JPH06219796A - 地盤注入剤及びその注入工法 - Google Patents
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Abstract
層や海水浸漬を受けた軟弱地盤などに対し優れた硬化能
と浸透性をもって地盤改良できる無公害耐久性の地盤注
入剤及びその注入工法を提供することにある。 【構成】 本発明に係る地盤注入剤は、高炉スラグを主
材とする水硬性混合微粉末スラリー、シリカゾル及び助
剤としてアルカリ金属炭酸塩と可溶性リン化合物との混
合物を基本成分とすることを特徴とし、該地盤注入剤
は、水硬性混合微粉末のスラリーとシリカゾル及び助剤
との混合液とを1ショット方式または1.5ショット方
式で地盤に注入することを特徴として注入することがで
きる。
Description
る水硬性混合微粉末と、シリカゾル(水性コロイダルシ
リカ)と助剤とを主剤に用いる地盤注入用薬液であっ
て、浸透性に非常に優れ、砂地盤の強化、軟弱地盤の強
化などに用いられる地盤注入剤及びその注入工法に関す
る。
主剤としたものが多用され、その硬化剤(ゲル化剤)には
ポルトランドセメント、消石灰、鉄鋼スラグ等のカルシ
ウム塩類や、硫酸水素ナトリウム、硫酸マグネシウム、
リン酸等の各種酸類、グリオキザール、エチレンカーボ
ネートなどの有機酸、エステル類が使用されてきた。ま
た、水ガラスのアルカリを嫌ってシリカゾルを主剤とし
た地盤注入剤も幾つか提案されている。
(特開昭57−164186号公報、特開昭59−66482号公報)、
スルファミン酸マグネシウム等のアルカリ土類金属塩
(特開昭63−168485号公報)、塩化ナトリウムや硫酸水素
ナトリウム等のアルカリ金属塩(特開昭59−152985号公
報)、アルミニウム塩等の3価の金属塩(特開昭59−1529
84号公報)、等の電解質を加えて硬化させる方法が提案
されている。
メントの硬化促進法が特開平2−8981号公報に記載され
ている。
ては既に多くの文献に紹介されており、アルカリ金属炭
酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属カルボン酸
塩が実用化されている。
法は、既に多数の文献で紹介されているように、注入し
た材料に含まれる多量のナトリウム塩の存在のため耐久
性に問題があり、仮設材としての価値しか認められてい
ない。
汚染や地下埋設物の腐食が問題になる。酸性水ガラスを
使用した場合にもこれらの欠点は全く同じである。
いか、全く含まないシリカゾルの利用が注目されてきて
いるが、電解質としての金属塩類はシリカゾルをゲル化
させ、流動性のない固体に変えることはできるが、ゲル
強度は通常1kg/cm2以下であって、このゲルには
経時的な強度の増加はないため流水や地盤の変動に対す
る耐久性は期待できない。
と、セメントに対して有害物質を実質的に含まないシリ
カゾルの2成分よりなる地盤注入剤は、耐久性注入剤と
して期待されている。
盤注入剤は空洞充填を行うことによる地盤強化に有効と
されているが、地震による砂地盤の液状化現象の防止や
海水の影響を受ける地盤の改良などの地盤注入剤として
は有効ではない。
40μmであるため、砂層の細かい間隙への浸透性が悪
いためであると思われる。
スラリーを用いてもシリカゾルとの反応が早く、強度発
現のないゲルが生じて、むしろ砂層への浸透注入は行わ
れず、また、注入が可能であったとしても地下水の流れ
のあるときには殆ど適用できない。
濁系の注入剤において、特に、海水の影響を受けた地盤
にあっては、海水中のMg2+やCa2+がシリカゾルの凝
析に作用するためか、前記と同様強度を発現しないゲル
が生じて殆ど実用に耐える地盤改良はなされない。
究を重ねたところ、シリカゾルに対し、特定の高炉スラ
グ含有微粉末と助剤を用いることにより上記問題の解決
が企図できることを知見し、本発明を完成した。
論のこと砂層や海水浸漬を受けた軟弱地盤などに対し優
れた硬化能と浸透性をもって地盤改良できる無公害耐久
性の地盤注入剤及びその注入工法を提供することにあ
る。
提供される地盤注入剤は、高炉スラグを主材とする水硬
性混合微粉末スラリー、シリカゾル及び助剤としてアル
