懸濁グラウト薬液の製造方法
【課題】地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液を製造する方法の提供。
【解決手段】スラグ粒子、セメント粒子、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５であり、かつＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上である珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法であって、前記珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下であり、水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する懸濁グラウト薬液の製造方法。
【解決手段】スラグ粒子、セメント粒子、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５であり、かつＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上である珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法であって、前記珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下であり、水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する懸濁グラウト薬液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の止水や地盤強化等の地盤改良のための懸濁グラウト薬液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤を強化したり漏水地盤を止水したりするために、種々のグラウト薬液を地盤内に注入し地盤内でゲル化させる地盤安定化工法が知られている。
グラウト薬液は、主材に珪酸ナトリウム水溶液を使用した溶液型と、セメントやスラグを使用した懸濁型に大別できる。
【０００３】
溶液型のグラウト薬液は、地盤への浸透性に優れるものの、硬化体の強度が低く、耐久性にも乏しかった。
一方、懸濁型のグラウト薬液は、硬化体の強度が高く、耐久性にも優れるものの、地盤への浸透性に乏しかった。
【０００４】
近年、浸透性を高めた懸濁型のグラウト薬液として、スラグ粒子、セメント粒子、珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合して製造するグラウト薬液が提案されている。
例えば特許文献１には、グラウト材中の水分１００ｍｌに対して水ガラス（珪酸ナトリウム水溶液）中のＳｉＯ２量（Ｓ）が１．６〜５．８ｇ、セメント量（Ｃ）が１．５〜３．２ｇで、かつＣ／Ｓが０．４２以上である懸濁型のグラウト材が開示されている。該グラウト材によれば、水ガラス（珪酸ナトリウム水溶液）とセメント量を規定することで、浸透性に優れるとともに、硬化発現が早く、ゲルタイムが長くなるとしている。
【０００５】
また、特許文献２には、微粒子スラグと微粒子セメントのブレーン値が９０００〜１５０００ｃｍ２／ｇであり、微粒子スラグと微粒子セメントの合計１００質量部に対して、微粒子セメントを２〜７質量部、珪酸ナトリウムを１２〜３６質量部、水を４１０〜４５０質量部含有する土質安定用薬液が開示されている。該土質安定用薬液によれば、浸透性に優れるとともに、ブリージングが少なく、硬化体の均一性が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４９２５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、グラウト薬液には、硬化体の強度はもちろんのこと、さらなる浸透性の向上が求められており、強度特許文献１、２に記載の懸濁型のグラウト薬液では、必ずしも浸透性を満足するものでなかった。
【０００８】
本発明の目的は、地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、セメント粒子に対する珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２の量を規定し、かつ特定の順番で各成分を配合することで、地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、以下の態様を包含する。
［１］ スラグ粒子、セメント粒子、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５であり、かつＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上である珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法であって、前記珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下であり、水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する懸濁グラウト薬液の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法によれば、地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】浸透性の評価に用いた評価装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法は、スラグ粒子、セメント粒子、珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法である。
ここで、まず各成分について説明する。
【００１４】
＜スラグ粒子＞
スラグ粒子は、例えば高炉セメント等の製造用原料に用いられる高炉水砕スラグを、好ましくは後述するブレーン値に粉砕調製したものである。
なお、高炉水砕スラグは、銑鉄を作るときに生じる溶融状態のスラグをガラス状態となるように急冷して作製される。
【００１５】
スラグ粒子のブレーン値は４０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、６０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましく、８０００ｃｍ２／ｇ以上が特に好ましい。また、１５０００ｃｍ２／ｇ以下が好ましく、１００００ｃｍ２／ｇ以下がより好ましい。スラグ粒子のブレーン値が上記範囲内であれば、地盤に対する浸透性により優れた懸濁グラウト薬液が得られる。特に、ブレーン値が８０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、硬化体の強度の発現が早くなる傾向にある。
ここで、「ブレーン値」は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」の比表面積試験に準拠し、ブレーン空気透過装置により測定した値である。
【００１６】
＜セメント粒子＞
セメント粒子は、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメント類や、アルミナセメントを、好ましくは後述するブレーン値に粉砕調製したものである。
【００１７】
セメント粒子のブレーン値は４０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、６０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましく、８０００ｃｍ２／ｇ以上が特に好ましい。また、１５０００ｃｍ２／ｇ以下が好ましく、１００００ｃｍ２／ｇ以下がより好ましい。セメント粒子のブレーン値が上記範囲内であれば、地盤に対する浸透性により優れた懸濁グラウト薬液が得られる。
【００１８】
＜珪酸ナトリウム水溶液＞
