JPH1053763A

JPH1053763A - スラグ主成分型のグラウト剤

Info

Publication number: JPH1053763A
Application number: JP22597796A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kitamura; 正北村; Masahiko Nagata; 雅彦永田
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】有効成分を事前にドライブレンドして１パッ
ク包装して供給可能であり、ゲルタイムが任意に調整可
能で、固結強度特性に優れ、恒久性に富み、自己崩壊現
象等の不具合を生じないスラグ系懸濁型グラウト剤を提
供すること。【解決手段】水砕スラグとピロ燐酸アルカリ金属塩よ
りなる懸濁型グラウト剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスラグを主成分と
し、ゲルタイムを数十分から数時間の任意に調整しうる
懸濁型のグラウト剤組成物及び該組成物を用いた地盤改
良工法に関する。さらに詳しくは、スラグとピロ燐酸ア
ルカリ金属塩よりなり、その固結体がセメント並みの固
結強度を実現できるグラウト剤組成物とその組成物を用
いた地盤または岩盤改良工法、連続地中杭または連続地
中壁の構築方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】グラウト剤組成物は軟弱地盤の強化安定
化等の目的で広く用いられている。これまで種々のグラ
ウト剤組成物（地盤注入薬液）とその地盤注入工法が提
案されているが、現在最も多く用いられているのは水ガ
ラスを主剤とするグラウト剤組成物である。例えば特開
平７−１６６１６３号には、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏモル比が
１．５〜２．８の水ガラスと微粒子スラグを有効成分と
するグラウト剤が開示されている。また水ガラスの硬化
剤としては燐酸や硫酸等の無機酸類、重曹や重硫曹等の
重炭酸塩類、セメントや石灰やスラグ等のカルシウム含
有無機物、グリオキザール、エチレンカーボネート等の
アルカリ中で有機酸を除放する有機単量体等がすでに知
られている。

【０００３】水ガラスを主成分とする公知のグラウト剤
組成物の多くは、地下水による固結体のアルカリ成分ま
たは珪酸成分の溶出劣化が認められ、固結強度の経時低
下が避けられないという問題がある。従って水ガラス系
のグラウト剤組成物の多くは、単期間の仮設用の地盤改
良用の薬剤としての使用が一般的であり、長期仮設や永
久的な地盤改良には向かない。

【０００４】水ガラス系グラウト剤組成物の前記経時劣
化の問題の解決策として、例えば特開昭５９−１５２９
８４号や特開昭５９−１５２９８５号等では、水ガラス
を使用せず、地下水へのアルカリ成分の溶出を軽減でき
るとするシリカゾル系グラウト剤を開示している。しか
しこれらは総じて固結強度が低く、一次的または数週間
から１ケ月未満の比較的短期間の仮設用土質安定化剤と
しての位置付けがなされる。

【０００５】一方、固結体が比較的高強度となるグラウ
ト剤組成物としては、例えば特開平１−１３３９６５号
に代表されるセメントを中心とする懸濁型グラウト剤組
成物が公知である。しかし、汎用セメントはその１次粒
子径が平均４０〜６０μｍと比較的大きいために、地盤
への浸透性が不足することが知られている。近年では平
均１０μｍ以下のいわゆる超微粒子セメントを用いる方
法等が提案されているが、当該微粒子セメントはまだ少
量しか生産されておらず、価格も高価であるという問題
がある。

【０００６】また一方、ポリアクリルアマイド、尿素樹
脂等の水溶性高分子系薬剤を地盤安定化用のグラウト剤
とする方法も旧くから知られているが、地下水への未硬
化成分の流出等による人体への影響が懸念され、その使
用は厳しく制限されている。

【０００７】近年では、特に恒久性ないし耐久性に優れ
た高強度発現型のグラウト剤組成物が強く求められてお
り、その要望に対し、例えば高炉水砕スラグ、転炉水砕
スラグ等のスラグ粉末を主剤としたいわゆるスラグ系グ
ラウト剤組成物がいくつか提案されている。その代表的
な例は、特開平６−２１９７９６号や特開平６−２２８
５５８号および特開平７−１１９１３８号等であり、こ
れらの技術においては、スラグ粉末の潜在水硬性を顕在
化させる為のアルカリ刺激剤として、例えばアルカリ水
ガラス溶液やアルミン酸ソーダ溶液や水酸化ナトリウム
溶液等を使用している。しかしそれらのアルカリ刺激剤
を用いる公知のスラグ系グラウト剤組成物固結体の多く
は、１軸圧縮強度が高くとも数十Ｋｇｆ／ｃｍ²程度に
留り、さらなる高強度化が望まれている。また同時にこ
れら公知技術で示されたアルカリ刺激剤は、基本的に水
溶液でしか取扱うことができない。すなわち、代表的な
公知のアルカリ刺激剤である１〜３号水ガラス溶液やア
ルミン酸ソーダ溶液等は、固形の状態では分解ないし変
質してしまうこと、または水への再溶解性に著しく欠け
ること等から、スラグ粉末との事前のドライブレンドは
不可能である。従って、注入現場でそれぞれ別個に計量
し混合、分散させる等の作業が必要であり、しばしば計
量ミスや添加ミスを生じる等の問題が生じている。

【０００８】また前記した公知のスラグ系グラウト剤組
成物のホモゲル固結体は、総じて乾湿繰返しによってク
ラックを生じる、いわゆる自己崩壊現象がしばしば観察
され、この現象は恒久性の観点からは大きな問題であ
り、特に改善が強く求められている。またこれらの組成
物のゲルタイム制御方法に関しても、より幅広い範囲で
容易に調整可能なものが実注入施工現場における施工管
理上からより優れていることは明らかであり、近年では
特に前記した課題を同時に解決できる新規なグラウト剤
が強く求められている。

