JP2002160955A - 裏込め注入材料用凝結遅延剤、裏込め注入材料、及び裏込め注入工法 - Google Patents
裏込め注入材料用凝結遅延剤、裏込め注入材料、及び裏込め注入工法Info
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Abstract
ーディングに対する抵抗性が大きく、しかもA液を調製
した後、長期間経過した場合にも、B液と混合した際の
ゲル化反応の遅延現象が少ない裏込め注入材料を提供す
る。 【解決手段】(1)デンプン分解生成物、並びに(2)
オキシカルボン酸及びその塩から選ばれた少なくとも一
種の成分を含有することを特徴とする裏込め注入材料用
凝結遅延剤。
Description
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。
は、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、即ち、掘進
に伴って発生するテールボイドに対して、裏込め注入材
料を注入、充填する方法である。この工法によれば、テ
ールボイドに対して注入材料を迅速、かつ確実に充填す
ることができ、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
保することが可能となる。
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材料が主に使用されてき
た。しかしながら、最近では、シールド工事における裏
込め注入工程の重要性が改めて認識され、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
行われるようになり、流動性の調整、ゲル調整等につい
て選択の幅が広い、二液性の裏込め注入材料の使用が主
流となっている。
ト、水、粘土鉱物、安定剤等よりなる混合液(A液)
と、A液の硬化を促進するための水ガラスを主成分とす
るB液とからなるものである。この様な二液性の裏込め
注入材料を用いる場合には、発進立杭、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際にセメン
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
を防止するために、A液中に凝結遅延剤を添加する場合
が多く、これによ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。
延剤としては、一般的には、有機系ではグルコン酸、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、糖アルコール類、リグニンスルホン酸等が用いら
れ、無機系ではケイフッ化物、リン酸塩、ほう酸塩等が
用いられている。
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。また、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、従来は、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していたが、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
り、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。
A液が流動性を保持することが求められる時間が長い
が、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。このため、通常の裏込め注入材料よ
りもA液の流動性を長く保持させるために、通常の裏込
め注入材料と比べて、凝結遅延剤の添加量を増量する必
要がある。
ケト酸、およびその塩等が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、材料分離抵抗性が
低下してプリーディング量が増加する。この結果、ペン
トナイト等の増量を余儀なくされていた。
などの糖類、糖アルコール類等は、セメント100重量
部に対して、0.075〜0.1重量部までの添加量で
あれば、セメントモルタルの凝結を遅延させることがで
きるが、添加量が0.1重量部を上回ると、A液の急結
または瞬結現象を起こして、作業性が著しく低下するな
どの間題が指摘されている。
