−１）を調製した。
表３に記載の調合条件で、高炉スラグ微粉末、ポルトランドセメント及び石膏を用いて高炉スラグ組成物（Ｓ−１）、（Ｓ−２）及び（ＳＲ−１）を調製した。
表３において、
ｓｇ−１：粉末度が４１００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末
ｓｇ−２：粉末度が５９００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末
ｇｐ−１：粉末度が４１５０ｃｍ２／ｇの無水石膏
Ｎ：普通ポルトランドセメント
ｓｇ−１：粉末度が４１００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末
ｓｇ−２：粉末度が５９００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末
ｇｐ−１：粉末度が４１５０ｃｍ２／ｇの無水石膏
Ｎ：普通ポルトランドセメント
試験区分３（セメントスラリー組成物の調製）
実施例１〜１５及び比較例１〜２１
表４に記載の配合条件で、ホバートミキサーに、表３に記載の高炉スラグ組成物（Ｓ−１）、ベントナイト及び練り混ぜ水（水道水）の所定量を順次投入し、また表２に記載の流動化剤の所定量を投入して練り混ぜ、表４に記載した実施例１〜１５のセメントスラリー組成物（ＳＬ−１）〜（ＳＬ−１５）及び比較例１〜２１のセメントスラリー組成物（ＲＳＬ−１）〜（ＲＳＬ−２１）を調製した。
実施例１〜１５及び比較例１〜２１
表４に記載の配合条件で、ホバートミキサーに、表３に記載の高炉スラグ組成物（Ｓ−１）、ベントナイト及び練り混ぜ水（水道水）の所定量を順次投入し、また表２に記載の流動化剤の所定量を投入して練り混ぜ、表４に記載した実施例１〜１５のセメントスラリー組成物（ＳＬ−１）〜（ＳＬ−１５）及び比較例１〜２１のセメントスラリー組成物（ＲＳＬ−１）〜（ＲＳＬ−２１）を調製した。
表４において、
Ｓ−１，Ｓ−２，ＳＲ−１：表３に記載の高炉スラグ組成物
ｄ−１〜ｄ−８，ｄｒ−１〜ｄｒ−１１：表２に記載の流動化剤
流動化剤の使用量：高炉スラグ組成物１００質量部当たりの流動化剤の質量部
＊４：高炉セメントＢ種（密度＝３．０４ｇ／ｃｍ３、ブレーン値３８５０ｃｍ２／ｇ）
Ｓ−１，Ｓ−２，ＳＲ−１：表３に記載の高炉スラグ組成物
ｄ−１〜ｄ−８，ｄｒ−１〜ｄｒ−１１：表２に記載の流動化剤
流動化剤の使用量：高炉スラグ組成物１００質量部当たりの流動化剤の質量部
＊４：高炉セメントＢ種（密度＝３．０４ｇ／ｃｍ３、ブレーン値３８５０ｃｍ２／ｇ）
試験区分４（ソイルセメントスラリーの調製及び評価）
実施例１６〜３０及び比較例２２〜４２
・ソイルセメントスラリーの調製
表４に記載のセメントスラリー組成物を用い、材齢２８日で２Ｎ／ｍｍ２以上の一軸圧縮強度が得られることを目標に想定して、土壌１ｍ３当たりのセメントスラリー組成物の使用量（ｋｇ）を定めた。すなわち、表４に記載のセメントスラリー組成物の所定量をホバートミキサーに投入した後、表５に記載の物性値を有する混合土（地盤を掘削して得た粘性土を、珪砂と、粘性土／珪砂＝３／１（質量比）の割合で混合したもの）を加えて撹拌混合し、ソイルセメントスラリーを調製した。各例で調製したソイルセメントスラリーの内容を表６にまとめて示した。また二酸化炭素の排出量の低減効果についても表６にまとめて示した。
実施例１６〜３０及び比較例２２〜４２
・ソイルセメントスラリーの調製
表４に記載のセメントスラリー組成物を用い、材齢２８日で２Ｎ／ｍｍ２以上の一軸圧縮強度が得られることを目標に想定して、土壌１ｍ３当たりのセメントスラリー組成物の使用量（ｋｇ）を定めた。すなわち、表４に記載のセメントスラリー組成物の所定量をホバートミキサーに投入した後、表５に記載の物性値を有する混合土（地盤を掘削して得た粘性土を、珪砂と、粘性土／珪砂＝３／１（質量比）の割合で混合したもの）を加えて撹拌混合し、ソイルセメントスラリーを調製した。各例で調製したソイルセメントスラリーの内容を表６にまとめて示した。また二酸化炭素の排出量の低減効果についても表６にまとめて示した。
