(57)【要約】【課題】車両通過時に発生する風圧、振動等によりトンネル肌面の剥落や型枠落下の危険から安全を確保可能な、主に既設トンネル内の空隙部や補修用型枠へ充填するためのトンネル補修用充填材の提供。【解決手段】（ａ）セメント、カルシウムアルミネート類、石膏、凝結調整剤及び水を含有し、次の（ｂ）〜（ｅ）を具備するトンネル補修用充填材。  （ｂ）ＮＥＸＣＯ試験方法３１３に定められたシリンダー法によるフロー値が  １５０ｍｍ以上、  （ｃ）充填終了１時間後の側圧が充填直後の側圧の最大値に対して０．５以下、  （ｄ）材齢２８日の圧縮強度が  ８Ｎ／ｍｍ2以上、  （ｅ）密度が  １．４ｔ／ｍ3以上【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）セメント、カルシウムアルミネート類、石膏、凝結調整剤及び水を含有し、次の（ｂ）〜（ｅ）を具備するトンネル補修用充填材。
（ｂ）ＮＥＸＣＯ試験方法３１３に定められたシリンダー法によるフロー値が  １５０ｍｍ以上、
（ｃ）充填終了１時間後の側圧が充填直後の側圧の最大値に対して０．５以下、
（ｄ）材齢２８日の圧縮強度が  ８Ｎ／ｍｍ2以上、
（ｅ）密度が  １．４ｔ／ｍ3以上
【請求項２】
既設トンネル内の空隙部又は補修用型枠に充填するためのトンネル補修用充填材である請求項１記載のトンネル補修用充填材。
【請求項３】
さらに骨材を含有する請求項１又は２記載のトンネル補修用充填材。
【請求項４】
凝結調整剤が、有機酸又はその塩、糖類、アルミン酸塩、炭酸塩及び金属水酸化物から選ばれる１種又は２種以上である請求項１〜３のいずれか１項記載のトンネル補修用充填材。
【請求項５】
セメント１００質量部に対して、カルシウムアルミネート類２〜３０質量部、石膏２〜３０質量部及び凝結調整剤０．０１〜２質量部を含有する請求項１〜４のいずれか１項記載のトンネル補修用充填材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に既設トンネルにおける空隙部や補修用型枠内に充填する補修用充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
既設トンネルでは、湧水によりトンネル覆工背面部や路盤下に空隙が発生することがある。また、劣化した覆工コンクリートを補修するために補修用型枠を設置した場合には、覆工コンクリートと型枠の間に空隙が生じる。このような空隙部の存在は、車両通過時に発生する風圧、振動等により、トンネル肌面の剥落や型枠を落下させる危険性があるため、車両の運行上の安全面の確保のため充填による補修を行なう必要がある。
【０００３】
このようなトンネル内空隙部の補修としては、空隙部にセメント系材料を充填することが行われており、この充填物としては、セメントベントナイトやセメントモルタルが知られている（特許文献１）。この従来の工法によれば、硬化前のセメント系充填材料を空隙部に充填し、空隙部に硬化体を形成することで、風圧や振動等によるトンネル肌面の剥落や型枠の落下を防ぐことが出来る。
【０００４】
しかしながら、トンネル覆工背面部の空隙が鉛直方向に広範囲にわたる場合や補修用型枠を鉛直方向に高く設置する場合は、充填施工によって覆工コンクリートや補修用型枠に過度な側圧が発生し、覆工コンクリートの変形や剥落、補修用型枠の落下や破断といった事態が発生する。また、過度な側圧が発生しないよう充填速度を遅くしたり、側圧の低下を待って充填施工すると施工効率は大幅に低下してしまう。このような問題に対処するため、密度の小さいエアモルタルなどが使用されるが（特許文献２）、強度が低く覆工コンクリートとの一体性や耐久性では課題が残る。
【０００５】
また、主に湧水箇所における充填組成物の流出を防止し、空隙部との付着性や曲げ強度を改善し、注入口にかかる圧力を一定値以下に制御して施工効率を向上させた充填材として、セメント鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類及び水を含有するトンネル空隙部への充填材が報告されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１９０６２号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４２５５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−０９０６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、充填時の注入口の圧力を調整すると充填性は良好であるものの、覆工コンクリートの変形や剥落、補修用型枠の落下や破断を確実には防止できないことが判明した。
【０００８】
