空洞充填材
【課題】 トンネル等の裏込めや、擁壁、護岸等の背面の空洞充填に適した、流動性、固結性を有するとともに、水中分離抵抗性にも優れた空洞充填材を得る。
【解決手段】 産業副生品であるフライアッシュやスラグや焼却灰や粘土、現場発生の土砂や珪砂等を主材とし、これにセメント又は石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現材と水を所定の比率で配合する。これにベントナイトを所定量加え、また少量の吸水性樹脂を添加したり、配合方法により、目的に応じた流動特性、固結特性、水中抵抗性を有する可塑状グラウトとする。これを空洞充填材または裏込め材に用いることで、地下水に影響されることなくトンネル等や地盤内の空隙を確実に充填することができる。
【解決手段】 産業副生品であるフライアッシュやスラグや焼却灰や粘土、現場発生の土砂や珪砂等を主材とし、これにセメント又は石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現材と水を所定の比率で配合する。これにベントナイトを所定量加え、また少量の吸水性樹脂を添加したり、配合方法により、目的に応じた流動特性、固結特性、水中抵抗性を有する可塑状グラウトとする。これを空洞充填材または裏込め材に用いることで、地下水に影響されることなくトンネル等や地盤内の空隙を確実に充填することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリカ系非硬化性粉状体を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材、ベントナイトを有効成分とする可塑状空洞充填材にかかわり、トンネル等の裏込め、また擁壁、護岸等の背面の空洞充填に適した、流動性、固結性を有すると共に水中分離抵抗性にも優れた空洞充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤内の間隙やトンネル等の構造物周辺に発生している空隙、また敷設管内等の充填に際して、エアモルタルや発泡ポリウレタン、吸水性樹脂を有する充填材が用いられてきた。
【０００３】
しかし、エアモルタルは軽量で流動性が大きいため、限定注入が難しく、地盤内の水の影響を受けやすいといった問題があり、また発泡ポリウレタンや吸水性樹脂は空洞充填材として用いるには高価である。
【０００４】
またシリカ系非硬化性粉状体を主材とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材等を加えポゾラン反応により硬化させる注入材は公知であるが、その殆どが材料分散を抑制するために水ガラスを添加している。
【０００５】
上記配合にはシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系粉状硬化発現材を含む懸濁液と可塑剤となる水ガラスを別々に圧送し注入孔付近で合流する方法をとる。しかし、この方法で配合された可塑状注入材はスランプ３程度の低い流動性となり、また地盤中に注入すると地盤中で水分と紛体が分離し脱水によって急速に流動性を失い急速に硬化してしまい、可塑性保持時間を長くする事が出来ない。この結果、脈状に地盤を割裂して不特定の方向に逸出してしまい地盤強化効果が得られない。又、空隙充填や護岸の吸出し防止の目的に用いても亀裂から漏出しやすい、地下水中で分散されやすい等の問題がある。
【０００６】
本発明者は種々の研究を重ねた結果、少なくともシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系粉状硬化発現材との間に起こるポゾラン反応に、ベントナイトによる増粘作用および保水作用を所定の比率で加えることにより、或はこれに少量の吸水性樹脂を添加することにより、ポンプによる圧送が可能な流動性を有し、かつ水に希釈されにくい可塑状グラウトの開発に成功し、本発明の空洞充填材を完成した。
【０００７】
上述の本発明では、ポンプで容易に圧送できる流動性を保ちつつ、充填範囲外に逸脱することなく限定注入が可能で、かつ地下水等に影響を受けにくい適度な粘性を有する可塑状ゲルが要求され、同時に発泡ポリウレタンや吸水性樹脂等の高価格な材料を多量に使用しないことが望まれる。
【０００８】
【特許文献１】特許第３４９２５０１号公報
【特許文献２】特公平５−５９０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の課題は産業副生品であるフライアッシュやスラグや焼却灰や粘土、現場発生の土砂や珪砂等を主材とし、これにセメント又は石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現材と水を所定の比率で配合するとともに、これにベントナイトを所定量加え、さらには少量の吸水性樹脂を添加し、得られた可塑状グラウトの流動特性、固結特性、水中抵抗性、さらには配合方法によるグラウト性状の違いを明らかにして、上述の公知技術に存する問題点を解決した空洞充填材を提供することにある。
【００１０】
勿論、この空洞充填材は空洞充填のみならず、一般の裏込め注入、護岸の吸出し防止注入、または圧入工法に使用したりする事も出来る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）、ベントナイト（Ｂ材）および水（Ｗ）を有効成分として含有し、或はさらには少量の吸水性樹脂を含み、以下の要件を満たす充填材を開発する事により解決したものである。
【００１２】
１．シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）を主材とし、硬化発現材（Ｃ材）およびベントナイト（Ｂ材）がそれぞれ、有効成分とされる粉体中の４０重量％以下であること。
２．ポンプでの圧送が可能であり、かつ限定注入が行える流動性としてテーブルフローが１５〜２２ｃｍであること。
３．可塑状である充填材を水に浸漬しても水が濁ることなく、浸漬した充填材も水中にて固結すること。
４．長距離圧送においても流動性が失われることなく、可塑状を呈する時間が充分に長くとれること。
【００１３】
本発明者は、上記課題を解決するために種々の研究を行った結果、以下のことが判った。
【００１４】
１）シリカ系非硬化性粉状体は、セメントや石灰等のＣａ組成物の少量と反応して、初期の段階で表面にＣａを吸着して電気的化学的反応を起こしバインダーとなって擬似的な流動性の低下を生じ、経時的に可塑状ゲルを形成し、更に非可塑状ゲル化物を経て固化する。ただしこの反応は緩やかに起こるため、ベントナイトを加え増粘させることにより流動性をコントロールし、さらには水への抵抗性を高めることができる。
【００１５】
２）１）にさらに少量の吸水性樹脂を添加することにより、ベントナイトの配合比率を減らしても水への抵抗性を得ることができる。
【００１６】
