JPH09165576A

JPH09165576A - スラグ系高強度グラウト剤

Info

Publication number: JPH09165576A
Application number: JP7347336A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kitamura; 正北村; Masahiko Nagata; 雅彦永田
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】強度発現性、恒久性、施工性等が改良され、
周辺環境を汚染する危険性のない環境調和性を有する地
盤強化、安定等に用いられるグラウト剤を提供する。【解決手段】水砕スラグと炭酸ナトリウムを含有して
なるグラウト剤組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はグラウト剤組成物お
よびそれを使用する工法に関する。更に詳しくはスラグ
と炭酸ナトリウムからなる懸濁型のグラウト剤組成物お
よびそれを使用する工法に関する。本発明のグラウト剤
組成物はゲルの生成速度を数分から数十分にわたり任意
に調整する事が可能で、かつゲル化後の固結体強度がセ
メント並みの高強度を発現する。

【０００２】

【従来の技術】グラウト剤を使用する薬液注入工法（グ
ラウト工法）は軟弱地盤の強化安定化等の目的で広く用
いられている。これまで、種々のグラウト剤（地盤注入
薬液）、工法が提案され実用化されている。いずれに於
いてもグラウト剤に対しては硬化後の強度、ゲルタイム
調製の容易さ、地盤への浸透性、環境への影響等様々な
性能が要求される。

【０００３】現在最も多く用いられているのは水ガラス
を主剤とするグラウト剤である。その硬化剤としてはセ
メント、石灰、スラグ等のカルシウム化合物がすでに公
知である。例えば特開平７−１６６１６３号には、Ｓｉ
Ｏ₂／Ｎａ₂Ｏモル比が１．５〜２．８の範囲にある水ガ
ラスと微粒子スラグを有効成分とするグラウト剤が開示
されている。また、水ガラスの硬化剤としては硫酸、塩
酸、燐酸等の無機酸やその塩類またはグリオキザール、
エチレンカーボネート等もすでに公知であり、実用化さ
れている。

【０００４】一般に水ガラス系グラウト剤の多くは、固
結後に於いても地下水中へのアルカリ成分や珪酸成分の
溶出が認められ、固結強度が経時的に低下するという問
題点がある。そのため、短期間の仮設用の地盤注入固結
薬剤としての使用が一般的であり、長期仮設や永久的な
地盤改良には向かない。

【０００５】アルカリ成分や珪酸成分の溶出による強度
低下の問題を解決するため、例えば、特開昭５９−１５
２９８４号や特開昭５９−１５２９８５号等では、水ガ
ラスを使用せず、地下水へのアルカリ成分の溶出を軽減
できるとするシリカゾル系グラウト剤を開示している。
しかしこれらのグラウト剤は総じて固結強度が低く、一
次的または数週間から１ケ月程度の比較的短期間仮設用
土質安定化剤として位置付けられている。

【０００６】一方、固結体が高強度であるグラウト剤と
しては、セメントを中心とする懸濁型グラウト剤がすで
に公知である。例えば特開平１−１３３９６５号に代表
される技術である。しかし、汎用セメントはその１次粒
子径が比較的大きいため地盤への浸透性が不足する事が
知られている。近年では超微粒子セメントを用いる方法
が提案されているが、当該微粒子セメントは生産性が劣
り少量しか生産されておらず、価格も高価であるという
問題がある。

【０００７】また一方、アクリルアマイド、水性尿素樹
脂等で代表される高分子系薬剤を地盤安定化用のグラウ
ト剤とする方法も知られているが、地下水への未硬化成
分の流出等による人体への影響が懸念され、その使用は
厳しく制限されているのが実態である。近年では平成７
年１月に発生した阪神大震災以後、都市周辺部の軟弱地
盤上に構築されたまたは構築しようとしている重要構造
物の地震災害防止のために、恒久性ないし耐久性に優れ
た高強度グラウト剤とその工法の必要性が強く求められ
ている。

