石炭灰充填材の配合設計方法
【課題】 石炭灰、特にフライアッシュの種類を問わず、石炭灰の原粉を用いることができ、所望の流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を簡易に決定することができる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供する。
【解決手段】 フライアッシュと水とを所定の混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰充填材スラリー中の配合量を簡易に決定することができる。
【解決手段】 フライアッシュと水とを所定の混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰充填材スラリー中の配合量を簡易に決定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰充填材の配合設計方法に関し、特に土木構造物の空洞充填、埋立ならびに滞水箇所の埋め戻し等に用いることができる石炭灰充填材の配合設計法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライアッシュは、石炭を燃焼原料として火力発電所で燃焼させる際に副産物として発生するもので、ボイラの煙道で集塵装置により大量に採取されている。
このフライアッシュの有効利用については、多くの分野で種々検討されており、例えば、土木学会平成１５年度全国大会研究討論会 研−１６ 資料「石炭灰有効利用技術について―循環型社会を目指して―」（非特許文献１）には、多用途への参考事例が記載されている。
【０００３】
特に代表的には、フライアッシュをセメントと混合したフライアッシュセメントがあり、またフライアッシュを多量に含むスラリーを用いた充填材、埋め戻し材、裏込め材等への有効利用も提案されている。
特に例えば土木や建築分野における充填材、埋め戻し財、裏込め材等の土木建築材料として、フライアッシュを有効利用した材料を用いる場合には、石炭灰スラリーのフロー値、固化後の材料の一軸圧縮強度やブリーディング率等が所定範囲であることが必要とされる。
これらの所望される性状の調整は、各材料の配合量の増減で行なわれ、通常、配合される単位水量により、流動性を調整している。
しかし、配合する単位水量が多いとスラリー調製後の流動性を保持できる時間が短くなり施工性に劣ったり、固化後にブリーディングが発生し易くなる等の問題が生じる。
【０００４】
このフライアッシュを含むスラリーに関しては、物性改善などのために、多数の研究例が提示されており、特に各材料の配合量による調整のほかに、種々の添加剤の提案がなされている。
例えば、特開２００３−２６７７６３号公報（特許文献１）には、灰スラリーの安定的な流動性改善に対し、水溶性のカチオン系高分子化合物を、灰スラリーに含有させることが提案されている。
【０００５】
また、石炭灰は、原料となる石炭の産地によりその特性が異なり、この原料石炭の成分等によって石炭灰の物性も影響を受けることは明白である。
従って、フライアッシュを用いた充填材等の土木、建築材料などの配合を決定するには、事前にフライアッシュを取り寄せ、事前に配合試験を実施して、実際の現場での施工に備えなければならないのが現状であり、極めて煩雑である。
さらに、事前配合試験で使用したフライアッシュと、工事現場に搬入されたフライアッシュとの物性が同一であるケースは少なく、使用するフライアッシュの物性変動により、得られる石炭灰充填材スラリーの物性が変化し影響を受け、かかる場合、石炭灰充填材スラリーの所望する品質管理基準から外れ、使用できないこともある。
このように、土木・建築材料等として、石炭灰充填材スラリーを使用しようとする場合、特に多量に石炭灰を使用した場合には、フライアッシュの性状が得られる石炭灰スラリーの物性変動の主因子となり、大きな問題である。
【０００６】
通常、充填材等の土木、建築材料等に使用するフライアッシュは、石炭をボイラで燃焼した後、集塵装置で収集されたフライアッシュを、分級処理した微粉を用いることが多い。
従って、石炭火力発電所で発生したフライアッシュの集塵装置での収集の後に、更に、フライアッシュ原粉から微粉部分を分級する分級工程が別途必要になり、フライアッシュ原粉の有効利用が図れないとともに、分級工程の付加によるコストアップにより経済的な利点を図ることができない。
【０００７】
一方、特許３９９３９１４号公報（特許文献２）には、石炭灰微粉体を多量に用いた硬化体を構成する各材料の配合比率の決定方法が開示されており、具体的には、セメントと石炭灰等の微粉体と水とを練り混ぜて混練物を生成し、該混練物についてフロー試験を行って所定のフロー値を示す水粉体比を求め、該水粉体比から、硬化体の圧縮強度が最大となる水粉体比の推定値を演算により求め、水粉体比の該推定値から硬化体の圧縮強度の推定値を演算により求め、圧縮強度の該推定値と、硬化体の所要圧縮強度とからセメント添加率を演算により求めることで、従来のように土の締固め試験等の煩雑な試験をすること無く、生成した混練物についてフロー試験を行って所定のフロー値を示す水粉体比を求めれば、演算により硬化体の圧縮強度を最大にする水粉体比やセメント添加率を求めて配合比率を決定することができる、硬化体の材料の配合比率決定方法が開示されている。
【０００８】
しかし、上記方法は、配合比率を決定する方法が煩雑であり、所定のフロー値を示すまでは配合試験を実施しなければならない。かかる場合に目安となるようなものはなく、配合試験の担当者の経験等に依存しているのが現状である。
また、施工現場に納入された石炭灰が事前配合試験と物性が異なった場合、施工現場での対応は、前記所定フロー値を示す試験、すなわち、室内配合試験から実施しなければならず、このような状況では実施工を考慮すると、煩雑で汎用的ではない。
【非特許文献１】土木学会平成１５年度全国大会研究討論会 研−１６ 資料「石炭灰有効利用技術について―循環型社会を目指して―」（非特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−２６７７６３号公報
【特許文献２】特許第３９９３９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、石炭灰などの灰を土木建築材料等として有効利用するために、石炭灰、特にフライアッシュの種類を問わず、所望の流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を簡易に決定することができる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供することを目的とする。
特に石炭灰を分級処理することなく、石炭灰の原粉を用いることができ、従って石炭灰の多量の有効利用を図ることができる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供することを目的とする。
また更に、施工現場に納入された石炭灰の物性変化による、石炭灰充填材の配合修正も現場にて簡便に実施可能となり、広範囲に渡る石炭灰の使用が可能となる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、フライアッシュと水を含む石炭灰スラリーの流動性数値と、フライアッシュと水とセメントを混入した石炭灰セメント混合スラリーの単位水量との相関式を用いることで、実際に使用する石炭灰であるフライアッシュの種類を問わず、現場で使用するフライアッシュと水を含む石炭灰スラリーの流動性数値を測定することで、所望する流動性を有する石炭灰充填材スラリーの配合材料の配合量の決定が簡易にできることを見出すことにより、本発明に達したものである。
【００１１】
即ち、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、フライアッシュと水とを所定の混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰充填材スラリー中の配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１２】
好適には、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程と、
セメントとフライアッシュと水を含む石炭灰セメント混合スラリー２を生成し、該スラリー２に配合する水の単位水量Ｗ２を変化させて、得られた該各スラリー２について流動性試験を行って流動性数値２を測定し、変化させた各単位水量Ｗ２に対する流動性数値２に関する相関式１を導出する、相関式１の導出工程と、
該相関式１を用いて、所望する石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３から単位水量Ｗ３を決定し、当該単位水量Ｗ３と前記流動性数値１とを対応させる、単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程と、
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記流動性数値２の相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係から、単位水量Ｗ３に対する流動性数値１に関する相関式２を導出する、相関式２の導出工程とを有し、
該相関式２を用いて、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーの配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材中の配合設計方法である。
【００１３】
更に好適には、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、前記相関式２を用いて石炭灰充填材スラリーの配合量を決定するにあたり、石炭灰充填材スラリーに用いるフライアッシュと水とを前記所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー３を生成し、得られた該石炭灰スラリー３について前記流動性試験を行って測定した流動性数値４を測定するとともに、該フライアッシュの密度を決定し、該流動性数値４を前記相関式２に導入することにより、該石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量Ｗ４を決定し、配合するセメント量、決定した単位水量Ｗ４及び前記フライアッシュの密度から、該石炭灰充填材スラリーに配合するフライアッシュ量を決定することを特徴とする、請求項２記載の石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１４】
より、好適には、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、更に、前記石炭灰セメント混合スラリー２の前記流動性数値２の変化量に対する前記単位水量Ｗ２の変化量との相関式３を導出し、石炭灰充填材スラリーについて前記流動性試験を行って流動性数値５を測定し、前記流動性数値５と前記所定の流動性数値３との差異（Δｘ）を算出し、当該相関式３を用いて、前記算出された流動性数値の差異（Δｘ）から単位水量の増減量（ΔＷ４）を算出し、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーが得られるように、配合する前記単位水量Ｗ４を得られたΔＷ４量増減させて、石炭灰充填材の配合量を決定することを特徴とする、請求項３記載の石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１５】
ここで、本発明において、「石炭灰」とは、石炭をボイラで燃焼した後、集塵装置で収集されたフライアッシュのことを意味する。この場合、集塵装置で収集された後に、分級処理されて粒度調整されたものかどうかは問わない。
