JP4165951B2

JP4165951B2 - Injection material

Info

Publication number: JP4165951B2
Application number: JP1345699A
Authority: JP
Inventors: 秀朗石田; 健吉平野; 栄一有水
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: JP2000212563A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤の止水や強化等を目的とする注入工事において使用する注入材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
注入材は、地盤に注入することにより、軟弱地盤を止水あるいは強化する材料である。注入材としては溶液型と懸濁型が挙げられる。そして、通常使用される二重管ダブルパッカー工法の注入材では注入時間を確保するために30分以上の硬化時間が必要である。
【０００３】
溶液型の注入材としては、水ガラスが挙げられるが、注入材自体の圧縮強度（以下、ホモゲル強度という）は0.1N/mm²未満と小さく、さらに長期的に強度の低下が起こるという課題があった（特開昭60-124691号公報）。
一方、懸濁型の注入材としては、水ガラスを主材とし、これに硬化剤としてセメントを添加したＬＷ注入材がある（坪井直道著、「薬液注入工法の実際」、鹿島出版会、ｐ３８、昭和５１年発行）。このＬＷ注入材は、硬化剤として添加するセメント量により、水ガラスの硬化時間とホモゲル強度が一義的に決まるものである。
【０００４】
【発明を解決しようとする課題】
しかしながら、硬化時間を長くして注入時間を確保するためには、セメント量を少なくしなければならず、ホモゲル強度が小さくなってしまうという課題があった。逆に、ホモゲル強度を大きくしようとすると、セメント量を多くする必要があり、その結果、硬化時間が短くなってしまうという課題があった。
このように、ＬＷ注入材に代表される懸濁型の注入材は、硬化時間を30分以上の範囲で任意に設定し、さらに十分なホモゲル強度を確保することができないという課題があった。
【０００５】
さらに、懸濁型の注入材は硬化時間を長くすると、セメント粒子が沈降するためにブリージングが発生し、注入材を均一に注入できないという課題があり、懸濁型の注入材も水ガラスを使用しているために、長期強度が低下してしまうという課題があった。
このように、従来の懸濁型の注入材は硬化時間を30分以上確保する場合に、多くの課題を有している。
現在このような課題を解決するために、二重管ダブルパッカー工法や二重管複相式注入工法等において、前述のような課題がなく、硬化時間を30分以上確保できる懸濁型注入材が望まれるようになった。
【０００６】
本発明者は、これらの課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の組成の注入材が30分以上の硬化時間を必要とする注入工法に適用できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ含有率４０〜５０重量％、Ａｌ _２Ｏ _３含有率３０〜４０重量％、及びＳｉＯ _２含有率１５〜２０重量％からなるアルミノケイ酸カルシウム、硫酸塩、セメント１００重量部に対して分離低減剤としてベントナイト又は精製ベントナイト１〜３０重量部、凝結調整剤、セメント１００重量部に対して分散剤としてポリエーテル系０．５〜５重量部、及びセメントを含有してなる注入材である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウム（以下ＣＡＳという）とは、CaO、Al₂O₃、及びSiO₂を含有するものをいう。その組成領域はCaO含有率30〜60重量％、Al₂O₃含有率20〜60重量％、及びSiO₂含有率5〜25重量％であることが好ましく、CaO含有率30〜55重量％、Al₂O₃含有率30〜60重量％、及びSiO₂含有率10〜20重量％であることがより好ましい。
【００１０】
CaO含有率が30重量％未満だと急結性が劣るおそれがあり、CaO含有率が60重量%を越えると30分以上の硬化時間が確保できないおそれがある。
【００１１】
Al₂O₃含有率が20重量%未満だと30分以上の硬化時間が確保できないおそれがあり、Al₂O₃含有率が60重量％を越えると急結性が劣るおそれがある。
【００１２】
SiO₂含有率が5重量%未満だと30分以上の硬化時間が確保できないおそれがあり、SiO₂含有率が25重量％を越えると急結性が劣るおそれがある。
【００１３】
ＣＡＳとしては、2CaO・Al₂O₃・SiO₂やCaO・Al₂O₃・2SiO₂等の結晶性化合物を使用してもよいが、初期強度が大きい点で、溶融物を急冷して得られるガラス質のものが好ましい。
【００１４】
ＣＡＳのガラス化率は、急結性の点で、50％以上が好ましく、70％以上がより好ましく、80％以上が最も好ましい。
【００１５】
なお、ガラス化率は、本発明のＣＡＳを1000℃×2時間の条件下で加熱後、5℃/分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピークの面積Ｓ₀を求め、このＳ₀と本発明の試料中のＣＡＳの結晶のメインピーク面積Ｓから、式（１）によりガラス化率χを求めたものである。
χ (％) ＝１００×（１−Ｓ／Ｓ₀）・・・式（１）
【００１６】
ＣＡＳは、生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH)₂)、及び石灰石(CaCO₃)等のカルシア原料、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等のアルミナ原料、並びに、ケイ石、ケイ砂、石英、及びケイ藻土等のシリカ原料等を所定の割合で配合した後、ロータリーキルン等で焼成又は電気炉や高周波炉で溶融し、水中に投下又は圧縮空気で吹き飛ばす等して製造するものである。
