可塑性グラウト材
【課題】高い強度を発現することで重要構造物直下にも適用でき、厳格な配合を必要としないため刻々と変化する工事現場に対応可能な、可塑性グラウト材の提供。
【解決手段】セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上である。
【解決手段】セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、地盤や構造物の空隙、目地、ひび割れ、または地盤と構造物の間に生じた隙間等に注入する空洞充填用の注入材料に関する。より詳細には、本発明は、可塑性を有するグラウト材に関する。
【背景技術】
【０００２】
「可塑性」なる文言は、剪断力が加わると流動性を発現し、剪断力が加わらなければ流動性を発現しない性質を意味している。
その様な可塑性を有するグラウト材は、例えば、図１１で断面を示すような、トンネルの背面空洞注入等では大変に都合が良い。すなわち、係るグラウト材を圧送するにあたっては、その直前にポンプ等で剪断力を与えて流動性を高めれば、容易に充填予定箇所まで圧送することができる。そして、所定箇所に充填した後は、剪断力が付与されないので流動性は低下して、充填された領域に滞留し続けて硬化するからである。
【０００３】
図１１において、トンネル断面では、ライニングとして、トンネルの左右側壁における部分円弧状の左右側壁コンクリート１と、左右側壁コンクリート１を橋渡しするアーチコンクリート２とが存在する。
このようなライニングの背面（地山側：図１１では上側）には何らかの原因により空洞３が生じる場合が存在する。そのような空洞が存在すると、地山からの応力が均等に伝わらず、トンネル本体における有害な変形を惹起する恐れがある。
【０００４】
アーチコンクリート２の背面（地山側：図１１では上側）に空洞３が生じて、トンネル本体における強度低下を惹起するのを防止するため、アーチコンクリート２の背面の空洞３にグラウト材を充填して空洞３を充填する工事である「背面空洞注入工事」が行われる。
図１１の例では、係る工事において、トンネル内壁の天井部（図１１では上方の領域）で、トンネルの中心線Ｌｃから０．１ｍ離れた位置から地山側に向かって注入口Ｈ２を掘削し、中心線Ｌｃから左右に２．５ｍ離れた位置から地山側に向かって注入口Ｈ１、Ｈ３を各々掘削している。そして、注入口Ｈ１〜Ｈ３に可塑性を有するグラウト材を注入している。
【０００５】
このような可塑性を有するグラウト材を提供する技術として、例えば、セメントミルク、セメントエアミルク等のグラウト材に、水ガラス系薬液又はアルミニウム塩溶液を添加してゲル化させ、以って、グラウト材に可塑性を付与する技術が知られている。
しかし、ゲル化による可塑性はコントロールがし難い。
また、流動性が低下し過ぎると、ポンプによるグラウト材の圧送ができなくなる恐れがある。
【０００６】
その他の従来技術として、ベントナイトがセメントのカルシウムイオンに凝集される効果に着目し、セメントミルクとベントナイトミルクとを撹拌混合することにより可塑性注入材を得る技術が提案されている（特許文献１）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）におけるセメントミルクとベントナイトミルクの混合液では、高い強度を発現することができない。
また、特に重要構造物直下等では、空隙に充填されるグラウト材に対して、２４Ｎ／ｍｍ２以上の強度が必要とされるが、従来技術に係る可塑性グラウト材では、その様な強度（２４Ｎ／ｍｍ２以上の強度）を発現することができない。
さらに、従来の可塑性グラウト材は、厳格な配合により可塑性グラウト材としての所定の品質を確保しているが、厳格な配合が要求される従来の可塑性グラウト材では、刻々と変化する工事現場に対応することが出来ない。
【特許文献１】特開平１１−３１０７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、施工に要求される強度を発現することが出来て、フロー値やブリージング率が施工に際して定められた基準を充足しており、しかも、所定の品質を確保するために厳格な配合を必要とせず、刻々と変化する工事現場に対応して配合を変更可能な可塑性グラウト材の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の可塑性グラウト材は、セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
そして本発明の可塑性グラウト材は、セメントと、水と、凝集剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴としている（請求項２）。
すなわち、上述した可塑性グラウト材（請求項１の可塑性グラウト材）において、水和反応促進剤を包含しないことが可能である。
【００１０】
また本発明の可塑性グラウト材は、セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が１２０％〜１５０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．１５％〜０．８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％〜３．０％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴としている（請求項３）。
【発明の効果】
【００１１】
上述する構成を具備する本発明の可塑性グラウト材によれば、富配合の場合には（請求項１、請求項２）、フロー値（静置時）、ブリージング率、一軸圧縮強度の何れにおいても、必要な基準（例えば、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準）を上回ることが出来る。
そして、一軸圧縮強度については、係る基準を遥かに上回る高い強度を達成することが出来る。
また、エアを混入することにより、一軸圧縮強度や比重を適宜調整することも出来る。
【００１２】
また、本発明の可塑性グラウト材によれば、貧配合（請求項３）にして製造コストの低減を図った場合においても、フロー値（静置時）、ブリージング率、一軸圧縮強度について、上述した必要な基準を上回ることが出来る。
【００１３】
ここで、可塑性グラウト材は、可塑性と同時に、水に希釈されない性質、水中不分離性が要求される。
本発明の可塑性グラウト材によれば、水溶性セルロースが水の添加量の０．２％以上添加されているので、係る水中不分離性を発揮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
可塑性グラウト材に要求される品質を示す評価項目毎に基準があり、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準が広く適用されている。そして本発明の実施形態に係る可塑性グラウト材においても、流動性、非収縮性、強度について、当該基準（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社の基準：規格値）を充足するという要請が存在する。
【００１５】
係る要請に鑑みて、本発明の実施形態に係る可塑性グラウト材においては、流動性の基準として規格値のフロー値（静置時）が８０ｍｍ〜１５５ｍｍとする。
また非収縮性の基準は、規格値が２８日硬化後収縮率２％以下（２ｃｍ／１００ｃｍ）であることから、ブリージング率が１％以下とする。
さらに強度の基準としては、規格値の一軸圧縮強度（σ２８）が１．５Ｎ／ｍｍ２以上とし、さらに高強度型の可塑性グラウト材については一軸圧縮強度（σ２８）が２４Ｎ／ｍｍ２以上であることを基準としている。
そして、本発明の実施形態に係る可塑性グラウト材においては、上記全ての条件を充足することを目標とした。
【００１６】
第１実施形態は、いわゆる富配合の場合の実施形態であり、Ｗ／Ｃが５０％前後における実施形態である。この実施形態では、上述した条件（フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度に係る条件）を充足した上で、さらに一軸圧縮強度を向上した可塑性グラウト材を得ることを目的としている。
第２実施形態は、いわゆる貧配合の場合の実施形態であり、Ｗ／Ｃが、１４０％前後における実施形態である。この実施形態では、貧配合とすることにより、出来る限り製造コストを低減化して、上述の条件（フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度に係る条件）を充足することを目的としている。
【００１７】
第１実施形態及び第２実施形態に係る可塑性グラウト材は、水、セメントに加えて、凝集剤、水和反応促進剤、水溶性セルロースを配合に有している。
凝集剤には様々な種類があり、無機系の凝集剤（吸着性天然鉱物、アルミニウム系、ポリ硫酸第二鉄等）や、高分子系の凝集剤（アニオン系ポリアクリルアミド、カチオン系ポリアクリルアミド）が一般に知られている。その様な凝集剤は、例えば、粘土・シルトなどの小さな粒子を捕捉してフロック（凝集）を形成して水Ｗとの分離を図り、或いは土の固体化を図るために用いられる。
