JPH08100177A - 埋戻し等に用いる土木建築用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンクリート廃材等の産業廃棄物の有効利用
を図った土木建築用組成物であって、ポンプ圧送可能な
組成物を提供することである。 【構成】 コンクリート廃材塊を破砕した再生骨材、高
炉スラグ微粉末材等でなる粉体結合材、高性能減水剤又
は標準型減水剤及び気泡発生剤を含み、これらを水で混
練させることにより、気泡を粉体間に割り込ませ、保水
能力を向上させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、土木建築の分野にお
いて、埋戻し、盛土、裏込め等に用いられる組成物に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、埋戻し、盛土、裏込め等に用いら
れる組成物としては、次のようなものがあった。

【０００３】 砂、土砂の混合物又はこれに必要に応
じて土質改良材を混合した組成物。

【０００４】 モルタル又はセメントペーストに気泡
発生剤を混合し、一様に発泡させた組成物 貧配合のコンクリートで大きなスランプを有する組
成物。

【０００５】上記の組成物は、人力、重機械等で混合
され、施工箇所にベルトコンベヤ等で運搬され、投入さ
れる。或は、上記材料に適量の水を加えて施工箇所に流
し込むこともある。及びの組成物は、ポンプ圧送に
より施工箇所に搬送され打込まれる。

【０００６】本来、埋戻し、盛土、裏込め等に用いられ
る組成物は、上記のように、砂や土砂等の低価格のも
のを使用するのが建前である。

【０００７】しかし、近年は地下の深い所で施工される
構築物や、複雑化した構造物が増え、また作業環境上充
分な作業スペースがとれない場合も多くなった。このよ
うな状況下においては、の組成物を施工箇所に搬入す
る作業、締固めや突固め、転圧等の作業を行なうことは
困難なことが多い。このため、かかる状況下にある施工
箇所においては、不経済ではあるが、又はの組成物
を用い、ポンプ圧送するというのが実情である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の組成物は、施
工上の便利さはあるが、高価なセメントを多量に使用す
る場合が多くなり、不経済であるばかりでなく、気泡発
生装置及びこれに関連する機械装置を作業スペース内に
設置し、更にこれを扱う作業員を配置しなければならず
設置スペース、作業員の確保等の点にも問題がある。

【０００９】また、上記の組成物は施工上の便利さが
あり、セメント量も少ない利点があるが、セメント量が
少なすぎると、水とセメントとの分離が起こり圧送に支
障を来たすのでセメント量は一定以下に減らすことはで
きない。このために貧配合であることの経済的メリット
は左程大きくない。そのうえ、この組成物の打込みに際
し、締固め、突固め等の作業が必要となるので施工箇所
に作業スペースを確保しなければならない不便がある。

【００１０】そこで、この発明は上述のごとき従来の組
成物の問題点を解決し、加えて自然環境の保護、省資源
化の要請にかんがみ、コンクリート廃材等の産業廃棄物
の有効利用を図った新規な土木建築用組成物を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明の土木建築用組成物は、コンクリート廃
材塊を破砕した再生骨材、粉体結合材、高性能減水剤又
は標準型減水剤及び気泡発生材を含み、これらを水で混
練したものである。

【００１２】また、上記粉体結合材の分量は１００〜２
５０kg／ｍ³ 、気泡混入率を設計値で９〜１４％及び水
の分量を１７０〜２００kg／ｍ³ に設定することが好ま
しい（図１の領域Ａ参照）。

【００１３】なお、上記の粉体結合材として、高炉スラ
グ微粉末を用いることができる。

【００１４】

【作用】再生骨材と粉体結合材を水で混練した組成物を
ポンプ圧送により施工箇所へ搬送する場合は、ポンプの
閉塞を避けるため、水と再生骨材の分離を防がなければ
ならない。このため粉体結合材の保水能力が高いことが
望ましい。この発明では粉体結合材の保水能力を高める
ために、気泡発生剤を混ぜ、これにより粉体粒子間に気
泡を割り込ませることにより保水能力を高めている。

