(57)【要約】【課題】地中構造物を構築する際、構造物と地山との間に注入される充填材としては、材齢７日と材齢２８日との強度比（ｑｕ２８／ｑｕ７）が高いもの、即ち遅硬性のものが求められる。また、長期強度が高くなり過ぎても不連続性による変形挙動が問題となる。そこで本発明は、流動性と遅硬性を兼ね備えた低強度型の充填材を安価に提供することを課題とする。【解決手段】水硬性材料、膨潤調整材料および水の混合液と、膨潤性粘土材料とが混練されてなることを特徴とする充填材を解決手段とする。膨潤性粘土材料としては、好ましくはベントナイト粉末を使用し、中でも、膨潤力が７〜２５ｍｌ／２ｇであるベントナイト粉末を使用する。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性材料、膨潤調整材料および水の混合液と、膨潤性粘土材料とが混練されてなることを特徴とする充填材。
【請求項２】
前記膨潤性粘土材料が、ベントナイト粉末であることを特徴とする請求項１記載の充填材。
【請求項３】
前記ベントナイト粉末の膨潤力が７〜２５ｍｌ／２ｇであることを特徴とする請求項１又は２に記載の充填材。
【請求項４】
前記膨潤調整材料が消石灰であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の充填材。
【請求項５】
膨潤性粘土材料に対する水硬性材料の重量比が０．０５〜０．５であり、水硬性材料と膨潤性粘土材料の合計量に対する水の重量比が１．６〜６．０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の充填材。
【請求項６】
前記消石灰の添加量が、１５ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の充填材。
【請求項７】
水硬性材料、膨潤調整材料および水を含む混合液を調製し、該混合液と膨潤性粘土材料とを混合して充填材を調製し、該充填材を充填することを特徴とする充填工法。
【請求項８】
前記混合液を調製する際に、膨潤調整材料と水とを混合した後、水硬性材料を混合することを特徴とする請求項７記載の充填工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物と地山との間隙等を充填するための充填材およびその製造方法、並びに該充填材を用いた充填工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設分野においては、地中構造物を構築する際、開削工法、非開削工法のいずれの場合であっても構造物と地山（地盤）との間に隙間が生じるため、そこに充填材を注入する必要がある。
斯かる充填材としては、材齢７日程度の初期材齢時に強度発現が小さい強度性能のものが要求される。初期材齢時に大きな強度発現があると充填材と該充填材に隣接している躯体や鋼材等の構造物とが固結することとなり、後続の掘進施工などに悪影響を与えるからである。
【０００３】
また、該充填材の強度特性として、注入後の材齢２８日程度では、強度が増加して硬質粘土又は軟岩と同程度の強度を発現することが要求される。
【０００４】
従って、地盤注入材の強度特性としては、遅硬性のもの、具体的には材齢７日と材齢２８日との強度比（ｑｕ２８／ｑｕ７）が高いものが好適とされている。
【０００５】
また、該充填材が構造物と地山（地盤）との間の細かい隙間に注入されることを考慮すれば、該充填材は高い流動性を有するものでなければならない。
【０００６】
従来、遅硬性と流動性の双方を良好に発揮し得る充填材として、高炉スラグを主材とし、セメントや石膏などの刺激材を添加してなるものが提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−８０７２６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高炉スラグを主材とする従来の充填材では、刺激材の配合割合を変える方法や遅延剤を添加する方法によって遅硬性を発揮させており、いずれの場合にも、材齢初期における強度は低いものの、材齢が増すにつれて強度が過大となってしまい、例えば、材齢２８日以降の強度では１０〜３０ＭＮ／ｍ２にまで達する場合がある。このように、長期強度が高くなり過ぎると周辺の地山の強度と大幅に異なることととなり、不連続性により変形挙動が問題になる。
【０００９】
また、高炉スラグを主材とする前記充填材では、遅硬性や流動性を発現させるために遅延剤や流動化剤といった混和剤を必要とするため、材料コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、流動性と遅硬性を兼ね備えた低強度型の充填材を安価に提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に鑑みて鋭意研究を重ねたところ、膨潤性粘土材料を主材とする充填材において、該膨潤性粘土材料の膨潤を調整する膨潤調整材料と水硬性材料を予め混練した水を用いて膨潤性粘土材料を膨潤させることにより、流動性が良好でしかも所定の遅硬性を発揮し得る充填材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、水硬性材料、膨潤調整材料および水の混合液と、膨潤性粘土材料とが混練されてなることを特徴とする充填材を提供する。膨潤性粘土材料として、好ましくはベントナイト粉末を使用でき、中でも、膨潤力が７〜２５ｍｌ／２ｇであるベントナイト粉末をより好適に使用し得る。一方、前記膨潤調整材料としては、消石灰を好適に使用し得る。