・ソイルセメントスラリーの物性評価
調製した各例のソイルセメントスラリーについて、練り混ぜ直後のフロー値及び練り混ぜてから１２０分経過後のフロー値を次のように求め、双方からフロー残存率を計算すると共に、得られた硬化体について、一軸圧縮強度及び透水比を次のように求め、結果を表７にまとめて示した。
調製した各例のソイルセメントスラリーについて、練り混ぜ直後のフロー値及び練り混ぜてから１２０分経過後のフロー値を次のように求め、双方からフロー残存率を計算すると共に、得られた硬化体について、一軸圧縮強度及び透水比を次のように求め、結果を表７にまとめて示した。
フロー値：ＪＩＳ−Ｒ５２０１に準拠し、練り混ぜ直後と１２０分後にフロー試験を行い、１５回落差後のフロー値（ｍｍ）を測定した。
フロー残存率：（２時間静置後のフロー値／練り混ぜ直後のフロー値）×１００で求めた。
一軸圧縮強度試験：ＪＩＳ−Ａ１１０８に準拠し、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの型枠を用いて成形した成形品について、材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を測定した。
透水比：ＪＩＳ−Ａ１４０４に準拠し、直径１５０ｍｍ×高さ４０ｍｍの金属製型枠にソイルセメントスラリーを充填した後、ポリエチレンフィルムで表面を覆って、温度２０℃、湿度８０％の恒温室に２８日間養生し、脱型後に表面を平滑に仕上げて、試験体を作製した。この試験体の上下両面の中央に、直径５ｃｍの円孔をもつ厚さ１ｃｍのゴムガスケットを当て、均一に締め付けた後、上面から９．８ｋＰａの水圧を１時間かけて透水試験をおこなった。透水の目安として、下記の透水比を算出した。ここで透水比の数値が小さいほど遮水性が優れていることを意味する。
透水比＝各例のソイルセメントスラリーから作製した試験体の透水量（ｇ）／比較例２２のソイルセメントスラリーから作製した試験体の透水量（ｇ）
透水比＝各例のソイルセメントスラリーから作製した試験体の透水量（ｇ）／比較例２２のソイルセメントスラリーから作製した試験体の透水量（ｇ）
表６において、
ＳＬ−１〜ＳＬ−１５，ＲＳＬ−１〜ＲＳＬ−２１：表４に記載のセメントスラリー組成物
注入量：混合土１ｍ３当たりのセメントスラリー組成物の注入量（ｋｇ）
注入率容積：混合土１ｍ３当たりのセメントスラリー組成物の注入割合（容積％）
結合材の含有量：混合土１ｍ３当たりの結合材として用いた高炉スラグ組成物又は高炉セメントＢ種の含有量
二酸化炭素の排出量：混合土１ｍ３当たりに用いた結合材の製造に必要なエネルギーに由来する二酸化炭素の排出量を計算から求めた値（ｋｇ／混合土１ｍ３）
ＳＬ−１〜ＳＬ−１５，ＲＳＬ−１〜ＲＳＬ−２１：表４に記載のセメントスラリー組成物
注入量：混合土１ｍ３当たりのセメントスラリー組成物の注入量（ｋｇ）
注入率容積：混合土１ｍ３当たりのセメントスラリー組成物の注入割合（容積％）
結合材の含有量：混合土１ｍ３当たりの結合材として用いた高炉スラグ組成物又は高炉セメントＢ種の含有量
二酸化炭素の排出量：混合土１ｍ３当たりに用いた結合材の製造に必要なエネルギーに由来する二酸化炭素の排出量を計算から求めた値（ｋｇ／混合土１ｍ３）
表７において、
＊５：流動化剤の添加量を増やしても目標のフロー値に達しなかったので測定しなかった。
＊５：流動化剤の添加量を増やしても目標のフロー値に達しなかったので測定しなかった。
表６及び表７から明らかなように、各実施例で調製したソイルセメントスラリーによると、１）高炉スラグ微粉末を現在（高炉セメントＢ種）よりもっと多い割合で使用することにより、二酸化炭素の発生を抑制すること、２）セメントミルクと土壌を混合したソイルセメントスラリーに充分な流動性と流動保持性を持たせることにより、具体的にはフロー値が２００ｍｍ以上となるような流動性と流動保持性を持たせることにより、一定の作業時間内における応力負担材（Ｈ鋼）の挿入性を確保すると共に、地中へのセメントミルクの注入率を下げることにより、廃棄することとなる建設汚泥の発生量を抑えること、３）セメントミルクと土壌との均一混合を促すことにより、ソイルセメント壁に充分な止水性及び強度等を発現させること、以上の１）〜３）を同時に且つ充分に達成することができる。
