JPH0299587A - グラウト組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、地盤のさく井（ボアーホール）や地下の中空
部分をシールするためのグラウト組成物に関する。

（従来の技術） グラウト組成物は、ウェルや他の地下のくぼみを介して
流出入する水などの流体の移動を少なくするのに、長年
の間、使用されている。また、グラウトは埋没した基礎
や地下構造への水などの流体の移動を抑制するのに用い
られる。これらの組成物において、不浸透性の程度は存
在するベントナイトの量と、直接的に関係する。本発明
の開発前には、グラウト混合物中の高濃度のベントナイ
トにより、かかる混合物は、使用するには、あまりにも
急速に濃厚になって、粘度や粘着性が高くなりすぎてい
たのである。このような混合物は、ポンプ装置やそれに
関する搬送用のホースやパイプ中に詰まり、これらの装
置等は使用不可能になる。

マーツン（Ｍａｓｏｎ）の米国特許第４４６３８０８号
は、ベントナイト、とくに粒状ベントナイトや他の水膨
潤性クレイを、ｆめ混合した水とポリマーの溶液に添加
することからなる組成物を開示している。ポリマーは、
水分散性・加水分解ポリアクリルアミドであり、これは
、形成した流体グラウトをウェル・ボアーホール中の所
定の位置に配置させるのに充分な時間、クレイの膨潤を
抑制する。粒状ベントナイトは、この組成物での使用に
特に望ましいものであると記載されている。なぜなら、
微粉砕ベントナイトでは、急速に膨潤するため、ウェル
・ボアー中に迅速に配置仕ねばならないからだと、して
いる。この組成物用に示されたベントナイトの爪は、水
１ガロン当たり、２〜４ボンドである。

ハリエツト（ｌｌａｒｒｉｅＬｔ）の米国特許第４６９
６６９８号および第４６９６６９９号はグラウト組成物
を記載し、この組成物は、８０％までのベントナイトま
たは他の水膨潤性クレイと共に、８０％までの非膨潤性
・粒状充填材（例えば、フライアッシュ、ケイソウ土ま
たは力焼クレイ）、３５％までの凝固剤としての水溶性
ケイ酸塩、３５％までのゲル化剤（例えば、酸化マグネ
シウムまたはソーダ灰）、および３５％までの多価カチ
オン源を含有している。この組成物は、所望により水膨
潤性クレイ用の分散剤として、ビロリン酸ナトリウムを
用いている。ハリエツトは、該組成物の早すぎるゲル化
を防止するには、ポリアクリル酸または他のポリマー剤
の塩による水膨潤性クレイのポリマー処理は用いないよ
う、警告している。

（発明の概要） 本発明は、容易に製造でき、部分的に水、昆和性で容易
にポンプ処理して配置できるグラウト組成物を提供する
ものであり、該組成物は、水などの地下の流体に対し、
低い浸透性を示すと共に、水膨潤性でかつ完全な再膨潤
性を示すコロイド状クレイ固体を非常に高い濃度で含有
する。本発明の組成物は、ベントナイトのような水膨潤
性コロイド状クレイ９０．０〜９９．９％、およびある
種の低分子量ポリアクリレート・ポリマーのような希釈
剤０．１−１０％を含有する。かかる百分率は、水混合
前の組成物市川に関するしのである。希釈剤は、製造し
たグラウト混合物中の水膨潤性コロイド状クレイ固体の
含有量を、かかる希釈剤を含まずに製造されるしのより
も、著しく増加させるための薬剤として機能する。グラ
ウト混合物は、グラウト組成物５０ポンド（ｆｌ！ｂ）
を水９〜１８ガロン、好ましくはｌｌ−１４ガロンに添
加して、約２５〜４０％の再膨潤性固体を含有するグラ
ウト混合物を得ることで、製造される。本発明の組成物
は、ゲル化剤または凝集剤を含まないので、水和により
調製されたグラウトは、再膨潤能力を阻害されることが
なく、次いで乾燥により収縮される。本発明は、ウェル
形成の間のウェル・ケーソング付近に存在するボアーホ
ール中の、グラウト剤、硬化剤またはブラッギング剤と
して有用であり、ウェル排除過程の間のボアーホールに
おいて、該ボアーホール内での流体の移動を防止し、か
つウェルを安定化して、地盤の流体と接触しうる基礎や
他の地下構造物を防水することができる。本発明の組成
物は、流体の移動や該流体の構造物との接触を制限する
ことが要求される、いずれの地下条件や環境においても
、有用である。