カリ金属炭酸塩と可溶性リン化合物との混合物を基本成
分とすることを構成上の特徴とするものである。
のように三つの成分を基本とする懸濁タイプの地盤注入
剤である。まず、使用するシリカゾルとしては、水ガラ
スを原料としてイオン交換法、解膠法、酸中和法、電気
透析法等で製造されたものであるが、製造法の例として
は米国特許第2,577,484号明細書、米国特許第3,711,419
号明細書、米国特許第2,572,578号明細書、特開昭52−3
3899号公報、米国特許第3,668,088号明細書、特開平1
−317115号公報等の方法がある。
細書や特公昭46−7367号公報記載の金属シリコンの酸化
による製法や、米国特許第2,951,044号明細書や特開昭6
2−127216号公報記載の微細シリカ粉末の水分散による
製法に係るシリカゾルも使用できる。
強度が弱く、多くの場合、実用的には3〜100nmの
平均粒子径を有するものが使用できるが、平均径50n
m以下、通常10〜20nmのものが実用上好ましい。
特に、3〜10nmの小粒子グレードのシリカゾルはゾ
ル強度が高く特に好ましい。なお、3nm未満の平均粒
子径を有するグレードのシリカゾルは水ガラスのように
アルカリ安定化剤の含有量が多く、本発明の目的には適
合し難い。
定化のため微量のアルカリイオン(または水素イオン)を
含有するが、本発明に使用するシリカゾルのアルカリ含
有量は、SiO2/M2O(Mはアルカリ金属を表す)のモ
ル比で5〜500のものが好ましい。
として、高炉スラグを主材とする水硬性混合微粉末のス
ラリーを用いることが重要なところである。
としては、高炉スラグにポルトランドセメントクリンカ
ーを助剤として適量配合した微粉末(以下、「混合高炉
スラグ粉末」という)をいう。
ラグであり、地盤注入剤の強度面からみてガラス化率9
0%以上、塩基度1.6以上が好ましい。また、ポルト
ランドセメントクリンカーとは、普通ポルトランドセメ
ント前駆体として得られるクリンカーをいい、これに石
膏を混合して得られるポルトランドセメントを意味しな
い。尤も、必要に応じ、JISに定める石膏量を許容す
ることを妨げない。
料選択と下記の混合比率の許容し得る範囲との設定によ
って、地盤の性状に応じ、注入剤の浸透性、ゲルタイム
の安定性及び強度発現性からみて、使用条件の自由度が
あって、実用性の点から極めて信頼性が高い。
盤の性状によって変化し得るが、多くの場合、高炉スラ
グ粉末50〜90重量部で、残部すなわち10〜50重
量部がポルトランドセメントクリンカーであり、特に、
高炉スラグ粉末75〜90重量部、ポルトランドセメン
トクリンカー10〜25重量部の配合組成が好ましい。
り、ポルトランドセメントクリンカーの影響が少なくな
るため、ミルクの撹拌条件によるゲルタイムの安定性、
ミルクの分散性、地盤注入剤の浸透性が地盤の性状に左
右されず向上する。
とも一般のセメント粒子の粉末度より微細な粉末度を有
するものでなければならず、特に、ブレーン比表面積に
よる粉末度が7000〜8500cm2/gの範囲にあ
る超微粉末が好ましい。
大きくすると、相対的に粒子径が小さくなり、後記の助
剤との作用と相俟って、砂層への浸透性、地盤注入剤強
度が向上する。ブレーン比表面積7000cm2/g未
満の粉末度では良好な浸透性が得られないとか、ゲルタ
イムを延ばすと地盤注入剤の材料分離も生ずる傾向にあ
る。
/gを越えると、ミルクの粘性も高く、ポルトランドセ
メントクリンカー粉末の活性が強くなり、粒子間の凝集
を助長するため、浸透性の改善効果が得られないばかり
でなく、ゲルタイムの安定性にも欠ける。また、粉砕能
力も工業的にみて難しくなる。
ましい態様の粉末は、ポルトランドセメントと高炉スラ
グの混合物である高炉セメントとも異なり、通常のセメ
ントJIS規格にない組成のものであるが、上記の諸特
性のゆえに、これをスラリーとしてシリカゾルに対して
用いると、通常のセメントスラリー系のものに比べて良
好な耐海水性、長期強度増進が期待できるので、海岸に
近い砂状地盤の液状化防止に好適である。
高炉スラグ粉末系に助剤としてアルカリ金属炭酸塩と可
溶性リン化合物との混合物を適量含有させてなるところ
が他の重要な特徴となっている。
び/またはカリウムの炭酸塩、重炭酸塩、セスキ炭酸塩
