JPS61211394A - 遅硬性固化材 - 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、土質安定材として用いる遅硬性固化材に関し
、特に海底軟弱地盤にブロー２々状または壁状の改良地
盤を形成するための連続作業を容易ならしめる遅硬性固
化材に関する。

〔従来の技術〕

海底の軟弱地盤を強化し、ケーソン等を載設する基底を
造成するために、地盤に混入する固化材が用いられる。

すなわち軟弱地盤に固化材ミルクを注入し、これを攪拌
翼で混合することによって地盤の支持力を増大させる深
層混合処理工法が広く実用化されており、引抜吐出法と
貫入吐出法とがある。引抜吐出法は、下端部に攪拌翼を
装着した円筒状打設管（以下打設管という）を回転させ
ながら改良地盤域の深部までほぼ鉛直に進入させ、固化
材ミルクを打設管上部から送入し下端からこれを地盤中
に排出しながら、打設管を徐々に引き上げ、地盤中に残
されていく固化材ミルクを撹拌翼によって周囲の軟弱粘
土と混合し、この混合が打設管の引き抜きと並行して進
み、Ｗ１拌翼が改良地盤域の上端に達することによって
一工程の作業が終了するものであり、さらにこの作業を
隣接した区域に連続的に行うことにより、ブロック状ま
たは壁体状の改良地盤を得るものである。この引抜吐出
法によれば固化材ミルクは打設管の引き抜き時に注入さ
れるため、撹拌翼によってミルクと粘土が混合される機
会が一度だけである。

これに対して貫入吐出法は、打設管を改良地盤域上部か
ら貫入するのと同時に固化材ミルクの注入を開始し、ミ
ルクと粘土を混合しながら改良地盤域深部まで到達した
後ミルクの注入を停止トし、次に打設管を回転させなが
ら引き抜きに移れば。

ミルクと粘土の混合は２度行われることになり、前述の
引抜吐出法に比べて混合効果も上り、安定した強固な改
良地盤が得られるもので理想的な混合方法である。

しかるに、従来固化材としては主として普通ポルトラン
ドセメントまたは高炉セメン）Ｂ種等のセメントを水ま
たは海水と混合してセメントミルクとし使用している。

この場合、セメントは注水直後、すなわちミルク状にし
た時点から水和反応が始まり、水酸化カルシウムが生成
してカルシウムイオン（Ｃ：ａ２４−）を遊離する。一
方、前述した方法で軟弱地盤にセメントミルクを混合す
れば、遊離したＣａ２°は軟弱地盤中の粘土粒子に吸着
される。このイオン吸着反応によって粘土は急激に粘性
を増し、さらにこの間にもセメントの水和反応は逐次進
行しているので、混合処理された部分の地盤は短時間の
うちに硬化を開始する。

混合処理を行い連続的に一体化した改良地盤を得るため
には、先に処理した部分と後で処理する部分を一部重複
して攪拌する必要があり、先に処理した部分の硬化が短
時間のうちに開始されれば、それに伴い重複部分の攪拌
抵抗が増大し、更に前述の粘土のイオン吸着による粘性
増も複合して、ついには攪拌混合が不能となり、目的を
達成することができなくなる。このような理由から従来
の固化材では貫入吐出法による混合処理は不可能とされ
、引抜吐出法が採用されていた。

かかるセメントミルクの欠点を改良することを目的とし
、混合処理された部分の地盤の硬化時間を一定期間遅延
させ、しかる後速やかに必要な強度を発現する遅硬性固
化材の開発が各方面で研究されている。

発明者らは高炉水砕スラグ粉末（以下スラグという）と
中庸熱ポルトランドセメント（以下中庸熱セメントとい
う）を適切に配合した遅硬性固化材について種々検討を
行った。

スラグ・中庸熱セメント系固化材が遅硬性を示す理由を
述べれば、スラグは潜在水硬性を有する物質で、アルカ
リ刺激剤の存在下で水和反応を起こし、ＣａＯ−５ｉ０
２系、ＣａＯ−ＡＭ２０３系ゲル状物質または結晶を生
成して硬化する。このスラグと混合するアルカリ刺激剤
である中庸熱セメントは、ポルトランドセメントの一種
ではあるが、その鉱物組成は普通ポルトランドセメント
に比べてＣ３Ｓが少なくＣ２Ｓが多く、水と混線後初期
材令の水和速度は緩慢で、長期材令で水和反応が急激に
進行する性質がある。従って初期材令で生成する消石灰
量は少なく、スラグの刺激効果が低いため、スラグ・中
庸熱セメント系固化材の硬化時間はかなり遅くなる。し
かも長期的にはスラグを刺激するに十分な消石灰も生成
するため、高強度を発現する性質がある。

