(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュ、セメント、遅延剤、及び海水を配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液を混合してなることを特徴とする空洞充填材料。
【請求項２】
平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュとセメントとの重量比を８：２〜２：８、セメント量に対して遅延剤を０．５重量％以下、海水をセメントとフライアッシュとの合量に対して８０重量％以上配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液とを、Ａ液：Ｂ液＝９０：１０〜８０：２０の体積比で混合してなることを特徴とする空洞充填材料。
【請求項３】
平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュ、セメント、遅延剤、粘土鉱物、及び海水を配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液を混合してなることを特徴とする空洞充填材料。
【請求項４】
平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュとセメントとの重量比を８：２〜２：８、セメント量に対して遅延剤を０．５重量％以下、海水をセメントとフライアッシュとの合量に対して８０重量％以上、さらに粘土鉱物を１ｍ3当たり５〜８０ｋｇ以下で配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液とを、Ａ液：Ｂ液＝９０：１０〜８０：２０の体積比で混合してなることを特徴とする空洞充填材料。
【請求項５】
粘土鉱物が含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物であることを特徴とする請求項３若しくは４記載の空洞充填材料。
【請求項６】
含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物がアタペルジャイト及びセピオライトから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項５記載の空洞充填材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル、橋台、擁壁、下水道管工事等に使用する空洞充填材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法・トンネル工事をはじめとする、橋台、擁壁、下水道管等の施工では、構造物を安定に維持するために、土壌と構造物の間に空洞充填材料が注入される。これらの材料として、従来セメント系スラリー液が多く使用されてきたが、流動性を向上させる為に配合中の水分量を増加させるとブリージング率が著しく高くなり、注入材料は空洞上部に充填されにくい欠点があった。
【０００３】
そこで最近では、流動性に優れるセメントスラリー液（Ａ液）と珪酸ソーダ水溶液（Ｂ液）を注入直前に混合し、混合後ブリージングの生じない２液混合型の材料が多く使用されている。しかし、この２液混合型材料の作成水として、水道水や地下水、河川水等が使用され、海水は、例えば、特開平１−１９２９１２号に見られるように、モル比を限定した特殊な珪酸ソーダ水溶液を使用すると共に、可溶性アルカリ剤を添加して珪酸ソーダ水溶液と海水の反応を弱める等の特殊な方法が検討されているものの、通常は利用されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、海水は、Ｂ液の珪酸ソーダ水溶液と直ちに反応し、Ａ液中のセメントとＢ液の珪酸ソーダ水溶液の反応を阻害し、Ａ液とＢ液混合を混合してもゲル化し難く、その後の強度発現も小さくなる。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、多量且つ安価しかも容易に入手できる海水を使用して、良好な空洞充填特性を有する空洞充填材料を提供する事にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明はフライアッシュとセメントの混合硬化材を、人工海水に混合したＡ液と珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液の２液混合型空洞充填材に関して、種々の実験を鋭意検討した結果得られたものである。