(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライアッシュと、セメントとを重量混合比で、８：２〜２：８の割合で混合した硬化材と、前記セメント量（ニ液混合型中込め注入材の単位容積あたり３５０ｋｇ/ｍ３以上である）に対して０．１〜２重量％の遅延剤、前記硬化材量に対して８０〜６００重量％の水とを混合してなる硬化材スラリーA液と、珪酸ソーダ水溶液からなるB液とを、A液：B液＝９８：２〜９６：４の体積比で混合することを特徴とする二液混合型中込め注入材。
【請求項２】
フライアッシュと、セメントとを重量混合比で、８：２〜２：８の割合で混合した硬化材と、前記セメント量（ニ液混合型中込め注入材の単位容積あたり３５０ｋｇ/ｍ３以上である）に対して０．１〜２重量％の遅延剤、前記硬化材量に対して８０〜６００重量％の水とを混合してなる硬化材スラリーA液と、珪酸ソーダ水溶液からなるB液とを、別々に圧送し、注入箇所直前でA液：B液＝９８：２〜９６：４の体積比となるように混合することを特徴とする二液混合型中込め注入材。
【請求項３】
フライアッシュと、セメントとを重量混合比で、８：２〜２：８の割合で混合した硬化材と、前記セメント量に対して０．１〜２重量％の遅延剤、前記硬化材量に対して８０〜６００重量％の水とを混合してなる硬化材スラリーA液が、更に無機質粘土鉱物からなる増粘材を前記A液１ｍ３当たり８０ｋｇ以下、又は更に有機質増粘材を前記A液１ｍ３当たり５ｋｇ以下の割合で含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の二液混合型中込め注入材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、中込め注入材、特に止水性確保を目的とするトンネル二次履工用の中込め注入材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法によるトンネル工事では、その機構上、掘削された地山とセグメントとの間に隙間が発生し、この隙間を埋める為に裏込め材が注入される。この裏込め材として、各種硬化材スラリーに砂、泡、繊維等を混入した、所謂「一液性材料」が従来より使用されてきたが、これらの材料は、短期強さ発現性に乏しく、さらに掘削時又は掘削後、地下水や泥水等によって希釈されやすいという問題点があった。そこで最近では、短期強さ発現性に優れ、水に希釈されにくい特性を持つ材料、即ち、硬化材スラリーと珪酸ソーダ水溶液を、注入箇所直前で混合し注入する「二液混合型材料」が検討され、この材料が、隙間を残さず完全に注入されれば、トンネル・セグメント内の漏水は無くなると期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし実際には、切羽から隙間に入り込んだ土砂等の影響により、空洞部に裏込め材を完全に注入することは難しく、その為、漏水が止まることは少なく、通常、止水性を目的として何らかの二次履工が行われているのが現状である。
【０００４】
二次履工の方法としては、セグメントの表面にコンクリート材料を内張り、或いは防水シートを組み合わる方法が一般的であるが、より完全に漏水防止を行う方法として、施工トンネル内部に鋳鉄管等の内管を設置し、そしてトンネル内部と内管との中空部に中込め材を充填する方法も提案されている。この中込め材は、裏込め材と同様、空間部を充填する事を目的としているから、一般的には裏込め材を中込め材としてそのまま利用することも少なくない。
【０００５】
しかし上記のように、充填箇所に多量の漏水があり、止水性を目的とする中込め材として、従来の裏込め材を使用しても、止水効果は少ないため利用しずらいという課題があった。即ち、一液性材料では、当然、材料が希釈され、止水性はおろか耐久性も期待できないのに対し、二液性材料でもゲル化するまでの間に材料が希釈されやすく、不均一な材料となりやすい為に、いずれにしても漏水が発生しやすくなるからである。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて鋭意検討してなされたものであり、止水性に優れることは勿論のこと、注入性、耐久性に優れる中込め材料を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的は、フライアッシュ＿と、セメントとを重量混合比で、8：2〜2：8の割合で混合した硬化材と、前記セメント量に対して0．1〜2重量％の遅延剤、前記硬化材量に対して80〜600重量％の水とを混合してなる硬化材スラリーA液と、珪酸ソーダ水溶液からなるB液とを、A液：B液＝99：1〜94＝6、好ましくは98：2〜96：4の体積比で混合することを特徴とする一液性、又は二液混合型中込め注入材によって達成される。
