JP2013049590A

JP2013049590A - セメント系組成物

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Publication number: JP2013049590A
Application number: JP2011187619A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iwai; 孝幸岩井; Yasuo Mori; 康雄森; Masahiro Yamawaki; 正啓山脇; Yasushi Kubota; 泰史久保田; Hisashi Miyamoto; 久司宮本
Original assignee: Telnite Co Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd; Technos Co Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd; Technos Co Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: JP5820195B2

Abstract

【課題】低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、強度の高いセメント系組成物を提供する。
【解決手段】セメントとベントナイトと分散剤と水とを混合させて形成されたセメント系組成物であって、ベントナイトとして、膨潤力２０ｍｌ／２ｇ〜２２ｍｌ／２ｇのベントナイトが用いられ、分散剤として、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられたことによって、４週経過後の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上、Ｐロート試験測定値が１０秒以下、２４時間経過後のブリージング率が１．５％以下の特性を持つように形成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、充填材等に使用されるセメント系組成物に関する。

老朽化した既設トンネル内に既設トンネルと同軸状に管を配置して既設トンネルの内周面と管の外周面との間に充填材を充填するパイプインパイプ工法と呼ばれる工法が知られている（例えば、特許文献１；２等参照）。上記充填材としては、エアミルク、エアモルタル、セメントベントナイトモルタル等のセメント系組成物が使用される。

特開２０００−０３４８９２号公報特開２００４−３２４８６５号公報

既設トンネルと内周面と管の外周面との間に充填材を充填する作業においては、トンネル外からトンネル内に充填材を長距離圧送しなければならない場合がある。この場合、上記充填材として低粘度のものを使用する必要があるが、低粘度にすると強度が低くなってしまう。パイプインパイプ工法では、充填材により既設トンネルと管とを一体化させる必要があるが、上述した低粘度で強度が低い充填材を用いた場合、既設トンネルと管とを一体化させることが困難である。また、海に近い位置に存在するトンネルでは、地下水中の塩化物含有量が高いので、地下水中の塩化物イオンにより管が腐食する可能性がある。
本発明は、低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、強度の高いセメント系組成物を提供する。また、塩化物遮蔽性の高いセメント系組成物を提供する。

本発明に係るセメント系組成物は、セメントとベントナイトと分散剤と水とを混合させて形成されたセメント系組成物であって、ベントナイトとして、膨潤力２０ｍｌ／２ｇ〜２２ｍｌ／２ｇのベントナイトが用いられ、分散剤として、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられたことによって、４週経過後の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上、Ｐロート試験測定値が１０秒以下、２４時間経過後のブリージング率が１．５％以下の特性を持つように形成されたので、ベントナイト及び分散剤の両者の効果により、Ｐロート試験測定値及びブリージング率を小さくできるので、低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、強度の高いセメント系組成物が得られる。
また、セメントとして、高炉セメントＢ種が用いられ、水と水以外の材料である粉体との比である水／粉体比を１８９％〜１４８％として形成されたので、透水係数を低くできるとともに、塩化物イオンの見かけの拡散係数も低くできるので、塩化物遮蔽性の高いセメント系組成物が得られる。

充填材Ａ；充填材Ｂ；充填材Ｃの組成と特性を示す図（実施形態１）。ベントナイトの特性を示す図（実施形態１）。充填材の使用例を示す図（実施形態１）。

実施形態１
実施形態１のセメント系組成物としての充填材１は、例えば、図３に示すように、老朽化した既設の山岳トンネル等の既設トンネル２内に新しい管３を設置して老朽化した既設トンネル２の覆工コンクリート４と新管３の外周面との間に充填される充填材１として使用される。充填材１は、例えば、新管３の内周面と外周面とに貫通するように形成された注入孔５を介して新管３の内側から注入されて覆工コンクリート４と新管３の外周面との間に充填される。
当該充填材１は、分散剤入りベントナイトとセメントと水とを混ぜて形成されるものであって、ベントナイトとして、膨潤力２０ｍｌ／２ｇ〜２２ｍｌ／２ｇのベントナイトを用い、分散剤として、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とを用い、充填材のゲル化を防止するためのゲル化防止剤として、ベントナイト１トン当り１．０％〜１．５％の量の重炭酸ナトリウムとを用い、セメントとして、高炉スラグの分量が３０％〜６０％の高炉セメントＢ種を用い、水と水以外の材料である粉体との比である水／粉体比を１８９〜１４８％とし、かつ、分散剤を混合させた分散剤入りベントナイトとセメントとの比である分散剤入りベントナイト／セメント比を１０．０％〜１２．５％としたことによって、４週経過後の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上、Ｐロート試験測定値が１０秒以下、２４時間経過後のブリージング率が１．５％以下、透水係数が１０^−７ｃｍ／ｓ以下の特性を持つように形成される。
尚、分散剤入りベントナイトは、ベントナイトと分散剤とゲル化防止剤とを混合させたものである。