このスラグ・中庸熱セメント系固化材に水を加えてミル
ク状とし、前述の如く軟弱地盤に注入攪拌すれば、中庸
熱セメントの水和反応による消石灰の生成は遅れ、その
生成量も比較的少なく、一部分はスラグの刺激剤として
作用した残りが軟弱地盤中の粘土粒子に吸着されること
になる。従って粘土の粘性は固化材ミルクの注入後時間
の経過と共に増大するが、普通セメントを固化材として
使用した場合に比べて増加の度合は緩慢であるため、条
件によっては質入吐出法で１サイクルの作業を終了させ
るだけの時間帯を確保することが可能となるのである。

スラグ・中庸熱セメント系固化材は、スラグと中庸熱セ
メントの配合を加減することによりある程度の水和反応
速度を調整することが可能である０例えばスラグ量を多
くし中庸熱セメントｉを少なくすれば初期の水和反応速
度を抑制することができる。このことは例えば特開昭５
９−９１１９０にも示されている。しかし中庸熱セメン
ト量を少なくした場合、相対的に長期材令におけろ水和
まで抑制され、所定の高強度を発現することは難しくな
る。

また中庸熱セメントの水和速度は遅いとはいえ、注水直
後から反応は刻々と進行し消石灰の生成は増加している
。従って時間の経過に伴い粘土の粘性は増加して打設管
の攪拌抵抗は増え、貫入吐出法を適用できる条件に制限
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

貫入吐出法の１サイクルに要する時間は、軟弱地盤改良
域の深度と混合装置の能力により異なり、一般的には２
〜３時間程度のものであるが。

場所によっては深度の大きい地盤改良を要し、この場合
は４〜５時間にもなる。そのため少なくとも注水後５時
間程度は固化材の水和を抑制し、しかる後速やかに水和
の促進に移行できる性質の遅硬性固化材が望まれるとこ
ろである。

本発明は長期材令で高強度を発現できるスラグと中庸熱
セメントの配合において、混合攪拌時の注水検数時間だ
けの水和を低減できる遅硬性固化材の開発を目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

発明者らは鋭意研究を進めた結果、スラグと中庸熱セメ
ントに一時的な水和抑制剤（遅延剤）として塩化マグネ
シウムを添加することにより１貫入吐出法に適した遅硬
性固化材が得られることを見出した。

以下詳細に説明する。

スラグは銑鉄製造時の副産物を水で急冷し、比表面積３
０００ｃｍ”／ｇ以上に粉砕した非晶質（ガラス質）の
粉末である。

スラブと中庸熱セメントの配合比を変えれば、その固化
材により処理した粘性土の硬化の所要時間をｍ節するこ
とが可能で、一般に中庸熱セメントの配合比が高いほど
硬化時間は短くなる。スラグ１００重量部に対して中庸
熱セメントの添加量がｔｓｌ量部東部未満きは、１〜３
ケ月間の長期材令において処理土の所要基準強度を達成
するに至らず、また中庸熱セメントの添加量が６０重量
部を越えると中庸熱セメント単体を使用した場合と大差
はなく、硬化時間は短いものであった。

従ってスラグと中庸熱セメントの配合比としては、スラ
グ１００重量一部に対し中庸熱セメントを１５〜６０重
量部とし、好ましくは２０〜５５重量部がよい。

さらに遅延剤として添加する塩化マグネシウムは、スラ
グ１００重量部に対してｔ−ｉｏ重量部である０本発明
の固化材はスラグと中庸熱セメントに塩化マグネシウム
を予め添加したものを水と混練してもよく、スラグと中
庸熱セメントの混合物を水と混練し、塩化マグネシウム
を別途添加してもよい。

〔作用〕

中庸熱セメントと水とが反応して水酸化カルシウムを生
成するが、塩化マグネシウムを添加すると、生成した水
酸化カルシウムが粘土に吸着される以前に塩化マグネシ
ウムと次式のように反応し、比較的不溶性の水酸化マグ
ネシウムに変るため、粘土の粘性増加が抑制される。

