可塑性軽量注入材及びその充填工法
【課題】 軽量であり、かつ耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設が容易にできる可塑性軽量注入材及びその充填方法を提供する。
【解決手段】 可塑性軽量注入材は、セメント及び混練水を含む硬化液に、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤液を発泡させて得られた気泡を、可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量で混合して得られたものであって、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ/ｃｍ３であり、特に起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００１〜２０重量％で、界面活性剤の濃度が０．０１〜４０重量％である。また、セメント及び混練水を含む硬化液と、起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで両者を混合攪拌することを注入現場で行い、瞬時にゲル化させる。
【解決手段】 可塑性軽量注入材は、セメント及び混練水を含む硬化液に、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤液を発泡させて得られた気泡を、可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量で混合して得られたものであって、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ/ｃｍ３であり、特に起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００１〜２０重量％で、界面活性剤の濃度が０．０１〜４０重量％である。また、セメント及び混練水を含む硬化液と、起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで両者を混合攪拌することを注入現場で行い、瞬時にゲル化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可塑性軽量注入材及びその充填工法に関し、特に土木構造物の空洞充填、軽量盛土及び埋立て等に用い、所望する限定的な場所に注入固化できる可塑性軽量注入材及びその充填工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル等の土木構造物や埋立てや盛り土等に注入される注入材としては、セメントミルクやセメントエアミルク等のセメント系注入材が知られており、これらの注入材は、例えば空洞部等の充填を所望する箇所に注入されて、固化する。
【０００３】
しかし、注入部に注入材を導入する場合、充填しようとする箇所の空洞部に地下水や流水等の液体が存在すると、地下水や流水によって、注入した注入材が希釈化されてしまうことがある。
また、注入部を限定して注入材を区間注入する場合に、通常のセメントミルク系注入材では、かかる注入区間以外の周辺部位へ注入材の逸脱が発生してしまい、限定注入が困難である。
【０００４】
このような希釈化や周辺部への逸脱を防止するために、注入材をゲル化して、地下水や流水に希釈化されることなく、また、その形状維持性によって周辺部に逸脱することのない性状の注入材が求められており、セメントミルクやセメントエアミルク等に水ガラス系薬剤やアルミニウム塩類を添加して注入材にこのような性状を付与することが行われている。
【０００５】
上記水ガラス系薬剤を添加した注入材は、地下水や流水等の水によって水ガラスの未反応のナトリウムイオンが溶出してしまうため耐久性に劣り、また高アルカリ性となるため汚染が問題となる。
また、アルミニウム塩類を添加した注入材は、アルミニウムが高価であるため、これを添加した注入材も高価なものとなり、また未反応陰イオンが溶出してしまうため耐久性に劣り、さらに陰イオンによる地下水等の汚染が問題となる。
【０００６】
これらの問題に対して、特開平１１−３１０７７９号公報には、可塑性注入材をセメントミルク又はセメントエアミルクと、ベントナイト泥水とを攪拌混合して得られる可塑性注入材が開示されている。
また、特開２０００−５４７９４号公報には、セメント、ベントナイト及び水又はセメント、ベントナイト、水に、気泡を含有する注入材料が開示されている。
【０００７】
しかし、上記公報の注入材に用いられている可塑材であるベントナイト等の粘土鉱物は、水に対する膨潤性が高く、泥水を調製するのにかなりの水を要し、軽量材、例えば気泡や発泡ビーズ等を混入するための十分な体積が確保できないため注入材の軽量化を図ることが困難である。
【０００８】
また、上記注入材を得るためには、ベントナイト中の成分がセメントから溶出したカルシウム成分と容易に反応して膨潤しなくなることを防止するため、予めベントナイト泥水と、セメントミルクとを別個に調製して、十分にベントナイトが膨潤した後にセメントミルクと混合する製造方法により調製されており、セメントミルクとベントナイト泥水の２液を別個に製造する必要があることから、このための製造機械等の製造系列が２系列必要となり、製造コストが高価なものとなる。
【特許文献１】特開平１１−３１０７７９号公報
【特許文献２】特開２０００−５４７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、軽量であり、かつ耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設が容易にできる可塑性軽量注入材を提供することである。ここで、地下水や流水に希釈化されることなく、ゲル化した凝集体の状態になり、その形状付与性に起因して、周囲への逸脱が生じがたい性状となることを、「可塑性」と称するものとする。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、上記可塑性軽量注入材を所望する限定場所に注入して効果的に使用できる可塑性軽量注入材の充填工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、起泡剤液から得られた気泡を、セメントを含む硬化液と攪拌混合し、フロー値及び密度を調整することにより得られた可塑性軽量注入材が、上記目的を達成できることを見出し、本発明に到達した。
【００１２】
請求項１記載の可塑性軽量注入材は、セメント及び混練水を含む硬化液に、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ、該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡を、可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量で混合して得られたものであって、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
請求項２記載の可塑性軽量注入材は、請求項1記載の可塑性軽量注入材において、起泡剤中の界面活性剤の濃度が０．０１〜４０重量％であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の可塑性軽量注入材は、請求項１または２記載の可塑性軽量注入材において、セメント及び混練水を含む硬化液が、更に骨材を含むことを特徴とする。
請求項４記載の可塑性軽量注入材は、請求項１〜３いずれかの項記載の可塑性軽量注入材において、固体と混練水と気泡との混入割合が、体積比で１：０．４：１〜１：４：１５であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の可塑性軽量注入材の充填工法は、セメント及び混練水を含む硬化液と、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで該気泡が、得られる可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量となるように両者の混合攪拌を、注入現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて得られたフロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３である可塑性軽量注入材を注入箇所へ充填することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の可塑性軽量注入材は、軽量であり、かつ耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設を容易にすることができる。
