(57)【要約】【課題】氷点下で使用しても劣化しにくい裏込材を提供すること。【解決手段】スラリー状の裏込材であって、（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）ベントナイト、及び（ｃ）けい酸ソーダを含み、前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が０．９〜２．８５の範囲にあり、前記裏込材における前記（ａ）成分の濃度が４〜３０質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記ベントナイトの濃度が２０〜４０質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が１２〜７６質量％の範囲にある裏込材。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状の裏込材であって、
（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）ベントナイト、及び（ｃ）けい酸ソーダを含み、
前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が０．９〜２．８５の範囲にあり、
前記裏込材における前記（ａ）成分の濃度が４〜３０質量％の範囲にあり、
前記裏込材における前記ベントナイトの濃度が２０〜４０質量％の範囲にあり、
前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が１２〜７６質量％の範囲にある裏込材。
【請求項２】
請求項１に記載の裏込材であって、
前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が２４〜７６質量％の範囲にある裏込材。
【請求項３】
請求項１に記載の裏込材であって、
前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が２．４５〜２．８５の範囲にある裏込材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は裏込材に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル、立坑等の築造において、裏込材が使用される。裏込材は、地山の切削面と、セグメントや躯体との間に注入される。注入された裏込材は、その後固化する。裏込材として、セメントを主成分とするものが知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９１７０３号公報
【特許文献２】特開２００４−９１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トンネルや立坑等を地中で築造するための補助工法として、凍結工法が用いられることがある。凍結工法では地盤を凍結させた状態で作業を行い、作業終了後、凍結を解除する。凍結工法を用いる場合、裏込材を注入する箇所の温度は氷点下となる。従来の裏込材は、凍結工法において使用すると、固化する前に凍結することにより劣化し、固化後における強度が低下してしまった。裏込材の強度が低下すると、裏込材を注入した箇所において、地盤沈下や構造物の変形等の問題が生じるおそれがある。
【０００５】
本開示の一局面は、氷点下で使用しても劣化しにくい裏込材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、スラリー状の裏込材であって、（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）ベントナイト、及び（ｃ）けい酸ソーダを含み、前記けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が０．９〜２．８５の範囲にあり、前記裏込材における前記（ａ）成分の濃度が４〜３０質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記ベントナイトの濃度が２０〜４０質量％の範囲にあり、前記裏込材における前記けい酸ソーダの濃度が１２〜７６質量％の範囲にある。本開示の裏込材は、氷点下で使用しても劣化しにくい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一軸圧縮強さの測定結果を表すグラフである。
【図２】凍結温度の測定結果を表すグラフである。
【図３】可使時間の測定結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の実施形態を説明する。裏込材の形態はスラリー状である。裏込材は、（ａ）スラグ又はフライアッシュ、（ｂ）ベントナイト、及び（ｃ）けい酸ソーダを含む。裏込材は、その他の成分をさらに含んでもよい。その他の成分として、例えば、水が挙げられる。裏込材は、水以外の溶媒を含んでいてもよい。
【０００９】
（ａ）成分として、スラグと、フライアッシュとがある。スラグとしては、例えば、鉄鋼スラグ、非鉄スラグ等が挙げられる。裏込材における（ａ）成分の濃度は、例えば、４〜３０質量％の範囲にある。（ａ）成分の濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、（ａ）成分の質量を分子とする値である。（ａ）成分は、スラグ及びフライアッシュのうちの一方であってもよいし、両方を含んでいてもよい。
【００１０】
裏込材におけるベントナイトの濃度は、例えば、２０〜４０質量％の範囲にある。ベントナイトの濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、ベントナイトの質量を分子とする値である。
【００１１】
けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比は、例えば、０．９〜２．８５の範囲にある。また、このモル比は、例えば、２〜２．４としてもよいし、２．４５〜２．８５としてもよい。
【００１２】
裏込材におけるけい酸ソーダの濃度は、例えば、１２〜７６質量％の範囲にある。裏込材におけるけい酸ソーダの濃度とは、裏込材の全質量（水等の溶媒も含む）を分母とし、けい酸ソーダの質量を分子とする値である。
【００１３】
本開示の裏込材における配合として、例えば、以下の配合Ｉ、IIがある。配合Ｉ、IIは、それぞれ、スラグ、ベントナイト、けい酸ソーダ、及び水を含む。配合Ｉ、IIの形態はスラリー状である。
（配合Ｉ）
けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比：０．９〜２．８５（好ましくは２〜２．４）
裏込材におけるスラグの濃度：４〜３０質量％
裏込材におけるベントナイトの濃度：２０〜４０質量％
裏込材におけるけい酸ソーダの濃度：１２〜７６質量％
（配合II)
けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比：２．４５〜２．８５
裏込材におけるスラグの濃度：４〜３０質量％
裏込材におけるベントナイトの濃度：２０〜４０質量％
