JP6071063B2 - 注入材および注入材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、空隙に注入可能な注入材に関し、特に、二液が混合されることで形成される注入材に関する。

従来から、構造物に形成される空隙に注入されて硬化するように構成された注入材が知られている。特に、ポンプ等を用いて空隙内へ圧送可能な注入材として、水硬性材料および水から構成されるＡ液と、可塑性を付与する可塑化材および水から構成されるＢ液とが混合されて形成されるものが知られている。

このような二液混合型の注入材は、Ａ液とＢ液とが別々に圧送されて、空隙注入口の直前で混合されることで形成される。このように、Ａ液とＢ液とが別々に圧送されることで、Ａ液とＢ液とが混合された状態で圧送される場合よりも（即ち、注入材そのものが圧送されるよりも）、空隙への注入材の注入を容易に行うことが可能となる。

具体的には、Ａ液とＢ液とが混合されることで、可塑性を有する注入材が形成されることになる。このような注入材は、可塑性を有するため、Ａ液やＢ液よりも流動性が低く、空隙までの圧送が困難なものとなる。これに対し、Ａ液およびＢ液は、注入材よりも流動性が良好なものであるため、空隙注入口までの圧送を容易に行うことができる。このため、Ａ液およびＢ液を別々に圧送して空隙の直前で混合して注入材を形成することで、注入材そのものを長距離圧送する必要がないため、空隙への注入材の注入を容易に行うことが可能となる。

また、上記のような注入材には、気泡を含有させる場合がある（特許文献１および２参照）。注入材中に気泡が含有されることで、硬化した後の密度が低いものとなり、軽量な硬化体を形成することが可能となる。気泡を含有する注入材を形成する方法としては、気泡を発生させる起泡剤を水で希釈し、気泡を発生させ、発生した気泡をＡ液に混合する。そして、気泡を含有したＡ液がＢ液と別の経路で空隙に向かって圧送されてＢ液と混合されることで、気泡を含有する注入材が形成される。

特開昭６１−６２５８９号公報 特開平１１−３１０７７９号公報

上記のような注入材は、目的箇所への限定注入を可能とするために、高い可塑性状を保持する必要があり、Ｂ液に使用する可塑化材が重要となる。可塑性を保持するために所定の可塑化材を配合した場合、Ｂ液を圧送するために多量の練り混ぜ水が必要となる。このため、注入材の単位水量が非常に高くなり、多量の水分が逸散する可能性がある。また、気泡を混合した軽量注入材は、水分の逸散に加えて、気泡の消失も考えられる。

しかしながら、上述のような水分の逸散や気泡の消失によって、空隙に注入された直後の注入材の体積と比べて、硬化体の体積が小さくなる（即ち、注入材が硬化する過程で収縮する）ことになる。このような収縮が生じることで、空隙を形成する構造物の壁面と硬化体との間に意図しない空間が形成される虞がある。

そこで、本発明は、空隙に注入された注入材が硬化する過程で収縮するのを抑制することができる注入材および該注入材の製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る注入材は、水硬性材料および水から構成されてアルカリ性を示すＡ液と、可塑性を付与する可塑化材および水から構成されてアルカリ性を示さないＢ液とが混合されて形成されると共に、空隙に限定注入可能に構成される注入材であって、前記Ｂ液は、前記可塑化材としてのベントナイトと、アルカリ性の雰囲気下で発泡する発泡成分と、分散剤としてのポリアクリル酸塩とを含有することを特徴とする。

斯かる構成によれば、Ａ液とＢ液との混合によって注入材が形成される。そして、斯かる注入材は、Ａ液の影響によってアルカリ性を示すと共に、Ｂ液に含有されていた発泡成分を含有する。これにより、Ａ液とＢ液が混合された時点で、注入材中で発泡成分が発泡を開始するため、注入材が形成された状態においても注入材中に気泡が発生することになる。該注入材では、注入材が硬化する過程においても気泡が発生するため、上述のように、水分の逸散や一部の気泡の消失によって、注入材の体積が減少する（収縮する）のを防止することができる。これにより、注入材が硬化してなる硬化体と空隙を形成する構造物の壁面との間に意図しない空間が形成されるのを防止することができる。