３）ベントナイトは水に接すると著しく膨潤分散し、コロイドになり、著しい粘性とチキソトロピー性を有し、分散中のベントナイト粒子はカチオン交換性が大である。これに対し、ベントナイトをセメント成分が混入した液に投入すると、ベントナイトが膨張、分散する過程において、セメント中のカルシウムイオンがベントナイト粒子の表面に吸着され、ベントナイトの膨潤の妨げになるため膨潤度が低下することになる。よってセメント成分の混入した懸濁液にベントナイトを投入すると、同じ粘性を得るのに多くのベントナイトを要する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は上述のとおり、シリカ系非硬化性粉状体を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材、ベントナイト、および水を所定の配合比率で配合することにより、目的に応じた流動特性、固結特性、水中分離抵抗性を呈する所望の可塑状グラウトを得、これを空洞充填材または裏込め材に用いることで、地下水に影響されることなくトンネル等や地盤内の空隙を確実に充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以上の発明者による研究の結果、以下のようにして、非硬化性シリカ系粉体、カルシウム系硬化発現材、ベントナイトを配合することにより、目的に応じた流動特性、固結特性、水中分離抵抗性を呈する所望の充填材を得ることができた。
【００１９】
本発明に示すシリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）はフライアッシュ、スラグ、焼却灰、粘土、土砂、および珪砂のいずれか一種又は複数種を有効成分とする。
【００２０】
特にフライアッシュはその形状が球状であるため、水と混合したグラウトは流動性に優れ、さらに少量のセメントを加えたグラウトは長期的に強度が増加し耐久性に優れている。ただし上記のようにフライアッシュ、セメント、水を混合した懸濁液は分散しやすいという問題があった。その問題を改善するためにベントナイトによる増粘をはかったところ所望の流動性、固結性が得られ、優れた流動性を有しながら水中においても分散されない粘性を有する注入材の開発に到った。
【００２１】
またスラグは形状の凹凸が激しく角ばり、空隙を含むため吸水率がやや高い。また単位体積重量が小さく、流動性が良いものの水中で分散されやすい。しかしベントナイトを配合することで吸水性効果が得られ、水に分散されにくくなる。
【００２２】
なお、スラグは通常の４０００（ｃｍ2／ｇ）のブレーン等の一般品でもよいし、それ以上の６０００〜１５０００（ｃｍ2／ｇ）ブレーン等の超微粒子スラグでもよい。
【００２３】
また、カルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）はセメント、石灰、石膏およびスラグの群から選択される一種または複数種であり、ただし、非硬化性粉状体がスラグの場合においてスラグは硬化発現材から除外する。
【００２４】
硬化発現材比は４０重量％以下、ベントナイト比は４０重量％以下とする。ここで、硬化発現材比とはＣ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、また、ベントナイト比とはＢ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｂはそれぞれ重量である。
【００２５】
ただし、ベントナイトを多量に使用するとセメントの長期強度の発現に悪影響を与えるため、ベントナイト比はさらに好ましくは３５％以下、さらには膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを使用することにより、ベントナイト比は５〜３０重量％で充分効果が得られる。ここで、硬化発現材比とはＣ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、また、ベントナイト比とはＢ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｂはそれぞれ重量である。このような条件下でベントナイトの膨潤性による保水効果により優れた流動性を保持しながら水中で分散されにくい構造が得られる。
【００２６】
さらに本発明では、非硬化性シリカ系粉体、カルシウム系硬化発現材、ベントナイトを有効成分とし、これに少量の吸水性樹脂を加えるとさらに水中で分散しにくくすることができる。上記の膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを使用し、吸水性樹脂は吸水性樹脂比が０．１〜３．０重量％添加すると、このときのベントナイト比は３〜２５重量％で充分効果が得られる。このような条件下で吸水性樹脂はベントナイトの膨潤性とともに作用して流動性を保持しながらその吸水力による保水効果によって水中における分散を防ぐことができる。
【００２７】
本発明では、配合手順として最後にベントナイトを添加することにより、流動性ある懸濁液を可塑状へと移行させる。よって吸水性樹脂の添加量が多くなるとベントナイトを添加する前に懸濁液中の自由水が吸水性樹脂に吸着され、高粘性の懸濁液となり作業性が悪くなる。よって吸水性樹脂を添加する場合、吸水性樹脂比は０．１〜３．０％が好ましい。
【００２８】
本発明で使用する吸水性樹脂の例としては、ポリ(メタ)アクリル酸またはポリ（メタ）アクリル酸塩架橋体、スルホン酸基を有するポリ（メタ）アクリル酸エステル架橋体、ポリアルキレン鎖を有するポリ（メタ）アクリル酸エステル架橋体、ポリ（メタ）アクリル酸アミド架橋体、（メタ）アクリル酸塩と（メタ）アクリルアミドとの共重合架橋体、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルと（メタ）アクリル酸塩との共重合架橋体、ポリジオキソラン架橋体、架橋ポリエチレンオキシド、架橋ポリビニルピロリドン、スルホン化ポリエチレン架橋体、架橋ポリビニルピリジン、デンプン−ポリ（メタ）アクリロニトリルグラフト共重合体のケン化物、デンプン−ポリ（メタ）アクリル酸（塩）グラフト架橋共重合体、ポリビニルアルコールと無水マレイン酸（塩）との反応生成物、架橋ポリビニルアルコールスルホン酸塩、ポリビニルアルコール−アクリル酸グラフト共重合体、ポリイソブチレンマレイン酸（塩）架橋重合体等が挙げられる。これら吸水性樹脂の一種を使用するか、または複数種を併用することもできる。
【００２９】
特に耐塩性吸水性樹脂は多価金属を含む硬水の吸水性がよく、さらにノニオン性基やスルホン酸（塩）基を有するものが好ましく、さらにアミド基やヒドロキシアルキル基を有するものが好ましく、上記の中では（メタ）アクリル酸塩と（メタ）アクリルアミドとの共重合架橋体や（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルと（メタ）アクリル酸塩等が挙げられる。さらに好ましくはポリオキシアルキレン基を有するもので（メタ）アクリル酸エステルと（メタ）アクリル酸塩との共重合架橋体等が挙げられる。
【００３０】
また本発明では吸水性樹脂の代用として、ポリエーテルポリオールと、脂肪族ポリイソシアネートや脂環族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネートの有機ポリイソシアネートから得られる末端イソシアネート基含有ウレタンポリマーの使用も可能である。
【００３１】
本発明において、配合方法の違いによっても適切な配合比率が変わる。ベントナイトは水に接すると著しく膨潤し、これをシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液に混合すると、懸濁液は粘度が増大し、瞬時に可塑状となる。これに対し、シリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液にベントナイトを粉体のまま投入するとカルシウムイオンがベントナイト粒子の表面に吸着され、ベントナイトの膨潤の妨げになるため膨潤度が低下する傾向を生ずる。
【００３２】
膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを水と混合し、ベントナイト膨潤液をシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液に混合するとき、ベントナイト比は１〜２０重量％で効果が得られる。