従って本発明の課題は、車両通過時に発生する風圧、振動等によりトンネル肌面の剥落や型枠落下の危険から安全を確保可能な、主に既設トンネル内の空隙部や補修用型枠へ充填するためのトンネル補修用充填材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、前記課題解決のため鋭意検討を重ねた結果、セメント系充填材の構成物を特定し、かつその流動性、および覆工コンクリートや補修用型枠が充填時に受ける側圧の低減時間を特定することによって、側圧が局所的とならず安定させることができ、充填速度を高く設定できるため施工性に優れ、充填性も良好で、さらに硬化後の強度発現性にも優れるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔５〕を提供するものである。
【００１１】
〔１〕（ａ）セメント、カルシウムアルミネート類、石膏、凝結調整剤及び水を含有し、次の（ｂ）〜（ｅ）を具備するトンネル補修用充填材。
（ｂ）ＮＥＸＣＯ試験方法３１３に定められたシリンダー法によるフロー値が  １５０ｍｍ以上、
（ｃ）充填終了１時間後の側圧が充填直後の側圧の最大値に対して０．５以下、
（ｄ）材齢２８日の圧縮強度が  ８Ｎ／ｍｍ2以上、
（ｅ）密度が  １．４ｔ／ｍ3以上
〔２〕既設トンネル内の空隙部又は補修用型枠に充填するためのトンネル補修用充填材である〔１〕記載のトンネル補修用充填材。
〔３〕さらに骨材を含有する〔１〕又は〔２〕記載のトンネル補修用充填材。
〔４〕凝結調整剤が、有機酸又はその塩、糖類、アルミン酸塩、炭酸塩及び金属水酸化物から選ばれる１種又は２種以上である〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載のトンネル補修用充填材。
〔５〕セメント１００質量部に対して、カルシウムアルミネート類２〜３０質量部、石膏２〜３０質量部及び凝結調整剤０．０１〜２質量部を含有する〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のトンネル補修用充填材。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトンネル補修用充填材を用いれば、従来では困難であった覆工コンクリートや補修用型枠への過度な側圧の発生を効率的に抑制し、耐久性向上、さらには施工時間の大幅な短縮も期待できるため、施工時間が制限される既設トンネルでの施工に適する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】側圧試験方法の概略図である。
【図２】側圧の経時変化を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のトンネル補修用充填材は、（ａ）セメント、カルシウムアルミネート類、石膏、凝結調整剤、及び水を含有する。
【００１５】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントのような混合セメント、スラグを主成分とする特殊セメント等の公知のセメントが挙げられる。
【００１６】
本発明で使用するカルシウムアルミネート類は、主要化学成分としてＣａＯとＡｌ2Ｏ3を含む水和活性物質であれば何れのものでも良く、化合物、固溶体又はガラス質等として、さらにはこれらの任意の混合物が例示でき、アルミナセメントでも良い。より具体的には、例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・６Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。例示以外のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比でも良く、特に制限されるものではない。また、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3に加えて他の化学成分が第３成分として含有するものも含まれ、他の化学成分単体で、或いはＣａＯやＡｌ2Ｏ3の何れか又は両者と反応した生成物であっても良い。具体的には、例えば４ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＳＯ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2、Ｎａ2Ｏ・８ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
カルシウムアルミネート類の使用量は、強度発現までの時間の短縮、流動性及び可使時間の確保の点から、セメント１００質量部に対して、２〜３０質量部が好ましく、３〜２５質量部がより好ましく、５〜２５質量部がさらに好ましく、５〜２０質量部が特に好ましく、７〜１５質量部が最も好ましい。
【００１７】