「原粉」とは、ボイラから発生し、集塵装置で捕集された状態のフライアッシュを意味する。従って、フライアッシュを分級装置で分級処理したり、粒度調整等をおこなっていないものである。
「石炭灰スラリー」とは、フライアッシュ及び水を含み、セメントを含まないスラリーを意味する。
「石炭灰セメント混合スラリー」とは、フライアッシュ、セメント及び水を含むスラリーを意味する。
「石炭灰充填材スラリー」とは、実際に現場で石炭灰充填材として使用する、フライアッシュ、セメント及び水を含むスラリーを意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の石炭灰充填材の配合設計方法によれば、フライアッシュの種類を問わず、所望の流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合を簡易に決定することが可能となる。
即ち、石炭灰であるフライアッシュと水を含むスラリーの流動性数値を測定することのみで、工事現場での材料搬入時にも簡易に、所望する石炭灰充填材スラリーの材料配合量を判定することができる。
また、施工現場に納入された石炭灰の物性変化による、石炭灰充填材の配合修正も現場にて簡便に実施可能となり、広範囲に渡る石炭灰の使用が可能となる。
従って、所望する流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーを得ることが簡単にできる。
特に本発明においては、従来行っていたフライアッシュの分級等の処理を施すことなく、フライアッシュの原粉を用いることができるため、石炭灰の多量の有効利用を促進することが可能となる。
また、フライアッシュと水との混練後の状態を確認することで、当該フライアッシュ原粉を石炭灰充填材配合材料として使用可能かどうかの判定も容易に行うことが可能となり、出荷前での確認が容易にできることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を以下の好適な実施形態を例示しながら説明する。
本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を決定するものである。
【００１８】
具体的には、フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程と、
セメントとフライアッシュと水を含む石炭灰セメント混合スラリー２を生成し、該スラリー２に配合する水の単位水量Ｗ２を変化させ、得られた該各スラリー２について流動性試験を行って流動性数値２を測定し、変化させた各単位水量Ｗ２に対する流動性数値２に関する相関式１を導出する、相関式１の導出工程と、
該相関式１を用いて、所望する石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３から単位水量Ｗ３を決定し、当該単位水量Ｗ３と前記流動性数値１とを対応させる、単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程と、
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係から、単位水量Ｗ３に対する流動性数値１に関する相関式２を導出する、相関式２の導出工程とを有し、
該相関式２を用いて、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を決定する、石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１９】
以下、詳細に説明する。
まず、相関式２を導出するまでの方法の一例を、図１にフローチャートとして示す。
フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程においては、まず、フライアッシュと水とを所定の重量比で含む石炭灰スラリー１を調製する。
前記フライアッシュは、フライアッシュ原粉でも、フライアッシュ原粉を分級処理した後のフライアッシュ微分でも粗粉でも、いずれのものも適用することができるが、フライアッシュを多量に安価に再利用することができる点から、フライアッシュ原粉が好適に適用される。
また、石炭灰スラリー１は、フライアッシュと水のみのスラリーのみならず、フライアッシュと水と、充填材等に通常添加される添加剤を含むスラリーとすることも可能である。
石炭灰スラリー１中のフライアッシュと水とは一定の重量比で混合されるが、通常フライアッシュ：水は重量比で１：０．４〜０．６の配合割合範囲から選定された一定の重量比、例えば１：０．５で混合される。
【００２０】
かかる配合割合でフライアッシュと水とを配合した場合に、その状態がバサバサの状態で、混練容器を傾けてもスラリーとして流れ出る状態でない場合、即ち石炭灰スラリーとはならない場合には、当該フライアッシュは、本発明における石炭灰としては使用することができない。
【００２１】
次いで該石炭灰スラリー１について、流動性試験を行って流動性数値１を測定する。
かかる流動性試験としては、公知の流動性試験を適用することができ、フロー試験やロート試験等が例示される。
例えば、上記石炭灰スラリー１について、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３（（旧）日本道路公団試験方法）に準じてフロー試験を行い、フロー値１（ｍｍ）を測定する。
【００２２】
次いで、前記相関式１の導出工程においては、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２を調製する。
但し、使用するフライアッシュは上記石炭灰スラリー１を調製する際に用いたフライアッシュと同一のものを用いる。
例えば、該石炭灰セメント混合スラリー２におけるそれぞれの配合量は、単位容量（１ｍ３）あたり混練する単位セメント量を一定にし、混練する単位水量Ｗ２を適当に設定し、残部をフライアッシュ量として決定する。
このようにして決定したセメント、水及びフライアッシュの配合量をそれぞれ計量し、十分に混練して石炭灰セメント混合スラリー２を調製する。この際、前記混練する単位水量Ｗ２を適当に変化させて配合した石炭灰セメント混合スラリー２を複数調製する。
当該各石炭灰セメント混合スラリー２は、フライアッシュと水とセメントからなるスラリーのみならず、フライアッシュと水とセメントと、充填材等に通常添加される添加剤を含むスラリーとすることも可能である。
【００２３】
得られた各石炭灰セメント混合スラリー２について、それぞれ流動性試験を行って流動性数値２を測定する。
かかる流動性試験は、公知の流動性試験を適用することができ、例えば、フロー試験やロート試験等が例示されるが、上記石炭灰スラリー１の流動性数値１を測定する際に適用した流動性試験と同一の流動性試験を適用する。
従って、上記流動性数値１の測定工程において、石炭灰スラリー１について、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値１（ｍｍ）を測定した場合には、次の、各石炭灰セメント混合スラリー２に適用する流動性試験も、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験であり、これにより流動性数値２であるフロー値２を測定しなければならない。
また上記したように、石炭灰セメント混合スラリー中の単位水量Ｗ２を適当に変化させ調製した複数の石炭灰セメント混合スラリーについて、それぞれ上記流動性試験を適用してフロー値２を測定することで、同一のフライアッシュを用いた際の、変化する単位水量Ｗ２に対するフロー値２に関する相関式１が導出される。
【００２４】
該導出された相関式１を用いて、最終的に所望される石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３であるフロー値３を同じ値のフロー値２に対応させ、該フロー値３に相当する単位水量Ｗ３を、対応させたフロー値２に相当する単位水量Ｗ２として決定し、当該単位水量Ｗ３と上記流動性数値１とを対応させる。
なお、当該当該単位水量Ｗ３と上記流動性数値１とを対応させる際に用いた上記石炭灰スラリー１及び石炭灰セメント混合スラリー２に使用したフライアッシュの種類は、上記したように同一のものである。
これにより、ある種のフライアッシュに対する上記単位水量Ｗ３と上記流動性数値１との対応関係が得られる。
【００２５】
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記流動性数値２の相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係を求め、得られた複数の対応関係から、単位水量Ｗ３と流動性数値１との相関式２を導出する。その際、各前記対応関係値を用いて、最小二乗法等の公知の方法により相関式２を導出する。
【００２６】
このようにして、単位水量Ｗ３と、フライアッシュ及び水を含む石炭灰スラリー１の流動性数値１であるフロー値１との関係式である相関式２を予め求めて当該相関式２を利用することで、使用するフライアッシュの種類に関係なく、現場でフライアッシュと水を含む石炭灰スラリー３を調製して、当該現場で調製した石炭灰スラリー３の流動性試験を行うだけで、所望する流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーの配合量を決定することが可能となる。
【００２７】
図２に、相関式２を用いた石炭灰充填材スラリーの配合量を決定する方法の一例をフローチャートに示す。
具体的には、まず、現場で使用する石炭灰充填材スラリーに用いるフライアッシュと水とを一定重量比で配合して、石炭灰スラリー３を調製する。
その際の、現場での石炭灰スラリー３のフライアッシュと水との上記一定の配合重量比は、使用する上記相関式２を導く際の上記流動性数値１の測定工程で適用したフライアッシュと水を含む石炭灰スラリー１のフライアッシュと水との配合重量比と同じ重量比で配合するようにする。次いで、該石炭灰スラリー３の流動性数値４を、使用する上記相関式２を導く際の上記流動性数値１の測定工程で適用したフライアッシュと水を含む石炭灰スラリー１の流動性数値１を測定する際に適用した流動性試験と同様の流動性試験を適用して、測定する。
【００２８】
また、当該フライアッシュの密度を測定する。その測定方法は、特に限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、体積が明白な容器に当該石炭灰スラリー３を入れ、スラリー３の空気を振動などで排出した後、質量を測定し、その質量を体積で除して石炭灰スラリー３の密度（Ｍ１）を求め、以下のようにして使用するフライアッシュの密度ＭＦを求めることができる。
ＭＦ＝（配合した水の重量）／（（実測した石炭灰スラリーの重量）／Ｍ１−（配合したフライアッシュの重量）
【００２９】
このようにして測定した該流動性数値４を、前記相関式２の流動性値として導入することにより、該石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量Ｗ４が決定される。かかる単位水量Ｗ４は、所望する流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーに現場で配合する単位水量Ｗ４である。
従って、石炭灰充填材スラリーに配合するセメント量を一定とした場合には、前記相関式２より決定された単位水量Ｗ４及び前記フライアッシュの密度から、該石炭灰充填材スラリーに配合するフライアッシュ量を決定することが可能となり、現場での石炭灰充填材スラリーの配合設計を簡易な方法で決定することができる。
【００３０】
なお、上記のようにして、所望する流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量を決定することができるが、相関式２は最小二乗法等により導出された式であるので、上記のように相関式２を用いて石炭灰充填材スラリーの配合量を決定しても、実際現場で使用するフライアッシュの種類によっては、得られる石炭灰充填材スラリーの流動性数値が所望する流動性数値よりも若干ずれる場合があり、この場合には、以下の方法により単位水量Ｗ４を補正することができる。図３に、配合する単位水量４を補正する方法の一例について、フローチャートで示す。