などが挙げられ、また、可溶性リン化合物としては、例
えば、リン酸、ナトリウム及び/またはカリウムの第1
リン酸塩、第2リン酸塩、正リン酸塩、ピロリン酸塩、
トリポリリン酸塩などが挙げられ、それらは1種または
2種以上であってもよい。これらのうち、特に、弱酸性
の混合物が好ましい。
可溶性リン化合物との配合割合は地盤の性状や海水の影
響により一様ではないが、多くの場合モル比(PO4 3-/
CO3 2-)で0.05〜1の範囲にある。
構成されるが、必要に応じて、公知のセメント分散剤
や、平均粒子径が1μm以下の合成シリカや合成ゼオラ
イトの如き無機微粉末を配合したものであってもよい。
また、クエン酸、酒石酸、グルコン酸などのカルボン酸
またはそのアルカリ金属塩などのキレート剤を含有させ
てもよい。特に、無機微粉末を配合した場合には、地盤
注入剤のゲル強度をより改善させるために適用範囲が拡
大するので好ましい。
の使用割合は、地盤の性状に応じて適宜設定すべきであ
るが、多くの場合、シリカゾル(SiO2換算):混合高
炉スラグ粉末:助剤の重量比は1:1〜10:0.05
〜1が実用的範囲であり、特に、1:2〜6:0.1〜
1の範囲が好ましい。
法は、シリカゾル、混合高炉スラグ粉末及び助剤の混合
物とからなるスラリーを適宜混合して一液一系統式で加
圧注入する1ショット方式、二液一系統式で注入する
1.5ショット方式、二液二系統式で注入する2ショッ
ト方式のいずれかで行われる。特に好ましくは、混合高
炉スラグ粉末のスラリーとシリカゾル及び助剤との混合
液とを1ショット方式または1.5ショット方式で地盤
に加圧注入する方法である。なお、注入圧は地盤の性状
により異なるけれども、多くの場合、0.1〜1.0kg
/cm2の範囲にある。
用機構の詳細は明確ではないが、恐らく次のようなこと
が推定される。即ち、シリカゾルは混合高炉スラグ粉末
から遊離してくるCa2+またはMg2+がシリカゾルのゲ
ル化反応に基づく硬化により初期強度を発現し、次い
で、混合高炉スラグ粉末の水和反応によりその強度を漸
次増大させ、長期強度を維持するものと思われる。
化反応を砂層中または海水浸漬地盤であっても効果的に
可能として軟弱地盤を硬化改良するが、これはシリカゾ
ルに対し混合スラグ粉末の物性と助剤との相乗作用によ
る効果が大きい。
かつ該粉末をできるだけ細かく、好ましくはブレーン比
表面積が7000〜8500cm2/gの粉末度に設定
することにより砂層間隙でも充分に注入浸透後硬化作用
を発揮する。
ても、助剤の存在が上記硬化反応を主体的に行わせるこ
とにある。その理由の詳細な機構は不明であるけれども
恐らく次のようなことが推定できる。一般に、海水など
に浸漬した地盤にシリカゾルを用いた懸濁タイプの地盤
注入剤は殆ど実用性がないが、これは既に地盤の水分中
に存在するMg2+やCa2+が懸濁粒子から溶出するこれ
らのカチオンよりも速やかに反応してゲル化し、粒子と
の反応を阻害するためと考えられる。
するMg2+やCa2+をCO3 2-やPO4 3-が速やかに反応
して不溶性塩として捕捉することにより懸濁粒子から溶
出するカチオンと主体的に反応させることができ、硬化
現象を生起させる。更に、助剤の緩衝作用により、この
硬化反応を幅広く制御することができるので、注入剤の
ゲルタイムを実用的範囲で任意に設定することができ
る。
に具体的に説明する。 実施例1〜5、比較例1〜8 高炉スラグ(ガラス化率=98%、塩基度=1.88:新
日本製鉄室蘭製鉄所製)と普通ポルトランドセメントク
リンカー(日鐡セメント製)を用いて、高炉スラグの配合
割合を80重量部とし、ブレーン比表面積8400cm
2/gの混合高炉スラグ粉末を試製した。混合高炉スラ
グ粉末とシリカゾル(シリカドール30:日本化学製)を
用いて下記の条件の地盤注入剤を調製し、下記注入方法
と評価方法にて砂層への浸透性、サンドゲルの強度試験
を行った。
n=43.8%、透水係数2.3×10-2cm/秒を有す
る長さ10cmの豊浦標準砂(0.3〜0.1mm)層を作
り、海水を浸漬しておいた。所要時間ミルクを撹拌後、
シリカゾル溶液を同量入れて10秒撹拌し、アクリル管
上部より地盤注入剤を流し、自然浸透させた。
