JPH0554519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、トンネル等の裏込めを初めとする
注入に用いるエアー系セメントグラウト材（以下
エアーグラウトという）およびこれを用いた裏込
め注入工法に関するものである。

「従来の技術」 従来、山岳トンネルの裏込めや間隙の大きい空
洞には、安価で作業性の良い一液性（ミキサー内
で調合されたエアーグラウトを一台のポンプで圧
送する方法）の流動状のエアーグラウトが用いら
れている。しかしながら一液性のエアーグラウト
（通常エアー量30〜60％程度）は、トンネル背面
の地盤内に注入した場合、次のような欠陥があ
る。

(1) 流動状であるため、不必要な遠方まで逸走す
る。

(2) 地下水等に接すると材料分離およびエアーの
減少現象が起こる。

(3) 一度に高く打設するとグラウトの自重により
体積変化（エアーの減少）が起こる。

以上の欠陥により、グラウトの均一な固結強度
が得られ難く注入率（歩留）が悪くなる。

このため、最近ではこれらの欠陥を解決するた
め、一液性のエアーグラウトに水ガラス溶液を加
えて短時間（通常10〜30秒程度）でゲル化（硬
化）させる二液性グラウトが実用化されている。

この二液性グラウトは、一液性に比べて、 (1) ゲル化時間が短いため、限定範囲の注入が可
能である。

(2) ゲル化した後のグラウトは、地下水の影響を
受けない。

(3) ゲル化した後のグラウトの自重による体積変
化（エアーの減少）はない。

(4) 硬化時間を持たせることができる。

(5) 必要ならば早期強度を与えることができる。

等の点が改良される。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、エアーグラウトそのものは地盤
に注入するまでは材料分離およびブリージングの
ない流動状の比較的安定した状態であるが、これ
に液状の水ガラスを加えることにより、新たに次
のような致命的な問題点が発生する。

(1) ゲル化時間が短時分（10〜30秒程度）であつ
ても、ゲル化するまでのごくわずかな時間の間
に、グラウトは粘性の低下等により、起泡が不
安定となり、材料分離ならびに気泡が減少する
現象が起こる。

(2) ゲル化するまでの間に、地下水に接すると稀
釈され、一液性のエアーグラウトと同様材料分
離ならびに気泡の減少現象が起こる。

上記(1)(2)の現象は、ゲル化時間を瞬時（ゲル化
時間でいえば０秒）にしない限り不可能である
が、水ガラスを用いる限りゲル化時間を瞬時にす
ることはできない。

このため、エアーグラウトに水ガラスを加えた
二液性は注入率（歩留）が非常に悪く、あまり使
われなくなつてきているのが現状である。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、上記二液性の(1)(2)の現象を阻止する
ため、水ガラスの代わりにアルミニウム塩溶液を
用い、一溶液の流動状グラウトを可塑状を呈する
グラウトに変質させ、材料分離ならびに気泡の減
少現象を阻止し、地下水に稀釈されることなく、
しかも限定範囲の注入が可能な二液性のエアーグ
ラウトを提案するものである。

なお、本発明でいう可塑状を呈するグラウトと
は、シキソトロピー性を有したグラウトであつ
て、静止した状態ではグラウト自体が自立し、加
圧すれば液体と同じように流動化する性質をい
い、通常可塑状グラウトと云われている。

本発明において使用するアルミニウム塩として
は、硫酸バンド、ミヨウバン、塩化アルミニウ
ム、ポリ塩化アルミニウム及びその他の酸性を呈
する水溶性アルミニウム塩である。

これらのアルミニウム塩は、セメントからの溶
解したアルカリ（主に水酸化カルシウム）と混合
すると瞬時（ゲル化時間はゼロ）に水酸化アルミ
ニウムAl（OH）₃の状沈澱物を生成する。

本発明は、この酸性を呈するアルミニウム塩と
アルカリを呈するセメント懸濁液等との間で水酸
化アルミニウムを瞬時に生成する性質を利用し
て、流動状のエアーグラウトにアルミニウム塩溶
液を加えることにより、瞬時に可塑状を呈するグ
ラウトに変質させ、これによつてグラウト中のエ
アーがグラウト内に封じ込められることから、二
液性であつても気泡が非常に安定した状態とな
り、材料分離及び気泡の減少現象が阻止されて、
地下水に希釈されるなどの影響もなくなる。

また、本発明は可塑状にしたことにより、限定
範囲に注入が可能となり、さらにグラウトの自重
による気泡の減少現象がなくなる等、従来の水ガ
ラスの二液性のエアーグラウトの欠陥を除去した
グラウトである。

本発明に用いるエアーグラウトとしては、主に
気泡剤と水をミキサー等で充分撹拌して気泡を発
生させ、これにセメントを加えたエアーミルク、
さらにこれに骨材を加えたエアーモルタル等があ
る。

