【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は、土質安定材として用いる遅硬性固化
材に関し、特に海底軟弱地盤にブロツク状または
壁状の改良地盤を形成するための連続作業を容易
ならしめる遅硬性固化材に関する。
〔従来の技術〕
海底の軟弱地盤を強化し、ケーソン等を載設す
る基底を造成するために、地盤に混入する固化材
が用いられる。すなわち軟弱地盤に固化材ミルク
を注入し、これを撹拌翼で混合することによつて
地盤の支持力を増大させる深層混合処理工法が広
く実用化されており、引抜吐出法と貫入吐出法と
がある。引抜吐出法は、下端部に撹拌翼を装着し
た円筒状打設管（以下打設管という）を回転させ
ながら改良地盤域の深部までほぼ鉛直に進入さ
せ、固化材ミルクを打設管上部から送入して下端
からこれを地盤中に排出しながら、打設管を徐々
に引き上げ、地盤中に残されていく固化材ミルク
を攪拌翼によつて周囲の軟弱粘土と混合し、この
混合が打設管の引き抜きと並行して進み、攪拌翼
が改良地盤域の上端に達することによつて一工程
の作業が終了するものであり、さらにこの作業を
隣接した区域に連続的に行うことにより、ブロツ
ク状または壁体状の改良地盤を得るものである。
この引抜吐出法によれば固化材ミルクは打設管の
引き抜き時に注入されるため、攪拌翼によつてミ
ルクと粘土が混合される機会が一度だけである。
これに対して貫入吐出法は、打設管を改良地盤
域上部から貫入するのと同時に固化材ミルクの注
入を開始し、ミルクと粘土を混合しながら改良地
盤域深部まで到達した後ミルクの注入を停止し、
次に打設管を回転させながら引き抜きに移れば、
ミルクと粘土の混合は２度行われることになり、
前述の引抜吐出法に比べて混合効果も上り、安定
した強固な改良地盤が得られるもので理想的な混
合方法である。
しかるに、従来固化材としては主として普通ポ
ルトランドセメントまたは高炉セメントＢ種等の
セメントを水または海水と混合してセメントミル
クとし使用している。
この場合、セメントは注水直後、すなわちミル
ク状にした時点から水和反応が始まり、水酸化カ
ルシウムが生成してカルシウムイオン（Ca2+）
を遊離する。一方、前述した方法で軟弱地盤にセ
メントミルクを混合すれば、遊離したCa2+は軟
弱地盤中の粘土粒子に吸着される。このイオン吸
着反応によつて粘土は急激に粘性を増し、さらに
この間にもセメントの水和反応は遂次進行してい
るので、混合処理された部分の地盤は短時間のう
ちに硬化を開始する。
混合処理を行い連続的に一体化した改良地盤を
得るためには、先に処理した部分と後で処理する
部分を一部重複して撹拌する必要があり、先に処
理した部分の硬化が短時間のうちに開始されれ
ば、それに伴い重複部分の撹拌抵抗が増大し、更
に前述の粘土のイオン吸着による粘性増も複合し
て、ついには撹拌混合が不能となり、目的を達成
することができなくなる。このような理由から従
来の固化材では貫入吐出法による混合処理は不可
能とされ、引抜吐出法が採用されていた。
かかるセメントミルクの欠点を改良することを
目的とし、混合処理された部分の地盤の硬化時間
を一定期間遅延させ、しかる後速やかに必要な強
度を発現する遅硬性固化材の開発が各方面で研究
されている。
発明者らは高炉水砕スラグ粉末（以下スラグと
いう）と中庸熱ポルトランドセメント（以下中庸
熱セメントという）を適切に配合した遅硬性固化
材について種々検討を行つた。
スラグ・中庸熱セメント系固化材が遅硬性を示
す理由を述べれば、スラグは潜在水硬性を有する
物質で、アルカリ刺激剤の存在下で水和反応を起
こし、CaO―SiO2系、CaO―Al2O3系ゲル状物質
または結晶を生成して硬化する。このスラグと混
合するアルカリ刺激剤である中庸熱セメントは、
ポルトランドセメントの一種ではあるが、その鉱
物組成は普通ポルトランドセメントに比べてC3S
が少なくC2Sが多く、水と混練後初期材令の水和
速度は緩慢で、長期材令で水和反応が急激に進行
する性質がある。従つて初期材令で生成する消石
灰量は少なく、スラグの刺激効果が低いため、ス
ラグ・中庸熱セメント系固化材の硬化時間はかな
り遅くなる。しかも長期的にはスラグを刺激する
に十分な消石灰も生成するため、高強度を発現す
る性質がある。
このスラグ・中庸熱セメント系固化材に水を加
えてミルク状とし、前述の如く軟弱地盤に注入撹
拌すれば、中庸熱セメントの水和反応による消石
灰の生成は遅れ、その生成量も比較的少なく、一
部分はスラグの刺激剤として作用した残りが軟弱
地盤中の粘土粒子に吸着されることになる。従つ
て粘土の粘性は固化材ミルクの注入後時間の経過
と共に増大するが、普通セメントを固化材として
使用した場合に比べて増加の度合は緩慢であるた
め、条件によつては貫入吐出法で１サイクルの作
