JP3806420B2 - シラスを用いた低強度モルタル充填材 - Google Patents

Description

本発明は、地山の空隙、裏込めなどに充填される低強度モルタル充填材に関する。

従来、地山に空洞が存在する場合に、陥没等の発生を防止するため、また、構造物築造後の裏込め材による埋め戻しなどにモルタル充填材が充填される。なお、モルタル充填材が充填されて硬化された後に、モルタル充填材が充填されている地山で、掘削や基礎の構築などが行われる可能性があり、掘削や基礎の構築に支障が無いように、モルタル充填材として、一般に低強度のエアモルタルが用いられる。
エアモルタルには、一般のモルタル、コンクリートには使用されない起泡剤が不可欠であるが、生コン工場では、エアモルタル以外のモルタル、コンクリート等に起泡剤が混入してしまうと、これらに悪影響があるので、通常エアモルタルの製造を行わない。そこで、エアモルタルを使用するには、既存の生コン工場を使わずに、エアモルタル専用のモルタル製造プラントを用いるか、または、現場にてアジテータ車内で気泡を後添加するなどの工程が必要となる。すなわち、エアモルタルは製造の際の工程が複雑であり、必ずしも利用しやすい充填材ではなかった。

このようなことから、エアモルタルの代替えとなる低強度モルタル充填材として、製造が容易で安価なものが求められていた。
そこで、本出願人らは、モルタルに、砂等の細骨材に代えて、南九州に多量に存在する火山堆積物である「シラス」を用いることにより、低強度モルタル充填材が得られるのではないかとの考えに基づいて検討を行った。
なお、シラスをセメント系の硬化体であるコンクリートに加えるという提案が行われている（例えば、非特許文献１参照。）。
社団法人日本コンクリート工学協会「コンクリート工学年次論文集 第２２巻、第２号（２０００）」 社団法人日本コンクリート工学協会 ２０００年６月１日発行

ところで、シラスの産出地において、掘削等の土木工事が行われ、大量のシラスが発生しても、火山堆積物であるシラスは、通常の土砂とは異なり有効利用することが困難であり、発生したシラスの多くが建設発生土として埋立処分されていた。そこで、上述の非特許文献１に示されるように、コンクリートにシラスを細骨材として利用する研究が行われていた。
一方、上述のように地山の空洞への充填材としては、低強度であることが必須であり、例えば、上述の充填用に用いられるエアモルタルにおいては、（圧縮強度を調整可能であるが、）標準的には圧縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ²以下のものが使用されていた。
それに対して、従来、シラスを細骨材の一部として用いるセメント系の硬化体の研究においては、エアモルタルと同様の低強度の硬化体を得ることは考慮されておらず、エアモルタルと同様の低強度のシラスを用いたモルタルは未だ開発されていない。

本発明の課題は、火山堆積物であるシラスを使って、製造が容易で、低コストで、かつ、地山の空洞を充填することや、裏込め材としての適した強度と流動性を有する低強度モルタル充填材を提供することである。

請求項１に記載の発明は、地山の空洞、裏込め等に充填されるシラスを用いた低強度モルタル充填材であって、セメント、無機質系粉末、シラス、水で構成され、骨材にはシラスのみを使用したことを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、起泡剤を用いて大量の空気を含ませなくとも、シラスを大量に使用することにより、低強度のモルタル充填材を得られることから、製造も通常のモルタルと同様に生コン工場で行うことが可能で、エアモルタルのように専用のプラントや現場にて気泡を後添加することを必要とせず、容易に製造することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の低強度モルタル充填材において、水ＷとセメントＣとの重量比Ｗ／Ｃが４．０以上であることを特徴とする。
水・セメント比Ｗ／Ｃを４．０以上とすることにより、他の組成との関係（例えば、セメントＣと粉体Ｐとの重量比、シラスＳＨと粉体Ｐと重量比）にもよるが、硬化後のモルタルを１．０Ｎ／ｍｍ²以下の低強度とすることが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の低強度モルタル充填材において、シラスが単位容積当り８００Ｋｇ／ｍ³以上含まれることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、シラスが単位容積当り８００Ｋｇ／ｍ³以上含まれることにより、ブリーディング率を３．０％以下に下げることが可能となり、低強度モルタル充填材の硬化後の品質を高めることができる。

