(57)【要約】【課題】型枠を用いることなく、セメント系硬化体からなる構造物を施工し、その下部に容易に空洞を形成することのできるセメント系材料、及びこのものを用いて空洞を形成する方法を提供する。【解決手段】  セメント、水及び気泡、あるいはセメント、鉱物質微紛体及び／又は砂、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料であって、（ａ）密度が液面を形成する液体の密度よりも小さいこと、（ｂ）シリンダー法によるフロー値が１２０〜２００ｍｍであること、及び（ｃ）硬化後の一軸圧縮強度が０．３〜１．５Ｎ／ｍｍ2である気泡含有セメント系材料、並びに被空洞形成部に液体を充填し、その液面上に形成された所定形状の空間部に、前記気泡含有セメント系材料を打設し、硬化させたのち、前記液体を排出する空洞形成方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料であって、密度が液面を形成する液体の密度よりも小さいことを特徴とする気泡含有セメント系材料。
【請求項２】
セメント、鉱物質微粉体及び／又は砂、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料であって、密度が液面を形成する液体の密度よりも小さいことを特徴とする気泡含有セメント系材料。
【請求項３】
シリンダー法によるフロー値が１２０〜２００ｍｍである請求項１又は２に記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項４】
硬化後の一軸圧縮強度が０．３〜１．５Ｎ／ｍｍ2である請求項１〜３のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項５】
鉱物質微粉体とセメントとの使用割合が、質量比で５０：５０〜９０：１０である請求項２〜４のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項６】
鉱物質微粉体が、炭酸カルシウムを８０質量％以上含有し、かつ粉末度が２５００〜６０００ｃｍ2／ｇの石灰石微粉体である請求項２〜５のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項７】
砂とセメントとの使用割合が、質量比で０：１００〜４０：６０である請求項２〜６のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項８】
さらに、起泡剤を含む請求項１〜７のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項９】
さらに、減水剤を含む請求項１〜８のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料。
【請求項１０】
被空洞形成部に液体を充填し、その液面上に形成された所定形状の空間部に、請求項１〜９のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料を打設し、硬化させたのち、前記液体を排出することを特徴とする空洞形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡含有セメント系材料及びそれを用いた空洞形成方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、液面上施工用のセメントエアミルク又はエアモルタルからなり、かつ液面を形成する液体よりも小さい密度を有し、液面上空間部に打設して硬化させることができる気泡含有セメント系材料、及びこのセメント系材料を、被空洞形成部に充填された液体の液面上空間部に打設して硬化させたのち、該液体を排出することにより、型枠などを必要とせずに、容易に空洞を形成し得る方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント系材料を用いて、下部に空洞を形成する場合には、予め除去可能な型枠を作製し、そこへセメント系材料を打設して硬化させたのち、型枠を除去する方法が主に用いられている。
しかしながら、このような方法においては、型枠を除去するためのスペースが必要となる上、形成する空洞によっては、型枠の作製や取り付け、あるいは除去が困難になる場合がある。
ところで、気泡を含有するセメント系材料としてセメントエアミルクやエアモルタルなどが知られている。
【０００３】