又、経済性の点で、高炉水砕スラグやポルトランドセメントに、上記の原料を配合し、熱処理することによっても得られる。
【００１７】
なお、一般の工業原料には、MgO、Fe₂O₃、TiO₂、K₂O、及びNa₂O等の不純物が当然含まれており、これらの不純物は、CaO-Al₂O₃-SiO₂系の組成物をガラス化できる組成領域を拡張するものである。これらの不純物のＣＡＳ中の含有率は、10重量％未満が好ましい。
又、硝酸アルカリ（NaNO₃やKNO₃等）、フッ化カルシウム（CaF₂）、及びホウ砂等の一般的な融剤を使用することは、ガラスの融点を下げる点で、好ましい。これらのＣＡＳ中の含有率は、５重量％未満が好ましい。
【００１８】
ＣＡＳの粒度は、細かいほど浸透性が向上する点で、好ましい。ＣＡＳの粒度は、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍを越えると浸透性が低下するおそれがある。
【００１９】
なお、85％粒子径とはレーザー回折式粒度分布計で粒度分布を測定した場合に、その粒子の小さい方からの積算重量の85％における粒子直径をいう。
【００２０】
ＣＡＳの使用量は、セメント100重量部に対して、3〜50重量部が好ましく、5〜30重量部がより好ましい。3重量部未満だと初期強度が小さいおそれがあり、50重量部を越ると長期強度が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明で使用する硫酸塩としては、無水セッコウ、半水セッコウ、二水セッコウ、無水硫酸アルミニウム、含水硫酸アルミニウム（例えば、6水塩、10水塩、16水塩、及び18水塩等）、無水硫酸ナトリウム、含水硫酸ナトリウム（例えば、7水塩や10水塩等）、無水硫酸マグネシウム、含水硫酸マグネシウム（例えば、1水塩、6水塩、及び7水塩等）、無水硫酸リチウム、並びに硫酸リチウム1水塩等が挙げられる。これらの中では、長期強度が大きい点で、無水セッコウが好ましい。
【００２２】
硫酸塩の粒度は、細かいほど浸透性が向上する点で、好ましい。硫酸塩の粒度は、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍを越えると浸透性が低下するおそれがある。
【００２３】
硫酸塩の使用量は、セメント100重量部に対して、3〜100重量部が好ましく、5〜50重量部がより好ましい。3重量部未満だと初期強度が小さいおそれがあり、100重量部を越えると長期強度が低下するおそれがある。
【００２４】
本発明で使用する分離低減剤とは、ＣＡＳ、硫酸塩、凝結調整剤、及びセメントと、水との分離を抑制するために使用する添加剤をいい、その評価は、ブリージング量で表すことができる。
【００２５】
分離低減剤としては、ベントナイト、シリカフューム、活性白土、アロフェン、メチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びヒドロキシエチルエチルセルロース等のヒドロキシアルキルアルキルセルロース、並びに、ベントナイトから石英、α-クリストバライト、オパール、長石、雲母、フッ石、及びドロマイト等の不純物を取り除いた精製ベントナイト等が挙げられる。これらの中では、ブリージング量低減の点で、ベントナイトや精製ベントナイトが好ましく、精製ベントナイトがより好ましい。
【００２６】
分離低減剤は、細かいほど浸透性が向上する点で、好ましい。分離低減剤の粒度は、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍを越えると浸透性が低下するおそれがある。
【００２７】
分離低減剤の使用量は、セメント100重量部に対して、1〜30重量部が好ましく、２〜10重量部がより好ましい。1重量部未満であるとブリージング量が多くなるおそれがあり、30重量部を越えると浸透性が劣るおそれがある。
【００２８】
本発明に使用する凝結調整剤は、硬化時間を任意に調整するために添加するものである。例えば、二重管ダブルパッカー工法の注入材としては、硬化時間が通常30分以上の任意の時間になるように凝結調整剤の使用量を調整して併用する。
【００２９】
凝結調整剤としては、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウム等のアルカリ金属アルミン酸塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウム等の水酸化物、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩、ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化マグネシウム、及びケイフッ化ナトリウム等のケイフッ化物等の無機塩類、並びに、クエン酸、グルコン酸、及び酒石酸又はこれらのナトリウム塩、カリウム塩、及びカルシウム塩等の有機酸類が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、硬化後の強度発現性が大きい点で、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を併用したものが好ましい。
【００３０】
凝結調整剤の使用量は、セメント100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、0.5〜5重量部がより好ましい。0.1重量部未満だと硬化時間を確保しにくいおそれがあり、10重量部を越えると初期強度が小さいおそれがある。
【００３１】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、並びに、各種ポルトランドセメントにシリカ、高炉スラグ、又はフライアッシュを混合した各種混合セメントが挙げられる。