【０００９】平成７年１月に発生した阪神淡路大震災の
災害は、軟弱地盤上に構築されていた重要構造物に多大
な被害が集中した事から、その復旧工事方法や、不安定
地盤上のすべての重要構造物に対する安全性確保の方
法、恒久的な耐震性強化方法等の課題をも提起したと言
える。特に、主要な都市部の、液状化が予想される地盤
上に構築された、または構築しようとしている重要構造
物の耐震安全性確保が緊急かつ強く求められている。ま
た、軟弱地盤においても地下空間利用が盛んに行なわれ
ているが、その地下工事作業に際して地盤の強化安定化
は必須であり、中長期の事前の地盤強化安定化が強く求
められている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、種々の地盤に対して固結強度特性に優れ、数分から
数時間の範囲でゲルタイムを任意に調整可能なグラウト
剤組成物であり、かつそのホモゲルおよびサンドゲル固
結体の１軸圧縮強度がセメント固結体並みの高強度でか
つ恒久性に富み、自己崩壊現象等の不具合を生じない新
規なスラグ系懸濁型グラウト剤を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、安全に取扱え、それ
と同時に、そのグラウト剤組成物の有効成分同士を事前
に所定量ドライブレンドして１パック包装して供給でき
るようにすることにあり、配合ミスや薬剤調製の繁雑さ
が軽減できる高い信頼性を発揮するグラウト剤を提供す
ることである。本発明の更に他の目的は、そのグラウト
剤組成物を用いた軟弱地盤や岩盤亀裂等に代表される土
質不安定地盤の強化安定化工法等を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は水砕スラグに
ピロ燐酸アルカリ金属塩水溶液を加えることで、それ自
体では自硬性をもたないスラグ粒子が徐々に一定時間内
でゲル化・固化すること、懸濁成分が同程度のセメント
を主成分とする硬化体と比較して何等遜色ない強固な固
結体が形成されること、また自己崩壊現象も認められな
いこと等を確認し、本発明を完成するに至った。即ち、
本発明は１ｍ³当り水砕スラグを１００〜１，５００ｋ
ｇ、ピロ燐酸アルカリ金属塩を固形分換算で２０〜２５
０ｋｇ及び水を含有してなる懸濁型のグラウト剤組成物
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の水砕スラグとしては、高
炉水砕スラグ、転炉水砕スラグ、電炉水砕スラグ、平炉
水砕スラグ等の金属製錬副産物の水砕スラグが好ましい
例としてあげられる。より好ましくは、ＳｉＯ₂分とし
て３０〜３５重量％、ＣａＯ分として３５〜４５重量
％、Ａｌ₂Ｏ₃分として１３〜２０重量％、ＭｇＯ成分と
して５〜８重量％、その他の成分を数重量％含む等の各
組成比で構成される高炉水砕スラグがあげられる。

【００１４】水砕スラグとして、金属製錬徐冷スラグは
本発明から除外される。理由は該徐冷スラグ類は結晶質
スラグであり、潜在硬化性がないからである。ただし、
本発明の水砕スラグ成分中には、結晶質な成分が少量混
在していても良く、基本的に水冷却法のいわゆる水滓法
で得た非晶質な水砕スラグであれば好ましく使用でき
る。

【００１５】一般的に水砕スラグ（水滓スラグとも言
い、以下では単にスラグと呼ぶ）はそれ自身では自硬性
は示さない。しかし、一般的にアルカリの共存下の水溶
液中や高湿度環境下ではＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃成分が溶出
し、次いでＣａイオンが溶出してスラグ粒子表面等に珪
酸カルシウム水和結晶ゲルが生成し、該粒子相互は次第
に凝固・ゲル化し、時間の経過と共に固結することで固
結体が最終的に得られ、その固結体の１軸圧縮強度特性
は経時と共に増大することが良く知られている。その際
使用するアルカリ量が過少の場合には、一向に一体的な
ゲル化がおこらず、過大の場合にはスラリー粘度が過大
で流動性不良からポンプ送液が出来なかったり、粘性変
化が顕著な為に、地盤注入が中断されるまたは全く出来
ない等の障害をきたすことが一般的事実としてあり、本
発明のグラウト剤組成物のピロ燐酸アルカリ金属塩の場
合も例外ではない。

【００１６】本発明に使用できる水砕スラグの好ましい
１次粒子サイズ分布は、コンクリート協会が推奨してい
るセル通気法で求められた微粉体の比表面積を表す指標
であるブレーン値で３，０００ｃｍ²／ｇ以上、かつ最
大粒子サイズが３００μｍ以下であること、また好まし
くはブレーン値で５，０００ｃｍ²／ｇ以上、より好ま
しくは８，０００ｃｍ²／ｇ以上で３０，０００ｃｍ²／
ｇ以下であることがよく、また最大粒子サイズが１０μ
ｍ以下、より好ましくは８μｍ以下、更に好ましくは６
μｍ以下の超微粒子であることがよい。

【００１７】ブレーン値が３，０００〜５，０００ｃｍ
²／ｇのものを用いても、基本的に高強度固結体の生成
は可能である。しかし、地盤浸透性に劣り浸透地盤注入
用の水砕スラグとしては不適当である。ただし、ジェッ
トグラウト工法、深層混合処理工法用のグラウト剤組成
物に用いる水砕スラグとしては何等問題なく使用でき
る。地盤浸透性を完全確保する観点からは、スラグとし
ては、ブレーン値が８，０００〜３０，０００ｃｍ²／
ｇのものが好ましく、より好ましくは１０，０００〜３
０，０００ｃｍ²／ｇの限りなく微細粉に加工されたも
のである。

