(57)【要約】【課題】例えばトンネル覆工背面、法面の吹付けコンクリート、土止め擁壁と言った構築体を強化する技術を提供することである。特に、例えばトンネル覆工背面などの空洞（空隙）、法面の吹付けコンクリートと地山との間に発生した空洞（空隙）、土止め擁壁と地山との間に発生した空洞（空隙）に充填材を充填し、これらの構築体を強化する技術に関する。更には、充填材として従来のエアモルタルや発泡ウレタンの場合に起きる問題点、特に、充填作業に先立ってひび割れ部をシールしておかねばならない等の問題点、地下水汚染の問題点、背面水による水圧を受けて構築体が崩壊する恐れの有る問題点を解決できる技術を提供することである。【解決手段】構築体背面部の空洞部に充填される充填材であって、内部に空孔を有する無機質粉末が用いられてなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築体背面部の空洞部に充填される充填材であって、
内部に空孔を有する無機質粉末が用いられてなる
ことを特徴とする充填材。
【請求項２】
内部に空孔を有する無機質粉末はガラス質のものであることを特徴とする請求項１の充填材。
【請求項３】
内部に空孔を有する無機質粉末は、造粒された軽量ガラス粉末であることを特徴とする請求項１又は請求項２の充填材。
【請求項４】
内部に空孔を有する無機質粉末は、少なくとも廃ガラス粉末および発泡材粉末を用いて造粒されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの充填材。
【請求項５】
内部に空孔を有する無機質粉末は鉱物質のものであることを特徴とする請求項１の充填材。
【請求項６】
内部に空孔を有する無機質粉末が、少なくとも鉱物の破砕物を焼成して結晶水により発泡された無機質発泡粉末であることを特徴とする請求項１又は請求項５の充填材。
【請求項７】
内部に空孔を有する無機質粉末が無機質発泡粉末であることを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかの充填材。
【請求項８】
内部に空孔を有する無機質粉末が略球状のものであることを特徴とする請求項１〜請求項７いずれかの充填材。
【請求項９】
更に結合材が用いられてなることを特徴とする請求項１〜請求項８いずれかの充填材。
【請求項１０】
構築体背面部を強化する工法であって、
構築体の背面空洞部に請求項１〜請求項９いずれかの充填材を供給する工程
を具備することを特徴とする構築体背面部強化工法。
【請求項１１】
構築体背面部を強化する工法であって、
構築体の背面空洞部に請求項１〜請求項８いずれかの充填材を供給する工程と、
構築体の背面空洞部に結合材を供給する工程
とを具備することを特徴とする構築体背面部強化工法。
【請求項１２】
充填材の供給は空気圧送手段により行われることを特徴とする請求項１０又は請求項１１の構築体背面部強化工法。
【請求項１３】
構築体の背面部側に供給される前段階の位置において充填材および結合材が混ざり、一体となって構築体の背面空洞部側に供給されるようにしてなることを特徴とする請求項１０〜請求項１２いずれかの構築体背面部強化工法。
【請求項１４】
更に急結剤を供給する工程を具備することを特徴とする請求項１０〜請求項１３いずれかの構築体背面部強化工法。
【請求項１５】
構築体の背面空洞部側に供給される前段階の位置において充填材および急結剤が混ざり、一体となって構築体の背面空洞部側に供給されるようにしてなることを特徴とする請求項１４の構築体背面部強化工法。
【請求項１６】
構築体背面部の空洞部に請求項１〜請求項９いずれかの充填材が充填されてなることを特徴とする構築体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充填材および構築体背面部強化工法に関する。例えば、トンネル覆工背面、法面の吹付けコンクリート、土止め擁壁と言った構築体の強化技術に関する。特に、例えばトンネル覆工背面などの空洞（空隙）、法面の吹付けコンクリートと地山との間に発生した空洞（空隙）、土止め擁壁と地山との間に発生した空洞（空隙）に充填材を充填し、これらの構築体を強化する技術に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