【００３２】
セメントの粒度は、浸透性向上の点で、85％粒子径が30μｍ以下が好ましく、10μｍ以下がより好ましい。85％粒子径が30μｍ以下のセメントとしては、前述した各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉砕した微粒子セメントや超微粒子セメントが挙げられる。
【００３３】
本発明で使用する注入材は、ＣＡＳ、硫酸塩、分離低減剤、凝結調整剤、及びセメントに、水を混合することにより調製するものである。
【００３４】
本発明で使用する水の量は、必要とされる強度に応じて決定されるが、水/セメント比で50〜1000％が好ましく、100〜300％がより好ましい。水/セメント比が50％未満だと浸透性が劣るおそれがあり、水/セメント比が1000％を越えると初期や長期の強度が小さくなるおそれがある。
【００３５】
注入材の調製にあたっては、あらかじめ分離低減剤と水を混合したものを、ＣＡＳ、硫酸塩、凝結調整剤、及びセメントと混合することが、ブリージング量低減の点で、好ましい。しかしながら、使用時の煩雑さを少なくするために、ＣＡＳ、硫酸塩、分離低減剤、凝結調整剤、及びセメントといった粉体をあらかじめ混合し、使用時に水とミキサーで混合してもよく、又、ＣＡＳ、硫酸塩、凝結調整剤、及び分離低減剤と水をミキサーにより混合する一方で、セメントと水を別のミキサーで混合し、両者をさらに別のミキサーやＹ字管等で混合することにより注入材を調製してもよい。
【００３６】
本発明で使用する注入材には、さらに地盤への浸透性を向上させる点で、分散剤を使用することが好ましい。分散剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩、リグニンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、ポリカルボン酸塩、及びポリエーテル系のもの等が挙げられる。これらの中では、強度発現性の点で、ポリカルボン酸塩やポリエーテル系のものが好ましい。
【００３７】
分散剤の使用量は、セメント100重量部に対して、10重量部以下が好ましく、0.5〜5重量部がより好ましい。10重量部を越えると強度が小さいおそれがある。
【００３８】
さらに、地盤との付着性能を向上するために、ＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合体）、ＳＢＲ（スチレン-ブタジエン重合体）、ポリクロロプレン、及びポリアクリレート等の接着剤を添加してもよく、注入材調製時に発生する泡を低減するために、ステアリン酸、オクチルアルコール、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル、パラフィン、及びシリコーン等の消泡剤を添加してもよく、導電性を付与するために、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸銅、カーボンブラック、木炭粉末、金属粉末、炭素繊維、及び鋼繊維等の導電材を添加してもよく、流動性や経済性の点で、石灰石、高炉スラグ、フライアッシュ、ケイ砂、及び屑ガラス等の粉砕物を添加してもよい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
実施例１
カルシア原料、アルミナ原料、シリカ原料、及び必要に応じてフッ化カルシウムを所定の割合で混合し、高周波炉で溶融後、急冷し、表１に示す組成のＣＡＳを生成し、粉砕して85%粒子径を8.0μｍとした。
次いで、セメント100重量部、表１に示すＣＡＳ10重量部、硫酸塩▲１▼15重量部、分離低減剤ａ3重量部、及び凝結調整剤1.0重量部を混合した。この混合物に、セメント100重量部に対して水200重量部と分散剤1重量部を混合し、注入材を調製した。
この注入材について、硬化時間、ブリージング量、浸透長さ、ゲル強度、及びサンドゲル強度を測定した。結果を表２に示す。
【００４１】
＜使用材料＞
カルシア原料：炭酸カルシウム、試薬
アルミナ原料：酸化アルミニウム、試薬
シリカ原料：二酸化ケイ素、試薬
フッ化カルシウム：天然ホタル石粉末、市販品
セメント：超微粒子セメント、85%粒子径＝7.0μｍ、市販品
硫酸塩▲１▼：無水セッコウ、85%粒子径＝8.5μｍ、市販品
分離低減剤ａ：精製ベントナイト、85%粒子径＝8.7μｍ、市販品
凝結調整剤：クエン酸ナトリウムと炭酸カリウムを1:3（重量比）の割合で混合したもの
分散剤Ａ：ポリエーテル系分散剤、市販品
【００４２】
＜試験方法＞
硬化時間：注入材をコップに入れてから、コップを傾けてもこぼれなくなるまでの時間を測定した。
ブリージング率：ブリージング率は、土木学会基準JSCE-F522-1994に準じて測定した。
浸透長さ：直径5cm×長さ30cmのビニールチューブに８号ケイ砂を長さ20cmになるように充填し、ビニールチューブ底部に0.5mm程度の孔を開けた後に、注入材を200cc投入し、１日後に浸透長さを測定した。
ホモゲル強度：注入材をゲル化直前に4cm×4cm×16cmの型枠に入れて放置し、所定材齢の圧縮強度をホモゲル強度とした。なお、材齢28日のホモゲル強度は、材齢１日以降に、20℃の環境下で水中養生したものを測定した。
サンドゲル強度：浸透長さ試験後のサンドゲルを、長さ10cmになるように切断し、所定材齢の圧縮強度をサンドゲル強度とした。なお、材齢28日のサンドゲル強度は、材齢１日以降に、20℃の環境下で水中養生したものを測定した。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
実施例２
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを、セメント100重量部に対して表３に示す量使用ししたこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】

