JP6341698B2 - シール材 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘削機などに用いられるテールクリアランス充填用のシール材に関する。

シールド掘削機のテールシール構造には、特許文献１〜３に示すものなどがある。テールシール構造とセグメントとの間には、掘削時に隙間（テールクリアランス）が生じる。この隙間を介して地盤からの漏水や背後の外周部分に充填する裏込め材が漏洩することを防止するためにテールクリアランス充填用シール材（テールシール材）が用いられる。

シール材は、止水、裏込め材の漏洩防止、およびシールド掘削機の滑剤としての役割を担っている。
シールド掘削機に用いられるシール材には、水およびカルシウム石鹸と鉱油とポリプロピレン樹脂を含むもの（特許文献４、段落２１参照）や、グワガムあるいはその変性品、ローカストビーンガム、ガラクトマンノース重合体を主成分とする天然高分子などを含むもの（特許文献５、段落１５参照）などがある。また、繊維状充填剤として、ベントナイトやモンモリロナイトなどの鉱物系の繊維状物質を含むシール材（特許文献６、段落１９参照）も提案されている。

また、特許文献７には、水溶性の高分子系増粘剤としてカルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの水溶性のセルロースエーテル、天然ガムおよび人工ガムの中から選ばれる少なくとも１種を含有するシール材が記載されている。特許文献７に記載されたシール材は油分を主成分としていないため、火気による事故の危険が少なく、また、裏込め材に用いられるセメントミルクに混ざった場合にも、油分を主成分とするシール材に比べて、硬化性能に悪影響を及ぼす可能性が低い（段落３５参照）。

特開２００１−４０９９８号公報 特開２００１−３５５３９３号公報 特開２０１１−４２９３８号公報 特開平７−１０９８９３号公報 特許３２３５４２５号明細書 特開２００１−１１５７７７号公報 特許２９３８４１８号明細書

例えば特許文献４に記載されたシール材では、軟膏状を呈する基剤に油分が含まれているため、セメント系の裏込め材との接触によりセメントの硬化反応を阻害する可能性がある。また、ポリプロピレンなどの樹脂材料は、シール材の充填性や接着性を向上させる硬化を有するものの、硬いためにテールクリアランスに充填する際に抵抗が生じ、配管の目詰りが生じ易いなどの課題がある。
また、例えば特許文献５に記載されたシール材では、繊維状充填剤がないため止水性が低く、天然高分子とゲル化剤を用いる必要があるため、地盤条件によってはｐＨの違いによる粘性にばらつきが生じ、シール材としての性能にもばらつきが生じ易いという課題がある。

本発明の目的の１つは、セメントの硬化を妨げる成分を含まず、かつ、止水性および潤滑性を有するシール材を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るシール材は、水と、シール素材とを有し、前記シール素材は、水溶性のセルロース系増粘剤と、直径または厚さが０．１ミリメートル以上であり、かつ、長さが０．５ミリメートル以上の繊維状の充填剤と、酢酸ビニル系共重合体と、有機系の消泡剤とを含むことを特徴とする。

好ましくは、前記シール素材は、前記水１００重量部に対して、１０．０重量部以上１４．０重量部以下の添加量で添加されるとよい。

好ましくは、前記セルロース系増粘剤は、粉黛状であって水と混合することで水の粘性を上昇させる特性を有するとよい。

また、上述の態様において、前記充填剤は、直径または厚さが２ミリメートル以下であり、かつ、長さが３０ミリメートル以下であることが望ましい。

また、上述の態様において、前記消泡剤の含有率は、出来上がり量に対して少なくとも０．３％以上であることが望ましい。

また、上述の態様において、前記酢酸ビニル系共重合体の含有率は、出来上がり量に対して１％以上４％以下であることが望ましい。

本発明のシール材は、セメントの硬化を妨げる成分を含まず、かつ、止水性および潤滑性を有する。

本発明において、シール材は、水にシール素材を添加することで製造される。シール素材には、少なくとも水溶性のセルロース系増粘剤と、繊維状の充填剤と、酢酸ビニル系共重合体と、有機系の消泡剤とを含む。

セルロース系増粘剤は、メチルセルロース、カルボキシエチルセルロースなどを含む粉黛状の物質であり、試験ふるい２５０マイクロメートル（μｍ）、ＡＳＴＭメッシュＮｏ．６０に対し８０％から９０％が通過する。このセルロース系増粘剤は、水と混合することでその水の粘性を上昇させる特性を有する。このセルロース系増粘剤を含むことにより、水の粘性が上昇し、シール材はクリアランス空間内における追随性が向上する。

