JP5641396B2

JP5641396B2 - 軽量注入材および軽量注入材の注入工法

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Publication number: JP5641396B2
Application number: JP2010076997A
Authority: JP
Inventors: 川上　明大; 明大川上; 賢司宮脇
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011208005A

Description

本発明は、土木構造物の空洞充填、裏込め、軽量盛土および埋立て等に利用できる軽量注入材、及び該軽量注入材を注入する注入工法に関する。

従来、土木構造物の空洞充填、裏込め、軽量盛土および埋立て等に用いる軽量注入材としては、エアモルタルやエアミルクなどが知られている。エアモルタルは、セメント、水および砂等の細骨材が混合され、さらに起泡剤が混合されたことによって気泡を含有した状態となったものである。また同様に、エアミルクは、セメントおよび水が混合され、さらに起泡剤が混合されたことによって気泡を含有した状態となったものである。該気泡は、モルタルやミルクの調製の際、すなわちモルタルミキサ等に起泡剤が同時添加されるか、或いは起泡剤や水等を用いて調製された気泡体がモルタルやミルクとは別系統で搬送された後、打設箇所の直前でスタティックミキサにてモルタルやミキサと混合されるようにして用いられている。

ところで、このエアモルタルやエアミルクを用いた注入工法においては、プラントのトラブルなどの種々の理由によって長時間、注入材の圧送を停止せざるを得ない場合があり、そのような場合には、セメントの水和反応によってミキサーや圧送用のパイプ、ホース内が閉塞してしまうという問題がある。このような閉塞を除去することは極めて煩雑であるうえ、固化したセメントを廃棄したり、洗浄に用いた水の排水処理を行わねばならなくなる、といった問題を生じることにもなる。

斯かる点に鑑み、特許文献１には、セメント１００重量部に対して０．２〜１．０重量部の遅延剤を添加してエアモルタル又はエアミルクを調製するとともに、打設の直前に該遅延剤の２倍〜２０倍重量部の刺激剤を添加するという方法が開示されている。
斯かる方法によれば、遅延剤の添加量が過剰であるためにミキサーやパイプ内でエアモルタル又はエアミルクが硬化することが防止され、良好な流動性を保ったまま施工場所まで運ぶことが可能となるとともに、施工場所では刺激剤の添加によってエアモルタル又はエアミルクを硬化させることができる、という効果が発揮される。

しかしながら、上記特許文献１記載の方法では、施工現場に打設したエアモルタルやエアミルクとをすみやかに硬化させる必要があるところ、刺激剤として用いられる消石灰は水への溶解度が小さく、エアモルタルやエアミルクとの均一な混合に時間を要するという問題がある。また、該消石灰は、カルシウムイオンが主成分となっているため、硬度が高く、気泡の安定性に悪影響を及ぼすおそれがある。
また、刺激剤となりうる水酸化ナトリウムは劇物であるため、実際の打設現場にて使用することは難しいという問題がある。

また、特許文献２には、二種類の材料を別々に圧送し、注入直前に両者を混ぜ合わせた後に注入するという、いわゆる二液性の注入材であって、気泡と潜在水硬性材料とを含むＡ液と、該潜在水硬性材料を硬化させるための刺激剤を含むＢ液とから構成されたものが開示されている。即ち、該特許文献２に記載の注入材によれば、潜在水硬性材料は刺激剤と混合されて始めて水と反応して硬化するため、工事現場における諸事情により注入材の圧送を長期間停止した場合であっても、刺激剤と混合されていないミキサーやパイプ内では該注入材（Ａ液）が硬化することが防止されるという効果が発揮される。

特開２００５−２７１２８０号公報特開２００５−２８１５８６号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の方法によれば、注入材の圧送を長時間中断した際の注入材の硬化による問題は解消されたが、該注入材に含まれる気泡の状態が安定して維持されないことがあり、注入された軽量注入材の単位容積質量が、設計された単位容積質量から大きく逸脱する場合があった。また、単位容積質量が大幅に変動するような際には、パイプ内に残存する注入材を廃棄せざるを得ない場合もあった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプ等による長距離圧送性に優れた流動性を長時間にわたって維持することができ、また、注入材の圧送を長時間停止せざるを得ない場合でもミキサーやパイプ内での閉塞を防止することができ、しかも、気泡を安定した状態に保って軽量注入材の単位容積質量が変動することを抑制しうるような軽量注入材、および該軽量注入材を用いた注入工法を提供することを目的とする。