業を終了させるだけの時間帯を確保することが可
能となるのである。
スラグ・中庸熱セメント系固化材は、スラグと
中庸熱セメントの配合を加減することによりある
程度の水和反応速度を調整することが可能であ
る。例えばスラグ量を多くし中庸熱セメント量を
少なくすれば初期の水和反応速度を抑制すること
ができる。このことは例えば特開昭59―91190に
も示されている。しかし中庸熱セメント量を少な
くした場合、相対的に長期材令における水和まで
抑制され、所定の高強度を発現することは難しく
なる。
また中庸熱セメントの水和速度は遅いとはい
え、注水直後から反応は刻々と進行し消石灰の生
成は増加している。従つて時間の経過に伴い粘土
の粘性は増加して打設管の撹拌抵抗は増え、貫入
吐出法を適用できる条件に制限がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
貫入吐出法の１サイクルに要する時間は、軟弱
地盤改良域の深度と混合装置の能力により異な
り、一般的には２〜３時間程度のものであるが、
場所によつては深度の大きい地盤改良を要し、こ
の場合は４〜５時間にもなる。そのため少なくと
も注水後５時間程度は固化材の水和を抑制し、し
かる後速やかに水和の促進に移行できる性質の遅
硬性固化材が望まれるところである。
本発明は長期材令で高強度を発現できるスラグ
と中庸熱セメントの配合において、混合撹拌時の
注水後数時間だけの水和を低減できる遅硬性固化
材の開発を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
発明者らは鋭意研究を進めた結果、スラグと中
庸熱セメントに一時的な水和抑制剤（遅延剤）と
して塩化マグネシウムを添加することにより、貫
入吐出法に適した遅硬性固化材が得られることを
見出した。
以下詳細に説明する。
スラグは銑鉄製造時の副産物を水で急冷し、比
表面積3000cm2／ｇ以上に粉砕した非晶質（ガラス
質）の粉末である。
スラグと中庸熱セメントの配合比を変えれば、
その固化材により処理した粘性土の硬化の所要時
間を調節することが可能で、一般に中庸熱セメン
トの配合比が高いほど硬化時間は短くなる。スラ
グ100重量部に対して中庸熱セメントの添加量が
15重量部未満のときは、１〜３ケ月間の長期材令
において処理土の所要基準強度を達成するに至ら
ず、また中庸熱セメントの添加量が60重量部を越
えると中庸熱セメント単体を使用した場合と大差
はなく、硬化時間は短いものであつた。従つてス
ラグと中庸熱セメントの配合比としては、スラグ
100重量部に対し中庸熱セメントを15〜60重量部
とし、好ましくは20〜55重量部がよい。
さらに遅延剤として添加する塩化マグネシウム
は、スラグ100重量部に対して１〜10重量部であ
る。本発明の固化材はスラグと中庸熱セメントに
塩化マグネシウムを予め添加したものを水と混練
してもよく、スラグと中庸熱セメントの混合物を
水と混練し、塩化マグネシウムを別途添加しても
よい。
〔作用〕
中庸熱セメントと水とが反応して水酸化カルシ
ウムを生成するが、塩化マグネシウムを添加する
と、生成した水酸化カルシウムが粘土に吸着され
る以前に塩化マグネシウムと次式のように反応
し、比較的不溶性の水酸化マグネシウムに変るた
め、粘土の粘性増加が抑制される。
Ca（OH）2＋MgCl2
→Mg（OH）2＋CaCl2
この反応は添加した塩化マグネシウムが消費し
て無くなるまで続き、その後は水酸化カルシウム
がそのままの形態でスラグの刺激剤として作用す
るため急激に処理土の硬化および強度増進の現象
が起こるものである。
塩化マグネシウムは海水中に含まれる成分であ
るため、固化材の混練水として海水を使用しても
本発明の作用上何らの変化も起こらないし、また
海底粘土の固化材として使用しても毒性は認めら
れない。
この種の遅延作用を有する材料としては、可溶
性のマグネシウム塩類であれば、ほぼ同等の効果
があり、例えば、臭化マグネシウム、ヨウ化マグ
ネシウム、硝酸マグネシウム等がある。また、効
業的には製塩産業の工程で産出するニガリを使用
することも可能である。
〔実施例〕
以下実施例について説明する。
水／固化材比が60％の固化材スラリーを、固化
材添加量が試料土に対して180Kg／m3となるよう
添加し、ホバート型ミキサーで10分間混合した処
理土について、ベーン試験および一軸圧縮試験を
実施した。ベーン試験はそれぞれ混合直後、１時
間後、２時間後、３時間後、５時間後に測定し
た。一軸圧縮試験はそれぞれ材令３日、７日、28
日、91日で行なつた。本実験に使用
