(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土木構造物の施工において、掘削の障害にならない程度に低強度で、止水壁として機能する程度の強度を有する置換材や充填材としての人工固結材料であり、礫を含む普通コンクリートに粘土とファイバーを混合したファイバー混入粘土コンクリートからなるものであり、ファイバーは水中で分散する大きさを選定したビニロン繊維で、これを体積重量比で0.5 〜１％混入させることを特徴とした人工固結材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木構造物の施工において置換工法用の置換材料や山留壁や止水壁の構成充填材として好適な人工固結材料に関するもので、適用用途としては、(1)ケーソン沈設置換工法用の置換材料、(2)土留め壁・止水壁の構築材料、(3)フィルダムのコア部の遮水材料、(4)鉄道路盤、鉄道路床・路盤、空港滑走路盤の材料、(5)切土法面の表面の保護材料、(6)急傾斜盛土体の法面補強構成材料、(7)トンネル工法カルバート構築材料などで使用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ケーソン躯体や地中壁パネル等のコンクリート地下構造物を自重や積載荷重により沈下させる場合に、沈設中の先端部の地盤支持力の均等化を図り、傾斜を防止し、また、内部の地下水位の低下を図るため先行削孔して置換壁を構築し、その内壁側を掘削しながらこのコンクリート地下構造物を沈設することが行われる。
【０００３】
また、山留壁や止水壁で、柱列等の掘削充填部に後で鋼材等による芯材を建込むようなこともある。
【０００４】
このような置換や芯材の挿入を目的とした置換壁や充填部としては、掘削の障害にならない程度に低強度のものとするには砂で施工することが代表的であるが、砂では止水性に乏しいので、原位置攪拌柱列固化工法（ＳＭＷ）でのソイルセメント、セメントベントナイト等が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ソイルセメントやベントナイトセメントによる置換壁や充填部は、遮水性に関しては、靱性に乏しく、衝撃に対しての耐久性も欠如している。また、深度による強度の変化やバラツキが大きく、安定性に欠ける。さらに、海水の水質汚濁に対する懸念が大きい。これに加えて、打設時に流出や損失があり、経済性も悪い。
【０００６】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、掘削の障害にならない程度に低強度で、止水壁として機能する程度の強度を有する置換材や充填材として、遮水性のみならず、強度の安定性に富み、環境保全や経済性にもすぐれる人工固結材料を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、土木構造物の施工において、掘削の障害にならない程度に低強度で、止水壁として機能する程度の強度を有する置換材や充填材としての人工固結材料であり、礫を含む普通コンクリートに粘土とファイバーを混合したファイバー混入粘土コンクリートからなるものであり、ファイバーは水中で分散する大きさを選定したビニロン繊維で、これを体積重量比で0.5 〜１％混入させることを要旨とするものである。
【０００８】
詳しくは、普通コンクリートは、礫（Ｇ）、砂（Ｓ）、セメント（Ｃ）、水からなるが、一例として使用材料は下記表１のごときものである。
【０００９】
【表１】
0003738496.tif 000002
ファイバー（Ｆ）は水中で分散する大きさを選定した。
【００１０】
図１に各材料の粒度分布を示す。
【００１１】
本発明の人工固結材料は、粘土の存在で、一軸圧縮強さ10〜20kgf／cm２の低強度のものとすることができ、打設の際には水中不分離性に優れている。
【００１２】
また、礫の存在が、深度方向での強度変化が小さいものとすることができ、安定した施工が可能となる。しかも、ファイバーの存在が、高い遮水性を有し、打継目の一体性を確保することができ、靱性に強く、耐衝撃性に優れたものとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の人工固結材料の実施形態としての配合例を表２に示す。なお、No.３はファイバーを混入しない比較例を示す。
【００１４】
【表２】
0003738496.tif 000003
【００１５】
前記表２に基づく配合条件に応じた本発明の人工固結材料の効果を試すため、一軸圧縮試験、曲げ強度試験、加圧養生確認試験、透水試験を行った。
【００１６】