更に、本発明の可塑性軽量注入材の充填工法は、迅速な限定注入や水中打設を効果的に実施することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を好適例を挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の可塑性軽量注入材は、セメントを含む硬化液に、起泡剤液を発泡させて得られた気泡を混合することにより得られる。
即ち、本発明の可塑性軽量注入材は、セメントを含む硬化液を調製し、これとは別個に起泡剤を調製し、当該起泡剤を発泡させて気泡を得、セメントを含む硬化液と気泡とを混合して、瞬時にゲル化させるものである。
【００１７】
当該可塑性軽量注入材のフロー値は、日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法（JHSA３１３−１９９２）」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して測定された値であって、内径８ｃｍ、高さ８ｃｍのシリンダーに試料を入れて、引き抜き後の試料底面の直径を測定した値で表して、８０〜１５０ｍｍ、好適には８０〜１２０ｍｍ、密度が０．３〜１．２ｇ/ｃｍ３であることが、可塑性軽量注入材の注入を現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて、限定注入を可能とする有効な可塑性を、注入材が得るために必要である。特にフロー値が８０〜１２０ｍｍでは、可塑性注入材として最適である上、流水等が存在する場所でも材料分離性が少なく、より有効である。
【００１８】
セメントを含む硬化液とは、例えば、セメントと混練水とを混合して得られたセメントミルク、セメントと骨材と混練水とを含むことにより得られたモルタル等が挙げられ、当該硬化液中でカルシウムイオンが溶出して、その液自体で硬化性を有するものであれば、特に限定されず、任意のものが使用できる。
骨材としては、その種類についての制約は特になく、通常の砂（川砂、山砂、海砂、砕石粉末砂等で、粒径が５ｍｍ以下のもの）、混和材（高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等）石灰石、粘土鉱物（ベントナイト、カオリン、アタパルジャイト等）砕石、珪砂、軽量骨材(パーライト、シラスバルーン等)、現地発生土などが挙げられる。
従って、粘性土等の現地発生土を含む被処理土泥水の水量を調節しセメントを配合して調製して得られる流動化処理土やベントナイト泥水にセメントを配合したもの等も当該硬化液に該当する。
混練水としては、水道水、地下水、海水などが挙げることができる。
【００１９】
本発明に用いることのできるセメントとしては、普通、早強、白色、耐硫酸、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメント、前記ポルトランドセメントの少なくとも１種と高炉スラグ、フライアッシュ等の少なくとも１種が混合された混合セメント、ジェットセメント、アルミナセメント等の特殊セメント、及びセメント系固化材等がある。
【００２０】
セメントを含む硬化液には、必要に応じて、各種セメント混和剤を併用することも可能である。これらのセメント混和剤は、得られる注入材の可塑性に影響を及ぼすことがないものであれば使用することができる。
具体的には、公知のセメント分散剤(リグニン系、メラミン系、ナフタリン系等)、硬化遅延剤(ポリリン酸塩、クエン酸塩等)、硬化促進剤(塩化カルシウム等)、収縮低減剤(低級アルコール等)、撥水剤(高級脂肪酸等)、急結剤(アルミン酸カルシウム等)、高炉スラグ、シリカフューム、石膏、火山灰等の種々のものを挙げることができる。
例えば、減水剤等の混和剤の添加によって、セメントを含む硬化液中の単位水量を減らすことや、含有されるセメント量の調整が可能となることにより、高強度及び軽量化の配合設定の範囲を拡大することが可能である。
【００２１】
また、本発明に用いる起泡剤は、界面活性剤と可塑剤とを含むものである。
かかる起泡剤中の可塑剤の濃度は、使用時において、０．００１〜２０重量％、好適には０．００５〜１０重量％、特に好適には０．０１〜１重量％で、界面活性剤の濃度は０．０１〜４０重量％、好適には０．１〜２０重量％、特に好適には０．５〜５重量％であることが、期待する可塑性を有する注入材が得られる点で望ましい。
ここで、使用時とは、起泡剤を調製し、得られた起泡剤を、例えば１〜２００倍に希釈して、気泡を発泡させる直前の濃度を示すものとする。
【００２２】
起泡剤に使用される界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤、カチオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤を用いることができ、炭化水素系界面活性剤のみならず蛋白質系界面活性剤も使用され、これらの界面活性剤の１種あるいは２種以上で使用することができる。
【００２３】
好適に使用できる界面活性剤は、アニオン界面活性剤であり、ここで、アニオン界面活性剤とは、水中で解離して生じるアニオンが水溶液の表面に吸着されて、その表面張力を低下させる作用を有するもので泡を生成するために必要な成分である。例えばRCOONa等のカルボン酸塩、ROSO3Na等の硫酸エステル塩、RSO3Na等のスルホン酸塩、ROPO(OＮa)2等のリン酸エステル塩等、公知のアニオン界面活性剤が使用できる。
具体的には、上記アニオン界面活性剤にはアルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩等のエステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩、アルキルスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、Ｎ−アシルアルキルタウリン塩、アルファオレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、脂肪酸塩等のカルボン酸塩等がある。
【００２４】
特に好適には、本発明における界面活性剤成分は、一般式（１）
【化１】
で表わされるアルキルベンゼンスルホン酸塩、一般式（２）
【化２】
で表わされるアルファオレフィンスルホン酸塩または一般式（３）
【化３】
で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を単独で、あるいはこれらから選ばれる２種以上を混合して使用することができる。
【００２５】
一般式（１）におけるＲで表わされる炭素数８〜５０の脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和の直鎖または分岐のアルキル基である。たとえば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数８〜２０のアルキル基が起泡力の観点から好ましく、特に好ましいのはドデシル基である。
【００２６】
Ｍは水素、亜鉛または、アルカリ金属、アルカリ土類金属で、たとえばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等が挙げられる。これらのうち、水素、亜鉛、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましく、特に好ましいのは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムである。
【００２７】
一般式（１）で表わされるアルキルベンゼンスルホン酸塩の製造方法は、アルキル基が分岐型のものは、例えば、プロピレンをリン酸触媒を用いて重合させプロピレンテトラマー（４量体）とした後、このテトラマーをフッ化水素、硫酸、塩化アルミニウムを触媒としてベンゼンと反応(アルキレーシヨン)させてドデシルベンゼンとし、これに接触法ＳＯ３ガスを吹き込みスルホン化する方法が採用できる。一方、アルキル基が直鎖型のものは、例えば、直鎖パラフィン塩素化物を熱分解してｎ―オレフィンと塩化水素ガスとし、ｎ―オレフィンでベンゼンをアルキル化して直鎖アルキルベンゼンとし、これに接触法ＳＯ３ガスを吹き込みスルホン化する方法が採用できる。
【００２８】
一般式（２）におけるＲ１で表わされる炭素数８〜３０の脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和の直鎖または分岐の炭化水素基である。たとえば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数８〜２０の炭化水素基が起泡力の観点から好ましく、特に好ましいのはテトラデシル基である。
