JP7244971B1 - Ground consolidation material and ground grouting method using it - Google Patents
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Abstract
【課題】シリカゾルとスラグを含みセメントを使用しないシリカグラウトを用いることで、ＣＯ２の生成を削減するとともに、土壌汚染を生ずることがない懸濁型の地盤固結材、および、これを用いた環境保全性に優れた地盤注入工法を提供することを目的とする。【解決手段】中性シリカゾルと、スラグと、石膏と、を含有する懸濁型の地盤固結材であって、スラグのブレーン比表面積が、４０００ｃｍ２／ｇ以上である地盤固結材である。この地盤固結材を地盤に注入して、地盤を固結する地盤注入工法である。【選択図】なしA suspension-type ground consolidation material that reduces CO2 generation and does not cause soil pollution by using silica grout that contains silica sol and slag and does not use cement, and an environment using the same. The purpose is to provide a ground grouting method with excellent maintainability. The ground consolidation material is a suspension type ground consolidation material containing neutral silica sol, slag, and gypsum, and the slag has a Blaine specific surface area of 4000 cm2/g or more. This ground consolidation material is injected into the ground to consolidate the ground. [Selection figure] None
Description
本発明は、地盤固結材およびそれを用いた地盤注入工法（以下、単に「固結材」および「注入工法」とも称する）に関し、詳しくは、中性～弱アルカリ性のシリカコロイド（以下、「中性シリカゾル」と称する）およびスラグを用いた懸濁型グラウトからなる地盤固結材およびそれを用いた地盤注入工法の改良に関する。 The present invention relates to a ground consolidation material and a ground injection method using the same (hereinafter simply referred to as "consolidation material" and "injection method"). It relates to a ground consolidation material consisting of suspension grout using neutral silica sol" and slag, and an improvement of a ground grouting method using the same.
近年、地球温暖化防止の観点から、脱炭素型技術が社会的に要求されている。本発明は、地盤中に微粒子スラグを注入して地盤を高強度に固結する非セメント系脱炭素型地盤改良技術としての、地盤固結材および地盤注入工法に関するものである。 In recent years, from the viewpoint of prevention of global warming, decarbonization type technology has been socially demanded. The present invention relates to a ground consolidation material and a ground injection method as a non-cement-based decarbonized ground improvement technology for injecting fine particle slag into the ground to solidify the ground with high strength.
地盤を固結するための地盤注入用のグラウトについては、種々知られている。例えば、従来より、セメントと水ガラスのグラウトが知られているが、このグラウトはゲル化時間が短く、浸透性が悪く、かつ、耐久性がなく、また、アルカリの溶脱が懸念される。また、水ガラスと酸とを混合して得られる酸性シリカゾルおよびセメント系からなるグラウトでは、ゲル化時間が短く、フロック状の沈殿ができやすいため浸透性が悪い。さらに、水ガラスをイオン交換処理することによって得られた中性シリカゾルとポルトランドセメントを合流して注入する方法も知られている。しかし、このグラウトは、ゲル化時間が１分以内程度と短く、浸透性が悪い。さらにまた、中性シリカゾルに多価金属塩またはアルカリ金属塩を加えたグラウトも、ゲル化時間が短く強度が低いという欠点があった。 Various ground grouts for consolidating the ground are known. For example, conventionally, cement and water glass grouts are known, but this grout has a short gelation time, poor permeability, and lacks durability, and there are concerns about alkali leaching. In addition, the cement-based grout and acidic silica sol obtained by mixing water glass with acid has a short gelation time and tends to form floc-like precipitates, resulting in poor permeability. Furthermore, a method is also known in which a neutral silica sol obtained by subjecting water glass to ion exchange treatment and Portland cement are combined and injected. However, this grout has a short gelation time of about 1 minute or less and poor permeability. Furthermore, the grout obtained by adding a polyvalent metal salt or an alkali metal salt to a neutral silica sol also has shortcomings in that the gelation time is short and the strength is low.
この強度の問題を解決するために、近年、地盤を固結する耐久性に優れた懸濁型の地盤固結材として、本出願人により、イオン交換法により製造された中性シリカゾルと、ブレーン比表面積が９０００ｃｍ２／ｇ以上の微粒子スラグや微粒子セメントからなる地盤固結材が発明されている（特許文献１）。このグラウトは、細粒土への浸透が良く、また、ゲル化時間が長く、強度が高いという長所を有するが、上述したようにセメントを用いていることから、脱炭素型技術とは言えない。 In order to solve this strength problem, in recent years, the present applicant has proposed a neutral silica sol produced by an ion exchange method and a brane as a highly durable suspension type ground consolidation material for consolidating the ground. A ground consolidation material composed of fine particle slag or fine particle cement having a specific surface area of 9000 cm 2 /g or more has been invented (Patent Document 1). This grout has the advantages of good penetration into fine-grained soil, long gelation time, and high strength. .
さらに、中性シリカゾルとスラグと消石灰からなる固結材も知られている。しかし、この場合、ゲル化が不安定で、地盤中に注入された場合には固結が不安定になるという問題がある。そのため、凝結調整剤が別途、必要になる。 Furthermore, a consolidating material consisting of neutral silica sol, slag and slaked lime is also known. However, in this case, there is a problem that the gelation is unstable and the solidification becomes unstable when injected into the ground. Therefore, a separate coagulation modifier is required.
このように懸濁型の地盤固結材として用いられている水ガラス－スラグセメント系、シリカゾル－セメントまたはスラグ系、および、中性シリカコロイド－セメント系には、ゲル化時間が短く、粘性が高く、浸透性が悪いという欠点がある。 Water glass-slag cement system, silica sol-cement or slag system, and neutral silica colloid-cement system, which are used as suspension-type ground consolidation materials, have a short gelation time and low viscosity. It has the drawback of being expensive and having poor permeability.