クスターラーで撹拌を続けると粘度が次第に増大する。
この際、地盤注入剤をビーカーに入れた時点から、粘度
が増大し、やがてゲル化してビーカーを90度傾けても
流動性が消失して流下しなくなるまでの時間をゲルタイ
ムとして測定する。
件について、24時間後に脱型し、水中養生(20℃)を
行い、φ5×10cmの供試体について、アームスラー
型強度試験機を用い、材令=7日で一軸圧縮強度を測定
した。
た。上の結果から判るように、助剤として炭酸ナトリウ
ムを単独またはリン酸1カリウムが一定量以下の場合に
は、海水と接触すると同時に凝集するため砂層への浸透
は不可であった。一方、リン酸1カリウムが一定量以上
の場合には海水浸漬層への浸透は可能であるが、硬化体
の圧縮強度が低かったり、硬化しない場合もある。海水
浸漬層に浸透し、実用的な強度を得るためには、炭酸水
素ナトリウムとリン酸1カリウムの如き混合物を適量用
いることが最も有効である。
子径:13nm)と助剤よりなる液(A液)と混合高炉ス
ラグ粉末からなるB液を表2の組成割合で各種地盤注入
剤を調製した。得られた各種地盤注入剤についてA液と
B液とを混合して淡水または海水を浸漬させた標準砂
(豊浦産)に0.25kg/cm2の注入圧で注入して硬化
供試体を作成し、そのときのゲルタイム及び圧縮強度を
測定した地盤注入剤の性能を評価したところ表2の結果
が得られた。
水素ナトリウムを単独で用いる場合は、淡水浸漬層への
浸透は問題ないが、海水浸漬層へは浸透不可であり、本
発明にかかる地盤注入剤はいずれも良好な結果が得られ
た。
グ粉末及び助剤を配合して得られる地盤注入剤につい
て、A液とB液とに分けて同様に海水で浸漬した標準砂
(豊浦産)に0.4kg/cm2の注入圧で注入して硬化体
を作成し、そのときのゲルタイム及び圧縮強度を測定し
て地盤注入剤の性能を評価したところ、表3の結果が得
られた。
ムとリン酸1カリウムの混合物を適量用いることによっ
てゲルタイムが1分以下で、しかも海水が浸漬している
砂層に注入可能の地盤注入剤であることが判った。
ラグ粉末及び助剤を配合して得られる地盤注入剤につい
て、1ショット工法により海水で浸漬した砂層に注入し
て硬化体を作成し、その時のゲルタイム及び圧縮強度を
測定して地盤注入剤の性能を評価したところ、表4の結
果が得られた。
水素ナトリウムとリン酸1カリウムの混合物を適量用い
ることによって、ゲルタイムが1時間程度、しかも、海
水が浸漬している砂層に注入可能であった。
スラグ粉末と下記の表5に記載の助剤を配合して得られ
る地盤注入剤について、A液とB液とに分けて実施例1
〜5と同様に海水で浸漬した標準砂(豊浦産)に地盤注入
剤を流し、自然浸透させ、砂層への浸透性、サンドゲル
の強度試験を行った。その結果を表5に示す。
海水を浸漬させた砂層に注入した。透水係数8.35×
10-3cm/秒、間隙率42.5%の砂層に地盤注入剤
をプランジャー型ポンプ(商品名ダブコンポンプ、DP
O4型、島崎製作所)を用いて注入圧0.5kg/cm2
にて24リットル注入した。注入段階では何ら問題もな
く、海水を浸漬させた砂層に浸透注入できた。注入7日
後の改質砂層は透水係数3.5×10-7cm/秒であ
り、圧縮強度(サンドゲル)は14.5kg/cm2であっ
た。この結果から本発明の地盤注入剤が実用においても
充分性能を満足するものであることが確認できた。
た注入工法は、一般の地盤は勿論のこと、砂層あるいは
海水浸漬地盤であっても、幅広く軟弱地盤の改良に適用
することができる。また、地盤注入剤のゲルタイムの点
からみても適用性の幅が広い。他方、本発明に係る地盤
注入剤は、シリカゾル及び高炉スラグを主体的に用いる
ものであるから、従来のような水ガラスやセメントがも
たらすアルカリ公害も著しくなくなり、かつ安全に取り
扱えるので都市土木の大深度土木工事においても実用性
の高い地盤注入剤として期待できる。
Claims (4)
- 【請求項1】 高炉スラグを主材とする水硬性混合微粉
末スラリー、シリカゾル及び助剤としてアルカリ金属炭
酸塩と可溶性リン化合物との混合物を基本成分とするこ
とを特徴とする地盤注入剤。 - 【請求項2】 高炉スラグを主材とする水硬性混合微粉
末は、高炉スラグ粉末50〜90重量部及びポルトラン
