JPH10218655A - 空洞充填材 - Google Patents

空洞充填材

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JPH10218655A
JPH10218655A JP3840997A JP3840997A JPH10218655A JP H10218655 A JPH10218655 A JP H10218655A JP 3840997 A JP3840997 A JP 3840997A JP 3840997 A JP3840997 A JP 3840997A JP H10218655 A JPH10218655 A JP H10218655A
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JP
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liquid
weight
cement
slag composition
water
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JP3840997A
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Masaaki Noguchi
雅朗 野口
Keiji Omori
啓至 大森
Toyoshige Okamoto
豊重 岡元
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Chichibu Onoda Cement Corp
Original Assignee
Chichibu Onoda Cement Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/06Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/10Burned or pyrolised refuse
    • C04B18/108Burned or pyrolised refuse involving a melting step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26Silicates of the alkali metals
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    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
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    • C04B2111/00663Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の廃棄物等を焼却溶融してスラグ化した
特定の組成のスラグ組成物を、空洞充填材として、有効
に利用する。 【解決手段】 特定の組成のスラグ組成物を、セメント
とともに、硬化材として水と混合し、これをA液として
使用し、B液には珪酸ナトリウム溶液を使用する二液型
の空洞充填材。スラグ組成物は、CaO分0〜37重量
%、SiO2分23〜90重量%及びAl23分0〜4
0重量%で、酸化鉄、アルカリ分、リン分、酸化チタ
ン、酸化マンガン及び酸化マグネシウムから選ばれる1
種又は2種以上の成分が0.1〜50重量%又は/及び
ハロゲン分が0.1〜10重量%である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自然にあるいは人
工的に形成された地盤中の空洞、あるいは構造物などの
空間等に充填し、地盤、構造物の固定、安定化等を図る
ための空洞充填材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地盤中あるいは構造物の中空部等の空洞
部に充填するものを空洞充填材と呼び、例えば、シール
ドトンネルのセグメントと地山との間の空間を固定する
裏込め材等もこの範疇にはいる。このような空洞充填材
として、セメントスラリー等の水硬性スラリーと水ガラ
スなどの急結剤を用いた2液性の充填材が使用されてい
る。2液性の充填材は、注入箇所まで2つの液を別々に
圧送し、注入箇所で混合し、ゲル化させて可塑状で注入
する。ここでゲル化させる理由は、目的の空洞部のみに
限定的に注入充填するため、すなわち空洞部に充填され
た充填材が地山の裂け目や透水性の土質等から漏出した
り滲出したりするのを防止するためである。
【0003】このような空洞充填では、長距離を圧送す
るための液の流動性、圧送中の液の安定性、可塑状で注
入するためのゲル化時間及びゲル化した直後のこわばり
の程度、さらに、注入後の長期安定性及び外部地下水に
