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组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一种，有为了用于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、特殊二氧化硅系注入材料、高分子系注入材料以及水泥、粘土、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，与喷射注浆(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，因此具有许多实际成绩。药液注入材料中有溶液型和悬浮型，在要求高渗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渗透性高，但所得的硬化体本身的强度小，硬化体的收缩也大，因此有时产生长期耐久性的课题。另一方面， 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强度、还易于确保长期耐久性这样的优点，但产生渗透性低这样的课题。此外，在悬浮型的情况下，由于是包含粒子的药液，因此一旦静置，粒子就会立即沉降，在实际施工中有时发生注入软管内的堵塞等事故。作为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组合物。(例如，参照专利文献1、2、3)。这些技术通过使用特定的聚羧酸系分散剂，从而提供提高了渗透性的注入材料组合物，但没有关于水泥中的碳酸钙、碳酸钙的含有比例的记载，没有关于静置注入材料组合物时的沉降防止性能的记载，没有涉及耐久性的实施例。另一方面，作为具有凝胶化时间的注入材料，还已知含有水玻璃、固化剂和布莱因 8, OOOcmVg以上的微粉末高炉炉渣而成的注入材料等(例如，参照专利文献4、5、6)。专利文献4中显示了通过合并使用微粉炉渣而可在几十秒 几分钟水平获得凝胶强度高的硬化体，但仅为压缩强度的评价，水玻璃的配合量也多，将水玻璃作为主体。此外，也没有关于粒子的沉降防止性能、渗透性的描述。专利文献5为涉及下述注入材料的技术，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IOym以下且比表面积为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渗透性的记载，但没有关于粒子的沉降防止性能的描述。专利文献6为下述技术，所述技术的特征在于，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，比表面积分别为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，虽然有关于渗透性的记载，但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术，所述悬浮型地基改良材料的特征在于，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，注入至地基并固结时的加固性能是
未知的。
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
发明内容
发明要解决的课题本发明的课题是提供即使将混炼而成的悬浮溶液(水泥浆)静置，粒子的沉降抵抗性也高，即使在流水下注入材料成分也不易流动，渗透性和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。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 7的方案。本发明1涉及一种地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，含有布莱因比表面积为7000 16000cm2/g、中值粒径为1 7 μ m的高炉炉渣微粉末100份，相对于高炉炉渣微粉末100份为5 30份的分级水泥，以及相对于所述高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份含有0. 1 3份聚丙烯酸系分散剂的分散剂，所述分级水泥满足全部的下述(1) (3)的条件(1)以在分级水泥100份中含有6 20份碳酸钙为特征的分级水泥，(2)以布莱因比表面积为7000 16000cm2/g为特征的分级水泥，(3)以中值粒径为1 7 μ m为特征的分级水泥。本发明2涉及本发明1的地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，所述分散剂还含有三聚氰胺系分散剂。本发明3涉及本发明1或2的地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，所述聚丙烯酸系分散剂为包含下述通式(I)的单体的共聚物，CH2 = C (R1) COO (R2O) nR3 (I)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4涉及一种水泥浆，其特征在于，是在本发明1 3的任一项所述的地基注入用水硬性水泥组合物中添加水并混炼而成的。
本发明5涉及本发明4的水泥浆，其特征在于，在所述水硬性水泥组合物中添加水并混炼而成的水泥浆的静置60分钟后的泌水率显示21以下。本发明6涉及一种地基改良方法，将本发明4或5的水泥浆注入至地基内。本发明7涉及本发明6的地基改良方法，其特征在于，其用于以液状化对策为目的的地基改良。另外，只要未特别记载，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组合物的渗透性优异，可以发挥地基改良等效^ ο