（発明の詳細な 説明の組成物は、例えば、ケーシングとボアーホール壁
の間の環状のすき間をシール仕ねばならない場合該ウェ
ル・ケーシングにグラウトを注入したり、ボアーポール
区域をシールせねばならない場合モニター用の該ウェル
・ボアーホールにグラウトを満たしたり、また、ボアー
ホール全体を完全にシールずべくウェル排除の間に該ウ
ェル・ボアーホールにグラウトを注ぐのに使用される。

また本発明のグラウト組成物は、路盤基礎構造物を加圧
グラウト処理およびシールして、地下水などの流体との
接触を制限したり、該流体に対する浸透性を制限するの
に使用される。さらに本発明は、地下水などの流体の移
動の制限が望ましい場合や必要な場合の、いずれの路盤
用途においてら、有用である。

また、本発明の組成物は、フレキシブルで低浸透性の、
埋め突しおよび充填用の物質であって、地下の溝やボア
ーホール中のセメント管やケーブルに使用され、また電
気接地装置周囲を埋め戻すための送電媒体として用いら
れろ。

本発明の好ましいグラウト組成物は、水膨潤性クレイ、
例えばベントナイトを９８．０〜９９．９ｆｒ量％量で
含み、水分散性ポリアクリレート希釈剤を０゜１〜２重
量％で含有する。いずれの種類のゲル化剤もしくは凝集
剤または非・膨潤性充填材も用いていない。この組成物
に、新鮮な水１１〜１４ガロンを加えて、約３０〜３５
％の再膨潤性固体を含むグラウト混合物を得ろ。

本発明の組成物に使用される水膨潤性クレイには、水に
よる水和によって膨潤しうる任きのコロイド状クレイ物
質が包含される。コロイド状クレイは、ベントナイト（
モンモリロナイト）、バイデライト、ノントロナイト、
ヘクトライト、サボナイトを含め、三八面体または三八
面体スメクタイト群またはこれらの混合物から選ばれる
任意のものとできる。

加えて、クレイはアタパルジャイト、セピオライト、こ
れら２つのクレイ鉱物の混合物またはこれら２つのクレ
イ鉱物と１またはそれ以上のスメクタイト群の鉱物との
混合物であってよい。

本発明の好ましい具体例において、コロイド状クレイ鉱
物は、約８０重量％が２００メツシュＵＳ、標準クレイ
をバスしうるような微粉砕のナトリウム・ベントナイト
（ナトリウム・モンモリロナイト）である。コロイド状
クレイの微粉砕は、水との急速な混合および水中での急
速な分散を促進する。微粉砕コロイド状クレイは、また
粗粒子のコロイド状クレイを用いた場合に被むる問題を
解消する点で、好ましい。すなわち、粒径が大きなりレ
イ粒子であれば、該粒子は、水和により粘着性になり、
その大きな粒径のために混合水中に急速に分散すること
ができなくなり、粒子相互の付着により凝集し、ポンプ
装置、搬送および配置パイプ、デユープおよびポースの
詰まりを乙たらず。

本発明の好ましい具体例における微粉砕クレイの使用に
もかかわらず、粒状クレイを用いても同様な成功が得ら
れ、かかるクレイは、配置前に水と完全に混合して、実
質的に分散し、数個の粗粒子が該混合物中に残存する。

粒状ベントナイトを用いた場合、水−クレイ混合物にお
いて粒子の相互付着の問題が生じるが、この問題は、微
粉砕コロイド状クレイの使用により解消される。なぜな
ら、粒子の相互付着により形成された微粉砕クレイ粒子
の塊りは、簡単に壊れ、ポンプや搬送装置を詰まらせる
ことはないからである。

その結果、本発明の好ましい具体例である該組成物は、
微粉砕乾燥クレイの混合水への添加後直ちに、地下のく
は゛み内にポンプにより置かれるが、かかる混合物は、
未た尚大きな塊ってあって該混合物中のクレイ固体の実
質的な混合と分散が生じる萌である。別法として、混合
物は、地下のくぼみに置かれる前に、クレイ固体を混合
水中に完全に分散して、増粘およびペースト状コンンス
テンシーが得られるまで混合することができる。混合水
中のクレイ固体の混合量および分散度は、いずれにせよ
、該組成物の配置特性またはシール能力に対し、影響を
与えない。

