JP3261647B2 - 一粉型徐硬性裏込め材用組成物 - Google Patents

一粉型徐硬性裏込め材用組成物

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    • C04B2111/00724Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in mining operations, e.g. for backfilling; in making tunnels or galleries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、推進工法により管
本体を地中に敷設する際に管本体と地山との間の空隙に
注入され滑材の機能をも有する裏込め材、或いは護岸・
岸壁の基礎地盤改良、合成鋼管杭工法、連続壁工法、大
深度の地盤改良などの地盤改良やその他の土木現場にお
いて注入される裏込め材に適した一粉型の徐硬性裏込め
材用組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、滑材と裏込め材の双方の機
能を兼備させて、推進工法時に地山と管本体との間の摩
擦抵抗を低減させるとともに、管本体と地山との間の空
隙に起因した地盤沈下を防ぐことができる「自硬性滑
材」を特許出願した(特開昭62−265395)。こ
の自硬性滑材は、ベントナイトと、高吸水性樹脂及び/
又はメチルセルロースと、水とによりなる推進工法用滑
材1m3に、セメント50〜250kgと、主な化学組
成Al23 20〜40重量%、CaO 30〜50重量
%、SO3 10〜30重量%を含有する水硬性物質2〜
15kgと、凝結遅延剤1〜10kgとを添加してな
る。
【0003】この自硬性滑材は次の性能を有する。即
ち、従来一般的に使用されている滑材の流動性から大
きく逸脱せず、JAロートの流下時間が12秒以下であ
る。滑り抵抗が小さく、推進工法が完了するまで管本
体と地山との間の摩擦抵抗を考慮して0.03kgf/
cm2以下の剪断強度を保持する。注入後90日を経
過すると地山と同程度の強度、一般的には1〜2kgf
/cm2以上の強度となる。管本体と地山の一体化の
ためにブリーディング率が5%以下である。そしてこの
自硬性滑材は、施工現場でベントナイトと高吸水性樹脂
及び/又はメチルセルロースと水とを混合してベントナ
イト泥水を調製した後、この混合液を撹拌しつつ、これ
にセメント、水硬性物質等の粉体を添加してミキサーで
均一に混練することにより得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この自
硬性滑材を調製するために数種類以上の材料の調合に時
間を要するばかりか、作業員が未熟な場合には調合ミス
を生じる恐れがあった。このため、水を除いた粉末材料
を予め均一に混合して、プレミックスした状態にしてお
くことが考えられるけれども、上記粉末材料をプレミッ
クスすると、ベントナイトがセメントが水和してできる
水酸化カルシウム及びカルシウムイオンの存在で、その
水分吸収機能、即ち膨潤機能が抑制され、施工時に水と
混練して滑材を調製しても、滑材に適切な粘性が得られ
ず、ブリーディングが過大となるため、上記自硬性滑材
のプレミックス化はこれまで試みられなかった。
【0005】本発明の目的は、プレミックス化してもス
メクタイト型粘土鉱物の水分吸収機能が損なわれない一
粉型徐硬性裏込め材用組成物を提供することにある。本
発明の別の目的は、水と混練後に所定の粘性とブリーデ
ィング率を有する裏込め材となり、硬化後には所定の強
度を発現する一粉型徐硬性裏込め材用組成物を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、施工現場で迅速に調
合でき、作業員による調合ミスを起こすことのない一粉
型徐硬性裏込め材用組成物を提供することにある。本発
明の更に別の目的は、硬化時の温度が変化しても安定し
た硬化時期が得られる一粉型徐硬性裏込め材用組成物を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