珪酸ナトリウム水溶液は、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５である。モル比が２．５以上であれば、懸濁グラウト薬液のブリージング（硬化体の表面に水が浮いてくる現象）を抑制できるとともに、初期ゲルの強度が高くなる。一方、モル比が４．５以下であれば、セメント粒子のアルカリ刺激によるスラグ粒子の硬化が発現しやすく、硬化体の強度が向上する。モル比は２．８以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。また、４．０以下が好ましく、３．５以下がより好ましい。
【００１９】
本発明においては、高濃度の珪酸ナトリウム水溶液を用いる。具体的には、珪酸ナトリウム水溶液１００質量％中のＳｉＯ２の比率（濃度）が２０質量％以上である。ＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上であれば、珪酸ナトリウム水溶液の輸送面や保管面で有利であるとともに、混合の際に同じ添加速度でも早く添加できる点で有利である。また、ＳｉＯ２の濃度は２５質量％以上が好ましい。
なお、ＳｉＯ２の濃度が高くなると粘度が上昇し、流動性が低下する傾向にある。従って、充分な流動性を確保するには、ＳｉＯ２の濃度の上限値は、６０質量％以下が好ましく、４０質量％以下がより好ましい。
このような珪酸ナトリウム水溶液としては、ＪＩＳ Ｋ １４０８で定められる３号水ガラス（ＳｉＯ２の濃度：２８〜３０質量％）などが挙げられる。
【００２０】
ところで、本発明により得られる懸濁グラウト薬液は、主にセメント粒子のアルカリ刺激によってスラグ粒子が反応し、硬化するものである。この際、珪酸ナトリウム水溶液はセメント粒子から発生するアルカリ刺激成分（水酸化カルシウム等）を消費する傾向にある。アルカリ刺激成分が珪酸ナトリウム水溶液によって消費されると、スラグ粒子の硬化が不充分となり、高強度の硬化体が得られにくくなる。
従って、スラグ粒子の硬化を充分に進行させるには、セメント粒子に対する珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２の量が重要となる。
【００２１】
すなわち、珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下である。質量比が３．０以下であれば、スラグ粒子が硬化するためのアルカリ刺激成分が充分な量となるため、高強度の硬化体が得られる。質量比は２．８以下が好ましく、２．５以下がより好ましい。
なお、質量比が小さいほど、ゲル化時間が短くなる傾向にある。従って、充分なゲル化時間を確保するには、質量比の下限値は１．０以上が好ましい。
【００２２】
珪酸ナトリウム水溶液の含有量は、懸濁グラウト薬液の全量を４００ｍＬとしたときに、２０ｇ以上が好ましく、３０ｇ以上がより好ましい。また、１５０ｇ以下が好ましく、１２０ｇ以下がより好ましく、９０ｇが特に好ましい。珪酸ナトリウム水溶液の含有量が上記下限値以上であれば、ブリージングを抑制できる。一方、珪酸ナトリウム水溶液の含有量が上記上限値以下であれば、アルカリ刺激成分の消費を抑制できる。
【００２３】
＜水＞
水としては、例えば上水、工業用水、地下水、河川水、海水などが挙げられる。これらの中でも、本発明の効果を充分発揮させるためには、上水や工業用水が好ましい。
【００２４】
＜製造方法＞
本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法は、水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合することを特徴とする。
スラグ粒子とセメント粒子を水に分散させた後で、得られた分散液と珪酸ナトリウム水溶液を混合することで、地盤に対する浸透性に優れた懸濁グラウト薬液が得られる。かかる理由は以下のように考えられる。
【００２５】
従来、懸濁型のグラウト薬液の製造方法としては、水と珪酸ナトリウム水溶液とを混合した後で、この混合液にスラグ粒子およびセメント粒子を添加する方法が一般的であった。このようにして得られたグラウト薬液は浸透性に劣るものであった。これは、珪酸ナトリウム水溶液に粉末状のスラグ粒子やセメント粒子を添加すると、これらが局部的に珪酸ナトリウム水溶液と反応し、スラグ粒子やセメント粒子の表面に凝集物（反応物）が付着しやすくなり、この凝集物が目詰まりの原因となって、地盤に対する浸透性が低下するものと考えられる。
しかし、本発明であれば、予めスラグ粒子とセメント粒子を水に分散させておくので、珪酸ナトリウム水溶液と混合したときに凝集物が生成しにくい。よって、凝集物による目詰まりが生じにくく、浸透性に優れた懸濁グラウト薬液が得られるものと考えられる。
【００２６】
スラグ粒子とセメント粒子の配合量は、これらの合計が水１００質量部に対して、５質量部以上となる量が好ましく、より好ましくは１５質量部以上である。また、４０質量部以下となる量が好ましく、より好ましくは３０質量部以下である。５質量部以上であれば硬化体の強度が向上し、４０質量部以下であれば懸濁グラウト薬液の浸透性が向上する。
【００２７】
水にスラグ粒子とセメント粒子を分散させる順番については特に制限されず、スラグ粒子とセメント粒子を水に同時に添加してもよいし、スラグ粒子を添加した後にセメント粒子を添加してもよいし、セメント粒子を添加した後にスラグ粒子を添加してもよい。
【００２８】
また、予めスラグ粒子とセメント粒子を混合しておき、この混合物を水に添加してもよい。この方法によれば、水中でスラグ粒子とセメント粒子がより均一に分散されるので、硬化体の均一性が向上する傾向にある。
スラグ粒子とセメント粒子の混合物の平均粒子径は２μｍ以上が好ましく、４μｍ以上がより好ましい。また、１０μｍ以下が好ましく、８μｍ以下がより好ましく、６μｍ以下が特に好ましい。
混合物の水への分散が充分である場合には、混合物の平均粒子径が小さいほど得られる懸濁グラウト薬液の浸透性が向上する傾向にある。また、混合物の平均粒子径が大きいほど粒子間の凝集が起こりにくく、凝集物による目詰まりを抑制する傾向にある。
【００２９】
混合物の平均粒子径は、例えばスラグ粒子の粒子径を調節することで調整できる。
なお、混合物の平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置により測定される値である。
【００３０】
本発明においては、必要に応じて分散剤（減水剤）、消泡剤など、グラウト薬液の製造に通常用いられる各種セメント混和剤を併用してもよい。
特に、スラグ粒子とセメント粒子の分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する前に、分散液に分散剤を添加しておくのが好ましい。分散液に分散剤を添加しておくことで、スラグ粒子やセメント粒子が水中でより分散しやすくなり、珪酸ナトリウム水溶液と混合したときに凝集物がより生じにくくなる。よって、得られる懸濁グラウト薬液の浸透性がより向上する。
【００３１】
分散剤の添加量は、スラグ粒子およびセメント粒子の合計１００質量部に対して、０．０５質量部以上が好ましく、０．１質量部以上がより好ましく、０．２質量部以上が特に好ましい。また、２．０質量部以下が好ましく、１．０質量部以下がより好ましく、０．５質量部以下が特に好ましい。分散剤の添加量が０．１質量部以上であれば、懸濁グラウト薬液の浸透性の向上効果が充分に得られる。一方、分散剤の添加量が２．０質量部以下であれば、懸濁グラウト薬液中の硬化有効成分の割合を維持できる。なお、分散剤を過剰に添加しても、浸透性の向上効果は頭打ちとなる。従って、分散剤の過剰添加を防ぐ点においても、添加量の上限値は２．０質量部以下が好ましい。
【００３２】
分散剤は、スラグ粒子およびセメント粒子を水に分散させる前に、予め水に添加しておいてもよいし、スラグ粒子やセメント粒子と同時に添加してもよいし、スラグ粒子とセメント粒子の混合物に予め添加しておいてもよい。また、水にスラグ粒子とセメント粒子を分散させた後に添加してもよい。ただし、浸透性向上の観点から、分散剤はスラグ粒子やセメント粒子と同時、またはスラグ粒子やセメント粒子よりも前に水に添加するのが好ましい。