【００３１】
まず、前記石炭灰セメント混合スラリー２の前記流動性数値２の変化量に対する前記単位水量Ｗ２の変化量の相関式３を導出する。
該相関式３は、前記相関式１を導出する際に得られた、石炭灰セメント混合スラリー２に関する流動性数値２の変化量に対する単位水量Ｗ２の変化量の関係式である。
上記したように、単位水量Ｗ２を変化させて調製した複数の石炭灰セメント混合スラリーについて、単位水量Ｗ２を変化させて調製した複数の石炭灰セメント混合スラリー２それぞれについて、前記流動性数値２の変化量（Δｘ）に対する前記単位水量Ｗ２（ΔＷ）の変化量との相関式３を導出する。
この際の前記流動性数値２の変化量（Δｘ）に対する前記単位水量Ｗ２の変化量（ΔＷ）は、各石炭灰セメント混合スラリー２に関する流動性数値２に対する単位水量Ｗ２の関係式の傾き係数に相当するが、各関係式の傾き係数は、フライアッシュの種類に関係なくほぼ一定であることにより、流動性数値２の変化量（Δｘ）に対する前記単位水量Ｗ２の変化量（ΔＷ）の相関式３が導出できる。
この際、各石炭灰セメント混合スラリー２の前記関係式の傾き係数の平均値を相関式３の傾きとすることが好ましい。
【００３２】
実際には、現場で使用する石炭灰充填材スラリーについて、前記と同様の流動性試験を行って流動性数値５を測定し、当該流動性数値５と前記所望する流動性数値３とが若干ずれている場合には、その流動性数値５と流動性数値３との差異（Δｘ５−３）を算出し、前記算出された流動性数値の差異（Δｘ５−３）を当該相関式３に適用することで、単位水量Ｗ４の増減量（ΔＷ４）が算出できる。
このように、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーが得られるように単位水量Ｗ４を補正することにより、所望する流動性数値３を有する石炭灰充填材の配合を精密に決定することが可能となる。
従って、配合するセメント量が一定の場合には、上記補正を反映して決定された単位水量Ｗ４±ΔＷ４から、配合するフライアッシュ量（密度は測定）を決定し、石炭灰充填材の材料の精密な配合設計が可能となる。
【００３３】
かかる単位水量の補正に関しては、実際に、上記相関式２から決定されたフライアッシュ、セメント及び水の配合割合で配合された石炭灰充填材スラリーを調製して混練し、目標フロー値３と異なるフロー値となった場合の補正方法として、または、最初から石炭灰スラリー３のフロー値が目標フロー値３でない場合の単位水量を求める場合の計算方法として利用することができる。
【００３４】
このように、本発明の方法は、フライアッシュの種類を問わず利用することができる簡便な石炭灰充填材の簡易配合設計方法である。
【実施例】
【００３５】
以下の表１に示す２０種類のフライアッシュ原粉Ａ〜Ｒについて、各フライアッシュ原粉と水（水道水）とを一定の重量比である１：０．５（１００ｇ：５０ｇ）となるようにフライアッシュ原粉と水とを計量して配合し、十分に混練して、各石炭灰スラリー１を調製した。
次いで得られた各石炭灰スラリー１について、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行い、それぞれフロー値１（ｍｍ）を測定し、その結果を表１に示す。
また、各石炭灰スラリー１の密度を測定した。これは、体積が明白な容器にスラリー１を入れ、スラリー１の空気を振動などで排出した後、質量を測定した。その質量を体積で除したものが石炭灰スラリー１の密度であり、Ｍ１とし、以下の式でフライアッシュの密度ＭＦを求めた。
ＭＦ＝１００／（（１００＋５０）／Ｍ１−５０）
例えば、スラリー密度が１．５ｇ／ｃｍ３の場合、
ＭＦ＝１００／（１５０／１．５−５０）＝１００／（１００−５０）＝１００／５０＝２．０（ｔ／ｃｍ３）
となった。
各フライアッシュＡ〜Ｒの密度を上記のようにして求め、その結果も、表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
次いで、各石炭灰セメント混合スラリーを調製する。配合する材料としては、上記表１のフライアッシュ原粉Ａ〜Ｒを各種、高炉セメントＢ種（密度３．０５ｋｇ／ｍ３）及び水道水を用いた。
まず、上記表１のフライアッシュ原粉Ａを用いて、配合する前記高炉セメントを１００ｋｇ／ｍ３とし、配合する単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）を適当に設定して、フライアッシュ原粉Ａと前記高炉セメントと水との石炭灰セメント混合スラリー２を調製した。
【００３８】
即ち、例えば、上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇ／ｍ３の量、単位水量Ｗ２（水の密度は１．０ｇ/ｃｍ３とする）を５００ｋｇとすると、使用するフライアッシュ原粉Ａの密度は表１よりＭＦ２．１２ｔ／ｍ３であるから、石炭灰セメント混合スラリーに配合するフライアッシュ量を、以下のようにして求めた。
フライアッシュ量（ｋｇ／ｍ３）
＝（１０００−１００／３．０５−５００／１．０）×２．１２
＝９９０ｋｇ
【００３９】
従って、高炉セメントＢ種１００ｋｇと水５００ｋｇとフライアッシュ原粉Ａを９９０ｋｇ配合して混練し、石炭灰セメント混合スラリー２を得、該得られた石炭灰セメント混合スラリー２のフロー値２（ｍｍ）を、ＪＨＳ＝３１３に準じた上記フロー試験により測定した。
同一のフライアッシュ原粉Ａに対して、配合する単位水量Ｗ２を変化させて、得られた複数の石炭灰セメント混合スラリー２について、それぞれフロー値２を求め、フライアッシュ原粉Ａに関する石炭灰セメント混合スラリー２の変化する単位水量Ｗ２に対するフロー値２との関係を図４に示す。
図４に示すように、フライアッシュ原粉Ａに関する、変化する単位水量Ｗ２に対するフロー値２に関する相関式１を導出した。
【００４０】
また、フライアッシュ原粉として上記フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒをそれぞれ用い、各フライアッシュについて、上記と同様にして石炭灰セメント混合スラリー２を調製し、上記と同様に配合する単位水量Ｗ２を変化させて、それぞれの石炭灰セメント混合スラリー２について前記と同様のフロー試験を行って、フロー値２を測定し、各フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒに関する石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２に対するフロー値２に関する相関式１をそれぞれ導出した。
導出された各相関式１に相当する直線を、それぞれ図４に示す。
【００４１】
次いで、最終的に所望する石炭灰充填材に用いる石炭灰充填材スラリーの目標とする所定のフロー値３を決定し、相関式１を用いてフロー値３に相当する単位水量Ｗ３を決定した。
即ち、該導出された相関式１を用いて、最終的に所望される石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３であるフロー値３を同じ値のフロー値２に対応させ、該フロー値３に相当する単位水量Ｗ３を、対応させたフロー値２に相当する単位水量Ｗ２として決定した。
具体的には、図４のフロー値（縦軸）のフロー値３に相当するフロー値を有する各相関式１における単位水量Ｗ３（横軸）として求めた。
【００４２】
このようにして決定された、各石炭灰セメント混合スラリーの複数の単位水量Ｗ３値と、上記各フライアッシュ原粉と水との石炭灰スラリー１から測定された上記複数のフロー値１との関係を、横軸に石炭灰スラリーのフロー値１、縦軸に単位水量Ｗ３として、各フライアッシュの種類ごとにプロットし、単位水量Ｗ３とフロー値１との相関式２を求めた。
この際、相関式２は、各フライアッシュの種類ごとの単位水量Ｗ３とフロー値１との複数の対応値（プロットされた複数の対応値）から最小二乗法等の公知の方法により導出した（図５）。
なお、上記のように当該当該単位水量Ｗ３と上記流動性数値１とを対応させる際には、石炭灰スラリー１及び石炭灰セメント混合スラリー２に使用したフライアッシュの種類は、同一のものとした。
【００４３】
例えば、目標とする石炭灰充填材スラリーの上記フロー値３が２００ｍｍの場合には、図４の相関式１よりフロー値が２００ｍｍの場合の石炭灰セメント混合スラリー２（フライアッシュ原粉Ａ使用）の単位水量Ｗ２を求め、当該単位水量Ｗ２は単位水量Ｗ３に相当するものであり、フライアッシュ原粉Ａと水との前記石炭灰スラリー１から測定された前記フロー値１（表１）と当該単位水量Ｗ３との関係を対応させて得られた対応値をプロットした（図５）。
次いで、同様に、フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒについても、図４の各相関式１より前記フロー値３が２００ｍｍの場合の単位水量Ｗ２をそれぞれ求め、フライアッシュ原粉Ａと同様にして、各フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒと水との各石炭灰スラリー１から測定された前記各フロー値１（表１）と当該単位水量Ｗ３との関係を対応させて得られた対応値をプロットした。図５及び表２にその対応関係を示す。
但し、表２中の単位水量Ｗ３は、石炭灰充填材スラリーのフロー値が２００ｍｍとなる場合の単位水量Ｗ３を各相関式１（図４）より求めたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
これらの各相関対応値を用いて最小二乗法により、相関式２を導出した。
図５より、単位水量Ｗ３とフロー値１との関係は、以下の相関式２として表された。
Ｗ３＝―０．４６・ＦＬ１（フロー値１）＋６００・・・相関式２
【００４６】
上記相関式２を用いて、現場で使用する石炭灰充填材用の石炭灰充填材スラリー（所望するフロー値３は２００ｍｍ）の配合の実施例１〜３を以下に示す。
【００４７】
実施例１
（使用材料）
・水道水
・フライアッシュ原粉Ｘ（密度：２．０５ｔ／ｍ３）
・高炉セメントＢ種（密度３．０５ｔ／ｍ３）
【００４８】
上記フライアッシュ原粉Ｘと水道水を重量比で１：０．５（１００ｇ：５０ｇ）の配合割合で配合して石炭灰スラリー３を調製し、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験と密度測定を行い、フロー値３８０（ｍｍ）を得た。また、得られた当該石炭灰スラリー３の前記密度より、上記方法にてフライアッシュＸの密度ＭＦ２．０５ｔ/ｃｍ３を得た。
なお、フライアッシュＸの密度は、上記したように、まず、当該石炭灰スラリー３の密度を測定した。これは、体積が明白な容器にスラリー３を入れ、スラリー３の空気を振動などで排出した後、質量を測定した。その質量を体積で除したものが石炭灰スラリー３の密度Ｍ１であり、以下の式でフライアッシュの密度ＭＦ２．０５ｔ/ｃｍ３を求めた。
ＭＦ＝１００／（（１００＋５０）／Ｍ１−５０）
【００４９】
得られた当該フロー値３８０ｍｍを、上記相関式２：Ｗ３＝−０．４６・ＦＬ＋６００のＦＬに適用することにより、Ｗ３＝−０．４６×３８０＋６００＝４２５（ｋｇ／ｍ３）となり、単位水量Ｗ３は４２５ｋｇ／ｍ３であることを算出した。
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇ／ｍ
３とし、配合する水（密度は１．０ｇ/ｃｍ３）を上記算出した単位水量４２５ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュＸ量
＝（１０００−１００／３．０５−４２５／１．０）×２．０５
＝９３８ｋｇ／ｍ３
【００５０】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合量の比率を決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水４２５ｇ／ｍ３、フライアッシュ９３８ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、２００ｍｍであり、所望するフロー値を有する石炭灰充填材スラリーが得られていることを確認した。