このエアーモルタルに用いる骨材には、比較的
粒径の小さい砂、あるいは粘土鉱物を含んだ微粉
末等が用いられている。

また、起泡剤には、動物性蛋白質や界面活性剤
とがあるが、本発明ではいずれの起泡剤も使用で
きる。

本発明に用いるアルミニウム塩は、できるだけ
酸性度の低い（PHの高い）方がセメントの影響が
ないので好ましい。

また、セメントの他に石灰等のアルカリ剤を併
用することによりアルミニウム塩のセメントへの
影響を防止することができる。

本発明の注入方法は主として二液性であり、起
泡剤とセメントを含有した流動状のエアーグラウ
トをＡ液とし、アルミニウム塩溶液をＢ液とし、
Ａ、Ｂ液を別々のポンプで圧送し、グラウトホー
ルの手前で合流させて可塑状に変質させたグラウ
トを注入する。

また、可塑状の状態（比較的弱い場合）あるい
はポンプの性能によつては、一液性でも注入する
こともできる。

本発明に用いる二液性のエアーグラウト（Ａ液
＋Ｂ液）の配合は、可塑状を呈するグラウトにな
るものであれば特に限定しないが、Ａ液のグラウ
ト中に水量が１m³当たり300〜4001以下、Ｂ液
（アルミニウム塩）の濃度がAl₂O₃換算で６〜８
％以上で、Ａ液に加えるＢ液は４〜15％程度が好
ましい。

「実施例」 以下、さらに実施例をあげて本発明を詳細に説
明する。

実験に用いた材料は、普通セメント、砂（標準
砂）、粘土鉱物系微粉末（商品名ミノソイル）、界
面活性系起泡剤（商品名セツトミツクス）、JIS3
号水ガラス及び硫酸バンド溶液（Al₂O₃換算で8.1
％）を用いた。

実験例 ミキサー内に水790c.c.と起泡剤4.4c.c.を入れて撹
拌することにより気泡を発生させた後、セメント
1200ｇを投入してフロー値（Ｐロート）19.2秒、
エアー量41.3％、生容量997ｇ／、グラウト量
2000c.c.のエアーミルクを得た。

実験例 実験例と同様に、ミキサー内に水562c.c.と気
泡剤2.0c.c.を入れて撹拌することにより気泡を発
生させた後、セメント600ｇと砂1290ｇを投入し
てフロー値21.4秒、エアー量37.4％、生容量1227
ｇ／のエアーモルタルを得た。

比較例 実験例で得たエアーミルク500c.c.を径７cm長
さ50cmのポリエチレン製の袋に入れ、これに水ガ
ラス溶液（50％液）100c.c.を投入すると同時に激
しく２〜３秒間撹拌した後、静止したところ９秒
でゲル化した。

ゲル化したグラウト量は、522c.c.であつた。

この時のエアーの減少率は38％と非常に大きく
歩留が悪いことがわかる。

また、ゲル化したグラウトを調べたところ下部
はセメント分が多くてエアー量が少なく、逆に上
部はセメント分が少なくてエアー量が多くなつて
おり、はつきり材料分離が起きていた。

一方、実験例２のエアーモルタルを上記のエア
ーミルクと同じ要領で500c.c.に水ガラス溶液75c.c.
投入したところ、13秒でゲル化し、ゲル化したグ
ラウト量は557c.c.であつた。

この時のエアーの減少率は23％と非常に大き
く、歩留が悪いことがわかる。

また、ゲル化したグラウトを調べたところ、下
部には砂およびセメント分が多く、上部は逆に少
なく完全に材料分離が起こつていることが確認で
きた。

実施例 実験例で得たエアーミルク500c.c.を比較例
と同様ポリエチレン製の袋に入れ、これに硫酸バ
ン土75c.c.を投入と同時に激しく撹拌したところ、
瞬時に流動性を失つた（袋をさかさまにしても流
れなかつた）。

流動性を失つたグラウト量は565c.c.であつた。

この時のエアーの減少率は５％と極めて少なく
誤差範囲内であることがわかる。

また、流動性を失つたグラウトを袋の下部を手
で押すとグラウトは容易に上部に移動した。（こ
の現象が可塑状を呈したグラウトである）。可塑
状を呈したグラウトを調べたところ、下部から上
部までセメント及び気泡が均一に分散しており、
材料分離は全くなかつた。

一方実施例２のエアーモルタルを前記のエアー
ミルクと同じ要領で500c.c.に硫酸バン土65c.c.投入
したところ瞬時に可塑状を呈した。

可塑状を呈したグラウト量は558c.c.であつた。

この時のエアーの減少率も３％と極めて少ない
ことがわかる。

また、可塑状を呈したグラウトを調べたとこ
ろ、下部から上部までセメント、砂、及び気泡が
均一に分散しており、材料分離は全くなかつた。

以上の水が存在しない場合において、比較例で
はエアーグラウトに水ガラスを加えることによつ
て、グラウトの粘性が低下して不安定となり、比
重の重いセメント及び砂（骨材）は下に沈降し、
軽いエアーの多くは上に浮上し、グラウト外に逸
走するため、エアーの減少率が非常に多くなつた
ことがわかる。