【００２９】
ｎはメチレン基の平均モル数を示し、０〜５の範囲である。付加モル数が５を超えると気泡モルタルの非吸水性や非透水性が悪くなる。
【００３０】
また、Ｚはアルカリ金属、アルカリ土類金属で、たとえばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムおよびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましく、特に好ましいの、ナトリウム、カリウム、カルシウムである。一般式（２）で表わされるアルファオレフィンスルホン酸塩は、アルファオレフィンのスルホン化により製造できるが、通常はアルケニルスルホン酸塩とヒドロキシアルカンスルホン酸塩の混合物として得られるため、市販品としてもこれらの混合物として入手できる。
【００３１】
一般式（３）におけるＲ２で表わされる炭素数８〜２０の脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和の直鎖または分岐のアルキル基である。たとえば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数１０〜１６のアルキル基が好ましく、特に好ましいのはドデシル基である。炭素数８未満でも２０を超えても起泡力が低下して所望の比重の硬化体を得ることができない。なお、Ａは、水素またはメチル基である。
【００３２】
ｍはエチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイドの平均モル数を示し、０と１の間の数、好適には０と１を含まない０〜１の間の数である。平均モル数が１以上であると気泡モルタルの非吸水性や非透水性が悪くなる。
【００３３】
Ｘはアルキル硫酸エステルの対イオンを表し、例えばアルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム等)、アンモニウム、アミンカチオン(アルキルアミン、アルカノールアミン等)およびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。
一般式（３）で示される化合物は炭素数８〜２０の脂肪族アルコールに必要によりアルキレンオキシドを付加し、常法により硫酸化し、アルカリ、アンモニア、アルキルアミンおよびアルカノールアミンで中和することにより得られる。
【００３４】
一方、起泡剤中に含まれる可塑剤には、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール等の高級アルコールやラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸等の脂肪酸、メチルセルロース等のセルロース系誘導体やポリビニルアルコール、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、アルギン酸ナトリウム等の水溶性高分子、ゼラチン、カゼイン等の蛋白質系増粘剤、ポリアクリル酸ナトリウム、デンプングリコール酸ナトリウム等の合成系増粘剤、グアーガム、アラビアガム、カラギナン、アルギン酸、カードラン、ペクチン等の天然系増粘剤、ペクチン、キチン、キトサン等の植物、甲殻類抽出物、アルケニルコハク酸、アミノ酸と脂肪酸からなるアミノ酸系界面活性剤等のカルボン酸系界面活性剤等で、これらの１種あるいは２種類以上の混合物が挙げられる。
また、公知の可塑剤である水ガラス系薬剤やアルミニウム塩類等を混合しても何ら本発明の可塑性軽量注入材の性能を妨げるものではない。
【００３５】
特に好適な可塑剤成分は、脂肪族アルコールと水溶性高分子である。
脂肪族アルコールは、炭素数８〜２０の直鎖または分岐の天然または合成の飽和または不飽和の一級および二級の一価アルコール、例えばオクチルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール(ドデシルアルコール)、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、エイコシルアルコールならび合成アルコールおよびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、好ましいものはラウリルアルコール、ミリスチルアルコールおよびセチルアルコールである。
水溶性高分子としては、例えば、セルロース系誘導体(メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等)、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドンなどでこれらの1種あるいは２種類以上の混合物が挙げられ、好ましくはセルロース系誘導体である。
【００３６】
また、本発明の起泡剤には必要に応じて、水溶性無機金属塩、水溶性有機溶媒、減水剤、分散剤などを併用しても良い。特に水溶性有機溶媒は気泡を滑らかにし、セメントミルク中の粗泡の発生を抑制する作用がある。
【００３７】
水溶性無機金属塩としては、例えば、ナトリウム塩(硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム等)、カリウム塩(硫酸カリウム、塩化カリウム等)、マグネシウム塩(硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム等)、カルシウム塩(硫酸カルシウム、塩化カルシウム等)等で、これらの１種または２種以上の混合物が挙げられる。これらのうち、好ましいものは硫酸マグネシウムや硫酸ナトリウムである。水溶性無機金属塩の添加量は、上記界面活性剤成分と可塑剤との合計１００重量部に対して通常０〜５０重量部、好ましくは０．０１〜１０重量部である。
【００３８】
水溶性有機溶媒としては起泡性を阻害しないもの。例えばセロソルブ系溶剤（メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等）、カルビトール類(エチルカルビトール、ブチルカルビトール等)、エチレンオキシドの付加モル数が３〜１０のポリオキシエチレン低級アルキルエーテル、ジオール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール等)およびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、好ましくはセロソルブ系溶剤およびジオール類であり、ブチルセロソルブ、イソブチルセロソルブ及び、エチレングリコール、ジエチレングリコールである。水溶性有機溶媒の添加量は、上記界面活性剤成分と可塑剤との合計１００重量部に対して通常０〜１００重量部、好ましくは５〜７０重量部である。
【００３９】
減水剤としては起泡性を阻害しないもので、例えば、ポリカルボン酸系、リグニン系、スルファミン系、ナフタレンスルホン酸系、アルキル硫酸エステル塩等が挙げられる。好ましくはボリカルボン酸系である。減水剤の添加量は、セメント１００重量部に対して通常０〜１０重量部、好ましくは０.１〜２重量部である。
【００４０】
分散剤としては起泡性を阻害しないもので、例えば、ナフタレンスルホン酸系、アルキルナフタレンスルホン酸系、ポリカルボン酸系、ポリスチレンスルホン酸系、アルキルアミン型、アルキルフェノール型等が挙げられる。好ましくはポリカルボン酸系である。分散剤の添加量は、セメント１００重量部に対して通常０〜１０重量部、好ましくは０.１〜２重量部である。
【００４１】
次いで、本発明の起泡剤を発泡させて得られた気泡を、セメント及び混練水を含有する硬化液と混合して可塑性注入材を調製するにあたり、起泡剤をあらかじめ水溶性有機溶媒等を使用して水溶液の形としていてもよく、その希釈倍率は1〜２００倍程度である。起泡剤を希釈すると否とに拘らず、発泡させる直前の可塑剤の使用時の濃度は、前述したように０．００１〜２０重量％、好適には０．００５〜１０重量％、特に好適には０．０１〜２重量％で、界面活性剤の濃度は０．０１〜４０重量％、好適には０．１〜２０重量％、特に好適には０．５〜５重量％である。
【００４２】
また、発泡倍率は、１〜２００倍、好適には１５〜１００倍とすることが、本発明の可塑性軽量注入材の可塑性を発現させるために望ましい。好適な、使用時における起泡剤中に含有される可塑剤成分濃度と発泡倍率との関係を図1に示す。
気泡を発泡させるためには、本発明の界面活性剤成分と可塑剤成分を配合して、必要に応じて、水溶性有機溶媒等を使用して水溶液の形として、発泡装置やミキサー等を用いて発泡させる通常の方法を使用することができる。
【００４３】
