JP6382540B2 - グラウト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、地盤中の空洞または空隙に充填して固化物を形成するためのグラウトに関する。
従来から、地盤や、建設構造物や、地盤と建設構造物の境界面等における空洞または空隙に充填するためのグラウト材として、ベントナイトとセメントを混合してなるセメントベントナイト溶液や、セメントスラリー及び気泡剤を用いてなる発泡セメントミルクや、発泡セメントミルクと砂とからなる発泡セメントモルタルや、セメントベントナイト溶液にメチルセルロース系等の材料分離防止剤を加えたものなどが、使用されている。なお、セメントスラリーの材料分離を防止するために、特殊な界面活性剤を用いることもある。
しかし、これらセメント系のグラウトは、高アルカリ性である。このため、例えば、内部に水が溜まった空洞に、当該グラウトを充填した場合、グラウトと接触した水が、ｐＨ１２〜１４程度のアルカリ性になる。その結果、この高ｐＨの水が浸み込んだ地盤が、植生に悪影響を及ぼしたり、あるいは、この高ｐＨの水が、河川、湖、海等に流れ込んで魚介類等に悪影響を及ぼす可能性がある。
このため、中性域（例えば、５．８〜８．６）のｐＨを有するグラウトが求められてきた。
しかし、これらセメント系のグラウトは、高アルカリ性である。このため、例えば、内部に水が溜まった空洞に、当該グラウトを充填した場合、グラウトと接触した水が、ｐＨ１２〜１４程度のアルカリ性になる。その結果、この高ｐＨの水が浸み込んだ地盤が、植生に悪影響を及ぼしたり、あるいは、この高ｐＨの水が、河川、湖、海等に流れ込んで魚介類等に悪影響を及ぼす可能性がある。
このため、中性域（例えば、５．８〜８．６）のｐＨを有するグラウトが求められてきた。
中性域のｐＨを有しうるグラウトとして、例えば、硫酸アルミニウムおよ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％水稀釈液がｐＨ４．０〜８．０となるごとき配合比においてセメントと配合して得られるセメント組成物が、提案されている（特許文献１）。この文献には、前記の硫酸アルミニウムとアルカリ性アルカリ土類金属化合物の配合比は、セメント組成物のスラリーのｐＨが約７．０〜１０．５の範囲となるごとく設定するのが好ましいと記載されている。例えば、この文献中の実施例１では、硫酸アルミニウムに水酸化マグネシウムを加えて微粉砕した後、得られた粉末とポルトランドセメントを混合してセメント組成物を調製し、次いで、該セメント組成物に水を撹拌しながら徐々に加えて、ｐＨ７．０〜７．５の均一なスラリーを得ている。
しかし、この特許文献１の技術は実用化されておらず、また、実際に再現試験を行なったところ、得られるスラリーのｐＨには非常にばらつきがあり、かつ材齢７日の一軸圧縮強さが０．１Ｎ／ｍｍ２以下となるため、実用上の使用が困難であることがわかった。
しかし、この特許文献１の技術は実用化されておらず、また、実際に再現試験を行なったところ、得られるスラリーのｐＨには非常にばらつきがあり、かつ材齢７日の一軸圧縮強さが０．１Ｎ／ｍｍ２以下となるため、実用上の使用が困難であることがわかった。
上述の事情下において、近年、硫酸塩、マグネシウム化合物及び水を含むことを特徴とするグラウトが提案されている（特許文献２）。このグラウトは、圧送及び充填時に、中性域のｐＨを示し、水中での材料分離が生じず、良好な可塑性（適度なフロー値）を有し、充填後に、大きな固化強度を発現しうるものである。
特許文献２には、硫酸塩として硫酸アルミニウムを用い、かつ、増粘剤としてグアガムを用いた実施例のみが記載されている。
この点、特許文献２に実施例として記載された実施形態以外の実施形態を採用することによって、固化強度等の物性をさらに向上させることができるか否かについて、検討の余地が残っている。
本発明は、圧送及び充填時に、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を示し、水中での材料分離が生じず、良好な可塑性（流動性；適度なフロー値）を有し、充填後に、大きな固化強度を発現することのできるグラウトを提供することを目的とする。
この点、特許文献２に実施例として記載された実施形態以外の実施形態を採用することによって、固化強度等の物性をさらに向上させることができるか否かについて、検討の余地が残っている。
本発明は、圧送及び充填時に、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を示し、水中での材料分離が生じず、良好な可塑性（流動性；適度なフロー値）を有し、充填後に、大きな固化強度を発現することのできるグラウトを提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、酸もしくはその塩、マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を含むグラウトによれば、前記本発明の目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、以下の［１］〜［５］を提供する。
［１］ 酸もしくはその塩、マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を含むことを特徴とするグラウト。
［２］ 上記酸もしくはその塩が、硫酸アルミニウム、または、硫酸アルミニウムと酸もしくは硫酸アルミニウム以外の酸の塩の組み合わせである前記［１］に記載のグラウト。
［３］ 上記補助材が、炭酸カルシウム粉末、珪石粉末または頁岩粉末である前記［１］又は［２］に記載のグラウト。
［４］ 上記増粘剤が、グアガム、グリコール系増粘剤またはエステル系増粘剤である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のグラウト。
