JPH1081879A

JPH1081879A - 中込め注入材

Info

Publication number: JPH1081879A
Application number: JP27127496A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Morishita; 宣明森下; Masaaki Noguchi; 雅朗野口
Original assignee: NIPPON SHIBITSUKU CONSULTANT K; NIPPON SHIBITSUKU CONSULTANT KK; Chichibu Onoda Cement Corp
Current assignee: NIPPON SHIBITSUKU CONSULTANT K; NIPPON SHIBITSUKU CONSULTANT KK; Chichibu Onoda Cement Corp
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JP4005161B2

Abstract

(57)【要約】【課題】止水性に優れることは勿論のこと、注入性、
耐久性に優れる中込め材料を提供する。【解決手段】フライアッシュ、好ましくは平均粒径１
０μｍ以下のフライアッシュと、セメントとを重量混合
比で、８：２〜２：８の割合で混合した硬化材と、前記
セメント量に対して０．１〜２重量％の遅延剤、前記硬
化材量に対して８０〜６００重量％の水とを混合してな
るＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液とを、Ａ液：
Ｂ液＝９９：１〜９４：６、好ましくは９８：２〜９
６：４の体積比で混合して一液性、及び二液混合型中込
め注入材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中込め注入材、
特に止水性確保を目的とするトンネル二次履工用の中込
め注入材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によるトンネル工事では、
その機構上、掘削された地山とセグメントとの間に隙間
が発生し、この隙間を埋める為に裏込め材が注入され
る。この裏込め材として、各種硬化材スラリーに砂、
泡、繊維等を混入した、所謂「一液性材料」が従来より
使用されてきたが、これらの材料は、短期強さ発現性に
乏しく、さらに掘削時又は掘削後、地下水や泥水等によ
って希釈されやすいという問題点があった。そこで最近
では、短期強さ発現性に優れ、水に希釈されにくい特性
を持つ材料、即ち、硬化材スラリーと珪酸ソーダ水溶液
を、注入箇所直前で混合し注入する「二液混合型材料」
が検討され、この材料が、隙間を残さず完全に注入され
れば、トンネル・セグメント内の漏水は無くなると期待
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし実際には、切羽
から隙間に入り込んだ土砂等の影響により、空洞部に裏
込め材を完全に注入することは難しく、その為、漏水が
止まることは少なく、通常、止水性を目的として何らか
の二次履工が行われているのが現状である。

【０００４】二次履工の方法としては、セグメントの表
面にコンクリート材料を内張り、或いは防水シートを組
み合わる方法が一般的であるが、より完全に漏水防止を
行う方法として、施工トンネル内部に鋳鉄管等の内管を
設置し、そしてトンネル内部と内管との中空部に中込め
材を充填する方法も提案されている。この中込め材は、
裏込め材と同様、空間部を充填する事を目的としている
から、一般的には裏込め材を中込め材としてそのまま利
用することも少なくない。

【０００５】しかし上記のように、充填箇所に多量の漏
水があり、止水性を目的とする中込め材として、従来の
裏込め材を使用しても、止水効果は少ないため利用しず
らいという課題があった。即ち、一液性材料では、当
然、材料が希釈され、止水性はおろか耐久性も期待でき
ないのに対し、二液性材料でもゲル化するまでの間に材
料が希釈されやすく、不均一な材料となりやすい為に、
いずれにしても漏水が発生しやすくなるからである。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みて鋭意検
討してなされたものであり、止水性に優れることは勿論
のこと、注入性、耐久性に優れる中込め材料を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した本発明の目的
は、フライアッシュ、好ましくは平均粒径１０μｍ以下
のフライアッシュと、セメントとを重量混合比で、８：
２〜２：８の割合で混合した硬化材と、前記セメント量
に対して０．１〜２重量％の遅延剤、前記硬化材量に対
して８０〜６００重量％の水とを混合してなる硬化材ス
ラリーＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ液とを、Ａ
液：Ｂ液＝９９：１〜９４：６、好ましくは９８：２〜
９６：４の体積比で混合することを特徴とする一液性、
及び二液混合型中込め注入材によって達成される。