【０００８】
また、硬化材スラリーＡ液が、更に無機質粘土鉱物からなる増粘材を前記Ａ液１ｍ３当たり８０ｋｇ以下の割合で含む中込め注入材によって達成される。
【０００９】
また、硬化材スラリーＡ液が、更に有機質増粘剤を前記Ａ液１ｍ３当たり５ｋｇ以下の割合で含む中込め注入材によって達成される。
【００１０】
【発明の実態の形態】
従来、裏込め材の特性としては、施工を容易とする為の流動性と、地山の沈下量を抑制する為の短期強さ発現性が特に求められている。この要求特性を達成する為に、それぞれ流動性に優れている硬化材スラリーＡ液と珪酸ソーダ水溶液Ｂ液を別々に圧送し、注入箇所直前で混合、注入後、可塑状態を数十分間保った後、順調に強さを発現し、１時間後には地山相当の強さとなり、地山の沈下を抑制することができる「二液混合型材料」が裏込め材として使用されている。ここで、硬化材スラリーに対する珪酸ソーダ水溶液混合量は、一般的には通常７体積％以上、最低でも５体積％以上である。これは、この混合量より少ない量では所定材令後に地山相当の強さが得られない為である。
【００１１】
またゲル化時間は、珪酸ソーダ水溶液の混合量が多い程長くなるが、上記のように混合量を５体積％以上にする必要があることや、ゲル化後の混合が実質困難になること、さらに注入箇所が複数である場合にゲル化時間が短いと注入圧がばらばらとなり施工管理しにくいこと等から、裏込めの場合のゲル化時間は１０秒前後に調整される場合が多かった。
【００１２】
しかしこの場合の材料を、水分が多量に存在する充填箇所に注入すると、ゲル化する迄の間に硬化材スラリーが希釈されやすくなるから、止水性を第一の目的とする中込め材には適応できなかった。そこで本発明材料のＢ液混合量は、珪酸ソーダ水溶液を６体積％以下、好ましくは４体積％以下とした。これは、ゲル化時間をできる限り短くし、水分による希釈を極力抑制しようとしたものである。
【００１３】
そして、本発明材料は、ゲル化後の強さが裏込め材と比べて非常に弱い為に、ゲル化後の混合も可能で均一となりやすく、また注入性にも優れている。さらに、数日後以降の長期強さ発現性は珪酸ソーダ水溶液が少ない為に、アルカリ溶出量が少なく、また、硬化材本来の働きがほとんど阻害されず長期耐久性にも優れている。
【００１４】
また、本発明材料の珪酸ソーダ水溶液混合量は１体積％以上としているが、これは混合量が１体積％より少なくなると２液混合後でも浮き水量が生じる為である。
【００１５】
ここで、珪酸ソーダ水溶液としては、ＪＩＳ  Ｋ１４０８によって規定される２号、３号は勿論のこと、ＳｉＯ２量が２０〜４０％、Ｎａ２Ｏ量が３〜２０％程度のものが好適に使用される。
【００１６】
次に、本発明材料の硬化材は、フライアッシュとセメントの混合物である。フライアッシュは、セメント粒子よりも形状が細かく、その殆どが球状粒子であり、微粉末効果でセメント粒子に入り込み、さらにセメントがゼータ電位を持つ為に、セメントと凝集しブリージング率を少なくすることができる。この効果はフライアッシュの平均粒径が１０μｍ以下の場合に顕著になるので、平均粒径１０μｍ以下のフライアッシュの使用が好ましい。
【００１７】
ここで、セメントとしては、各種ポルトランドセメント、特に普通及び早強ポルトランドセメントが好適に使用されるが、高炉セメント等の混合セメントを使用することも可能である。
【００１８】
通常、裏込め材の場合、セメントを全く配合しない場合を除いて硬化材中のフライアッシュは多い程好ましいとされている。それは、フライアッシュには溶出性Ｃａ２＋イオンがほとんど無く、Ｂ液の珪酸ソーダ溶液と直接反応しない為、Ａ液中にフライアッシュが多くなると、Ａ液とＢ液混合直後のゲル化強さは弱くなり、変形係数を低下させることができ、注入性が大幅に向上するからである。
