(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡を含有してなる軽量モルタル、珪酸塩又は硫酸アルミニウム類からなる凝結促進剤、及び急結材を含有してなる軽量空隙充填材。
【請求項２】
急結材が、軽量モルタル中のセメント 100重量部に対して、５〜30重量部であることを特徴とする請求項１記載の軽量空隙充填材。
【請求項３】
気泡を含有してなる軽量モルタル、珪酸塩又は硫酸アルミニウム類からなる凝結促進剤、及び急結材を別々に送給し、合流混合して施工することを特徴とする急速空隙充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用される軽量空隙充填材及びそれを用いた急速空隙充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、軽量空隙充填材料は、軽量で、その硬化物が低強度である面から、地下やトンネル背面の空隙、盛土、及び暗渠等の埋め戻し材等に使用されている。
この軽量空隙充填材料を製造する方法としては、モルタルミキサ中でセメント、水、及び起泡剤を激しく攪拌し、空気をモルタル中に巻き込んで分散させる方法等があげられ、現場で発泡させるため輸送コストがかからず、作業性も良好であることから多く使用されている（特開平 9− 77546号公報、裏込め注入工法の設計と施工  1990年６月10日  山海堂出版）。
【０００３】
一方、水が存在する場所に施工する場合等は、気泡が脱泡して安定した気泡モルタルが得られなかったため、凝結剤を用いた裏込充填材が提案されている（特開昭57−143098号公報）。
しかしながら、この裏込充填材は強度発現が遅いために、施工高さが１ｍ以上と深い場所や側圧が加わる構造に施工する場合などは、施工中に気泡が押しつぶされたり、自重により圧密になり、軽量にならないなどの課題があった。
このため、超速硬性気泡モルタルを用いる方法が提案されている（特開平 5−112911号公報）。
しかしながら、この方法では凝結調節が困難で、充填中に気泡が押しつぶされ軽量にならなかったり、急速硬化のため超速硬性気泡モルタルが配管に詰まって長距離圧送ができなかったりして充分な施工ができないという課題があった。
【０００４】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、気泡を含有してなる軽量モルタル、凝結促進剤、及び急結材を別々に送給し、合流混合しながら施工することによって、凝結の調節が容易で、強度発現性の良好な軽量空隙充填材を効率良く製造でき、この軽量空隙充填材を用いることによって、速やかな施工や長距離施工が可能となり、比重 1.2未満の軽量硬化物が得られ、自重が小さく、土の代替にもできるなどの知見を得て本発明を完成するに至った
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、気泡を含有してなる軽量モルタル、珪酸塩又は硫酸アルミニウム類からなる凝結促進剤、及び急結材を含有してなる軽量空隙充填材であり、該軽量モルタル中のセメント 100重量部に対して、急結材が５〜30重量部である軽量空隙充填材であり、該軽量モルタル、凝結促進剤、及び急結材を別々に送給し、合流混合して施工することを特徴とする急速空隙充填方法である。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明で使用する気泡を含有してなる軽量モルタル（以下単に軽量モルタルという）とは、モルタルミキサ中でモルタルと起泡剤とを激しく攪拌して気泡をモルタル中に含有させたものや、起泡剤を水溶液とし、空気と共に発泡器に供給して連続的に製造した、例えば、シェービングクリーム等のような発泡状のものをモルタルと混合したものなどである。
【０００８】
ここで使用するモルタルとは、セメントペースト、セメントモルタル、及びセメントコンクリートを総称するものである。
【０００９】
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用可能である。具体的には普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、シリカ、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の使用が可能である。
【００１０】
起泡剤は特に限定されるものではなく、例えば、界面活性剤や動物性蛋白質などが使用可能である。
起泡剤の使用量は特に限定されるものではなく、通常、軽量モルタル中のセメント 100重量部に対して、0.1 〜１重量部が好ましい。0.1 重量部未満では気泡が不安定な場合があり、１重量部を越え使用しても添加効果が期待できない。
起泡剤は、通常、水溶液で使用するが、水溶液の濃度は起泡剤の種類によって異なり、特に限定されるものではなく、通常、１〜10重量％の水溶液を使用することが好ましい。