本発明で使用する石膏としては、例えば、無水石膏、半水石膏、二水石膏等の天然石膏の他、化学石膏等を挙げることができ、２種類以上を併用しても良い。好ましくは無水石膏を使用する。石膏は、専らエトリンガイト生成による初期強度発現性増進作用を付与するため使用される。
石膏の使用量は、初期強度発現性及びゲル化遅れ防止の点から、セメント１００質量部に対して、２〜３０質量部が好ましく、３〜２５質量部がより好ましく、５〜２５質量部がさらに好ましく、５〜２０質量部が特に好ましく、５〜１５質量部が最も好ましい。
【００１８】
本発明で使用する凝結調整剤としては、セメントに使用できるものであれば限定されないが、例えば有機酸又はその塩、糖類、アルミン酸塩、炭酸塩及び金属水酸化物から選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。有機酸又はその塩としては、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、リンゴ酸等のヒドロキシ酸が挙げられ、炭素数３〜２０のヒドロキシ酸が特に好ましい。糖類としては、デキストリン、サッカロース、マルトース等が挙げられる。アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム等のアルミン酸アルカリが挙げられる。炭酸塩としては炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸アルカリが挙げられる。金属水酸化物としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の２価金属水酸化物が挙げられる。
凝結調整剤の使用量は、良好な流動性の確保と作業性のバランスの点から、セメント１００質量部に対して、０．０１〜２質量部が好ましく、０．０２〜１．５質量部がより好ましく、０．０３〜１．５質量部がさらに好ましい。
【００１９】
本発明のトンネル補修用充填材に使用する水の量は、流動性及び圧縮強度、材料分離防止の点から、セメント１００質量部に対して、４０〜２００質量部が好ましく、５０〜１５０質量部がより好ましく、５０〜１３０質量部がさらに好ましい。
【００２０】
また、本発明のトンネル補修用充填材は、骨材を含有していてもよい。骨材としては、特に制限されるものではなく、通常のモルタル、コンクリートに使用される骨材を何れも使用できる。例えば、細骨材、粗骨材、軽量骨材などが挙げられる。
骨材の使用量は、流動性の低下防止、密度の点からセメント１００質量部に対して、０〜５００質量部が好ましく、０〜４５０質量部がより好ましい。
【００２１】
本発明に用いるトンネル補修用充填材には、前記成分の他、充填性状や充填材の可使時間、更には充填後の強度発現性等に支障を及ぼさない範囲で、必要により他のモルタル・コンクリートに使用される混和剤、例えば、減水剤、分散剤、流動化剤、増粘剤、膨張材、消泡剤、収縮低減剤、防錆剤、繊維などのほか、フライアッシュ、ベントナイト、高炉スラグなどの混和材などを配合することができる。
【００２２】
本発明のトンネル補修用充填材の作製方法は特段限定されるものではなく、一例を示すとグラウトミキサーに水と凝結調整剤を計量した後、残りのセメント、カルシウムアルミネート類、石膏を投入し、適度に混練を行なえば良い。
【００２３】
本発明のトンネル補修用充填材は、（ｂ）ＮＥＸＣＯ試験方法３１３−１９９９に定められたシリンダー法によるフロー値が１５０ｍｍ以上である。フロー値が１５０ｍｍ未満の場合、覆工コンクリートや補修用型枠内への充填性が低下しやすく、施工時にポンプ圧送性が低下したり、測圧も局所的に上昇しやすくなる。より好ましいフロー値は、１６０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、さらに好ましくは１７０ｍｍ〜７５０ｍｍであり、特に好ましくは１８０ｍｍ〜５００ｍｍである。
【００２４】
本発明のトンネル補修用充填材は、（ｃ）充填終了１時間後の側圧が充填直後の側圧の最大値に対して０．５以下である。充填１時間後の側圧が最大値の０．５超の場合、覆工コンクリートや補修用型枠へ負荷が大きいため、覆工コンクリートや補修用型枠の変形、剥落、破断といった事態が発生しやすくなる。また、充填材の充填速度を遅くしたり、側圧の低下を待って充填施工する必要があるため施工効率は大幅に低下してしまう。充填施工後、充填材は凝結硬化後に水和物の生成によって膨張圧が発生し、測圧が上昇することがあるが、覆工コンクリートや補修用型枠の変形、剥落、破断の防止のため、充填時の最大値を超えないことが必要となる。
充填終了１時間後の側圧は、充填直後の側圧の最大値に対して０．４８以下であるのがより好ましく、０．４５以下であるのがさらに好ましく、０．４以下であるのがさらに好ましい。
【００２５】