また、歩留の悪くなつたグラウトも材料分離が
大きく、この結果強度が不均一となり、非常に問
題のあるグラウトであることがわかる。

これに対して、本発明は液状のエアーグラウト
にアルミニウム塩溶液を加えると瞬時に可塑状に
変質することにより、グラウト中のエアーをグラ
ウト内に封じ込め、エアーの減少率がほとんどな
く、また材料分離が全くないため、均一強度が得
られることがわかる。

実施例 ミキサーに水95と起泡剤0.55を入れ撹拌し
て気泡を発生させた後、セメント75Kg、粘土微粉
末75ｇを投入して得たフロー値20.7秒、エアー量
40.1％のエアーモルタルをＡ液とした。

別に硫酸バン土25をＢ液として用意した。

AB両液を10：１の割合で注入ポンプで圧送
（吐出量AB両液で毎分10、AB液合流後のホー
スの長さ３ｍ）して水中に100放出したところ、
可塑状を呈したグラウトは水に稀釈されることな
く山型状（傾斜角度約35度）になつた。

後でグラウトのエアーの減少率を調べたところ
3.5％と極めて少なく、固結率（推定）は98％で
ほとんど全量固結しており、また材料分離は全く
なかつた。

なお、傾斜角度は可塑状を呈するグラウトを表
しており、流動状グラウトは傾斜角度はほとんど
なく平ら状である。

比較例 実施例と同じ配合のエアーモルタル（フロー
値21.2秒、エアー量41.5％）をＡ液とし、別に水
ガラス溶液（70％液）25を用意した。

注入は、実施例と同じ条件（AB両液を10：
１の割合でゲル化時間12秒）で水中に100放出
（放出時まだゲル化していない）ところ、グラウ
トは水に稀釈され、またエアーは水中に逸走して
水面上に浮上した。

また、注入したグラウトの型状は、ほとんど平
ら（傾斜角度約５度）になつた。

後でグラウトのエアーの減少率は40.8％と非常
に多く、また、固結率（推定）は51％と非常に小
さい値であつた（グラウトの固結率とエアーの減
少率の差は、エアーを除くグラウトが水に稀釈さ
れ固結されなかつたもの）。

また、固結後調べたところ、底部に骨材及びセ
メント部分が多く、上部はエアー量が多く、材料
分離を起こしており、不均一であつた。

以上の水が存在（水中）した場合において、比
較例ではエアーグラウトと水ガラスを合流すると
グラウトの粘性が低下して不安定となり、しかも
まだゲル化していない状態で水中に放出すると材
料分離を起こし、セメント及び骨材は沈降しエア
ーは水中に逸走（減少）し、さらにエアーを除く
グラウトが水に稀釈される。

その結果、エアーの減少並びに固結率が非常に
大きくなり、エアーグラウトとしては致命的な欠
陥を持つている。

これに対して本発明は、エアーグラウトと硫酸
バン土溶液を合流すると瞬時に可塑状を呈するグ
ラウトに変質することにより、グラウト中のエア
ーをグラウト内に封じ込めた状態で水中に放出す
るため、水に稀釈されることなく、材料分離は起
こさず、エアーの減少率および固結率が極めてす
ぐれており、さらに限定注入が可能であることが
わかる。

「発明の効果」 以上の通り本発明によれば、起泡剤とセメント
を含有した流動状のエアーグラウトに、アルミニ
ウム塩溶液を加えて可塑状を呈するグラウトに変
質させる結果、限定範囲の注入が可能となり、地
下水に影響されることはなく、グラウト自重によ
る体積変化（気泡の減少）もなく、さらに二液性
による材料分離や気泡の減少現象が全くない等、
裏込めグラウト材を初め、空洞充填、その他の注
入材としてすぐれた性質を有したグラウトを提供
することができると共に、このグラウトを裏込め
注入することにより、確実な裏込め施工を行うこ
とができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 起泡剤とセメントを含有した流動状のエアー
   グラウトにアルミニウム塩溶液を加えて瞬時に水
   酸化アルミニウムを生成させ、可塑状を呈するよ
   うに変質したグラウト中のエアーをグラウト内に
   封じ込めてなることを特徴とするエアーグラウト
   材。 ２ 起泡剤とセメントを含有した流動状のエアー
   グラウトをＡ液とし、アルミニウム塩溶液をＢ液
   とし、前記Ａ液と前記Ｂ液を別々のポンプで圧送
   し、グラウトホールの手前で合流させて瞬時に水
   酸化アルミニウムを生成させ、可塑状を呈するグ
   ラウトに変質させることによりグラウト中のエア
   ーをグラウト内に封じ込め、このエアーを封じ込
   めたエアーグラウトを注入することを特徴とする
   裏込め注入工法。