JPH0657249A

JPH0657249A - 裏込め注入材組成物

Info

Publication number: JPH0657249A
Application number: JP21498192A
Authority: JP
Inventors: Iwao Sato; 巌佐藤; Kimihiko Sato; 公彦佐藤; Tsutomu Nihei; 努仁平
Original assignee: Telnite Co Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】裏込め注入液の作液時における労力を軽減
し、また、低価格で混練り水に海水等を用いることがで
きるようにした裏込め注入材組成物法を提供する。【構成】裏込め注入材組成物において、石炭灰粉体も
しくは石炭灰スラリーに、アルカリ金属化合物を添加
し、次いで、難溶性アルカリ土類金属化合物を混合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル工事等におけ
る推進工法等のシールド工法に用いる裏込め注入材組成
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル工事等において推進工法
等のシールド工法が採用されている。この工法によりト
ンネルを掘削すると、施工上の都合や施工後の地盤土の
動きなどのため、地下構造物と地盤土の間に空隙が生じ
る。この空隙部分をセメントミルク等で埋戻し、構造物
と地盤土の一体化を図る工事が裏込め注入である。裏込
め注入で使用される注入材として必要な性質は、安価で
材料分離を起こさず、流動性に富み、かつ一定時間硬化
しないこと、また、固結後は、周囲の地山と同程度の強
度となり無公害であること等である。

【０００３】裏込め注入の方法としては、一般的に混合
方式が主に用いられる。この方式は前もって配合した注
入液を圧送して注入する方式で、注入液としては、セメ
ント・ベントナイト・フライアッシュ・砂・分散剤およ
び水を用いたいわゆるモルタル注入液と、発泡剤・セメ
ント・ベントナイト・水等からなる発泡モルタル注入液
とが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら注入液
は、作液において複数の材料を混合するため、作業的に
かなりの労力を要する。

【０００５】また、注入液の組成として、ベントナイト
は、注入材強度調整・材料分離防止機能に寄与するた
め、必要不可欠である。しかし、一般にベントナイト等
の粘土鉱物は、海水等の塩類を多量に含む水で混練りし
た場合、カルシウム・マグネシウムイオン等の影響を受
け、軟水を使用したものより、水和膨潤がさまたげら
れ、粘性発現が極端に小さくなる。その結果、モルタル
注入液や発泡モルタル注入液を海水等で作液する場合、
材料分離が生じない程度の粘性を保つために多量のベン
トナイトが必要となり、工事費用が過大なものとなる。
この理由により、従来、作液水としては、海水等の塩類
を多量に含む水は敬遠されていた。

【０００６】本発明の目的は、裏込め注入液の作液時に
おける労力を軽減し、また、混練り水に海水等を用いる
ことができるようにした裏込め注入材組成物を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１の本発明は、裏込め注入材組成物において、石炭
灰粉体もしくは石炭灰スラリーに、アルカリ金属化合物
を添加し、次いで、難溶性アルカリ土類金属化合物を混
合してなることを特徴とする。

【０００８】上記目的達成のため、請求項２の発明は、
裏込め注入材組成物において、アルカリ金属化合物を水
溶液として添加し、湿潤状態にある石炭灰を乾燥後粉砕
し、得られた粉体に難溶性アルカリ土類金属化合物を混
合してなることを特徴とする。

【０００９】上記目的達成のため、請求項３の発明は、
裏込め注入材組成物において、石炭灰粉体に、アルカリ
金属化合物を固体フレークの状態で添加し、次いで、難
溶性アルカリ土類金属化合物を混合してなることを特徴
とする。

【００１０】上記目的達成のため、請求項４の発明は、
請求項２および３のいずれか一の裏込め注入材組成物に
おいて、流動床灰に、上記アルカリ金属化合物を添加
し、難溶性アルカリ土類金属化合物を混合しないことを
特徴とする。