少量の添加で最も顕著な可塑性を発現させる材料としては、高分子系の凝集剤（ポリアクリルアミド）が特に好適である。そのため、以下の実施形態及び実験例では、凝集剤として、ポリアクリルアミドを用いた。
【００１８】
水和反応促進剤として、例えば、アルミン酸ソーダ（化学名：アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌ2Ｏ3）を用いるのが好ましい。そして、以下の実施形態及び実験例では、水和反応促進剤として、例えば、アルミン酸ソーダを選択した。
水溶性セルロースとして、例えば、セルロース系水溶性高分子材料を用いることが出来る。以下の実施形態及び実験例においても、水溶性セルロースとして、セルロース系水溶性高分子材料を用いた。
【００１９】
第１実施形態及び第２実施形態に係る可塑性グラウト材では、凝集剤、水和反応促進剤、水溶性セルロースの他に、「所要のコンステンシー及び強度を得るのに必要な単位水量及び単位セメント量を減少させる薬剤」、すなわち減水剤を添加している。
そして第１実施形態及び第２実施形態では、グラウト材の搬送途中での凝結を防止するため、遅延型減水剤を用いている。ここで遅延型減水剤としては、例えばポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする遅延型減水剤が、好適である。以下、本明細書では、遅延型減水剤を「減水剤」と表記する。
【００２０】
第１実施形態
上述した様に、第１実施形態に係る可塑性グラウト材は、富配合の可塑性グラウト材であり、その組成は次の通りである。
セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％。
セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下。
水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上。
以下、実験１〜実験７を参照して、係る組成について説明する。
【００２１】
実験１
実験１は、水和反応促進剤の添加量の上限に関する実験である。
実験１では、Ｗ／Ｃ＝５０％のセメントミルクに、セメント質量の０．５０％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の０％〜２．５％まで、０．５％刻みで変化させた試験材料を用いた。
より詳細には、実験１の試験材料の作成にあたっては、先ず、水と減水剤とセメントをホバート型ミキサーによって１分間攪拌し、グラウト材を作った。また、水と水和反応促進剤を調理用ハンドミキサーによって１分間攪拌して、可塑材を作った。
そして、グラウト材と可塑材を混合し、ホバート型ミキサーによって１分間攪拌した。
係る試験材料の組成を表１に示す。
表１
【００２２】
この様にして作成された試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図１における水和反応促進剤添加量と静置フロー値との特性として示されている。
図１において、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の１．５％以上では、静置フロー値がきわめて小さくなり、試験材料の流動性が急激に低下している。
従って、実験１の結果、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合（富配合の場合）には、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以下にするべきことが分かった。
【００２３】
実験２
実験２も、水和反応促進剤の添加量に関する実験であり、Ｗ／Ｃ＝５０％である場合に、水和反応促進剤の添加量と静置フロー値との関係を、経過時間毎に計測した。
実験２における実験材料及びその製造方法は、実験１と同様である。
実験２でも、水和反応促進剤添加量と静置フロー値との特性を求めた。実験２の結果が、図２で示されている。
図２では明示されていないが、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の１．５％以上になると、実験材料を混合している時点で流動性が悪くなり、非常に硬い材料となってしまうことが分かった。係る事実からも、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合（富配合の場合）、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以下にするべきことが分かった。
すなわち、実験１および実験２から、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合、可塑性グラウト材の圧送性等を考慮し、著しく作業性が低下しないようにするためには、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の０％〜１．０％にするべきことが確認できた。
【００２４】
ここで、実験２から、第１実施形態に係る可塑性グラウト材では、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の０％、すなわち水和反応促進剤を包含しないことが可能であることが明らかになった（請求項２に係る可塑性グラウト材）。
また、第１実施形態に係る可塑性グラウト材において、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以下にする必要がある旨も明らかになった（請求項１に係る可塑性グラウト材）。
【００２５】
実験３
実験３は、水溶性セルロースの添加量に関する実験である。
実験３では、Ｗ／Ｃ＝５０％のセメントミルクに、セメント質量の０．５０％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の０％〜１．０％まで０．５％刻みで変化させ、且つ、水溶性セルロースを水添加量の０％〜０．５％まで０．１％刻みで変化させた試験材料を用いた。
実験３の試験材料の作成にあたっては、先ず、水と減水剤とセメントをホバート型ミキサーによって１分間攪拌し、グラウト材を作った。また、水と水和反応促進剤と水溶性セルロースを調理用ハンドミキサーによって１分間攪拌して、可塑材を作った。
そして、グラウト材と可塑材を混合し、ホバート型ミキサーによって１分間攪拌した。
係る試験材料の組成を表２に示す。
表２
【００２６】
この様にして作成された試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図３における水和反応促進剤添加量をセメント添加量の０％、０．５％、１．０％添加した場合の各々における水溶性セルロース添加量と静置フロー値との特性として示されている。
図３において、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上添加すれば、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％、０．５％、１．０％の全ての場合について、ブリージング率が１％以下に抑制できることが判明した。
そして実験３の結果、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合（富配合の場合）には、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上にするべきことが分かった。
【００２７】
実験４
実験４は、凝集剤の添加量に関する実験である。
実験１〜３により、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の０％〜１．０％、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上にするべきことが分かっている。
係る実験結果に基づいて、実験４では、Ｗ／Ｃ＝５０％、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％にして、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の０〜１．０％の範囲で０．５％刻みの３通りについて、凝集剤添加量をセメント添加量の０．０２％〜０．０８％の範囲で変更した試験材料を作成した。
【００２８】
実験４の試験材料の作成にあたっては、先ず、水と減水剤とセメントをホバート型ミキサーによって１分間攪拌し、グラウト材を作った。また、水と凝集剤と、水和反応促進剤と水溶性セルロースを調理用ハンドミキサーによって１分間攪拌して、可塑材を作った。
そして、グラウト材と可塑材を混合し、ホバート型ミキサーによって１分間攪拌した。
係る試験材料の組成を表３に示す。
表３
【００２９】
表３で示す試験材料について、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図４において、水和反応促進剤添加量をセメント添加量の０％、０．５％、１．０％添加した場合の各々における凝集剤添加量と静置フロー値との特性として、示されている。