【００１５】単独の粉体に比較的少ない水を混ぜると、
水は粉体粒子の表面に付着するとともに、粉体粒子相互
間の間隙に表面張力によって保持される。

【００１６】しかし、水が多くなると、表面張力によっ
て保持されない遊離水が増え、これが粉体粒子間の間隔
を拡げ、表面張力による保持能力を低下させる。その結
果、保水能力が低下し、余剰水が分離する。これが水の
分離現象である。

【００１７】上記の余剰水の占める部分の粉体粒子間に
気泡を割り込ませると、余剰水の一部は気泡の水膜に変
化し、また他の余剰水は粉体粒子との間及び気泡相互間
の間隙において表面張力により保持される。これによ
り、保水能力が向上する。

【００１８】上記の粉体結合材としては、普通ポルトラ
ンドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメン
ト等を用いることができるが、コストの低減を図るため
には高炉スラグ微粉末材を用いることができる。

【００１９】高炉スラグ微粉末材は、潜在水硬性がある
ことは従来から知られているが、単独で固結作用は発揮
しえないものと考えられていた。しかし、この発明にお
いては、コンクリート廃材塊（鉄筋その他の異物を除去
して適当な粒度分布としたもの）の破砕物である再生骨
材と、上記の高炉スラグ微粉末を水で混練することによ
り、その高炉水滓粉末が固結作用があることを見出し
た。

【００２０】即ち、コンクリート廃材塊を破砕した再生
骨材は、水和反応の未反応部分が表面に露出し、かつセ
メント成分中に強アルカリ成分が存在することにより、
前記の高炉スラグ微粉末を水で混練すると、潜在水硬性
の水和反応を起こし、固結作用を発揮する。

【００２１】なお、水の量を一定以上に増やすことなく
所要のスランプを得るために、高性能減水剤又は標準型
減水剤を用いる。

【００２２】この発明は、以上のごとき考えに基づき図
１に領域Ａで示した調合水量の分離限界値（１７０〜２
００kg／ｍ³ ）、気泡混入率（設計値で９〜１４％、管
理値で９〜１８％）、粉体結合材（１００〜２５０kg／
ｍ³ ）の範囲内で、スランプを１８〜２７cmにするため
に高性能減水剤又は標準型減水剤の使用料を加減し、調
合水量を分離限界にとどめて水の分離現象を抑制するよ
うにした。

【００２３】なお、スランプが２３cm〜２７cmの範囲
は、測定が困難となるので、２３cm以上はスランプフロ
ーで５５〜７０cmに設定するのが実際的である。

【００２４】再生骨材の分離現象の抑制するためには、
これ迄の経験によって再生骨材の粒径の内５〜２５mmの
調合量を絶対容積で３００（ｌ／ｍ³ ）を良好な調合量
と仮定し、５〜２５mm粒径の空隙率を測定し、その結果
を基に単位空隙量を求め、気泡量を含めたその他の材料
の絶対容積の和が、前記の単位空隙量に対して、３．７
〜５．０倍となる調合を設計し、それによる調合の練り
混ぜ試験を行なって目標とする品質に適した量を決定す
る。

【００２５】その結果、スランプ１８〜２２cmの調合で
は、練り混ぜ体積の２８〜３３％、スランプ２３〜２７
cm（スランプフローで５５〜７０cm）では、２６〜３１
％の範囲で５〜２５mm粒径の絶対容積を定めることにし
た。

【００２６】その結果として、再生骨材中の０〜５mmの
粒径分と粒度調整砂のそれぞれの絶対容積の和と骨材全
体の容積の比、即ち、コンクリート配合で定義される細
骨材率が５０〜５７％となる。

【００２７】粉体結合材の銘柄と種類及び調合量は、用
途に応じた固結強度の要求される材令と強度によるが、
材令２８日で２０〜１００kgf/cm² の場合は高炉スラグ
微粉末、普通ポルトランドセメント、又は高炉セメント
を使用し、その量は１００〜２５０kg／ｍ³ とする。