繊維状の充填剤は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ゴムや、アクリル樹脂などを含む粉末状繊維材である。この充填剤は、直径または厚さが０．１ミリメートル以上であり、かつ、長さが０．５ミリメートル以上の形状を有する。なお、充填剤は、直径または厚さが２ミリメートル以下であり、かつ、長さが３０ミリメートル以下であることが望ましい、これらを超える直径もしくは厚さ、または長さを有すると、充填剤が配管やポンプを詰まらせる可能性があるためである。この充填剤を含むことにより、シール材は、テールクリアランスの止水性が向上する。

酢酸ビニル系共重合体は、エチレン系、ポリエチレン系などがあり、セメントに対する皮膜剤として広く用いられ、硬化反応を妨げずにセメントスラリーの性状を良好にする効能を有するものである。この酢酸ビニル系共重合体は、適度な接着性とべたつきを持たせるためにセメントと予め混ぜ合わせる左官材材料としても活用されている。この酢酸ビニル系共重合体を含むことにより、シール材は、充填剤とシールド掘削機との摩擦抵抗を低く抑えつつ、適度な接着性を生じさせる。

消泡剤には、シリコン系やオイル系などがあるが、ここでは有機系の消泡剤が用いられる。この消泡剤を含むことにより、シール材は、充填剤と水とを混ぜ合わせるときやクリアランス内でシールド掘削機が移動したときなどに空気が混入することを防止し、混入した空気により止水性が低下することを抑制する。

水溶性のセルロース系増粘剤と、繊維状の充填剤と、酢酸ビニル系共重合体と、有機系の消泡剤とを含むシール素材を水に添加して得られるシール材は、セメントの硬化を妨げず、かつ、良好な止水性および潤滑性を有することが分かった。

（１）シール素材の添加量
（ａ）試料
増粘剤、充填剤、酢酸ビニル系共重合体、および消泡剤を表１に示す組成（重量百分率）で混合し、シール素材Ａ、シール素材Ｂ、およびシール素材Ｃをそれぞれ作成した。
増粘剤には、関東化学株式会社製のメチルセルロース（ＣＡＳ番号：９００４−６７−５）を用いた。
充填剤としては、セルロース系充填剤とアクリル系充填剤とを用いた。セルロース系充填剤には、セルロースを主成分とする古紙を長さ１ミリメートル程度の繊維状に作成したものを用いた。アクリル系充填剤には、長さ５ミリメートル程度のアクリル毛糸を用いた。
酢酸ビニル系共重合体には、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＣＡＳ番号：２４９３７−７８−８）の試薬品を用いた。
消泡剤は、関東化学株式会社製のポリエーテル系消泡剤（試薬品）を用いた。
なお、表１に示すように、シール素材Ａに用いた充填剤は、セルロース系充填剤のみを用いており、アクリル系充填剤を用いていない。また、シール素材Ｂには、セルロース系充填剤とアクリル系充填剤とを１：２の重量比で混合し、シール素材Ｃには、アクリル系充填剤のみを用いた。シール素材Ａは、試料１〜５，１６〜２１に、シール素材Ｂは試料６〜１５，２２〜２７に、シール素材Ｃは試料２８〜３３に、それぞれ用いた。

なお、表中の組成はシール素材における割合（重量百分率）である。

（ｂ）試験方法
ちょう度は、ＪＩＳのＫ２２２０：２０１３規格「グリース」に定める「ちょう度試験方法」により、表２に示すように水に対するシール素材Ａの添加量を調整した試料１〜５を測定した。
耐圧試験は、実際のシールド機の外周部にあるワイヤーブラシに、表３に示すように水に対するシール素材Ｂの添加量を調整した試料６〜１０をそれぞれ塗りこんで、試験水圧を１〜１０重量キログラム毎平方センチメートル（ｋｇｆ／ｃｍ^２）に変化させて、目視により漏れを確認することにより、行った。

試料は、試験の結果によりシール材として特に適しているものを「良」として、使用可能なものを「可」として評価した。シール材として特に適していると評価する条件は、ちょう度が２２０以上２９５未満であり（ＪＩＳ規格における２号または３号に相当）、耐圧試験において漏れが認められないこととした。

（ｃ）結果
表２は、シール素材としてシール素材Ａを用いた試料１〜５についての測定結果を示す表である。試料１はちょう度が２９５以上であり、試料５はちょう度が２２０未満であったため、それぞれ「可」と評価した。

