JP5862676B2 - 充填材及び地盤の補修方法 - Google Patents
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Description
特許文献1の技術は、従来技術より安価に軽量起泡充填材を得られるが、セメント量が1m3あたり100kg程度と量が多いため、コストが高騰するという問題があった。さらに、起泡剤、減水剤及び粘性剤といった多品種の薬品を混合させることは、室内実験レベルでは良い配合結果を示すが、現場施工ではばらつきが大きく、想定どおりの性能を発揮させるのは非常に難しいことから、薬品を多用するには高度な技術が必要となり、施工に手間がかかるという問題があった。
また、鉄鋼スラグ、セメント、水及びベントナイトに加えて、起泡剤を特定量含むことによって、上記気泡量の適正化を図った場合と同様の効果が得られることを見出した。
(1)鉄鋼スラグ100質量部に対し、セメント2〜10質量部、水30〜100質量部及びベントナイト3〜10質量部を含み、気泡量が10〜40体積%の範囲である充填材。
さらに、充填材の気泡量について適正化を図ることで、(D)充填材の強度調整及び圧送性の向上が可能となる。
本発明による第1の充填材は、鉄鋼スラグ100質量部に対し、セメント2〜10質量部、水30〜100質量部及びベントナイト3〜10質量部を含み、気泡量が10〜40体積%の範囲であることを特徴とする。
本発明による第2の充填材は、鉄鋼スラグ100質量部に対し、セメント2〜10質量部、水30〜100質量部、ベントナイト3〜10質量部、及び、起泡剤0.05〜2質量部を含むことを特徴とする。
前記鉄鋼スラグは、モルタルの細骨材等として用いられる材料である。本発明の充填材中に鉄鋼スラグを配合することで、本発明の充填材の低コスト化に寄与する。
前記セメントは、前記鉄鋼スラグ100質量部に対して、2〜10質量部混合され、好ましくは4〜7質量部混合される。前記セメントの量が2質量部未満の場合、セメントが少なすぎるため、十分な充填材の強度を得ることができず、一方、前記セメントの量が10質量部を超えると、セメントが多すぎるため、硬化速度が速くなることに加えて、製造コストの高騰を招くため、現場での使用が難しくなるからである。
前記水は、前記セメントとの水和反応のために用いられる。前記水は、前記鉄鋼スラグ100質量部に対して、30〜100質量部配合され、好ましくは50〜80質量部配合される。前記水の量が30質量部未満の場合、施工に必要な流動性を得ることが困難となり、一方、前記水の量が100質量部を超えると水が多くなるため、材料分離を引き起こすことや、充填材の強度が十分に得られないことがあるからである。
前記ベントナイトは、本発明の充填材を構成する材料の分離を抑制すること、及び、充填材の強度が大きくなりすぎることを抑制するために用いられる。前記ベントナイトは、前記鉄鋼スラグ100質量部に対して、3〜10質量部混合され、好ましくは4〜7質量部混合される。前記ベントナイトの量が3質量部未満の場合、十分に材料分離を抑制することができず、適度な充填材強度を得ることができない。一方、前記ベントナイトの量が10質量部を超えると、粘性が過剰となり流動性が悪くなることや、強度が発現しにくく制御できないことに加えて、材料費がかかるため製造コストが高騰するためである。
なお、本発明で用いられるベントナイトについては、市販のものを使用することができる。
本発明による第1の充填材は、気泡量が10〜40体積%の範囲、好ましくは10〜30体積%である。その理由としては、充填材中の気泡量を上記範囲とすることで、所望の強度を確保するとともに、圧送するためのパイプ内の摩擦抵抗も低減することができるため、小さな圧力で充填材を圧送することが可能となるからである。ここで、前記気泡量を10〜40体積%の範囲としたのは、気泡量が40体積%を超えると、単位体積重量が10kN/m3を下回ることが考えられ、水中での施工では充填材が浮いてしまい、使用することができず、一方、前記気泡量が10体積%を下回ると、フロー値が低下するため、圧送時の圧力も大きくなり、所望の圧送性が得られないからである。
図1からもわかるように、気泡量を10〜40体積%の範囲とすることで、所望のフロー値及び単位体積重量が得られることがわかる。
この起泡剤については、界面活性剤の一種で、気泡を発生し、前記鉄鋼スラグやセメント、水等と混合した際に、均質に分散し、材料の分離を抑制する効果を発揮する。前記起泡剤の含有量が0.05質量部未満の場合、充填材の強度が大きくなりすぎることがあり、一方、前記起泡剤の含有量が2質量部を超えると、充填材の単位体積重量が小さくなりすぎることがある。
