JPH0940938A

JPH0940938A - 空洞充填材料

Info

Publication number: JPH0940938A
Application number: JP21417195A
Authority: JP
Inventors: Masaru Shirasaka; 優白坂; Nobuaki Morishita; 宣明森下; Masaaki Noguchi; 雅朗野口
Original assignee: Chichibu Onoda Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】多量且つ安価しかも容易に入手できる海水を
使用して、良好な空洞充填特性を有する空洞充填材料を
提供する。【解決手段】フライアッシュ、好ましくは平均粒径１
０μｍ以下であるフライアッシュ、セメント、遅延剤、
及び海水を含み、フライアッシュとセメントとの重量比
を８：２〜２：８、海水をセメントとフライアッシュと
の合量に対して５０〜９０重量％、セメント水和遅延剤
をセメント量に対して０．１〜２．０重量％配合するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル、橋
台、擁壁、下水道管工事等に使用する空洞充填材料に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法・トンネル工事をはじめと
して、橋台、擁壁、下水道管等の施工では、構造物を安
定に維持する為に、土壌と構造物の隙間に空洞充填材料
が注入される。これらの空洞充填材料は、通常、５イン
チ以下の、ガス管、鉄管、塩ビ管等により、施工箇所ま
で圧送或いは自然流下される。したがって、空洞充填材
料には圧送性に優れた材料である事が要求され、その
為、硬化材であるセメントを水に混練したセメント系ス
ラリー液が多く使用されてきた。

【０００３】一般に土木・建築分野では、スラリー液作
成水として、水道水や地下水、河川水、海水等広範な水
が利用されているが、空洞充填材料ように圧送性が要求
される場合には、海水が使用される事は少ない。すなわ
ち、海水は、水道水を使用する場合に比べて、流動性の
低下する時間が早くなり、このため、各種遅延剤を使用
することも考えられるが、遅延剤の配合量が少ないと十
分な効果が得られなく、また、遅延剤を十分量配合して
も、圧送管内で粘性が高くなり、圧送性が悪く良好な空
洞充填材料とならない。

【０００４】このように海水を使用すると、遅延剤によ
る可使時間の調整が困難になる為、海水が空洞充填材料
に利用される事は少なく、施工現場が海に隣接している
場合であっても、わざわざ水道水等を調達しているのが
現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
の目的は、多量且つ安価しかも容易に入手できる海水を
使用して、良好な空洞充填特性を有する空洞充填材料を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明はフライアッシ
ュとセメントの混合硬化材を、人工海水に混合したスラ
リー液とし、種々の実験を鋭意検討した結果得られたも
のである。すなわち、この発明の空洞充填材料は、フラ
イアッシュ、好ましくは平均粒径１０μｍ以下であるフ
ライアッシュ、セメント、遅延剤、及び海水を含み、フ
ライアッシュとセメントとの重量比を８：２〜２：８、
海水をセメントとフライアッシュとの合量に対して５０
〜９０重量％、セメント水和遅延剤をセメント量に対し
て０．１〜２．０重量％配合することを特徴とする。ま
たこの発明は、含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物をさら
に含むことが好適であり、この含水珪酸マグネシウム質
粘土鉱物は、１ｍ³ 当たり５〜８０ｋｇ配合することが
望ましい。さらに、含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物と
してアタペルジャイト及びセピオライトから選ばれる少
なくとも１種が好適に用いられるものである。以下、こ
の発明を詳細に説明する。

【０００７】

【発明の実施の形態】セメントとしては、各種ポルトラ
ンドセメント、特に、普通及び早強ポルトランドセメン
トが好適に使用されるが、高炉セメント等の混合セメン
トを使用することもできる。また、フライアッシュとし
ては、石炭火力発電所からの発生灰を空気分級機等によ
り処理した平均粒径１０μｍ以下の分級品を使用する
と、スラリー液のブリージング率を小さくし、安定した
材料とする上で好ましいが、発生灰原粉をそのまま使用
することも可能であり、後述する含水珪酸マグネシウム
粘土鉱物の配合により、ブリージング率が大幅に改善さ
れ、空洞充填材として好適に使用できる。

【０００８】硬化材のフライアッシュとセメントの混合
比は、重量比で、８：２〜２：８の割合とすることが好
ましい。これはセメントの混合比が８割より高くなる
と、遅延剤を配合するしないに関わらず、可使時間が著
しく短くなる為に、又、フライアッシュとセメントの混
合比で、８：２よりフライアッシュを増加させると、強
度発現が少ない為にそれぞれ好ましくない。

