JP3550341B2

JP3550341B2 - 可塑性注入材

Info

Publication number: JP3550341B2
Application number: JP2000115511A
Authority: JP
Inventors: 安志面高; 明大川上; 司内沢
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: JP2001303052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可塑性注入材に係り、特に可塑性注入材を軽量化、高強度化するため、セメントミルクを主材量とする硬化材（Ａ材）の配合を高い自由度で変えることができる可塑性注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願の発明者等は、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、及び埋立等に使用する注入材として、セメントミルク（硬化材：Ａ液）と、ベントナイトミルク（可塑化材：Ｂ液）とを混合攪拌して得られる可塑性注入材を提案している（特開平１１−３１０７７９号参照）。
【０００３】
この出願では、可塑性注入材のＢ液に使用するベントナイトの膨潤力は１５以上（以下、高膨潤という）が好適であり、膨潤力１５未満（以下、低膨潤という）では、注入材の可塑化は可能なものの、ベントナイト添加量が増加し、材料分離が生じやすく、また、注入材の軽量化に適さないとしていた。
【０００４】
ここでベントナイトの膨潤力は、日本ベントナイト工業会試験法（ＪＢＡＳ−１０４）によって求められるものであり、蒸留水もしくは純水の中にベントナイトを徐々に落としたときの水中で示す見掛け容積で表示されるものである。具体的には、純粋又は蒸留水１００ｍｌ（ミリリットル）中にベントナイト試料２ｇを落とし、落下後２４時間放置して容器内の推積した試料の見掛け容積を読取るものである。従って膨潤力の単位は、ｍｌ／２ｇである。
【０００５】
また、他の提案として、流動性モルタルに、モンモリロナイト粘土鉱物を混入した流動性の膨潤液を加えることにより非流動性の可塑状のグラウト材を得ることが提案されている（特開平１１−１２４５７４号公報参照）。
【０００６】
同公報には、グラウト材を可塑化するにあたっては、ベントナイトの膨潤度が大きいほどゲル化能力が大きくなり、可塑状に変質する効果が大になるとの記載がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平11−310779号公報によれば、高膨潤ベントナイトでは、ベントナイトミルク（Ｂ液）をポンプ圧送可能な泥水状にするためには、ベントナイトの約７倍（重量）の水で混練するものとしている。
【０００８】
ここで、注入工法を施工する現場ごとに注入材中の気泡量を増加して注入材を軽量化したり、注入材中のセメント量を増加して注入材の強度を高いものとしたいという要請がある。
【０００９】
しかし、上記従来例のようにベントナイトに高膨潤のものを使用すると、Ｂ液のベントナイト量を増加させるに伴ってＢ液に使用する水量を多くしなければならず、注入材の単位体積中のＢ液の水量が増加し、同じ体積の注入材に添加できるＡ液量が減少し、その結果Ａ液中の気泡、固化材を増量、減量する余裕が少なくなり、軽量化や高強度化できる範囲が限定された。
【００１０】
また、高膨潤ベントナイトを使用した可塑性注入材にあっては、注入材中の水分量が大きくなりがちであり、注入材が目標とする耐久性に達しない場合があるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、可塑性注入材の軽量化・高強度化の配合を広い範囲でできるようにし、更に耐久性が高いものとすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は鋭意検討を行い、低膨潤ベントナイトを使用すると、高膨潤ベントナイトを用いたものに比して１．５倍程度のベントナイトの添加量が必要となるが、４倍程度の水によってポンプ圧送可能なＢ液が作液可能となり、したがって、Ｂ液の総量は低膨潤ベントナイトを用いたものの方が少なくてすみ、その結果Ａ液の固化材、気泡の増量が可能であり、注入材を高強度化、軽量化することが容易になることを見いだした。
