(57)【要約】【課題】  １０秒程度、或は１分程度でゲル化し、その後所定の強度を発現する安価な２ショットタイプ又は１ショットタイプの注入材を提供する。【解決手段】  消石灰又は生石灰をＡ液とし、非晶質水酸化アルミニウムをＢ液として混合し、かつ、Ａ液又はＢ液に無水セッコウを混合し、さらに、上記Ｂ液にはアルカリ金属炭酸塩の促進剤を混合し、Ａ液とＢ液とを混合してなる２ショットタイプとして構成した。また、これらの材料を１液として混合した１ショットタイプの注入材として構成することもできる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
消石灰又は生石灰をＡ液とし、非晶質水酸化アルミニウムをＢ液として混合し、かつ、Ａ液又はＢ液に無水セッコウを混合し、さらに、上記Ｂ液にはアルカリ金属炭酸塩の促進剤を混合し、Ａ液とＢ液とを混合してなる２ショットタイプの注入材。
【請求項２】
前記Ａ液に、遅延剤を混合してなる請求項１に記載の注入材。
【請求項３】
前記非晶質水酸化アルミニウムは、アルマイト処理で発生するアルミスラッジを乾燥した粉末であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の注入材。
【請求項４】
請求項１に記載の注入材の配合比率を、消石灰又は生石灰を２０〜８０％、無水セッコウを４０％以下、非晶質水酸化アルミニウムを１０〜２５％、促進剤としてアルカリ金属の炭酸塩を１５％以下としたことを特徴とする注入材。
【請求項５】
請求項４に記載の注入材に、遅延剤としてオキシカルボン酸又はその塩を５％以下の範囲で添加したことを特徴とする注入材。
【請求項６】
前記水酸化アルミニウム２モルに対し無水セッコウを１モル程度以下としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の注入材。
【請求項７】
請求項６に記載の注入材のＡ液に、セメント及びスラグを、合計量２００Ｋｇ／ｍ３以上加え、さらに、Ａ液とＢ液両液の沈降を防止するベントナイトを加えたことを特徴とする注入材。
【請求項８】
請求項４又は請求項５に記載の注入材の配合に対して、１５０％以下のポルトランドセメントをＡ液に、或はスラグをＡ液又はＢ液に加えることを特徴とする注入材。
【請求項９】
請求項８に記載の注入材に、粘土又は石灰石粉の粉体を加えたことを特徴とする注入材。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の注入材を、１液として混合したことを特徴とする１ショットタイプの注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トンネル掘進で発生するテールボイドの充填や地盤空洞への充填に用いられて、地盤への注入による固結体の形成とこれによる地盤の安定化の他、トンネルや縦坑掘削における漏水、湧水防止、崩落防止、その他漏水、湧水防止、傾いた家屋等を持ち上げ、水平にして、下部に出来た空洞を充填固化する家屋防護や構造物下部の地盤に発生した空洞の充填固化するために用いられると共に、地下水位より上の土層で乾燥収縮の心配が有る場合のシールド工事裏込め材等トンネル充填材や山岳トンネルで乾燥収縮の心配が有る場合の充填材として、又は海外砂漠地域での乾燥収縮の心配が有る場合のシールド工事裏込め材としてや大陸地盤で乾燥収縮の心配が有る場合の充填材としても用いることができる注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、テールボイドの充填には、従来、セメント‐ベントナイトモルタルに水ガラスを加え、ゲル化させる事により流逸を防止し、固結充填する方法が広く用いられている。
【０００３】
また、セメント急結成分としてカルシウムアルミネート、カルシウムサルホアルミネート、アルミン酸ナトリウム、を用いる方法も実施されている。
【０００４】
さらには、従来、カルシウムアルミネート、カルシウムサルホアルミネート等の純度の高い原料を使用し、電気炉で焼成したものを用いる方法も提案されてる。  
【０００５】