【００１１】本発明の主材は、石炭火力発電所などから
産業廃棄物として排出される石炭灰である。石炭灰は、
大別して微粉炭ボイラーから排出される微粉炭ボイラー
灰と、流動床ボイラーから排出される不整形で未燃のカ
ーボンやＣａＯを多く含む流動床ボイラー灰（以下、流
動床灰と称する）に分けられる。微粉炭ボイラー灰に
は、セメント混和材として使用される規格品のフライア
ッシュと、規格外の捨て灰（粗灰）およびボイラー底部
から排出されるクリンカアッシュが含まれる。表１にそ
れらの化学成分を示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】これら石炭灰を含む「ポゾラン」と呼ばれ
るものの特徴は、主成分がＳｉＯ₂であり、またＡｌ₂
Ｏ₃を相当量含むものであるが、これらはいずれも可溶
性部分を多量に含有する。これら可溶性ＳｉＯ₂あるい
はＡｌ₂Ｏ₃は、水酸化カルシウムや硫酸カルシウムと
容易に反応（ポゾラン反応）して、不溶性のカルシウム
塩を生成する。しかし、その強度発現は、長期間（１週
間以上）を有する。

【００１４】そこで、本発明は、石炭灰または流動床灰
にアルカリ金属化合物を反応させ、これにアルカリ土類
金属化合物を混合して得られる粉体を、水で混練りする
ことにより適切な期間（混練り後１〜２日以内）で強度
が発現することを可能とした。この性質を以下短期自硬
性という。

【００１５】本発明では、上記石炭灰に対し、アルカリ
金属化合物を水溶液として噴霧混合し、湿潤状態にある
石炭灰を９０〜１００℃程度の温度で乾燥後粉砕する。

【００１６】上記アルカリ金属化合物としては、水酸化
ナトリウムが好適であるが、この他にも水に溶けて強ア
ルカリを示すものを使用することができる。例えば、炭
酸ナトリウムを使用することができる。

【００１７】アルカリ金属化合物の添加量は、石炭灰に
含まれる可溶性ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ ₃の割合に応じて定
められるが、本発明の目的とする効果を得るためには、
一般的に石炭灰の乾燥重量１Ｋｇあたり０．７モル以
上、好適には１．８モルとする。

【００１８】アルカリ金属化合物として水酸化ナトリウ
ムを使用する場合は、石炭灰の乾燥重量１Ｋｇあたり
０．０３Ｋｇ以上、好適には０．０７５Ｋｇ（例えば４
８％水溶液で０．１０４リットルとする。

【００１９】本発明では、アルカリ処理により得られた
粉体にアルカリ土類金属化合物を、均一に混合する。こ
れによって目的とする裏込め注入材組成物を得ることが
できる。

【００２０】上記難溶性アルカリ土類金属化合物として
は、水酸化カルシウムが好適である。難溶性アルカリ土
類金属化合物は、上記主材にアルカリ金属化合物を反応
させて得られる粉体に対し、粉体の形で混合される。混
合割合は、石炭灰の乾燥重量１Ｋｇあたり０．４０モル
以上、好適には１．３５モルとする。難溶性アルカリ土
類金属化合物として水酸化カルシウムを使用する場合に
は、石炭灰の乾燥重量１Ｋｇあたり０．０３Ｋｇ以上、
好適には０．１Ｋｇとする。

【００２１】また、本発明では、石炭灰にアルカリ金属
化合物を固体フレーク状態のまま含有させ、しかる後に
アルカリ土類金属化合物を混合することもできる。

【００２２】さらに、本発明では、石炭灰に対しアルカ
リ土類金属化合物をあらかじめ混合し、アルカリ金属化
合物の水溶液を直接、混練り水として使用することもで
きる。

【００２３】なお、流動床灰を使用する場合は、アルカ
リ土類金属化合物を混合しなくても、所期の特性を備え
た裏込め注入材組成物を得ることができる。

【００２４】本発明の裏込め材組成物は一液性であり、
これを用いて作液する場合には、水で混練りするだけで
よい。したがって、従来使用されているモルタル注入液
や発泡モルタル注入液のように複数の材料を混合する必
要がないため、作液が極めて容易であり、過剰な労力を
必要としない。