【００１９】
本発明では、Ｂ液の珪酸ソーダ溶液混合量が少ない為に、Ａ液とＢ液混合直後の変形係数はそれほど高くならず、硬化材申のセメントの配合比がかなり高くなっても注入は可能であるが、セメント量が多くなるすぎると、ブリージング率特性を改善する為の増粘材、可使時間を改善する為の遅延剤等をより多く配合しなければならず、経済的でなくなる。さらに、３ヵ月材令以降のフライアッシュによる緩慢なポゾラン反応を期待することができなくなるので、好ましくない。したがって、本発明では、このフライアッシュとセメントとを重量混合比で、８：２〜２：８としたものを硬化材として使用した。
【００２０】
またＡ液には可使時間の調整の為に遅延剤がセメント量に対して０．１〜２重量％配合される。これは遅延剤０．１重量％より少なく配合すると添加効果が少ないのに対し、遅延剤を２重量％より多く配合しても可使時間が改善されず、むしろ粘性力高くなる為に好ましくないからである。この遅延剤としては、グルコン酸系、クエン酸系、オキシカルボン酸系、有機リン酸系、スルホン酸系等の遅延剤を使用することができる。
【００２１】
さらに、Ａ液にはブリージング率を改善する為に、無機質増粘材や有機質増粘剤を使用する事が好ましい。無機質増粘材としては、各種ベントナイト、酸性白土等が挙げられるが、特にベントナイトが好ましく使用され、これを１ｍ３当たり８０ｋｇ以下の範囲で使用するのが好ましい。ここで、ベントナイトを８０ｋｇより多く配合すると流動性が悪化するので好ましくない。
【００２２】
また、有機質増粘剤としては、セルロース系、アミド系、バイオポリマー系等が使用される。この増粘剤を使用すると比較的流動性を悪化させずに、Ａ液のブリージング率を改善することができるが、必要以上に配合するとやや強度の発現が阻害される。したがって、有機質増粘剤は１ｍ３当たり５ｋｇ以下の範囲で使用するのが好ましい。
【００２３】
前記硬化材、遅延剤、増粘材等を水に配合してＡ液は作製される。ここで、Ａ液の水分量は、硬化材に対して８０〜６００重量％である。これは、８０重量％より小さいと、流動性が悪化するため好ましくなく、６００重量％より大きくなると強さ発現性に劣り、Ａ液のブリージング率が大きくなるので好ましくないからである。
【００２４】
以上、本発明を注入箇所直前で混合する二液混合型材料を想定して説明してきたが、本発明は、珪酸ソーダ水溶液Ｂ液を硬化材スラリーＡ液に事前に混合する一液性材料として使用しても良い。また、使用用途も中込め材に限定されず、例えば強さ特性よりも止水性に重点を置く裏込め材等にも適用できることはもちろんのことである。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施例と比較例に基づき本発明をさらに説明するが、本実施例は例示であり本発明の範囲を限定するものではない。
１）使用材料
早強セメント：秩父小野田（株）製  早強ポルトランドセメント
ＪＩＳフライアッシュ：四国電力（株）製  ＪＩＳフライアッシュ
分級フライアッシュ：秩父小野田（株）製  商品名「小野田スーパーフロー」
一般ベントナイト：（株）豊順洋行製  商品名「はるな」
メチルセルロース系増粘剤：島津メカニックス（株）製  商品名「ＳＰ−Ｇ」
グルコン酸系遅延剤：島津メカニックス（株）製  商品名「ＳＰ−Ｒ」
珪酸ソーダー水溶液：島津メカニックス（株）製  商品名「ＳＰ−９０」
ここで、本実験で使用した硬化材の性状を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004005161.tif 000002
【００２７】
２）実験方法
実験で試作した裏込め材料注入材料１ｍ３当たりの配合表を、表２にまとめて示した。
【００２８】
【表２】
0004005161.tif 000003
【００２９】
３）実験結果
