专利名称：地基注入用水硬性水泥组合物以及使用该组合物的地基改良方法
技术领域：
本发明涉及地基注入用水硬性水泥組合物以及使用该组合物的地基改良方法。
背景技术：
作为地基改良方法的ー种，有为了加固软土地基而介由杆(rod)向地下注入具有硬化性的药剂的药液注入方法，已知许多药液注入材料。可列举例如，水玻璃系注入材料、 特殊ニ氧化硅系注入材料、高分子系注入材料以及水泥、粘土和炉渣等悬浮型注入材料等。 使用了上述药液注入材料的药液注入方法与喷射浆料(jet grout)方法那样的通过高压喷流破坏地基同时进行改良的方法不同，由于具有可以尽可能地不破坏地基而进行改良、设备小型的特征，因此有许多实际成绩。药液注入材料中有溶液型和悬浮型，在要求高滲透性的情况下有时使用溶液型。 然而，虽然溶液型的药液注入材料的滲透性高，但所得的硬化体本身的強度小，硬化体的收缩也大，因此有时产生长期耐久性的课题。另ー方面，关于悬浮型的药液注入材料，将显示水硬性的水泥、炉渣等作为成分的材料具有可以期待表现比较高的強度、还易于确保长期耐久性这样的优点，但产生滲透性低这样的课题。因此，对于悬浮型，重点进行渗透性的改善的开发。然而，在港湾、沿岸部的地基改良中，存在药剂的滲透性越高，则注入的药剂越易于随着潮汐而逸流这样的自相矛盾的问题。作为上述悬浮型的药液注入材料，已知在进行了微粉末化的水泥熟料和高炉炉渣中将聚羧酸系分散剂作为必须成分的注入材料組合物(例如，參照专利文献1、2、3)。这些技术通过使用特定的聚羧酸系分散剂，从而提供提高了滲透性的注入材料組合物，但没有关于逸流防止能力的记载，也没有涉及耐久性的实施例。另ー方面，作为具有凝胶化时间的注入材料，还已知含有水玻璃、固化剂和布菜因比表面积值8，OOOcmVg以上的微粉末高炉炉渣而成的注入材料等(例如，參照专利文献4、 5、6)。专利文献4中显示了通过合并使用微粉炉渣可在几十秒 几分钟水平获得凝胶強度高的硬化体，但仅为压缩强度的评价，没有关于渗透性的记载，此外，水玻璃的配合量多，将水玻璃作为主体。专利文献5为涉及下述注入材料的技木，所述注入材料含有摩尔比在2. 8 4. 0 的范围内的水玻璃，平均粒径为10 μ m以下且布莱因比表面积值为5000cm2/g以上、优选为 8000cm2/g以上的微粒炉渣，以及根据需要的水泥。在该文献中，水玻璃的使用量多，虽然有关于压缩强度和滲透性的记载，但没有关于逸流防止能力的记载。专利文献6为下述技木，所述技术的特征在干，包含含有微粒炉渣和微粒水泥的混合物的悬浮型浆料(grout)，这些炉渣和水泥的平均粒径分别为10 μ m以下，布莱因比表面积值分别为5000cm2/g以上，水泥的混合比率为50%以下，而且特征在于在上述悬浮型浆料中含有水玻璃和/或碱材料。在该文献中，也与文献5同样地，水玻璃的使用量多，虽然
3有关于渗透性的记载，但没有关于逸流防止能力的记载，作为硬化体的评价，仅为压缩强度的评价。此外，在专利文献7中显示了关于悬浮型地基改良材料的技木，所述悬浮型地基改良材料的特征在干，含有水、微粒水碎炉渣、碱激发剂、分散剂、在水中溶解或分散而具有粘性的高分子物质、和根据需要的固结性改良剂。在该文献中，虽然有关于渗透性、沉降防止性能的记载，但没有关于硬化体的特性的公开内容，注入至地基而固结时的加固性能、逸流防止能力是未知的。此外，专利文献8为关于下述注入材料的技木，所述注入材料含有进行了湿式粉碎的炉渣、聚丙烯酸系分散剂和硅酸钠。在该文献中，虽然有关于注入性、压缩强度提高的记载，但没有关于渗透性、逸流防止能力的记载。现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2007—238428号公报
专利文献2日本特开2007—238925号公报
专利文献3日本特开2004-175989号公报
专利文献4日本特开平02—167848号公报
专利文献5日本特开平07—229137号公报
专利文献6日本特开平07—286173号公报
专利文献7日本特开2005—344078号公报