具体实施例方式在本发明中使用的高炉炉渣微粉末，布莱因比表面积为7000 16000cm2/g，中值粒径为1 7μπι，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。布莱因比表面积为采用JIS R 5201的布莱因空气透过装置测定得到的值，为7000 16000cm2/go高炉炉渣微粉末的布莱因比表面积如果低于7000Cm2/g，则泌水率增大，有时不能获得充分的渗透性，如果超过16000cm7g，则制造成本过高，不实用。高炉炉渣微粉末的中值粒径优选为1 7 μ m。例如，中值粒径可以通过激光衍射式粒度分布测定机来测定。如果低于lym，则制造成本过高，不实用，如果超过7μπι，则泌水率增大，可能会阻碍渗透性。在本发明中使用的分级水泥是使用分级设备对水泥进行粒度调整而得的。分级水泥100份中含有6 20份碳酸钙，优选含有10 15份。本发明通过在分级水泥100份中含有6 20份碳酸钙，从而具备沉降防止性能和耐久性这样的表面上难以并存的特性。如果低于6份，则不能获得充分的沉降防止性能，如果超过20份，则粘度增大，强度减小。分级水泥中含有的碳酸钙通过分级而成为细粒子存在，因此反应性良好。碳酸钙作为通常水泥的填料、制造混凝土时的砂的一部分来利用。由于通常被利用的碳酸钙(石灰石微粉末)的细度为4000 6000cm7g，因此还可以期待比该细度细、反应活性高、强度增进的效果。此外，与水泥中包含的铝酸钙(3Ca0· Al2O3)反应而生成单碳酸盐、半碳酸盐 (hemicarbonate)。石膏也同样地与水泥中包含的铝酸钙(3Ca0 -Al2O3)反应而生成钙矾石， 但认为如果碳酸钙特定量存在，则单碳酸盐、半碳酸盐的反应卓越，因此所生成的钙矾石向单硫酸盐转化的反应被抑制，也赋予易于确保耐久性的效果。分级水泥还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，只要通过分级而符合上述本发明1所示的(1)和O)的条件，就能够使用。此外，粉煤灰水泥、二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。分级水泥的细度与高炉炉渣微粉末同样地为7000 16000cm2/g，优选为9000 16000cm2/g。如果低于7000cm7g，则泌水率增大，有时不能获得充分的渗透性，如果超过 16000cm2/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。例如，中值粒径可以通过激光衍射式粒度分布测定机来测定。如果低于lym，则制造成本过高，不实用，如果超过7μπι，则泌水率增大，可能会阻碍渗透性。分级水泥的比例相对于高炉炉渣微粉末100份为5 30份，优选为10 25份。 如果低于5重量份，则有时不能获得充分的强度表现性，如果超过30重量份，则可能会阻碍渗透性。本发明的分散剂含有聚丙烯酸系分散剂。本发明的聚丙烯酸系分散剂发挥抑制形成悬浮溶液时粒子沉降的效果和赋予渗透性的效果。其特征在于，是包含下述通式(I)的单体的共聚物。CH2 = C (R1) COO (R2O) nR3 (I)这里，式(I)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 —、一 CH2CH2CH2CH2O 一等。η表示氧亚烷基的加成摩尔数，为5 40的整数，优选为7 35，更优选为9 30。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、丁基寸。作为单体的例子，可列举烯化氧的加成摩尔数为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(I)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。本发明的分散剂除了聚丙烯酸系分散剂以外还可以含有三聚氰胺系分散剂。本发明的三聚氰胺系分散剂是指通过例如将三聚氰胺用亚硫酸盐和甲醛磺化后再用甲醛缩合的方法等而得的分散剂。也可以使用三聚氰胺磺酸甲醛缩合物的钠、钾等的碱金属盐、钙、镁等的碱土类金属盐等。将本发明的三聚氰胺系分散剂与聚丙烯酸系分散剂合并使用。在合并使用的情况下，三聚氰胺系分散剂的比例相对于聚羧酸系分散剂100份优选为10 1000份，更优选为 30 600份。如果低于10份，则有时不能获得粒子的沉降防止性能协同地提高的效果，如果超过1000份，则有时阻碍沉降防止性能。通过与三聚氰胺系分散剂合并使用，发现与单独使用聚丙烯酸系分散剂相比，从刚炼混之后开始的降低泌水率的效果增大的作用。由此，粒子的分散性能长时间提高，因此对模拟地基的渗透性也良好，显示水硬性的粒子均勻地分散在地基内，因此可以获得更坚固且均勻的改良体。分散剂的使用量相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份为0. 1 3份，优选为0. 3 2份。如果低于0. 1份，则不能获得充分的沉降防止性能和渗透性，即使超过 3份，效果也达到极限。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)。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。在本发明的地基注入用水硬性水泥组合物中添加水而形成浆(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、分级水泥和分散剂的合计100份优选为400 1500份，更优选为700 1200份。 如果使用的水量在上述的范围，则通过土木学会标准(JSCE F-522)的方法，水泥浆的60分钟后的泌水率能够为m以下。如果泌水率超过2%，则在停止压送注入材料60分钟以上进行再启动的情况下，有时引起堵塞。在本发明的地基注入用水硬性水泥组合物中添加水来进行炼混的时间没有特别的限定，只要在浆料混合器中添加规定量的水并加入本发明的地基注入用水硬性水泥组合物，然后混炼1 3分钟即可。