また、シラスが単位容積当り８００Ｋｇ／ｍ³以上と多量に含まれることから、他の細骨材等を添加する必要は全くなく、基本的に、セメント、無機質系粉末、シラス、水と必要に応じた混和剤を含んでいれば良い。ここで、上述のようにシラスは、未だ有効利用が図られていない火山堆積物であり、安価に入手することが可能であり、特に、シラスの産出地を有する九州では、極めて安価に入手可能である。
従って、低強度モルタル充填材がシラスを大量に含有するものとしても、極めて安価に製造することができる。また、低強度モルタル充填材は、低強度が必須なので、セメントも少量しか使用されず、安価に製造することが可能である。
さらに、シラスは、上述のように埋立処分等される建設発生土なので、これを単位容積当り大量に使用することで、シラスの埋立処理量を削減でき、環境対策となるとともに、埋立にかかる費用を低減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の低強度モルタル充填材において、セメント、無機質系粉末、シラス、水を混練した際のモルタルフローが１８０ｍｍ以上であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、低強度モルタル充填材のフレッシュ性状として、モルタルフローが１８０ｍｍとされることにより、地山の空隙に低強度モルタル充填材を充填する際に、容易に充填することが可能となるとともに、充填に際して隙間が生じるの防止することができ、作業性が向上する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の低強度モルタル充填材において、シラスＳＨと、セメント及び無機質系粉末とを合わせた粉体Ｐとの重量比ＳＨ／Ｐが２．５以上であることを特徴とする。
シラス・粉体比ＳＨ／Ｐを２．５以上とすることで、他の組成との関係（例えば、セメントＣと粉体Ｐとの重量比、水ＷとセメントＣもしくは粉体Ｐとの重量比）にもよるが、硬化後のモルタルを例えば、１．０Ｎ／ｍｍ²以下の低強度とすることが可能となるとともに、モルタルフローを１８０ｍｍ以上とし、ブリーディング率を例えば３％以下とすることが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の低強度モルタル充填材において、無機質系粉末ＦＡと、セメント及び無機質系粉末とを合わせた粉体Ｐとの重量比ＦＡ／Ｐが０．７以上であることを特徴とする。
無機質系粉末・粉体比ＦＡ／Ｐを０．７以上とすることにより、他の組成との関係（例えば、シラスＳＨと粉体Ｐと重量比、水ＷとセメントＣもしくは粉体Ｐとの重量比）にもよるが、硬化後のモルタルを例えば、１．０Ｎ／ｍｍ²以下の低強度とすることが可能となる。

本発明によれば、起泡剤を用いて大量の空気を含ませなくとも、シラスを大量に使用することにより、低強度のモルタル充填材を得られることから、製造も通常のモルタルと同様に生コン工場で行うことが可能で、エアモルタルのように専用のプラントや気泡をアジテータ車内へ後添加を行う作業を必要とせず、容易に製造することができる。
また、シラスが多量に含まれることから、低強度モルタル充填材を安価に製造することができる。

以下に、本発明の実施形態の低強度モルタル充填材を詳細に説明する。
この実施形態の低強度モルタル充填材（以下、充填材と省略する場合がある。）は、セメント、無機質系粉末、シラス、水を含むものである。また、低強度モルタル充填材は、混和剤を含むものである。低強度モルタル充填材は、シラスを骨材として用いるとともに、骨材としてはシラスのみを用いる。
セメントとしては、ポルトランドセメントを用いることができるが、ポルトランドセメントに代えて、混合セメントである高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントを用いても良い。

無機質系粉末は、例えば、フライアッシュであるが、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、石灰石微粉末、石炭灰、ポゾラン等（石炭灰、ポゾランにはフライアッシュも含まれる）を用いることができる。なお、この実施形態において、無機質系粉末は、例えば、セメントと同程度の平均粒径の粉末であり、低強度とするためにセメントの含有量が少ない低強度モルタル充填材において、モルタルで必要な粉体を一部置換した状態となっており、セメントの減少によるフレッシュ時の材料の分離やブリーディング率の上昇等を抑制するものである。また、無機質系粉末は、基本的に、各種混合セメントにおいて、ポルトランドセメントに混ぜられて使用される材料が適している。