また、アルカリ性を示さないＢ液に発泡成分が含有されることで、発泡成分がＢ液中で発泡することがない。このため、発泡成分による発泡がＢ液中で終了してしまうことがなく、発泡による注入材の収縮を防止する効果を長時間維持することができる。

前記Ｂ液は、前記水硬性材料１００質量部に対して、０．０５質量部以上１．０質量部以下の発泡成分を含有することが好ましい。

斯かる構成によれば、発泡成分の含有量を上記の範囲とすることで、上記のように注入材の収縮を防止すると共に、過剰な発泡によって注入材が膨張し過ぎてしまうのを防止することができる。これにより、注入材の過剰な膨張によって注入材が空隙から漏れ出てしまったり、所望する位置からはみ出してしまったりするのを防止することができる。

本発明に係る注入材の製造方法は、水硬性材料および水から構成されてアルカリ性を示すＡ液と、可塑性を付与する可塑化材および水から構成されてアルカリ性を示さないＢ液とを混合することで、空隙に限定注入可能な注入材を製造する注入材の製造方法であって、前記Ｂ液は、前記可塑化材としてのベントナイトと、アルカリ性の雰囲気下で発泡する発泡成分と、分散剤としてのポリアクリル酸塩とを含有することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、空隙に注入された注入材が硬化する過程で収縮するのを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明に係る注入材は、構造物に形成された空隙に限定注入可能に構成される。例えば、土木構造物の空洞へ充填されたり裏込め材として使用されたりするものである。また、斯かる注入材は、水硬性材料および水から構成されてアルカリ性を示すＡ液と、可塑性を付与する可塑化材および水から構成されてアルカリ性を示さないＢ液とが混合されて形成される。

Ａ液を構成する水硬性材料としては、水との混合によって硬化するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、セメントを用いることが好ましい。該セメントとしては、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、白色セメント、耐硫酸塩セメント、ジェットセメント、アルミナセメントなどの特殊セメント等の少なくとも一つが挙げられる。そして、水硬性材料として上記のようなセメントを用いた場合、セメントの影響によって、Ａ液がアルカリ性を示すことになる。

また、Ａ液における水の含有量としては、特に限定されるものではないが、Ａ液がポンプ等によって圧送可能な程度の流動性を有するように、水分量が調整される。Ａ液における水の含有量としては、例えば、水硬性材料１００質量部に対して、水が４０質量部以上６０質量部以下であることが好ましく、４５質量部以上５５質量部以下であることがより好ましい。

また、Ａ液には、本発明の効果が損なわれない範囲で、粗骨材や細骨材が含有されてもよい。粗骨材および細骨材としては、ＪＩＳ Ａ ５３０８の規定に従ったものを好適に使用することができる。また、粗骨材および細骨材としては、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、珪砂等を１種単独又は２種以上混合したものをそれぞれ採用することができる。

また、Ａ液には、本発明の効果が損なわれない範囲で、混和材や混和剤が含有されてもよい。混和材としては、高炉スラグ、シリカフューム、フライアッシュ等が挙げられる。混和剤としては、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。

なお、Ａ液には、本発明の効果が損なわれない範囲で、後述するＢ液に含有される発泡成分と同種又は異種の発泡成分が含有されてもよい。

Ｂ液を構成する可塑化材としては、特に限定されるものではなく、ベントナイトやアタパルジャイト等の粘土質のものが挙げられる。Ｂ液における可塑化材の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、水１００質量部に対して５質量部以上５０質量部以下であることが好ましく、１０質量部以上３０質量部以下であることがより好ましい。

また、Ｂ液には、アルカリ性の環境下で発泡する発泡成分が含有される。該発泡成分としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルカリ性の環境下で水素ガスや窒素ガス等を発生するものが挙げられ、例えば、金属アルミニウム、アゾジカルボンアミド等の少なくとも一つを用いることができる。該発泡成分は、粉末状に形成されて発泡剤として用いることができる。発泡成分の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ａ液における水硬性材料１００質量部に対して、０．０５質量部以上１．０質量部以下の割合で含有されることが好ましく、０．３質量部以上０．８質量部以下であることがより好ましい。

