JPH11263972A

JPH11263972A - 地盤改良用注入材

Info

Publication number: JPH11263972A
Application number: JP10089429A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Arai; 範彦新井
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】セメントの凝結および硬化を促進し、ゲルタ
イムの調整が容易で、固結体の初期および長期の強度発
現性に優れる地盤改良用注入材を提供する。【解決手段】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種
以上を原料として製造された急硬性焼成物、石膏および
炭酸アルカリを含有する地盤改良用注入材。更にはこれ
に凝結遅延剤を含有する地盤改良用注入材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤強化、止水お
よびトンネル、セグメント等の裏込めにおいて、セメン
トと組み合わせて用いることにより、ゲルタイム（地盤
改良用注入材とセメントの混合スラリーのゲル化時間）
および固結体の強度を任意に調整することができる地盤
改良用注入材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地盤改良用注入材に使用されてい
る主な材料は、水ガラス系、高分子系およびセメント系
に大別される。

【０００３】水ガラス系の材料は、重曹、塩化ナトリウ
ム等の反応材と水ガラスの組み合わせからなり、水ガラ
スの濃度および両者の配合比を変えることにより、ゲル
タイムおよび強度を調整するものである。

【０００４】高分子系の材料はアクリルアミド、尿素ホ
ルマリン縮合物、ウレタン等があり、触媒を加えて重合
させることにより、短時間に高強度を得ることができる
ものである。

【０００５】セメント系の材料は、溶融カルシウムアル
ミネート等のセメント急硬材とセメントとの組み合わせ
からなり、両者の濃度および配合比を変えることによ
り、ゲルタイムおよび強度を調整するものである。

【０００６】しかしながら、水ガラス系の固結体の強度
は経時的に低下することが知られてており、しかもアル
カリの溶出による環境汚染が問題となっている。また、
高分子系材料は毒性が大きいため、緊急性が要求される
場合以外はほとんど使われていない。更に、セメント系
材料は毒性がほとんどなく、固結体の耐久性に優れては
いるものの、固結体の強度の発現性はまだ十分とはいえ
ない。

【０００７】一方、近年、都市ゴミや下水汚泥等の一般
廃棄物および産業廃棄物は著しく増加し、廃棄物の有効
利用、再資源化が各方面で試みられているが、廃棄物処
理に関する決定的な方法はなく、現状は、埋め立てに頼
っている。しかし、最近、セメントの製造分野では、廃
棄物の有効利用および再資源化を目的に、都市ゴミ焼却
灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として、水和反応
の速い焼成物（以下、急硬性焼成物という）が製造され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、セ
メントの凝結および硬化を促進し、ゲルタイムの調整が
容易で、固結体の初期および長期の強度発現性が高い地
盤改良用注入材を提供することを目的とする。また、本
発明は、廃棄物から製造された急硬性焼成物の使用を通
して廃棄物の有効利用および再資源化を図ることを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、急硬
性焼成物によるセメントの硬化促進反応を鋭意研究した
結果、急硬性焼成物、石膏および炭酸アルカリの一定の
混合物が地盤改良用注入材として優れており、更に、こ
の混合物に凝結遅延剤を添加すると、地盤注入材の可使
時間、および地盤注入材とセメントの混合スラリーのゲ
ルタイムが容易に調整できることを見出し本発明を完成
した。即ち、本発明は（１）急硬性焼成物１００重量部
に対し、石膏５〜５０重量部および炭酸アルカリ０．５
〜３０重量部を含有する地盤改良用注入材を提供する。
また、（２）この地盤改良用注入材は、更に凝結遅延剤
５重量部以下を含有しても良く、（３）かかる急硬性焼
成物が、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａの
１種以上を１０〜４０重量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの１種
以上を含む焼成物である地盤改良用注入材を提供するも
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明で用いる急硬性焼成物は、
都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種以上を原料とし
て製造された焼成物であり、更には、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣ
ｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａの１種以上を１０〜４０重
量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの１種以上を含む焼成物であ
る。なお、ここで使用する原料は、貝殻や下水汚泥に生
石灰を混合した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産
業廃棄物、更には普通のセメント原料である石灰石、粘
土、珪石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成
分調整した原料であってもよい。かかる原料を１２００
〜１５００℃で焼成して得たクリンカを粉砕して急硬性
焼成物を製造する。