トンネル等の土木工事においては、トンネルを構成する構築体と地山との間に、結果的に、空洞（空隙）が出来ている場合がある。又、法面の吹付けコンクリートと地山との間に、或いは土留め擁壁と地山との間に、湧水によって土砂が流出し、空洞（空隙）が発生することも多い。このような場合において、地山が崩壊して空隙部を埋めるようになり、その結果、トンネルの構築体、法面の吹付けコンクリートや土止め擁壁などの部材は崩壊する恐れが有る。
【０００３】
このようなことから、これらの空洞（空隙）は充填材によって充填・強化される必要がある。このような場合、従来では、充填材として、セメントを用いたエアモルタルとか発泡ウレタンが用いられて来た。
【０００４】
しかしながら、エアモルタルは、構築体にひび割れ等が有ると、そこから漏出してしまう。従って、充填作業に先立って、シールしておかねばならない等の問題点が有る。他方、発泡ウレタンは、二液反応型のものが一般的であり、未反応のモノマーも生じる。そして、この未反応のモノマーは有毒であることから、背面の流水によって流出したりすると、地下水を汚染する恐れが有る。更に、何れの充填材（エアモルタル７発泡ウレタン）も強度が弱く、かつ、透水性が無い。尚、充填材に透水性が無い場合は、漏水を防止する場合には有効で有るものの、構築体が背面水による水圧を受けるようになり、その結果、構築体が崩壊する恐れの有ることが判って来た。又、エアモルタルや発泡ウレタンによる充填工法は、施工設備が大型なものになり、小規模な空洞（空隙）の充填工事に対しては機動性に欠ける。この為、小規模な空洞（空隙）の充填工事に対応しようとすると、コストが高く付くものとなる。
【０００５】
従って、本発明が解決しようとする第１の課題は、例えばトンネル覆工背面、法面の吹付けコンクリート、土止め擁壁と言った構築体を強化する技術を提供することである。特に、例えばトンネル覆工背面などの空洞（空隙）、法面の吹付けコンクリートと地山との間に発生した空洞（空隙）、土止め擁壁と地山との間に発生した空洞（空隙）に充填材を充填し、これらの構築体を強化する技術に関する。
【０００６】
本発明が解決しようとする第２の課題は、充填材として従来のエアモルタルや発泡ウレタンの場合に起きる問題点、特に、充填作業に先立ってひび割れ部をシールしておかねばならない等の問題点、地下水汚染の問題点、背面水による水圧を受けて構築体が崩壊する恐れの有る問題点を解決できる技術を提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする第３の課題は、施工設備が小型なものになり、小規模な空洞（空隙）の充填工事に対しては機動性を持って対応でき、コストが低廉な技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ところで、今日、ガラス製品の廃棄量は増大する一方であり、そのリサイクルが急務であることは言うまでも無い。本願出願人においても、廃ガラスのリサイクルを行っているが、その達成は未だの状況である。すなわち、本出願人によって、廃ガラスから軽量ガラス製骨材が製造され、市販されている。しかしながらその販売にも限度があり、新たな用途の開拓が待たれている。
【０００９】
なぜならば、ガラスの廃棄量は増大する一方であり、このような廃ガラスを用いた製品が提供されても、その用途が拡がらなければ、廃ガラスの再生に限度があり、資源のリサイクルが達成されないからである。
【００１０】
このような状況下において、本願出願人は、上記したような廃ガラス製骨材は、軽量であり、かつ、球形をしていることから、空気圧送の手段で簡単に構築体背面の空洞（空隙）に供給できるのではないかと考えるに至った。そして、それを試した処、廃ガラス製骨材の特徴から、実に、スムーズに供給できるものであった。
【００１１】
この理由として、本願発明者は、廃ガラス製骨材は発泡剤を用いて構成していることから軽量であること、かつ、造粒がなされていることから球状の形をしていること、更には工業的な製法で造られることから粒度分布が狭いこと等によってパイプ内を運ばれていても詰まり難く、スムーズに輸送されるのであろうと考えている。
【００１２】
そして、構築体背面の空洞（空隙）に充填された後においては、球状のガラス製骨材は潰れ難いことから、強度向上効果が大きく期待できる。
【００１３】
このような知見に基づいて本発明が達成されたものである。
そして、前記の課題は、構築体背面部の空洞部に充填される充填材であって、