対する止水性が問題となる。
【0004】一方、近年都市において、下水汚泥、都市
ごみなどの廃棄物が大量に発生し、その処分が問題とな
っている。一部利用されているものの、そのほとんどが
埋め立てられ、大量に使用できる再利用方法が急務とな
っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃棄物を大
量に再利用し、かつ、圧送性及び施工性さらに安定性に
優れた空洞充填材を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明者らは種々の研究の結果、下水汚泥焼却灰や
ゴミ焼却灰等の種々の廃棄物を溶融してスラグ化した特
定の組成のスラグ組成物が、高炉スラグと同様に、セメ
ント等のアルカリ刺激剤と併用することにより、良好な
水硬性を示すことを見出し、このスラグ組成物とセメン
トを含有する硬化材のスラリーが、低圧での圧送が可能
で、圧送距離も長くでき、限定注入が可能な空洞充填材
となることを見出し、本発明を完成した。
【0007】すなわち、本発明は、CaO分0〜37重
量%、SiO2分23〜90重量%及びAl23分0〜
40重量%で、酸化鉄、アルカリ分、リン分、酸化チタ
ン、酸化マンガン及び酸化マグネシウムから選ばれる1
種又は2種以上の成分が0.1〜50重量%又は/及び
ハロゲン分が0.1〜10重量%のスラグ組成物と、セ
メントとを含有する硬化材に水を混合してなるA液と、
珪酸ナトリウムを含有するB液からなる空洞充填材(請
求項1)である。
【0008】また、本発明は、上記スラグ組成物が、下
水汚泥焼却物、ごみ焼却灰、産業廃棄物等の種々の廃棄
物を原料として、必要に応じて粘土、石灰石で成分調整
し、高温で溶融・急冷し、粉砕した物である空洞充填材
(請求項2)を含む。また、本発明は、セメントと、ス
ラグ組成物との混合比が重量比で80/20〜5/9
5、このセメントとスラグ組成物を含有する硬化材10
0重量部に対する水の量が60〜350重量部、A液と
B液の混合比が体積比で95/5〜80/20である空
洞充填材(請求項3)、A液に増粘剤及び安定剤が配合
されている空洞充填材(請求項4)を含む。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明で用いる溶融スラグは、
CaO分0〜37重量%、SiO2分23〜90重量%
及びAl23分0〜40重量%で、酸化鉄、アルカリ
分、リン分、酸化チタン、酸化マンガン及び酸化マグネ
シウムから選ばれる1種又は2種以上の成分が0.1〜
50重量%又は/及びハロゲン分が0.1〜10重量%
の化学成分となるように調整したものを高温で溶融し、
急冷して得られるスラグ組成物である。ここで、各種の
原料は、市販の材料を混合して用いてもよいが、下水汚
泥焼却灰、ごみ焼却灰及び産業廃棄物等は、これを直接
用いても化学成分が上記の範囲にあるものがほとんどで
あり、経済性及び未利用資源の有効利用の点から、これ
を用いるのがより好ましい。
【0010】上記スラグ組成物におけるSiO2分は、
少ないとスラグ化し難くなり、多いとスラグ化温度が高
くなるので、23〜90重量%が良く、特に25〜90
重量%がより好ましい。CaO分は、多いと相対的に他
の成分が減ってガラス化し難く成るので、0〜37重量
%が良く、特に1〜35重量%がより好ましい。さら
に、Al23分は、多いとスラグ化温度が高くなるの
で、0〜40重量%であるが、1〜40重量%、特に1
0〜30重量%が好ましい。なお、強度発現の点から
は、CaO分/SiO2分の重量比が1.3以下が好ま
しい。
【0011】また、酸化鉄、アルカリ分、リン分、酸化
チタン、酸化マンガン及び酸化マグネシウムから選ばれ
る1種又は2種以上(残留元素分)と、ハロゲン分は、
スラグの活性化に効果があるが、多すぎると強度発現性
が悪くなるため、残留元素分は0.1〜50重量%(酸
化物換算)、ハロゲン分は0.1〜10重量%含有する
のが好ましく、これらは一方だけ含有しても、両方含有
しても良い。
【0012】上記スラグ組成物は、CaO分が37重量
%以下であるにも関わらず、ポルトランドセメント等の
アルカリ性刺激材と配合することにより、良好な水硬性
を示し、優れた強度発現性を有するので、本発明では、
両者を硬化材としてA液に用いる。また、スラグ組成物
は、B液の水ガラスとは急には反応せず、初期はセメン
トのみとの反応なので、混合時の強度は弱く可塑状であ
り、限定注入性が良くなること、また、スラグ組成物の
硬化反応が遅いため、長期強度が高くなるなどの利点が
挙げられる。また、スラグ組成物によるゲル化の時間に
影響がなく、強度を保ちながらゲル化時間を調整するこ
とができる。
【0013】ここで用いるセメントは、普通、早強、超
早強、中庸熱等のポルトランドセメントや、高炉、フラ
イアッシュセメント等の混合セメントを上げることがで
