JP6353699B2 - 可塑性注入材およびその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、土木分野で使用される可塑性注入材およびその可塑性注入材用の包装袋に関する。

空洞充填部に地下水や流水がある場合、注入材が地下水や流水に希釈されるのを防止するため、注入材にゲル状の凝集体としての性状が求められることがある。また、充填部を限定的に区間注入する場合、通常のセメントミルク系注入材では周辺への逸脱問題が発生し、限定注入ができない等の問題がある。このように、ゲル化した凝集体の状態となり、地下水や流水に希釈されることなく、その形状付与性により、周囲への逸脱が生じ難い性状となることを『可塑性』と言う。これまでにセメントとベントナイトを組み合わせることで可塑性を付与した注入材が提案されている（特許文献１、２、３）。

セメントとベントナイトの配合比率は可塑性状に大きく影響するため、あらかじめプレブレンドしておくことが望ましいが、セメントとベントナイトをあらかじめ混合した場合には、可塑性に時間を要したり、可塑しない場合があった。また、セメントとベントナイトの投入順序によっても可塑性状が変化し、品質が安定せず、施工上トラブルとなる場合があった。

また、セメントと水のように、一方の固結剤と他方の固結剤が混ぜ合わさることで固結する前記各々の固結剤を分離状態で収容する固結剤収容容器が提案されている（特許文献４、５、６、７）。

特許３３７８５０１号公報 特開平１１−３１０７７９号公報 特開２００１−３０３０５２号公報 特開２０１３−０６７４２９号公報 特開２００６−３１５６９４号公報 実開昭５９−７８２４１号公報 特開２０１１−２５９４４号公報

本発明者は、貯蔵性に優れ、品質の安定した可塑性注入材を提供する。

本発明は、防水性を有する層により形成された気室を２個有する包装袋にセメントとベントナイトが充填された可塑性注入材であって、
前記包装袋が、（１）袋の前側と後ろ側を構成する対向する一対の平面部と、（２）前記一対の平面部の間に当該平面部と略平行に配置され、且つ、その下端部が前記平面部の端部に位置し、包装袋内の気室間を仕切る、１つの仕切り部とを有し、
前記気室の１個にセメントを充填し、前記気室のもう１個にベントナイトを充填してなり、
前記セメントとベントナイトの合計１００質量部中、セメントが５０〜８０質量部である可塑性注入材に関する。

また、本発明は、上記構成の可塑性注入材を用いてセメントとベントナイトを同時に水に投入して練り混ぜる可塑性注入材の使用方法であって、
前記水の量が、前記セメントとベントナイトの合計１００質量部に対して１５０〜３５０質量部であることを特徴とする可塑性注入材の使用方法に関する。

本発明のセメント混和材により、貯蔵安定性に優れ、安定した可塑性状を有する可塑性注入材を得られる。

本発明の可塑性注入材用包装袋と可塑性注入材の説明図である。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。また、本発明のセメント硬化体とは、セメントペースト、セメントモルタル、およびセメントコンクリートの硬化体を総称するものである。

図１は、本発明の可塑性注入材とその注入材用の包装袋の基本的な構成を示している。

本発明は、防水性を有する層により形成された気室を２個有する包装袋である。本発明は、（１）袋の前側と後ろ側を構成する対向する一対の平面部と、（２）前記一対の平面部の間に当該平面部と略平行に配置され、且つ、その下端部が前記平面部の端部に位置し、包装袋内の気室間を仕切る、１つの仕切り部とを有し、前記気室の１個にセメントを充填し、前記気室のもう１個にベントナイトを充填する可塑性注入材用包装袋である。上端部は前記平面部の端部、即ち、下端部と対向する端部に位置することが好ましい。

本発明の可塑性注入材は、包装袋１の一方の気室（小室）２にセメント、もう一方の気室３にベントナイトを充填して調製される。図１の（ｂ），（ｃ）に示すように、両方の気室は隣り合わせに配置されており、一回の開封作業によって両方の気室が開封され、すべての気室内の材料を同時に排出できることを特徴とする。本発明の可塑性注入材を開封し、あらかじめ撹拌装置内に計量した所定量の水に、投入して、可塑性を有する注入材を提供することを特徴とするものである。セメントとベントナイトの投入順序が逆になると可塑性が変化するので、安定した注入材を提供するには、セメントとベントナイトを同時に投入することが重要となる。