内部に空孔を有する無機質粉末が用いられてなる
ことを特徴とする充填材によって解決される。
【００１４】
すなわち、構築体背面部の空洞部に充填する充填材として、内部に空孔を有する無機質粉末を用いた場合、エアモルタルや発泡ウレタンを用いた場合に比べて、構築体がより強化されるものであった。
【００１５】
しかも、構築体にひび割れが有っても、ひび割れ部をシールしておく必要が無い。かつ、地下水汚染の問題点も無い。更には、内部空孔に水が侵入することによって、構築体が、直接、背面水による水圧を受け難くなり、背面水による構築体の崩壊が起き難くなる。
【００１６】
又、スムーズに輸送できることから、小型な施工設備で対応でき、特に小規模な空洞（空隙）の充填工事に対しては機動性を持って対応でき、作業コストは低廉なものである。
【００１７】
本発明において、内部に空孔を有する無機質粉末は、例えばガラス質のものである。特に、造粒された軽量ガラス粉末である。中でも、少なくとも廃ガラス粉末および発泡材粉末を用いて造粒されたものである。或いは、例えば鉱物質のものである。特に、少なくとも鉱物の破砕物を焼成して結晶水により発泡された無機質発泡粉末である。又、無機質発泡粉末である。そして、これらの粉末は略球状のものであることが好ましい。
【００１８】
本発明の充填材は、発泡ガラス粉末のような無機質発泡粉末のみでも良い。しかしながら、無機質発泡粉末のみでは、これらは互いに結合されていない。そして、充填後にあっては、これら無機質発泡粉末などが互いに結合されている方が、強度向上が図られると共に止水性が確保されるようになるからである。従って、本発明の充填材は、好ましくは、内部に空孔を有する無機質粉末と結合材とを含有する。
【００１９】
又、前記の課題は、構築体背面部を強化する工法であって、
構築体の背面空洞部に前記の充填材を供給する工程
を具備することを特徴とする構築体背面部強化工法によって解決される。
【００２０】
又、構築体背面部を強化する工法であって、
構築体の背面空洞部に前記の充填材を供給する工程と、
構築体の背面空洞部に結合材を供給する工程
とを具備することを特徴とする構築体背面部強化工法によって解決される。
【００２１】
本発明において、充填材の供給は、例えば空気圧送手段により行われる。この手法により、充填率が向上し、かつ、充填作業が簡単になる。
【００２２】
尚、上記構築体背面部強化工法において、構築体の背面部側に供給される前段階の位置において充填材および結合材が混ざり、一体となって構築体の背面空洞部側に供給されるようにしていることが好ましい。これは、構築体直前の位置までは各々別の輸送パイプで輸送し、構築体直前の位置において各々が一緒となり、この時点で混ざるようにしておけば実施できる。
【００２３】
又、急結剤を供給する工程を具備することが好ましい。尚、構築体の背面空洞部側に供給される前段階の位置において充填材および急結剤が混ざり、一体となって構築体の背面空洞部側に供給されるようにしていることが好ましい。これは、構築体直前の位置までは各々別の輸送パイプで輸送し、構築体直前の位置において各々が一緒となり、この時点で混ざるようにしておけば実施できる。
【００２４】
本発明において、充填材供給量と結合材供給量と急結剤供給量は、これらによって構成されるモルタルの強度や透水性を考慮して決められる。具体的には、結合材がセメント系の場合は、充填材１００重量部に対して、結合材は７５〜２００重量部、急結剤は０〜２０重量部である。又、必要に応じて、結合剤には、ＳＢＲ系やアクリル系などのエマルジョンも用いられる。又、結合材がセメント系の場合には、膨張材、収縮低減剤、減水剤、消泡剤、再乳化ポリマー、エマルジョン、液体急結剤なども用いられる。
【００２５】