に多くする必要があり、しかも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充分に
延長することは困難である。
欠点を改良したものとして、硬化発現時間の長い、スラ
グ−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。しかしながら、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。
メント系裏込め注入材料のA液の流動性や粘性等の経時
変化を減少させて長期間に亘って使用可能とするため
に、マルトースを40重量%以上含有するデンプン分解
生成物を凝結遅延剤として用いることが有効であること
開示されている。そして、このデンプン分解生成物をA
液に配合することによって、A液の経時変化(流動性、
粘性等)が少なくなって使用可能時間が延長され、しか
もブリーディングに対する抵抗性も大きいことが報告さ
れている。
結遅延剤として使用する場合には、A液を調製した後、
時間が経過すると、B液と混合した場合のゲル化反応が
遅延する傾向を示す。この傾向は、A液の練り置き時間
に伴って大きくなり、6〜8時間の練り置き時間で一定
値となるが、B液と混合した場合のゲルタイムは最大で
十数秒程度長くなることがある。
材料は、注入時に適度なゲル状態であることが必要であ
る。最適なゲル化時間は施工現場や施工方法によって異
なるが、通常、15〜20秒程度であって、その変化が
少ないことが望まれる。ゲル化時間が不適切であれば、
配管での閉塞、セグメント背面への充填不良等を引き起
こしやすく、特にゲル化時間が長すぎると、セグメント
背面空間部の漏水と裏込め注入材料との混合により硬化
不良を起こしたり、裏込め注入材料がテールシールから
切羽前面に漏出してしまい、搬出されるズリが固化する
という問題がある。更に、流動性が高いことにより、不
要な亀裂、節理等の空隙部への浸透現象を引き起こすこ
とも問題となる。
長期間に亘って良好な流動性を維持でき、ブリーディン
グに対する抵抗性が大きく、しかもA液を調製した後、
長期間経過した場合にも、B液と混合した際のゲル化反
応の遅延現象が少ない裏込め注入材料を提供することで
ある。
き問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、デンプン分解
生成物とオキシカルボン酸又はその塩との混合物を裏込
め注入材料のA液の凝結遅延剤として用いることによ
り、A液の経時変化が減少して長期間に亘って良好な流
動性を維持でき、ブリーディングも生じ難くなり、更
に、A液とB液とを混合した際のゲル化反応の遅延現象
を抑制することが可能となることを見出し、ここに本発
明を完成するに至った。 1. (1)デンプン分解生成物、並びに(2)オキシ
カルボン酸及びその塩から選ばれた少なくとも一種の成
分を含有することを特徴とする裏込め注入材料用凝結遅
延剤。 2. (1)デンプン分解生成物100重量部、並びに
(2)オキシカルボン酸及びその塩から選ばれた少なく
とも一種の成分10〜600重量部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剤。 3. デンプン分解生成物が、マルトースを40重量%
以上含有するものである上記項1又は2に記載の裏込め
注入材料用凝結遅延剤。 4. オキシカルボン酸及びその塩から選ばれた少なく
とも一種の成分が、グルコン酸及びその塩から選ばれた
少なくとも一種の化合物である上記項1〜3のいずれか
に記載の裏込め注入材料用凝結遅延剤。 5. 上記項1〜4のいずれかに記載の凝結遅延剤10
0重量部、及び水5〜200重量部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剤溶液。 6. 上記項1〜4のいずれかに記載の凝結遅延剤を含
有することを特徴とする裏込め注入材料。 7. セメント100重量部、粘土鉱物5〜60重量
部、及び凝結遅延剤0.3〜4重量部を含有することを
特徴とする上記項6に記載の裏込め注入材料。 8. 上記項6又は7に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方法。
延剤は、(1)デンプン分解生成物、並びに(2)オキ
シカルボン酸及びその塩から選ばれた少なくとも一種の
成分(以下、「オキシカルボン酸化合物」といことがあ
る)、を含むものである。
て、A液の経時変化、特に、流動性や粘性の変化を少な
くすることが可能となる。更に、A液の調製後、長期間
経過した場合にも、B液と混合した際のゲル化反応の遅
