JPH10218654A

JPH10218654A - 空洞充填材

Info

Publication number: JPH10218654A
Application number: JP3840897A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Noguchi; 雅朗野口; Keiji Omori; 啓至大森; Toyoshige Okamoto; 豊重岡元
Original assignee: Chichibu Onoda Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の廃棄物等を焼却溶融してスラグ化した
特定の組成のスラグ組成物を、空洞充填材として、有効
に利用する。【解決手段】特定の組成のスラグ組成物を、セメント
とともに、硬化材として水と混合し、空洞充填材に使用
する。スラグ組成物は、ＣａＯ分０〜３７重量％、Ｓｉ
Ｏ₂分２３〜９０重量％及びＡｌ₂Ｏ₃分０〜４０重量％
で、酸化鉄、アルカリ分、リン分、酸化チタン、酸化マ
ンガン及び酸化マグネシウムから選ばれる１種又は２種
以上の成分が０．１〜５０重量％又は／及びハロゲン分
が０．１〜１０重量％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自然にあるいは人
工的に形成された地盤中の空洞、あるいは構造物などの
空間等に充填し、地盤、構造物の固定、安定化等を図る
ための空洞充填材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地盤中あるいは構造物の中空部等の空洞
に充填して硬化するものを空洞充填材と呼び、例えば、
地下中の上水管、下水管、ガス管などの設置後に、その
周囲の空間に充填して固定したり、人工的に掘り起こし
た、たとえば鉱山等で鉱石を採掘した後の空洞に充填し
て、地盤を安定化させるために用いている。従来までの
充填方法は、土砂等で埋め戻す、あるいは生コンクリー
トを充填材として圧送管を通じてコンクリートポンプで
圧送し、充填する方法が行われている。しかしながら、
土砂や生コンクリートによって充填する方法は流動性が
悪い為、充填しても複雑な箇所には完全には充填しきれ
ず、充填方法も労力を要するものであった。

【０００３】これに代わって、２液性の中込め充填材が
用いられることがある。この方法は、セメント及び混和
材からなるスラリー液と水ガラスからなる溶液を充填す
る空洞の直前で混合し、充填していく方法である。この
方法の場合、短期強度発現性、流動性、長距離圧送性に
優れている。しかしながら、この方法は乾燥雰囲気の状
態では、乾燥収縮による亀裂を生じ、高強度が得られな
いことがあった。

【０００４】一方、近年都市において、下水汚泥、都市
ごみなどの廃棄物が大量に発生し、その処分が問題とな
っている。一部利用されているものの、そのほとんどが
埋め立てられ、大量に使用できる再利用方法が急務とな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃棄物を大
量に再利用し、かつ従来の空洞充填材に代わる、長距離
圧送性、自己充填性、施工性に優れ、かつ高強度である
空洞充填材を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明者らは種々の研究の結果、下水汚泥焼却灰や
ゴミ焼却灰等の種々の廃棄物を溶融してスラグ化した特
定の組成のスラグ組成物が、高炉スラグと同様に、セメ
ント等のアルカリ刺激剤と併用することにより、良好な
水硬性を示すことを見出し、このスラグ組成物とセメン
トを含有する硬化材のスラリーが、低圧での圧送が可能
で、圧送距離も長くでき、自己充填性が良く、なおかつ
高強度な充填材となることを発見し、本発明を完成し
た。

【０００７】すなわち、本発明は、ＣａＯ分０〜３７重
量％、ＳｉＯ₂分２３〜９０重量％及びＡｌ₂Ｏ₃分０〜
４０重量％で、酸化鉄、アルカリ分、リン分、酸化チタ
ン、酸化マンガン及び酸化マグネシウムから選ばれる１
種又は２種以上の成分が０．１〜５０重量％又は／及び
ハロゲン分が０．１〜１０重量％のスラグ組成物と、セ
メントとを含有する硬化材に、水を混合してなる空洞充
填材（請求項１）である。

【０００８】また、本発明は、上記スラグ組成物が、下
水汚泥焼却物、ごみ焼却灰、産業廃棄物等の種々の廃棄
物を原料として、必要に応じて粘土、石灰石で成分調整
し、高温で溶融・急冷し、粉砕したものである空洞充填
材（請求項２）を含む。また、本発明は、上記スラグ組
成物１００重量部に対し、セメントを５〜３０％重量部
配合した硬化材１００重量部に対して、水を６０〜１２
０重量部配合してなる空洞充填材（請求項３）、上記ス
ラグ組成物１００重量部に対し、セメントを５〜３０％
重量部配合した硬化材１００重量部に対して、流動化剤
を１．５重量部以下、水を３０〜１２０重量部配合して
なる空洞充填材（請求項４）を含む。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明で用いるスラグ組成物は、
ＣａＯ分０〜３７重量％、ＳｉＯ₂分２３〜９０重量％
及びＡｌ₂Ｏ₃分０〜４０重量％で、酸化鉄、アルカリ
分、リン分、酸化チタン、酸化マンガン及び酸化マグネ
シウムから選ばれる１種又は２種以上の成分が０．１〜
５０重量％又は／及びハロゲン分が０．１〜１０重量％
の化学成分となるように調整したものを高温で溶融し、
急冷して得られるスラグ組成物である。ここで、各種の
原料は、市販の材料を混合して用いてもよいが、下水汚
泥焼却灰、ごみ焼却灰及び産業廃棄物等は、これを直接
用いても化学成分が上記の範囲にあるものがほとんどで
あり、経済性及び未利用資源の有効利用の点から、これ
を用いるのがより好ましい。

