可塑性グラウト材およびその製造方法
【課題】 練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持でき、長距離の圧送やコンテナによる輸送なども可能な可塑性グラウト材を提供する。
【解決手段】 別々に調合されたＡ液としてのセメントミルクまたはスラグおよび消石灰を含むミルク、またはスラグおよび石膏および消石灰を含むミルク、または消石灰を含むミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合し、２液タイプの可塑性グラウト材として使用する。Ｂ液に配合したリン酸塩により、練り返しに強く、長い可塑性保持時問が確保できる可塑性グラウト材となる。可塑保持時間が長く、かつ練り返しによっても長時間可塑性が失われないことで、例えばトンネル覆工１の裏込め注入に用いる場合、未充填域Ｃの発生をほぼ完全に防止することができる。
【解決手段】 別々に調合されたＡ液としてのセメントミルクまたはスラグおよび消石灰を含むミルク、またはスラグおよび石膏および消石灰を含むミルク、または消石灰を含むミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合し、２液タイプの可塑性グラウト材として使用する。Ｂ液に配合したリン酸塩により、練り返しに強く、長い可塑性保持時問が確保できる可塑性グラウト材となる。可塑保持時間が長く、かつ練り返しによっても長時間可塑性が失われないことで、例えばトンネル覆工１の裏込め注入に用いる場合、未充填域Ｃの発生をほぼ完全に防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントミルクまたは消石灰ミルクおよびこれらの混合ミルク、あるいはスラグおよび消石灰を含むミルクと、ベントナイトミルクなどのモンモリロナイト粘土鉱物のミルクを構成要素とする可塑性グラウト材およびその製造方法に関するものであり、トンネル等の裏込注入その他、地盤と構造物の境界面の空洞の充填、地盤内の空隙の充填及び構造物内部の空隙充填などに利用される。
【背景技術】
【０００２】
可塑性グラウト材の一種としては、Ａ液としてセメントミルクあるいはこれにベントナイトを加えたものなどを用い、Ｂ液として水ガラスを用い、これらを使用直前に混合してグラウト材に可塑性を与える二液性の水ガラス系グラウト材などが知られている。
【０００３】
しかしながら、この種の可塑性グラウト材はゲル状態や可塑性の維持の時間が短く、練り返しにより、初期強度発現が阻害されるなどの問題があった。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１に記載されるように、軟弱地盤の大間隙や空洞等に可塑状グラウトを注入する場合において、Ａ液として硬化発現材を主成分とする懸濁液と、Ｂ液として水ガラスをそれぞれ別々の注入管で圧送し、注入口手前で合流混合させて注入口に至るまでに可塑状ゲルを生成させて注入することとし、さらにその圧送の条件や合流の条件を厳しく管理することで、性能の保持が図られている。
【０００５】
この他、特許文献２には、セメントとモンモリロナイト粘土鉱物を主成分とした流動性の粘性液をＡ液とし、硫酸バン土溶液をＢ液とし、それぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近でＡ液とＢ液を合流混合することにより、瞬時に水酸化アルミニウムを生成させ、非流動性の可塑状に変質させたグラウトを注入する工法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、水ガラス系グラウト材による地下水の汚染や耐久性の問題を解決するものとして、Ａ液としてのセメントミルクと、Ｂ液としてのベントナイトミルクとを攪拌混合して形成される空洞充填、軽量盛土及び埋立用の可塑性注入材が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９５９９７６号公報
【特許文献２】特許第３５６１１３６号公報
【特許文献３】特許第３３７８５０１号公報
【特許文献４】特開２００４−０７５７４６号公報
【特許文献５】特開２００４−２４４４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、特許文献２に記載されている可塑性グラウト材は、性能を維持するためＡ液とＢ液を別々の注入管で圧送し、圧送や合流の条件を厳しく管理する必要があったり、さらに可塑状態が維持できる時間が３０分程度と短く、早めに固化するため、トンネルの裏込めを例にとると、後述する図２に示すように既充填域と新たな充填域との間に未充填域が生じるなどの不具合がある。
【０００９】
また、特許文献３のセメントミルクとベントナイトミルクを攪拌混合して得られる可塑性グラウト材の場合、Ａ液とＢ液の混練時間はハンドミキサーで１５秒程度以下が好適であり、それ以上の混練では材料分離を生じやすくなるので好ましくないとされており、可塑形成後にさらに攪拌を続けると可塑状態が解かれて液状化する問題がある。
【００１０】
本発明は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持でき、長距離の圧送やコンテナによる輸送なども可能な可塑性グラウト材およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る可塑性グラウト材は、別々に調合されたＡ液としてのセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなるものである。
【００１２】
Ａ液としてセメントミルクを用いる点、およびＢ液としてモンモリロナイト粘土鉱物のミルクを用いる点は、特許文献３記載の発明と同様であり、Ａ液におけるセメントと水、および必要に応じて加えられる各種混和剤の配合、Ｂ液におけるモンモリロナイト粘土鉱物と水、および必要に応じて加えられる各種混和剤の配合の考え方も基本的には、特許文献３記載の発明と同様である。
【００１３】
しかしながら、特許文献３記載の発明の場合、前述のように練り返しなどによって可塑性が失なわれてしまうため、適用条件としては練り返しが少ない場合となり、例えば大きな道路トンネルの裏込め工事はプラント車で現地に近づけるので問題はないが、そうではない鉄道トンネルとなるとそう簡単ではなく長距離圧送を行った場合など問題である。
【００１４】
これに対し、本件発明者は、練り返しに強く、長い可塑性保持時問が確保できる可塑性グラウト材を求めて実験を繰り返す過程で、Ｂ液にテトラポリリン酸ナトリウムなどのリン酸塩を加えることで、可塑保持時間が長く、しかも練り返しても可塑状態を保持できることを見出した。
【００１５】
それにより、本発明の可塑性グラウト材によれば、ホース等のパイプラインによる長距離の圧送（圧送パイプやホース内を通過する可塑性グラウト材は管内抵抗や断面変化、曲がりなどで攪拌練り返し状態となり、ここで可塑性を保持できずに液状化すると目的を果たすことができない）や、コンテナによる輸送も可能となり、狭隘な空間でのハンドリングといった面でも有利である。
【００１６】
本発明の可塑性グラウト材において可塑性を保持できる時間としては、概ね４時間〜２０時間程度が期待できるが、この時間は主にリン酸塩の種類によって異なる。
【００１７】
リン酸塩としては、第１リン酸、第２リン酸、第３リン酸、ピロリン酸、酸性ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸のナトリウム塩またはカリウム塩などを例示することができる。
【００１８】
リン酸塩の種類によっては、硬化を遅らせるものばかりではないが、異なる種類のリン酸塩を数種併用すれば、可塑性保持時間の調整も可能となる。特に長時間の可塑性保持には、テトラポリリン酸塩やヘキサメタリン酸塩、ピロリン酸塩が好適であり、適切な配合を行うことで２０時間程度でも練り返しが可能である。
【００１９】