【００１３】
また、該充填材の配合は、膨潤性粘土材料に対する水硬性材料の重量比が０．０５〜０．５、水硬性材料と膨潤性粘土材料の合計量に対する水の重量比が１．６〜６．０であることが好ましい。
また、前記膨潤性調整材料が消石灰である場合には、添加量を１５ｋｇ／ｍ３以上とすることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、水硬性材料、膨潤調整材料および水を含む混合液を調製し、該混合液と膨潤性粘土材料とを混合して充填材を調製し、該充填材を充填することを特徴とする充填工法を提供する。前記混合液を調製する際には、膨潤調整材料と水とを混合した後、水硬性材料を混合することが好ましい。
【００１５】
尚、本発明において、添加量とは、充填材１ｍ３当たりの添加量を意味する。また、膨潤力とは、日本ベントナイト工業会試験法（ＪＢＡＳ−１０４）  により求められるもので、蒸留水もしくは純水の中にベントナイトを徐々に落下させたときの水中に占めるベントナイトの見掛け容積で表示される。具体的には、純水又は蒸留水１００ｍｌ（ミリリットル）中にベントナイト試料２ｇを落とし、落下後２４時間放置して容器内の堆積した試料の見掛け容積を読み取ったものである。従って、膨潤力の単位はｍｌ（ミリリットル）／２ｇとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る充填材の主材となる膨潤性粘土としては、水と混練することによって膨潤する粘土から選ばれる少なくとも１種の粘土を使用することができる。このような粘土としては、例えば、ベントナイト、アタパルジャイト等を挙げることができ、中でも比較的安価に入手できるベントナイトが好ましい。
【００１７】
また、該膨潤性粘土としては、低膨潤型のものを使用することが好ましい。例えば該膨潤性粘土としてベントナイトを用いる場合、好ましくは膨潤力が７〜２５ｍｌ／２ｇ、より好ましくは１５〜２５ｍｌ／２ｇであるようなベントナイトを使用することができる。
斯かる低膨潤型のベントナイトの具体例としては、例えば、榛名産（８ｍｌ／２ｇ）、赤城産（１３ｍｌ／２ｇ）、穂高産（１６ｍｌ／２ｇ）などを挙げることができる。
【００１８】
このような低膨潤型の膨潤性粘土を用いることにより、膨潤調整材料の添加量を減らして充填材を調製することができる。
【００１９】
また、膨潤調整材料や水硬性材料の添加量を増すことにより、高膨潤型の膨潤性粘土を使用することも可能である。高膨潤型のベントナイトに具体例としては、例えば、ワイオミング産（２５ｍｌ／２ｇ）を挙げることができる。
【００２０】
膨潤型粘土の膨潤を抑制する膨潤調整材料としては、水と混練した際に膨潤性粘土の膨潤を抑制するイオンを水中へ溶出するような材料を使用する。
例えば、膨潤性粘土材料がベントナイトである場合には、該ベントナイトの膨潤を抑制するＣａイオンを溶出する材料を使用でき、具体的には、消石灰、生石灰、炭酸カルシウムを使用できる。
【００２１】
一方、本発明における水硬性材料としては、普通、早強、超早強、白色、耐硫酸塩、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメント、該ポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュなどを混合した混合セメント、ジェットセメント、アルミナセメントなどの特殊セメント等を使用することができる。
【００２２】
本発明に係る充填材の配合としては、膨潤性粘土材料に対する水硬性材料の重量比を０．０５〜０．５とすることが好ましく、０．１〜０．４とすることがより好ましい。
斯かる重量比が０．０５未満であると膨潤性粘土材料の膨潤を充分に抑制することができず、充填の際に該充填材の流動性が悪化するおそれがある。また、膨潤性粘土材料に対する水硬性材料の重量比が０．５よりも大きくなると初期強度が増すこととなり、遅硬性となりにくいという問題がある。即ち、該重量比を０．０５〜０．５とすることにより、流動性と遅硬性とを兼ね備えた充填材が得られやすいという利点がある。また、該重量比を０．１〜０．４とすれば、フローが１５０以上であるような優れた流動性と、ｑｕ２８／ｑｕ７が１０以上であるような優れた遅硬性とを有する充填材を得ることができる。
【００２３】