きる。この場合セメント/スラグ組成物の混合比が重量
比で5/95よりも少ないセメント量では硬化しない。
セメントの量を増加することによって初期の強度を上げ
ることができ、スラグ量が多くなると、初期強度に対す
る長期強度の増加が大きくなる。しかしながらセメント
/スラグ組成物=80/20よりもセメントが多くなっ
た場合、A、B液混合後に可塑状とはならず、ゲル化直
後のゲルの硬さがかなり硬く、またゲル化時間が異常に
短くなる。よってセメント/スラグ組成物は重量比で8
0/20〜5/95の範囲で良好な特性を示す。
【0014】A液において、水の量は、硬化材100重
量部に対して60重量部以上が良い。これより少ない水
の量ではA液の流動性が著しく悪くなる。また、水の量
が350重量部を越えると、B液と混合して硬化した状
態の強度が著しく低下する。よってA液における水の量
は硬化材100重量部に対して60〜350重量部が好
ましい。
【0015】A液とB液の混合比は、体積比で95/5
〜80/20の間で良好な硬化特性を示し、この範囲を
はずれる水ガラスの量では、硬化後の強度が著しく小さ
くなる。
【0016】長距離を圧送する場合、A液のスラリーが
圧送管内で停滞すると、管内が閉鎖する恐れがある。こ
のため、A液自身の材料分離がなく、硬化するまでの可
使時間は長い方がよい。このA液に材料分離を抑えるた
めには、増粘剤が用いられる。増粘剤を添加した水に硬
化材を混合したA液は、粘度が高く、材料分離を抑える
事ができる。増粘剤には、通常、ベントナイトが用いら
れるが、有機系の増粘剤も効果的である。有機系の増粘
剤として、セルロース系、アクリル系、バイオポリマー
系などの増粘剤がある。
【0017】安定剤は、粒子の表面に吸着し、水和反応
を遅延させるため、A液に使用すると、その可使時間を
長くしながら、B液と混合した後のゲル化にはあまり影
響しないという効果がある。安定剤には、グルコン酸、
クエン酸、酒石酸のようなオキシカルボン酸、ケトグル
タル酸、ケトグルコン酸などが用いられる。
【0018】
【実施例】以下に、本発明を実施例を参照して説明す
る。本実施例で使用した材料を表1に示す。また、本実
験で使用したスラグ組成物の化学成分を表2に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】A液は、セメントとスラグ組成物を混合し
て硬化材を作り、この硬化材を水に添加し、2分混合し
て調製した。A液に安定剤、増粘剤を添加する場合は、
硬化材と混合する前の水に安定剤、増粘材を溶かす。ま
た、両方を添加する場合は、先に安定剤を溶かし、この
後で、増粘材を溶かした。A液とB液の混合は、両者を
同じ容器に入れて、数秒間振とうした。
【0022】測定方法として、A液のブリージング率の
測定は、500ccメスシリンダーにA液を500cc
のメモリのところまで入れ、静置させ、所定時間の浮き
水量を測定し、ブリージング率を算出した。A液の可使
時間は、A液500ccをビニール袋に入れ、24時間
ごとに強制撹拌し、流動性がなくなって混合できなくな
る前の時間を可使時間とした。A液のフロー値の測定
は、水平板上に高さ8cm直径8cmの中空円筒状のシ
リンダーを置き、A液のスラリーを充填して、シリンダ
ーを引き上げた時の水平板上でのスラリーの広がりを測
定した。充填材の強度は、直径50mm、高さ100m
mの円柱形の供試体をA液、B液の混合スラリーで作製
し、所定期間20℃の水中で養生し、一軸圧縮強度を測
定した。
【0023】実施例1 表3に示す配合で、A液のブリージング率及び、可使時
間の測定を行った。
【0024】
【表3】
【0025】結果を表4に示す。添加材がない場合、可
使時間が比較的に短く、ブリージング率も比較的に高い
結果となる。しかしながら、安定剤を添加することによ
り、可使時間が長くなり、また、増粘材を添加すること
により、ブリージング率は小さくなる。可使時間、ブリ
ージング率の値は、長距離圧送した場合の硬化材の管内
付着による閉鎖防止のための項目であるので、長距離圧
送にはいずれも有効な添加材である。
【0026】
【表4】
【0027】実施例2 表5に示す配合で、A液のフロー値及びA液とB液を混
合した充填材の一軸圧縮強度を測定した。
【0028】
【表5】
【0029】A液の硬化材と水が重量比で100:10
0、A液/B液が体積比で90/10の一定配合で、セ
メントとスラグ組成物の重量比を変えて、A液のフロー
値及びA液とB液を混合した充填材の強度を測定した結
果を表6に示す。セメントの量が多くなると、充填材の
7日強度が増加し、スラグ量が多くなると、7日強度に
対する28日強度の増加率が大きくなる。しかしなが
ら、セメント/スラグ組成物の重量比が2/98になる
と、セメントが少ないことにより硬化しない。一方、A
液のみのフロー値は、セメント/スラグ組成物の混合比