まず、Ａ液試験結果を表３にまとめて示した。（なお、表３の項目では、セメントをＣ、フライアッシュをＦＡ、水をＷとそれぞれ略記している。）ここで、Ａ液試験結果におけるけるゲル化時間とは、所定配合に相当するＡ液とＢ液を混合したときに、混合直後からゲル化により流動性が失われるまでの時間であり、３秒以下が好ましい。また、フロー値とは、アクリル製の円筒形シリンダー（内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍ）にＡ液を満たし、円筒形シリンダーを引き上げたときに、Ａ液がどのくらい広がるかを測定した値であり、３０ｃｍ以上が好ましい。そして、ブリージング率とは、Ａ液５００ｃｃを分取し静置したときの浮き水量の度合いを示す値であり、２４時間後のブリージング率は３０％以下が好ましい。さらに、可使時間はＡ液が流動性を失うまでに要する時間を示し、１２時間以上であることが好ましい。
【００３０】
【表３】
0004005161.tif 000004
【００３１】
次に、Ａ液＋Ｂ液混合試験結果を表４にまとめて示した。これは、Ａ液とＢ液を混合して、一軸圧縮強さ測定用として直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱状供試体を成形し、２０°Ｃの水中で養生後に各々の養生供試体の変形係数（Ｅ５０）と一軸圧縮強さを測定した結果である。ここで、中込め材の特性としては、６０分後の変形係数が５０以下、７日の一軸圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００３２】
【表４】
0004005161.tif 000005
【００３３】
表３および表４の結果から、本発明の実施例である試験番号３及び４の条件では、中込め材として良好な特性が得られることが分かった。しかし、Ｂ液／Ａ液の混合量比が１％より少ない試験番号２の条件では浮き水が生じ、またＢ液／Ａ液の混合量が７％である試験番号５の条件では、ゲル化時間が長く、１時間後の変形係数も高すぎるので、中込め材としては好ましくなかった。。
【００３４】
また、試験番号６の条件では、使用するフライアッシュとして分級品を使用しているが、この場合、ＪＩＳ品を使用する場合に比べて、Ａ液のブリージング率が改善されることが分かった。
【００３５】
つぎに、硬化材の混合比が、セメント：フライアッシュ＝５：５と本発明の実施例である試験番号８の条件では、良好な結果が得られたが、硬化材がフライアッシュのみである試験番号７の条件ではゲル化せず、また硬化材がセメントのみである試験番号９の条件では、Ａ液のブリージング率がやや悪化し、１時間後の変形係数も高いので中込め材としては好ましくないことが分かった。
【００３６】
また、遅延剤がセメントの１％である試験番号１１の条件では、良好な結果が得られているが、遅延剤を配合していない試験番号１０の条件では、Ａ液の可使時間が短く、また遅延剤がセメントの３％である試験番号１２の条件では、可使時間が２４時間程度となり、遅延剤が１％の場合より悪化するので、好ましくないことが分かった。
【００３７】
つぎに、増粘材として普通ベントナイトを４０ｋｇ／ｍ３、及び増粘剤としてメチルセルロース系助剤を２ｋｇ／ｍ３配合した試験番号１４、１６の条件では、良好な結果が得られているが、増粘材を配合していない試験番号１３の条件では、Ａ液のブリージング率が高くなりすぎ、また、普通ベントナイトを１００ｋｇ／ｍ３配合した試験番号１５の条件では、Ａ液の粘性が高すぎる為に好ましくないことが分かった。また、メチルセルロース系助剤を１０ｋｇ／ｍ３配合した試験番号１７の条件では、Ａ液のブリージング率は０％となり、比較的良好な結果が得られているが、強度発現性がやや悪化するので好ましくなかった。
【００３８】
本発明の実施例である水／硬化材比（セメント＋フライアッシュ）が１５０％である試験番号１９の条件では、中込め材として良好な結果が得られている。しかし、水／硬化材比が６０％である試験番号１８の条件では、Ａ液のフロー値が低く、また水／硬化材比が７００％である試験番号２０の条件では、７日の一軸圧縮強度が６．２ｋｇｆ／ｃｍ３と強さ発現性に劣り、Ａ液のブリージング率も高くなるので好ましくないことが分かった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明中込め材料は、止水性に優れることは勿論のこと、注入性、耐久性に優れている材料である。従って、本発明中込め材料は、止水性が確保を目的とする、例えばトンネル二次履工用中込め材料等に好適に使用できる。