JPH0977546A - 空洞充填材料 - Google Patents
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Abstract
る流動床灰を硬化材として使用し、流動床灰の有効利用
を図ると共に、硬化材としてセメントを使用せずとも、
あるいは僅かに使用するだけで、安価で従来のセメント
と同様に良好な充填特性を示す空洞充填材料を提供す
る。 【解決手段】 流動床灰を主構成材料とする硬化材に
水、及び所望により遅延剤及び/又は増粘材を配合した
A液と、珪酸ソーダ水溶液よりなるB液とを混合してな
ることを特徴とする。
Description
台、擁壁、下水道管工事等に使用する空洞充填材料に関
するものである。
する、橋台、擁壁、下水道管等の施工では、構造物を安
定に維持するために、土壌と構造物の隙間に空洞充填材
料が注入される。従来これらの材料としては、セメント
系スラリー液が多く使用されてきたが、最近では注入直
後の沈下量を小さくする為に、硬化材と水を混合したス
ラリー液(A液)と珪酸ソーダー液(B液)を注入直前
に混合し、直ちに強度を得る2液混合型の裏込め材料が
多く使用されている。
でのCa2+イオンと、B液の珪酸ソーダー液のSiO3
2-イオンとのゲル化反応によるものである。したがっ
て、A液作成用の硬化材は、水中でCa2+イオンを生成
するセメント、生石灰、消石灰、石膏等を単独あるいは
混合したものが使用されている。しかし、硬化材として
ゲル化反応を起こすだけの材料でA液を作成しても、B
液混合後に十分な強度は得られない。そこで、2液性混
合型空洞充填材料のように短期強度が要求される材料で
は、特殊な場合を除いて、必ず硬化材の混合物にセメン
トが使用されていると言っても過言ではない。
くない場合には、材料費の低減を図る為、硬化材にフラ
イアッシュやスラグ等の産業廃棄物、或いは気泡剤、粘
土等のいわゆる増量材を混入する方法も多く利用されて
いる。しかし、この場合でも、短期強度が要求されるた
めに、やはり硬化材中にセメントが配合されるのが一般
的である。
を兼ねる流動媒体として石灰石が使用される石炭流動層
ボイラーから発生する流動床灰は、火力発電所の微粉炭
焚ボイラーから発生する石炭灰と比べてかなり発生量が
少ない(石炭灰・発生量:500万t/年程度、流動床
灰・発生量:約40万t/年程度)ものの、石炭灰がセ
メント原料やコンクリート添加(混和)材として相当量
利用されているのに対し、流動床灰は、石灰成分、硫黄
成分を大量に含有しており、前記石炭灰と比べて有効利
用技術がなく、埋め立て等の廃棄処分にされているのが
現状である。
熱用が主力である石炭流動層ボイラーは、その優れた燃
焼方式と事業の大型化等により、今後、適用範囲を広
げ、急速に普及していくことが予想され、それに伴っ
て、流動床灰の発生量も大幅に増大することが推定され
ている。特に、近年、埋め立て地確保の困難化、リサイ
クル法の施工等により、他の産業廃棄物と同様に、流動
床灰もその有効利用技術の確立が強く望まれている。
量が大幅に増大すると予想されている流動床灰を硬化材
として使用し、流動床灰の有効利用を図ると共に、硬化
材としてセメントを使用せずとも、あるいは僅かに使用
するだけで、安価で従来のセメントと同様に良好な充填
特性を示す空洞充填材料を提供することを目的とする。
を混合したA液と珪酸ソーダ水溶液からなるB液の2液
混合型空洞充填材に関して、種々の実験を鋭意検討した
結果得られたものである。すなわち、この発明の空洞充
填材料によれば、流動床灰を主構成材料とする硬化材に
水、及び所望により遅延剤及び/又は増粘材を配合した
A液と、珪酸ソーダ水溶液よりなるB液とを混合してな
ること(請求項1)、硬化材が流動床灰を70重量%以
上含んでなること(請求項2)、A液が硬化材100重
量部、水100〜280重量部、及び所望により遅延剤
を流動床灰に対して1.5重量%以下の割合で配合した
こと(請求項3)、A液がさらに増粘剤として無機質粘
土鉱物を1m3 当たり80kg以下、或いは有機質増粘
剤を1m3 当たり5kg以下の割合で配合したこと(請
求項4)、A液:B液=90:10〜60:40の体積
比で混合してなること(請求項5)、流動床灰100重
量部、水100〜280重量部、遅延剤を流動床灰に対
して1.5重量%以下、及び増粘剤として無機質粘土鉱
物を1m3 当たり80kg以下、或いは有機質増粘剤を
1m3 当たり5kg以下の割合で配合したA液と、珪酸
ソーダ水溶液よりなるB液とを、A液:B液=90:1
0〜60:40の体積比で混合してなること(請求項
6)、を特徴とする。以下、この発明を詳細に説明す
る。
子を効率よく燃焼させるために、燃料粒子を浮遊させる
流動媒体が必要であり、この媒体として、炉内同時脱硫
ができる石灰石が使用される。従って、流動床灰の性状