スメクタイト型粘土鉱物とセメントと水硬性物質とフィ
ラーと増粘剤と凝結遅延剤が100重量部のスメクタイ
ト型粘土鉱物に対して、3〜400重量部のセメント
と、0.5〜20重量部の水硬性物質と、10〜200
0重量部のフィラーと、1〜200重量部の増粘剤と、
0.2〜300重量部の凝結遅延剤とを均一に混合して
調製された一粉型徐硬性裏込め材用組成物であって、凝
結遅延剤がクエン酸及び酒石酸又はそれらの塩を重量比
でクエン酸又はその塩を1とするとき酒石酸又はその塩
を0.3〜1.5の範囲で含むことを特徴とする組成物
である。組成物中でカルシウムイオンを溶出し易いセメ
ントの量を減らし、その分だけフィラーを含有させ、セ
メントから溶出するカルシウムイオンを凝結遅延剤で捕
捉するようにすることにより、カルシウムイオンによる
スメクタイト型粘土鉱物の膨潤性能の低下を防ぐ。また
水硬性物質を含ませることにより、組成物に水を加えて
裏込め材にしたときにブリーディング抑制効果が高ま
る。更に凝結遅延性能のそれぞれ温度依存性が異なるク
エン酸と酒石酸又はそれらの塩とを上記割合で組み合わ
せることにより凝結遅延性が鈍感になり、硬化時の温度
が変化しても安定した硬化時期が得られる。
【0007】
【発明の実施の形態】請求項1に係る一粉型徐硬性裏込
め材用組成物は、100重量部のスメクタイト型粘土鉱
物に対して、3〜400重量部のセメントと、0.5〜
20重量部の水硬性物質と、10〜2000重量部のフ
ィラーと、1〜200重量部の増粘剤と、0.2〜30
0重量部の凝結遅延剤を含み、凝結遅延剤は重量比でク
エン酸又はその塩を1とするとき酒石酸又はその塩を
0.3〜1.5の範囲で含む。セメントの好ましい含有
量は20〜300重量部である。フィラーの好ましい含
有量は100〜800重量部である。セメントとフィラ
ーの合計量は13〜2400重量部であって、好ましく
は100〜1000重量部である。増粘剤の好ましい含
有量は5〜15重量部である。凝結遅延剤の好ましい含
有量は2〜100重量部である。水硬性物質の好ましい
含有量は1〜10重量部である。
【0008】セメントが上記下限値未満では強度発現が
不十分になり、上記上限値を越えるとスメクタイト型粘
土鉱物の膨潤が損なわれる不具合を生じる。フィラーが
上記下限値未満ではスメクタイト型粘土鉱物の膨潤が損
なわれ、上記上限値を越えると適切な粘性が得難くなる
不具合を生じる。またセメントとフィラーの合計値が上
記下限値未満では強度発現が不十分になり、上記上限値
を越えると適切な粘性が得難くなる不具合を生じる。増
粘剤が上記下限値未満では材料分離を生じ易く、上記上
限値を越えるとハンドリングが悪化し不経済になる。凝
結遅延剤が上記下限値未満では徐硬性が得難く、上記上
限値を越えると適切な硬化時期を逸脱する不具合を生じ
る。特に重量比で酒石酸又はその塩が上記下限値未満の
とき、即ちクエン酸又はその塩の量が酒石酸又はその塩
より相対的に多いときには、低温側での凝結遅延効果が
大きくなり過ぎ、上記上限値を越えるとき、即ちクエン
酸又はその塩の量が酒石酸又はその塩より相対的に少な
いときには硬化温度が変化すると即ち、低温時になると
凝縮遅延効果が敏感に変化して硬化時期が早まり、とも
に安定した硬化時期が得られない。水硬性物質が上記下
限値未満ではブリーディング抑制に対する効果が不十分
であり、上記上限値を越えると徐硬性が得難い不具合を
生じる。
【0009】各材料について詳述する。なお、本発明の
徐硬性裏込め材用組成物は微粉末状の各材料を均一に混
合して調製される。本発明のスメクタイト型粘土鉱物と
しては、ベントナイト、モンモリロナイト、バイデライ
ト、ノントロナイト、サポナイト、鉄サポナイト、ヘク
トライト等の層状ケイ酸塩であって、層間にNaイオ
ン,Caイオン等の各種の交換性陽イオンを含む粉末が
挙げられる。上記層状ケイ酸塩を単独で使用しても、複
数種類併用してもよい。このスメクタイト型粘土鉱物は
層間に水を取り込み膨潤する性質がある。スメクタイト
型粘土鉱物は所望の粘性を有する裏込め材を得るために
用いられる。本発明のセメントとしては、(ア)普通ポル
トランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強
ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等
のポルトランドセメント、(イ)高炉セメント、フライア
ッシュセメント、シリカセメント等の混合セメント、
(ウ)低熱ポルトランドセメント、(エ)マスコンクリート用
に混和材を使用したセメント、(オ)土質安定用セメン
ト、(カ)シリカフュームセメント等が挙げられる。上記
(ア)〜(カ)のセメントを単独で使用しても、複数種類併用
してもよい。セメントは裏込め材の硬化後の強度発現の
ために用いられる。
【0010】本発明のフィラーを例示すれば、軽量骨
材、川砂、山砂、海砂、珪砂、人工骨材、高炉スラグ、
ケイ酸質粉末、石粉、粘土粉のような鉱物質粉末、下水
汚泥溶融スラグ、ゴミ焼却灰溶融スラグ等が挙げられ
る。フィラーはセメントと併用することにより、又はセ
メントの代替品として、裏込め材のブリーディングを低
減させると同時に裏込め材の硬化後の強度発現のために
用いられる。本発明の増粘剤としては、メチルセルロー
ス、エチルセルロース、セルロース誘導体、可溶性でん
ぷん、α化でんぷん、デキストリン、アクリル系ポリマ
ー、アクリル系水中不分離性混和剤等が挙げられる。こ
れらの増粘剤を単独で使用しても、複数種類併用しても
よい。増粘剤は裏込め材の徐硬性を高め、かつブリーデ
ィングを低減させるために用いられる。
【0011】本発明の凝結遅延剤としては、クエン酸又
はその塩と酒石酸又はその塩が組合わされて使用され
る。凝結遅延剤はセメント及び/又はフィラーの水和反
応を遅延させ、裏込め材の徐硬性を高める。本発明の水
硬性物質としては、アウイン系焼成物、水酸化アルミニ
ウム及び半水石膏の混合物、アルミナセメント、高アル
ミナスラグ及び石膏の混合物等が挙げられる。次の表1
に化学組成物を例示する。水硬性物質は裏込め材のブリ
ーディングを抑制し、かつその流動性を一定に維持す
る。
【0012】
【表1】
【0013】本発明の一粉型徐硬性裏込め材用組成物を
調製するには、各材料をV型ミキサ、縦型ミキサ、万能
混合機等の通常の粉体混合装置により乾式混合する。ま
た本発明の一粉型徐硬性裏込め材用組成物を用いて裏込
め材を調製するには、一粉型徐硬性裏込め材用組成物1
00重量部に対して、水30〜500重量部、好ましく
は100〜400重量部をミキサで混合して調製する。
【0014】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 <実施例1>スメクタイト型粘土鉱物であるベントナイ
ト100重量部に対して、普通ポルトランドセメント1
00重量部と、フィラーであるケイ酸質粉末200重量
部及び高炉スラグ196重量部を万能混合機の容器に採
取し、撹拌羽根を取付けて、最初低速で10分間撹拌し
た。続いてこの容器に増粘剤であるアクリル系水中不分
離性混和剤4重量部及びメチルセルロース2重量部を入
れ、更に凝結遅延剤であるクエン酸3重量部と酒石酸3
重量部とを入れ、撹拌速度を高速にして20分間撹拌混
合し、一粉型徐硬性裏込め材用組成物を調製し、これを
密閉容器に入れた。
【0015】<比較例1>凝固遅延剤としてクエン酸を
6重量部使用した以外は実施例1と同様にして一粉型徐
硬性裏込め材用組成物を調製し、これを密閉容器に入れ
た。 <比較例2>凝固遅延剤として酒石酸を6重量部使用し
た以外は実施例1と同様にして一粉型徐硬性裏込め材用
組成物を調製し、これを密閉容器に入れた。実施例1及
び比較例1〜2の一粉型徐硬性裏込め材用組成物にはそ
れぞれ1786重量部の水を加えて混合し、3種類の裏
込め材を調製した。その配合内容を表2に示す。
【0016】
【表2】
【0017】<裏込め材の物性及び硬化後の強度>実施
例1及び比較例1,2の徐硬性裏込め材を用いて、硬化
時の温度が10℃、20℃及び30℃の場合の粘度、ブ
リーディング率、及び硬化後の強度をそれぞれ測定し
た。これらの結果を表3に示す。粘度は回転粘度計によ
り測定した。またブリーディング率はJSCE−F52
2−1994「プレパックドコンクリート用注入モルタ
