JP2894529B2

JP2894529B2 - 地盤改良用注入材

Info

Publication number: JP2894529B2
Application number: JP4227707A
Authority: JP
Inventors: 茂生岡林; 宏二福田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH0633057A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダム基礎及びトンネル
掘削の山岳土木、あるいは地下鉄、下水道の地下構造物
や高層ビル基礎の都市土木等に使用する地盤改良用注入
材に関する。更に詳しくは、岩盤の亀裂や砂地盤に注入
して地盤の強化や漏水防止を図る際の微細間隙への浸透
性に優れた高性能の地盤改良用注入材に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤改良用注入材（以下、注入材と記述
する場合がある。）のうちセメント系は、セメントミル
ク系と水ガラスを併用したセメント−水ガラス系（ＬＷ
系）の２種に大別される。両者は特にゲル化時間が大き
く異なり使用目的によって使い分けられている。岩盤や
砂地盤へ使用する場合は、岩盤や砂地盤への浸透のし易
さの観点から、通常使用されるセメントは非常に細かく
粉砕され、ブレーン比表面積を大きく、最大粒径を小さ
くまたは超微粉領域の粒群量を少なくする方法が一般に
採用されている。

【０００３】このようにセメント系注入材はその粒度分
布が重要であるが、ポルトランドセメントクリンカーと
高炉スラグを主要構成成分とする注入材は、ポルトラン
ドセメントクリンカーと高炉スラグの粉砕性が大きく相
違するので、別々に粉砕した後両者を混合する分離粉砕
方式により一般に製造されている。一方、セメントを含
む各種の粉体は、粉体の粒径が２〜３μｍ以下となると
粒子表面における種々の作用によって凝集力が著しく増
大し、例えば界面活性剤を添加して凝集力を減少させよ
うとしても、凝集粒子の十分な解こう・分散は困難であ
る。

【０００４】ポルトランドセメントクリンカーまたは高
炉スラグのそれぞれを１０〜１５μｍ以下に微粉砕し、
次に混合して上記のようなセメント系注入材を製造した
場合、かなりの量含まれる２〜３μｍ以下の超微粉粒群
は水中での凝集力は極めて大きくなる。このため、ポル
トランドセメントクリンカーまたは高炉スラグの一次粒
子が非常に細かくなったにしても、注入の際にセメント
粒子と高炉スラグ粒子は凝集して見掛けの粒径は数倍あ
るいは数十倍となり、微細な間隙への浸透性は著しく低
下する。従って、この対策として分離粉砕されたポルト
ランドセメントクリンカーあるいは高炉スラグから２〜
３μｍ以下の超微粉粒群を分級・除去する方法が行われ
ているが、工程が煩雑であり製造原価は高価なものとな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、セメントミルク系とＬＷ系のセメント注入
材において、水あるいは水ガラス溶液である分散媒体で
ポルトランドセメントクリンカーまたは高炉スラグの特
に２〜３μｍ以下の超微粉粒群を十分に解こう・分散さ
せ、注入材本来の機能を発揮させることにある。

【０００６】セメント系注入材が分散媒体中で十分解こ
う・分散されると、岩盤や砂地盤の微細な亀裂や間隙へ
の浸透性が良好になる。また、固形分／分散媒体比が同
一の場合には、注入材の自然沈降速度が小さくなり材料
分離が起こり難くなる。更には、微細間隙への浸透性が
優れると、岩盤や砂地盤に浸透し硬化した注入材は岩盤
や砂地盤を強化し、止水性を改善する。

【０００７】即ち、本発明の目的は、注入材の使用段階
におけるセメントミルク系あるいは水ガラスを併用した
ＬＷ系注入溶液中のセメント粒子の分散性を高め、注入
材料としての機能を十分に活かし、岩盤や砂地盤に対し
て優れた改良効果を与える注入材を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究し、
ブレーン比表面積が６０００〜１２５００ｃｍ^２／ｇで
あり、且つ高炉スラグ含有量が特定の割合である混合粉
砕により製造される組成物が上記の目的を達成すること
を見出し本発明に到達した。

【０００９】即ち本発明の要旨は、（１）ポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグを
混合粉砕して得られるブレーン比表面積が６０００〜１
２５００ｃｍ²／ｇの混合物とせっこうとからなる組成
物あるいはポルトランドセメントクリンカー、高炉スラ
グおよびせっこうを混合粉砕して得られるブレーン比表
面積が６０００〜１２５００ｃｍ²／ｇの組成物であっ
て、該組成物中の高炉スラグ含有量が６０〜８５重量％
であり、且つせっこう含有量がＳＯ₃基準で０．５〜
１．６重量％である地盤改良用注入材、である。

【００１０】更に、本発明の好ましい態様は、（２）混
合物が竪型ローラミルで混合粉砕したものである上記
（１）に記載の地盤改良用注入材、（３）せっこうが無
水せっこうである上記（１）に記載の地盤改良用注入
材、（４）ポルトランドセメントクリンカーが早強クリ
ンカーまたは耐硫酸塩クリンカーである上記（１）に記
載の地盤改良用注入材、である。