【０００８】水ガラス系やシリカゾル系のグラウト剤よ
りも強度に富むとされるグラウト剤として、高炉スラ
グ、転炉スラグ等のスラグを主剤としたグラウト剤が、
例えば特開平６−２１９７９６号や特開平６−２２８５
５８号及び特開平７−１１９１３８号等に開示されてい
る。これらの開示技術に於いてはスラグに水ガラス溶液
またはアルミン酸ソーダ溶液等のアルカリ溶液を添加し
て比較的強固な固結体を得ようとするものであるが、そ
の多くは、固結体の１軸圧縮強度が数十Ｋｇｆ／ｃｍ²
程度に留り、さらなる高強度化が望まれている。さら
に、これまでのスラグ系グラウト剤に関する公知技術で
は、その大部分がスラグ硬化剤成分が基本的に水溶液で
あり、事前に乾燥スラグとブレンドして１パック包装・
供給することが出来ず、注入現場でそれぞれ別個に計量
し配合混合分散させる等の作業が必須であり、繁雑さと
計量ミスの危険性があった。すなわち、代表的な１〜３
号水ガラスやアルミン酸ソーダ溶液は固形の状態では分
解ないし変質してしまう事からスラグ粒子とのドライブ
レンドはこれまで実現できなかった。またこのような技
術で得られたスラグ系ホモゲル固結体等は、総じて乾湿
繰返しによってクラックを生じる、いわゆる自己崩壊現
象がしばしば観察される。この現象は恒久性の観点から
大きな問題であり、改善が強く求められている。ゲルタ
イムについてもより幅広い範囲で調整可能なグラウト剤
が施工管理上優れていることは明らかであり、近年では
特に前記した課題を解決できる新規なグラウト剤が求め
られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、種々
の地盤に対して浸透性に優れ、ゲル化後の固結強度立ち
上がりが速く、数日で実用強度が得られる早強型高強度
グラウト剤を提供することである。本発明の他の目的は
その固結体が恒久性に富み、自己崩壊現象等の不具合を
生じない新規なスラグ系懸濁型グラウト剤を提供するこ
とである。本発明のさらに他の目的は、そのグラウト薬
剤の有効成分同士を事前に所定量ドライブレンドして１
パック包装して供給できるようにすることで、配合ミス
や薬剤調製の繁雑さを軽減できる高い信頼性を発揮する
グラウト剤を提供することである。本発明のさらに他の
目的はその薬剤を用いた軟弱地盤や岩盤亀裂等に代表さ
れる土質不安定地盤の強化安定化工法等を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を克
服すめため鋭意検討した結果、水砕スラグに炭酸ナトリ
ウムを加えることで、それ自体では自硬性をもたないス
ラグ粒子が徐々にかつ安定的に一定時間内でゲル化・固
化すること、懸濁成分が同程度のセメントを主成分とす
る硬化体と比較して何等遜色ない強固な固結体を形成す
ること、また自己崩壊現象も認められないこと、また該
固結体はセメント固結体と同様の結晶構造からなる固結
体である事等を確認し、前記課題を満足するグラウト剤
であるとの結論を得、本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明は１ｍ³当たり水砕スラ
グを１００〜１，５００ｋｇ、硬化剤として炭酸ナトリ
ウムを２０〜２００ｋｇ及び水を含有してなる強度発現
性及び浸透性に優れたグラウト剤組成物である。また本
発明は上記グラウト剤を、１液にてグラウト注入管を介
して地中の不安定地盤や岩盤亀裂隙間に圧入して固結さ
せ、地盤や岩盤を強化安定させる工法、前記グラウト剤
を、二重管式のグラウト注入管を介して複相注入し、地
盤や岩盤を強化安定させる工法および前記グラウト剤
を、水を超高圧吐出させて出来た地盤内の連続隙間に対
しグラウト注入管を介して圧入して固結させるジェット
グラウト工法用の注入薬剤として用いることを特徴とす
る連続地中杭または連続地中壁の構築方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のグラウト剤は、基本的に
は水砕スラグと炭酸ナトリウムとからなる懸濁型グラウ
ト剤である。その性能としては、高強度、高恒久性が最
も重要な特徴であり、かつ懸濁型としては硬化が速く、
ゲルタイムはいわゆる中結と呼ばれる数分の領域をも達
成可能としたことがあげられる。これにより複相注入工
法への応用も可能である。

【００１３】本発明の水砕スラグとしては、高炉水砕ス
ラグ、転炉水砕スラグ、電炉水砕スラグ、平炉水砕スラ
グ等に代表される金属製錬副産物の水砕スラグが好まし
い例として挙げられる。より好ましくは、ＳｉＯ₂分と
して３０〜３５重量％、ＣａＯ分として３５〜４５重量
％、Ａｌ₂Ｏ₃分として１３〜２０重量％、ＭｇＯ成分と
して５〜８重量％、その他の成分を数重量％含む等の各
組成比で構成されてなる高炉水砕スラグがあげられる。

【００１４】スラグとしては金属製錬徐冷スラグは本発
明から除外される。理由は該徐冷スラグ類は結晶質スラ
グであり、潜在硬化性が無いからである。しかし、本発
明の水砕スラグ成分中には、結晶質な成分が少量混在し
ていても良く、基本的に水冷却法のいわゆる水滓法で得
た該非晶質スラグであれば好ましく使用できる。

【００１５】一般的に水砕スラグ（水滓スラグとも言
う、以下単にスラグと呼ぶ）はそれ自身では自硬性は示
さない。しかし、アルカリの共存下の水溶液中や高湿度
環境下ではＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃成分が溶出し次いでＣａ
イオンが溶出してスラグ粒子表面等に珪酸カルシウム水
和結晶ゲルが生成し、該粒子相互は次第に凝固・ゲル化
し、時間の経過と共に固結することで固結体が最終的に
得られ、その固結体の強度が経時と共に増大する事が良
く知られている。その際使用するアルカリ量は過少の場
合には一向に一体的なゲル化がおこらなかったり、過大
の場合にはスラリー粘度が過大で流動性不良でポンプ送
液が出来なかったり、粘性変化が顕著な為に地盤注入が
中断されるまたは全く出来ない等の障害をきたす事が一
般的な事実としてあり、本発明のアルカリ硬化剤成分で
ある炭酸ナトリウムの場合も例外ではない。