すなわち、この発明の空洞充填材によれば、平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュ、セメント、遅延剤、及び海水を配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液を混合してなること（請求項１）、  平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュとセメントとの重量比を８：２〜２：８、セメント量に対して遅延剤を０．５重量％以下、海水をセメントとフライアッシュとの合量に対して８０重量％以上配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液とを、Ａ液：Ｂ液＝９０：１０〜８０：２０の体積比で混合してなること（請求項２）、平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュ、セメント、遅延剤、粘土鉱物、及び海水を配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液を混合してなること（請求項３）、平均粒径が１０μｍ以下の分級したフライアッシュとセメントとの重量比を８：２〜２：８、セメント量に対して遅延剤を０．５重量％以下、海水をセメントとフライアッシュとの合量に対して８０重量％以上、さらに粘土鉱物を１ｍ3当たり５〜８０ｋｇ以下で配合したＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液とを、Ａ液：Ｂ液＝９０：１０〜８０：２０の体積比で混合してなること（請求項４）、粘土鉱物が含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物であること（請求項５）、含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物がアタペルジャイト及びセピオライトから選ばれる少なくとも１種であること（請求項６）、を特徴とする。以下、この発明を詳細に説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
セメントとしては、各種ポルトランドセメント、特に普通及び早強ポルトランドセメントが好適に使用されるが、高炉セメント等の混合セメントを使用することもできる。また、フライアッシュとしては、石炭火力発電所から発生したものを空気分級機等により処理した平均粒径が１０μｍ以下程度の分級品を使用することが好ましいが、発生灰原粉をそのまま使用する事も可能である。硬化材としてのフライアッシュとセメントの混合比は、重量比で、８：２〜２：８の割合とすることが好ましい。これは、セメントの混合比が８割より高くなると、後述する珪酸ソーダ水溶液と混合後の強度発現が著しく高く、注入性に劣る為に、又、フライアッシュとセメントの混合比で、８：２よりフライアッシュを増加させると、強度発現が少ない為にそれぞれ好ましくない。
【０００８】
海水使用量としては、要求流動特性に応じて、セメントとフライアッシュとの合量に対して５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上の適宜な量、好適には４００重量％以下の範囲内で混合すれば良く、珪酸ソーダ水溶液混合後には全くブリージングは生じない。
【０００９】
遅延剤はセメント量に対して０．５重量％以下の割合で配合する。遅延剤を配合する事により可使時間は大幅に改善されるが、０．５重量％を越えて添加しても効果が頭打ちになるばかりか、返って強度発現の低下をきたし好ましくない。したがって、遅延剤は可使時間要求特性に応じて、０．５重量％以内で配合するが、これが０．１を下回ると、添加効果が少なく好ましくない。遅延剤としては、グルコン酸系、クエン酸系、オキシカルボン酸系、有機リン系、スルホン酸系等各種の遅延剤を使用することができる。
【００１０】
上述したフライアッシュ、セメント、遅延剤、及び海水からなるＡ液と珪酸ソーダ水溶液Ｂの混合量は、Ａ液：Ｂ液＝９０：１０〜８０：２０として用いる。珪酸ソーダ水溶液Ｂの混合量がこの範囲より少ない場合にはゲル化し難く、また、逆にこの範囲より混合量を多くすると強度が極端に弱くなる為に、それぞれ好ましくない。珪酸ソーダ水溶液としては、ＪＩＳ  Ｋ１４０８によって規定される２号、３号は勿論の事、ＳｉＯ2 量が２０〜４０％、Ｎａ2 Ｏ量が３〜２０％程度の珪酸ソーダ水溶液が好適に使用される。