は、石炭火力発電所の微粉炭焚ボイラーからから発生す
る石炭灰(以下、通常の石炭灰という)とは異なり、流
動床灰は、石炭の灰分の他に、使用済の脱硫材、すなわ
ち、CaO分を多量に混入しており、本発明は、このよ
うな流動床灰を空洞充填材料の硬化材として用いること
を第一の特徴とする。
ck Limeが最も多く存在するが、その他に非晶質
のCaO−SiO2 、CaO−Al2 O3 等のセメント
前駆体も生成していると推定される。実際、通常の石炭
灰スラリーは珪酸ソーダ水溶液とほとんどゲル化反応を
起こさないが、流動床灰スラリーは珪酸ソーダ水溶液と
ゲル化反応を起こす。しかも、生石灰のように単にゲル
化反応を起こすのではなく、一部セメント的な働きを起
こし強度発現に寄与する。従って、流動床灰は、一般の
石炭灰のように増量材としてではなく、硬化材として使
用する。
からの発生灰原粉をそのまま使用することができ、ま
た、発生した灰を空気分級機等により平均粒径を20μ
m以下、好ましくは10μm以下程度に処理した分級品
を使用することにより、後述するA液のブリージングを
低くすることができる。このような流動床灰は、硬化材
中に70重量%以上であればよく、比較的要求強度特性
が低い場合には、流動床灰を100重量%ととし、配合
材料中に全くセメントを配合しなくても良い。また、別
の材料特性を改善する場合、例えば、短期強度特性を改
善する目的で、セメントを硬化材の30重量%未満の範
囲で混合することもできる。さらに、長期強度特性を向
上させたい場合、石炭灰やスラグ粉末等を混入する等、
その要求特性に応じて、各種材料、混和剤等を30重量
%未満の範囲で混入することができる。
る。水は、流動床灰100重量部に対して100〜28
0重量部混合する。この範囲より水分が少ないと、流動
性が低下し圧送性に劣るために、またこの範囲より水分
が多いと、ブリージング率が高く、強度発現も小さい為
に好ましくない。
/又は増粘材をA液に配合する。流動床灰と水のみ混合
したA液に、後述するB液を混合しても、空洞充填材料
として使用することは可能であるが、前述したようにC
aO分を多量に含有する流動床灰スラリーからなるA液
は混合後、発熱を起こし、また可使時間が短い。このA
液に遅延剤を配合すると、CaO分中のQuick L
imeは、完全には遅延されず、少しずつ水と反応し、
発熱を伴ないながらCa(OH)2 を生成していく。し
かし、この反応ではスラリーの粘性は大きく悪化せず、
CaO分中の非晶質のセメント前駆体の反応が遅延され
る為に、可使時間を1日以上とすることができる。従っ
て、遅延剤を配合したA液は、スラリー温度が適当な温
度に下がるまで待って使用することにより、A液の可使
時間特性が良好になるうえに、B液混合後、空洞充填部
での発熱は全く無く、また良好な強度発現を起こす。
%以下、好ましくは、0.3重量%以上1.5重量%以
下の割合で配合する。これが、0.3重量%を下回る
と、前記効果がほとんどなく、また、遅延剤を1.5重
量%より多く配合すると、増粘作用が強くなり、可使時
間が逆に短くなるので好ましくない。遅延剤としては、
グルコン酸系、クエン酸系、オキシカルボン酸系、有機
リン系、スルホン酸系等各種の遅延剤を使用することが
できる。尚、遅延剤を配合したA液を、作成後直ちにB
液と混合し空洞充填すると、未反応のQuick Li
me分が充填部内に取り込まれ、発熱膨張を起こし、そ
の後冷却されるに従って収縮し、空洞充填材料が崩壊す
るので注意を要する。
するために添加する。A液のブリージングは、B液混合
後には全く無くなるから、A液のポンプ圧送が可能な程
度であれば良く、このための増粘剤として、無機質粘土
鉱物や有機質増粘剤のいずれもが使用できる。粘土鉱物
としては、ベントナイト、酸性白土等が挙げられ、特に
ベントナイトが好ましく使用できる。これを1m3 当た
り80kg以下の範囲で配合すれば、A液のブリージン
グ率は大幅に改善される。なお80kgより多く配合す
ると流動性が悪化する為好ましくない。また、有機質増
粘剤としてはセルロース系、アミド系、バイオポリマー
系等各種ものが使用でき、これを1m3当たり5kg以
内配合する。
合量は、体積比でA液:B液=90:10〜60:40
として用いる。B液がこの範囲より混合量が少ない場合
にはゲル化しずらく、また、逆にこの範囲より混合量を
多くするとゲル化時間が60秒以上となり瞬結性注入材
料として不適当である為に、それぞれ好ましくない。珪
酸ソーダ水溶液としては、JIS K1408によって
規定される2号、3号は勿論のこと、SiO2 量が20
〜40%、Na2 O量が3〜20%程度であるものが好
適に使用される。
上記材料の適切な選定、配合、及びこれらの相乗効果作
用によって、流動床灰を好適に使用することができ、ブ