セメントエアミルクは、セメントに水を加え、起泡処理を施してなるものであって、例えば土木建造物の裏込め、空隙充填、軽量盛土及び埋立てなどに好適に用いられる。このようなセメントエアミルクについては、例えば高流動性、材料／水分離又は材料／気泡分離に対する防止性を有し、充填性、施工性に優れ、したがって、所望の単位体積重量及び強度を有する硬化体を得ることができるセメントエアミルクの製造方法、具体的には、セメントに、予め、メタカオリンを含む無機系の添加物を混合してセメント系混合物を調製し、これに水を加えてセメントミルクを得、このセメントミルクに起泡処理を施して、シリンダー法によるフロー値を２００〜５００ｍｍに調整するセメントエアミルクの製造方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、エアモルタルは、セメント、細骨材及び水を含む混合物に起泡処理を施してなるものであって、例えば基礎下空隙充填工法、シールドセグメント裏込め工法及び地中空洞埋戻し工法などに好適に用いられる。このようなエアモルタルについては、例えばセメント１〜５重量％、鉱物質微粉末１０〜３０重量％、砂４５〜６５重量％及び水２０〜２５重量％を含有し、かつ気泡が２５〜４５％（ｖ／ｖ）混入されている基礎下空隙充填用気泡モルタル（例えば、特許文献２参照）、あるいは、施工性が良好で、水が存在する場所やひび割れ等の空隙のある場所に充填しても材料分離や逸流することなく施工することが可能であるエアモルタル、具体的には、気泡を含むモルタル、水溶性ポリマー及び減水剤を含有してなるエアモルタルが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
しかしながら、これらのセメントエアミルクやエアモルタルは、前記した用途に用いられるセメント系材料であって、水などの液体の液面上に打設して硬化させる用途に用いられるものではない。
このように、セメントエアミルクやエアモルタルを水などの液体の液面上に打設して硬化させる技術は、これまで見出されていない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１２９５９号公報
【特許文献２】特許第２６４９０９２号公報
【特許文献３】特開２００１−１４６４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような状況下で、型枠を用いることなく、セメント系硬化体からなる構造物を施工し、その下部に容易に空洞を形成することのできるセメント系材料、及びこのものを用いて空洞を形成する方法を提供す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】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、型枠の代わりに液面を利用することに着目し、液面を形成する液体よりも密度が小さいセメントエアミルク又はエアモルタルが、液面上施工用のセメント系材料として、その目的に適合し得ることを見出した。
また、被空洞形成部に液体を充填し、その液面上の空間部に前記セメント系材料を打設して硬化させたのち、該液体を排出することにより、空洞を容易に形成し得ることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、
（１）セメント、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料であって、（ａ）密度が液面を形成する液体の密度よりも小さいことを特徴とする気泡含有セメント系材料；
（２）セメント、鉱物質微粉体及び／又は砂、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料であって、密度が液面を形成する液体の密度よりも小さいことを特徴とする気泡含有セメント系材料；
（３）シリンダー法によるフロー値が１２０〜２００ｍｍである上記（１）又は（２）に記載の気泡含有セメント系材料；
（４）硬化後の一軸圧縮強度が０．３〜１．５Ｎ／ｍｍ2である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料；
（５）鉱物質微粉体とセメントとの使用割合が、質量比で５０：５０〜９０：１０である上記（２）〜（４）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料；
（６）鉱物質微粉体が、炭酸カルシウムを８０質量％以上含有し、かつ粉末度が２５００〜６０００ｃｍ2／ｇの石灰石微粉体である上記（２）〜（５）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料；
（７）砂とセメントとの使用割合が、質量比で０：１００〜４０：６０である上記（２）〜（６）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料；
（８）さらに、起泡剤を含む上記（１）〜（７）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料；
（９）さらに、減水剤を含む上記（１）〜（８）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料；及び