【００１１】
セメントと混合する水は特に限定されるものではなく、通常、清水の使用が可能である。
水の使用量は特に限定されるものではなく、通常は、セメント 100重量部に対して、40〜 100重量部が好ましい。40重量部未満では流動性が悪くなる場合があり、100 重量部を超えると強度発現が遅れる場合がある。
【００１２】
本発明では、セメント、起泡剤、及び水以外に、骨材や、減水剤、防水剤、及び収縮低減剤等の各種セメント混和材やセメント混和剤の使用が可能である。
【００１３】
本発明で使用する凝結促進剤としては、珪酸塩又は硫酸アルミニウム類が挙げられる。
また、珪酸塩としては、珪酸ナトリウム、水ガラス、及び珪酸カリウム等が挙げられる。
珪酸塩の使用量は、セメント 100重量部に対して、固形分換算で0.5 〜10重量部が好ましく、１〜５重量部がより好ましい。0.5 重量部未満では良好な凝結性状が得られない場合があり、10重量部を超えて使用しても急結効果が向上せず、その後の長期強度発現が遅れる場合がある。
さらに、硫酸アルミニウム類としては、硫酸アルミニウムやミョウバンなどが挙げられる。
硫酸アルミニウムの使用量は、セメント 100重量部に対して、固形分換算で５〜30重量部が好ましく、10〜25重量部がより好ましい。５重量部未満では良好な凝結性状が得られない場合があり、30重量部を超えて使用しても急結効果が向上せず、その後の長期強度発現が遅れる場合がある。
ミョウバンとしては、カリミョウバンや仮焼ミョウバンなどが挙げられる。
ミョウバンの使用量は、セメント 100重量部に対して、固形分換算で0.3 〜10重量部が好ましく、0.5 〜５重量部がより好ましい。0.3 重量部未満では良好な凝結性状が得られない場合があり、10重量部を超えて使用しても急結効果が向上せず、その後の長期強度発現が遅れる場合がある。
【００１４】
本発明で使用する急結材としては、カルシウムアルミネート、又はカルシウムアルミネートと硫酸塩の混合物を使用する。
【００１５】
カルシウムアルミネートとは、CaO 原料やAl2O3 原料などを焼成や溶融など熱処理して生成するもので、化学成分として CaOとAl2O3 を有効成分とするものである。そして、CaO をC 、Al2O3 をA とすると、C12A7 、CA、CA2 、及びC3A 等と示される鉱物組成を主成分とするもので、結晶質、非晶質いずれも使用可能である。これらのうち、非晶質カルシウムアルミネートの使用が好ましい。
本発明ではCaO 原料、Al2O3 原料、及びCaSO4 原料等を使用して生成するカルシウムサルホアルミネートもカルシウムアルミネートと同様使用可能である。
また、SiO2をS とすると、C2ASと示される鉱物組成を有するものも、本発明ではカルシウムアルミネートと同様に使用可能である。
カルシウムアルミネートの粒度はブレーン比表面積で 3,000〜6,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満では初期強度が低下する場合があり、6,000cm2/gを越えても効果が期待できない。
【００１６】
硫酸塩としては、硫酸ナトリウムや硫酸カリウムなどのアルカリ金属硫酸塩や、硫酸カルシウムなどのアルカリ土類金属硫酸塩が使用可能であり、これらのうち、硫酸カルシウム（セッコウ）の使用が好ましく、無水セッコウ、特にII型無水セッコウの使用がより好ましい。
硫酸塩の粒度はブレーン比表面積で 3,000〜8,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満では初期強度が低下する場合があり、8,000cm2/gを越えても効果が期待できない。
硫酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート 100重量部に対して、50〜 200重量部が好ましく、100 〜200 重量部がより好ましい。50重量部未満では強度の伸びが低下する場合があり、200 重量部を越えると膨張性を示す場合がある。
【００１７】
また、急結材の練り置きや圧送性を良くするために、適時、凝結遅延剤を併用することが好ましい。
凝結遅延剤は特に限定されるものではなく、例えば、クエン酸、酒石酸、及びグルコン酸等のオキシカルボン酸又はその塩や、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩が挙げられ、そのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
凝結遅延剤の使用量は特に限定されるものではなく、通常、セメントと急結材の合計 100重量部に対して、0.1 〜２重量部が好ましい。0.1 重量部未満では圧送性が低下する場合があり、２重量部を越えると凝結不良になる場合がある。
【００１８】