請求項２は、請求項１に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液に消石灰を加えてある場合を限定したものである。
【００２０】
Ａ液に消石灰を加えることで、可塑状になるまでの時間を短縮することができ、例えば液温が低い場合などに有効である。逆に、液温が１６℃程度以上であったり、セメント量が１ｍ3当たり、５００ｋｇ程度以上ある場合には、消石灰の必要性は少ない。
【００２１】
請求項３は、請求項２に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント３００〜６００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる場合を限定したものである。
【００２２】
セメントが３００ｋｇより少ない場合、グラウト材としての硬化時の強度が出難く、ある程度高い強度を必要とする用途には適さない。６００ｋｇより多くなるとコストが高くつく他、調合や製造の面でも困難となる。
【００２３】
消石灰は１ｋｇより少ない場合、低温時（５℃以下）に効果が出難い。２０ｋｇより多くなると、効果が変わらず不経済である。
【００２４】
ベントナイトは、７５ｋｇより少ない場合、グラウト材が長時間流動し可塑が安定し難く、１５０ｋｇより多くなるとミキサーでの攪拌混合が難しくなる。
【００２５】
リン酸塩は１ｋｇより少ない場合、その効果が十分でなく、９ｋｇより多くなると効果が変わらず、むしろ可塑の安定に至るまでの時間が延びることがあり不経済である。
【００２６】
請求項４に係る可塑性グラウト材は、別々に調合されたＡ液としてのスラグおよび消石灰を含むミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなるものである。
【００２７】
請求項４は、セメントの代わりにスラグを用いるものであるが、スラグ単独ではなく消石灰との併用によって、練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持できるという特性が得られる。スラグとしては、高炉スラグが一般的であるが、特に限定されない。
【００２８】
前述のようにセメントとリン酸塩の組み合わせとなる請求項１、２の場合において、可塑性を保持できる時間は、概ね４時間〜２０時間程度であるのに対し、Ａ液にスラグと消石灰を併用し、これとＢ液に用いるリン酸塩とを組み合わせた場合においては、練り返しが可能な可塑性の保持時間がさらに５時間程度延びる試験結果が得られた。
【００２９】
請求項５は、請求項４に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、スラグ５０〜６００ｋｇ、消石灰３〜３０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる場合を限定したものである。
【００３０】
他の組成物との配合割合にもよるが、スラグが３００ｋｇより少ない場合、フロー値が大きくなり、可塑性が弱くなり、強度も得にくい。６００ｋｇより多くなるとコストが高くつく他、調合や製造の面でも困難となる。
【００３１】
請求項６は、請求項５に係る可塑性グラウト材において、前記スラグが、石膏を内割で１〜１０重量％含有する石膏入りスラグである場合を限定したものである。
【００３２】
石膏は、スラグを硬化させること、低温時でも硬化を促す効果がある。石膏が内割で１重量％より少ない場合、効果に乏しく１０重量％より多くなると、スラグの硬化には不必要な量になる。
【００３３】
請求項７に係る可塑性グラウト材は、別々に調合されたＡ液としての消石灰ミルクまたは消石灰を含む低濃度のセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなるものである。
【００３４】
この請求項７は、用途によって、請求項２等に係る可塑性グラウト材に比べ要求される硬化強度が低い場合を対象としている。Ａ液にセメントが含まれない場合、あるいはセメント量が少ない場合でも、Ａ液としての消石灰ミルクまたは消石灰を含む低濃度のセメントミルクと、リン酸塩を含有したＢ液との組み合わせにより、練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持可能な可塑性グラウト材が得られる。
【００３５】
請求項８は、請求項７に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント０〜３００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩1〜９ｋｇを配合してなるものである。
【００３６】
セメント０ｋｇは、Ａ液にセメントが含まれない場合であり、セメントが３００ｋｇより多い場合は、請求項３に係る可塑性グラウト材となり、用途・要求される性能に応じて使い分けることができる。
【００３７】
請求項９は、請求項１〜８に係る可塑性グラウト材において、前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である場合を限定したものである。
【００３８】
これらは、後述する実験において、特に良好な結果が得られたリン酸塩である。なお、少なくとも１種以上としたのは数種併用することも可能であるためであり、併用することにより可塑性の効果を調整することができる。
【００３９】
請求項１０は、請求項１〜９に係る可塑性グラウト材の好ましい製造方法として、ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、前記モンモリロナイト粘土鉱物を膨潤させた状態でリン酸塩を水溶液として混入させて調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する手順を限定したものである。
【００４０】
Ｂ液としてのリン酸塩を含有したベントナイトミルクなど、モンモリロナイト粘土鉱物のミルクの作り方としては、ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらベントナイトなどのモンモリロナイト粘土鉱物を投入する。リン酸塩の混入時期はモンモリロナイト粘土鉱物の投入時やその前後となるが、好ましくはモンモリロナイト粘土鉱物の膨潤を優先させた後からリン酸塩水溶液にして混入させるのが良く、請求項１０におけるＢ液はその場合を限定している。
【００４１】
請求項１１は、請求項１０に係る可塑性グラウト材の製造方法において、前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である場合を限定したものである。
【００４２】
請求項１２は、請求項１〜１０に係る可塑性グラウト材の他の製造方法として、リン酸塩を溶解させた水にモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、ミキサーで攪拌して調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する手順を限定したものである。
【００４３】
モンモリロナイト粘土鉱物を多く配合する場合には、先にリン酸塩を溶解させておくことで、ミキサーによる調整が容易となる。
【００４４】
請求項１３は、請求項１２に係る可塑性グラウト材の製造方法において、前記リン酸塩が、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である場合を限定したものである。
【００４５】
請求項１２の製造方法においては、第１リン酸塩、ピロリン酸塩は適さない。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は、主成分としてセメントミルクやベントナイトミルク、あるいはスラグおよび消石灰を含むミルクなどを用いる二液タイプの可塑性グラウト材において、Ｂ液としてのモンモリロナイト粘土鉱物にリン酸塩を加えたものであるが、二液タイプも含め、従来の可塑性グラウト材に比べ、練り返しに強く、非常に長い可塑性保持時問が確保できる。