地盤固結材に関する先行技術としては、上記特許文献１に記載された地盤固結材の他、シリカゾルとセメントまたは石灰を用いる固結材（特許文献２）やセメントとシリカゾルを用いた固結材（特許文献３，４）、シリカゾルとセメントとスラグを配合した地盤注入材（特許文献５）なども知られている。 Prior art related to ground consolidation materials include, in addition to the ground consolidation material described in Patent Document 1, a consolidation material using silica sol and cement or lime (Patent Document 2) and a consolidation material using cement and silica sol. (Patent Documents 3 and 4), and a ground injection material containing silica sol, cement and slag (Patent Document 5) are also known.
上述したように、本発明者らは、上記課題を解決するために、イオン交換法によって得られた中性シリカコロイド、微粒子スラグおよび微粒子セメントを主成分とする地盤固結材、あるいはさらにゲル化調整剤を配合した地盤固結材を提案しているが（特許文献１）、中性シリカゾルとスラグとセメントを主成分とする固結材は、近年の地球温暖化対策のためのＣＯ２削減の国家的な要求の点からは問題がある。 As described above, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have developed a soil consolidation material or a gelling material mainly composed of neutral silica colloid obtained by an ion exchange method, fine particle slag and fine particle cement. We have proposed a ground consolidation material containing a modifier (Patent Document 1), but the consolidation material mainly composed of neutral silica sol, slag and cement has been used to reduce CO2 for recent global warming countermeasures. There is a problem from the point of view of the national requirements of
そこで、本発明の目的は、シリカゾルとスラグを含みセメントを使用しないシリカグラウトを用いることで、ＣＯ２の生成を削減するとともに、土壌汚染を生ずることがない懸濁型の地盤固結材、および、これを用いた環境保全性に優れた地盤注入工法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to reduce the generation of CO 2 by using silica grout containing silica sol and slag and not using cement, and a suspension-type ground consolidation material that does not cause soil contamination, and , and to provide a ground injection method excellent in environmental conservation using this.
具体的には、本発明は、環境保全性に優れ、ゲル化時間を長く調整したことで浸透固結性に優れ、しかも固結強度が高く、かつ、アルカリの溶脱が少なく、そのために溶液型シリカグラウトとの併用においても優れた、中性シリカゾル－スラグ－石膏系または中性シリカゾル－スラグ－石膏－消石灰系の懸濁型地盤固結材を提供するものである。 Specifically, the present invention is excellent in environmental preservation, has excellent infiltration and solidification properties by adjusting the gelation time to be long, has high solidification strength, and has little alkali leaching. Provided is a neutral silica sol-slag-gypsum or neutral silica sol-slag-gypsum-slaked lime suspension ground consolidation material which is excellent even when used in combination with silica grout.
本発明者らは、中性シリカゾルと、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上のスラグと、石膏とを含む懸濁型の地盤固結材を地盤注入に用いることで、すなわち、特許文献１記載の発明においてセメントを石膏で置き換えることで、環境保全性に優れ、かつ、優れた地盤固結効果を有する地盤固結材が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。 The present inventors used a suspension-type ground consolidation material containing neutral silica sol, slag having a Blaine specific surface area of 4000 cm 2 /g or more, and gypsum for ground injection, that is, described in Patent Document 1 By replacing cement with gypsum in the invention of (1), it was found that a ground consolidation material having excellent environmental protection and excellent ground consolidation effect can be obtained, and the present invention was completed.
すなわち、本発明の地盤固結材は、中性シリカゾルと、スラグと、石膏と、を含有し、セメントおよび消石灰を含有しない懸濁型の地盤固結材であって、
前記スラグのブレーン比表面積が、４０００ｃｍ２／ｇ以上２００００ｃｍ２／ｇ以下であることを特徴とするものである。
That is, the ground consolidation material of the present invention is a suspension-type ground consolidation material containing neutral silica sol, slag, and gypsum, and not containing cement and slaked lime,
The Blaine specific surface area of the slag is 4000 cm 2 /g or more and 20000 cm 2 /g or less.
本発明の地盤固結材は、アルカリ剤として、消石灰以外のアルカリ剤または難溶性アルカリ剤を含有することが好ましい。 The ground consolidation material of the present invention preferably contains an alkaline agent other than slaked lime or a sparingly soluble alkaline agent as an alkaline agent.
また、本発明の地盤固結材においては、前記スラグのブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ～２００００ｃｍ２／ｇであって、前記中性シリカゾルの、ｐＨが８．０～１０．５、ＳｉＯ２濃度が１０～６０質量％、Ｎａ２Ｏ濃度が０．０１～４質量％であることが好ましい。 Further, in the ground consolidation material of the present invention, the slag has a Blaine specific surface area of 4000 cm 2 /g to 20000 cm 2 /g, and the neutral silica sol has a pH of 8.0 to 10.5, SiO 2 It is preferable that the concentration is 10 to 60 mass % and the Na 2 O concentration is 0.01 to 4 mass %.
さらに、本発明の地盤固結材は、好適には、ゲル化調整剤を含有する。 Furthermore, the ground consolidation material of the present invention preferably contains a gelling modifier.
さらにまた、本発明の地盤固結材は、ポゾラン、粘土および塩のうちのいずれか一種または複数種を含むことで、ゲル化および強度が調整されていることが好ましい。 Furthermore, the ground consolidation material of the present invention preferably contains one or more of pozzolan, clay and salt to adjust gelation and strength.
さらにまた、本発明の地盤固結材は、下記（１）～（３）のうちのいずれか１つ以上の条件を満足することで、懸濁粒子の凝集が低減されていることが好ましい。
（１）前記地盤固結材が分散剤、または、界面活性剤を含む。
（２）前記地盤固結材がマイクロ・ナノバブルを含有する。
（３）前記地盤固結材に超音波が照射されている。
Furthermore, the ground consolidation material of the present invention preferably satisfies at least one of the following conditions (1) to (3) to reduce agglomeration of suspended particles.
(1) The ground consolidation material contains a dispersant or a surfactant.
(2) The ground consolidation material contains micro-nano bubbles.
(3) The ground consolidation material is irradiated with ultrasonic waves.
