(57)【要約】【課題】  いわゆる間隙充填の用途に用いた場合でも、空洞や隙間等の空洞部乃至は空隙部の隅々に至るまで充填することを可能ならしめる、硬化の際の膨脹性に優れた気泡モルタル組成物、及び、そのような気泡モルタル組成物の製造方法、並びに、かかる気泡モルタル組成物を用いた空洞部乃至は空隙部の充填方法を提供すること。【解決手段】  セメント、水、骨材及び起泡剤を用いて得られた、モルタル中に気泡が分散せしめられてなる気泡モルタル組成物において、前記骨材として、鋳造廃微砂を用いた。【選択図】    な  し【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、水、骨材及び起泡剤を用いて得られた、モルタル中に気泡が分散せしめられてなる気泡モルタル組成物であって、前記骨材として、鋳造廃微砂が用いられていることを特徴とする気泡モルタル組成物。
【請求項２】
前記鋳造廃微砂が、１ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の気泡モルタル組成物。
【請求項３】
セメント、水及び鋳造廃微砂を混練せしめる一方、起泡剤を用いて形成される気泡を導入することにより、モルタル中に気泡を分散せしめたことを特徴とする気泡モルタル組成物の製造方法。
【請求項４】
セメント、水、鋳造廃微砂及び起泡剤を用いて得られた、モルタル中に気泡が分散せしめられてなる気泡モルタル組成物を、充填されるべき空洞部乃至は空隙部に注入し、該空洞部乃至は空隙部内において、該気泡モルタル組成物を硬化せしめることを特徴とする空洞部乃至は空隙部の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡モルタル組成物及びその製造方法並びにそれを用いた空洞部乃至は空隙部の充填方法に係り、特に、地下構造物の埋め戻し、基礎地盤、道路や鉄道の軽量盛土、路体、路床、トンネルやシールド等の裏込、間隙充填等に使用される気泡モルタル組成物、及びその製造方法、並びにそのような気泡モルタル組成物を用いた空洞部乃至は空隙部の充填方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、粗骨材を配合した各種モルタル組成物は、コンクリートとして、建設材料等の各種用途に用いられてきている。また、そのような各種モルタル組成物のうち、特に、地下構造物の埋め戻し、基礎地盤、道路や鉄道の軽量盛土、路体、路床、トンネルやシールド等の裏込、間隙充填等の用途に用いられるものとしては、コストの軽減、モルタルの軽量化及び強度の制御等を目的として、起泡剤を配合することにより、組成物中に気泡を混合せしめてなる気泡モルタル組成物が、多く用いられているのである。
【０００３】
そして、そのような気泡モルタル組成物についても、他のモルタル組成物と同様に、様々な骨材が配合されて、調製されることとなるが、例えば、骨材として、従来の一般的な砂を配合した気泡モルタル組成物にあっては、砂の粒径が大きく、且つ不均一であることに起因して、目的とする箇所に打設すると、その後、モルタル組成物中において、骨材たる砂が沈降する恐れがあった。また、従来の砂を配合せしめたモルタル組成物は、砂（骨材）が分離しやすいものであるため、混合プラントから配管にて圧送、打設することが困難である問題も内在するものであった。
【０００４】
一方、粘土も、上記したモルタル組成物における骨材として、従来より広く用いられてきているが、かかる粘土を用いた場合において、モルタル組成物の単位容積当たりの重量の調整や、得られるモルタルの強度の制御が困難であり、更に、粘土の配合量が多くなると、製造コストが高くなるという問題をも内在していた。
【０００５】
このため、そのような従来の骨材を用いた場合の問題を解決すべく、特許文献１（特開平９−２４９４４１号公報）においては、セメント、水、骨材及び起泡剤を含む混合物を混練して得られる気泡モルタル組成物であって、前記骨材を、最大粒径０．２ｍｍ以下の微粒砂、特に、ニッケル鉱石等の製錬時の副産物であるフェロニッケルスラグとした気泡モルタル組成物が、提案されている。そこでは、その提案に係る気泡モルタル組成物は、単位容積当たりの重量、空気量、強度等の調整が容易であり、且つ、品質が安定し、コストが安いものであるとされている。
【０００６】