【００１８】水砕スラグの量はグラウト総量１ｍ³当り
１００〜１，５００ｋｇである。好ましくは１５０〜
１，０００ｋｇ、より好ましくは２００〜８００ｋｇで
ある。１００ｋｇ未満では、数時間内でのゲル化が困難
なばかりか凝結が緩慢で最終的な固結体の強度が実用性
に乏しく、１,５００ｋｇを越えると、懸濁溶液粘度が
高くなりすぎて流動性や注入作業性に欠ける。

【００１９】本発明のピロ燐酸アルカリ金属塩として
は、具体的にはピロ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸カリウ
ム、ピロ燐酸リチウム等があげられ、それらの１種また
は２種以上の混合物であって良い。これらの中で、ピロ
燐酸カリウムとピロ燐酸ナトリウムが特に安価で市場で
入手しやすいことから好ましく、なかでもピロ燐酸カリ
ウムは水への飽和溶解度が高いことからより好ましい。
ピロ燐酸ナトリウム等は、水への溶解度に大きな制約が
あり、単独では目的の使用量を溶解することが困難なこ
とがある。その場合は、その未溶解重量分を他の溶解性
に富む、例えばピロ燐酸カリウムと併用するとよい。

【００２０】ピロ燐酸アルカリ金属塩の製造方法等には
特に制約は無く、例えば燐酸水素２ナトリウム塩結晶を
加熱脱水するとピロ燐酸ナトリウム塩が、また燐酸水素
２カリウム塩結晶を加熱脱水するとピロ燐酸カリウム塩
がそれぞれ容易に得られることが知られている。ピロ燐
酸アルカリ金属塩は基本的に食品添加物として認知され
ているものであってよく、人体への影響が少なく無公害
性であるため好ましく使用できる。また無水物、水和物
のいずれであってもよく、特に制約はない。

【００２１】ピロ燐酸アルカリ金属塩の含有割合は固形
分換算で、グラウト剤総量１ｍ³当り２０〜２５０ｋ
ｇ、好ましくは５０〜２００ｋｇ、より好ましくは１０
０〜２００ｋｇである。２０ｋｇ未満ではグラウト固結
強度が低く耐久性に欠け、２５０ｋｇを越えても顕著な
効果が見出せないばかりか高コストとなる。ピロ燐酸ア
ルカリ金属塩は基本的に水溶液とした時のｐＨ値がアル
カリ性を示すことが重要であり、水溶液が酸性を呈する
いわゆる酸性ピロ燐酸アルカリ金属塩は本発明のピロ燐
酸アルカリ金属塩からは除外される。

【００２２】本発明の水砕スラグの微粉末と固形または
粉末状のピロ燐酸アルカリ金属塩は事前にドライブレン
ドして使用してもよい。むしろ本発明の目的のひとつは
その原料を１パック包装で供給できるような恒久性と耐
久性に富むグラウト剤用組成物の提供があり、事前に両
者の成分をドライブレンドして１パック包装し地盤注入
現場に供給されることはこの目的にそうものである。ド
ライブレンドされて包装され供給された組成物は開封
後、所定量の水で溶解／懸濁分散作業を行なうのみで本
発明のグラウト剤組成物を現場で簡便かつ容易に調製で
き、必要に応じて、粉体のまま地盤内に噴射、攪拌す
る、いわゆる粉体噴射攪拌工法用の材料としても使用で
きる。

【００２３】本発明のグラウト剤組成物のスラグの硬化
性を発現することと懸濁液とする上で欠かせないものに
水がある。水は注入現場近辺で手に入るものでよく、特
に制約は無い。例えば河川水、雪、氷、湖水、地下水、
湧き水、雨水、水道水、工業用水、海水含有水、イオン
交換水、純水などであってよい。好ましくは水道水や地
下水や河川水があげられる。粉体のまま地盤内に噴射し
て使用する場合においては、地下水によって本発明のグ
ラウト剤は懸濁状になる。

【００２４】本発明のグラウト剤組成物は基本的に水砕
スラグとピロ燐酸アルカリ金属塩と水とから成るが、必
要に応じて以下の（ａ）〜（ｅ）に示した各種の添加助
剤、好ましくは（ａ）〜（ｃ）の添加助剤を１種または
２種以上適宜併用できる。（ａ）ゲルタイム調節剤（ｂ）非水硬性無機微粒子（ｃ）セメント用減水剤（ｄ）セメント用硬化遅延剤（ｅ）界面活性剤

【００２５】（ａ）のゲルタイム調節剤としては、第２
または第３アルカリ金属燐酸塩、第２または第３アルカ
リ土類金属燐酸塩、消石灰粉末、生石灰粉末、セメント
微粉末、石膏微粉末等の無機カルシウム化合物、乳酸カ
ルシウム、酒石酸カルシウムなどの水溶性のモノカルボ
ン酸またはジカルボン酸の有機カルシウム塩類、カルシ
ウムサッカラート等のカルシウム錯体があげられ、これ
らは１種または２種以上使用できる。好ましくは第２ま
たは第３アルカリ金属燐酸塩、第２または第３アルカリ
土類金属燐酸塩である。第２燐酸アルカリ金属塩として
は燐酸水素２ナトリウム、燐酸水素２カリウム、燐酸水
素２リチウム等、第３燐酸アルカリ金属塩としては燐酸
３ナトリウム、燐酸３カリウム、燐酸３リチウム等が例
示できる。第２アルカリ土類金属燐酸塩としては燐酸水
素カルシウム、燐酸水素マグネシウム等、第３アルカリ
土類金属燐酸塩としては燐酸カルシウム、燐酸マグネシ
ウム等が例示できる。これらの（ａ）ゲルタイム調節剤
は好ましくはグラウト総量１ｍ³当り固形分換算で０．
０１〜５ｋｇ用いられる。