【００２５】本発明における裏込め注入材の主材をなす
ものは、石炭灰または流動床灰であり、粘土鉱物を含ん
でおらず、軟水のみならず海水等の塩類を含む水を使用
することができる。

【００２６】本発明にかかる裏込め注入材組成物を使用
して、裏込め注入を行った場合、材令７日までの強度発
現に最も大きな影響を与える因子として、第１に、混練
り水量（水比）があり、水量の増加に伴い強度低下が大
きい。第２に水酸化ナトリウム含有量が影響し、含有量
を増加させるに従い強度は増加する。水酸化カルシウム
は、スラリー状態での粘性増加に著しく影響を与えるた
め、材料分離防止効果に大きく影響する。

【００２７】

【実施例】

実施例１本発明に基づき、短期自硬性を持たせた裏込め注入材組
成物の材料配合組成を実施したものが組成例（３）であ
る。これとの比較組成として組成例（１），（２）を実
施した。組成例（１）石炭灰１００重量部に対し水酸化カルシウム１０重量部
混合し、水で混練りした。水比を８０とした。組成例（２）石炭灰１００重量部に水酸化ナトリウム０．１４モルを
水溶液として含浸し、乾燥・粉砕したものを水で混練り
した。水比を８０とした。組成例（３）組成例（２）で製造した石炭灰粉体１００重量部に対
し、水酸化カルシウムを１０重量部均一に混合し、水で
混練りした。水比を８０とした。図１および表２に上記
３種の組成物の材令４日までの強度発現を示した。強度
の測定は、供試体がＮ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．Ｓの状態のものは
コーンペネトロメータによる推定強度であり、硬化状態
を示したものは、一軸圧縮強度試験機によるものであ
る。

【００２８】

【表２】

【００２９】組成例（２）のように、石炭灰粉体に水酸
化ナトリウムを添加して処理し、これを水で混練りした
のみで、混練り１日後に１^Kgf／_cm ²程度の強度を短期
間に発現する。そして、ペーストが外力の作用で液体を
内部に吸い込んで、やや膨張し固化するような現象（ダ
イラタンシー）を数日間呈しながらより強度を発現す
る。ここでさらに、組成例（３）のように、前記微粉炭
ボイラー灰を水酸化ナトリウムで処理した組成物に、水
酸化カルシウムを混合し、水と混練りすることにより、
ダイラタンシーな状態を示さず、混練り後１〜２日以内
に、短期に硬化状態に達する。

【００３０】実施例２流動床灰に短期自硬性を持たせるため、流動床灰に水酸
化ナトリウムを含有させた場合の、水酸化ナトリウム含
有量および水比の変化における一軸圧縮強度（材令２８
日）の変化を調べた。結果を図２に示す。強度試験機は
一軸圧縮強度試験機を用いた。

【００３１】このように、流動床灰を用いた場合、流動
床灰に水酸化ナトリウムを含有させ、水と混練りするこ
とのみで、水酸化カルシウムを加えなくても混練り１日
後には、硬化体を生成する。

【００３２】なお、流動床灰は、微粉炭ボイラー灰と異
なり、水酸化ナトリウム含有量を増加するにつれ、強度
がやや低下する。

【００３３】実施例３石炭灰（微粉炭ボイラー灰）に水酸化ナトリウムを含有
させ、乾燥・粉砕処理後、処理した粉体に水酸化カルシ
ウムを均一に混合し、水と混練りし、硬化後の硬化体の
Ｘ線回折を行った。結果を図３に示す。図において、各
々、ａは微粉炭ボイラー灰の、ｂは水酸化ナトリウムに
よる処理後の、ｃは硬化体のＸ線回析結果を示す。