【００３３】
分散剤としては、リグニンスルホン酸塩またはその誘導体、ポリカルボン酸系高性能減水剤、オキシ有機酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオール複合体、高級多価アルコールスルホン酸塩、メラミンホルマリン縮合物スルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物等を主成分とする各種の減水剤、分散剤、高性能減水剤、流動化剤、あるいは、通常洗剤等でも使用される界面活性剤、例えば、アルファオレフィンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、ポリエチレングリコール型等の非イオン性界面活性剤、アミン塩型等のカチオン性界面活性剤などを挙げることができる。
中でも、浸透性を向上させる点で、リグニンスルホン酸塩が好ましく、特に、リグニンスルホン酸ナトリウムが好ましい。
【００３４】
なお、分散剤としてリグニンスルホン酸塩を用いる場合、分散液が泡立つ場合がある。このような場合には、消泡剤を併用するのが好ましい。
消泡剤としては、例えば高級アルコール系、アルキルフェノール系、ジエチレングリコール系、ジブチルフタレート系、非水溶性アルコール系、トリブチルホスフェート系、ポリグリコール系、シリコーン系、酸化エチレン−酸化プロピレン共重合体系などが挙げられる。
消泡剤の添加のタイミングは、分散剤と同時でもよいし、分散剤の添加の前でもよいし、分散剤の添加の後でもよい。ただし、消泡効果を充分に得るためには、分散剤と同時または分散剤の添加の前が好ましい。
【００３５】
以上説明した本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法によれば、スラグ粒子とセメント粒子を水に分散させた後で、得られた分散液と珪酸ナトリウム水溶液を混合することで、地盤に対する浸透性に優れた懸濁グラウト薬液が得られる。特に、分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する前に、分散液に分散剤を添加しておけば、浸透性により優れた懸濁グラウト薬液が得られる。
また、本発明では、特定の珪酸ナトリウム水溶液を用い、かつセメント粒子に対する珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２の量を規定しているので、スラグ粒子の硬化が進行し、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液が得られる。
【００３６】
なお、本発明においては、懸濁グラウト薬液の製造に用いる水（ただし、珪酸ナトリウム水溶液由来の水を除く）の全部をスラグ粒子とセメント粒子の分散液の調製に用いてもよいし、水の一部を分散液の調製に用い、分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する際に、残りの水をこれらに添加してもよい。また、残りの水と珪酸ナトリウム水溶液とを混合して混合液とし、該混合液と分散液とを混合してもよい。
ただし、懸濁グラウト薬液の製造に用いる水（ただし、珪酸ナトリウム水溶液由来の水を除く）の全部を分散液の調製に用いれば、分散液の濃度を低くできるので、スラグ粒子およびセメント粒子の分散性がより向上し、且つ、スラグ粒子およびセメント粒子濃度の低い分散液へ珪酸ナトリウム水溶液を添加することが可能となることから、浸透性に特に優れた懸濁グラウト薬液が得られる。この方法は、一つの釜で懸濁グラウト薬液を製造する場合に特に有利である。
【００３７】
本発明により得られた懸濁グラウト薬液は、例えば地盤に注入されて使用される。特に、一液で実施する二重管ダブルパッカー工法への適用に、特に有用である。
地盤への注入方法には特に制限はなく、従来行われている地盤改良工法の中から、地盤条件、施工の目的、作業性などの現場条件に応じて適宜選択して採用できる。
【実施例】
【００３８】
以下に本発明を実施例や比較例を用いて更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例、比較例で用いた材料、および各種測定・評価方法は以下の通りである。
【００３９】
［使用材料］
・混合物Ａ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：４μｍ、ブレーン値：９５００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：５．１質量％）。
・混合物Ｂ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：４μｍ、ブレーン値：９５００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：４．１質量％）。
・混合物Ｃ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：４μｍ、ブレーン値：９５００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：３．４質量％）。
・混合物Ｄ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：３μｍ、ブレーン値：１２０００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：５．１質量％）。
なお、混合物Ａ〜Ｄの平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（株式会社島津製作所製、「ＳＡＬＤ−２１００」）を用い、溶媒としてエタノールを使用して測定した。
【００４０】
・珪酸ナトリウム水溶液：珪酸ナトリウムの水溶液（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比：３．２、ＳｉＯ２の濃度：２５質量％）。
・水：水道水
・分散剤Ａ：リグニンスルホン酸ナトリウム粉末（消泡剤として、サンノプコ株式会社製の「ＳＮデフォーマ１４ＨＰ」を１質量％含む）。
・分散剤Ｂ：ナフタレンスルホン酸ナトリウムのホルマリン縮合物粉末（花王株式会社製、「マイティー１００」）。
・分散剤Ｃ：ポリカルボン酸系高性能減水剤粉末（メタクリル酸ナトリウム−メトキシポリオキシエチレンメタクリレート共重合物、花王株式会社製、「マイティー２１Ｐ」）。
・分散剤Ｄ：アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（Ｃ：１４〜１８）粉末（ライオン株式会社製、「リポラン２８００」）。
【００４１】
［浸透性の評価］
図１に示す評価装置を用意した。この評価装置１０は、内径５０ｍｍのアクリル製のパイプ１１と、該パイプ１１の上端および下端を封じる、貫通孔が設けられたゴム栓１２ａ，１２ｂと、パイプ１１内を真空にするための真空ポンプ１３と、懸濁グラウト薬液を貯留する容器１４と、パイプ１１と真空ポンプ１３とを連結する第一の連結管１５と、パイプ１１と容器１４とを連結する第二の連結管１６とを具備して概略構成されるものである。なお、第二の連結管１６には途中にバルブ１６ａが設けられている。
【００４２】
まず、パイプ１１の下端をゴム栓１２ｂで封じ、パイプ１１の中に３号硅砂Ｓ１を６０ｇ充填した（充填長さ：２０ｍｍ）。なお、ゴム栓１２ｂの貫通孔から３号硅砂Ｓ１がこぼれないように、３号硅砂Ｓ１を充填する前に、ゴム栓１２ｂ上にポリエチレン製の網（図示略）を載せておいた。
ついで、３号硅砂Ｓ１上にポリエチレン製の網（図示略）を載せて、さらにその上からバイブレーターを用いて５号硅砂Ｓ２を振動させながら充填した（充填長さ：４５０ｍｍ）。
ついで、５号硅砂Ｓ２の上端Ｓ２ａにポリエチレン製の網（図示略）を載せて、パイプ１１の上端をゴム栓１２ａで封じた。
さらに、第一の連結管１５の一端をゴム栓１２ａの貫通孔に挿入し、他端を真空ポンプ１３のホース１３ａに接続し、パイプ１１と真空ポンプ１３を連結した。また、第二の連結管１６の一端をゴム栓１２ｂの貫通孔に挿入した。