【００１６】本発明に使用できるスラグの好ましい粒子
サイズ分布は、３，０００ｃｍ²／ｇ以上のブレーン値
（ｇ当りの比表面績を表す値）を持ち、最大粒子サイズ
が２５０μｍ以下とする事、好ましくはブレーン値で
５，０００ｃｍ²／ｇ以上、より好ましくはブレーン値
で８，０００ｃｍ²／ｇ以上とする事が以下の理由から
肝要な事である。

【００１７】粗粉砕品であるブレーン値で３，０００〜
５，０００ｃｍ²／ｇの範囲の物を用いても基本的に高
強度固結体の生成は可能であるが、地盤浸透性が劣り、
浸透地盤注入用のスラグとしては不適当である。但し、
ジェットグラウト工法用のグラウト注入剤用スラグとし
ては何等問題なく使用できる。従って、地盤浸透性を完
全確保する観点に立つ場合には、本発明のグラウト剤用
スラグとしては、ブレーン値で８，０００ｃｍ²／ｇ以
上のものが好ましく、約１０，０００ｃｍ²／ｇのもの
がより好ましい。ブレーン値の上限に特に制限はない
が、製造上の点から通常は３０，０００ｃｍ²／ｇであ
る。

【００１８】また、本発明のグラウト剤中の前記スラグ
の量はグラウト総量１ｍ³当り１００〜１，５００ｋｇ
の範囲である。好ましくは２００〜１，０００ｋｇの範
囲、より好ましくは３００〜８００ｋｇの範囲とする事
が良い。スラグ配合量がグラウト総量１ｍ³当り１００
ｋｇ未満に於いては、数時間内でのゲル化が困難なばか
りか凝結が緩慢で最終的な固結体の強度が実用性に乏し
いからである。また一方スラグ配合量がグラウト総量１
ｍ³当り１，５００ｋｇを越えると、懸濁溶液粘度が高
くなりすぎて流動性や注入作業性に欠けるからである。

【００１９】硬化剤として用いるアルカリ剤は炭酸ナト
リウムである。その炭酸ナトリウム中には炭酸カリウム
又は重炭酸カリウムを含有させてもよい。あるいは炭酸
カリウムに変えて第２及び又は第３アルカリ金属燐酸塩
を含有させてよい。また、さらに重炭酸ナトリウムを少
量含んでいても良く、成分中の重炭酸化割合は１０重量
％未満であれば好ましく使用できる。炭酸ナトリウムは
固形であっても、水溶液で配合しても良い。また炭酸カ
リウム又は重炭酸カリウムを配合する場合はこれらの各
成分を個々に別々に計量してスラグと混和させても良
い。第２及び又は第３アルカリ金属燐酸塩を配合する場
合も同様である。

【００２０】炭酸ナトリウムを水溶液として添加配合す
る場合には、その水溶液のｐＨを１１．５以上とする事
が肝要な事であり、より好ましくはｐＨを１２以上とす
る事が良い。また、ｐＨ１１．５以上となる様に、炭酸
カリウムまたは重炭酸カリウムを適宜配合した水溶液あ
るいは第２および又は第３アルカリ金属燐酸塩を適宜配
合した水溶液も好ましい本発明の硬化剤成分となりう
る。しかしながら、一般に、硬化剤成分中に必要以上の
該燐酸塩または重炭酸アルカリを添加配合した場合、得
られる硬化剤水溶液のｐＨ値がしばしば１１．５以下と
なる事が多い。また一旦得たｐＨ１１．５以上の硬化剤
水溶液に必要以上の空気中の炭酸ガスを吸収させたりし
て重炭酸アルカリ量を増加させた場合等でもｐＨ値が１
１．５以下になる場合があり、注意が必要である。硬化
剤水溶液ｐＨ値が１１．５以下とした場合の当該グラウ
ト剤組成物では、スラグの潜在硬化性が十分引出せずに
少なくとも室温で２４時間経過しても十分なゲル化や凝
結が完結しない等の弊害が発生する為、本発明の好まし
い硬化剤とは言えない。

【００２１】炭酸ナトリウムの量は、グラウト総量１ｍ
³当り２０〜２００ｋｇの範囲であり、好ましくは５０
〜２００ｋｇの範囲、より好ましくは１００〜２００ｋ
ｇの範囲である。２０ｋｇ未満の配合量ではグラウト固
結強度が低く耐久性に欠けるからであり、一方、２００
ｋｇを越えるとそれ以上増量しても特に顕著な効果が見
出せないばかりか高コストとなるからである。

【００２２】本発明では、炭酸ナトリウムと共に、ゲル
タイム調整と液粘度の安定化の目的で前記の如く炭酸カ
リウムを併用することは何等問題ない。同様の目的で炭
酸第２及びまたは第３アルカリ金属燐酸塩を併用しても
良い。これらの併用によって、配合直後の液粘度を比較
的低い領域に保つことが可能となる。ただし、炭酸ナト
リウムのみの使用においても浸透注入に支障を来すほど
の液粘度になるわけではない。炭酸カリウムの添加量は
炭酸ナトリウムの添加量を超えない範囲が好ましい。炭
酸ナトリウムの添加量を超えて用いても、高コストとな
り、ゲルタイムが必要以上に長くなるため有効でないか
らである。