上記のような課題に鑑み、本発明に係る軽量注入材は、別々に圧送され、注入前に混合される二種類の材料から構成された軽量注入材であって、該二種類の材料が、潜在水硬性材料および水を含有するＡ液と、該潜在水硬性材料に水硬性を生じさせるための刺激剤および気泡を含有するＢ液とから構成され、該Ｂ液は、水１００重量部に対してアルカリ剤を１０〜３０重量％含むことを特徴とする。
前記刺激剤は、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、水酸化カルシウム、セメント、石灰からなる群より選ばれた１種であり、前記アルカリ剤は、アルカリ炭酸塩である。

また、本発明に係る軽量注入材の注入工法は、二種類の材料を別々に圧送し、混合した後に注入する軽量注入材の注入工法であって、該二種類の材料として、潜在水硬性材料および水を含有するＡ液と、該潜在水硬性材料に水硬性を生じさせるための刺激剤および気泡を含有するＢ液とを用い、該Ｂ液として、水１００重量部に対してアルカリ剤を１０〜３０重量％含むものを用いることを特徴とする。
前記刺激剤は、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、水酸化カルシウム、セメント、石灰からなる群より選ばれた１種であり、前記アルカリ剤は、アルカリ炭酸塩である。

本発明に係る軽量注入材及び軽量注入材の注入工法によれば、潜在水硬性材料および水を含有するＡ液と、該潜在水硬性材料に水硬性を生じさせるための刺激剤および気泡を含有するＢ液とから構成された二種類の材料を用いることにより、該Ａ液とＢ液とを混合する前には硬化を防止することができる。

また、本発明では、気泡を、潜在水硬性材料を含むＡ液側に混合するのではなく、刺激剤と所定量のアルカリ剤とを含むＢ液側に混合するようにしたことにより、単位容積質量の変動が抑制された軽量注入材、および該軽量注入材の注入工法を提供することが可能となる。

本発明に係る軽量注入材の注入工法の一実施形態を示した工程図。

本発明に係る軽量注入材は、硬化成分である潜在水硬性材料を含むＡ液と、該潜在水硬性材料を硬化させるための刺激剤および気泡を含むＢ液とが別々に調製され、注入場所まで別々のパイプ等で圧送され、注入直前において該Ａ液とＢ液とが混合された後、注入箇所へ注入するようにして用いられる、いわゆる二液性の注入材である。また、本発明に係る軽量注入材は、気泡が含まれていることによって注入部位から周辺への逸脱が防止されるとともに、該気泡を含んだ状態で固化することによって強度と軽量性とを併せもつ、いわゆる軽量注入材である。

該Ａ液は、硬化材である潜在水硬性材料と水とを含み、さらに、任意成分として、砂等の骨材や、分離防止剤等を含むものである。

潜在水硬性材料としては、高炉スラグなどのスラグ粉末や、ポゾラン粉末から選ばれた１種以上からなるものを用いることができる。ポゾラン粉末は、天然ポゾランとして、火山灰、ケイ酸白土、珪藻土、ベントナイト、カオリン等の粘土類、並びに人工ポゾランとして、か焼カオリンなどのか熱粘土類、フライアッシュ（石灰灰）、シリカフューム等から選ぶことができる。
スラグ粉末およびポゾラン粉末は、それ自体は水硬性を有しないが、水の存在下において刺激剤を加えることで水硬性を発揮して硬化するものである。

骨材としては、粒径２．５ｍｍ以下の天然砂や砕砂等を好適に用いることができ、潜在水硬性材料１００重量部に対して０〜３００重量部の範囲で配合することが好ましく、同じく０〜２００重量部の範囲で配合することがより好ましい。

分離防止剤としては、ベントナイト、モンモリロナイト、バイデライト、へクトライト、サポナイト、スチブンサイト、ソーコナイト、ノントロナイト等のスメクタイト系粘土、バーミキュライト、ハロイサイト、膨潤性マイカなどの天然粘土、及び合成粘土、並びにこれらの混合物からなる群より選択される１種又は２種以上を用いることができる。該分離防止剤を添加することにより、材料分離やブリーディングを抑制し且つ気泡の安定化を図ることができる。

該分離防止剤の配合量については、特に限定されるものではないが、材料分離を抑制して気泡の安定性を図るという観点から、潜在水硬性材料１００重量部に対して０〜５重量部とすることが好ましく、０〜３重量部とすることがより好ましい。