【００３３】
さらに膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを使用したベントナイト膨潤液をシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液に混合する際、懸濁液に少量の吸水性樹脂を混合すると水中への分散を防ぐことができる。吸水性樹脂は吸水性樹脂比０．１〜３．０重量％添加すると、このときのベントナイト比は０．５〜１５重量％で充分効果が得られる。
【００３４】
水粉体比は５０〜２００重量％とする。さらにベントナイトを粉体のまま混合する場合、水粉体比は５０〜１５０重量％が好ましく、ベントナイト膨潤液を配合するときは、７０〜２００重量％が好ましい。ここで、水粉体比とはＷ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｂ、Ｗはそれぞれ重量である。
【００３５】
さらに、可塑性を発現する時間を調整するために硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩を含むこともできる。その場合、アルミニウム比２．０重量％以下、好ましくは０．１〜１．０重量％とし、Ａｌ2Ｏ3換算で０．０１から０．３５重量％とする。ここで、アルミニウム比とはアルミニウム材／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００である。
【００３６】
さらに、可塑性を発現する時間を調整するために水ガラス又は水ガラスと酸の混合液を含むこともできる。その場合、シリカ濃度（ＳｉＯ2換算）が０．２〜７．０重量％とする。
【００３７】
さらに本発明の充填材は発泡剤や起泡剤を加えて流動性をよくし、或は軽量化をはかることが出来る。粘土やさらに高分子系増粘剤すなわちポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）やメチルセルローズ等を添加することにより水に対する分散性を抑制したり、ワーカビリティの改善効果或は保水材として又上記の粉粒素材のバインダーとしての役をし、擬似ゲル状にして流動性を保持しながら分散しにくい構造をもつ流動体を形成する。
【００３８】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に記述するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００３９】
使用材料
(1) フライアッシュ
火力発電所より排出される石炭灰：シリカ系非硬化性粉状体
密度１．９〜２．３ｇ／ｃｍ3、粒度分布０．１ｍｍ以下が９０％以上
(2) スラグ
スラグ８０００ブレーン値：シリカ系非硬化性粉状体
(3) セメント
普通ポルトランドセメント：硬化発現材
(4) ベントナイト
膨潤度４．５ｇ／ｇ
(5) スーパークレイ（ベントナイト）
膨潤力２４．０ｍｌ／２ｇ
(6) 吸水性樹脂
ポリアクリル酸ソーダ塩系架橋体
【００４０】
比較例1〜４
本発明を明確にするために比較例を示す。比較例１は一般的なのＣＢ（セメントベントナイト）配合における水の量を少なくし可塑状としたものである。また比較例２はセメント、ベントナイトにさらに吸水性樹脂を加えた、従来、充填材として使用されてきた配合である。また比較例３、４は本発明におけるベントナイトの増粘作用、および保水効果を明確にするために、フライアッシュとセメント、またスラグとセメントを水と混合することにより得られた可塑状グラウトである。
【００４１】
配合例１〜１２
本発明の実施例である。シリカ系非硬化性粉状体としてフライアッシュとスラグを用いて、セメント、ベントナイト、水と練り混ぜる。フライアッシュ或はスラグ、セメント、水の懸濁液を作製し、この懸濁液にベントナイトを混合し直ちに可塑状とする。また吸水性樹脂を混合する際は、懸濁液に吸水性樹脂を添加しよく攪拌した後、ベントナイトを混合しゲル化させる。このようにして得られた配合例１〜１２と上記の比較例１〜４の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
［可塑性グラウトとしての要因と条件］
(1) 硬化発現材比
グラウトに含まれる粉体、つまりフライアッシュ或はスラグ、セメント、ベントナイト（スーパークレイ）の含有量に対するセメントの含有量：
セメント（硬化発現材）重量／｛フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量｝×１００［％］
セメントは硬化発現材であり、かつシリカ系非硬化性粉状体の可塑材という事も出来る。シリカ系非硬化性粉状体はセメントと混合することによりポゾラン反応を起こし固結強度を得る。よって硬化発現材比を大きくすることにつれ、強度は得られるが固結が早くなり、作業に必要とされる充分な可塑状時間を得ることができない。その好ましい範囲は４０％以内、さらに好ましくは２〜３５％とする。
【００４４】
(2) ベントナイト比
グラウトに含まれる粉体の含有量に対するベントナイトの含有量：
ベントナイト（スーパークレイ）重量／｛フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量｝×１００［％］
ベントナイトまたスーパークレイは増粘材および保水材であり、可塑状の性状に寄与する。その好ましい範囲は４０％以内、さらに好ましくは３５％以内、さらに上記表１のように膨潤力に優れたスーパークレイを使用するときは５〜３０％が好ましく、さらに吸水性樹脂を添加する場合は３〜２５％で充分効果が得られる。
【００４５】
(3) 吸水性樹脂比
グラウトに含まれる粉体の含有量に対する吸水性樹脂の添加量：吸水性樹脂重量／｛フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量｝×１００［％］
吸水性樹脂は高価であり配合時の作業性に影響するため、吸水性樹脂比は０．１〜３．０％が好ましい。
【００４６】
(4) 水粉体比
グラウト中の粉体に対する水の含有量：
水重量／{フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量}×１００［％］
この値が小さいと可塑状になりやすいが、同時にフロー値が小さくなるため作業性を損なうことになる。よって、その範囲は５０〜２００％、さらに好ましくは５０〜１５０％とする。
【００４７】
(5) フロー値
配合直後、可塑状となったグラウトをフロー試験（JIS R 5201テーブルフロー）に基づき、グラウトに１５秒間に１５回の落下運動を与え、その広がりを測定した。本発明における適切な流動性の範囲は１４〜２２ｃｍ、好ましくは１５〜２１ｃｍとする。
【００４８】
またフロー試験には、高さ８ｃｍ、直径８ｃｍの円筒のシリンダーを用いて、シリンダーを取り除いたときの広がりを測定するものもある。その場合の適切な範囲はおよそ８〜１８ｃｍであり、さらにシリンダーを取り除いた後にテーブルフローと同様の１５回の落下運動を与えた場合はおよそ１３〜２２ｃｍである。
【００４９】
(6) 水中分離抵抗性
４５０ｍｌの水に５０ｇのグラウトを浸漬し浸漬直後と６０分後の水のｐＨ測定を行い、次式で変化率をもとめた。
ｐＨ変化率＝｛６０分後のｐＨ／浸漬直後のｐＨ×１００｝−１００ [％]
ｐＨ変化率は±１５％以内、さらには±１０％以内であることが好ましい。
【００５０】