【００４７】
実施例３
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを使用し、セメント100重量部に対して、表４に示す量の分離低減剤ａを使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表４に示す。
【００４８】
【表４】

【００４９】
実施例４
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを使用し、表５に示す分離低減剤を使用したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表５に示す。
【００５０】
＜使用材料＞
分離低減剤ｂ：シリカフューム、85%粒子径＝1.2μｍ、市販品
分離低減剤ｃ：活性白土、85%粒子径＝6.8μｍ、市販品
分離低減剤ｄ：メチルセルロース、水溶性、市販品
分離低減剤ｅ：ヒドロキシエチルセルロース、水溶性、市販品
分離低減剤ｆ：未精製ベントナイト、85%粒子径＝9.5μｍ、市販品
【００５１】
【表５】

【００５２】
実施例５
ＣＡＳキを粉砕して85%粒子径を8.0μｍとしたＣＡＳを使用し、セメント100重量部に対して表６に示す量の凝結調整剤を使用したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。結果を表６に示す。
【００５３】
【表６】

【００５４】
実施例６
ＣＡＳシを以下のように調製した。
工業用生石灰（ＣａＯ純度：96.4重量％）、ボーキサイト（Ａｌ₂Ｏ₃純度：87.4重量％）、及びケイ石（ＳｉＯ₂純度：97.0重量％）を45:42:13（重量％）の割合で混合したものを最大電力負荷5000kVAの直接通電式溶融炉で溶融し、得られた溶融体を水中へ落下させて急冷し、ＣＡＳシを１０トン調製した。なお、流し口での溶融体の温度は1680℃であった。
得られたＣＡＳシのＸ線回折結果は、結晶のピークは認められず、ガラス化率は100%であった。又、ＣＡＳシの化学分析結果を表７に示した。
このＣＡＳシの85%粒子径が6.0μｍになるまで粉砕したＣＡＳ、表８に示す硫酸塩、分離低減剤ａ、凝結調整剤、及び分散剤Ａを用いたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を表８に示す。
【００５５】
＜使用材料＞
硫酸塩▲２▼：二水セッコウ、85%粒子径＝7.6μｍ、市販品
硫酸塩▲３▼：無水硫酸アルミニウム、85%粒子径＝9.4μｍ、市販品
硫酸塩▲４▼：無水硫酸ナトリウム、85%粒子径＝9.6μｍ、市販品
硫酸塩▲５▼：硫酸マグネシウム６水塩、85%粒子径＝8.5μｍ、市販品
【００５６】
【表７】

【００５７】
【表８】

【００５８】
実施例７
ＣＡＳシの85%粒子径が6.0μｍになるまで粉砕したＣＡＳ、硫酸塩▲１▼、分離低減剤ａ、凝結調整剤、及びセメント100重量部に対して表９に示す分散剤Ｂを用いたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を表９に示す。
【００５９】
＜使用材料＞
分散剤Ｂ：ポリカルボン酸塩系分散剤、市販品
【００６０】
【表９】

【００６１】
実施例８
ＣＡＳシの85%粒子径が6.0μｍになるまで粉砕したＣＡＳ、分離低減剤ａ、凝結調整剤、分散剤Ａ、及びセメント100重量部に対して表１０に示す量の硫酸塩▲１▼を用いたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を表１０に示す。
【００６２】
【表１０】

