(57)【要約】【課題】施工がスムーズに行える流動性を確保しつつもダレ性が少なく、また施工箇所に水がある状況下でも、水に希釈され分離すること無く施工可能なボルト定着用セメント組成物及びその連続施工方法を提供する。【解決手段】セメント、細骨材及び分離防止剤を含有してなるボルト定着用セメント組成物において、セメント／細骨材の質量比が１／１．５〜２／１であり、水溶性セルロースエーテルである分離防止剤の添加率がセメントと細骨材の合計１００質量部に対して０．０１〜０．２質量部であることを特徴とする。また、そのボルト定着用セメント組成物の連続施工方法において、連続式練り混ぜミキサーポンプを使用し、そのときの水／セメント組成物比が０．１７〜０．３０の範囲で練り混ぜられることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、細骨材及び分離防止剤を含有してなるボルト定着用セメント組成物において、セメント／細骨材の質量比が１／１．５〜２／１であり、水溶性セルロースエーテルである分離防止剤の添加率がセメントと細骨材の合計１００質量部に対して０．０１〜０．２質量部であることを特徴とするボルト定着用セメント組成物。
【請求項２】
前記分離防止剤の添加率がセメントと細骨材の合計１００質量部に対して０．０３〜０．１質量部であることを特徴とする請求項１に記載のボルト定着用セメント組成物。
【請求項３】
前記分離防止剤がヒドロキシアルキルアルキルセルロースであることを特徴とする請求項１又は２に記載のボルト定着用セメント組成物。
【請求項４】
前記分離防止剤は２%水溶液の粘度が１,０００〜３０,０００ｍＰａ・ｓの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載のボルト定着用セメント組成物。
【請求項５】
水とセメント組成物を連続的に供給し、練り混ぜ圧送する連続式練り混ぜミキサーポンプを使用し、そのときの水／セメント組成物比が０．１７〜０．３０の範囲で練り混ぜられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のボルト定着用セメント組成物の連続施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木、建築分野、特に、道路、鉄道及び導水路等のトンネル工事において、ロックボルト工法のボルト定着や補助工法で使用するボルトの定着及び法面等のアンカー工法のボルト定着に使用できる定着用セメント組成物及びその連続施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルや法面工事では構造物の長期安全性確保のため、構造物周辺地盤を安定させることを目的にロックボルト工法やアンカー工法が行われている。
これらの工法は、地盤を削孔機により、所定の深度まで削孔し、その後、鋼製のボルトを挿入し、地盤と一体化する事により土砂を拘束し崩落を防止する目的で行われている。また、鋼製ボルトを定着する方法として、材料を充填しボルトを定着する方法は定着式と呼ばれ、通常、セメントと砂を混ぜたドライモルタルに現場で水を加え調整したモルタルが一般的に使用されている。
【０００３】
ロックボルト工法ではトンネル断面に対し上向きに施工する場合、通常使用している定着材は、自重によりダレが発生して孔内から徐々に流出しボルト定着が一部不完全になることがある。また、流失を防ぐために作業者がボルトを挿入中、又は挿入後も孔の口元を塞ぐ必要があり、高所で安全に作業を行うことが難しいという問題がある。
一方、これらボルト施工を行う地盤が地下水位より下または透水性の高い地盤の場合、削孔した孔を通じ湧水が流れ出たり、削孔後に孔の中に水が溜まるケースがある。その様な状況で定着材を充填すると湧水によりモルタルが洗い流されボルト定着が行えない場合や、ボルトが露出し発錆の原因になったりする。施工できる程度の湧水量でも充填したモルタルが硬化するまでに水で希釈され強度が低下し十分な効果が得られない場合があった。また、その対策としてモルタルの水／材料比を下げ、流動性（フロー値）を下げることにより、水に対する分離抵抗性を増す方法が行われているが、流動性を下げると孔への充填性が悪くなり、また、その後ロックボルトを挿入すると挿入抵抗が大きくなり、作業性が低下するという課題があった。