【００２３】また、第２及びまたは第３アルカリ金属燐
酸塩を配合する場合は、その含有比率をごく少量とする
事が肝要である。その理由は、該燐酸塩はスラグの水和
硬化性を遅延させる硬化助剤として作用するものと推定
され、したがってその含有比率によって任意のゲルタイ
ムが調整可能となるからである。該燐酸塩の固形分換算
で表される添加量はグラウト総量１ｍ³当り５ｋｇを超
えない範囲である。５ｋｇを超えて添加された場合で
は、スラグの硬化性が著しく阻害されるケースがあるの
で注意する必要がある。比較的短いゲルタイムに調製す
る場合はグラウト総量１ｍ³当り好ましくは０．０５〜
３ｋｇの範囲、より好ましくは０．１〜１ｋｇの範囲で
ある。グラウト総量１ｍ³当り０．０５〜０．１ｋｇ程
度配合で低粘度数分のゲル化挙動を実現できる。またグ
ラウト総量１ｍ³当り３〜５ｋｇ程度配合で数十分単位
のゲル化凝結挙動を実現できる。

【００２４】本発明のグラウト剤組成物に於いて、炭酸
ナトリウムはスラグの潜在水硬性を引出すだけでなく、
極めて特徴的な事として、以下の基本的なグラウト適性
等を十分満足させる事が出来、本発明の重要な必須成分
である。第１にスラグ−アルカリ水懸濁液の初期粘度を
地盤浸透注入可能な低粘度とすることができる。第２に
その結果、地盤等への注入圧力が低く設定でき、高速注
入が可能となる。第３に数分から数十分の再現性良いゲ
ル化・固結時間を任意に安定的に容易に調整でき、ゲル
化後は数日で実用強度を発現する（早強型グラウト剤と
なる）。第４に固結体はほぼスラグと同量配合され水で
固結させたセメント固結体と同等若しくはそれ以上の高
強度特性を示し、それ自身で乾湿繰返しに対して安定で
あり、耐久性に富むスラグ系固結ゲルとなる。第５に炭
酸ナトリウムはスラグとドライブレンドが可能であり、
その混合粉組成物は長期間安定した状態が得られ、１パ
ックでグラウト注入現場に供給可能である。よって、事
前に任意のグラウト注入メーカーの要望に完全に一致し
た形での供給体制が容易に確立でき、現場での煩雑さを
回避でき、配合ミスが皆無となり、結果として本発明の
グラウト剤の凝結信頼性や注入作業安定性が確保され
る。

【００２５】上記成分に加えて、更に本発明のグラウト
剤では、アルカリ領域で安定化されたコロイダルシリカ
溶液を添加して良い。コロイダルシリカ溶液を添加した
本発明のグラウト剤組成物では特別な液安定性を確保で
きる。すなわち、配合時の混練攪拌後のいわゆる静置状
態での系の均一安定性が著しく向上する。

【００２６】コロイダルシリカ溶液とは、公知の方法で
得た物を使用してよい。一般的にはアルカリ水ガラス溶
液中のアルカリ分をイオン交換樹脂で除去することによ
りその液中に１０〜３０ｍμサイズの超ミクロサイズの
珪酸ゲル粒子を生成させた後、再度苛性ソーダまたは苛
性カリウム等の微量のアルカリ成分を添加して長期保存
安定性を確保する等の方法で得た物が一般的で、好まし
く使用できる。より具体的にはコロイダルシリカ溶液と
して、ＳｉＯ₂で示される有効成分の固形分換算で５〜
５０重量％の溶液が使用され得る。グラウト総量１ｍ³
当り、該水溶液として２０〜２５０ｋｇの範囲で、より
好ましくはＳｉＯ₂で示される有効成分の固形分換算で
１０〜３０重量％とした該水溶液を５０〜１００ｋｇと
する事が良い。

【００２７】コロイダルシリカ自身もすでに多くの文献
から明らかな様に、水ガラス溶液と同様、ゲル化能力を
基本的に有している為、本発明のグラウト剤成分として
使用した場合、何等そのグラウト作業性や固結体物性に
悪影響を与えない。すなわち、本発明のグラウト剤に於
いては、１液かつ数十分のゲルタイムを有するグラウト
剤の有効成分として前記スラグと炭酸ナトリウムと上記
コロイダルシリカを含有させた懸濁型グラウト剤組成物
が、低粘度でかつ静置注入薬液の長時間安定性の点で優
位であることからより好ましい本発明の態様である。

【００２８】また本発明のグラウト剤では前記有効成分
の他に、更に必要に応じて以下の公知のセメント用添加
剤、公知のスラグ以外の水硬性無機微粒子、公知の非水
硬性無機微粒子、公知の界面活性剤等を本発明の目的に
合致する範囲内で併用使用して良い。

【００２９】公知のセメント用添加剤とは、具体的にセ
メント用凝結促進剤、セメント用凝結遅延剤、セメント
減水剤、有機系のセメント粒子沈降分離軽減剤等があ
り、好ましくはその内のセメント用凝結促進剤、セメン
ト用凝結遅延剤、セメント減水剤の群から選ばれた１種
または２種以上とする事が良い。これらのセメント用添
加剤はグラウト総量１ｍ³当り最大５０ｋｇ未満の範囲
で、好ましくは市販の有り姿で３０ｋｇ未満で使用して
良い。