【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、本発明による注入材を使用することにより、以下の効果を有する。
(1)硬化時間が30分以上で任意に設定できる。
(2)浸透性が良好である。
(3)ブリージング量が少ない。
(4)ホモゲル強度及びサンドゲル強度が、任意に設定できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an injection material used in injection work for the purpose of waterproofing or strengthening soft ground.
[0002]
[Prior art]
The injection material is a material that stops or strengthens the soft ground by being injected into the ground. Examples of the injection material include a solution type and a suspension type. The normally used double pipe double packer injection material requires a curing time of 30 minutes or more in order to secure the injection time.
[0003]
Water-type glass is an example of a solution-type injection material, but the compression strength of the injection material itself (hereinafter referred to as homogel strength) is as small as less than 0.1 N / mm ^2, and there is a problem that the strength will decrease over the long term. (Japanese Patent Laid-Open No. 60-124691).
On the other hand, as a suspension type injection material, there is an LW injection material in which water glass is a main material and cement is added as a hardener (written by Naomichi Tsuboi, “Actual of chemical injection method”, Kashima Press, p38) , Published in 1976). In this LW injection material, the setting time and homogel strength of water glass are uniquely determined by the amount of cement added as a curing agent.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to lengthen the curing time and ensure the injection time, the amount of cement has to be reduced, resulting in a problem that the homogel strength is reduced. Conversely, when trying to increase the homogel strength, it is necessary to increase the amount of cement, and as a result, there is a problem that the curing time is shortened.
As described above, the suspension type injection material represented by the LW injection material has a problem that the curing time is arbitrarily set within a range of 30 minutes or more and sufficient homogel strength cannot be ensured.
[0005]
Furthermore, suspension type injection material has the problem that if the curing time is lengthened, the cement particles settle out, causing breathing, and the injection material cannot be injected uniformly, and the suspension type injection material also uses water glass. Therefore, there is a problem that long-term strength is reduced.
Thus, the conventional suspension-type injection material has many problems when securing the curing time of 30 minutes or more.
Currently, in order to solve such problems, there is no such problem in the double pipe double packer method or double pipe double phase injection method, etc., and the suspension type injection material that can secure the curing time of 30 minutes or more. Came to be desired.
[0006]
As a result of diligent studies to solve these problems, the present inventor has found that an injection material having a specific composition can be applied to an injection method requiring a curing time of 30 minutes or more, and has completed the present invention. It was.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention relates to calcium aluminosilicate, sulfate, cement 100 parts by weight comprising CaO content 40 to 50% by weight, Al ₂ O ₃ content 30 to 40% by weight, and SiO ₂ content 15 to 20% by weight. 1-30 parts by weight bentonite or purified bentonite as segregation reducing agent to, coagulation adjusting agent, polyether 0.5-5 parts by weight of dispersing agent with respect to 100 parts by weight of cement, and comprising a cement injection It is a material.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0009]
The calcium aluminosilicate (hereinafter referred to as CAS) used in the present invention refers to one containing CaO, Al ₂ O ₃ , and SiO ₂ . Its composition region CaO content of 30 to 60 wt%, Al ₂ O ₃ content of 20 to 60 wt%, and is preferably a SiO ₂ content of 5 to 25 wt%, the CaO content 30 to 55 wt%, More preferably, the Al ₂ O ₃ content is 30 to 60% by weight and the SiO ₂ content is 10 to 20% by weight.
[0010]
If the CaO content is less than 30% by weight, quick setting may be inferior, and if the CaO content exceeds 60% by weight, a curing time of 30 minutes or more may not be ensured.
[0011]
If the Al ₂ O ₃ content is less than 20% by weight, the curing time of 30 minutes or more may not be secured, and if the Al ₂ O ₃ content exceeds 60% by weight, the quick setting property may be inferior.
[0012]
If the SiO ₂ content is less than 5% by weight, the curing time of 30 minutes or more may not be secured, and if the SiO ₂ content exceeds 25% by weight, the quick setting property may be inferior.
[0013]
As CAS, crystalline compounds such as 2CaO · Al ₂ O ₃ · SiO ₂ and CaO · Al ₂ O ₃ · 2SiO ₂ may be used. A glassy material is preferable.
[0014]
The vitrification rate of CAS is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and most preferably 80% or more in terms of rapid setting.
[0015]
The vitrification rate is determined by heating the CAS of the present invention under the conditions of 1000 ° C. × 2 hours and then slowly cooling it at a cooling rate of 5 ° C./min. _From this S ₀ and the main peak area S of the CAS crystal in the sample of the present invention, the vitrification rate χ is obtained by the equation (1).
χ (%) = 100 × (1−S / S ₀ ) (1)
[0016]
CAS includes calcia raw materials such as quick lime (CaO), slaked lime (Ca (OH) ₂ ), and limestone (CaCO ₃ ), alumina raw materials such as alumina, bauxite, diaspore, feldspar, and clay, as well as silica stone and silica sand. It is manufactured by mixing silica raw materials such as quartz and diatomaceous earth at a predetermined ratio, firing in a rotary kiln or the like, melting in an electric furnace or high frequency furnace, dropping into water or blowing off with compressed air, etc. is there.