［５］ 前記［１］〜［４］のいずれかに記載のグラウトを製造するための方法であって、酸もしくはその塩及び水を含む材料Ａと、マグネシウム含有物質、補助材及び水を含む材料Ｂ（ただし、材料Ａ、Ｂのいずれか一方または両方が、増粘剤を含む。）を混合して、上記グラウトを製造するものであり、上記グラウトの練り上がり時の温度が１３℃以上になるように、上記材料Ａ及び上記材料Ｂを構成する各材料の温度を調整することを特徴とするグラウトの製造方法。
［１］ 酸もしくはその塩、マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を含むことを特徴とするグラウト。
［２］ 上記酸もしくはその塩が、硫酸アルミニウム、または、硫酸アルミニウムと酸もしくは硫酸アルミニウム以外の酸の塩の組み合わせである前記［１］に記載のグラウト。
［３］ 上記補助材が、炭酸カルシウム粉末、珪石粉末または頁岩粉末である前記［１］又は［２］に記載のグラウト。
［４］ 上記増粘剤が、グアガム、グリコール系増粘剤またはエステル系増粘剤である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のグラウト。
［５］ 前記［１］〜［４］のいずれかに記載のグラウトを製造するための方法であって、酸もしくはその塩及び水を含む材料Ａと、マグネシウム含有物質、補助材及び水を含む材料Ｂ（ただし、材料Ａ、Ｂのいずれか一方または両方が、増粘剤を含む。）を混合して、上記グラウトを製造するものであり、上記グラウトの練り上がり時の温度が１３℃以上になるように、上記材料Ａ及び上記材料Ｂを構成する各材料の温度を調整することを特徴とするグラウトの製造方法。
本発明によれば、本発明のグラウトを構成する酸もしくはその塩として、例えば、硫酸アルミニウムと、硝酸等の酸の組み合わせを採用することによって、強度発現性を向上させることができる。
また、本発明によれば、本発明のグラウトを構成する補助材として、例えば、炭酸カルシウム粉末と珪石粉末の組み合わせを採用することによって、強度発現性を向上させることができる。
また、本発明によれば、本発明のグラウトを構成する増粘剤として、例えば、エステル系増粘剤を採用することによって、増粘剤の溶解性等を向上させることができる。
さらに、本発明によれば、グラウトの練り上がり時の温度を特定の値（１３℃）以上に調整することによって、グラウトの養生温度が低くても、良好な強度発現性を得ることができる。
また、本発明によれば、本発明のグラウトを構成する補助材として、例えば、炭酸カルシウム粉末と珪石粉末の組み合わせを採用することによって、強度発現性を向上させることができる。
また、本発明によれば、本発明のグラウトを構成する増粘剤として、例えば、エステル系増粘剤を採用することによって、増粘剤の溶解性等を向上させることができる。
さらに、本発明によれば、グラウトの練り上がり時の温度を特定の値（１３℃）以上に調整することによって、グラウトの養生温度が低くても、良好な強度発現性を得ることができる。
本発明のグラウトは、酸もしくはその塩、マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を含むものである。
本発明において、酸もしくはその塩は、圧送及び充填時に、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するスラリーを調製し、かつ、充填後に、大きな固化強度を有する固化物を形成するために用いられる。
本発明で用いられる酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、酢酸等が挙げられる。
本発明で用いられる酸の塩としては、硫酸塩、硝酸塩、塩化物等が挙げられる。
硫酸塩としては、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄（硫酸鉄（II））、硫酸カリウムアルミニウム（カリウムミョウバン）、硫酸ナトリウムアルミニウム（ナトリウムミョウバン）等の水溶性硫酸塩等が挙げられる。中でも、硫酸アルミニウムは、ｐＨを調整する能力に優れ、かつ水溶液として安価に一般販売されている点で、性能的にも経済的にも好ましい。
硝酸塩としては、硝酸鉄等が挙げられる。
塩化物としては、塩化鉄（III）、塩化鉄（II）、ポリ塩化アルミニウム等が挙げられる。
酸の塩は、粉末と水溶液のいずれの形態で用いてもよい。
本発明において、酸もしくはその塩は、圧送及び充填時に、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するスラリーを調製し、かつ、充填後に、大きな固化強度を有する固化物を形成するために用いられる。
本発明で用いられる酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、酢酸等が挙げられる。
本発明で用いられる酸の塩としては、硫酸塩、硝酸塩、塩化物等が挙げられる。
硫酸塩としては、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄（硫酸鉄（II））、硫酸カリウムアルミニウム（カリウムミョウバン）、硫酸ナトリウムアルミニウム（ナトリウムミョウバン）等の水溶性硫酸塩等が挙げられる。中でも、硫酸アルミニウムは、ｐＨを調整する能力に優れ、かつ水溶液として安価に一般販売されている点で、性能的にも経済的にも好ましい。
硝酸塩としては、硝酸鉄等が挙げられる。
塩化物としては、塩化鉄（III）、塩化鉄（II）、ポリ塩化アルミニウム等が挙げられる。
酸の塩は、粉末と水溶液のいずれの形態で用いてもよい。