【０００４】
上記のような課題を解決し、「孔への充填時は良好な流動性を保ち、充填後静置すると急激な粘度上昇を示し、逸流や材料分離を防止できるモルタルを得る」ためのボルト定着用セメント組成物が公知である（特許文献１参照）。
特許文献１の発明の構成は、「セメントに、膨張材、アルカリ金属アルミン酸塩及びアルカリ金属炭酸塩を配合してなるセメント組成物、或いはこれに細骨材を配合してなるセメント組成物であり、このセメント組成物から得られたモルタルを、削孔した孔に注入した後、ボルトを挿入して定着し、或いは削孔した孔にボルトを挿入した後、このセメント組成物を、水と混練して削孔した孔とボルトの隙間から充填してボルトを定着することを特徴とする。」（段落［０００５］）ものであり、このボルト定着用セメント組成物を用いることにより「道路、鉄道、導水路等のトンネルにおけるロックボルト工法や掘削時の注入工法、及び法面のアンカー工法等において、ポンプでの圧送時は良好な流動性を保ち、圧送停止後静置すると急激に粘度が上昇し、孔からの逸流や材料分離を防止できるため、確実なボルト定着が可能となる。」（段落［０００７］）という効果を奏するものであるが、水に対する材料分離の防止を更に求められていた。
【特許文献１】特開２００５−１１２６４８号公報
【０００５】
また、ボルト定着材（ボルト定着用セメント組成物）に或る程度の粘性を付与してダレ落ちを少なくするために、増粘剤として、セルロース系、アクリル酸重合体系、ウエランガム等を用いることも公知である（特許文献２、段落［０００６］、請求項１〜４参照）。  そして、特許文献２には、「定着材としてのセメントペーストまたはセメントモルタルにウエランガムを適量配合すると，流動性をそれほど低下させずに孔からのだれ落ちを防止することができる」（段落［００１２］）こと、「ウエランガムを添加した定着材は水セメント比を３０％以上としても圧力作用下でブリージングをゼロにすることができる。このため，定着材の接着強度が良好となる。」（段落［００２７］）ことが記載され、「プレミックスセメント（ポルトランドセメントと砂を予め１：１で混合したもの）２０kg＋水５kg」に対してウエランガムを２．５ｇ配合した定着材（段落［００２９］）が示されているが、ウエランガム以外の増粘剤を添加した定着材について、流動性を確保しつつ、ダレ落ち、材料分離を防止するためのセメント／細骨材比、増粘剤（分離防止剤）の添加率等の記載はない。
【特許文献２】特開平７−２０８０９７号公報
【０００６】
さらに、ＰＣグラウト材、セルフレベリング材等として用いるセメント組成物に分離防止剤として、セルロース系高分子化合物を用いることも公知である（例えば、特許文献３〜５参照）。
【特許文献３】特開２００２−２８５１５２号公報
【特許文献４】特開２００３−３１３０６９号公報
【特許文献５】特開２００５−２３１９６７号公報
【０００７】
特許文献３には、「特に増粘剤としてセルロース系高分子化合物を用いるとブリージングの発生を防止する。このブリージングの発生は、増粘剤の量を調整することによって抑えられ、増粘剤の添加量は、セメント１００重量部に対して、０．２０〜０．３２重量部である。増粘剤の添加量が、０．２０重量部未満では、ブリージング防止効果がなく、増粘剤の添加量が０．３２重量部を超えると流動性が悪くなる。」（段落［０００９］）と記載されているが、特許文献３に記載された発明は、「プレミックス型低粘性ＰＣグラウト材」に関するもので、細骨材を配合したボルト定着用セメント組成物についての流動性、ダレ性の改善、材料分離の防止という課題は示唆されていない。
【０００８】