【００２６】（ｂ）非水硬性無機微粒子としては、その
１次粒子径が５〜３００μｍのもので、例えば、粉体で
はホワイトカーボンまたはエアロジル等の酸化珪素微粉
末、炭酸カルシウム粉末、炭酸マグネシウム粉末、チタ
ンホワイト粉末、水酸化亜鉛粉末、水酸化アルミニウム
粉末、水酸化マグネシウム粉末等があげられる。これら
は、粉末または懸濁液として入手できいずれも使用可能
である。さらに市販の水性コロイダルシリカ溶液等も使
用できる。（ｂ）はグラウト総量１ｍ³当り２０〜２５
０ｋｇ含有させることができる。

【００２７】特に（ｂ）として水性コロイダルシリカ溶
液を使用した場合は低粘度でかつ静置状態での系の均一
安定性が著しく向上するので好ましい。水性コロイダル
シリカ溶液は、公知の方法で得た物を使用してよい。一
般的にはアルカリ水ガラス溶液中のアルカリ分をイオン
交換樹脂で除去することにより、その液中に１０〜３０
ｍμサイズの超ミクロサイズの珪酸ゲル粒子を生成させ
た後、再度苛性ソーダまたは苛性カリ等の微量のアルカ
リ成分を添加して長期保存安定性を確保する等の方法で
得た物が一般的で、好ましく使用できる。より具体的に
は、ＳｉＯ₂で示される有効成分の固形分換算で５〜５
０重量％の溶液が使用され得る。その使用量は固形分換
算で２０〜２５０ｋｇであり、より好ましくはＳｉＯ₂
で示される有効成分の固形分換算で２０〜３０重量％の
水溶液を１００〜２００ｋｇ使用する。

【００２８】コロイダルシリカ自身も多くの文献から明
らかな様に、一般的なアルカリ水ガラス成分と同様に非
晶質であって、公知の硬化剤との接触混合で基本的にゲ
ル化する能力を有している為、本発明のグラウト剤成分
の一部として併用しても何等そのグラウト作業性や固結
体物性に悪影響を与えない。むしろグラウト剤組成物の
安定作業性をゲル化に至るまでの長時間確保する上にお
いて必要十分な添加助剤の１種である。

【００２９】（ｃ）セメント用減水剤としては、公知の
セメント用減水剤が使用でき、特に制約するものではな
いが、例えばメラミン系、ナフタレン系、リグニン系、
ポリカルボン酸系、架橋型ポリカルボン酸系セメント用
減水剤等が挙げられ、ドライアップされた常温で固体粉
末状の物や水溶液とした物を適宜使用してよい。好まし
くは比較的安価なメラミン系またはナフタレン系セメン
ト用減水剤の１種またはその混合物とすることが良い。
セメント用減水剤の量は、グラウト総量１ｍ³当り１〜
５０ｋｇ、好ましくは１〜３０ｋｇ、より好ましくは１
〜１５ｋｇである。

【００３０】（ｄ）セメント用硬化遅延剤としては、公
知のセメント用硬化遅延剤があげられ、特に制約するも
のではないが、例えば庶糖や果糖やブドウ糖などの単糖
類、二糖類、多糖類、また例えば、乳酸、リンゴ酸、グ
リコール酸、イタコン酸、マレイン酸、琥珀酸等の有機
酸化合物、また例えば、尿素やシクロデキストリンなど
で代表される包接化合物形成剤などがそれぞれあげられ
る。その使用量はグラウト総量１ｍ³当り５０ｋｇ未
満、好ましくは市販の有り姿で０．１〜３０ｋｇであ
る。

【００３１】（ｅ）界面活性剤としては、公知の各種
の、カチオン石鹸、アニオン石鹸、両性石鹸、ノニオン
石鹸等があげられる。更に、水性シリコン化合物、エチ
レングリコールやグリセリンなどの多価水溶性グリコー
ル類、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオ
ールや３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール等
のアセチレンアルコール類系消泡剤も好ましい例であ
る。その使用量はグラウト総量１ｍ³当り５ｋｇ未満、
好ましくは市販の有り姿で０．１〜３ｋｇの範囲であ
る。

【００３２】前記した添加助剤（ａ）〜（ｅ）は、本発
明のグラウト剤組成物の基本性能に悪影響が認められな
いことを事前に確認して使用することが必要であり、基
本性能を妨害しない範囲内で併用する。またこれ以外に
本発明のグラウト剤組成物中に併用できるものとして有
機系のいわゆるセメント粒子沈降分離軽減剤があり、例
えば、メチルセルロースやヒドロキシセルロースや可溶
性デンプンやポリビニルアルコール等があげられる。

【００３３】本発明のグラウト剤組成物は、１液または
２液の形態を採っても、３液またはそれ以上であっても
良く、取扱形態は任意に選択でき、特に制約は無い。中
でも１液または２液からなるグラウト剤が好ましい。本
発明のグラウト剤組成物の硬化時間が、例えば、２０分
前後と短い場合は、基本的に２液とする事が良く、注入
管先端混合または注入管直前混合などの方法で当該グラ
ウト剤組成物を形成させる調製、注入方法が好ましい。