さらにまた、本発明の地盤固結材においては、前記中性シリカゾルが、イオン交換法により得られたシリカゾル、および、金属珪素から製造されたシリカゾルの中から選ばれた一種または複数種であることが好ましい。 Furthermore, in the ground consolidation material of the present invention, the neutral silica sol is one or more selected from silica sol obtained by an ion exchange method and silica sol produced from metallic silicon. is preferred.
さらにまた、本発明の地盤固結材においては、前記スラグが、微細化された微粒子スラグであることが好ましい。 Furthermore, in the ground consolidation material of the present invention, it is preferable that the slag is fine particulate slag.
本発明の地盤注入工法は、上記地盤固結材を地盤に注入して、該地盤を固結することを特徴とするものである。 The ground injection method of the present invention is characterized in that the ground consolidation material is injected into the ground to consolidate the ground.
本発明の地盤注入工法においては、あらかじめ１次注入材を注入した地盤に、２次注入材として前記地盤固結材を注入することが好ましい。 In the ground injection method of the present invention, it is preferable to inject the ground consolidation material as a secondary injection material into the ground into which the primary injection material has been injected in advance.
本発明によれば、ＣＯ２の生成を削減した環境保全性に優れた地盤固結材、および、それを用いた地盤注入工法を提供することができた。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ground consolidation material which reduced generation of CO2 , and was excellent in environmental preservation, and the ground grouting construction method using the same were able to be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は、地盤に注入して地盤改良領域を形成する地盤固結材、および、地盤固結材を地盤に注入して地盤改良領域を形成する地盤注入工法の改良に関する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ground consolidation material that is injected into the ground to form a ground improvement area, and an improved ground injection method that injects the ground consolidation material into the ground to form a ground improvement area.
本発明の地盤固結材は、中性シリカゾルと、スラグと、石膏と、を含有する懸濁型の地盤固結材であって、スラグのブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上であるものである。 The ground consolidation material of the present invention is a suspension type ground consolidation material containing neutral silica sol, slag and gypsum, and the slag has a Blaine specific surface area of 4000 cm 2 /g or more. be.
本発明の地盤固結材の主剤となるスラグ、特に高炉スラグの生産時のＣＯ２排出量は、セメントに比べて１／１０程度であり、セメントを使用した懸濁型の注入材に比べてＣＯ２の削減効果が期待できる。また、本発明は産業副産物を素材として用いることにより、さらに、土粒子間浸透によって現地盤そのものを強固に固結することにより、産廃土を生ずることなく地盤改良を行うことができ、環境負荷を低減した地盤改良工法である。以上の観点から、本発明はスラグ系の地盤固結材の改良に関し、具体的には、特定の条件範囲にあるスラグと、中性シリカゾルと、石膏とを使用することにより、固結とゲル化とを可能にした地盤固結材に関する。さらに、消石灰などのアルカリ剤を加えると高い固結強度が得られるとともに、ゲル化時間が長く、かつ、ゲル化時間の調整が容易な特徴を示し、懸濁型の地盤固結材としてはセメントを使用しない注入材となり、浸透性にも優れ、かつ、ＣＯ２削減効果およびヒ素等の汚染現象を生じない環境保全に優れた特性を有する地盤固結材となる。 The amount of CO 2 emissions during the production of slag, especially blast furnace slag, which is the main ingredient of the ground consolidation material of the present invention, is about 1/10 compared to cement, and compared to suspension-type injection materials using cement. A CO 2 reduction effect can be expected. In addition, the present invention uses industrial by-products as raw materials, and furthermore, by firmly consolidating the local ground itself by permeation between soil particles, it is possible to improve the ground without producing industrial waste soil and reduce the environmental load. It is a ground improvement method with reduced soil. In view of the above, the present invention relates to improvements in slag-based soil consolidation materials. It relates to a ground consolidation material that made it possible to Furthermore, when alkali agents such as slaked lime are added, high consolidation strength can be obtained, the gelation time is long, and the gelation time can be easily adjusted. It becomes a grouting material that does not use , has excellent permeability, and is a ground consolidation material that has excellent characteristics in terms of environmental conservation, such as a CO 2 reduction effect and arsenic pollution.
本発明は、セメントを使用することなく、中性シリカゾル、スラグおよび石膏を主成分とし、さらには消石灰などのアルカリ剤を加えた地盤固結材であって、スラグとしてブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ以上のものを用いたことにより、セメントを使用しなくても安定したゲル化および浸透性を有し、ＣＯ２の削減効果も有する地盤固結材を可能にしたものである。また、本発明に用いる中性シリカゾルは、イオン交換法により得られたシリカゾルでも、金属珪素から製造されたシリカゾルでもよく、これらの中から選ばれた一種または複数種を用いることができ、本発明における効果は同様である。よって、中性シリカゾルとしてイオン交換法によるシリカゾルの例を用いて、本発明を説明するものとする。 The present invention is a ground consolidation material containing neutral silica sol, slag and gypsum as main components without using cement, and further containing an alkaline agent such as slaked lime. By using the above materials, it is possible to obtain a ground consolidation material that has stable gelation and permeability without using cement, and also has the effect of reducing CO 2 . The neutral silica sol used in the present invention may be a silica sol obtained by an ion exchange method or a silica sol produced from metallic silicon, and one or more selected from these may be used. The effect in is similar. Therefore, the present invention will be explained using an example of a silica sol obtained by an ion exchange method as a neutral silica sol.
イオン交換法による中性シリカゾルは、水ガラスをイオン交換樹脂で処理してＮａ＋イオン等のアルカリをほとんど分離除去し、中性～弱アルカリ性、好ましくはｐＨが８．０～１０．５の弱アルカリ性に調整し、比重が１．１６～１．２４で、おおよそＳｉＯ２濃度が１０～６０質量％、Ｎａ２Ｏ濃度が０．０１～４質量％の範囲にあるものである。従って、水ガラスを使用した固結材に比べると、アルカリの溶脱が非常に少なくなることが期待できる。 The neutral silica sol produced by the ion-exchange method is produced by treating water glass with an ion-exchange resin to separate and remove most of the alkali such as Na + ions. It is adjusted to be alkaline, has a specific gravity of 1.16 to 1.24, an SiO 2 concentration of 10 to 60% by mass, and an Na 2 O concentration of 0.01 to 4% by mass. Therefore, it can be expected that alkali leaching will be greatly reduced compared to the consolidation material using water glass.