【００３０】本発明のグラウト剤成分として併用使用で
きる好ましいセメント用凝結促進剤としては、アルカリ
金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸
塩、硝酸塩やその他、アルカリ土類金属炭酸塩やその水
酸化物等があげられる。また同様に本発明に併用使用で
きるセメント用凝結遅延剤としては、例えば燐酸やホウ
酸等の無機酸類、クエン酸やグルコン酸などの有機酸
類、庶糖やグラニュー糖やブドウ糖などの糖類等があげ
られる。また同様に本発明に併用使用できるセメント減
水剤としては、メラミン系減水剤、ナフタレン系減水
剤、リグニン系減水剤等すでに公知の各種の有機系セメ
ント減水剤が挙げられる。また同様に本発明に併用使用
できる有機系のセメント粒子沈降分離軽減剤には、メチ
ルセルロースやヒドロキシセルロースや可溶性デンプン
やポリビニルアルコール等があげられる。また同様に本
発明に併用使用できる公知のスラグ以外の水硬性無機微
粒子には、ベントナイトで代表される粘土、非晶質な微
細アルミナ粉、微細なセメント粉、半水石膏粉、無水石
膏粉、活性白土粉、オルトケイ酸ガラス粉などがある。
また同様に本発明に併用使用できる公知の非水硬性無機
微粒子には、結晶質微細シリカ、結晶質微細アルミナ、
炭酸カルシウム粉、チタンホワイト粉、ベンガラ、タル
ク粉などが挙げられる。また同様に本発明に併用使用で
きる公知の界面活性剤には、アニオンセッケン、カチオ
ンセッケン、ノニオンセッケンなどがある。

【００３１】前記した公知のスラグ以外の水硬性無機微
粒子、公知の非水硬性無機微粒子、公知の界面活性剤等
は、本発明のグラウト剤の基本性能に悪影響がみとめら
れない事を事前に確認して使用される事が肝要なことで
あり、基本性能を妨害しない範囲内で本発明のグラウト
剤に併用使用して良い。

【００３２】スラグと炭酸ナトリウムを含みまた必要に
応じてコロイダルシリカ成分を併用してなる本発明のグ
ラウト剤は、基本的に１液としても、または２液として
用いても良く、特に制約は無い。グラウト剤の硬化時間
が数分から２０分前後と短い場合は通常２液とし、注入
管先端混合または注入管直前混合などの方法で当該グラ
ウト剤組成物を形成させる事が出来る。２液とする形態
には特に制約はないが、一般的には主剤液としてスラグ
と水とからなる懸濁液とし、もう一方の硬化剤液を炭酸
ナトリウム溶液とし、必要に応じてコロイダルシリカ溶
液はそのいずれか一方または両方に含有させる等の方法
が好ましく採用できる。また例えば主剤液としてスラグ
と水と少量の炭酸ナトリウム成分からなる懸濁液とし、
もう一方の硬化剤液を残りの炭酸ナトリウム水溶液とす
る等の方法も好ましい。

【００３３】またグラウト剤の硬化時間が３０分〜１時
間程度と長い場合は通常１液とし、注入単管から当該グ
ラウト剤組成物を圧入吐出させる工法が好ましく採用出
来る。１液型グラウト剤の事前配合形態には特に制約は
なく、固体スラグ粉と炭酸ナトリウム粉とを事前に所定
量ドライブレンド包装して搬送し、地盤注入現場にて開
封後、所定量の水にて分散溶解混合させるなどの調製方
法が好ましく採用できる。

【００３４】前記の様にして調製された本発明の１液ま
たは２液型グラウト剤を用いた地盤安定化工法として
は、一般的には事前に埋没してある地盤注入管を介して
地盤注入し、不安定地盤を安定化させる工法が好まし
い。特に、本発明のグラウト剤を１液化として調製し、
グラウト注入管を介して地中の不安定地盤や岩盤亀裂隙
間に圧入して固結させ、地盤や岩盤を強化安定させる工
法が、注入作業が簡便であることから好ましい。

【００３５】また、本発明のグラウト剤を二重管式のグ
ラウト注入管を介して複相注入し、地盤や岩盤を強化安
定させる工法も好ましい工法である。さらにまた本発明
のグラウト剤を連続地中杭または連続地中壁を構築する
方法用のグラウト剤として使用する事が可能である。具
体的には、水を超高圧吐出させて出来た地盤内の連続隙
間に対しグラウト注入管を介して圧入して固結させる、
いわゆるジェットグラウト工法用の注入薬剤として本発
明の前記グラウト剤組成物を用い、固結させ、結果とし
て連続地中杭または連続地中壁を構築することができ
る。

【００３６】また地盤の安定化に際し、公知の水ガラス
系完全溶液型の３０分から１時間程度の長結硬化型の薬
剤と本発明の比較的短時間硬化型のグラウト剤との２種
または３種以上のグラウト薬剤を複相注入する事で緊急
止水と高強度で低コストな地盤改良を達成することがで
きる。従って、公知のその他のグラウト剤との複相繰返
し注入工法などであっても本発明のグラウト注入工法に
は包含される。