かかる起泡剤液により発泡された気泡を、当該気泡の混入量が本発明の可塑性軽量注入材の容積に対して、３０〜８５％、好ましくは４０〜６０％となるように混合されることが望ましい。
気泡が上記範囲より多くなると、得られる可塑性軽量注入材中のセメント量が少なくなり、硬化性が悪くなる。一方、上記範囲より小さくなると、混入した気泡が材料から分離してしまう材料分離性が生じ好ましくない。
かかる気泡の混入量は、硬化液の種類等によって、変化させることができる。
【００４４】
本発明の可塑性軽量注入材は、上記セメントを含む硬化液と、起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで両者を混合攪拌することにより得られ、瞬時にゲル化させる機能を有する。
このように、上記セメントを含む硬化液と気泡とを別個に調製して混合攪拌することが重要であり、このような調製方法を用いることによって、ミキサー等の製造系列を削減することが可能となり、製造コストの高騰が抑制できる。
【００４５】
このようにして得られた可塑性軽量注入材は、その中に含有される固体と混練水と気泡との混入割合が、体積比で１：０．４：１〜１：４：１５、好適には、
１：０．５：１．５〜１：２．５：１５であること望ましい。
これは、セメントミルクおよびモルタルの圧送性、気泡を混合した時の注入材の良好な可塑性状等の点から好ましいからである。
【００４６】
上記本発明の可塑性軽量注入材の充填注入は、現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて得られた可塑性軽量注入材を所望する注入箇所へ充填することにより、耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設が容易にできる。
【実施例】
【００４７】
本発明を次の実施例により説明するが、これらに限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１〜４）
１）硬化液の調製
セメント(住友大阪セメント株式会社製高炉セメントＢ種 密度３.０５ｇ／ｃｍ3)、砂（密度２.６５ｇ／ｃｍ3、５ｍｍ以下に篩をかけたもの）、及び混練水とを表１に示す割合で配合して、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で2分間混練して、硬化液を調製した。
【００４８】
２）起泡剤の調製
界面活性剤成分としてアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（商品名；「リポランLB-440」、ライオン株式会社製）６６部と、可塑剤成分としてミリスチルアルコール（商品名；「カルコール４０」、花王株式会社製）４部とを、水溶性有機溶媒であるブチルセロソルブ２０部に溶解させて混合し、起泡剤を調製した。得られた表１に示す量の起泡剤に、希釈水を表１に示す量で配合して、２０倍に希釈し、特殊発泡機（株式会社エステック製）にて発泡倍率を２５倍にして気泡を発泡させた。
【００４９】
３）注入材の調製
上記１）で得られた硬化液に、上記２）で得られた気泡を、表１に示す気泡量となるように配合し、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）を用いて攪拌混合して、それぞれ注入材を得た。
得られた各注入材中の固体：混練水：気泡の体積比は、表１に示す。
【００５０】
試験例
得られた注入材について、以下の試験に供した。
１）フロー値
日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法（JHSA３１３−１９９２）」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して、内径８ｃｍ、高さ８ｃｍのシリンダーに、上記実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた各注入材試料を入れて、引き抜き後の試料底面の直径を測定し、その結果を表１に示す。
【００５１】
２）密度
内容量１０００ｃｍ3の計量用カップに上記実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた各注入材を充填し、１０００ｃｍ3当りの重量を計測して、密度を測定し、その結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
判定は、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ/ｃｍ３である範囲の注入材を○、前記範囲外の値の注入材を×で評価した。
【００５３】
（実施例５〜１１、比較例５〜６）
１）硬化液の調製
セメントミルクは、セメント(住友大阪セメント株式会社製高炉セメントＢ種 密度３.０５ｇ／ｃｍ3)と水とを表２に示す割合で配合して、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で２分間混練して調製した。一方、モルタルは、上記セメントと砂（密度２.６５ｇ／ｃｍ3）と水とを表２に示す割合で配合して、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で2分間混練して調製した。
【００５４】
２）起泡剤の調製
界面活性剤成分としてアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（商品名；「リポランLB-440」、ライオン株式会社製）と、可塑剤成分としてミリスチルアルコール（商品名；「カルコール４０」、花王株式会社製）とを、発泡時の濃度がそれぞれ表３に示す濃度となるように配合し、起泡剤を調製した。特殊発泡機（株式会社エステック製）にて発泡倍率を２５倍にして気泡を発泡させた。
【００５５】
３）注入材の調製
上記１）で得られた硬化液に、上記２）で得られた気泡を、表２に示す気泡量で混入させ、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）を用いて攪拌混合して、それぞれ注入材を得た。
得られた注入材（エアモルタルとエアミルク）中の固体：混練水：気泡の体積比は、表２の欄外に示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
試験例
得られた注入材について、以下の試験に供した。
１）フロー値
フロー値は、上記実施例１と同様にして測定し、その結果を表３に示す。
◎ ８０〜１２０ｍｍ
○ １２０超〜１４０ｍｍ
△ １４０超〜１５０ｍｍ
× １５０ｍｍ超
【００５８】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
土木構造物の空洞充填、軽量盛土及び埋立て等の、所望する限定的な場所を固化する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の可塑性軽量注入材に含まれる可塑剤成分と発泡倍率との関係を表した図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可塑性軽量注入材及びその充填工法に関し、特に土木構造物の空洞充填、軽量盛土及び埋立て等に用い、所望する限定的な場所に注入固化できる可塑性軽量注入材及びその充填工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル等の土木構造物や埋立てや盛り土等に注入される注入材としては、セメントミルクやセメントエアミルク等のセメント系注入材が知られており、これらの注入材は、例えば空洞部等の充填を所望する箇所に注入されて、固化する。
【０００３】
しかし、注入部に注入材を導入する場合、充填しようとする箇所の空洞部に地下水や流水等の液体が存在すると、地下水や流水によって、注入した注入材が希釈化されてしまうことがある。
また、注入部を限定して注入材を区間注入する場合に、通常のセメントミルク系注入材では、かかる注入区間以外の周辺部位へ注入材の逸脱が発生してしまい、限定注入が困難である。
【０００４】
このような希釈化や周辺部への逸脱を防止するために、注入材をゲル化して、地下水や流水に希釈化されることなく、また、その形状維持性によって周辺部に逸脱することのない性状の注入材が求められており、セメントミルクやセメントエアミルク等に水ガラス系薬剤やアルミニウム塩類を添加して注入材にこのような性状を付与することが行われている。
【０００５】
上記水ガラス系薬剤を添加した注入材は、地下水や流水等の水によって水ガラスの未反応のナトリウムイオンが溶出してしまうため耐久性に劣り、また高アルカリ性となるため汚染が問題となる。