【００３４】２液の形態には特に制約はないが、一般的
には主剤液として水砕スラグ粉末の水懸濁液とし、もう
一方のアルカリ刺激剤液としてピロ燐酸アルカリ金属塩
含有水溶液とすることが最も一般的である。必要に応じ
て加えることができる前記（ａ）〜（ｅ）の添加助剤等
は、そのいずれか一方または両方の液に適宜含有させ
る。また別の２液の態様例としては、例えば、主剤液と
して、水砕スラグと水と極く少量のピロ燐酸アルカリ金
属塩とからなる懸濁液とし、もう一方のアルカリ刺激剤
液を残りのピロ燐酸アルカリ金属塩含有水溶液とする等
の方法が挙げられる。

【００３５】本発明のグラウト剤組成物の硬化時間が、
例えば、３０分〜１時間程度と長い場合は、基本的に１
液とし、注入単管から当該グラウト剤組成物を圧入吐出
させる工法が好ましく採用できる。１液型の配合手順や
調整方法等には特に制約はない。例えば、水砕スラグ粉
末とピロ燐酸アルカリ金属塩粉末、必要に応じて適当量
の添加助剤とを事前に仕込だ後、所定量の水で分散、溶
解させて１液としたり、またその逆に水を最初に仕込ん
でから水砕スラグ粉末等を仕込んで分散、溶解させて１
液としても良い。また前記した様に、水砕スラグとピロ
燐酸アルカリ金属塩、必要に応じて適当量の固形添加助
剤とをドライブレンド・１パック包装して貯蔵・搬送・
供給されたものを、注入現場にて開封後、所定量の水に
て分散溶解混合させるなどの１液化配合などがあり、よ
り好ましい現場調製方法である。

【００３６】本発明の地盤改良方法とは、以下の工法で
ある。即ち、本発明のグラウト剤組成物を１液にて、グ
ラウト注入管を介して、地中の不安定地盤または岩盤亀
裂隙間に圧入して固結させる地盤または岩盤改良工法で
ある。地中深く埋没した通常複数のグラウト注入管を介
し、１液に調整された本発明のグラウト剤組成物を、お
およそゲージ圧として１〜５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力をか
けながらグラウト管埋設周辺域の不安定地盤に注入した
後、固結させて、不安定地盤を全体として安定化させる
工法である。なお、その注入範囲の上下に係わる注入固
結は、グラウト注入管を徐々に引抜きつつ薬液を圧入継
続することで達成できる。また岩盤亀裂隙間の注入に際
しては、本発明のグラウト剤を１液化して調製し、グラ
ウト注入管を介して地中の不安定地盤や岩盤亀裂隙間に
圧入して固結させ、地盤や岩盤を強化安定させる工法と
することが注入作業が簡便であり好ましい工法である。

【００３７】次に本発明のグラウト剤組成物を使用した
連続地中杭または連続地中壁の構築方法については、そ
の一例として、水を超高圧吐出させて出来た地盤内の連
続隙間に対しグラウト注入管を介して圧入して固結させ
る、いわゆるジェットグラウト工法用の注入薬剤として
用い、連続地中杭または連続地中壁を構築する方法があ
げられる。またもう一つには、地中に下ろされた注入ミ
キシング管を介し、該注入ミキシング管の先端附近に設
けられた吐出穴から本発明のグラウト剤組成物を懸濁液
状またはドライブレンドされた粉体状で吐出させ、周辺
の土砂と混合しながら該注入ミキシング管を引上げるか
又は引き降ろして同操作を継続または繰返すことによ
り、注入管周辺の土砂と本発明のグラウト剤組成物とを
一体混合させて固結させる、いわゆる深層混合処理工法
による連続地中杭または連続地中壁の構築方法の構築方
法があげられる。改良断面形状については、当該地盤、
施工条件等を考慮し、杭式、格子式、壁式、ブロック式
等の形態が適用できる。

【００３８】本発明のグラウト剤組成物を用いた地盤改
良用途には前記した以外に、止水を主な目的とする地盤
改良用途、また更に公知の汎用型グラウト剤の中からゲ
ルタイム１０秒以下の瞬間ゲル化挙動を呈するいわゆる
瞬結型の薬剤を選定使用し、その薬剤と本発明の３０分
から１時間程度の長結硬化型の薬剤とを組合せて行なう
複相注入による地盤改良用途があげられる。

【００３９】

【実施例】以下に本発明の実施例及び比較例を示すが、
本発明は実施例によって限定されない。また、例中の
％、部とは特記する以外はそれぞれ重量％、重量部を意
味し、Ｌ、ｍＬとはそれぞれリットル、ミリリットルを
意味する。

【００４０】［使用材料］１．水砕スラグ市販の高炉水砕スラグ（商品名：ファインセラメント）
を使用した。ただしブレーン値はコンクリート協会で指
定されたセル通気法で求めたブレーン測定値である。ス
ラグの種類とブレーン値の結果を表−１に記す。

【００４１】

【表１】

【００４２】２．アルカリ刺激剤ピロ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸カリウム及び酸性ピロ燐
酸ナトリウムはそれぞれ試薬品を使用した。ピロ燐酸ア
ルカリ金属塩含有水溶液では有効成分含有量１０〜４０
％（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）とした。配合を下記表−２に
記す。