【００４７】
本発明では、可塑化初期の段階で練り返しを繰り返しても可塑性を保持するので、従来の可塑性グラウト材では実質的に不可能であった長距離圧送ができ（可塑性保持時間が短いとパイプ内で固化する危険があり使用困難）、有効である。
【００４８】
また、コンテナに入れて現地まで運搬しポンプで注入する場合なども、何度となく攪拌練り返し状態となるが、本発明の可塑性グラウト材では、そのような場合でも可塑性が保持できるため、現地が狭隘でミキシングプラントが設置できず、コンテナ輸送を行う場合などに極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の一実施形態をトンネルの施工における裏込めに利用する場合を例に説明する。
【００５０】
本発明では、従来の２液性の可塑性グラウト材の場合と同様に、Ａ液とＢ液を別々に調合し、これらを混合して使用する。
【００５１】
トンネルの施工における裏込めに利用する場合、例えばＡ液とＢ液をそれぞれポンプで圧送し、裏込め注入孔の手前で合流混合させたものを注入する。なお、施工条件や配合によっては、Ａ液とＢ液を地上で混合してからトンネル内に送り込み、裏込め注入を行うことも可能である。
【００５２】
表１は、Ａ液にセメントミルクを用いる場合のグラウト材１０００Ｌ当たりのＡ液とＢ液の配合例を示したものである。
【００５３】
【表１】
【００５４】
Ａ液は、セメントミルクに所定量の消石灰を加えたものに相当し、消石灰は可塑開始時間の短縮及び発現強度の安定を図る働きをする。
【００５５】
Ｂ液は、ベントナイトミルクにリン酸塩であるテトラポリリン酸塩を加えたものに相当する。
【００５６】
トンネルの裏込めに利用する場合の好ましい調合方法としては、ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらベントナイトを投入し、ベントナイトを膨潤させた状態でテトラポリリン酸塩の水溶液を混入させて調整する。このような手順で調整することで、製造されたグラウト材はベントナイトの膨潤特性を優先させ、より安定した可塑剤となる。
【００５７】
上記配合は、Ａ液とＢ液の比率を１：１としたものであり、混合も容易で作業も単純化することができる。両液が等量でない場合、比例式ポンプを使用するなど作業も煩雑になり、混合能率も良くない。
【００５８】
このように、Ａ液とＢ液の比率を１：１とした場合に対し、例えばＡ液を４００Ｌ，Ｂ液を６００Ｌにして２：３の比例注入を行うこととする場合は、両液の配含比が変わるので、これに備えて１０００Ｌ当りの配合比も表示し、比例注入の場合は各々の配合を振り分けて調整すればよい。
【００５９】
図１は本発明の可塑性グラウト材を使用した場合の利点を、図２の従来の可塑性グラウト材を使用した場合と比較して示したものである。
【００６０】
例えば、従来の可塑性グラウト材を使用した場合、裏込め充填自体はその可塑性を生かして行うことができる。しかしながら、充填した後は、未硬化の状態で練り返しや攪拌があると液状化する恐れもあり、また早期に可塑性が失われ硬化が始まる。
【００６１】
そのため、図２に示すように、例えば１つ前の充填域Ａ（例えば、前日の充填部分）と次の充填域Ｂ（例えば、当日の充填部分）との間に未充填域Ｃが生じやすく、その確認も難しいという問題がある。
【００６２】
これに対し、本発明による可塑性グラウト材は、可塑保持時間が長く、かつ練り返しによっても長時間可塑性が失われないため、未充填域Ｃを生じさせる恐れが少なく、また例えば、図１に示すように前日の充填域Ａが未硬化の状態で、トンネル覆工１に設けられた同じ注入孔２から当日の充填を行うことで未充填域の発生をほぼ完全に防止するといったことも可能である。
【００６３】
表２は、Ａ液にスラグおよび消石灰を含むミルクを用いる場合のグラウト材１０００Ｌ当たりのＡ液とＢ液の代表的な配合例を示したものである。
【００６４】
【表２】
【００６５】
また、表３は、Ａ液に石膏入りスラグおよび消石灰を含むミルクを用いる場合のグラウト材１０００Ｌ当たりのＡ液とＢ液の代表的な配合例を示したものである。
【００６６】
【表３】
【００６７】
これらの配合に関する詳細は、実施例において述べる。
【実施例】
【００６８】
〔実験１〕
Ａ液の配合およびＢ液のベントナイトと水の量を変えずに、７種類のリン酸塩を、各々６ｋｇずつ水溶液にしてベントナイトミルクに混入させ、可塑時間・発現強度の確認を行った。配合を表４、実験結果を表５に示す。
【００６９】
【表４】
【００７０】
セメント：普通ポルトランドセメント（株式会社トクヤマ）
消石灰：消石灰（菱光石灰工業株式会社）
ベントナイト：ベントナイト（250メッシュ）（豊洋ベントナイト鉱業株式会社）
リン酸塩Ａ：トリポリリン酸ナトリウム（下関三井化学株式会社）
リン酸塩Ｂ：ヘキサメタリン酸ナトリウム（米山化学工業株式会社）
リン酸塩Ｃ：テトラポリリン酸ナトリウム（燐化学工業株式会社）
リン酸塩Ｄ：ピロリン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩Ｅ：ピロリン酸カリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩Ｆ：第３リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩Ｇ：第２リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
【００７１】
【表５】
【００７２】
実験１から以下のことが判った。
(1) フロー値から判断すると、比較例としてのリン酸を入れないものは、可塑性が弱く適切でない。
(2) 可塑開始・可塑安定時間からは、リン酸塩Ｂ（ヘキサメタリン酸ナトリウム）を６ｋｇは不適当である。ただし、この結果は６ｋｇという配合量が多すぎるためであり、他の実験で配合量を抑えることで良好な結果が得られている。
(3) リン酸塩Ｄは水に溶解するのが困難であるという問題がある。
(4) リン酸塩Ｆ（第３リン酸ナトリウム）、リン酸塩Ｇ（第２リン酸ナトリウム）を混入するとＢ液のベントナイトの粘性が上がり、練り混ぜ作業に若干問題がある。
(5) リン酸塩Ｅ（ピロリン酸カリウム）はフロー値、可塑開始、可塑安定時間とも良い数値が得られた。ただし、製品コストが最も高くなる。
【００７３】
〔実験２〕
実験１と同時に、リン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）を６ｋｇ配合した場合について、繰り返し練り直しの実験（練り直した後も可塑性が維持されることを確認するための実験）を行った。配合および実験結果を表６に示す。
【００７４】
【表６】
【００７５】
実験２から以下のことが判った。
(1) リン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）を混合したものは、最初の混合より６時間経過する毎に練り返し、フロー値・強度の変化を測定してみたが練り返しをしないものと大きな違いはないことを確認した。
(2) 練り返しの作業中も最初の時の状態と同等な可塑状態を保ち変わらないことが判った。
(3) 一軸圧縮強度も１週より４週の方が、倍程度の発現があり通常の傾向と変わらない。
【００７６】
〔実験３〕
実験３として、リン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）の量を変化させフロー値・強度を確認した。配合および実験結果を表７に示す。
【００７７】
【表７】
【００７８】
実験３から以下のことが判った。
(1) リン酸塩をｍ3当たり０〜１ｋｇ配合したものは可塑開始時間・可塑安定時間は早く良好であるが、フロー値が大きく可塑の立ち上がり強度が不足している。
(2) リン酸塩をｍ3当たり６ｋｇ配合したものは可塑開始時間・可塑安定時間とも少し長めとなりＡ，Ｂ両液混合後、一本のホースでの注入距離が必要なところに適している。