シラスは、南九州に広く分布する軽石流及び降下軽石の非溶結火砕流堆積物である。シラスには、上述のように軽石流堆積物と、降下軽石堆積物とがあるが、大部分は、砂分（粒径２ｍｍ〜２０μｍ）及びシルト（粒径２０μｍ〜２μｍ）からなる。シラスの鉱物組成は、火山ガラス、斜長石を主成分とし、輝石、石英、磁鉄鉱などを複成分としている。シラスの化学組成は、ケイ酸分約７０％、アルミナ分約１４％、アルカリ酸化物約８％とである。

混和剤としては、高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）を用いた。
高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）は、コンステンシーに影響することなく単位水量を大幅に減少させるか、または単位水量に影響することなくスランプを大幅に増加させ、スランプなどのフレッシュ時の性能を保持させる混和剤である。
また、混和剤として高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）に加えてＡＥ助剤（ＡＥ）を加えても良い。ＡＥ助剤を添加し、空気を混入することによりモルタルの低強度、ブリーディング率の低減効果はあるが、低強度モルタル充填材のコストを低減する上では、ＡＥ助剤（ＡＥ）を含まないことが好ましい。
なお、ＡＥ助剤（ＡＥ）は、ＡＥ減水剤を用いた場合の連行エア調整をするものであり、ＡＥ剤の一種である。

そして、上述セメント、フライアッシュ（無機質系粉末）に混和剤をあらかじめ添加した水を加えて練混ぜ、さらにシラスを加えて練混ぜたことにより、充填材を得ることができ、これを地山の空洞等に充填して硬化させることになる。
次ぎに、充填材のセメント、フライアッシュ、シラス、水、混和剤の組成についての説明を行う。
なお、この例においては、低強度モルタル充填材として、以下の性状（目標性能）を有することを条件として、充填材の組成を決定した。

すなわち、充填材の硬化前のフレッシュ性状として、モルタルフローが１８０ｍｍ〜２２０ｍｍであることと、材料分離がないことと、ブリーディング率が３．０％以下であることと、フレッシュ保持時間が６０分以上であることとである。これにより、充填材の施工性を良好なものとすることができる。なお、モルタルフローが１８０ｍｍより小さいと、地山の空隙内への充填材の充填において、空隙内に十分に充填材が回り込まず、間隙の発生等の原因になる。また、モルタルフローが２２０ｍｍより大きいと材料分離等の発生の可能性が高くなる。また、ブリーディング率が３％より大きいと充填材の硬化後の品質が十分でなくなる可能性がある。

また、充填材の硬化後の硬化性状として設計基準強度（圧縮強度）が１．０Ｎ／ｍｍ²以下であることと、単位容積質量が１ｔ／ｍ³以上であり、水に浮かない質量を有することが好ましい。
そして、充填材は、単位容積当りに含まれるシラスの重量（単位量ｋｇ／ｍ³）が８００ｋｇ／ｍ³以上とされている。すなわち、充填材において、シラスの単位量は、８００〜１２００ｋｇ／ｍ³であることが好ましい。

ここで、シラスの単位量を８００ｋｇ／ｍ³以上とすることにより、ブリーディング率を３．０％以上とすることが可能となり、充填材の硬化後の品質を十分なものとすることができる。
なお、シラスの単位量は、フレッシュ時の流動性を確保する上（モルタルフロー１８０ｍｍ以上）で、１２００ｋｇ／ｍ³以下であることが好ましい。
また、表乾密度が２ｇ／ｃｍ³程度のシラスの単位量を８００〜１２００ｋｇ／ｍ³とした場合に、単位容積質量が１．０ｔ／ｍ³より小さくなることがない。