【００１１】かかる焼成物中のアルミニウム源は焼却灰
から主に由来するので、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇Ｃ
ａＦ₂、Ｃ₃Ａ等のアルミニウム化合物の含有量が１０重
量％未満では、焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物の
有効利用および再資源化の観点から好ましくない。ま
た、４０重量％を超えると水和の進行によって過大に膨
張する場合がある。

【００１２】本発明に用いる石膏は、無水石膏、二水石
膏、半水石膏のいずれも使用できるが、特に初期の強度
発現性の点から、無水石膏が好適に用いられる。石膏は
焼成物１００重量部に対して５〜５０重量部添加するの
が好ましい。５重量部未満ではエトリンガイトおよびモ
ノサルフェートの生成量が不十分で凝結が遅く、初期強
度が低下する。また、５０重量部を超えると、未反応の
石膏の水和による膨張のため長期強度が低下する場合が
ある。

【００１３】本発明に用いる炭酸アルカリは、急硬性焼
成物に作用してエトリンガイトの生成速度を速めて初期
強度を高める作用を有する。かかる炭酸アルカリとして
は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等が
挙げられ、水への溶解のしやすさから炭酸ナトリウムが
特に好ましい。炭酸アルカリの配合量は、急硬性焼成物
１００重量部に対して、０．５〜３０重量部が好まし
い。０．５重量部未満では、初期強度の増進が十分でな
く、３０重量部を超えると、固結体の長期強度および耐
久性が低下する場合がある。

【００１４】本発明に用いる凝結遅延剤は、本発明の地
盤改良用注入材の可使時間および混合スラリーのゲルタ
イムを調節する機能を担うものである。かかる凝結遅延
剤は、例えばクエン酸、グルコン酸、酒石酸、しょ糖等
が使用でき、これらの１種または２種以上を組み合わせ
て使用できる。凝結遅延剤の添加量は、目標とする可使
時間やゲルタイムの長さに応じて調整すれば良く、例え
ば急硬性焼成物１００重量部に対し５重量部以下が好ま
しい。５重量部を超えて用いると強度が低下する場合が
ある。凝結遅延剤の添加方法は、本発明に係る地盤改良
用注入材を構成する他の成分の混合物に予め添加しても
よいが、地盤改良用注入材の可使時間および混合スラリ
ーのゲルタイムの調整が容易な点から、地盤改良用注入
材の混練水に溶解して用いるのが好ましい。

【００１５】本発明の地盤改良用注入材と組み合わせて
使用できるセメントとしては、例えば普通セメント、早
強セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、
微粒子セメント、超微粒子セメント等の公知のセメント
が使用可能である。本発明の地盤改良用注入材とセメン
トの使用比率は特に限定されず、使用目的によって適宜
決定することができるが、地盤改良用注入材１００重量
部に対し、セメント１００〜１０００重量部が好まし
い。

【００１６】また、本発明の地盤改良用注入材は、凝結
遅延剤の添加量を加減することにより混合スラリーのゲ
ルタイムを任意に調整できるため、その使用方法も種々
選択可能であり、（１）本発明の地盤改良用注入材とセ
メントを同時に混練してなる混合スラリーを、１本の注
入管を通して圧送し、地盤中に注入する１ショット法、
（２）本発明の地盤改良用注入材とセメントを別々に混
練して調整した懸濁液を、２本の注入管を通してそれぞ
れ別々に圧送し、地盤に注入する直前で合流・混合させ
て地盤に注入する１．５ショット法、（３）本発明の地
盤改良用注入材とセメントを別々に混練して調整した懸
濁液を、２本の注入管を通してそれぞれ別々に圧送し、
地盤中で合流・混合させる２ショット法のいずれの方法
もゲルタイムに合わせて選択可能である。

【００１７】なお、本発明の地盤改良用注入材および／
またはセメントに、またはそれらの混練水に、流動性を
高めるため、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性
能ＡＥ減水剤等を、また急硬性を高めるために、硫酸ア
ルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸塩、明
礬、仮焼明礬石、石灰、グリセリン、トリエタノールア
ミン、水ガラス等を添加することもできる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。なお、これら
は例示であり本発明を限定するものではない。