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、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、防止涌水的浆料、减轻土压力的浆料、增加支持力的浆料、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，作为防止液状化对策有效地起作用。对本发明的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，采用泵介由软管压送由混合器调制的水泥浆，介由配置于地下的杆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、双管杆、双管的双栓塞方式杆等。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1相对于高炉炉渣微粉末100份如表1所示改变分级水泥，相对于高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份添加表1所示的分散剂1. 0份，从而调制出地基注入用水硬性水泥组合物。相对于该地基注入用水硬性水泥组合物100份添加水850份，用浆料混合器混炼2分钟。测定所得的水泥浆的粘度、泌水率、渗透性、压缩强度。将结果示于表1中。<使用材料>高炉炉渣微粉末a 市售的高炉炉渣微粉末，布莱因比表面积10500cm2/g，中值粒径 3. 6 μ m分级水泥e 将普通波特兰水泥和碳酸钙混合后进行分级得到的分级水泥，布莱因比表面积9700cm2/g、中值粒径4. 1 μ m、碳酸钙含量11. 3%分散剂A 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)，
在通式(I)中，R1为甲基，R2O为碳原子数2的氧亚乙基，R3为甲基。分散剂B:相对于分散剂A 100份配合了日本西卡(sika)社制的三聚氰胺系分散剂300份的分散剂<测定方法>粘度使用B型旋转粘度计来测定粘度在刚搅拌好后、3小时后、6小时后进行测定。测定时的温度为25°C。泌水率根据JSCE - F522 一 1999预填骨料压浆混凝土的注入砂浆的泌水率和膨胀率试验方法(聚乙烯袋方法)。测定在0.5小时后、1小时后、2小时后进行。测定时的温度为25°C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IOOOmm的丙烯酸管中填充丰浦砂而水硬后的模拟地基中以0. 05MPa的注入压力注入水泥浆时的渗透状况。压缩强度将进行了渗透性试验的丙烯酸管切断成高度100mm，从丙烯酸管内取出已硬化的砂胶，测定压缩强度。测定材龄为观天。[表 1]
权利要求
1.一种地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，含有布莱因比表面积为7000 16000cm2/g>中值粒径为1 7 μ m的高炉炉渣微粉末100份，相对于高炉炉渣微粉末100 份为5 30份的分级水泥，以及相对于所述高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份为 0. 1 3份的含有聚丙烯酸系分散剂的分散剂，所述分级水泥满足全部的下述(1) (3)的条件(1)以在分级水泥100份中含有6 20份碳酸钙为特征的分级水泥，(2)以布莱因比表面积为7000 16000cm7g为特征的分级水泥，(3)以中值粒径为1 7μπι为特征的分级水泥。
2.根据权利要求1所述的地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，所述分散剂还含有三聚氰胺系分散剂。
3.根据权利要求1所述的地基注入用水硬性水泥组合物，其特征在于，所述聚丙烯酸系分散剂为包含下述通式(I)的单体的共聚物，CH2 = C (R1) COO (R2O) nR3 (I)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。
4.一种水泥浆，其特征在于，是在权利要求1 3的任一项所述的地基注入用水硬性水泥组合物中添加水并混炼而成的。
5.根据权利要求4所述的水泥浆，其特征在于，在所述地基注入用水硬性水泥组合物中添加水并混炼而成的水泥浆的静置60分钟后的泌水率显示21以下。
6.一种地基改良方法，将权利要求4所述的水泥浆注入至地基内。
7.根据权利要求6所述的地基改良方法，其特征在于，用于以液状化对策为目的的地基改良。
全文摘要
本发明的课题是提供形成悬浮溶液(水泥浆)的情况下的沉降抵抗性高，即使在流水下注入材料成分也不易流动，渗透性和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，含有布莱因比表面积为7000～16000cm2/g、中值粒径为1～7μm的高炉炉渣微粉末100份，相对于高炉炉渣微粉末100份为5～30份的分级水泥，以及相对于上述高炉炉渣微粉末和分级水泥的合计100份含有0.1～3份的聚丙烯酸系分散剂的分散剂(可以含有三聚氰胺系分散剂)，所述分级水泥满足全部的下述(1)～(3)的条件(1)以分级水泥100份中含有6～20份碳酸钙为特征的分级水泥；(2)以布莱因比表面积为7000～16000cm2/g为特征的分级水泥；(3)以中值粒径为1～7μm为特征的分级水泥。此外，提供一种地基改良方法，在上述地基注入用水硬性水泥组合物中添加水并混炼成水泥浆，将该水泥浆注入至地基内。
文档编号C04B28/08GK102597165SQ20108005015
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, 荒木昭俊, 西野英哉 申请人:东亚建设工业株式会社, 富士化学株式会社, 电气化学工业株式会社