充填後の側圧の変化については、側圧試験で評価する。本発明における「側圧試験」は、図１のように、内径５ｃｍ×長さ１２０ｃｍの円筒形のアクリルモールド内に（２０℃で作製した）充填材を所定の速度で、高さ１００ｃｍまで投入し、最下部側面に設置した圧力計で側圧を測定する。側圧は充填開始より継続測定し、充填直後の最大側圧値に対する充填終了から１時間経過後の側圧値をもって評価する（図２参照）。次式による側圧比が０．５以下の場合に良好と判断する。
【００２６】
（数１）
側圧比＝Ｐ1／Ｐ0
Ｐ0；充填直後の最大側圧値
Ｐ1；充填終了から１時間経過後の側圧値
【００２７】
本発明のトンネル補修用充填材の（ｄ）圧縮強度は、覆工コンクリートや補修用型枠との一体性から２０℃、材齢２８日で８Ｎ/ｍｍ2以上である。８Ｎ/ｍｍ2未満の場合、車両通過時に発生する風圧や振動、地山からの湧水等の影響により耐久性が低下しやすくなる。好ましい材齢２８日の圧縮強度は１０Ｎ／ｍｍ2以上であり、より好ましくは１２Ｎ／ｍｍ2以上であり、さらに好ましくは１４Ｎ／ｍｍ2以上である。
【００２８】
本発明のトンネル補修用充填材の（ｅ）密度は、１．４ｔ／ｍ3以上である。密度が１．４ｔ／ｍ3未満の場合、覆工コンクリートや補修用型枠への自己充填性の低下による未充填箇所が発生しやすくなるので好ましくない。好ましい密度は１．４〜２．５ｔ／ｍ3であり、より好ましくは１．４〜２．３ｔ／ｍ3である。
【００２９】
本発明のトンネル補修用充填材を用いれば、鉛直充填速度を５ｍ/ｈ以上に設定することができ、施工効率を高めることが出来る。鉛直充填速度が低い場合、トンネル補修用充填材の覆工コンクリートや補修用型枠への充填では、充填施工の時間が長くなりやすく、施工効率は大幅に低下してしまう。
【００３０】
本発明のトンネル補修用充填材は、トンネルの補修用に用いられ、特に既設トンネル内の空隙部又は補修用型枠に充填するための充填材として有用である。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。
【００３２】
以下に示すＡ〜Ｆから選定される材料を表１の配合割合となるよう作製した。即ち、トンネル補修用充填材は、２０℃でセメント、カルシウムアルミネート、石膏、凝結調整剤、骨材、および水を用いて作製し、密度、フロー値、側圧、充填性、圧縮強度を測定した。結果を表２に記す。
【００３３】
＜使用材料＞
Ａ；セメント（太平洋セメント株式会社製高炉Ｂ種セメント）
Ｂ；カルシウムアルミネート（１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3組成、ガラス化率９７％、ブレーン値５，５００ｃｍ2／ｇ、試製品）
Ｃ；II型無水石膏（セントラル硝子株式会社製、ブレーン値７，０００ｃｍ2／ｇ）
Ｄ；凝結遅延剤（市販試薬、クエン酸）
Ｅ；骨材（セメント協会製  セメント強さ試験用標準砂）
Ｆ；水（水道水）
【００３４】
＜試験方法＞
密度；２０℃で作製した充填材をＪＩＳ Ａ １１７１：２０００の「単位容積質量試験方法」に準じて測定した。
フロー値；ＮＥＸＣＯ試験方法３１３−１９９９に定められたシリンダー法に準じて測定した。
側圧試験；内径５ｃｍ×長さ１２０ｃｍの円筒形アクリルモールド１の最下部側面に穴を開け、圧力計２を埋め込み設置した。２０℃で作製した充填材４をアクリルモールド内に７ｍ／ｈの速度で、圧力計から高さ１００ｃｍまで投入した（図１）。側圧は充填開始より継続測定し、充填直後の最大側圧値に対する充填終了から１時間経過後の側圧値をもって評価した（図２）。次式による側圧比が０．５以下の場合、「良好」とした。
【００３５】
（数２）
側圧比＝Ｐ1／Ｐ0
Ｐ0；充填直後の最大側圧値
Ｐ1；充填終了から１時間経過後の側圧値
【００３６】
なお、圧力計には、フラッシュダイヤフラム型圧力計(ＰＷＦ−１ＭＰ(株)東京測器研究所）を用いた。
充填性；側圧試験後の試験体を用いて、充填材の硬化後、アクリルモールドから硬化体を脱型し、目視により未充填箇所の有無を確認し、充填性の良否を評価した。
圧縮強度試験；２０℃で作製した充填材を直径５ｃｍ×長さ１０ｃｍに成形して、ＪＩＳ  Ａ  １２１６：２００９「土の一軸圧縮試験方法」に準じて材齢２８日で測定した。
【００３７】
【表１】
2017066641.tif 000002
【００３８】
【表２】
2017066641.tif 000003
【００３９】
表２の結果から、凝結調整剤を含まない場合（比較例１）、カルシウムアルミネート、石膏を含まない場合（比較例２、３）、凝結調整剤、水、骨材が過剰に含まれる場合（比較例４、５、６）には、充填１時間後の測圧が０．５以下とならなかったり、充填性が不良となったり、十分な圧縮強度が得られないものとなった。これに対し、本発明のトンネル補修用充填材は、側圧の低下が早く、充填性も良好で、さらに硬化後の強度発現も良好であることがわかる。
【符号の説明】
【００４０】
１ アクリルパイプ
２ 圧力計
３ 受圧面
４ 充填材
【図１】
2017066641.tif 000004
【図２】
2017066641.tif 000005