(57)【要約】【課題】主材料に対して補強材として混合された短繊維が、主材料の中で絡み合いや詰まりを生じることがないように、また、主材料の中で均一な分散状態を維持できるように、主材料へ短繊維を混合する前に短繊維に対し前処理を施すための装置及び方法を提供する。【解決手段】固化材又は土砂である主材料の補強材として用いる短繊維を、主材料に供給する前に気泡と混合するための混合装置であって、１つの合流点を形成するように略Ｙ字状に連結された３つの管を備え、合流点から上方に延在する第１の管の上端に短繊維の入口を有し、合流点から上方に延在する第２の管の上端に気泡の入口を有し、合流点から下方に延在する第３の管の下端に短繊維と気泡の混合物の出口を有する。第１の管は鉛直上方に延在し、第２の管は第１の管に対して２０°〜４０°の角度をなすことが好適である。【選択図】図２
2014190014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化材又は土砂である主材料の補強材として用いる短繊維を、前記主材料に対して供給する前に気泡と混合するための混合装置であって、
１つの合流点を形成するように略Ｙ字状に連結された３つの管を備え、前記合流点から上方に延在する第１の管の上端に短繊維の入口を有し、前記合流点から上方に延在する第２の管の上端に気泡の入口を有し、前記合流点から下方に延在する第３の管の下端に短繊維と気泡の混合物の出口を有することを特徴とする
短繊維を気泡と混合する混合装置。
【請求項２】
前記第１の管は鉛直上方に延在し、前記第２の管は前記第１の管に対して所定の角度をなして傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の短繊維を気泡と混合する混合装置。
【請求項３】
前記所定の角度が２０°〜４０°であることを特徴とする請求項２に記載の短繊維を気泡と混合する混合装置。
【請求項４】
前記第１の管への短繊維の供給量を調整するために前記第１の管の前段にロータリーフィーダを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の短繊維を気泡と混合する混合装置。
【請求項５】
前記混合装置の管内の逆流を検知する検知手段と、前記検知手段が管内の逆流を検知したことに応じて前記ロータリーフィーダによる短繊維の供給を停止する停止手段と、を有することを特徴とする請求項４に記載の短繊維を気泡と混合する混合装置。
【請求項６】
前記短繊維が集束短繊維であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の短繊維を気泡と混合する混合装置。
【請求項７】
固化材又は土砂である主材料の補強材として用いる短繊維を、前記主材料に対して供給する前に気泡と混合するための混合方法であって、
１つの合流点を形成するように略Ｙ字状に形成された３つの流路を用い、前記合流点から上方に延在する第１の流路の上端から短繊維を入れ、前記合流点から上方に延在する第２の流路の上端から気泡を入れ、前記合流点から下方に延在する第３の流路の下端から短繊維と気泡の混合物を出すことを特徴とする
短繊維を気泡と混合する混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良工法等における主材料の補強材として用いる短繊維を、主材料への供給に先立って気泡と混合するための混合装置及び混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤改良工法において、主材料であるセメントスラリー等の地盤改良材（固化材）に対して補強材として短繊維又は集束短繊維を混合分散させる技術が知られている。また、セメント系固化材以外にも、主材料であるモルタル、コンクリート等の固化材又は土砂に対して補強材として短繊維又は集束短繊維を混合分散させる技術も知られている。さらにこのような短繊維又は集束短繊維による固化材の補強技術は、地盤改良工法に限られず、各種の建築工法、土木工法でも適用されている。（特許文献１、２等）
【０００３】
ここで「短繊維」とは、合成樹脂繊維の単糸を長さ数ｍｍ〜数十ｍｍに切断したものである。また「集束短繊維」とは、短繊維であって、切断前に界面活性剤を付着させたり表面処理を施したりして前処理を行うことにより、切断後に数十〜数千本が互いに付着して束の状態となったものである。
【０００４】
セメント系固化材を用いる地盤改良工法として、機械撹拌工法や高圧噴射撹拌工法などがある。従来のこれらの工法においては、セメント系固化材（例えば、水セメント比Ｗ／Ｃが８０〜１５０％のセメントスラリー）に短繊維を直接混合した後、短繊維を含むセメント系固化材を圧送ポンプを用いて対象地盤に供給する方法が採られている。
【０００５】
一方、地盤改良工法又は土壌浄化工法において、地盤を機械撹拌又は高圧噴射撹拌する際に使用する水に伴って排出される泥土の量を低減するために、起泡剤により気泡を生成させた水を使用することにより水量を低減し、それにより排土を低減する技術が知られている（特許文献３、４等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０３９９２号公報
