(57)【要約】【課題】この出願の発明は、元来流動性が良い材料に対して、長距離圧送性が可能で且つブリージングがほとんど生じないという機能を損なうことなく、地盤内への逸走や構造物内へのリークが生じさせないという機能を持たせ、充填効果を高めることを目的とするものである。【解決手段】上記課題を解決するため、従来より使用されてきたセメントベントナイトモルタルに、産業廃棄物とされていたＰａｐｅｒ  Ｓｌｕｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ（以下「ＰＳＭ」という）を添加材料として有効利用した材料を、地山の空洞部や間隙部等の充填材として、また、トンネル、発電所・ダム等における導水路、石垣、土留め壁、橋台等の構造物の裏込め材として使用することを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山の空洞や間隙等の充填材として用いる空洞充填材で、セメントを含む組成物にペーパースラッジを添加してなることを特徴とする空洞充填材。
【請求項２】
セメントを含む組成物は、セメントベントナイトモルタルからなることを特徴とする請求項１記載の空洞充填材。
【請求項３】
ペーパースラッジの添加量は３０〜６０ｋｇ／ｍ３であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空洞充填材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
道路や水路の一部とする目的でしばしば長いトンネルが設けられるが、トンネル近傍の地下水の流れや水路トンネル覆工に生じたクラックから流れ出る水によってトンネル周辺の土粒子が流され、トンネルの軸方向に沿った空洞ができる場合がある。この空洞は、トンネル覆工に偏圧が作用する原因となり、トンネルに新たなクラックや変形を生じさせ、極端な場合はトンネル上部の地表を陥没させることもある。
この出願の発明は、地山の空洞部や間隙部等の充填、又、トンネル、或いは、発電所・ダム等における導水路等の裏込め材として好適な空洞充填材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導水路やトンネルのコンクリート覆工の背面等の空洞部に注入される充填材として、以前はモルタルやエアーモルタルが多く使用されていたが、その後、セメントベントナイトモルタル（以下「ＣＢＭ」という）が一般的に使用されている。
例えば、主動土圧を均等に分布させ、受動土圧を遊動に働かせて地山の崩壊を防止するため、このような空洞部、或いは地山中に元来形成されていた空洞部へ、セメントとベントナイトと水を混合したグラウト材が注入される。このグラウト材には、エアーや合成樹脂製粒状体（ポリエステルビーズ）などが添加される場合もある（例えば、特許文献１参照）。      
【特許文献１】特公平５−２８３２０号公報（第１−２頁、図１）
【０００３】
しかし、ＣＢＭは過剰な流動性を有しており、コンクリート覆工にひび割れがあったり、トンネル周辺が礫やクラッキーな地層で構成されている場合は、水路内外にＣＢＭがリークし、下記の問題点を惹起させる可能性が内在されていると考えられる。
ａ．水路内外へのリークは、時としてＣＢＭの注入量を設計数量の数倍にも上がらせており、工事費や資源の有効活用を阻害している。
ｂ．狭くて暗く、作業性の悪いトンネル内へのＣＢＭのリークは、リーク材の処理に多大な労力を必要とする。
ｃ．周辺渓流へのＣＢＭのリークは川魚を死滅させるなど、地元とのトラブルの原因になる。
【０００４】
いっぽう、このような箇所に使用される充填材の必要条件は、
１．流動性が高く、長距離圧送が可能であること、
２．ブリージングが小さく充填効果が高いこと、
が挙げられる。
しかし、流動性が良いが故に、背面等の空洞部以外への逸走が多くなり、注入時にトンネル内へリークし易いなどの問題がある。
そこで、効率的な充填材としては、改良ゾーン以外へのグラウトの逸走が少なく、リークを極力低減できる材料が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この出願の発明は、元来流動性が良い材料に対して、長距離圧送性が可能で且つブリージングがほとんど生じないという機能を損なうことなく、地盤内への逸走や構造物内へのリークが生じさせないという機能を持たせ、充填効果を高めることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この出願の発明は、上記課題を解決するため、従来より使用されてきたセメントベントナイトモルタルに、産業廃棄物とされていたＰａｐｅｒ  Ｓｌｕｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ
（以下「ＰＳＭ」という）を添加材料として有効利用した材料を、地山の空洞部や間隙部等の充填材として使用することを特徴とするものである。また、トンネル、発電所・ダム等における導水路、石垣、土留め壁、橋台等の構造物の裏込め材として使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この出願の発明は、ＣＢＭの水路内外へのリークを大きく減じるために、産業廃棄物とされていたＰＳＭを添加物として使用するもので、総合的には工事費の低減に大きく寄与することができる。
又、添加物であるＰＳＭは比重が小さいので分離することもなく、均一な分布状態で長距離圧送することができるので長い区間に渡っての補修が可能となる。
更に、上に残るブリージングが小さいので充填効果が高く、又、ＰＳＭを混入したＣＢＭは、プレーンＣＢＭより圧縮強度が大きく、リークが予想される地層に大きなリーク防止効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
トンネル等の構造物周辺の空洞部へ充填されるＣＢＭの地盤等への逸走、或いは構造物内へのリークを防ぐという目的を、産業廃棄物であるＰＳＭを利用することにより実現した。
【０００９】
近年の紙消費量の飛躍的な増加は、パルプ確保のための森林伐採に伴う自然環境破壊の問題を表面化させた。この対策の一つに再生紙の使用が挙げられる。
しかし、再生紙には、ペーパースラッジの発生量が格段に増大するという問題がある。紙生産量に対するペーパースラッジの発生量の比は、バージンパルプからの製紙が２〜３％であるのに対して、再生紙は５〜４０％に達する。
パーフェクトペーパーリサイクル（ＰＰＲ）プラントでは、含水状態のペーパースラッジに重油等を混合した固形化燃料（ＲＤＦ）中の有機物を燃焼させ、排出物としての塊状の無機物を得る。これを破砕して生産したものがＰＳＭ（Ｐａｐｅｒ  Ｓｌｕｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）である。
【００１０】
ＰＳＭの主な化学成分は、
ＳｉＯ２  ３８．９０％    Ａｌ２Ｏ３  ８．５０％    ＣａＯ  ２３．３０％
ＭｇＯ      ６．０９％    Ｎａ２Ｏ   ０．１６％    ＴｉＯ２   １．０５％
で示すとおり、シリカ・アルミナ・酸化ナトリウム等が主なものであって、有害物は含まれていない。
また、ＰＳＭの物理的性質を、一般的な川砂と比較すると、
絶乾比重：        ＰＳＭ    １．３２  川砂  ２．５８
表乾比重：        ＰＳＭ    １．６２  川砂  ２．６２    
２４時間吸水率    ＰＳＭ  ２２．９    川砂  １．４
である。
【実施例】
【００１１】
図１ａは、トンネル、或いは、発電所・ダム等における導水路１の軸に対して垂直に切断した断面図、図１ｂは、同導水路１の軸に対して平行に切断した断面図で、導水路１を形成するコンクリート覆工２の数ヶ所においてクラック３が生じ、導水路１を流れる水がクラック３より導水路１の外周部に流れて空洞化現象を起こした状態が示されている。
この図１ａ、図１ｂには、例えば、導水路周辺部に生じたクラック３や空洞部４等にグラウト材５を注入して地盤６等の修復を図ったものであるが、導水路１の内部から外周部へ向けて、周辺部に生じたクラック３や空洞部４等に向けて注入されるグラウト材５のリーク、或いは、周辺の地盤６等への逸走についてのイメージが示されている。
コンクリート覆工２に取り付けたパイプ７から注入されたグラウト材５は、コンクリート覆工２の外周部に生じた空洞部４、或いはコンクリート覆工２のクラック３等に充填されるが、注入されるグラウト材５によっては、コンクリート覆工２を囲む地盤６への逸走、或いは、コンクリート覆工２のクラック３から再び導水路１へのリークが生じる。この様な現象が生じるとグラウト材５が大量に必要となる。
【００１２】
図２乃至図４は、図１に示す導水路等のコンクリート覆工２に生じたクラック３、及びコンクリート覆工２の外周部を囲む地盤６と、グラウト材５との関係を示す断面拡大図である。
図２ａは、導水路等のコンクリート覆工２に、大きな亀裂３が入った状態が示されており、該亀裂３に充填されるグラウト材（グラウト＋ＰＳＭ）５は、該亀裂３を塞ぐことなく、導水路へ流下している。
また、同コンクリート覆工２の外周部を覆う地盤６は主に角礫８０ｍｍ以上の粗い礫からなり、グラウト材（ＰＳＭ５１＋グラウト５２）５は、地盤６を形成する骨材の間隙を通過して下方へ流下している。