急結材は、カルシウムアルミネート、又はカルシウムアルミネートと硫酸塩からなるものであって、その使用量は、セメント 100重量部に対して、５〜30重量部が好ましく、10〜20重量部がより好ましい。５重量部未満では強度発現性が悪くなる場合があり、30重量部を超えると配管を閉塞する場合がある。
【００１９】
これらの凝結促進剤と急結材は均一に混合できる面や輸送しやすさから、水と混合した懸濁液や水溶液にして用いることが好ましい。
混合する水の量は特に限定されるものではなく、通常、凝結促進剤の場合は、凝結促進剤 100重量部に対して、100 〜300 重量部が好ましい。100 重量部未満では懸濁液や水溶液が硬くなり、送給が困難になる場合があり、300 重量部を超えると軽量空隙充填材の流動性が大きくなりすぎて凝結状態が不良になる場合がある。
急結材の場合は、急結材 100重量部に対して、50〜 150重量部が好ましく、70〜100 重量部がより好ましい。50重量部未満では懸濁液又は水溶液が硬くなり、送給が困難になる場合があり、150 重量部を超えると軽量空隙充填材の流動性が大きくなりすぎ、気泡が不安定になり、消泡して泡が大きくなったり、脱泡して比重が大きくなったりする場合がある。
【００２０】
本発明では、軽量モルタル、凝結促進剤、及びカルシウムアルミネートを含有する急結材を混合して軽量空隙充填材とする。
【００２１】
軽量モルタル、凝結促進剤、及び急結材の混合方法としては、均一に混合できれば特に限定されるものではなく、通常のミキサを使用することが可能であり、凝結時間を短くする場合や施工性を考えた場合、軽量モルタル、凝結促進剤、及び急結材を別々に送給し、合流混合しながら施工するのが好ましい。
【００２２】
凝結促進剤と急結材の混合順序や添加位置は特に限定されるものではない。混合順序は両者がほぼ同時か凝結促進剤を先に混合するのが好ましく、凝結促進剤を軽量モルタルと混合してから圧送することも可能である。軽量モルタルと凝結促進剤を混合後、30cm以内で急結材を合流混合し直ちに施工することがより好ましい。軽量モルタルと凝結促進剤を混合後、急結材を合流混合するまでの時間が長いと混合物の粘度が高くなる可能性がある。
【００２３】
合流混合の方法としては、Ｙ字管等の混合管を使用する方法、二重管を使用する方法、及び凝結促進剤と急結材の懸濁液をシャワー状に合流混合させるインレットピースを使用する方法等がある。
さらに、凝結促進剤と急結材とを送給する管の途中に空気を供給して、軽量モルタルと、凝結促進剤と急結材の懸濁液を添加混合する方法は、軽量モルタル、凝結促進剤、及び急結材の合流混合が速やかに行われ、混合管内に軽量空隙充填材が付着するなどのトラブルも防げて好ましい。
また、合流混合後の管中にスパイラル状のミキサを設置してさらに混合する方法も可能である。
【００２４】
軽量空隙充填材の混合が充分で、混合後速やかに打設すれば、長時間連続して混合しても配管内に軽量空隙充填材が付着することなく連続施工が可能であるが、混合が不充分だと、部分的に急結するものがあり、それが配管中で硬化して配管を閉塞するおそれがある。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいてさらに説明する。
【００２６】
実施例１
セメント 100重量部、骨材 200重量部、及び水80重量部をミキサーで混練して製造したモルタルに、起泡剤水溶液８重量部と高圧空気で製造した気泡を混入して軽量モルタルを製造した。
一方、急結材 100重量部、凝結遅延剤４重量部、及び水 100重量部を混合して懸濁液を調製した。
セメント 100重量部に対して、表１に示す混合割合になるように凝結促進剤を圧送して合流混合し、その後10cm以内で、別に圧送した急結材含有の懸濁液を、セメント 100重量部に対して、急結材が15重量部になるように混合管で合流混合し、直ちに打設した。
その後、無駆動ラインミキサで混合しながら連続的に軽量空隙充填材とし、５ｍの高さに打設した。
軽量空隙充填材の連続操業時間と比重を測定した。結果を表１に示す。
【００２７】
＜使用材料＞
セメント  ：高炉セメントＢ種、市販品
骨材      ：７号珪砂、市販品
水        ：水道水
起泡剤    ：市販品、界面活性剤系、濃度４重量％に希釈
凝結促進剤ｂ：水ガラス、市販品
凝結促進剤ｃ：硫酸アルミニウム、市販品
凝結促進剤ｄ：カリミョウバン、市販品
急結材    ：C１２A７  主成分、非晶質カルシウムアルミネート／無水セッコウの重          量比が１／1.5 混合品
凝結遅延剤：クエン酸と炭酸カリウムの混合品
【００２８】
＜測定方法＞
連続操業時間：軽量空隙充填材を連続して製造した時の時間
比重      ：充填28日後底部と上部から10×10×10cm供試体を切出し測定
【００２９】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】
本発明の軽量空隙充填材を用いることにより、気泡が安定で軽量なモルタルが製造でき、しかも、３〜４時間程度の長時間連続施工、大量施工、側圧が加わる構造への施工、への適用可能となった。