(57)【要約】【課題】  天井部のジョイントボックスの充填作業では充填材が流出しないように蓋部材で閉塞作業してから充填材の注入をしなければならず、充填作業には手間がかかっていた。本発明は閉塞板などを使用しなくても流出したり脱落することがない。【解決手段】  セメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０％ｗｔを含有する軽量モルタル材に、低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加し、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するレオロジー特性を発現する量の水を添加したことを特徴とするジョイントボックス充填用の軽量モルタル材および充填工法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０％ｗｔを含有する軽量モルタル材に、低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加し、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するレオロジー特性を発現する量の水を添加したことを特徴とするジョイントボックス充填用の軽量モルタル材。
【請求項２】
コンクリートセグメントのジョイントボックスの充填工法において、開口部が下向きに開口しているジョイントボックスを開口したままの状態で、セメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０％ｗｔを含有する軽量モルタル材に、低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加し、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するレオロジー特性を発現する量の水を添加した軽量モルタル材を、２回以上に分けて前記ジョイントボックスに充填し、セグメント表面と平滑になるように仕上げをすることを特徴とする充填工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下管渠造築工事でのセグメント同士を連結するジョイント部材を防食するための、ジョイントボックス内に充填する軽量モルタル材に関するものである。また、本発明はジョイントボックス内に該軽量モルタルを充填する充填工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プレキャストコンクリートなどからできたセグメントを連結して地下管渠を造築するシールド工事が行われている。このセグメントの内側周縁には連結用のジョイントボックスが形成されており、ジョイントボックス内でボルト・ナットまたはロックピンなどのジョイント部材を締結することにより隣接するセグメント同士を連結することができる。ジョイントボックスはボルトボックス、連結ボックスと呼ばれることもあるが同義である。ここでセグメント連結に使用された鉄製のボルト・ナットまたはロックピンは露出されたままでは腐食するので、無機系の軽量モルタル、急結性モルタル、または有機系のウレタン樹脂、エポキシ樹脂などをジョイントボックス内に充填して、防食措置をする必要がある。
【０００３】
トンネルなどはセグメントを横向きの円柱状に組み付けるため、天井部のジョイントボックスは開口部が下向きになる。よって、充填材をジョイントボックス内にそのまま充填しただけでは充填材の自重により、流れ落ちたり、脱落してしまう。よって、特許文献１、２、３に記載されているようにジョイントボックスの開口部を閉塞板で蓋をして、内部の充填材が流出または脱落しないようにされてきた。
【特許文献１】特公平７−８８７５５号公報
【特許文献２】特許３４８２４１３号公報
【特許文献３】特開平１１−１１７６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術および前述の先行技術では、大口径の管渠では天井部のジョイントボックスが５ｍ以上の高所にあり、足場を組んでさらに移動させながら作業する必要がある。よって、閉塞作業および充填作業、また必要に応じて閉塞板の撤去作業をしなければならず、これらの２つまたは３つの工程が完了したあと、次のジョイントボックスに足場を移動しなければならないなど、効率が悪く工期遅延の原因となっていた。このため最近の機械化されたシールド工事の中で、ジョイントボックスの充填作業が最も手間がかかりかつ効率の悪いものであったため改善が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明は、セメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０％ｗｔを含有する軽量モルタル材に、低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加し、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するレオロジー特性を発現する量の水を添加したことを特徴とするジョイントボックス充填用の軽量モルタル材を使用することで、閉塞板で蓋をするという工程をとらずとも、天井部のジョイントボックスからの充填したモルタル部材の脱落・流出を防ぐことができるのものである。