一方、Ｂ液は、前記潜在水硬性材料を硬化させる刺激剤と、気泡とを含むものである。
潜在水硬性材料が高炉スラグである場合には、該刺激剤として、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム等の電解質物質、セメント、石灰等からなる群より選ばれた１種以上を用いることができる。また、潜在水硬性材料がポゾラン粉末である場合には、該刺激剤として、水酸化カルシウムを用いることができる。

また、これらの刺激剤に加え、該Ｂ液には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ成分を添加しておくことが好ましく、該アルカリ成分を添加することにより、該Ｂ液において気泡を生成させる際、硬度の高い水でも気泡を安定化させうるという効果がある。

気泡を生成させる成分としては、界面活性剤系、タンパク質系、又は樹脂石鹸系等の各種起泡剤や、金属粉末や過酸化物等の発泡剤を用いることができ、該気泡に含まれる気体（ガス成分）については特に限定されるものではない。

該気泡の含有割合については特に限定されるものではないが、骨材を含まない場合、Ａ液とＢ液とが混合された軽量注入材の単位容積質量が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ³となるように調整されることが好ましく、０．６〜０．７ｇ／ｃｍ³となるように調整されることがより好ましい。
また、該気泡の含有割合は、骨材を含む場合、Ａ液とＢ液とが混合された軽量注入材の単位容積質量が０．８〜１．１ｇ／ｃｍ³となるように調整されることが好ましく、０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³となるように調整されることがより好ましい。
気泡の含有割合が上記のような範囲である場合には、強度と軽量性とを兼ね備えた軽量注入材になるという効果がある。

また、該Ｂ液には、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどのアルカリ炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどに例示されるアルカリ剤を添加する。これらのアルカリ剤をＢ液に添加しておくことにより、硬度の高い水を用いた際にも気泡の安定化を図ることが可能となる。

該アルカリ剤の添加量は、該Ｂ液を構成する水、即ち、刺激剤を希釈すべく用いられる希釈水に対して、１０〜３０重量％とし、好ましくは１０〜２０重量％とする。

次に、図１に示した工程図を参照しつつ、本発明に係る軽量注入材の一実施形態の注入工法について説明する。図１に示すように、先ず、Ａ液およびＢ液を、上記のような配合に基づいてそれぞれ調製する。具体的には、Ａ液については、セメントミキサ等の撹拌器を用いて潜在水硬性材料および必要に応じて添加する骨材を混合した後、さらに、水および必要に応じて添加する分離防止剤を混合し、流動性の良好なＡ液を調製する。

一方、Ｂ液については、刺激剤を水に溶解させて刺激剤希釈液を調製し、該刺激剤希釈液にアルカリ剤を添加混合する。さらに、起泡剤を添加混合した後、得られた混合材料を発泡ガンに通すことによって発泡させ、液中に細かい気泡を生じさせることによってシェービングクリームのようなクリーム状のＢ液を調製する。

このようにして調製したＡ液およびＢ液を、それぞれ別々のパイプによって圧送し、注入場所まで送る。該注入場所には該Ａ液とＢ液とを混合するための混合機を設置しておき、圧送されたＡ液およびＢ液を該混合機へと供給し、両者を混合することで所定の配合および単位容積質量の軽量注入材を調製する。このようにして調製された軽量注入材は、所定の注入箇所へと注入することができる。

本発明に係る軽量注入材によれば、Ａ液及びＢ液を上記のような配合として圧送することにより、例えば長時間にわたって該Ａ液及びＢ液の圧送を中断したような場合であっても圧送中のＡ液およびＢ液の単位容積質量が維持されやすいという効果がある。つまり、本発明によれば、工事を長時間にわたって中断した後、再び圧送を開始した場合であっても、注入される軽量注入材の単位容積質量が設計値から大幅に逸脱することを防止しうるという効果がある。

単位容積質量の評価
（Ａ液およびＢ液の調製）
下記表１および表２に示す配合に基づき、軽量注入材を構成するＡ液およびＢ液をそれぞれ作製した。尚、骨材を含有する軽量注入材の設計単位容積質量は０．６４２ｇ／ｃｍ³であり、骨材を含有しない軽量注入材の設計単位容積質量は０．９２２ｇ／ｃｍ³である。また、使用した材料は以下の通りである。

・潜在水硬性材料：高炉水砕スラグ（住金鉱化社製、商品名「スミットメント（石膏未添加品）」、ブレーン比表面積４０００ｃｍ²／ｇ）
・骨材：乾燥硅砂４号
・水：上水道水
・分離防止剤：ベントナイト（ホウジュン社製、商品名「スーパークレイ」）
・起泡剤：界面活性剤系起泡剤（住友大阪セメント社製、商品名「スミシールドＡＳ−１」）
・刺激剤：硫酸ナトリウム（試薬）
・アルカリ剤：炭酸ナトリウム（試薬）