また、特許文献１に示すように、水ガラスにアルカリ土類金属を均一に溶存させた１ショットタイプの注入材も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−２８９６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、セメント−ベントナイトモルタルに水ガラスを加え、ゲル化させる前記従来の方法では、充填体積を確保する為、多量の水を用い、これでもモルタルが分離しないようにする目的でベントナイトを用いているため、地下水位以上で水分の無い地層では乾燥による収縮亀裂が懸念され、また、この硬化体を気中に放置すると１週間程度で乾燥収縮に起因する亀裂が発生する。
【０００８】
さらに、セメント急結成分としてカルシウムアルミネート、カルシウムサルホアルミネート、アルミン酸ナトリウム、を用いる従来の方法は、これら急硬成分が高価であるため、経済的工法として普及し難い欠点がある。そして、前記アルミン酸ナトリウムは強アルカリで皮膚に触れさせることができず、安全性に欠ける、という問題を有している。
【０００９】
さらに、特許文献１に示す水ガラスにアルカリ土類金属を配合した場合は高価となる、という問題を有していた。
【００１０】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、１０秒程度、或は１分程度でゲル化し、その後所定の強度を発現する安価な２ショットタイプ又は混練作業に好適な１０分以上のゲルタイムを得ることができる１ショットタイプの注入材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の注入材は、消石灰又は生石灰をＡ液とし、非晶質水酸化アルミニウムをＢ液として混合し、かつ、Ａ液又はＢ液に無水セッコウを混合し、さらに、上記Ｂ液にはアルカリ金属炭酸塩の促進剤を混合し、Ａ液とＢ液とを混合してなる２ショットタイプとしたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の注入材は、請求項１に記載の注入材を技術的前提とし、前記Ａ液に、遅延剤を混合したことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明者は、本発明を創案するにあたり、先ず、カルシウムサルホアルミネート水和物を生成した。硫酸アルミニウムと消石灰の２ショットタイプでエトリンガイトを生成し、その結果、数秒でゲル化する配合が得られたが、ゲル生成物を水中に投入するとエトリンガイト生成の膨張反応によりシャーベット状に崩壊した。
【００１４】
また、カルシウムサルホアルミネート水和物の材料としてセッコウ、石灰、非晶質水酸化アルミニウムを用いた。促進剤として炭酸ナトリウムを用いた。セッコウとして半水セッコウ粉末、石灰として消石灰を用いエトリンガイトを生成した。その結果、数秒でゲル化する配合が得られたが、ゲル生成物を水中に投入するとエトリンガイト生成の膨張反応により膨張崩壊した。半水セッコウを使用した場合には２０分程度でセッコウが固化してしまうので、実用性がないことが判った。
【００１５】
また、セッコウとして無水セッコウを用い、アルミニウム原として水酸化アルミニウム結晶の粉末を用いてみたが１０分以上経過してもゲル化しなかった。上記非晶質水酸化アルミニウムは結晶物と異なり構造が不安定で反応性が高く、速やかなゲルタイムが得られると考えられる。
【００１６】
次に、セッコウとして天然無水セッコウ粉末、石灰として消石灰を用いエトリンガイトを生成した。その結果、数秒でゲル化する配合が得られたが、ゲル生成物を水中に投入するとエトリンガイト生成の膨張反応により自形は保つもののソフトクリームのように軟化した。次に無水セッコウ量を減らしモノサルフェート相当量とした（表１の３〜５）にしたところ、水中でも気中でも安定となった。これはエトリンガイト生成による膨張反応を回避した事によると思われる。次に、セッコウとして無水セッコウに代え、試薬二水セッコウをモノサルフェート相当量での試験を行った。二水セッコウではモノサルフェート相当量でも膨張する事が判った。その結果、セッコウとしては、無水セッコウのみが使用できることが判った。
【００１７】
そこで、本発明者は、セッコウとして天然無水セッコウ粉末、石灰として消石灰を用いモノサルフェートを生成した。その結果、数秒でゲル化する配合が得られ、水中、気中のどちらでも劣化しない配合が得られた。
【００１８】
