JPS6144990A - 土中充填材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、土中空隙用の充填材に関し、更に詳しくは、
時間とともに変動を続けるクラックや隙間を充填し、か
つその経時変化に追従し膨張あるいは膨潤して止水する
と同時に地盤の強度を増大させることができる土中充填
材に関するものである。

従って本発明は、土中における土塊の分離、亀裂および
これを通る地下水の流動に関連して生じる種々の災害の
防止、あるいは構造物の破壊防止等の技術分野で有効に
利用することができろ。

［従来の技術］ 例えば変動性地盤上の構造物は、地盤の圧密性下等によ
り被害を受ける場合が多い。その被害は構造物本体、構
造物とそれを取り囲む土との間、または上側におけるク
ラックあるいは隙間として現われてくる場合が多く、こ
れらは優先的な地下水の流路となり、その流れは周囲の
土砂の流亡を助長し、′空隙を拡大して構造物の破壊や
災害をもたらす。貯水ダム、堤防、造成地の盛土等の降
水による崩壊はこの機構による場合が多く、災害に結び
つくこともある。

従来、上記のようなりラックあるいは隙間のような空隙
に充填する材料としては、セメントやベントナイト、そ
れらの混合物、各種のグラウト材等がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらこれらの充填材は、充填後に固化すること
を目的としており、充填後の間隙変化に対応して変形、
膨張等を起こし、遮水効果を持続するようなフレキシビ
リティはもっていない。従って長期間にわたる経時変化
により、あるいは地震等による急激な空隙変化が生じた
時、再び隙間が広が９前記のような被害が生じる虞れが
ある。それ故、従来技術によれば、クラックや隙間が生
じたならば、その都度充填材を補充しなければならなく
なるといった問題が生じるし、また再充填する時間的余
裕もなく、そこを通る水により土砂が崩壊することを防
ぐことができないという問題も生じる。要するに空隙寸
法が変動を続けるような場合には、クラックや隙間およ
びその周囲を剛体としてしまうような従来の充填材を充
填したのでは、充填の効果がすぐに無（なるし、充填す
ることによって他に欠陥を作ったり、褌だしくは欠陥を
一層大きくする可能性がある。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、土中空隙に充填材を充填するに当たって、充填後の変
動変形に追従する弾性、流動性等のフレキシビリティを
持たせることができ、それ故、長期間にわたって常時空
隙が閉塞されて止水されるため地下水の流路となること
はなく、各種被害や災害発生を未然に防止しうるような
、全く新しい発想に基づ（土中充填材を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発明は、高
吸水膨張性高分子材料と鉱物質粉体とを混合してなり、
空隙に充填された場合に、経時−動する空隙に追従して
吸水膨張し止水可能とした土中充填材である。

ここで高吸水膨張性高分子材料としては既に公知の各種
材料を利用することができ、また鉱物質粉体としては砂
質、シルト質、粘土質等の他、ベントナイト等を使用す
ることができる。

そしてこれらの混合割合、上記高分子材料や鉱物質粉体
の種類、粒度等をその使用目的に応じ　　゛て適宜調節
することにより、吸水量、膨張量、吸水膨張時間、吸水
した時点の流動性、透水性、膨張によって発生する膨張
圧力、膨張後の弾性等の性質や機能を自由に調節するこ
とが可能である。

なお、上記の「空隙」とは、土層中のクラックや隙間の
みに限られるものではなく、土と構造物との間隙部等も
含まれるものである。

［作用］ 本発明にかかる土中充填材は、吸水膨張して圧力を発生
し、不透水性であり、弾性をもち、かつ大きな変形性能
を有する。しかも吸水膨張速度の調節が自在であるとい
うユニークな特性を有する。このような充填材が土中に
充填されると、地下水を吸収して膨張して空隙を閉塞し
、発生する圧力によって周囲の土層を締め固め強度を増
大させると同時にその土層の透水性を少なくする乙とが
できる。この充填材は充填部分およびその周囲を剛体と
する乙となく、充填後の隙間の変動に追従する弾性、流
動性等のフレキシビリティを有する。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明について更に詳しく説明する
。本発明は、前述の如く、高吸水膨張性高分子材料と鉱
物質粉体とを混合した組成をもち、土中の空隙に充填さ
れた際に、経時変動する空隙に追従して吸水膨張し止水
することができる土中充填材である。