また、膨潤性粘土と水硬性材料の合計量に対する水の添加量（以下、水結合材比ともいう）は、１．６〜６．０とすることが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明に係る充填材においてベントナイトを膨潤性粘土とし、消石灰を膨潤調整材料として使用する場合には、該消石灰の添加量を１５ｋｇ／ｍ３以上とすることが好ましい。消石灰の添加量が１５ｋｇ／ｍ３未満ではベントナイトの膨潤を充分に抑制することができず流動性が悪化するおそれがあり、また、その代わりとしてセメントの添加量を増やすと初期強度が大きくなりすぎて遅硬性が悪化するからである。
尚、消石灰の添加量については、特に上限を規定するものではないが、セメント添加量より多くなると耐久性で問題が生じ得ることや、経済性に劣るという観点から、１００ｋｇ／ｍ３以下とすることが好ましい。
【００２５】
次に、本発明に係る充填工法について説明する。
本発明に係る充填工法は、先ず、水硬性材料と膨潤調整材料と水とを混練して混合液とし、次に、該混合液と膨潤性粘土材料とを混合して充填材を調製し、該充填材を被充填箇所に充填するものである。
即ち、膨潤性粘土材料を膨潤させるにあたり、水と膨潤性粘土材料とを直接混合せず、水に水硬性材料および膨潤調整材料を混合して調製した混合液を用いて膨潤性粘土材料を膨潤させるものである。
【００２６】
このような混合液を用いて膨潤性粘土材料を膨潤させることにより、水中に溶出したイオンによって膨潤性粘土の膨潤作用を抑制し、膨潤性粘土の急速なゲル化を防止することができ、充填の際の流動性を改善することができる。
【００２７】
また、前記混合液を調製する際には、まず膨潤調整材料と水とを混合した後に、水硬性材料を加えて混合することが好ましい。
膨潤調整材料と水とを先に混合することによって該膨潤調整材料からイオンが溶出しやすく、膨潤性粘土材料の膨潤抑制作用が発揮されやすいという効果がある。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。ただし本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
消石灰３０ｋｇ／ｍ３と、水約８９０ｋｇ／ｍ３とを混合した後、普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）２０ｋｇ／ｍ３を混合して混合液を調製した。さらに、該混合液に低膨潤型のベントナイト（穂高産、膨潤力１６ｍｌ／２ｇ）２１５ｋｇ／ｍ３を混合し、実施例１の充填材を調製した。
【００３０】
（実施例２）
普通ポルトランドセメント（同上）を３０ｋｇとする以外は実施例１と同様の手順により、実施例２の充填材を調製した。
【００３１】
（実施例３）
普通ポルトランドセメント（同上）を４０ｋｇとする以外は実施例１と同様の手順により、実施例３の充填材を調製した。
【００３２】
（実施例４）
普通ポルトランドセメント（同上）を５０ｋｇとする以外は実施例１と同様の手順により、実施例４の充填材を調製した。
【００３３】
（比較例１）
普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）２０ｋｇと水約９００ｋｇとを混合した後、低膨潤型のベントナイト（同上）を混合し、比較例１の充填材を調製した。
【００３４】
（比較例２）
普通ポルトランドセメント（同上）を３０ｋｇとする以外は比較例１と同様の手順により、比較例２の充填材を調製した。
【００３５】
（比較例３）
普通ポルトランドセメント（同上）を４０ｋｇとする以外は比較例１と同様の手順により、比較例３の充填材を調製した。
【００３６】
（比較例４）
普通ポルトランドセメント（同上）を５０ｋｇとする以外は比較例１と同様の手順により、比較例４の充填材を調製した。
【００３７】
（流動性試験）
実施例および比較例の充填材に関し、日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」（ＪＭＳＡ  ３１３−１９９２）に基づいてフローを測定した。
【００３８】
（強度試験）
また、各充填材を用いてφ５×１０ｃｍの供試体を作製し、７日間および２８日間養生したものについて地盤工学会基準「一軸圧縮試験（ＪＧＳ０５１１）」に準じて一軸圧縮強さを測定した。
結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2004149379.tif 000002
【００４０】
表１に示した結果によると、消石灰を混合せずに調製した比較例の充填材についてはいずれも低いフロー値を示しており、加えてセメントの添加量が少ない場合には材齢２８日の一軸圧縮強さが低くなり、セメントの添加量を増やすと材齢７日の一軸圧縮強さが高くなってしまい、いずれの場合にも好ましい遅硬性を有するものが得られていないことがわかる。
【００４１】
一方、消石灰を添加して調製した実施例の充填材については、フローが２００〜３５０程度の良好な流動性を示し、更に材齢７日の一軸圧縮強さが低く、且つ材齢７日と材齢２８日との強度比（ｑｕ２８／ｑｕ７）が１０以上となるような、優れた遅硬性を有する充填材となっていることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る充填材および充填工法によれば、流動性と遅硬性を兼ね備えた低強度型の充填材を安価に提供することが可能となる。