Moreover, it can obtain also by mix | blending said raw material with blast furnace granulated slag and Portland cement, and heat-processing from an economical point.
[0017]
Natural industrial materials naturally contain impurities such as MgO, Fe ₂ O ₃ , TiO ₂ , K ₂ O, and Na ₂ O, and these impurities are CaO-Al ₂ O ₃ —SiO _It expands the composition range in which a _two- system composition can be vitrified. The content of these impurities in CAS is preferably less than 10% by weight.
In addition, it is preferable to use a general flux such as alkali nitrate (NaNO ₃ , KNO _3, etc.), calcium fluoride (CaF ₂ ), and borax in order to lower the melting point of the glass. The content in these CAS is preferably less than 5% by weight.
[0018]
The smaller the CAS particle size, the better the permeability. As for the particle size of CAS, the 85% particle size is preferably 30 μm or less, and more preferably 10 μm or less. If the 85% particle size exceeds 30 μm, the permeability may decrease.
[0019]
The 85% particle diameter refers to the particle diameter at 85% of the cumulative weight from the smaller particle when the particle size distribution is measured with a laser diffraction particle size distribution meter.
[0020]
The amount of CAS used is preferably 3 to 50 parts by weight and more preferably 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. If it is less than 3 parts by weight, the initial strength may be small, and if it exceeds 50 parts by weight, the long-term strength may be reduced.
[0021]
As sulfates used in the present invention, anhydrous gypsum, semi-aqueous gypsum, dihydrate gypsum, anhydrous aluminum sulfate, hydrous aluminum sulfate (for example, hexahydrate, 10 hydrate, 16 hydrate, and 18 hydrate), Anhydrous sodium sulfate, hydrous sodium sulfate (eg, heptahydrate, decahydrate, etc.), anhydrous magnesium sulfate, hydrous magnesium sulfate (eg, monohydrate, hexahydrate, heptahydrate, etc.), anhydrous lithium sulfate, and Examples thereof include lithium sulfate monohydrate. Among these, anhydrous gypsum is preferable because of its long-term strength.
[0022]
The finer the particle size of the sulfate, the better the permeability. As for the particle size of the sulfate, the 85% particle size is preferably 30 μm or less, and more preferably 10 μm or less. If the 85% particle size exceeds 30 μm, the permeability may decrease.
[0023]
The amount of sulfate used is preferably 3 to 100 parts by weight and more preferably 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. If it is less than 3 parts by weight, the initial strength may be small, and if it exceeds 100 parts by weight, the long-term strength may be reduced.
[0024]
The separation reducing agent used in the present invention refers to CAS, sulfate, a setting modifier, and an additive used to suppress separation of cement and water, and the evaluation can be expressed by a breathing amount. it can.
[0025]
Separation reducing agents include bentonite, silica fume, activated clay, allophane, alkylcellulose such as methylcellulose, hydroxyalkylcellulose such as hydroxyethylcellulose and hydroxypropylcellulose, hydroxyalkylalkyl such as hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylethylcellulose. Examples thereof include cellulose and purified bentonite obtained by removing impurities such as quartz, α-cristobalite, opal, feldspar, mica, fluorite, and dolomite from bentonite. Among these, bentonite and purified bentonite are preferable and purified bentonite is more preferable in terms of reducing the amount of breathing.
[0026]
The finer the separation reducing agent, the better the permeability. As for the particle size of the separation reducing agent, the 85% particle size is preferably 30 μm or less, and more preferably 10 μm or less. If the 85% particle size exceeds 30 μm, the permeability may decrease.
[0027]
The amount of the separation reducing agent used is preferably 1 to 30 parts by weight and more preferably 2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. If it is less than 1 part by weight, the breathing amount may increase, and if it exceeds 30 parts by weight, the permeability may be inferior.
[0028]
The setting modifier used in the present invention is added to arbitrarily adjust the curing time. For example, as the injection material for the double-pipe double packer method, the amount of the setting adjuster is adjusted and used in combination so that the curing time is usually an arbitrary time of 30 minutes or longer.
[0029]
As the setting modifier, alkali metal aluminates such as lithium aluminate, sodium aluminate and potassium aluminate, alkali metal carbonates such as lithium carbonate, sodium carbonate and potassium carbonate, lithium hydroxide, sodium hydroxide, Hydroxides such as potassium hydroxide and calcium hydroxide, alkali metal silicates such as lithium silicate, sodium silicate, and potassium silicate, silicofluorides such as zinc silicofluoride, magnesium silicofluoride, and sodium silicofluoride Inorganic salts such as citric acid, gluconic acid, and tartaric acid or organic acids such as sodium salt, potassium salt, and calcium salt thereof can be used, and one or more of these can be used. Among these, a combination of an alkali metal carbonate and an organic acid is preferable in that strength development after curing is large.
[0030]
The amount of setting modifier used is preferably 0.1 to 10 parts by weight and more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. If it is less than 0.1 parts by weight, it may be difficult to secure the curing time, and if it exceeds 10 parts by weight, the initial strength may be small.
[0031]
Examples of the cement used in the present invention include various portland cements such as normal, early strength, super early strength, and moderate heat, and various mixed cements obtained by mixing various portland cements with silica, blast furnace slag, or fly ash. .
[0032]