【００５１】
実施例２
（使用材料）
・水道水
・フライアッシュ原粉Ｙ（密度：１．９８ｔ／ｍ３）
・高炉セメントＢ種（密度３．０５ｔ／ｍ３）
【００５２】
上記フライアッシュ原粉Ｙと水道水を重量比で１：０．５（１００ｇ：５０ｇ）の配合割合で配合して石炭灰スラリー３を調製し、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験と密度測定を行い、フロー値４４０（ｍｍ）を得た。また、得られた当該石炭灰スラリー３の前記密度より、上記実施例１と同様の方法にてフライアッシュＹの密度１．９８ｔ/ｃｍ３を得た。
得られた当該フロー値４４０ｍｍを、上記相関式２：Ｗ３＝−０．４６・ＦＬ＋６００のＦＬに適用することにより、単位水量Ｗ３は３９８ｋｇ／ｍ３であることを算出した。
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇとし、配合する水（密度は１．０ｇ/ｃｍ３）は、上記算出した単位水量３９８ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュ量
＝（１０００−１００／３．０５−３９８／１．０）×１．９８
＝１１２６ｋｇ／ｍ３
【００５３】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合比率決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水３９８ｋｇ／ｍ３、フライアッシュ１１２６ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、２００ｍｍであり、所望するフロー値を有する石炭灰充填材スラリーが得られていることを確認した。
【００５４】
実施例３
（使用材料）
・水道水
・フライアッシュ原粉Ｚ（密度：２．０８ｔ／ｍ３）
・高炉セメントＢ種（密度３．０５ｔ／ｍ３）
【００５５】
上記フライアッシュ原粉Ｚと水道水を重量比で１：０．５の配合割合で配合して石炭灰スラリー３を調製し、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験と密度測定を行い、フロー値２５１（ｍｍ）を得た。また、得られた当該石炭灰スラリーの前記密度より、上記実施例１と同様の方法にてフライアッシュＺの密度２．１２ｔ／ｃｍ３を得た。
得られた当該フロー値２５１ｍｍを、上記相関式２：Ｗ３＝−０．４６・ＦＬ＋６００のＦＬに適用することにより、単位水量Ｗ３は４８５ｋｇ／ｍ３であることを算出した。
【００５６】
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇとし、配合する水（密度は１．０ｇ／ｃｍ３）は、上記算出した単位水量４８５ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュ量
＝（１０００−１００／３．０５−４８５／１．０）×２．０８
＝１００３ｋｇ／ｍ３
【００５７】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合量の比率を決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水４８５ｋｇ／ｍ３、フライアッシュ１００３ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、１４０ｍｍであり、所望するフロー値（２００ｍｍ）と比較すると、その差異は
６０ｍｍであり、所望する石炭灰充填材スラリーのフロー値よりも、当該差異フロー値分低かった。
【００５８】
このようにして、配合されたセメント、フライアッシュ及び水の石炭灰充填材スラリーを実際に混練して、フロー値を上記フロー試験により測定し、目標とするフロー値（２００ｍｍ）よりその値が若干外れている場合には、目標のフロー値を得るために、単位水量を補正する。
【００５９】
具体的には、前記図４に示された石炭灰スラリーの単位水量Ｗ２と該スラリー２のフロー値２との関係を、図６に、フロー値２に対する単位水量Ｗ２の関係として図示する。
図６より、各石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）の変化量（ΔＷ）とフロー値２（ｘ（ｍｍ））との関係は、調製した石炭灰セメント混合スラリーの種類に関係なく（フライアッシュの種類に関係なく）、一定の相関関係があることがわかる。
即ち、図６に示される各関係式より、石炭灰セメント混合スラリー２のフロー値２の変化量（Δｘ）に対する単位水量Ｗ２の関係の増減量は、各関係式の傾き係数に相当し、図６より各関係式の傾き係数の平均値を求めると、０．５となった。
従って、石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）の変化量（ΔＷ）とフロー値２の変化量（Δｘ）との関係は、調製した石炭灰スラリーの種類にかかわらず、次の相関式３で示された。
ΔＷ＝０．５Δｘ・・・相関式３
ΔＷ：増減させる単位水量（ｋｇ／ｍ３）
Δｘ：増減させたいフロー値（ｍｍ）
【００６０】
前記相関式３であるΔＷ＝０．５Δｘに、補正したい差異の変化量のフロー値分の値を導入することで、増減させる単位水量（ΔＷ４）を決定することが可能となり、これにより、更に正確に所望するフロー値（２００ｍｍ）を有する石炭灰充填材を得ることが可能となる。
【００６１】
そこで、上記したように、所望するフロー値（２００ｍｍ）と実際の石炭灰充填材スラリーのフロー値の差異が６０ｍｍで、石炭灰充填材スラリーのフロー値を、当該差異フロー分である６０ｍｍ増加させたい場合には、上記相関式３のΔｘに当該差異値６０ｍｍを適用することで、増大させる単位水量ΔＷ３０ｋｇ／ｍ３を算出する。
【００６２】
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇとし、配合する水は、上記補正で算出した単位水量を加えた５１５ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュ量
＝（１０００−１００／３．０５−５１５／１．０）×２．０８
＝９４０ｋｇ／ｍ３
【００６３】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合比率決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水５１５ｋｇ／ｍ３、フライアッシュ９４０ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、２００ｍｍであり、所望するフロー値を有する石炭灰充填材スラリーが得られていることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、特に土木構造物の空洞充填、埋立ならびに滞水箇所の埋め戻し等に用いることができる石炭灰充填材スラリーの現場での簡易な配合設計方法として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】相関式２を導出するまでの方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】相関式２を用いた石炭灰充填材スラリーの配合量を決定する方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量４を補正する方法の一例を示すフローチャートで示す。
【図４】石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）に対する該スラリー２のフロー値２の関係を示す相関式１を示す線図（フライアッシュの種類を変化させて調製した各石炭灰セメント混合スラリーの相関式１を表示）である。
【図５】フライアッシュと水の石炭灰スラリーのフロー値１に対する、所定のフロー値３に相当する石炭灰セメント混合スラリー２（フライアッシュの種類はフロー値１の測定時に使用したものと同一）の単位水量Ｗ３との相関式２を示す線図である。
【図６】図４に示された石炭灰セメント混合スラリーの単位水量Ｗ２と該スラリー２のフロー値２との関係を、該フロー値２に対する単位水量Ｗ２の関係として図示した線図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰充填材の配合設計方法に関し、特に土木構造物の空洞充填、埋立ならびに滞水箇所の埋め戻し等に用いることができる石炭灰充填材の配合設計法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライアッシュは、石炭を燃焼原料として火力発電所で燃焼させる際に副産物として発生するもので、ボイラの煙道で集塵装置により大量に採取されている。
このフライアッシュの有効利用については、多くの分野で種々検討されており、例えば、土木学会平成１５年度全国大会研究討論会 研−１６ 資料「石炭灰有効利用技術について―循環型社会を目指して―」（非特許文献１）には、多用途への参考事例が記載されている。
【０００３】
特に代表的には、フライアッシュをセメントと混合したフライアッシュセメントがあり、またフライアッシュを多量に含むスラリーを用いた充填材、埋め戻し材、裏込め材等への有効利用も提案されている。
特に例えば土木や建築分野における充填材、埋め戻し財、裏込め材等の土木建築材料として、フライアッシュを有効利用した材料を用いる場合には、石炭灰スラリーのフロー値、固化後の材料の一軸圧縮強度やブリーディング率等が所定範囲であることが必要とされる。
これらの所望される性状の調整は、各材料の配合量の増減で行なわれ、通常、配合される単位水量により、流動性を調整している。
しかし、配合する単位水量が多いとスラリー調製後の流動性を保持できる時間が短くなり施工性に劣ったり、固化後にブリーディングが発生し易くなる等の問題が生じる。
【０００４】
このフライアッシュを含むスラリーに関しては、物性改善などのために、多数の研究例が提示されており、特に各材料の配合量による調整のほかに、種々の添加剤の提案がなされている。
例えば、特開２００３−２６７７６３号公報（特許文献１）には、灰スラリーの安定的な流動性改善に対し、水溶性のカチオン系高分子化合物を、灰スラリーに含有させることが提案されている。
【０００５】
また、石炭灰は、原料となる石炭の産地によりその特性が異なり、この原料石炭の成分等によって石炭灰の物性も影響を受けることは明白である。
従って、フライアッシュを用いた充填材等の土木、建築材料などの配合を決定するには、事前にフライアッシュを取り寄せ、事前に配合試験を実施して、実際の現場での施工に備えなければならないのが現状であり、極めて煩雑である。
さらに、事前配合試験で使用したフライアッシュと、工事現場に搬入されたフライアッシュとの物性が同一であるケースは少なく、使用するフライアッシュの物性変動により、得られる石炭灰充填材スラリーの物性が変化し影響を受け、かかる場合、石炭灰充填材スラリーの所望する品質管理基準から外れ、使用できないこともある。
このように、土木・建築材料等として、石炭灰充填材スラリーを使用しようとする場合、特に多量に石炭灰を使用した場合には、フライアッシュの性状が得られる石炭灰スラリーの物性変動の主因子となり、大きな問題である。
【０００６】
通常、充填材等の土木、建築材料等に使用するフライアッシュは、石炭をボイラで燃焼した後、集塵装置で収集されたフライアッシュを、分級処理した微粉を用いることが多い。
従って、石炭火力発電所で発生したフライアッシュの集塵装置での収集の後に、更に、フライアッシュ原粉から微粉部分を分級する分級工程が別途必要になり、フライアッシュ原粉の有効利用が図れないとともに、分級工程の付加によるコストアップにより経済的な利点を図ることができない。
