説明

セメント系組成物

【課題】低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、強度の高いセメント系組成物を提供する。
【解決手段】セメントとベントナイトと分散剤と水とを混合させて形成されたセメント系組成物であって、ベントナイトとして、膨潤力20ml/2g〜22ml/2gのベントナイトが用いられ、分散剤として、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられたことによって、4週経過後の一軸圧縮強度が1N/mm以上、Pロート試験測定値が10秒以下、24時間経過後のブリージング率が1.5%以下の特性を持つように形成されたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、充填材等に使用されるセメント系組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
老朽化した既設トンネル内に既設トンネルと同軸状に管を配置して既設トンネルの内周面と管の外周面との間に充填材を充填するパイプインパイプ工法と呼ばれる工法が知られている(例えば、特許文献1;2等参照)。上記充填材としては、エアミルク、エアモルタル、セメントベントナイトモルタル等のセメント系組成物が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2000−034892号公報
【特許文献2】特開2004−324865号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
既設トンネルと内周面と管の外周面との間に充填材を充填する作業においては、トンネル外からトンネル内に充填材を長距離圧送しなければならない場合がある。この場合、上記充填材として低粘度のものを使用する必要があるが、低粘度にすると強度が低くなってしまう。パイプインパイプ工法では、充填材により既設トンネルと管とを一体化させる必要があるが、上述した低粘度で強度が低い充填材を用いた場合、既設トンネルと管とを一体化させることが困難である。また、海に近い位置に存在するトンネルでは、地下水中の塩化物含有量が高いので、地下水中の塩化物イオンにより管が腐食する可能性がある。
本発明は、低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、強度の高いセメント系組成物を提供する。また、塩化物遮蔽性の高いセメント系組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係るセメント系組成物は、セメントとベントナイトと分散剤と水とを混合させて形成されたセメント系組成物であって、ベントナイトとして、膨潤力20ml/2g〜22ml/2gのベントナイトが用いられ、分散剤として、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられたことによって、4週経過後の一軸圧縮強度が1N/mm以上、Pロート試験測定値が10秒以下、24時間経過後のブリージング率が1.5%以下の特性を持つように形成されたので、ベントナイト及び分散剤の両者の効果により、Pロート試験測定値及びブリージング率を小さくできるので、低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、強度の高いセメント系組成物が得られる。
また、セメントとして、高炉セメントB種が用いられ、水と水以外の材料である粉体との比である水/粉体比を189%〜148%として形成されたので、透水係数を低くできるとともに、塩化物イオンの見かけの拡散係数も低くできるので、塩化物遮蔽性の高いセメント系組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】充填材A;充填材B;充填材Cの組成と特性を示す図(実施形態1)。
【図2】ベントナイトの特性を示す図(実施形態1)。
【図3】充填材の使用例を示す図(実施形態1)。
【発明を実施するための形態】
【0007】
実施形態1
実施形態1のセメント系組成物としての充填材1は、例えば、図3に示すように、老朽化した既設の山岳トンネル等の既設トンネル2内に新しい管3を設置して老朽化した既設トンネル2の覆工コンクリート4と新管3の外周面との間に充填される充填材1として使用される。充填材1は、例えば、新管3の内周面と外周面とに貫通するように形成された注入孔5を介して新管3の内側から注入されて覆工コンクリート4と新管3の外周面との間に充填される。
