JPH01192A - 調泥材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は建築、土木工事などで地下掘削、穿孔などに用
いられる泥水調製用の調泥材に関する。

（従来の技術） 建築、土木工事の施工において、地下掘削、穿孔などを
行う際に、地下水の滲出、油出などによる掘削孔の崩壊
を防止するために、通常、ベントナイトを主成分とする
泥水を調製して、これを孔に注入して坑壁に対する安定
液として用い、穿孔、掘削することか行われてきた。

通常の地下工事では、こうして所定の深度および形状を
有する孔の掘削が完了すれば、所要ならば孔に鉄筋など
を挿入した後、泥水とセメントミルクを置換して建物の
基礎杭などとする基礎工事を行ったり、場合によっては
泥水を排除しつつ掘削土砂を埋戻すことなどが実施され
ている。さらに最近では掘削した孔の形状を利用して建
築物の基礎にする方法、すなわち掘削孔に充填した泥水
を用いてセメントミルクを調製し、それを養生、固化さ
せて基礎杭とする方法などが行われるようになった。最
後の方法では、従来から処理が困難であった廃棄泥水の
発生を防止できるだけてはなく、基礎工事の工期の短、
縮を図ることにもつながる利点がある。

しかし、泥水にセメントを投入して、泥水とセメントに
よるセメントミルクを調製する場合、セメントミルクが
固化するまてに発生する遊離水の量、換言すればブリー
シンク率か小さいことが理想とされ、一方、固化して得
られる固化体の一軸圧縮強度は高くなること、特に養生
期間の短かい間に高くなることか望まれている。本発明
者らの検討した所では、このブリージング率を小さくす
ることと短期間の固化体の一軸圧縮強度を高くすること
は、一種の補償関係にあり、一方を良くすれば他方が悪
くなることが見出されている。

（発明か解決しようとする問題点） したかって、従来の調泥材はブリージング率と固化体の
一軸圧縮強度に関する問題点の解決が望まれているが、
この点を解決するとともに調泥材本来の坑壁の安定化と
いう目的を十分高めたものはない。そのため例えば泥水
を用いてセメントミルクを調製しないような分野すなわ
ちボーリンク、地熱などの高深度の掘削、泥水シールド
工事などに適用するには問題が残されていた。

したがって本発明は本来の掘削工事に用いられる泥水と
して優れた泥水性質を示すとともに、この泥水を用いて
セメントミルクを調製する場合に、その固化体に悪い影
ツの現われないような用途の広い泥水を調製することの
できる調泥材を開発することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、交換性陽イオンとして主としてアルカリ
金属を有するモンモリロナイト（以下アルカリ金属型モ
ンモリロナイトという）粉末に対し所定量の上記粉末以
外の鉱物粉末及びセルロース誘導体のような水溶性高分
子化合物を配合することにより上述の目的を達成できる
ことを見出し、遂に本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は交換性陽イオンかアルカリ金属イオン
であるモンモリロナイトを主成分とする膨潤性粘土の粉
末１〜４０重量部と、上記のモンモリロナイト以外の鉱
物粉末６０〜９９重量部とからなる無Ｊａ物の粉末１０
０重量部に、水溶性高分子化合物０．０１〜５重量部を
配合してなる調泥材を提供するものである。

本発明において、アルカリ金属型モンモリロナイトとは
粘土鉱物のモンモリロナイトの層間の交換性陽イオンが
実質的にアルカリ金属イオンであるものをいう。ここで
実質的とは当量で表わして、上記交換性陽イオンの５０
％以上、好ましくは６５％以上のものがナトリウム、カ
リウムあるいはリチウムなどのアルカリ金属で占められ
ていることを指す。このようなアルカリ金属型モンモリ
ロナイトは水による膨潤力が大きく、例えばナトリウム
型モンモリロナイトを主成分とする粉末の２ｇを水中に
役して膨潤させるとき、４５贈以上の大容積を占める。

このようなモンモリロナイトは、天然の膨潤性粘土中に
含まれているため、高純度のものを得る場合には膨潤性
粘土を水に分散させて自然沈降あるいは遠心分離などの
手段により高密度の異物分を除去するいわゆる水滴法が
用いられる。本発明ではこのような高純度のナトリウム
型モンモリロナイトを用いてもよいか、上述のいわゆる
ナトリウム型モンモリロナイトを含む膨潤性粘土をその
まま利用してもよい。後者の場合、膨潤性粘土中の有効
成分は少なくとも２゜ＩＨ％以上存在することが望まれ
る。

このようなアルカリ金属型モンモリロナイトあるいはこ
れを主成分とする膨潤性粘土は通常、粉末状２より好ま
しく微粉末であり、実際には１００メツシユ（タイラー
標準ふるい：以下同様）、好ましくは２００メツシユあ
るいは２５０メツシユのふるいを全通するように粉砕、
分級される。このような粉末を得るための粉砕の手段と
しては、特に限定されず、例えば対象物に衝撃を与える
もの、対象物を圧縮するもの、対象物に剪断力を与える
もの、対象物粒子を相互に衝突させる形式のものあるい
はこれらを組合わせた形式の粉砕機などが適宜利用され
る。具体的には衝撃破砕機、エツジランナー、リングロ
ーラミル、旋動破砕機などの通常の粉砕機を用いること
ができる。