【００３７】

【実施例】以下に本発明の実施例、比較例及び施工例を
示すが、本発明はこれらによって限定されない。また、
例中の％、部とはそれぞれ重量％、重量部を意味する。

【００３８】［使用材料］１．スラグ市販の高炉水砕スラグ（商品名：ファインセラメント）
を使用した。ただしブレーン値はコンクリート協会で指
定されたセル通気法で求めたブレーン測定値である。ス
ラグの種類とブレーン値の結果を下記表−１に記す。

【００３９】

【表１】

【００４０】２．硬化液（炭酸ナトリウム水溶液）以下の表−２に示す配合の水溶液（Ｎｏ．１〜５）を調
製して使用した。このうち、Ｎｏ．５は主要成分を配合
した水溶液に燐酸を添加してｐＨ１１に調整した。Ｎ
ｏ．６は炭酸ナトリウムの粉体である。

【００４１】

【表２】

【００４２】３．コロイダルシリカ溶液市販品（商品名：カタロイド）を使用した。該溶液はＳ
ｉＯ₂の有効成分濃度３０％であり、ｐＨ値が９．５、
一次珪酸ゲル粒子サイズが２０ｍμである。４．添加剤試薬である炭酸カルシウム（Ｎｏ．１）、同クエン酸
（Ｎｏ．２）を使用した。５．セメント減水剤メラミン系減水剤の１種である三井東圧化学社製品：メ
ルフロー４０を使用した。６．水ガラス溶液市販の１号水ガラス溶液をそのまま使用した。

【００４３】実施例１下記表−３に示す割合で硬化液Ｎｏ.１の５００ｇを５
Ｌ容量の配合容器に採り、強攪拌下にＮｏ.２スラグの
５００ｇを加え、添加混合３分後に市水を加えて１Ｌと
し、１分間攪拌混合した。この様にした得た実施例１の
懸濁溶液状のグラウト剤を以下の方法で評価した。

【００４４】ゲルタイムは、硬化液に対しスラグを添加
終了した時点を基点とし、調製された配合液を静置状態
から傾斜させて動性が失われたと判断された時点までの
経過時間で計測し、表−４に表示した。

【００４５】浸透性は、透明アクリル製円筒容器（直径
５０ｍｍ、長さ１ｍ）に予め充填高さ５０ｃｍとなるよ
うに豊浦標準砂を充填し、攪拌を終了した直後の液５０
０ｍＬを豊浦標準砂層の上部から、穴の直径が１ｍｍ程
度の多孔質遮蔽案内板を介して、浸透圧力１ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の一定加圧状態で浸透させることにより測定した。
標準砂粒子相互間の間隙に浸透する場合、浸透層が下部
にむかって徐々にスラグ自体の白濁懸濁色で不透明化す
る状態が外部からの目視観察で観察される事から浸透性
の可否を判断し、標準砂層充填域全般が前記状態に目視
観察された場合を浸透性良好（合格）との判断で判定し
た。結果は表−４に記載した。

【００４６】離漿水、一軸圧縮強度、自己崩壊性の評価
は次のようにして行った。配合液を攪拌終了後直ちにモ
ールド（５０ｍｍφ×１００ｍｍ）に填充し、１日後に
脱型した。このとき生じている離漿水量を測定し硬化体
に対する体積比を算出し４段階評価した。得られたホモ
ゲルは７日間水中養生後、一軸圧縮強度の測定に供し
た。この際のクロスヘッド速度は１ｍｍ／ｍｉｎとし
た。結果は表−４に記載した。

【００４７】自己崩壊性の有無は、モールド（５０ｍｍ
φ×１００ｍｍ）から硬化養生５日後に脱型したホモゲ
ルを、１時間市水中に浸漬し、表面の水分を拭き取った
後、気中に１時間放置した。この操作を５回繰り返し、
目視による観察を行って、クラックが全く認められない
ものを自己崩壊性なし（合格）と判断した。結果は表−
４に記載した。

【００４８】恒久性評価は以下の方法により実施した。
表−３に従って調製した配合液と豊浦標準砂とを重量比
１：４で混合し、モールド（５０ｍｍφ×１００ｍｍ）
に填充し、１日後に脱型して得られるサンドゲルを７
日、１カ月、３カ月、６カ月、１２カ月間水中養生後、
一軸圧縮強度を測定することにより恒久性の評価とし
た。結果は表−５にまとめて記載した。

【００４９】実施例２〜２０表−３の配合に従い、実施例１と同様に配合液を調製
し、物性評価を行った。実施例１１以下におけるコロイ
ダルシリカ、添加剤、減水剤は、硬化液及び水に続いて
配合し、最後にスラグを配合して所定の配合液とする。
結果は表−４にまとめて記載した。恒久性評価について
は、実施例３、５、１３、１８について、実施例１と同
様の方法で実施した。結果は表−５にまとめて記載し
た。

【００５０】実施例２１ポリスチレン−アルミ泊ラミネート型の、内容量１００
０ｍＬのパック袋を用意し、実施例１と同量の有効成分
量となるよう、炭酸ナトリウム粉体（硬化剤Ｎｏ.６）
の１２５ｇとスラグ（Ｎｏ．３）の５００ｇとをドライ
ブレンドし、該パック袋に装填してドライミックスパッ
クを作製した。室温下で１ヶ月保存した後、開袋し内容
物全量と必要量の市水を加えて１Ｌとして攪拌した。こ
のように調製した薬液を用いて、上記と同様の物性評価
及び恒久性評価を実施した。その結果、実施例１の結果
と全く同様の結果を得た。