【０００８】また、硬化材スラリーＡ液が、更に無機質
粘土鉱物からなる増粘材を前記Ａ液１ｍ^３当たり８０ｋ
ｇ以下の割合で含む中込め注入材によって達成される。

【０００９】また、硬化材スラリーＡ液が、更に有機質
増粘剤を前記Ａ液１ｍ^３当たり５ｋｇ以下の割合で含む
中込め注入材によって達成される。

【００１０】

【発明の実態の形態】従来、裏込め材の特性としては、
施工を容易とする為の流動性と、地山の沈下量を抑制す
る為の短期強さ発現性が特に求められている。この要求
特性を達成する為に、それぞれ流動性に優れている硬化
材スラリーＡ液と珪酸ソーダ水溶液Ｂ液を別々に圧送
し、注入箇所直前で混合、注入後、可塑状態を数十分間
保った後、順調に強さを発現し、１時間後には地山相当
の強さとなり、地山の沈下を抑制することができる「二
液混合型材料」が裏込め材として使用されている。ここ
で、硬化材スラリーに対する珪酸ソーダ水溶液混合量
は、一般的には通常７体積％以上、最低でも５体積％以
上である。これは、この混合量より少ない量では所定材
令後に地山相当の強さが得られない為である。

【００１１】またゲル化時間は、珪酸ソーダ水溶液の混
合量が多い程長くなるが、上記のように混合量を５体積
％以上にする必要があることや、ゲル化後の混合が実質
困難になること、さらに注入箇所が複数である場合にゲ
ル化時間が短いと注入圧がばらばらとなり施工管理しに
くいこと等から、裏込めの場合のゲル化時間は１０秒前
後に調整される場合が多かった。

【００１２】しかしこの場合の材料を、水分が多量に存
在する充填箇所に注入すると、ゲル化する迄の間に硬化
材スラリーが希釈されやすくなるから、止水性を第一の
目的とする中込め材には適応できなかった。そこで本発
明材料のＢ液混合量は、珪酸ソーダ水溶液を６体積％以
下、好ましくは４体積％以下とした。これは、ゲル化時
間をできる限り短くし、水分による希釈を極力抑制しよ
うとしたものである。

【００１３】そして、本発明材料は、ゲル化後の強さが
裏込め材と比べて非常に弱い為に、ゲル化後の混合も可
能で均一となりやすく、また注入性にも優れている。さ
らに、数日後以降の長期強さ発現性は珪酸ソーダ水溶液
が少ない為に、アルカリ溶出量が少なく、また、硬化材
本来の働きがほとんど阻害されず長期耐久性にも優れて
いる。

【００１４】また、本発明材料の珪酸ソーダ水溶液混合
量は１体積％以上としているが、これは混合量が１体積
％より少なくなると２液混合後でも浮き水量が生じる為
である。

【００１５】ここで、珪酸ソーダ水溶液としては、ＪＩ
ＳＫ１４０８によって規定される２号、３号は勿論の
こと、ＳｉＯ_２量が２０〜４０％、Ｎａ_２Ｏ量が３〜２
０％程度のものが好適に使用される。

【００１６】次に、本発明材料の硬化材は、フライアッ
シュとセメントの混合物である。フライアッシュは、セ
メント粒子よりも形状が細かく、その殆どが球状粒子で
あり、微粉末効果でセメント粒子に入り込み、さらにセ
メントがゼータ電位を持つ為に、セメントと凝集しブリ
ージング率を少なくすることができる。この効果はフラ
イアッシュの平均粒径が１０μｍ以下の場合に顕著にな
るので、平均粒径１０μｍ以下のフライアッシュの使用
が好ましい。

【００１７】ここで、セメントとしては、各種ポルトラ
ンドセメント、特に普通及び早強ポルトランドセメント
が好適に使用されるが、高炉セメント等の混合セメント
を使用することも可能である。

【００１８】通常、裏込め材の場合、セメントを全く配
合しない場合を除いて硬化材中のフライアッシュは多い
程好ましいとされている。それは、フライアッシュには
溶出性Ｃａ^２＋イオンがほとんど無く、Ｂ液の珪酸ソー
ダ溶液と直接反応しない為、Ａ液中にフライアッシュが
多くなると、Ａ液とＢ液混合直後のゲル化強さは弱くな
り、変形係数を低下させることができ、注入性が大幅に
向上するからである。

【００１９】本発明では、Ｂ液の珪酸ソーダ溶液混合量
が少ない為に、Ａ液とＢ液混合直後の変形係数はそれほ
ど高くならず、硬化材申のセメントの配合比がかなり高
くなっても注入は可能であるが、セメント量が多くなる
すぎると、ブリージング率特性を改善する為の増粘材、
可使時間を改善する為の遅延剤等をより多く配合しなけ
ればならず、経済的でなくなる。さらに、３ヵ月材令以
降のフライアッシュによる緩慢なポゾラン反応を期待す
ることができなくなるので、好ましくない。したがっ
て、本発明では、このフライアッシュとセメントとを重
量混合比で、８：２〜２：８としたものを硬化材として
使用した。