また、アルミニウム塩類を添加した注入材は、アルミニウムが高価であるため、これを添加した注入材も高価なものとなり、また未反応陰イオンが溶出してしまうため耐久性に劣り、さらに陰イオンによる地下水等の汚染が問題となる。
【０００６】
これらの問題に対して、特開平１１−３１０７７９号公報には、可塑性注入材をセメントミルク又はセメントエアミルクと、ベントナイト泥水とを攪拌混合して得られる可塑性注入材が開示されている。
また、特開２０００−５４７９４号公報には、セメント、ベントナイト及び水又はセメント、ベントナイト、水に、気泡を含有する注入材料が開示されている。
【０００７】
しかし、上記公報の注入材に用いられている可塑材であるベントナイト等の粘土鉱物は、水に対する膨潤性が高く、泥水を調製するのにかなりの水を要し、軽量材、例えば気泡や発泡ビーズ等を混入するための十分な体積が確保できないため注入材の軽量化を図ることが困難である。
【０００８】
また、上記注入材を得るためには、ベントナイト中の成分がセメントから溶出したカルシウム成分と容易に反応して膨潤しなくなることを防止するため、予めベントナイト泥水と、セメントミルクとを別個に調製して、十分にベントナイトが膨潤した後にセメントミルクと混合する製造方法により調製されており、セメントミルクとベントナイト泥水の２液を別個に製造する必要があることから、このための製造機械等の製造系列が２系列必要となり、製造コストが高価なものとなる。
【特許文献１】特開平１１−３１０７７９号公報
【特許文献２】特開２０００−５４７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、軽量であり、かつ耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設が容易にできる可塑性軽量注入材を提供することである。ここで、地下水や流水に希釈化されることなく、ゲル化した凝集体の状態になり、その形状付与性に起因して、周囲への逸脱が生じがたい性状となることを、「可塑性」と称するものとする。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、上記可塑性軽量注入材を所望する限定場所に注入して効果的に使用できる可塑性軽量注入材の充填工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、起泡剤液から得られた気泡を、セメントを含む硬化液と攪拌混合し、フロー値及び密度を調整することにより得られた可塑性軽量注入材が、上記目的を達成できることを見出し、本発明に到達した。
【００１２】
請求項１記載の可塑性軽量注入材は、セメント及び混練水を含む硬化液に、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ、該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡を、可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量で混合して得られたものであって、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
請求項２記載の可塑性軽量注入材は、請求項1記載の可塑性軽量注入材において、起泡剤中の界面活性剤の濃度が０．０１〜４０重量％であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の可塑性軽量注入材は、請求項１または２記載の可塑性軽量注入材において、セメント及び混練水を含む硬化液が、更に骨材を含むことを特徴とする。
請求項４記載の可塑性軽量注入材は、請求項１〜３いずれかの項記載の可塑性軽量注入材において、固体と混練水と気泡との混入割合が、体積比で１：０．４：１〜１：４：１５であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の可塑性軽量注入材の充填工法は、セメント及び混練水を含む硬化液と、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで該気泡が、得られる可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量となるように両者の混合攪拌を、注入現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて得られたフロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３である可塑性軽量注入材を注入箇所へ充填することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の可塑性軽量注入材は、軽量であり、かつ耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設を容易にすることができる。
更に、本発明の可塑性軽量注入材の充填工法は、迅速な限定注入や水中打設を効果的に実施することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を好適例を挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の可塑性軽量注入材は、セメントを含む硬化液に、起泡剤液を発泡させて得られた気泡を混合することにより得られる。
即ち、本発明の可塑性軽量注入材は、セメントを含む硬化液を調製し、これとは別個に起泡剤を調製し、当該起泡剤を発泡させて気泡を得、セメントを含む硬化液と気泡とを混合して、瞬時にゲル化させるものである。
【００１７】
当該可塑性軽量注入材のフロー値は、日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法（JHSA３１３−１９９２）」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して測定された値であって、内径８ｃｍ、高さ８ｃｍのシリンダーに試料を入れて、引き抜き後の試料底面の直径を測定した値で表して、８０〜１５０ｍｍ、好適には８０〜１２０ｍｍ、密度が０．３〜１．２ｇ/ｃｍ３であることが、可塑性軽量注入材の注入を現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて、限定注入を可能とする有効な可塑性を、注入材が得るために必要である。特にフロー値が８０〜１２０ｍｍでは、可塑性注入材として最適である上、流水等が存在する場所でも材料分離性が少なく、より有効である。
【００１８】
セメントを含む硬化液とは、例えば、セメントと混練水とを混合して得られたセメントミルク、セメントと骨材と混練水とを含むことにより得られたモルタル等が挙げられ、当該硬化液中でカルシウムイオンが溶出して、その液自体で硬化性を有するものであれば、特に限定されず、任意のものが使用できる。
骨材としては、その種類についての制約は特になく、通常の砂（川砂、山砂、海砂、砕石粉末砂等で、粒径が５ｍｍ以下のもの）、混和材（高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等）石灰石、粘土鉱物（ベントナイト、カオリン、アタパルジャイト等）砕石、珪砂、軽量骨材(パーライト、シラスバルーン等)、現地発生土などが挙げられる。
従って、粘性土等の現地発生土を含む被処理土泥水の水量を調節しセメントを配合して調製して得られる流動化処理土やベントナイト泥水にセメントを配合したもの等も当該硬化液に該当する。
混練水としては、水道水、地下水、海水などが挙げることができる。
【００１９】
本発明に用いることのできるセメントとしては、普通、早強、白色、耐硫酸、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメント、前記ポルトランドセメントの少なくとも１種と高炉スラグ、フライアッシュ等の少なくとも１種が混合された混合セメント、ジェットセメント、アルミナセメント等の特殊セメント、及びセメント系固化材等がある。
【００２０】
セメントを含む硬化液には、必要に応じて、各種セメント混和剤を併用することも可能である。これらのセメント混和剤は、得られる注入材の可塑性に影響を及ぼすことがないものであれば使用することができる。
具体的には、公知のセメント分散剤(リグニン系、メラミン系、ナフタリン系等)、硬化遅延剤(ポリリン酸塩、クエン酸塩等)、硬化促進剤(塩化カルシウム等)、収縮低減剤(低級アルコール等)、撥水剤(高級脂肪酸等)、急結剤(アルミン酸カルシウム等)、高炉スラグ、シリカフューム、石膏、火山灰等の種々のものを挙げることができる。