（１０）被空洞形成部に液体を充填し、その液面上に形成された所定形状の空間部に、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の気泡含有セメント系材料を打設し、硬化させたのち、前記液体を排出することを特徴とする空洞形成方法；
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液面上施工用のセメントエアミルク又はエアモルタルからなり、かつ液面を形成する液体よりも小さい密度を有し、液面上空間部に打設して硬化させることができる気泡含有セメント系材料を提供することができる。
また、前記気泡含有セメント系材料を、被空洞形成部に充填された液体の液面上空間部に打設して硬化させたのち、該液体を排出することにより、型枠などを必要とせずに、容易に空洞を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の気泡含有セメント系材料には、以下に示す２つの態様、すなわち（１）セメント、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料（以下、セメントエアミルクと称することがある。）、及び（２）セメント、鉱物質微粉体及び／又は砂、水及び気泡を含む液面上施工用のセメント系材料（以下、エアモルタルと称することがある。）がある。
前記セメントエアミルク及びエアモルタルに用いられるセメントについては特に制限はなく、例えば普通セメント、早強セメント、超早強セメント、白色セメント、及び耐硫酸塩セメントなどの各種ポルトランドセメント、並びに、これらの少なくとも１種と、高炉スラグ、及び／又はフライアッシュなどとの混合物からなる混合セメントから選ぶことができる。
前記セメントエアミルクにおいて、セメントと水の割合は、フロー値及び硬化体の強度の点から、質量比で７０：３０〜３０：７０が好ましく、特に６０：４０〜４０：６０が好ましい。
【００１２】
前記エアモルタルにおいては、細骨材として鉱物質微粉体及び／又は砂が用いられる。当該鉱物質微粉体は、セメントの配合量を調節するために配合される。この鉱物質微粉体としては、炭酸カルシウムを８０質量％以上含有し、粉末度が２５００〜６０００ｃｍ2／ｇ程度である石灰石微粉体が好適である。この粉末度が上記の範囲にあれば、エアモルタルは適度の粘性を有し、モルタル材料の分離を抑制し得ると共に、他の材料との混和も容易となる。
砂としては、通常この分野で用いられる川砂、砂利、山砂、珪砂、寒水石、砕砂などが使用できる。特に、その最大粒径が２．５ｍｍ以下のものが好適に使用される。
エアモルタルにおいて、鉱物質微粉体とセメントとの含有割合は、質量比で、５０：５０〜９０：１０の範囲が好ましい。該含有割合が上記範囲にあれば、硬化体の強度、流動性及び経済性が適度にバランスして好ましい。より好ましい含有割合は６０：４０〜８５：１５である。
また、砂とセメントとの含有割合は、エアモルタルの密度及び砂の分離の抑制などの面から、質量比で０：１００〜４０：６０好ましく、特に０：１００〜２０：８０が好ましい。
このエアモルタルにおける水の含有量は、エアモルタルのフロー値及び硬化体の強度などの面から、通常２０〜４０質量％程度、好ましくは２５〜３５質量％である。
【００１３】
本発明のセメントエアミルク及びエアモルタルにおいては、所望により、従来セメント系材料に使用されている公知の各種混和剤、例えば減水剤、遅延剤及び急結剤などから選ばれる少なくとも１種を含有させることができる。この場合、その含有量は、セメントに対して、それぞれ５質量％以下であることが好ましい。前記混和剤の中では、特に減水剤を含有させるのがよい。
本発明で用いる減水剤については特に制限はなく、従来公知の減水剤の中から任意の減水剤を適宣選択して使用することができる。この減水剤としては、例えばリグニンスルホン酸塩又はその誘導体、アルキルアリールスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中で、瞬時に増粘する面から、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸塩、及びアルキルアリールスルホン酸ホルマリン縮合物が好ましく、減水剤として、２種以上を使用する場合はこれらを含むことが好ましい。減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント１００質量部に対して、０．０５〜５質量部が好ましい。減水剤の使用量がこの範囲にあれば増粘効果が発揮されると共に、硬化体の強度も良好である。減水剤のより好ましい使用量は０．１〜３質量部である。
【００１４】
前記減水剤は、均一に混合できる面や輸送しやすさなどから、水溶液の形態で用いることが好ましい。水溶液の濃度については特に制限はないが、できるだけ高濃度にすることが好ましい。