【０００７】
一方、特許３９９３９１４号公報（特許文献２）には、石炭灰微粉体を多量に用いた硬化体を構成する各材料の配合比率の決定方法が開示されており、具体的には、セメントと石炭灰等の微粉体と水とを練り混ぜて混練物を生成し、該混練物についてフロー試験を行って所定のフロー値を示す水粉体比を求め、該水粉体比から、硬化体の圧縮強度が最大となる水粉体比の推定値を演算により求め、水粉体比の該推定値から硬化体の圧縮強度の推定値を演算により求め、圧縮強度の該推定値と、硬化体の所要圧縮強度とからセメント添加率を演算により求めることで、従来のように土の締固め試験等の煩雑な試験をすること無く、生成した混練物についてフロー試験を行って所定のフロー値を示す水粉体比を求めれば、演算により硬化体の圧縮強度を最大にする水粉体比やセメント添加率を求めて配合比率を決定することができる、硬化体の材料の配合比率決定方法が開示されている。
【０００８】
しかし、上記方法は、配合比率を決定する方法が煩雑であり、所定のフロー値を示すまでは配合試験を実施しなければならない。かかる場合に目安となるようなものはなく、配合試験の担当者の経験等に依存しているのが現状である。
また、施工現場に納入された石炭灰が事前配合試験と物性が異なった場合、施工現場での対応は、前記所定フロー値を示す試験、すなわち、室内配合試験から実施しなければならず、このような状況では実施工を考慮すると、煩雑で汎用的ではない。
【非特許文献１】土木学会平成１５年度全国大会研究討論会 研−１６ 資料「石炭灰有効利用技術について―循環型社会を目指して―」（非特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−２６７７６３号公報
【特許文献２】特許第３９９３９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、石炭灰などの灰を土木建築材料等として有効利用するために、石炭灰、特にフライアッシュの種類を問わず、所望の流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を簡易に決定することができる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供することを目的とする。
特に石炭灰を分級処理することなく、石炭灰の原粉を用いることができ、従って石炭灰の多量の有効利用を図ることができる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供することを目的とする。
また更に、施工現場に納入された石炭灰の物性変化による、石炭灰充填材の配合修正も現場にて簡便に実施可能となり、広範囲に渡る石炭灰の使用が可能となる、石炭灰充填材の配合設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、フライアッシュと水を含む石炭灰スラリーの流動性数値と、フライアッシュと水とセメントを混入した石炭灰セメント混合スラリーの単位水量との相関式を用いることで、実際に使用する石炭灰であるフライアッシュの種類を問わず、現場で使用するフライアッシュと水を含む石炭灰スラリーの流動性数値を測定することで、所望する流動性を有する石炭灰充填材スラリーの配合材料の配合量の決定が簡易にできることを見出すことにより、本発明に達したものである。
【００１１】
即ち、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、フライアッシュと水とを所定の混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰充填材スラリー中の配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１２】
好適には、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程と、
セメントとフライアッシュと水を含む石炭灰セメント混合スラリー２を生成し、該スラリー２に配合する水の単位水量Ｗ２を変化させて、得られた該各スラリー２について流動性試験を行って流動性数値２を測定し、変化させた各単位水量Ｗ２に対する流動性数値２に関する相関式１を導出する、相関式１の導出工程と、
該相関式１を用いて、所望する石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３から単位水量Ｗ３を決定し、当該単位水量Ｗ３と前記流動性数値１とを対応させる、単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程と、
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記流動性数値２の相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係から、単位水量Ｗ３に対する流動性数値１に関する相関式２を導出する、相関式２の導出工程とを有し、
該相関式２を用いて、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーの配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材中の配合設計方法である。
【００１３】
更に好適には、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、前記相関式２を用いて石炭灰充填材スラリーの配合量を決定するにあたり、石炭灰充填材スラリーに用いるフライアッシュと水とを前記所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー３を生成し、得られた該石炭灰スラリー３について前記流動性試験を行って測定した流動性数値４を測定するとともに、該フライアッシュの密度を決定し、該流動性数値４を前記相関式２に導入することにより、該石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量Ｗ４を決定し、配合するセメント量、決定した単位水量Ｗ４及び前記フライアッシュの密度から、該石炭灰充填材スラリーに配合するフライアッシュ量を決定することを特徴とする、請求項２記載の石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１４】
より、好適には、本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、更に、前記石炭灰セメント混合スラリー２の前記流動性数値２の変化量に対する前記単位水量Ｗ２の変化量との相関式３を導出し、石炭灰充填材スラリーについて前記流動性試験を行って流動性数値５を測定し、前記流動性数値５と前記所定の流動性数値３との差異（Δｘ）を算出し、当該相関式３を用いて、前記算出された流動性数値の差異（Δｘ）から単位水量の増減量（ΔＷ４）を算出し、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーが得られるように、配合する前記単位水量Ｗ４を得られたΔＷ４量増減させて、石炭灰充填材の配合量を決定することを特徴とする、請求項３記載の石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１５】
ここで、本発明において、「石炭灰」とは、石炭をボイラで燃焼した後、集塵装置で収集されたフライアッシュのことを意味する。この場合、集塵装置で収集された後に、分級処理されて粒度調整されたものかどうかは問わない。
「原粉」とは、ボイラから発生し、集塵装置で捕集された状態のフライアッシュを意味する。従って、フライアッシュを分級装置で分級処理したり、粒度調整等をおこなっていないものである。
「石炭灰スラリー」とは、フライアッシュ及び水を含み、セメントを含まないスラリーを意味する。
「石炭灰セメント混合スラリー」とは、フライアッシュ、セメント及び水を含むスラリーを意味する。
「石炭灰充填材スラリー」とは、実際に現場で石炭灰充填材として使用する、フライアッシュ、セメント及び水を含むスラリーを意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の石炭灰充填材の配合設計方法によれば、フライアッシュの種類を問わず、所望の流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合を簡易に決定することが可能となる。
即ち、石炭灰であるフライアッシュと水を含むスラリーの流動性数値を測定することのみで、工事現場での材料搬入時にも簡易に、所望する石炭灰充填材スラリーの材料配合量を判定することができる。
また、施工現場に納入された石炭灰の物性変化による、石炭灰充填材の配合修正も現場にて簡便に実施可能となり、広範囲に渡る石炭灰の使用が可能となる。
従って、所望する流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーを得ることが簡単にできる。
特に本発明においては、従来行っていたフライアッシュの分級等の処理を施すことなく、フライアッシュの原粉を用いることができるため、石炭灰の多量の有効利用を促進することが可能となる。
また、フライアッシュと水との混練後の状態を確認することで、当該フライアッシュ原粉を石炭灰充填材配合材料として使用可能かどうかの判定も容易に行うことが可能となり、出荷前での確認が容易にできることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を以下の好適な実施形態を例示しながら説明する。
本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を決定するものである。
【００１８】
具体的には、フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程と、
セメントとフライアッシュと水を含む石炭灰セメント混合スラリー２を生成し、該スラリー２に配合する水の単位水量Ｗ２を変化させ、得られた該各スラリー２について流動性試験を行って流動性数値２を測定し、変化させた各単位水量Ｗ２に対する流動性数値２に関する相関式１を導出する、相関式１の導出工程と、
該相関式１を用いて、所望する石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３から単位水量Ｗ３を決定し、当該単位水量Ｗ３と前記流動性数値１とを対応させる、単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程と、
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係から、単位水量Ｗ３に対する流動性数値１に関する相関式２を導出する、相関式２の導出工程とを有し、
該相関式２を用いて、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーに配合する各材料の配合量を決定する、石炭灰充填材の配合設計方法である。
【００１９】
以下、詳細に説明する。
まず、相関式２を導出するまでの方法の一例を、図１にフローチャートとして示す。
フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程においては、まず、フライアッシュと水とを所定の重量比で含む石炭灰スラリー１を調製する。
前記フライアッシュは、フライアッシュ原粉でも、フライアッシュ原粉を分級処理した後のフライアッシュ微分でも粗粉でも、いずれのものも適用することができるが、フライアッシュを多量に安価に再利用することができる点から、フライアッシュ原粉が好適に適用される。
また、石炭灰スラリー１は、フライアッシュと水のみのスラリーのみならず、フライアッシュと水と、充填材等に通常添加される添加剤を含むスラリーとすることも可能である。
石炭灰スラリー１中のフライアッシュと水とは一定の重量比で混合されるが、通常フライアッシュ：水は重量比で１：０．４〜０．６の配合割合範囲から選定された一定の重量比、例えば１：０．５で混合される。
