(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性物質と、非イオン性の水溶性セルロースエーテルと、水溶性アクリル誘導体、スフィンガン・ガム・グループの水溶性多糖類及び水溶性澱粉誘導体から成る群から選ばれる少なくとも一種の化合物とを必須成分とし、非イオン性水溶性セルロースエーテルと、水溶性アクリル誘導体、スフィンガン・ガム・グループの水溶性多糖類及び水溶性澱粉誘導体から成る化合物の群から選ばれる少なくとも一種の化合物との割合が９９：１から２０：８０であることを特徴とする非開削工法用流動性組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、非開削工法であるシールド工法、推進工法等に用いられる加泥材、滑材および裏込め材等として使用される流動性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中にパイプ等を埋設する方法としては、直接、地面を開削し、パイプ等を埋め、土を埋め戻す方法と非開削工法であるシールド工法、推進工法の２種類がある。近年、道路事情等の点で開削工法の施工が困難となり、また、一般に、開削工法よりも非開削工法の方が工期短縮となることから、非開削工法が広く用いられている。
シールド工法、推進工法では掘削時の切羽の安定化、掘削土砂の排出等のために、加泥材が、また、地山との間に生じる摩擦を低減するために滑材が用いられる。加泥材にはベントナイト等の粘土、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤が使用される。
【０００３】
また、シールド工法、推進工法では地山との間に生じる空隙に裏込め材を注入する必要がある。一般に、裏込め材は当初、流動性を有し、最終的には固化する必要があり、硬化発現材として、セメント、高炉スラグ・石灰系等が使用され、これに水ガラス等のゲル化剤、骨材、ベントナイト等の粘土鉱物等で構成されている。また、場合によっては起泡剤、凝結遅延剤、シリカゾル、水溶性セルロースエーテル等の増粘剤等が添加される。
加泥材、滑材および裏込め材は比較的細い管を用いて所定の場所に供給され、また、必要な箇所では高い充填性が要求される。したがって、流動性の良いものとなっているが、工事箇所に湧水がある場合では水との接触により、その流動性故に、これらが流出することがある。
これに対し、増粘剤として、ベントナイト、ＣＭＣ等が用いられるが、これらはセメント等が配合された系では凝集し、その効果は著しく低減する。
さらに、砂礫層の場合にはある程度のチクソトロピー性を必要とするが、セメントに対して比較的安定な水溶性セルロースエーテルを用いても必要なチクソトロピー性は得られない。
【０００４】
また、滑材としては潤滑性が重要であり、特開平６−１８００９４号公報には高吸水性樹脂と増粘剤の組み合わせが、特公平７−３７６３１号公報にはベントナイト、高吸水性樹脂とメチルセルロースの組み合わせ紹介されている。また、水溶性高分子と硼素化合物の組み合わせも特公平７−５１８８０号公報に開示されている。ここで、滑材には潤滑性以外に、湧水箇所での水中不分離性、砂礫層でのチクソトロピー性が必要である。これに対して、前記特許の組成物はすべてを満足するものにはなっていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来、湧水箇所、 砂礫層でも十分な効果を発揮することのできる、加泥材、滑材、裏込め材等の非開削工法用流動性組成物はなく、その実現が強く待たれていた。
本発明は、上記事情に対してなされたもので、湧水箇所、砂礫層でも十分な効果を発揮することのできる、加泥材、滑材、裏込め材等の非開削工法用流動性組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、水硬性物質と、非イオン性の水溶性セルロースエーテルと、水溶性アクリル誘導体、スフィンガン・ガム・グループの水溶性多糖類及び水溶性澱粉誘導体から成る群から選ばれる少なくとも一種の化合物とを必須成分とし、非イオン性水溶性セルロースエーテルと、水溶性アクリル誘導体、スフィンガン・ガム・グループの水溶性多糖類及び水溶性澱粉誘導体から成る化合物の群から選ばれる少なくとも一種の化合物との割合が９９：１から２０：８０であることを特徴とする。
【０００７】
水溶性セルロースエーテルは水に溶解すると増粘し、セメント系でもこの性質は変わらないため、水中不分離性コンクリートの分離防止剤として使用され、水中打設の際のセメント等の分離を防止するのに使用されている。また、潤滑性も有するため、滑材としても使用可能である。
湧水箇所、砂礫層で問題なき打設するためには高いチクソトロピー性が必要である。本発明に必要なチクソトロピーについては、水溶性セルロースエーテル単独では若干のチクソトロピー性を示すにすぎない。
ウエランガム等の水溶性多糖類、ポリアクリルアミド等の水溶性アクリル誘導体、ヒドロキシプロピル化澱粉等の水溶性澱粉誘導体は水に溶解すると増粘するが、セメント系では多少はあるがいずれも凝集傾向を示す。これらを単独でセメント系に使用するとその凝集性のために流動性に劣り、充填性に劣る材料となってしまう。