ドクリンカー粉末10〜50重量部の混合粉末であっ
て、ブレーン比表面積が7000〜8500の範囲内で
ある請求項1記載の地盤注入剤。 - 【請求項3】 シリカゾル(SiO2換算):水硬性混合
微粉末:助剤が重量比で1:1〜10:0.05〜1の
割合の組成を有する請求項1または2記載の地盤注入
剤。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項記載の
地盤注入剤の注入工法において、水硬性混合微粉末のス
ラリーとシリカゾル及び助剤との混合液とを1ショット
方式または1.5ショット方式で地盤に注入することを
特徴とする地盤注入剤の注入工法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1190593A JP3336058B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 地盤注入剤及びその注入工法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1190593A JP3336058B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 地盤注入剤及びその注入工法 |
Publications (2)
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---|---|
JPH06219796A true JPH06219796A (ja) | 1994-08-09 |
JP3336058B2 JP3336058B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=11790748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1190593A Expired - Lifetime JP3336058B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 地盤注入剤及びその注入工法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3336058B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102633507A (zh) * | 2011-02-15 | 2012-08-15 | 三和耐火工业股份有限公司 | 高炉主流道用硅溶胶浇注用料 |
CN102633506A (zh) * | 2011-02-15 | 2012-08-15 | 三和耐火工业股份有限公司 | 高炉主流道用硅溶胶喷浆用料 |
WO2020255646A1 (ja) * | 2019-06-20 | 2020-12-24 | 株式会社フッコー | 高炉スラグ系塗料 |
-
1993
- 1993-01-27 JP JP1190593A patent/JP3336058B2/ja not_active Expired - Lifetime
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CN102633507A (zh) * | 2011-02-15 | 2012-08-15 | 三和耐火工业股份有限公司 | 高炉主流道用硅溶胶浇注用料 |
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WO2020255646A1 (ja) * | 2019-06-20 | 2020-12-24 | 株式会社フッコー | 高炉スラグ系塗料 |
JP2021001260A (ja) * | 2019-06-20 | 2021-01-07 | 株式会社フッコー | 高炉スラグ系塗料 |
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---|---|
JP3336058B2 (ja) | 2002-10-21 |
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