(3) リン酸塩をｍ3当たり７ｋｇ配合したものは可塑開始時間・可塑安定時間がかなり長くなっているため、Ａ，Ｂ両液を混合した後、トンネル等の構内に持ち込み１液として注入する作業に適している。
(4) リン酸塩を３ｋｇ、４ｋｇ、５ｋｇと順に増加した場合は、フロー値の変化はさほどないが、可塑安定時間が徐々に伸びる傾向にある。
【００７９】
〔実験４〕
実験４として、高炉セメントＢ種を使用し、ベントナイトおよびリン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）を用いた配合で、消石灰の好ましい添加量を求めた。配合および実験結果を表８に示す。
【００８０】
【表８】
【００８１】
セメント：高炉セメントB種(株式会社トクヤマ)
【００８２】
実験４から以下のことが判った。
(1) 液温が18〜20℃ある場合であっても、消石灰の添加がない時は、可塑安定時間が長くかかるので消石灰を加えて対応すると良い。
(2) セメントの配合を落とすと、消石灰の配合を増加させないと可塑安定時間を早めることができない。
【００８３】
〔実験５〕
実験５として、Ａ液に石膏入りスラグと消石灰のミルクを用い、これらの配合およびＢ液のベントナイトと水の量を変えずに、９種類のリン酸塩を、各々３ｋｇずつ水溶液にしてベントナイトミルクに混入させ、可塑時間・発現強度の確認を行った。配合を表９、実験結果を表１０に示す。
【００８４】
【表９】
【００８５】
スラグ：（住金鉱化株式会社）
石膏入りスラグ：（住金鉱化株式会社）
消石灰：消石灰（菱光石灰工業株式会社）
ベントナイト：ベントナイト（250メッシュ）（豊洋ベントナイト鉱業株式会社）
リン酸塩ａ：トリポリリン酸ナトリウム（下関三井化学株式会社）
リン酸塩ｂ：ヘキサメタリン酸ナトリウム（米山化学工業株式会社）
リン酸塩ｃ：テトラポリリン酸ナトリウム（燐化学工業株式会社）
リン酸塩ｄ：ウルトラポリリン酸ナトリウム（関東化学株式会社（試薬））
リン酸塩ｅ：ピロリン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｆ：ピロリン酸カリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｇ：第３リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｈ：第２リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｉ：第１リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
【００８６】
【表１０】
【００８７】
実験５から以下のことが判った。
(1) 低温時（硬化温度9℃以下）で全てのフロー値が150mm以内に入った。
(2) 一軸圧縮強度はいずれも2.5N/mm2以上を示し、良好な結果を得た。
(3) スラグに石膏が加わった事で低温時に安定した硬化が得られた。
(4) リン酸塩ｅは水に溶解するのが困難であるという問題がある。
(5) リン酸塩ｇ、ｈを混入するとＢ液のベントナイトの粘性が上がり、練り混ぜ作業に若干の問題がある。
【００８８】
〔実験６〕
実験６として、Ａ液に石膏入りスラグと消石灰を使用し、Ｂ液にベントナイトとヘキサメタリン酸塩を用いた配合で、消石灰の好ましい添加量を求めた。配合および実験結果を表１１に示す。
【００８９】
【表１１】
【００９０】
実験６から以下のことが判った。
(1) 消石灰の上限は30ｋｇでよいことが分かった。
(2) 可塑性の保持時間は概ね15〜20時間程度である。
(3) 石膏を混入したスラグは石膏の自硬性のため、保持時間が短くなる。
【００９１】
〔実験７〕
実験７として、Ａ液に石膏入りスラグと消石灰を使用し、Ｂ液にベントナイトとヘキサメタリン酸塩を用いた配合で、石膏入りスラグの好ましい添加量を求めた。配合および実験結果を表１２に示す。
【００９２】
【表１２】
【００９３】
実験７から以下のことが判った。
(1) 石膏入りスラグの配合量が、200kg、300kgの場合、フロー値が大きく、200kgでは強度も十分ではない。これらは用途を変えて強度の小さく流動性のある材料として使用することができる。
(2) スラグの量を減らしフロー値を大きくすることで、可塑性の必要のない配合にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】トンネルの裏込め充填に本発明の可塑性グラウト材を使用した場合の利点を概念的に示した断面図である。
【図２】トンネルの裏込め充填に従来の可塑性グラウト材を使用した場合を概念的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ａ…１つ前の充填域、Ｂ…次の充填域、Ｃ…未充填域、
１…トンネル覆工、２…注入孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントミルクまたは消石灰ミルクおよびこれらの混合ミルク、あるいはスラグおよび消石灰を含むミルクと、ベントナイトミルクなどのモンモリロナイト粘土鉱物のミルクを構成要素とする可塑性グラウト材およびその製造方法に関するものであり、トンネル等の裏込注入その他、地盤と構造物の境界面の空洞の充填、地盤内の空隙の充填及び構造物内部の空隙充填などに利用される。
【背景技術】
【０００２】
可塑性グラウト材の一種としては、Ａ液としてセメントミルクあるいはこれにベントナイトを加えたものなどを用い、Ｂ液として水ガラスを用い、これらを使用直前に混合してグラウト材に可塑性を与える二液性の水ガラス系グラウト材などが知られている。
【０００３】
しかしながら、この種の可塑性グラウト材はゲル状態や可塑性の維持の時間が短く、練り返しにより、初期強度発現が阻害されるなどの問題があった。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１に記載されるように、軟弱地盤の大間隙や空洞等に可塑状グラウトを注入する場合において、Ａ液として硬化発現材を主成分とする懸濁液と、Ｂ液として水ガラスをそれぞれ別々の注入管で圧送し、注入口手前で合流混合させて注入口に至るまでに可塑状ゲルを生成させて注入することとし、さらにその圧送の条件や合流の条件を厳しく管理することで、性能の保持が図られている。
【０００５】
この他、特許文献２には、セメントとモンモリロナイト粘土鉱物を主成分とした流動性の粘性液をＡ液とし、硫酸バン土溶液をＢ液とし、それぞれ別々のポンプで圧送し、注入口付近でＡ液とＢ液を合流混合することにより、瞬時に水酸化アルミニウムを生成させ、非流動性の可塑状に変質させたグラウトを注入する工法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、水ガラス系グラウト材による地下水の汚染や耐久性の問題を解決するものとして、Ａ液としてのセメントミルクと、Ｂ液としてのベントナイトミルクとを攪拌混合して形成される空洞充填、軽量盛土及び埋立用の可塑性注入材が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９５９９７６号公報
【特許文献２】特許第３５６１１３６号公報
【特許文献３】特許第３３７８５０１号公報
【特許文献４】特開２００４−０７５７４６号公報
【特許文献５】特開２００４−２４４４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、特許文献２に記載されている可塑性グラウト材は、性能を維持するためＡ液とＢ液を別々の注入管で圧送し、圧送や合流の条件を厳しく管理する必要があったり、さらに可塑状態が維持できる時間が３０分程度と短く、早めに固化するため、トンネルの裏込めを例にとると、後述する図２に示すように既充填域と新たな充填域との間に未充填域が生じるなどの不具合がある。
【０００９】
また、特許文献３のセメントミルクとベントナイトミルクを攪拌混合して得られる可塑性グラウト材の場合、Ａ液とＢ液の混練時間はハンドミキサーで１５秒程度以下が好適であり、それ以上の混練では材料分離を生じやすくなるので好ましくないとされており、可塑形成後にさらに攪拌を続けると可塑状態が解かれて液状化する問題がある。