本発明では水溶性セルロースエーテルと凝集性のある物質を併用することにより、流動性を保ちつつ、高い水中分離防止効果を有し、高いチキソトロピー性を発揮することができることを見い出した。つまり、これらを併用した組成物は剪断力をかけると流動しやすくなり、流動性のあるその組成物をしばらくの間、静止させると組成物は高い粘性を呈するようになる。流動性、水中分離防止及びチクソトロピー性を兼ね備えた組成物は、前述の特開平６−１８００９４号公報、特公平７−３７６３１号公報、特公平７−５１８８０号公報では得られない特性である。
上記二つの水溶性物質をある特定の割合で併用すると本発明のような流動性を保ちつつ、高い水中分離防止効果を有し、高いチキソトロピー性を発揮することができる。また、セメント等の水硬性物質を含むため、自硬性の滑材、加泥材等とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で用いることができるセメントとしては、例えば、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント）を挙げることがてできる。この他にも、混合セメント（高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント）、特殊セメント（アルミナセメント、膨張セメント）等が挙げられ、これらから選ばれる１種または２種以上の混合物が使用できる。
【０００９】
上記のようなセメントとともに用いる非イオン性の水溶性セルロースエーテルとしては、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）等のアルキルセルロースを挙げることができる。この他にも、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）等のヒドロキシアルキルセルロースを挙げることができ、また、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルエチルセルロース（ＨＥＥＣ）等のヒドロキアルキルアルキルセルロースを挙げることもできる。特に、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースが好ましい。これらのものは、セメント系での粘度発現性に優れ、このためセメントモルタルでの保水性に優れているからである。
これらは１種または２種以上の混合物として使用することができる。また、その粘度は特にに限定されないが、１％粘度が１０〜５０，０００ｃＰであることが望ましい。粘度が１０ｃＰ以下では必要なレオロジー特性が得られない。また、５０，０００ｃＰ以上は経済的に工業的生産が困難である。
このような水溶性セルロースエーテルの使用量は、流動性、材料分離防止の程度、用途、チクソトロピー性要求度等によっても異なるが、通常、水量に対して０．０１重量％〜３０重量％、好ましくは０．０５重量％〜１５重量％が望ましい。
【００１０】
これら、非イオン性セルロースエーテルは空気連行性があり、空気量のコントロールが必要な場合には、コンクリートやモルタルに使用されている消泡剤である、トリブチルフォスフェート（Ｃ12Ｈ27Ｏ4 Ｐ）、プルロニック系消泡剤［プルロニックＬ  ６１（旭電化工業製）等］、シリコーン系消泡剤［ＫＭ  ７３（信越化学工業製）等］、アセチレングリコール誘導体［サーフィノール（日信化学工業製）等］等が使用できる。
【００１１】
本発明では、上記のようなセメント等の水硬性物質や水溶性セルロースエーテル等と共に、セメントに対して凝集性のある物質を添加する。凝集性のある物質としては、水溶性多糖類、水溶性アクリル誘導体、水溶性澱粉誘導体がある。
水溶性多糖類としては、次頁の化学式で示される、ウエランガム（Ｗｅｌａｎｇｕｍ）、ラムザンガム（Ｒｈａｍｓａｎ  ｇｕｍ）または、ジェランガム（Ｇｅｌｌａｎ  ｇｕｍ）等のスフィンガン・ガム・グループ（ＳｐｈｉｎｇａｎＧｕｍ  Ｇｒｏｕｐ）が好ましい。
【化１】
0003704394.tif 000002
［式中ＧｌｕはＤ−グルコース、ＧｌｕＡはＤ−グルクロン酸、ＲｈａはＬ―ラムノース、ＸはＬ−マンノース（Ｍａｎ）又はＬ−ラムノース（Ｒｈａ）を表す。］
【００１２】
ウエランガムは、ヘテロ多糖類を生成するアルカリジェネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属のバクテリア  ＡＴＣＣ  ３１５５５の菌種（菌体番号Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ＡＴＣＣ  ３１５５５）をもって製造させれば良い。例えば、それを炭水化物、窒素源およびその他の適当な栄養素を含む培地に散布し、完全培養発酵させればバクテリアの細胞外に生成してくるガムとして得ることができる。ラムザンガムは、類似のバクテリアである菌体番号ＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓＡＴＣＣ  ３１９６１を用い、ジェランガムは、菌体番号Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ＡＴＣＣ  ３１４６１を用い、ウエランガムと同様にして得ることができる。