ここで高吸水膨張性高分子材料としては従来公知のデン
プン系、セルロース系、ポリビニルアルコール系、アク
リル系等任意のものであってよく、例えばビニルアルコ
ール・アクリル酸重合体、スターチ・アクリル酸重合体
、あるいはこれらを各種のゴムや樹脂類と配合した混合
物等を用いることができる。この種の高分子材料の吸水
膨張量は、体積膨張率で５０〜５００倍程度である。こ
のような高分子材料を単独で土木材料として用いる乙と
は不可能ではないが、経済的に不利であり、土層との接
触面における完全な接触が行い難い、所謂「なじみ」が
良くない場合が多い。

そこで本発明においては、上記のような高吸水膨張性高
分子材料に対して適当割合の鉱物質粉体が混合される。

鉱物質粉体としては、砂質、シルト質、粘土質、その他
各種のものが用いられる。

上記のような材料の組み合わせとしたのは、それによっ
て次のような利点が生じるからである。まず、充填材と
土層あるいは構造物との接触をこの鉱物質粉体に受は持
たせることができ、それによって上記のような所謂土層
との「なじみ」の問題を屏決することができるし、この
鉱物質粉体の混合量を変えることによって膨張量の調節
を容易に行うことができ、更に高分子材料が膨張によっ
て発生する圧力を充填するクラックあるいは隙間の壁面
に向かって均一に伝達する圧力伝達媒体となり、良好な
充填効果をもたらすことができる。ところで土質工学上
は不透水層とは地下水の移動のし易さを示す透水係数で
表現すると１０−’Ｃｍ／　Ｓｅｅ　（水の移動速度）
程度以下の層をいうが、鉱物質粉体の粒度分布、材質を
選定してこの程度の不透水性物を構成することは容易で
あるし、またその場合でも粉体で構成される間隙は多数
の毛細管様の構造をなし、それを通して高吸水膨張性高
分子材料への水の供給を行うことができ、更にこの種の
鉱物質粉体は、条件さえ許せば作業現地での調達も可能
であり経済的にも非常に有利である。

本発明にかかる土中充填材は、土中の空隙を充填するも
ので、吸水して膨張する特性を時間的に制御することに
より、変動する空隙を常に閉塞し止水性を保つことがで
きる材料である。

実際には土中の空隙に注入あるいは挿入するか、または
土中構造物の壁面や底面等に予め貼設しておく等の手法
により空隙内に充填され、存在する地下水あるいは供給
された水等を吸収して膨張する。それによって空隙を閉
塞し、止水水密性を発揮する。また拘束条件によっては
膨張圧を発現させうる。このためには、使用状況や拘束
条件の変化等を勘案して材料の種類や状態、あるいは配
合割合を適宜調整し、流動性、吸水性、゛膨張特性、透
水性、変形特性、強度特性、熱特性、化学（風化、劣化
）特性、比重、形態（粉体あるいは塊状態）等を調整し
、また造形材や添加調整材等を調整して膨張一時間特性
を調節するのである。このようにして使用状態等に応じ
て調整された充填材は、前記のように空隙内に充填され
ると、変化する空隙に対して自在に追従し、閉塞、止水
効果を長期間にわたって保持しつづけることができるの
である。

鉱物質粉体の材料を用いる利点は、上記の通りであるが
、−例としてベントナイトを用いた場合について述べる
。ベントナイトは粘土に分類されるが、それ自身数倍程
度まで膨潤する性質があり、不透水性にもすぐれており
、この種の高分子材料との混合材料としてすぐれた材料
であるということができ、高価につく高分子材料の使用
量を減少することができる。

このようなベントナイトとビニルアルコール・アクリル
酸−ＥＶＡ樹脂配合物の混合物の諸性質を示したのが第
１図〜第３図である。第１図は時間−膨張特性を示すも
のであり、横軸は時間（ｈｒ）　、縦軸は体積変化（倍
）である。なお、乙の第１図は、無拘束時における体積
変化を示すものであり、曲線Ａはビニルアルコール・ア
クリル酸−ＥＶＡ配合物（２ｍｍ角粒状）単独の場合、
曲線Ｂは上記配合物１に対してベントナイト９（但し体
積比）を配合しｔコ場合である。また第２図は混合割合
−圧力特性線図であり、前記混合材料に対して２倍の容
積の容器中で吸水膨張させた場合（１００時間後）の混
合率に対する圧力の関係を示すものである。第３図は混
合割合−粘度特性線図であり、圧力開放し１００時間吸
水後における粘度を示している。