【００２０】
かかる配合割合でフライアッシュと水とを配合した場合に、その状態がバサバサの状態で、混練容器を傾けてもスラリーとして流れ出る状態でない場合、即ち石炭灰スラリーとはならない場合には、当該フライアッシュは、本発明における石炭灰としては使用することができない。
【００２１】
次いで該石炭灰スラリー１について、流動性試験を行って流動性数値１を測定する。
かかる流動性試験としては、公知の流動性試験を適用することができ、フロー試験やロート試験等が例示される。
例えば、上記石炭灰スラリー１について、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３（（旧）日本道路公団試験方法）に準じてフロー試験を行い、フロー値１（ｍｍ）を測定する。
【００２２】
次いで、前記相関式１の導出工程においては、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２を調製する。
但し、使用するフライアッシュは上記石炭灰スラリー１を調製する際に用いたフライアッシュと同一のものを用いる。
例えば、該石炭灰セメント混合スラリー２におけるそれぞれの配合量は、単位容量（１ｍ３）あたり混練する単位セメント量を一定にし、混練する単位水量Ｗ２を適当に設定し、残部をフライアッシュ量として決定する。
このようにして決定したセメント、水及びフライアッシュの配合量をそれぞれ計量し、十分に混練して石炭灰セメント混合スラリー２を調製する。この際、前記混練する単位水量Ｗ２を適当に変化させて配合した石炭灰セメント混合スラリー２を複数調製する。
当該各石炭灰セメント混合スラリー２は、フライアッシュと水とセメントからなるスラリーのみならず、フライアッシュと水とセメントと、充填材等に通常添加される添加剤を含むスラリーとすることも可能である。
【００２３】
得られた各石炭灰セメント混合スラリー２について、それぞれ流動性試験を行って流動性数値２を測定する。
かかる流動性試験は、公知の流動性試験を適用することができ、例えば、フロー試験やロート試験等が例示されるが、上記石炭灰スラリー１の流動性数値１を測定する際に適用した流動性試験と同一の流動性試験を適用する。
従って、上記流動性数値１の測定工程において、石炭灰スラリー１について、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値１（ｍｍ）を測定した場合には、次の、各石炭灰セメント混合スラリー２に適用する流動性試験も、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験であり、これにより流動性数値２であるフロー値２を測定しなければならない。
また上記したように、石炭灰セメント混合スラリー中の単位水量Ｗ２を適当に変化させ調製した複数の石炭灰セメント混合スラリーについて、それぞれ上記流動性試験を適用してフロー値２を測定することで、同一のフライアッシュを用いた際の、変化する単位水量Ｗ２に対するフロー値２に関する相関式１が導出される。
【００２４】
該導出された相関式１を用いて、最終的に所望される石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３であるフロー値３を同じ値のフロー値２に対応させ、該フロー値３に相当する単位水量Ｗ３を、対応させたフロー値２に相当する単位水量Ｗ２として決定し、当該単位水量Ｗ３と上記流動性数値１とを対応させる。
なお、当該当該単位水量Ｗ３と上記流動性数値１とを対応させる際に用いた上記石炭灰スラリー１及び石炭灰セメント混合スラリー２に使用したフライアッシュの種類は、上記したように同一のものである。
これにより、ある種のフライアッシュに対する上記単位水量Ｗ３と上記流動性数値１との対応関係が得られる。
【００２５】
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記流動性数値２の相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係を求め、得られた複数の対応関係から、単位水量Ｗ３と流動性数値１との相関式２を導出する。その際、各前記対応関係値を用いて、最小二乗法等の公知の方法により相関式２を導出する。
【００２６】
このようにして、単位水量Ｗ３と、フライアッシュ及び水を含む石炭灰スラリー１の流動性数値１であるフロー値１との関係式である相関式２を予め求めて当該相関式２を利用することで、使用するフライアッシュの種類に関係なく、現場でフライアッシュと水を含む石炭灰スラリー３を調製して、当該現場で調製した石炭灰スラリー３の流動性試験を行うだけで、所望する流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーの配合量を決定することが可能となる。
【００２７】
図２に、相関式２を用いた石炭灰充填材スラリーの配合量を決定する方法の一例をフローチャートに示す。
具体的には、まず、現場で使用する石炭灰充填材スラリーに用いるフライアッシュと水とを一定重量比で配合して、石炭灰スラリー３を調製する。
その際の、現場での石炭灰スラリー３のフライアッシュと水との上記一定の配合重量比は、使用する上記相関式２を導く際の上記流動性数値１の測定工程で適用したフライアッシュと水を含む石炭灰スラリー１のフライアッシュと水との配合重量比と同じ重量比で配合するようにする。次いで、該石炭灰スラリー３の流動性数値４を、使用する上記相関式２を導く際の上記流動性数値１の測定工程で適用したフライアッシュと水を含む石炭灰スラリー１の流動性数値１を測定する際に適用した流動性試験と同様の流動性試験を適用して、測定する。
【００２８】
また、当該フライアッシュの密度を測定する。その測定方法は、特に限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、体積が明白な容器に当該石炭灰スラリー３を入れ、スラリー３の空気を振動などで排出した後、質量を測定し、その質量を体積で除して石炭灰スラリー３の密度（Ｍ１）を求め、以下のようにして使用するフライアッシュの密度ＭＦを求めることができる。
ＭＦ＝（配合した水の重量）／（（実測した石炭灰スラリーの重量）／Ｍ１−（配合したフライアッシュの重量）
【００２９】
このようにして測定した該流動性数値４を、前記相関式２の流動性値として導入することにより、該石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量Ｗ４が決定される。かかる単位水量Ｗ４は、所望する流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーに現場で配合する単位水量Ｗ４である。
従って、石炭灰充填材スラリーに配合するセメント量を一定とした場合には、前記相関式２より決定された単位水量Ｗ４及び前記フライアッシュの密度から、該石炭灰充填材スラリーに配合するフライアッシュ量を決定することが可能となり、現場での石炭灰充填材スラリーの配合設計を簡易な方法で決定することができる。
【００３０】
なお、上記のようにして、所望する流動性数値を有する石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量を決定することができるが、相関式２は最小二乗法等により導出された式であるので、上記のように相関式２を用いて石炭灰充填材スラリーの配合量を決定しても、実際現場で使用するフライアッシュの種類によっては、得られる石炭灰充填材スラリーの流動性数値が所望する流動性数値よりも若干ずれる場合があり、この場合には、以下の方法により単位水量Ｗ４を補正することができる。図３に、配合する単位水量４を補正する方法の一例について、フローチャートで示す。
【００３１】
まず、前記石炭灰セメント混合スラリー２の前記流動性数値２の変化量に対する前記単位水量Ｗ２の変化量の相関式３を導出する。
該相関式３は、前記相関式１を導出する際に得られた、石炭灰セメント混合スラリー２に関する流動性数値２の変化量に対する単位水量Ｗ２の変化量の関係式である。
上記したように、単位水量Ｗ２を変化させて調製した複数の石炭灰セメント混合スラリーについて、単位水量Ｗ２を変化させて調製した複数の石炭灰セメント混合スラリー２それぞれについて、前記流動性数値２の変化量（Δｘ）に対する前記単位水量Ｗ２（ΔＷ）の変化量との相関式３を導出する。
この際の前記流動性数値２の変化量（Δｘ）に対する前記単位水量Ｗ２の変化量（ΔＷ）は、各石炭灰セメント混合スラリー２に関する流動性数値２に対する単位水量Ｗ２の関係式の傾き係数に相当するが、各関係式の傾き係数は、フライアッシュの種類に関係なくほぼ一定であることにより、流動性数値２の変化量（Δｘ）に対する前記単位水量Ｗ２の変化量（ΔＷ）の相関式３が導出できる。
この際、各石炭灰セメント混合スラリー２の前記関係式の傾き係数の平均値を相関式３の傾きとすることが好ましい。
【００３２】
実際には、現場で使用する石炭灰充填材スラリーについて、前記と同様の流動性試験を行って流動性数値５を測定し、当該流動性数値５と前記所望する流動性数値３とが若干ずれている場合には、その流動性数値５と流動性数値３との差異（Δｘ５−３）を算出し、前記算出された流動性数値の差異（Δｘ５−３）を当該相関式３に適用することで、単位水量Ｗ４の増減量（ΔＷ４）が算出できる。
このように、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーが得られるように単位水量Ｗ４を補正することにより、所望する流動性数値３を有する石炭灰充填材の配合を精密に決定することが可能となる。
従って、配合するセメント量が一定の場合には、上記補正を反映して決定された単位水量Ｗ４±ΔＷ４から、配合するフライアッシュ量（密度は測定）を決定し、石炭灰充填材の材料の精密な配合設計が可能となる。
【００３３】
かかる単位水量の補正に関しては、実際に、上記相関式２から決定されたフライアッシュ、セメント及び水の配合割合で配合された石炭灰充填材スラリーを調製して混練し、目標フロー値３と異なるフロー値となった場合の補正方法として、または、最初から石炭灰スラリー３のフロー値が目標フロー値３でない場合の単位水量を求める場合の計算方法として利用することができる。
【００３４】
このように、本発明の方法は、フライアッシュの種類を問わず利用することができる簡便な石炭灰充填材の簡易配合設計方法である。
【実施例】
【００３５】
以下の表１に示す２０種類のフライアッシュ原粉Ａ〜Ｒについて、各フライアッシュ原粉と水（水道水）とを一定の重量比である１：０．５（１００ｇ：５０ｇ）となるようにフライアッシュ原粉と水とを計量して配合し、十分に混練して、各石炭灰スラリー１を調製した。
次いで得られた各石炭灰スラリー１について、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行い、それぞれフロー値１（ｍｍ）を測定し、その結果を表１に示す。
また、各石炭灰スラリー１の密度を測定した。これは、体積が明白な容器にスラリー１を入れ、スラリー１の空気を振動などで排出した後、質量を測定した。その質量を体積で除したものが石炭灰スラリー１の密度であり、Ｍ１とし、以下の式でフライアッシュの密度ＭＦを求めた。
ＭＦ＝１００／（（１００＋５０）／Ｍ１−５０）
例えば、スラリー密度が１．５ｇ／ｃｍ３の場合、
ＭＦ＝１００／（１５０／１．５−５０）＝１００／（１００−５０）＝１００／５０＝２．０（ｔ／ｃｍ３）
となった。
各フライアッシュＡ〜Ｒの密度を上記のようにして求め、その結果も、表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
次いで、各石炭灰セメント混合スラリーを調製する。配合する材料としては、上記表１のフライアッシュ原粉Ａ〜Ｒを各種、高炉セメントＢ種（密度３．０５ｋｇ／ｍ３）及び水道水を用いた。