まず、一軸圧縮試験での、一軸圧縮強さｑｕと材令の関係図を図２に、また、一軸圧縮強さｑｕとセメント量Ｃの関係図を図３に、セメント量Ｃ＝150（kg／m３）の場合の一軸圧縮強さｑｕとファイバー混入率ＶＦの関係図を図４に示す。
【００１７】
これら図２〜図４から要求性能である強度10〜20（kgf／cm２）に対して、仮に目標強度ｑｕを18（kgf／cm２）であるとすると、適合するセメント量は50（kg／m３）であるが、実工事ではこの量はあまりに少な過ぎて混合のばらつきの原因となることも考えられる。一軸圧縮強さｑｕとファイバー混入率ＶＦの関係では、ｑｕは、Ｃが一定の場合ＶＦの変化によらず、ほぼ変化ないことがわかった。
【００１８】
曲げ強度試験について結果の一覧表を下記表３に示す。また、図５、図６に曲げ強度σｂとたわみの関係を、図７に曲げ靱性係数（強度）σｂとファイバー混入率ＶＦの関係を、図８にσｂと一軸圧縮強さｑｕの関係を示す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
これらの結果から、σｂはＶＦ＝０％のとき、ピーク値を越えると、その後は急激に減少するが、ＶＦが増加するに従って、ピーク強度を越えても減少せず、靱性に卓越していることが判る。また、曲げ強度σｂのピーク値は、ＶＦによらずほぼ同等の値をとる。曲げ靱性係数σｂは、ＶＦの増加に伴って大きくなり、ファイバーを混入することで高い靱性を得ることができる。
【００２１】
加圧養生試験結果を下記表４に示す。また、図９に一軸圧縮強さｑｕと上載圧力ｐの関係を示す。試験条件は、Ｃ＝100kgf／cm２で材令は28日（20℃）とした。なお、比較のため、一軸圧縮強さｑｕ＝18.8kgf／cm２（材令28日）のマンメイドロック〔粘土モルタル〕（砂＋セメント＋粘土＋水）の試験結果も併記する。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
この試験結果から、本発明のファイバー混入粘土コンクリートによる人工固結材は、同じ強度を有するマンメイドロック〔粘土モルタル〕と比較して上載圧力が大きくなってもｑｕはそれほど大きくなっていない。これは、礫を混入することで礫相互にかみ合わせによる骨格が形成され、加圧・圧密によって沈下を抑制して強度増加を抑えられているものと考えられる。
【００２４】
透水試験結果の一覧表を下記表５に示す。また、図10に透水係数kとセメント量Ｃの関係を、図11にkと一軸圧縮強さｑｕを示す。通水圧は、0.5 〜3.0 kgf／cm２まで変化させた。
【００２５】
【表５】
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【００２６】
この試験結果から、透水係数は、セメント量Ｃの増加に伴って小さくなる。ファイバー混入率ＶＦがＶＦ＝0.5（％）と一定の場合、通水圧を3.0kgf／cm２まで上げた通水はなかった。また、ＶＦの違いによるk はほとんど変わりない。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の人工固結材料は、掘削の障害にならない程度に低強度で、止水壁として機能する程度の強度を有する置換材や充填材として、遮水性のみならず、強度の安定性に富み、環境保全や経済性にもすぐれるものである。そして、利用分野は、ケーソン沈設置換工法用の置換材料、土留め壁・止水壁の構築材料、フィルダムのコア部の遮水材料、鉄道路盤、鉄道路床・路盤、空港滑走路盤の材料、切土法面の表面の保護材料、急傾斜盛土体の法面補強構成材料、トンネル工法カルバート構築材料など多岐にわたるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の人工固結材料の使用材料における粒度分布図である。
【図２】  一軸圧縮強さと材令の関係図である。
【図３】  一軸圧縮強さとセメント量の関係図である。
【図４】  一軸圧縮強さとファイバー混入率の関係図である。
【図５】  曲げ強度とたわみの関係図である。
【図６】  曲げ強度とたわみの関係図である。
【図７】  曲げ強度とファイバー混入率の関係図である。
【図８】  曲げ強度、曲げ靱性係数と一軸圧縮強さの関係図である。
【図９】  一軸圧縮強さと上載圧力の関係図である。
【図１０】  透水係数とセメント量の関係図である。
【図１１】  透水係数と一軸圧縮強さの関係図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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