JP7624813B2

JP7624813B2 - 固化材

Info

Publication number: JP7624813B2
Application number: JP2020148712A
Authority: JP
Inventors: 高明大西; 謙二佐藤; 智紀津田
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2025-01-31
Anticipated expiration: 2040-09-04
Also published as: JP2022043440A

Description

本発明は、高圧噴射攪拌工法や薬液注入工法等に利用可能な固化材に関するものである。

地盤改良工法としては、スラリー状の固化材を使用して施工する工法が存在する。また、固化材としては、例えば、セメントを主成分とするセメント系固化材が存在する。しかしながら、セメント系固化材は地盤を高強度にするには適するが、セメント自体のアルカリにより地盤のｐＨが高くなる傾向にある。そこで、「含水土壌用固化材による固化処理において、中性で且つ固化強度に優れた中性固化材の提供および該固化材を使用する含水土壌の固化改良方法の提供を目的と」し、「水硬性アルミナ８５～９９質量％および炭酸リチウム１～１５質量％より成る含水土壌用中性固化材」が提案されている。また、同提案は、「水硬性アルミナ６５～９８質量％、炭酸リチウム１～１５質量％および炭酸カルシウム１～２０質量％より成る含水土壌用中性固化材」がより好ましいものとしている。同提案は、「水硬性アルミナを土壌固化材として用いた場合、炭酸リチウムが優れた固化助剤（固化強度増進材）として作用すること、さらにこれに炭酸カルシウムを併用することにより、中性領域でセメント系固化材に匹敵する高強度が得られることを見出して本発明を完成した」としている。

しかしながら、この提案によると、固化材のスラリーは固化時間が短く、高圧噴射攪拌工法に適さず、また、薬液注入工法には適さない場合がある。また、本発明者は、同提案によるとｐＨを十分に抑えることができないと認識している。

特許４４６２８５３号公報

発明が解決しようとする課題は、ｐＨを十分に抑えることができる固化材を提供することにある。より好ましくは、高圧噴射攪拌工法等に使用することができる固化時間を有する固化材を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。

（請求項１に記載の手段）
水硬性アルミナ２０～８０質量％と、無機水溶性ナトリウム塩０．１～１０質量％と、が配合され、
前記無機水溶性ナトリウム塩として塩化ナトリウムが配合されている、
ことを特徴とする固化材。

（請求項２に記載の手段）
オキシカルボン酸及びオキシカルボン酸縮合物の少なくともいずれか一方が０．１～５質量％配合されている、
請求項１に記載の固化材。

（請求項３に記載の手段）
前記オキシカルボン酸として、グルコン酸が配合されている、
請求項２に記載の固化材。

（請求項４に記載の手段）
前記オキシカルボン酸縮合物として、グルコノδラクトンが配合されている、
請求項２に記載の固化材。

（請求項５に記載の手段）
前記無機水溶性ナトリウム塩が海水から得られたものである、
請求項１に記載の固化材。

発明によると、ｐＨを十分に抑えることができる固化材となる。

次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例である。本発明の範囲は、本実施の形態の範囲に限定されない。

本形態の固化材は、水硬性アルミナと、無機水溶性ナトリウム塩及び無機水溶性マグネシウム塩の少なくともいずれか一方とが配合されている。好ましくは、更にオキシカルボン酸及びオキシカルボン酸縮合物の少なくともいずれか一方が配合されている。以下、順に説明する。なお、本形態の固化材は、通常、水等の液体が配合されてスラリーとされている。スラリーとは、液体と固体粒子との懸濁液を意味し、通常、固体粒子は微粉状である。以下では、固化材を固化材スラリーともいう。

（水硬性アルミナ）
本形態の固化材スラリーには、水硬性アルミナが配合されている。水硬性アルミナは、水を添加すると再水和反応を起こし、粒子同士が凝集して硬化する性質を有する。水硬性アルミナは、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、更にＦｅ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ等で組成される。水硬性アルミナは、中間アルミナの１種であるρ－アルミナから生成することができる。ρ－アルミナは、ジプサイト（α－Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）、バイヤライト（β－Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）を真空中で低温度で脱水することで生成することができる。ρ－アルミナは、アルミナセメントとは異なり、ＣａＯを含んでいないため、ＣａＯに由来する問題を有しない。