図３ａは、同じく導水路等のコンクリート覆工２に、亀裂３が入った状態が示されており、該亀裂３に充填されたグラウト材（グラウト＋ＰＳＭ）５は、コンクリート覆工２の表面部にＰＳＭ５１を残し、グラウト５２だけが導水路１へ流下している。
また、同コンクリート覆工２の外周部を覆う地盤６は主に角礫４０〜８０ｍｍの小〜中礫からなり、地盤６の表面部にＰＳＭ５１を残してグラウト５２は下方へ流下している。
何れの場合においても、導水路等のコンクリート覆工２に生じた亀裂３、その外周部を覆う地盤６に対して、グラウト材５が良好な状態で充填されていない。
【００１３】
図４ａは、同じく導水路等のコンクリート覆工２に入った亀裂３に対して充填されたグラウト材（ＰＳＭ５１＋グラウト５２）は、亀裂部３から下方へ流下することなく、亀裂部３を圧力閉塞している。
また、同コンクリート覆工２の外周部を覆う地盤６は、砂、円礫４０〜８０ｍｍからなり、地盤６の骨材間に流下することなく表面部を圧力閉塞している。  
そこで、効率的なグラウト材として、改良ゾーン以外へのグラウト材の逸走が少なく、リークを極力低減させる研究を重ねてきた結果、セメントベントナイトに軽量骨材であるＰＳＭを添加することにより目詰まりし易くなり、リークおよび逸走防止効果が期待できることを確認することができた。
本願の発明は、導水路等のコンクリート覆工２に設けたパイプ７から注入されるＣＢＭ等に、産業廃棄物であるＰＣＭを添加することにより、図４ａに示す状態で亀裂部及び地盤等を閉塞するものである。
【００１４】
より効果的なグラウト材を確認するため、表１に示す３種類の基本配合別のＰＳＭ添加セメントベントナイトグラウト材で、粘性試験として３種類のＰＳＭ添加セメントベントナイトグラウト材の粘性変化を、注入試験として模擬地盤（川砂利２０〜４０ｍｍ、砕石２０〜４０ｍｍ）・クラック（５．０ｍｍ）の目詰まり状況の観察、圧送試験として、ポンプ形式別の施工性の確認、材料分離を行った。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
その結果、表２に示すように粘度の経時変化は、ＮＯ．２（セメントＢ＋ベントナイトｂ）タイプが、ＮＯ．１（セメントＡ＋ベントナイトａ）タイプおよびＮＯ．３（セメントＣ＋ベントナイトｃ）タイプに比べると小さい粘度であった。粘度は３種類とも時間が経つにしたがって緩やかに増加するが、ＮＯ．１タイプは値練混ぜ２４０ｍｉｎ以降に急激に増加した。
これらの粘性測定結果から以下のことが分かった。
イ．ＮＯ．２タイプが小さく、ＮＯ．３タイプ、ＮＯ．１タイプの順で大きくなることが分かった。
ロ．３タイプとも、練混ぜ１５〜３０ｍｉｎにおいて粘性が安定し、徐々に粘性が増加する傾向がある。
ハ．ＮＯ．１タイプの特徴として１８０ｍｉｎ以降において急激に粘度が大きくなることが分かった。
【００１７】
【表２】
2005132684.tif 000004
【００１８】
表３は、グラウト種別の流出量を示し、５．０ｍｍスリットの場合の流出量は、
ＮＯ．２（セメントＢ＋ベントナイトｂ）＜ＮＯ．１（セメントＡ＋ベントナイトａ）＜ＮＯ．３（セメントＣ＋ベントナイトｃ）の順で、ＮＯ．２タイプの目詰まりが早く発生し、流出量が少なかった。
流出量は、各ケースともＮＯ．２タイプが、ＮＯ．１、ＮＯ．３タイプに比べると３〜４分の１程度の量であった。よって、目詰まり効果が高い（閉塞し易い）タイプは、ＮＯ．２タイプであることが分かった。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
注入ポンプから５０ｍ地点に流量・圧力測定装置を取り付け、安定後１分毎に１０分間管内圧力および流量を測定した結果、管内圧力は１．０５〜１．１０ＭＰａ、流量は６３〜６５ｌ／ｍｉｎの範囲でほぼ安定しており、圧送ラインの途中（ジョイント部）でＰＳＭが詰まった場合に生じる圧力の上昇や流量の変動はなかた。
また、グラウトを５４０ｍ圧送した場合の圧送ホース内圧力の変動も、流量が６０ｌ／ｍｉｎに安定した時点から測定を開始し、１分毎に１０分間実施した。測定開始から３分間に５０ｍ地点と１００ｍ地点の圧力損失がない状態であったが、４分以降は概ね正常値に戻った。測定４〜１０分における圧送ホース内の圧力はほとんど変動がなく、ほぼ直線状であることから一定の比率で圧力が損失することが分かった。したがって、各地点での圧力に大きな変動がないことから、今回使用したポンプ、圧送ホースおよびジョイントを用いることで安定した圧送が可能であることが分かった。