試作した充填材１Ａ；充填材１Ｂ；充填材１Ｃの組成と特性を図１に示す。

充填材１Ａは、セメントが４００ｋｇと、分散剤入りベントナイトが５０ｋｇと、水８４９ｋｇとを混ぜて形成されたものであり、分散剤入りベントナイト／セメント比が１２．５％、水／粉体比が１８９％の充填材である。
充填材１Ａは、分散剤として、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられ、ゲル化防止剤として、ベントナイト１トン当り１．０％の量の重炭酸ナトリウムが用いられ、セメントとして、高炉スラグの分量が５０％〜６０％の高炉セメントＢ種が用いられて形成されたものである。
ベントナイトとしては、図２に示すように、膨潤力が２０ｍｌ／２ｇである米国ワイオミング産のベントナイトを用いた。ベントナイトは、モンモリロナイトという鉱物を主成分とし、他に石英、長石等の鉱物を含む構成であり、モンモリロナイトの持つ特異的な物性がベントナイトの物性となっている。ワイオミング産のベントナイトはモンモリロナイトが高品質・高純度であり、水を吸収して約１５倍に膨潤する能力を持っている。
当該充填材１Ａの特性は、図１に示すように、４週経過後の一軸圧縮強度が１．１０２Ｎ／ｍｍ^２、Ｐロート試験測定値が９．５８秒、２４時間経過後のブリージング率が１．１％、透水係数が１０^−７ｃｍ／ｓ以下であった。

充填材１Ｂは、セメントが４５０ｋｇと、分散剤入りベントナイトが５０ｋｇと、水８３３ｋｇとを混ぜて形成されたものであり、分散剤入りベントナイト／セメント比が１１％、水／粉体比が１６６％の充填材である。
その他の要素は、充填材１Ａと同じにした。
充填材１Ｂの特性は、図１に示すように、４週経過後の一軸圧縮強度が１．４１８Ｎ／ｍｍ^２、Ｐロート試験測定値が９．６６秒、２４時間経過後のブリージング率が１．１％、透水係数が１０^−７ｃｍ／ｓ以下であった。

充填材１Ｃは、セメントが５００ｋｇと、分散剤入りベントナイトが５０ｋｇと、水８１６ｋｇとを混ぜて形成されたものであり、分散剤入りベントナイト／セメント比が１０％、水／粉体比が１４８％の充填材である。
その他の要素は、充填材１Ａと同じにした。
充填材１Ｃの特性は、図１に示すように、４週経過後の一軸圧縮強度が１．８３７Ｎ／ｍｍ^２、Ｐロート試験測定値が９．８０秒、２４時間経過後のブリージング率が１．１％、透水係数が１０^−７ｃｍ／ｓ以下であった。

実施形態１の充填材１（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ）によれば、ベントナイトとして膨潤力が２０ｍｌ／２ｇである米国ワイオミング産のベントナイトを用いた。ワイオミング産のベントナイトは、粘土鉱物モンモリロナイトの純度が高く、水膨潤性に優れるため、粘性が高く、かつ、材料分離抵抗性の高い（ブリージング率が低い）充填材を得ることができる。
また、分散剤は、セメント及びベントナイトの粒子表面に吸着して負の電荷を与えるので、粒子間に電気的反発を与え、セメント及びベントナイトの粒子の水への分散を高める効果があるので、セメント及びベントナイトの粒子の凝集が防止され、セメント及びベントナイトの粒子が均一に分散するので、粒子の沈降が防止されるとともに、充填材の粘性が低下する。
従って、当該ベントナイト及び分散剤の両者の効果により、低粘性で、かつ、材料分離抵抗性が高い強度の大きい充填材１となるため、低粘性で長距離圧送性に優れ、かつ、管３と既設トンネル２の覆工コンクリート４とを良好に強固に一体化させることが可能な充填材１となる。