例えば、減水剤等の混和剤の添加によって、セメントを含む硬化液中の単位水量を減らすことや、含有されるセメント量の調整が可能となることにより、高強度及び軽量化の配合設定の範囲を拡大することが可能である。
【００２１】
また、本発明に用いる起泡剤は、界面活性剤と可塑剤とを含むものである。
かかる起泡剤中の可塑剤の濃度は、使用時において、０．００１〜２０重量％、好適には０．００５〜１０重量％、特に好適には０．０１〜１重量％で、界面活性剤の濃度は０．０１〜４０重量％、好適には０．１〜２０重量％、特に好適には０．５〜５重量％であることが、期待する可塑性を有する注入材が得られる点で望ましい。
ここで、使用時とは、起泡剤を調製し、得られた起泡剤を、例えば１〜２００倍に希釈して、気泡を発泡させる直前の濃度を示すものとする。
【００２２】
起泡剤に使用される界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤、カチオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤を用いることができ、炭化水素系界面活性剤のみならず蛋白質系界面活性剤も使用され、これらの界面活性剤の１種あるいは２種以上で使用することができる。
【００２３】
好適に使用できる界面活性剤は、アニオン界面活性剤であり、ここで、アニオン界面活性剤とは、水中で解離して生じるアニオンが水溶液の表面に吸着されて、その表面張力を低下させる作用を有するもので泡を生成するために必要な成分である。例えばRCOONa等のカルボン酸塩、ROSO3Na等の硫酸エステル塩、RSO3Na等のスルホン酸塩、ROPO(OＮa)2等のリン酸エステル塩等、公知のアニオン界面活性剤が使用できる。
具体的には、上記アニオン界面活性剤にはアルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩等のエステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩、アルキルスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、Ｎ−アシルアルキルタウリン塩、アルファオレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、脂肪酸塩等のカルボン酸塩等がある。
【００２４】
特に好適には、本発明における界面活性剤成分は、一般式（１）
【化１】
で表わされるアルキルベンゼンスルホン酸塩、一般式（２）
【化２】
で表わされるアルファオレフィンスルホン酸塩または一般式（３）
【化３】
で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を単独で、あるいはこれらから選ばれる２種以上を混合して使用することができる。
【００２５】
一般式（１）におけるＲで表わされる炭素数８〜５０の脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和の直鎖または分岐のアルキル基である。たとえば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数８〜２０のアルキル基が起泡力の観点から好ましく、特に好ましいのはドデシル基である。
【００２６】
Ｍは水素、亜鉛または、アルカリ金属、アルカリ土類金属で、たとえばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等が挙げられる。これらのうち、水素、亜鉛、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましく、特に好ましいのは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムである。
【００２７】
一般式（１）で表わされるアルキルベンゼンスルホン酸塩の製造方法は、アルキル基が分岐型のものは、例えば、プロピレンをリン酸触媒を用いて重合させプロピレンテトラマー（４量体）とした後、このテトラマーをフッ化水素、硫酸、塩化アルミニウムを触媒としてベンゼンと反応(アルキレーシヨン)させてドデシルベンゼンとし、これに接触法ＳＯ３ガスを吹き込みスルホン化する方法が採用できる。一方、アルキル基が直鎖型のものは、例えば、直鎖パラフィン塩素化物を熱分解してｎ―オレフィンと塩化水素ガスとし、ｎ―オレフィンでベンゼンをアルキル化して直鎖アルキルベンゼンとし、これに接触法ＳＯ３ガスを吹き込みスルホン化する方法が採用できる。
【００２８】
一般式（２）におけるＲ１で表わされる炭素数８〜３０の脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和の直鎖または分岐の炭化水素基である。たとえば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数８〜２０の炭化水素基が起泡力の観点から好ましく、特に好ましいのはテトラデシル基である。
【００２９】
ｎはメチレン基の平均モル数を示し、０〜５の範囲である。付加モル数が５を超えると気泡モルタルの非吸水性や非透水性が悪くなる。
【００３０】
また、Ｚはアルカリ金属、アルカリ土類金属で、たとえばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムおよびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましく、特に好ましいの、ナトリウム、カリウム、カルシウムである。一般式（２）で表わされるアルファオレフィンスルホン酸塩は、アルファオレフィンのスルホン化により製造できるが、通常はアルケニルスルホン酸塩とヒドロキシアルカンスルホン酸塩の混合物として得られるため、市販品としてもこれらの混合物として入手できる。
【００３１】
一般式（３）におけるＲ２で表わされる炭素数８〜２０の脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和の直鎖または分岐のアルキル基である。たとえば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数１０〜１６のアルキル基が好ましく、特に好ましいのはドデシル基である。炭素数８未満でも２０を超えても起泡力が低下して所望の比重の硬化体を得ることができない。なお、Ａは、水素またはメチル基である。
【００３２】
ｍはエチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイドの平均モル数を示し、０と１の間の数、好適には０と１を含まない０〜１の間の数である。平均モル数が１以上であると気泡モルタルの非吸水性や非透水性が悪くなる。
【００３３】
Ｘはアルキル硫酸エステルの対イオンを表し、例えばアルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム等)、アンモニウム、アミンカチオン(アルキルアミン、アルカノールアミン等)およびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。
一般式（３）で示される化合物は炭素数８〜２０の脂肪族アルコールに必要によりアルキレンオキシドを付加し、常法により硫酸化し、アルカリ、アンモニア、アルキルアミンおよびアルカノールアミンで中和することにより得られる。
【００３４】
一方、起泡剤中に含まれる可塑剤には、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール等の高級アルコールやラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸等の脂肪酸、メチルセルロース等のセルロース系誘導体やポリビニルアルコール、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、アルギン酸ナトリウム等の水溶性高分子、ゼラチン、カゼイン等の蛋白質系増粘剤、ポリアクリル酸ナトリウム、デンプングリコール酸ナトリウム等の合成系増粘剤、グアーガム、アラビアガム、カラギナン、アルギン酸、カードラン、ペクチン等の天然系増粘剤、ペクチン、キチン、キトサン等の植物、甲殻類抽出物、アルケニルコハク酸、アミノ酸と脂肪酸からなるアミノ酸系界面活性剤等のカルボン酸系界面活性剤等で、これらの１種あるいは２種類以上の混合物が挙げられる。
また、公知の可塑剤である水ガラス系薬剤やアルミニウム塩類等を混合しても何ら本発明の可塑性軽量注入材の性能を妨げるものではない。
【００３５】
特に好適な可塑剤成分は、脂肪族アルコールと水溶性高分子である。