また浸漬したグラウトが水中で溶け出したり崩れたりしないかを観察した。表のグラウトの状態に示す××はグラウトを水中に投入する際に、グラウトが溶けて同時に水が濁ったことを表し、×はグラウトを水に投入した後、水中にてグラウトが崩れたことを表し、△はグラウトの形状にヒビが入ったことを表し、○は水中に浸漬してもグラウトに変化はなく、浸漬時の形状を保持したまま固結したことを表す。××においては投入時に外見でグラウトが水に溶け出していることが分かったのでｐＨ変化率の測定は行わなかった。
【００５１】
(7) 可塑状保持時間
可塑性保持時間とは静止しておけばゲル状を保持するが、力を加えると流動する状態を呈している時間を云う。アスファルト針入度試験方法JIS K 2530-1961に準じて総質量２３０ｇ、先端角度１５度、３６ｍｍの貫入コーンを用いて静的貫入抵抗を測定し、貫入抵抗値が０．０１ＭＮ／ｍ2を越えた時非可塑状ゲルとなって固結または硬化とみなし、ゲル化から固結に至るまでの時間を可塑状保持時間とした。
【００５２】
(8) 一軸圧縮強度
配合後、充分に混合したグラウトを直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍのモールドにつめ、静止した状態でラップ養生し、２８日経過後に一軸圧縮強度を測定した。
【００５３】
比較例１，３，４においては流動性がよいが水への分散が著しく、また比較的、水に分散されにくい比較例２であっても可塑状保持時間が短く、流動性が乏しいため作業性に欠ける。しかし本発明の実施例に示す配合例１〜１２は、フライアッシュ或はスラグを主成分とし、さらにセメント、ベントナイト、水を所定比率で配合することにより、或はさらに少量の吸水性樹脂を添加することにより、所望の流動特性、固結特性、または水中分離抵抗性を有する可塑状グラウトが得られるのである。
【００５４】
配合例１３〜２０
さらに配合方法によるグラウト性状の違いを検討し、この実施例を以下に示す。スーパークレイと水を混合し１０％濃度のスーパークレイ膨潤液を作り、表１と同様にフライアッシュとセメント、水の懸濁液を作製し、この懸濁液に膨潤液を混合し直ちに可塑状とする。このようにして得られた配合例１３〜２０の地盤注入材の調整条件および物性値を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
水に充分に膨潤したベントナイト液（膨潤液）をセメント系の懸濁液に混合すると、セメント中のカルシウムイオンがベントナイト粒子表面に吸着され、電気化学的作用によりゲル化反応を起こし、ただちに粘度が増大し可塑状ゲルとなる。これはベントナイトを粉体のまま混合するときよりも、はるかに反応性に優れ、同じ懸濁液を可塑状にするとしても少ないベントナイト量で済む。
【００５７】
ただし表２に示すように、水への抵抗性に優れたグラウトにするためにはベントナイトの量を増やすことが必要となり、同時に膨潤液には水が含まれるためグラウト中の水の量も増え、流動性が向上するが強度発現は低減する。
【００５８】
表２のように、ベントナイトを水に混合した膨潤液を使用する場合、ベントナイト比は４０％以下、さらに好ましくは１〜２０％、さらに好ましくは３〜２０％とする。さらに吸水性樹脂を添加するときベントナイト比は０．５〜１５％で充分な効果が得られる。吸水性樹脂比は０．１〜３．０％とする。また水粉体比は５０〜２００％、さらに好ましくは７０〜２００％とする。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は産業副産物であるフライアッシュや焼却灰や粘土、現場発生の土砂や珪砂等を主材とし、これにセメントまたは石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現材と水を所定の比率で配合するとともに、これにベントナイトを所定量加え、さらには少量の吸水性樹脂を添加し、得られた可塑状グラウトの流動特性、固結特性、水中抵抗性、さらには配合方法によるグラウト性状の違いを明らかにしたから、トンネル等の裏込め、また擁壁、護岸等の背面の空洞充填に適した流動性、固結性を有するとともに、水中分離抵抗性にも優れた空洞充填材であり、土木建築の産業分野への利用可能性が高い。
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリカ系非硬化性粉状体を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材、ベントナイトを有効成分とする可塑状空洞充填材にかかわり、トンネル等の裏込め、また擁壁、護岸等の背面の空洞充填に適した、流動性、固結性を有すると共に水中分離抵抗性にも優れた空洞充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤内の間隙やトンネル等の構造物周辺に発生している空隙、また敷設管内等の充填に際して、エアモルタルや発泡ポリウレタン、吸水性樹脂を有する充填材が用いられてきた。
【０００３】
しかし、エアモルタルは軽量で流動性が大きいため、限定注入が難しく、地盤内の水の影響を受けやすいといった問題があり、また発泡ポリウレタンや吸水性樹脂は空洞充填材として用いるには高価である。
【０００４】
またシリカ系非硬化性粉状体を主材とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材等を加えポゾラン反応により硬化させる注入材は公知であるが、その殆どが材料分散を抑制するために水ガラスを添加している。
【０００５】
上記配合にはシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系粉状硬化発現材を含む懸濁液と可塑剤となる水ガラスを別々に圧送し注入孔付近で合流する方法をとる。しかし、この方法で配合された可塑状注入材はスランプ３程度の低い流動性となり、また地盤中に注入すると地盤中で水分と紛体が分離し脱水によって急速に流動性を失い急速に硬化してしまい、可塑性保持時間を長くする事が出来ない。この結果、脈状に地盤を割裂して不特定の方向に逸出してしまい地盤強化効果が得られない。又、空隙充填や護岸の吸出し防止の目的に用いても亀裂から漏出しやすい、地下水中で分散されやすい等の問題がある。
【０００６】
本発明者は種々の研究を重ねた結果、少なくともシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系粉状硬化発現材との間に起こるポゾラン反応に、ベントナイトによる増粘作用および保水作用を所定の比率で加えることにより、或はこれに少量の吸水性樹脂を添加することにより、ポンプによる圧送が可能な流動性を有し、かつ水に希釈されにくい可塑状グラウトの開発に成功し、本発明の空洞充填材を完成した。
【０００７】
上述の本発明では、ポンプで容易に圧送できる流動性を保ちつつ、充填範囲外に逸脱することなく限定注入が可能で、かつ地下水等に影響を受けにくい適度な粘性を有する可塑状ゲルが要求され、同時に発泡ポリウレタンや吸水性樹脂等の高価格な材料を多量に使用しないことが望まれる。
【０００８】
【特許文献１】特許第３４９２５０１号公報
【特許文献２】特公平５−５９０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の課題は産業副生品であるフライアッシュやスラグや焼却灰や粘土、現場発生の土砂や珪砂等を主材とし、これにセメント又は石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現材と水を所定の比率で配合するとともに、これにベントナイトを所定量加え、さらには少量の吸水性樹脂を添加し、得られた可塑状グラウトの流動特性、固結特性、水中抵抗性、さらには配合方法によるグラウト性状の違いを明らかにして、上述の公知技術に存する問題点を解決した空洞充填材を提供することにある。