に関わらず、良好な流動性を示すが、セメント/スラグ
組成物の重量比が90/10になると、セメントが多い
ことにより、B液と混合してゲル化した直後のゲルの硬
さがかなり硬く、ゲル化の速度も早いため、可塑状の注
入が困難となる。よってセメント/スラグ組成物の重量
比は80/20よりも少ないセメント量が好ましい。
【0030】
【表6】
【0031】セメント/スラグ組成物の重量比が30/
70、A液/B液が体積比で90/10の一定配合で、
硬化材と水の重量比を変化させて、A液のフロー値及び
A液とB液を混合した充填材の強度を測定した結果を表
7に示す。水の量が少なくなるに従って、A液のフロー
値は小さくなる。フロー値は、長距離圧送性の面から2
5cm以上が好ましく、硬化材100重量部に対する水
の量が50重量部では25cmを下回った。また水分量
が400重量部では十分な強度が確保できない。よって
水の量は、硬化材100重量部に対して、60〜350
重量部が好ましい。特に水は100重量部で、流動性、
短期及び長期の強度ともに良好な特性を示す。
【0032】
【表7】
【0033】セメント/スラグ組成物の重量比が30/
70、硬化材100重量部に対する水の量が100重量
部の一定の配合で、A液/B液の体積比を変化させ、充
填材の一軸圧縮強度を測定した結果を表8に示す。A液
/B液の量比は、B液の量が増加するにしたがって、硬
化体の強度が増加し、A液/B液=95/5よりも水ガ
ラスが少ないと、強度が得られない。しかしながら、A
/B液=70/30になると、水ガラスが多いことによ
り、硬化体の強度が急激に低下する。よって、A液/B
液の混合比率は、体積比で95/5〜80/20の間で
良好な特性を示す。
【0034】
【表8】
【0035】実施例3 長さがともに1.5mで、直径が1mと1.3mの2本
の管を内外二重の同心状に配置してその両端を閉塞した
二重構造のトンネル模型を用いて、表5のNo8の配合
の充填材により外管と内管の間への注入実験を行った。
地下水に対する希釈抵抗性を調べるため、外管と内管の
隙間に水を充填させておき、裏込め材注入時に水が押し
出されて排出されるようにした。充填材の注入口は内管
の一端上部、水の排出口外管の他端上部とした。そし
て、注入終了から1日経過した後に、トンネル模型を解
体し、注入状況を観察した結果、充填不良箇所もなく、
注入状況においてもほぼ均一に注入されていることが確
認された。また、水の希釈による固化不良部分も確認さ
れず、裏込め材として十分な特性を有していることが確
認された。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の空洞充填
材は、廃棄物を大量に利用でき、空洞充填材として十分
に良好な特性を示し、とくに、流動性等の圧送時の安定
性、ゲル化した後のゲルの硬さ等の可塑状での注入性、
硬化後の強度特性等に優れた材料である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C09K 17/10 C09K 17/10 P 17/42 17/42 P 17/44 17/44 P 17/48 17/48 P //(C04B 28/02 18:04) C09K 103:00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO分0〜37重量%、SiO2分2
    3〜90重量%及びAl23分0〜40重量%で、酸化
    鉄、アルカリ分、リン分、酸化チタン、酸化マンガン及
    び酸化マグネシウムから選ばれる1種又は2種以上の成
    分が0.1〜50重量%又は/及びハロゲン分が0.1
    〜10重量%のスラグ組成物と、セメントとを含有する
    硬化材に水を混合してなるA液と、 珪酸ナトリウムを含有するB液からなる空洞充填材。
  2. 【請求項2】 上記スラグ組成物が、下水汚泥焼却物、
    ごみ焼却灰、産業廃棄物等の種々の廃棄物を原料とし
    て、必要に応じて粘土、石灰石で成分調整し、高温で溶
    融・急冷し、粉砕したものであることを特徴とする請求
    項1に記載の空洞充填材。
  3. 【請求項3】 セメントとスラグ組成物との混合比が重
    量比で80/20〜5/95、このセメントとスラグ組
    成物を含有する硬化材100重量部に対する水の量が6
    0〜350重量部、A液とB液との混合比が体積比で9
    5/5〜80/20であることを特徴とする請求項1又
    は2に記載の空洞充填材。
  4. 【請求項4】 A液に増粘剤及び安定剤が配合されてい
    ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載
    の空洞充填材。
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