JP4955938B2

JP4955938B2 - 空隙充填材

Info

Publication number: JP4955938B2
Application number: JP2005160125A
Authority: JP
Inventors: 賢司山本; 克明入内島; 実盛岡; 仁司上林
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006335589A

Description

本発明は、土木・建築分野で使用する空隙充填材、鋳物ダストの有効利用方法に関するものである。トンネルと地山の間に生ずる空洞、空隙の裏込めや、シールドセグメント裏面の充填、また、廃坑、防空壕、砕石場跡地等の地下空洞の充填に用いる空隙充填材に関する。

トンネルの覆工において、施工時や施工後に、覆工コンクリート背面に空洞が発生する場合がある。
この空洞をそのまま放置すると、（1）空洞部への地山の崩落に伴い、地表面が沈下する、（2）地山崩落が激しい場合には、覆工コンクリートの変形や破壊、特に、トンネルの崩落が発生する、（3）空洞への地下水の流入により、覆工コンクリートが劣化する、（4）それに伴う劣化コンクリート片の走行車線への落下や、クラック部からの漏水により、冬季に走行車線が凍結するなどの課題があった。

近年、施工件数が増加しているトンネル補修工事の中に、覆工コンクリート背面の空洞に空隙充填材を充填し、トンネルの安定化を図る方法がある。

従来、空隙充填材として、通常、セメント−ベントナイトやセメント−石炭灰（フライアッシュ）が用いられてきた。これはそのままで用いられる場合もあるが、流動性が大きいために遠方まで不必要に逸流したり、湧水がある場合には空隙充填材が流出したり、希釈されて強度が低下したりすることもある。これらの課題を解決する目的で、高吸水性樹脂や水ガラスを添加して粘度を大きくする方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特開平10-237446号公報特開平11-61123号公報

一方、産業副産物のうち、有効利用されていないもののひとつとして鋳物ダストがある。鋳物ダストは、鋳物を鋳造する際に発生するダストである。鋳物ダストの利用法としては、セメントモルタルの混和材や泥水シールド工法の泥水用粘土、あるいはコンクリート原料として用いる提案がなされている（特許文献３、特許文献４）。
しかしながら、鋳物ダストは未だそのまま埋立廃棄処分されることが多く、その処分に多大な費用を要するため、さらなる利用方法の確立が望まれていた。

特開平8-206776号公報特開2003-300760号公報

本発明は、セメント−ベントナイトやセメント−石炭灰（フライアッシュ）より水中不分離性や強度発現性に優れ、産業副産物を有効利用できる空隙充填材を提供することを課題とする。

本発明者らは、種々検討を重ねた結果、鋳物ダストを空隙充填材に用いることにより、水中不分離性や強度発現性に優れ、産業副産物を有効利用できるなどの知見を得て、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用するものである。
（１）セメント、及び鋳物ダストを含有してなり、前記鋳物ダストのブレーン比表面積が2,000〜5,000cm ² /gであり、前記鋳物ダストが、セメント100質量部に対して、50〜500質量部であることを特徴とする空隙充填材である。
（２）さらに、珪酸ソーダを含有してなることを特徴とする前記（１）の空隙充填材である。

本発明の空隙充填材を用いることにより、水中不分離性や強度発現性に優れる空隙充填材が得られ、産業副産物である鋳物ダストを有効利用できる。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明でいう部は特に規定のない限り、質量基準である。

本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用可能であり、具体的には、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。

本発明で使用する鋳物ダストは、鋳物を鋳造する際に発生するダストである。鋳物の鋳造は、まず、珪砂にバインダーとしてベントナイトや石炭粉、澱粉、あるいは、樹脂や有機スルホン酸などを添加して攪拌し、鋳型を造型する。その後、鋳込み、型バラシを行い、各工程でダストが集塵される。主成分は砂の微粉分であり、バインダーが含まれる。発生箇所によりばらつきがあるが、化学成分として一般的にはSiO₂が70％以上であり、Al₂O₃や鋳物から混入するFe₂O₃、バインダーの燃焼によるCが含まれる。また、密度は2.2〜2.8g/cm³であり、ブレーン比表面積は2000〜5000cm²/g、平均粒径は35〜50μmである。

鋳物ダストの使用量は、セメント100部に対して50〜500部である。30部未満では粘度が上昇しない場合や、流動性が大きくなったり、水中不分離性が小さくなったりする場合があり、500部を超えると粘性が高くなりすぎ、空隙充填材の練混ぜが困難になる場合がある。

本発明の空隙充填材に、不必要な遠方への逸流や湧水による流出を防ぐため、高吸水性樹脂や水ガラスを添加することができる。また、砂や砂利などの骨材、減水剤、及び防凍剤などを併用することも可能である。

本発明でセメントと混合する水の量は特に限定されるものではないが、セメント100部に対して、100〜300部が好ましく、150〜200部がより好ましい。100部未満では空隙充填材の練混ぜが困難になる場合があり、300部を超えると流動性が大きくなり、水中不分離性が小さくなる場合がある。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

セメント100部に対して、表１に示す量の鋳物ダスト、水、及び水ガラスをミキサーで練混ぜて空隙充填材を調製し、フロー、水中不分離性、及び圧縮強度を測定した。また、比較として鋳物ダストの代わりにベントナイト、又はフライアッシュを用いた。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
鋳物ダスト：鋳造工場発生品、SiO₂ 74.6％、Al₂O₃ 7.4％、Fe₂O₃ 8.2％、C 5.4％、密度2.5g/cm³、ブレーン比表面積2900cm²/g、平均粒径42μm
水ガラス：JIS 3号珪酸ソーダ、市販品
ベントナイト：市販品
フライアッシュ：石炭火力発電所産、JIS II種適合品

＜測定方法＞
フロー：内径80mm×高さ80mmのシリンダーに練混ぜ後の注入材を入れ、シリンダーを引き抜いた後の広がりを2分後に測定
水中不分離性：土木学会の水中不分離コンクリート設計施工指針付属書の水中分離度試験に準じて実施、水の濁りが全くない場合を優、水の濁りがわずかにある場合を良、水の濁りはあるが、実用可能の場合を可、材料が分離し、水の濁りが大の場合を不可とした。
圧縮強度：JIS R 5201に準じて測定

表１より、セメント、及び鋳物ダストを含有してなる実験No.1-2〜1-11の実施例のセメント組成物は、フロー値が低く、急激な粘度上昇を示し、水中不分離性であり、圧縮強度が高く、強度発現性に優れていることが分かる。
特に、鋳物ダストの含有量が、セメント100部に対して、50〜300部（実験No.1-3〜1-5，1-8〜1-10）の場合に、優れた効果を奏することが確認された。
これに対して、鋳物ダストを含有しない実験No.1-1の比較例のセメント組成物は、フロー値が高く、水中で分離してしまい、圧縮強度も低いものであった。
また、鋳物ダストを含有してなるセメント組成物は、ベントナイト（実験No.1-12、1-13）やフライアッシュ（実験No.1-14、1-15）を含有してなる比較例のセメント組成物と比較して、同じ含有量（実験No.1-4、1-9）の場合に、フロー値、水中不分離性、圧縮強度が共に改善されていることが分かる。

Claims

セメント、及び鋳物ダストを含有してなり、前記鋳物ダストのブレーン比表面積が2,000〜5,000cm ² /gであり、前記鋳物ダストが、セメント100質量部に対して、50〜500質量部であることを特徴とする空隙充填材。
さらに、珪酸ソーダを含有してなることを特徴とする請求項１に記載の空隙充填材。