これらの図から本発明にかかる土中充填材が吸水膨張性
、圧力の発現、流動性等を有し、混合割合によってそれ
らの性質を変えうろことが判るであろう。これらの諸性
質は、主として高吸水膨張性高分子の材質の選択、その
粒度の選択で膨張量および膨張時間が、また鉱物質粉体
の材質、粒度の選択で透水性および粘性が、更には両者
の混合割合の選択で膨張量、発現圧力、粘性が決定され
、使用目的に応じて自在に要求される性質を生み出すこ
とができる。

次に本発明にかかる土中充填材の具体的な使用例に−い
て説明する・第４図は土層−中に生じているクラック２
に充填材３を注入した場合の例を示すものである。この
場合には不飽和土中でも収縮しない特性にする。充填材
３は周囲に存在する水を吸収して膨張し、クラック２内
を充填する。

第５図は粘性土地盤あるいは砂地盤３の改良の例を示す
ものである。同図Ａに示すように、改良すべき地盤内に
柱状あるいは帯状の穴５を形成し、それに充填材３！注
入する。充填材３は周囲に存在する水分あるいは供給さ
れた水分を吸収し、同図Ｂで白抜き矢印で示すように水
平方向に膨張する。この時、周囲の地盤に圧力が加わり
地盤を締め固めることができる。充填材自体の強度と、
締め固め効果並びに止水性能により、地盤の改良がなさ
れる。

第６図および第７図は土層１中の埋設構造物６周辺の空
隙に対して充填材３を充填する場合の例である。特に地
下水位下の場合には、空隙状況に応じて常〒閉塞させ止
水する必要がある。

埋設時に構造物の側面（第６図参照）あるいは底面（第
７図参照）に充填材３を配設しておけば、その後の空隙
発生時に周囲の水分を吸収して自然に膨張し空隙変化に
追従して常時これを閉塞止水することができる。同様の
考え方で第８図に示すように土中埋設構造物６同士の連
結部に本充填材３をシート状にして挾んでおけば、間隙
間隔が変化してもその開きに対して常時閉塞止水性を持
たせることができる。

第９図に示すように、土中の空隙の大きさは時間的にみ
た場合、年・月オーダーで拡大する場合が多々ある。こ
の拡大は、例えば同図において曲線Ａで示すように地盤
沈下等土層の締まり等によって継続的に徐々に変化する
場合と、曲線Ｂに示すように地震や工事の影響等人為的
な原因によって段階的に変化する場合があるが、本発明
のような充填材を用いれば、曲線Ａに沿　　　　□って
徐々に変化する空隙の変化速度と一致するような膨張量
に設計すボこともできるし、常時　１低い潜在的膨張力
が働くようにしておけば、曲線Ｂで示されているように
何らかの原因で拘束条件が緩めば、その緩んだ分だけ膨
張し、常時空隙を閉塞し止水させるようにすることもで
きる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成した土中充填材であるから、
充填後の空隙の変動変形に追従する弾性、流動性等のフ
レキシビリティを持たせることができ、それ故、空隙が
経時的に変化したとしても、その空隙は常時閉塞され止
水されるため地下水の流路となることはなく、各種の災
害の発生を未然に防止することができるし、一旦充填し
たならばあとは自然に膨張するよう動作するから、完全
にメンテナンス・フリーであり、空隙の発生状況の点検
や充填材の再充填作業といった煩瑣な作業が不要となる
等、優れた効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる充填材の時間−膨張特性線図、
第２図はその混合割合−圧力特性線図、第３図はその混
合割合−粘土特性線図、第４図は土中クラックへの充填
材の充填状況を示す説明図、第５図Ａ、Ｂは本発明を地
盤改良に使用した場合の説明図、第６図および第７図は
土中埋設構造物周辺の空隙に使用した場合の説明図、第
８図は構造物同士の連結部に適用した場合の説明図、第
９．図は時間に対する空隙の大きさを示す説明図である
。 １・・土層、２・・クラック、３・・充填材、６・・・
埋設構造物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高吸水膨張性高分子材料と鉱物質粉体とを混合して
   なり、空隙に充填された場合に、経時変動する空隙に追
   従して吸水膨張し止水可能とした土中充填材。