【００１０】
勿論、この空洞充填材は空洞充填のみならず、一般の裏込め注入、護岸の吸出し防止注入、または圧入工法に使用したりする事も出来る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）、ベントナイト（Ｂ材）および水（Ｗ）を有効成分として含有し、或はさらには少量の吸水性樹脂を含み、以下の要件を満たす充填材を開発する事により解決したものである。
【００１２】
１．シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）を主材とし、硬化発現材（Ｃ材）およびベントナイト（Ｂ材）がそれぞれ、有効成分とされる粉体中の４０重量％以下であること。
２．ポンプでの圧送が可能であり、かつ限定注入が行える流動性としてテーブルフローが１５〜２２ｃｍであること。
３．可塑状である充填材を水に浸漬しても水が濁ることなく、浸漬した充填材も水中にて固結すること。
４．長距離圧送においても流動性が失われることなく、可塑状を呈する時間が充分に長くとれること。
【００１３】
本発明者は、上記課題を解決するために種々の研究を行った結果、以下のことが判った。
【００１４】
１）シリカ系非硬化性粉状体は、セメントや石灰等のＣａ組成物の少量と反応して、初期の段階で表面にＣａを吸着して電気的化学的反応を起こしバインダーとなって擬似的な流動性の低下を生じ、経時的に可塑状ゲルを形成し、更に非可塑状ゲル化物を経て固化する。ただしこの反応は緩やかに起こるため、ベントナイトを加え増粘させることにより流動性をコントロールし、さらには水への抵抗性を高めることができる。
【００１５】
２）１）にさらに少量の吸水性樹脂を添加することにより、ベントナイトの配合比率を減らしても水への抵抗性を得ることができる。
【００１６】
３）ベントナイトは水に接すると著しく膨潤分散し、コロイドになり、著しい粘性とチキソトロピー性を有し、分散中のベントナイト粒子はカチオン交換性が大である。これに対し、ベントナイトをセメント成分が混入した液に投入すると、ベントナイトが膨張、分散する過程において、セメント中のカルシウムイオンがベントナイト粒子の表面に吸着され、ベントナイトの膨潤の妨げになるため膨潤度が低下することになる。よってセメント成分の混入した懸濁液にベントナイトを投入すると、同じ粘性を得るのに多くのベントナイトを要する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は上述のとおり、シリカ系非硬化性粉状体を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材、ベントナイト、および水を所定の配合比率で配合することにより、目的に応じた流動特性、固結特性、水中分離抵抗性を呈する所望の可塑状グラウトを得、これを空洞充填材または裏込め材に用いることで、地下水に影響されることなくトンネル等や地盤内の空隙を確実に充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以上の発明者による研究の結果、以下のようにして、非硬化性シリカ系粉体、カルシウム系硬化発現材、ベントナイトを配合することにより、目的に応じた流動特性、固結特性、水中分離抵抗性を呈する所望の充填材を得ることができた。
【００１９】
本発明に示すシリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）はフライアッシュ、スラグ、焼却灰、粘土、土砂、および珪砂のいずれか一種又は複数種を有効成分とする。
【００２０】
特にフライアッシュはその形状が球状であるため、水と混合したグラウトは流動性に優れ、さらに少量のセメントを加えたグラウトは長期的に強度が増加し耐久性に優れている。ただし上記のようにフライアッシュ、セメント、水を混合した懸濁液は分散しやすいという問題があった。その問題を改善するためにベントナイトによる増粘をはかったところ所望の流動性、固結性が得られ、優れた流動性を有しながら水中においても分散されない粘性を有する注入材の開発に到った。
【００２１】
またスラグは形状の凹凸が激しく角ばり、空隙を含むため吸水率がやや高い。また単位体積重量が小さく、流動性が良いものの水中で分散されやすい。しかしベントナイトを配合することで吸水性効果が得られ、水に分散されにくくなる。
【００２２】
なお、スラグは通常の４０００（ｃｍ2／ｇ）のブレーン等の一般品でもよいし、それ以上の６０００〜１５０００（ｃｍ2／ｇ）ブレーン等の超微粒子スラグでもよい。
【００２３】
また、カルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）はセメント、石灰、石膏およびスラグの群から選択される一種または複数種であり、ただし、非硬化性粉状体がスラグの場合においてスラグは硬化発現材から除外する。
【００２４】
硬化発現材比は４０重量％以下、ベントナイト比は４０重量％以下とする。ここで、硬化発現材比とはＣ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、また、ベントナイト比とはＢ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｂはそれぞれ重量である。
【００２５】
ただし、ベントナイトを多量に使用するとセメントの長期強度の発現に悪影響を与えるため、ベントナイト比はさらに好ましくは３５％以下、さらには膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを使用することにより、ベントナイト比は５〜３０重量％で充分効果が得られる。ここで、硬化発現材比とはＣ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、また、ベントナイト比とはＢ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｂはそれぞれ重量である。このような条件下でベントナイトの膨潤性による保水効果により優れた流動性を保持しながら水中で分散されにくい構造が得られる。
【００２６】
さらに本発明では、非硬化性シリカ系粉体、カルシウム系硬化発現材、ベントナイトを有効成分とし、これに少量の吸水性樹脂を加えるとさらに水中で分散しにくくすることができる。上記の膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを使用し、吸水性樹脂は吸水性樹脂比が０．１〜３．０重量％添加すると、このときのベントナイト比は３〜２５重量％で充分効果が得られる。このような条件下で吸水性樹脂はベントナイトの膨潤性とともに作用して流動性を保持しながらその吸水力による保水効果によって水中における分散を防ぐことができる。
【００２７】
本発明では、配合手順として最後にベントナイトを添加することにより、流動性ある懸濁液を可塑状へと移行させる。よって吸水性樹脂の添加量が多くなるとベントナイトを添加する前に懸濁液中の自由水が吸水性樹脂に吸着され、高粘性の懸濁液となり作業性が悪くなる。よって吸水性樹脂を添加する場合、吸水性樹脂比は０．１〜３．０％が好ましい。
【００２８】