【００１１】
次にこの発明は、Ａ液に粘土鉱物を追加して用いることができる。粘土鉱物としては、アタペルジャイト、セピオライト等が好適に使用され、これを１ｍ3 当たり５〜８０ｋｇの範囲で配合する。５ｋｇより少ないと配合効果があまり無く、また、８０ｋｇより多く配合すると流動性が悪化する為好ましくない。尚、ベントナイトでは、海水中で増粘性を発揮しない為に好ましくない。
【００１２】
以上説明したこの発明の空洞充填材料は、上記材料の適切な選定、配合、及びこれらの相乗効果作用によって、海水の使用を可能にすると共に、ブリージング率の少ない、強度の優れた空洞充填材料とすることができるものであり、以下、さらに説明する。
【００１３】
この発明の空洞充填材料において、Ａ液中のセメントとＢ液の珪酸ソーダ水溶液が反応して、直ちにゲル化する為に短期強度が得られる。しかし、Ａ液作成水として海水を使用することにより、Ａ液とＢ液を混合後、セメントと珪酸ソーダ水溶液が反応するより早く海水と珪酸ソーダ水溶液でゲルを形成する。したがって、Ｂ液の珪酸ソーダ水溶液は先ず海水との反応に使用され、その残りの量がセメントとの反応に使用されることになる。この海水と珪酸ソーダ水溶液とによって形成したゲルは、セメントと珪酸ソーダ水溶液とによって形成されるゲルとは異なり、粒状で極めて弱いゲルであり、混合後の溶液の流動性に殆ど影響を及ぼさない。すなわち、Ａ液作成水として海水を使用する場合には、通常の水を使用する場合よりもＢ液の混合量を増加、即ち、海水との反応分とセメントとのゲル化反応分の合計量を使用すれば良好な結果が得られる。
【００１４】
次にＡ液スラリー作成に多量の海水を使用すると、当然Ａ液の流動性は向上するが、Ａ液のブリージング率も増加する。しかし２液性混合空洞充填材料では、Ａ液とＢ液混合後にはブリージングが全く無くなるから、Ａ液のブリージング率は、あまり問題にする必要はなく、圧送中の材料分離の発生が防止できる程度のものであれば良い。このためのブリージング率を下げる為に、粘土鉱物を適当量配合する方法が有効である。使用できる粘土鉱物としては、アタペルジャイト、セピオライト等であり、これらの材料は、繊維状構造の形態、或いは、その反応性に富む水酸基を有する為に、Ｎａの吸蔵、固定能力に富み、海水中で増粘効果を発揮する。しかし、ベントナイト等の粘土鉱物では、材料中のナトリウムイオンが、海水中のカルシウムイオンとイオン交換反応を起こす為に、これによって膨潤性が失われるので好ましくない。
【００１５】
またフライアッシュの配合、特に、セメント粒子よりも形状が細かい平均粒径１０μｍ以下程度の分級フライアッシュを配合すると、微粉末効果によりフライアッシュがセメント粒子に入り込む為にブリージング率は少なくなる。一方、フライアッシュは分級品、原粉品に係わらず、緩慢なポゾラン反応性を有し、海水の存在下ではエトリンガイトの生成が早まり、短期強度発現、ブリージング率低減に、また３ヵ月材令以降の長期材令の強度発現に寄与し、好適に配合されるものである。
【００１６】
【実施例】
以下、実験例に基づき更にこの発明を説明する。実験例で使用した材料一覧を表１に示す。尚、人工海水は、ハイペット社製の海産生物飼育用の人工海水、スウイングハイマリン（商品名）を用いて調整し、また、珪酸ソーダ水溶液は愛知珪酸工業社製ＳＰ−９０（商品名）を用いた。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
▲１▼硬化材に対する人工海水量
硬化材比をセメント：フライアッシュ＝３：７、セメント量に対する遅延剤量を０．５％一定として、人工海水／硬化材比とフロー値との関係を求めた。フロー値は、表２に示す各種の空洞充填材料のＡ液を試作し、ＫＯＤＡＮ  ３０５法によるフロー値試験を行って求めた。結果を表２に併せて示す。表２において、人工海水／硬化材比が４０％であるＮｏ．１では、作成スラリーの粘性が高く均一に混練できないのに対し、人工海水／硬化材比が６０％以上であるＮｏ．２〜５、特に人工海水／硬化材比が８０％以上であるＮｏ．３〜５では、良好なフロー値が得られた。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
▲２▼セメント量に対する遅延剤量