裏込材におけるけい酸ソーダの濃度：２４〜７６質量％
前記配合例Ｉは、以下の効果を奏する。
【００１４】
（１Ａ）常温での硬化時間が長い。
（１Ｂ）凍結工法において裏込材を使用しても、裏込材は劣化しにくく、裏込材の硬化後における強度が低下しにくい。
【００１５】
（１Ｃ）凍結工法において裏込材を使用しても、裏込材は流動性を喪失しにくい。
（１Ｄ）凍結工法において裏込材を使用した場合、凍結を解除した後に、裏込材は硬化する。配合例Iにおいて、けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比を、２〜２．４にすることができる。この場合、硬化時間を一層短くすることができる。
【００１６】
（１Ｅ）凍結工法において裏込材を使用しても、裏込材はブリージングや体積減容を生じにくい。
（１Ｆ）凍結工法で裏込材を使用し、硬化した場合の強度が、裏込材を常温で使用し、硬化した場合の強度に比べ、低下しにくい。
【００１７】
（１Ｇ）裏込材が、水１００質量部に対し、８０質量部以上のけい酸ソーダを含む場合、裏込材の凝固点が一層低下するので、凍結工法において裏込材を使用しても、裏込材が凍結しにくい。凍結しにくいことにより、裏込材は、流動性、可塑性を喪失しにくい。また、凍結工法の後、常温に戻したとき、裏込材は硬化する。このとき、裏込材は、ブリージング、体積減容、強度低下を生じにくい。
【００１８】
前記配合例IIは、以下の効果を奏する。
（２Ａ）裏込材は、常温下において、注入後一定期間は硬化しにくい。したがって、例えば、裏込材を以下のように使用することができる。凍結工法を実施する前に、凍結影響範囲の地山を部分的に削孔し、削孔した部分に裏込材を注入しておく。この使用方法の場合、後に地山を凍結させた際の膨張圧を軽減させる等の効果が得られる。
【００１９】
注入後、凍結工法を実施した際、裏込材は凍結する。凍結を解除してから一定時間経過後に裏込材は硬化する。このとき、裏込材は、ブリージング、体積減容、極端な強度低下を生じにくい。
【００２０】
（２Ｂ）けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比が２．４５〜２．８５程度の場合、裏込材は、常温で長時間硬化せず、可塑状を維持する。
（実施例１）
１．裏込材の製造
表１に示す各成分を混合することで、Ｓ１〜Ｓ１３の裏込材を製造した。Ｓ１〜Ｓ１０は前記配合例Ｉに対応する。表１におけるスラグは、株式会社デイ・シイ製の製品名：セラメントである。ベントナイトは、株式会社ホージュン製の製品名：白馬である。けい酸ソーダは、富士化学株式会社の製品である。    
【００２１】
【表１】
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【００２２】
Ｓ１〜Ｓ１３について、けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比（表１では「ＳｉＯ２/Ｎａ２Ｏ」と表記）、裏込材におけるＳｉＯ２の濃度、裏込材におけるスラグの濃度、裏込材におけるベントナイトの濃度、及び裏込材におけるけい酸ソーダの濃度を表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
２．裏込材の評価
（１）ブリージング率の測定
Ｓ１〜Ｓ１２について、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２に示されるポリエチレン袋方法に準拠し、ブリージング率を測定した。その結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
Ｓ１〜Ｓ１０ではブリージング率は０％であった。Ｓ１１、Ｓ１２では、常温に戻した際にブリージングが発生した。
（２）一軸圧縮強さの測定
Ｓ１〜Ｓ１１について、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠し、一軸圧縮強さを測定した。測定は、常温で７日間養生した条件（以下では常温条件とする）と、−１０℃で２４時間養生し、その後、常温で６日間養生した条件（以下では−１０℃条件とする）とにおいて、それぞれ行った。測定結果を図１に示す。
【００２７】
Ｓ１〜Ｓ１０では、常温条件における一軸圧縮強さに比べて、−１０℃条件における一軸圧縮強さが大きく低下することは無かった。常温条件における一軸圧縮強さを１００としたとき、−１０℃条件における一軸圧縮強さは、Ｓ１〜Ｓ１０のいずれにおいても、８０以上であった。Ｓ１１では、−１０℃条件において材料分離を起こし、一軸圧縮強さを測定できなかった。
（３）凍結温度の測定
Ｓ１〜Ｓ５について、示差走査熱量計を用いて、凍結温度を測定した。測定結果を図２に示す。図２は、横軸を、裏込材におけるけい酸ソーダの濃度とし、縦軸を凍結温度としたグラフである。Ｓ１〜Ｓ３では、凍結温度が−１０℃より低い。そのため、Ｓ１〜Ｓ３は、凍結環境下においても可塑状を維持できる。
（４）可使時間の測定
Ｓ１〜Ｓ８、Ｓ１３について、可使時間を測定した。可使時間とは、裏込材を製造してから、流動性が無くなるまでの時間である。測定結果を図３に示す。Ｓ１〜Ｓ８では、可使時間が十分に長かった。
（実施例２）
１．裏込材の製造
表４に示す各成分を混合することで、Ｓ１４〜Ｓ２０の裏込材を製造した。Ｓ１４〜Ｓ１７、Ｓ２０は前記配合例IIに対応する。表４におけるスラグは、株式会社デイ・シイ製の製品名：セラメントである。ベントナイトは、株式会社ホージュン製の製品名：白馬である。けい酸ソーダは、富士化学株式会社の製品である。      
【００２８】
【表４】
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【００２９】
Ｓ１４〜Ｓ２０について、けい酸ソーダにおけるＮａ２Ｏに対するＳｉＯ２のモル比、裏込材におけるＳｉＯ２の濃度、裏込材におけるスラグの濃度、裏込材におけるベントナイトの濃度、及び裏込材におけるけい酸ソーダの濃度を表５に示す。
【００３０】
【表５】
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【００３１】
２．可使時間の測定
Ｓ１４〜Ｓ２０について、可使時間を測定した。測定結果を上記表５に示す。Ｓ１４〜Ｓ１７、Ｓ２０では、可使時間がいずれも４週間以上であった。特にＳ２０では、２ヶ月程度は可塑状固結の状態を維持した。
（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００３２】
（１）Ｓ１〜Ｓ１０、Ｓ１２〜Ｓ２０において、スラグの一部又は全部の代わりにフライアッシュを用いてもよい。
（２）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。  
【００３３】
（３）上述した裏込材の他、当該裏込材を構成要素とするシステム、裏込材を用いた施工方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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