このような水溶性多糖類の使用量は、必要なチクソトロピー性にもよるが、通常、水量に対して０．００１重量％〜３０重量％、好ましくは、０．０１重量％〜１５重量％が望ましい。
【００１３】
水溶性アクリル誘導体としては、ノニオン系、アニオン系、カチオン系のいずれもが使用可能であり、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドとアクリル酸ソーダの共重合物、ポリアクリルアミド部分加水分解物、スルホン基を導入したスルホン化ポリアクリルアミド等が挙げられる。
このような水溶性アクリル誘導体の使用量は、必要なチクソトロピー性にもよるが、通常、水量に対して０．０００１重量％〜１０重量％、好ましくは、０．００１重量％〜５重量％が望ましい。
【００１４】
水溶性澱粉誘導体としては、ヒドロキシプロピル化澱粉のようなヒドロキシアルキル化澱粉等が挙げられる。
このような水溶性澱粉誘導体の使用量は、必要なチクソトロピー性にもよるが、通常、水量に対して０．００１重量％〜３０重量％、好ましくは、０．０１重量％〜１５重量％が望ましい。
【００１５】
水溶性セルロースエーテルの使用割合を過度に多くすると、流動性は問題ないが、チクソトロピー性は低下するという欠点がある。
一方、凝集性物質である水溶性多糖類、水溶性アクリル誘導体、水溶性澱粉誘導体の使用割合を過度に多くすると、チクソトロピー性には問題がないが、流動性に劣り、結果として施工時に加えなければならない水分の量が多くなり、強度低下、材料分離等の問題を引き起こす恐れがあり、好ましくない。
さらに、本発明では、非イオン性水溶性セルロースエーテルと、水溶性アクリル誘導体、水溶性多糖類及び水溶性澱粉誘導体から成る化合物の群から選ばれる少なくとも一種の化合物との割合が重量比で、（非イオン性水溶性セルロースエーテル）：（後者の化合物）＝９９：１〜２０：８０となるようにする。
非イオン性水溶性セルロースエーテルが、この範囲を超えると、必要なチクソトロピー性が得られないという欠点がある。また、水溶性アクリル誘導体、水溶性多糖類及び水溶性澱粉誘導体から成る化合物の群から選ばれる少なくとも一種の化合物の割合がこの範囲を超えると、凝集性が強くなりすぎ、流動性が劣るといった欠点がある。
【００１６】
本発明の流動性組成物は、この他にもさらに、通常、骨材として川砂、山砂、珪砂、また、滑材として高吸水性ポリマー、ベントナイト等を用いると良い。
また、一般に、コンクリートやモルタル等に使用されている減水剤（高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤等）も必要に応じて使用することができる。
この減水剤としては、高縮合トリアジン系化合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリカルボン酸塩系誘導体、変性リグニンスルホン酸塩系化合物、アミノスルホン酸系高分子化合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、イソプレン系化合物等が挙げられる。非イオン性セルロースエーテルを用いた場合には、これらの内では、高縮合トリアジン系化合物［ＮＬ−４０００（ポゾリス物産製）等］、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物［ＳＭＦ（日産化学工業製）等］、ポリカルボン酸塩系誘導体［ＳＰ−８Ｓ（ポゾリス物産製）等］、イソプレン系化合物［ダイナフロー（日本合成ゴム製）等］が好ましい。
凝結遅延剤、凝結促進剤等の硬化調整剤もその要求に応じて使用することができる。
さらに、起泡剤を用い、エアーモルタルとしても使用できる。
【００１７】
本発明の非開削工法流動性組成物は、前記のような組成にさらに水を加えて混練し、流動化させ、流動状態で必要箇所に打設される。
流動化にあたって、添加する水の量は、打設しやすい軟らかさに水硬性組成物がなるまで、徐々に、加減しながら加えていって決めれば良いが、通常、水硬性物質１００重量部あたり、５０重量部〜５００重量部が好ましい。混練に当たっては、水も入った全成分を、例えば、モルタルミキサー等を使って混練すれば良い。水溶性高分子物質は粉末のままでセメント中等に添加して混合しても良いが、水の影響で部分的に粒状に固まって不均一化するような場合には防止剤として、グリオキザール等を添加しても良い。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
１．チクソトロピー性、流動性および水中不分離性の評価
チクソトロピー性、流動性および水中不分離性の評価を以下の物質を用い、以下の試験方法により行った。
（１）水溶性セルロースエーテル：
