速硬性地盤注入材
【課題】セメント硬化体の長期的な耐久性を高めることが可能な速硬性地盤注入材を提供する。
【解決手段】凝結調整剤を含む速硬材スラリーと、分散剤を含むセメントミルクとを混合して得られた速硬性地盤注入材において、凝結調整剤として、炭酸ナトリウムからなる刺激剤と、リン酸水素二カリウムからなる遅延剤とにより作製し、また分散剤としてリン酸塩のヘキサメタリン酸ナトリウムを採用したので、セメント硬化体の長期的な耐久性を高めることができた。
【解決手段】凝結調整剤を含む速硬材スラリーと、分散剤を含むセメントミルクとを混合して得られた速硬性地盤注入材において、凝結調整剤として、炭酸ナトリウムからなる刺激剤と、リン酸水素二カリウムからなる遅延剤とにより作製し、また分散剤としてリン酸塩のヘキサメタリン酸ナトリウムを採用したので、セメント硬化体の長期的な耐久性を高めることができた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は速硬性地盤注入材、詳しくは凝結調整剤と分散剤として、それぞれ無機系のものを採用することにより、セメント硬化体の長期的な耐久性を高めた無機系の速硬性地盤注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
速硬性地盤注入材は、例えば水質汚濁の危険性が存在するダムの堤体の補修工事、または、水の流れが存在する場所で地盤改良を行うときに使用されている。
従来の速硬性地盤注入材として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１は、非晶質カルシウムアルミネート、結晶質カルシウムアルミネートおよび無水石膏に、適量の凝結調整剤を添加して水に溶いた速硬材スラリー（Ａ液）と、ポルトランドセメント、コロイドセメント、超微粒子セメントなどのセメント成分に、適量の分散剤を添加して水に溶いたセメントミルク（Ｂ液）とを混ぜ合わせた２液タイプの速硬性地盤注入材である。
【０００３】
特許文献１の速硬性地盤注入材では、凝結調整剤に配合される刺激剤としてリン酸リチウムを採用し、遅延剤としては有機酸系遅延剤の一種である酒石酸、クエン酸などを採用していた。また、分散剤としては、特許文献１に記載はないが有機系のものが採用されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４８１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、原子力関連構造物（セメント硬化体）などでは、１００年以上の長期的な耐久性が要求される。このような構造物に速硬性地盤注入材を使用するとき、例えば特許文献１のように、速硬性地盤注入材の組成物の一部、例えば凝結調整剤、分散剤などにでも有機系材料を使用すれば、長い期間が経過するうちに有機物が分解され、構造物が劣化するおそれがあった。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、速硬材スラリーに添加される凝結調整剤、および、セメントミルクに添加される分散剤を含む速硬性地盤注入材の全ての組成物を無機系とすることに想到した。そうすれば、有機物を一切含まない構造物が得られ、その長期的な耐久性が高まることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、セメント硬化体の長期的な耐久性が高まる速硬性地盤注入材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、凝結調整剤を含む速硬材スラリーと、分散剤を含むセメントミルクとを混合して得られた速硬性地盤注入材において、前記凝結調整剤は、刺激剤としての炭酸塩と遅延剤としてのリン酸塩とからなり、前記分散剤はリン酸塩からなる速硬性地盤注入材である。
【０００９】
速硬材スラリーとは、非晶質カルシウムアルミネートと無水石膏との混合物に適量の凝結調整剤（ゲルタイム調整剤）を添加して速硬材とし、これに所定量の水を加え、ミキサにより攪拌混合したものである。
カルシウムアルミネートは、酸化カルシウムと酸化アルミニウムとが、ある一定の割合で存在する組成のものである。
また、カルシウムアルミネート（非晶質）と無水石膏との混合比は、３：７〜６：４である。３：７未満では初期強度が低下する。また、６：４を超えると地盤注入材に含まれるセメント成分の凝結が急速に早まる。
【００１０】
凝結調整剤の添加量は、カルシウムアルミネートと無水石膏とを加えたものを１００重量部として、２〜１０重量部である。２重量部未満では地盤注入材に含まれるセメント成分の凝結が急速に早まる。また、１０重量部を超えるとこのセメント成分の凝結遅延が生じる。凝結調整剤の好ましい添加量は、４〜６重量部である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
【００１１】
刺激剤と遅延剤との混合比は、４：１〜１：１である。４：１未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、１：１を超えると、地盤注入材に含まれるセメント成分の凝結遅延が生じる。刺激剤と遅延剤との好ましい混合比は２：１である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
【００１２】
速硬材スラリー中の水量は、水／速硬材（固形分）比で５００〜１６００％である。５００％未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、１６００％を超えると、セメント成分の凝結遅延が生じる。速硬材スラリー中の好ましい水量は、９００〜１４００％である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
