JP2000026143A

JP2000026143A - 裏込め注入材料用凝結遅延剤、裏込め注入材料用凝結遅延液、裏込め注入材料および裏込め注入工法

Info

Publication number: JP2000026143A
Application number: JP11092107A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Uehara; 伸郎上原; Shingo Hebimi; 眞悟蛇見; Yuji Tamada; 裕二玉田; Hiromasa Igarashi; 寛昌五十嵐; Koji Okada; 浩司岡田; Akiro Ueda; 昭郎上田
Original assignee: Kajima Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-01-25
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP3049244B2

Abstract

(57)【要約】【課題】裏込め注入材料のＡ液の経時変化、特に流動
性や粘性の変化を少なくし、長期問の使用を可能とし、
かつブリーディングに対する抵抗性も向上させること。【解決手段】裏込め注入材料用凝結遅延剤の凝結遅延
剤の主成分がデンプン分解生成物であり、デンプン分解
生成物のうち４０重量％以上（好ましくは６０重量％以
上、特に好ましくは８０重量％以上）をマルトースが占
めている。裏込め注入材料は、セメント１００重量部、
粘土鉱物５−６０重量部および前記凝結遅延剤０．９−
６重量部を含有している。この裏込め注入材料からなる
Ａ液を圧送し、水ガラスを主成分とするＢ液と混合し、
硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】トンネル工事などで、空隙充
填材として利用される裏込め注入材料用の凝結遅延剤、
これを含有する裏込め注入材料および裏込め注入工法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばシールド工事における裏込め注入
工程は、大変に重要な工程である。この工法によって、
掘進に伴って発生するテールボイド（シールドマシンが
通過した後の内径と支保となるセグメントの外径との差
によって生じる空隙）に対して、裏込め注入材料を迅
速、かつ確実に充填することによって、地山のゆるみや
崩壊による地盤沈下を防止し、セグメント覆工の止水性
を向上させることができる。また、セグメントを早期に
固定することによって、シールド機の操縦性およびセグ
メント覆工の安定性を確保することができる。

【０００３】シールド工法導入時より、かなりの期間、
モルタル、セメント、ベントナイト等に代表される一液
性の裏込め注入材料が主に使用されてきた。しかし、最
近では、前述のようなシールド工事における裏込め注入
工の重要性が改めて認識されるようになったこと、ま
た、長距離圧送や同時注入等の新しい技術を用いたシー
ルド工法が行われるようになった。このため、現在で
は、流動性の調整、あるいはゲル調整について選択の幅
が広い、二液性の裏込め注入材料の使用が主流となって
きている。二液性の裏込め注入材料は、セメントを含有
するＡ液と、Ｂ液とからなる。Ｂ液は、Ａ液と混合され
るときにその硬化を促進するものであり、水ガラスを主
成分とする。

【０００４】発進、又は中間立坑等に設置された裏込め
注入材製造プラントから、裏込め注入材料をシールド機
までポンプによって圧送する場合、一般には、セメン
ト、水、粘土鉱物、および安定剤等よりなる混合液（以
後Ａ液という）中に凝結遅延剤を添加する場合が多い。
この目的は、セメントの硬化による圧送用配管内での流
動性の低下や詰まりを防止するためであり、裏込め注入
後に硬化が開始されるように調整している。

【０００５】裏込め注入材料のＡ液に添加される凝結遅
延剤としては、一般的には、有機系ではグルコン酸やグ
ルコヘプトン酸などのオキシカルボン酸やケト酸、オキ
シカルボン酸やケト酸の塩類、脂肪酸、ショ糖などの糖
類および糖アルコール類、リグニンスルホン酸、無機系
ではケイフッ化物やリン酸塩、ほう酸塩がある。

【０００６】ポンプにより裏込め注入材料を圧送する場
合、各種段取り替え、掘進トラブル等により、圧送菅内
において、一時的に裏込め注入材が停滞することがあ
る。掘進停止の理由によっては、停止期問が長期にわた
ることも考えられる。この場合、現状では、配管内のＡ
液を一度すべて排出することで、配菅内の固化による配
菅詰まりを防止することになる。

【０００７】しかしながら、圧送距離が長距離化しつつ
ある昨今では、圧送中のＡ液量は非常に多量であるた
め、毎回、停止ごとに排出、洗浄することは合理的でな
く、不経済である。