ＰＳＭの添加方法は出来上がったセメントベントナイトにＰＳＭ（Ｌサイズ）を６０ｋｇ／ｍ３ 投入し、３分間高速ミキサーで攪拌した。ＰＳＭがミキサーの底部に残留したり、固まりが発生して浮き上がることはなかった。その結果均一なグラウトを作製することができた。これはＰＳＭの比重がセメントベントナイトの液体比重とほぼ同じであることで、なじみが良い添加材であることが分かった。
【００２１】
これらの試験の結果から、
１．粘性試験
ａ、粘性は、ＮＯ．２タイプ＜ＮＯ．３タイプ＜ＮＯ．１タイプの順で大きくなる。
ｂ、粘性は練混ぜ後１５〜３０ｍｉｎ経過して安定し、徐々に増加する傾向がある。
ｃ、ＮＯ．１タイプは、１８０ｍｉｎ以降において急激に粘度が大きくなる。
２．注入試験
ａ、５ｍｍのスリットでは、ＮＯ．２タイプ＞ＮＯ．１タイプ＞ＮＯ．３タイプの順で閉塞し易い。
ｂ、玉石２０〜４０ｍｍ並びに砕石２０〜４０ｍｍの場合は、ＮＯ．２タイプ＞ＮＯ．３タイプ＞ＮＯ．１タイプの順で閉塞し易い。
３．圧送試験
ａ、ＰＳＭの添加量６０ｋｇ／ｍ３ では材料分離や沈降は発生しない。
ｂ、コンクリート用ポンプおよび２インチのグラウトホースで５００ｍ圧送できる。
【００２２】
表４は、ひび割れを幅５×長さ１５０ｍｍ、ベースＣＢＭは、ＮＯ．１を使用した場合のリーク防止効果をグラフで示すもので、コンクリート覆工やトンネル周辺の地層に発生しているひび割れが５ｍｍ程度であれば、３０ｋｇ／ｍ３  程度のＰＳＭを添加することによって、著しいリーク防止効果があることを確認することができる。
【００２３】
【表４】
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【００２４】
表５は、上記したように、ひび割れを幅５×長さ１５０ｍｍ、ベースＣＢＭはＮＯ．１を使用し、３０ｋｇ／ｍ３のＰＳＭを添加したときの作用圧力によるリーク量の変化をグラフで示すもので、リーク防止効果がひとたび生じれば、その後に０．１ＭＰａ程度の圧力が作用しても、その効果が損なわれることのないことが確認できる。
【００２５】
【表５】
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【００２６】
表６は、ＰＳＭ添加による圧縮強度の変化をグラフで示すもので、ＣＢＭには１Ｎ／ｍｍ３程度の圧縮強度が求められるが、表６に示すとおり、ＰＳＭ混入ＣＢＭは、プレーンＣＢＭより若干圧縮強度が大きくなっている。
【００２７】
【表６】
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【産業上の利用可能性】
【００２８】
ＰＳＭは、無機質で、不燃材料で、軽量で、未燃カーボンが少なく、白色又は淡い灰色で、有害物質を含んでなく、アルカリ性であり、これらの特徴を活かす用途して、建設資材、土壌改良材、製鐵酸化防止材、園芸用培土として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）トンネル、導水路等の軸に対して垂直に切断した断面図である。            （ｂ）同トンネル、導水路等の軸に対して平行に切断した断面図である。
【図２】（ａ）導水路等のコンクリート覆工に生じたクラックとグラウト材との関係             を示す断面拡大図である。                                              （ｂ）その外周部を囲む地盤とグラウト材との関係を示す断面拡大図である。
【図３】（ａ）導水路等のコンクリート覆工に生じたクラックとグラウト材との関係             を示す断面拡大図である。                                              （ｂ）その外周部を囲む地盤とグラウト材との関係を示す断面拡大図である。
【図４】（ａ）導水路等のコンクリート覆工に生じたクラックとグラウト材との関係             を示す断面拡大図である。                                              （ｂ）その外周部を囲む地盤とグラウト材との関係を示す断面拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    導水路
２    コンクリート覆工
３    クラック
４    空洞部
５    グラウト材
５１  ＰＳＭ
５２  グラウト
６    地盤
７    パイプ
【図１】
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【図２】
2005132684.tif 000010
【図３】
2005132684.tif 000011
【図４】
2005132684.tif 000012