【００２８】また、材令２４時間で５〜１０kgf/cm² 及
び材令２８日で３０〜７０kgf/cm²をそれぞれ、要求さ
れる場合は、早強ポルトランドセメントを使用し、その
量は、１５０〜２００kg／ｍ³ とする。

【００２９】次に、図１に領域Ａで示した調合水量の分
離限界量、気泡混入率、粉体結合材の数値の算定根拠を
次に示す。

【００３０】調合水の分離限界量は、粉体結合材の単位
空隙量と、気泡の単位空隙量との総和に実質的に等しい
との前提で算定したものであり、その根拠は次のとおり
である。

【００３１】即ち、粉体結合材の粉体表面に付着する水
量と、粉体相互間において表面張力で保持される水量と
の和は、粉体の単位空隙量に近似し、また気泡水膜の水
量と気泡相互間、気泡と粉体相互間に表面張力で保持さ
れる水量との和は、気泡体の単位空隙量に近似すると考
えられる。

【００３２】さらに、具体的に説明すると、粉体結合材
（高炉スラグ微粉末材）の量を１００〜２５０kg／ｍ³
に設定し、その単位空隙量Ｓを求める。また、気泡混入
率を設計値で９〜１４％（管理値では９〜１８％）に設
定して、気泡の単位空隙量Ｆを求める。上記のＳとＦが
求められると、前述の考えに基づき、調合水の分離限界
量Ｗは、Ｗ＝Ｓ＋Ｆにより求めることができる。

【００３３】次に、この発明の対象を図１の領域Ａに限
定した理由を示す。

【００３４】（１）気泡混入率 ａ．９％より少なくなると、 （調合水量が一定の場合） イ．粉体結合材を多くする側になるので、コスト高にな
る。また、必要以上に固結強度が大になる。

【００３５】ロ．スランプが小さくなり、高性能減水剤
を増量しても、遂には所要のスランプが得られなくな
る。

【００３６】（粉体結合材量が一定の場合） ハ．調合水が少なくなる側になるので、スランプが小さ
くなり、高性能減水剤を増量しても、遂には所要のスラ
ンプが得られなくなる。

【００３７】ｂ．１４％より多くなると、 （調合水量が一定の場合） イ．粉体結合材を少なくする側になるので、固結強度が
小さくなる。

【００３８】ロ．スランプが大きくなるので、高性能減
水剤を減量するが、遂には骨材粒子が分離し、品質の確
保ができなくなる。

【００３９】（粉体結合材量を一定にした場合） ハ．調合水量が多くなる側であり、スランプが大きくな
り、高性能減水剤を減量するが、遂には骨材粒子が分離
し、透水性及びスランプの経時ロス等の品質の確保がで
きなくなる。

【００４０】（２）調合水量の分離限界値 ａ．１７０kg／ｍ³ より少なくなると、 （粉体結合材量を一定にした場合） イ．気泡混入率、調合水量が少なくなるので、前記
（１）ａ、ハと同様の現象。

【００４１】（気泡混入率を一定にした場合） ロ．粉体結合材量が少なくなるので、前記（１）ｂ、イ
と同様の現象。

【００４２】ｂ．２００kg／ｍ³ より多くなると、 （粉体結合材量を固定した場合） イ．気泡量が多くなるので、前記（１）ｂ．ハと同じの
現象。

【００４３】（気泡混入率を一定にした場合） ロ．粉体結合材量が多くなるので、前記（１）ａ、イと
同様の現象。

【００４４】ハ．調合水量が多くなるので、前記（１）
ｂ、ハと同様の現象。

【００４５】（３）粉体結合材量 ａ．１００kg／ｍ³ より小さくなると （気泡混入率を一定にした場合） イ．調合水が少なくなる側であるので、前記（２）ａ、
ロと同様の現象。