【００１３】
即ち、低膨潤ベントナイトを使用した注入材を軽量化する場合には、注入材の固形分が同一密度の配合でも、より気泡を増加することが可能で、高膨潤ベントナイトを使用する場合より軽量とすることができ、また、注入材を高強度化する場合には、注入材として同一密度の配合でも、より固化材（セメント）を増加することが可能で、高膨潤ベントナイトを使用した場合より強度が高くなることを見いだした。
【００１４】
さらに、低膨潤ベントナイトを使用した注入材では全体の水量が減り、固形分が増量するため、密実な構造となり、耐久性が向上することを見出した。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の可塑性注入材は、セメントミルクと、膨潤力が6〜10(ｍｌ／2ｇ)の低膨潤ベントナイトと水との配合比が重量比で1:3.3〜1:4.5のベントナイトミルクとを、攪拌混合して形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
〔作用〕
本発明によれば、膨潤力が6〜10（ｍｌ／2ｇ）の低膨潤ベントナイトを使用し、低膨潤ベントナイトと水との配合比を重量比で1：3.3〜1：4.5とするベントナイトミルクを作成したことにより、高膨潤ベントナイトを用いた場合に比較して、Ｂ液の必要水量（特に、体積量）を減少させ、その減少分につきＡ液の固化材又は気泡を増加することが可能となる。このため、Ｂ液の総量（特に、体積量）が減少する（特に、体積で比較するとその相違が明確になる）のにともない、注入材のＡ液中の固化材を増量すると高強度化され、また、同一強度の注入材を作成する場合に気泡を増量すると軽量化される。更に、Ｂ液に添加する低膨潤ベントナイト量が増加した結果として、注入材の硬化体がより緻密化し、耐久性が向上する。
【００１８】
膨潤力が 10（ｍｌ／2ｇ）を超えるベントナイトを使用すると、所定密度の可塑性注入材を作成するに際して、ベントナイト量を少量とすることができるものの、水量を多くする必要があり、全体として、気泡が硬化材を増加できる余裕が少なくなる。
【００１９】
また、膨潤力が 6（ｍｌ／2ｇ）未満のベントナイトを使用すると、所望の注入材の可塑性を得るためには、加えるべきベントナイトの量が増加し、Ｂ液量が増加し、気泡や硬化剤を増加する余裕が少なくなる。
【００２０】
さらに、ベントナイトと水との配合比が重量比で 1：3.3 未満では、ベントナイトと水とを混合する際にダマが発生してＢ液の作液が困難となり、また、同比が 1：4.5 を超えると可塑性が低く適当ではない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の可塑性注入材では、先ずＡ液としてセメントミルク（セメント、水、必要により気泡、各種混和剤を配合）が調製され、これとは別にＢ液としてベントナイトミルク（ベントナイト、水、必要により各種混和剤を配合）が調製される。そして、Ａ液とＢ液を混合し、瞬時に可塑化させる。
【００２２】
Ａ液に用いるセメントは、普通、早強、超早強、白色、耐硫酸塩、中庸熱、低熱など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一種と高炉スラグ、フライアッシュなどの少なくとも一種とを混合した混合セメント、ジェットセメント、アルミナセメントなどの特殊セメント、及びセメント系固化材から選ぶことができる。
【００２３】
セメントミルクは、必要に応じて起泡剤を発泡処理した気泡を混合しセメントエアミルクとすることができる。
【００２４】
Ａ液のセメントミルクには必要に応じて、減水剤などの混和剤を添加してもよく、混和剤の添加によっては練り上がり後の可塑性に影響はない。また、減水剤添加によりＡ液中の単位水量を減らしたり、単位セメント量を増加することが可能なことより、高強度及び軽量化の配合設定の範囲拡大が可能である。また、Ａ液のセメントミルクに、材料分離の可能性がある場合、材料分離防止を目的として、Ａ液にも少量のベントナイトを必要に応じて添加することも可能である。
【００２５】
Ｂ液に用いるベントナイトは、膨潤力５〜１５のものを使用する。なお、ここでいう膨潤力は前述した日本ベントナイト工業会試験法（ＪＢＡＳ−１０４）により求められるものである。
【００２６】