当該充填材1は、分散剤入りベントナイトとセメントと水とを混ぜて形成されるものであって、ベントナイトとして、膨潤力20ml/2g〜22ml/2gのベントナイトを用い、分散剤として、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とを用い、充填材のゲル化を防止するためのゲル化防止剤として、ベントナイト1トン当り1.0%〜1.5%の量の重炭酸ナトリウムとを用い、セメントとして、高炉スラグの分量が30%〜60%の高炉セメントB種を用い、水と水以外の材料である粉体との比である水/粉体比を189〜148%とし、かつ、分散剤を混合させた分散剤入りベントナイトとセメントとの比である分散剤入りベントナイト/セメント比を10.0%〜12.5%としたことによって、4週経過後の一軸圧縮強度が1N/mm以上、Pロート試験測定値が10秒以下、24時間経過後のブリージング率が1.5%以下、透水係数が10−7cm/s以下の特性を持つように形成される。
尚、分散剤入りベントナイトは、ベントナイトと分散剤とゲル化防止剤とを混合させたものである。
【0008】
試作した充填材1A;充填材1B;充填材1Cの組成と特性を図1に示す。
【0009】
充填材1Aは、セメントが400kgと、分散剤入りベントナイトが50kgと、水849kgとを混ぜて形成されたものであり、分散剤入りベントナイト/セメント比が12.5%、水/粉体比が189%の充填材である。
充填材1Aは、分散剤として、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられ、ゲル化防止剤として、ベントナイト1トン当り1.0%の量の重炭酸ナトリウムが用いられ、セメントとして、高炉スラグの分量が50%〜60%の高炉セメントB種が用いられて形成されたものである。
ベントナイトとしては、図2に示すように、膨潤力が20ml/2gである米国ワイオミング産のベントナイトを用いた。ベントナイトは、モンモリロナイトという鉱物を主成分とし、他に石英、長石等の鉱物を含む構成であり、モンモリロナイトの持つ特異的な物性がベントナイトの物性となっている。ワイオミング産のベントナイトはモンモリロナイトが高品質・高純度であり、水を吸収して約15倍に膨潤する能力を持っている。
当該充填材1Aの特性は、図1に示すように、4週経過後の一軸圧縮強度が1.102N/mm、Pロート試験測定値が9.58秒、24時間経過後のブリージング率が1.1%、透水係数が10−7cm/s以下であった。
【0010】
充填材1Bは、セメントが450kgと、分散剤入りベントナイトが50kgと、水833kgとを混ぜて形成されたものであり、分散剤入りベントナイト/セメント比が11%、水/粉体比が166%の充填材である。
その他の要素は、充填材1Aと同じにした。
充填材1Bの特性は、図1に示すように、4週経過後の一軸圧縮強度が1.418N/mm、Pロート試験測定値が9.66秒、24時間経過後のブリージング率が1.1%、透水係数が10−7cm/s以下であった。
【0011】
充填材1Cは、セメントが500kgと、分散剤入りベントナイトが50kgと、水816kgとを混ぜて形成されたものであり、分散剤入りベントナイト/セメント比が10%、水/粉体比が148%の充填材である。
その他の要素は、充填材1Aと同じにした。
充填材1Cの特性は、図1に示すように、4週経過後の一軸圧縮強度が1.837N/mm、Pロート試験測定値が9.80秒、24時間経過後のブリージング率が1.1%、透水係数が10−7cm/s以下であった。
【0012】
実施形態1の充填材1(1A;1B;1C)によれば、ベントナイトとして膨潤力が20ml/2gである米国ワイオミング産のベントナイトを用いた。ワイオミング産のベントナイトは、粘土鉱物モンモリロナイトの純度が高く、水膨潤性に優れるため、粘性が高く、かつ、材料分離抵抗性の高い(ブリージング率が低い)充填材を得ることができる。
また、分散剤は、セメント及びベントナイトの粒子表面に吸着して負の電荷を与えるので、粒子間に電気的反発を与え、セメント及びベントナイトの粒子の水への分散を高める効果があるので、セメント及びベントナイトの粒子の凝集が防止され、セメント及びベントナイトの粒子が均一に分散するので、粒子の沈降が防止されるとともに、充填材の粘性が低下する。
従って、当該ベントナイト及び分散剤の両者の効果により、低粘性で、かつ、材料分離抵抗性が高い強度の大きい充填材1となるため、低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、管3と既設トンネル2の覆工コンクリート4とを良好に強固に一体化させることが可能な充填材1となる。
【0013】