まず、上記表１のフライアッシュ原粉Ａを用いて、配合する前記高炉セメントを１００ｋｇ／ｍ３とし、配合する単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）を適当に設定して、フライアッシュ原粉Ａと前記高炉セメントと水との石炭灰セメント混合スラリー２を調製した。
【００３８】
即ち、例えば、上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇ／ｍ３の量、単位水量Ｗ２（水の密度は１．０ｇ/ｃｍ３とする）を５００ｋｇとすると、使用するフライアッシュ原粉Ａの密度は表１よりＭＦ２．１２ｔ／ｍ３であるから、石炭灰セメント混合スラリーに配合するフライアッシュ量を、以下のようにして求めた。
フライアッシュ量（ｋｇ／ｍ３）
＝（１０００−１００／３．０５−５００／１．０）×２．１２
＝９９０ｋｇ
【００３９】
従って、高炉セメントＢ種１００ｋｇと水５００ｋｇとフライアッシュ原粉Ａを９９０ｋｇ配合して混練し、石炭灰セメント混合スラリー２を得、該得られた石炭灰セメント混合スラリー２のフロー値２（ｍｍ）を、ＪＨＳ＝３１３に準じた上記フロー試験により測定した。
同一のフライアッシュ原粉Ａに対して、配合する単位水量Ｗ２を変化させて、得られた複数の石炭灰セメント混合スラリー２について、それぞれフロー値２を求め、フライアッシュ原粉Ａに関する石炭灰セメント混合スラリー２の変化する単位水量Ｗ２に対するフロー値２との関係を図４に示す。
図４に示すように、フライアッシュ原粉Ａに関する、変化する単位水量Ｗ２に対するフロー値２に関する相関式１を導出した。
【００４０】
また、フライアッシュ原粉として上記フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒをそれぞれ用い、各フライアッシュについて、上記と同様にして石炭灰セメント混合スラリー２を調製し、上記と同様に配合する単位水量Ｗ２を変化させて、それぞれの石炭灰セメント混合スラリー２について前記と同様のフロー試験を行って、フロー値２を測定し、各フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒに関する石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２に対するフロー値２に関する相関式１をそれぞれ導出した。
導出された各相関式１に相当する直線を、それぞれ図４に示す。
【００４１】
次いで、最終的に所望する石炭灰充填材に用いる石炭灰充填材スラリーの目標とする所定のフロー値３を決定し、相関式１を用いてフロー値３に相当する単位水量Ｗ３を決定した。
即ち、該導出された相関式１を用いて、最終的に所望される石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３であるフロー値３を同じ値のフロー値２に対応させ、該フロー値３に相当する単位水量Ｗ３を、対応させたフロー値２に相当する単位水量Ｗ２として決定した。
具体的には、図４のフロー値（縦軸）のフロー値３に相当するフロー値を有する各相関式１における単位水量Ｗ３（横軸）として求めた。
【００４２】
このようにして決定された、各石炭灰セメント混合スラリーの複数の単位水量Ｗ３値と、上記各フライアッシュ原粉と水との石炭灰スラリー１から測定された上記複数のフロー値１との関係を、横軸に石炭灰スラリーのフロー値１、縦軸に単位水量Ｗ３として、各フライアッシュの種類ごとにプロットし、単位水量Ｗ３とフロー値１との相関式２を求めた。
この際、相関式２は、各フライアッシュの種類ごとの単位水量Ｗ３とフロー値１との複数の対応値（プロットされた複数の対応値）から最小二乗法等の公知の方法により導出した（図５）。
なお、上記のように当該当該単位水量Ｗ３と上記流動性数値１とを対応させる際には、石炭灰スラリー１及び石炭灰セメント混合スラリー２に使用したフライアッシュの種類は、同一のものとした。
【００４３】
例えば、目標とする石炭灰充填材スラリーの上記フロー値３が２００ｍｍの場合には、図４の相関式１よりフロー値が２００ｍｍの場合の石炭灰セメント混合スラリー２（フライアッシュ原粉Ａ使用）の単位水量Ｗ２を求め、当該単位水量Ｗ２は単位水量Ｗ３に相当するものであり、フライアッシュ原粉Ａと水との前記石炭灰スラリー１から測定された前記フロー値１（表１）と当該単位水量Ｗ３との関係を対応させて得られた対応値をプロットした（図５）。
次いで、同様に、フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒについても、図４の各相関式１より前記フロー値３が２００ｍｍの場合の単位水量Ｗ２をそれぞれ求め、フライアッシュ原粉Ａと同様にして、各フライアッシュ原粉Ｂ〜Ｒと水との各石炭灰スラリー１から測定された前記各フロー値１（表１）と当該単位水量Ｗ３との関係を対応させて得られた対応値をプロットした。図５及び表２にその対応関係を示す。
但し、表２中の単位水量Ｗ３は、石炭灰充填材スラリーのフロー値が２００ｍｍとなる場合の単位水量Ｗ３を各相関式１（図４）より求めたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
これらの各相関対応値を用いて最小二乗法により、相関式２を導出した。
図５より、単位水量Ｗ３とフロー値１との関係は、以下の相関式２として表された。
Ｗ３＝―０．４６・ＦＬ１（フロー値１）＋６００・・・相関式２
【００４６】
上記相関式２を用いて、現場で使用する石炭灰充填材用の石炭灰充填材スラリー（所望するフロー値３は２００ｍｍ）の配合の実施例１〜３を以下に示す。
【００４７】
実施例１
（使用材料）
・水道水
・フライアッシュ原粉Ｘ（密度：２．０５ｔ／ｍ３）
・高炉セメントＢ種（密度３．０５ｔ／ｍ３）
【００４８】
上記フライアッシュ原粉Ｘと水道水を重量比で１：０．５（１００ｇ：５０ｇ）の配合割合で配合して石炭灰スラリー３を調製し、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験と密度測定を行い、フロー値３８０（ｍｍ）を得た。また、得られた当該石炭灰スラリー３の前記密度より、上記方法にてフライアッシュＸの密度ＭＦ２．０５ｔ/ｃｍ３を得た。
なお、フライアッシュＸの密度は、上記したように、まず、当該石炭灰スラリー３の密度を測定した。これは、体積が明白な容器にスラリー３を入れ、スラリー３の空気を振動などで排出した後、質量を測定した。その質量を体積で除したものが石炭灰スラリー３の密度Ｍ１であり、以下の式でフライアッシュの密度ＭＦ２．０５ｔ/ｃｍ３を求めた。
ＭＦ＝１００／（（１００＋５０）／Ｍ１−５０）
【００４９】
得られた当該フロー値３８０ｍｍを、上記相関式２：Ｗ３＝−０．４６・ＦＬ＋６００のＦＬに適用することにより、Ｗ３＝−０．４６×３８０＋６００＝４２５（ｋｇ／ｍ３）となり、単位水量Ｗ３は４２５ｋｇ／ｍ３であることを算出した。
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇ／ｍ
３とし、配合する水（密度は１．０ｇ/ｃｍ３）を上記算出した単位水量４２５ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュＸ量
＝（１０００−１００／３．０５−４２５／１．０）×２．０５
＝９３８ｋｇ／ｍ３
【００５０】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合量の比率を決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水４２５ｇ／ｍ３、フライアッシュ９３８ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、２００ｍｍであり、所望するフロー値を有する石炭灰充填材スラリーが得られていることを確認した。
【００５１】
実施例２
（使用材料）
・水道水
・フライアッシュ原粉Ｙ（密度：１．９８ｔ／ｍ３）
・高炉セメントＢ種（密度３．０５ｔ／ｍ３）
【００５２】
上記フライアッシュ原粉Ｙと水道水を重量比で１：０．５（１００ｇ：５０ｇ）の配合割合で配合して石炭灰スラリー３を調製し、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験と密度測定を行い、フロー値４４０（ｍｍ）を得た。また、得られた当該石炭灰スラリー３の前記密度より、上記実施例１と同様の方法にてフライアッシュＹの密度１．９８ｔ/ｃｍ３を得た。
得られた当該フロー値４４０ｍｍを、上記相関式２：Ｗ３＝−０．４６・ＦＬ＋６００のＦＬに適用することにより、単位水量Ｗ３は３９８ｋｇ／ｍ３であることを算出した。
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇとし、配合する水（密度は１．０ｇ/ｃｍ３）は、上記算出した単位水量３９８ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュ量
＝（１０００−１００／３．０５−３９８／１．０）×１．９８
＝１１２６ｋｇ／ｍ３
【００５３】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合比率決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水３９８ｋｇ／ｍ３、フライアッシュ１１２６ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、２００ｍｍであり、所望するフロー値を有する石炭灰充填材スラリーが得られていることを確認した。
【００５４】
実施例３
（使用材料）
・水道水
・フライアッシュ原粉Ｚ（密度：２．０８ｔ／ｍ３）
・高炉セメントＢ種（密度３．０５ｔ／ｍ３）
【００５５】
上記フライアッシュ原粉Ｚと水道水を重量比で１：０．５の配合割合で配合して石炭灰スラリー３を調製し、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じたフロー試験と密度測定を行い、フロー値２５１（ｍｍ）を得た。また、得られた当該石炭灰スラリーの前記密度より、上記実施例１と同様の方法にてフライアッシュＺの密度２．１２ｔ／ｃｍ３を得た。
得られた当該フロー値２５１ｍｍを、上記相関式２：Ｗ３＝−０．４６・ＦＬ＋６００のＦＬに適用することにより、単位水量Ｗ３は４８５ｋｇ／ｍ３であることを算出した。
【００５６】
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇとし、配合する水（密度は１．０ｇ／ｃｍ３）は、上記算出した単位水量４８５ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュ量
＝（１０００−１００／３．０５−４８５／１．０）×２．０８
＝１００３ｋｇ／ｍ３
【００５７】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合量の比率を決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水４８５ｋｇ／ｍ３、フライアッシュ１００３ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、１４０ｍｍであり、所望するフロー値（２００ｍｍ）と比較すると、その差異は
６０ｍｍであり、所望する石炭灰充填材スラリーのフロー値よりも、当該差異フロー値分低かった。
【００５８】
このようにして、配合されたセメント、フライアッシュ及び水の石炭灰充填材スラリーを実際に混練して、フロー値を上記フロー試験により測定し、目標とするフロー値（２００ｍｍ）よりその値が若干外れている場合には、目標のフロー値を得るために、単位水量を補正する。
【００５９】
具体的には、前記図４に示された石炭灰スラリーの単位水量Ｗ２と該スラリー２のフロー値２との関係を、図６に、フロー値２に対する単位水量Ｗ２の関係として図示する。