延現象を抑制することができる。
ンプン分解生成物については、A液の経時変化(流動
性、粘性等)を減少させて使用可能時間を延長させる作
用を有するが、これを単独で凝結遅延剤として用いる
と、A液の調製後、長期間経過した場合にB液と混合し
た際のゲル化時間が長くなるという傾向がある。
合した場合に生じるゲル化現象は、A液中に存在するC
a2+イオンとB液中に存在するSiO3 2-とが荷電置換
することによって不安定化して生じるものと考えられて
いる。ここで、同一材料を用いた場合には、ゲルタイム
は、Ca2+イオンとSiO3 2-イオンの存在比に影響さ
れ、Ca2+イオンが相対的に多くなるとゲルタイムは短
くなり、逆の場合にはゲルタイムが長くなる傾向があ
る。
水和によって液相に形成されるCa 2+イオンと錯塩を形
成し、これによりA液中のCa2+イオン量が減少させる
ものと考えられている。この反応は、時間の経過と共に
進行し、平衡に達する迄に6〜8時間程度を要する。従
って、A液調製後、早期に溶出したカルシウムイオン
は、徐々に減少していくと同時にゲルタイムが長くな
り、6〜8時間経過後に一定のゲルタイムとなるものと
推測される。
効成分であるオキシカルボン酸化合物は、セメント粒子
に吸着してセメントの水和自体を阻害することによっ
て、A液の経時変化を抑制する作用を発揮するものと考
えられているが、A液の長期間使用を可能とするために
添加量を増加させると、1日後までの初期段階ではA液
の粘性が増加して、所期の流動性を得ることが困難とな
り、圧送負荷が大きくなる。更に、1日以後になると、
逆に粘性が低下してブリーディングが生じ易くなるとい
う傾向がある。
剤の有効成分として、デンプン分解生成物とオキシカル
ボン酸化合物という二種類の成分を組み合わせて用いる
ことによって、上記した各成分の欠点が相殺され、長期
間に亘ってA液の良好な流動性を維持でき、ブリーディ
ングに対する抵抗性が向上し、しかもA液を調製した後
長期間経過した場合にも、B液と混合した際のゲル化時
間の遅延現象が少ない凝結遅延剤が得られる。
成物とオキシカルボン酸化合物の配合割合については特
に限定的ではないが、通常、デンプン分解生成物100
重量部に対して、オキシカルボン酸及びその塩から選ば
れた少なくとも一種の成分を10〜600重量部程度用
いることが好ましく、40〜250重量部程度用いるこ
とがより好ましく、40〜150重量部程度用いること
が更に好ましい。上記した配合割合の範囲内で用いる場
合には、特に、A液の経時変化が小さくなって良好な流
動性を長時間維持でき、B液と混合した場合のゲル化時
間の遅延現象が非常に少なく、しかもブリーディングに
対する抵抗性も大きいという良好な結果が得られる。
の添加による効果を損なわない程度に、上記成分以外の
凝結遅延剤成分を含有することもできる。この場合、他
の凝結遅延剤成分は、凝結遅延剤全体の5重量%程度以
下とすることが好ましい。
解生成物は、マルトースを含有するものであることが好
ましい。デンプン分解生成物中のマルトースの割合は、
特に限定的ではないが、40重量%程度以上であること
が好ましく、60重量%以上であることがより好まし
く、80重量%以上であることが一層好ましい。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。また、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、異常凝結を起こしやすくなる。こ
のため、デンプン分解生成物におけるショ糖とフラクト
ースの合計量は、5重量%以下が好ましく、実質的に含
まれないことが最も好ましい。
糖類以外の糖類としては、例えば、マルトトリオース等
の三糖類、テトラオース等の四糖類等が好ましい。
ボン酸化合物としては、グルコヘプトン酸、グルコン
酸、ガラクトン酸、粘液酸、クエン酸、アラボン酸、エ
リスロン酸、酒石酸、リンゴ酸、トレオニン、グリセリ
ン酸、グリコール酸等のオキシカルボン酸;これらのオ
キシカルボン酸のナトリウム塩、カルシウム塩等の塩等
を例示できる。本発明では、これらのオキシカルボン酸
及びその塩から選ばれた少なくとも一種の成分を用いれ
ばよい。これらの成分の内で、特に、グルコン酸及びそ
の塩から選ばれた少なくとも一種の成分が好ましい。
物とオキシカルボン酸化合物を予め混合してA液に添加
しても良く、或いは、両者を別々にA液に添加しても良
い。また、デンプン分解生成物とオキシカルボン酸化合
物を予め水に溶解して凝結遅延液を調製し、これをA液