【００５１】参考例１〜３、比較例１〜９表−３の配合に従い、実施例と同様に配合液を調製し、
物性評価を行った。結果は表−４にまとめて記載した。

【００５２】比較例１０、１１表−３の配合に従い、水ガラスとスラグからなる配合液
を調製し、物性評価は他の比較例と同様に実施した。結
果は表−４にまとめて記載した。

【００５３】施工例１上記実施例１及び１３について、実際の地盤に対して施
工試験（グラウト適性）を実施した。グラウトマシンを
使用して、配合液を２ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で地盤に注
入を実施し、概ね直径１ｍ、深さ３ｍの範囲に浸透させ
た。７日後に掘り出して、各部を観察したところ、どの
部位においても均一な浸透固結体を形成していた。クラ
ックや著しい体積収縮は観察されず、周辺の土壌に対す
るアルカリ汚染等も認められなかった。

【００５４】施工例２上記実施例１及び１３について、実際の地盤に対して施
工試験（ジェットグラウト適性）を実施した。水を超高
圧（５００ｋｇｆ／ｃｍ²）吐出させることで、地盤に
約１ｍ間隔でジェットグラウト孔（直径１.５ｍ×深さ
３ｍ）を空け、それによってできた連続間隙に配合液を
圧入した。１０日後に周辺を掘り起こしたところ、圧入
範囲全般にわたって連続壁が構築されていた。各部とも
クラックや著しい体積収縮は観察されず、周辺の土壌に
対するアルカリ汚染等も認められなかった。

【００５５】施工例３上記参考例１及び２について、施工例２と同様の方法
で、実際の地盤に対して施工試験（ジェットグラウト適
性）を実施した。浸透注入には適さないスラグ（Ｎｏ.
１）を用いているものの、ジェットグラウト適性は良好
で施工例２の場合と何等変わりなく圧入が可能であっ
た。１０日後に周辺を掘り起こしたところ、圧入範囲全
般にわたって連続壁が構築されていた。各部ともクラッ
クや著しい体積収縮は観察されず、周辺の土壌に対する
アルカリ汚染等も認められなかった。

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】・いずれも上記配合に、水を加えて１Ｌとする。

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】（表−４の記号説明）［浸透性］○：標準砂に浸透可能［離漿水］◎：０.１％以下 ×：標準砂に浸透不能 ○：１％以下［自己崩壊性］○：肉眼で認められない △：５％以下 ×：肉眼で認められる ×：５％以上

【００６０】

【表７】

【００６１】

【発明の効果】上記の物性評価結果（表−４）より、実
施例１〜２１においては、ゲルタイムが概ね５〜７０
分、一軸圧縮強度が１５０ｋｇｆ／ｃｍ²以上となる結
果が得られた。いずれも浸透性にも問題ないため、本発
明の例として適切である。実施例１〜６の結果より、ス
ラグと硬化液を同重量ずつ配合する基本配合において
は、本発明の範囲の材料及び配合比であれば、スラグと
硬化液のみの組合わせで良好な性質を持つグラウト剤が
できることが示される。このうち、実施例１〜４におい
ては、本発明の範囲内にある硬化液を用いた場合には、
良好な性質を維持し得ることが示され、実施例５、６に
おいては、比表面積をより大きくしたスラグとの組合せ
についても同様のことが示される。また、実施例７〜１
０においては、スラグの配合量を本発明の範囲内で変化
させることによっても、良好な性質が保持されることが
示される。

【００６２】一方、実施例１１〜２０においては、添加
剤として炭酸カルシウム、クエン酸、コロイダルシリ
カ、メラミン減水剤等を用いた例であるが、本発明の効
果を損なわず、凝結時間調節、強度増強等の効果を有す
ることが判明した。このうち、実施例１１、１２におい
ては、炭酸カルシウム添加と硬化液増量により、強度増
強とゲルタイム短縮が達成され、実施例１４、１６のよ
うに、コロイダルシリカを添加した系でも、上記と同様
の効果が認められる。実施例１５、１７においては、ク
エン酸添加によるゲルタイム延長が達成された。実施例
１３〜１７、２０に見られるように、コロイダルシリカ
添加によっては強度低下等は見られず、安定性向上に効
果を示した。実施例１８、１９に見られるように減水剤
の添加も可能であった。実施例２０においては、コロイ
ダルシリカ増量によるゲルタイム短縮効果が見られる。
さらに、実施例２１は、本発明の必須成分をドライパッ
クとした後に、一定時間保存後使用したケースである
が、通常の方法で作製した場合と全く同等の結果が得ら
れることが示され、主剤スラグと硬化剤炭酸ナトリウム
は、１パック化供給可能であることが判明した。

【００６３】上記実施例と比較して、参考例１〜３のよ
うに、微粒子化していないスラグを用いると、硬化はす
るものの、浸透注入を想定した場合の浸透性が十分でな
く、施工例３に示されるように、ジェットグラウト工法
にのみ適用可能である。硬化液のｐＨについては、比較
例１のようにｐＨ１１.５を下回ると、硬化が著しく遅
延するため好ましくない。比較例２、３のように、炭酸
ナトリウムの配合量が上限を超えると、ゲルタイムが著
しく短くなり、初期粘度の上昇から浸透性も十分でな
い。一方、比較例４、５のように炭酸ナトリウムの配合
量が下限を下回ると、少なくとも２４時間以内には硬化
が観察されない。