調製した実施例及び比較例のＡ液およびＢ液について、これらを調製した直後、および、調製してから１日経過後に、単位容積質量を測定した。また、Ａ液およびＢ液を調製した直後に混合した軽量注入材、およびＡ液およびＢ液を調製して１日経過後に混合した軽量注入材についても、単位容積質量を測定した。結果を表３に示す。

表３より明らかなように、比較例１及び２の注入材ではＡ液の単位容積質量が、液の調製から１日経過することによって大きく変動しているのに対し、本発明に係る実施例１及び２の注入材ではＡ液の単位容積質量が液の調製から１日経過しても殆ど変化していないことが認められる。このことから、本発明によれば、注入材の圧送を長時間中断したような場合であっても、設計どおりの単位容積質量を有する軽量注入材を注入し得ることがわかる。

刺激剤およびアルカリ剤の評価
（Ａ液およびＢ液の調製）
Ｂ１、Ｂ２の配合のＢ液に代えて、下記表４に示すＢ５〜Ｂ１４の配合のものを用いたことを除き、他は実施例１又は実施例２と同様にしてＡ液およびＢ液をそれぞれ作製した。
作製したＡ液およびＢ液を一日放置した後これらを混合して軽量注入材を作製し、その単位容積質量を測定するとともに、該軽量注入材を打設して強度試験用の供試体を作製し、１日、７日および２８日経過後の圧縮強度を測定した。結果を下記表５に示す。
尚、新たに使用した材料を以下に示す。

・刺激剤：水酸化カルシウム（試薬）
・アルカリ剤：炭酸カリウム（試薬）

表５に示した結果によれば、Ｂ１０〜Ｂ１３の配合のＢ液を使用した比較例３〜６および比較例８〜比較例１０の軽量注入材では、注入材の単位容積質量が設計値である０．６４２ｇ／ｃｍ³（骨材なし）や０．９２２ｇ／ｃｍ³（骨材あり）よりも大幅に増大しており、気泡が安定して保持されなかったことが認められる。
また、Ｂ１４の配合のＢ液を使用した比較例７及び比較例１２の軽量注入材では、注入材の単位容積質量がほぼ設計値どおりとなっており、刺激剤を含まない場合には潜在水硬性材料が硬化しないものの、気泡の安定性に悪影響を及ぼさないことが認められる。

これに対し、Ｂ５〜Ｂ９の配合のＢ液を使用した実施例３〜７および実施例８〜１２の軽量注入材では、２８日経過後の圧縮強度が１．０［N/mm²］以上となるような比較的良好な強度発現性を有しつつ、しかも、１日放置した後にＡ液とＢ液とを混合した軽量注入材の単位容積質量が、設計値である０．６４２ｇ／ｃｍ³（骨材なし）や０．９２２ｇ／ｃｍ³（骨材あり）から大幅に逸脱しておらず、刺激剤を含んでいても気泡が安定して保持されたことが認められる。

Claims

別々に圧送され、注入前に混合される二種類の材料から構成された軽量注入材であって、該二種類の材料が、潜在水硬性材料および水を含有するＡ液と、該潜在水硬性材料に水硬性を生じさせるための刺激剤および気泡を含有するＢ液とから構成され、該Ｂ液は、水１００重量部に対してアルカリ剤を１０〜３０重量％含み、
前記刺激剤は、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、水酸化カルシウム、セメント及び石灰からなる群より選ばれた１種以上であり、
前記アルカリ剤は、アルカリ炭酸塩であることを特徴とする軽量注入材。
前記潜在水硬性材料が、高炉スラグ微粉末であり、前記刺激剤が水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム及び水酸化カルシウムからなる群より選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１記載の軽量注入材。
前記Ａ液が、骨材を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の軽量注入材。
二種類の材料を別々に圧送し、混合した後に注入する軽量注入材の注入工法であって、該二種類の材料として、潜在水硬性材料および水を含有するＡ液と、該潜在水硬性材料に水硬性を生じさせるための刺激剤および気泡を含有するＢ液とを用い、該Ｂ液として、水１００重量部に対してアルカリ剤を１０〜３０重量％含むものを用い、
前記刺激剤は、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、水酸化カルシウム、セメント、石灰からなる群より選ばれた１種以上であり、
前記アルカリ剤は、アルカリ炭酸塩であることを特徴とする軽量注入材の注入工法。