又、前記の課題は、構築体背面部の空洞部に前記の充填材が充填されてなることを特徴とする構築体によって解決される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明になる充填材は、構築体背面部の空洞部に充填される充填材であって、内部に空孔を有する無機質粉末を含有する。内部に空孔を有する無機質粉末は、例えばガラス質のものである。特に、造粒された軽量ガラス粉末である。中でも、少なくとも廃ガラス粉末および発泡材粉末を用いて造粒されたものである。例えば、ガラス粉末と、更には必要に応じて膨張頁岩粉末、真珠岩粉末、黒曜石粉末、石炭灰粉末、或いは坑火石粉末等の無機鉱物粉末と発泡剤とを用いて、造粒した軽量充填材である。又、前記軽量充填材（軽量ガラス粉末）の全部または一部を、内部に空孔を有するガラス粉末製板を破砕したものに代えて用いることも出来る。或いは、例えば鉱物質のものである。特に、少なくとも鉱物の破砕物を焼成して結晶水により発泡された無機質発泡粉末である。例えば、膨張頁岩、真珠岩、黒曜石、シラス等の結晶水を有する鉱物の破砕物を焼成し、結晶水を発泡させた軽量充填材である。又、無機質発泡粉末である。そして、これらの粉末は略球状のものである。本発明の充填材は、発泡ガラス粉末のような無機質発泡粉末のみでも良いが、充填後にあっては、これら無機質発泡粉末などが互いに結合されている方が強度向上面から好ましいことから、内部に空孔を有する無機質粉末と結合材とを含有する。結合材としては、例えばアクリル系、ＳＢＲ系、ＥＶＡ系のエマルジョン等の有機樹脂系の接着剤、水ガラス等の無機系接着剤、普通ポルトランドセメント等の水硬性無機材が用いられる。
【００２７】
本発明になる構築体背面部強化工法は、構築体背面部を強化する工法であって、構築体の背面空洞部に前記の充填材を供給する工程を具備する。又、構築体背面部を強化する工法であって、構築体の背面空洞部に前記の充填材を供給する工程と、構築体の背面空洞部に結合材を供給する工程とを具備する。充填材の供給は、例えば空気圧送手段により行われる。又、構築体の背面部側に供給される前段階の位置において充填材および結合材が混ざり、一体となって構築体の背面空洞部側に供給されるようにしている。これは、構築体直前の位置までは各々別の輸送パイプで輸送し、構築体直前の位置において各々が一緒となるようすることで実施できる。又、急結剤を供給する工程を具備する。尚、構築体の背面空洞部側に供給される前段階の位置において充填材および急結剤が混ざり、一体となって構築体の背面空洞部側に供給されるようにしている。これは、構築体直前の位置までは各々別の輸送パイプで輸送し、構築体直前の位置において各々が一緒となるようすることで実施できる。
【００２８】
本発明において、充填材供給量と結合材供給量と急結剤供給量は、結合材がセメント系の場合は、充填材１００重量部に対して、結合材は７５〜２００重量部、急結剤は０〜２０重量部である。又、必要に応じて、結合剤には、ＳＢＲ系やアクリル系などのエマルジョンも用いられる。又、結合材がセメント系の場合には、膨張材、収縮低減剤、減水剤、消泡剤、再乳化ポリマー、エマルジョン、液体急結剤なども用いられる。
【００２９】
本発明になる構築体は、構築体背面部の空洞部に前記の充填材が充填されたものである。
【００３０】
以下、更に詳しく説明する。
本発明で用いる構築体背面部の空洞部に充填される充填材（内部に空孔を有する無機質粉末）は、例えば廃ガラスを用いて構成されたものである。中でも、廃ガラス、特に、ソーダ石灰ガラスを主体とした廃ガラスを用いて構成されたガラス製骨材の表面に、鉱物からなる耐アルカリ性を有する表面材が設けられたものである。或いは、ソーダ石灰ガラスを主体とした廃ガラスを用いて構成された芯材と、この芯材の表面に設けられた鉱物からなる耐アルカリ性を有する表面材とを具備するものである。
【００３１】
このような軽量ガラス粉末は、ソーダ石灰ガラスを主体とした廃ガラスの粉末を用いて造粒し、この造粒された造粒物の表面に鉱物からなる耐アルカリ性を有する表面材を設け、焼成することにより得られる。或いは、少なくともソーダ石灰ガラスを主体とした廃ガラスの粉末及び粘土質粉末を含む混合物を用いて造粒し、この造粒された造粒物の表面に鉱物からなる耐アルカリ性を有する表面材を設け、焼成することにより得られる。上記製造に際して、表面材は造粒工程、或いは焼成工程、又は造粒工程及び焼成工程で設けられる。そして、表面材は耐熱性を有するものが特に用いられる。又、表面材は板状構造、層状構造、葉片状、あるいは鱗片状構造を有する。又、表面材は、その大きさが０．０１〜３μｍ（特に、０．０１〜２μｍ）のものである。尚、表面材としては、例えばメタカオリンや含水カオリン等のカオリン、モンモリロナイト、パイロフィライト、タルク、粘土質雲母、緑泥石、ケイソウ土、シリカヒュームの群の中から選ぶことが出来る。
【００３２】
より具体的に説明すると次の通りである。