Claims (5)
- 少なくとも結合材、水、ベントナイト及び添加剤を含有する高炉スラグセメントスラリー組成物であって、結合材として下記の高炉スラグ組成物を用い、また添加剤の少なくとも一部として下記の流動化剤を高炉スラグ組成物１００質量部当たり０．１〜５質量部の割合で含有し、更に水／結合材の質量比を１００〜２５０％に調製したことを特徴とする高炉スラグ含有セメントスラリー組成物。
高炉スラグ組成物：粉末度が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇの高炉スラグ微粉末を６０〜７０質量％、ポルトランドセメントを２０〜３５質量％及び石膏を５〜１２質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成る高炉スラグ組成物。
流動化剤：下記のＡ成分を６５〜９９質量％及び下記のＢ成分を１〜３５質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成る流動化剤。
Ａ成分：分子中に下記の構成単位Ｌを４０〜６０モル％及び下記の構成単位Ｍを６０〜４０モル％（合計１００モル％）の割合で有する質量平均分子量２０００〜８００００の水溶性ビニル共重合体。
構成単位Ｌ：マレイン酸から形成された構成単位及びマレイン酸塩から形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上
構成単位Ｍ：分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−メチル−ポリオキシエチレンから形成された構成単位及び分子中に１５〜８０個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するα−アリル−ω−ヒドロキシ−ポリオキシエチレンから形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上。
Ｂ成分：グルコン酸、グルコン酸アルカリ金属塩及びショ糖から選ばれる一つ又は二つ以上 - Ｂ成分がグルコン酸ナトリウム塩である請求項１記載の高炉スラグ含有セメントスラリー組成物。
- 流動化剤がＡ成分を７５〜９７質量％及びＢ成分を３〜２５質量％（合計１００質量％）の割合で含有して成るものである請求項１又は２記載の高炉スラグ含有セメントスラリー組成物。
- 高炉スラグ組成物１００質量部当たり、流動化剤を０．２〜３質量部の割合で含有する請求項１〜３のいずれか一つの項記載の高炉スラグ含有セメントスラリー組成物。
- 請求項１〜４のいずれか一つの項記載の高炉スラグ含有セメントスラリー組成物を土壌１ｍ３当たり３００〜１２００ｋｇの割合で用いることを特徴とするソイルセメントスラリーの調製方法。
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| JP2012264186A JP6132527B2 (ja) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 高炉スラグ含有セメントスラリー組成物及びこれを用いたソイルセメントスラリーの調製方法 |
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| JP2012264186A JP6132527B2 (ja) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 高炉スラグ含有セメントスラリー組成物及びこれを用いたソイルセメントスラリーの調製方法 |
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