Ｂ液には、本発明の効果が損なわれない範囲で、分散剤が含有されてもよい。該分散剤は、可塑化材１００質量部に対して０．１質量部以上３質量部以下の割合で含有されることが好ましく、０．５質量部以上２質量部以下の割合で含有されることがより好ましい。

斯かる分散剤としては、アクリル酸塩、リン酸塩、水溶性カルボン酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。該リン酸塩としては、ピロリン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム等が挙げられる。該水溶性カルボン酸塩としては、酢酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、グルコン酸等のナトリウム塩や、これらの酸のカリウム塩が挙げられる。該スルホン酸塩としては、リグニン系スルホン酸塩、ナフタレン系スルホン酸塩、メラミン系スルホン酸塩等が挙げられる。

Ｂ液を構成する可塑化材がベントナイトである場合、分散剤として、アクリル酸塩、水溶性カルボン酸塩を用いることが好ましく、なかでもポリアクリル酸塩を用いることが特に好ましい。一方、Ｂ液を構成する可塑化材がアタパルジャイトである場合、分散剤として、リン酸塩を用いることが好ましく、なかでもピロリン酸ナトリウムを用いることが特に好ましい。

次に、本発明に係る注入材を形成する方法について説明する。該注入材は、上記のような構成を有するＡ液とＢ液とが混合されることで、空隙に注入される前に形成される。具体的には、別々の経路で搬送されるＡ液とＢ液とが空隙の直前で混合されることで形成される。より詳しくは、Ａ液を供給するＡ液供給源（図示せず）からＡ液が空隙に向かって圧送されると共に、Ｂ液を供給するＢ液供給源（図示せず）からＢ液が空隙に向かって圧送される。そして、Ａ液とＢ液とが空隙の直前で混合されることで注入材が形成される。そして、形成された注入材中での発泡が継続している間に、注入材が空隙内に注入（圧送）される。

以上のように、本発明に係る注入材および注入材の製造方法によれば、空隙に注入された注入材が硬化する過程で収縮するのを抑制することができる。

即ち、前記注入材および注入材の製造方法は、Ａ液とＢ液との混合によって注入材が形成される。そして、斯かる注入材は、Ａ液の影響によってアルカリ性を示すと共に、Ｂ液に含有されていた発泡成分を含有する。これにより、注入材中で発泡成分が発泡するため、注入材が形成された状態においても注入材中に気泡が発生することになる。該注入材では、注入材が硬化する過程においても気泡が継続して発生するため、上述のように、水分の逸散や一部の気泡の消失によって注入材の体積が減少する（収縮する）のを防止することができる。これにより、注入材が硬化してなる硬化体と空隙を形成する構造物の壁面との間に意図しない空間が形成されるのを防止することができる。

また、アルカリ性を示さないＢ液に発泡成分が含有されることで、発泡成分がＢ液中で発泡することがない。このため、発泡成分による発泡がＢ液中で終了してしまうことがなく、発泡による注入材の収縮を防止する効果を長時間維持することができる。

また、Ｂ液が発泡成分を上記の範囲で含有することで、上記のように注入材の収縮を防止すると共に、過剰な発泡によって注入材が膨張し過ぎてしまうのを防止することができる。これにより、注入材の過剰な膨張によって注入材が空隙から漏れ出てしまったり、所望する位置からはみ出してしまったりするのを防止することができる。

なお、本発明に係る注入材および注入材の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

以下、本発明の実施例について説明する。

＜使用材料＞
・水硬性材料として、普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）を使用した。
・可塑化材として、ベントナイト（ベントナイト産業社製）を使用した。
・発泡剤Ａとして、金属アルミニウム微粉末系発泡剤を使用した。
・発泡剤Ｂとして、アゾジカルボンアミド系発泡剤を使用した。
・減水剤として、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を使用した。
・分散剤として、ポリアクリル酸塩系分散剤を使用した。
・水
・気泡として、アニオン界面活性剤系起泡剤を水で希釈した希釈液を発泡機を用いて発泡させた気泡を使用した。