また、急結剤としては、アルミン酸塩系、硫酸塩系、炭酸塩系、ケイ酸塩系、及びカルシウムアルミネート系等がある。これらのうち、凝結性や強度発現性の面からカルシウムアルミネート系が好ましい。カルシウムアルミネート系は単独でも急結剤として使用できるが、アルミン酸塩、硫酸塩、及び炭酸塩などの無機塩と併用することも可能である。これらのうち、無機塩としては硫酸塩である石膏が好ましい。この急結剤を使用することにより、減水剤によるセメントの水和遅延を改善することができる。
【００１５】
本発明のセメントエアミルク及びエアモルタルは液面上施工用であり、したがって、その密度は、液面を形成する液体の密度より小さいことを要す。例えば、前記液体が水である場合には、該セメントエアミルク及びエアモルタルの密度は１ｇ／ｃｍ3未満である。しかし、この密度が小さすぎると気泡量が多くなりすぎて硬化体の強度が低くなる。したがって、液体が水の場合、セメントエアミルクの好ましい密度は０．４〜０．８ｇ／ｃｍ3であり、より好ましい密度は０．４５〜０．７ｇ／ｃｍ3である。一方、エアモルタルの好ましい密度は０．７〜０．９５ｇ／ｃｍ3であり、より好ましい密度は０．７５〜０．９ｇ／ｃｍ3である。
【００１６】
また、本発明のセメントエアミルク及びエアモルタルにおいては、シリンダー法によるフロー値が１２０〜２００ｍｍであることが好ましい。このフロー値が１２０ｍｍ以上であればセメントエアミルクやエアモルタルのポンプ圧送が可能であり、２００ｍｍ以下であればセメントエアミルクやエアモルタルの材料／水分離や材料／気泡分離が生じにくくなり、均一な硬化体を得ることが可能である。より好ましいフロー値は、１３０〜１９０ｍｍである。
なお、このシリンダー法によるフロー値は、下記の方法で測定される値である。
＜シリンダー法によるフロー値の測定＞
水平なアクリル板上に、内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒を置き、セメントエアミルク又はエアモルタルを入れて、円筒を引き上げた際に生じる円形状の広がりの長・短径を測定し、その平均値を求める。
【００１７】
さらに、本発明のセメントエアミルク及びエアモルタルにおいては、硬化後の一軸圧縮強度が０．３〜１．５Ｎ／ｍｍ2であることが好ましい。この一軸圧縮強度が上記の範囲にあれば、硬化体の機械的強度が実用上十分であると共に、再掘削も容易である。より好ましい硬化後の一軸圧縮強度は０．５〜１．５Ｎ／ｍｍ2である。
なお、本発明における「硬化後の一軸圧縮強度」は、セメントエアミルク又はエアモルタルを、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱体に成形して、ＪＩＳ  Ａ  １２１６に規定されている土の一軸圧縮強度試験方法で測定されたものである。
【００１８】
次に、本発明のセメントエアミルク及びエアモルタルを製造する方法について説明する。
セメントエアミルク及びエアモルタルの製造方法に特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えばセメント又はセメント系混合物に水を添加し、さらに必要に応じ各種混和剤を加えてセメントミルクやモルタルの調製し、これに起泡処理を施すことにより、セメントエアミルクやエアモルタルが得られる。前記セメントミルクやモルタルの調製と起泡処理は、順次に行ってもよいし、同時に行なってもよい。
起泡処理の方法としては、例えばミキサー中でセメントミルクやモルタルと起泡剤とを激しく攪拌して、気泡をセメントミルクやモルタル中に含有させる方法、あるいは起泡剤を含む水溶液を空気と共に発泡機に供給して発泡させて得られた気泡、例えばシェビングクリーム状の泡を、セメントミルクやモルタルに均一かつ連続的に混入する方法などを用いることができる。これらの方法の中で、後者の方法が好適である。
【００１９】
このようにして得られたセメントエアミルクやエアモルタル中の気泡の量は、セメントエアミルクやエアモルタルの密度が、それぞれ前述した範囲になるように調整される。
気泡の大きさは、粒子径が１０〜１０００μｍ程度であることが好ましい。粒子径が上記範囲にあれば、気泡は消泡しにくく、かつ分散性が良好である。
前記起泡剤については、特に制限はなく、従来公知の起泡剤の中から任意のものを適宣選択して用いることができる。該起泡剤としては、例えば各種のアニオン性、カチオン性、ノニオン性、両性などの界面活性剤、あるいはタンパク質誘導体などが挙げられる。これらの起泡剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合せて用いてもよい。
このようにして得られたセメントエアミルクやエアモルタルからなる本発明の気泡含有セメント系材料は、液面上施工用として用いられ、例えば以下に示す空洞の形成に用いることができる。
【００２０】
次に、前述の本発明の気泡含有セメント系材料を用いて、空洞を形成させる方法について説明する。