【０００６】
さらに本発明は、コンクリートセグメントのジョイントボックスの充填工法において、開口部が下向きに開口しているジョイントボックスを開口したままの状態で、セメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０％ｗｔを含有する軽量モルタル材に、低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加し、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するレオロジー特性を発現する量の水を添加した軽量モルタル材を、２回以上に分けて前記ジョイントボックスに充填し、セグメント表面と平滑になるように仕上げをする工法を採用することにより、閉塞板による閉塞作業をジョイントボックスの閉塞作業を省略し充填作業の軽減化と効率アップを図った。
【０００７】
本発明の軽量モルタルにおけるセメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０ｗｔ％の組成に水を添加して混練したときの含水モルタル状態では、練りあがり比重が０．８〜１．９、フロー値が１５０〜２２０ｍｍの性状になる場合が一般的である。
【０００８】
本発明に使用されるセメントは通常用いられるポルトランドセメントなどを用いることができる。軽量骨材はＥＶＡ−炭酸カルシウム発泡骨材、スチレン発泡骨材、パーライト、ガラス発泡骨材、シラスバルーンを使用することができる。また、無機系骨材としては珪砂、川砂、海砂を使用することができる。
【０００９】
本発明の軽量モルタルの特徴は、上述した組成物に水を適量添加し混練した際の含水モルタルの状態において、低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加し、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するするレオロジー特性を有することに特徴がある。ここで、本発明のいう低いせん断速度とはＪＩＳ  Ｋ  ７１１７−１で規定されるＢ型粘度形の６番または７番のスピンドル（ロータ）を使用し、１〜２ＰＲＭで回転させたときの速度をいう。また、高いせん断速度とはＪＩＳ  Ｋ  ７１１７−１で規定されるＢ型粘度形の６番または７番のスピンドル（ロータ）を使用し、５〜１０ＰＲＭで回転させたときの速度をいう。
【００１０】
本発明の軽量モルタルは、静止状態からせん断速度が増加するにつれて見かけ粘度が増加していき、さらにせん断速度が増加すると逆に見かけ粘度が減少するという相反する二つのレオロジー特性を一つの組成物の中に存在していることにある。
【００１１】
一般的に、塗料を刷毛やスプレーで垂直な壁面に塗布した後にこの塗膜が垂れないようにするにはチクソトロピー性が必要であるといわれている。
【００１２】
このチクソトロピー性は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１１７において「非ニュートン性の物質で、時間に依存した流動特性をもち、一定のせん断速度状態において見かけ粘度が時間ともに減少し、せん断応力を除くと徐々に復元する性質」と定義されている。
【００１３】
これとは逆のレオロジー特性をレオペキシー性といい、同じくＪＩＳ  Ｋ  ７１１７において「流体に一定速度のせん断応力を加えた場合に、見かけ粘度が時間ともに増大し、せん断応力を除くと見かけ粘度が減少する性質」と定義されている。
【００１４】
ここで、本発明の「見かけ粘度」とは、「非ニュートン性流体に作用したせん断応力とせん断速度との比」をいい、ＪＩＳ  Ｋ  ７１１７の回転粘度計で測定される粘度のこという。
【００１５】
ジョイントボックスに充填された本発明の軽量モルタルが流出または脱落しないのは、塗料と同様に見かけ粘度の変化に起因すると考えられる。しかし、この見かけ粘度の変化はせん断速度に依存するのであるから、時間に依存する前記チクソトロピー性、レオペキシー性とは異なるレオロジー特性である。
【００１６】
本発明の軽量モルタルは、このレオロジー特性を利用したものである。つまり、従来の軽量モルタルでは重力により加速的にせん断速度を受けると容易に流動化してしまい、ジョイントボックスから流出または脱落してしまう。一方、本発明の軽量モルタルは重力により重力方向のせん断速度が付加されたとしても、初期のせん断速度が小さい段階では軽量モルタル自体のみかけ粘度が増大化してボックス内からの流出または脱落が阻止される。
【００１７】
ここで、ジョイントボックス内に充填された軽量モルタルには流出または脱落しようとする重力方向のせん断速応力が加速的に付加されるが、このせん断速度が初期の段階では低いという理由は、壁面と軽量モルタルと摩擦力や軽量モルタル自体の粘稠性になどにより、塑性変形はゆっくりとしたものになるからである。このため、軽量モルタルへのせん断速度は極めて小さいので、本発明の軽量モルタルのもつレオロジー特性により見かけ粘度が増大化してジョイントボックス内に留まったままの状態を維持し、さらにこの停留状態でセメントの水和反応によりさらに粘度が増大化しているからである。そして、セメントの水和反応が終了して最終的に軽量モルタルが固体化すれば、セメント成分がジョイントボックスの壁面と接着して完全にジョイントボックス内に固着することになるから、流出または脱落が起きない。従って、このジョイントボックスが開放された状況であっても、本発明の軽量モルタルはジョイントボックス内での留まったままの状態を維持し、流出および脱落することはない。