【００４６】（調合水量を一定にした場合） ロ．気泡混入率が大きくなる側であるので、前記（１）
ｂ、イ、ロと同様の現象。

【００４７】ｂ．２５０kg／ｍ³ より多くすると、 （気泡混入率を一定にした場合） イ．調合水量が多くなる側であるので、前記（２）ｂ、
ハと同様の現象。

【００４８】（調合水量を固定した場合） ロ．気泡混入率が小さくなる側であるので、前記（１）
ａ、イ 同様の現象。

【００４９】

【実施例】 （１）製造及び調合設計方法 この製品の製造は、一般にコンクリートを製造する、バ
ッチャープラント（練り混ぜミキサー付）で材料の計量
と練り混ぜを行なって製造するものである。

【００５０】調合は、この製品を搬送するための手段と
してコンクリートポンプを活用するので圧送中に骨材及
び水の分離現象によってポンプ閉塞が生じないよう、ま
た充填打込みにおいても、骨材及び水の分離をなくし、
一様な充填状態になるような調合を定める。

【００５１】そのためには、粉体結合材量と気泡量に応
じた調合水の分離限界量を次の手順によって求める。

【００５２】（２）調合水の分離限界量の算出式及び計
算例（粉体は高炉スラグ微粉末） １）粉体結合材の重圧充填空隙率ｓ ｓ＝100 −Ｈ／ρ_P ×100 ＝100 −1.45／2.90×100 ＝
50％ ２）粉体結合材量Ｐの単位空隙量Ｓを求める。

【００５３】Ｓ＝Ｐ／Ｈ×ｓ／100 ＝150 ／1.45×50／
100 ＝51.7kg／ｍ³ ３）気泡量Ｆを求める Ｆ＝1000×ｆ／100 ＝1000×13／100 ＝130 （ｌ／ｍ） ４）調合水の分離限界量Ｗを求める Ｗ＝Ｓ＋Ｆ＝51.7＋130 ＝181.7kg ／ｍ³ ここに、Ｈ は粉体結合材の重圧充填単位容積質量（kg
／ｌ） ρ_P は粉体結合材の真比重 Ｐ は粉体結合材量（kg／ｍ³ ） ｆ は気泡混入率（％） 表１は、上記手順によって、粉体結合材量に応じる気泡
量によって計算した調合水の分離限界量を掲げた値であ
る。

【００５４】

【表１】

【００５５】（３）調合の決定 各材料の決定は表２の気泡量、スランプ及び使用材料の
特性比較表の許容範囲内で特性内容を考慮して単位量を
１０００（ｌ）となるように定め、目標とする気泡量、
スランプが得られるよう、練り混ぜ試験によって、気泡
発生剤及び高性能減水の使用料を決定する。

【００５６】その際、固結強度試験供試体を成型し、所
要の強度が得られていることを確認する。

【００５７】

【表２】

【００５８】なお、表２は、気泡量、スランプ及び使用
材料の特性を現したものである。気泡剤としては、ポゾ
リス２０２、ファインフォーム６０６（以上、ポゾリス
物産社製）などがある。また高性能減水剤としては、レ
オビルドＳＰ−８Ｎ（ポゾリス物産社製）などがある。

【００５９】（４）調合決定例 条件 気泡混入率ｆ１３％［Ｆ１３０（ｌ／ｍ³ ）］、
粉体結合材量Ｐ１５０kg／ｍ³ 、スランプＳＬ２０cm 先ず、上記を目標とした場合、図１を参考に決めると調
合水の分離限界量は１８１kg／ｍ³ に位置する。

【００６０】従って、 １）調合水量Ｗは安全側に丸めて１８０kg／ｍ³ とす
る。

【００６１】２）粉体結合材の絶対容積はｖ_P は ｖ_P ＝Ｐ／ρ_p ＝150 ／2.90＝52（ｌ／ｍ³ ） ３）骨材の絶対容積ｖ_A は ｖ_A ＝1000−Ｗ−ｖ_P −Ｆ ＝1000−180 −52−130 ＝638 （ｌ／ｍ³ ） ４）再生骨材中粒径５〜２５mmの絶対容積ｖ_Rgは表２の
中間値の３０％を採用すると ｖ_Rg＝1000×30／100 ＝300 （ｌ／ｍ³ ） ５）粒径０〜５mmを含む再生骨材の絶対容積ｖ_R は５mm
フルイによる残留試験の残留率の結果によって求める。