特許文献４には、「セメント・骨材比（重量比）７５／２５〜２０／８０の混合物１００重量部と水１０〜４０重量部を加えてなる基材に、２％水溶液粘度が１００〜３０，０００ｍＰａ・ｓのセルロースエーテル０．０１〜１重量部及び微生物発酵増粘多糖類０．００５〜１重量部を添加することによって材料分離がなく、流動性が向上したモルタル組成物を得ることができ」（段落［０００７］）ることが記載され、また、「骨材の最大粒径は、当該組成物の最小塗り厚、硬化後の表面平滑性に影響する。骨材は、一般の生コンクリート用細骨材、あるいは左官砂を用いることができ、川砂、山砂、陸砂、海砂、硅砂のなどの天然砂、砕砂または砕砂と天然砂の混合砂として、その粒径が５ｍｍ以下、ＦＭが1．５〜３．０程度のもののが良く、好ましくは２．５ｍｍ以下が望ましい。」（段落［００１０］）、「本発明の組成物に用いられるセメント細骨材比Ｓ／Ｃは、０．５〜４の範囲がよい。０．５未満では、形成される硬化体にプラスチック収縮ひび割れ、浮きを生ずる。一方、４を超えると、Ｓ当該組成物の流動性が低下し、形成される硬化体の仕上がり面のレベル精度が低下する。」（段落［００１１］）、「増粘剤は、当該組成物が硬化する間の材料分離を防止し、ブリージング水を抑制しレベル精度、平滑性を維持し、硬化体表面の白華を抑制するためのものである。増粘剤の具体例としては、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、グリオキザール付加ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロースエーテル類、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ等の水溶性高分子等が挙げられる。増粘材は、０．０１〜１重量部の範囲とする。」（段落［００１３］）と記載されているが、特許文献４に記載された発明は、「床面施工用高流動モルタル組成物」として用いることを前提とするものであり、細骨材を配合したボルト定着用セメント組成物に適用する場合の、流動性を確保しつつ、ダレ落ち、材料分離を防止するためのセメント／細骨材比、分離防止剤の添加率、細骨材の粒径等を示唆するものではない。
【０００９】
特許文献５には、「本発明に用いられる分離防止剤としては、ＰＣグラウトの充填性および分離抵抗性を改善する為に使用するものであり、２０℃における２質量％水溶液の粘度が５，０００〜５０，０００（ｃｐ）であることが好適である。５，０００（ｃｐ）未満の場合では、ＰＣグラウトの流動性は良くなるが、充填性が低下する傾向を示し、かつ、ブリーディングが発生する傾向を示す。また、５０，０００（ｃｐ）を超える場合は、逆にＰＣグラウトの流動性が低下する傾向を示す。使用できる分離防止剤の成分としては、セルロース系高分子化合物（例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース）や・・・・・を例示することができる。」（段落［００１９］）と記載されているが、細骨材を配合したボルト定着用セメント組成物についての流動性、ダレ性の改善、材料分離の防止という課題は示唆されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、上記の従来技術では解決し得なかった、粘性を上げると施工性が悪く、粘性を下げると物性が低下するというボルト定着用セメント組成物についての二律背反の課題である。さらに、詳細にいえば、本発明の課題は、施工がスムーズに行える流動性を確保しつつもダレ性が少なく、また施工箇所に水がある状況下でも、水に希釈され分離すること無く施工可能なボルト定着用セメント組成物及びその連続施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために次の手段を採用するものである。
（１）セメント、細骨材及び分離防止剤を含有してなるボルト定着用セメント組成物において、セメント／細骨材の質量比が１／１．５〜２／１であり、水溶性セルロースエーテルである分離防止剤の添加率がセメントと細骨材の合計１００質量部に対して０．０１〜０．２質量部であることを特徴とするボルト定着用セメント組成物。