水溶液に分散されると、水膨潤性コロイド状クレイ結晶
は、最小の自由エネルギーの位置に配向される。ごく−
船釣には、これにより、正荷電結晶エツジが、隣接する
クレイ結晶の負荷電結晶面の方向に配向される。撹はん
しない場合、この配向は、クレイ懸濁液中でのゲルの形
成をもたらす。

ゲルの形成速度およびゲルの極限粘度の両方は、懸濁水
中に存在する電解質の濃度とタイプ、およびクレイ濃度
に依存する。電解質および／またはクレイの濃度が高く
なれば、ゲル形成の速度が速くなり、かつゲルの濃度が
高くなる。

クレイ希釈剤の機能は、化学吸着過程を介し、該希釈剤
分子上の負荷電部位が各クレイ結晶のエツジ上にさらさ
れた正荷電部位に結合することによってなされる。この
結合により、クレイ結晶エツジが正荷電され、クレイ結
晶のゲル形成構造への配向を抑制し、これにより、懸濁
水中に分散されたクレイ結晶か低粘度流体形に維持され
る。

本発明の組成物において、該希釈剤は、クレイ結晶の分
散を最大にして初期粘度を減少させると共にゲル形成の
開始を遅延さけるのに、使用される。ずなわら、他の方
法で可能な濃度よりもより高い濃度の水膨潤性コロイド
状クレイ固体を水混合物に添加することができる。本発
明の希釈剤とクレイ成分の適切なバランスにより、固形
公約２５〜４０％の水膨潤性コロイド状ソリ力を達成す
ることができる。実際に達成される水膨潤性コロイド状
シリカ固体の濃度は、特定の用途に必要な条件および用
いられた混合、ポンプおよび搬送装置のタイプの関数で
ある。得られた高固形分の水膨潤性コロイド状クレイか
らなる混合物は、該混合物を連続的に撹はんしている限
り、引きつづき永久的にポンプ処理すること力〈できる
。撹はんを停止しても、引きつづき該混合物は１時間以
上ポンプ処理することができる。

本発明の好ましい具体例において、本発明に用いられる
希釈剤は、水分散性で狭い多分散度のポリマー・カルボ
ン酸のナトリウム塩で、低い分子量２０００〜５０００
を有している。ポリマー希釈剤は、他のクレイ希釈剤と
は、活性の効率の点で特徴付けられる。すなわち、ごく
少量のポリマー希釈剤でも昔しい希釈化効果か得られる
のである。本発明の好ましい具体例において使用される
ポリマー希釈剤は、他のポリマー希釈剤から、他のポリ
マー希釈剤よりもより増加した希釈化作用が得られるよ
うなごく狭い分子量範囲によって、区別される。また、
ポリマー希釈剤は、他のポリマー・クレイ処理剤から、
以下の点によって特徴付けられる：非常に低い分子ｍ（
市販のものは１００００以下である）、少なくとも６０
％のアニオン性カルボキシル基を有する高アニオン性ポ
リアクリレート・ポリマーからなる化学構造、およびそ
れらを正荷電クレイ結晶エツジに対し広範に結合させる
と共にクレイ懸濁液中でのゲル構造の形成を抑制するよ
うな活性化メカニズム、すなわち水中に分散されるクレ
イ粒子を高濃度にさせるようなメカニズムっ 他のポリマー・クレイ処理として、例えばクレイの水分
吸収の抑制により膨潤を抑制する先行技術かあるが、こ
れらは、著しく高い分子量を有し、市販のものは通常１
００００００以−Ｌであり、その化学組成は、わずか約
２５〜４０％のアニオン性のみであって、部分的加水分
解ポリアクリルアミドまたはポリアクリレート／ポリア
クリルアミド・コポリマーのいずれかを含み、また、そ
の機能は、クレイ粒子をカプセル化して、これらを相互
に結合させ、これにより、水分の該粒子内への移動の割
合を減少させるものであるっ 研究によれば、本発明に使用されるタイプのポリアクリ
レートは、比較的低い分子量、したがって短い分子長さ
と高い電荷密度を有するため、水膨潤性クレイの膨潤に
対し乏しい抑制剤ではあるが、他方、ゲル構造の形成を
抑制する機能を存するため、水膨潤性クレイに対し良好
な希釈剤であることか判明した。