【００４３】
第二の連結管１６のバルブ１６ａを閉じ、真空ポンプ１３を稼働させてパイプ１１内を減圧し、内圧が（大気圧−０．０６ＭＰａ）になるまで真空ポンプ１３で調整した。
ついで、攪拌子１４ａの入った容器１４に懸濁グラウト薬液Ｌを入れ、第二の連結管１６の他端を容器１４内の懸濁グラウト薬液Ｌに浸け、マグネチックスターラー１７にて懸濁グラウト薬液Ｌを攪拌した。
第二の連結管１６のバルブ１６ａを開けるのと同時に時間を計り始め、５号硅砂Ｓ２中を浸透する懸濁グラウト薬液Ｌの液面が５号硅砂Ｓ２の上端Ｓ２ａに到達するまでの時間を計測した。
なお、計測開始から５分経過しても懸濁グラウト薬液Ｌの液面が５号硅砂Ｓ２の上端Ｓ２ａに到達しない場合は、５号硅砂Ｓ２の下端Ｓ２ｂから５号硅砂Ｓ２中の懸濁グラウト薬液Ｌの液面までの距離を測定した。
【００４４】
［硬化体の強度測定］
円柱型枠（内径５ｃｍ×高さ１０ｃｍ）内に、懸濁グラウト薬液を入れた後、直ちに豊浦砂を振動締固しながら充填し、７日間２０℃で密閉養生した。その後、脱型し、ポリ塩化ビニリデンのフィルムで水が蒸発しないように包んだ状態（密閉養生）で、作製から２８日経過まで２０℃で養生し、得られた硬化体の一軸圧縮強度を測定した。
なお、２８日経過後の硬化体の一軸圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２以下の場合、養生期間を２ヶ月に延長して、硬化体の一軸圧縮強度を測定した。
また、硬化体の硬化の促進については、試験体が濃い緑色に変化することからも確認できた。
【００４５】
［実施例１］
２０℃で攪拌している水３４２ｍＬに、混合物Ａ８２ｇを添加し、２分間攪拌して分散液を得た。得られた分散液に珪酸ナトリウム水溶液３８ｇを添加し、さらに２分間攪拌して懸濁グラウト薬液を調製した。
得られた懸濁グラウト薬液について、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４６】
［実施例２，３］
混合物Ａ８２ｇに表１に示す量の分散剤Ａを加えた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
［実施例４〜６］
混合物Ａ８２ｇに表１に示す量の分散剤Ｂ、分散剤Ｃ、または分散剤Ｄを加えた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
［実施例７］
混合物Ａの代わりに、混合物Ｂ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４９】
［比較例１］
２０℃で攪拌している水３４２ｍＬに、珪酸ナトリウム水溶液３８ｇを添加、攪拌した後に、混合物Ａ８２ｇを添加し、４分間攪拌して懸濁グラウト薬液を調製した。
得られた懸濁グラウト薬液について、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００５０】
［比較例２］
混合物Ａの代わりに、混合物Ｃ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
実施例１〜６と比較例１の結果より、水と珪酸ナトリウム水溶液の混合液にスラグ粒子とセメント粒子の混合物（混合物Ａ）を分散させた比較例１の懸濁グラウト薬液に比べ、水に混合物Ａを分散させた後で、得られた分散液に珪酸ナトリウム水溶液を加えた実施例１〜６の懸濁グラウト薬液の方が、浸透性が向上していることが分かった。
特に、分散剤としてリグニンスルホン酸ナトリウム粉末を混合物Ａに添加した実施例２，３は、浸透性が飛躍的に向上した。なお、リグニンスルホン酸ナトリウムを分散剤として用いる場合、通常は添加量が少ないと充分な効果が得られにくい傾向にあるが、実施例２，３の結果より、リグニンスルホン酸ナトリウムの添加量が少量の方が、より優れた浸透性の向上効果が得られた。
【００５３】
また、各実施例および比較例では、攪拌を止めると、懸濁グラウト薬液を入れた容器の底に粉体が沈降する傾向にあったが、分散剤としてアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（Ｃ：１４〜１８）粉末を用いた実施例６の場合、容器の底に沈む粉体の量を低減できた。
【００５４】
なお、珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が２．３である実施例１〜６および比較例１では、２８日経過後の硬化体の一軸圧縮強度が２．６〜３．１Ｎ／ｍｍ２と高い値を示した。また、これら硬化体については、表面あるいは内部の一部、または全体に濃い緑色の発色が認められた。これらの結果より、高炉スラグの効果が進行したこと分かった。
これに対し、実施例７と比較例２の場合、いずれも２８日経過後の硬化体の一軸圧縮強度は０．２Ｎ／ｍｍ２であった。ただし、珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が２．８である実施例７では、養生期間を２ヶ月に延長したときの硬化体の一軸圧縮強度は２．０Ｎ／ｍｍ２に上がり、濃い緑色の発色が認められた。一方、質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．４である比較例２では、養生期間を２ヶ月に延長しても、硬化体の一軸圧縮強度、色に変化はなかった。
【００５５】
［実施例８］
混合物Ａ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ加えた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５６】
［実施例９］
混合物Ａの代わりに、混合物Ｄ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５７】
［比較例３］
比較例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５８】
［比較例４］
混合物Ａ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ加えた以外は、比較例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
実施例８，９と比較例３，４の結果より、浸透性の評価用の硅砂の種類を５号硅砂から６号硅砂に変更しても、水と珪酸ナトリウム水溶液の混合液にスラグ粒子とセメント粒子の混合物を分散させた比較例３，４の懸濁グラウト薬液に比べ、水に混合物を分散させた後で、得られた分散液に珪酸ナトリウム水溶液を加えた実施例８，９の懸濁グラウト薬液の方が、浸透性が向上していることが分かった。
特に、スラグ粒子とセメント粒子の混合物の平均粒子径が４μｍである混合物Ａを用いた実施例８の方が、平均粒子径が３μｍである混合物Ｄを用いた実施例９よりも、浸透性の結果が良好であった。これは、混合物Ｄよりも混合物Ａの方が粒子間の凝集が起こりにくく、目詰まりしにくいことによるものと考えられる。
【００６１】
なお、実施例８，９の場合、実施例１〜７に比べて浸透性の結果がやや劣っていた。これは、実施例８，９の浸透性の評価に用いた硅砂（６号硅砂）が、実施例１〜７の浸透性の評価に用いた硅砂（５号硅砂）よりも細かく、浸透しにくかったことによるものと考えられる。
また、比較例３，４の結果より、水と珪酸ナトリウム水溶液の混合液にスラグ粒子とセメント粒子の混合物を分散させる場合、分散剤としてリグニンスルホン酸ナトリウムを混合物に添加しても、浸透性の向上効果は得られないことが分かった。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 評価装置
１１ パイプ
１２ａ，１２ｂ ゴム栓
１３ 真空ポンプ
１３ａ ホース
１４ 容器
１４ａ 攪拌子
１５ 第一の連結管
１６ 第二の連結管
１６ａ バルブ
１７ マグネチックスターラー
Ｌ 懸濁グラウト薬液
Ｓ１ ３号硅砂
Ｓ２ ５号硅砂
Ｓ２ａ 上端