【０００９】海水使用量としては、フライアッシュとセ
メントとの合量に対して５０〜９０重量％とする。これ
が５０重量％より少ないと混練が出来にくくなり、又、
９０重量％より多いとブリージング率が大きくなるので
好ましくない。

【００１０】セメント水和遅延剤としては、グルコン酸
系、クエン酸系、酒石酸系、リンゴ酸系等のオキシカル
ボン酸系、有機リン系、スルホン酸系等各種の遅延剤を
使用することができ、これをセメント量に対して０．１
〜２．０重量％の割合で配合する。遅延剤が０．１重量
％より少ないと、添加効果がほとんど無く、可使時間が
短くなり好ましくない。又、２．０重量％より多く配合
すると、硬化はしないものの著しく粘性が高くなり、や
はり可使時間が短くなる上、強度発現が遅くなるので好
ましくない。

【００１１】また、この発明は、上記各種材料に加え
て、含水珪酸マグネシウム粘土鉱物を配合することによ
り、さらにブリージング率が改善された空洞充填材料と
することができる。含水珪酸マグネシウム粘土鉱物とし
ては、アタペルジャイト、セピオライト等が好適に使用
され、これを１ｍ³ 当たり５〜８０ｋｇの範囲で配合す
る。５ｋｇより少ないと配合効果があまり無く、また、
８０ｋｇより多く配合すると流動性が悪化するので好ま
しくない。また、ベントナイト等の粘土鉱物では海水中
では増粘性を発揮しない為に好ましくない。

【００１２】以上説明したこの発明の空洞充填材料は、
上記各材料の適切な選定、配合、及びこれらの相乗効果
作用によって、海水の使用を可能にすると共に、ブリー
ジングの少ない好適な空洞充填材料とすることができる
ものであり、以下、さらに説明する。

【００１３】一般に土木・建築分野で練り混ぜ水として
海水を使用すると、水道水を使用した場合と異なる結果
を示すことが多い。例えば、コンクリートの場合に海水
を使用すると、水道水を使用する場合に比べて、凝結時
間は促進され初期強度は大きくなるものの、材令９１日
では強度が逆転すると報告されている。しかし、この場
合でも３０年程度迄の長期強度結果では大差がなく、こ
のように長期安定性から判断すると、練り混ぜ水の影響
が見られる事は少ない。従って海水は、一般的には練り
混ぜ水として利用されている。

【００１４】しかし、空洞充填材料・スラリー液の混練
水として海水を使用する場合は、水道水を使用する場合
に比べて、海水中の塩化物により液相のｐＨが低下し、
硬化材であるセメントの加水分解が促進され、Ｃ₃Ｓの
水和が活発になる為、流動性の低下が早くなる。そこで
通常、セメントの硬化を遅らせる為に、グルコン酸等の
遅延剤を適当量配合する。遅延剤はセメント中のＣａ²⁺
イオンと結合して、一定期間キレート環を形成して、Ｃ
₃Ｓの表面に吸着し、Ｃ₃Ｓの水和を遅延することができ
る。海水を混練水として使用した場合、遅延剤が少ない
と可使時間が短くなるのは当然であるが、十分量遅延剤
を配合しても可使時間は短くなる。これは海水によって
Ｃ₃Ｓの水和が活発になっている為、キレート環発生量
が多くなり、このゲルが一種の増粘剤として作用する為
であると考えられる。

【００１５】従って、海水を使用し、硬化材がセメント
単味である場合には、遅延剤で可使時間を調整する事は
難しく、セメント量を適当な強度が得られる範囲でなる
べく少なくする必要がある。しかし含水比を増加させる
方法ではブリージング率が著しく悪化する為好ましくな
いから、硬化材中に短期強度発現性を持たないフライア
ッシュを混合する方法が有効となる。フライアッシュは
ポゾラン反応を有する代表的な物質であり、３ヵ月材令
以降の長期材令の強度発現に寄与する事は勿論である
が、特に海水を使用する場合には、水道水を使用する場
合に比べて、エトリンガイトの生成が早まり、強度発現
やブリージング率低減に寄与する。

【００１６】さらにフライアッシュは、セメント粒子よ
りも形状が細かく、その殆どが球状粒子であり、その
為、１）微粉末効果でセメント粒子に入り込みブリージ
ング率を小さくする。２）セメント量に対して適当量配
合した遅延剤量が増粘作用を及ぼすことを抑制する。等
の効果を有する。これらの効果は、フライアッシュの平
均粒径１０μｍ以下の場合に顕著であり、このフライア
ッシュを使用する場合には増粘材を全く使用しない配合
も可能である。