しかしながら、かかる特許文献１にて提案されている気泡モルタル組成物にあっては、上述の如き特性を発揮するものではあるものの、固化時の膨脹性に乏しく、むしろ収縮する傾向があるものであったため、特に、地盤と構造物との境界面の空洞や隙間等を充填する（間隙充填）等の目的で使用する場合には、その充填性に少なからず課題を残すものであった。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２４９４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここにおいて、本発明は、かかる課題を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、特に、地盤と構造物との境界面における空洞や隙間等の空洞部乃至は空隙部を充填する、いわゆる間隙充填等の用途に用いた場合に、かかる空洞部乃至は空隙部の隅々まで充填せしめることを可能ならしめる、硬化の際の膨脹性に優れた気泡モルタル組成物、及び、そのような気泡モルタル組成物の製造方法、並びに、かかる気泡モルタル組成物を用いた空洞部乃至は空隙部の充填方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、本発明者等が、気泡モルタル組成物に配合する骨材について鋭意検討を重ねた結果、骨材として、鋳造後の砂型（使用済みの砂型）からの鋳物砂の回収、再生及び分級等の処理によって副生する微細な鋳物砂（鋳造廃微砂）を使用することにより、得られた気泡モルタル組成物にあっては、その固化の際に、優れた膨脹性を発揮することを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１０】
すなわち、本発明は、セメント、水、骨材及び起泡剤を用いて得られた、モルタル中に気泡が分散せしめられてなる気泡モルタル組成物であって、前記骨材として、鋳造廃微砂が用いられていることを特徴とする気泡モルタル組成物を、その要旨とするものである。
【００１１】
なお、かかる本発明に従う気泡モルタル組成物における好ましい態様の一つにおいては、前記鋳造廃微砂が、１ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有している。
【００１２】
また、本発明は、セメント、水及び鋳造廃微砂を混練せしめる一方、起泡剤を用いて形成される気泡を導入することにより、モルタル中に気泡を分散せしめたことを特徴とする気泡モルタル組成物の製造方法、並びに、セメント、水、鋳造廃微砂及び起泡剤を用いて得られた、モルタル中に気泡が分散せしめられてなる気泡モルタル組成物を、充填されるべき空洞部乃至は空隙部に注入し、該空洞部乃至は空隙部内において、該気泡モルタル組成物を硬化せしめることを特徴とする空洞部乃至は空隙部の充填方法をも、その要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明に従う気泡モルタル組成物にあっては、骨材として、従来の一般的な砂や粘土等に代えて、膨張作用を発揮する鋳造廃微砂を用い、それを配合せしめてなるものであるところから、本発明の気泡モルタル組成物は、その硬化の際に、優れた膨張性を発揮することとなる。
【００１４】
従って、そのような本発明の気泡モルタル組成物を、例えば、地盤と構造物との境界面における空洞部や隙間等の空隙部に注入し、硬化せしめると、かかる気泡モルタル組成物は効果的に膨張し、以て、空洞部や隙間等の空隙部の隅々に至るまで、モルタル組成物の固化物を充填することが可能となるのである。
【００１５】
また、本発明においては、鋳造廃微砂として、特に、その比表面積が１ｍ2 ／ｇ以上のものを用いると、上述の如き優れた効果をより有利に享受することが可能である。
【００１６】
さらに、鋳造廃微砂は、元来、産業廃棄物として処分されていたものであり、そのような鋳造廃微砂を骨材として用いた、本発明に係る気泡モルタル組成物にあっては、環境保全の点においても優れたものとなっているのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ところで、本発明に従う気泡モルタル組成物は、骨材として、膨張作用を発揮する鋳造廃微砂が配合せしめられて、構成されるものであるが、かかる鋳造廃微砂以外の他の成分としては、従来から公知の各種気泡モルタル組成物と同様に、セメント、水及び起泡剤が用いられて、目的とする気泡モルタル組成物が形成されることとなる。