水硬性アルミナとしては、例えば、住友化学株式会社製のＢＫ－１１２等を使用することができる。

固化材スラリー全量に対する水硬性アルミナの配合割合は、好ましくは２０～８０質量％、より好ましくは３０～７０質量％、特に好ましくは４０～６０質量％である。配合割合が２０質量％を下回ると、アルミニウムが過剰に水和して含水物質となり、強度が得られない可能性がある。他方、配合割合が８０質量％を上回ると、スラリーが高粘性となり、ポンプによる送液が困難となる可能性がある。

（無機水溶性塩）
本形態の固化材スラリーには、水硬性アルミナと共に無機水溶性ナトリウム塩及び無機水溶性マグネシウム塩の少なくともいずれか一方（以下、単に「無機水溶性塩」ともいう。）が配合されている。無機水溶性塩が配合されていると、当該塩の電解イオンによってアルミナの解離平衡が移動し、懸濁液（固化材）や固化物（改良土）のｐＨを抑えることができる。特に本形態によると、固化材スラリーのｐＨが９以下（好適にはｐＨ５．８～８．６）に抑えられるため、水質汚濁防止法・海洋排水ｐＨの規定内となる。

なお、固化材スラリーのｐＨが高いと、高圧噴射攪拌工法や薬液注入工法等において固化材（懸濁液）を地盤内に送液し、当該懸濁液が地表面に漏れ出た場合、周囲をアルカリ汚染する可能性がある。また、海底など水中施工での地盤改良の場合は、周辺の生態系に影響を及ぼす可能性がある。

固化材スラリー全量に対する無機水溶性塩の配合割合は、好ましくは０．１～１０質量％、より好ましくは０．２～７質量％、特に好ましくは０．３～５質量％である。配合割合が０．１質量％を下回ると、解離平衡の移動が少なく、ｐＨ低下等の効果が十分に得られない可能性がある。他方、配合割合が１０質量％を上回ると、表面のアルミニウムが水和活性とならず、強度が得られない可能性がある。

無機水溶性塩のうち無機水溶性ナトリウム塩としては、塩化ナトリウムを使用するのが好ましい。塩化ナトリウムは水への溶解度が高く、水溶液を得やすいほか、毒性が低く安全性が高い。

無機水溶性ナトリウム塩としては、ナトリウムイオンやマグネシウムイオンを含む水である海水を使用するのが好ましい。海水を使用すると、現地で塩を溶解させる工程を省略できるほか、海域近傍での施工においては、容易に海水を得ることができるため、上水使用量を低減できる。

なお、海水を使用する場合においても、無機水溶性ナトリウム塩が全て海水で賄われる必要はなく、無機水溶性ナトリウム塩の一部が海水から得られたものであってもよい。また、海水は適宜処理されたうえで無機水溶性ナトリウム塩として使用することができ、この場合、海水は無機水溶性ナトリウム塩の供給源ということができる。

（オキシカルボン酸・縮合物）
本形態の固化材スラリーには、オキシカルボン酸及びオキシカルボン酸縮合物の少なくともいずれか一方（以下、単に「オキシカルボン酸類」ともいう。）が配合されていると好適である。オキシカルボン酸類が配合されていると、スラリーの粘性を低減させ、かつ硬化（固化）時間を効果的に延長することができる。

固化材スラリー全量に対するオキシカルボン酸類の配合割合は、好ましくは０．１～５質量％、より好ましくは０．２～３質量％、特に好ましくは０．３～２質量％である。配合割合が０．１質量％を下回ると、粘性低減効果、硬化遅延効果が得られない可能性がある。他方、配合割合が１０質量％を上回ると、アルミナ表面がブロックされ、硬化不良となる可能性がある。