【００１１】分離粉砕した後混合して得られるポルトラ
ンドセメントクリンカー、高炉スラグおよびせっこうか
らなるセメントミルク系あるいはＬＷ系の注入材は、ブ
レーン比表面積が例えば１００００ｃｍ^２／ｇ程度にな
ると、それぞれの成分が構成する凝集粒子の量が多い。
このため分散媒体に加えられて注入スラリーとしたとき
に、凝集粒子の解こう・分散が不十分であり、注入材と
しての機能が十分に活かされないことがわかった。

【００１２】本発明者はこのような状況に鑑み本発明の
目的を達成するために、セメントクリンカーの種類、高
炉スラグの配合量およびせっこうの種類、添加量を変
え、更に粉砕方式の異なるミルを使用し種々の粉砕試験
を行った。得られた注入材については注入特性等を試験
した。

【００１３】その結果、次の様な試験結果が得られた。
ポルトランドセメントクリンカーの種類については普
通、早強、中庸熱、耐硫酸塩、ＡＳＴＭＴｙｐｅ４に
類似する低熱、Ｃ_２Ｓ量約９０％等の高Ｃ_２Ｓ系が使用
できるが、早強セメントクリンカーまたは耐硫酸塩セメ
ントクリンカー等の高Ｃ_３Ｓ系クリンカーの使用が好ま
しい

【００１４】高炉スラグは注入性状および注入後の硬
化、更には耐久性向上のために不可欠である。特に、岩
盤や砂地盤への浸透性を高めるためにはポルトランドセ
メントクリンカー、高炉スラグおよびせっこうの合計に
対して６０〜８５重量％の高炉スラグ量が必要である。
高炉スラグ量が６０重量％未満ではセメント微粒子の水
中での凝集の抑制が不十分となる。高炉スラグ量が８５
重量％を超えると、ポルトランドセメントクリンカーと
高炉スラグあるいはポルトランドセメントクリンカー、
高炉スラグおよびせっこうを混合粉砕すると、相対的に
高炉スラグの粗い粒子が多量残存し注入特性が劣化す
る。強度、耐久性の面からも高炉スラグ量は６０〜８５
重量％が好ましい。

【００１５】本発明の注入材の原料であるポルトランド
セメントクリンカー、高炉スラグおよびせっこうのうち
少なくともポルトランドセメントクリンカーと高炉スラ
グとは混合粉砕することが不可欠である。一般構造用高
炉セメントの場合には、セメントクリンカーと高炉スラ
グを別々に粉砕することが好ましいといわれているが、
本発明のように非常に細かい粒群からなる注入材を製造
するためには分離粉砕ではなく混合粉砕に依らねばなら
ない。粉砕には竪型ローラミルやボールミル（チューブ
ミル）を使用するが、粉砕機構に相違があり、ローラミ
ルの方がボールミル（チューブミル）より好ましい。

【００１６】使用するせっこうの特に好ましい形態は無
水せっこう（２型）である。せっこうの添加量は注入材
のＳＯ_３基準で０．５〜３．０重量％であるが、好まし
くは１．２〜１．６重量％である。

【００１７】本発明の注入材の粉末度は、ブレーン比表
面積で６０００〜１２５００ｃｍ^２／ｇである。ブレー
ン比表面積が６０００ｃｍ^２／ｇ未満では最大粒径が大
きくなるため浸透性が低下する。ブレーン比表面積が１
２５００ｃｍ^２／ｇを超えると高炉スラグの添加効果、
即ち水中におけるポルトランドセメントクリンカーの分
散性を向上させる効果が小さくなる。

【００１８】なお、本発明の注入材に本発明の目的を損
なわない範囲で各種のセメント混和剤、即ちＡＥ剤、Ａ
Ｅ減水剤、高性能減水剤、発泡剤、起泡剤、急結剤、防
錆剤、防水剤等を混合しうることは勿論である。

【００１９】

【作用】セメント系注入材の機能を高めるために通常注
入材の粒度を細かくする。しかし、単に注入材の構成粒
子を微細に粉砕するだけでは注入材の特に超微粉粒群の
凝集を助長させる。このため優れたセメント系注入材を
製造するためには超微粉粒群の凝集を抑制することが極
めて重要になる。

【００２０】本発明はこの点に着目した研究の結果見出
された注入性状の優れた材料である。竪型ローラミルを
使用する混合粉砕を行って本発明の注入材を製造し、こ
の注入材と水を混合して調製したセメントミルクを顕微
鏡で観察すると、ポルトランドセメントクリンカー粒子
と高炉スラグ粒子は超微粉に至るまで水中で非常に良く
分散していることが確認された。これに対して、分離粉
砕品あるいは高炉スラグ量が６０％未満では、特にクリ
ンカー粒子の凝集が著しい。

【００２１】混合粉砕により構成材料であるポルトラン
ドセメントクリンカーと高炉スラグを非常に細かく粉砕
した場合、ポルトランドセメントクリンカー粒子と高炉
スラグ粒子は均一に分散し、かつ緩やかに付着した状態
にあり、このため水中で良く分散するものと考えられ
る。このような現象はポルトランドセメントクリンカー
と高炉スラグの特定配合割合において生じ、高炉スラグ
含有量を６０〜８５重量％とする本発明の要件の範囲に
おいて本発明は顕著な効果を奏する。

