(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライアッシュ及びセメントを含む粉体と水との混合物で、この混合物の水／粉体重量比が、その密度を１．６〜１．８ｇ／ｃｍ３とするような重量比であり、かつ０．４から０．５であり、粉体中の球形粒含有率が７５体積％以上で、混合物中のセメント含有量が２０ｋｇ／ｍ3から１５０ｋｇ／ｍ3であり、所定のＰロートフロー試験で流出時間が２５．５秒以下であることを特徴とする自己充填性充填材料。
【請求項２】
請求項１に記載した自己充填性充填材料の使用方法であって、充填場所の空間部に充填する前の混合物に、前記混合物中の前記セメント量に対して０．５重量％から３重量％の凝結促進剤を水溶液で添加して混合して、添加直後の流動性が所定のＰロートフロー試験で流出時間が２５．５秒以下として使用することを特徴とする自己充填性充填材料の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面あるいは地下等に人工的にあるいは自然に形成された空間等を埋め戻して閉塞充填させ、これによって、周辺地盤の崩落あるいは地表面の沈下等を防止するための流動性の高い自己充填性充填材料及びその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、地面あるいは地下等に人工的に形成された空間、たとえば、道路下の水道やガス管の埋設工事で形成された空間等への埋め戻し作業には種々の方法が提案され、実施されている。
道路下に形成された空間部の埋め戻し工事では、掘り起こした土砂を人手あるいは機械を用いて埋め戻す方法、あるいは山砂等を投入して埋め戻した後、水締めする方法等があるが、いずれも手積作業がほとんどで、より効率的な埋め戻し工法の開発が要請されていた。
また、建設残土を高流動化処理して埋め戻す方法も提案され、実施されているが、この場合、埋め戻し作業場所に高流動化処理プラントを設置する必要があり、このため、埋め戻し費用が高騰するという問題があり、また、都市部では高流動化処理プラントの設置場所の確保が困難である等の問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の空間部への土砂、山砂等の埋め戻し作業は、手積作業によって行われるため、次のような問題があった。
▲１▼作業員による地下空間での作業のため、周辺地盤の崩落等を防止する処置が必要。
▲２▼作業員の入れない狭い場所、危険な場所の空間の埋め戻し作業は非常に困難。
▲３▼土砂、山砂等は安息角が大きいため、空間部全域を完全に埋め戻すには、長い作業時間を必要とする。
▲４▼また、作業現場への高流動化処理プラントの設置は都市部では困難、設置した場合は埋め戻し費用が高騰する。
本発明は、上記の問題点を解決した空間部の自己充填性充填材料及びその製造方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の自己充填性充填材料は、フライアッシュ及びセメントを含む粉体と水との混合物で、この混合物の水／粉体比を、０．３から０．５としたものである。（請求項１）
そして、この自己充填性充填材料の混合物の粉体中の球形粒含有率を、４０体積％以上としたものである。（請求項２）
さらに、この自己充填性充填材料の混合物中のセメント含有量を、２０ｋｇ／ｍ3から１５０ｋｇ／ｍのものある。（請求項３）
【０００５】
また、本発明の自己充填性充填材料の使用方法は、フライアッシュ及びセメントを含む粉体と水とを混合プラントで混練して混合物を製造した後、この混合物をコンクリートミキサー車に積載して混合しながら充填場所に輸送し、混合物を充填場所の空間部に充填するものである。（請求項４）
そして、この自己充填性充填材料の使用に際して、充填場所の空間部に充填する前の混合物に、この混合物中のセメント量に対して０．５重量％から３重量％の凝結促進剤を水溶液で添加して混合するものである。（請求項５）
【０００６】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、空間部の充填材料として、フライアッシュ及びセメントを含む粉体と水との混合物で、この混合物の水／粉体比を０．３から０．５とした自己充填性充填材料であるが、水／粉体比が０．３未満の場合は、充填材料の流動性が悪くなり、自己充填性に欠けるため好ましくない、また、水／粉体比が０．５を超えると、充填材料のブリージング水量が多くなり、かつ強度発現が悪くなるため好ましくない。