マグネシウム含有物質は、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有し、かつ大きな固化強度を発現しうるスラリーを得るために用いられる。マグネシウム含有物質に代えて、カルシウム化合物（例えば、水酸化カルシウム、酸化カルシウム等）、ナトリウム化合物（例えば、水酸化ナトリウム、酸化ナトリウム等）等の、他のアルカリ土類金属もしくはアルカリ金属の化合物を含有する物質を用いた場合には、０．１Ｎ／ｍｍ２以上の一軸圧縮強さを有するスラリー（グラウト）を得ることが困難である。
マグネシウム含有物質としては、酸化マグネシウム含有物質や、酸化マグネシウム含有物質の部分水和物等が挙げられる。
なお、マグネシウム含有物質は、粉末とスラリーのいずれの形態で用いてもよい。
マグネシウム含有物質としては、酸化マグネシウム含有物質や、酸化マグネシウム含有物質の部分水和物等が挙げられる。
なお、マグネシウム含有物質は、粉末とスラリーのいずれの形態で用いてもよい。
酸化マグネシウム含有物質としては、軽焼マグネシア、重焼マグネシア、酸化マグネシウム試薬等が挙げられる。中でも、軽焼マグネシアは、本発明のグラウトの他の成分と反応し易く、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するスラリーを容易に得ることができる点で、好ましい。
軽焼マグネシアは、例えば、炭酸マグネシウム及び／又は水酸化マグネシウムを主成分とする物質（例えば、鉱物、海水成分等の天然資源）を６００〜１，３００℃で焼成することによって得ることができる。
ここで、炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物としては、マグネサイト、ドロマイト等が挙げられる。水酸化マグネシウムを主成分とする鉱物等としては、ブルーサイトや、海水から製造される水酸化マグネシウム等が挙げられる。
軽焼マグネシアは、例えば、炭酸マグネシウム及び／又は水酸化マグネシウムを主成分とする物質（例えば、鉱物、海水成分等の天然資源）を６００〜１，３００℃で焼成することによって得ることができる。
ここで、炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物としては、マグネサイト、ドロマイト等が挙げられる。水酸化マグネシウムを主成分とする鉱物等としては、ブルーサイトや、海水から製造される水酸化マグネシウム等が挙げられる。
酸化マグネシウム含有物質の部分水和物としては、軽焼マグネシアの部分水和物が挙げられる。軽焼マグネシアの部分水和物は、例えば、（ｉ）軽焼マグネシアに水を添加して混合する方法、（ｉｉ）軽焼マグネシアを相対湿度８０％以上の環境下に、１週間以上保持する方法、等によって得ることができる。本発明で用いられる軽焼マグネシアまたはその部分水和物のブレーン比表面積は、他の成分との反応性等の観点から、好ましくは４，０００〜２０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは５，０００〜７，０００ｃｍ２／ｇである。
本発明で用いられる軽焼マグネシアの部分水和物中、酸化マグネシウムの含有率は、好ましくは６５〜１００質量％、より好ましくは７０〜１００質量％、特に好ましくは７５〜１００質量％である。軽焼マグネシアの部分水和物中、水酸化マグネシウムの含有率は、好ましくは３．５〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、特に好ましくは７〜１０質量％である。酸化マグネシウムの含有率が６５質量％未満、あるいは水酸化マグネシウムの含有率が３０質量％を超えると、強度発現性が低下することがある。
本発明で用いられる軽焼マグネシアの部分水和物中、酸化マグネシウムの含有率は、好ましくは６５〜１００質量％、より好ましくは７０〜１００質量％、特に好ましくは７５〜１００質量％である。軽焼マグネシアの部分水和物中、水酸化マグネシウムの含有率は、好ましくは３．５〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、特に好ましくは７〜１０質量％である。酸化マグネシウムの含有率が６５質量％未満、あるいは水酸化マグネシウムの含有率が３０質量％を超えると、強度発現性が低下することがある。
マグネシウム含有物質の量は、酸もしくはその塩（無水物換算）１００質量部に対して、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算で、好ましくは１００〜５００質量部、より好ましくは１３０〜４００質量部、特に好ましくは１６０〜３００質量部である。該量が１００質量部未満では、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するスラリーを得ることが困難な場合がある。該量が５００質量部を超えると、ｐＨがアルカリ領域となる。
本発明において、補助材は、固化強度や水中不分離性等の向上のために用いられる。
補助材としては、炭酸カルシウム粉末、珪石粉末または頁岩粉末を使用することができる。これら３種の粉末は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
ここで、炭酸カルシウム粉末としては、石灰石や貝殻の粉砕物等を使用することができる。また、本明細書中、「炭酸カルシウム粉末」は、炭酸カルシウム以外の不純物を含有することができる。炭酸カルシウム粉末中の不純物の含有率は、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下である。
補助材のブレーン比表面積は、固化強度や水中不分離性等の観点から、好ましくは２，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇである。
補助材の量は、酸もしくはその塩（無水物換算）１００質量部に対して、好ましくは２００質量部以下、より好ましくは３０〜２００質量部、特に好ましくは４０〜１００質量部である。該量が２００質量部を超えると、固化強度、水中不分離性等の向上の効果が頭打ちまたは低下することがある。