図６より、各石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）の変化量（ΔＷ）とフロー値２（ｘ（ｍｍ））との関係は、調製した石炭灰セメント混合スラリーの種類に関係なく（フライアッシュの種類に関係なく）、一定の相関関係があることがわかる。
即ち、図６に示される各関係式より、石炭灰セメント混合スラリー２のフロー値２の変化量（Δｘ）に対する単位水量Ｗ２の関係の増減量は、各関係式の傾き係数に相当し、図６より各関係式の傾き係数の平均値を求めると、０．５となった。
従って、石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）の変化量（ΔＷ）とフロー値２の変化量（Δｘ）との関係は、調製した石炭灰スラリーの種類にかかわらず、次の相関式３で示された。
ΔＷ＝０．５Δｘ・・・相関式３
ΔＷ：増減させる単位水量（ｋｇ／ｍ３）
Δｘ：増減させたいフロー値（ｍｍ）
【００６０】
前記相関式３であるΔＷ＝０．５Δｘに、補正したい差異の変化量のフロー値分の値を導入することで、増減させる単位水量（ΔＷ４）を決定することが可能となり、これにより、更に正確に所望するフロー値（２００ｍｍ）を有する石炭灰充填材を得ることが可能となる。
【００６１】
そこで、上記したように、所望するフロー値（２００ｍｍ）と実際の石炭灰充填材スラリーのフロー値の差異が６０ｍｍで、石炭灰充填材スラリーのフロー値を、当該差異フロー分である６０ｍｍ増加させたい場合には、上記相関式３のΔｘに当該差異値６０ｍｍを適用することで、増大させる単位水量ΔＷ３０ｋｇ／ｍ３を算出する。
【００６２】
次いで、単位容量（１ｍ３）あたりに配合する上記高炉セメントＢ種を１００ｋｇとし、配合する水は、上記補正で算出した単位水量を加えた５１５ｋｇ／ｍ３とすると、配合するフライアッシュ量は以下のようにして決定される。
配合するフライアッシュ量
＝（１０００−１００／３．０５−５１５／１．０）×２．０８
＝９４０ｋｇ／ｍ３
【００６３】
このようにして石炭灰充填材スラリーの配合比率決定し、実際に高炉セメントＢ種１００ｋｇ／ｍ３、水道水５１５ｋｇ／ｍ３、フライアッシュ９４０ｋｇ／ｍ３の配合割合で、これらの材料を配合して、石炭灰充填材スラリーを得た。
得られた石炭灰充填材スラリーのフロー値を、上記と同様の、Φ８０×８０ｍｍの円筒フローコーンを用い、上記ＪＨＳ−３１３に準じてフロー試験を行ってフロー値を求めたところ、２００ｍｍであり、所望するフロー値を有する石炭灰充填材スラリーが得られていることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の石炭灰充填材の配合設計方法は、特に土木構造物の空洞充填、埋立ならびに滞水箇所の埋め戻し等に用いることができる石炭灰充填材スラリーの現場での簡易な配合設計方法として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】相関式２を導出するまでの方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】相関式２を用いた石炭灰充填材スラリーの配合量を決定する方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量４を補正する方法の一例を示すフローチャートで示す。
【図４】石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ２（ｋｇ／ｍ３）に対する該スラリー２のフロー値２の関係を示す相関式１を示す線図（フライアッシュの種類を変化させて調製した各石炭灰セメント混合スラリーの相関式１を表示）である。
【図５】フライアッシュと水の石炭灰スラリーのフロー値１に対する、所定のフロー値３に相当する石炭灰セメント混合スラリー２（フライアッシュの種類はフロー値１の測定時に使用したものと同一）の単位水量Ｗ３との相関式２を示す線図である。
【図６】図４に示された石炭灰セメント混合スラリーの単位水量Ｗ２と該スラリー２のフロー値２との関係を、該フロー値２に対する単位水量Ｗ２の関係として図示した線図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライアッシュと水とを所定の混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰充填材スラリー中の配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材の配合設計方法。
【請求項２】
フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程と、
セメントとフライアッシュと水を含む石炭灰セメント混合スラリー２を生成し、該スラリー２に配合する水の単位水量Ｗ２を変化させて、得られた該各スラリー２について流動性試験を行って流動性数値２を測定し、変化させた各単位水量Ｗ２に対する流動性数値２に関する相関式１を導出する、相関式１の導出工程と、
該相関式１を用いて、所望する石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３から単位水量Ｗ３を決定し、当該単位水量Ｗ３と前記流動性数値１とを対応させる、単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程と、
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記流動性数値２の相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係から、単位水量Ｗ３に対する流動性数値１に関する相関式２を導出する、相関式２の導出工程とを有し、
該相関式２を用いて、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーの配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材中の配合設計方法。
【請求項３】
前記相関式２を用いて石炭灰充填材スラリーの配合量を決定するにあたり、石炭灰充填材スラリーに用いるフライアッシュと水とを前記所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー３を生成し、得られた該石炭灰スラリー３について前記流動性試験を行って測定した流動性数値４を測定するとともに、該フライアッシュの密度を決定し、該流動性数値４を前記相関式２に導入することにより、該石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量Ｗ４を決定し、配合するセメント量、決定した単位水量Ｗ４及び前記フライアッシュの密度から、該石炭灰充填材スラリーに配合するフライアッシュ量を決定することを特徴とする、請求項２記載の石炭灰充填材の配合設計方法。
【請求項４】
更に、前記石炭灰セメント混合スラリー２の前記流動性数値２の変化量に対する前記単位水量Ｗ２の変化量との相関式３を導出し、石炭灰充填材スラリーについて前記流動性試験を行って流動性数値５を測定し、前記流動性数値５と前記所定の流動性数値３との差異（Δｘ）を算出し、当該相関式３を用いて、前記算出された流動性数値の差異（Δｘ）から単位水量の増減量（ΔＷ４）を算出し、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーが得られるように、配合する前記単位水量Ｗ４を得られたΔＷ４量増減させて、石炭灰充填材の配合量を決定することを特徴とする、請求項３記載の石炭灰充填材の配合設計方法。
【請求項１】
フライアッシュと水とを所定の混合比で含む石炭灰スラリー１の流動性を示す流動性数値１と、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰セメント混合スラリー２が所定の流動性を示す場合の該石炭灰セメント混合スラリー２の単位水量Ｗ３との相関式を求め、該相関式に基づき、セメントとフライアッシュと水とを含む石炭灰充填材スラリー中の配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材の配合設計方法。
【請求項２】
フライアッシュと水とを所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー１を生成し、該スラリー１について流動性試験を行って流動性数値１を測定する、流動性数値１の測定工程と、
セメントとフライアッシュと水を含む石炭灰セメント混合スラリー２を生成し、該スラリー２に配合する水の単位水量Ｗ２を変化させて、得られた該各スラリー２について流動性試験を行って流動性数値２を測定し、変化させた各単位水量Ｗ２に対する流動性数値２に関する相関式１を導出する、相関式１の導出工程と、
該相関式１を用いて、所望する石炭灰充填材スラリーの所定の流動性数値３から単位水量Ｗ３を決定し、当該単位水量Ｗ３と前記流動性数値１とを対応させる、単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程と、
前記フライアッシュの種類を変えて、前記流動性数値１の測定工程、前記流動性数値２の相関式１の導出工程、及び前記単位水量Ｗ３と流動性数値１との対応工程とを繰り返して行い、フライアッシュの種類によって変化する単位水量Ｗ３と流動性数値１との複数の対応関係から、単位水量Ｗ３に対する流動性数値１に関する相関式２を導出する、相関式２の導出工程とを有し、
該相関式２を用いて、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーの配合量を決定することを特徴とする、石炭灰充填材中の配合設計方法。
【請求項３】
前記相関式２を用いて石炭灰充填材スラリーの配合量を決定するにあたり、石炭灰充填材スラリーに用いるフライアッシュと水とを前記所定の重量混合比で含む石炭灰スラリー３を生成し、得られた該石炭灰スラリー３について前記流動性試験を行って測定した流動性数値４を測定するとともに、該フライアッシュの密度を決定し、該流動性数値４を前記相関式２に導入することにより、該石炭灰充填材スラリーに配合する単位水量Ｗ４を決定し、配合するセメント量、決定した単位水量Ｗ４及び前記フライアッシュの密度から、該石炭灰充填材スラリーに配合するフライアッシュ量を決定することを特徴とする、請求項２記載の石炭灰充填材の配合設計方法。
【請求項４】
更に、前記石炭灰セメント混合スラリー２の前記流動性数値２の変化量に対する前記単位水量Ｗ２の変化量との相関式３を導出し、石炭灰充填材スラリーについて前記流動性試験を行って流動性数値５を測定し、前記流動性数値５と前記所定の流動性数値３との差異（Δｘ）を算出し、当該相関式３を用いて、前記算出された流動性数値の差異（Δｘ）から単位水量の増減量（ΔＷ４）を算出し、所定の流動性数値３を有する石炭灰充填材スラリーが得られるように、配合する前記単位水量Ｗ４を得られたΔＷ４量増減させて、石炭灰充填材の配合量を決定することを特徴とする、請求項３記載の石炭灰充填材の配合設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２７４９３７（Ｐ２００９−２７４９３７Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２９７０８（Ｐ２００８−１２９７０８）
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（０００２２２０３７）東北電力株式会社 (228)
【出願人】（０００１４８３４６）株式会社錢高組 (67)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（０００２２２０３７）東北電力株式会社 (228)
【出願人】（０００１４８３４６）株式会社錢高組 (67)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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