脂肪族アルコールは、炭素数８〜２０の直鎖または分岐の天然または合成の飽和または不飽和の一級および二級の一価アルコール、例えばオクチルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール(ドデシルアルコール)、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、エイコシルアルコールならび合成アルコールおよびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、好ましいものはラウリルアルコール、ミリスチルアルコールおよびセチルアルコールである。
水溶性高分子としては、例えば、セルロース系誘導体(メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等)、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドンなどでこれらの1種あるいは２種類以上の混合物が挙げられ、好ましくはセルロース系誘導体である。
【００３６】
また、本発明の起泡剤には必要に応じて、水溶性無機金属塩、水溶性有機溶媒、減水剤、分散剤などを併用しても良い。特に水溶性有機溶媒は気泡を滑らかにし、セメントミルク中の粗泡の発生を抑制する作用がある。
【００３７】
水溶性無機金属塩としては、例えば、ナトリウム塩(硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム等)、カリウム塩(硫酸カリウム、塩化カリウム等)、マグネシウム塩(硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム等)、カルシウム塩(硫酸カルシウム、塩化カルシウム等)等で、これらの１種または２種以上の混合物が挙げられる。これらのうち、好ましいものは硫酸マグネシウムや硫酸ナトリウムである。水溶性無機金属塩の添加量は、上記界面活性剤成分と可塑剤との合計１００重量部に対して通常０〜５０重量部、好ましくは０．０１〜１０重量部である。
【００３８】
水溶性有機溶媒としては起泡性を阻害しないもの。例えばセロソルブ系溶剤（メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等）、カルビトール類(エチルカルビトール、ブチルカルビトール等)、エチレンオキシドの付加モル数が３〜１０のポリオキシエチレン低級アルキルエーテル、ジオール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール等)およびこれらの２種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、好ましくはセロソルブ系溶剤およびジオール類であり、ブチルセロソルブ、イソブチルセロソルブ及び、エチレングリコール、ジエチレングリコールである。水溶性有機溶媒の添加量は、上記界面活性剤成分と可塑剤との合計１００重量部に対して通常０〜１００重量部、好ましくは５〜７０重量部である。
【００３９】
減水剤としては起泡性を阻害しないもので、例えば、ポリカルボン酸系、リグニン系、スルファミン系、ナフタレンスルホン酸系、アルキル硫酸エステル塩等が挙げられる。好ましくはボリカルボン酸系である。減水剤の添加量は、セメント１００重量部に対して通常０〜１０重量部、好ましくは０.１〜２重量部である。
【００４０】
分散剤としては起泡性を阻害しないもので、例えば、ナフタレンスルホン酸系、アルキルナフタレンスルホン酸系、ポリカルボン酸系、ポリスチレンスルホン酸系、アルキルアミン型、アルキルフェノール型等が挙げられる。好ましくはポリカルボン酸系である。分散剤の添加量は、セメント１００重量部に対して通常０〜１０重量部、好ましくは０.１〜２重量部である。
【００４１】
次いで、本発明の起泡剤を発泡させて得られた気泡を、セメント及び混練水を含有する硬化液と混合して可塑性注入材を調製するにあたり、起泡剤をあらかじめ水溶性有機溶媒等を使用して水溶液の形としていてもよく、その希釈倍率は1〜２００倍程度である。起泡剤を希釈すると否とに拘らず、発泡させる直前の可塑剤の使用時の濃度は、前述したように０．００１〜２０重量％、好適には０．００５〜１０重量％、特に好適には０．０１〜２重量％で、界面活性剤の濃度は０．０１〜４０重量％、好適には０．１〜２０重量％、特に好適には０．５〜５重量％である。
【００４２】
また、発泡倍率は、１〜２００倍、好適には１５〜１００倍とすることが、本発明の可塑性軽量注入材の可塑性を発現させるために望ましい。好適な、使用時における起泡剤中に含有される可塑剤成分濃度と発泡倍率との関係を図1に示す。
気泡を発泡させるためには、本発明の界面活性剤成分と可塑剤成分を配合して、必要に応じて、水溶性有機溶媒等を使用して水溶液の形として、発泡装置やミキサー等を用いて発泡させる通常の方法を使用することができる。
【００４３】
かかる起泡剤液により発泡された気泡を、当該気泡の混入量が本発明の可塑性軽量注入材の容積に対して、３０〜８５％、好ましくは４０〜６０％となるように混合されることが望ましい。
気泡が上記範囲より多くなると、得られる可塑性軽量注入材中のセメント量が少なくなり、硬化性が悪くなる。一方、上記範囲より小さくなると、混入した気泡が材料から分離してしまう材料分離性が生じ好ましくない。
かかる気泡の混入量は、硬化液の種類等によって、変化させることができる。
【００４４】
本発明の可塑性軽量注入材は、上記セメントを含む硬化液と、起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで両者を混合攪拌することにより得られ、瞬時にゲル化させる機能を有する。
このように、上記セメントを含む硬化液と気泡とを別個に調製して混合攪拌することが重要であり、このような調製方法を用いることによって、ミキサー等の製造系列を削減することが可能となり、製造コストの高騰が抑制できる。
【００４５】
このようにして得られた可塑性軽量注入材は、その中に含有される固体と混練水と気泡との混入割合が、体積比で１：０．４：１〜１：４：１５、好適には、
１：０．５：１．５〜１：２．５：１５であること望ましい。
これは、セメントミルクおよびモルタルの圧送性、気泡を混合した時の注入材の良好な可塑性状等の点から好ましいからである。
【００４６】
上記本発明の可塑性軽量注入材の充填注入は、現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて得られた可塑性軽量注入材を所望する注入箇所へ充填することにより、耐久性に優れ、瞬時にゲル化することができ、しかも地下水や流水の影響を受けず、限定注入や水中打設が容易にできる。
【実施例】
【００４７】
本発明を次の実施例により説明するが、これらに限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１〜４）
１）硬化液の調製
セメント(住友大阪セメント株式会社製高炉セメントＢ種 密度３.０５ｇ／ｃｍ3)、砂（密度２.６５ｇ／ｃｍ3、５ｍｍ以下に篩をかけたもの）、及び混練水とを表１に示す割合で配合して、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で2分間混練して、硬化液を調製した。
【００４８】
２）起泡剤の調製
界面活性剤成分としてアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（商品名；「リポランLB-440」、ライオン株式会社製）６６部と、可塑剤成分としてミリスチルアルコール（商品名；「カルコール４０」、花王株式会社製）４部とを、水溶性有機溶媒であるブチルセロソルブ２０部に溶解させて混合し、起泡剤を調製した。得られた表１に示す量の起泡剤に、希釈水を表１に示す量で配合して、２０倍に希釈し、特殊発泡機（株式会社エステック製）にて発泡倍率を２５倍にして気泡を発泡させた。
【００４９】
３）注入材の調製
上記１）で得られた硬化液に、上記２）で得られた気泡を、表１に示す気泡量となるように配合し、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）を用いて攪拌混合して、それぞれ注入材を得た。
得られた各注入材中の固体：混練水：気泡の体積比は、表１に示す。
【００５０】
試験例
得られた注入材について、以下の試験に供した。
１）フロー値
日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法（JHSA３１３−１９９２）」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して、内径８ｃｍ、高さ８ｃｍのシリンダーに、上記実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた各注入材試料を入れて、引き抜き後の試料底面の直径を測定し、その結果を表１に示す。