反対に、研究によれば、先行技術として用いられている
ような、約２５〜４０％のアニオン性である部分的加水
分解ポリアクリルアミドまたはポリアクリレート／ポリ
アクリルアミド・コポリマーについて以下のことが判明
した。すなわち、これらは、高分子量、し１こがって非
常に長い分子長さと粁しく低い電荷密度を有するため、
水膨潤性クレイの膨潤に対し非常に良好な抑制剤である
が、他方、クレイ粒子エツジ上の正電荷を完全にマスキ
ングする能力（したがって、これにより粒子相互の配向
と結果として生じるゲル形成を抑制する能力）を有しな
いため、非常に不良な水膨潤性クレイ用希釈剤である。

本発明の好ましい具体例におけるポリマー希釈剤の使用
は、本発明の単なる一具体例であって、他の希釈剤物質
の使用を排除する乙のではない。

他の適当な希釈剤には、単なるホスフェート類、ポリポ
スフェート類、オルガノホスフェート類、ホスホネート
類、関連ホスフェート化合物を含め、ホスフェート希釈
剤、タンニン類、亜炭（リグナイト）、濁沸石、リグノ
スルボネートなどが包含され、これら他の希釈剤物質の
使用割合は、乾燥グラウト組成物の０１〜１０％である
。本発明の付加的な具体例には、２またはそれ以上の希
釈剤の混合物ら包含されろ。

（実施例） つぎに実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが
、これらに限定されろものではない。

適当な混合機により、微粉砕した未処理ナトリウム・ベ
ントナイト・クレイ９９．７％（水分項８０％Ｘ米国ｔ
１２００メツシユ・フル４８０％バス）および水分散性
で狭い多分散度を有するポリアクリル酸ナトリウムポリ
マー０．３％（分子量範囲２０００〜５０００）を混合
して、グラウト組成物を製造した。この乾燥組成物５０
．０ボンドを新鮮な水１２．２力【Ｊンに加えて、完全
な膨潤性を示しかつ再膨潤性のナトリウム・ベントナイ
ト固体約３０％を含有するグラウト懸濁液を製造した。

得られたグラウト懸濁液中に存在する物質の割合は、グ
ラウト組成物の全重量に対し、約６９．６７ｆ（２％の
水、３０．３重量％のナトリウム・ベントナイトおよび
０．１重量％のポリマーである。乾燥グラウト組成物の
代表的な化学分析は、以下のとおりである。

ｉＯｚ 八〇、０３ ｅｚｅ３ Ｎａ、Ｏ ｇＯ ａＯ Ｋ、Ｏ ｉＯｔ その他 水 剋合。

６、４７ １　９．４２ ３．９３ 、７２ １目 ０．７３ ０．３３ ８．００ かかる組成物は、ポンプにより以下の方法により地下の
くぼみに配置させることができた・微粉砕の乾燥クレイ
を混合用の水に添加した後、かかる混合物が未だ尚大き
な塊りであって混合用の水中のクレイ固体の実質的な撹
はんおよび分散が生じる前に、直ちに、ポンプ処理する
か、または混合物を、クレイ固体が混合水中に完全に分
散されるまで混合して、地下のくぼみに配置する前に濃
度とペースト状コンソステンシーが得られた後に、ポン
プ処理した。得られた水膨潤性高固形分コロイド状クレ
イ固体は、該混合物を連続的に撹はんしている限り、引
きつづき永久的にポンプ処理が可能であった。またこれ
は、撹はんしない場合でも、引きつづき１時間以上ポン
プ処理が可能であった。混合水中のクレイ固体の混合量
および分散度は、いずれに仕よ、配置特性または組成物
のシール能力に対し、影響を与えなかった。かかる組成
物は、フレキシブルで低い浸透性のプラ、ソギング物質
として、用いることができ、水和による完全な再膨潤性
能力を引きつづき有することができた。