本発明で使用する吸水性樹脂の例としては、ポリ(メタ)アクリル酸またはポリ（メタ）アクリル酸塩架橋体、スルホン酸基を有するポリ（メタ）アクリル酸エステル架橋体、ポリアルキレン鎖を有するポリ（メタ）アクリル酸エステル架橋体、ポリ（メタ）アクリル酸アミド架橋体、（メタ）アクリル酸塩と（メタ）アクリルアミドとの共重合架橋体、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルと（メタ）アクリル酸塩との共重合架橋体、ポリジオキソラン架橋体、架橋ポリエチレンオキシド、架橋ポリビニルピロリドン、スルホン化ポリエチレン架橋体、架橋ポリビニルピリジン、デンプン−ポリ（メタ）アクリロニトリルグラフト共重合体のケン化物、デンプン−ポリ（メタ）アクリル酸（塩）グラフト架橋共重合体、ポリビニルアルコールと無水マレイン酸（塩）との反応生成物、架橋ポリビニルアルコールスルホン酸塩、ポリビニルアルコール−アクリル酸グラフト共重合体、ポリイソブチレンマレイン酸（塩）架橋重合体等が挙げられる。これら吸水性樹脂の一種を使用するか、または複数種を併用することもできる。
【００２９】
特に耐塩性吸水性樹脂は多価金属を含む硬水の吸水性がよく、さらにノニオン性基やスルホン酸（塩）基を有するものが好ましく、さらにアミド基やヒドロキシアルキル基を有するものが好ましく、上記の中では（メタ）アクリル酸塩と（メタ）アクリルアミドとの共重合架橋体や（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルと（メタ）アクリル酸塩等が挙げられる。さらに好ましくはポリオキシアルキレン基を有するもので（メタ）アクリル酸エステルと（メタ）アクリル酸塩との共重合架橋体等が挙げられる。
【００３０】
また本発明では吸水性樹脂の代用として、ポリエーテルポリオールと、脂肪族ポリイソシアネートや脂環族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネートの有機ポリイソシアネートから得られる末端イソシアネート基含有ウレタンポリマーの使用も可能である。
【００３１】
本発明において、配合方法の違いによっても適切な配合比率が変わる。ベントナイトは水に接すると著しく膨潤し、これをシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液に混合すると、懸濁液は粘度が増大し、瞬時に可塑状となる。これに対し、シリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液にベントナイトを粉体のまま投入するとカルシウムイオンがベントナイト粒子の表面に吸着され、ベントナイトの膨潤の妨げになるため膨潤度が低下する傾向を生ずる。
【００３２】
膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを水と混合し、ベントナイト膨潤液をシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液に混合するとき、ベントナイト比は１〜２０重量％で効果が得られる。
【００３３】
さらに膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを使用したベントナイト膨潤液をシリカ系非硬化性粉状体とカルシウム系硬化発現材の懸濁液に混合する際、懸濁液に少量の吸水性樹脂を混合すると水中への分散を防ぐことができる。吸水性樹脂は吸水性樹脂比０．１〜３．０重量％添加すると、このときのベントナイト比は０．５〜１５重量％で充分効果が得られる。
【００３４】
水粉体比は５０〜２００重量％とする。さらにベントナイトを粉体のまま混合する場合、水粉体比は５０〜１５０重量％が好ましく、ベントナイト膨潤液を配合するときは、７０〜２００重量％が好ましい。ここで、水粉体比とはＷ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｂ、Ｗはそれぞれ重量である。
【００３５】
さらに、可塑性を発現する時間を調整するために硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩を含むこともできる。その場合、アルミニウム比２．０重量％以下、好ましくは０．１〜１．０重量％とし、Ａｌ2Ｏ3換算で０．０１から０．３５重量％とする。ここで、アルミニウム比とはアルミニウム材／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００である。
【００３６】
さらに、可塑性を発現する時間を調整するために水ガラス又は水ガラスと酸の混合液を含むこともできる。その場合、シリカ濃度（ＳｉＯ2換算）が０．２〜７．０重量％とする。
【００３７】
さらに本発明の充填材は発泡剤や起泡剤を加えて流動性をよくし、或は軽量化をはかることが出来る。粘土やさらに高分子系増粘剤すなわちポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）やメチルセルローズ等を添加することにより水に対する分散性を抑制したり、ワーカビリティの改善効果或は保水材として又上記の粉粒素材のバインダーとしての役をし、擬似ゲル状にして流動性を保持しながら分散しにくい構造をもつ流動体を形成する。
【００３８】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に記述するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００３９】
使用材料
(1) フライアッシュ
火力発電所より排出される石炭灰：シリカ系非硬化性粉状体
密度１．９〜２．３ｇ／ｃｍ3、粒度分布０．１ｍｍ以下が９０％以上
(2) スラグ
スラグ８０００ブレーン値：シリカ系非硬化性粉状体
(3) セメント
普通ポルトランドセメント：硬化発現材
(4) ベントナイト
膨潤度４．５ｇ／ｇ
(5) スーパークレイ（ベントナイト）
膨潤力２４．０ｍｌ／２ｇ
(6) 吸水性樹脂
ポリアクリル酸ソーダ塩系架橋体
【００４０】
比較例1〜４
本発明を明確にするために比較例を示す。比較例１は一般的なのＣＢ（セメントベントナイト）配合における水の量を少なくし可塑状としたものである。また比較例２はセメント、ベントナイトにさらに吸水性樹脂を加えた、従来、充填材として使用されてきた配合である。また比較例３、４は本発明におけるベントナイトの増粘作用、および保水効果を明確にするために、フライアッシュとセメント、またスラグとセメントを水と混合することにより得られた可塑状グラウトである。
【００４１】
配合例１〜１２
本発明の実施例である。シリカ系非硬化性粉状体としてフライアッシュとスラグを用いて、セメント、ベントナイト、水と練り混ぜる。フライアッシュ或はスラグ、セメント、水の懸濁液を作製し、この懸濁液にベントナイトを混合し直ちに可塑状とする。また吸水性樹脂を混合する際は、懸濁液に吸水性樹脂を添加しよく攪拌した後、ベントナイトを混合しゲル化させる。このようにして得られた配合例１〜１２と上記の比較例１〜４の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
［可塑性グラウトとしての要因と条件］
(1) 硬化発現材比
グラウトに含まれる粉体、つまりフライアッシュ或はスラグ、セメント、ベントナイト（スーパークレイ）の含有量に対するセメントの含有量：
セメント（硬化発現材）重量／｛フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量｝×１００［％］
