JPH0813985A - 二液性エアモルタル注入工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 Ａ液（エアモルタル）とＢ液（アルミニウム
塩溶液）の混合が均一で注入材としての品質を維持す
る。 【構成】 Ａ液としてエアモルタルを、かつＢ液として
アルミニウム塩溶液をそれぞれ別々にポンプで圧送し、
注入口の手前の合流点において、Ａ液の注入管１にＡ液
の注入管とほぼ同じ大きさの円筒状の混合管２を接続
し、この混合管の中心部の周囲に複数の噴射ノズル５を
設け、先端を閉塞したＢ液の噴射管３を着装した混合装
置を用い、多量のＡ液を圧送させながらこのＡ液に対し
て、前記噴射管の噴射ノズルから少量のＢ液を直角又は
斜方向にＡ液より約１kgf／cm2以上高い圧力で噴射して
混合し、瞬時に均一な可塑状グラウトを生成させて注入
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に空洞充填や裏込め
注入に用いる二液性エアグラウトの注入工法であって、
Ａ液としてエアモルタル、Ｂ液としてアルミニウム溶液
を別々にポンプで圧送し、注入口の手前でＡ，Ｂ両液を
合流して瞬時に可塑状グラウトを生成させ注入する工法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ａ，Ｂ液を圧送しながら二液を合
流混合させるには次のような方法が用いられる。

【０００３】「イ方法」 二液性グラウトで従来から主
に地盤注入に用いられ、Ａ液として水ガラス、またＢ液
として水ガラスのゲル化剤であるセメント懸濁液等を別
々のポンプで圧送して、図４に示すように注入管Ｔの頭
部に取付けたＹ字管ＹでＡ，Ｂ両液を合流混合させる方
法である。

【０００４】この方法は、ゲル化時間が約１分前後以上
の長いグラウトに適用され、またＡ、Ｂ液を等量で混合
するため実用上特に問題がなく混合が行われる。

【０００５】「ロ方法」 イ方法と同じ地盤注入でゲル
化時間が非常に短い（１０秒程度）場合で、図５に示す
ように二重管Ｎを用いる。

【０００６】二重管Ｎのうち、Ａ液を外管Ｏ、Ｂ液を内
管Ｉを通じて、平行状態で先端内部の混合室Ｍで放出し
て合流混合させる方法である。

【０００７】この方法の場合も、ゲル化時間が１０秒程
度であり、またＡ，Ｂ液を等量混合させるため、実用上
特に問題なく実施されている。

【０００８】「ハ方法」 この方法は、シールドトンネ
ル等の裏込め注入に用いるもので、図６に示すように、
注入管Ｔにモルタル（Ａ液）を圧送しながらこれに合流
するように接合された注入管Ｓから水ガラス（Ｂ液）を
合流部内に送り込んで、Ａ，Ｂ液を合流混合させる方法
である。

【０００９】この場合、Ａ液とＢ液の混合比率は１：0.
1〜1.5と比較的混合比が大きいが、ゲル時間が約１０秒
程度０以上と混合するのに充分な時間があるため、ほぼ
同圧で合流しても実用的には特に問題なく均一な混合が
行われる。

【００１０】これに対して、本発明に用いるグラウト
は、Ａ液としてエアモルタル（エア量30〜60％）にＢ液
としてアルミニウム塩を用いるが、Ａ，Ｂ液において次
のような性質がある。

【００１１】１）Ａ液中に含まれるアルカリ成分（Ａ
液）と酸性溶液であるＢ液を合流させると瞬時に反応
（ゲル化時間でいえば０秒）が起こる。

【００１２】２）Ａ液とＢ液との混合比率は約１：0.03
〜0.06と極端に異なる。

【００１３】このＡ液とＢ液の混合比率を小さくするに
はＢ液に水を加えることになり、その分だけエアグラウ
ト中の水分が多くなり、結果的には更に多くのアルミニ
ウム塩を加えなけれがならない。

【００１４】このためどうしても極端な混合比率となる
ので、従来のイ、ロ、ハの方法では均一な混合は全くで
きず、混合液として不均質で注入材としての品質を保て
ないという問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記従来
の方法ではＡ液（エアモルタル）とＢ液（アルミニウム
塩溶液）の混合が均一にできないという課題を解決する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、空洞充填や
裏込め注入に用いるエアモルタル（Ａ液）とアルミニウ
ム塩溶液（Ｂ液）を合流混合させる注入工法であって、
Ａ液を圧送する注入管の中心部に噴射管を設けた混合装
置を用い、多量のＡ液を圧送させながらＡ液に対して、
直角又は斜方向に少量のＢ液を噴射ノズルからＡ液より
約１kgf／cm2以上高い圧力で噴射してＡ，Ｂ両液を合流
させ、瞬時に均一な可塑状グラウトを生成させる注入工
法を提案するものである。