前記セメントは、その単位量（ｋｇ／ｍ³）が６０〜１６０ｋｇ／ｍ³であることが好ましい。セメントの単位量が６０ｋｇ／ｍ³より少ない場合には、不足容積分をフライアッシュまたはシラスにより補った場合、フロー値１８０ｍｍ以上がでない可能性がある。また、不足容積分を単位水量で補った場合では、ブリーディング率３％以下に抑えられない可能性があるなど充填材としての使用が困難になる可能性がある。また、セメントの単位量が１６０ｋｇ／ｍ³より多い場合には、水の単位量を多くしたり、ＡＥ助剤（ＡＥ）の添加量を多くして空気量を増やしたりしても、圧縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ²を越える可能性が高い。

フライアッシュは、充填材の硬化時の圧縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ²以下となる上で、セメントより多いことが好ましく、後述するようにフライアッシュＦＡと、フィライアッシュとセメントを合わせた粉体Ｐとの比が、０．７（７０％）以上であることから、フライアッシュの単位量は、セメントの単位量の２．３倍以上となっていることが好ましい。
混和剤としての高性能ＡＥ減水剤は、モルタルフローを１８０ｍｍ以上とする上で、上述の粉体に対して１％程度以上含まれることが好ましく、コストを考慮した場合に、３％以下であることが好ましい。
ＡＥ助剤（ＡＥ）は、添加量を増加させることにより、モルタルの空隙率を増加させ、圧縮強度を低下させることができるので、圧縮強度が高い場合には添加することや、添加量を増やすことで、目的の強度及び空隙率を調整することができる。また、空隙量を増加させることによりブリーディングを抑制する効果もある。ただし、コストを考慮した場合に、添加しない方が好ましく、添加するものとしても、粉体Ｐに対して４％以下であることが好ましい。

水は、ブリーディングを抑制する上で、単位量が３７０ｋｇ／ｍ³以下であることが好ましく、モルタルフローを１８０ｍｍ以上とする上では、２９０ｋｇ／ｍ³以上であることが好ましい。また、より好ましくは、単位水量が３６０ｋｇ／ｍ³程度であることが好ましい。
また、低強度モルタル充填材の性状は、各成分の単位量で決まるものではなく、各成分の相互の関係により決まるものであり、各成文は、以下の比で配合されることが好ましい。

すなわち、水ＷとセメントＣとの水セメント比Ｗ／Ｃ（％）は、４００％（Ｗ／Ｃは４．０）以上（セメント水比Ｃ／Ｗが０．２５以下）であることが好ましい。なお、ＡＥ助剤（ＡＥ）を使用しない場合には、水セメント比Ｗ／Ｃ（％）は、４５０％以上（セメント水比Ｃ／Ｗが０．２２以下）であることが好ましい。このように、水セメント比Ｗ／Ｃ（％）を４００％以上とすることで、硬化時の充填材を圧縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ²以下の低強度とすることができる。また、ＡＥ助剤を含まない場合に、より好ましくは、水セメント比Ｗ／Ｃ（％）が５００％以上（セメント水比Ｃ／Ｗが０．２以下）であることが好ましい。
しかし、水セメント比Ｗ／Ｃ（%）を大きくした場合は、ブリーディング率が３%を超える可能性が高くなる。ブリーディング率が多く、かつ、圧縮強度が高くなるような場合には、例えば、水セメント比を大きくするとともに、ＡＥ助剤（ＡＥ）を添加することにより、ブリーディング及び圧縮強度の目標性能を満足させることが可能となる。

また、水Ｗと、セメント及びフライアッシュを合わせた粉体Ｐとの水粉体比Ｗ／Ｐ（％）は、モルタルフローを１８０ｍｍ以上とする上で、１００％（Ｗ／Ｐが１以上）以上であることが好ましい。
また、フライアッシュＦＡと、前記粉体Ｐとのフライアッシュ粉体比（フライアッシュ置換率）ＦＡ／Ｐ（％）は、圧縮強度を１．０Ｎ／ｍｍ²以下の低強度とする上で、７０％以上であることが好ましい。

すなわち、圧縮強度を低くするためには、水セメント比を高くし、セメントの単位量を少なくする必要があるが、セメントの単位量を少なくするために、水が多くなると、ブリーディング率が高くなってしまう。そこで、セメントの単位量を少なくした分、フライアッシュの量を多くすることが好ましく、上述のようにフライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐ（％）は、７０％以上であることが好ましい。