【００１０】
本発明は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持でき、長距離の圧送やコンテナによる輸送なども可能な可塑性グラウト材およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る可塑性グラウト材は、別々に調合されたＡ液としてのセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなるものである。
【００１２】
Ａ液としてセメントミルクを用いる点、およびＢ液としてモンモリロナイト粘土鉱物のミルクを用いる点は、特許文献３記載の発明と同様であり、Ａ液におけるセメントと水、および必要に応じて加えられる各種混和剤の配合、Ｂ液におけるモンモリロナイト粘土鉱物と水、および必要に応じて加えられる各種混和剤の配合の考え方も基本的には、特許文献３記載の発明と同様である。
【００１３】
しかしながら、特許文献３記載の発明の場合、前述のように練り返しなどによって可塑性が失なわれてしまうため、適用条件としては練り返しが少ない場合となり、例えば大きな道路トンネルの裏込め工事はプラント車で現地に近づけるので問題はないが、そうではない鉄道トンネルとなるとそう簡単ではなく長距離圧送を行った場合など問題である。
【００１４】
これに対し、本件発明者は、練り返しに強く、長い可塑性保持時問が確保できる可塑性グラウト材を求めて実験を繰り返す過程で、Ｂ液にテトラポリリン酸ナトリウムなどのリン酸塩を加えることで、可塑保持時間が長く、しかも練り返しても可塑状態を保持できることを見出した。
【００１５】
それにより、本発明の可塑性グラウト材によれば、ホース等のパイプラインによる長距離の圧送（圧送パイプやホース内を通過する可塑性グラウト材は管内抵抗や断面変化、曲がりなどで攪拌練り返し状態となり、ここで可塑性を保持できずに液状化すると目的を果たすことができない）や、コンテナによる輸送も可能となり、狭隘な空間でのハンドリングといった面でも有利である。
【００１６】
本発明の可塑性グラウト材において可塑性を保持できる時間としては、概ね４時間〜２０時間程度が期待できるが、この時間は主にリン酸塩の種類によって異なる。
【００１７】
リン酸塩としては、第１リン酸、第２リン酸、第３リン酸、ピロリン酸、酸性ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸のナトリウム塩またはカリウム塩などを例示することができる。
【００１８】
リン酸塩の種類によっては、硬化を遅らせるものばかりではないが、異なる種類のリン酸塩を数種併用すれば、可塑性保持時間の調整も可能となる。特に長時間の可塑性保持には、テトラポリリン酸塩やヘキサメタリン酸塩、ピロリン酸塩が好適であり、適切な配合を行うことで２０時間程度でも練り返しが可能である。
【００１９】
請求項２は、請求項１に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液に消石灰を加えてある場合を限定したものである。
【００２０】
Ａ液に消石灰を加えることで、可塑状になるまでの時間を短縮することができ、例えば液温が低い場合などに有効である。逆に、液温が１６℃程度以上であったり、セメント量が１ｍ3当たり、５００ｋｇ程度以上ある場合には、消石灰の必要性は少ない。
【００２１】
請求項３は、請求項２に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント３００〜６００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる場合を限定したものである。
【００２２】
セメントが３００ｋｇより少ない場合、グラウト材としての硬化時の強度が出難く、ある程度高い強度を必要とする用途には適さない。６００ｋｇより多くなるとコストが高くつく他、調合や製造の面でも困難となる。
【００２３】
消石灰は１ｋｇより少ない場合、低温時（５℃以下）に効果が出難い。２０ｋｇより多くなると、効果が変わらず不経済である。
【００２４】
ベントナイトは、７５ｋｇより少ない場合、グラウト材が長時間流動し可塑が安定し難く、１５０ｋｇより多くなるとミキサーでの攪拌混合が難しくなる。
【００２５】
リン酸塩は１ｋｇより少ない場合、その効果が十分でなく、９ｋｇより多くなると効果が変わらず、むしろ可塑の安定に至るまでの時間が延びることがあり不経済である。
【００２６】
請求項４に係る可塑性グラウト材は、別々に調合されたＡ液としてのスラグおよび消石灰を含むミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなるものである。
【００２７】
請求項４は、セメントの代わりにスラグを用いるものであるが、スラグ単独ではなく消石灰との併用によって、練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持できるという特性が得られる。スラグとしては、高炉スラグが一般的であるが、特に限定されない。
【００２８】
前述のようにセメントとリン酸塩の組み合わせとなる請求項１、２の場合において、可塑性を保持できる時間は、概ね４時間〜２０時間程度であるのに対し、Ａ液にスラグと消石灰を併用し、これとＢ液に用いるリン酸塩とを組み合わせた場合においては、練り返しが可能な可塑性の保持時間がさらに５時間程度延びる試験結果が得られた。
【００２９】
請求項５は、請求項４に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、スラグ５０〜６００ｋｇ、消石灰３〜３０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる場合を限定したものである。
【００３０】
他の組成物との配合割合にもよるが、スラグが３００ｋｇより少ない場合、フロー値が大きくなり、可塑性が弱くなり、強度も得にくい。６００ｋｇより多くなるとコストが高くつく他、調合や製造の面でも困難となる。
【００３１】
請求項６は、請求項５に係る可塑性グラウト材において、前記スラグが、石膏を内割で１〜１０重量％含有する石膏入りスラグである場合を限定したものである。
【００３２】
石膏は、スラグを硬化させること、低温時でも硬化を促す効果がある。石膏が内割で１重量％より少ない場合、効果に乏しく１０重量％より多くなると、スラグの硬化には不必要な量になる。
【００３３】
請求項７に係る可塑性グラウト材は、別々に調合されたＡ液としての消石灰ミルクまたは消石灰を含む低濃度のセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなるものである。
【００３４】
この請求項７は、用途によって、請求項２等に係る可塑性グラウト材に比べ要求される硬化強度が低い場合を対象としている。Ａ液にセメントが含まれない場合、あるいはセメント量が少ない場合でも、Ａ液としての消石灰ミルクまたは消石灰を含む低濃度のセメントミルクと、リン酸塩を含有したＢ液との組み合わせにより、練り返しなど、可塑形成後にさらに攪拌を続けても可塑性を長時間保持可能な可塑性グラウト材が得られる。
【００３５】
請求項８は、請求項７に係る可塑性グラウト材において、前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント０〜３００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩1〜９ｋｇを配合してなるものである。
【００３６】
セメント０ｋｇは、Ａ液にセメントが含まれない場合であり、セメントが３００ｋｇより多い場合は、請求項３に係る可塑性グラウト材となり、用途・要求される性能に応じて使い分けることができる。
【００３７】