セメントは硬化発現材であり、かつシリカ系非硬化性粉状体の可塑材という事も出来る。シリカ系非硬化性粉状体はセメントと混合することによりポゾラン反応を起こし固結強度を得る。よって硬化発現材比を大きくすることにつれ、強度は得られるが固結が早くなり、作業に必要とされる充分な可塑状時間を得ることができない。その好ましい範囲は４０％以内、さらに好ましくは２〜３５％とする。
【００４４】
(2) ベントナイト比
グラウトに含まれる粉体の含有量に対するベントナイトの含有量：
ベントナイト（スーパークレイ）重量／｛フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量｝×１００［％］
ベントナイトまたスーパークレイは増粘材および保水材であり、可塑状の性状に寄与する。その好ましい範囲は４０％以内、さらに好ましくは３５％以内、さらに上記表１のように膨潤力に優れたスーパークレイを使用するときは５〜３０％が好ましく、さらに吸水性樹脂を添加する場合は３〜２５％で充分効果が得られる。
【００４５】
(3) 吸水性樹脂比
グラウトに含まれる粉体の含有量に対する吸水性樹脂の添加量：吸水性樹脂重量／｛フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量｝×１００［％］
吸水性樹脂は高価であり配合時の作業性に影響するため、吸水性樹脂比は０．１〜３．０％が好ましい。
【００４６】
(4) 水粉体比
グラウト中の粉体に対する水の含有量：
水重量／{フライアッシュ或はスラグ（シリカ系非硬化性粉状体）重量＋セメント（硬化発現材）重量＋ベントナイト（スーパークレイ）重量}×１００［％］
この値が小さいと可塑状になりやすいが、同時にフロー値が小さくなるため作業性を損なうことになる。よって、その範囲は５０〜２００％、さらに好ましくは５０〜１５０％とする。
【００４７】
(5) フロー値
配合直後、可塑状となったグラウトをフロー試験（JIS R 5201テーブルフロー）に基づき、グラウトに１５秒間に１５回の落下運動を与え、その広がりを測定した。本発明における適切な流動性の範囲は１４〜２２ｃｍ、好ましくは１５〜２１ｃｍとする。
【００４８】
またフロー試験には、高さ８ｃｍ、直径８ｃｍの円筒のシリンダーを用いて、シリンダーを取り除いたときの広がりを測定するものもある。その場合の適切な範囲はおよそ８〜１８ｃｍであり、さらにシリンダーを取り除いた後にテーブルフローと同様の１５回の落下運動を与えた場合はおよそ１３〜２２ｃｍである。
【００４９】
(6) 水中分離抵抗性
４５０ｍｌの水に５０ｇのグラウトを浸漬し浸漬直後と６０分後の水のｐＨ測定を行い、次式で変化率をもとめた。
ｐＨ変化率＝｛６０分後のｐＨ／浸漬直後のｐＨ×１００｝−１００ [％]
ｐＨ変化率は±１５％以内、さらには±１０％以内であることが好ましい。
【００５０】
また浸漬したグラウトが水中で溶け出したり崩れたりしないかを観察した。表のグラウトの状態に示す××はグラウトを水中に投入する際に、グラウトが溶けて同時に水が濁ったことを表し、×はグラウトを水に投入した後、水中にてグラウトが崩れたことを表し、△はグラウトの形状にヒビが入ったことを表し、○は水中に浸漬してもグラウトに変化はなく、浸漬時の形状を保持したまま固結したことを表す。××においては投入時に外見でグラウトが水に溶け出していることが分かったのでｐＨ変化率の測定は行わなかった。
【００５１】
(7) 可塑状保持時間
可塑性保持時間とは静止しておけばゲル状を保持するが、力を加えると流動する状態を呈している時間を云う。アスファルト針入度試験方法JIS K 2530-1961に準じて総質量２３０ｇ、先端角度１５度、３６ｍｍの貫入コーンを用いて静的貫入抵抗を測定し、貫入抵抗値が０．０１ＭＮ／ｍ2を越えた時非可塑状ゲルとなって固結または硬化とみなし、ゲル化から固結に至るまでの時間を可塑状保持時間とした。
【００５２】
(8) 一軸圧縮強度
配合後、充分に混合したグラウトを直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍのモールドにつめ、静止した状態でラップ養生し、２８日経過後に一軸圧縮強度を測定した。
【００５３】
比較例１，３，４においては流動性がよいが水への分散が著しく、また比較的、水に分散されにくい比較例２であっても可塑状保持時間が短く、流動性が乏しいため作業性に欠ける。しかし本発明の実施例に示す配合例１〜１２は、フライアッシュ或はスラグを主成分とし、さらにセメント、ベントナイト、水を所定比率で配合することにより、或はさらに少量の吸水性樹脂を添加することにより、所望の流動特性、固結特性、または水中分離抵抗性を有する可塑状グラウトが得られるのである。
【００５４】
配合例１３〜２０
さらに配合方法によるグラウト性状の違いを検討し、この実施例を以下に示す。スーパークレイと水を混合し１０％濃度のスーパークレイ膨潤液を作り、表１と同様にフライアッシュとセメント、水の懸濁液を作製し、この懸濁液に膨潤液を混合し直ちに可塑状とする。このようにして得られた配合例１３〜２０の地盤注入材の調整条件および物性値を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
水に充分に膨潤したベントナイト液（膨潤液）をセメント系の懸濁液に混合すると、セメント中のカルシウムイオンがベントナイト粒子表面に吸着され、電気化学的作用によりゲル化反応を起こし、ただちに粘度が増大し可塑状ゲルとなる。これはベントナイトを粉体のまま混合するときよりも、はるかに反応性に優れ、同じ懸濁液を可塑状にするとしても少ないベントナイト量で済む。
【００５７】
ただし表２に示すように、水への抵抗性に優れたグラウトにするためにはベントナイトの量を増やすことが必要となり、同時に膨潤液には水が含まれるためグラウト中の水の量も増え、流動性が向上するが強度発現は低減する。
【００５８】
表２のように、ベントナイトを水に混合した膨潤液を使用する場合、ベントナイト比は４０％以下、さらに好ましくは１〜２０％、さらに好ましくは３〜２０％とする。さらに吸水性樹脂を添加するときベントナイト比は０．５〜１５％で充分な効果が得られる。吸水性樹脂比は０．１〜３．０％とする。また水粉体比は５０〜２００％、さらに好ましくは７０〜２００％とする。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は産業副産物であるフライアッシュや焼却灰や粘土、現場発生の土砂や珪砂等を主材とし、これにセメントまたは石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現材と水を所定の比率で配合するとともに、これにベントナイトを所定量加え、さらには少量の吸水性樹脂を添加し、得られた可塑状グラウトの流動特性、固結特性、水中抵抗性、さらには配合方法によるグラウト性状の違いを明らかにしたから、トンネル等の裏込め、また擁壁、護岸等の背面の空洞充填に適した流動性、固結性を有するとともに、水中分離抵抗性にも優れた空洞充填材であり、土木建築の産業分野への利用可能性が高い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）、ベントナイト（Ｂ材）および水（Ｗ）を有効成分として含有する水中分離抵抗性に優れた空洞充填材。
【請求項２】
請求項１において、シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）がフライアッシュ、スラグ、焼却灰、粘土、土砂、および珪砂のいずれか一種又は複数種を有効成分とする請求項1に記載の空洞充填材。
【請求項３】