に添加しても良い。凝結遅延液を調製する場合には、水
の使用量は特に限定的ではないが、通常、凝結遅延剤1
00重量部に対して、水を5〜200重量部程度用いれ
ばよい。
上記した凝結遅延剤を含有するものであり、その他の成
分としては、従来の裏込め注入材料におけるA液と同様
で良く、通常は、セメント、粘土鉱物等が含まれる。こ
れらの各成分の配合割合は、センメント100重量部に
対して、粘土鉱物5〜60重量部程度及び凝結遅延剤
0.3〜4重量部程度とすることが好ましく、凝結遅延
剤の配合量は、0.5〜2重量部程度とすることがより
好ましい。A液の残部は水であり、通常、セメント10
0重量部に対して、250〜450重量部程度とすれば
よい。
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重量部程度が更に好ましい。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、下水汚泥等が使用可能である。
減などを目的として、減水剤、AE減水剤、高性能減水
剤、高性能AE減水剤等のコンクリート用混和剤を配合
することができる。この様なコンクリート用混和剤とし
ては、例えば、ポリカルボン酸、その塩類、リグニン系
化合物、ナフタレン系化合物、メラミン系化合物、芳香
族アミノスルホン酸系化合物等を例示でき、特に、粘性
を下げる効果が大きい点でナフタレン系化合物が好まし
い。コンクリート用混和剤の使用量は、本発明の裏込め
注入材料の効果を阻害しない範囲において適宜決定すれ
ば良く、通常、凝結遅延剤100重量部に対して1〜1
50重量部程度とすればよい。
は、水ガラス又は水ガラスを水で希釈した溶液を用いる
ことができる。
量比が2.5以上のものを用いることが好ましく、例え
ば、水ガラス2号の一部、水ガラス3号、4号等を好適
に使用することができる。水ガラスを水で希釈する場合
には、50重量%程度以上の水ガラスの濃度とすること
が好ましい。水ガラスを希釈するとゲル化時間が短くな
り、強度も低下する傾向があるが、50重量%程度まで
の水ガラスの濃度であれば、ゲル化時間、強度等につい
て、要求される特性を満足することができる。
に調製し、それぞれを圧送して、使用前に混合し、施工
対象の空隙部に充填し硬化させることによって施工する
ことができる。
定的ではないが、例えば、A液:B液(容量比)=9
8:2〜80:20程度とすればよい。
が奏される。 (1)A液の経時変化を抑制して長期間に亘って良好な
流動性を維持することが可能となり、ブリーディングに
対する抵抗性も向上する。 (2)A液を調製した後、長時間経過後にB液と混合す
る場合にも、ゲル化時間の増加が少なく、裏込め注入材
の硬化遅れによる支障が殆ど生じない。
明する。
ナトリウムを混合して、裏込め注入材料用凝結遅延剤を
調製した。デンプン分解生成物としては、マルトース8
0重量%とその他の糖分(マルトトリオース及びテトラ
オース)20重量%からなるデンプン分解生成物を用い
た。
示す組成の裏込め注入材料のA液を調製した。 *セメント:普通ポルトランドセメント(住友大阪セメ
ント社製) *粘度鉱物 ベントナイト(Western Gel(商標名、ワイオミング州
産)) *練り混ぜ水:水道水
の方法でゲルタイム、粘度及びブリーディング率の経時
変化を求めた。測定結果を下記表3に示し、評価結果を
下記表4に示す。 *ゲルタイム A液の各成分を混合した後、A液の練り上がり直後、3
時間後、6時間後及び1日後にB液と混合した場合のゲ
ルタイムをカップ倒立法によって測定した。
達(株)製)を使用し、A液920リットルに対して、
B液を80リットル用いた。
ゲルタイムと1日後のゲルタイムの差が3秒以下の場合
を○、3〜5秒の場合を△、5秒を上回る場合を×とし
た。 *粘度 A液の各成分を混合した後、A液の練り上がり直後、1
日後及び2日後に、単一円筒型回転粘度計を用いてA液
の粘度を測定した。
が1500cp以下の場合を○、1500〜3000c
pの場合を△、3000cpを上回る場合を×とした。 *ブリーディング率 A液の各成分を混合した後、1日後及び2日後に、10
00ccメスシリンダーを用いて、上澄み液の量からブ
リーディング率を求めた。
日後のブリーディング率が8%以下の場合を○、8〜1
0%の場合を△、10%を上回る場合を×とした。
裏込め材料は、流動性が良好でブリーディングが少な
く、A液の練り上がり後1日経過時にB液と混合した場
合にも、ゲル化反応の遅延現象が非常に少ないものであ
った。
例1では、A液が短時間で硬化し、凝結遅延剤としてデ