专利文献8日本特开2002一 212556号公报
发明内容
发明要解决的课题本发明是鉴于上述那样的问题而提出的，其课题在于提供滲透性和逸流防止能力优异、而且表现充分的強度和长期耐久性优异的地基注入用水硬性水泥組合物以及使用该組合物的地基改良方法。用于解决课题的方法本发明中为了解决上述课题，采用以下所述的本发明1 5的方案。本发明1涉及ー种地基注入用水硬性水泥組合物，其特征在干，含有高炉炉渣微粉末、分级水泥、聚丙烯酸系分散剂和作为逸流防止剂的硅酸碱金属盐，所述硅酸碱金属盐的下述通式(1)中的摩尔比η为3. 5以上，相对于所述高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计 100份为0. 2 7份，R2O · nSi02 (1)式中，R为碱金属。本发明2涉及本发明1的地基注入用水硬性水泥組合物，其特征在干，所述聚丙烯酸系分散剂为包含下述通式O)的単体的共聚物，CH2 = C(R1)COO(R2O)nR3 (2)式中，R1表示氢原子或甲基，R2O表示碳原子数2 4的氧亚烷基，η表示5 40 的整数，R3表示氢原子或碳原子数1 5的烷基。
本发明3涉及本发明1或2的地基注入用水硬性水泥組合物，其特征在干，所述高炉炉渣微粉末和所述分级水泥均满足布莱因比表面积值为7，000 16，OOOcmVg,中值粒径为1 7 μ m。本发明4涉及ー种地基改良方法，将本发明1 3的任一项所述的地基注入用水硬性水泥組合物注入至地基内。本发明5涉及本发明4的地基改良方法，其特征在干，其在用于防止液状化的地基改良中使用。另外，只要未特別记载，本说明书中的份、%是指质量份、质量％。发明的效果本发明的地基注入用水硬性水泥組合物的滲透性和逸流防止能力优异，可以发挥地基改良等效果。
具体实施例方式本发明的地基注入用水硬性水泥組合物由高炉炉渣微粉末、分级水泥、聚丙烯酸系分散剂和作为逸流防止剂的硅酸碱金属盐构成。为了表现高强度和长期耐久性以及高渗透性，使用微粉末的高炉炉渣和分级水泥。高炉炉渣微粉末是将制造生铁时产生的钢铁炉渣粉碎来制造的、作为一般的高炉水泥、混凝土用混合材料来使用的物质。高炉炉渣微粉末的细度以布莱因(Blaine)比表面积值(以下称为布莱因值)计优选为7，OOOcmVg以上，更优选为7，000 16，000cm2/g，最优选为9，000 13，OOOcmVgo 如果低于7，OOOcmVg,则有时不能获得充分的滲透性，如果超过16，000cm2/g,则制造成本过高，不实用。布莱因值为采用JIS R 5201的布莱因空气透过装置測定得到的值。高炉炉渣微粉末的中值粒径优选为1 7 μ m，更优选为2 5 μ m。例如，中值粒径可以通过激光衍射式粒度分布測定机来測定。如果低于1 μ m，则制造成本过高，不实用， 如果超过7 μ m,则可能会阻碍渗透性。分级水泥是使用分级设备对水泥进行粒度调整而得的。作为分级的水泥，能够使用普通波特兰水泥、早强波特兰水泥、低热波特兰水泥、中热波特兰水泥、耐硫酸盐水泥等波特兰水泥的任一种，此外，粉煤灰水泥、ニ氧化硅水泥等混合水泥也是同样的，氧化铝水泥等耐火水泥也是同样的。分级水泥也包含除了含有水泥成分以外还含有在水泥制造エ序中添加的ニ水石膏、碳酸钙的分级水泥。通过分级而包含细粒子的碳酸钙的分级水泥在強度表现性方面是有利的。分级水泥的细度与高炉炉渣微粉末同样地优选布莱因值为7，OOOcmVg以上，更优选为7，000 16，000cm2/g,最优选为9，000 13，000cm2/g。如果低于7，000cm2/g，则有时不能获得充分的滲透性，如果超过16，000cm2/g，则制造成本过高，不实用。分级水泥的中值粒径优选为1 7 μ m，更优选为2 5 μ m。例如，中值粒径可以通过激光衍射式粒度分布測定机来測定。如果低于1 μ m，则制造成本过高，不实用，如果超过7μπι，则可能阻碍渗透性。分级水泥的比例相对于高炉炉渣微粉末100份优选为5 30份，更优选为10 25份。如果低于5份，则有时不能获得充分的强度表现性，如果超过30份，则可能阻碍渗透性。