オキシカルボン酸類としては、例えば、グルコン酸、乳酸、クエン酸等の水溶液の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。ただし、オキシカルボン酸としては、グルコン酸を使用するのが好ましい。グルコン酸を使用すると、少量の添加で、効果的に粘性低減効果、硬化遅延効果が得られる。

また、オキシカルボン酸縮合物としては、グルコノδラクトンを使用するのが好ましい。グルコノδラクトンを使用すると、水を含まないことから添加量が低減でき、また粉体であることから、保存容器の酸による腐食等がない。

（用途）
本形態の固化材スラリーは、固化時間が、例えば１０～３０００分（好適には３０～３００分）の地盤改良工法に使用することができる。本形態の固化材スラリーを高圧噴射攪拌工法や薬液注入工法に使用する場合においては、地下水流が早い場合においても数十分程度の固化時間を持たせることで、固化材の流出を抑えることができる。また、高圧噴射工法柱列杭ラップ施工では、２日程度の長い固化時間を持たせることで、ラップ部の連結を確実に行うことができる。

高圧噴射攪拌工法とは、固化材を地盤に高圧噴射して改良体を造成する工法である。より具体的には、高圧噴射攪拌工法は、例えば、削孔工程と、これに続く造成工程とを有する。削孔工程においては、先端にビットが備わる自穿孔型の注入管によって地盤を削孔し、注入管を地盤に挿入する。また、造成工程においては、地盤に挿入されている注入管を軸回りに回転させながら引き上げ、この引上げの過程で固化材を高圧噴射することによって地盤に改良体を造成する。高圧噴射攪拌工法は、高圧噴射注入工法などと呼ばれることもある。高圧噴射攪拌工法は、地盤改良のために広く採用されており、古くはＣＣＰ工法（ケミカルチャーニングパイル工法）等が存在したが、近年では、同工法に対する要求の多様化から、例えば、ＣＪＧ工法（コラムジェットグラウト工法）、クロスジェット工法、スーパージェットグラウト工法、スーパーミディジェットグラウト工法、ＪＳＧ工法、ＲＪＰ工法（ロジンジェットパイル工法）等の様々な工法が存在するに至っている。

次に、本発明の実施例について、説明する。
表１に示す配合量で固化材（懸濁液）を作製し、各種試験を行った。懸濁液は、先に水と無機水溶性塩を添加し、ケミカルミキサーで撹拌して溶解させたのち、アルミナ粉を添加撹拌して得た。なお、炭酸リチウムは非水溶性であるので、アルミナと同時に水中へ投入した。

懸濁液のｐＨ、ブリージング、材令７日及び２８日におけるホモ強度、固化物ｐＨを表２に示した。

次に、無機水溶性塩及びオキシカルボン酸類の添加による影響を明らかにするための試験を行った。懸濁液は、表３に示す配合量で、先に水と無機水溶性塩、オキシカルボン酸類を添加し、ケミカルミキサーで撹拌して溶解させたのち、アルミナ粉を添加撹拌して得た。固化時間、ブリージング、ｐＨ、材令２８日におけるホモ強度、粘度を同表に示した。比較のためにセメント系固化材スラリーの場合の結果を、表４に示した。

本発明は、高圧噴射攪拌工法や薬液注入工法等に利用可能な固化材として利用可能である。

Claims

水硬性アルミナ２０～８０質量％と、無機水溶性ナトリウム塩０．１～１０質量％と、が配合され、
前記無機水溶性ナトリウム塩として塩化ナトリウムが配合されている、
ことを特徴とする固化材。
オキシカルボン酸及びオキシカルボン酸縮合物の少なくともいずれか一方が０．１～５質量％配合されている、
請求項１に記載の固化材。
前記オキシカルボン酸として、グルコン酸が配合されている、
請求項２に記載の固化材。
前記オキシカルボン酸縮合物として、グルコノδラクトンが配合されている、
請求項２に記載の固化材。
前記無機水溶性ナトリウム塩が海水から得られたものである、
請求項１に記載の固化材。