速硬材スラリーには、その他、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどの混和剤を添加してもよい。ただし、その際の混和剤は無機系でなければならない。
【００１３】
セメントミルクとは、セメントに適量の分散剤を添加し、これらを所定量の水に溶いてミキサにより攪拌混合したものである。
セメントミルク用のセメントとしては、例えばポルトランドセメント（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など）、コロイドセメント、超微粒子セメントなどを採用することができる。このうち、セメントの粒子が細かいほど、セメントミルクが地盤に注入し易いという理由により、超微粒子セメントが好適である。
【００１４】
分散剤用のリン酸塩としては、遅延剤用のリン酸塩を採用することができる。このうち、セメントの分散効果がより高いということから、ヘキサメタリン酸ナトリウムが好ましい。
分散剤の添加量は、セメント１００重量部に対して０．２〜２．０重量部である。０．２重量部未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、２．０重量部を超えると、セメント成分の凝結遅延が生じる。分散剤の好ましい添加量は、０．２〜１．０重量部である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
【００１５】
セメントミルク中の水量は、水／セメント比で１００〜４００％である。１００％未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、４００％を超えると、セメント成分の凝結遅延が生じる。好ましい水セメント比は１６０〜２８０％である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
セメントミルクには、その他、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウムなどの混和剤を添加してもよい。ただし、その混和剤は無機系でなければならない。
【００１６】
速硬材スラリーとセメントミルクとの混合比は、１：３〜３：１である。 １：３未満では、セメント成分の硬化が不可能となる。また、３：１を超えると、セメント成分の硬化が急速に進む。速硬材スラリーとセメントミルクとの好ましい混合比は１：１である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記セメントミルクのセメント成分は、超微粒子セメントである請求項１に記載の速硬性地盤注入材である。
【００１８】
超微粒子セメントとは、粉末度がブレーン値で９０００〜１３０００ｃｍ２／ｇのセメントである。９０００ｃｍ２／ｇ未満では、粒子が粗くて地盤への注入性が低下する。また、１３０００ｃｍ２／ｇを超えると粒子同士が凝集する。超微粒子セメントの好ましい粉末度は１００００〜１２０００ｃｍ２／ｇである。この範囲であれば、地盤への注入性が非常に良好となる。
超微粒子セメントの素材としては、例えば各種のポルトランドセメントを採用することができる。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などを採用することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、前記炭酸塩は炭酸ナトリウムで、前記リン酸塩はリン酸水素二カリウムである請求項１または請求項２に記載の速硬性地盤注入材である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の速硬性地盤注入材によれば、速硬材スラリーに添加される凝結調整剤として、炭酸塩の刺激剤とリン酸塩の遅延剤とからなるものを採用し、またセメントミルクに添加される分散剤としてリン酸塩を採用したので、セメント硬化体の長期的な耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。ただし、この発明はこれに限定されものではない。
【実施例１】
【００２２】
（１）使用材料
この発明に使用される材料を、以下の表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１に示す材料中のものを表２の割合で配合し、これらをミキサ（１２００ｒｐｍ）に投入して２分間練り混ぜ、速硬材スラリーを作製した。また、表１の材料中、超微粒子セメントと水とを表２の割合で配合し、これらをミキサ（１２００ｒｐｍ）に投入後、２分間練り混ぜ、セメントミルクを作製した。次に、速硬材スラリーとセメントミルクとを１：１の割合でミキサ（１２００ｒｐｍ）に投入し、これらを２分間練り混ぜて速硬性地盤注入材を得た。
その後、得られた速硬性地盤注入材を軟弱地盤に所定量注入し、最終強度を測定した。最終強度は２８日後、注入地盤が１Ｎ／ｍｍ２を超えたか否かで、それぞれの良否を判定した。強度試験は、ＪＳＣＥ−Ｇ５３１により行った。その結果を、同じく表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
表２から明らかなように、試験例１，２の速硬性地盤注入材によれば、速硬材スラリーとセメントミルクとを練り混ぜた速硬性地盤注入材の全ての組成物を無機系としたことで、一部の組成物に有機系の材料を使用した比較例１〜４に比べて、長期的な耐久性が高いセメント硬化体を得ることができた。
【技術分野】
【０００１】
この発明は速硬性地盤注入材、詳しくは凝結調整剤と分散剤として、それぞれ無機系のものを採用することにより、セメント硬化体の長期的な耐久性を高めた無機系の速硬性地盤注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
速硬性地盤注入材は、例えば水質汚濁の危険性が存在するダムの堤体の補修工事、または、水の流れが存在する場所で地盤改良を行うときに使用されている。