Ｃａ　（ＯＨ）２　＋ＭｇＣｌ２ ＋Ｍｇ　（ＯＨ）２　＋Ｃａｃ１２ この反応は添加した塩化マグネシウムが消費して無くな
るまで続き、その後は水酸化カルシウムがそのままの形
態でスラグの刺激剤として作用するため急激に処理土の
硬化および強度増進の現象が起こるものである。

南ルーＪ／　＋ｈｓ−＾１１↓富↓山げΔ十柄富士山づ
東るため、固化材の混練水として海水を使用しても本発
明の作用上何らの変化も起こらないし、また海底粘土の
固化材として使用しても毒性は認められない。

この種の遅延作用を有する材料としては、可溶性のマグ
ネシウム塩類であれば、はぼ同等の効果があり、例えば
、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、硝酸マグネ
シウム等がある。また、工業的には製塩産業の工程で産
出するニガリを使用することも回走である。

〔実施例〕

以下実施例について説明する。

水／固化材比が６０％の固化材スラリーを、固化材添加
量が試料上に対して１８０ｋｇ／ｍ″となるよう添加し
、ホバート型ミキサーで１０分間混合した処理土につい
て、ベーン試験および一輌圧縮試験を実施した。ベーン
試験はそれぞれ混合直後、１時間後、２時間後、３時間
後、５時間後に測定した。−軸圧縮試験はそれぞれ材令
３日。

７日、２８日、９１日で行なった。本実験に使用第　　
１　　表 した試料土は広島溝、大阪湾、東京湾の沖積粘性土でそ
の土質試験結果を第１表に示す。

第１図に、広島溝粘土に対して固化材スラリーを添加し
た場合の粘性変化（最大ぜん断応力ｇｆ／ｃｒｎ’）を
示した。固化材としては普通ポルトランドセメント、ス
ラグ１００重量部に中庸熱セメント４２重量部を配合し
た固化材、およびスラグ１００重量部に中庸熱セメント
４２重量部を配合したものに塩化マグネシウムをそれぞ
れ１．５重量部、３重量部、４．５重量部、７重量部を
添加した固化材を用いた。固化材添加量はいずれも粘土
ｌゴに対し１８０ｋｇとし、固化材は水／固化材比６０
％のスラリーとして用いた。塩化マグネシウムの添加量
の増加に伴い粘土の粘性は著しく減少している。塩化マ
グネシウム１５重量部添加したものについても測定した
が７重量部添加したものより粘性は多少下がる程度であ
る。

第２図に東京湾粘土に対する粘性変化、第３図に、大阪
湾粘土に対する粘性変化を示すが、いずれの試料土に対
しても塩化マグネシウムの添加効果は顕著に現われてい
る。

また第４図に、スラグに対する中庸熱セメントの添加割
合を変えた場合の粘性の変化を示す、混合直後の粘性変
化は中庸熱セメントから水和生成したＣａ（ＯＨ）２と
粘土のイオン交換反応によるところが大きいため、中庸
熱セメント配合量を減すると粘性も著しく減少するが、
スラグの刺激効果も薄れるため、中庸熱セメント配合量
の減少とともに強度も低下し中庸熱セメント量がスラグ
に対して１００ｉｌ量部、１０重量部ではほとんど硬化
せず安定性に欠ける。従って、中庸熱セメント量の添加
量の増減により初期の粘性増加を抑えることは好ましく
ない。

次に本発明の実施例の一軸圧縮試験結果を比較例と共に
第２表に示した。

第２表から ■スラグｌＯＯ重量部に対して中庸熱セメント２０〜６
０％を添加したものでは長期強度が高く、これらに添加
剤（塩化マグネシウム）１〜１０重量部を添加した固化
材の長期強度はこれらに匹敵する。

■しかし添加剤を１５重量部添加すると強度が著しく低
下する。

■スラグ１００重量部に対して中庸熱セメント添加酸が
２０％未満では強度の発現が不良である。

ことが明らかである。

〔発明の効果〕

本発明の固化材は、スラリーとじて注入後５時間程度は
粘土の粘性が低く、深度の深い地ｇ１改良の場合にも貫
入吐出法を適用でき、かつ長期材令で高強度を発現する
理想的な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ広島溝粘土、東京湾
粘土、大阪溝粘土に対する固化材添加時の粘性変化を示
すグラフ、第４図はスラグに対する中庸熱セメントの添
加割合を変えた場合の粘性変化を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　高炉水砕スラグ粉末１００重量部に対して中庸熱ボ
   ルトランドセメント１５〜６０重量部、塩化マグネシウ
   ム１〜１０重量部を添加したことを特徴とする遅硬性固
   化材。