補助材は、粉末とスラリーのいずれの形態で用いてもよい。
なお、本発明のグラウトを、後述するＡ材とＢ材を混合して製造する場合には、補助材は、Ｂ材に含ませることが好ましい。補助材をＡ材に含ませた場合には、発泡によって練混ぜ（製造）が困難となる場合がある。
補助材としては、炭酸カルシウム粉末、珪石粉末または頁岩粉末を使用することができる。これら３種の粉末は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
ここで、炭酸カルシウム粉末としては、石灰石や貝殻の粉砕物等を使用することができる。また、本明細書中、「炭酸カルシウム粉末」は、炭酸カルシウム以外の不純物を含有することができる。炭酸カルシウム粉末中の不純物の含有率は、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下である。
補助材のブレーン比表面積は、固化強度や水中不分離性等の観点から、好ましくは２，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇである。
補助材の量は、酸もしくはその塩（無水物換算）１００質量部に対して、好ましくは２００質量部以下、より好ましくは３０〜２００質量部、特に好ましくは４０〜１００質量部である。該量が２００質量部を超えると、固化強度、水中不分離性等の向上の効果が頭打ちまたは低下することがある。
補助材は、粉末とスラリーのいずれの形態で用いてもよい。
なお、本発明のグラウトを、後述するＡ材とＢ材を混合して製造する場合には、補助材は、Ｂ材に含ませることが好ましい。補助材をＡ材に含ませた場合には、発泡によって練混ぜ（製造）が困難となる場合がある。
増粘剤は、内部に水が溜まった空洞等に充填する場合の水中不分離性等の向上のために用いられる。
増粘剤としては、天然多糖類（例えば、ガラクトマンナン）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、エステル系増粘剤、グリコール系増粘剤等が挙げられる。
中でも、ガラクトマンナン、エステル系増粘剤、グリコール系増粘剤は、可塑性及び水中不分離性の観点から、好ましい。また、エステル系増粘剤、グリコール系増粘剤は、混練水への溶解性、及び、強度発現性の観点から、好ましい。
ガラクトマンナンとは、Ｄ−マンノース主鎖及びＤ−ガラクトース側鎖を有する多糖類であり、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。中でも、グアガムは、可塑性、水中不分離性等の観点から、好ましい。
増粘剤に代えて界面活性剤を用いた場合、数分間しか水中不分離性を発揮できないことがある。
増粘剤の量は、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、好ましくは４０質量部以下、より好ましくは０．２〜２０質量部、特に好ましくは０．５〜１０質量部である。該量が４０質量部を超えると、水中不分離性等の向上の効果が頭打ちになるため、増粘剤のコストの点で不利であり、また、過剰添加により流動性が低下するので、充填性の点でも不利である。
増粘剤としては、天然多糖類（例えば、ガラクトマンナン）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、エステル系増粘剤、グリコール系増粘剤等が挙げられる。
中でも、ガラクトマンナン、エステル系増粘剤、グリコール系増粘剤は、可塑性及び水中不分離性の観点から、好ましい。また、エステル系増粘剤、グリコール系増粘剤は、混練水への溶解性、及び、強度発現性の観点から、好ましい。
ガラクトマンナンとは、Ｄ−マンノース主鎖及びＤ−ガラクトース側鎖を有する多糖類であり、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。中でも、グアガムは、可塑性、水中不分離性等の観点から、好ましい。
増粘剤に代えて界面活性剤を用いた場合、数分間しか水中不分離性を発揮できないことがある。
増粘剤の量は、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、好ましくは４０質量部以下、より好ましくは０．２〜２０質量部、特に好ましくは０．５〜１０質量部である。該量が４０質量部を超えると、水中不分離性等の向上の効果が頭打ちになるため、増粘剤のコストの点で不利であり、また、過剰添加により流動性が低下するので、充填性の点でも不利である。
水は、水道水等を使用することができる。
水のｐＨは、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するスラリーを容易に得る観点から、好ましくは５．０〜９．０、より好ましくは６．５〜７．５である。
水の量は、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、好ましくは２００〜１，８００質量部、より好ましくは４００〜１，４００質量部、特に好ましくは５００〜１，０００質量部である。該量が２００質量部未満では、水量が少ないために流動性が小さくなり、圧送が困難になることがあり、また、充填対象箇所である空洞等に水がない場合に、空洞等の隅々までグラウト材を充填することが困難になることがある。該量が１，８００質量部を超えると、固化強度が低下する傾向がある。
水のｐＨは、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するスラリーを容易に得る観点から、好ましくは５．０〜９．０、より好ましくは６．５〜７．５である。