【００１７】尚、増粘材である粘土鉱物を適当量配合す
ることは、ブリージング率挙動を改善する為に有効であ
り、ここで使用できる粘土鉱物としては、アタペルジャ
イト、セピオライト、クリンタイル系アスベスト等であ
る。これらの材料は、繊維状構造の形態、或いは、その
反応性に富む水酸基を有する為に、Ｎａの吸蔵、固定能
力に富み、海水中で増粘効果を発揮する。しかし、ベン
トナイト等の粘土鉱物では、材料中のナトリウムイオン
が、海水中のカルシウムイオンとイオン交換反応を起こ
す為に、これによって膨潤性が失われる為に好ましくな
い。

【００１８】

【実施例】以下、実験例に基づき、さらにこの発明を説
明する。実験例で使用した材料一覧を表１に、又、使用
したフライアッシュのレーザー回折式粒径測定結果を表
２に示す。尚、人工海水は、ハイペット社製の海産物飼
育用の人工海水、スウイングハイマリン（商品名）を用
いて調整した。また、以下％は、いずれも重量％を示
す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】（実施例１）材料特性評価項目として、フ
ロー値、最終（２日後）ブリージング率、可使時間、一
軸圧縮強度を測定した。フロー値はＫＯＤＡＮ３０５
法に準じ、また、可使時間は空洞充填材料５００ｍｌを
ビニール袋（１０cm×４０cm）に入れ、上部を閉じ、上
下運動を２０回繰り返してもスラリー液が均一に混合で
きなくなった時間を測定した。一軸圧縮強度試験は、Φ
＝５cm、ｈ＝１０cmの供試体を成形、型枠脱形後２０°
Ｃの水中で養生し、土質工学会ＪＳＦＴ５１１の試
験方法により測定した。試験結果を図１〜図５に示す。

【００２２】図１、図２は、混練水としてそれぞれ水道
水、人工海水を使用し、水／硬化材（早強セメント＋分
級フライアッシュ）比７０％、遅延剤をセメント量の
０．５％配合した条件で、硬化材の早強セメントと分級
フライアッシュの各混合比における可使時間と最終ブリ
ージング率を示したものである。図１において、混練水
として水道水を使用すると、いずれの硬化材混合比でも
可使時間は２４時間以上であるが、混練水として人工海
水を使用すると、硬化材がセメント単味である場合に
は、可使時間が４時間程度と著しく短くなり、好ましく
ない事がわかる。

【００２３】又、図２において、混練水として水道水よ
りも人工海水を使用する方が、いずれの硬化材混合比で
も、ブリージング特性が改善されるが、硬化材がフライ
アッシュ単味である場合には、あまりブリージング特性
が改善されない。

【００２４】図３は、混練水として人工海水を使用し、
水／硬化材比７０％、硬化材の早強セメントと分級フラ
イアッシュの各混合比に於ける、早強セメント量に対す
る遅延剤量と可使時間との関係を示したものである。図
３において、硬化材としてセメント単味を使用する場
合、いかなる量の遅延剤を配合しても、良好な可使時間
特性は得られないが、硬化材としてセメントとフライア
ッシュの混合品を使用する場合には、セメント量に対す
る遅延剤量を０．５％にすると可使時間が２４時間以上
と良好な結果が得られている事がわかる。しかし、遅延
剤量を３．０％にまですると、かえって可使時間が短く
なり好ましくないものである。

【００２５】図４は、混練水として人工海水を使用し、
硬化材としての早強セメントと分級フライアッシュの
３：７混合品を使用した場合の、水／硬化材比と最終ブ
リージング率との関係を示したものである。図４におい
て、水／硬化材比が６０、８０％では、良好な結果が得
られているが、水／硬化材比を１００％にするとブリー
ジング率は著しく高くなり、好ましくないことがわか
る。尚、水／硬化材比を４０％にした場合には、硬化材
と人工海水とが混練できなかった。

【００２６】図５は、混練水として人工海水を使用し、
水／硬化材比を７０％、硬化材としての早強セメントと
ＪＩＳフライアッシュの３：７混合品を使用した場合に
おいて、１ｍ³ 中に配合する増粘材と最終ブリージング
率との関係を示したものである。図５において、硬化材
のフライアッシュとしてＪＩＳ品を使用し、増粘材を配
合しない場合、ブリージング率は２０％程度の高い値を
示すが、アタペルジャイトを１ｍ³ 中に３０、７０ｋｇ
配合するとブリージング特性は大幅に改善され良好な結
果が得られた。但し、１ｍ³ 中に１００ｋｇ配合する
と、著しく粘性が高くなる為好ましくない。