【００６４】また、比較例６、７のように、水の配合量
に対してスラグ量が過小となった場合も、少なくとも２
４時間以内には硬化が観察されず、本発明の主旨に合致
しない。一方、比較例８、９のように水の配合量に対し
てスラグ量が過大となると、配合初期からペースト状に
なり浸透性が著しく劣る。さらに、比較例１０、１１の
ように、水ガラスを用いた従来のスラグ系グラウト剤に
おいては、一軸圧縮強度が実施例に及ばず、自己崩壊現
象も観察されるため、恒久性グラウトとして好ましくな
い。一方、上記の恒久性評価結果（表−５）より、いず
れの配合においても、３日後の早期に高強度が発現し、
かつ経時変化は強度が増強する方向へ向っている。これ
は未水和粒子の水和・凝結が早期にすばやく進むためと
推定されるが、自己崩壊現象も見られず、恒久的な強度
保持が認められる。また、施工例１及び２に示されるよ
うに、本発明のグラウト剤は通常のグラウト機材で施工
するに充分な施工性を有しており、良好な強化地盤また
は連続地中壁を形成しうる。

【００６５】以上の結果を総合すると、本発明のスラグ
と炭酸ナトリウム及び水とを主成分とするグラウト剤を
使用することで以下の点において効果が顕著である。１．セメント硬化体と同様の結晶構造を持ち、従来殆ど
実現できなかった１５０ｋｇｆ／ｃｍ²以上の圧縮強度
を数日で実現可能である。２．恒久性についても良好であり、自己崩壊現象等も見
られない、信頼性の高い固結体を与える。３．スラグの粒度を限定することで、土壌への浸透性が
良好となり、概ね全ての地盤への浸透注入工法に適用可
能である。ジェットグラウト工法には、スラグの粒度に
関わらず適用可能である。４．ゲルタイムの調整が容易で、施工事例によって適切
なゲルタイムを選択できる。５．危険物、人体に対し有害なものを含まず、地下水等
への汚染が皆無である環境調和型グラウト剤とすること
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 //(Ｃ０４Ｂ 28/08 22:10 22:16） 111:70 Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１ｍ³当たり水砕スラグを１００〜１，
５００ｋｇ、硬化剤として炭酸ナトリウムを２０〜２０
０ｋｇ及び水を含有してなる強度発現性及び浸透性に優
れたグラウト剤組成物。
【請求項２】水砕スラグがブレーン値８，０００ｃｍ
²／ｇ以上の微粒子スラグである事を特徴とする請求項
１記載のグラウト剤組成物。
【請求項３】水砕スラグが高炉水砕スラグである事を
特徴とする請求項１または２記載のグラウト剤組成物。
【請求項４】炭酸ナトリウムが水溶液からなり、その
ｐＨが１１．５以上であることを特徴とする請求項１〜
３記載のいずれか１項記載のグラウト剤組成物。
【請求項５】炭酸カリウムが、炭酸ナトリウム配合量
を超えない範囲で含有されている事を特徴とする請求項
１〜４記載のいずれか１項記載のグラウト剤組成物。
【請求項６】第２又は第３アルカリ金属燐酸塩を、グ
ラウト総量１ｍ³当り固形分換算で０．０１〜５ｋｇの
範囲で含有していることを特徴とする請求項１〜４記載
のいずれか１項記載のグラウト剤組成物。
【請求項７】更にｐＨが８以上のシリカ濃度５〜５０
重量％からなるコロイダルシリカ水溶液をシリカ分固形
分換算でグラウト総量１ｍ³当り２０〜２５０ｋｇの範
囲で含有してなる請求項１〜６記載のいずれか１項記載
のグラウト剤組成物。
【請求項８】更にセメント用凝結促進剤、セメント用
凝結遅延剤及びセメント減水剤から選ばれた１種または
２種以上をグラウト総量１ｍ³当り５０ｋｇ以下含有さ
せてなる請求項１〜７記載のいずれか１項記載のグラウ
ト剤組成物。
【請求項９】１００〜１，５００重量部の水砕スラグ
及び２０〜２００重量部の炭酸ナトリウムよりなるグラ
ウト剤用組成物。
【請求項１０】請求項１〜８記載のいずれか１項記載
のグラウト剤を、１液にてグラウト注入管を介して地中
の不安定地盤や岩盤亀裂隙間に圧入して固結させ、地盤
や岩盤を強化安定させる工法。
【請求項１１】請求項１〜８記載のいずれかのグラウ
ト剤を、二重管式のグラウト注入管を介して複相注入
し、地盤や岩盤を強化安定させる工法。
【請求項１２】請求項１〜８記載のいずれか１項記載
のグラウト剤を、水を超高圧吐出させて出来た地盤内の
連続隙間に対しグラウト注入管を介して圧入して固結さ
せるジェットグラウト工法用の注入薬剤として用いるこ
とを特徴とする連続地中杭または連続地中壁の構築方
法。