図４から、凝集剤添加量をセメント添加量の０．０４％〜０．０８％にすれば、水和反応促進剤添加量を適宜設定することにより、目標とする「フロー値が８０ｍｍ〜１５５ｍｍ」という物性が達成できることが分かった。
ブリージング率が１％以下という点については、表３で示すように、実験４の試験材料は全て水溶性セルロースが水添加量の０．２％となっている。そして、実験３の結果より、水溶性セルロースが水添加量の０．２％であれば、試験材料のブリージング率が１％以下になることが判明している。
【００３０】
実験５
実験５は、実験３と同様に、水溶性セルロースの添加量に関する実験である。但し、実験５は、実験３の様にブリージング率を計測する実験ではなく、水中不分離性に関する実験である。
可塑性グラウト材は、可塑性と同時に、水中コンクリートで要求される「水に希釈されない」性質である水中分離抵抗性も要求される。
本発明に係るグラウト材で水溶性セルロースを添加するのは、ブリージング率を１％以下に抑制することに加えて、水中分離抵抗性を獲得するためでもある。
実験５で使用した試験材料の組成は下表４の通りである。そして、試験材料は実験１〜実験４と同様に製造された。
表４
【００３１】
実験５は、図５で示すように、幅４５０ｍｍ、奥行き３００ｍｍ、高さ３００ｍｍの水槽ＣＡに水を充填し、シリンダ（図示せず：ＪＨＳ規格：φ８０ｍｍ、高さ８０ｍｍ）に充填した試験材料Ｍを水槽ＣＡの底面に静置し、シリンダをゆっくりと引き上げた後、水槽内の水質（ｐＨ）の変化を６０分間測定する。
測定は、水槽ＣＡの水面下１０ｃｍに設置したｐＨ計Ｐｍ１を用いても良いし、水槽ＣＡの水面下１０ｃｍの試料採取ポイントＳＰ１から水槽ＣＡ内の水をスポイトにより採取し、採取した水のｐＨを別途設けたｐＨ計測装置で計測しても良い。
【００３２】
実験５の試験結果を図６で示す。
図６において、水溶性セルロースの添加量が水添加量の０．２％の試験材料と、０．２５％の試験材料と、０．３３％の試験材料においては、下表５で示すように時間が経過してもｐＨは変化しておらず、セメントを包含するグラウト材である試験材料が水槽ＣＡ内の水に殆ど溶解しないことが明らかである。
すなわち、可塑性グラウト材の水中分離抵抗性を向上する意味からも、水溶性セルロースは水添加量の０．２％以上添加することが好適であることが明らかになった。
表５
【００３３】
実験６
実験６では、セメント添加量或いはＷ／Ｃの範囲について、実験を行なった。
実験１〜実験５では、Ｗ／Ｃを５０％に固定して実験を行なっているが、実験６では、実験１〜実験５で確認された組成、すなわち凝集剤添加量がセメント添加量の０．０４％〜０．０８％、水和反応促進剤の添加量がセメント添加量の０〜１．０％、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％以上にした上で、Ｗ／Ｃの数値を３０％〜７０％の範囲において、５％刻みで変更して、適不適を判断した。
実験６の結果を表６で示す。
表６
【００３４】
表６で示すように、Ｗ／Ｃが４０％を下回った場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が８０ｍｍ未満となった。
一方、Ｗ／Ｃが６０％を越えた場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が１５５ｍｍを上回る数値となった。
実験６の結果より、４０％≦Ｗ／Ｃ≦６０％とするべきことが判明した。
【００３５】
実験７
実験７は、実験１〜実験６で確認された組成の可塑性グラウト材が、必要な規格を充足するか否かを実験した。
実験１〜実験６で確認された組成から、試験材料として、下表７で示す様な２種類の組成の可塑性グラウト材（表７では「配合１」、「配合２」と表示）を製造した。配合２は配合１に気泡を混合した（気泡混合率４０％）した実験材料である。
そして、「（株）高速道路総合技術研究所（ＮＥＸＣＯ総研）規格ＪＨＳ覆工背面空洞注入材の適用性確認試験方法（案）」に準拠した試験を行ない、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度（材齢２８日）、比重その他を計測した。
表７
【００３６】
配合１のフロー値（静置時）は１３６ｍｍ、配合２のフロー値（静置時）は１５２ｍｍであり、８０ｍｍ〜１５５ｍｍという目標値の範囲内である。
配合１、配合２のブリージング率は共に０％であり、１％以内という目標をクリアしている。
そして、配合１の一軸圧縮強度は３３．７Ｎ／ｍｍ２、配合２の一軸圧縮強度は８．２Ｎ／ｍｍ２であり、何れも、目標とする一軸圧縮強度である１．５Ｎ／ｍｍ２を上回る強度を実現した。特に、配合１では、３３．７Ｎ／ｍｍ２という非常に高い強度を実現している。
実験７から、第１実施形態に係る可塑性グラウト材は、要求された条件を充足することが明らかになった。
【００３７】
ここで、配合１の比重は１．８であり、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準の比重（１．１〜１．５）よりも大きい数値となっているので、トンネルの背面すなわちトンネルの天井面における裏込め（例えば図１０の空洞３における裏込め）については、配合１の可塑性グラウト材を使用するべきではない。
しかし、例えばトンネル側面における裏込めについては、配合１の可塑性グラウト材を使用することが出来る。
配合１に気泡を混合した配合２では、比重が１．１となり、当該基準（気泡を混合した場合には１．１〜１．２）を充足するので、トンネルの背面における裏込めについて使用可能である。
これ等のことから、第１実施形態に係る可塑性グラウト材は、気泡を混合することにより比重を自在に調整して、適用の範囲を広げることが可能である旨が明らかになった。
【００３８】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る可塑性グラウト材について、実験８〜実験１３を参照して説明する。
第２実施形態に係る可塑性グラウト材は、貧配合の可塑性グラウト材であり、その組成は次の通りである。
セメントに対する凝集剤の比率が０．１５％〜０．８％。
セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％〜３．０％。
水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上。
【００３９】
実験８
実験８は、水和反応促進剤の添加量の下限に関する実験である。
実験８では、Ｗ／Ｃ＝１４０％のセメントミルク（貧配合）に、セメント質量の０．２５％の減水剤と、凝集剤をセメント質量の０％〜０．９０％或いは０％〜０．５０％の範囲で変更し、且つ、水和反応促進剤をセメント質量の０％、１．０％、２．０％、３．０％に変更した試験材料を用いた。
試験材料の製造方法は、実験１〜実験４で説明したのと同様である。
実験８で用いられた試験材料の組成を、下表８で示す。
表８
【００４０】
表８で示す試験材料について、静置フロー値を計測した（ＪＨＳ３１３）。
実験８の結果が、図７で示されている。
図７から明らかなように、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％では、凝集剤の添加量に拘らず、静置フロー値は目標値（８０ｍｍ〜１５５ｍｍ）の範囲内とはならない。
実験８より、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合（貧配合の場合）には、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以上にするべきことが分かった。
【００４１】
実験９
実験９は、水和反応促進剤の添加量の上限に関する実験である。
実験９では、Ｗ／Ｃ＝１４０％のセメントミルクに、セメント質量の０．２５％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の１．０％、２．０％、３．０％、４．０％に変更した試験材料を用いた。
試験材料の製造方法は、実験１〜実験４で説明したのと同様である。
実験９で用いられた試験材料の組成を、下表９で示す。
表９
【００４２】
この様にして作成された試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が図８で示されている。
図８において、水和反応促進剤添加量が３．０％の特性曲線と、４．０％の特性曲線とは同様な挙動を示している。このことから、水和反応促進剤添加量が３．０％を越えた場合には、同様な特性を示すことが明らかである。
ここで、第２実施形態は製造コストを低減することを大きな目的としているので、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合（貧配合の場合）には、水和反応促進剤の添加量の上限をセメント質量の３．０％とするべきである。
【００４３】
実験１０
実験１０は、水溶性セルロースの添加量に関する実験である。