本発明者らは、以上の点を見出し、以下の特性を有する本発明を可能にしたものである。 The inventors of the present invention have found the above points and made the present invention having the following characteristics possible.
（１）従来、スラグの固結はアルカリ剤による潜在水硬性によるものと考えられていた。それに対し、本発明者らは微粒子スラグが、中性シリカゾル、または、同じくほぼ中性領域のｐＨである石膏と反応して固結することを見出し、また、スラグに石膏と中性シリカゾルを加えるとスラグは石膏によって固化し、中性シリカゾルによってゲル化することを見出した。また、この場合、石膏は中性であることからゲル化が安定して、長いゲル化時間で安定した固結が可能であることが分かった。 (1) Conventionally, slag caking was thought to be due to the latent hydraulicity of alkaline agents. In contrast, the present inventors have found that fine-grained slag reacts with neutral silica sol, or gypsum, which is also at a pH in the neutral range, and solidifies, and gypsum and neutral silica sol are added to the slag. We found that the slag was solidified by gypsum and gelled by neutral silica sol. In this case, since gypsum is neutral, gelation is stable, and it has been found that stable consolidation is possible with a long gelation time.
（２）スラグと中性シリカゾルと石膏に、さらに、消石灰等のアルカリ剤を加えた場合は、消石灰のアルカリによって高強度が得られ、その配合液は安定した挙動を示し、長いゲル化時間で安定した固結を示すことが分かった。その理由は、石膏も中性シリカゾルも中性を呈し、中性シリカゾルと石膏は反応がゆるやかで、かつ、消石灰がスラグとの反応に用いられ、中性シリカゾルがゲル化に作用することにあると思われる。 (2) When an alkaline agent such as slaked lime is added to slag, neutral silica sol, and gypsum, high strength is obtained by the alkali of slaked lime, and the mixed liquid exhibits stable behavior and a long gelation time. It was found to exhibit stable consolidation. The reason for this is that both gypsum and neutral silica sol are neutral, the reaction between neutral silica sol and gypsum is mild, and slaked lime is used to react with slag, and neutral silica sol acts on gelation. I think that the.
また、消石灰を含むこのグラウトの固結原理は、消石灰のアルカリがスラグの潜在水硬性を刺激して固結することと、中性シリカゾルによりゲル化が可能となる点にある。さらに、中性シリカゾルは、消石灰とは不均質なゲルを直ちに生ずるが、スラグと混合されておりその使用量もスラグの半分以下であるため、直ちに不均質なゲルを形成することなく、長いゲル化時間で均質なゲル化を生じさせるという特徴がある。さらにまた、従来の中性シリカゾル－スラグ－セメントに比べて、セメントではなく消石灰を用いることで初期の固結が不安定である問題を、石膏を加えることにより安定化することができる。その理由は、セメントは消石灰に比べるとそれ自体で固化するが、消石灰はそれ自体では固化せず、スラグにアルカリを供給して、スラグを固結させる効果がある点と、石膏はほとんど中性でスラグにアルカリを供給しないが、それ自体で自硬性があるため、本発明における初期からの固結の安定性に効果をもたらしている点にあると思われる。また、本発明における中性シリカゾルの作用は、それ自体はアルカリを含まないため、スラグの潜在水硬性を刺激する効果はないが、スラグ－消石灰－石膏による安定した強度発現をする構成分にゲル化する機能を加えることにより、地盤注入にあたって地盤中で懸濁液が分散することなく、ゲル化により互いに連結しあって固結することに役立っているものと思われる。 In addition, the principle of consolidation of this grout containing slaked lime is that the alkali of slaked lime stimulates the latent hydraulicity of the slag to consolidate, and the neutral silica sol enables gelation. Furthermore, the neutral silica sol immediately forms a non-homogeneous gel with slaked lime, but since it is mixed with slag and the amount used is less than half of the slag, it does not immediately form a non-homogeneous gel. It has the characteristic of producing homogeneous gelation during the curing time. Furthermore, compared to conventional neutral silica sol-slag-cement, the problem of instability of initial setting by using hydrated lime instead of cement can be stabilized by adding gypsum. The reason for this is that cement solidifies by itself compared to slaked lime, but slaked lime does not solidify by itself and supplies alkali to the slag to solidify the slag, and gypsum is almost neutral. Although the slag does not supply alkali to the slag, it has self-hardening properties. In addition, the action of the neutral silica sol in the present invention is that since it itself does not contain alkali, it does not have the effect of stimulating the latent hydraulicity of slag, but it is a component that exhibits stable strength due to slag-slaked lime-gypsum. It is believed that the addition of the function to harden the suspension prevents the suspension from dispersing in the ground during ground injection, and helps the suspension to connect with each other and solidify due to gelation.
本発明の地盤固結材の例について、以下に説明する。下記条件を満足する地盤固結材を、後述の実験例において用いた。
スラグ；
比重２．９、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは２００００ｃｍ２／ｇ以下、水硬率０．９～２．０、塩基度１．９～２．９。
鉄鋼スラグ、ステンレススラグ、フェロアロイスラグ等である。スラグは、微細化された微粒子スラグであってもよい。
石膏；
比重２．７６。
消石灰；
比重２．２（微粒子消石灰を用いても同様の結果が得られる）。
重曹；
比重２．２。
水酸化マグネシウム；
比重２．３５。
Examples of the ground consolidation material of the present invention are described below. A soil consolidation material that satisfies the following conditions was used in the experimental examples described later.
slag;
Specific gravity 2.9, Blaine specific surface area 4000 cm 2 /g or more, preferably 20000 cm 2 /g or less, hydraulic coefficient 0.9 to 2.0, basicity 1.9 to 2.9.