本发明中使用聚丙烯酸系分散剂。聚丙烯酸系分散剂赋予抑制制成悬浮溶液时粒子沉降的效果和赋予渗透性，其特征在于，是包含下述通式O)的单体的共聚物，CH2 = C(R1)COO(R2O)nR3 (2)这里，式⑵中，R1表示氢原子或甲基，R2O为碳原子数2 4的氧亚烷基，可列举例如，一CH2CH2O —、一 CH2CH2CH2O —、一 CH2CH(CH3)O —、一 CH2CH(CH2CH3)O —和一CH2CH2CH2CH2O 一等。η表示氧亚烷基的加成摩尔数，为5 40的整数。如果加成摩尔数η过小，则分散力不充分。另一方面，如果过大，则成为高熔点的固体，操作困难。此外，R3表示氢原子或碳原子数1 5的烷基，可列举例如甲基、乙基、丙基和丁基寸。作为单体的例子，可列举烯化氧的加成摩尔数η为5 40摩尔的聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丁二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚丁二醇(甲基)丙烯酸酯和丙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯等，可以单独使用它们的一种或将两种以上组合使用。只要包含通式(2)所示的单体，就可以使用与具有其它化学结构的单体成分组合而成的共聚物。其中，从沉降防止性能、渗透性能方面出发，优选包含甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯的共聚物。聚丙烯酸系分散剂的质均分子量优选为5，000 100，000，更优选为20，000 80，000。聚丙烯酸系分散剂的使用量没有特别的限制，相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份优选为0. 1 3份，更优选为0. 3 2份。在本发明中，可以将三聚氰胺系分散剂与本发明的聚丙烯酸系分散剂合并使用。硅酸碱金属盐对地基注入用水硬性水泥组合物赋予逸流防止能力。逸流防止能力可以通过使地基注入用水硬性水泥组合物为触变性来达成。另外，触变是指下述性质最初如固体那样不易流动，但如果施加力则获得如液体那样的流动性，如果去掉力则再变为如固体那样。因此，在药液注入方法中，注入时由于注入压力而使流动性升高，成为容易渗透地基的高渗透性。而且，注入后由于没有压力负荷，因此流动性降低，在潮汐程度的水力梯度时，药剂不逸流。水力梯度(水流动方向的每单位距离的水压水力梯度=水位差/水流动距离)越大，药剂越易于逸流，在未合并使用硅酸碱金属盐的情况下，如果水力梯度为0. 1以上，则药剂逸流的情况多。然而，通过合并使用特定量的硅酸碱金属盐，即使水力梯度为0. 1以上，也可以防止药剂的逸流。本发明的地基注入用水硬性水泥组合物中，硅酸碱金属盐为下述通式(1)中的摩尔比η为3. 5以上的硅酸碱金属盐。R2O ‘ nSi02 (R 碱金属) (1)作为硅酸碱金属盐，有硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂等。其中，硅酸钠从供给的稳定性和价格方面出发是最适合的。此外，作为硅酸碱金属盐的形态，有水溶液和粉末，但从水溶液的市售品的种类更多、操作性更好的理由出发，在药液注入材料中使用的情况下，水溶液为主流。关于摩尔比n，如果低于3. 5，则由于逸流防止能力的赋予低，而且碱量多，因此抑制水泥的水化反应，担心压缩强度会降低。由此，摩尔比η需要为3. 5以上，优选为3. 7 5.0。此外，如果摩尔比η为3.5以上，则硅酸碱金属盐中的碱量减少，对环境的负荷也会降低。此外，硅酸碱金属盐的含量相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份为0. 2 7份(水溶液的情况下，以固体成分计为0. 2 7份)，优选为1 4. 5份。如果低于0. 