水の量は、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、好ましくは２００〜１，８００質量部、より好ましくは４００〜１，４００質量部、特に好ましくは５００〜１，０００質量部である。該量が２００質量部未満では、水量が少ないために流動性が小さくなり、圧送が困難になることがあり、また、充填対象箇所である空洞等に水がない場合に、空洞等の隅々までグラウト材を充填することが困難になることがある。該量が１，８００質量部を超えると、固化強度が低下する傾向がある。
本発明のグラウトは、（ａ）全ての材料を一括混合して製造する方法、（ｂ）酸もしくはその塩、及び水を含むＡ材と、マグネシウム含有物質及び水を含むＢ材とを、予め調製しておき、使用時にＡ材とＢ材を混合して製造する方法、のいずれによっても製造することができる。中でも、前記（ｂ）の方法は、中性域のｐＨ（例えば、５．８〜８．６）を有するグラウトを容易にかつ安定して得ることができること、及び、グラウトの圧送性、充填性及び水中不分離性の観点から、好ましい。
上記Ａ材において、水の量は、該Ａ材の流動性等の観点から、酸もしくはその塩（無水物換算）１００質量部に対して、好ましくは５０〜１，４００質量部、より好ましくは７５〜１，２００質量部、特に好ましくは１００〜８００質量部である。
上記Ｂ材において、水の量は、該Ｂ材の流動性等の観点から、マグネシウム含有物質１００質量部に対して、好ましくは７５〜９００質量部、より好ましくは１００〜７００質量部、特に好ましくは１５０〜５００質量部である。
上記Ｂ材において、水の量は、該Ｂ材の流動性等の観点から、マグネシウム含有物質１００質量部に対して、好ましくは７５〜９００質量部、より好ましくは１００〜７００質量部、特に好ましくは１５０〜５００質量部である。
Ａ材とＢ材中の水の合計量が、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、２００質量部未満である場合は、水量が、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して２００質量部以上となるように、Ａ材とＢ材を混合する際に水を添加することが好ましい。
Ａ材とＢ材を混合して本発明のグラウトを調製する場合は、Ａ材とＢ材を混合して攪拌し、ゲル化を生じさせた後、さらに撹拌を継続して、流動性を生じさせることによって、グラウトを得ることができるのであるが、水量が少ない場合には、流動性を生じさせることが困難となるので、前記の水量（２００質量部以上）が好ましいのである。
なお、Ａ材とＢ材中の水の合計量は、グラウトの強度発現性の観点から、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、好ましくは１，８００質量部以下である。
Ａ材とＢ材を混合して本発明のグラウトを調製する場合は、Ａ材とＢ材を混合して攪拌し、ゲル化を生じさせた後、さらに撹拌を継続して、流動性を生じさせることによって、グラウトを得ることができるのであるが、水量が少ない場合には、流動性を生じさせることが困難となるので、前記の水量（２００質量部以上）が好ましいのである。
なお、Ａ材とＢ材中の水の合計量は、グラウトの強度発現性の観点から、酸もしくはその塩１００質量部（無水物換算）に対して、好ましくは１，８００質量部以下である。
本発明のグラウトを、Ａ材とＢ材を混合して製造する場合は、増粘剤は、増粘剤の種類に応じて、Ａ材とＢ材のいずれか一方もしくは両方に含ませる。
なお、増粘剤を含む場合のＡ材もしくはＢ材の調製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、（ｉ）酸もしくはその塩と、水を混合して、酸もしくはその塩の水溶液を調製した後、該水溶液と増粘剤を混合して、Ａ材を調製する方法、（ｉｉ）酸もしくはその塩、増粘剤及び水を同時に混合して、Ａ材を調製する方法、（ｉｉｉ）マグネシウム含有物質、補助材及び水を混合して、マグネシウム含有物質等の水溶液を調製した後、該水溶液と増粘剤を混合して、Ｂ材を調製する方法、（ｉｖ）マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を同時に混合して、Ｂ材を調製する方法、等が挙げられる。
なお、増粘剤を含む場合のＡ材もしくはＢ材の調製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、（ｉ）酸もしくはその塩と、水を混合して、酸もしくはその塩の水溶液を調製した後、該水溶液と増粘剤を混合して、Ａ材を調製する方法、（ｉｉ）酸もしくはその塩、増粘剤及び水を同時に混合して、Ａ材を調製する方法、（ｉｉｉ）マグネシウム含有物質、補助材及び水を混合して、マグネシウム含有物質等の水溶液を調製した後、該水溶液と増粘剤を混合して、Ｂ材を調製する方法、（ｉｖ）マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を同時に混合して、Ｂ材を調製する方法、等が挙げられる。
本発明のグラウトは、固化強度の向上のために、細骨材を含むことができる。
細骨材としては、硫酸塩等と反応しない不活性なものである限りにおいて特に限定されず、例えば、珪砂、川砂、海砂、山砂等が挙げられる。
細骨材の量は、固化強度、可塑性等の観点から、酸もしくはその塩（無水物換算）１００質量部に対して、好ましくは２，０００質量部以下である。
なお、本発明のグラウトを、Ａ材とＢ材を混合して製造する場合は、細骨材はＡ材とＢ材のどちらにでも含ませることができる。この場合、Ａ材とＢ材の各々における細骨材の量は、Ａ材とＢ材中の細骨材の合計量が上記範囲内であれば特に限定されるものではない。
細骨材としては、硫酸塩等と反応しない不活性なものである限りにおいて特に限定されず、例えば、珪砂、川砂、海砂、山砂等が挙げられる。
細骨材の量は、固化強度、可塑性等の観点から、酸もしくはその塩（無水物換算）１００質量部に対して、好ましくは２，０００質量部以下である。