一方、分級の手段としては、上述の粉砕機にスクリーン
、サイクロンなどを取付けて分級と粉砕を一挙に行う方
法か有効であるが、粉砕後に分級な行う場合には、例え
ば重力式分級器、遠心分級器、慣性式分級器のいずれか
を用いて目的を達することかてきるので、粉砕物が効率
良く分級できる限り、特に分級手段に限定されるもので
はない。

なお天然の膨潤性粘土を出発物質に用いる場合には、水
分かかなり含まれている場合があるが、粉砕、分級の障
害になるだけではなく、最終製品の品質にも悪影響を与
えることがあるので適当なレベルにまで乾燥を行うのが
望まれる０本発明の調泥材に用いられる材料としての水
分の許容量の限定はないが、実質的には１０重量％以下
、好ましくは８重量％以下の水分量になるように水分調
整すなわち乾燥を行うことが推奨される。

次に本発明において、上述の膨潤性粘土あるいはアルカ
リ金属型モンモリロナイトに組合わせて用いられる鉱物
は上述の水に対する膨潤力の著しいアルカリ金属型モン
モリロナイトを実質的に含まないものであれば特に限定
されない、実質的に含まないとは含んでいたとしても２
〜３％を超えないということである。好ましい鉱物とじ
ては、まずケイ酸塩か挙げられ、具体的な鉱物名として
は例えばカンラン石、ザクロ石、輝石、角閃石、雲母、
長石、石英などが該当する。このような鉱物な含むもの
は、火成岩、変成岩、あるいは堆積岩のいずれの形態を
取って産出するものでもよい。従って玄武岩、安山岩、
花崗岩、砂岩、凝灰岩、頁岩、粘板岩などの岩石の形態
を採っているものでもよい。またケイ酸塩以外の鉱物、
例えば方解石、苦灰石、石膏などの炭酸塩、硫酸塩が主
成分で鉱物を用いてもよい。またナトリウム型モンモリ
ロナイトと結晶構造の類似する鉱物でも膨潤力がないか
或いは低いもの、例えばカルシウム型ベントナイトと称
される粘土、ケイソウ土。

酸性白土などを用いてもよい。

上述の天然に産する鉱物以外に、人為的に製造される鉱
物、例えば石炭の燃焼により得られるフライアッシュ、
鉄の製錬により副生されるスラグ類、排煙脱硫石膏など
を用いてもよい。

本発明において、上述の鉱物は単独か或いは２種以上組
合わせて用いられるが、調泥材として使用するために、
微粉末状の形態に加工することが必要であるか、そのた
めの加工法、例えば乾燥、粉砕、分級などの操作は既に
述べたアルカリ金属型モンモリロナイトまたはそれを主
成分とする膨潤性粘土の加工法の場合に準じて実施され
、また粉末粒子の大きさもそれと同様である。

本発明の調泥材は上述のアルカリ金属型モンモリロナイ
トまたはそれを主成分とする膨潤性粘土（材料Ａと呼ぶ
）と材料Ａ以外の鉱物（材料Ｂと呼ぶ）を組合わせてな
るものであるが、その配合率は材料Ａが１〜４０重量部
であり、材料Ａと材料Ｂと合せて１００重量部となるよ
うに調製することが望まれる。

次に材料Ａと材料Ｂを組合わせたものに配合される水溶
性高分子化合物としては、カルボキシメチルセルロース
（以下ＣＭＣという）、カルボキシメチルエチルセルロ
ース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース
誘導体、デンプン、デンプングリコール酸ナトリウムな
どのデンプン類、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル
酸ナトリウムなどの水溶性高分子化合物である。但し上
述の材料Ａと材料Ｂと組合わせて用いた時に、水中で分
散する鉱物粒子を凝集させない性質のものが好ましい。

材料Ａと材料Ｂに配合される水溶性高分子化合物の量は
、高分子化合物の種類、調製したい泥水の粘性、材料Ａ
と材料Ｂの配合比などにより適宜調整されるが、材料Ａ
と材料Ｂの総重量に対して０．０１〜５重量部の範囲で
ある。この配合量が０．０１重量部未満の場合には優れ
た泥水特性を持つ調泥材を得ることが困難であり、例え
ば調泥材を調製した泥水を穿孔などに適用する際に、圧
力差により、地盤中に逃げる水量いわゆる脱水量が多く
なり、従って地盤と泥水の界面に生ずるケーキの膜圧が
大きくなり、一方、５重量部を越え多過ぎる場合には、
上記の脱水量を低くすることはできるが、調泥材より均
一な泥水を得るための操作に要する時間が一般に長くな
り、得られた泥水の粘性が高くなり過ぎ泥水調製のため
のコストが高くなる。