請求項９は、請求項１〜８に係る可塑性グラウト材において、前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である場合を限定したものである。
【００３８】
これらは、後述する実験において、特に良好な結果が得られたリン酸塩である。なお、少なくとも１種以上としたのは数種併用することも可能であるためであり、併用することにより可塑性の効果を調整することができる。
【００３９】
請求項１０は、請求項１〜９に係る可塑性グラウト材の好ましい製造方法として、ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、前記モンモリロナイト粘土鉱物を膨潤させた状態でリン酸塩を水溶液として混入させて調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する手順を限定したものである。
【００４０】
Ｂ液としてのリン酸塩を含有したベントナイトミルクなど、モンモリロナイト粘土鉱物のミルクの作り方としては、ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらベントナイトなどのモンモリロナイト粘土鉱物を投入する。リン酸塩の混入時期はモンモリロナイト粘土鉱物の投入時やその前後となるが、好ましくはモンモリロナイト粘土鉱物の膨潤を優先させた後からリン酸塩水溶液にして混入させるのが良く、請求項１０におけるＢ液はその場合を限定している。
【００４１】
請求項１１は、請求項１０に係る可塑性グラウト材の製造方法において、前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である場合を限定したものである。
【００４２】
請求項１２は、請求項１〜１０に係る可塑性グラウト材の他の製造方法として、リン酸塩を溶解させた水にモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、ミキサーで攪拌して調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する手順を限定したものである。
【００４３】
モンモリロナイト粘土鉱物を多く配合する場合には、先にリン酸塩を溶解させておくことで、ミキサーによる調整が容易となる。
【００４４】
請求項１３は、請求項１２に係る可塑性グラウト材の製造方法において、前記リン酸塩が、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である場合を限定したものである。
【００４５】
請求項１２の製造方法においては、第１リン酸塩、ピロリン酸塩は適さない。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は、主成分としてセメントミルクやベントナイトミルク、あるいはスラグおよび消石灰を含むミルクなどを用いる二液タイプの可塑性グラウト材において、Ｂ液としてのモンモリロナイト粘土鉱物にリン酸塩を加えたものであるが、二液タイプも含め、従来の可塑性グラウト材に比べ、練り返しに強く、非常に長い可塑性保持時問が確保できる。
【００４７】
本発明では、可塑化初期の段階で練り返しを繰り返しても可塑性を保持するので、従来の可塑性グラウト材では実質的に不可能であった長距離圧送ができ（可塑性保持時間が短いとパイプ内で固化する危険があり使用困難）、有効である。
【００４８】
また、コンテナに入れて現地まで運搬しポンプで注入する場合なども、何度となく攪拌練り返し状態となるが、本発明の可塑性グラウト材では、そのような場合でも可塑性が保持できるため、現地が狭隘でミキシングプラントが設置できず、コンテナ輸送を行う場合などに極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の一実施形態をトンネルの施工における裏込めに利用する場合を例に説明する。
【００５０】
本発明では、従来の２液性の可塑性グラウト材の場合と同様に、Ａ液とＢ液を別々に調合し、これらを混合して使用する。
【００５１】
トンネルの施工における裏込めに利用する場合、例えばＡ液とＢ液をそれぞれポンプで圧送し、裏込め注入孔の手前で合流混合させたものを注入する。なお、施工条件や配合によっては、Ａ液とＢ液を地上で混合してからトンネル内に送り込み、裏込め注入を行うことも可能である。
【００５２】
表１は、Ａ液にセメントミルクを用いる場合のグラウト材１０００Ｌ当たりのＡ液とＢ液の配合例を示したものである。
【００５３】
【表１】
【００５４】
Ａ液は、セメントミルクに所定量の消石灰を加えたものに相当し、消石灰は可塑開始時間の短縮及び発現強度の安定を図る働きをする。
【００５５】
Ｂ液は、ベントナイトミルクにリン酸塩であるテトラポリリン酸塩を加えたものに相当する。
【００５６】
トンネルの裏込めに利用する場合の好ましい調合方法としては、ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらベントナイトを投入し、ベントナイトを膨潤させた状態でテトラポリリン酸塩の水溶液を混入させて調整する。このような手順で調整することで、製造されたグラウト材はベントナイトの膨潤特性を優先させ、より安定した可塑剤となる。
【００５７】
上記配合は、Ａ液とＢ液の比率を１：１としたものであり、混合も容易で作業も単純化することができる。両液が等量でない場合、比例式ポンプを使用するなど作業も煩雑になり、混合能率も良くない。
【００５８】
このように、Ａ液とＢ液の比率を１：１とした場合に対し、例えばＡ液を４００Ｌ，Ｂ液を６００Ｌにして２：３の比例注入を行うこととする場合は、両液の配含比が変わるので、これに備えて１０００Ｌ当りの配合比も表示し、比例注入の場合は各々の配合を振り分けて調整すればよい。
【００５９】
図１は本発明の可塑性グラウト材を使用した場合の利点を、図２の従来の可塑性グラウト材を使用した場合と比較して示したものである。
【００６０】
例えば、従来の可塑性グラウト材を使用した場合、裏込め充填自体はその可塑性を生かして行うことができる。しかしながら、充填した後は、未硬化の状態で練り返しや攪拌があると液状化する恐れもあり、また早期に可塑性が失われ硬化が始まる。
【００６１】
そのため、図２に示すように、例えば１つ前の充填域Ａ（例えば、前日の充填部分）と次の充填域Ｂ（例えば、当日の充填部分）との間に未充填域Ｃが生じやすく、その確認も難しいという問題がある。
【００６２】
これに対し、本発明による可塑性グラウト材は、可塑保持時間が長く、かつ練り返しによっても長時間可塑性が失われないため、未充填域Ｃを生じさせる恐れが少なく、また例えば、図１に示すように前日の充填域Ａが未硬化の状態で、トンネル覆工１に設けられた同じ注入孔２から当日の充填を行うことで未充填域の発生をほぼ完全に防止するといったことも可能である。
【００６３】
表２は、Ａ液にスラグおよび消石灰を含むミルクを用いる場合のグラウト材１０００Ｌ当たりのＡ液とＢ液の代表的な配合例を示したものである。
【００６４】
【表２】
【００６５】
また、表３は、Ａ液に石膏入りスラグおよび消石灰を含むミルクを用いる場合のグラウト材１０００Ｌ当たりのＡ液とＢ液の代表的な配合例を示したものである。
【００６６】
【表３】
【００６７】
これらの配合に関する詳細は、実施例において述べる。
【実施例】
【００６８】
〔実験１〕
Ａ液の配合およびＢ液のベントナイトと水の量を変えずに、７種類のリン酸塩を、各々６ｋｇずつ水溶液にしてベントナイトミルクに混入させ、可塑時間・発現強度の確認を行った。配合を表４、実験結果を表５に示す。
【００６９】
【表４】
【００７０】
セメント：普通ポルトランドセメント（株式会社トクヤマ）
消石灰：消石灰（菱光石灰工業株式会社）
ベントナイト：ベントナイト（250メッシュ）（豊洋ベントナイト鉱業株式会社）
リン酸塩Ａ：トリポリリン酸ナトリウム（下関三井化学株式会社）
リン酸塩Ｂ：ヘキサメタリン酸ナトリウム（米山化学工業株式会社）
リン酸塩Ｃ：テトラポリリン酸ナトリウム（燐化学工業株式会社）