なお、本発明のグラウトを、Ａ材とＢ材を混合して製造する場合は、細骨材はＡ材とＢ材のどちらにでも含ませることができる。この場合、Ａ材とＢ材の各々における細骨材の量は、Ａ材とＢ材中の細骨材の合計量が上記範囲内であれば特に限定されるものではない。
本発明において、グラウトの練り上がり時の温度が１３℃以上になるように、材料Ａ及び材料Ｂを構成する各材料の温度を調整することが好ましい。例えば、外気温５℃の環境においては、水の温度を２０℃以上とすることで、グラウトの練り上がり時の温度が１３℃以上となる。
グラウトの練り上がり時の温度は、強度発現性の観点から、好ましくは１３℃以上、より好ましくは１５℃以上、特に好ましくは１７℃以上である。
グラウトの練り上がり時の温度の上限値は、強度発現性の観点から、好ましくは４０℃である。
本発明において、本発明のグラウトを充填対象物の空隙内に充填して硬化体を形成させる際、養生の温度は、練り混ぜ時に温度を高くしておけば、養生時に温度を低くしても、優れた強度発現性が得られる、という発明の効果を発揮させる観点から、好ましくは０〜３５℃、より好ましくは５〜３０℃、特に好ましくは１０〜２５℃である。
本発明において、Ａ材とＢ材の混合時に、酸塩基反応によってガスが発生する場合がある。その場合は、混合物の脱気操作を行うことで、より密実なグラウトを得ることができる。
グラウトの練り上がり時の温度は、強度発現性の観点から、好ましくは１３℃以上、より好ましくは１５℃以上、特に好ましくは１７℃以上である。
グラウトの練り上がり時の温度の上限値は、強度発現性の観点から、好ましくは４０℃である。
本発明において、本発明のグラウトを充填対象物の空隙内に充填して硬化体を形成させる際、養生の温度は、練り混ぜ時に温度を高くしておけば、養生時に温度を低くしても、優れた強度発現性が得られる、という発明の効果を発揮させる観点から、好ましくは０〜３５℃、より好ましくは５〜３０℃、特に好ましくは１０〜２５℃である。
本発明において、Ａ材とＢ材の混合時に、酸塩基反応によってガスが発生する場合がある。その場合は、混合物の脱気操作を行うことで、より密実なグラウトを得ることができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１〜８］
（Ａ）材料
以下の材料を用いた。
（１）硫酸塩：硫酸アルミニウム（無水物換算の濃度：２７質量％、三恵化成社製）
（２）硝酸：特級、関東化学社製
（３）硫酸：特級、関東化学社製
（４）塩酸：特級、関東化学社製
（５）酢酸：特級、関東化学社製
（６）硫酸カリウムアルミニウム（カリウムミョウバン）：１級、関東化学社製
（７）塩化鉄（III）：４０％水溶液、１級、和光純薬工業社製
（８）マグネシウム含有物質：軽焼マグネシア粉末（酸化マグネシウムの含有率：９５質量％、マグネサイトを８５０℃で焼成して粉砕したもの、ブレーン比表面積：５，５００ｃｍ２／ｇ）
（９）炭酸カルシウム粉末（石灰石粉末、炭酸カルシウムの含有率：９８．４質量％、ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ２／ｇ、太平洋セメント社製）
（１０）珪石粉末（ブレーン比表面積：４，５００ｃｍ２／ｇ、関西太平洋鉱産社製）
（１１）頁岩粉末（ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ２／ｇ、関西太平洋鉱産社製）
（１２）増粘剤：グアガム（商品名：ＧＵＡＲ ＧＵＭ ＧＵ／Ｆ；ソマール社製）
（１３）水：水道水（ｐＨ：７．４）
［実施例１〜８］
（Ａ）材料
以下の材料を用いた。
（１）硫酸塩：硫酸アルミニウム（無水物換算の濃度：２７質量％、三恵化成社製）
（２）硝酸：特級、関東化学社製
（３）硫酸：特級、関東化学社製
（４）塩酸：特級、関東化学社製
（５）酢酸：特級、関東化学社製
（６）硫酸カリウムアルミニウム（カリウムミョウバン）：１級、関東化学社製
（７）塩化鉄（III）：４０％水溶液、１級、和光純薬工業社製
（８）マグネシウム含有物質：軽焼マグネシア粉末（酸化マグネシウムの含有率：９５質量％、マグネサイトを８５０℃で焼成して粉砕したもの、ブレーン比表面積：５，５００ｃｍ２／ｇ）
（９）炭酸カルシウム粉末（石灰石粉末、炭酸カルシウムの含有率：９８．４質量％、ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ２／ｇ、太平洋セメント社製）
（１０）珪石粉末（ブレーン比表面積：４，５００ｃｍ２／ｇ、関西太平洋鉱産社製）
（１１）頁岩粉末（ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ２／ｇ、関西太平洋鉱産社製）
（１２）増粘剤：グアガム（商品名：ＧＵＡＲ ＧＵＭ ＧＵ／Ｆ；ソマール社製）
（１３）水：水道水（ｐＨ：７．４）
（Ｂ）グラウトの調製
硫酸アルミニウム（無水物換算の量：９２．８ｇ／リットル；分母の「リットル」は、グラウトの単位体積を示す。以下、同じ。）及び表１に示す追加の酸もしくは酸の塩と、水（２３２ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物にグアガム（２．６ｇ／リットル）を添加して撹拌し、Ａ材を得た。
一方、水（４１２ｇ／リットル）、軽焼マグネシア粉末（２４０ｇ／リットル）、炭酸カルシウム粉末（３５ｇ／リットル）及び珪石粉末（３５ｇ／リットル）をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
次いで、ホバートミキサ内のＢ材に、Ａ材を一気に加えて、発泡させた。発泡は、３０秒間程度持続した。発泡の終了後、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。その後、掻き落としを３０秒間行い、次いで、再度、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌し、混合物（グラウト）を得た。