【特許文献２】特開２０１２−６８１３号公報
【特許文献３】特開２０１１−５０７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１０６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
短繊維を含むセメント系固化材を圧送ポンプを用いて供給すると、圧送ポンプ内、配管又は噴出口などで短繊維が詰まりやすいという問題がある。１つの対応策として、セメント系固化材の粘性を通常より高めることにより、セメント系固化材中の短繊維が偏らずに均一に分散した状態を維持する方法が提案されている。この方法では、粘性の高いセメント系固化材と短繊維を撹拌混合するための特殊な混合ミキサーが必要となる。加えて、混合ミキサーを用いた場合、短繊維の密度が高くなると、混合中に短繊維同士が絡み合って塊状となってしまい、その結果、やはり圧送時に詰まりやすくなってしまうという問題を生じる。
【０００８】
モルタル、コンクリート又は土砂等の主材料に対して補強材として短繊維を直接混合し圧送する場合も同様の問題を生じる。
【０００９】
以上の現状に鑑み本発明は、地盤改良工法等におけるセメント系固化材、モルタル、コンクリート又は土砂等の主材料に対して補強材として用いる短繊維が、圧送中に絡み合いや詰まりを生じることがないように、また、主材料の中で均一な分散状態を維持できるように、主材料に供給する前の短繊維に対し所定の前処理を施すための装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。
本発明の第１の態様は、固化材又は土砂である主材料の補強材として用いる短繊維を、前記主材料に対して供給する前に気泡と混合するための混合装置であって、１つの合流点を形成するように略Ｙ字状に連結された３つの管を備え、前記合流点から上方に延在する第１の管の上端に短繊維の入口を有し、前記合流点から上方に延在する第２の管の上端に気泡の入口を有し、前記合流点から下方に延在する第３の管の下端に短繊維と気泡の混合物の出口を有することを特徴とする。
【００１１】
上記態様において、前記第１の管は鉛直上方に延在し、前記第２の管は前記第１の管に対して所定の角度をなして傾斜していることが好適である。また、所定の角度は、２０°〜４０°の角度であることが、好適である。
上記態様において、前記第１の管への短繊維の供給量を調整するために前記第１の管の前段にロータリーフィーダを有することが、好適である。
上記態様において、前記混合装置の管内の逆流を検知する検知手段と、前記検知手段が管内の逆流を検知したことに応じて前記ロータリーフィーダによる短繊維の供給を停止する停止手段と、を有することが、好適である。
上記態様において、前記短繊維が集束短繊維であることが、好適である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、固化材又は土砂である主材料の補強材として用いる短繊維を、前記主材料に対して供給する前に気泡と混合するための混合方法であって、１つの合流点を形成するように略Ｙ字状に形成された３つの流路を用い、前記合流点から上方に延在する第１の流路の上端から短繊維を入れ、前記合流点から上方に延在する第２の流路の上端から気泡を入れ、前記合流点から下方に延在する第３の流路の下端から短繊維と気泡の混合物を出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の混合装置及び混合方法によれば、固化材又は土砂である主材料の補強材として用いる短繊維を、主材料に供給する前に気泡と混合する前処理を行うことができる。気泡と混合された短繊維は、流動性が向上するため、主材料に供給する途中の圧送ポンプ、配管、噴出口などに詰まることがないため、短繊維を円滑に主材料に供給することができる。また、短繊維を主材料に均一に分散させることができる。
【００１４】
主材料に対して補強材としての短繊維を混合し均一に分散させることにより、これらの主材料の粘り強さを向上させる効果がある。この結果、造成された地盤改良体は、短繊維によって補強されたものとなり、圧縮強度、引っぱり強度及び靱性が向上する。それにより、地盤改良工法に適用した場合には、従来に比べて、より重量のある構造物を支持したり、改良範囲を縮小することが可能となる。
【００１５】
本発明の混合装置において、鉛直上方に延在する第１の管に対して第２の管が所定の角度をなして傾斜することにより、好適には所定の角度を２０°〜４０°とすることにより、混合装置の内部において短繊維が詰まることがなく、短繊維と気泡の混合物を円滑に送り出すことができる。
【００１６】
短繊維の供給量を調整することにより、短繊維と気泡を最適な混合比で混合することができる。最適な混合比とは、短繊維による閉塞を生じないための必要最小限の気泡と混合したときの比である。短繊維の比率が多いほど、主材料に対して効率的に短繊維を、すなわち補強材を供給することができる。
【００１７】
混合装置の管内における逆流を検知したときに、短繊維の供給を直ちに停止することにより、混合装置の閉塞を防止することができる。