【０００８】長距離圧送、および同時注入の場合には、
Ａ液が流動性を保持することが求められる時間が長い。
従来のセメント系裏込め注入材料は、一般に流動性保持
時間が短く、配菅による長距離圧送、および同時注入等
が困難であるので、Ａ液中に凝結遅延剤を混入する場合
が多い。しかし、この場合には、Ａ液の流動性を、通常
の裏込め注入材料のＡ液よりも、長く保持させる必要が
あるが、このためには、いずれの遅延剤においても、遅
延剤の添加量を、通常の裏込め注入材料に対する添加量
に比べ、増量する必要がある。

【０００９】ここで、オキシカルボン酸やケト酸、およ
びその塩等の遅延剤は、最も一般的に使用されている
が、添加量の増加が、Ａ液の硬化遅延に与える作用は、
単純比例的な関係ではない。例えばグルコン酸ナトリウ
ムでは、０．４重量部程度で、最も高い流動性を呈する
が、これ以上添加した場合は、Ａ液の粘性が増加し、所
期の流動性を得ることが困難となるばかりか、Ｂ液とＡ
液とを混合した後、初期における強度発現性が低下す
る。また、Ａ液の粘度を低くすると、プリーディング量
が増し、材料分離抵抗性が低下する。この結果、ペント
ナイト等の増量を余儀なくされていた。

【００１０】脂肪酸、ショ糖などの糖類および糖アルコ
ール類等は、セメント１００重量部に対して、０．０７
５−０．１重量部までであれば、セメントに添加すると
セメントモルタルの凝結を遅延させる。しかし、０．１
重量部以上添加すると、Ａ液の急結または瞬結現象を起
こし、作業性が著しく低下するなどの間題が指摘されて
いる。さらに、無機系の遅延剤では、添加量が大きくな
るし、また添加による凝結遅延効果が頭打ちとなること
から、Ａ液の使用可能時間を延長することは困難であ
る。

【００１１】また、セメント系裏込め注入材料の上記の
ような欠点を改良したものとして、硬化発現時間の長
い、スラグー石灰系に代表される非セメント系裏込め注
入材料がある。しかし、これは逆に、注入後において、
非流動体（硬化体）になるのに長い時間を要するため、
一般の裏込め注入材料としてはほとんど使用されていな
い。

【００１２】本発明の課題は、裏込め注入材料のＡ液の
経時変化、特に流動性や粘性の変化を少なくし、長期問
の使用を可能とし、かつブリーディングに対する抵抗性
も向上させることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するために、裏込め注入材料に用いる凝結遅延剤
について検討を重ねた結果、マルトースを４０重量％以
上含有するデンプン分解生成物をＡ液に添加することに
よって、使用可能時間が著しく延長され、Ａ液として保
存される際の経時変化（流動性、粘性等）が少なくな
り、しかも、ブリーディングに対する抵抗性も顕著であ
ることを見いだした。従って、ベントナイト等を増量す
る必要がなく、従来の配合を大きく変更する必要がなく
なるため、注入設備等への影響も少ない。

【００１４】また、Ａ液に対して凝結遅延剤を添加する
場合には、実際に凝結遅延剤を少なくとも水と混合して
凝結遅延液を製造し、この凝結遅延液をＡ液に添加する
ことが望ましい。凝結遅延剤１００重量部に対して、水
５−９０重量部を混合する。

【００１５】また、Ａ液に対する凝結遅延剤の添加量
は、セメント１００重量部に対して、裏込め注入材料用
凝結遅延剤０．９−６重量部とする。

【００１６】本発明者は、特定量のマルトースを含有す
るデンプン分解生成物が、特に裏込め注入材料のＡ液と
して著しい凝結遅延、ブリーディング防止の作用を生ず
る理由について検討した。

【００１７】例えば、ショ糖がセメントの硬化を遅延さ
せる機構については、現在まで不明な点が多く、一説に
よると水酸化カルシウム表面にショ糖成分が吸着し、こ
の結果セメント鉱物の水和を阻害するともいわれてい
る。またＣａ²⁺とＯＨ^-の活性を減じてＣａ−糖酸錯塩
を生じ、アルミノフェライト相の反応を促進し、異常凝
結を起こすとの知見もある。

【００１８】また、２分子のＤ−グルコースが結合した
マルトースと、ＤグルコースとＤフラクトースとが結合
したショ糖とでは、ショ糖の結合のほうが弱く、容易に
ＤグルコースとＤフラクトースとに分解される。ここ
で、フラクトースは１分子の水酸化カルシウムと難溶性
の付加化合物を形成することが知られており、このこと
から、特にショ糖を特定量以上Ａ液に添加し、Ａ液の凝
結を大きく遅延させようと試みると、Ａ液の異常凝結を
起こすものと推測される。