リン酸塩Ｄ：ピロリン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩Ｅ：ピロリン酸カリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩Ｆ：第３リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩Ｇ：第２リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
【００７１】
【表５】
【００７２】
実験１から以下のことが判った。
(1) フロー値から判断すると、比較例としてのリン酸を入れないものは、可塑性が弱く適切でない。
(2) 可塑開始・可塑安定時間からは、リン酸塩Ｂ（ヘキサメタリン酸ナトリウム）を６ｋｇは不適当である。ただし、この結果は６ｋｇという配合量が多すぎるためであり、他の実験で配合量を抑えることで良好な結果が得られている。
(3) リン酸塩Ｄは水に溶解するのが困難であるという問題がある。
(4) リン酸塩Ｆ（第３リン酸ナトリウム）、リン酸塩Ｇ（第２リン酸ナトリウム）を混入するとＢ液のベントナイトの粘性が上がり、練り混ぜ作業に若干問題がある。
(5) リン酸塩Ｅ（ピロリン酸カリウム）はフロー値、可塑開始、可塑安定時間とも良い数値が得られた。ただし、製品コストが最も高くなる。
【００７３】
〔実験２〕
実験１と同時に、リン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）を６ｋｇ配合した場合について、繰り返し練り直しの実験（練り直した後も可塑性が維持されることを確認するための実験）を行った。配合および実験結果を表６に示す。
【００７４】
【表６】
【００７５】
実験２から以下のことが判った。
(1) リン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）を混合したものは、最初の混合より６時間経過する毎に練り返し、フロー値・強度の変化を測定してみたが練り返しをしないものと大きな違いはないことを確認した。
(2) 練り返しの作業中も最初の時の状態と同等な可塑状態を保ち変わらないことが判った。
(3) 一軸圧縮強度も１週より４週の方が、倍程度の発現があり通常の傾向と変わらない。
【００７６】
〔実験３〕
実験３として、リン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）の量を変化させフロー値・強度を確認した。配合および実験結果を表７に示す。
【００７７】
【表７】
【００７８】
実験３から以下のことが判った。
(1) リン酸塩をｍ3当たり０〜１ｋｇ配合したものは可塑開始時間・可塑安定時間は早く良好であるが、フロー値が大きく可塑の立ち上がり強度が不足している。
(2) リン酸塩をｍ3当たり６ｋｇ配合したものは可塑開始時間・可塑安定時間とも少し長めとなりＡ，Ｂ両液混合後、一本のホースでの注入距離が必要なところに適している。
(3) リン酸塩をｍ3当たり７ｋｇ配合したものは可塑開始時間・可塑安定時間がかなり長くなっているため、Ａ，Ｂ両液を混合した後、トンネル等の構内に持ち込み１液として注入する作業に適している。
(4) リン酸塩を３ｋｇ、４ｋｇ、５ｋｇと順に増加した場合は、フロー値の変化はさほどないが、可塑安定時間が徐々に伸びる傾向にある。
【００７９】
〔実験４〕
実験４として、高炉セメントＢ種を使用し、ベントナイトおよびリン酸塩Ｃ（テトラポリリン酸ナトリウム）を用いた配合で、消石灰の好ましい添加量を求めた。配合および実験結果を表８に示す。
【００８０】
【表８】
【００８１】
セメント：高炉セメントB種(株式会社トクヤマ)
【００８２】
実験４から以下のことが判った。
(1) 液温が18〜20℃ある場合であっても、消石灰の添加がない時は、可塑安定時間が長くかかるので消石灰を加えて対応すると良い。
(2) セメントの配合を落とすと、消石灰の配合を増加させないと可塑安定時間を早めることができない。
【００８３】
〔実験５〕
実験５として、Ａ液に石膏入りスラグと消石灰のミルクを用い、これらの配合およびＢ液のベントナイトと水の量を変えずに、９種類のリン酸塩を、各々３ｋｇずつ水溶液にしてベントナイトミルクに混入させ、可塑時間・発現強度の確認を行った。配合を表９、実験結果を表１０に示す。
【００８４】
【表９】
【００８５】
スラグ：（住金鉱化株式会社）
石膏入りスラグ：（住金鉱化株式会社）
消石灰：消石灰（菱光石灰工業株式会社）
ベントナイト：ベントナイト（250メッシュ）（豊洋ベントナイト鉱業株式会社）
リン酸塩ａ：トリポリリン酸ナトリウム（下関三井化学株式会社）
リン酸塩ｂ：ヘキサメタリン酸ナトリウム（米山化学工業株式会社）
リン酸塩ｃ：テトラポリリン酸ナトリウム（燐化学工業株式会社）
リン酸塩ｄ：ウルトラポリリン酸ナトリウム（関東化学株式会社（試薬））
リン酸塩ｅ：ピロリン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｆ：ピロリン酸カリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｇ：第３リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｈ：第２リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
リン酸塩ｉ：第１リン酸ナトリウム（ラサ晃栄株式会社）
【００８６】
【表１０】
【００８７】
実験５から以下のことが判った。
(1) 低温時（硬化温度9℃以下）で全てのフロー値が150mm以内に入った。
(2) 一軸圧縮強度はいずれも2.5N/mm2以上を示し、良好な結果を得た。
(3) スラグに石膏が加わった事で低温時に安定した硬化が得られた。
(4) リン酸塩ｅは水に溶解するのが困難であるという問題がある。
(5) リン酸塩ｇ、ｈを混入するとＢ液のベントナイトの粘性が上がり、練り混ぜ作業に若干の問題がある。
【００８８】
〔実験６〕
実験６として、Ａ液に石膏入りスラグと消石灰を使用し、Ｂ液にベントナイトとヘキサメタリン酸塩を用いた配合で、消石灰の好ましい添加量を求めた。配合および実験結果を表１１に示す。
【００８９】
【表１１】
【００９０】
実験６から以下のことが判った。
(1) 消石灰の上限は30ｋｇでよいことが分かった。
(2) 可塑性の保持時間は概ね15〜20時間程度である。
(3) 石膏を混入したスラグは石膏の自硬性のため、保持時間が短くなる。
【００９１】
〔実験７〕
実験７として、Ａ液に石膏入りスラグと消石灰を使用し、Ｂ液にベントナイトとヘキサメタリン酸塩を用いた配合で、石膏入りスラグの好ましい添加量を求めた。配合および実験結果を表１２に示す。
【００９２】
【表１２】
【００９３】
実験７から以下のことが判った。
(1) 石膏入りスラグの配合量が、200kg、300kgの場合、フロー値が大きく、200kgでは強度も十分ではない。これらは用途を変えて強度の小さく流動性のある材料として使用することができる。
(2) スラグの量を減らしフロー値を大きくすることで、可塑性の必要のない配合にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】トンネルの裏込め充填に本発明の可塑性グラウト材を使用した場合の利点を概念的に示した断面図である。
【図２】トンネルの裏込め充填に従来の可塑性グラウト材を使用した場合を概念的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ａ…１つ前の充填域、Ｂ…次の充填域、Ｃ…未充填域、
１…トンネル覆工、２…注入孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別々に調合されたＡ液としてのセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなる可塑性グラウト材。