また、シラスＳＨと、前記粉体Ｐとのシラス粉体比ＳＨ／Ｐ（％）は、モルタルフローを１８０ｍｍ以上とする上では、３．５以下となっていることが好ましく、圧縮強度を１．０Ｎ／ｍｍ²以下とし、ブリーディング率を３％以下とする上では、２．５以上となっていることが好ましい。より好ましくは、シラス粉体比ＳＨ／Ｐ（％）が３程度となっていることが好ましい。

この実施例では、低強度モルタル充填材にシラスを使用し、上述のように、充填材のフレッシュ性状として、モルタルフロー１８０ｍｍ〜２２０ｍｍとし、材料分離がないこと、ブリーディング率３．０％以下であること、フレッシュ保持時間が６０分以上であること、硬化性状として設計基準強度（圧縮強度）が１．０Ｎ／ｍｍ²以下であること、単位容積質量が１ｔ／ｍ³以上であることを条件（目標性能）として、これらの条件を満たす組成比を求めるための実験をシリーズ１からシリーズ３まで行った。
そして、シリーズ１〜シリーズ３の実験で得られた知見に基づいて、本発明の実施例となる充填材の組成を決定し、この組成に基づいてシリーズ４の実験を行った。従って、シリーズ４の実験が本発明の実施例となる。

この実施例で用いられた充填材料を表１に示す。

なお、シラスの粒度分布は、細骨材のＪＩＳ規格の粒度分布範囲と比較した場合に、０．３ｍｍ以下の分布がＪＩＳ規格の粒度分布範囲より多く、０．１５ｍｍ以下のものがＪＩＳ規格の粒度分布範囲の上限の２倍以上となる３０％程度と多量に含まれていた。

モルタルの練混ぜ方法は、モルタルミキサ（公称容量２０リットル）を用い、以下のようにＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して行った。
すなわち、まず、セメント、フィライアッシュ、水（既に混和材が添加されている）を３０秒間練り混ぜ、次いで、シラスを加えて６０秒間練り混ぜ、一旦モルタルミキサを９０秒間停止して、ミキサ内のモルタルをかき落とし、再び、６０秒間練り混ぜた後、できあがった充填材をモルタルミキサから排出した。

製造された充填材の試験項目と試験方法を表２に示す。

なお、試験体となる充填材の養生は、所定の材齢まで型枠を残置したまま気中養生とした。

実験例のシリーズ１として、表３に示す実験の要因と水準で、表４に示す１−１〜１−９の実験ケースでの実験を行った。
実験結果を表５に示す。

シリーズ１の実験結果から以下の知見を得られた。
充填材のモルタルフローについては、水粉体比Ｗ／Ｐが同じであれば、フライアッシュ粉体比（フライアッシュ置換率）ＦＡ／Ｐが変化してもモルタルフローに変化は見られなかった。水の単位量が増加するに従いモルタルフローが増加する傾向が見られ、その程度は、水の単位量２０ｋｇ／ｍ³の変化当り概ね５０ｍｍのモルタルフローの増減であった。

充填材の空気量については、水粉体比が小さくなるほど、また、フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐが小さくなるほどモルタルの粘性が大きくなり、空気を巻き込みやすくなる傾向が見られた。
充填材のブリーディング率においては、水の単位量が増加すると直線的にブリーディング率が増加し、ブリーディング率は水の単位量１０ｋｇ／ｍ³の変化当り概ね０．５％増減する傾向が見られた。

充填材の圧縮強度においては、フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐが大きくなるに従い、また、水セメント比Ｗ／Ｃが大きくなるに従い、圧縮強度は小さくなる傾向が見られた。
特に、水セメント比Ｗ／Ｃと圧縮強度には、高い相関があり、材齢７日と、材齢２８日との圧縮強度、ｆｃ７及びｆｃ２８は、以下の一次式で表すことが可能であった。
ｆｃ７＝７．４Ｃ／Ｗ−１．９
ｆｃ２８＝１１．１Ｃ／Ｗ−１．２
すなわち、材齢２８日では、水セメント比Ｗ／Ｃの逆数であるセメント水比Ｃ／Ｗ０．１当り圧縮強度が１．１Ｎ／ｍｍ²増減する傾向が見られた。