【００１９】これに対して、マルトースはフラクトース
を含有していない。もっとも、マルトースの分解生成物
であるＤ−グルコースも、フラクトースへの異性化反応
を起こす。しかし、マルトースは、ショ糖と比べ比較的
安定した結合を持っているためにＤ−グルコースへの分
解が遅く、かつ、たとえＤ−グルコースへと分解した場
合であっても、Ｄ−グルコースからフラクトースへの異
性化の過程を経るため、急結等の異常凝結を起こしにく
いものと考えられる。このような特性から、マルトース
を前記の特定量以上含有させて、Ａ液の凝結を遅延させ
ようとした場合に、ショ糖とはまったく異なる挙動を示
し、異常凝結などを起こさないものと思われる。

【００２０】本発明の凝結遅延剤の主成分はデンプン分
解生成物であるが、これはマルトースの添加による本発
明の作用効果を損なわない程度に、他の凝結遅延剤の成
分を含有する場合も許容しており、この他の成分の量
は、例えば凝結遅延剤の全体の５重量％以下とすること
が好ましい。

【００２１】デンプン分解生成物のうち４０重量％以上
をマルトースが占めていることが必要である。マルトー
スの割合は、６０重量％以上とすることが好ましく、８
０重量％以上とすることが一層好ましく、これによって
２日後の粘度が一層低下し、ブリーディングも一層減少
する。デンプン分解生成物の１００重量％をマルトース
が占めていてもよい。

【００２２】ただし、デンプン分解生成物中におけるシ
ョ糖またはフラクトースの割合が多いと、凝結遅延剤の
添加量を増大させたときに、前述した異常凝結を起こし
やすい。このため、デンプン分解生成物におけるショ糖
およびフラクトースの割合は５重量％以下が好ましく、
実質的に含有していないことが最も好ましい。

【００２３】マルトースおよびショ糖以外の糖類の割合
は、マルトースおよびショ糖の残部である。この他の糖
類としては、マルトトリオース等の三糖類、テトラオー
ス等の四糖類が好ましい。

【００２４】本発明の裏込め注入材料は、セメント１０
０重量部、粘土鉱物５−６０重量部および本発明の凝結
遅延剤０．９−６重量部を含有している。ここで、セメ
ントとしては、普通ポルトランドセメント、高炉セメン
ト等が好ましい。粘土鉱物としては、ベントナイトが特
に好ましいが、カオリナイト等の粘土鉱物も使用でき
る。粘土鉱物の割合は、１０−４０重量部が更に好まし
い。また、ブリーディングを抑制する効果が得られるも
のであれば、無機系の粉末についても、粘土鉱物との置
き換えあるいは混合使用することが可能である。例え
ば、石炭灰、石灰石粉末、あるいは下水汚泥等が使用可
能である。

【００２５】

【実施例】（実験Ａ）表１、表２に示すような組成比率
の凝結遅延剤、およびＡ液を製造した。ただし、凝結遅
延剤中に添加する「その他の糖類」としては、グルコー
ス、マルトトリオースを添加した。凝結遅延剤を水で希
釈し、凝結遅延液中の固形分が７５重量％となるように
した。セメントとしては、高炉セメントＢ種（住友大阪
セメント株式会社製）を使用し、ベントナイトとして
は、「ｗｅｓｔｅｒｎｇｅｌ」（商品名）を使用し、
練り混ぜ水としては水道水を使用した。

【００２６】各実施例、比較例について、練り上がり直
後、１日後、２日後の各粘度を、単一円筒回転粘度計で
測定した。また、練り上がりの１日後のブリーディング
を、「シールドトンネル可塑状裏込め注入工法技術マ
ニュアル」準拠で測定した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】比較例１、２、３のように、デンプン分解
生成物中におけるマルトース含有量が４０重量％未満で
は、早期に硬化してしまうし、セメント１００重量部に
対する凝結遅延剤の添加量を２．４重量部まで増加させ
たとしても、使用可能時間の延長が不可能である。