（Ｃ）グラウトの物性の測定
得られた混合物（グラウト）のｐＨ、フロー、及び、調製後７日間経過後の一軸圧縮強度を、次のようにして測定した。
ｐＨ：ガラス電極式ｐＨ計を用いて、練り混ぜ直後のｐＨを測定した。
フロー：ＪＨＳ Ａ ３１３（日本道路公団規格）「エアモルタルおよびエアミルクの試験方法」に準拠して、フローを測定した。
一軸圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験」に準拠して、一軸圧縮強度を測定した。
結果を表１に示す。表１から、硫酸アルミニウムと、酸（硝酸、硫酸、塩酸、酢酸；実施例１〜５）を組み合わせることによって、強度発現性（調製後７日間経過後の一軸圧縮強度）が向上することがわかる。
表１中、評価結果は、以下を意味する。
フロー：
◎ １２０ｍｍ以上
○ １００ｍｍ以上、１２０ｍｍ未満
△ ８０ｍｍ以上、１００ｍｍ未満
７日強度：
◎ １．８０Ｎ／ｍｍ２以上
○ １．４０Ｎ／ｍｍ２以上、１．８０Ｎ／ｍｍ２未満
△ １．００Ｎ／ｍｍ２以上、１．４０Ｎ／ｍｍ２未満
硫酸アルミニウム（無水物換算の量：９２．８ｇ／リットル；分母の「リットル」は、グラウトの単位体積を示す。以下、同じ。）及び表１に示す追加の酸もしくは酸の塩と、水（２３２ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物にグアガム（２．６ｇ／リットル）を添加して撹拌し、Ａ材を得た。
一方、水（４１２ｇ／リットル）、軽焼マグネシア粉末（２４０ｇ／リットル）、炭酸カルシウム粉末（３５ｇ／リットル）及び珪石粉末（３５ｇ／リットル）をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
次いで、ホバートミキサ内のＢ材に、Ａ材を一気に加えて、発泡させた。発泡は、３０秒間程度持続した。発泡の終了後、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。その後、掻き落としを３０秒間行い、次いで、再度、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌し、混合物（グラウト）を得た。
（Ｃ）グラウトの物性の測定
得られた混合物（グラウト）のｐＨ、フロー、及び、調製後７日間経過後の一軸圧縮強度を、次のようにして測定した。
ｐＨ：ガラス電極式ｐＨ計を用いて、練り混ぜ直後のｐＨを測定した。
フロー：ＪＨＳ Ａ ３１３（日本道路公団規格）「エアモルタルおよびエアミルクの試験方法」に準拠して、フローを測定した。
一軸圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験」に準拠して、一軸圧縮強度を測定した。
結果を表１に示す。表１から、硫酸アルミニウムと、酸（硝酸、硫酸、塩酸、酢酸；実施例１〜５）を組み合わせることによって、強度発現性（調製後７日間経過後の一軸圧縮強度）が向上することがわかる。
表１中、評価結果は、以下を意味する。
フロー：
◎ １２０ｍｍ以上
○ １００ｍｍ以上、１２０ｍｍ未満
△ ８０ｍｍ以上、１００ｍｍ未満
７日強度：
◎ １．８０Ｎ／ｍｍ２以上
○ １．４０Ｎ／ｍｍ２以上、１．８０Ｎ／ｍｍ２未満
△ １．００Ｎ／ｍｍ２以上、１．４０Ｎ／ｍｍ２未満
［実施例９〜１２］
［グラウトの調製］
実施例９、１０、１２については、硫酸アルミニウム（無水物換算の量：８８．３ｇ／リットル）、水（３４５ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物に、表２に示す増粘剤（実施例９、１０、１２）を添加して撹拌し、Ａ材を得た。一方、水（３２８ｇ／リットル）、軽焼マグネシア粉末（１９０ｇ／リットル）、炭酸カルシウム粉末（３０ｇ／リットル）及び頁岩粉末（２５ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
実施例１１については、硫酸アルミニウム（無水物換算の量：８８．３ｇ／リットル）、水（３４５ｇ／リットル）を混合し、Ａ材を得た。一方、水（３２８ｇ／リットル）、軽焼マグネシア粉末（１９０ｇ／リットル）、炭酸カルシウム粉末（３０ｇ／リットル）及び頁岩粉末（２５ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物に、表２に示す増粘剤（実施例１１）を添加して撹拌し、得られた混合物をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
次いで、実施例９〜１２について、ホバートミキサ内のＢ材に、Ａ材を一気に加えて、発泡させた。発泡は、３０秒間程度持続した。発泡の終了後、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。その後、掻き落としを３０秒間行い、次いで、再度、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。
得られた混合物（グラウト）の水への溶解性、フロー、及び、調製後７日間経過後の一軸圧縮強度を評価もしくは測定した。
結果を表２に示す。表２から、エステル系増粘剤（実施例９〜１０）またはグリコール系増粘剤（実施例１１）を用いると、グアガムを用いる場合（実施例１２）に比べて、混練水への溶解性、及び、強度発現性が向上することがわかる。
表２中、溶解性の評価結果は、以下を意味する。
溶解性：
◎ グアガムを用いた場合（実施例１２）に比べて、溶解性がより優れている。
○ グアガムを用いた場合（実施例１２）と同程度である。
［グラウトの調製］