（２）前記分離防止剤の添加率がセメントと細骨材の合計１００質量部に対して０．０３〜０．１質量部であることを特徴とする前記（１）のボルト定着用セメント組成物。
（３）前記分離防止剤がヒドロキシアルキルアルキルセルロースであることを特徴とする前記（１）又は（２）のボルト定着用セメント組成物。
（４）前記分離防止剤は２%水溶液の粘度が１,０００〜３０,０００ｍＰａ・ｓの範囲にあることを特徴とする前記（３）のボルト定着用セメント組成物。
（５）水とセメント組成物を連続的に供給し、練り混ぜ圧送する連続式練り混ぜミキサーポンプを使用し、そのときの水／セメント組成物比が０．１７〜０．３０の範囲で練り混ぜられることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項のボルト定着用セメント組成物の連続施工方法。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセメント組成物及び施工方法を用いることにより、従来の定着材と同等の流動性を有し、ダレ性が少なく、また湧水が発生する地盤でも希釈されること無く確実にボルトを定着可能な定着材及びその施工方法が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明で使用するセメントは通常市販されている普通、早強、中庸熱及び超早強等の各ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグ等を混合した各種混合セメントがあげられ、いずれのセメントも使用可能だが、なかでも強度発現性の面より早強セメントが好ましい。
【００１４】
本発明で使用する細骨材の種類は特に限定するものではなく、川砂、山砂、石灰砂、珪砂等いずれも使用できる。
細骨材の最大寸法は、３．０ｍｍが好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましい。３．０ｍｍより大きいと練り混ぜ後のモルタルのフロー値が低くなるため、圧送時の圧力が高くなりポンプが停止したり、さらに圧送中にホース内で閉塞起こり施工性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明の組成物は、セメントと細骨材の含有率が質量比で１／１．５〜２．０が好ましく、１／１．５〜１．５がより好ましい。１／１．５より小さいと細骨材の割合が多くなるため、練り混ぜ後、セメントと細骨材が分離しやすい状態にあり、水中ではさらに顕著になり物性が低下することや、セメントの割合が少ないため、強度発現性が低くなる。また、２．０より大きいと強度発現性は十分であるが、流動性が高くなるため、水に対して分離しやすくなる。
【００１６】
本発明で使用する分離防止剤は、モルタルに粘性を付与することにより、水中でセメント組成物を構成するセメント粒子及び細骨材の分離を防止する材料である。分離防止剤としては、水溶性セルロースエーテルが好ましく、なかでもグルコース環の一部にヒドロキシアルキル基を付加したヒドロキシアルキルセルロースやヒドロキシアルキルアルキルセルロースが好ましく、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースがより好ましい。またヒドロキシアルキルアルキルセルロースではヒドロキシエチルメチルセルロースが高温でも溶解度が高く所定の粘性を付与できるため好ましい。
【００１７】
ヒドロキシアルキルアルキルセルロースでは、水に２％となるように溶解した水溶液の粘度が水温２０℃で１,０００以上、３０,０００ｍＰａ・ｓ以下であるものが好ましく、３,０００〜１５,０００ｍＰａ・ｓがより好ましく、５,０００〜１０,０００ｍＰａ・ｓが特に好ましい。粘度が１，０００ｍＰａ・ｓより小さいと分離防止効果が低く、また、３０，０００ｍＰａ・ｓより大きいと、粘性が高くミキサーの練り混ぜが困難になり、また、セメントの反応を阻害し強度低下を招く。
【００１８】