実験１０では、Ｗ／Ｃ＝１４０％のセメントミルクに、セメント質量の０．２５％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の０％、１．０％、２．０％と変更して、且つ、水溶性セルロースを水添加量の０％〜１．０％まで変更した試験材料を用いた。
実験１０の試験材料の製造は、実験１〜実験４と同様な手順で行なわれた。
実験１０の試験材料の組成を表１０に示す。
表１０
【００４４】
表１０の試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。その結果が、図９で示されている。
図９において、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の１．０％、２．０％の場合において、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％以上となれば、ブリージング率は１％以下に抑制されている。
図９において、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％であれば、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％でも、ブリージング率は２５％程度である。しかし、実験８で、水和反応促進剤添加量はセメント添加量の１．０％以上とするべきことが分かっており、「水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％」は、その範囲から外れている。
従って、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合（貧配合の場合）においても、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上にするべきことが分かった。
【００４５】
実験１１
実験１１は、凝集剤の添加量に関する実験である。
実験８〜１０により、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の１．０％〜３．０％、水溶性セルロース添加量をセメント添加量の０．２％以上にするべきことが分かっている。
係る実験結果に基づいて、実験１１では、Ｗ／Ｃ＝１４０％、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％にして、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の１．０％、２．０％、３．０％の３通りにして、凝集剤添加量をセメント添加量の０．１％〜０．８％の範囲で変更した試験材料を作成した。
実験１１の試験材料の製造は、実験１〜実験４と同様の手順で行なった。そして、実験１１の試験材料の組成は、下表１１に示す。
表１１
【００４６】
実験１１では、表１１で示す試験材料について、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図１０において、水和反応促進剤添加量をセメント添加量の１．０％、２．０％、３．０％添加した場合の各々における凝集剤添加量と静置フロー値との特性として示されている。
図１０において、凝集剤添加量をセメント添加量の０．１５％〜０．８％にすれば、水和反応促進剤添加量を適宜設定することにより、目標とする「フロー値が８０ｍｍ〜１５５ｍｍ」という物性が達成できることが分かった。
ブリージング率が１％以下という点については、表１１で示すように、実験１１の試験材料は全て水溶性セルロースが水添加量の０．２％となっている。そして、実験１０の結果より、水溶性セルロースが水添加量の０．２％であれば、試験材料のブリージング率が１％以下になることが判明している。
【００４７】
実験１２
実験１２では、セメント添加量或いはＷ／Ｃの範囲について、実験を行なった。
実験８〜実験１１では、Ｗ／Ｃを１４０％に固定して実験を行なっているが、実験１２では、実験８〜実験１１で確認された組成、すなわち凝集剤添加量がセメント添加量の０．１５％〜０．８％、水和反応促進剤の添加量がセメント添加量の１．０％〜３．０％、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％以上にした上で、Ｗ／Ｃの数値を１１０％〜１６０％の範囲において、５％刻みで変更して、適不適を判断した。
実験１２の結果を表１２で示す。
表１２
【００４８】
表１２で示すように、Ｗ／Ｃが１２０％を下回った場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が８０ｍｍ未満となった。それと共に、可塑性グラウト材の製造コストが飛躍的に高額になってしまうことが判明した。
一方、Ｗ／Ｃが１５０％を越えた場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が１５５ｍｍを上回る数値となった。
実験１２の結果より、１２０％≦Ｗ／Ｃ≦１５０％とするべきことが判明した。
【００４９】
実験１３
実験１３は、実験８〜実験１２で確認された組成の可塑性グラウト材が、必要な規格を充足するか否かを実験した。
実験８〜実験１２で確認された組成から、試験材料として、下表１３で示す様な組成の可塑性グラウト材を製造した。なお、係る可塑性グラウト材（実験材料）では、気泡は混合していない。
そして、「（株）高速道路総合技術研究所（ＮＥＸＣＯ総研）規格ＪＨＳ覆工背面空洞注入材の適用性確認試験方法（案）」に準拠した試験を行ない、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度（材齢２８日）、比重その他を計測した。
表１３
【００５０】
実験１３の実験材料のフロー値（静置時）は１３１ｍｍであり、８０ｍｍ〜１５５ｍｍという目標値の範囲内である。
ブリージング率は０．４％であり、１％以内という目標をクリアしている。
そして、一軸圧縮強度は２．５Ｎ／ｍｍ２であり、目標とする一軸圧縮強度である１．５Ｎ／ｍｍ２を上回る強度を実現した。
ここで、一軸圧縮強度に支配的な組成はセメント含有量である。表１３には示されていないが、出願人の実験では、表１３の組成でＷ／Ｃ＝１５０％とした可塑性グラウト材の一軸圧縮強度は２．３Ｎ／ｍｍ２であり、目標値をクリアしている。すなわち、第２実施形態における一軸圧縮強度は、１．５Ｎ／ｍｍ２を上回ることが明らかである。
実験１３から、第２実施形態に係る可塑性グラウト材は、要求された条件を充足することが明らかになった。
【００５１】
本発明の実施形態によれば、必要に応じて、その強度を高強度まで向上し、或いは、その比重を適宜設定することが出来る。
そして、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度を、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準を充足する数値にすることが出来る。
さらに、貧配合とした場合には、セメント使用量を節約して、製造コストを低く抑えた状態で、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度を、上記基準で要求されている範囲にすることが可能である。
【００５２】
図示の実施形態や実施例、実験例はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実験１の結果を示す特性図。
【図２】実験２の結果を示す特性図。
【図３】実験３の結果を示す特性図。
【図４】実験４の結果を示す特性図。
【図５】水中分離抵抗性の計測する機構の概要を示す模式図。
【図６】実験５の結果を示す特性図。
【図７】実験８の結果を示す特性図。
【図８】実験９の結果を示す特性図。
【図９】実験１０の結果を示す特性図。
【図１０】実験１１の結果を示す特性図。
【図１１】裏込め工事を行うトンネルの断面図。
【符号の説明】
【００５４】
ＣＡ・・・水槽
Ｍ・・・試験材料
ｐＨ計・・・Ｐｍ１
ＳＰ１・・・試料採取ポイント
１・・・左右側壁コンクリート
２・・・アーチコンクリート
３・・・空洞
Ｈ１〜Ｈ３・・・注入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、地盤や構造物の空隙、目地、ひび割れ、または地盤と構造物の間に生じた隙間等に注入する空洞充填用の注入材料に関する。より詳細には、本発明は、可塑性を有するグラウト材に関する。
【背景技術】
【０００２】
「可塑性」なる文言は、剪断力が加わると流動性を発現し、剪断力が加わらなければ流動性を発現しない性質を意味している。
その様な可塑性を有するグラウト材は、例えば、図１１で断面を示すような、トンネルの背面空洞注入等では大変に都合が良い。すなわち、係るグラウト材を圧送するにあたっては、その直前にポンプ等で剪断力を与えて流動性を高めれば、容易に充填予定箇所まで圧送することができる。そして、所定箇所に充填した後は、剪断力が付与されないので流動性は低下して、充填された領域に滞留し続けて硬化するからである。
【０００３】