Steel slag, stainless steel slag, ferroalloy slag, etc. The slag may be finely divided particulate slag.
plaster;
Specific gravity 2.76.
slaked lime;
Specific gravity 2.2 (similar results are obtained using fine-grained slaked lime).
baking soda;
Specific gravity 2.2.
magnesium hydroxide;
Specific gravity 2.35.
本発明の地盤固結材には、ゲル化調整剤を含有させることができる。 The ground consolidation material of the present invention can contain a gelation modifier.
ゲル化調整剤またはアルカリ剤としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の重炭酸塩、炭酸塩や消石灰、セメント、水ガラス等を挙げることができる。その他、リン酸塩、酸性リン酸塩、ピロリン酸塩等が挙げられる。スラグは、石膏等を混合したスラグでもよい。さらに、これらとスラグの混合物は、混合前にブレーン比表面積が約４０００ｃｍ２／ｇ以上となるように粉砕されたスラグを混合したものでも、ある程度粉砕されたスラグを混合し、さらにブレーン比表面積が約４０００ｃｍ２／ｇ以上になるまで粉砕したものでもよい。さらに、懸濁液として微粒子状のものを分級して、微粒子懸濁液として使用することもできる。 Examples of gelling modifiers or alkaline agents include bicarbonates, carbonates, hydrated lime, cement, and water glass of alkali metals and alkaline earth metals. In addition, phosphates, acid phosphates, pyrophosphates and the like are included. The slag may be slag mixed with gypsum or the like. Furthermore, the mixture of these and slag may be a mixture of slag that has been pulverized to a Blaine specific surface area of about 4000 cm 2 /g or more before mixing, or a mixture of slag that has been pulverized to some extent, and a Blaine specific surface area of It may be pulverized to about 4000 cm 2 /g or more. Furthermore, fine particles of the suspension can be classified and used as a fine particle suspension.
また、増粘剤を加えてもよく、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。 A thickening agent may also be added, and examples thereof include sodium carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, and the like.
本発明においては、アルカリ剤として、消石灰を含有することが好ましく、消石灰以外のアルカリ剤または難溶性アルカリ剤を含有することも好ましい。難溶性アルカリ剤としては、マグネシウムやカルシウムの水酸化物、酸化物、炭酸塩等を挙げることができ、その他、ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４、ＣａＣＯ３、ＭｇＳＯ４、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３等の難溶性塩が挙げられる。 In the present invention, it is preferable to contain slaked lime as an alkali agent, and it is also preferable to contain an alkali agent other than slaked lime or a sparingly soluble alkali agent. Examples of poorly soluble alkaline agents include hydroxides, oxides , and carbonates of magnesium and calcium. ) and sparingly soluble salts such as 3 .
地盤固結材が消石灰を含む場合、スラグおよび消石灰のブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ～２００００ｃｍ２／ｇであることが好ましい。 When the ground consolidation material contains slaked lime, the Blaine specific surface area of slag and slaked lime is preferably 4000 cm 2 /g to 20000 cm 2 /g.
スラグや消石灰の微粒子化を行うために、加圧した粉末同士をチャンバー内で斜向衝突させることにより、分散粉砕を行うことができる。装置としては、例えば、スギノマシン社製のスターバーストラボを用いることができる。 In order to atomize slag and slaked lime, dispersion pulverization can be performed by obliquely colliding the pressurized powders with each other in a chamber. As an apparatus, for example, Starburst Lab manufactured by Sugino Machine Co., Ltd. can be used.
地盤固結材において、中性シリカゾルの配合量は、地盤固結材（グラウト）１０００Ｌ当たり１０～３００ｇが好ましく、これ以上多くすると溶液型グラウトのホモゲルに近い弾力性を有するゲルとなり、強度上昇はほとんど見られない。また、スラグまたはこれらの混合物の配合量は、グラウト１０００Ｌ当たり２０～６００ｇが好ましく、これより少ないと固結材の強度が小さく、これ以上多くなると液の粘性が高くなって、凝固時間も長くすることができなくなる。 In the ground consolidation material, the amount of neutral silica sol compounded is preferably 10 to 300 g per 1000 L of ground consolidation material (grout). hardly seen. In addition, the amount of slag or a mixture thereof is preferably 20 to 600 g per 1000 L of grout. If it is less than this, the strength of the consolidation material will be small, and if it is more than this, the viscosity of the liquid will increase and the solidification time will be prolonged. I can't do it.
また、本発明の地盤固結材において、ゲル化調整剤を配合する場合には、その配合量は、ゲル化調整剤の種類、他の成分組成等により一概に規定することは難しいが、一般には、全配合液中の１０質量％以下が好ましい。 In addition, in the ground consolidation material of the present invention, when a gelation modifier is blended, the blending amount is difficult to be defined unconditionally depending on the type of gelation modifier, other component composition, etc., but generally is preferably 10% by mass or less in the total compounded liquid.
（１）中性シリカゾル
水ガラスを陽イオン交換樹脂で処理することによりアルカリの大部分を除去して得られた、表１に示す組成の中性シリカゾルを使用することができる。
(1) Neutral silica sol A neutral silica sol having the composition shown in Table 1, obtained by treating water glass with a cation exchange resin to remove most of the alkali, can be used.
（２）スラグ
表２に示す２種類のスラグを使用することができ、これらはそれぞれ粉砕度を異にして使用してもよい。
(2) Slag Two types of slag shown in Table 2 can be used, and these may be used with different pulverization degrees.