また、前記起泡剤を用いた発泡については、公知の方法によって行うことができる。例えば、希釈水を用いて前記起泡剤を希釈し、圧縮空気を送り込むことで、所望の倍率に発泡させることができる。具体的には、発泡装置や、ハンドミキサーを用いた攪拌による発泡が挙げられる。
本発明による充填材は、低コストで製造できると共に、優れた流動性・圧送性及び適度な強度を有していることから、基礎下の空洞充填、裏込め注入、地盤強化等に用いることができる。
また、各材料の配合条件によって、モルタルの固結が早期に開始される場合には、遅延剤等をさらに配合することで、硬化時期を制御することも可能である。
そのため、床下充填などの場合は、強度の弱い充填材を適用するのが望ましい。強度は、0.05〜1.5N/mm2程度が望ましい。また、圧密が進行中の地盤では圧密促進をしてしまうおそれがあるので、単位体積重量もあまり大き過ぎないほうが望ましく、おおむね10〜20kN/m3程度が望ましい。
本発明による地盤の補修方法は、上述した本発明の充填材を用いることを特徴とする。本発明の充填材は、低コストで製造できると共に、優れた流動性・圧送性及び適度な強度を有するため、比較的低コストで、確実な地盤補修を可能とする。ここで、「地盤補修」とは、地上だけでなく、水中も含んだ全ての地盤の補修を意味する。
表1に示す配合で、充填材を作製した。
なお、配合した水砕スラグについては、粒径1mm通過量を50%以上、最大粒径9.5mmのものであり、図2に示す粒径加積曲線を有する。なお、高炉セメントは高炉B種を使用した。
(1)室内試験
また、各実施例及び比較例において作製された充填材の、フロー値、ブリージング率、強度(7日経過時、28日経過時)及び単位体積重量について測定を行い、測定結果を目標値とともに表2に示す。
なお、前記フロー値とは、長距離圧送(200m以上)が可能であり、隙間なく確実に充填できる流動性を示す値のことであり、旧日本道路公団規格JHS A313-1992「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して測定した。
ブリージング率とは、施工時の材料分離の度合を示す指標であり、土木学会規格JSCE F522-2007「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリージング率および膨張率試験方法(ポリエチレン袋方法)」に準拠して測定した。
強度とは、一軸圧縮強度であり、地盤の沈下に追従し杭に付着しないかどうかを見極める指標であり、日本工業規格JIS-A1216「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。
単位体積重量は、水中施工が可能かどうかを見極める指標であり、日本工業規格JIS-A1171「ポリマーセメントモルタルの試験方法」の単位容積重量試験に準拠して測定した。
さらに、表1のサンプルNo.1,2,8に示す配合の充填材を、図3に示すような実際の現場で用いることによって充填材の性能を評価した。具体的には、サンプルの充填材を200mの配管によって打設場所までポンプ圧送を行うことができたか、及び、水中施工時に分離することなく打設できたか否かの確認を行い,いずれの配合においても問題なく施工できたことを確認した。
なお、固定プラントから遠距離位置への移送には、アジテート車を使用することとなり、充填材の経時的な変化を調査する必要があるため、モルタルミキサーに充填材を投入し、回転させて2時間後のフロー値についても確認した。その結果、本発明例の各サンプルについては練りあがり直後の値とほぼ同等であり、プラントからの移送には練り返しをおこなえば施工性に問題ないことを確認した。
一方、比較例については、いずれかの項目で目標値を下回ることがあり、十分な性能を得られていないことがわかった。
Claims (4)
- 鉄鋼スラグ100質量部に対し、セメント2〜10質量部、水30〜100質量部及びベントナイト3〜10質量部を含み、
気泡量が10〜40体積%の範囲であり、
前記鉄鋼スラグは、水砕スラグ及び製鋼スラグからなり、該水砕スラグに対する該製鋼スラグの質量比が0.1〜1.5であることを特徴とする充填材。 - 鉄鋼スラグ100質量部に対し、セメント2〜10質量部、水30〜100質量部、ベントナイト3〜10質量部、及び、起泡剤0.05〜2質量部を含み、
前記鉄鋼スラグは、水砕スラグ及び製鋼スラグからなり、該水砕スラグに対する該製鋼スラグの質量比が0.1〜1.5であることを特徴とする充填材。 - 前記鉄鋼スラグは、粒径10mm以下とする請求項1又は2に記載の充填材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の充填材を用いる地盤の補修方法。
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