【００３０】これに対し、デンプン分解生成物中に４０
重量％以上マルトースを含む凝結遅延剤を使用すれば、
裏込め注入材料が早期に硬化しない。しかも、セメント
に対する凝結遅延剤の添加量を、増量することによっ
て、１日、２日後の粘性が一層顕著に減少するため、使
用可能時間を著しく延長することができる。特にマルト
ースの割合を６０重量％以上、８０重量％以上、更には
９０重量％以上とすることによって、更に飛躍的に２日
後の粘度が低下し、かつブリーディングが減少してい
た。このように糖類の量を増加させても、異常凝結など
が見られないことが、本発明の凝結遅延剤の重要な特徴
である。

【００３１】また、マルトースの代替としてショ糖を混
合したＡ液（比較例４、５、６）は、練り上がり直後の
粘度こそ測定可能であるが、数時間後には硬化した。

【００３２】（実験Ｂ）マルトース７１．０重量％と、
その他の糖類２９．０重量％とからなるデンプン分解生
成物を、本発明の凝結遅延剤として使用した。「その他
の糖類」としては、グルコース、マルトトリオースを使
用した。比較用として、通常最もよく使用されている遅
延剤であるグルコン酸ナトリウムを使用した。本発明の
凝結遅延剤を水で希釈し、凝結遅延液中の固形分が７５
重量％となるようにした。セメントとしては、高炉セメ
ントＢ種（住友大阪セメント株式会社製）を使用し、ベ
ントナイトとしては、「ｗｅｓｔｅｒｎｇｅｌ」（商
品名）を使用し、練り混ぜ水としては水道水を使用し、
水ガラスとしては東洋珪酸曹達社製の３号水ガラスを使
用した。実験Ａと同様の評価を行った。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】表３より、グルコン酸ナトリウムを用いた
比較例７−１２は、１日後までであれば０．４重量部の
添加量で充分な低粘性を確保できるが、２日後では3000
cpまで粘性が上昇し、圧送が困難である。また、グルコ
ン酸ナトリウムは、添加量を増やすと、さらに粘性が上
昇し、１日後でも圧送が困難となるため、長期間の可使
時間延長は不可能である。

【００３６】これに対し、本発明の実施例では、セメン
ト１００重量部に対して０．９重量部添加すると、１日
後はもちろんのこと、２日後でも、充分な低粘性が確保
されており、添加量の増量によっても同等以上の低粘性
が確保されるので、長期間の可使時間延長が可能であ
る。

【００３７】本発明の凝結遅延剤を用いたものは、グル
コン酸ナトリウムを用いたものよりも低粘性であるにも
かかわらず、ブリーディング率が低い。グルコン酸ナト
リウムを用いた場合は、添加量を調節して、１日後の粘
性を比較的低くした場合には、ブリーディング率が著し
く大きくなっている。これに対して、本発明の凝結遅延
剤は、例えばセメント１００重量部に対して３．６重量
部といったように添加量を増大させ、より低粘性を示す
ものについても、本発明の凝結遅延剤のブリーディング
抵抗性によって、ブリーディング率が著しく低く抑えら
れる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、裏
込め注入材料のＡ液の経時変化、特に流動性や粘性の変
化を少なくし、長期問の使用を可能とし、かつブリーデ
ィングに対する抵抗性も向上させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 24:10） 103:22 (72)発明者蛇見眞悟大阪府大阪市大正区南恩加島７丁目１番55 号住友大阪セメント株式会社セメント・コンクリート研究所内 (72)発明者玉田裕二大阪府大阪市大正区南恩加島７丁目１番55 号住友大阪セメント株式会社セメント・コンクリート研究所内 (72)発明者五十嵐寛昌東京都調布市飛田給２丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者岡田浩司東京都調布市飛田給２丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者上田昭郎東京都港区元赤坂１丁目２番７号鹿島建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏込め注入材料用凝結遅延剤であって、
この凝結遅延剤の主成分がデンプン分解生成物であり、
このデンプン分解生成物のうち４０重量％以上をマルト
ースが占めていることを特徴とする、裏込め注入材料用
凝結遅延剤。
【請求項２】請求項１記載の裏込め注入材料用凝結遅
延剤を１００重量部と、水５重量部−９０重量部とを含
有することを特徴とする、裏込め注入材料用凝結遅延
液。
【請求項３】セメント１００重量部、粘土鉱物５−６
０重量部および請求項１記載の裏込め注入材料用凝結遅
延剤０．９−６重量部を含有していることを特徴とす
る、裏込め注入材料。
【請求項４】請求項３記載の裏込め注入材料からなる
Ａ液を圧送し、水ガラスを主成分とするＢ液と混合し、
硬化させることを特徴とする、裏込め注入工法。