ンプン分解生成物のみを用いた比較例2では、A液の練
り上がり後1日経過時にB液と混合すると、ゲル化時間
が非常に長くなった。
2)
入材料A液用凝結遅延剤100重量部、及び水5〜20
0重量部を含有することを特徴とする裏込め注入材料A
液用凝結遅延剤溶液。
入材料A液用凝結遅延剤を含有することを特徴とする裏
込め注入材料A液。
重量部、及び裏込め注入材料A液用凝結遅延剤0.3〜
4重量部を含有することを特徴とする請求項5に記載の
裏込め注入材料A液。
液を圧送し、水ガラスを主成分とする裏込め注入材料B
液と混合し、硬化させることを特徴とする裏込め注入方
法。
合、各種段取り替え、掘進トラブル等により、圧送管内
において、一時的に裏込め注入材が停滞することがあ
る。また、掘進停止の理由によっては、停止期間が長期
にわたることも考えられる。この場合、従来は、配管内
のA液を一度すべて排出することで、配管内の固化によ
る配管詰まりを防止していたが、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
り、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。
A液が流動性を保持することが求められる時間が長い
が、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、配管による長距離圧送、および同時注
入等が困難である。このため、通常の裏込め注入材料よ
りもA液の流動性を長く保持させるために、通常の裏込
め注入材料と比べて、凝結遅延剤の添加量を増量する必
要がある。
ケト酸、およびその塩等が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、材料分離抵抗性が
低下してブリーディング量が増加する。この結果、ベン
トナイト等の増量を余儀なくされていた。
示す組成の裏込め注入材料のA液を調製した。 *セメント:普通ポルトランドセメント(住友大阪セメ
ント社製) *粘土鉱物 ベントナイト(Western Gel(商標名、ワイオミング州
産)) *練り混ぜ水:水道水
の方法でゲルタイム、粘度及びブリーディング率の経時
変化を求めた。測定結果を下記表3に示す。 *ゲルタイム A液の各成分を混合した後、A液の練り上がり直後、3
時間後、6時間後及び1日後にB液と混合した場合のゲ
ルタイムをカップ倒立法によって測定した。
Claims (8)
- 【請求項1】(1)デンプン分解生成物、並びに(2)
オキシカルボン酸及びその塩から選ばれた少なくとも一
種の成分を含有することを特徴とする裏込め注入材料用
凝結遅延剤。 - 【請求項2】(1)デンプン分解生成物100重量部、
並びに(2)オキシカルボン酸及びその塩から選ばれた
少なくとも一種の成分10〜600重量部を含有するこ
とを特徴とする裏込め注入材料用凝結遅延剤。 - 【請求項3】デンプン分解生成物が、マルトースを40
重量%以上含有するものである請求項1又は2に記載の
裏込め注入材料用凝結遅延剤。 - 【請求項4】オキシカルボン酸及びその塩から選ばれた
少なくとも一種の成分が、グルコン酸及びその塩から選
ばれた少なくとも一種の化合物である請求項1〜3のい
ずれかに記載の裏込め注入材料用凝結遅延剤。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の凝結遅延
剤100重量部、及び水5〜200重量部を含有するこ
とを特徴とする裏込め注入材料用凝結遅延剤溶液。 - 【請求項6】請求項1〜4のいずれかに記載の凝結遅延
剤を含有することを特徴とする裏込め注入材料。 - 【請求項7】セメント100重量部、粘土鉱物5〜60
重量部、及び凝結遅延剤0.3〜4重量部を含有するこ
とを特徴とする請求項6に記載の裏込め注入材料。 - 【請求項8】請求項6又は7に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方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001257457A JP3766889B2 (ja) | 2000-09-18 | 2001-08-28 | 裏込め注入材料用凝結遅延剤、裏込め注入材料、及び裏込め注入工法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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