＜実施例１〜４，比較例１〜４＞
下記表１に示す配合でＡ液およびＢ液を作製し、得られたＡ液およびＢ液を２時間後に混合して実施例１〜４および比較例１〜４の注入材を作製した。なお、気泡の配合は、注入材１ｍ³中の気泡体積の割合であり、一つの気泡の体積は、０．１１２ｍ³である。

＜試験方法＞
１．フロー試験
ＪＨＳ Ａ ３１３「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」に準拠してフロー試験を行った。具体的には、２０℃の温度条件下において、φ８×８ｃｍのフローコーンに、各実施例および各比較例の注入材を充填し、フローコーンを鉛直上方に引抜き、直後に振動を与えない状態で、各注入材の広がりを測定した。フロー試験の結果については、下記表２に示す。

２．非収縮性試験
φ５×高さ１０ｃｍのプラスティック型枠に各実施例および各比較例の注入材を充填した。この際、注入材の上面と型枠の上端面とが同一高さとなるように各注入材を充填した。そして、型枠に蓋を設置して、２０℃で２８日間養生した。その後、型枠の上端面を基準に各注入材の上面の沈降量（具体的には、沈降量＝型枠の上端面の高さ位置−注入材の上面の高さ位置）を測定し、下記（１）式より収縮率を算出した。収縮率の結果については、下記表２に示す。なお、収縮率が−１．０％以上０．５％以下である場合を「◎」とし、収縮率が０．５％を超え１．０％以下である場合を「○」として評価とし、１．０％を超える場合を「×」として評価した。

収縮率（％）＝（注入材の上面の沈降量／型枠の高さ）×１００

３．圧縮強度試験
ＪＳＣＥ−Ｆ５０６「モルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験用円柱供試体の作り方」に準拠して圧縮強度試験を行った。具体的には、φ５×高さ１０ｃｍの型枠に各実施例および各比較例の注入材を充填し、２０℃で２８日間封緘養生した後、ＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して、圧縮強度試験を実施した。圧縮強度試験の結果については、下記表２に示す。

＜まとめ＞
各実施例と各比較例とを比較すると、各実施例の方が収縮率が低いことが認められる。つまり、アルカリ性を示さないＢ液に発泡剤が含有されることで、注入材が形成されて（Ａ液とＢ液との混合によって）初めて発泡剤が機能して発泡することになる。これにより、注入材が硬化しつつも注入材中に気泡が発生するため、注入材の収縮を抑制することができる。
また、Ａ液とＢ液とが混合されるまでは、発泡剤が機能しない（つまり、Ｂ液中で発泡しない）ため、注入材が形成されるまで、発泡剤の機能を維持することができる。

Claims (3)

1. 水硬性材料および水から構成されてアルカリ性を示すＡ液と、可塑性を付与する可塑化材および水から構成されてアルカリ性を示さないＢ液とが混合されて形成されると共に、空隙に限定注入可能に構成される注入材であって、
   前記Ｂ液は、前記可塑化材としてのベントナイトと、アルカリ性の雰囲気下で発泡する発泡成分と、分散剤としてのポリアクリル酸塩とを含有することを特徴とする注入材。
2. 前記Ｂ液は、前記水硬性材料１００質量部に対して、０．０５質量部以上１．０質量部以下の発泡成分を含有することを特徴とする請求項１に記載の注入材。
3. 水硬性材料および水から構成されてアルカリ性を示すＡ液と、可塑性を付与する可塑化材および水から構成されてアルカリ性を示さないＢ液とを混合することで、空隙に限定注入可能な注入材を製造する注入材の製造方法であって、
   前記Ｂ液は、前記可塑化材としてのベントナイトと、アルカリ性の雰囲気下で発泡する発泡成分と、分散剤としてのポリアクリル酸塩とを含有することを特徴とする注入材の製造方法。