図１１において、トンネル断面では、ライニングとして、トンネルの左右側壁における部分円弧状の左右側壁コンクリート１と、左右側壁コンクリート１を橋渡しするアーチコンクリート２とが存在する。
このようなライニングの背面（地山側：図１１では上側）には何らかの原因により空洞３が生じる場合が存在する。そのような空洞が存在すると、地山からの応力が均等に伝わらず、トンネル本体における有害な変形を惹起する恐れがある。
【０００４】
アーチコンクリート２の背面（地山側：図１１では上側）に空洞３が生じて、トンネル本体における強度低下を惹起するのを防止するため、アーチコンクリート２の背面の空洞３にグラウト材を充填して空洞３を充填する工事である「背面空洞注入工事」が行われる。
図１１の例では、係る工事において、トンネル内壁の天井部（図１１では上方の領域）で、トンネルの中心線Ｌｃから０．１ｍ離れた位置から地山側に向かって注入口Ｈ２を掘削し、中心線Ｌｃから左右に２．５ｍ離れた位置から地山側に向かって注入口Ｈ１、Ｈ３を各々掘削している。そして、注入口Ｈ１〜Ｈ３に可塑性を有するグラウト材を注入している。
【０００５】
このような可塑性を有するグラウト材を提供する技術として、例えば、セメントミルク、セメントエアミルク等のグラウト材に、水ガラス系薬液又はアルミニウム塩溶液を添加してゲル化させ、以って、グラウト材に可塑性を付与する技術が知られている。
しかし、ゲル化による可塑性はコントロールがし難い。
また、流動性が低下し過ぎると、ポンプによるグラウト材の圧送ができなくなる恐れがある。
【０００６】
その他の従来技術として、ベントナイトがセメントのカルシウムイオンに凝集される効果に着目し、セメントミルクとベントナイトミルクとを撹拌混合することにより可塑性注入材を得る技術が提案されている（特許文献１）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）におけるセメントミルクとベントナイトミルクの混合液では、高い強度を発現することができない。
また、特に重要構造物直下等では、空隙に充填されるグラウト材に対して、２４Ｎ／ｍｍ２以上の強度が必要とされるが、従来技術に係る可塑性グラウト材では、その様な強度（２４Ｎ／ｍｍ２以上の強度）を発現することができない。
さらに、従来の可塑性グラウト材は、厳格な配合により可塑性グラウト材としての所定の品質を確保しているが、厳格な配合が要求される従来の可塑性グラウト材では、刻々と変化する工事現場に対応することが出来ない。
【特許文献１】特開平１１−３１０７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、施工に要求される強度を発現することが出来て、フロー値やブリージング率が施工に際して定められた基準を充足しており、しかも、所定の品質を確保するために厳格な配合を必要とせず、刻々と変化する工事現場に対応して配合を変更可能な可塑性グラウト材の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の可塑性グラウト材は、セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
そして本発明の可塑性グラウト材は、セメントと、水と、凝集剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴としている（請求項２）。
すなわち、上述した可塑性グラウト材（請求項１の可塑性グラウト材）において、水和反応促進剤を包含しないことが可能である。
【００１０】
また本発明の可塑性グラウト材は、セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率（Ｗ／Ｃ）が１２０％〜１５０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．１５％〜０．８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％〜３．０％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴としている（請求項３）。
【発明の効果】
【００１１】
上述する構成を具備する本発明の可塑性グラウト材によれば、富配合の場合には（請求項１、請求項２）、フロー値（静置時）、ブリージング率、一軸圧縮強度の何れにおいても、必要な基準（例えば、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準）を上回ることが出来る。
そして、一軸圧縮強度については、係る基準を遥かに上回る高い強度を達成することが出来る。
また、エアを混入することにより、一軸圧縮強度や比重を適宜調整することも出来る。
【００１２】
また、本発明の可塑性グラウト材によれば、貧配合（請求項３）にして製造コストの低減を図った場合においても、フロー値（静置時）、ブリージング率、一軸圧縮強度について、上述した必要な基準を上回ることが出来る。
【００１３】
ここで、可塑性グラウト材は、可塑性と同時に、水に希釈されない性質、水中不分離性が要求される。
本発明の可塑性グラウト材によれば、水溶性セルロースが水の添加量の０．２％以上添加されているので、係る水中不分離性を発揮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
可塑性グラウト材に要求される品質を示す評価項目毎に基準があり、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準が広く適用されている。そして本発明の実施形態に係る可塑性グラウト材においても、流動性、非収縮性、強度について、当該基準（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社の基準：規格値）を充足するという要請が存在する。
【００１５】
係る要請に鑑みて、本発明の実施形態に係る可塑性グラウト材においては、流動性の基準として規格値のフロー値（静置時）が８０ｍｍ〜１５５ｍｍとする。
また非収縮性の基準は、規格値が２８日硬化後収縮率２％以下（２ｃｍ／１００ｃｍ）であることから、ブリージング率が１％以下とする。
さらに強度の基準としては、規格値の一軸圧縮強度（σ２８）が１．５Ｎ／ｍｍ２以上とし、さらに高強度型の可塑性グラウト材については一軸圧縮強度（σ２８）が２４Ｎ／ｍｍ２以上であることを基準としている。
そして、本発明の実施形態に係る可塑性グラウト材においては、上記全ての条件を充足することを目標とした。
【００１６】
第１実施形態は、いわゆる富配合の場合の実施形態であり、Ｗ／Ｃが５０％前後における実施形態である。この実施形態では、上述した条件（フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度に係る条件）を充足した上で、さらに一軸圧縮強度を向上した可塑性グラウト材を得ることを目的としている。
第２実施形態は、いわゆる貧配合の場合の実施形態であり、Ｗ／Ｃが、１４０％前後における実施形態である。この実施形態では、貧配合とすることにより、出来る限り製造コストを低減化して、上述の条件（フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度に係る条件）を充足することを目的としている。
【００１７】
第１実施形態及び第２実施形態に係る可塑性グラウト材は、水、セメントに加えて、凝集剤、水和反応促進剤、水溶性セルロースを配合に有している。
凝集剤には様々な種類があり、無機系の凝集剤（吸着性天然鉱物、アルミニウム系、ポリ硫酸第二鉄等）や、高分子系の凝集剤（アニオン系ポリアクリルアミド、カチオン系ポリアクリルアミド）が一般に知られている。その様な凝集剤は、例えば、粘土・シルトなどの小さな粒子を捕捉してフロック（凝集）を形成して水Ｗとの分離を図り、或いは土の固体化を図るために用いられる。
少量の添加で最も顕著な可塑性を発現させる材料としては、高分子系の凝集剤（ポリアクリルアミド）が特に好適である。そのため、以下の実施形態及び実験例では、凝集剤として、ポリアクリルアミドを用いた。
【００１８】
水和反応促進剤として、例えば、アルミン酸ソーダ（化学名：アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌ2Ｏ3）を用いるのが好ましい。そして、以下の実施形態及び実験例では、水和反応促進剤として、例えば、アルミン酸ソーダを選択した。
水溶性セルロースとして、例えば、セルロース系水溶性高分子材料を用いることが出来る。以下の実施形態及び実験例においても、水溶性セルロースとして、セルロース系水溶性高分子材料を用いた。
【００１９】
第１実施形態及び第２実施形態に係る可塑性グラウト材では、凝集剤、水和反応促進剤、水溶性セルロースの他に、「所要のコンステンシー及び強度を得るのに必要な単位水量及び単位セメント量を減少させる薬剤」、すなわち減水剤を添加している。