従来の速硬性地盤注入材として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１は、非晶質カルシウムアルミネート、結晶質カルシウムアルミネートおよび無水石膏に、適量の凝結調整剤を添加して水に溶いた速硬材スラリー（Ａ液）と、ポルトランドセメント、コロイドセメント、超微粒子セメントなどのセメント成分に、適量の分散剤を添加して水に溶いたセメントミルク（Ｂ液）とを混ぜ合わせた２液タイプの速硬性地盤注入材である。
【０００３】
特許文献１の速硬性地盤注入材では、凝結調整剤に配合される刺激剤としてリン酸リチウムを採用し、遅延剤としては有機酸系遅延剤の一種である酒石酸、クエン酸などを採用していた。また、分散剤としては、特許文献１に記載はないが有機系のものが採用されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４８１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、原子力関連構造物（セメント硬化体）などでは、１００年以上の長期的な耐久性が要求される。このような構造物に速硬性地盤注入材を使用するとき、例えば特許文献１のように、速硬性地盤注入材の組成物の一部、例えば凝結調整剤、分散剤などにでも有機系材料を使用すれば、長い期間が経過するうちに有機物が分解され、構造物が劣化するおそれがあった。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、速硬材スラリーに添加される凝結調整剤、および、セメントミルクに添加される分散剤を含む速硬性地盤注入材の全ての組成物を無機系とすることに想到した。そうすれば、有機物を一切含まない構造物が得られ、その長期的な耐久性が高まることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、セメント硬化体の長期的な耐久性が高まる速硬性地盤注入材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、凝結調整剤を含む速硬材スラリーと、分散剤を含むセメントミルクとを混合して得られた速硬性地盤注入材において、前記凝結調整剤は、刺激剤としての炭酸塩と遅延剤としてのリン酸塩とからなり、前記分散剤はリン酸塩からなる速硬性地盤注入材である。
【０００９】
速硬材スラリーとは、非晶質カルシウムアルミネートと無水石膏との混合物に適量の凝結調整剤（ゲルタイム調整剤）を添加して速硬材とし、これに所定量の水を加え、ミキサにより攪拌混合したものである。
カルシウムアルミネートは、酸化カルシウムと酸化アルミニウムとが、ある一定の割合で存在する組成のものである。
また、カルシウムアルミネート（非晶質）と無水石膏との混合比は、３：７〜６：４である。３：７未満では初期強度が低下する。また、６：４を超えると地盤注入材に含まれるセメント成分の凝結が急速に早まる。
【００１０】
凝結調整剤の添加量は、カルシウムアルミネートと無水石膏とを加えたものを１００重量部として、２〜１０重量部である。２重量部未満では地盤注入材に含まれるセメント成分の凝結が急速に早まる。また、１０重量部を超えるとこのセメント成分の凝結遅延が生じる。凝結調整剤の好ましい添加量は、４〜６重量部である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
【００１１】
刺激剤と遅延剤との混合比は、４：１〜１：１である。４：１未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、１：１を超えると、地盤注入材に含まれるセメント成分の凝結遅延が生じる。刺激剤と遅延剤との好ましい混合比は２：１である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
【００１２】
速硬材スラリー中の水量は、水／速硬材（固形分）比で５００〜１６００％である。５００％未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、１６００％を超えると、セメント成分の凝結遅延が生じる。速硬材スラリー中の好ましい水量は、９００〜１４００％である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
速硬材スラリーには、その他、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどの混和剤を添加してもよい。ただし、その際の混和剤は無機系でなければならない。
【００１３】
セメントミルクとは、セメントに適量の分散剤を添加し、これらを所定量の水に溶いてミキサにより攪拌混合したものである。
セメントミルク用のセメントとしては、例えばポルトランドセメント（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など）、コロイドセメント、超微粒子セメントなどを採用することができる。このうち、セメントの粒子が細かいほど、セメントミルクが地盤に注入し易いという理由により、超微粒子セメントが好適である。
【００１４】
分散剤用のリン酸塩としては、遅延剤用のリン酸塩を採用することができる。このうち、セメントの分散効果がより高いということから、ヘキサメタリン酸ナトリウムが好ましい。
分散剤の添加量は、セメント１００重量部に対して０．２〜２．０重量部である。０．２重量部未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、２．０重量部を超えると、セメント成分の凝結遅延が生じる。分散剤の好ましい添加量は、０．２〜１．０重量部である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