2份，则逸流防止能力的赋予低，另一方面，如果超过7份，则粘度降低，逸流防止能力的赋予还是低，此外，通过利用硅酸碱金属盐和水泥生成的凝固体，渗透性降低。另外，可以在本发明的地基注入用水硬性水泥组合物中在不对本来的性能带来不良影响的范围内合并使用公知的水泥混合剂(材料)。作为公知的水泥混合剂(材料)，可列举例如，AE剂、AE减水剂、高性能减水剂、高性能AE减水剂、流化剂、缓凝剂、早强剂、消泡剂、增稠剂、防水剂(材料)、膨胀剂(材料)、促硬材料、减缩剂(材料)、防锈剂、水泥混合用聚合物乳液和粘土矿物等。添加水使本发明的地基注入用水硬性水泥组合物形成浆(milk)状来施工。添加的水的量越多，渗透性越好，但可能会促进材料分离，在压送软管内发生堵塞，如果添加的水的量少，则水泥浆的粘度过大，阻碍渗透性。使用的水的最合适范围是相对于高炉炉渣微粉末、分级水泥和聚丙烯酸系分散剂的合计100份优选为400 1，500份，更优选为700 1，200份。关于本发明的地基改良方法，作为注入地点，只要是软土地基的改良即可，没有特别的限定，可以适用于例如，港湾、护岸和机场等的建筑物、地基差的都市部、山间部等的各种建筑物所坐落的地基，可以以止水和/或挡水浆料、防止隆起的浆料、防止下沉的浆料、防止涌水(blow)的浆料、减轻土压力的浆料、增加支持力的浆料和防止吸出的浆料等作为目的来使用。由于渗透性良好，因此也能够适用于包含砾那样的砂质土地基，也作为防止液状化的对策有效地起作用。在本发明中，对施工方法没有特别的限定，可以使用通常的药液注入中所使用的施工设备，只要按照通常实施的注入设计和施工方法即可。可列举例如，采用泵介由软管来压送由混合器调制的悬浮溶液，介由配置于地下的杆来将注入材料注入的方法。此时所使用的杆没有特别的限定，可以使用单管杆、单管滤杆(single-pipe strainer rod)、双管杆和双管的双栓塞(double packer)方式杆等。本发明的地基注入用水硬性水泥组合物基本上以1次(one-shot)进行注入，但也可以根据地基的状态、目的，将市售的凝结促进剂、其它各种混合材料分开压送，以1. 5次、2次方式进行施工。实施例以下列举实施例具体说明本发明。实验例1将高炉炉渣微粉末、相对于高炉炉渣微粉末100份为20份的分级水泥、相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份为1份的聚丙烯酸系分散剂、和表1所示的水进行混合，用浆料混合器混炼1分钟，制成混炼物。接着，添加相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份以固体成分计如表1所示的硅酸钠A，用浆料混合器混炼1分钟，调制出地基注入用水硬性水泥组合物的注入材料。将调制的注入材料的粘度、压缩强度、渗透性、以及测定作为逸流防止能力的评价指标的流出状况、形状和硬化体的直径的渗透流下试验的结果一并记载于表1中。为了进行比较，不添加硅酸钠A，而相对于高炉炉渣微粉末100份添加分级水泥20份，相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份添加聚丙烯酸系分散剂1.0份。接着，相对于该混合物100份添加966份的水，用浆料混合器混炼2分钟，从而调制地基注入用水硬性水泥组合物的注入材料，进行同样的试验。将结果一并记载于表1中。<使用材料>高炉炉渣微粉末市售的高炉炉渣微粉末，布莱因值10，500cm7g，中值粒径3. 6 μ m分级水泥将普通波特兰水泥分级而成的分级水泥，布莱因值9，700cm2/g,中值粒径4. 1 μ m，碳酸钙含量11.3%聚丙烯酸系分散剂市售的聚丙烯酸系分散剂(甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯系)，通式O)中，R1为甲基，R2O为碳原子数2的氧亚乙基，R3为甲基，η = 23，质均分子量为42，000。质均分子量是通过GPC法(标准物质聚苯乙烯磺酸钠/水系)测定得到的。水清水硅酸钠A 水溶液、摩尔比 n3. 97,Si022 3 . 