ここで粉体中のフライアッシュには、微粉炭焚き火力発電所から発生するフライアッシュ及び原粉を使用することができる。
また、粉体中のセメントには、ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメントあるいはフライアッシュセメント等のいずれも使用することができる。
なお、粉体は、フライアッシュとセメントだけでも良いが、場合によっては、これらに、石粉、スラグ粉末、粘土等を加えることもできる。
【０００７】
第２の発明は、上記自己充填性充填材料に使用するフライアッシュ及びセメントを含む粉体中の球形粒含有量を、４０体積％以上としたものであるが、粉体中の球形粒含有量が４０体積％未満であると、充填材料の流動性が悪くなり、自己充填性に欠けるため好ましくない。
第３の発明は、上記自己充填性充填材料の混合物中のセメント含有量を、２０ｋｇ／ｍ3から１５０ｋｇ／ｍ3としたものであるが、セメント含有量が１０ｋｇ／ｍ3未満の場合は、充填材料の強度発現が小さいため好ましくなく、また、セメント含有量が１５０ｋｇ／ｍ3を超える場合は、充填材料の輸送時に流動性が低下し、自己充填性充填材料の輸送範囲が小さくなるため好ましくない。
【０００８】
第４の発明は、上記自己充填性充填材料の使用方法であって、フライアッシュ及びセメントを含む粉体と水とを混合プラントで混練して混合物を製造した後、この混合物をコンクリートミキサー車に積載して混合しながら充填場所に輸送し、混合物を充填場所の空間部に充填するものである。
そのため、空間部充填現場に充填材料の製造プラントを設置する必要がなく、その結果、プラント設置場所の確保及びプラントの設置等の作業を省略することができ、空間部充填作業を効率的に進めることができる、さらにプラント設置費用も節約することができる。
【０００９】
第５の発明は、上記自己充填性充填材料の使用方法において、充填場所の空間部に充填する前の混合物に、この混合物中のセメント量に対して０．５重量％から３重量％の凝結促進剤を水溶液で添加して混合するものである。
ここで、セメントの凝結促進剤は、輸送工程の最後に、たとえばコンクリートミキサー車が充填場所に到着してから、コンクリートミキサー車中の混合物に対して添加する。
これは、凝結促進剤を早い段階で添加すると、たとえば混合プラントでの混練中に添加すると、自己充填性充填剤の流動性が輸送中に著しく低下して好ましくないためである。
【００１０】
また、凝結促進剤の添加量は、セメント量に対して０．５重量％から３重量％であるが、０．５重量％未満であると、添加効果が小さいため好ましくなく、また、３重量％を超えると、添加後の自己充填性充填材料の流動性が短時間に低下するため好ましくない。
さらに、凝結促進剤は、水溶液で添加するのが好ましい。固体粉末で添加すると、混合時間を長くしなければならないため好ましくない。
なお、凝結促進剤としては、水溶性のものであればよく、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、炭酸ソーダ等が使用できるが、コストその他の点で、塩化カルシウムが好ましい。
【００１１】
本発明の自己充填性充填材料は、流動性を高くして自己充填性を付与した充填材料である。
このため、本発明の自己充填性充填材料を空間部に充填する場合、空間部にポンプ等で自己充填性充填材料を流し込むだけで、充填材料は空間部の隅々まで行き渡り、空間部に完全に充填することができる。したがって、作業員による空間部での手積作業等を一切必要としない。
また、本発明の自己充填性充填材料は、作業員の入れない狭い空間部、あるいは危険な空間部も容易に充填することができる。
さらに、本発明の自己充填性充填材料は、自己充填性充填材料をコンクリートミキサー車で空間部充填現場まで輸送し、到着地で充填材料として使用する。このため、空間部充填現場に、充填材料を製造するプラントを設置する必要がなく、空間部充填作業を円滑に進めることができる。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明を、実験例及び実施例を参照して詳細に説明する。
実験例１