（３）ゲル化調整剤
代表的なゲル化調整剤として、炭酸水素ナトリウム（試薬：ＮａＨＣＯ３）を使用することができる。他のゲル化調整剤でも添加量による差はあるがゲル化調整効果を示すものの、重炭酸のアルカリ金属塩または炭酸のアルカリ金属塩により、特に優れた効果が得られる。また、重炭酸のアルカリ金属塩と炭酸のアルカリ金属塩は、ほとんど同じ効果を示す。さらに、ゲルタイム遅延剤としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の塩、重炭酸塩、炭酸塩、リン酸塩、酸性リン酸塩、ピロリン酸塩等が挙げられる。
さらに、ポゾラン、粘土を用いることもでき、ブリーディング率を減少させる効果が高い。ポゾラン、粘土および塩のうちのいずれか一種または複数種を含むことでゲル化および強度を調整することができる。
(3) Gelation Modifier Sodium bicarbonate (reagent: NaHCO 3 ) can be used as a representative gelation modifier. Although other gelation modifiers exhibit gelation-controlling effects, although there is a difference depending on the amount added, alkali metal salts of bicarbonate or alkali metal salts of carbonic acid provide particularly excellent effects. Also, the alkali metal salt of bicarbonate and the alkali metal salt of carbonic acid show almost the same effect. Furthermore, gel time retardants include salts of alkali metals and alkaline earth metals, bicarbonates, carbonates, phosphates, acid phosphates, pyrophosphates, and the like.
Furthermore, pozzolans and clays can also be used, which are highly effective in reducing the bleeding rate. Gelation and strength can be adjusted by including one or more of pozzolans, clays and salts.
（４）石膏
一方、ゲル化促進剤としては、消石灰や石膏を用いることができるが、消石灰は不均質なゲルが生じやすい。それに対して、石膏はそれ自体ほとんど中性であるため、ｐＨの変化が生じず、添加量に対応してゲルタイムを短縮することができるので、地盤条件、施工法に対して効果的に配合を調整することができる。また、石膏には無水石膏と半水石膏があり、いずれを用いた場合も同様な結果が得られる。さらに、産業廃棄物になる廃石膏を用いることもでき、環境リサイクルに貢献することができる。
(4) Gypsum On the other hand, slaked lime and gypsum can be used as the gelling accelerator, but slaked lime tends to form an inhomogeneous gel. On the other hand, since gypsum itself is almost neutral, the pH does not change, and the gel time can be shortened according to the amount added. can be adjusted. Gypsum includes anhydrous gypsum and hemihydrate gypsum, and similar results can be obtained when either is used. Furthermore, waste gypsum, which is an industrial waste, can also be used, contributing to environmental recycling.
以下に、本発明の実験例を示す。なお、これらの実験例は本発明の一例に過ぎず、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。 Experimental examples of the present invention are shown below. These experimental examples are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to these experimental examples.
下記実験では、ブレーン比表面積８０００ｃｍ２／ｇのスラグを使用した。 In the experiments below, slag with a Blaine specific surface area of 8000 cm 2 /g was used.
表３に、実験例１～１８の配合とゲルタイム、ブリーディング率、一軸圧縮強度、ｐＨを示す。 Table 3 shows the composition, gel time, bleeding rate, unconfined compressive strength, and pH of Experimental Examples 1 to 18.
・ゲルタイム試験
混合直後の薬液２５０ｍＬをビニール袋に密封し、静置したままゲルタイムを測定した。ビニール袋を静かに傾けた後、静かに元の状態に戻して、このとき、懸濁部分の２／３が移動しなくなった時点をゲルタイムとした。
Gel Time Test 250 mL of the chemical solution immediately after mixing was sealed in a plastic bag, and the gel time was measured while standing still. After gently tilting the plastic bag, it was gently returned to its original state, and the gel time was defined as the point at which 2/3 of the suspended portion stopped moving.
・ブリーディング試験
混合直後の薬液４００ｍＬをグラウト袋に封入し、３時間後および１日後にブリーディング量を測定した。
- Bleeding test Immediately after mixing, 400 mL of the chemical solution was sealed in a grout bag, and the amount of bleeding was measured after 3 hours and 1 day.
・強度試験
混合直後の薬液８００ｍＬをグラウト袋に封入し、供試体を５ｃｍ×１０ｃｍに切り出し、材令７日で強度試験を行った。
· Strength test 800 mL of the chemical solution immediately after mixing was sealed in a grout bag, a specimen was cut into a size of 5 cm × 10 cm, and a strength test was performed after 7 days of age.
（結果）
・ゲルタイムおよびブリーディング率
消石灰を増加させるとゲルタイムが長くなり、ブリーディング率が減少する。
さらに石膏を加えるとブリーディング率が減少し、消石灰と同量程度加えるとゲルタイムとブリーディング率が減少する。（実験例Ｎｏ．１～３）
(result)
・Gelling time and bleeding rate Increasing hydrated lime lengthens the gel time and reduces the bleeding rate.
Further addition of gypsum reduces the bleeding rate, and addition of the same amount as slaked lime reduces gel time and bleeding rate. (Experimental example Nos. 1 to 3)
実験例１，２，３，４では、ゲル化しても不安定であるため、強度が発現しなかった。
実験例５では、石膏と消石灰を併用すると、実験例４に比べてゲルタイムが短くなり、ブリーディング率が減少し、強度は実験例１２と同等であることがわかった。
実験例６では、実験例５の石膏量を増加させたところ、増加させるとゲルタイムが短くなり、ブリーディング率は減少し、強度はやや減少することがわかった。
実験例７では、実験例５の消石灰を増加させた。ゲルタイムが延びたが強度は減少した。
実験例３，８では、中性シリカゾルを増加させるとゲルタイムとブリーディング率が減少することがわかった。
実験例８では、中性シリカゾルが多いためゲルタイムが１秒となり、瞬結配合になった。瞬結配合のため、ブリーディング率はほぼ０であった。
実験例９，１０，１１は、スラグと石膏のみの配合である。石膏量を多くすればゲルタイムは短くなり、ブリーディングの量も減少した。しかし、ゲル化しても強度が発現しなかった。
実験例１２，１３は、中性シリカゾルとスラグと石膏の組合せである。石膏量を５ｋｇ／４００Ｌ当たり増加させた場合は、ほぼゲルタイムと強度の変化はないが、ブリーディング率は減少した。
実験例１４，１５は、実験例１２，１３のスラグ量を増加させた配合である。この場合も石膏量を５ｋｇ／４００Ｌ当たり増加させた場合は、ほぼゲルタイムの変化はないが、ブリーディング率は減少し、強度は増加した。
実験例１６，１７，１８では、中性シリカゾルの量を増加させ、石膏の量を変化させた。中性シリカゾルを増加させるとゲルタイムが伸び、ブリーディング率は減少した。実験例１８では、石膏量が多かったため強度が低下している。
実験例１９は、実験例１２に重曹を併用して配合した結果である。実験例１２よりもわずかにゲルタイムが長くなり、ブリーディング率と強度は同様であった。
実験例２０は、実験例１２に水酸化マグネシウムを配合した結果である。実験例１２よりもわずかにゲルタイムが早くなり、ブリーディング率と強度は同等であった。
In Experimental Examples 1, 2, 3, and 4, strength was not developed because the gel was unstable.