【００１０】上記スラグ組成物におけるＳｉＯ₂分は、
少ないとスラグ化し難くなり、多いとスラグ化温度が高
くなるので、２３〜９０重量％が良く、特に２５〜９０
重量％がより好ましい。ＣａＯ分は、多いと相対的に他
の成分が減ってガラス化し難く成るので、０〜３７重量
％が良く、特に１〜３５重量％がより好ましい。さら
に、Ａｌ₂Ｏ₃分は、多いとスラグ化温度が高くなるの
で、０〜４０重量％であるが、１〜４０重量％、特に１
０〜３０重量％が好ましい。なお、強度発現の点から
は、ＣａＯ分／ＳｉＯ₂分の重量比が１．３以下が好ま
しい。

【００１１】また、酸化鉄、アルカリ分、リン分、酸化
チタン、酸化マンガン及び酸化マグネシウムから選ばれ
る１種又は２種以上（残留元素分）と、ハロゲン分は、
スラグの活性化に効果があるが、多すぎると強度発現性
が悪くなるため、残留元素分は０．１〜５０重量％（酸
化物換算）、ハロゲン分は０．１〜１０重量％含有する
のが好ましく、これらは一方だけ含有しても、両方含有
しても良い。

【００１２】上記スラグ組成物は、ＣａＯ分が３７重量
％以下であるにも関わらず、ポルトランドセメント等の
アルカリ性刺激材と配合することにより良好な水硬性を
示し、優れた強度発現性を有するので、本発明では、両
者を硬化材として用いる。ここで用いるセメントは、普
通、早強、超早強、中庸熱等のポルトランドセメント
や、高炉、フライアッシュセメントなどの混合セメント
を上げることができる。

【００１３】この場合、スラグ組成物１００重量部に対
し、セメントの量が５重量部より少ないと硬化し難い。
また、セメントの量を増加することによって初期の強度
を上げることができるが、３０重量部を超える量を添加
した場合、硬化が早く、長時間の流動性を確保できなく
なる。よって、セメントの量はスラグ組成物１００重量
部に対して５〜３０重量部添加するのが好ましい。な
お、セメント、スラグ組成物は、共に水和反応により硬
化して、強度を発現し、本発明では硬化材として使用す
るが、これ以外の硬化材の併用を除外するものではな
く、他の水硬性物質の併用も認められる。

【００１４】水の量は、スラグ組成物とセメントを含有
する硬化材１００重量部に対し、６０重量部以上とする
ことにより、スラリーとしての流動性を確保できるが、
１２０重量部を超えると、硬化体の強度が著しく弱くな
り、また材料分離も大きくなる。よって水の添加量は、
硬化材１００重量部に対して６０〜１２０重量部の添加
が好ましい。

【００１５】長距離を圧送する場合、又は低含水比で高
強度を必要とする場合は、流動化剤を添加することによ
り、高い流動性が得られる。流動化剤は、粒子の表面に
吸着し、粒子を分散させるために、スラリーの水分量を
セメント単味に比べて大幅に減少することができる。そ
の場合の水の量は、硬化材１００重量部に対して３０重
量部以上で流動性を確保できる。

【００１６】流動化剤には、界面活性剤が挙げられ、主
としてリグニンスルホン酸塩系、ナフタレンスルホン酸
塩ホルマリン高縮合物、メラミン樹脂スルホン酸塩ホル
マリン縮合物系、ポリカルボン酸系、ポリスチレンスル
ホン酸塩系等の他、コンクリートに用いるＡＥ剤、ＡＥ
減水剤なども効果的である。添加量は、硬化材１００重
量部に対して１．５重量部を超える量を添加した場合、
スラリーの硬化が著しく遅くなるため、１．５重量部以
下の添加が好ましい。なお、流動化剤を添加して、スラ
リー中の水分を減少させると、高い強度を確保でき、ま
た、粉体の量が多くなることで、乾燥による収縮が小さ
く、収縮によるクラックの発生を抑え、強度低下を抑制
することができる。なお、本発明の空洞充填材は、硬化
材と水及び各種の添加剤等を主体とする通常のスラリー
の状態で使用するほか、気泡を混入することにより、低
強度、低コストの空洞充填材として使用することもでき
る。この場合、硬化材のスラリーとは別に、起泡剤を溶
かした水に微細な空気を混入して泡を作り、これを硬化
材のスラリーと混合する。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明を実施例を参照して説明す
る。実施例で使用した材料を表１に示す。また、本実験
で使用したスラグ組成物の化学成分を表２に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】実施例１表３に示す配合で、セメントとスラグ組成物とを混合し
た硬化材を、水に添加し２分混合した。この各配合の充
填材スラリーについて、最適な配合を調べるため、フロ
ー値及び強度を測定した。フロー値の測定は、水平板上
に高さ８ｃｍ直径８ｃｍの中空円筒状のシリンダーを置
き、スラリーを充填して、シリンダーを引き上げた時の
水平板上でのスラリーの広がりを測定した。強度は、直
径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱形の供試体をスラリ
ーで作製し、所定期間２０℃の水中で養生し、硬化体の
一軸圧縮強度を測定した。