本発明は、上記のごとく予め調製したＡ液、Ｂ液をミルク状態で瞬時に混合する。Ａ液のセメントミルクは、水溶液がセメントから遊離されるカルシウムイオンで過飽和の懸濁状態であり、プラスのカルシウムイオンで満たされている。
【００２７】
一方、Ｂ液のベントナイトミルクは、ベントナイトが膨潤し、マイナスイオンに帯電している。このようなミルク同士の混合によって、ベントナイト粒子表面のマイナス荷電をカルシウムプラスイオンが中和することにより、ベントナイト粒子の分子間引力による急激な凝集反応が発生し、瞬時に可塑化させることができる。
【００２８】
なお、本発明におけるＡ液、Ｂ液の混合割合は、使用目的に応じて適宜決定されるものである。
【００２９】
また、調製された可塑性注入材のフロー値は日本道路公団規格試験法であるシリンダー法で８０（自立）〜１５０ｍｍが好ましく、８０〜１２０ｍｍがより好ましい。８０〜１２０ｍｍでは可塑性注入材として最適であるうえ、水中打設又は流水のある場所でも材料分離が極めて少なく利用可能である。また、１２０〜１５０ｍｍでは流水等の影響を受けない場合、十分に可塑性注入材として使用可能であるが、水中打設に使用の場合、濁りや材料に亀裂が生じる可能性がある。１５０ｍｍ以上のものは通常のエアモルタル、エアミルクの流動性の性状に近く、限定注入等には適さない。
【００３０】
【実施例】
本発明に係る可塑性注入材を実施例により更に説明する。以下の実施例において、注入材の調製方法、試験材料、及び試験方法は次の通りである。
【００３１】
（調製方法）
Ａ液は、セメント系固化材と水をハンドミキサーで２分間混練して調製した。気泡を混合する場合は、さらに、所定の混入量となるように気泡（起泡剤を水で２５倍希釈後、２５倍発泡させたもの）を投入し、ミキサーで３０秒混合した。
【００３２】
Ｂ液は、ベントナイトと水を往復攪拌ミキサーで５分間混練して調製した。Ａ液とＢ液の混合は、ハンドミキサーで１０〜１５秒程度混練して調製した。
【００３３】
（試験材料）試験に使用した材料は以下の通りである。
セメント：住友大阪セメント（株）製セメント系固化材「タフロック」（商標）
ベントナイト：膨潤力３６（高）、膨潤力８（低）のもの
起泡剤：住友大阪セメント（株）製「スミシールドＡ」（商標）
混和剤：花王（株）製高性能減水剤「マイティ１５０」（商標）
【００３４】
（試験方法）
試験項目として「フロー値」の測定、「強度」の測定を以下のような基準で行った。
【００３５】
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。
内径８ｃｍ高さ８ｃｍのシリンダーに試料を入れ、引き抜き後の試料の底面の直径を測定
【００３６】
（強度）化塑性注入材の硬化体の強度は、以下により測定した。
地盤工学会基準「一軸圧縮試験（ＪＩＳＡ１２１６）」
供試体寸法φ５×１０ｃｍ、各材齢３本養生条件は以下の通り
気中養生：材齢１日後脱型、ラップに包み２０℃恒温室養生
水中養生：材齢１日後脱型、容器に供試体体積の１０倍の水を入れ、強度試験日まで２０℃水中養生
【００３７】
〔実施例１〕
本例は、注入材に軽量化が求められる場合を想定して行ったものである。注入材の密度を９００ｋｇ／ｍ^３，７００ｋｇ／ｍ^３（０．９ｇ／ｃｍ^３，０．７ｇ／ｃｍ^３）に設定し、Ａ材とＢ材とを混合した直後のフロー値が１００ｍｍ程度の可塑性となる配合とした。配合を表１に示し、そのフロー値（ｍｍ）と２８日強度（Ｎ／ｍｍ^２）を表２に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
表１及び表２から、注入材を同一密度に設定した場合、低膨潤力ベントナイトを使用したもの（表中▲１▼）は高膨潤ベントナイトを使用したもの（表中▲２▼）より固化材が増量でき、全水量も減量できることから強度が大きくなることが確認できた。したがって、同一強度の注入材を製造するに際しては、低膨潤力ベントナイトを使用した方がより軽量化が可能であることがわかる。
【００４１】
〔実施例２〕
本例は、注入材に高強度が求められる場合を想定して行ったものである。この例でも注入材はフロー値１００ｍｍ程度の可塑性で、かつ、高強度を出すため、固化材を実施例１より増加させている。配合を表３に示し、そのフロー値（ｍｍ）と２８日強度（Ｎ／ｍｍ^２）を表４に示す。
【００４２】
【表３】