また、本発明者は、セッコウとして天然無水セッコウ粉末、石灰として消石灰を用いモノサルフェートを生成よりさらにセッコウが少ない配合とした。その結果、数秒でゲル化する配合が得られ、水中、気中のどちらでも劣化しない配合が得られた。
【００１９】
この発明においては、水和生成物としてモノサルフェート（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４・１２Ｈ２Ｏ）を生成し、極力エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成しないことが重要である。カルシウムアルミネート水和物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・６Ｈ２Ｏ）は生成してもかまわない。超速硬セメントでもＡｌ２Ｏ３とＣａＳＯ４のモル比を１前後とし、組成的にはモノサルフェート組成とすれば膨張しないことが知られている。これよりセッコウ量を増やしエトリンガイト組成に近づけると膨張し崩壊することがある。
【００２０】
次に、請求項３に記載の注入材は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の注入材を技術的前提とし、前記非晶質水酸化アルミニウムは、アルマイト処理で発生するアルミスラッジを乾燥した粉末であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の注入材は、請求項１に記載の注入材の配合比率を、消石灰又は生石灰を２０〜８０％、無水セッコウを４０％以下、非晶質水酸化アルミニウムを１０〜２５％、促進剤としてアルカリ金属の炭酸塩、例えば、炭酸ナトリウムを１５％以下としたことを特徴とする。
【００２２】
さらに、請求項５に記載の注入材は、請求項４に記載の注入材に、遅延剤としてオキシカルボン酸又はその塩、例えば、クエン酸を５％以下の範囲で添加したことを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の注入材は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の注入材を技術的前提とし、前記水酸化アルミニウム２モルに対し無水セッコウを１モル程度以下としたことを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の注入材は、請求項６に記載の注入材のＡ液に、セメント及びスラグを、出来上がり注入材に対して合計量２００Ｋｇ／ｍ３以上加え、さらに、Ａ液とＢ液両液の沈降を防止するベントナイトを加えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８に記載の注入材は、請求項４又は請求項５に記載の注入材の配合に対して、１５０％以下のポルトランドセメントをＡ液に、或はスラグをさらにＡ液又はＢ液に加えることを特徴とする。
【００２６】
さらに請求項９に記載の注入材は、請求項８に記載の注入材に、粘土又は石灰石粉の粉体を加えたことを特徴とする。尚、例えば、トンネルの裏込め剤として用いる場合には、ベントナイト（粘土）と上記粉体を混合して用いることもできる。この場合にはＡ液を８０〜９０％とし、Ａ液に無水セッコウ、消石灰、セメント、に遅延剤としてグルコン酸ソーダを加え、分離防止を目的にベントナイトを加える。Ｂ液は１０〜２０容積％でアルミスラッジ乾燥粉に炭酸ナトリウムを加える。勿論、Ｂ液にも分離防止を目的としてベントナイトも加える。セメントとしては高炉セメントを使用することができる。
【００２７】
またさらに、請求項１０に記載の注入材は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の注入材を、１液として混合した１ショットタイプの注入材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
それ故、この発明にあっては、１０秒程度、或は１分程度でゲル化し、その後、所定の強度を発現する安価な２ショットタイプを提供することができ、さらには、混練作業に好適な１０分以上のゲルタイムを得ることができる１ショットタイプの注入材を提供することができる。そして、本発明によれば、膨張材や無収縮セメントや超速硬セメントと同じ水和物を生成することができる。