そして第１実施形態及び第２実施形態では、グラウト材の搬送途中での凝結を防止するため、遅延型減水剤を用いている。ここで遅延型減水剤としては、例えばポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする遅延型減水剤が、好適である。以下、本明細書では、遅延型減水剤を「減水剤」と表記する。
【００２０】
第１実施形態
上述した様に、第１実施形態に係る可塑性グラウト材は、富配合の可塑性グラウト材であり、その組成は次の通りである。
セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％。
セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下。
水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上。
以下、実験１〜実験７を参照して、係る組成について説明する。
【００２１】
実験１
実験１は、水和反応促進剤の添加量の上限に関する実験である。
実験１では、Ｗ／Ｃ＝５０％のセメントミルクに、セメント質量の０．５０％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の０％〜２．５％まで、０．５％刻みで変化させた試験材料を用いた。
より詳細には、実験１の試験材料の作成にあたっては、先ず、水と減水剤とセメントをホバート型ミキサーによって１分間攪拌し、グラウト材を作った。また、水と水和反応促進剤を調理用ハンドミキサーによって１分間攪拌して、可塑材を作った。
そして、グラウト材と可塑材を混合し、ホバート型ミキサーによって１分間攪拌した。
係る試験材料の組成を表１に示す。
表１
【００２２】
この様にして作成された試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図１における水和反応促進剤添加量と静置フロー値との特性として示されている。
図１において、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の１．５％以上では、静置フロー値がきわめて小さくなり、試験材料の流動性が急激に低下している。
従って、実験１の結果、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合（富配合の場合）には、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以下にするべきことが分かった。
【００２３】
実験２
実験２も、水和反応促進剤の添加量に関する実験であり、Ｗ／Ｃ＝５０％である場合に、水和反応促進剤の添加量と静置フロー値との関係を、経過時間毎に計測した。
実験２における実験材料及びその製造方法は、実験１と同様である。
実験２でも、水和反応促進剤添加量と静置フロー値との特性を求めた。実験２の結果が、図２で示されている。
図２では明示されていないが、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の１．５％以上になると、実験材料を混合している時点で流動性が悪くなり、非常に硬い材料となってしまうことが分かった。係る事実からも、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合（富配合の場合）、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以下にするべきことが分かった。
すなわち、実験１および実験２から、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合、可塑性グラウト材の圧送性等を考慮し、著しく作業性が低下しないようにするためには、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の０％〜１．０％にするべきことが確認できた。
【００２４】
ここで、実験２から、第１実施形態に係る可塑性グラウト材では、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の０％、すなわち水和反応促進剤を包含しないことが可能であることが明らかになった（請求項２に係る可塑性グラウト材）。
また、第１実施形態に係る可塑性グラウト材において、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以下にする必要がある旨も明らかになった（請求項１に係る可塑性グラウト材）。
【００２５】
実験３
実験３は、水溶性セルロースの添加量に関する実験である。
実験３では、Ｗ／Ｃ＝５０％のセメントミルクに、セメント質量の０．５０％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の０％〜１．０％まで０．５％刻みで変化させ、且つ、水溶性セルロースを水添加量の０％〜０．５％まで０．１％刻みで変化させた試験材料を用いた。
実験３の試験材料の作成にあたっては、先ず、水と減水剤とセメントをホバート型ミキサーによって１分間攪拌し、グラウト材を作った。また、水と水和反応促進剤と水溶性セルロースを調理用ハンドミキサーによって１分間攪拌して、可塑材を作った。
そして、グラウト材と可塑材を混合し、ホバート型ミキサーによって１分間攪拌した。
係る試験材料の組成を表２に示す。
表２
【００２６】
この様にして作成された試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図３における水和反応促進剤添加量をセメント添加量の０％、０．５％、１．０％添加した場合の各々における水溶性セルロース添加量と静置フロー値との特性として示されている。
図３において、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上添加すれば、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％、０．５％、１．０％の全ての場合について、ブリージング率が１％以下に抑制できることが判明した。
そして実験３の結果、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合（富配合の場合）には、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上にするべきことが分かった。
【００２７】
実験４
実験４は、凝集剤の添加量に関する実験である。
実験１〜３により、Ｗ／Ｃ＝５０％の場合、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の０％〜１．０％、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上にするべきことが分かっている。
係る実験結果に基づいて、実験４では、Ｗ／Ｃ＝５０％、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％にして、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の０〜１．０％の範囲で０．５％刻みの３通りについて、凝集剤添加量をセメント添加量の０．０２％〜０．０８％の範囲で変更した試験材料を作成した。
【００２８】
実験４の試験材料の作成にあたっては、先ず、水と減水剤とセメントをホバート型ミキサーによって１分間攪拌し、グラウト材を作った。また、水と凝集剤と、水和反応促進剤と水溶性セルロースを調理用ハンドミキサーによって１分間攪拌して、可塑材を作った。
そして、グラウト材と可塑材を混合し、ホバート型ミキサーによって１分間攪拌した。
係る試験材料の組成を表３に示す。
表３
【００２９】
表３で示す試験材料について、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図４において、水和反応促進剤添加量をセメント添加量の０％、０．５％、１．０％添加した場合の各々における凝集剤添加量と静置フロー値との特性として、示されている。
図４から、凝集剤添加量をセメント添加量の０．０４％〜０．０８％にすれば、水和反応促進剤添加量を適宜設定することにより、目標とする「フロー値が８０ｍｍ〜１５５ｍｍ」という物性が達成できることが分かった。
ブリージング率が１％以下という点については、表３で示すように、実験４の試験材料は全て水溶性セルロースが水添加量の０．２％となっている。そして、実験３の結果より、水溶性セルロースが水添加量の０．２％であれば、試験材料のブリージング率が１％以下になることが判明している。
【００３０】
実験５
実験５は、実験３と同様に、水溶性セルロースの添加量に関する実験である。但し、実験５は、実験３の様にブリージング率を計測する実験ではなく、水中不分離性に関する実験である。
可塑性グラウト材は、可塑性と同時に、水中コンクリートで要求される「水に希釈されない」性質である水中分離抵抗性も要求される。
本発明に係るグラウト材で水溶性セルロースを添加するのは、ブリージング率を１％以下に抑制することに加えて、水中分離抵抗性を獲得するためでもある。