種々の変形例、改良例ら、本発明の精神、範囲または意
図を逸脱しない限り、なすことができるものと理解４−
へきである。したがって、前記実施例は、単に本発明の
説明のために挙げたらのであり、本発明はこれらに制限
されるものではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水膨潤性クレイと希釈剤を重量比９０．０〜９９．
   ９：１０．０〜０．１の割合で含有するグラウト組成物
   。 ２、水膨潤性クレイが、バイデライト、ノントロナイト
   、ヘクトライト、サボナイト、アタパルジャイト、セピ
   オライトおよびベントナイト（モンモリロナイト）から
   なる群から選ばれる少なくとも１つ以上の物質からなる
   請求項１記載の組成物。 ３、水膨潤性クレイが、ナトリウム・ベントナイトであ
   る請求項２記載の組成物。 ４、希釈剤が、ホスフェート類、ポリホスフェート類、
   オルガノホスフェート類、ホスホネート類、タンニン類
   、亜炭類、濁沸石、リグノスルホネート類およびポリア
   クリレート類からなる群から選ばれる少なくとも１つの
   物質からなる請求項１記載の組成物。 ５、希釈剤が、水分散性で狭い多分散度と分子量２００
   ０〜５０００を有するポリマー・カルボン酸のナトリウ
   ム塩である請求項４記載の組成物。 ６、希釈剤が、ポリアクリル酸ナトリウムである請求項
   ４記載の組成物。 ７、水膨潤性クレイが、微粉砕されており、２００メッ
   シュ米国標準フルイ８０％以上パスである請求項１記載
   の組成物。 ８、微粉砕ベントナイト９８．０〜９９．９重量％、お
   よびポリアクリレート希釈剤０．１〜２．０重量％を含
   有するグラウト組成物。　 ９、ベントナイトが、ナトリウム・ベントナイトである
   請求項８記載の組成物。 １０、希釈剤が、水分散性で狭い多分散度と分子量２０
   ００〜５０００を有するポリマー・カルボン酸のナトリ
   ウム塩である請求項８記載の組成物。 １１、ナトリウム・ベントナイトが、２００メッシュ米
   国標準フルイ８０％パスの、微粉砕ナトリウム・ベント
   ナイトである請求項９記載の組成物。 １２、水膨潤性クレイ９０．０〜９９．９重量％、およ
   び希釈剤０．１〜１０重量％を含有する予備混合グラウ
   ト組成物５０ボンド部と、新鮮な水９〜１８ガロン部を
   混合してなり、約２５〜４０重量％の再膨潤性固体を含
   有するグラウト混合物。 １３、グラウト組成物が、ナトリウム・ベントナイト９
   ８．０〜９９．９重量％およびポリアクリレート希釈剤
   ０．１〜２．０重量からなる請求項１２記載の混合物。 １４、グラウト組成物が、微粉砕ナトリウム・ベントナ
   イト９８．０〜９９．９重量％（２００メッシュ米国標
   準フルイ８０％パス）、および水分散性で狭い多分散度
   と低い分子量２０００〜５０００を有するポリマー・カ
   ルボン酸のナトリウム塩０．１〜２．０重量％からなる
   請求項１２記載の混合物。 １５、再膨潤性固体が、３０〜３５重量％である請求項
   １２記載の混合物。 １６、地盤の孔や地下の空所をシールするための、完全
   に再膨潤可能でかつポンプ処理可能な非凝集性グラウト
   混合物を製造するにあたり、水膨潤性クレイ９０．０〜
   ９９．９重量％、およびポリアクリレート希釈剤０．１
   〜１０．０重量％を含有する予備混合グラウト組成物５
   ０ポンド部を、新鮮な水９〜１８ガロン部に添加し、次
   いで得られた混合物を、少なくともある種の成分が完全
   に分散するまで撹はんすることを特徴とする製法。 １７、グラウト組成物が、グラウト組成物が、微粉砕ナ
   トリウム・ベントナイト９８．０〜９９．９重量％、お
   よび水分散性で狭い多分散度と低い分子量２０００〜５
   ０００を有するポリマー・カルボン酸のナトリウム塩０
   ．１〜２．０重量％からなり、 かかるグラウト組成物を新鮮な水１１〜１４ガロン部と
   混合する請求項１６記載の製法。１８、グラウト混合物
   が、非凝集性で完全に再膨潤可能であって、約２５〜４
   ０重量％の再膨潤性固体を含有する請求項１６記載の製
   法。 １９、グラウト混合物が、非凝集性で完全に再膨潤可能
   であって、約３０〜３５重量％の再膨潤性固体を含有す
   る請求項１７記載の製法。