Ｓ２ｂ 下端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の止水や地盤強化等の地盤改良のための懸濁グラウト薬液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤を強化したり漏水地盤を止水したりするために、種々のグラウト薬液を地盤内に注入し地盤内でゲル化させる地盤安定化工法が知られている。
グラウト薬液は、主材に珪酸ナトリウム水溶液を使用した溶液型と、セメントやスラグを使用した懸濁型に大別できる。
【０００３】
溶液型のグラウト薬液は、地盤への浸透性に優れるものの、硬化体の強度が低く、耐久性にも乏しかった。
一方、懸濁型のグラウト薬液は、硬化体の強度が高く、耐久性にも優れるものの、地盤への浸透性に乏しかった。
【０００４】
近年、浸透性を高めた懸濁型のグラウト薬液として、スラグ粒子、セメント粒子、珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合して製造するグラウト薬液が提案されている。
例えば特許文献１には、グラウト材中の水分１００ｍｌに対して水ガラス（珪酸ナトリウム水溶液）中のＳｉＯ２量（Ｓ）が１．６〜５．８ｇ、セメント量（Ｃ）が１．５〜３．２ｇで、かつＣ／Ｓが０．４２以上である懸濁型のグラウト材が開示されている。該グラウト材によれば、水ガラス（珪酸ナトリウム水溶液）とセメント量を規定することで、浸透性に優れるとともに、硬化発現が早く、ゲルタイムが長くなるとしている。
【０００５】
また、特許文献２には、微粒子スラグと微粒子セメントのブレーン値が９０００〜１５０００ｃｍ２／ｇであり、微粒子スラグと微粒子セメントの合計１００質量部に対して、微粒子セメントを２〜７質量部、珪酸ナトリウムを１２〜３６質量部、水を４１０〜４５０質量部含有する土質安定用薬液が開示されている。該土質安定用薬液によれば、浸透性に優れるとともに、ブリージングが少なく、硬化体の均一性が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４９２５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、グラウト薬液には、硬化体の強度はもちろんのこと、さらなる浸透性の向上が求められており、強度特許文献１、２に記載の懸濁型のグラウト薬液では、必ずしも浸透性を満足するものでなかった。
【０００８】
本発明の目的は、地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、セメント粒子に対する珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２の量を規定し、かつ特定の順番で各成分を配合することで、地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、以下の態様を包含する。
［１］ スラグ粒子、セメント粒子、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５であり、かつＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上である珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法であって、前記珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下であり、水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する懸濁グラウト薬液の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法によれば、地盤に対する浸透性に優れ、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】浸透性の評価に用いた評価装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法は、スラグ粒子、セメント粒子、珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法である。
ここで、まず各成分について説明する。
【００１４】
＜スラグ粒子＞
スラグ粒子は、例えば高炉セメント等の製造用原料に用いられる高炉水砕スラグを、好ましくは後述するブレーン値に粉砕調製したものである。
なお、高炉水砕スラグは、銑鉄を作るときに生じる溶融状態のスラグをガラス状態となるように急冷して作製される。
【００１５】
スラグ粒子のブレーン値は４０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、６０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましく、８０００ｃｍ２／ｇ以上が特に好ましい。また、１５０００ｃｍ２／ｇ以下が好ましく、１００００ｃｍ２／ｇ以下がより好ましい。スラグ粒子のブレーン値が上記範囲内であれば、地盤に対する浸透性により優れた懸濁グラウト薬液が得られる。特に、ブレーン値が８０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、硬化体の強度の発現が早くなる傾向にある。
ここで、「ブレーン値」は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」の比表面積試験に準拠し、ブレーン空気透過装置により測定した値である。
【００１６】
＜セメント粒子＞
セメント粒子は、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメント類や、アルミナセメントを、好ましくは後述するブレーン値に粉砕調製したものである。
【００１７】
セメント粒子のブレーン値は４０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、６０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましく、８０００ｃｍ２／ｇ以上が特に好ましい。また、１５０００ｃｍ２／ｇ以下が好ましく、１００００ｃｍ２／ｇ以下がより好ましい。セメント粒子のブレーン値が上記範囲内であれば、地盤に対する浸透性により優れた懸濁グラウト薬液が得られる。
【００１８】
＜珪酸ナトリウム水溶液＞
珪酸ナトリウム水溶液は、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５である。モル比が２．５以上であれば、懸濁グラウト薬液のブリージング（硬化体の表面に水が浮いてくる現象）を抑制できるとともに、初期ゲルの強度が高くなる。一方、モル比が４．５以下であれば、セメント粒子のアルカリ刺激によるスラグ粒子の硬化が発現しやすく、硬化体の強度が向上する。モル比は２．８以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。また、４．０以下が好ましく、３．５以下がより好ましい。
【００１９】
本発明においては、高濃度の珪酸ナトリウム水溶液を用いる。具体的には、珪酸ナトリウム水溶液１００質量％中のＳｉＯ２の比率（濃度）が２０質量％以上である。ＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上であれば、珪酸ナトリウム水溶液の輸送面や保管面で有利であるとともに、混合の際に同じ添加速度でも早く添加できる点で有利である。また、ＳｉＯ２の濃度は２５質量％以上が好ましい。
なお、ＳｉＯ２の濃度が高くなると粘度が上昇し、流動性が低下する傾向にある。従って、充分な流動性を確保するには、ＳｉＯ２の濃度の上限値は、６０質量％以下が好ましく、４０質量％以下がより好ましい。
このような珪酸ナトリウム水溶液としては、ＪＩＳ Ｋ １４０８で定められる３号水ガラス（ＳｉＯ２の濃度：２８〜３０質量％）などが挙げられる。
【００２０】
ところで、本発明により得られる懸濁グラウト薬液は、主にセメント粒子のアルカリ刺激によってスラグ粒子が反応し、硬化するものである。この際、珪酸ナトリウム水溶液はセメント粒子から発生するアルカリ刺激成分（水酸化カルシウム等）を消費する傾向にある。アルカリ刺激成分が珪酸ナトリウム水溶液によって消費されると、スラグ粒子の硬化が不充分となり、高強度の硬化体が得られにくくなる。