【００２０】またＡ液には可使時間の調整の為に遅延剤
がセメント量に対して０．１〜２重量％配合される。こ
れは遅延剤０．１重量％より少なく配合すると添加効果
が少ないのに対し、遅延剤を２重量％より多く配合して
も可使時間が改善されず、むしろ粘性力高くなる為に好
ましくないからである。この遅延剤としては、グルコン
酸系、クエン酸系、オキシカルボン酸系、有機リン酸
系、スルホン酸系等の遅延剤を使用することができる。

【００２１】さらに、Ａ液にはブリージング率を改善す
る為に、無機質増粘材や有機質増粘剤を使用する事が好
ましい。無機質増粘材としては、各種ベントナイト、酸
性白土等が挙げられるが、特にベントナイトが好ましく
使用され、これを１ｍ^３当たり８０ｋｇ以下の範囲で使
用するのが好ましい。ここで、ベントナイトを８０ｋｇ
より多く配合すると流動性が悪化するので好ましくな
い。

【００２２】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が使用される。この
増粘剤を使用すると比較的流動性を悪化させずに、Ａ液
のブリージング率を改善することができるが、必要以上
に配合するとやや強度の発現が阻害される。したがっ
て、有機質増粘剤は１ｍ^３当たり５ｋｇ以下の範囲で使
用するのが好ましい。

【００２３】前記硬化材、遅延剤、増粘材等を水に配合
してＡ液は作製される。ここで、Ａ液の水分量は、硬化
材に対して８０〜６００重量％である。これは、８０重
量％より小さいと、流動性が悪化するため好ましくな
く、６００重量％より大きくなると強さ発現性に劣り、
Ａ液のブリージング率が大きくなるので好ましくないか
らである。

【００２４】以上、本発明を注入箇所直前で混合する二
液混合型材料を想定して説明してきたが、本発明は、珪
酸ソーダ水溶液Ｂ液を硬化材スラリーＡ液に事前に混合
する一液性材料として使用しても良い。また、使用用途
も中込め材に限定されず、例えば強さ特性よりも止水性
に重点を置く裏込め材等にも適用できることはもちろん
のことである。

【００２５】

【実施例】以下に、実施例と比較例に基づき本発明をさ
らに説明するが、本実施例は例示であり本発明の範囲を
限定するものではない。１）使用材料早強セメント：秩父小野田（株）製早強ポルトランド
セメントＪＩＳフライアッシュ：四国電力（株）製ＪＩＳフラ
イアッシュ分級フライアッシュ：秩父小野田（株）製商品名「小
野田スーパーフロー」一般ベントナイト：（株）豊順洋行製商品名「はる
な」メチルセルロース系増粘剤：島津メカニックス（株）製
商品名「ＳＰ−Ｇ」グルコン酸系遅延剤：島津メカニックス（株）製商品
名「ＳＰ−Ｒ」珪酸ソーダー水溶液：島津メカニックス（株）製商品
名「ＳＰ−９０」ここで、本実験で使用した硬化材の性状を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】２）実験方法実験で試作した裏込め材料注入材料１ｍ^３当たりの配合
表を、表２にまとめて示した。

【００２８】

【表２】

【００２９】３）実験結果まず、Ａ液試験結果を表３にまとめて示した。（なお、
表３の項目では、セメントをＣ、フライアッシュをＦ
Ａ、水をＷとそれぞれ略記している。）ここで、Ａ液試
験結果におけるけるゲル化時間とは、所定配合に相当す
るＡ液とＢ液を混合したときに、混合直後からゲル化に
より流動性が失われるまでの時間であり、３秒以下が好
ましい。また、フロー値とは、アクリル製の円筒形シリ
ンダー（内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍ）にＡ液を満た
し、円筒形シリンダーを引き上げたときに、Ａ液がどの
くらい広がるかを測定した値であり、３０ｃｍ以上が好
ましい。そして、ブリージング率とは、Ａ液５００ｃｃ
を分取し静置したときの浮き水量の度合いを示す値であ
り、２４時間後のブリージング率は３０％以下が好まし
い。さらに、可使時間はＡ液が流動性を失うまでに要す
る時間を示し、１２時間以上であることが好ましい。