包装袋１の大きさは作業上不都合がなければ特に制限はないが、効率的で作業性などから包装袋の大きさは、構成される全ての気室内の材料の合計重量が２０〜３０ｋｇ程度となる大きさが作業効率的に良く好ましい。あまり重く大きすぎれば作業員が疲れやすく作業効率が悪くなる。また、袋の材質は使用後の廃棄処理を考えると安全に処理できるものが望ましい。可塑性のプラスチックが良く、成分的には燃焼処理で有害成分の出にくいポリエチレン系が好ましい。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカ、または石灰石微粉などを混合した各種混合セメント、ならびに、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る。これらの中では、可塑性、練り混ぜ性および強度発現性の点で、普通ポルトランドセメント又は早強ポルトランドセメントが好ましい。

本発明に用いるベントナイトの品位について特に制限はないが、膨潤力１５以上のベントナイトが好ましい。なお、ここでいう膨潤力とは日本ベントナイト工業会試験法（ＪＢＡＳ−１０４）により求められるもので、蒸留水もしくは純水の中にベントナイトを徐々に落としたときの水中で占める見掛け容積で表示される。即ち、純水又は蒸留水１００ｍｌ（ミリリットル）中にベントナイト試料２ｇを落とし、落下後２４時間放置して容器内の堆積した試料の見掛け容積を読み取るものである。従って、膨潤力の単位はｍｌ（ミリリットル）／２ｇとなる。膨潤力１５未満であると、ベントナイトの添加量を増加させる必要があり、また材料分離が生じやすくなるので好ましくない。水分量は１０．０％以下のベントナイトが好ましい。１０．０％を超えると、可塑性に時間を要するため好ましくない。

本発明の可塑性注入材におけるセメントとベントナイトの配合割合は、セメントとベントナイトの合計１００部中、セメントが５０〜８０部が好ましく、６０〜７０部がより好ましい。前記範囲外では、可塑性と強度発現性を両立することが難しい場合がある。

また、練り混ぜに要する水の量は、セメントとベントナイトの合計１００部に対して１５０〜３５０部が好ましく、２００〜３００部が好ましい。前記範囲外では、可塑性と強度発現性を両立することが難しい場合がある。なお、減水剤等を用いることにより、水量を減らすことも可能となる。

本発明に係る包装袋は、図１に示すような二気室のものが基本構成であるが、混練水が現場で入手しにくい場所や、使用量が比較的少ない現場、作業時間が短く計量作業を省きたい現場などには、混練水を充填する第三の気室を設けることも有効である。

調製された可塑性注入材のフロー値は、ＮＥＸＣＯ規格試験法であるシリンダー法で８０（自立）〜１５０ｍｍが好ましく、８０〜１３０ｍｍがより好ましい。８０〜１３０ｍｍは可塑性注入材として最適であるうえ、水中打設又は流水のある場所でも材料分離が少なく利用可能である。１５０ｍｍを超えるものは通常のエアモルタル、エアミルクの流動性の性状に近く、限定注入等には適さない。

本発明では減水剤を併用できる。減水剤はセメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性改善や強度増進するものの総称であり、具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、メラミンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、およびポリカルボン酸系減水剤などが挙げられるが、特には限定されるものではない。これらの中では、効果が大きい点で、リグニンスルホン酸系減水剤が好ましい。

本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明で使用する練り混ぜ水量は、特に限定されるものではないが、通常、水／セメント組成物比で２５〜７０％が好ましく、３０〜５０％がより好ましい。これらの範囲外では施工性が大きく低下したり、強度が低下する場合がある。