さらに、水/粉体比を189%以下にして透水係数を低くくし、かつ、セメントとして高炉セメントB種を用いたので、普通セメントに比べて、塩化物イオンの見かけの拡散係数が低下する。高炉セメントB種に対する塩化物イオンの見かけの拡散係数は、普通セメントに対する塩化物イオンの見かけの拡散係数の50%以下にまで低下する。
従って、水/粉体比を190%以下にして透水係数を低くし、かつ、高炉セメントB種を使用して塩化物イオンの見かけの拡散係数が低下させた充填材としたので、塩化物遮蔽性の高い充填材となる。よって、当該充填材を既設トンネルと内周面と管の外周面との間に充填することによって、既設トンネル2の覆工コンクリート4からの塩化物イオンが充填材1に浸透することが抑制され、塩化物イオンによる管3の劣化を防止できる。
【0014】
試作した充填材A;充填材B;充填材Cの結果からわかることは、4週経過後の一軸圧縮強度が1N/mm以上、Pロート試験測定値が10秒以下、24時間経過後のブリージング率が1.5%以下、透水係数が10−7cm/s以下の特性を持つ充填材を得るためには、ベントナイトとして、膨潤力20ml/2gのワイオミング産のベントナイトを用い、分散剤として、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とを用い、ゲル化防止剤として、ベントナイト1トン当り1%の量の重炭酸ナトリウムを用い、セメントとして、高炉スラグの分量が高炉スラグの分量が50%〜60%の高炉セメントB種を用い、分散剤入りベントナイト/セメント比を10.0%〜12.5%、水/粉体比を189%〜148%とすればよいということである。
【0015】
試作した充填材1A〜1Cでは、Pロート試験測定値が9秒台であり、10秒に到達するまで余裕があるため、もう少し粘度の高い充填材としてもよい。よって、ベントナイトとしては、膨潤力が20ml/2gよりも大きいものを用いたとしても、目標のPロート試験測定値を達成できると考えられるので、上述したように、ベントナイトとしては、例えば、膨潤力が20ml/2g〜22ml/2gのものを用いればよい。
【0016】
試作した充填材1A〜1Cでは、ブリージング率が1.1%であり、1.5%に到達するまで余裕があるため、もう少し粘性の低い充填材としてもよい。例えば、上述したように、分散剤としては、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とを用い、ゲル化防止剤としては、ベントナイト1トン当り1.0%〜1.5%の量の重炭酸ナトリウムを用いればよい。
【0017】
高炉セメントB種としては、JIS規格で決められた高炉スラグの分量30%〜60%の高炉セメントB種を用いればよい。
【0018】
尚、本発明のセメント系組成物は、例えば、老朽した水道管のような旧管内に新しい管を設置して旧管の内周面と新管の外周面との間に充填される充填材、シールドトンネルにおけるセグメントと地山との間に充填される裏込材と呼ばれる充填材等にも使用できるほか、充填材以外の用途にも使用することができる。
【符号の説明】
【0019】
1 充填材。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントとベントナイトと分散剤と水とを混合させて形成されたセメント系組成物であって、
ベントナイトとして、膨潤力20ml/2g〜22ml/2gのベントナイトが用いられ、
分散剤として、ベントナイト1トン当り0.5%〜1.0%の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト1トン当り0.3%〜0.5%の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられたことによって、
4週経過後の一軸圧縮強度が1N/mm以上、Pロート試験測定値が10秒以下、24時間経過後のブリージング率が1.5%以下の特性を持つように形成されたことを特徴とするセメント系組成物。
【請求項2】
セメントとして、高炉セメントB種が用いられ、
水と水以外の材料である粉体との比である水/粉体比が189%〜148%であることを特徴とする請求項1に記載のセメント系組成物。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−49590(P2013−49590A)
【公開日】平成25年3月14日(2013.3.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−187619(P2011−187619)
【出願日】平成23年8月30日(2011.8.30)
【出願人】(000001317)株式会社熊谷組 (551)
【出願人】(390026446)株式会社テルナイト (17)
【出願人】(596118530)テクノス株式会社 (10)
【Fターム(参考)】