【００４３】

【表２】

【００４４】３．添加助剤（ａ）として燐酸水素２ナト
リウム（試薬品）を使用した。４．添加助剤（ｂ）として水性コロイダルシリカ溶液の
市販品（商品名：カタロイド）を使用した。該溶液はＳ
ｉＯ₂の有効成分濃度３０％、ｐＨ値が９．５、一次珪
酸ゲル粒子サイズが２０ｍμである。５．添加助剤（ｃ）としてセメント用減水剤であるメラ
ミン系減水剤（三井東圧化学社製品：メルフロー４０）
を使用した。６．添加助剤（ｄ）としてセメント用凝結遅延剤の１種
である固体粉末状のクエン酸（試薬品）を使用した。

【００４５】実施例１表−３に示す割合でアルカリ刺激剤Ｎｏ.１の５００部
を５Ｌ容量の配合容器に採り、強攪拌下にＮｏ.２スラ
グの５００部を加え、添加混合３分後に水道水を加えて
１Ｌとし、１分間攪拌混合した。この様にして得た実施
例１の懸濁液状のグラウト剤を以下の方法で評価した。

【００４６】ゲルタイムは次のようにして測定した。ア
ルカリ刺激剤に対しスラグを添加終了した時点を基点と
し、調製された配合液が静置状態から傾斜させた時に流
動性が失われた時点までの経過時間を計測してこれをゲ
ルタイムとし、表−４に記載した。

【００４７】浸透性は次のようにして測定した。攪拌を
終了した直後の液５００ｍＬを用いて、透明アクリル製
円筒容器（５０ｍｍ直径、長さ１ｍ）に予め充填高さ５
０ｃｍとなるように積層した豊浦標準砂層の上部から、
穴の直径が１ｍｍ程度の多孔質遮蔽案内板を介して、浸
透圧力１ｋｇ／ｃｍ²下の一定加圧状態で浸透させた。
外部からの目視観察で標準砂粒子相互間の間隙に浸透す
る場合、浸透層が下部にむかって徐々にスラグ自体の白
濁懸濁色で不透明化する状態が観察されることから、浸
透性の可否を判断し、標準砂層充填域全般が前記状態に
目視観察された場合を浸透性良好（合格）との判断で実
施した。結果は表−４に記載した。

【００４８】離漿水、一軸圧縮強度、自己崩壊性は次の
ようにして評価した。配合液を攪拌終了後直ちにモール
ド（５０ｍｍφ×１００ｍｍ）に填充し、１日後に脱型
した。このとき生じている離漿水量を測定し硬化体に対
する体積比を算出し４段階評価した。自己崩壊性の有無
は、モールドから脱型したホモゲルを、１時間水道水中
に浸漬し、表面の水分を拭き取った後、気中に１時間放
置した。この操作を５回繰り返し、目視による観察を行
って、クラックが全く認められないものを自己崩壊性な
し（合格）と判断した。一軸圧縮強度については、得ら
れたホモゲルを７日間水中養生後、測定に供した。この
際のクロスヘッド速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。結果は
表−４に記載した。

【００４９】恒久性評価は以下の方法により実施した。
結果は表−５にまとめて記載した。表−３に従って調製
された配合液と豊浦標準砂とを重量比１：４で混合し、
モールド（５０ｍｍφ×１００ｍｍ）に填充し、１日後
に脱型して得られるサンドゲルを７日、１カ月、３カ
月、６カ月、１２カ月間水中養生後、一軸圧縮強度を測
定することにより恒久性の評価とした。

【００５０】さらに、モールドから脱型後、７日間水中
養生したホモゲルと、通常のセメント硬化体（普通ポル
トランドセメント及び市水を混合、硬化させたもの）の
Ｘ線回折測定を行った。得られたチャートを図１に示
す。図１の２つのチャートのメインピーク（○印）は完
全に一致し、３．０３オングストロームの格子間距離を
持つ珪酸カルシウム水和結晶硬化物であることが明らか
である。

【００５１】実施例２〜１９表−３の配合に従い、実施例１と同様に配合液を調製
し、実施例１と同様の評価方法を用いて物性評価を行っ
た。実施例１３以下における添加助剤は、アルカリ刺激
剤及び水に続いて配合し、最後にスラグを配合して所定
の配合液とする。結果は表−４にまとめて記載した。恒
久性評価については、実施例５、９、１４、１５につい
て、実施例１と同様の方法で実施した。結果は表−５に
まとめて記載した。

【００５２】実施例２０、２１実施例１、２と同量の有効成分量となるよう、スラグと
アルカリ刺激剤とを用いてドライミックスパックを作製
（アルミ−ポリエチレンラミネート袋使用；ヒートシー
ルにより密封）し、３ヶ月保存した後、必要量の水道水
を加えて攪拌し、実施例１と同様に物性評価及び恒久性
評価を実施した。その結果、実施例１、２の結果と全く
同等であった。

【００５３】参考例１、２、比較例１〜９表−３の配合に従い、実施例１と同様に配合液を調製
し、実施例１と同様の評価方法を用いて物性評価を行っ
た。結果は表−４にまとめて記載した。

【００５４】比較例１０、１１表−３の配合に従い、水ガラスとスラグからなる配合液
を調製し、物性評価は実施例１と同様に実施した。結果
は表−４にまとめて記載した。

【００５５】施工例１実施例１及び１０の組成物を用いて、モデル地盤に対し
て施工試験（グラウト適性）を実施した。モデル地盤は
３ｍ四方、深さ１ｍのプールに、標準砂と同等の平均粒
径約２００μｍの砂を含水状態で締め固めて充填し、１
０日間放置して、作製した。モデル地盤の中心に貫入さ
れた直径２ｃｍの管を介して、ポンプを使用して、配合
液を０.５ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で注入し、管を徐々に引
き抜きながら概ね直径２０ｃｍ、深さ５０ｃｍの円柱状
の範囲に浸透させた。７日後に掘り出して、各部を観察
したところ、どの部位においても均一な浸透固結体を形
成していた。クラックや著しい体積収縮は観察されず、
浸透範囲外の間隙水のｐＨは浸透前に比べて、ほとんど
変化しなかった。