【００２９】
また、この発明にあっては、トンネル掘進で発生するテールボイドの充填や地盤空洞への充填に用いた場合には、地盤への注入による固結体の形成とこれによる地盤の安定化を図ることができ、トンネルや縦坑掘削における漏水、湧水防止、崩落防止、その他漏水、湧水防止、傾いた家屋等を持ち上げ、水平にして、下部に出来た空洞を充填固化する家屋防護や構造物下部の地盤に発生した空洞の充填固化するために用いられると共に、地下水位より上の土層で乾燥収縮の心配が有る場合のシールド工事裏込め材等トンネル充填材や山岳トンネルで乾燥収縮の心配が有る場合の充填材として、又は海外砂漠地域での乾燥収縮の心配が有る場合のシールド工事裏込め材としてや大陸地盤で乾燥収縮の心配が有る場合の充填材としても用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔実施例１〕
以下に示す材料を用いて表１に示す実験を行った。
無水セッコウ：常陸化工株式会社製  天然無水セッコウ粉砕物
水酸化カルシウム：菱光石灰株式会社製  消石灰
アルミスラッジ乾燥粉（非晶質水酸化アルミニウム）：
不二サッシ株式会社製  アルサイトＤタイプ（アルマイト処理で発生したアルミスラッジを乾燥し、水酸化アルミニウムを非晶質に保ったもの）
クエン酸：試薬  一水和物
炭酸ナトリウム：株式会社トクヤマ製  ソーダ灰（ライト灰）
普通セメント：太平洋セメント株式会社製
高炉スラグ：住金鉱化株式会社製  スミットメント４０００ブレーン
【００３１】
【表１】
2010053023.tif 000002
【００３２】
表１からも明らかなように、配合１，２はカルシウムサルホアルミネート水和物としてエトリンガイトを生成する配合で、水浸により膨張劣化した。
また、配合３〜５はカルシウムサルホアルミネート水和物としてモノサルフェートを生成する配合で、水中、空気中で安定した。
さらに、配合６はモノサルフェート生成に対してセッコウが不足し、半量程度カルシウムアルミネート水和物となる配合で、水中、空気中で安定であった。
また、配合７は、カルシウムアルミネート水和物となる配合、水中、気中で安定であった。
【００３３】
〔実施例２〕
次に、ゲルタイム１０秒程度と１分程度についての配合例と強度に関する実験を行った。その結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2010053023.tif 000003
【００３５】
この実験から、強度についてはセメント、スラグを増加すればさらに高強度となることが判った。 ４についてはセッコウを含まないので気中養生では乾燥収縮の影響を受け、亀裂発生により強度は低下したが自形を保った。
【００３６】
〔実施例３〕
次に、上記２ショット注入材を、１ショット注入材とした場合の実験を行った。その結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
2010053023.tif 000004
【００３８】
表３からも明らかなように、１ショットでも１分強、３分強、１０分強のゲルタイムが得られた。
【００３９】
〔実施例４〕
以下に示す材料を用いて表４に示す実験を行った。
消石灰：菱光石灰株式会社製
無水セッコウ：常陸化工株式会社製  天然無水セッコウ粉砕物
スラグ：住金化工株式会社製  ４０００ブレーン
ベントナイト：クニミネ工業株式会社製  クニゲルＶ１
遅延剤：株式会社立花マテリアル製  遅延剤ＲＬ
アルミスラッジ（非晶質水酸化アルミニウム）：
不二サッシ株式会社製  アルサイトＤタイプ（アルマイト処理で発生したアルミスラッジを乾燥し、水酸化アルミニウムを非晶質に保ったもの）
【００４０】
【表４】
2010053023.tif 000005
【００４１】
表４からも明らかなように、配合１はセメント、スラグが少なく、強度発現が不十分な為、気中養生では材齢７日程度で乾燥収縮による亀裂を発生し、２８日では亀裂だらけで強度も水中養生の半分程度しか発現出来なかった。配合２．３．は気中養生でも２８日まで亀裂は発生せず、強度も水中養生と同等であった。配合３はシールド裏込め剤に一般的に求められる２Ｎ／ｍｍ２以上を確保した。よってセメント、スラグの量はその合計量で２００ｋｇ／ｍ３有れば気中でも乾燥収縮による亀裂を発生しないものと考えられる。