以下に実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。

「実験例１」
下記の普通セメント１７．５ｋｇとベントナイト７．５ｋｇを計量し、セメントとベントナイトの配合割合は、セメントとベントナイトの合計１００部中、セメントを７０部とした。これらを図１に示す態様の二気室分離袋（ポリエチレン製；横６０ｃｍ×縦８０ｃｍ）に充填し、熱シールして一体化した製品（実験Ｎｏ．１−１）を製造した。これとは別に、セメントとベントナイトを混合してから一気室の袋に充填した製品（実験Ｎｏ．１−２）、セメントとベントナイトを別々に計量した製品を練り混ぜ直前に製造（実験Ｎｏ．１−３）して、以下の品質確認を行った。

セメントとベントナイトの合計１００部に対して２５０部の水をペール缶に計量し、ハンドミキサーを用いて１分間練り混ぜを行い、フロー値、懸濁物質量、ブリーディング率、圧縮強度を測定した。なお、品質確認は３回行い、可塑性注入材としての品質のばらつきを評価した。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン３２００ｃｍ²／ｇ、密度３．１５ｇ／ｃｍ³
ベントナイト：ホージュン社製榛名ベントナイト、５μｍ湿式残渣が５％以下、水分５．０％（膨潤力１８）

＜測定方法＞
フロー値：ＮＥＸＣＯ規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法（ＪＨＳＡ ３１３−１９９２）」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠内径８ｃｍ高さ８ｃｍのシリンダーに試料を入れ、引き抜き後の試料の底面の直径を測定。
ブリーディング率：土木学会法（Φ５ｃｍチュ−ブ法）による。
懸濁物質量：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した。
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じた（４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ供試体を使用）。

表１より、本発明の二気室分離袋に充填して一体化することによって、水と混合した後のフロー値が小さく、可塑性に優れ、ブリーディングの少ない可塑性グラウト材を安定して提供できることが分かる。実験Ｎｏ．１−２のようにセメントとベントナイトをプレブレンドした場合や、実験Ｎｏ．１−３のように別々に水へ投入した場合には、フロー値が大きく、可塑性が不十分であり、ブリーディングも多くなるため好ましくない。

「実験例２」
セメントとベントナイトの配合比率を表２に示すように変化させたこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。実験Ｎｏ．１−１のフロー値、懸濁物質量、ブリーディング率、圧縮強度は、最大値を採用した。

セメントとベントナイトの配合割合が所定の範囲内にあると、フロー値が小さく、可塑性に優れ、ブリーディングの少ない可塑性グラウト材を安定して提供できることが分かる。

「実験例３」
セメントとベントナイトを計量し、二気室分離袋に充填して一体化した製品、混合してから一気室の袋に充填した製品を２０℃，湿度６０％室内で保管し、保管開始から７日、２８日後に、実験例１と同様の実験を行った。結果を表３に示す。

実験Ｎｏ．１−１、４−１、４−３と実験Ｎｏ．１−２、４−２、４−４の結果から、本発明品はいずれの特性も経時劣化がなく、高品質を維持できることが分かる。

本発明の可塑性注入材を用いることにより、可塑化時間や可塑性状の安定した可塑性注入材を提供することが可能となる。

Claims (3)

1. 防水性を有する層により形成された気室を２個有する包装袋にセメントとベントナイトが充填された可塑性注入材であって、
   前記包装袋が、（１）袋の前側と後ろ側を構成する対向する一対の平面部と、（２）前記一対の平面部の間に当該平面部と略平行に配置され、且つ、その下端部が前記平面部の端部に位置し、包装袋内の気室間を仕切る、１つの仕切り部とを有し、
   前記気室の１個にセメントを充填し、前記気室のもう１個にベントナイトを充填してなり、
   前記セメントとベントナイトの合計１００質量部中、セメントが５０〜８０質量部である可塑性注入材。
2. 前記セメントがポルトランドセメントである請求項１に記載の可塑性注入材。
3. 請求項１または２に記載の可塑性注入材を用いてセメントとベントナイトを同時に水に投入して練り混ぜる可塑性注入材の使用方法であって、
   前記水の量が、前記セメントとベントナイトの合計１００質量部に対して１５０〜３５０質量部であることを特徴とする可塑性注入材の使用方法。

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