ル試験法」の規定に基づいて測定した。強度について、
比較的軟弱なものに対しては土質調査法によるベーン試
験(地盤工学会基準(JGS 1411-1995)の原位置ベーン剪
断試験に準拠)を行い、剪断強度を求め、表4において
記号「τ」を付記した。またある程度硬化したものに対
してはJIS A 1216T「土の一軸圧縮試験方法」
の規定に基づいて一軸圧縮試験を行い、表4において記
号「qu」を付記した。供試体の材令は10日、30
日、50日、70日、90日、110日及び130日と
した。
【0018】
【表3】
【0019】表4から次のことが判明した。実施例1及
び比較例1〜2のブリーディングの抑制効果はいずれも
満足する値を示した。また強度については、実施例1で
は硬化時の温度が変化しても安定した硬化時期が得られ
るのに対し、比較例1及び2では硬化時の温度が変化し
た場合、安定した硬化時期が得られない。例えば供試体
の材令が30日で、温度が10℃と30℃の強度を比較
した場合、実施例1ではτが17から9.3に約2分の
1に変動し、その変動幅は小さかったのに対し、比較例
1ではτが3.2から18に約6倍に大きく変動し、ま
た比較例2ではτが67から8.2に約8分の1と大き
く変動していた。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の一粉型徐硬
性裏込め材用組成物は、プレミックス化してもスメクタ
イト型粘土鉱物の水分吸収機能が損なわれないため、従
来のベントナイト泥水を別途調製する必要がなく、施工
現場で迅速に調製でき、徐硬性裏込め材の施工上の悪影
響を最小限に留めることができる。また作業員が未熟で
あっても、調合ミスを起こすことがない。また推進工法
において管本体の推進時に管本体の周囲に注入した場
合、推進期間中は滑材としての機能を維持し、推進終了
後はそのままの裏込め材として十分な強度を発現する。
またこのような機能により大規模な土木工事では工区間
の一体化を実現できるとともに、オーバーラップ部分の
硬化がないため、作業効率の低下をなくすことができ
る。更に本発明の一粉型徐硬性裏込め材用組成物は冬季
と夏季のように硬化時の温度が変化しても、安定した硬
化時期が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI E21D 9/06 301 E21D 9/06 301L //(C10M 169/04 (C10M 169/04 103:06 103:06 F 125:00 125:00 129:36) 129:36) C09K 103:00 C09K 103:00 C10N 40:00 C10N 40:00 Z (56)参考文献 特開 平10−36838(JP,A) 特開 昭62−265395(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10M 169/04 C10M 103/06 C10M 125/00 - 125/30 C10M 129/36 C10M 173/00 - 173/02 C10N 40:00 C09K 3/00 C09K 7/00 C09K 17/44 C09K 103:00 E21D 9/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スメクタイト型粘土鉱物とセメントと水
    硬性物質とフィラーと増粘剤と凝結遅延剤が100重量
    部のスメクタイト型粘土鉱物に対して、3〜400重量
    部のセメントと、0.5〜20重量部の水硬性物質と、
    10〜2000重量部のフィラーと、1〜200重量部
    の増粘剤と、0.2〜300重量部の凝結遅延剤とを
    一に混合して調製された一粉型徐硬性裏込め材用組成物
    であって、前記凝結遅延剤がクエン酸及び酒石酸又はそ
    れらの塩を重量比でクエン酸又はその塩を1とするとき
    酒石酸又はその塩を0.3〜1.5の範囲で含むことを
    特徴とする組成物。
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