硬化材比がセメント：フライアッシュ＝３：７、人工海水／硬化材比を１２０％一定として、セメント量に対する遅延剤量と可使時間との関係を求めた。可使時間は、表３に示す各種の空洞充填材料のＡ液を試作し、このスラリー液５００ｍｌを、ビニール袋（１０cm×４０cm）に入れ、上部を閉じ、上下運動を繰り返しても、スラリー液が均一に混合できなくなる時間を測定した。その結果、遅延剤を配合していないＮｏ．６の可使時間は８時間、遅延剤を０．２％配合したＮｏ．７の可使時間は１日、遅延剤を０．５％配合したＮｏ．８の可使時間は１日以上となり、遅延剤量は、０．５％以下で十分であることがわかる。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
▲３▼硬化材の混合比
人工海水／硬化材比を１２０％、セメント量に対する遅延剤量を０．５％一定として、硬化材の混合比と１５分後の変形係数との関係を求めた。試験は、表４に示す各種の空洞充填材料のＡ液とＢ液を混合し、直径５cm、高さ１０cmの円柱供試体を作成し、３０分後に、土質工学会  ＪＳＦ  Ｔ５１１による変形係数を測定した。結果を表４に併せて示す。表４において、硬化材混合比；セメント：フライアッシュ＝５：５であるＮｏ．１０では、３０分後でも変形係数が低くゲル化後の注入性に優れる事がわかるが、硬化材としてフライアッシュ単味を使用するＮｏ．９では、Ｂ液と混合してもゲル化しない為に、また硬化材としてセメント単味を使用するＮｏ．１１では、３０分後の変形係数が著しく高くなり注入性に劣る為に、好ましくないことがわかる。
【００２３】
【表４】
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【００２４】
▲４▼増粘材配合量
人工海水／硬化材比を１２０％、セメント量に対する遅延剤量を０．５％一定として、各種フライアッシュ、各種増粘材を使用した場合のＡ液ブリージング率、フロー値への影響を調査した。表５に示す各種の空洞充填材料のＡ液を試作し、Ａ液の１時間後のブリージング率、及び、ＫＯＤＡＮ  ３０５法によるフロー値試験を行った。結果を表５に併せて示す。表５において、硬化材のフライアッシュに平均粒径７μｍの分級品を使用したＮｏ．１２、１３では、アタペルジャイトを配合しない、或いは、僅かにしか配合していないにも係わらず、Ａ液のブリージング率、フロー値とも良好な結果を示した。
【００２５】
これに対し、硬化材のフライアッシュにＪＩＳ品を使用する場合、増粘材を配合していないＮｏ．１４では、Ａ液のブリージング率が著しく悪化する為に好ましくないが、アタペルジャイトを１ｍ3 当たり７０ｋｇ配合するＮｏ．１５では、ややフロー値は低下するものの、ブリージング率が著しく改善されている事がわかる。しかし、アタペルジャイトを１ｍ3 当たり１００ｋｇ配合するＮｏ．１６では、フロー値が著しく悪化する為に、又、増粘材としてベントナイトを使用したＮｏ．１７では、ブリージング率があまり改善されない為に好ましくない事がわかる。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
▲５▼珪酸ソーダ水溶液混合量
人工海水／硬化材比を１２０％、セメント量に対する遅延剤量を０．５％、硬化材混合比をセメント：フライアッシュ＝３：７、一定として、Ｂ液珪酸ソーダ水溶液混合量とゲルタイム、７日材令圧縮強度との関係を求めた。試験は、表６に示す各種の空洞充填材料のＡ液とＢ液を混合し、直径５cm、高さ１０cmの円柱供試体を作成し、７日間、２０℃水中養生し、その後、土質工学会  ＪＳＦ  Ｔ５１１による一軸圧縮強度を測定した。尚、カップ倒立法によりＡ液とＢ液のゲル化タイムも測定した。結果を表６に示す。
【００２８】
【表６】
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【００２９】
表６において、Ａ液作成水として水道水を使用し、Ｂ液／Ａ液混合比が５％であるＮｏ．１８では、良好な結果が得られるが、Ａ液作成水として人工海水を使用するＮｏ．１９では、６０秒後にはゲル化せず７日後の強度も著しく低い為に好ましくない事がわかる。しかし、人工海水を使用する場合でも、Ｂ液／Ａ液混合比が２０％であるＮｏ．２０では、良好な結果が得られている。但し、Ｂ液／Ａ液混合比が２５％であるＮｏ．２１では、７日後の強度が著しく低くなる為好ましくない事がわかる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明空洞充填材料は、多量且つ安価しかも容易に入手できる海水を使用しているにも係わらず、強度発現性、注入性に優れ、トンネル工事等の空洞充填材料として好適に使用できるものである。