実施例９、１０、１２については、硫酸アルミニウム（無水物換算の量：８８．３ｇ／リットル）、水（３４５ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物に、表２に示す増粘剤（実施例９、１０、１２）を添加して撹拌し、Ａ材を得た。一方、水（３２８ｇ／リットル）、軽焼マグネシア粉末（１９０ｇ／リットル）、炭酸カルシウム粉末（３０ｇ／リットル）及び頁岩粉末（２５ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
実施例１１については、硫酸アルミニウム（無水物換算の量：８８．３ｇ／リットル）、水（３４５ｇ／リットル）を混合し、Ａ材を得た。一方、水（３２８ｇ／リットル）、軽焼マグネシア粉末（１９０ｇ／リットル）、炭酸カルシウム粉末（３０ｇ／リットル）及び頁岩粉末（２５ｇ／リットル）を混合した後、得られた混合物に、表２に示す増粘剤（実施例１１）を添加して撹拌し、得られた混合物をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
次いで、実施例９〜１２について、ホバートミキサ内のＢ材に、Ａ材を一気に加えて、発泡させた。発泡は、３０秒間程度持続した。発泡の終了後、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。その後、掻き落としを３０秒間行い、次いで、再度、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。
得られた混合物（グラウト）の水への溶解性、フロー、及び、調製後７日間経過後の一軸圧縮強度を評価もしくは測定した。
結果を表２に示す。表２から、エステル系増粘剤（実施例９〜１０）またはグリコール系増粘剤（実施例１１）を用いると、グアガムを用いる場合（実施例１２）に比べて、混練水への溶解性、及び、強度発現性が向上することがわかる。
表２中、溶解性の評価結果は、以下を意味する。
溶解性：
◎ グアガムを用いた場合（実施例１２）に比べて、溶解性がより優れている。
○ グアガムを用いた場合（実施例１２）と同程度である。
［練り上がり時の温度と、養生時の温度の関係の評価］
硫酸アルミニウム（無水物換算の量：９２．３ｇ／リットル）と、水（２３２ｇ／リットル；水温を表３に示す。）を混合した後、得られた混合物にグアガム（２．６ｇ／リットル）を添加して撹拌し、Ａ材を得た。
一方、水（４１２ｇ／リットル；水温を表３に示す。）、酸化マグネシウム（２４０ｇ／リットル）及び炭酸カルシウム粉末（７０／リットル）をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
次いで、ホバートミキサ内のＢ材に、Ａ材を一気に加えて、発泡させた。発泡は、３０秒間程度持続した。発泡の終了後、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。その後、掻き落としを３０秒間行い、次いで、再度、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。
その後、得られた混合物（グラウト）を表３に示す養生温度で養生した。
得られた混合物（グラウト）の練り上がり時の温度、表３に示す各養生温度における一軸圧縮強度（７日、２８日）を、表３に示す。表３中、「７日強度」、「２８日強度」は、各々、材齢７日の一軸圧縮強度、材齢２８日の一軸圧縮強度を表す。表３から、練り上がり時の温度が１３℃以上であると、養生温度が５℃等の低温であっても、良好な強度発現性が得られることがわかる。
硫酸アルミニウム（無水物換算の量：９２．３ｇ／リットル）と、水（２３２ｇ／リットル；水温を表３に示す。）を混合した後、得られた混合物にグアガム（２．６ｇ／リットル）を添加して撹拌し、Ａ材を得た。
一方、水（４１２ｇ／リットル；水温を表３に示す。）、酸化マグネシウム（２４０ｇ／リットル）及び炭酸カルシウム粉末（７０／リットル）をホバートミキサ（容量：５リットル）内に収容した後、低速で１分間撹拌して、Ｂ材を得た。
次いで、ホバートミキサ内のＢ材に、Ａ材を一気に加えて、発泡させた。発泡は、３０秒間程度持続した。発泡の終了後、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。その後、掻き落としを３０秒間行い、次いで、再度、ホバートミキサ内のＡ材とＢ材の混合物を、中速で１分間撹拌した。
その後、得られた混合物（グラウト）を表３に示す養生温度で養生した。
得られた混合物（グラウト）の練り上がり時の温度、表３に示す各養生温度における一軸圧縮強度（７日、２８日）を、表３に示す。表３中、「７日強度」、「２８日強度」は、各々、材齢７日の一軸圧縮強度、材齢２８日の一軸圧縮強度を表す。表３から、練り上がり時の温度が１３℃以上であると、養生温度が５℃等の低温であっても、良好な強度発現性が得られることがわかる。
Claims (3)
- 酸もしくはその塩、マグネシウム含有物質、補助材、増粘剤及び水を含むグラウトであって、
上記酸もしくはその塩が、硫酸アルミニウムと、硫酸、硝酸、塩酸または酢酸からなる酸の組み合わせであり、
上記マグネシウム含有物質が、軽焼マグネシア、または、軽焼マグネシアの部分水和物であり、
上記補助材が、炭酸カルシウム粉末、珪石粉末または頁岩粉末であることを特徴とするグラウト。 - 上記増粘剤が、グアガム、グリコール系増粘剤またはエステル系増粘剤である請求項１に記載のグラウト。
- 請求項１又は２に記載のグラウトを製造するための方法であって、
酸もしくはその塩及び水を含む材料Ａと、マグネシウム含有物質、補助材及び水を含む材料Ｂ（ただし、材料Ａ、Ｂのいずれか一方または両方が、増粘剤を含む。）を混合して、上記グラウトを製造するものであり、
上記グラウトの練り上がり時の温度が１３℃以上になるように、上記材料Ａ及び上記材料Ｂを構成する各材料の温度を調整することを特徴とするグラウトの製造方法。
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