【００２７】又、増粘材としてベントナイトを使用する
場合、１ｍ³ 中に３０、７０ｋｇ配合しても、ブリージ
ング特性はほとんど改善されない。尚、硬化材のフライ
アッシュとして分級品を使用すると、増粘材を配合しな
くてもブリージング率は５％以下の値を示すが、アタペ
ルジャイトを１ｍ³ 中に１０ｋｇ配合するとブリージン
グ特性はさらに改善されることがわかる。

【００２８】（実施例２）表３に示す配合条件により、
実施例１と同様にフロー値、最終（２日後）ブリージン
グ率、可使時間、一軸圧縮強度を測定した。結果を表４
に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】表３、表４において、水／硬化材比が６０
〜８０％であるＮｏ．２、３、４の条件では、良好な結
果が得られている。しかし、水／硬化材比が４０％であ
るＮｏ．１の条件では、硬化材と人工海水と混合できな
い為、又、水／硬化材比が１００％であるＮｏ．５の条
件では、ブリージング率が著しく高い為、好ましくな
い。

【００３２】次に、Ｎｏ．６は、フライアッシュとして
ＪＩＳ相当品を使用したもので、ブリージング率が高
く、好ましくないが、Ｎｏ．７〜９の結果によれば、Ｊ
ＩＳ相当フライアッシュを使用しても、アタペルジャイ
トを１ｍ3 中に３０、７０ｋｇ配合したＮｏ．７、８の
条件では、良好な結果が得られている。但し、１ｍ3 中
に１００ｋｇ配合したＮｏ．９の条件では、著しく粘性
が高くなる為、好ましくない。尚、Ｎｏ．１１では、粘
土鉱物としてベントナイトを使用した場合の例を示して
いるが、ブリージング率が高く好ましくないのがわか
る。又、Ｎｏ．１０では、硬化材のフライアッシュに分
級品を使用して、増粘材としてアタペルジャイトを僅か
に配合した結果を示しているが、良好な結果が得られて
いる。

【００３３】Ｎｏ．１２〜１４において、硬化材のフラ
イアッシュとセメントの混合比が、５：５であるＮｏ．
１３の条件では、良好な結果が得られている。しかし、
フライアッシュ単味を使用するＮｏ．１２の条件では、
可使時間が短く、ブリージング率が比較的高く、強度発
現が著しく遅い為に好ましくない。また、セメント単味
を使用するＮｏ．１４の条件では、可使時間が短い上
に、強度発現が小さく好ましくないのがわかる。そこ
で、Ｎｏ．１５では、硬化材がセメント単味で、遅延剤
量を０．１％程度としたが、この場合は遅延剤量が十分
でなく、硬化時間も短く好ましくない。

【００３４】Ｎｏ．１６、１７は、遅延剤量の影響につ
いて示しているが、遅延剤を全く配合しないＮｏ．１６
では、可使時間が短い為に、また、遅延剤をセメント量
に対して３％配合したＮｏ．１７では、強度発現が著し
く遅い為に好ましくないのがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の空洞
充填材料は、多量且つ安価しかも容易に入手できる海水
を使用しているにも係わらず、強度発現性、注入性に優
れ、トンネル工事等の空洞充填材料として好適に使用で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】硬化材の混合比と可使時間の関係を示す図であ
る。

【図２】硬化材の混合比と最終ブリージング率の関係を
示す図である。

【図３】セメント量に対する遅延剤量と可使時間の関係
を示す図である。

【図４】水／硬化材比と最終ブリージング率の関係を示
す図である。

【図５】１ｍ³ 中に配合する増粘材と最終ブリージング
率の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 7:26 14:10 24:10 14:10） 103:20 111:72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フライアッシュ、好ましくは平均粒径１
０μｍ以下であるフライアッシュ、セメント、遅延剤、
及び海水を含み、フライアッシュとセメントとの重量比
を８：２〜２：８、海水をセメントとフライアッシュと
の合量に対して５０〜９０重量％、セメント水和遅延剤
をセメント量に対して０．１〜２．０重量％配合するこ
とを特徴とする空洞充填材料。
【請求項２】含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物をさら
に含むことを特徴とする請求項１記載の空洞充填材料。
【請求項３】含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物を１ｍ
³ 当たり５〜８０ｋｇ配合してなることを特徴とする請
求項２記載の空洞充填材料。
【請求項４】含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物がアタ
ペルジャイト及びセピオライトから選ばれる少なくとも
１種であることを特徴とする請求項２もしくは３記載の
空洞充填材料。