[Industrial Application Field] The present invention relates to a slow-hardening solidifying material used as a soil stabilizing material, and particularly to a slow-hardening solidifying material that facilitates continuous work for forming block-shaped or wall-shaped improved ground on soft seabed ground. Regarding. [Prior Art] A solidification material mixed into the ground is used to strengthen the soft ground on the ocean floor and create a base on which caissons and the like are placed. In other words, the deep mixing method, which increases the supporting capacity of the ground by injecting solidification agent milk into soft ground and mixing it with stirring blades, has been widely put into practical use, and the extraction discharge method and the penetrating discharge method are widely used. be. In the drawing and discharging method, a cylindrical casting pipe (hereinafter referred to as the casting pipe) with a stirring blade attached to its lower end is rotated and penetrates almost vertically into the depths of the improved soil area, and the solidifying material milk is poured from the top of the casting pipe. While feeding and discharging it into the ground from the lower end, the pouring pipe is gradually pulled up, and the solidification material milk left in the ground is mixed with the surrounding soft clay by the stirring blade, and this mixture is The process proceeds in parallel with the pulling out of the pouring pipe, and one stage of work is completed when the stirring blade reaches the top of the improved soil area. , to obtain improved ground in the form of blocks or walls.
According to this drawing and discharging method, the solidifying material milk is injected when the pouring pipe is drawn, so that the milk and clay are mixed only once by the stirring blades. On the other hand, in the penetration discharge method, the pouring of the solidifying agent milk is started at the same time as the pouring pipe penetrates from the upper part of the improved soil area, and the milk is poured after reaching the deep part of the improved soil area while mixing the milk and clay. stop and
Next, move on to pulling out while rotating the pouring pipe.