【００５１】
２）密度
内容量１０００ｃｍ3の計量用カップに上記実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた各注入材を充填し、１０００ｃｍ3当りの重量を計測して、密度を測定し、その結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
判定は、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ/ｃｍ３である範囲の注入材を○、前記範囲外の値の注入材を×で評価した。
【００５３】
（実施例５〜１１、比較例５〜６）
１）硬化液の調製
セメントミルクは、セメント(住友大阪セメント株式会社製高炉セメントＢ種 密度３.０５ｇ／ｃｍ3)と水とを表２に示す割合で配合して、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で２分間混練して調製した。一方、モルタルは、上記セメントと砂（密度２.６５ｇ／ｃｍ3）と水とを表２に示す割合で配合して、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で2分間混練して調製した。
【００５４】
２）起泡剤の調製
界面活性剤成分としてアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（商品名；「リポランLB-440」、ライオン株式会社製）と、可塑剤成分としてミリスチルアルコール（商品名；「カルコール４０」、花王株式会社製）とを、発泡時の濃度がそれぞれ表３に示す濃度となるように配合し、起泡剤を調製した。特殊発泡機（株式会社エステック製）にて発泡倍率を２５倍にして気泡を発泡させた。
【００５５】
３）注入材の調製
上記１）で得られた硬化液に、上記２）で得られた気泡を、表２に示す気泡量で混入させ、ハンドミキサー（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）を用いて攪拌混合して、それぞれ注入材を得た。
得られた注入材（エアモルタルとエアミルク）中の固体：混練水：気泡の体積比は、表２の欄外に示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
試験例
得られた注入材について、以下の試験に供した。
１）フロー値
フロー値は、上記実施例１と同様にして測定し、その結果を表３に示す。
◎ ８０〜１２０ｍｍ
○ １２０超〜１４０ｍｍ
△ １４０超〜１５０ｍｍ
× １５０ｍｍ超
【００５８】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
土木構造物の空洞充填、軽量盛土及び埋立て等の、所望する限定的な場所を固化する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の可塑性軽量注入材に含まれる可塑剤成分と発泡倍率との関係を表した図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント及び混練水を含む硬化液に、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ、該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡を、可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量で混合して得られたものであって、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項２】
請求項１記載の可塑性軽量注入材において、起泡剤中の界面活性剤の濃度が０．０１〜４０重量％であることを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項３】
請求項１または２記載の可塑性軽量注入材において、セメント及び混練水を含む硬化液が、更に骨材を含むことを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかの項記載の可塑性軽量注入材において、当該注入材中に含有されている固体と混練水と気泡との混入割合が、体積比で１：０．４：１〜１：４：１５であることを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項５】
セメント及び混練水を含む硬化液と、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ、該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで該気泡が、得られる可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量となるように両者の混合攪拌を、注入現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて得られたフロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３である可塑性軽量注入材を注入箇所へ充填することを特徴とする可塑性軽量注入材の充填工法。
【請求項１】
セメント及び混練水を含む硬化液に、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ、該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡を、可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量で混合して得られたものであって、フロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項２】
請求項１記載の可塑性軽量注入材において、起泡剤中の界面活性剤の濃度が０．０１〜４０重量％であることを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項３】
請求項１または２記載の可塑性軽量注入材において、セメント及び混練水を含む硬化液が、更に骨材を含むことを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかの項記載の可塑性軽量注入材において、当該注入材中に含有されている固体と混練水と気泡との混入割合が、体積比で１：０．４：１〜１：４：１５であることを特徴とする可塑性軽量注入材。
【請求項５】
セメント及び混練水を含む硬化液と、界面活性剤と可塑剤とを含む起泡剤でかつ、該起泡剤中の可塑剤の濃度が０．００５〜１０重量％である起泡剤を発泡させて得られた気泡とを別個に調製し、次いで該気泡が、得られる可塑性軽量注入材の容積に対して３０〜８５％の量となるように両者の混合攪拌を、注入現場箇所でおこない、瞬時にゲル化させて得られたフロー値が８０〜１５０ｍｍでかつ密度が０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３である可塑性軽量注入材を注入箇所へ充填することを特徴とする可塑性軽量注入材の充填工法。
【図１】
【公開番号】特開２００６−１９９５８３（Ｐ２００６−１９９５８３Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７５８４（Ｐ２００６−２７５８４）
【出願日】平成１８年２月３日（２００６．２．３）
【分割の表示】特願２００２−１８２２１３（Ｐ２００２−１８２２１３）の分割
【原出願日】平成１４年６月２１日（２００２．６．２１）
【出願人】（５９５０２４８６９）第一化成産業株式会社 (5)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【出願人】（３９１０５１０４９）株式会社エステック (28)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月３日（２００６．２．３）
【分割の表示】特願２００２−１８２２１３（Ｐ２００２−１８２２１３）の分割
【原出願日】平成１４年６月２１日（２００２．６．２１）
【出願人】（５９５０２４８６９）第一化成産業株式会社 (5)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【出願人】（３９１０５１０４９）株式会社エステック (28)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]