【００６２】ここでは、残留率Ｕを４９％と仮定する。

【００６３】ｖ_R ＝ｖ_Rg÷Ｕ／100 ＝300 ÷49／100 ＝
612 （ｌ／ｍ³ ） ６）再生骨材中粒径０〜５mmの絶対容積ｖ_RSは ｖ_RS＝ｖ_R −ｖ_Rg＝612 −300 ＝312 （ｌ／ｍ³ ） ７）粒度調整砂ｖ_S は ｖ_S ＝ｖ_A −ｖ_R ＝638 −612 ＝26（ｌ／ｍ³ ） ８）再生骨材Ｒ及び粒度調整砂Ｓの質量はそれぞれの表
乾比重を乗じる。

【００６４】９）細骨材（０〜５mm粒径）率Ｓ／ａは Ｓ/a＝（ｖ_S ＋ｖ_RS）／ｖ_A ×100 ＝(26 ＋312)／638
×100 ＝53（％） 10）水・粉体結合材比Ｗ／Ｐ Ｗ／Ｐ＝Ｗ／Ｐ×100 ＝180 ／150 ×100 ＝120 （％） 11）気泡発生剤量ＡＥは気泡量が１５％（１３％＋２
％）発生する迄の量を練り混ぜ試験によって決定する。

【００６５】12）高性能減水剤ＨＡＭは気泡量が１５％
±２％となったものにスランプが２０±２cmとなる迄の
量を前記１１）の練り混ぜ試験の際に合せて決定する。

【００６６】13）固結強度δ２８は前記１２）で所要の
結果を得られた試料から一軸圧縮強度試験用型枠（１０
φ×２０cm型）にて３本成型し標準養生（２０℃±３℃
水中）後材齢２８日に試験して３本の平均値が２０以上
１００kgf/cm² 程度の結果が得られたかを確認する。

【００６７】次に、以上による計算手段によって設計し
た調合１８ケースを表３及び表４に調合許容範囲外を比
較例とし、範囲内を本発明例として掲げたものである。

【００６８】

【表３】

【００６９】

【表４】

【００７０】上記表３及び表４の１８ケースにつき、粉
体結合材に応じる気泡混入率と調合水量の関係図を、設
計値と、管理値に分けて図示すれば、図２（設計値）と
図３（管理値）のとおりである。

【００７１】

【発明の効果】以上のように、この発明は、気泡が粉体
結合材の粉体間に割込み、余剰水を気泡膜に代え、また
気泡相互間、気泡と粉体相互間に表面張力で保持するこ
とにより、保水能力が向上する。これにより、水が分離
し難くなるのでポンプ圧送が可能となり、埋戻し等の作
業が容易になると共に、安定した固結強度の品質が得ら
れる。

【００７２】また、コンクリート廃材、高炉スラグなど
の産業廃棄物を再生骨材及び粉体結合材として有効利用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】粉体結合材量に応じる気泡混入率と調合水の分
離限界量の関係図

【図２】粉体結合材量に応じる気泡混入率と調合水量の
関係図（設計値）

【図３】粉体結合材量に応じる気泡混入率と調合水量の
関係図（管理値）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 18:16 24:18） Ｚ 103:30 103:48 111:00 Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート廃材塊を破砕した再生骨
   材、粉体結合材、高性能減水剤又は標準型減水剤及び気
   泡発生剤を含み、これらを水で混練してなる埋戻し等に
   用いる土木建築用組成物。
2. 【請求項２】 上記粉体結合材の分量を１００〜２５０
   kg／ｍ³ 、気泡混入率を設計値で９〜１４％及び水の分
   量を１７０〜２００kg／ｍ³ に設定したことを特徴とす
   る請求項１に記載の埋戻し等に用いる土木建築用組成
   物。
3. 【請求項３】 上記の粉体結合材として高炉スラグ微粉
   末材を用いてなる請求項１又は２に記載の埋設戻し等に
   用いる土木建築用組成物。