従って、スラグ粒子の硬化を充分に進行させるには、セメント粒子に対する珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２の量が重要となる。
【００２１】
すなわち、珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下である。質量比が３．０以下であれば、スラグ粒子が硬化するためのアルカリ刺激成分が充分な量となるため、高強度の硬化体が得られる。質量比は２．８以下が好ましく、２．５以下がより好ましい。
なお、質量比が小さいほど、ゲル化時間が短くなる傾向にある。従って、充分なゲル化時間を確保するには、質量比の下限値は１．０以上が好ましい。
【００２２】
珪酸ナトリウム水溶液の含有量は、懸濁グラウト薬液の全量を４００ｍＬとしたときに、２０ｇ以上が好ましく、３０ｇ以上がより好ましい。また、１５０ｇ以下が好ましく、１２０ｇ以下がより好ましく、９０ｇが特に好ましい。珪酸ナトリウム水溶液の含有量が上記下限値以上であれば、ブリージングを抑制できる。一方、珪酸ナトリウム水溶液の含有量が上記上限値以下であれば、アルカリ刺激成分の消費を抑制できる。
【００２３】
＜水＞
水としては、例えば上水、工業用水、地下水、河川水、海水などが挙げられる。これらの中でも、本発明の効果を充分発揮させるためには、上水や工業用水が好ましい。
【００２４】
＜製造方法＞
本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法は、水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合することを特徴とする。
スラグ粒子とセメント粒子を水に分散させた後で、得られた分散液と珪酸ナトリウム水溶液を混合することで、地盤に対する浸透性に優れた懸濁グラウト薬液が得られる。かかる理由は以下のように考えられる。
【００２５】
従来、懸濁型のグラウト薬液の製造方法としては、水と珪酸ナトリウム水溶液とを混合した後で、この混合液にスラグ粒子およびセメント粒子を添加する方法が一般的であった。このようにして得られたグラウト薬液は浸透性に劣るものであった。これは、珪酸ナトリウム水溶液に粉末状のスラグ粒子やセメント粒子を添加すると、これらが局部的に珪酸ナトリウム水溶液と反応し、スラグ粒子やセメント粒子の表面に凝集物（反応物）が付着しやすくなり、この凝集物が目詰まりの原因となって、地盤に対する浸透性が低下するものと考えられる。
しかし、本発明であれば、予めスラグ粒子とセメント粒子を水に分散させておくので、珪酸ナトリウム水溶液と混合したときに凝集物が生成しにくい。よって、凝集物による目詰まりが生じにくく、浸透性に優れた懸濁グラウト薬液が得られるものと考えられる。
【００２６】
スラグ粒子とセメント粒子の配合量は、これらの合計が水１００質量部に対して、５質量部以上となる量が好ましく、より好ましくは１５質量部以上である。また、４０質量部以下となる量が好ましく、より好ましくは３０質量部以下である。５質量部以上であれば硬化体の強度が向上し、４０質量部以下であれば懸濁グラウト薬液の浸透性が向上する。
【００２７】
水にスラグ粒子とセメント粒子を分散させる順番については特に制限されず、スラグ粒子とセメント粒子を水に同時に添加してもよいし、スラグ粒子を添加した後にセメント粒子を添加してもよいし、セメント粒子を添加した後にスラグ粒子を添加してもよい。
【００２８】
また、予めスラグ粒子とセメント粒子を混合しておき、この混合物を水に添加してもよい。この方法によれば、水中でスラグ粒子とセメント粒子がより均一に分散されるので、硬化体の均一性が向上する傾向にある。
スラグ粒子とセメント粒子の混合物の平均粒子径は２μｍ以上が好ましく、４μｍ以上がより好ましい。また、１０μｍ以下が好ましく、８μｍ以下がより好ましく、６μｍ以下が特に好ましい。
混合物の水への分散が充分である場合には、混合物の平均粒子径が小さいほど得られる懸濁グラウト薬液の浸透性が向上する傾向にある。また、混合物の平均粒子径が大きいほど粒子間の凝集が起こりにくく、凝集物による目詰まりを抑制する傾向にある。
【００２９】
混合物の平均粒子径は、例えばスラグ粒子の粒子径を調節することで調整できる。
なお、混合物の平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置により測定される値である。
【００３０】
本発明においては、必要に応じて分散剤（減水剤）、消泡剤など、グラウト薬液の製造に通常用いられる各種セメント混和剤を併用してもよい。
特に、スラグ粒子とセメント粒子の分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する前に、分散液に分散剤を添加しておくのが好ましい。分散液に分散剤を添加しておくことで、スラグ粒子やセメント粒子が水中でより分散しやすくなり、珪酸ナトリウム水溶液と混合したときに凝集物がより生じにくくなる。よって、得られる懸濁グラウト薬液の浸透性がより向上する。
【００３１】
分散剤の添加量は、スラグ粒子およびセメント粒子の合計１００質量部に対して、０．０５質量部以上が好ましく、０．１質量部以上がより好ましく、０．２質量部以上が特に好ましい。また、２．０質量部以下が好ましく、１．０質量部以下がより好ましく、０．５質量部以下が特に好ましい。分散剤の添加量が０．１質量部以上であれば、懸濁グラウト薬液の浸透性の向上効果が充分に得られる。一方、分散剤の添加量が２．０質量部以下であれば、懸濁グラウト薬液中の硬化有効成分の割合を維持できる。なお、分散剤を過剰に添加しても、浸透性の向上効果は頭打ちとなる。従って、分散剤の過剰添加を防ぐ点においても、添加量の上限値は２．０質量部以下が好ましい。
【００３２】
分散剤は、スラグ粒子およびセメント粒子を水に分散させる前に、予め水に添加しておいてもよいし、スラグ粒子やセメント粒子と同時に添加してもよいし、スラグ粒子とセメント粒子の混合物に予め添加しておいてもよい。また、水にスラグ粒子とセメント粒子を分散させた後に添加してもよい。ただし、浸透性向上の観点から、分散剤はスラグ粒子やセメント粒子と同時、またはスラグ粒子やセメント粒子よりも前に水に添加するのが好ましい。
【００３３】
分散剤としては、リグニンスルホン酸塩またはその誘導体、ポリカルボン酸系高性能減水剤、オキシ有機酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオール複合体、高級多価アルコールスルホン酸塩、メラミンホルマリン縮合物スルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物等を主成分とする各種の減水剤、分散剤、高性能減水剤、流動化剤、あるいは、通常洗剤等でも使用される界面活性剤、例えば、アルファオレフィンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、ポリエチレングリコール型等の非イオン性界面活性剤、アミン塩型等のカチオン性界面活性剤などを挙げることができる。
中でも、浸透性を向上させる点で、リグニンスルホン酸塩が好ましく、特に、リグニンスルホン酸ナトリウムが好ましい。
【００３４】
なお、分散剤としてリグニンスルホン酸塩を用いる場合、分散液が泡立つ場合がある。このような場合には、消泡剤を併用するのが好ましい。
消泡剤としては、例えば高級アルコール系、アルキルフェノール系、ジエチレングリコール系、ジブチルフタレート系、非水溶性アルコール系、トリブチルホスフェート系、ポリグリコール系、シリコーン系、酸化エチレン−酸化プロピレン共重合体系などが挙げられる。
消泡剤の添加のタイミングは、分散剤と同時でもよいし、分散剤の添加の前でもよいし、分散剤の添加の後でもよい。ただし、消泡効果を充分に得るためには、分散剤と同時または分散剤の添加の前が好ましい。
【００３５】