Mixing of milk and clay will be done twice,
This is an ideal mixing method as it has better mixing effects than the above-mentioned drawing and discharging method and can provide stable and strong improved ground. However, as a solidifying agent, conventional cement such as ordinary Portland cement or blast furnace cement B is mixed with water or seawater to produce cement milk. In this case, the hydration reaction begins immediately after the cement is poured with water, that is, when it becomes milky, calcium hydroxide is produced and calcium ions (Ca 2+ ) are formed.
release. On the other hand, if cement milk is mixed into soft ground using the method described above, liberated Ca 2+ will be adsorbed by clay particles in the soft ground. Due to this ion adsorption reaction, the clay rapidly increases in viscosity, and during this time, the hydration reaction of the cement continues to progress, so the ground in the mixed area begins to harden within a short time. . In order to perform mixing treatment and obtain improved soil that is continuously integrated, it is necessary to partially overlap the areas that were treated first and the areas that will be treated later, so that the hardening of the areas that were treated first is shortened. If it is started before the end of time, the stirring resistance of the overlapping parts will increase, and the viscosity will increase due to the ion adsorption of the clay, which will eventually make stirring and mixing impossible, making it impossible to achieve the purpose. It disappears. For these reasons, it has been considered impossible to mix with conventional solidifying materials by the penetrating discharge method, and the drawing discharge method has been adopted. With the aim of improving the drawbacks of cement milk, research is being conducted in various fields to develop a slow hardening agent that delays the hardening time of the ground in the mixed area for a certain period of time and then quickly develops the necessary strength. has been done. The inventors conducted various studies on a slow-hardening solidifying material that is a suitable blend of granulated blast furnace slag powder (hereinafter referred to as slag) and moderate heat Portland cement (hereinafter referred to as moderate heat cement). The reason why slag/moderate heat cement-based solidifying materials show slow hardening properties is that slag is a latent hydraulic substance that undergoes a hydration reaction in the presence of an alkaline stimulant, resulting in CaO-SiO 2 system, CaO-Al It hardens by producing a 2 O 3 gel-like substance or crystals. Moderate heat cement, which is an alkaline stimulant mixed with this slag,
Although it is a type of Portland cement, its mineral composition is lower than that of ordinary Portland cement .
It has a property that the hydration rate is slow at the initial age after mixing with water, and the hydration reaction rapidly progresses at a long age. Therefore, the amount of slaked lime produced at the initial stage of the material is small, and the stimulating effect of slag is low, so the hardening time of the slag/moderate heat cement-based solidifying material is considerably slow. Moreover, in the long run, it produces enough slaked lime to stimulate the slag, so it has the property of developing high strength. If water is added to this slag/moderate heat cement solidification material to make it milky, and it is poured into soft ground and stirred as described above, the production of slaked lime due to the hydration reaction of the moderate heat cement will be delayed, and the amount produced will be relatively small. A portion of the slag acts as a stimulant, and the rest is adsorbed by clay particles in the soft ground. Therefore, although the viscosity of clay increases over time after injecting the solidifying agent milk, the rate of increase is slower than when ordinary cement is used as the solidifying agent, so depending on the conditions, the penetration discharge method may not be suitable. This makes it possible to secure enough time to complete one cycle of work. The hydration reaction rate of the slag/moderate heat cement type solidifying material can be adjusted to a certain extent by adjusting the blend of slag and moderate heat cement. For example, by increasing the amount of slag and decreasing the amount of moderate heat cement, the initial hydration reaction rate can be suppressed. This is also shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-91190. However, when the amount of moderate heat cement is reduced, hydration is relatively suppressed in the long-term material age, making it difficult to develop a predetermined high strength. Furthermore, although the hydration rate of moderate heat cement is slow, the reaction progresses moment by moment immediately after water is poured, and the production of slaked lime increases. Therefore, as time passes, the viscosity of the clay increases and the stirring resistance of the poured pipe increases, which limits the conditions under which the penetration discharge method can be applied. [Problems to be solved by the invention] The time required for one cycle of the penetration discharge method varies depending on the depth of the soft ground improvement area and the capacity of the mixing device, and is generally about 2 to 3 hours.