【００３４】図３のＸ線回折図に示すように、アルカリ
処理によりｄ＝２．２６Å，２．９３Å，３．４３Å，
５．６０Åにピークを生じる、ソーダアルミニウムシリ
ケート水和物（擬似珪酸ソーダ）が作り出されているこ
とが了解される。

【００３５】実施例４従来、推進工法においてよく使用されている１液性裏込
め注入材のモルタル注入液を「標準組成」とし、以下に
その材料の配合割合を示した。本発明にかかる裏込め注
入材について水比を変化させたものと、「標準組成」の
モルタル注入液の流動特性について調べた。結果を表３
に示す。「標準組成」の材料配合割合本発明品の材料配合割合１ｍ³当たり１ｍ³当たり（材料名）（添加量）（材料名）（添加量）セメント５００Ｋｇ石炭灰７７７Ｋｇフライアッシュ２５０Ｋｇ４８％−ＮａＯＨ８７リットルベントナイト１００ＫｇＣａ（ＯＨ）₂ ７７Ｋｇ細砂５Ｋｇ水６４２リットル分散剤４Ｋｇ水０．７ｍ³

【００３６】

【表３】

【００３７】この表３に示されるように、清水で混練り
したモルタル注入液と本発明にかかる裏込め注入材を用
いた注入液の流動特性を比較すると、本発明による注入
液は注入時の粘性において、標準組成のモルタル注入液
よりかなり低い粘性を示す。このことから、この注入液
は、長距離圧送が容易であることが了解される。また、
可使時間（流動性保持時間）についても、モルタル注入
液より長いことなどから空隙部分を十分充填することが
できることもわかる。

【００３８】実施例５本発明にかかる一液性裏込め注入材の水比を変化させた
場合の各材令における一軸圧縮強度値を調べた。結果を
図４に示す。強度試験機は、一軸圧縮強度試験機を使用
した。裏込め材の強度として、周囲の地山程度の強度約
１０^Kgf／_cm ²程度とされている。図４の結果から本発
明にかかる裏込め注入材の強度は、その値を満足するこ
とがわかる。

【００３９】

【発明の効果】上記したところから明かなように、本発
明によれば、裏込め注入液の作液時における労力を軽減
し、また、低価格で混練り水に海水等を用いることがで
きるようにした裏込め注入材組成物提を供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１にかかる組成物（１），（２），
（３）の材令４日までの強度発現を示すグラフである。

【図２】流動床灰に水酸化ナトリウムを含有させた場合
の、水酸化ナトリウム含有量および水比の変化における
一軸圧縮強度（材令２８日）の変化を示すグラフであ
る。

【図３】微粉炭ボイラー灰に水酸化ナトリウムを含有さ
せ、乾燥・粉砕処理後、水酸化カルシウムを均一に混合
し、水と混練りして得た硬化体のＸ線回折結果を示すグ
ラフである。

【図４】本発明にかかる裏込め注入材の水比を変化させ
た場合の各材令における一軸圧縮強度値を示すグラフで
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭灰粉体もしくは石炭灰スラリーに、
アルカリ金属化合物を添加し、次いで、難溶性アルカリ
土類金属化合物を混合してなることを特徴とする裏込め
注入材組成物。
【請求項２】石炭灰粉体に、アルカリ金属化合物の水
溶液を添加して湿潤状態にした石炭灰を乾燥後粉砕し、
得られた粉体に、難溶性アルカリ土類金属化合物を混合
してなることを特徴とする裏込め注入材組成物。
【請求項３】石炭灰粉体に、アルカリ金属化合物を固
体フレークの状態で添加し、次いで、難溶性アルカリ土
類金属化合物を混合してなることを特徴とする裏込め注
入材組成物。
【請求項４】流動床灰に、アルカリ金属化合物を添加
し、難溶性アルカリ土類金属化合物を混合しないことを
特徴とする請求項２および３のいずれか一に記載の裏込
め注入材組成物。