先ず、ガラス瓶や窓ガラスといった廃棄物が回収される。この回収された廃ガラスは、ソーダ石灰ガラスを主体としたものである。そして、回収廃ガラスを粗粉砕したカレットがカレット受入ホッパーからカレットタンクに入れられ、粉砕機に送られ、粉砕機でブレーン値３０００〜３３００ｃｍ２  ／ｇまで微粉砕する。そして、バグフィルターを通して、原料タンクに送られる。
【００３３】
原料タンクには、例えばスレート、頁岩、シルト、あるいは泥岩などのようなガラスとの親和性を高めるブレーン値３０００〜４５００ｃｍ２  ／ｇ（特に、３５００〜４０００ｃｍ２  ／ｇ）の粘土質粉末と、無機質系で焼成過程において気体を発生する物質、例えば石灰石などのブレーン値５０００〜６０００ｃｍ２／ｇの発泡材粉末とが入れられている。
【００３４】
これらの原料タンクより前記ガラス粉末、粘土質粉末及び発泡材粉末（ガラス粉末：粘土質粉末：発泡材粉末＝１００重量部：５〜３５重量部（特に、１０〜３０重量部）：０．０１〜５重量部（特に、０．１〜３重量部）の割合）がプレミキサーに送られて混合攪拌され、この後造粒機により直径０．０３〜１０ｍｍの大きさの球状に造粒される。この造粒時には、水ガラスや水などが必要に応じて添加される。
【００３５】
造粒物は多量の水分を含有していることから、ロータリードライヤーによりガラス軟化点以下の温度で乾燥する。そして、貯留タンクに送られた後、乾燥した造粒物がまぶし機に送られる。又、前記表面材物質もまぶし機に送られる。表面材物質の量は、造粒物１００重量部に対して１〜１０重量部程度である。
【００３６】
そして、外熱式ロータリーキルンに送り、８００〜９００℃の温度で焼成する。この後、外水冷ロータリークーラーに送られ、焼成により発泡した発泡粒は亀裂を生じないよう徐冷される。この後、振動篩い機により分級する。
【００３７】
このようにして、例えば１．２ｍｍアンダーのサイズの略球状の軽量ガラス粉末（軽量骨材）、或いは２．５ｍｍアンダーのサイズの略球状の軽量ガラス粉末（軽量骨材）を得た。
【００３８】
次に、上記軽量骨材を充填材として用いた構築体背面部強化工法について、図１および図２に示されるような装置を用いて行う場合を説明する。
【００３９】
各図中、１はコンプレッサ、２は乾式吹付け機、３はミキサ、４はポンプ、５は吹込みノズルである。尚、吹込みノズル５の詳細は図２に示される通りである。
先ず、上記軽量骨材がコンプレッサ１により、吹付け機２から吹込みノズル５に輸送される。尚、この軽量骨材は、図２におけるφが２５〜３８ｍｍのノズル部を介して吐出される。
【００４０】
又、セメントミルクがポンプ４より吹込みノズル５に輸送される。このセメントミルク輸送量は、軽量骨材１００重量部に対して７５〜２００重量部の割合である。尚、セメントミルクは、普通ポルトランドセメント１００重量部に対して水が６０重量部の割合からなる。そして、このセメントミルクは、吹込みノズル５におけるウオーターリング６を介して中央のストレートノズル部からの軽量骨材と混合されるようになる。
【００４１】
更に、必要に応じて、ウオーターリング７を介して、液体急結剤が中央のストレートノズル部からの軽量骨材やウオーターリング６からのセメントミルクと混合されるようになる。
【００４２】
そして、１００重量部の上記軽量骨材と、７５〜２００重量部のセメントミルクと、０〜２０重量部（０の場合は用いられていない。）液体急結剤とを含有する充填材が、吹込みノズル５からトンネル構築体の背面の空洞部に吐出される。
【００４３】
この後、空洞部は充填・硬化した物によって密状態となり、強度向上効果および止水効果が果たされる。
【００４４】
尚、充填材の圧縮強度並びに比重を調べたので、それを下記の表に示す。
【００４５】
2004263426.tif 000002
【００４６】
【発明の効果】
トンネル、土止め擁壁、法面吹付けコンクリート等の背面部空洞の強化や止水に極めて効果的である。
しかも、その為の工事は、極めてスムーズに行われ、施工機械も小型化が可能性になり、機動性に優れている。
更には、廃ガラス製のものが用いられた場合には、リサイクルにも役立ち、社会的貢献が多大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】構築体背面部強化工法の実施に用いられる装置の概略図
【図２】吹込みノズルの概略図
【図１】
2004263426.tif 000003
【図２】
2004263426.tif 000004