【００４３】
【表４】

【００４４】
表３、表４より、同程度の可塑性（フロー値１００ｍｍ程度）となる配合の場合、低膨潤力ベントナイトを使用したもの（表中▲１▼）は高膨潤ベントナイトを使用したもの（表中▲２▼）より固化材が増量でき全水量も減量できることから強度が高くできることが確認できた。
【００４５】
これに対して、ベントナイトが高膨潤である場合、上記例と同程度の強度を出すためには、▲３▼のように固化材を増やす一方、可塑材量を減らさなければならず可塑性が弱くなることが確認できた。
【００４６】
〔実施例３〕
本例は、注入材の耐久性を確認するため、注入材が海水に対してどの程度耐えられるかを測定した例である。
【００４７】
本例は、同程度のフロー値の注入材を型に打設脱型し供試体とし、供試体を人工海水に浸漬し、同じ条件の試料を気中養生したものと比較した。配合を表５に示し、そのフロー値（ｍｍ）と２８日、３ヵ月強度（Ｎ／ｍｍ^２）及び性状を表６に示す。
【００４８】
【表５】

【００４９】
【表６】

【００５０】
表５及び表６から、低膨潤力ベントナイトを使用のもの（表中▲１▼）は、１か月前後より供試体端部にクラックが発生するものの、ほとんど劣化は進行せず、強度はさらに上昇していることがわかる。これに対して、高膨潤力ベントナイトを使用のもの（表中▲２▼）は、１か月前後より供試体端部にクラックが発生しその後急激に破壊した。
【００５１】
したがって、同程度のフロー値となるように作成した注入材のうち、低膨潤力ベントナイトを使用したものは、高膨潤力ベントナイトを使用したものより耐久性に優れるということが確認できた。
【００５２】
〔実施例４〕
本例は、ベントナイトの膨潤力を変えた場合の影響を確認するものである。
異なった膨潤力のベントナイトを使用したＢ液をそのフロー値が１８０ｍｍとなるように作成し、このＢ液を使用したときの注入材のフロー値を測定したものである。
【００５３】
本例では、ベントナイトとして、高膨潤力ベントナイト（膨潤力１６：Ｎｏ．１）、豊順榛名（膨潤力６：Ｎｏ．５）、高膨潤と豊順榛名の混合品（膨潤力１４，１０，８：Ｎｏ．２，３，４）、豊順榛名を気中風化し、膨潤力を低下させたもの（膨潤力４：Ｎｏ．６）を使用した。
【００５４】
なお、Ａ液として、Ｗ／Ｃ＝５０％のセメントミルクを使用した。そして、従来品（高膨潤力ベントナイト（膨潤力１６）を使用したとき：Ｎｏ．１）の注入材のフロー値と同等以上のフロー値が得られるようにＢ液を混合し、Ｎｏ．１で混合したＢ液の量（基準体積）との差（減少量）を算出した。その結果を表７に示す。
【００５５】
【表７】

【００５６】
表７によれば、膨潤力５〜１５程度の場合、膨潤力１６以上よりＢ液の体積が減少でき、しかも、混合後の可塑性状も同等以上となる。したがって、Ｂ液の体積減分をＡ液を増加させること（例えば、混練水、固化材、気泡の増加）ができることが確認できた。
【００５７】
即ち、Ａ液中の混練水を増量することにより、Ａ液の流動性が良くなり、長距離圧送が可能となるし、また、Ａ液中の固化材を増量することにより注入材の強度を増すことができ、更にＡ液中に気泡をより多く混入することにより注入材の軽量化を図ることができる。
【００５８】
また、Ｂ液内のベントナイトの量を増やすこともでき、この場合には注入材が緻密化し耐久性が向上する。
【００５９】
一方、膨潤力が５未満の場合には、ベントナイトを極めて多量に使用しなければ注入材が所定のフロー値にならず、体積が減少しないだけでなく、可塑性状も弱くなる。
【００６０】
〔実施例５〕
本例は、ベントナイトの膨潤力を一定としたときの、Ｂ液におけるベントナイトの混合のト水の比率を変更したときの注入材のフロー値を測定したものである
。
【００６１】
本例ではベントナイトの膨潤力を８（ｍｌ／２ｇ）とし、ベントナイトと水の比率を変更している。なお、Ａ液は同一（固化材３００ｋｇ／ｍ^３、水１５０ｋｇ／ｍ^３）のものを用いた。その結果を表８に示す
【００６２】
【表８】

【００６３】
表８から、水とベントナイトの配合比は１：２．５〜１：５が好適であることが確認できた。同配合比が５を越えると可塑性が不良となり、また、同配合比が２．５以下ではＢ液作製時にベントナイトのダマが生じ、作液が困難となる。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、膨純力が6〜10（ｍｌ／2ｇ）の低膨潤ベントナイトを使用し、低膨潤ベントナイトと水との配合比を重量比で1：3.3〜1：4.5としたベントナイトミルクを作液したことによって、Ｂ液に添加する水量（特に、体積量）が減少し、低膨潤ベントナイトの量が増加するにもかかわらずポンプ圧送可能なＢ液が作液でき、このＢ液を用いてポンプ圧送可能な注入材が作成できる。
また、Ｂ液の総量（特に、体積量）が減少し、Ａ液量を増加することが可能になり、注入材のＡ液中の固化材を増量することにより注入材を高強度化でき、また、高膨潤ベントナイトを使用する場合と同一強度の注入材を作成する場合には、気泡を多量に混入することができて、より軽量化を図ることができる。
さらにまた、Ｂ液に添加する低膨潤ベントナイトの量が増加することにより、注入材は全体の水量（特に、体積量）が減り固形分が増量するため、蜜実な構造となり、耐久性を向上することができる。

Claims

セメントミルクと、膨潤力が6〜10(ｍｌ／2ｇ)の低膨潤ベントナイトと水との配合比が重量比で1:3.3〜1:4.5のベントナイトミルクとを、攪拌混合して形成される可塑性注入材。