表３は、シール素材としてシール素材Ｂを用いた試料６〜１０についての試験結果を示す表である。試料６，１０では漏れが認められたため、いずれも「可」と評価した。水１００重量部に対する添加量が１０重量部である試料７では、試験水圧が５重量キログラム毎平方センチメートルのときに、若干の漏れが認められ、水１００重量部に対する添加量が１４重量部である試料９では、試験水圧が１重量キログラム毎平方センチメートルのときに、若干の漏れが認められたが、いずれも使用に際して問題のない程度であったため、「良」と評価した。

（注）若干の漏れが認められる。

表２および表３の結果から、水１００重量部に対するシール素材の添加量は、１０．０重量部以上１４．０重量部以下が望ましいことがわかった。

（２）消泡剤の含有率
（ａ）試料
上述したシール素材Ｂのうち消泡剤の組成を調整して、出来上がり量に対する消泡剤の含有率を０．０，０．３，０．５，１．０，２．０％に変化させて試料１１〜１５を作成した。ここでシール素材Ｂのうち、消泡剤以外の成分の比率を変えず、かつ、水１００重量部に対するシール素材Ｂの添加量が１３重量部になるようにした。

（ｂ）試験方法
空隙率は、２００ｃｃの容器に充填した後の容積を測定することにより、算出した。
試料は、試験の結果によりシール材として特に適しているものを「良」として、使用可能なものを「可」として評価した。シール材として特に適していると評価する条件は、空隙率が２０％未満であることとした。

（ｃ）結果
表４は、試料１１〜１５についての空隙率の測定結果と、シール材としての評価を示す表である。消泡剤が全く含まれていない試料１１では、気泡が除去されず、空隙率が２０％以上に上昇したため、施工の際に十分な止水性能を確保できない可能性があり、「可」と評価された。

表４の結果から消泡剤の含有率は、出来上がり量に対して少なくとも０．３％以上であることが望ましいことがわかった。

（３）酢酸ビニル系共重合体の含有率
（ａ）試料
上述したシール素材Ａ，Ｂ，Ｃのうち酢酸ビニル系共重合体の組成を調整して、出来上がり量に対する酢酸ビニル系共重合体の含有率を０，１，２，３，４，５％に変化させて試料１６〜３３を作成した。ここでシール素材Ａ，Ｂ，Ｃのうち、酢酸ビニル系共重合体以外の成分の比率を変えず、かつ、水１００重量部に対するシール素材Ａ，Ｂ，Ｃの添加量が１３重量部になるようにした。

（ｂ）試験方法
摩擦係数は、重量方向における上下に配置した２枚の板の間に各試料を挟み、上側の板を水平に引っ張り、その上側の板が動き出すときの荷重を、荷重計を用いて測定し、測定された荷重を試料の重量で除算することにより算出した。
試料は、試験の結果によりシール材として特に適しているものを「良」として、使用可能なものを「可」として評価した。シール材として特に適していると評価する条件は、摩擦係数が０．２以下でなく、かつ、０．４以下であることとした。

（ｃ）結果
表５は、試料１６〜２１についての摩擦係数の測定結果と、シール材としての評価を示す表である。酢酸ビニル系共重合体が全く含まれていない試料１６，２２，２８では、摩擦係数が０．４を超えたため、シールド掘削機の掘削方向への移動に支障をきたす可能性があり、「可」と評価された。また、酢酸ビニル系共重合体の含有率が５％の試料２１，２７，３３では、摩擦係数が０．２以下となり、シールド掘削機と地盤との摩擦抵抗がなくなるため、止水性が大きく低下する可能性があり、「可」と評価された。シール素材Ａ，Ｂ，Ｃの違いによる実験結果の差は殆ど見られていない。

表５の結果から酢酸ビニル系共重合体の含有率は、出来上がり量に対して１％以上４％以下であることが望ましいことがわかった。

Claims (5)

1. 水と、
   シール素材と、を有し、
   前記シール素材は、
   水溶性のセルロース系増粘剤と、
   直径または厚さが０．１ミリメートル以上であり、かつ、長さが０．５ミリメートル以上の繊維状の充填剤と、
   酢酸ビニル系共重合体と、
   有機系の消泡剤と、を含み、
   前記水１００重量部に対して、１０．０重量部以上１４．０重量部以下の添加量で添加されることを特徴とするシール材。
2. 前記セルロース系増粘剤は、粉黛状であって水と混合することで水の粘性を上昇させる特性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のシール材。
3. 前記充填剤は、直径または厚さが２ミリメートル以下であり、かつ、長さが３０ミリメートル以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシール材。
4. 前記消泡剤の含有率は、出来上がり量に対して少なくとも０．３％以上である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシール材。
5. 前記酢酸ビニル系共重合体の含有率は、出来上がり量に対して１％以上４％以下である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシール材。