以上説明した本発明の懸濁グラウト薬液の製造方法によれば、スラグ粒子とセメント粒子を水に分散させた後で、得られた分散液と珪酸ナトリウム水溶液を混合することで、地盤に対する浸透性に優れた懸濁グラウト薬液が得られる。特に、分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する前に、分散液に分散剤を添加しておけば、浸透性により優れた懸濁グラウト薬液が得られる。
また、本発明では、特定の珪酸ナトリウム水溶液を用い、かつセメント粒子に対する珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２の量を規定しているので、スラグ粒子の硬化が進行し、硬化体の強度が高い懸濁グラウト薬液が得られる。
【００３６】
なお、本発明においては、懸濁グラウト薬液の製造に用いる水（ただし、珪酸ナトリウム水溶液由来の水を除く）の全部をスラグ粒子とセメント粒子の分散液の調製に用いてもよいし、水の一部を分散液の調製に用い、分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する際に、残りの水をこれらに添加してもよい。また、残りの水と珪酸ナトリウム水溶液とを混合して混合液とし、該混合液と分散液とを混合してもよい。
ただし、懸濁グラウト薬液の製造に用いる水（ただし、珪酸ナトリウム水溶液由来の水を除く）の全部を分散液の調製に用いれば、分散液の濃度を低くできるので、スラグ粒子およびセメント粒子の分散性がより向上し、且つ、スラグ粒子およびセメント粒子濃度の低い分散液へ珪酸ナトリウム水溶液を添加することが可能となることから、浸透性に特に優れた懸濁グラウト薬液が得られる。この方法は、一つの釜で懸濁グラウト薬液を製造する場合に特に有利である。
【００３７】
本発明により得られた懸濁グラウト薬液は、例えば地盤に注入されて使用される。特に、一液で実施する二重管ダブルパッカー工法への適用に、特に有用である。
地盤への注入方法には特に制限はなく、従来行われている地盤改良工法の中から、地盤条件、施工の目的、作業性などの現場条件に応じて適宜選択して採用できる。
【実施例】
【００３８】
以下に本発明を実施例や比較例を用いて更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例、比較例で用いた材料、および各種測定・評価方法は以下の通りである。
【００３９】
［使用材料］
・混合物Ａ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：４μｍ、ブレーン値：９５００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：５．１質量％）。
・混合物Ｂ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：４μｍ、ブレーン値：９５００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：４．１質量％）。
・混合物Ｃ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：４μｍ、ブレーン値：９５００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：３．４質量％）。
・混合物Ｄ：高炉水砕スラグを粉砕したスラグ粒子と、普通ポルトランドセメントを粉砕したセメント粒子との混合物（平均粒子径：３μｍ、ブレーン値：１２０００ｃｍ２／ｇ、混合物Ａ１００質量％中のセメント粒子の含有量：５．１質量％）。
なお、混合物Ａ〜Ｄの平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（株式会社島津製作所製、「ＳＡＬＤ−２１００」）を用い、溶媒としてエタノールを使用して測定した。
【００４０】
・珪酸ナトリウム水溶液：珪酸ナトリウムの水溶液（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比：３．２、ＳｉＯ２の濃度：２５質量％）。
・水：水道水
・分散剤Ａ：リグニンスルホン酸ナトリウム粉末（消泡剤として、サンノプコ株式会社製の「ＳＮデフォーマ１４ＨＰ」を１質量％含む）。
・分散剤Ｂ：ナフタレンスルホン酸ナトリウムのホルマリン縮合物粉末（花王株式会社製、「マイティー１００」）。
・分散剤Ｃ：ポリカルボン酸系高性能減水剤粉末（メタクリル酸ナトリウム−メトキシポリオキシエチレンメタクリレート共重合物、花王株式会社製、「マイティー２１Ｐ」）。
・分散剤Ｄ：アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（Ｃ：１４〜１８）粉末（ライオン株式会社製、「リポラン２８００」）。
【００４１】
［浸透性の評価］
図１に示す評価装置を用意した。この評価装置１０は、内径５０ｍｍのアクリル製のパイプ１１と、該パイプ１１の上端および下端を封じる、貫通孔が設けられたゴム栓１２ａ，１２ｂと、パイプ１１内を真空にするための真空ポンプ１３と、懸濁グラウト薬液を貯留する容器１４と、パイプ１１と真空ポンプ１３とを連結する第一の連結管１５と、パイプ１１と容器１４とを連結する第二の連結管１６とを具備して概略構成されるものである。なお、第二の連結管１６には途中にバルブ１６ａが設けられている。
【００４２】
まず、パイプ１１の下端をゴム栓１２ｂで封じ、パイプ１１の中に３号硅砂Ｓ１を６０ｇ充填した（充填長さ：２０ｍｍ）。なお、ゴム栓１２ｂの貫通孔から３号硅砂Ｓ１がこぼれないように、３号硅砂Ｓ１を充填する前に、ゴム栓１２ｂ上にポリエチレン製の網（図示略）を載せておいた。
ついで、３号硅砂Ｓ１上にポリエチレン製の網（図示略）を載せて、さらにその上からバイブレーターを用いて５号硅砂Ｓ２を振動させながら充填した（充填長さ：４５０ｍｍ）。
ついで、５号硅砂Ｓ２の上端Ｓ２ａにポリエチレン製の網（図示略）を載せて、パイプ１１の上端をゴム栓１２ａで封じた。
さらに、第一の連結管１５の一端をゴム栓１２ａの貫通孔に挿入し、他端を真空ポンプ１３のホース１３ａに接続し、パイプ１１と真空ポンプ１３を連結した。また、第二の連結管１６の一端をゴム栓１２ｂの貫通孔に挿入した。
【００４３】
第二の連結管１６のバルブ１６ａを閉じ、真空ポンプ１３を稼働させてパイプ１１内を減圧し、内圧が（大気圧−０．０６ＭＰａ）になるまで真空ポンプ１３で調整した。
ついで、攪拌子１４ａの入った容器１４に懸濁グラウト薬液Ｌを入れ、第二の連結管１６の他端を容器１４内の懸濁グラウト薬液Ｌに浸け、マグネチックスターラー１７にて懸濁グラウト薬液Ｌを攪拌した。
第二の連結管１６のバルブ１６ａを開けるのと同時に時間を計り始め、５号硅砂Ｓ２中を浸透する懸濁グラウト薬液Ｌの液面が５号硅砂Ｓ２の上端Ｓ２ａに到達するまでの時間を計測した。
なお、計測開始から５分経過しても懸濁グラウト薬液Ｌの液面が５号硅砂Ｓ２の上端Ｓ２ａに到達しない場合は、５号硅砂Ｓ２の下端Ｓ２ｂから５号硅砂Ｓ２中の懸濁グラウト薬液Ｌの液面までの距離を測定した。
【００４４】
［硬化体の強度測定］
円柱型枠（内径５ｃｍ×高さ１０ｃｍ）内に、懸濁グラウト薬液を入れた後、直ちに豊浦砂を振動締固しながら充填し、７日間２０℃で密閉養生した。その後、脱型し、ポリ塩化ビニリデンのフィルムで水が蒸発しないように包んだ状態（密閉養生）で、作製から２８日経過まで２０℃で養生し、得られた硬化体の一軸圧縮強度を測定した。
なお、２８日経過後の硬化体の一軸圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２以下の場合、養生期間を２ヶ月に延長して、硬化体の一軸圧縮強度を測定した。
また、硬化体の硬化の促進については、試験体が濃い緑色に変化することからも確認できた。
【００４５】
［実施例１］
２０℃で攪拌している水３４２ｍＬに、混合物Ａ８２ｇを添加し、２分間攪拌して分散液を得た。得られた分散液に珪酸ナトリウム水溶液３８ｇを添加し、さらに２分間攪拌して懸濁グラウト薬液を調製した。
得られた懸濁グラウト薬液について、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４６】
［実施例２，３］
