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【発明の名称】 グラウト材の製造方法及び当該方法により得られたグラウト材
【発明者】 【氏名】吉原 正博

【氏名】石川 浩三

【氏名】二川 敏明

【氏名】志和 裕人

【氏名】高橋 秀夫

【氏名】鵜澤 啓

【要約】 【課題】硬化材量を増量しても、また混練水量を減少させても、硬化する際の体積収縮が小さく、軽量であってかつ高強度を発現することができる、グラウト材の製造方法および当該製造方法により得られたグラウト材を提供する。

【解決手段】グラウト材の製造方法としては、予め所定量の水と分散剤と硬化材とを混合して、前記水と硬化材との質量比が55%以下となるようにミルクを調製するとともに、別途起泡剤希釈液と空気とを混合・攪拌することにより気泡を調製し、次いで、該気泡を、前記ミルクに混合する方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
予め所定量の水と分散剤と硬化材とを混合して、前記水と硬化材との質量比が55%以下となるようにミルクを調製するとともに、別途起泡剤希釈液と空気とを混合・攪拌することにより気泡を調製し、次いで、該気泡を、前記ミルクに混合することを特徴とする、グラウト材の製造方法。
【請求項2】
請求項1記載のグラウト材の製造方法において、該硬化材100質量部に対し、該分散剤を0.05〜5.0質量部混合することを特徴とする、グラウト材の製造方法。
【請求項3】
請求項1または2に記載のグラウト材の製造方法において、該硬化材として、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、エコセメント、セメント系固化材からなる群より選ばれる1種以上を用いることを特徴とする、グラウト材の製造方法。
【請求項4】
請求項1〜3いずれかの項に記載のグラウト材の製造方法により製造したグラウト材。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、グラウト材の製造方法及び当該方法により得られたグラウト材に関し、特に土木構造物の空洞充填、軽量盛土、及び埋立て等に利用でき、また、材山岳地や軟弱地盤での拡幅盛土・橋台・擁壁の裏込め、あるいは埋戻しや充填等、締め固め困難な箇所に利用できるとともに、硬化する際の体積収縮が小さく、軽量かつ強度発現性に優れるグラウト材の製造方法および当該方法により得られたグラウト材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、軽量骨材や気泡を混入した軽量のグラウト材が開発されている。
軽量骨材を使用した場合には、軽量骨材が高価であるため材料費が高くなるばかりでなく、ポンプ圧送時に骨材に混練水が吸収され、ポンプ圧が大きくなり、圧送困難となったりするので好ましくない。
一方、気泡を混入した場合、グラウト材の比重を軽くするためには気泡群を増加させ、硬化材及び混練水の量を減らす等の工夫がされ、グラウト材の強度を高くするためには、硬化材の量を多くし、気泡群と混練水を減らす必要がある。
【0003】
一般に気泡を混入したグラウト材であるエアモルタルやエアミルクに関して、「FCB工法」(三嶋.益村著、理工図書、平成12年月初版)に代表的な配合例が記載されている。
開示されているグラウト材で、一軸圧縮強さが500kN/m以上のものはすべて、水/硬化材質量比(W/C)が60%を超えており、密度も0.5t/mを超えているものである。
【0004】
グラウト材中の強度を向上させるため、混練水を減らす検討を試みたところ、下記表1に示すように、グラウト材中に含有される水と硬化材との質量比を55%以下とし、硬化材量を増加させても高い強度が得られず、むしろ逆に低強度となる結果が得られた。
また、下記表2に示すように、硬化材と混練水の合計量を460kg/mとし、硬化材量を320〜280kg/m、混練水を140〜180kg/mの範囲で強度を測定したところ、硬化材量が多いほど(混練水が少ないほど)、強度が高くなるのではなく、むしろ逆に低強度となる結果が得られた。
但し、表1及び表2のグラウト材は、後述する比較例1と同様の方法で製造したものであり、28日強度は、後述する試験例に記載の方法と同様の方法で測定した値を示す。
【0005】
【表1】


