(57)【要約】      （修正有）【課題】トンネル、立坑等の築造において使用される、氷点下の温度において硬化する裏込材の提供。【解決手段】裏込材であって、（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）アルミンソ酸ソーダ、及び（ｃ）けい酸ソーダを含み、前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が０．９〜２．７の範囲にあり、前記裏込材における前記（ａ）成分の濃度が５〜５０質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記（ｂ）成分の濃度が１０〜４５質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が１０〜２８質量％の範囲にある裏込材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏込材であって、
（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）アルミンソ酸ソーダ、及び（ｃ）けい酸ソーダを含み、
前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が０．９〜２．７の範囲にあり、
前記裏込材における前記（ａ）成分の濃度が５〜５０質量％の範囲にあり、
前記裏込材における前記（ｂ）成分の濃度が１０〜４５質量％の範囲にあり、
前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が１０〜２８質量％の範囲にある裏込材。
【請求項２】
請求項１に記載の裏込材であって、
（ｄ）炭酸ナトリウム、及び炭酸水素カリウムから成る群から選択される１種以上をさらに含む裏込材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の裏込材であって、
凍結環境下での使用を用途とする裏込材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の裏込材であって、
少なくとも前記（ａ）成分及び前記（ｂ）成分を含むＡ液と、
少なくとも前記（ｃ）成分を含み、前記Ａ液とは分離されたＢ液と、
を備える裏込材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は裏込材に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル、立坑等の築造において、裏込材が使用される。裏込材は、地山の切削面と、セグメントや躯体との間に注入される。注入された裏込材は、その後固化する。裏込材として、セメントを主成分とするものが知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９１７０３号公報
【特許文献２】特開２００４−９１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トンネルや立坑等を地中で築造するための補助工法として、凍結工法が用いられることがある。凍結工法では、凍結させた地盤の内側を掘削する。凍結した地盤の外側には、地下水圧や土圧による荷重がかかる。凍結した地盤だけでは外側の荷重に耐えられない場合は、凍結した地盤の中でトンネルや立坑等の構造物の一部を完成させ、その完成部分と凍結した地盤との間に裏込材を充填し、硬化させる。そして、構造物の完成部分と硬化した裏込材とにより、凍結した地盤の外側にかかる荷重を支えながら、次の掘削作業を行う。上記の工程を繰り返し行い、トンネルや立坑等の構造物を完成させる。構造物全体の完成後、凍結を解除する。
【０００５】
構造物の完成部分と凍結した地盤との間に充填した裏込材が、氷点下の温度となっている地盤の影響で硬化しない、もしくは、ゲル化した状態でまだ強度が弱いことがある。この場合、凍結した地盤の外側にかかる荷重を支えることができない。本開示の一局面は、氷点下の温度において硬化する裏込材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】
【０００６】
本開示の一局面は、裏込材であって、（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）アルミン酸ソーダ、及び（ｃ）けい酸ソーダを含み、前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が０．９〜２．７の範囲にあり、前記裏込材における前記（ａ）成分の濃度が５〜５０質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記（ｂ）成分の濃度が１０〜４５質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が１０〜２８質量％の範囲にある裏込材である。
【０００７】
本開示の一局面である裏込材は、氷点下の温度において硬化する。また、本開示の一局面である裏込材は、凍結を解除した後に強度が低下し難い。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の例示的な実施形態を説明する。
１．裏込材
本開示の裏込材は、（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）アルミン酸ソーダ、及び（ｃ）けい酸ソーダを含む。
【０００９】
スラグとして、例えば、鉄鋼スラグ、非鉄スラグ等が挙げられる。裏込材における（ａ）成分の濃度は、５〜５０質量％の範囲にある。（ａ）成分の濃度が５〜５０質量％の範囲にあることにより、凍結を解除した後に裏込材の強度が徐々に増加する。また、（ａ）成分の濃度が５〜５０質量％の範囲にあることにより、凍結を解除した後に裏込材の強度が低下し難い。
【００１０】
（ａ）成分の濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、（ａ）成分の質量を分子とする値である。（ａ）成分は、スラグ及びフライアッシュのうちの一方であってもよいし、両方であってもよい。
【００１１】
裏込材における（ｂ）成分の濃度は、１０〜４５質量％の範囲にある。（ｂ）成分の濃度が１０〜４５質量％の範囲にあることにより、裏込材は氷点下の温度において硬化する。また、（ｂ）成分の濃度が１０〜４５質量％の範囲にあることにより、凍結を解除した後に裏込材の強度が低下し難い。（ｂ）成分の濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、（ｂ）成分の質量を分子とする値である。
【００１２】
けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比(以下では、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比とする）は、けい酸ソーダに含まれるＮａ２Ｏに対する、けい酸ソーダに含まれるＳｉＯ２のモル比である。ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比は、０．９〜２．７の範囲にある。ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が０．９〜２．７の範囲にあることにより、裏込材が過度に早くゲル化することを抑制できる。ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比は、例えば、２〜２．５の範囲が好ましい。ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が２〜２．５の範囲にある場合、裏込材が過度に早くゲル化することを一層抑制できる。