【００１８】
なお、そこで用いられるセメントとしては、従来からモルタル組成物において使用されている各種セメント、例えば、高炉セメント、ポルトランドセメント等を挙げることが出来る。
【００１９】
また、起泡剤としては、モルタル組成物に気泡を導入すべく一般的に配合されて、用いられているものであれば、如何なるものであっても、使用することが可能である。具体的には、本発明においては、界面活性剤を主成分とするもの、タンパク質を主成分とするもの等の何れも用いることが可能であり、例えば、スミシールドＡ（商品名；住友大阪セメント株式会社製）を挙げることが出来る。なお、そのような起泡剤の使用割合が少な過ぎると、モルタル組成物中の気泡の量が少なくなることにより、必然的にセメント及び骨材の使用量が増加し、その結果、固化せしめた気泡モルタル組成物（以下、単に固化物ともいう。）の軽量化が図れない恐れやコストが嵩む等の問題がある一方、その使用割合が多過ぎると、固化物が十分な強度を発揮し得ない恐れがあるところから、本発明においては、セメントの１００重量部に対して、０．０１〜１．０重量部、好ましくは０．１〜０．５重量部となるような使用割合において、起泡剤が用いられることとなる。
【００２０】
さらに、本発明の気泡モルタル組成物においては、水の配合割合が少な過ぎると、組成物の流動性が低下して、作業性を悪化させる恐れがあり、その一方、水の配合割合が多過ぎると、その固化に長時間を要したり、得られた固化物が十分な強度を発揮し得ない恐れがあるところから、水は、セメントの１００重量部に対して、５０〜２００重量部となるような配合割合において、配合せしめられることとなる。
【００２１】
そして、本発明に係る気泡モルタル組成物においては、上述の如きセメント、起泡剤及び水と共に、骨材として、膨張作用を有する鋳造廃微砂が配合せしめられているのであり、かかる鋳造廃微砂の配合により、本発明の気泡モルタル組成物にあっては、その固化の際に、優れた膨脹性を発揮することとなるのである。
【００２２】
ここで、本明細書及び特許請求の範囲における「鋳造廃微砂」とは、鋳造に用いた砂型の残骸（型ばらし後の鋳型）を利用して、再生鋳物砂を製造する際に副生する、微細な鋳物砂である。具体的には、再生鋳物砂は、一般に、各種鋳物製品の鋳造の際に用いた砂型を、製品を取り出すための型ばらし後に回収し、それに、従来より公知の再生処理（粗砕、焙焼、分級、研磨等）を施した後、更に分級することにより製造されるものであるが、本明細書等における「鋳造廃微砂」とは、そのような再生鋳物砂の製造過程において副生する微砂であって、従来、微細であるために、再生鋳物砂としては使用され得ず、主に産業廃棄物として処分されていたものを意味する。これらの中でも、焙焼再生を経て製造された再生鋳物砂の製造過程において副生する微砂が、特に本発明において好適に用いられる。なお、かかる鋳造廃微砂の元となる砂型（鋳型）は、従来より公知の各種鋳物砂を用いて造型されたものであれば、如何なるものであっても良いが、得られる鋳造廃微砂の特性が比較的安定する等の観点から、ムライト系人工粒子にて作製された砂型が、好適である。また、本発明においては、特に、アルミニウム等の軽合金よりなる鋳物製品の鋳造工程に使用された砂型（型ばらしされた砂型）を元にして得られた鋳造廃微砂が、その優れた膨張作用を有利に発揮せしめ得るところから、有利に用いられ得ることとなる。
【００２３】
また、上述したような鋳造廃微砂においては、一般に、１ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有しているのであるが、本発明においては、特に、５ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する鋳造廃微砂が好ましく、更に好ましくは、１０ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する鋳造廃微砂が、有利に用いられることとなる。なお、本明細書及び特許請求の範囲における鋳造廃微砂の比表面積は、何れも、日本工業規格『ＪＩＳ−Ｒ−１６２６：ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法』に従って、測定されたものである。