【請求項２】
前記Ａ液に消石灰を加えてある請求項１記載の可塑性グラウト材。
【請求項３】
前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント３００〜６００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる請求項２記載の可塑性グラウト材。
【請求項４】
別々に調合されたＡ液としてのスラグおよび消石灰を含むミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなる可塑性グラウト材。
【請求項５】
前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、スラグ５０〜６００ｋｇ、消石灰３〜３０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる請求項４記載の可塑性グラウト材。
【請求項６】
前記スラグが、石膏を内割で１〜１０重量％含有する石膏入りスラグである請求項５記載の可塑性グラウト材。
【請求項７】
別々に調合されたＡ液としての消石灰ミルクまたは消石灰を含む低濃度のセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなる可塑性グラウト材。
【請求項８】
前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント０〜３００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる請求項７記載の可塑性グラウト材。
【請求項９】
前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である請求項１〜８のいずれかに記載の可塑性グラウト材。
【請求項１０】
ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、前記モンモリロナイト粘土鉱物を膨潤させた状態でリン酸塩を水溶液として混入させて調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する請求項１〜９のいずれかに記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１１】
前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である請求項１０記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１２】
リン酸塩を溶解させた水にモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、ミキサーで攪拌して調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する請求項１〜１０のいずれかに記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１３】
前記リン酸塩が、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である請求項１２記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１】
別々に調合されたＡ液としてのセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなる可塑性グラウト材。
【請求項２】
前記Ａ液に消石灰を加えてある請求項１記載の可塑性グラウト材。
【請求項３】
前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント３００〜６００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる請求項２記載の可塑性グラウト材。
【請求項４】
別々に調合されたＡ液としてのスラグおよび消石灰を含むミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなる可塑性グラウト材。
【請求項５】
前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、スラグ５０〜６００ｋｇ、消石灰３〜３０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる請求項４記載の可塑性グラウト材。
【請求項６】
前記スラグが、石膏を内割で１〜１０重量％含有する石膏入りスラグである請求項５記載の可塑性グラウト材。
【請求項７】
別々に調合されたＡ液としての消石灰ミルクまたは消石灰を含む低濃度のセメントミルクと、Ｂ液としてのリン酸塩を含有したモンモリロナイト粘土鉱物のミルクとを攪拌混合してなる可塑性グラウト材。
【請求項８】
前記Ａ液とＢ液の合計１ｍ3当たり、セメント０〜３００ｋｇ、消石灰１〜２０ｋｇ、モンモリロナイト粘土鉱物としてのベントナイト７５〜１５０ｋｇ、リン酸塩１〜９ｋｇを配合してなる請求項７記載の可塑性グラウト材。
【請求項９】
前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である請求項１〜８のいずれかに記載の可塑性グラウト材。
【請求項１０】
ミキサーに所定量の水を入れて撹絆しながらモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、前記モンモリロナイト粘土鉱物を膨潤させた状態でリン酸塩を水溶液として混入させて調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する請求項１〜９のいずれかに記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１１】
前記リン酸塩が、第１リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸、および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である請求項１０記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１２】
リン酸塩を溶解させた水にモンモリロナイト粘土鉱物を投入し、ミキサーで攪拌して調整したＢ液を、あらかじめセメントと水、またはセメントおよび消石灰と水、またはスラグおよび消石灰と水、またはスラグおよび石膏および消石灰と水、または消石灰と水を混合して調整したＡ液に加えて攪拌混合する請求項１〜１０のいずれかに記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【請求項１３】
前記リン酸塩が、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ヘキサメタリン酸および酸性ヘキサメタリン酸の、ナトリウム塩またはカリウム塩の中から選ばれた少なくとも１種以上のリン酸塩である請求項１２記載の可塑性グラウト材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２４９２５（Ｐ２００８−２４９２５Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６６３５８（Ｐ２００７−１６６３５８）
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（５０２１７１２４２）株式会社 地巧社 (3)
【出願人】（５００３７４３０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（５０２１７１２４２）株式会社 地巧社 (3)
【出願人】（５００３７４３０８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]