In Experimental Example 5, when gypsum and slaked lime were used in combination, it was found that the gel time was shorter than in Experimental Example 4, the bleeding rate was reduced, and the strength was equivalent to that in Experimental Example 12.
In Experimental Example 6, when the amount of gypsum of Experimental Example 5 was increased, it was found that the gel time was shortened, the bleeding rate was decreased, and the strength was slightly decreased.
In Experimental Example 7, the hydrated lime of Experimental Example 5 was increased. The gel time was extended, but the strength was decreased.
In Experimental Examples 3 and 8, it was found that increasing the neutral silica sol decreased the gel time and the bleeding rate.
In Experimental Example 8, since the content of the neutral silica sol was large, the gel time was 1 second, which resulted in instant setting. The bleeding rate was almost 0 due to the instant setting formulation.
Experimental Examples 9, 10 and 11 are blends of slag and gypsum only. Increasing the amount of gypsum shortened the gel time and reduced the amount of bleeding. However, even when gelled, strength was not expressed.
Experimental Examples 12 and 13 are combinations of neutral silica sol, slag and gypsum. When the amount of gypsum was increased by 5 kg/400 L, there was almost no change in gel time and strength, but the bleeding rate decreased.
Experimental Examples 14 and 15 are formulations in which the amount of slag in Experimental Examples 12 and 13 is increased. Also in this case, when the amount of gypsum was increased per 5 kg/400 L, the gel time remained almost unchanged, but the bleeding rate decreased and the strength increased.
In Experimental Examples 16, 17 and 18, the amount of neutral silica sol was increased and the amount of gypsum was varied. Increasing the neutral silica sol lengthened the gel time and decreased the bleeding rate. In Experimental Example 18, the amount of gypsum was large, so the strength was lowered.
Experimental Example 19 is the result of blending Experimental Example 12 with sodium bicarbonate. The gel time was slightly longer than that of Experimental Example 12, and the bleeding rate and strength were similar.
Experimental Example 20 is the result of adding magnesium hydroxide to Experimental Example 12. The gel time was slightly earlier than that of Experimental Example 12, and the bleeding rate and strength were equivalent.
試験の結果、中性シリカゾルとスラグと石膏の組合せでは、ゲルタイムとブリーディング率が良化し、さらには強度の発現を確認できた。また、消石灰を石膏と同等程度の量で使用した場合、強度は消石灰抜きと同程度であった。よって、消石灰はゲルタイムとブリーディングに影響を与えることが分かった。
また、実験例１９，２０より、炭酸塩や難溶性アルカリ剤を併用してもよいことが分かった。
As a result of the test, it was confirmed that the combination of neutral silica sol, slag and gypsum improved the gel time and bleeding rate, and furthermore, developed strength. Also, when slaked lime was used in an amount similar to that of gypsum, the strength was about the same as when slaked lime was removed. Therefore, it was found that slaked lime affected gel time and bleeding.
Moreover, from Experimental Examples 19 and 20, it was found that a carbonate and a sparingly soluble alkaline agent may be used together.
（溶液型非アルカリ性シリカゲル化物と本発明に係る懸濁型固結物との相性試験）
（試験方法）
（１）前述の実験例に用いた本発明の懸濁型注入材を調製し、６００ｍｌ容器に２００ｍｌを入れ硬化させる。
（２）硬化が確認されてから、１週間放置した後、ブリーディング水を取り除き、非アルカリシリカグラウトを（１）の上層に２００ｍｌ載せて硬化させる。
(Compatibility test between solution-type non-alkaline silica gel compound and suspension-type solidified product according to the present invention)
(Test method)
(1) Prepare the suspension-type injectable material of the present invention used in the above experimental examples, and put 200 ml of the material into a 600-ml container and harden it.
(2) After confirming the hardening, leave it for one week, remove the bleeding water, put 200 ml of non-alkaline silica grout on the upper layer of (1), and harden it.
溶液型シリカグラウトとしては、１）酸性シリカゾルグラウト、２）イオン交換法のシリカグラウト、３）金属珪素から製造されたシリカによるシリカグラウトを用いた。 As the solution-type silica grout, 1) acidic silica sol grout, 2) ion-exchange silica grout, and 3) silica grout made of silica produced from metallic silicon were used.
（試験結果）
いずれの溶液型グラウトも、２か月後も溶解することなくゲル化状態を維持した（図１）。
(Test results)
Both solution-type grouts maintained their gelled state without dissolving even after two months (Fig. 1).
なお、上記実験において本発明の懸濁型注入材以外の水ガラス－セメントや低モル比水ガラス、苛性ソーダを含むスラグ系懸濁液の固結体を用いた場合、溶液型のシリカグラウトは１か月以内にほとんど溶解した。 In the above experiment, when water glass-cement, low molar ratio water glass, and slag-based suspension containing caustic soda other than the suspension-type injection material of the present invention were used, the solution-type silica grout was 1 Within months it was mostly dissolved.
以上より、本発明の懸濁型注入材を地盤中に注入後、非アルカリシリカグラウトを重ね合わせて注入することにより、懸濁型グラウトが土粒子間で浸透しきれなかった細粒土部分に浸透固結して、一体化して止水性のある固結体を形成することがわかった。 As described above, after injecting the suspension-type grouting material of the present invention into the ground, by injecting non-alkaline silica grout overlaid, the suspension-type grout can not completely penetrate between the soil particles. It was found that they percolated and solidified to form a solidified body with water stopping property.