混合物Ａ８２ｇに表１に示す量の分散剤Ａを加えた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
［実施例４〜６］
混合物Ａ８２ｇに表１に示す量の分散剤Ｂ、分散剤Ｃ、または分散剤Ｄを加えた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
［実施例７］
混合物Ａの代わりに、混合物Ｂ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００４９】
［比較例１］
２０℃で攪拌している水３４２ｍＬに、珪酸ナトリウム水溶液３８ｇを添加、攪拌した後に、混合物Ａ８２ｇを添加し、４分間攪拌して懸濁グラウト薬液を調製した。
得られた懸濁グラウト薬液について、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００５０】
［比較例２］
混合物Ａの代わりに、混合物Ｃ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価および硬化体の強度測定を行った。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
実施例１〜６と比較例１の結果より、水と珪酸ナトリウム水溶液の混合液にスラグ粒子とセメント粒子の混合物（混合物Ａ）を分散させた比較例１の懸濁グラウト薬液に比べ、水に混合物Ａを分散させた後で、得られた分散液に珪酸ナトリウム水溶液を加えた実施例１〜６の懸濁グラウト薬液の方が、浸透性が向上していることが分かった。
特に、分散剤としてリグニンスルホン酸ナトリウム粉末を混合物Ａに添加した実施例２，３は、浸透性が飛躍的に向上した。なお、リグニンスルホン酸ナトリウムを分散剤として用いる場合、通常は添加量が少ないと充分な効果が得られにくい傾向にあるが、実施例２，３の結果より、リグニンスルホン酸ナトリウムの添加量が少量の方が、より優れた浸透性の向上効果が得られた。
【００５３】
また、各実施例および比較例では、攪拌を止めると、懸濁グラウト薬液を入れた容器の底に粉体が沈降する傾向にあったが、分散剤としてアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム（Ｃ：１４〜１８）粉末を用いた実施例６の場合、容器の底に沈む粉体の量を低減できた。
【００５４】
なお、珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が２．３である実施例１〜６および比較例１では、２８日経過後の硬化体の一軸圧縮強度が２．６〜３．１Ｎ／ｍｍ２と高い値を示した。また、これら硬化体については、表面あるいは内部の一部、または全体に濃い緑色の発色が認められた。これらの結果より、高炉スラグの効果が進行したこと分かった。
これに対し、実施例７と比較例２の場合、いずれも２８日経過後の硬化体の一軸圧縮強度は０．２Ｎ／ｍｍ２であった。ただし、珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が２．８である実施例７では、養生期間を２ヶ月に延長したときの硬化体の一軸圧縮強度は２．０Ｎ／ｍｍ２に上がり、濃い緑色の発色が認められた。一方、質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．４である比較例２では、養生期間を２ヶ月に延長しても、硬化体の一軸圧縮強度、色に変化はなかった。
【００５５】
［実施例８］
混合物Ａ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ加えた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５６】
［実施例９］
混合物Ａの代わりに、混合物Ｄ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５７】
［比較例３］
比較例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５８】
［比較例４］
混合物Ａ８２ｇに分散剤Ａを０．２ｇ加えた以外は、比較例１と同様にして懸濁グラウト薬液を調製し、浸透性の評価を行った。なお、浸透性の評価では、５号硅砂の代わりに６号硅砂をパイプに充填した。結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】
実施例８，９と比較例３，４の結果より、浸透性の評価用の硅砂の種類を５号硅砂から６号硅砂に変更しても、水と珪酸ナトリウム水溶液の混合液にスラグ粒子とセメント粒子の混合物を分散させた比較例３，４の懸濁グラウト薬液に比べ、水に混合物を分散させた後で、得られた分散液に珪酸ナトリウム水溶液を加えた実施例８，９の懸濁グラウト薬液の方が、浸透性が向上していることが分かった。
特に、スラグ粒子とセメント粒子の混合物の平均粒子径が４μｍである混合物Ａを用いた実施例８の方が、平均粒子径が３μｍである混合物Ｄを用いた実施例９よりも、浸透性の結果が良好であった。これは、混合物Ｄよりも混合物Ａの方が粒子間の凝集が起こりにくく、目詰まりしにくいことによるものと考えられる。
【００６１】
なお、実施例８，９の場合、実施例１〜７に比べて浸透性の結果がやや劣っていた。これは、実施例８，９の浸透性の評価に用いた硅砂（６号硅砂）が、実施例１〜７の浸透性の評価に用いた硅砂（５号硅砂）よりも細かく、浸透しにくかったことによるものと考えられる。
また、比較例３，４の結果より、水と珪酸ナトリウム水溶液の混合液にスラグ粒子とセメント粒子の混合物を分散させる場合、分散剤としてリグニンスルホン酸ナトリウムを混合物に添加しても、浸透性の向上効果は得られないことが分かった。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 評価装置
１１ パイプ
１２ａ，１２ｂ ゴム栓
１３ 真空ポンプ
１３ａ ホース
１４ 容器
１４ａ 攪拌子
１５ 第一の連結管
１６ 第二の連結管
１６ａ バルブ
１７ マグネチックスターラー
Ｌ 懸濁グラウト薬液
Ｓ１ ３号硅砂
Ｓ２ ５号硅砂
Ｓ２ａ 上端
Ｓ２ｂ 下端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグ粒子、セメント粒子、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５であり、かつＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上である珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法であって、
前記珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下であり、
水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する懸濁グラウト薬液の製造方法。
【請求項１】
スラグ粒子、セメント粒子、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．５〜４．５であり、かつＳｉＯ２の濃度が２０質量％以上である珪酸ナトリウム水溶液、および水を混合する懸濁グラウト薬液の製造方法であって、
前記珪酸ナトリウム水溶液中のＳｉＯ２とセメント粒子の質量比（ＳｉＯ２／セメント粒子）が３．０以下であり、
水にスラグ粒子およびセメント粒子を分散して分散液とした後に、該分散液と珪酸ナトリウム水溶液とを混合する懸濁グラウト薬液の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−２２４７６６（Ｐ２０１２−２２４７６６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４２８５（Ｐ２０１１−９４２８５）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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