【００５６】施工例２実施例１及び１０の組成物を用いて、モデル地盤に対し
て施工試験（ジェットグラウト適性）を実施した。施工
例１と同様の方法でモデル地盤を作製し、実験用ジェッ
トグラウト装置により、注入管を回転させながら空気を
伴った水を高圧（２０ｋｇｆ／ｃｍ²）噴射させること
で、地盤を切削し、その泥排水を地盤外に排出すると同
時に配合液を充填していき、その後徐々に注入管を引き
抜くことによって概ね直径２０ｃｍ、深さ５０ｃｍの円
柱状とする。この操作を水平方向の一直線上に１５ｃｍ
間隔で５回繰り返した。７日後に周辺を掘り起こしたと
ころ、圧入範囲全般にわたって連続壁が構築されてい
た。各部ともクラックや著しい体積収縮は観察されず、
圧入範囲外の間隙水のｐＨは圧入前に比べて、ほとんど
変化しなかった。

【００５７】施工例３参考例１、２の組成物を用いて、施工例２と同様の方法
で、モデル地盤に対して施工試験（ジェットグラウト適
性）を実施した。浸透注入にはあまり適さないスラグ
（Ｎｏ.１）を用いているものの、ジェットグラウト適
性は良好で施工例２の場合と何等変わりなく、圧入範囲
全般にわたって連続壁が構築されていた。各部ともクラ
ックや著しい体積収縮は観察されず、圧入範囲外の間隙
水のｐＨは圧入前に比べて、ほとんど変化しなかった。

【００５８】施工例４実施例１及び１０の組成物を用いて、モデル地盤に対し
て施工試験（深層混合処理適性）を実施した。施工例１
と同様の方法でモデル地盤を作製し、実験用混合処理装
置により、攪拌翼（混合半径１０ｃｍ）を回転させなが
ら、攪拌翼直下にある噴射口より２ｋｇｆ／ｃｍ²の圧
で配合液を噴射し、攪拌翼を徐々に引き抜くことによっ
て概ね直径２０ｃｍ、深さ５０ｃｍの円柱状とする。こ
の操作を水平方向の一直線上に１５ｃｍ間隔で５回繰り
返した。７日後に周辺を掘り起こしたところ、混合処理
範囲全般にわたって連続壁が構築されていた。各部とも
クラックや著しい体積収縮は観察されず、混合処理範囲
外の間隙水のｐＨは圧入前に比べて、ほとんど変化しな
かった。

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】・いずれも上記配合に、水を加えて１Ｌとする。

【００６１】

【表５】

【００６２】

【表６】（表２の記号説明）［浸透性］○：標準砂に浸透可能［離漿水］◎：０.１％以下 ×：標準砂に浸透不能 ○：０.１〜１％［自己崩壊性］○：肉眼で認められない △：１〜５％ ×：肉眼で認められる ×：５％以上

【００６３】

【表７】

【００６４】

【発明の効果】上記の物性評価結果（表−４）より、実
施例１〜２１においては、ゲルタイムが概ね２０〜１２
０分、一軸圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ²以上となる結
果が得られた。いずれも浸透性にも問題ない。実施例１
〜１２の結果より、本発明の範囲の材料及び配合比であ
れば、スラグとピロ燐酸アルカリ金属塩のみの組合わせ
で良好な性質を持つグラウト剤とすることができる。

【００６５】このうち、実施例１〜４においては、本発
明の範囲内にあるピロ燐酸アルカリ金属塩を用いた場合
には、良好な性質を維持し得ることが示され、実施例
５、６においては、比表面積をより大きくしたスラグと
の組合せについても同様のことが示される。さらに、実
施例７〜１０においては、スラグの配合量が、また実施
例１１、１２においてはピロ燐酸アルカリ金属塩の配合
量が本発明の範囲内であれば、良好な性質のグラウト剤
を得られることが示される。

【００６６】一方、実施例１３〜１９においては、添加
剤として数種の薬剤を用いることで、本発明の効果を損
なわず、凝結時間調節、強度増強等の効果を有すること
が示される。このうち、実施例１３、１７においては、
燐酸水素２ナトリウム添加により、ゲルタイム延長が達
成され、実施例１６、１８のように、クエン酸を添加し
た系でも、上記と同様の効果が認められる。実施例１
４、１７〜１９に見られるように、コロイダルシリカ添
加によっては強度低下等は見られず、安定性向上に効果
を示した。

【００６７】また、実施例１５に見られるように減水剤
の添加も可能であった。さらに、実施例２０、２１にお
いては、必要成分をドライパックとし水に懸濁させてグ
ラウト剤を作製した場合でも通常の方法で作製した場合
と同等の結果が得られることが示される。