さらに、水／粉体比を１８９％以下にして透水係数を低くくし、かつ、セメントとして高炉セメントＢ種を用いたので、普通セメントに比べて、塩化物イオンの見かけの拡散係数が低下する。高炉セメントＢ種に対する塩化物イオンの見かけの拡散係数は、普通セメントに対する塩化物イオンの見かけの拡散係数の５０％以下にまで低下する。
従って、水／粉体比を１９０％以下にして透水係数を低くし、かつ、高炉セメントＢ種を使用して塩化物イオンの見かけの拡散係数が低下させた充填材としたので、塩化物遮蔽性の高い充填材となる。よって、当該充填材を既設トンネルと内周面と管の外周面との間に充填することによって、既設トンネル２の覆工コンクリート４からの塩化物イオンが充填材１に浸透することが抑制され、塩化物イオンによる管３の劣化を防止できる。

試作した充填材Ａ；充填材Ｂ；充填材Ｃの結果からわかることは、４週経過後の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上、Ｐロート試験測定値が１０秒以下、２４時間経過後のブリージング率が１．５％以下、透水係数が１０^−７ｃｍ／ｓ以下の特性を持つ充填材を得るためには、ベントナイトとして、膨潤力２０ｍｌ／２ｇのワイオミング産のベントナイトを用い、分散剤として、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とを用い、ゲル化防止剤として、ベントナイト１トン当り１％の量の重炭酸ナトリウムを用い、セメントとして、高炉スラグの分量が高炉スラグの分量が５０％〜６０％の高炉セメントＢ種を用い、分散剤入りベントナイト／セメント比を１０．０％〜１２．５％、水／粉体比を１８９％〜１４８％とすればよいということである。

試作した充填材１Ａ〜１Ｃでは、Ｐロート試験測定値が９秒台であり、１０秒に到達するまで余裕があるため、もう少し粘度の高い充填材としてもよい。よって、ベントナイトとしては、膨潤力が２０ｍｌ／２ｇよりも大きいものを用いたとしても、目標のＰロート試験測定値を達成できると考えられるので、上述したように、ベントナイトとしては、例えば、膨潤力が２０ｍｌ／２ｇ〜２２ｍｌ／２ｇのものを用いればよい。

試作した充填材１Ａ〜１Ｃでは、ブリージング率が１．１％であり、１．５％に到達するまで余裕があるため、もう少し粘性の低い充填材としてもよい。例えば、上述したように、分散剤としては、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とを用い、ゲル化防止剤としては、ベントナイト１トン当り１．０％〜１．５％の量の重炭酸ナトリウムを用いればよい。

高炉セメントＢ種としては、ＪＩＳ規格で決められた高炉スラグの分量３０％〜６０％の高炉セメントＢ種を用いればよい。

尚、本発明のセメント系組成物は、例えば、老朽した水道管のような旧管内に新しい管を設置して旧管の内周面と新管の外周面との間に充填される充填材、シールドトンネルにおけるセグメントと地山との間に充填される裏込材と呼ばれる充填材等にも使用できるほか、充填材以外の用途にも使用することができる。

１充填材。

Claims

セメントとベントナイトと分散剤と水とを混合させて形成されたセメント系組成物であって、
ベントナイトとして、膨潤力２０ｍｌ／２ｇ〜２２ｍｌ／２ｇのベントナイトが用いられ、
分散剤として、ベントナイト１トン当り０．５％〜１．０％の量のオキシカルボン酸塩系分散剤と、ベントナイト１トン当り０．３％〜０．５％の量のポリカルボン酸塩系分散剤とが用いられたことによって、
４週経過後の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上、Ｐロート試験測定値が１０秒以下、２４時間経過後のブリージング率が１．５％以下の特性を持つように形成されたことを特徴とするセメント系組成物。
セメントとして、高炉セメントＢ種が用いられ、
水と水以外の材料である粉体との比である水／粉体比が１８９％〜１４８％であることを特徴とする請求項１に記載のセメント系組成物。