【００２１】

【表３】

【００２２】まず、硬化材と水の配合比を一定（１０
０：８０）にし、硬化材中のスラグ組成物とセメントの
配合比を変えて、充填材スラリーのフロー値及びその硬
化体の強度を測定した結果を表４に示す。フロー値は、
充填性、圧送性の面から考慮すると、２５ｃｍ以上が好
ましい。硬化材と水が１００：８０の一定では、すべて
の配合で混合直後のフロー値は４０ｃｍ以上となり、良
好な流動性が得られたが、６時間後の流動性はセメント
が多くなるにしたがって悪くなり、スラグ組成物とセメ
ントが１００：４０になると、流動性が２４ｃｍまで低
下した。また、スラグ組成物とセメントが１００：２に
なると硬化が起こらない。よって、セメント量はスラグ
組成物１００重量部に対して５〜３０重量部が好まし
い。

【００２３】

【表４】

【００２４】次に、スラグ組成物とセメントの配合量を
一定（１００：１０）にし、硬化材と水の配合比を変え
て、フロー値及び強度を測定した結果を表５に示す。水
の量が少なくなるに従って、フロー値は小さくなり、１
００：５０では混練できず、１００：１４０になると、
材料の分離が多くなり、充填材として使用できない。よ
って水の量は硬化材１００重量部に対して６０〜１２０
重量部が好ましい。

【００２５】

【表５】

【００２６】実施例２表６に示す配合で、すなわち、流動化剤も添加して、実
施例１と同様に、フロー値、強度の測定を行った。な
お、流動化剤は予め水に溶解しておいた。

【００２７】

【表６】

【００２８】結果を表７に示す。流動化剤を添加する
と、硬化材と水が１００：３０でも２５ｃｍ以上の流動
性が得られる。さらに硬化材と水が１００：３０の場
合、一軸圧縮強度は約３５０ｋｇｆ／ｃｍ²にもなり、
高い強度を示した。しかしながら、硬化材と流動化剤が
１００：２なると、硬化が異常に遅くなり、７日後では
強度発現しない。よって流動化剤は硬化材１００重量部
に対して１．５重量部以下が好ましい。

【００２９】

【表７】

【００３０】実施例３幅１ｍ、高さ１ｍ、長さ２ｍの直方体の箱の中に外径２
０ｃｍ長さ２ｍの管を平行に縦横２本ずつ合計４本並
べ、表６のNo１２の配合の充填材スラリーを箱内の管の
周囲の空間に充填する実験を行った。その結果は、充填
材は、４本の管の周囲を完全に覆い、未充填部もなく、
自己充填性に優れていることが確認された。また、充填
から1日後の材料の分離も小さく、その上部においての
作業にも問題の無い充分な強度が得られることが確認さ
れた。さらに、1ヶ月間の暴露試験においてもひびの発
生、収縮及び膨張もなく、乾燥雰囲気でも十分な耐久性
が得られることが確認された。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空洞充填
材は、流動性が高く、自己充填性に優れている。また、
大気乾燥条件でも乾燥によるクラックの発生がなく、強
度が確保できる。さらに１液性の充填材なので、２液性
に比べて施工性にも優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０９Ｋ 17/44 Ｃ０９Ｋ 17/44 Ｐ 17/48 17/48 //(Ｃ０４Ｂ 28/02 18:04）Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＯ分０〜３７重量％、ＳｉＯ₂分２
３〜９０重量％及びＡｌ₂Ｏ₃分０〜４０重量％で、酸化
鉄、アルカリ分、リン分、酸化チタン、酸化マンガン及
び酸化マグネシウムから選ばれる１種又は２種以上の成
分が０．１〜５０重量％又は／及びハロゲン分が０．１
〜１０重量％のスラグ組成物と、セメントとを含有する
硬化材に、水を混合してなる空洞充填材。
【請求項２】上記スラグ組成物が、下水汚泥焼却物、
ごみ焼却灰、産業廃棄物等の種々の廃棄物を原料とし
て、必要に応じて粘土、石灰石で成分調整し、高温で溶
融・急冷し、粉砕したものであることを特徴とする請求
項１に記載の空洞充填材。
【請求項３】スラグ組成物１００重量部に対し、セメ
ントを５〜３０重量部配合した硬化材１００重量部に対
して、水を６０〜１２０重量部混合してなる請求項１又
は２に記載の空洞充填材。
【請求項４】スラグ組成物１００重量部に対し、セメ
ントを５〜３０重量部配合した硬化材１００重量部に対
して、流動化剤を１．５重量部以下、水を３０〜１２０
部混合してなる請求項１又は２に記載の空洞充填材。