材料Ａ、材料Ｂ及び水溶性高分子化合物はそれぞれを均
一にブレンドしておくことが好ましいか、その構成物の
一部をブレンドすることなく調泥に際して混合する方法
を採っても良いことは勿論である。

（発明の効果） 本発明の調泥材を用いて調製される泥水は、市販のベン
トナイトな調泥材とするものに比較して低源であり、し
かも優れた流動性、粘性、造膜性などの性能を示すもの
である。特に坑を掘削する場合に、泥水層と地盤との間
に形成される膜は薄いものか得られるので、連続地下壁
などの掘削孔の厳密な寸法精度を要求される工事にも充
分対応てきるものである。また泥水の粘性、脱水量も水
溶性高分子の配合量などを調整することにより。

適宜所要の値に設定することができるので、調泥材とし
ては使用者の要望に簡単に応じられる利点を有する。

一方、このようにして調製された泥水を用いてセメント
ミルクを調製する場合、満足できるブリージング率を示
し従来のベントナイトからなる泥水用材料を用いる場合
に比較して、その固化体の初期強度及び経時後の強度か
共に高い固化体が得られる。通常、セメントミルク中に
おける有機物の存在は、セメントの固化な遅延或いは阻
害するとされているだけにこのような現象は意外であっ
た。従って泥水を用いて、セメントミルクを調製するよ
うな工事にも対応できることになり、メリットは大きい
ものがある。

さらに本発明における調泥材は、有効な利用法が見つか
らなかった鉱物類あるいはフライアッシュのような廃棄
物類を有効利用するものでありその効果は大きいもので
ある。

（実施例） 以下、実施例によって具体的に説明するが、本発明はこ
れらの実施例により限定されるものではない。なお実施
例中、単に部とあるのは重量部のことである。

実施例１ 市販のベントナイト（水分率６．５重量％、見掛比重０
．６５．２５０メツシユアンダー９５．０％、膨潤力２
１ｍ１！／２ｇ、モンモリロナイト含有量５６重量％で
、そのうちの８８重量％がナトリウム型モンモリロナイ
トである。以下ベントナイトＡと略称する。）を出発原
料に用いた。

次に山形シ１シ西村山郡大江町大字より採取した頁岩を
風乾し、衝撃式粉砕機で粉砕し、ふるいで分級して、水
分率０．９重量％の２５０メツシユアンダーの粉末とし
た。

一方、水溶性高分子化合物として、ＣＭＣ（第−工業製
、商品名セロゲン）を用いた。

以上の粉末を所定の比率で混合して調泥材試料を調製し
た。また市販のベントナイトとして５Ｋ−０２（画工開
発（株）製）を対照に用いた。

氷２文中にこの試料１２８．１部を分散させて均一なス
ラリーを調製した。この泥水２００ｄを用いて１日本ベ
ントナイト工業会標準試験方法ＪＢＡＳ−１０８−７７
に準じて脱水量を測定した。得られた結果を第１表に示
す、なお第１表には、この泥水の２０℃における見掛粘
度を合せて示す。

脱水ＪＩｋの小さい方が一般に良い泥水とされ、フィル
タープレス内のろ紙上に形成されるケーキの厚みも薄く
なる。上表・より本発明の調泥材によれば脱水量が低く
、かつ、見掛粘土も低いので薄い膜を形成し造膜性の優
れることがわかる。

実施例２ 実施例１で用いた粉末材料を下記表に示す所定比率で混
合した後、その８０部を採取し、水３２００部中に攪拌
しつつ添加し、激しく３０分間攪拌して均一な泥水を調
製した。この泥水に普通ポルトランドセメント（商品名
アンデスセメント）を１６００部を投入して攪拌し、セ
メントミルクを調製した。これを所定の型枠に流し込ん
で７日間、２０’Ｃの氷中て養生した後、固化物の上方
の貫入抵抗値を測定した。この結果を下記表に示す。

下記表の結果より、本発明の調泥材によれば貫入抵抗値
はほとんど低下しないことがわかる。

比較例１ 実施例１の実験番号３と同じ組成のベントナイトＡと頁
岩とからなる粉末８０部に対し下表の添加剤２部を加え
たものについて実施例１と同様に脱水試験を行った。脱
水量の値を下表に示す。

第３表 実施例３ 実施例２の実験番号３の粉末中の頁岩の代りに回じ場所
で採掘した砂質凝灰岩の２５０メツシユアンダーの粉末
（含水率５．２重量％）を用いて実施したところ、脱水
量は４６摺てあった。このものにＣＭＣを鉱物量の０．
１重量％加えたところ、脱水量は２５ｍ１と改善された
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交換性陽イオンがアルカリ金属であるモンモリロナイト
   を主成分とする膨潤性粘土の粉末１〜４０重量部と上記
   膨潤性粘土以外の鉱物粉末９９〜６０重量部とからなる
   無機物の粉末１００重量部に対し、水溶性高分子化合物
   ０．０１〜５重量部を配合してなることを特徴とする調
   泥材。