充填材の単位容積質量では、同じ水粉体比Ｗ／Ｐの場合に、フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐが大きくなるほど、小さくなった。

実験例のシリーズ２として、表６に示す実験の要因と水準で、表７に示す２−１〜２−７の実験ケースでの実験を行った。シリーズ２では、空気量の違いによる充填材の性状の変化と、合わせて、水粉体比Ｗ／Ｐ及びフライアッシュ粉体比ＦＡ／Ｐについても検討した。
実験結果を表８に示す。

シリーズ２の実験結果から以下の知見を得られた。
充填材のモルタルフローについては、水粉体比Ｗ／Ｐが大きくなるに従いモルタルフローは大きくなり、後述するように空気の混入量は少なくなった。しかし、水粉体比Ｗ／Ｐ（％）が１１０％では、空気量が変化してもモルタルフローの値は、１４０〜１７０ｍｍの範囲内であり、空気量の違いによる流動性への影響はあまり見られなかった。このことから流動性に影響を及ぼすものは、水粉体比Ｗ／Ｐと考えられ、流動性が大きくなるに従い空気連行性が低下することが考えられた。従って、空気量をＡＥ助剤（ＡＥ）で変化させた場合の影響は、小さいことが考えられた。

充填材の空気量については、ＡＥ助剤（ＡＥ）を添加しないものは空気量に与える水粉体比の影響は見られないが、ＡＥ助剤（ＡＥ）を粉対Ｐに対して１．０％添加したものについては、水粉体比が多くなるに従い空気量が小さくなった。すなわち、上述のようにモルタルの流動性が大きくなることにより空気連行性が小さくなることで空気量の減少が見られるものと思われる。
また、ＡＥ助剤（ＡＥ）が無い場合も、ＡＥ助剤（ＡＥ）が１％の場合も、フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐの空気量への影響はほとんど無かった。
ブリーディング率においては、空気量が増加するとともに減少してく傾向が見られた。
このことにより、空気を混入させることにより、ブリーディングを抑制できることがわかった。

充填材の圧縮強度においては、水粉体比Ｗ／Ｐ、フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐが大きくなるほど、また、空気量が多くなるほど圧縮強度は小さくなる傾向が見られた。
ここで、セメント空隙比ｃ／ｖを以下の式により求めることができる。
ｃ／ｖ＝Ｖc／（Ｖw＋Ｖair）
Ｖc：セメントの単位容積、Ｖw：水の単位容積、Ｖair：空気の単位容積

そして、セメント空隙比は、材齢７，２８日とも圧縮強度に高い相関が見られ、材齢２８では、セメント空隙比０．０１当り圧縮強度０．２７Ｎ／ｍｍ²増減する。
このことからセメント空隙比と圧縮強度（材齢２８日の圧縮強度ｆｃ２８）は、以下の一次式で表すことが可能で、セメント空隙比から圧縮強度を推定できると考えられる。また、材齢７日の圧縮強度ｆｃ７も以下の式で表すことが可能である。
ｆｃ２８＝２７．３ｃ／ｖ−１．１
ｆｃ７＝２０．７ｃ／ｖ−１．０

実験例のシリーズ３として、表９に示す実験の要因と水準で、表１０に示す３−１〜３−４の実験ケースでの実験を行った。すなわち、シラス粉体比ＳＨ／Ｐを４水準変化させることで、流動性、ブリーディング、圧縮強度への影響を確認することを目的とした。
実験結果を表１１に示す。

シリーズ３の実験結果から以下の知見を得られた。
充填材のモルタルフローについては、シラス粉体比ＳＨ／Ｐが増加するに従い、流動性が低下していく結果となった。このことからモルタルフローを１８０ｍｍ以上とするには、高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）を適当量使用することを前提として、シラス粉体比３．５以下が望ましいと考えられる。