【００２４】
さらに、本発明に従う気泡モルタル組成物において、鋳造廃微砂の配合割合が少な過ぎると、本発明の効果が十分に得られないだけではなく、その固化物の強度も不十分なものとなる恐れがあり、他方、その配合割合が多過ぎると、モルタル組成物の流動性が悪化して、作業性を低下せしめる恐れがあるところから、本発明における鋳造廃微砂は、セメントの１００重量部に対して、２０〜３００重量部となるような量的割合において、配合せしめられる。
【００２５】
加えて、セメント、水、鋳造廃微砂の割合は、互いに関連するものであり、セメント１００重量部に対して、鋳造廃微砂：４０〜２００重量部、且つ、水：１００〜１５０重量部の割合となるような量において、配合することが好ましい。
【００２６】
なお、そのような鋳造廃微砂を用いて調製されてなる本発明に係る気泡モルタル組成物が、その固化と共に、効果的に膨張することについては、未だ論理的に明らかにされているものではないが、本発明者等の研究によれば、骨材として、ａ）比表面積の大きい微細な粒子の表面に、ｂ）鋳造に用いられた金属成分が付着してなる鋳造廃微砂を用いることにより、それらａ）及びｂ）に基づく作用が相俟って、本発明の気泡モルタル組成物が、効果的に膨張しながら固化するものと推察されている。
【００２７】
本発明にあっては、上述したようなセメント、水、起泡剤、鋳造廃微砂や、必要な他の配合成分を、従来より公知の各種手法に従って混練し、導入することにより、目的とする気泡モルタル組成物が製造されることとなるが、本発明においては、様々な目的の下に、一般的な気泡モルタル組成物に配合される他の成分についても、本発明の目的を阻害しない量的範囲において、適宜に用いることが可能である。そのような他の成分としては、例えば、組成物全体の流動性を向上せしめるための各種粘土等を、例示することが出来る。また、必要に応じて、本発明に従う鋳造廃微砂に加えて、他の公知の骨材を配合せしめることも、可能である。
【００２８】
ところで、本発明に従う気泡モルタル組成物を用いて、地盤と構造物との境界面における空洞や隙間等を充填するに際しては、公知の手法に従って、中でも、有利には、以下の手法に従って実施されることとなる。
【００２９】
先ず、予め、セメント、水、起泡剤、鋳造廃微砂、及びその他の成分について、それぞれ、目的とする気泡モルタル組成物の特性等に応じた配合割合となるような量で、準備する。次いで、それらのうち、適量の水にて希釈した起泡剤と、エアコンプレッサー等により供給される所定量の圧縮空気とを、気泡発生器（発泡器）内にて混合することにより、目的とする発泡倍率（一般には２５倍程度）となるように発泡させたムース状の気泡集合物を調製する一方、セメント、水、鋳造廃微砂、及びその他の成分を、攪拌機内において混合することにより、（セメント）モルタルを調製する。そして、このようにして得られた気泡集合物、及び（セメント）モルタルを、連続練りミキサ等に投入し、これらを良く混合して、気泡モルタル組成物とした後、かかる気泡モルタル組成物を、ポンプ車等を用いて、目的とする空洞部や間隙等の空隙部に打設するのである。
【００３０】
このようにして空洞部等に打設された本発明に従う気泡モルタル組成物にあっては、効果的に膨張しながら、固化が進行するものであるところから、かかる空洞部等は、その隅々に至るまで、気泡モルタル組成物の固化物にて有利に充填せしめられることとなるのである。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等が加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００３２】