実験５で使用した試験材料の組成は下表４の通りである。そして、試験材料は実験１〜実験４と同様に製造された。
表４
【００３１】
実験５は、図５で示すように、幅４５０ｍｍ、奥行き３００ｍｍ、高さ３００ｍｍの水槽ＣＡに水を充填し、シリンダ（図示せず：ＪＨＳ規格：φ８０ｍｍ、高さ８０ｍｍ）に充填した試験材料Ｍを水槽ＣＡの底面に静置し、シリンダをゆっくりと引き上げた後、水槽内の水質（ｐＨ）の変化を６０分間測定する。
測定は、水槽ＣＡの水面下１０ｃｍに設置したｐＨ計Ｐｍ１を用いても良いし、水槽ＣＡの水面下１０ｃｍの試料採取ポイントＳＰ１から水槽ＣＡ内の水をスポイトにより採取し、採取した水のｐＨを別途設けたｐＨ計測装置で計測しても良い。
【００３２】
実験５の試験結果を図６で示す。
図６において、水溶性セルロースの添加量が水添加量の０．２％の試験材料と、０．２５％の試験材料と、０．３３％の試験材料においては、下表５で示すように時間が経過してもｐＨは変化しておらず、セメントを包含するグラウト材である試験材料が水槽ＣＡ内の水に殆ど溶解しないことが明らかである。
すなわち、可塑性グラウト材の水中分離抵抗性を向上する意味からも、水溶性セルロースは水添加量の０．２％以上添加することが好適であることが明らかになった。
表５
【００３３】
実験６
実験６では、セメント添加量或いはＷ／Ｃの範囲について、実験を行なった。
実験１〜実験５では、Ｗ／Ｃを５０％に固定して実験を行なっているが、実験６では、実験１〜実験５で確認された組成、すなわち凝集剤添加量がセメント添加量の０．０４％〜０．０８％、水和反応促進剤の添加量がセメント添加量の０〜１．０％、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％以上にした上で、Ｗ／Ｃの数値を３０％〜７０％の範囲において、５％刻みで変更して、適不適を判断した。
実験６の結果を表６で示す。
表６
【００３４】
表６で示すように、Ｗ／Ｃが４０％を下回った場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が８０ｍｍ未満となった。
一方、Ｗ／Ｃが６０％を越えた場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が１５５ｍｍを上回る数値となった。
実験６の結果より、４０％≦Ｗ／Ｃ≦６０％とするべきことが判明した。
【００３５】
実験７
実験７は、実験１〜実験６で確認された組成の可塑性グラウト材が、必要な規格を充足するか否かを実験した。
実験１〜実験６で確認された組成から、試験材料として、下表７で示す様な２種類の組成の可塑性グラウト材（表７では「配合１」、「配合２」と表示）を製造した。配合２は配合１に気泡を混合した（気泡混合率４０％）した実験材料である。
そして、「（株）高速道路総合技術研究所（ＮＥＸＣＯ総研）規格ＪＨＳ覆工背面空洞注入材の適用性確認試験方法（案）」に準拠した試験を行ない、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度（材齢２８日）、比重その他を計測した。
表７
【００３６】
配合１のフロー値（静置時）は１３６ｍｍ、配合２のフロー値（静置時）は１５２ｍｍであり、８０ｍｍ〜１５５ｍｍという目標値の範囲内である。
配合１、配合２のブリージング率は共に０％であり、１％以内という目標をクリアしている。
そして、配合１の一軸圧縮強度は３３．７Ｎ／ｍｍ２、配合２の一軸圧縮強度は８．２Ｎ／ｍｍ２であり、何れも、目標とする一軸圧縮強度である１．５Ｎ／ｍｍ２を上回る強度を実現した。特に、配合１では、３３．７Ｎ／ｍｍ２という非常に高い強度を実現している。
実験７から、第１実施形態に係る可塑性グラウト材は、要求された条件を充足することが明らかになった。
【００３７】
ここで、配合１の比重は１．８であり、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準の比重（１．１〜１．５）よりも大きい数値となっているので、トンネルの背面すなわちトンネルの天井面における裏込め（例えば図１０の空洞３における裏込め）については、配合１の可塑性グラウト材を使用するべきではない。
しかし、例えばトンネル側面における裏込めについては、配合１の可塑性グラウト材を使用することが出来る。
配合１に気泡を混合した配合２では、比重が１．１となり、当該基準（気泡を混合した場合には１．１〜１．２）を充足するので、トンネルの背面における裏込めについて使用可能である。
これ等のことから、第１実施形態に係る可塑性グラウト材は、気泡を混合することにより比重を自在に調整して、適用の範囲を広げることが可能である旨が明らかになった。
【００３８】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る可塑性グラウト材について、実験８〜実験１３を参照して説明する。
第２実施形態に係る可塑性グラウト材は、貧配合の可塑性グラウト材であり、その組成は次の通りである。
セメントに対する凝集剤の比率が０．１５％〜０．８％。
セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％〜３．０％。
水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上。
【００３９】
実験８
実験８は、水和反応促進剤の添加量の下限に関する実験である。
実験８では、Ｗ／Ｃ＝１４０％のセメントミルク（貧配合）に、セメント質量の０．２５％の減水剤と、凝集剤をセメント質量の０％〜０．９０％或いは０％〜０．５０％の範囲で変更し、且つ、水和反応促進剤をセメント質量の０％、１．０％、２．０％、３．０％に変更した試験材料を用いた。
試験材料の製造方法は、実験１〜実験４で説明したのと同様である。
実験８で用いられた試験材料の組成を、下表８で示す。
表８
【００４０】
表８で示す試験材料について、静置フロー値を計測した（ＪＨＳ３１３）。
実験８の結果が、図７で示されている。
図７から明らかなように、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％では、凝集剤の添加量に拘らず、静置フロー値は目標値（８０ｍｍ〜１５５ｍｍ）の範囲内とはならない。
実験８より、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合（貧配合の場合）には、水和反応促進剤の添加量をセメント質量の１．０％以上にするべきことが分かった。
【００４１】
実験９
実験９は、水和反応促進剤の添加量の上限に関する実験である。
実験９では、Ｗ／Ｃ＝１４０％のセメントミルクに、セメント質量の０．２５％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の１．０％、２．０％、３．０％、４．０％に変更した試験材料を用いた。
試験材料の製造方法は、実験１〜実験４で説明したのと同様である。
実験９で用いられた試験材料の組成を、下表９で示す。
表９
【００４２】
この様にして作成された試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が図８で示されている。
図８において、水和反応促進剤添加量が３．０％の特性曲線と、４．０％の特性曲線とは同様な挙動を示している。このことから、水和反応促進剤添加量が３．０％を越えた場合には、同様な特性を示すことが明らかである。
ここで、第２実施形態は製造コストを低減することを大きな目的としているので、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合（貧配合の場合）には、水和反応促進剤の添加量の上限をセメント質量の３．０％とするべきである。
【００４３】
実験１０
実験１０は、水溶性セルロースの添加量に関する実験である。
実験１０では、Ｗ／Ｃ＝１４０％のセメントミルクに、セメント質量の０．２５％の減水剤と、水和反応促進剤をセメント質量の０％、１．０％、２．０％と変更して、且つ、水溶性セルロースを水添加量の０％〜１．０％まで変更した試験材料を用いた。
実験１０の試験材料の製造は、実験１〜実験４と同様な手順で行なわれた。
実験１０の試験材料の組成を表１０に示す。
表１０
【００４４】
表１０の試験材料を用いて、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。その結果が、図９で示されている。
図９において、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の１．０％、２．０％の場合において、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％以上となれば、ブリージング率は１％以下に抑制されている。
図９において、水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％であれば、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％でも、ブリージング率は２５％程度である。しかし、実験８で、水和反応促進剤添加量はセメント添加量の１．０％以上とするべきことが分かっており、「水和反応促進剤添加量がセメント添加量の０％」は、その範囲から外れている。