【００６８】上記実施例と比較して、参考例１、２のよ
うに、微粒子化していないスラグを用いると、硬化はす
るものの、浸透注入を想定した場合の浸透性が十分でな
く、ジェットグラウト工法等の浸透を必要としない工法
にのみ適用可能である。比較例１、２、９のように、本
発明の範囲外のアルカリ刺激剤を使用すると、少なくと
も２４時間以内には硬化が観察されない。比較例３、４
のようにアルカリ刺激剤の配合量が下限を下回る、ある
いは比較例５、６のようにスラグの配合量が下限を下回
っても同様に少なくとも２４時間以内には硬化が観察さ
れない。一方、比較例７、８のように水の配合量に対し
てスラグ量が過大となると、配合初期からペースト状に
なり浸透性が著しく劣る。さらに、比較例１０、１１の
ように、水ガラスを用いた従来のスラグ系グラウト剤に
おいては、一軸圧縮強度が実施例に及ばず、自己崩壊現
象も観察されるため、恒久性グラウトとして好ましくな
い。

【００６９】一方、上記の恒久性評価結果（表−５）よ
り、いずれの配合においても、経時変化は強度が増強す
る方向へ向っている。これは未水和粒子の水和・凝結が
完全に進むためと推定されるが、自己崩壊現象も見られ
ず、恒久的な強度保持が認められる。

【００７０】また、施工例１、２及び４に示されるよう
に、本発明のグラウト剤は通常の地盤改良機材で施工す
るに充分な施工性を有しており、良好な強化地盤または
連続地中壁を形成しうる。さらに、施工例３に示される
ように、浸透注入以外の用途については、浸透注入には
適当でない粗粒子スラグ（Ｎｏ.１）をも使用可能であ
る。

【００７１】以上の結果を総合すると、本発明のスラグ
を主成分とするグラウト剤を使用することで以下の点に
おいて効果が顕著である。１．５０ｋｇｆ／ｃｍ²以上の圧縮強度を示し、セメン
ト硬化体と比較しても何等遜色ない。恒久性についても
良好であり、乾湿繰返しに対して安定で自己崩壊現象等
も見られない。結晶構造もセメント硬化体と同様であ
る。２．スラグの粒度を限定することで、初期粘度を低くで
き、土壌への浸透性が良好となり、概ね全ての地盤への
浸透注入工法に適用可能である。ジェットグラウト工
法、深層混合処理工法等には、スラグの粒度に関わらず
適用可能である。また、地盤等への注入圧力が低く設定
でき、高速注入が可能となる。３．第３に数十分から数時間の再現性良いゲル化・固結
時間を任意に安定的に容易に調整でき、施工事例によっ
て適切なゲルタイムを選択できる。４．ピロ燐酸アルカリ金属塩の粉末は水砕スラグ粉末と
ドライブレンドが可能であり、その混合粉組成物は長期
間安定であり、１パックでグラウト注入現場に供給可能
である。従って、事前に任意のグラウト注入メーカーの
要望に完全に一致した形での供給体制が容易に確立でき
ると共に、現場における配合ミスが皆無となり、結果と
して本発明のグラウト剤の凝結信頼性や注入作業安定性
が確保される。５．危険物、有害物を含まず、地下水等への汚染が皆無
である環境調和型グラウト剤とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグラウト剤より得られた実施例１の硬
化体（ａ）と通常のセメント硬化体（普通ポルトランド
セメント及び市水を混合、硬化させたもの）（ｂ）のＸ
線回折チャート（ＸＲＤチャート）を表した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１ｍ³当り水砕スラグを１００〜１，５
００ｋｇ、ピロ燐酸アルカリ金属塩を固形分換算で２０
〜２５０ｋｇ及び水を含有してなる懸濁型のグラウト剤
組成物。
【請求項２】水砕スラグがブレーン値８，０００〜３
０，０００ｃｍ²／ｇの微粒子水砕スラグであることを
特徴とする請求項１記載のグラウト剤組成物。
【請求項３】水砕スラグが高炉水砕スラグであること
を特徴とする請求項１または２記載のグラウト剤組成
物。
【請求項４】ゲルタイム調節剤としてさらに第２もし
くは第３アルカリ金属燐酸塩または第２もしくは第３ア
ルカリ土類金属燐酸塩を、グラウト総量１ｍ³当り固形
分換算で０．０１〜５ｋｇ含有してなる請求項１〜３の
いずれか１項記載のグラウト剤組成物。
【請求項５】さらに、１次粒子径が５〜３００μｍの
非水硬性の微粒子をグラウト総量１ｍ³当り２０〜２５
０ｋｇ含有してなる請求項１〜４のいずれか１項記載の
グラウト剤組成物。
【請求項６】さらに、セメント用減水剤をグラウト総
量１ｍ³当り１〜５０ｋｇ含有してなる請求項１〜５の
いずれか１項記載のグラウト剤組成物。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項記載のグラ
ウト剤組成物を１液にて、グラウト注入管を介して、地
中の不安定地盤または岩盤亀裂隙間に圧入して固結させ
る地盤または岩盤改良工法。
【請求項８】請求項１〜６のいずれか１項記載のグラ
ウト剤組成物を、水を超高圧吐出させて出来た地盤内の
連続隙間に対しグラウト注入管を介して圧入して固結さ
せる、いわゆるジェットグラウト工法用の注入薬剤とし
て用いることを特徴とする連続地中杭または連続地中壁
の構築方法。
【請求項９】請求項１〜６のいずれか１項記載のグラ
ウト剤組成物を、地中に下ろされた注入ミキシング管を
介し、該注入ミキシング管の先端附近に設けられた吐出
穴から吐出させ、周辺の土砂と混合しながら該注入ミキ
シング管を引上げるかまたは引き降ろして同操作を継続
または繰返すことにより、注入管周辺の土砂と該グラウ
ト剤組成物とを一体混合させて固結させる、いわゆる深
層混合処理工法による連続地中杭または連続地中壁の構
築方法。