リージング率の少ない、強度の優れた空洞充填材料とす
ることができる。
明する。実験例で使用した材料一覧を表1、各硬化材及
び硬化助材の性状を表2に示す。表2に示すように、流
動床灰中のCaO含有量は30.5%、そのうちf−C
aOは18.5%であり、その残りのCaO分がセメン
ト前駆体を生成していると推定される。
洞充填材料を試作し、A液とB液を混合して、直径5c
m、高さ10cmの円柱供試体について、各材令毎の一軸
圧縮強度を測定した。又、表3に示した充填材料のA液
に関し、フロー値、ブリージング率、可使時間、さら
に、A液とB液の混合液のゲル化時間をそれぞれ測定し
た。尚、一軸圧縮強度は土質工学会 JSF T511
の試験方法、フロー値はKODAN 305法によ
り、さらに可使時間はビニール袋に入れた500mlのス
ラリーが上下運動を20回繰り返してもスラリーを均一
に混合できなった時間とした。測定結果を表4に示す。
化材比が120、150重量%であるNo2、3の条件
では良好な結果が得られている。しかし、水/硬化材比
が80重量%であるNo1の条件では均一に混練できな
い為、また、水/硬化材比が300重量%であるNo4
の条件では、A液のブリージング率が高く、60秒では
ゲル化しない為に好ましくない。
遅延剤の量が0.1重量%であるNo5の条件では十分
に可使時間が確保できない。そこで遅延剤の量を0.5
重量%としたNo6では、A液の可使時間は24時間以
上となり良好な結果が得られた。但し、A液作成後直ち
にB液を混合すると1日後に供試体は崩壊する。しか
し、この場合にはA液作成後の経過時間が長くなるほど
良好な強度が得られるから、スラリー作成後3時間以上
経過したA液を使用すれば良好な結果が得られることが
わかる。また、遅延剤の量が2.0重量%であるNo7
の条件では、可使時間が逆に短くなるので好ましくな
い。
配合量が1m3 当たり40kg、或いは、メチルセルロ
ース系増粘剤配合量が1m3 当たり5kgである、No
8及び10の条件では良好な結果が得られている。しか
し、ベントナイト配合量が1m3 当たり100kg、或
いはメチルセルロース系増粘剤配合量が1m3 当たり1
0kgである、No9、11の条件では、粘性が高くな
りすぎる為に好ましくない。
混合比が15、35体積%であるNo13、14の条件
では良好な結果が得られている。しかし、A液とB液混
合比が5体積%であるNo12の条件では均一にゲル化
しない為に、また、A液とB液混合比が50体積%であ
るNo15の条件ではゲル化時間が60秒以上となり、
瞬結性注入材料として適当でない為に好ましくない。
に早強セメントや、分級フライアッシュを僅かに配合し
た結果を示しているが、それぞれ良好な結果が得られて
いることがわかる。
洞充填材料は、硬化材として流動床灰を使用することに
より、従来品よりも安価な材料であり、今後発生量が大
幅に増加すると予想される流動床灰の有効利用技術とし
てトンネル工事等に好適に使用できるものである。
Claims (6)
- 【請求項1】 流動床灰を主構成材料とする硬化材に
水、及び所望により遅延剤及び/又は増粘材を配合した
A液と、珪酸ソーダ水溶液よりなるB液とを混合してな
ることを特徴とする空洞充填材料。 - 【請求項2】 硬化材が流動床灰を70重量%以上含ん
でなることを特徴とする請求項1記載の空洞充填材料。 - 【請求項3】 A液が硬化材100重量部、水100〜
280重量部、及び所望により遅延剤を流動床灰に対し
て1.5重量%以下の割合で配合したことを特徴とする
請求項1若しくは2記載の空洞充填材料。 - 【請求項4】 A液がさらに増粘剤として無機質粘土鉱
物を1m3 当たり80kg以下、或いは有機質増粘剤を
1m3 当たり5kg以下の割合で配合したことを特徴と
する請求項3記載の空洞充填材料。 - 【請求項5】 A液:B液=90:10〜60:40の
体積比で混合してなることを特徴とする請求項1〜4い
ずれか記載の空洞充填材料。 - 【請求項6】 流動床灰100重量部、水100〜28
0重量部、遅延剤を流動床灰に対して1.5重量%以
下、及び増粘剤として無機質粘土鉱物を1m3当たり8
0kg以下、或いは有機質増粘剤を1m3 当たり5kg
以下の割合で配合したA液と、珪酸ソーダ水溶液よりな
るB液とを、A液:B液=90:10〜60:40の体
積比で混合してなることを特徴とする空洞充填材料。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016079046A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 東邦化学工業株式会社 | ジオポリマー用添加剤及びジオポリマー硬化体 |
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