【００１９】製造例１表１に示す乾燥した都市ゴミ焼却灰５４．３重量％、石
灰石粉４２．５重量％、アルミ灰１．１重量％、粘土
１．１重量％、蛍石０．５重量％を原料として、ロータ
リーキルンを用いて１３００〜１４５０℃でクリンカを
焼成した。得られたクリンカは、縦型ミルでブレーン比
表面積が４０００ｃｍ²／ｇになるよう粉砕して急硬性
焼成物を製造した。なお、製造した急硬性焼成物の鉱物
組成を表２に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】製造例２製造例１で得られた急硬性焼成物、無水石膏および炭酸
ナトリウムを表３に示す配合比で混合して地盤改良用注
入材を調整した。なお、クエン酸は地盤改良用注入材の
混練水に溶解して用いた。

【００２３】

【表３】

【００２４】試験例１製造例２で得られた各地盤改良用注入材について、以下
の方法に従ってゲルタイム、初期強度および長期強度を
測定した。なお、以下の測定のための作業および養生は
２０℃の恒温室内で行い、この結果を表４に示した。

【００２５】（ゲルタイムの測定）３００ｍｌのカップ
に水５０ｇを計り取り、普通セメント４０ｇを加え、ミ
キサーで１分間混練した（以下、Ｂ液という）。また、
別の３００ｍｌのカップに水６０ｇを計り取り、表３に
示すそれぞれの配合の合計１０ｇの材料うち、先にクエ
ン酸を水に溶解し、次に残りの成分の混合物を加え、ミ
キサーで同様に１分間混練した（以下、Ａ液という）。
次に、Ａ液とＢ液をすばやく混合した後、その混合液の
全量を２００ｍｌのカップに移し、混合液が流動性を示
さなくなる（ゲル化）までの時間（ゲルタイム）を、カ
ップを時々傾けて観察することにより測定した。

【００２６】（初期強度の測定）上記の混合液のゲル化
後１０分の固結体の強度を、コーン式液性限界測定器
（先端角度が６０℃のコーンを使用）を用いて、コーン
が固結体に貫入した深さを常法により測定した。

【００２７】（長期強度の測定）２リットルのカップに
水５００ｇを計り取り、普通セメント４００ｇを加え、
ミキサーで１分間混練した（以下、Ｂ液という）。ま
た、別の２リットルのカップに水６００ｇを計り取り、
表３に示すそれぞれの配合の合計１００ｇの材料のう
ち、先にクエン酸を水に溶解し、次に残りの材料の混合
物を加え、ミキサーで同様に１分間混練した（以下、Ａ
液という）。次に、Ａ液とＢ液をすばやく混合した後、
型枠に流し込み、直径３５ｍｍ、長さ７０ｍｍの円柱試
験体を作製した。試験体は水中養生し、一軸圧縮試験機
を用いて材齢７日および２８日における強度を測定し
た。

【００２８】

【表４】

【００２９】表４から分かるように、無水石膏の配合量
が少ない配合（比較例１および２）は強度，特に初期強
度が低く、また、無水石膏の配合量が過剰な配合（比較
例４および５）、および無水石膏の配合量は適量でも炭
酸ナトリウムの配合量が過剰な配合（比較例３）は、初
期強度が高いが長期強度は低下している。一方、本発明
の地盤改良用注入材（実施例１〜１４）は何れも初期強
度、長期強度ともに高いことが分かる。また、実施例２
および３、実施例５〜８、実施例９および１０から、ク
エン酸の添加量が増すに従いゲルタイムは長くなり、ゲ
ルタイムがクエン酸の添加量によって容易に調節できる
ことが分かる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る地盤改良用注入材は、セメ
ントの凝結および硬化を促進し、ゲルタイムの調整が容
易で、固結体の初期および長期の強度発現性に優れるも
のである。また、本発明は、廃棄物から製造された急硬
性焼成物の地盤改良用注入材への使用を通して廃棄物の
有効利用および再資源化を図ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種
以上を原料として製造された急硬性焼成物１００重量部
に対し、石膏５〜５０重量部および炭酸アルカリ０．５
〜３０重量部を含有する地盤改良用注入材。
【請求項２】請求項１に記載の地盤改良用注入材にお
いて、急硬性焼成物１００重量部に対し、更に凝結遅延
剤５重量部以下を含有する地盤改良用注入材。
【請求項３】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の１種
以上を原料として製造された急硬性焼成物が、Ｃ₁₁Ａ₇
ＣａＣｌ₂，Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂，Ｃ₃Ａの１種以上を１０〜
４０重量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの１種以上を含む焼成物
であることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤
改良用注入材。