充填材の空気量については、シラス粉体比ＳＨ／Ｐ２．５までは５％程度であるが、シラス粉体比が多くなるに従い、より多くの空気を混入する結果となった。このことは、シラス粉体比ＳＨ／Ｐの増加に伴い流動性が低下したことにより、空気を連行しやすくなったものと思われる。
充填材のブリーディング率においては、シラス粉体比ＳＨ／Ｐが少ないほど（この実験においては、単位水量が多くなるほど）多くなる結果となった。ブリーディング率の目標性能３．０％以下を満足するには、シラス粉体比は２．５％以上が望ましいと考えられた。なお、今回の実験において、表１０に示すようにシラス粉体比が２．５％のときのシラスＳＨの単位量が７８４ｋｇ／ｍ³であり、ブリーディング率を３．０％以下とする上では、シラスＳＨの単位量が８００ｋｇ／ｍ³以上であることが好ましい。

充填材の圧縮強度においては、シラス粉体比ＳＨ／Ｐが高くなるほど、圧縮強度が低下する結果となった。このことは、シラス粉体比ＳＨ／Ｐが高くなるに従い空気量が増加した結果、圧縮強度が低下したものと考えられた。
上述のセメント空隙比は、材齢７，２８日ともに圧縮強度と高い相関が見られ、材齢２８日では、セメント空隙比０．０１当り圧縮強度は約０．３５Ｎ／ｍｍ²増減する。このことからセメント空隙比と圧縮強度の一次式で圧縮強度が推定できると考えられる。
ｆｃ７＝３５．３ｃ／ｖ−１．８
ｆｃ２８＝２６．３ｃ／ｖ−１．４

充填材の単位容積質量では、シラス粉体比が２．５以上となると単位容積質量がほぼ直線的に減少する結果となった。このことは、シラス粉体比ＳＨ／Ｐが高くなるに従い、流動性が小さくなり、空気が多く混入され、単位容積質量を減少させたものと考えられる。

実験シリーズ４では、これまでのシリーズ１〜シリーズ３の結果を元に上述の目標性能を満足する配合として、以下の２種類について最適配合を抽出することとした。
すなわち、ＡＥ助剤（ＡＥ）を使用せず設定上の空気量を０％にした場合（１）と、ＡＥ助剤（ＡＥ）を使用し、空気を混入した場合（２）とである。
（１）ＡＥ助剤（ＡＥ）を使用しない場合
上述のシリーズ１〜３の結果より、目標性能を満足させる実験条件として以下の条件を決定した。
１）セメント水比：圧縮強度の結果より、０．２２以下（水セメント比（％）にすると４５０％以上）とする。
２）水の単位量：ブリーディングの結果より、３６０ｋｇ／ｍ³以下にする。
３）ＦＡ置換率ＦＡ／Ｐ（％）：圧縮強度試験結果より、７０％以上とする。
４）シラス粉体比：シリーズ３の結果より３．０程度とする。
なお、上記条件は、本発明を限定するものではなく、より好ましいと推定される条件である。
（２）ＡＥ助剤（ＡＥ）を使用する場合
シリーズ１〜３の結果より、シリーズ２の実験ケース２−７において、モルタルフローは少し低いが、概ね要求性能を満足する結果が得られており、以下の方法により材料費を安価にした配合を検討することとした。すなわち、実験ケース２−７の条件を以下のように変更して実験を行うものとした。
１）ＡＥ助剤（ＡＥ）添加量の削減：設定空気量を１５％から１０％とし、ＡＥ助剤（ＡＥ）添加量を削減する。
２）水セメント比Ｗ／Ｃ（％）：強度を低減するために３６５％から４００％とする。
３）フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐ（％）：強度を低減するために７０％から７２．５％とする。
（２）では、実験ケース２−７に対して、コスト低減のためにＡＥ助剤（ＡＥ）の添加量を削減し、かつ、ＡＥ助剤（ＡＥ）の削減による空気量の低下に伴う充填材の強度の上昇を、水セメント比Ｗ／Ｃの増加と、フライアッシュ置換率ＦＡ／Ｐの増加により抑制したものである。

以上の条件に基づいて、実験シリーズ４では、表１２に示す４−１〜４−３の実験ケースでの実験を行った。なお、モルタルフロー、空気量、単位容積質量については、充填材の練り混ぜ後、０分、３０分、６０分の経時変化を測定した。
実験結果を表１３に示す。