【００３０】

【表３】

【００３１】次に、Ａ液＋Ｂ液混合試験結果を表４にま
とめて示した。これは、Ａ液とＢ液を混合して、一軸圧
縮強さ測定用として直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱状
供試体を成形し、２０°Ｃの水中で養生後に各々の養生
供試体の変形係数（Ｅ_５０）と一軸圧縮強さを測定した
結果である。ここで、中込め材の特性としては、６０分
後の変形係数が５０以下、７日の一軸圧縮強度が２０ｋ
ｇｆ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

【００３２】

【表４】

【００３３】表３および表４の結果から、本発明の実施
例である試験番号３及び４の条件では、中込め材として
良好な特性が得られることが分かった。しかし、Ｂ液／
Ａ液の混合量比が１％より少ない試験番号２の条件では
浮き水が生じ、またＢ液／Ａ液の混合量が７％である試
験番号５の条件では、ゲル化時間が長く、１時間後の変
形係数も高すぎるので、中込め材としては好ましくなか
った。。

【００３４】また、試験番号６の条件では、使用するフ
ライアッシュとして分級品を使用しているが、この場
合、ＪＩＳ品を使用する場合に比べて、Ａ液のブリージ
ング率が改善されることが分かった。

【００３５】つぎに、硬化材の混合比が、セメント：フ
ライアッシュ＝５：５と本発明の実施例である試験番号
８の条件では、良好な結果が得られたが、硬化材がフラ
イアッシュのみである試験番号７の条件ではゲル化せ
ず、また硬化材がセメントのみである試験番号９の条件
では、Ａ液のブリージング率がやや悪化し、１時間後の
変形係数も高いので中込め材としては好ましくないこと
が分かった。

【００３６】また、遅延剤がセメントの１％である試験
番号１１の条件では、良好な結果が得られているが、遅
延剤を配合していない試験番号１０の条件では、Ａ液の
可使時間が短く、また遅延剤がセメントの３％である試
験番号１２の条件では、可使時間が２４時間程度とな
り、遅延剤が１％の場合より悪化するので、好ましくな
いことが分かった。

【００３７】つぎに、増粘材として普通ベントナイトを
４０ｋｇ／ｍ^３、及び増粘剤としてメチルセルロース系
助剤を２ｋｇ／ｍ^３配合した試験番号１４、１６の条件
では、良好な結果が得られているが、増粘材を配合して
いない試験番号１３の条件では、Ａ液のブリージング率
が高くなりすぎ、また、普通ベントナイトを１００ｋｇ
／ｍ^３配合した試験番号１５の条件では、Ａ液の粘性が
高すぎる為に好ましくないことが分かった。また、メチ
ルセルロース系助剤を１０ｋｇ／ｍ^３配合した試験番号
１７の条件では、Ａ液のブリージング率は０％となり、
比較的良好な結果が得られているが、強度発現性がやや
悪化するので好ましくなかった。

【００３８】本発明の実施例である水／硬化材比（セメ
ント＋フライアッシュ）が１５０％である試験番号１９
の条件では、中込め材として良好な結果が得られてい
る。しかし、水／硬化材比が６０％である試験番号１８
の条件では、Ａ液のフロー値が低く、また水／硬化材比
が７００％である試験番号２０の条件では、７日の一軸
圧縮強度が６．２ｋｇｆ／ｃｍ^３と強さ発現性に劣り、
Ａ液のブリージング率も高くなるので好ましくないこと
が分かった。

【００３９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明中込め
材料は、止水性に優れることは勿論のこと、注入性、耐
久性に優れている材料である。従って、本発明中込め材
料は、止水性が確保を目的とする、例えばトンネル二次
履工用中込め材料等に好適に使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フライアッシュ、好ましくは平均粒径１
０μｍ以下のフライアッシュと、セメントとを重量混合
比で、８：２〜２：８の割合で混合した硬化材と、前記
セメント量に対して０．１〜２重量％の遅延剤、前記硬
化材量に対して８０〜６００重量％の水とを混合してな
る硬化材スラリーＡ液と、珪酸ソーダ水溶液からなるＢ
液とを、Ａ液：Ｂ液＝９９：１〜９４：６、好ましくは
９８：２〜９６：４の体積比で混合することを特徴とす
る一液性、及び二液混合型中込め注入材。
【請求項２】硬化材スラリーＡ液が、更に無機質粘土
鉱物からなる増粘材を前記Ａ液１ｍ^３当たり８０ｋｇ以
下の割合で含むことを特徴とする請求項１項記載の中込
め注入材。
【請求項３】硬化材スラリーＡ液が、更に有機質増粘
剤を前記Ａ液１ｍ^３当たり５ｋｇ以下の割合で含むこと
を特徴とする請求項１項記載の中込め注入材。