ヒドロキシプロピルメチルセルロース、粘度６，３００ｃＰ［濃度１％］（商品名：メトローズ、信越化学工業製、以下「ＨＰＭＣ」と略す。）
（２）水溶性多糖類：
ウエランガム（モンサント社ケルコ事業部製、以下「ＷＧ」と略す。）
（３）水溶性アクリル誘導体：
アニオン性ポリアクリルアミド（ハイモ製、以下「ＰＡＡｍ」と略す。）
（４）水溶性澱粉誘導体：
ヒドロキシプロピル化澱粉（日澱化学製、以下「ＨＰＳ」と略す。）
【００１９】
（５）セメント：
普通ポルトランドセメント（日本セメント製）
（６）高炉スラグ：
セラメント（第一セメント製）
（７）配合
セメント            １０重量部
高炉スラグ          ９０重量部
増粘剤                ４重量部
水                  変量
（８）練り混ぜ
上記の配合（７）に指定された物質をＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠したモルタルミキサーを用い、粉体のみでの空練り１分、注水後３分練り混ぜ、所定の流動性組成物を得た。
なお、水量は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に規定されたフロー試験で、落下運動を与えず、自然流動させた場合（０打フロー）の値で、１５０ｍｍ±１０ｍｍとなる量とした。
【００２０】
（９）測定
・フロー試験
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１のフロー試験で、落下運動を与えず、自然流動させた場合（０打フロー）の拡がりをその直角方向の直径で測定し、平均した値を求めた。
・粘度特性
外筒回転型粘度計、ＤＰＶ−１型粘度計（協和科学製）で、１０ｒｐｍと１００ｒｐｍの見掛け粘度を測定し、その比（見掛け粘度（１０ｒｐｍ）／見掛け粘度（１００ｒｐｍ））をチクソトロピー性指数として求めた（チクソトロピー性指数の大きなものの方がチクソトロピー性が大きい）。
・練り上がり温度
アルコール温度計にて測定した。
・水中分離度
土木学会、水中不分離性コンクリート設計施工指針（案）、土木学会規準、コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（案）の水中分離度測定（付属書２）に準じた。８００ｍＬの水中に試料５００ｇを投入し、その上澄み液の懸濁物質量をＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に準じて測定した。
【００２１】
【表１】
0003704394.tif 000003
【００２２】
【表２】
0003704394.tif 000004
【００２３】
表１は本発明にかかる実施例に相当する場合の結果を示す。実施例１〜３は水溶性セルロースエーテルと凝集性物質の割合が７５：２５、実施例４、５は５０：５０の場合で、本発明の割合で水溶性セルロースエーテルと凝集性物質を併用しているため、流動性があり、しかも高いチクソトロピー性を示し、かつ、水中分離防止効果にも優れる。
【００２４】
表２は比較例の結果を示す。比較例１〜４はそれぞれの配合材を単独で用いた場合である。
比較例１、４は水溶性セルロースエーテル、水溶性澱粉誘導体を用いた場合であり、チクソトロピー性が低く、また、比較例４では水中分離防止効果に劣る。比較例２、３は水溶性多糖類、水溶性アクリル誘導体を単独で使用した場合であり、いずれも流動性を得るのに多くの水量を必要とし、実用上、好ましくない。
比較例５は本発明の割合以外で両物質を用いた場合（９９．５：０．５）であり、水中分離  防止効果は問題ないが、十分なチクソトロピー性が得られないという欠点がある。
比較例６は水溶性アクリル誘導体の割合が８０％を越えた場合であり、必要な流動性を得るのに多くの水量を必要とし、実用上、好ましくない。
【００２５】
２．裏込め材
下記の配合の裏込め材を用いて現場にてその効果を確認した。
配合
普通ポルトランドセメント      ２００ｋｇ／ｍ3 （日本セメント製）
フライアッシュ                １００ｋｇ／ｍ3 （日本セメント製）
細骨材                        ２７０ｋｇ／ｍ3 （信濃川産川砂）
ＨＰＭＣ                          ３ｋｇ／ｍ3 
ＰＡＡｍ                          １ｋｇ／ｍ3 
水                            ７５０ｋｇ／ｍ3 
上記配合の裏込め材を用いた結果、ポンプ圧送性、水中分離抵抗性等に優れ、充填性にも問題はなかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の非開削工法用流動性組成物は、上記のような構成でできていることから、シールド工法や推進工法で従来使用されていた加泥材、滑材、裏込め材が持っていた各種特性をそのまま有しており、その上で、湧水等で分離がなく、施工時に必要なチクソトロピー性を有するため、湧水箇所や砂礫層等でも問題なく打設できる。しかも場合によっては自硬性を有することもできる。