Depending on the location, deep ground improvement may be required, in which case it can take as long as 4 to 5 hours. Therefore, it is desirable to have a slow hardening material that can suppress hydration of the solidifying material for at least about 5 hours after water injection, and then quickly shift to promoting hydration. The purpose of the present invention is to develop a slow hardening material that can reduce hydration for only a few hours after pouring water during mixing and stirring in a mixture of slag and moderate heat cement that can exhibit high strength over a long period of time. [Means for solving the problem] As a result of intensive research, the inventors discovered that by adding magnesium chloride as a temporary hydration inhibitor (retardant) to slag and moderate heat cement, the intrusion discharge method was developed. It has been found that a slow hardening material suitable for the following can be obtained. This will be explained in detail below. Slag is an amorphous (vitreous) powder obtained by quenching a byproduct of pig iron production with water and pulverizing it to a specific surface area of 3000 cm 2 /g or more. By changing the mixing ratio of slag and moderate heat cement,
It is possible to adjust the time required for hardening of the treated clay soil using the hardening agent, and in general, the higher the blending ratio of moderate heat cement, the shorter the hardening time. The amount of moderate heat cement added to 100 parts by weight of slag is
If the amount is less than 15 parts by weight, it will not be possible to achieve the required standard strength of the treated soil in a long-term period of 1 to 3 months, and if the amount of medium-heat cement added exceeds 60 parts by weight, the medium-heat cement alone will not be achieved. The curing time was short, with no significant difference from the case in which it was used. Therefore, the mixing ratio of slag and moderate heat cement is
The medium heat cement should be used in an amount of 15 to 60 parts by weight, preferably 20 to 55 parts by weight, per 100 parts by weight. Furthermore, the amount of magnesium chloride added as a retarder is 1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of slag. The solidifying material of the present invention may be prepared by adding magnesium chloride to slag and moderate heat cement in advance and kneading it with water, or by kneading a mixture of slag and moderate heat cement with water and adding magnesium chloride separately. . [Operation] Moderate heat cement and water react to produce calcium hydroxide, but when magnesium chloride is added, the produced calcium hydroxide reacts with magnesium chloride as shown in the following equation before being adsorbed by the clay. , it turns into relatively insoluble magnesium hydroxide, which suppresses the increase in clay viscosity. Ca(OH) 2 +MgCl 2 →Mg(OH) 2 +CaCl 2This reaction continues until the added magnesium chloride is consumed and disappears, after which the calcium hydroxide acts as a stimulant for the slag, so the reaction rapidly increases. The phenomenon of hardening and strength enhancement of the treated soil occurs. Since magnesium chloride is a component contained in seawater, there is no change in the operation of the present invention even if seawater is used as the mixing water for the solidification agent, and it is not toxic even when used as a solidification agent for seabed clay. unacceptable. As materials having this type of delaying action, soluble magnesium salts have substantially the same effect, such as magnesium bromide, magnesium iodide, magnesium nitrate, and the like. Furthermore, it is also possible to use bittern produced in the process of the salt industry. [Example] Examples will be described below. A vane test and a uniaxial A compression test was conducted. The Vane test was performed immediately after mixing, 1 hour, 2 hours, 3 hours, and 5 hours after mixing. Uniaxial compression test