本発明の空洞形成方法によれば、被空洞形成部に液体を充填し、その液面上に形成された所定形状の空間部に、前述の本発明の気泡含有セメント系材料を打設し、硬化させたのち、前記液体を排出することにより、空洞を形成させる。
この方法において、被空洞形成部に充填される液体としては、通常水道水、海水、湖水、河川水、地下水などの水が用いられる。本発明においては、液面上に形成された所定形状の空間部に打設される気泡含有セメント系材料として、密度が前記液体よりも小さいセメントエアミルク又はエアモルタルが用いられるため、これらは液面下に沈むことがない。
また、使用するセメントエアミルク又はエアモルタルは、シリンダー法によるフロー値が１２０〜２００ｍｍ程度に制御されているため、材料／水分離や材料／気泡分離が生じにくく均質な硬化体が得られる。
【００２１】
セメント系材料を用いて、下部に空洞を形成する場合、これまで、予め除去可能な型枠を作製し、そこへセメント系材料を打設して硬化させたのち、型枠を除去する方法が主に用いられてきた。
このような従来の方法においては、型枠を除去するためのスペースが必要となる上、形成する空洞によっては、型枠の作製や取り付け、あるいは除去が困難になる場合があった。
これに対し、本発明の空洞形成方法においては、液面上施工用のセメント系材料として液面を形成する液体よりも密度の小さいセメントエアミルク又はエアモルタルを用い、液面を型枠代わりに利用して液面上空間部に打説し、硬化させたのち、前記液体を排出して空洞を形成させる。したがって本発明の方法は、型枠を必要としないため、型枠を用いる場合に生じる前記問題を解決することができる。
【００２２】
さらに、本発明の方法においては、液体を用い、その液面上に気泡含有セメント系材料（セメントエアミルク又はエアモルタル）を打設し、硬化後該液体を排出して空洞を形成させるため、いかなる形状の空洞も容易に形成することができる。
空洞の具体的な形成方法としては、例えばＵ字溝などの両端を遮断して、水などの液体を流し込み、その液面上にセメントエアミルク又はエアモルタルを打設し、硬化させたのち、下部の液体を排出することにより、空洞を形成する方法などを挙げることができる。
本発明の空洞形成方法は、上部にセメント系硬化体からなる構造物が施工されてなる空洞であれば、いかなる空洞に対しても適用することができる。例えば側溝、農業用水路、地下道などの形成に適用することができる。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、エアモルタル及びセメントエアミルクの性状を、以下に示す方法に従って求めた。
（１）ブリージング率
土木学会基準（ＪＳＣＥ−１９８６：プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリージング率及び膨張率試験方法）に基づき行った。
（２）フロー値
明細書本文記載の方法に従って、シリンダー法によるフロー値を測定する。
（３）一軸圧縮強度
７日及び２８日経過後の硬化体について、明細書本文記載の方法に従って測定する。
【００２４】
実施例１
高炉セメントＢ種１１５ｋｇ、石灰石微粉体（ＣａＣＯ3含有量９０質量％以上、粉末度２５００ｃｍ2／ｇ）４６１ｋｇ、水２３０ｋｇ及び減水剤［花王社製、商品名「マイティ３０００Ｒ」］０．４６ｋｇを混練してモルタルを調製した。
一方、水２１．５ｋｇに、起泡剤［第一化成社製、商品名「スミシールドＡＳ―１」］０．９３ｋｇを溶解させてなる水溶液を発泡機［住友大阪セメント社製、型名「ＵＣ―２型」］に供給して発泡させ、この発泡液を発泡機から、前記モルタルに直接に混入して、密度０．８４ｇ／ｃｍ3のエアモルタルを調製した。
このエアモルタルの性状を、各成分含有量とともに第１表に示す。
なお、このエアモルタルは、材料分離は起こらず、かつ水面上に打設した場合に、水の濁りは認められなかった。
【００２５】
実施例２
高炉セメントＢ種２６８ｋｇ、水２１９ｋｇ及び減水剤（前出）０．４５ｋｇを混練してセメントミルクを調製した。
一方、水２６．５ｋｇに、起泡剤（前出）１．１５ｋｇを溶解させてなる水溶液を発泡機（前出）に供給して発泡させ、この発泡液を発泡機から、前記セメントミルクに直接混入して、密度０．５２ｇ／ｃｍ3のセメントエアミルクを調製した。
このセメントエアミルクの性状を、各成分含有量と共に第１表に示す。
なお、このセメントエアミルクは、材料分離は起こらず、かつ水面上に打設した場合に水の濁りは認められなかった。
【００２６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の気泡含有セメント系材料は、液面上施工用のセメントエアミルク又はエアモルタルからなり、かつ液面を形成する液体よりも小さい密度を有し、液面上空間部に打設して硬化させることができる。この気泡含有セメント系材料を被空洞形成部に充填された液体の液面上空間部に打設して硬化させたのち、該液体を排出することにより、型枠などを必要とせずに、容易に空洞を形成することができる。