As for the particle size of the cement, the 85% particle size is preferably 30 μm or less, more preferably 10 μm or less, from the viewpoint of improving permeability. Examples of the cement having an 85% particle size of 30 μm or less include fine particle cement and ultra fine particle cement obtained by pulverizing the above-mentioned various Portland cements and various mixed cements.
[0033]
The injection material used in the present invention is prepared by mixing water with CAS, sulfate, separation reducing agent, setting modifier, and cement.
[0034]
The amount of water used in the present invention is determined according to the required strength, but is preferably 50 to 1000%, more preferably 100 to 300% in terms of water / cement ratio. If the water / cement ratio is less than 50%, the permeability may be inferior. If the water / cement ratio exceeds 1000%, the initial and long-term strength may be reduced.
[0035]
In preparing the injection material, it is preferable from the viewpoint of reducing the amount of breathing that a mixture of a separation reducing agent and water is mixed in advance with CAS, sulfate, a setting regulator, and cement. However, in order to reduce the complexity at the time of use, powders such as CAS, sulfate, separation reducing agent, setting controller, and cement may be mixed in advance and mixed with water and a mixer at the time of use. By mixing CAS, sulfate, setting modifier, and separation reducing agent and water with a mixer, mixing cement and water with another mixer, and mixing both with another mixer, Y-tube, etc. An injection material may be prepared.
[0036]
In the injection material used in the present invention, it is preferable to use a dispersant from the viewpoint of further improving the permeability to the ground. Examples of the dispersant include a salt of naphthalene sulfonic acid formalin condensate, a lignin sulfonate, a salt of melamine sulfonic acid formaldehyde condensate, a polycarboxylate, and a polyether-based one. Among these, polycarboxylic acid salts and polyether-based ones are preferable in terms of strength development.
[0037]
The amount of the dispersant used is preferably 10 parts by weight or less, more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. If it exceeds 10 parts by weight, the strength may be low.
[0038]
Furthermore, in order to improve the adhesion performance with the ground, an adhesive such as EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer), SBR (styrene-butadiene polymer), polychloroprene, and polyacrylate may be added. Antifoaming agents such as stearic acid, octyl alcohol, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene polyoxypropylene ether, paraffin, and silicone may be added to reduce foam generated during the preparation of the injection material. In order to impart, conductive materials such as sodium chloride, potassium chloride, copper sulfate, carbon black, charcoal powder, metal powder, carbon fiber, and steel fiber may be added, and in terms of fluidity and economy, limestone Further, pulverized products such as blast furnace slag, fly ash, silica sand, and waste glass may be added.
[0039]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although the Example of this invention is shown and this invention is demonstrated further, this invention is not limited to these.
[0040]
Example 1
Calcia raw material, alumina raw material, silica raw material and calcium fluoride as required are mixed at a predetermined ratio, melted in a high frequency furnace, and then rapidly cooled to produce CAS having the composition shown in Table 1 and pulverized to 85% The particle size was 8.0 μm.
Next, 100 parts by weight of cement, 10 parts by weight of CAS shown in Table 1, 15 parts by weight of sulfate (1), 3 parts by weight of a separation reducing agent a, and 1.0 part by weight of a setting adjuster were mixed. To this mixture, 200 parts by weight of water and 1 part by weight of a dispersant were mixed with 100 parts by weight of cement to prepare an injection material.
About this injection material, hardening time, breathing amount, penetration length, gel strength, and sand gel strength were measured. The results are shown in Table 2.
[0041]
<Materials used>
Calcia raw material: calcium carbonate, reagent alumina raw material: aluminum oxide, reagent silica raw material: silicon dioxide, reagent calcium fluoride: natural fluorite powder, commercial cement: ultrafine cement, 85% particle size = 7.0 μm, commercial sulfate (1): Anhydrous gypsum, 85% particle size = 8.5 μm, commercial product separation reducing agent a: purified bentonite, 85% particle size = 8.7 μm, commercial product coagulation regulator: sodium citrate and potassium carbonate 1: 3 ( Dispersant A: polyether dispersant, commercially available product
<Test method>
Curing time: The time from when the pouring material was put into the cup until it spilled even when the cup was tilted was measured.
Breathing rate: The breathing rate was measured according to Japan Society of Civil Engineers standard JSCE-F522-1994.
Penetration length: Filled a 5cm diameter x 30cm vinyl tube with No. 8 silica sand to a length of 20cm, drilled a hole of about 0.5mm in the bottom of the vinyl tube, and then injected 200cc of injection material. The penetration length was measured after 1 day.
Homogel strength: The injected material was placed in a 4 cm × 4 cm × 16 cm mold immediately before gelation and allowed to stand, and the compressive strength at a predetermined age was defined as the homogel strength. In addition, the homogel strength at the age of 28 days was measured after being cured under water in an environment of 20 ° C. after the age of 1 day.
Sand gel strength: The sand gel after the permeation length test was cut to a length of 10 cm, and the compressive strength at a predetermined age was defined as the sand gel strength. In addition, the sand gel intensity | strength of material age 28 measured the thing cured underwater in the environment of 20 degreeC after the material age 1st.
[0043]
[Table 1]