充填材のモルタルフローについては、ＡＥ助剤（ＡＥ）を使用しない場合及び使用した場合においても、設定保持時間６０分での目標モルタルフローの１８０ｍｍから２２０ｍｍを満足していることがわかる。この結果により保持時間６０分以内では、いずれのケースにおいても流動性は目標性能を十分に満足すると考えられる。なお、経済性を考慮した場合に、ＡＥ助剤（ＡＥ）を添加しない配合が望ましいと思われる。

充填材の空気量については、６０分の時間経過において、各実験ケースとも概ね２％程度であり、空気量の経時変化による他の性状への影響は小さいものと思われる。
充填材のブリーディング率については、各ケースとも目標性能の３．０％以下を十分に満足する結果となった。なお、水セメント比を小さくすることにより、ブリーディングを押さえられることが示された。
充填材の単位容積質量については、経時変化により増加が見られた。これは、空気量が６０分で２％低下したことにより、単位容積質量が増加したものと思われる。
充填材の圧縮強度については、ＡＥ助剤を添加せずに水セメント比Ｗ／Ｃ（％）を４５０としたものが、僅かに目標性能としての、１．０Ｎ／ｍｍ²を越えたが、これは、例えば、シラス粉体比ＳＨ／Ｐの増加、ＡＥ助剤の添加等により、セメント空隙率比を下げることで、強度を低減することが可能である。

以上のことから、充填材のモルタルフローは、水セメント比、フライアッシュ置換率（フライアッシュ粉体比）等により、影響を受けるが高性能ＡＥ減水剤により調節可能であり、目標性能としてのモルタルフロー１８０ｍｍ〜２２０ｍｍ、フレッシュ性状保持時間６０分を満足させることが可能である。
また、充填材のブリーディング率は、単位水量を３７０ｋｇ／ｍ³以下とし、さらに水セメント比を小さくすることや、ＡＥ助剤の添加による空気量増加により、３．０％以下とすることが可能である。

圧縮強度は、水セメント比（セメント水比）から推定可能で、セメント水比Ｃ／Ｗを０．２以下（水セメント比Ｗ／Ｃ（％）を５００％以上）とすることで目標性能１．０Ｎ／ｍ²以下を満足させることができる。なお、セメント水比Ｃ／Ｗ０．２以下でブリーディング率の目標性能を満足できない場合には、例えば、セメント水比Ｃ／Ｗの上限を０，２５（水セメント比Ｗ／Ｃの下限を４００％）のように上げて（下げて）、ＡＥ助剤により空気量を増加させることで、ブリーディング率と圧縮強度の両方の目標性能を達成することができる。
単位容積質量は、いずれの実験ケースにおいても、目標性能１．０ｔ／ｍ³以上を達成しており、上述の条件により達成可能である。

以上の結果から、今回の実験においては、実験ケース４−２の条件が最も適していると思われる。
実際には、現場で使用される材料の物性値の違い、無機質系粉末の種類等により、ベストとなる条件が異なるものと思われ、本発明の条件の範囲内で、実験等により各材料の単位量を決定する必要がある。

Claims (6)

1. 地山の空洞、裏込め等に充填されるシラスを用いた低強度モルタル充填材であって、
   セメント、無機質系粉末、シラス、水で構成され、骨材にはシラスのみを使用したことを特徴とするシラスを用いた低強度モルタル充填材。
2. 水ＷとセメントＣとの重量比Ｗ／Ｃが４．０以上であることを特徴とする請求項１に記載のシラスを用いた低強度モルタル充填材。
3. シラスが単位容積当り８００Ｋｇ／ｍ³以上含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載のシラスを用いた低強度モルタル充填材。
4. セメント、無機質系粉末、シラス、水を混練した際のモルタルフローが１８０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシラスを用いた低強度モルタル充填材。
5. シラスＳＨと、セメント及び無機質系粉末とを合わせた粉体Ｐとの重量比ＳＨ／Ｐが２．５以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシラスを用いた低強度モルタル充填材。
6. 無機質系粉末ＦＡと、セメント及び無機質系粉末とを合わせた粉体Ｐとの重量比ＦＡ／Ｐが０．７以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシラスを用いた低強度モルタル充填材。