【００１７】

【作用】瞬時に反応するエアモルタル（Ａ液）とアルミ
ニウム塩溶液（Ｂ液）を極端（１：0.03〜0.06）に異な
る混合比率で均一に可塑状グラウトを生成させるには圧
送するＡ液に対して、噴射ノズルからＢ液をＡ液よりも
約１Kgf／cm2以上高い圧力でＡ液中に噴射（Ｂ液をＡ液
中に突き刺すような状態）することにより、初めて均一
な可塑状グラウトが得られる。

【００１８】このような合流混合を用いても混合がうま
くいくかどうかは、合流混合装置、Ａ，Ｂ液の混合比率
の大小及び圧力差によって大きく異なるが、このうち本
発明では合流混合比率は、グラウトの性質から必然的に
決まるため、残りの装置の構造と圧力によって決まる。

【００１９】なかでも変動させることができるのは圧力
であり、Ａ液に対してＢ液の圧力がほぼ同じであれば本
発明の装置をもってしても、均一な混合はできない。

【００２０】従って、少なくてもＡ液よりＢ液の圧力が
約１Kgf／cm2以上高いことが条件が必要である。

【００２１】

【実施例】本発明者等は、鋭意研究の結果、従来の合流
混合方法（イ、ロ、ハ方法）では本発明のグラウトを均
一に混合することが不可能であることが判明し、新たな
合流混合装置を開発することにより、本発明注入工法を
完成させたものである。

【００２２】以下に本発明の二液性エアモルタル注入工
法の具体例について詳して述べる。

【００２３】「第一実施例」

【００２４】この第一実施例の方法（以下ニ方法とい
う）は地上でＡ，Ｂ液を合流混合するもので、図２に示
すようにＡ液を圧送する注入管１の中間部にこれとほぼ
同じ口径の混合管２を接続し、その内部の中心部に外部
から導入したＢ液の注入管３の先端部の噴射管４を配置
し、この噴射管４は先端が閉鎖されて周囲には複数の噴
射ノズル５が設けられており、混合管２内を流動するＡ
液に噴射管４の噴射ノズル５からＢ液を斜め又は直角に
噴射混合して、このＡ，Ｂ混合液をその先の注入管１を
通じて空洞充填や裏込めの注入口に圧送するように構成
されている。

【００２５】注入に際しては、多量のＡ液を注入管１に
圧送させながら、このＡ液の流動部分の全体に対して複
数の噴射ノズル５から少量のＢ液を直角又は斜方向にＡ
液より約１Kgf／cm2以上高い圧力で突き刺すように噴射
して混合し、このＡ，Ｂ混合液により瞬時に均一な可塑
状グラウトを生成させて注入する方法である。

【００２６】この場合、注入を中止した時に残留圧力や
注入状態等の変化よって、噴射ノズル５の孔からＡ液が
Ｂ液内に逆流する恐れのあるため、噴射ノズル５の表面
にゴムスリーブを着装するなどの逆止弁を設けることが
望ましい。

【００２７】「第二実施例」

【００２８】この第二実施例の方法（以下ホ方法とい
う）は、地表下の空洞や地盤の大間隙に注入するもの
で、図３に示すように二重管からなる注入管１の外管６
にＡ液を、かつ先端が閉鎖された内管７にＢ液を圧送
し、内管７の先端部周囲に複数の噴射ノズル８を設け、
この噴射ノズル８の周辺部分の周囲をゴムスリーブ９で
覆って噴射ノズル８を通常は閉鎖しておき、注入に際し
てＡ液を外管６から圧送させながら、内管７にＢ液を圧
送して噴射ノズル８から少量のＢ液を噴出させ、その噴
出圧によりゴムスリーブ９を内側から加圧して膨出さ
せ、内管７との間に生じた隙間から、Ａ液より約１Kgf
／cm2以上高い圧力でＢ液を突き刺すように噴射し、瞬
時に均一な可塑状グラウトを生成させて注入するもので
ある。

【００２９】なお、このホ方法において注入を中止した
時に、残留圧力や注入状態等の変化によって、噴射ノズ
ル８の孔からＡ液が逆流する恐れのない場合には、噴射
ノズル８の表面にあるゴムスリーブ９は無くてもよい。

【００３０】また、地表下の空洞や地盤の大間隙に注入
する際、注入管の長さが短かいか、あるいは可塑状ゲル
が弱い場合等では、単管の注入管の手前でニ方法によ
り、Ａ，Ｂ液を混合させて可塑状グラウトを生成させた
上で、注入管１を通して地中に注入することもできる。