先ず、高炉セメントＢ種、起泡剤（商品名：スミシールドＡ，住友大阪セメント株式会社製）、及び水と共に、骨材として、鋳鉄鋳造工程で用いられた鋳型の鋳物砂再生工程で副生した鋳鉄鋳造廃微砂（鋳造廃微砂Ａ）、アルミ鋳造工程で用いられた鋳型の鋳物砂再生工程で副生した５種類のアルミ鋳造廃微砂（鋳造廃微砂Ｂ〜Ｆ）、珪砂（商品名：Ｌビフン、三河珪石株式会社製）、及び高炉スラグ（商品名：ケイメント、神鋼スラグ製品株式会社製）を準備した。これら各々の骨材の性状を、下記表１に示す。なお、下記表１において、鋳造廃微砂Ａ〜Ｆの比表面積は、日本工業規格『ＪＩＳ−Ｒ−１６２６：ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法』に従って、測定した値であり、また、それらの平均粒子径は、日本工業規格『ＪＩＳ−Ｒ−１６２９：ファインセラミックス原料のレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法』に従って、測定したものである。加えて、鋳造廃微砂Ａ〜Ｆ中のアルミニウム（Ａｌ）含有量は、日本工業規格『ＪＩＳ−Ｍ−８２２０：鉄鉱石−アルミニウム定量方法』に従って、測定した値（Ａｌ2Ｏ3換算量）であり、更にまた、鉄（Ｆｅ）の含有量は、日本工業規格『ＪＩＳ−Ｍ−８８５２：セラミックス用高シリカ質原料の化学分析方法』に規定される酸化第二鉄定量方法に従って、測定した値（Ｆｅ2 Ｏ3 換算量）である。
【００３３】
【表１】
2006232648.tif 000002
【００３４】
そして、それら各成分を、下記表２に掲げる各配合割合にて混合することにより、スラリー状の気泡モルタル組成物（空気量：５０％）を、８種類（実施例１〜実施例６、比較例１及び比較例２）、それぞれ調製した。具体的に、各気泡モルタル組成物の調製は、高炉セメントＢ種、水及び骨材を、電動ドリル攪拌機内にて均一となるように混合した後、この攪拌機内に、予め準備した気泡集合物（適量の水にて２４倍に希釈した起泡剤に、所定量の圧縮空気を注入することにより、発泡倍率：２５倍にて発泡せしめてなるもの）を投入し、更に電動ドリル攪拌機で混合することにより、行なった。
【００３５】
次いで、かくして得られた８種類の気泡モルタル組成物を用いて、以下の各実験を行なった。
【００３６】
−一軸圧縮試験−
高さ：１１ｃｍ×内径：５ｃｍの円筒形のプラスチック製型枠を準備し、その下端を覆蓋した型枠内に気泡モルタル組成物を注入し、かかる注入後、上端をも覆蓋して、その状態において、２３℃で２８日間、養生した。養生後、型枠から気泡モルタル組成物の固化体を取り外し、得られた固化体から高さ：１０ｃｍ×内径：５ｃｍの供試体を作製した。そして、気泡モルタル組成物の固化体より得られた供試体について、日本工業規格『ＪＩＳ−Ａ−１２１８：土の一軸圧縮試験方法』に準じて、その一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ2 ）を測定した。その測定結果を、下記表２に併せて示す。
【００３７】
−コンシステンシー試験−
各気泡モルタル組成物の流動性の評価は、日本道路公団規格『ＪＨＳ  Ａ  313 ：エアモルタル及びエアミルクの試験方法』に規定されているコンシステンシー試験方法中の「シリンダー法」により行なった。具体的には、硬化プラスチック製の平板上に、高さ：８０ｍｍ×内径：８０ｍｍの黄銅製シリンダーを載置し、このシリンダー内にスラリー状の気泡モルタル組成物を充填し、その後、シリンダーをゆっくりと引き上げ、その際の気泡モルタル組成物の広がりを測定して、フロー値（ｍｍ×ｍｍ）とした。その測定結果を、下記表２に併せて示す。
【００３８】
−膨脹性試験−
高さ：３３０ｍｍ×内径：１５０ｍｍの円筒形のアルミニウム製型枠を準備し、かかる型枠の下端を覆蓋した状態において、その上端から、スラリー状の気泡モルタル組成物を、その高さが３００ｍｍに達するまで注入した。かかる注入の後、気泡モルタル組成物の液面上に、型枠の内径より僅かに小さな内径（１４９．５ｍｍ）を有する円形プラスチック板を浮かべ、そのような状態において、２３℃で３日間、養生した。かかる養生の後、円形プラスチック板の上昇量を測定し、その結果を、下記表２に示した。
【００３９】
【表２】
2006232648.tif 000003
【００４０】
かかる表２の結果からも明らかなように、本発明の如き、骨材として鋳造廃微砂を用いた実施例１〜実施例６に係る気泡モルタル組成物にあっては、珪砂を骨材として用いた比較例１や、高炉スラグを骨材として用いた比較例２と比較して、その流動性や固化物の強度が同程度の値を示しながらも、固化物の膨脹性において優れていることが、認められた。従って、本発明に従う気泡モルタル組成物を、いわゆる間隙充填に用いると、空洞部や隙間の隅々に至るまで、かかる気泡モルタル組成物の固化物にて充填せしめ得ることが確認されたのである。