【００２２】

【実施例】実施例および比較例に用いたポルトランドセ
メントクリンカーの化合物組成を表１に、また注入材の
構成成分、粉砕方式および粉末度を表２に示す。なお、
混合粉砕品はポルトランドセメントクリンカー、高炉ス
ラグおよびせっこうを竪型ローラミルで混合粉砕して得
られたものであり、分離粉砕品はポルトランドセメント
クリンカーとせっこうとの混合物および高炉スラグ単独
をそれぞれ竪型ローラミルでブレーン比表面積９２００
ｃｍ^２／ｇを目標に粉砕し、その後両者を混合したもの
である

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例１〜８、比較例１〜８表２に示した注入材を用い、水セメント比を２００％ま
たは６００％とし、ナフタリンスルフォン酸ホルマリン
高縮合物を主成分とする高性能減水剤（花王（株）製、
商品名マイティ１５０）を注入材に対して２重量％添加
し、ジューサミキサで３０秒間攪拌してセメントミルク
を調製した。これらのセメントミルクについて微細間隙
への浸透性およびその硬化体の圧縮強度を測定した。

【００２６】浸透性は、内径５０ｍｍ、高さ２００ｍｍ
の円筒容器の底に径５０ｍｍ、高さ５ｍｍのガラスフィ
ルター（平均孔径４５μｍ）を取り付けた注入試験装置
を用い、水セメント比を６００％としたセメントミルク
１リットルを、１ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧条件下で１０分
間通過させ浸透率を求めた。浸透率はセメントミルクの
固形分量に対するガラスフィルター通過後のセメントミ
ルクの固形分量の百分率で表示した。

【００２７】硬化体強度は、水セメント比を２００％と
したセメントミルクを、その沈降、硬化後の高さが約
６．５ｃｍになるように型枠に充填し、表面をポリエチ
レンシートで密封して２０℃で２８日間養生した後脱型
し、得られたφ３×６ｃｍの供試体について圧縮強度を
測定した。これらの結果を表３に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】微細間隙への注入材の浸透性および硬化体
圧縮強度の試験結果から、粉砕方式は混合粉砕でなけれ
ばならないこと、ポルトランドセメントクリンカーは早
強または耐硫酸塩クリンカーが好ましいこと、高炉スラ
グ含有量６０〜８５重量％、ブレーン比表面積６０００
〜１２５００ｃｍ^２／ｇの注入材が優れた性状を有する
ことが分かる。

【００３０】実施例９、１０、比較例９、１０表２に示した注入材Ｎｏ．２、６、１０および１１を用
い、水セメント比を６００％とし、前述の高性能減水剤
を注入材に対して２重量％添加し、ジューサミキサで３
０秒間攪拌してセメントミルクを調製した。調製後２０
分間攪拌した後、セメント協会標準試験方法ＣＡＪＳ
Ｋ−０２「４５μｍ網ふるいによるセメントの粉末度試
験方法」に準じ、網ふるい残分量を測定した。結果を表
４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】比較例９及び比較例１０の注入材のブレー
ン比表面積はそれぞれ実施例９及び実施例１０のそれに
近似しているが、セメントミルク中では凝集物の形成が
顕著であり、これが微細間隙への浸透を阻害しているも
のと考えられる。この比較例９及び比較例１０の注入材
の４５μｍ網ふるい残査を走査型電子顕微鏡で観察した
結果、これらは粗粒の一次粒子ではなく、非常に細かい
粒子の凝集物であることが確認された。

【００３３】

【発明の効果】本発明の注入材には次のような効果があ
る。（１）注入材中の構成粒子の付着が非常に少なく、セメ
ントミルクにしたときあるいは水ガラススラリーとした
ときに、微粉粒子が水または水ガラスに良く分散する。（２）分散された注入材粒子は岩盤の亀裂や砂地盤の間
隙へ良く浸透する。（３）微細間隙に浸透した注入材は、硬化した後地盤改
良材としての主目的である地盤強化、止水を果たすこと
ができる。（４）以上の結果によって山岳土木や都市土木工事での
注入材として優れた特性を発揮する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＥ０２Ｄ 3/12 １０１Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１ // Ｃ０９Ｋ 103:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 17/10 C04B 22/14 C04B 28/08 C09K 17/02 C09K 17/06 E02D 3/12 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポルトランドセメントクリンカーと
高炉スラグを混合粉砕して得られるブレーン比表面積が
６０００〜１２５００ｃｍ²／ｇの混合物とせっこうと
からなる組成物あるいはポルトランドセメントクリンカ
ー、高炉スラグおよびせっこうを混合粉砕して得られる
ブレーン比表面積が６０００〜１２５００ｃｍ²／ｇの
組成物であって、該組成物中の高炉スラグ含有量が６０
〜８５重量％であり、且つせっこう含有量がＳＯ₃基準
で０．５〜１．６重量％である地盤改良用注入材。