【００３１】なお、上記ニ方法及びホ方法における混合
装置は、本発明以外の材料であっても、ゲルタイムが非
常に短かいものや、Ａ，Ｂ液の混合比率が大きく、混合
し難たいものにも使用できる。

【００３２】本発明においてＢ液として使用するアルミ
ニウム塩としては、硫酸アルミニウム、ミョウバン、塩
化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム及びその他の水
溶性アルミニウム塩が挙げられる。

【００３３】これらのアルミニウム塩は、セメントから
溶解したアルカリ（主に水酸化カルシウム）と混合する
と、瞬時（ゲル化時間はゼロ）に水酸化アルミニウムの
ゾルの生成物が得られるものである。

【００３４】本発明は、このアルミニウム塩とアルカリ
との間で水酸化アルミニウムを瞬時に生成する性質を利
用して、流動状のエアーグラウトにアルミニウム塩溶液
を加えることにより、グラウトが水に接してもエアーと
セメント（及び骨材）の分離及びエアー減少を阻止する
ことができる。

【００３５】また本発明で、セメントに加えることがで
きるアルカリ剤としては、消石灰、苛性ソーダ等があ
る。

【００３６】本発明のエアーモルタルに用いる骨材に
は、従来のエアーモルタル同様比較的粒径の小さい砂、
あるいは粘土鉱物を含んだ微粉末等を用いることができ
る。

【００３７】また、起泡剤には、動物性蛋白質や界面活
性剤とがあるが、本発明ではいずれの起泡剤も使用でき
る。

【００３８】以下、本発明の二液性エアモルタルの注入
方法について、更に実験例をあげて詳しく説明する。

【００３９】実験に用いた材料は、アルミニウム塩溶液
として硫酸アルミニウム溶液（アルミナ 8.0％、比重1.
32）セメント（普通ポルトランド）、骨材として細砂
（粗粒率２以下のもの）、起泡剤として動物性蛋白質系
を用いた。

【００４０】「実験例」

【００４１】施工上、可塑状エアモルタルの最も重要な
性質である、Ａ液（エアモルタル）とＢ液（アルミニウ
ム塩溶液）を合流混合した場合に瞬時に均一な可塑状ゲ
ルを生成させることができるかどうか、について次のよ
うな実験を行った。

【００４２】実施に用いた配合は、瞬時に均一に混合し
た場合水中でもほとんど全量固結することができるもの
で表１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】実験装置は、図３に示すように、 200リットル
入りの容器１０の底部に注水ポンプ１１から注水管１２
及びそれを覆う砂１３を通じて毎分 50cm3の速さで水１
４を流動させて上部よりオーバーフローするようになっ
ており、その容器１０の中に可塑状固結物１５中の砂が
通る目の大きさの袋状の金網１６を装填し、その中心部
に注入管１８を設置したものである。

【００４５】この装置を用い、本発明のニ方法、ホ方法
及び比較例のイ、ロ、ハの方法の合流混合装置を使って
表１の配合のＡ液を毎分30リットル、またＢ液を毎分 1.5リッ
トル合流混合して注入管１８を通して金網１６上に２分間
注入し、その時の圧力を計測した。

【００４６】なお、圧力は注入管（Ｂ液）の先端のノズ
ル径等を調整して行った。

【００４７】また、注入後も１時間にわたって注水し
た。

【００４８】上記混合液の硬化後、非固結物１７を下方
に透過させて金網１６上に残った固結物１５の量を計
り、注入量に対する固結率をもって合流混合度合い（適
否）を判定し、その結果を表２に示す。

【００４９】一方、上記実験とは別に以下のような実験
を行った（以下ト方法という）。

【００５０】径 5cm、高さ10cmの金網製の筒体（底は閉
じてある）を径 5.5cm、長さ40cmのビニール袋におさ
め、この筒体中にＡ液 300mlを入れてこれにＢ液15mlを
入れると同時に烈しく攪拌混合して均一な可塑状ゲルを
生成させ、この可塑状ゲルによる径 5cm、高さ10cmの大
きさの試料に成形し、これを図３に示す実験装置の動水
中に投入し、上記実験と同様にして固結率を測定した
（表２の実験No.14）。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２より、Ａ液のみを動水中に注入した比
較例−１では水に浸かされ、最終的には全量が材料分離
を起こしてセメント及び砂は非固結物１７として下方に
落下し、エアは浮上した。

【００５３】これに対して上記ト方法では、Ａ液とＢ液
を最も瞬時に均一に混合しているため、全量が均一に可
塑状ゲルを生成し、表２に示すように動水中でもほとん
ど全量固結していることが分かり、そのためこのト方法
による固結率の値をもって最も良く混合した方法の最適
値の基準とした。