本発明の分離防止剤の添加率は、セメントと細骨材の合計重量１００部に対して０．０１〜０．２が好ましく、０．０３〜０．１がより好ましく、０．０５〜０．１が特に好ましい。０．０１より小さいと水に対する分離防止効果が低く、０．２より大きいと粘性が高くなりすぎ練り混ぜが困難になり、さらにセメントの反応を阻害し強度低下を起こす。
【００１９】
本発明のセメント組成物の練り混ぜ方法は、一般的に使用されておるパン型ミキサー、強制二軸式ミキサー等のバッチ式ミキサーはもちろんの事、練り混ぜ効率が劣るがミキサーと圧送ポンプが一体となっている連続式ミキサーポンプが使用可能であり、施工効率の面から連続式ミキサーポンプでの施工が好ましい。
【００２０】
また、本セメント組成物の連続式ミキサーポンプによる練り混ぜの条件としては、練り水とセメント組成物がミキサーへ重量比で０．１７〜０．３で調整することが好ましく、０．１７〜０．２７がより好ましい。０．１７より小さいと練り混ぜが困難であり、０．３より大きいと、流動性が高すぎるため、水に対して分離しやすくなり耐水性が低下する。
【００２１】
本発明のセメント組成物は、必要により消泡剤の併用が可能である。消泡剤の成分は特に規定されず市販の消泡剤のいずれも使用可能である。
【００２２】
本発明のセメント組成物は、使用条件により収縮低減として膨張材、流動性を調整する材料としてシリカフューム、フライアッシュ、スラグ等のブレーン値が６，０００ｃｍ２／ｇ以上の無機粉体及びポリカルボン酸系、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系等の減水剤、早期強度発現にアルカリ金属塩やカルシウムアルミネート等の硬化促進剤の併用も可能である。
【００２３】
以下、実施例、比較例をあげて更に詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
表１に示す配合比のセメント、細骨材の混合物１００部に対して分離防止剤を０．０５部混合しセメント組成物とした。次いで各セメント組成物１００部に対して練り水が２０部となるように調整しミキサーで２分間練り混ぜモルタルを作製し各種物性を測定した。
＜使用材料＞
セメント：早強ポルトランドセメント（電気化学工業製）
細骨材：石灰砂  最大寸法１．２ｍｍ以下（電気化学工業製）
分離防止剤：ヒドロキシエチルメチルセルロース、２％水溶液粘度５,０００ｍＰａ・Ｓ（市販品）
＜練り混ぜ方法＞
モルタルミキサー：「ＪＩＳＲ５２０１」に準拠
＜測定方法＞
ａ.圧縮強度：「ＪＩＳＲ５２０１」に準拠
ｂ.モルタルフロー：「ＪＩＳＲ５２０１」に準拠
ｃ.耐水性評価：容積１２Ｌの水槽の中に水道水(ｐＨ７．６)を１０Ｌを入れる。ミキサーで練り混ぜたモルタルの一部をφ８ｃｍ、高さ８ｃｍ円筒形の容器の中に充填し、それを水槽の中に入れ、その後静かに容器だけを引き上げる。次にモルタル側面から１０ｃｍの所に攪拌機の軸を置き回転数５００ｒｐｍで１０分間攪拌し、一定時間毎に水を採取し、ｐＨ、濁度（懸濁物質量）を測定しモルタルの分離状態を評価した。
ｄ．ｐＨ：「ＪＩＳＺ８８０２」に準拠。HORIBA社製ｐＨメーターD-51を用いた。
ｅ．懸濁物質量：「ＪＩＳＫ０１０２」に準拠
＜目標値＞
圧縮強度値、フロー値は、旧日本道路公団「トンネル施工管理要領、ロックボルト定着材品質基準（普通モルタル）」を、耐水性試験のｐＨと懸濁物質量は土木学会コンクリート標準示方書基準編「コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格」を参考に目標値を設定した。
【００２５】
【表１】
2008088040.tif 000002
【００２６】
表１より、セメント／細骨材比を１／１．５〜２／１とした本発明例のモルタルは、セメントと細骨材の分離が少なく、強度発現性が十分であり、適当な流動性を有することが分かる（実験No.1-2〜No.1-5）。セメントと細骨材の分離をより少なくすると共に、流動性を抑えるためには、セメント／細骨材比を１／１．５〜１．５／１とすることが好ましい（実験No.1-2〜No.1-4）。これに対して、セメント／細骨材比が１／２と小さい比較例のモルタルは、流動性が低くなりすぎ、水に対して分離しやすい（実験No.1-1）。