請求項１において、カルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）がセメント、石灰、石膏およびスラグの群から選択される一種または複数種である空洞充填材。ただし、スラグは非硬化性粉状体がスラグの場合に硬化発現材から除外する。
【請求項４】
請求項１において、硬化発現材比が４０重量パーセント以下、かつベントナイト比が４０重量パーセント以下の空洞充填材。ただし、硬化発現材比＝Ｃ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（％）、ベントナイト比＝Ｂ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であり、Ｆ、Ｃ、Ｂはいずれも重量を示す。
【請求項５】
請求項１において、水紛体比を５０〜２００重量パーセントの空洞充填材。ただし、水紛体比＝Ｗ／（Ｆ+Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であって、Ｆ、Ｃ、Ｂ、Ｗはいずれも重量を示す。
【請求項６】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用いる、ベントナイト比が５〜３０重量パーセントである空洞充填材。
【請求項７】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用い、さらに吸水性樹脂（Ａ剤）を含む、ベントナイト比が３〜２５重量パーセント未満、吸水性樹脂比が０．１〜３．０重量パーセントの空洞充填材。ただし、吸水性樹脂比＝Ａ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であり、Ｆ、Ｃ、Ｂ、Ａはいずれも重量を示す。
【請求項８】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用い、かつベントナイトを充分に膨潤させたベントナイト膨潤液を使用する、ベントナイト比が１〜２０重量パーセントである空洞充填材。
【請求項９】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用い、かつベントナイトを充分に膨潤させたベントナイト膨潤液を使用し、さらに吸水性樹脂（Ａ剤）を含む、ベントナイト比が０．５〜１５重量パーセント、吸水性樹脂比が０．１〜３．０重量パーセントの空洞充填材。
【請求項１０】
請求項１において、さらに、ゲル化促進剤、ゲル化遅延剤、増粘剤、保水剤、解こう剤、又は気泡剤からなる流動性調整材のいずれか一種又は複数を添加材として含む空洞充填材。
【請求項１１】
請求項１０において、添加材としてアルミニウム塩をアルミニウム比が０．１〜２．０重量パーセント（Ａｌ2Ｏ3換算で０．０１から０．３５重量パーセント）含むか、又は水ガラス又は水ガラスと酸の混合液をシリカ濃度（ＳｉＯ2換算）が０．２〜７．０重量パーセント含む空洞充填材。ただし、アルミニウム比＝アルミニウム塩／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であって、ここでアルミニウム塩は重量を表わす。
【請求項１】
シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）を主成分とし、さらにカルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）、ベントナイト（Ｂ材）および水（Ｗ）を有効成分として含有する水中分離抵抗性に優れた空洞充填材。
【請求項２】
請求項１において、シリカ系非硬化性粉状体（Ｆ材）がフライアッシュ、スラグ、焼却灰、粘土、土砂、および珪砂のいずれか一種又は複数種を有効成分とする請求項1に記載の空洞充填材。
【請求項３】
請求項１において、カルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）がセメント、石灰、石膏およびスラグの群から選択される一種または複数種である空洞充填材。ただし、スラグは非硬化性粉状体がスラグの場合に硬化発現材から除外する。
【請求項４】
請求項１において、硬化発現材比が４０重量パーセント以下、かつベントナイト比が４０重量パーセント以下の空洞充填材。ただし、硬化発現材比＝Ｃ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（％）、ベントナイト比＝Ｂ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であり、Ｆ、Ｃ、Ｂはいずれも重量を示す。
【請求項５】
請求項１において、水紛体比を５０〜２００重量パーセントの空洞充填材。ただし、水紛体比＝Ｗ／（Ｆ+Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であって、Ｆ、Ｃ、Ｂ、Ｗはいずれも重量を示す。
【請求項６】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用いる、ベントナイト比が５〜３０重量パーセントである空洞充填材。
【請求項７】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用い、さらに吸水性樹脂（Ａ剤）を含む、ベントナイト比が３〜２５重量パーセント未満、吸水性樹脂比が０．１〜３．０重量パーセントの空洞充填材。ただし、吸水性樹脂比＝Ａ／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であり、Ｆ、Ｃ、Ｂ、Ａはいずれも重量を示す。
【請求項８】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用い、かつベントナイトを充分に膨潤させたベントナイト膨潤液を使用する、ベントナイト比が１〜２０重量パーセントである空洞充填材。
【請求項９】
請求項１において、膨潤力２０（ｍｌ／２ｇ）以上のベントナイトを用い、かつベントナイトを充分に膨潤させたベントナイト膨潤液を使用し、さらに吸水性樹脂（Ａ剤）を含む、ベントナイト比が０．５〜１５重量パーセント、吸水性樹脂比が０．１〜３．０重量パーセントの空洞充填材。
【請求項１０】
請求項１において、さらに、ゲル化促進剤、ゲル化遅延剤、増粘剤、保水剤、解こう剤、又は気泡剤からなる流動性調整材のいずれか一種又は複数を添加材として含む空洞充填材。
【請求項１１】
請求項１０において、添加材としてアルミニウム塩をアルミニウム比が０．１〜２．０重量パーセント（Ａｌ2Ｏ3換算で０．０１から０．３５重量パーセント）含むか、又は水ガラス又は水ガラスと酸の混合液をシリカ濃度（ＳｉＯ2換算）が０．２〜７．０重量パーセント含む空洞充填材。ただし、アルミニウム比＝アルミニウム塩／（Ｆ＋Ｃ＋Ｂ）×１００（パーセント）であって、ここでアルミニウム塩は重量を表わす。
【公開番号】特開２００７−７７３９２（Ｐ２００７−７７３９２Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２１５８５（Ｐ２００６−２２１５８５）
【出願日】平成１８年８月１５日（２００６．８．１５）
【出願人】（０００１６２６５２）強化土エンジニヤリング株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１５日（２００６．８．１５）
【出願人】（０００１６２６５２）強化土エンジニヤリング株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
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