【００５４】実際の現場規模で使用する合流混合のイ、
ロ、ハ方法では、瞬時に全量混合させることができない
ため固結率が小さく不適であることが判る。

【００５５】また、ロ方法ではＡ液よりＢ液の圧力を高
くしたにもかかわらず、たいした効果は得られないこと
も判った。

【００５６】一方、本発明の注入工法の合流混合装置で
あるニ方法及びホ方法における混合装置を用いてもＡ，
Ｂ液の圧力が同じである場合には、イ、ロ、ハ方法より
も混合具合が良くなってはいるが充分とはいえず、また
Ｂ液のＡ液との圧力差がＡ液より約１Kgf／cm2以下と低
い場合は、同圧に比べて改善されてはいるものの満足す
るには至らず不適とした。

【００５７】これに対して、本発明のニ方法及びホ方法
の混合装置を用いて、多量のＡ液を圧送しながらこのＡ
液に対して直角又は斜方向に少量のＢ液をＡ液より約１
Kgf／cm2 以上高い圧力で噴射した場合に限って瞬時に
均一かつ確実に混合でき、均一な可塑状ゲル（グラウ
ト）を生成させることができることが判明した。

【００５８】

【発明の効果】以上の通りこの発明によれば、Ａ液（エ
アモルタル）とＢ液（アルミニウム塩溶液）とを瞬時に
しかも確実に合流混合することができ、これによって均
一な可塑状ゲル（グラウト）を生成させて注入すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例の混合装置及び混合方法
（ニ方法）を示す縦断正面図。

【図２】この発明の第二実施例の混合装置及び混合方法
（ホ方法）を示す縦断正面図。

【図３】この発明の実験装置及び方法を示す縦断正面
図。

【図４】従来の混合方法のイ方法を示す部分正面図。

【図５】従来の混合方法のロ方法を示す部分正面図。

【図６】従来の混合方法のハ方法を示す部分正面図。

【符号の説明】

１ 注入管 ２ 混合管 ３ 注入管 ４ 噴射管 ５ 噴射ノズル ６ 外管 ７ 内管 ８ 噴射ノズル ９ ゴムスリーブ １０ 容器 １１ 注水ポンプ １２ 注水管 １３ 砂 １４ 水 １５ 可塑状固結物 １６ 金網 １７ 非固結物 １８ 注入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593165889 麻生フォームクリート株式会社 東京都千代田区大手町二丁目１番２号 (72)発明者 下田 一雄 神奈川県横須賀市南浦賀７番６号 (72)発明者 大谷 旭 東京都新宿区四谷４丁目34番２号武藤ビル 株式会社エルジー内 (72)発明者 菅沼 義則 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 丸山 英二 東京都港区南青山５丁目９番19号 麻生フ ォームクリート株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主に空洞充填や裏込め注入として用いる
   エアモルタルとアルミニウム塩溶液を組合せた可塑状グ
   ラウトの注入工法であって、Ａ液としてエアモルタル
   を、かつＢ液としてアルミニウム塩溶液をそれぞれ別々
   にポンプで圧送し、注入口の手前の合流点において、Ａ
   液の注入管にＡ液の注入管とほぼ同じ大きさの円筒状の
   混合管を接続し、この混合管の中心部の周囲に複数の噴
   射ノズルを設け、先端を閉塞したＢ液の噴射管を着装し
   た混合装置を用い、多量のＡ液を圧送させながらこのＡ
   液に対して、前記噴射管の噴射ノズルから少量のＢ液を
   直角又は斜方向にＡ液より約１kgf／c^m2以上高い圧力で
   噴射して混合し、瞬時に均一な可塑状グラウトを生成さ
   せて注入することを特徴とする二液性エアモルタル注入
   工法。
2. 【請求項２】 主に地表面下の空洞や地盤内の大間隙の
   充填に用いるエアモルタルとアルミニウム塩溶液を組合
   せた可塑状グラウトの注入工法であって、Ａ液としてエ
   アモルタルを、かつＢ液としてアルミニウム塩溶液を別
   々にポンプで圧送し、二重管の外管にＡ液を、かつ先端
   を閉塞した内管にＢ液を通し、前記二重管の内管の先端
   部に周囲に複数の噴射ノズルを設け、その表面をゴムス
   リーブで覆った混合装置を用い、多量のＡ液を外管から
   圧送させながら、このＡ液に対して少量のＢ液を噴射ノ
   ズルから噴出させてその噴出圧により内管とゴムスリー
   ブの間に生じた間隙からＡ液より約１kgf／c^m2以上高い
   圧力で直角又は斜方向に噴射して混合し、瞬時に均一な
   可塑状グラウトを生成させて注入するようにした二液性
   エアモルタル注入工法。