【００１３】
（ｃ）成分は、メタケイ酸ソーダであってもよい。裏込材における（ｃ）成分の濃度は、１０〜２８質量％の範囲にある。（ｃ）成分の濃度が１０質量％以上であることにより、裏込材は氷点下の温度において硬化する。また、（ｃ）成分の濃度が１０質量％以上であることにより、凍結を解除した後に裏込材の強度が低下し難い。（ｃ）成分の濃度が２８質量％以下であることにより、裏込材が過度に早くゲル化することを抑制できる。裏込材における（ｃ）成分の濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、（ｃ）成分の質量を分子とする値である。
【００１４】
裏込材は、例えば、（ｄ）炭酸ナトリウム、及び炭酸水素カリウムから成る群から選択される１種以上をさらに含んでいてもよい。
裏込材が（ｄ）成分をさらに含む場合、凍結を解除した後に裏込材の強度が一層低下し難い。また、裏込材が（ｄ）成分をさらに含む場合、Ａ液の可使時間が長くなる。Ａ液とは、少なくとも（ａ）、（ｂ）成分を含む液である。Ａ液は、（ｄ）成分をさらに含んでいてもよい。本開示の裏込材は、例えば、Ａ液と、他の液とを含む。他の液として、例えば、Ｂ液が挙げられる。Ｂ液とは、例えば、少なくとも（ｃ）成分を含む液である。
【００１５】
裏込材における（ｄ）成分の濃度は、８質量％以下の範囲が好ましい。（ｄ）成分の濃度が８質量％以下である場合、凍結を解除した後に裏込材の強度が一層低下し難く、Ａ液の可使時間が一層長くなる。裏込材における（ｄ）成分の濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、（ｄ）成分の質量を分子とする値である。
【００１６】
本開示の裏込材は、その他の成分をさらに含んでもよい。その他の成分として、例えば、水、消石灰、石膏、収縮低減剤等が挙げられる。収縮低減剤として、例えば、ポリエーテル誘導体、ポリエステル誘導体、ポリグリコール誘導体、グリコールエーテル誘導体、ポリカルボン酸エーテル系化合物等が挙げられる。裏込材は、水以外の溶媒を含んでいてもよい。
２．裏込材が奏する効果
本開示の裏込材は、氷点下の温度において硬化する。氷点下の温度は、例えば、凍結環境に対応する。また、本開示の裏込材は、凍結による劣化を受けにくく、凍結を解除した後に裏込材の強度が低下し難い。よって、本開示の裏込材は、例えば、凍結環境下での使用を用途とすることができる。本開示の裏込材は、例えば、凍結工法において使用することができる。
【００１７】
３．実施例
（３−１）裏込材の製造
表１に示す各成分を混合することで、Ｓ１〜Ｓ２４の裏込材を製造した。それぞれの裏込材は、Ａ液とＢ液とにより構成される。裏込材を使用しないとき、Ａ液とＢ液とは分離されている。裏込材を使用するとき、１００質量部のＡ液と、５０質量部のＢ液とを混合する。
【００１８】
【表１】
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表１における高炉スラグは、株式会社デイ・シイ製の製品名セラメントである。アルミン酸ソーダは、北陸化成工業株式会社製の製品名ＡＳ１７である。１号けい酸ソーダ、２号けい酸ソーダ及び３号けい酸ソーダは、それぞれ、富士化学株式会社の製品である。ソーダ灰は、工業用に一般に使用される軽灰である。ソーダ灰は炭酸ナトリウムに対応する。炭酸水素カリウムは、工業用に一般に使用される炭酸水素カリウムである。
【００１９】
Ｓ１〜Ｓ２４について、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比、裏込材における高炉スラグの濃度、裏込材におけるアルミン酸ソーダの濃度、及び裏込材におけるけい酸ソーダの濃度を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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（３−２）裏込材の評価
Ｓ１〜Ｓ２４の裏込材のそれぞれについて、以下のように評価した。まず、Ａ液とＢ液とを同じ質量ずつ混合し、供試体を調製した。供試体の調製直後に、−１０℃に冷却したモールドに供試体を充填し、−１０℃で２日間養生した。このとき、供試体は凍結した。その後、凍結を解除し、供試体を常温にて静置した。凍結を解除した時点から５時間後と、７日後とに、それぞれ、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠して供試体の一軸圧縮強さを測定した。Ａ液とＢ液とを混合したときの状況と、一軸圧縮強さの測定結果とを表３に示す。表３における「混合状況」は、Ａ液とＢ液とを混合したときの状況を意味する。
【００２１】
【表３】
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表３の「混合状況」における「○」は混合可能を意味する。Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２４は、−１０℃の下でも硬化した。また、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２４は、凍結を解除した後に一軸圧縮強度が低下し難かった。
【００２２】
それに対し、Ｓ１３、Ｓ１９は、−１０℃の下で硬化しなかった。Ｓ１３は、時間経過すれば硬化は進むが、凍結を解除した後は一軸圧縮強度が低かった。Ｓ１４、Ｓ２１、Ｓ２２は、ゲルタイムが短く、混合直後に部分ゲルが発生した。Ｓ２、Ｓ８は混合不可であった。混合不可とは、Ａ液とＢ液とが均一に混ざらず、裏込材として使用可能な供試体を調製できないことを意味する。Ｓ７は、凍結を解除した時点から７日後における一軸圧縮強さが低かった。
【００２３】
４．他の実施形態
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００２４】
（１）前記Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２４において、ソーダ灰の一部又は全部の代わりに、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、及び炭酸水素カリウムから成る群から選択される１種以上を用いてもよい。この場合でも略同様の効果を奏することができる。
【００２５】
（２）前記Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２４において、高炉スラグの一部又は全部の代わりにフライアッシュを用いてもよい。この場合でも略同様の効果を奏することができる。
【００２６】
（３）前記Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２４において、１号けい酸ソーダ、２号けい酸ソーダ又は３号けい酸ソーダの一部又は全部の代わりにメタけい酸ソーダを用いても良い。この場合でも略同様の効果を奏することができる。
【００２７】
（４）本開示の裏込材は、１液から成るものであってもよい。また、本開示の裏込材は、３液以上を備えるものであってもよい。
（５）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。  
（６）上述した裏込材の他、当該裏込材を構成要素とするシステム、裏込材を用いた施工方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。