【００１８】
短繊維を集束短繊維とすることにより、高密度の短繊維を供給する場合に短繊維同士が絡み合って塊状となることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明を適用したファイバージェット造成工のシステム構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明による混合装置の一例を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の適用例を示した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、固化材又は土砂である主材料に対する補強材として用いる短繊維を気泡と混合するための混合装置及び混合方法に係る。本発明による短繊維と気泡との混合処理は、短繊維の主材料への供給に先立って行うものであり、主材料と混合する前に行う短繊維の前処理ということができる。
【００２１】
ここでの主材料とは、適用対象の工法によって多様であるが、地盤改良工法では地盤強化を担う固化材、又は土砂を意味する。固化材としては、例えばセメント系固化材、モルタル、コンクリート等がある。固化材又は土砂である主材料は、地盤改良工法以外にも建築又は土木の分野における種々の工法で用いられる。これらの主材料は、補強材である短繊維と混合されることにより粘り強さが向上する。このようにして補強された主材料の改良体は、主材料が土砂の場合は短繊維補強土砂となり、主材料がセメントスラリーの場合は短繊維補強固化体となり、主材料がコンクリートの場合は短繊維補強コンクリートとなる。
【００２２】
図１は、本発明による混合装置及び混合方法を適用したファイバージェット造成工のシステム構成を示す図である。なお、ファイバージェット造成工５０は、本発明の適用対象である地盤改良工法の一例として挙げたものである。ファイバージェット造成工とは、高圧噴射撹拌工法においてセメント系固化材に補強材として短繊維を混合して地盤改良体を造成する工法をいう。
【００２３】
ファイバージェット造成工５０を行うシステム構成は、主たる構成要素として、圧縮空気供給部１０、固化材供給部２０、短繊維供給部３０及び水供給部４０を備えている。図１中、ファイバージェット造成工５０は、各材料の供給場所すなわち施工場所を示している。
【００２４】
圧縮空気供給部１０では、空気１１を取り込み、空気圧縮機１２が圧縮空気を供給する。
固化材供給部２０では、混和剤２１とセメント２２と水２３とをスラリープラント２４にて混合撹拌してセメントスラリーを調製し、流量計２５を経て、超高圧ポンプ２６によりセメントスラリーを超高圧噴射する。
水供給部４０では、水４１を高圧ポンプ４２により高圧噴射する。
【００２５】
短繊維供給部３０は、短繊維３１の供給部と、気泡３９の供給部とを有する。
短繊維３１は、ロータリーフィーダ３２により混合装置３７に供給される。
短繊維３１は、合成樹脂繊維の単糸を長さを数ｍｍ〜数十ｍｍに切断したものであり、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍである。合成樹脂として、熱可塑性樹脂では、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート等があり、熱硬化性樹脂では、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル等がある。短繊維３１は、補強材として用いるものであるから、高強度繊維が好適である。この点において、特に、セメント系材料との付着性がよいビニロンが好適である。
【００２６】
また短繊維３１の好適な形態は、集束短繊維である。集束短繊維は、合成樹脂繊維の単糸に界面活性剤を付着させたり表面処理を施したりして前処理を行った後に切断することにより、切断後に数十〜数千本が互いに付着して束の状態となったものである。集束短繊維の直径は、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度である。集束短繊維は、互いに絡み難いため、他の材料と混合されたり撹拌されたりした場合にも塊状になり難い。従って、同じ管径の管内を流れる場合、集束していない短繊維よりも集束短繊維の方が詰まり難い。集束短繊維を形成するために付着させる界面活性剤は、アニオン系、カチオン系、非イオン系及び両性界面活性剤等がある。また、集束短繊維を形成するための表面処理としては、繊維の表面にカルボキシル基等の極性基を付加する方法がある。
【００２７】
気泡３９は、起泡剤３３と水３４と空気３５とを主な材料として、自動気泡生成機３６にて生成され、混合装置３７に供給される。気泡３９を生成しやすくするために、水３４に増粘剤を添加してもよい。起泡剤３３は、界面活性剤であり、水３４に溶けることにより水３４を泡立ち易くする。起泡剤３３として例えば、アルキルエーテル硫酸塩等の硫酸エステル型陰イオン界面活性剤が用いられる。自動気泡生成機３６は、水３４の中に空気３５を取り込み、粘りのある水３４の膜に覆われたシェービングクリーム状の無数の気泡３９を生成する。