【００１８】
一方、本発明の軽量モルタルは高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大につれ流動化（見かけ粘度が減少）する。よって、高いせん断速度領域、すなわち攪拌時においてせん断速度の増大につれて、溶媒と分散剤を均一に撹拌・混合しやすくかつ被着体に軽い力で塗布しやすいという性質をもつので、作業性のよい材料となる。
【００１９】
さらに本発明は、上記のレオロジー特性の軽量モルタルをジョイントボックスに充填する場合、天井部など開口部が下向きに位置しているジョイントボックスの充填作業においても蓋部材により閉塞作業をすることなく開放状態のままで、この軽量モルタルを２回以上に分けて充填し、最後にセグメントの壁面と平滑になるように仕上げをすることにより、充填することができる。ここで、開口部が下向きというのは天井部のジョイントボックスのみでなく、円形のセグメントにおいて天井垂直部を０°とした場合−４５°〜４５°程度までまでをいう。もちろん、本発明は開口部が横方向のもの（４５°〜１３５°）や開口部が上向きのもの（１３５°〜１８０°）のものでも使用可能である。
【００２０】
この充填工法において、軽量モルタルを２回以上に分けて充填することを必須とするのは、一回の充填では気泡を抱き込んだまま充填されるおそれがあるので、軽量モルタルを少しずつジョイントボックスに押し込む充填作業すれば、軽量モルタル中から気を押し出すことができるからである。
【００２１】
ところで、前述のレオロジー特性を発現する本発明の軽量モルタルについての組成を、他の化学組成物の発明と同様に配合比によって特定できない。なぜなら、軽量モルタルのレオロジー特性は、モルタルの成分であるセメントと軽量骨材、無機系骨材の配合比よりもモルタルに添加される水の量によって決定されるからである。
【００２２】
一般に、モルタルやコンクリートに添加されるべき水の量は成分中のセメントの水和反応に必要な最低限の量以上が必要であり、かつモルタル・コンクリートを打設するときの作業性や打設後の乾燥条件を考慮して決定される。つまり、セメントの水和反応は通常４週間ぐらいかかるので、モルタル・コンクリートを打設した後の養生中に水が蒸発乾燥して水和反応に必要とする水が不足しないような量の水を添加する必要がある。水を過剰に添加するとモルタル・コンクリートは低粘化して打設しやすい利点が生じるが、養生後の硬化物の強度が低くなる欠点が発生する。
【００２３】
本発明のモルタルでは、練りあがり比重が０．８〜１．９、フロー値が１５０〜２２０ｍｍの範囲となるように、セメント１５〜８５ｗｔ％、軽量骨材０．１〜５ｗｔ％、無機系骨材５〜８０％ｗｔの組成に特定する。しかし、具体的に水の添加量を限定できない。なぜなら、水の添加量を特定したとしても骨材の粒径や形状などによっても本発明の特徴であるレオロジー特性を発現する領域が変化するからである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は低いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が増加するため、開口部が下向きのジョイントボックスに充填する際に、閉塞板で蓋をしなくとも、軽量モルタル材が流出や脱落することがない。よって、作業工程が簡便で、工期短縮、低コストが可能となる。また、高いせん断速度の領域ではせん断速度の増大にともない見かけ粘度が減少するレオロジー特性を発現するため、攪拌時に低エネルギーで攪拌することができ、作業効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例で優れた効果を証明する。
【実施例】
【００２６】
表に記載のとおり、セメント、軽量骨材、無機系充填材、さらに再乳化型ポリアクリル粉末を混合し、粉体混合物（モルタル）を調製した。さらに、モルタル組成物に表記載の量の水を添加して、充分に混合し、軽量モルタル組成物を得た。このときの状態を測定した。なお、実施例１のモルタル組成物はスリーボンドユニコム社製ロンジーメントＱ−１６０の配合と同一である。
【表１】
2006021975.tif 000002
【００２７】
実施例１〜３の軽量モルタル組成物について、粉体混合物と水の混合比を変更したときにおける各せん断速度での見かけ粘度を測定した。また、内容量約１０００ｍｌの素焼きの鉢を逆さ（開口部を下）に設置したものに開口部から２回以上に分けて軽量モルタル組成物を充填して１日放置した時の状態を示す。ただし、表中、見掛け粘度の単位はＰａ・ｓである。
【表２】
2006021975.tif 000003
【表３】
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【表４】
2006021975.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明はジョイントボックスの充填材に適用される。