表１に示す配合のフライアッシュ (以下ＦＡと略す、比重：２．２１）、普通ポルトランドセメント（以下ＮＰＣと略す、比重：３．１５）及び水の混練物について、下に記載する方法で、モルタルフロー及び２４時間後のブリージング率を測定し、また、この混練物をφ＝５ｃｍ×ｈ＝１０ｃｍの型に型詰めし、２０℃で２８日養生した後の供試体の圧縮強度を測定した、結果を同じ表１に示す。
モルタルフローの測定方法
所定のＰロート（上端内径１７８ｍｍ、下端内径１３ｍｍ、ロート部の高さ１９２ｍｍ、容積１７２５ｃｃ）に、流出口を指で押さえながら、混練物をポイントゲージまで注ぐ、次に流出口の指を離し、連続して流出するスラリーが途切れるまでの時間を測定する。
ブリージング率の測定方法
混練物を５００ｍｌのメスシリンダーに入れ、２４時間経過後の浮き水量を測定し、ブリージング率を求めた。
【００１３】
粉体の球形粒含有量の測定方法
フライアッシュ及びセメントから成る粉体の混合物の走査型電子顕微鏡写真を画像処理し、球形粒含有量を測定し、球形含有率を求めた。
水/ 粉体（重量）比
単位量中の水（Ｗ）の量をセメント（ＮＰＣ）とフライアッシュ（ＦＡ）の合計量（ＮＰＣ＋ＦＡ）で除した値。［Ｗ／（ＮＰＣ＋ＦＡ）］
なお、測定は２０℃の恒温室で行った。
【００１４】
【表１】
0004108781.tif 000002
【００１５】
表１の番号１の混練物は、Ｐロート試験で、始めはぽとぽとと流れたが、その後は流れずに、ロート内にほとんどが残存した。
表１から明らかなように、本発明での水／粉体比は０．３以上、０．５以下の範囲が好ましい。０．３未満の場合は、混練物の流動性が非常に悪く、自己充填性に劣るため好ましくない。０．５を超える場合は、混練物のブリージング率が高く、充填した場合の充填物の沈下が大きくなるため好ましくない、また、充填物の強度発現も小さいため好ましくない。
【００１６】
実験例２
発生場所の異なる種々のフライアッシュを使用して、フライアッシュ（以下ＦＡと略す）、早強ポルトランドセメント（以下ＨＰＣと略す、比重＝３．１２）及び水の混練物について、Ｐロートフローを測定し、表２の結果を得た。
なお、ＦＡとＨＰＣは事前に混合し、実験例１と同様にして、混合物中の球形粒含有率を測定した。
測定は２０℃の恒温室で行った。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
表２の番号４の混練物は、Ｐロート試験で全量がロートを流下せずに、ロートの下部に一部が残存した。
表２から明らかなように、本発明で使用するセメントとフライアッシュの混合粉体の球形粒含有量は、４０体積％以上が好ましい。４０体積％未満の場合は混練物の流動性が悪くなり、自己充填性に劣るため好ましくない。
フライアッシュは、球形の粒子が多いが、燃焼温度、石炭種の違い等で、燃焼過程で充分に球状に成長しない場合がある。
【００１９】
実験例３
表３に示す配合の混練物について、混練直後、３時間放置後及び６時間放置後のＰロートフローを測定した。
また、表３に示した配合の混練物について、実験例１と同様にして、２０℃、２８日養生後の一軸圧縮強度を測定した。
表３には、水／粉体比、フライアッシュ及びセメントの混合物中の球形粒含有率も示す。
使用した材料は、フライアッシュ（以下ＦＡと略す、比重＝２．２３）、普通ポルトランドセメント（以下ＮＰＣと略す、比重＝３．１５）及び水道水である。
なお、測定は２０℃の恒温室で行った。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
表３の番号７の６時間放置後の混練物は、Ｐロート試験において、始めは流下したが、その後はＰロート内の内部に多量に残存した。
表３に示すように、本発明の自己充填性充填材料のセメント量は２０ｋｇ／ｍ3以上、１５０ｋｇ／ｍ3以下が好ましい。
セメント量が１０ｋｇ／ｍ3未満の場合は、充填材料の強度発現が小さいために好ましくない。また、セメント量が１５０ｋｇ／ｍ3を超える場合は、混練後の混練物の流動性の低下が大きく、混練物の自己充填性が劣るため好ましくない。
【００２２】
実施例１
ボックスカルバート充填工事
本発明の自己充填性充填材料（セメント量＝６０ｋｇ／ｍ3、水／粉体比＝０．４３、フライアッシュとセメントの混合粉体の球形粒含有率＝７５％、混練物のフロー＝２５秒）を生コンクリート製造プラントで製造して、コンクリートミキサー車（４ｍ3）で輸送し、ボックスカルバートの空洞部分に充填した。充填量は１２ｍ3である。
自己充填性充填材料の輸送時間は約１時間であった。