従って、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合（貧配合の場合）においても、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％以上にするべきことが分かった。
【００４５】
実験１１
実験１１は、凝集剤の添加量に関する実験である。
実験８〜１０により、Ｗ／Ｃ＝１４０％の場合、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の１．０％〜３．０％、水溶性セルロース添加量をセメント添加量の０．２％以上にするべきことが分かっている。
係る実験結果に基づいて、実験１１では、Ｗ／Ｃ＝１４０％、水溶性セルロース添加量を水添加量の０．２％にして、水和反応促進剤の添加量をセメント添加量の１．０％、２．０％、３．０％の３通りにして、凝集剤添加量をセメント添加量の０．１％〜０．８％の範囲で変更した試験材料を作成した。
実験１１の試験材料の製造は、実験１〜実験４と同様の手順で行なった。そして、実験１１の試験材料の組成は、下表１１に示す。
表１１
【００４６】
実験１１では、表１１で示す試験材料について、静置時のフロー値測定試験（ＪＨＳ３１３）を行った。
その結果が、図１０において、水和反応促進剤添加量をセメント添加量の１．０％、２．０％、３．０％添加した場合の各々における凝集剤添加量と静置フロー値との特性として示されている。
図１０において、凝集剤添加量をセメント添加量の０．１５％〜０．８％にすれば、水和反応促進剤添加量を適宜設定することにより、目標とする「フロー値が８０ｍｍ〜１５５ｍｍ」という物性が達成できることが分かった。
ブリージング率が１％以下という点については、表１１で示すように、実験１１の試験材料は全て水溶性セルロースが水添加量の０．２％となっている。そして、実験１０の結果より、水溶性セルロースが水添加量の０．２％であれば、試験材料のブリージング率が１％以下になることが判明している。
【００４７】
実験１２
実験１２では、セメント添加量或いはＷ／Ｃの範囲について、実験を行なった。
実験８〜実験１１では、Ｗ／Ｃを１４０％に固定して実験を行なっているが、実験１２では、実験８〜実験１１で確認された組成、すなわち凝集剤添加量がセメント添加量の０．１５％〜０．８％、水和反応促進剤の添加量がセメント添加量の１．０％〜３．０％、水溶性セルロース添加量が水添加量の０．２％以上にした上で、Ｗ／Ｃの数値を１１０％〜１６０％の範囲において、５％刻みで変更して、適不適を判断した。
実験１２の結果を表１２で示す。
表１２
【００４８】
表１２で示すように、Ｗ／Ｃが１２０％を下回った場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が８０ｍｍ未満となった。それと共に、可塑性グラウト材の製造コストが飛躍的に高額になってしまうことが判明した。
一方、Ｗ／Ｃが１５０％を越えた場合には、上述した範囲内でその他の組成を調整しても、フロー値が１５５ｍｍを上回る数値となった。
実験１２の結果より、１２０％≦Ｗ／Ｃ≦１５０％とするべきことが判明した。
【００４９】
実験１３
実験１３は、実験８〜実験１２で確認された組成の可塑性グラウト材が、必要な規格を充足するか否かを実験した。
実験８〜実験１２で確認された組成から、試験材料として、下表１３で示す様な組成の可塑性グラウト材を製造した。なお、係る可塑性グラウト材（実験材料）では、気泡は混合していない。
そして、「（株）高速道路総合技術研究所（ＮＥＸＣＯ総研）規格ＪＨＳ覆工背面空洞注入材の適用性確認試験方法（案）」に準拠した試験を行ない、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度（材齢２８日）、比重その他を計測した。
表１３
【００５０】
実験１３の実験材料のフロー値（静置時）は１３１ｍｍであり、８０ｍｍ〜１５５ｍｍという目標値の範囲内である。
ブリージング率は０．４％であり、１％以内という目標をクリアしている。
そして、一軸圧縮強度は２．５Ｎ／ｍｍ２であり、目標とする一軸圧縮強度である１．５Ｎ／ｍｍ２を上回る強度を実現した。
ここで、一軸圧縮強度に支配的な組成はセメント含有量である。表１３には示されていないが、出願人の実験では、表１３の組成でＷ／Ｃ＝１５０％とした可塑性グラウト材の一軸圧縮強度は２．３Ｎ／ｍｍ２であり、目標値をクリアしている。すなわち、第２実施形態における一軸圧縮強度は、１．５Ｎ／ｍｍ２を上回ることが明らかである。
実験１３から、第２実施形態に係る可塑性グラウト材は、要求された条件を充足することが明らかになった。
【００５１】
本発明の実施形態によれば、必要に応じて、その強度を高強度まで向上し、或いは、その比重を適宜設定することが出来る。
そして、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度を、「矢板工法トンネルの背面空洞注入工設計・施工指針：平成１８年１０月（東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）」で示す基準を充足する数値にすることが出来る。
さらに、貧配合とした場合には、セメント使用量を節約して、製造コストを低く抑えた状態で、フロー値、ブリージング率、一軸圧縮強度を、上記基準で要求されている範囲にすることが可能である。
【００５２】
図示の実施形態や実施例、実験例はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実験１の結果を示す特性図。
【図２】実験２の結果を示す特性図。
【図３】実験３の結果を示す特性図。
【図４】実験４の結果を示す特性図。
【図５】水中分離抵抗性の計測する機構の概要を示す模式図。
【図６】実験５の結果を示す特性図。
【図７】実験８の結果を示す特性図。
【図８】実験９の結果を示す特性図。
【図９】実験１０の結果を示す特性図。
【図１０】実験１１の結果を示す特性図。
【図１１】裏込め工事を行うトンネルの断面図。
【符号の説明】
【００５４】
ＣＡ・・・水槽
Ｍ・・・試験材料
ｐＨ計・・・Ｐｍ１
ＳＰ１・・・試料採取ポイント
１・・・左右側壁コンクリート
２・・・アーチコンクリート
３・・・空洞
Ｈ１〜Ｈ３・・・注入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴とする可塑性グラウト材。
【請求項２】
セメントと、水と、凝集剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴とする可塑性グラウト材。
【請求項３】
セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率が１２０％〜１５０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．１５％〜０．８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％〜３．０％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴とする可塑性グラウト材。
【請求項１】
セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％以下であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴とする可塑性グラウト材。
【請求項２】
セメントと、水と、凝集剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率が４０％〜６０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．０４％〜０．０８％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴とする可塑性グラウト材。
【請求項３】
セメントと、水と、凝集剤と、水和反応促進剤と、水溶性セルロースを包含しており、セメントに対する水の比率が１２０％〜１５０％であり、セメントに対する凝集剤の比率が０．１５％〜０．８％であり、セメントに対する水和反応促進剤の比率が１．０％〜３．０％であり、水に対する水溶性セルロースの比率が０．２％以上であることを特徴とする可塑性グラウト材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１１２０２４（Ｐ２０１０−１１２０２４Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８３８７８（Ｐ２００８−２８３８７８）
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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