また、非アルカリ性シリカグラウトを注入した領域と本発明の懸濁型注入材を注入した領域を隣接させて注入しても、注入領域において粗い土壌に本発明の懸濁型注入材を注入し、細かい層に非アルカリ性シリカグラウトを注入しても、耐久性のある地盤改良を行えることがわかった。 Further, even if the area injected with the non-alkaline silica grout and the area injected with the suspension injection material of the present invention are injected adjacent to each other, the suspension injection material of the present invention is injected into the coarse soil in the injection area, Injection of non-alkaline silica grout in fine layers was found to provide durable soil improvement.
本発明においては、金属珪素から製造されたシリカを用いることもできる。なお、効果についても、同様の結果が得られた。 Silica made from metallic silicon can also be used in the present invention. In addition, the same result was obtained also about an effect.
また、本発明においては、超音波発生装置を併用することで、上記シリカ材をさらに微細に粉砕して用いたり、浸透性を良くすることもできる。さらに、注入材に、カチオン系、アニオン系、非イオン系などの界面活性剤、特には、気泡発生効果のある界面活性剤を併用することや、分散剤（花王ケミカル社製のマイティ１５０など）を併用することによっても、浸透性を良くすることができる。さらに、高圧ポンプ攪拌によって微細化することもできる（例えば、スギノマシン製のスターバースト（湿式微粒子化装置））。さらにまた、マイクロ・ナノバブル製造装置を用いて、シリカ材を粉砕微細化すると同時にマイクロ・ナノバブルの作用で浸透性をよくすることもできる。 In addition, in the present invention, by using an ultrasonic wave generator in combination, the silica material can be finely pulverized and used, or the permeability can be improved. Furthermore, cationic, anionic, nonionic surfactants, especially surfactants with bubble-generating effects, may be used in combination with injection materials, or dispersants (such as Mighty 150 manufactured by Kao Chemical Co., Ltd.). Also by using together, the permeability can be improved. Furthermore, it can also be micronized by agitation with a high-pressure pump (for example, Starburst (wet micronization device) manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.). Furthermore, by using a micro/nano bubble production device, the silica material can be pulverized into fine particles and at the same time the permeability can be improved by the action of the micro/nano bubbles.
具体的には、本発明の地盤固結材においては、下記（１）～（３）のうちのいずれか１つ以上の条件を満足することで、懸濁粒子の凝集が低減され、浸透性が向上されているものとすることができる。
（１）地盤固結材が分散剤、または、界面活性剤を含む。
（２）地盤固結材がマイクロ・ナノバブルを含有する。
（３）地盤固結材に超音波が照射されている。
Specifically, in the ground consolidation material of the present invention, by satisfying any one or more of the following conditions (1) to (3), aggregation of suspended particles is reduced and permeability can be improved.
(1) A ground consolidation material contains a dispersant or a surfactant.
(2) The ground consolidation material contains micro-nano bubbles.
(3) The ground consolidation material is irradiated with ultrasonic waves.
本発明においては、あらかじめ１次注入材を注入した地盤に、２次注入材として上記地盤固結材を注入することが好ましい。例えば、１次注入としてセメント・ベントナイトを用い、２次注入として上記地盤固結材を重ねて注入して、２次注入材の注入領域外への逸脱を低減することができる。 In the present invention, it is preferable to inject the ground consolidation material as a secondary injection material into the ground into which the primary injection material has been injected in advance. For example, cement-bentonite can be used as the primary injection, and the ground consolidation material can be injected as the secondary injection to reduce the deviation of the secondary injection material to the outside of the injection area.
以上の手法によって、地盤の均質化を図って注入地盤を拘束したうえで、大きな注入孔間隔でも所定の範囲外へ逸脱することなく所定の注入量に相当する固結体を形成することができる。 By the above method, it is possible to homogenize the ground and constrain the injection ground, and form a solidified body corresponding to the predetermined injection amount without deviating from the predetermined range even if the injection hole interval is large. .
本発明の地盤固結材は、主に地盤の止水性向上、強度増大、液状化防止に適し、大きな吐出量の固結材を、孔壁周囲の地盤中に低圧力で広範囲かつ均一に浸透注入させることができる。本発明は、不均質地盤でも大きな固結径でかつ所定範囲以外への逸脱を低減し、経済的で確実に地盤改良を実施することができる。 The soil consolidation material of the present invention is mainly suitable for improving the waterproofness of the ground, increasing its strength, and preventing liquefaction. can be injected. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, even in heterogeneous ground, it is possible to economically and reliably improve the soil with a large consolidation diameter and reduced deviation from the predetermined range.
本発明の地盤注入工法は、上記本発明の地盤固結材を地盤に注入して地盤を固結することを特徴とするものである。 The ground injection method of the present invention is characterized in that the ground consolidation material of the present invention is injected into the ground to consolidate the ground.
本発明の地盤固結材は、地盤改良（補強）、液状化防止、耐震補強、住宅持ち上げなどに、幅広く適用できる。
The ground consolidation material of the present invention can be widely applied to ground improvement (reinforcement), liquefaction prevention, seismic reinforcement, house lifting, and the like.
Claims (10)
前記スラグのブレーン比表面積が、４０００ｃｍ２／ｇ以上２００００ｃｍ ２ ／ｇ以下であることを特徴とする地盤固結材。 A suspension-type ground consolidation material containing neutral silica sol, slag, and gypsum, and containing no cement or hydrated lime ,
A soil consolidation material, wherein the slag has a Blaine specific surface area of 4000 cm 2 /g or more and 20000 cm 2 /g or less .
（１）前記地盤固結材が分散剤、または、界面活性剤を含む。
（２）前記地盤固結材がマイクロ・ナノバブルを含有する。
（３）前記地盤固結材に超音波が照射されている。 The ground consolidation material according to claim 1, which satisfies any one or more of the following conditions (1) to (3).
(1) The ground consolidation material contains a dispersant or a surfactant.
(2) The ground consolidation material contains micro-nano bubbles.
(3) The ground consolidation material is irradiated with ultrasonic waves.
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