38%、Na206. 07%,SiO2 + Na2O 浓度 29. 45%硅酸钾水溶液、摩尔比n3. 69、SiO2浓度21. 2%、K2O浓度9. 0%、SiO2 + K2O浓度30. 2%<试验方法>粘度使用B型旋转粘度计测定刚搅拌好后的粘度。测定时的温度为25°C。压缩强度称量80ml注入材料至直径50mm、高度IOOmm的模板中，然后，加入5号硅砂306g。测定材龄(material age)为28天。渗透性根据JGS0831 — 2000所示的通过药液注入进行的稳定处理土的供试体制作方法。观察在向直径50mm、高度1，OOOmm的丙烯酸管(acryl pipe)中填充硅砂5号而水硬后的模拟地基中以0. 05MPa的注入压力注入注入材料时的渗透状况。渗透流下试验流出状况、形状、硬化体的直径根据JGS0311-2000所示的土的透水试验方法来进行。试验条件为在Φ 10 X 23cm的透明丙烯酸容器中填充5号硅砂使间隙率为40. 5%，从而制作出模拟地基。另外，在制作模拟地基的丙烯酸容器的底面放置过滤器，使水、注入材料流出。在制作的模拟地基的中心附近放置管来注入注入材料，将制作的各模拟地基容器浸渍于填充了水的容器中。关于浸渍了的模拟地基容器，使模拟地基容器上端部与填充了水的容器的水位差为3. 5cm(水力梯度=0. 15 ，在通过经常供给水来替换水的条件下，利用管注入120ml注入材料，观察
8注入材料从模拟地基流出的流出状况。此外，关于留在模拟地基内的注入材料硬化体的状态，在材龄7天后拆开模拟地基容器，从内部取出硬化体，确认其形状，当硬化成大致球形的情况下确认硬化体的直径。另外，在注入材料120ml成为球形的情况下，硬化体的直径为6. 1cm。[表 1]
权利要求
1.一种地基注入用水硬性水泥組合物，其特征在干，含有高炉炉渣微粉末、分级水泥、 聚丙烯酸系分散剂和作为逸流防止剂的硅酸碱金属盐，所述硅酸碱金属盐的下述通式(1) 中的摩尔比η为3. 5以上，相对于所述高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份为0. 2 7份，R2O · nSi02 (1)式中，R为碱金属。
2.根据权利要求1所述的地基注入用水硬性水泥組合物，其特征在干，所述聚丙烯酸系分散剂为包含下述通式O)的単体的共聚物，CH2 = C(R1)COO(R2O)nR3 (2)式中，R1表示氢原子或甲基，R2O表示碳原子数2 4的氧亚烷基，η表示5 40的整数，R3表示氢原子或碳原子数1 5的烷基。
3.根据权利要求1所述的地基注入用水硬性水泥組合物，其特征在干，所述高炉炉渣微粉末和所述分级水泥均满足布莱因比表面积值为7，000 16，OOOcmVg,中值粒径为1 7 μ m0
4.一种地基改良方法，将权利要求1 3的任一项所述的地基注入用水硬性水泥組合物注入至地基内。
5.根据权利要求4所述的地基改良方法，其特征在干，其在用于防止液状化的地基改良中使用。
全文摘要
本发明的课题是提供渗透性和逸流防止能力优异、而且表现充分的强度和长期耐久性优异的地基注入用水硬性水泥组合物以及使用该组合物的地基改良方法。作为解决本发明课题的方法是，一种地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，含有高炉炉渣微粉末、分级水泥、聚丙烯酸系分散剂和作为逸流防止剂的硅酸碱金属盐，上述硅酸碱金属盐的下述通式(1)中的摩尔比n为3.5以上，相对于上述高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份为0.2～7份，R2O·nSiO2(R碱金属)(1)。
文档编号C04B22/08GK102597164SQ201080050149
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者大野康年, 小野寺浩, 水岛一行, 田中秀弘, 矶部弘, 荒木昭俊, 西野英哉 申请人:电气化学工业株式会社