【００１５】
セメントミルク中の水量は、水／セメント比で１００〜４００％である。１００％未満では、セメント成分の凝結が急速に早まる。また、４００％を超えると、セメント成分の凝結遅延が生じる。好ましい水セメント比は１６０〜２８０％である。この範囲であれば、ゲルタイムを目標とする時間の範囲で制御可能である。
セメントミルクには、その他、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウムなどの混和剤を添加してもよい。ただし、その混和剤は無機系でなければならない。
【００１６】
速硬材スラリーとセメントミルクとの混合比は、１：３〜３：１である。 １：３未満では、セメント成分の硬化が不可能となる。また、３：１を超えると、セメント成分の硬化が急速に進む。速硬材スラリーとセメントミルクとの好ましい混合比は１：１である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記セメントミルクのセメント成分は、超微粒子セメントである請求項１に記載の速硬性地盤注入材である。
【００１８】
超微粒子セメントとは、粉末度がブレーン値で９０００〜１３０００ｃｍ２／ｇのセメントである。９０００ｃｍ２／ｇ未満では、粒子が粗くて地盤への注入性が低下する。また、１３０００ｃｍ２／ｇを超えると粒子同士が凝集する。超微粒子セメントの好ましい粉末度は１００００〜１２０００ｃｍ２／ｇである。この範囲であれば、地盤への注入性が非常に良好となる。
超微粒子セメントの素材としては、例えば各種のポルトランドセメントを採用することができる。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などを採用することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、前記炭酸塩は炭酸ナトリウムで、前記リン酸塩はリン酸水素二カリウムである請求項１または請求項２に記載の速硬性地盤注入材である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の速硬性地盤注入材によれば、速硬材スラリーに添加される凝結調整剤として、炭酸塩の刺激剤とリン酸塩の遅延剤とからなるものを採用し、またセメントミルクに添加される分散剤としてリン酸塩を採用したので、セメント硬化体の長期的な耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。ただし、この発明はこれに限定されものではない。
【実施例１】
【００２２】
（１）使用材料
この発明に使用される材料を、以下の表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１に示す材料中のものを表２の割合で配合し、これらをミキサ（１２００ｒｐｍ）に投入して２分間練り混ぜ、速硬材スラリーを作製した。また、表１の材料中、超微粒子セメントと水とを表２の割合で配合し、これらをミキサ（１２００ｒｐｍ）に投入後、２分間練り混ぜ、セメントミルクを作製した。次に、速硬材スラリーとセメントミルクとを１：１の割合でミキサ（１２００ｒｐｍ）に投入し、これらを２分間練り混ぜて速硬性地盤注入材を得た。
その後、得られた速硬性地盤注入材を軟弱地盤に所定量注入し、最終強度を測定した。最終強度は２８日後、注入地盤が１Ｎ／ｍｍ２を超えたか否かで、それぞれの良否を判定した。強度試験は、ＪＳＣＥ−Ｇ５３１により行った。その結果を、同じく表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
表２から明らかなように、試験例１，２の速硬性地盤注入材によれば、速硬材スラリーとセメントミルクとを練り混ぜた速硬性地盤注入材の全ての組成物を無機系としたことで、一部の組成物に有機系の材料を使用した比較例１〜４に比べて、長期的な耐久性が高いセメント硬化体を得ることができた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝結調整剤を含む速硬材スラリーと、分散剤を含むセメントミルクとを混合して得られた速硬性地盤注入材において、
前記凝結調整剤は、刺激剤としての炭酸塩と遅延剤としてのリン酸塩とからなり、
前記分散剤はリン酸塩からなる速硬性地盤注入材。
【請求項２】
前記セメントミルクのセメント成分は、超微粒子セメントである請求項１に記載の速硬性地盤注入材。
【請求項３】
前記炭酸塩は炭酸ナトリウムで、
前記リン酸塩はリン酸水素二カリウムである請求項１または請求項２に記載の速硬性地盤注入材。
【請求項１】
凝結調整剤を含む速硬材スラリーと、分散剤を含むセメントミルクとを混合して得られた速硬性地盤注入材において、
前記凝結調整剤は、刺激剤としての炭酸塩と遅延剤としてのリン酸塩とからなり、
前記分散剤はリン酸塩からなる速硬性地盤注入材。
【請求項２】
前記セメントミルクのセメント成分は、超微粒子セメントである請求項１に記載の速硬性地盤注入材。
【請求項３】
前記炭酸塩は炭酸ナトリウムで、
前記リン酸塩はリン酸水素二カリウムである請求項１または請求項２に記載の速硬性地盤注入材。
【公開番号】特開２００６−１９９８２１（Ｐ２００６−１９９８２１Ａ）
【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２００５−１３０９９（Ｐ２００５−１３０９９）
【出願日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【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１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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