【実施例２】
【００２７】
セメント、細骨材の質量比を１とし、それに分離防止剤を表２の配合となるように混合しセメント組成物とした。次いで各セメント組成物１００部に対して練り水が２０部となるように調整しミキサーで練り混ぜモルタルを作製し各種物性を測定した。
【００２８】
【表２】
2008088040.tif 000003
【００２９】
表２より、セメント、細骨材の混合物１００部に対して分離防止剤を０．０１〜０．２部混合した本発明例のモルタルは、セメントと細骨材の分離が少なく、強度発現性が十分であり、適当な流動性を有することが分かる（実験No.2-2〜No.2-5、No.1-3）。セメントと細骨材の分離をより少なくすると共に、流動性を改善するためには、セメント、細骨材の混合物１００部に対して分離防止剤を０．０３〜０．１部混合することが好ましい（実験No.2-3、No.1-3、No.2-4）。これに対して、分離防止剤を添加しない比較例のモルタルは、強度発現性は十分であり、流動性は高いが、水に対して分離しやすい（実験No.2-1）。
【実施例３】
【００３０】
分離防止剤の添加量をセメント組成物１００部に対して０．０５部とし、表３の物性の分離防止剤を用いた以外は実施例２と同じ条件で行った。
【００３１】
【表３】
2008088040.tif 000004
【００３２】
表３に示されるように、分離防止剤（ヒドロキシエチルメチルセルロース）の２%水溶液の粘度を１,０００〜３０,０００ｍＰａ・ｓの範囲とすることにより、セメントと細骨材の分離が少なく、強度発現性が十分であり、適当な流動性を有するモルタルが得られる（実験No.3-1〜No.3-5、No.1-3）ので、分離防止剤の２%水溶液の粘度を上記の範囲とすることが好ましい。セメントと細骨材の分離をより少なくすると共に、強度発現性をより高め、流動性を改善するためには、分離防止剤の２%水溶液の粘度を３,０００〜１０,０００ｍＰａ・ｓとすることがより好ましい（実験No.3-2、No.1-3、No.3-3）。
【実施例４】
【００３３】
セメント、細骨材の重量比を１とし細骨材の最大寸法を表４とした以外は実施例１と同じ条件で試験を行った。
【００３４】
【表４】
2008088040.tif 000005
【００３５】
表４より、細骨材の最大寸法が３．０ｍｍ以下の本発明例のモルタルは、強度発現性が十分であり、適当な流動性を有し、施工性（ポンプ圧送性）が良好であることが分かる（実験No.4-2、No.1-3、No.4-3）。これに対して、細骨材の最大寸法が５．０ｍｍであるモルタルは、強度発現性は十分であるが、流動性が低くなり、ポンプで圧送する際に、ホース内閉塞が起きてしまった（実験No.4-1）。
【実施例５】
【００３６】
セメント、細骨材の重量比を１とし、その他は実施例１と同じ条件としてセメント組成物を調整した。その組成物を用いて表５の水／セメント組成物比となるように水量を調整し連続式ミキサーで練り混ぜモルタルを作製し各種物性を測定した。
＜練り混ぜ方法＞
ミキサー：マイポンプＭ４００（プツマイスター社製）
【００３７】
【表５】
2008088040.tif 000006
【００３８】
表５より、水／セメント組成物比を０．１７〜０．３０の範囲で練り混ぜた本発明例のモルタルは、セメントと細骨材の分離が少なく、強度発現性が十分であり、適当な流動性を有することが分かる（実験No.5-2〜No.5-5、No.1-3）。セメントと細骨材の分離をより少なくすると共に、強度発現性をより高め、流動性を抑えるためには、水／セメント組成物比を０．１７〜０．２７とすることが好ましい（実験No.5-2〜No.5-4、No.1-3）。これに対して、水／セメント組成物比が０．１６の比較例のモルタルは、流動性が低くなりすぎ、閉塞により、練り混ぜができなかった（実験No.5-1）。