[0044]
[Table 2]

[0045]
Example 2
Experiments were conducted in the same manner as in Example 1 except that CAS was crushed to have a 85% particle size of 8.0 μm and used in an amount shown in Table 3 with respect to 100 parts by weight of cement. The results are shown in Table 3.
[0046]
[Table 3]

[0047]
Example 3
Similar to Example 1 except that CAS was crushed and CAS was used with an 85% particle size of 8.0 μm, and the amount of separation reducing agent a shown in Table 4 was used for 100 parts by weight of cement. Implemented. The results are shown in Table 4.
[0048]
[Table 4]

[0049]
Example 4
Experiments were performed in the same manner as in Example 1 except that CAS was pulverized and CAS having an 85% particle size of 8.0 μm was used and the separation reducing agent shown in Table 5 was used. The results are shown in Table 5.
[0050]
<Materials used>
Separation reducing agent b: silica fume, 85% particle size = 1.2 μm, commercial product separation reducing agent c: activated clay, 85% particle size = 6.8 μm, commercial product separation reducing agent d: methylcellulose, water-soluble, commercial product separation reducing agent e: Hydroxyethyl cellulose, water-soluble, commercial product separation reducing agent f: unpurified bentonite, 85% particle size = 9.5 μm, commercial product
[Table 5]

[0052]
Example 5
Experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that CAS was ground to 85% particle size of 8.0 μm, and the amount of setting modifier shown in Table 6 was used with respect to 100 parts by weight of cement. Went. The results are shown in Table 6.
[0053]
[Table 6]

[0054]
Example 6
CAS was prepared as follows.
Industrial lime (CaO purity: 96.4% by weight), bauxite (Al ₂ O ₃ purity: 87.4% by weight), and silica (SiO ₂ purity: 97.0% by weight) in a ratio of 45:42:13 (% by weight) The mixture was melted in a direct current melting furnace with a maximum power load of 5000 kVA, and the obtained melt was dropped into water and rapidly cooled to prepare 10 tons of CAS. The melt temperature at the outlet was 1680 ° C.
As a result of X-ray diffraction of the obtained CAS, no crystal peak was observed, and the vitrification rate was 100%. Table 7 shows the chemical analysis results of CAS.
Similar to Example 1 except that the CAS was pulverized until the 85% particle size of the CAS was 6.0 μm, and the sulfate, separation reducing agent a, setting modifier, and dispersant A shown in Table 8 were used. The experiment was conducted. The results are shown in Table 8.
[0055]
<Materials used>
Sulfate (2): dihydrate gypsum, 85% particle size = 7.6 μm, commercial product sulfate (3): anhydrous aluminum sulfate, 85% particle size = 9.4 μm, commercial product sulfate (4): anhydrous sodium sulfate, 85% particle size = 9.6 μm, commercial product sulfate (5): Magnesium sulfate hexahydrate, 85% particle size = 8.5 μm, commercial product
[Table 7]

[0057]
[Table 8]

[0058]
Example 7
CAS pulverized until the 85% particle size of CAS was 6.0 μm, sulfate (1), separation reducing agent a, setting modifier, and dispersant B shown in Table 9 were used with respect to 100 parts by weight of cement. The experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that. The results are shown in Table 9.
[0059]
<Materials used>
Dispersant B: polycarboxylate-based dispersant, commercially available product
[Table 9]

[0061]
Example 8
CAS crushed until the 85% particle size of CAS is 6.0 μm, separation reducing agent a, setting modifier, dispersant A, and 100 parts by weight of cement, sulfate 10 in the amount shown in Table 10 The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that it was used. The results are shown in Table 10.
[0062]
[Table 10]

[0063]
【The invention's effect】
As described in detail above, the use of the injection material according to the present invention has the following effects.
(1) The curing time can be arbitrarily set at 30 minutes or more.
(2) Good permeability.
(3) Less breathing amount.
(4) Homogel strength and sand gel strength can be set arbitrarily.

Claims

Separation reducing agent for 100 parts by weight of calcium aluminosilicate, sulfate, and cement , each having CaO content of 40 to 50% by weight, Al ₂ O ₃ content of 30 to 40% by weight, and SiO ₂ content of 15 to 20% by weight As an injection material containing 1 to 30 parts by weight of bentonite or purified bentonite, a setting regulator, 0.5 to 5 parts by weight of a polyether as a dispersant with respect to 100 parts by weight of cement, and cement.