It took 91 days. Used for this experiment
【表】【table】
【表】
した試料土は広島湾、大阪湾、東京湾の沖積粘性
土でその土質試験結果を第１表に示す。
第１図に、広島湾粘土に対して固化材スラリー
を添加した場合の粘性変化（最大せん断応力gf／
cm2）を示した。固化材としては普通ポルトランド
セメント、スラグ100重量部に中庸熱セメント42
重量部を配合した固化材、およびスラグ100重量
部に中庸熱セメント42重量部を配合したものに塩
化マグネシウムをスラグ100重量部に対してそれ
ぞれ1.5重量部、３重量部、4.5重量部、７重量部
を添加した固化材を用いた。固化材添加量はいず
れも粘土１m3に対し180Kgとし、固化材は水／固
化材比60％のスラリーとして用いた。塩化マグネ
シウムの添加量の増加に伴い粘土の粘性は著しく
減少している。塩化マグネシウム15重量部添加し
たものについても測定したが７重量部添加したも
のより粘性は多少下がる程度である。
第２図に東京湾粘土に対する粘性変化、第３図
に、大阪湾粘土に対する粘性変化を示すが、いず
れの試料土に対しても塩化マグネシウムの添加効
果は顕著に現われている。
また第４図に、スラグに対する中庸熱セメント
の添加割合を変えた場合の粘性の変化を示す。混
合直後の粘性変化は中庸熱セメントから水和生成
したCa（OH）2と粘土のイオン交換反応によると
ころが大きいため、中庸熱セメント配合量を減ず
ると粘性も著しく減少するが、スラグの刺激効果
も薄れるため、中庸熱セメント配合量の減少とと
もに強度も低下し中庸熱セメント量がスラグ100
重量部に対して、10重量部ではほとんど硬化せず
安定性に欠ける。従つて、中庸熱セメント量の添
加量の増減により初期の粘性増加を抑えることは
好ましくない。
次に本発明の実施例の一軸圧縮試験結果を比較
例と共に第２表に示した。[Table] The sample soils were alluvial clay soils from Hiroshima Bay, Osaka Bay, and Tokyo Bay, and the soil test results are shown in Table 1. Figure 1 shows the change in viscosity (maximum shear stress gf/
cm 2 ). The solidifying agent is ordinary Portland cement, 100 parts by weight of slag, and 42 parts by weight of moderate heat cement.
1.5 parts by weight, 3 parts by weight, 4.5 parts by weight, and 7 parts by weight of magnesium chloride into 100 parts by weight of slag, and 42 parts by weight of medium heat cement mixed with 100 parts by weight of slag. A solidifying agent containing 50% of the solidified material was used. The amount of solidifying agent added was 180 kg per 1 m 3 of clay, and the solidifying agent was used as a slurry with a water/solidifying agent ratio of 60%. The viscosity of the clay decreases significantly with the increase in the amount of magnesium chloride added. A sample containing 15 parts by weight of magnesium chloride was also measured, but the viscosity was slightly lower than that containing 7 parts by weight. Figure 2 shows the viscosity change for Tokyo Bay clay, and Figure 3 shows the viscosity change for Osaka Bay clay, and the effect of adding magnesium chloride is noticeable in both sample soils. Furthermore, FIG. 4 shows changes in viscosity when the ratio of moderate heat cement to slag added was changed. The change in viscosity immediately after mixing is largely due to the ion exchange reaction between Ca(OH) 2 produced by hydration from moderate heat cement and clay, so reducing the amount of moderate heat cement will significantly reduce the viscosity, but the irritating effect of slag will also occur. Due to thinning, the strength decreases as the amount of medium heat cement decreases, and the amount of medium heat cement becomes slag 100.
At 10 parts by weight, it hardly cures and lacks stability. Therefore, it is not preferable to suppress the initial increase in viscosity by increasing or decreasing the amount of moderate heat cement added. Next, the results of the uniaxial compression test of the examples of the present invention are shown in Table 2 together with the comparative examples.
【表】【table】
〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕
本発明の固化材は、スラリーとして注入後５時
間程度は粘土の粘性が低く、深度の深い地盤改良
の場合にも貫入吐出法を適用でき、かつ長期材令
で高強度を発現する理想的な効果を奏する。
The solidification material of the present invention is an ideal material that has low clay viscosity for about 5 hours after being poured as a slurry, allows application of the penetration discharge method even in deep ground improvement, and develops high strength over a long period of time. be effective.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図，第２図，第３図はそれぞれ広島湾粘
土、東京湾粘土、大阪湾粘土に対する固化材添加
時の粘性変化を示すグラフ、第４図はスラグに対
する中庸熱セメントの添加割合を変えた場合の粘
性変化を示すグラフである。
Figures 1, 2, and 3 are graphs showing viscosity changes when solidifying agent is added to Hiroshima Bay clay, Tokyo Bay clay, and Osaka Bay clay, respectively, and Figure 4 is a graph showing changes in the viscosity when adding a solidifying agent to slag. It is a graph showing viscosity change when