充填は、充填現場で自己充填性充填材料をミキサー車から、モルタルポンプのアジテーターに移し、モルタルポンプで空洞部に流し込み充填した。
自己充填性充填材料は、充填作業の都度、電話連絡を受けた後に充填現場に輸送した。その結果、充填材料の滞留等がほとんど発生せずに、充填作業を効率的に進めることができた。
充填は、ボックスカルバートの隅々まで充填できたことが確認できた。２８日経過後にコアを抜き取り、一軸圧縮強度を測定した結果、供試体の強度は４．２ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
本発明の自己充填性充填材料の製造方法によれば、充填現場に充填材を製造するプラントを設置する必要がなく、充填コストの低減及び充填作業時間の低減を図ることができる。
【００２３】
実施例２
私有地道路でのガス管埋設工事で生じた空間の埋め戻し工事
本埋め戻し工事は、埋め戻し工事の翌日に埋め戻し表面で作業するため、１日後の圧縮強度が１ｋｇｆ／ｃｍ2以上の自己充填性充填材料の打設が必要条件であった。
予備試験により配合を決定した。
予備試験
本発明の自己充填性充填材料（セメント量＝８０ｋｇ／ｍ3、フライアッシュとセメントの混合粉体の球形粒含有率＝８０％、混練物のフロー＝２３秒）に塩化カルシウム（２０重量％水溶液を使用）を添加（自己充填性充填材料の水／粉体比＝０．４３）して、混練物のＰロートフロー及び１日養生後の圧縮強度を測定して、表４の結果を得た。
なお、塩化カルシウムの添加量はセメント量に対するものである。
また、測定は２０℃の恒温室で行った。
【００２４】
【表４】
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【００２５】
表４の番号６の混練物は１時間放置後にはＰロートを流れなかった、これは流動性が著しく低下したためである。
表４から明らかなように、本発明の自己充填性充填材料の１日養生後の強度を１ｋｇｆ／ｃｍ2以上に発現させるには、塩化カルシウムの添加が好ましい。
また、塩化カルシウムの添加量が多い場合、自己充填性充填材料を放置すると流動性が低下し、自己充填性が劣るため、３重量％以下が好ましい。
塩化カルシウムの添加は、本発明の混練工程で添加すると、長時間（２時間以上）の輸送工程中に流動性が低下する、このため、本発明では塩化カルシウムを輸送工程の最後に水溶液で添加するのが好ましい、その後ミキサー車で混合して、充填作業に使用するのが好ましい。
【００２６】
充填工事
本発明の自己充填性充填材料（セメント量＝８０ｋｇ／ｍ3、水／粉体比＝０．４３、フライアッシュとセメントの粉体混合物の球形粒含有率＝８０％、混練物のフロー＝２３秒）を生コンクリート製造プラントで混練し、混練物をミキサー車（４ｍ3）で埋め戻し現場まで輸送した。輸送時間は約９０分であった。
現場に到着後、塩化カルシウムを４ｋｇ（３０重量％の水溶液で添加、セメント量に対して１％量）をミキサー車に投入した、その後２分間ミキサー車内で高速混合した後、モルタルポンプのアジテーターに移しながら、モルタルポンプで埋め戻し空間に流し込み充填した。埋め戻し充填量は２０ｍ3であった。
充填は支障無く埋め戻し空間の隅々まで、自己の持つ流動性で充填できた。
【００２７】
翌日の同時刻に、埋め戻し充填場所上に作業員が乗って作業をしたが、作業は支障無くできた。前日の充填材料をφ＝５ｃｍ×ｈ＝１０ｃｍの型に型詰めした供試体の圧縮強度を測定した結果、その供試体の圧縮強度は１．２ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２８】
【発明の効果】
▲１▼本発明の自己充填性充填材料は、地面あるいは地下等に形成された空間部を、作業員が空間部に入ること無く、空間部の隅々まで完全に閉塞充填し、充填物は地山と同等あるいは地山以上の強度で固結する。
▲２▼本発明の自己充填性充填材料は、自己の持つ流動性で充填できるため、充填作業時間を大幅に短縮できる。
▲３▼本発明の自己充填性充填材料は、充填現場に充填材料の製造プラントを設置することなく充填作業を行うことができる、その結果、製造プラントの設置箇所の確保、製造プラントの設置等の煩雑な作業が省略できるため、充填作業を効率的に進めることができる。
▲４▼本発明の自己充填性充填材料は、必要に応じて、充填翌日に充分な強度を発現させることもできる。その結果、従来は１週間以上経過しないとできない作業も、充填の翌日から行うことができ、建設工事期間を大幅に短縮できる。