【００２８】
ロータリーフィーダ３２から供給される短繊維３１と、自動気泡生成機３６から供給される気泡３９とは、混合装置３７で混合される。そして、混合装置３７から短繊維３１と気泡３９の混合物が送り出される。短繊維３１と気泡３９の混合物は、均一に混合された安定な混合物である。この混合物は、圧送ポンプ３８により圧送される。その後、超高圧噴射される主材料のセメントスラリーと混合される。短繊維３１と気泡３９の混合物と、主材料とが均一に混合されることにより、短繊維３１が主材料中に均一に分散することになる。
【００２９】
本発明による混合装置３７（詳細は図２で説明する）においては、混合装置３７内での短繊維３１による閉塞を生じない。また、混合装置３７において短繊維３１と気泡３９が混合されて混合物となったことにより、混合装置３７から圧送ポンプ３８を経てファイバージェット造成工５０でセメントスラリーと混合されるまでの過程でも閉塞を生じない。さらに、セメントスラリーと混合された後、セメントスラリー中で短繊維３１が均一な分散状態を維持できる。本発明は、特に、管径の小さい配管や噴射ノズルを用いる地盤改良工法において補強材として短繊維を圧送する場合に適用することが好適である。このような地盤改良工法として、例えば高圧噴射撹拌工法がある。しかしながら、本発明の適用対象は、地盤改良工法に限定されるものではない。
【００３０】
図２は、図１に示した混合装置３７の一例を概略的に示す側面図である。
混合装置３７は、３つの流路を形成する３つの管３７１、３７２、３７３から構成されている。３つの管３７１、３７２、３７３は、１つの合流点３７４を形成するように略Ｙ字状に連結されている。合流点３７４から上方（鉛直上方及び斜め上方を含む）に延在する第１の管３７１の上端に短繊維３１の入口３７１ａを有する。また、合流点３７４から上方（鉛直上方及び斜め上方を含む）に延在する第２の管３７２の上端に気泡３９の入口３７２ａを有する。さらに、合流点３７４から下方（鉛直下方及び斜め下方を含む）に延在する第３の管３７３の下端に短繊維３１と気泡３９の混合物の出口３７３ａを有する。第１の管３７１に導入された短繊維３１と、第２の管３７２に導入された気泡３９は合流点３７４で合流し、混合状態となり、第３の管３７３を降下する。実際には、図１に示した後段の圧送ポンプ３８により混合物が吸引される。
【００３１】
図２の好適例では、第１の管３７１は鉛直上方に延在するとともに、第２の管３７２は斜め上方に延在して第１の管３７に対して所定の角度αをなしている。これは、気泡３９に比べて質量の大きい短繊維３１は、鉛直方向に降下する場合に最も円滑に降下できるからである。好適には角度αを２０°〜４０°の範囲とする。角度αが２０°未満の場合及び４０°を超える場合は、混合装置３７内で短繊維の詰まりを生じる頻度が高くなった。さらに好適には、角度αを３０°前後、すなわち２８°〜３２°とする。角度αが３０°前後の場合は、混合装置３７内で短繊維の詰まりを全く生じなかった。また、好適例では、第３の管３７３は鉛直下方に延在する。これは、短繊維３１と気泡３９の混合物が最も円滑に降下できるからである。
【００３２】
図２に示すように、第１の管３７１への短繊維の供給量を調整するために第１の管３７１の前段にロータリーフィーダ３２を配置することが好適である。ロータリーフィーダ３２に対してはホッパーを介して短繊維を投下する。ロータリーフィーダ３２の回転数を調整することにより、混合装置３７への短繊維の供給量を調整できる。
【００３３】
さらに好適には、第３の管３７３の途中に、管内の逆流を検知するための検知装置３７５が取り付けられる。検知装置３７５は管内の流れの方向を検知可能であれば、方式は特に限定されない。例えば、電磁式、光学式、超音波式、歪みゲージ式等の公知の方式がある。出口３７３ａ側（図１に示した後段の圧送ポンプ３８を含む）で閉塞が生じた場合、短繊維３１と気泡３９の混合物が第３の管３７３を逆流することとなる。検知装置３７５は、この逆流を検知したとき、ロータリーフィーダ３２に対して停止信号を送信する。これによりロータリーフィーダ３２が停止し、短繊維３１の供給を停止する。なお、検知装置３７５の取付位置は第３の管３７３の途中に限定されるものではなく、混合装置３７内のいずれかの箇所で逆流が生じたことを検知可能であるならば、取付位置は任意である。
【００３４】
以上述べた構成は、一例であり、本発明は例示した構成に限定されるものではない。なお、短繊維（又は集束短繊維）の材質及び寸法、短繊維と気泡の混合割合、短繊維と気泡の供給速度、混合装置の各管の直径及び長さ等については、適用される工法の施工条件によって適宜設定されるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  圧縮空気供給部
２０  固化材供給部
３０  短繊維供給部
３１  短繊維
３２  ロータリーフィーダ
３３  起泡剤
３４  水
３５  空気
３６  自動気泡生成機
３７  混合装置
３８  圧送ポンプ
３９  気泡
４０  水供給部
５０  ファイバージェット造成部
【図１】
2014190014.tif 000003
【図２】
2014190014.tif 000004