【0006】
【表2】


【0007】
このような強度低下は、得られたグラウト材中の硬化材が粒状(ママコ)で残存しており、凝集が観察され、硬化材がグラウト材中に均一に分散していないことが一因と推定される。
【非特許文献1】「FCB工法」(三嶋.益村著、理工図書、平成12年月初版)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、グラウト材中の硬化材量を増量しても、また含まれる水量を減少させても、従来のグラウト材は高強度が得られないという上記問題点を解決し、硬化する際の体積収縮が小さく、軽量であってかつ高強度を発現することができる、グラウト材の製造方法および当該製造方法により得られたグラウト材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のグラウト材の製造方法は、予め所定量の水と分散剤と硬化材とを混合して、前記水と硬化材との質量比が55%以下となるようにミルクを調製するとともに、別途起泡剤希釈液と空気とを混合・攪拌することにより気泡を調製し、次いで、該気泡を、前記ミルクに混合することを特徴とするものである。
【0010】
好適には、本発明の前記グラウト材の製造方法において、該硬化材100質量部に対し、該分散剤を0.05〜5.0質量部混合することを特徴とする。
【0011】
さらに好適には、本発明の前記グラウト材の製造方法において、該硬化材として、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、エコセメント、セメント系固化材からなる群より選ばれる1種以上を用いることを特徴とする。
【0012】
本発明のグラウト材は、上記本発明のグラウト材のいずれかの製造方法により得られたものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明のグラウト材の製造方法は、一定の配合順序で材料を配合するとともに、硬化材と混練水とを所定の配合比で含むこととすることで、グラウト材中の硬化材が極めて均一に分散することができ、軽量でかつ高強度発現性に優れるグラウト材を効率よく製造することができる。
【0014】
また、本発明のグラウト材は、硬化する際の体積収縮率が小さく、軽量で強度発現性に優れるものであり、例えば、盛土荷重の低減、橋台や擁壁などの壁面に作用する土圧の低減などの効果を得ることが可能で、且つ、所定の強度を得ることができる。
また、その充填(打設)スピードも上げることができ、さらに締め固めが不要であるため、施工の省力化と併せてコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
本発明を実施するための最良の形態例を以下に挙げて説明する。
本発明のグラウト材の製造方法は、予め所定量の水と分散剤と硬化材とを混合して、前記水(W)と硬化材(C)との質量比(W/C)が55%以下となるようにミルクを調製するとともに、別途起泡剤希釈液と空気とを混合・攪拌することにより気泡を調製し、次いで、該気泡を、前記ミルクに混合する方法である。
このような配合順序及びW/Cとすることにより、グラウト材中の硬化材の凝集を防止し、得られるグラウト材の強度を確保、増加することが更に可能となる。
【0016】
以下、本発明のグラウト材の製造方法を詳述する。
まず、本発明のグラウト材を製造するにあたり、予め所定量の水と分散剤と硬化材とを混合して、好ましくは予め所定量の水と分散剤とを混合した混合物に硬化材を均一に混合して、ミルクを製造する。
【0017】
ここで、本発明で使用される分散剤としては、通常、コンクリートやセメント等の調製に用いられる分散剤であれば任意のものを使用することができ、特に、JIS A 6204 「コンクリート用化学混和材」に規定されている、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤等を好適に使用することができ、これらは、主として、ポリカルボン酸系、ナフタリンスルホン酸系、メラミンスルホン酸系、ポリカルボン酸系のものである。
【0018】
その添加量は、使用する分散剤の種類や製品により異なるが、通常、実験、実操業等において、各製造メーカーがコンクリート用として推奨している添加量の範囲内で適宜選択して使用すれば良く、好ましくは、硬化材100質量部に対して0.05〜5.0質量部、好ましくは0.3〜3.0質量部、さらに好ましくは0.5〜2.0質量部配合して用いられる。
配合量が、0.05質量部未満では、得られるグラウト材中の硬化材の分散性が劣る場合があり、そうすると硬化材がグラウト材中に一部塊状となって残存するため、強度発現性に悪影響を及ぼす場合があるからである。
一方、5.0質量部を超えて配合しても、得られるグラウト材中の硬化材の分散性に差はほとんどなく、分散剤の使用量を多くしてもコストが高くなり経済的ではない。
【0019】
分散剤は、通常、モルタル、コンクリートなどの流動性改善を目的として使用されており、コンクリート等で使用する場合は、ある程度コンクリートを混練してから分散剤を後添加した方が流動性の改善効果が高いとされているが、本発明においては、グラウト材中の硬化材の凝集を防止し、得られるグラウト材の強度を確保、増加させるために、分散剤は、気泡を混入する前のミルクを調製する段階で配合されるものである。
【0020】
好適には、まず、混練水と分散剤とを混合し、次いで、水に分散剤を混合させた前記混合物に、更に、硬化材を混合してミルクを製造する。
【0021】
本発明で使用することができる硬化材としては、普通、早強、白色、耐硫酸、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、エコセメント、アルミナセメント、ジェットセメント、セメント系固化材などが例示でき、これらは、単独でも2種以上を混合して用いても良い。
【0022】
該硬化材の配合は、得られるミルク中に含まれる水と硬化材との配合割合(水に対する硬化材の配合割合)が、質量比で55%以下、好ましくは30〜55%、より好ましくは、45〜55%となるように調整して配合する。
このような配合割合とすることで、得られるグラウト材の強度発現性が優れるものになる。
【0023】
一般に、従来は、硬化材の配合量を多くするほど、または配合する水の割合を低くして相対的に硬化材の配合割合を高くするほど、強度発現性が優れていると考えられていたが、実際には硬化材の量を多くしても、また混練水を少なくして相対的に硬化材の混合割合を多くしても強度は向上せず、むしろ低下する傾向を見出すとともに、上記したように、グラウト材中に含まれる水と硬化材との配合割合を上記範囲内とすることで、強度の発現性を優れることとすることができるものである。
【0024】
ミルクを調製する混合ミキサとしては、重力式ミキサ、強制パン型ミキサ、強制水平式一軸ミキサ、強制水平式二軸ミキサ、ハンドミキサ等を有効に用いることができる。
【0025】
このようにして得られたミルクに気泡を混合する方法としては、上記ミルクとは別に、起泡剤希釈液と空気とを混合・攪拌することにより気泡を調製し、次いで、該気泡を、前記ミルクに混合する。
具体的には、予め気泡製造装置を用いて起泡剤希釈液に圧縮空気を混合させて発泡することで気泡を調製し、該調製した気泡を、別途調製したミルクと混合させて本発明のグラウト材を得る方法である。
【0026】
起泡剤としては、公知の界面活性剤を用いることができ、例えば、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤、カチオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤や、炭化水素系界面活性剤のみならず蛋白質界面活性剤も使用でき、これらの界面活性剤を1種あるいは2種以上で使用することができる。
市場で入手しうる起泡剤としては、例えば、住友大阪セメント株式会社製の起泡剤(商品名:ライトフォーム)が例示できる。
【0027】
起泡剤は希釈せずにそのまま原液を用いることもできるが、一般的には水で希釈して用いる。
その希釈倍率や発泡倍率は、実験、実操業において、適宜使用目的、使用状況に応じて選定することができ、例えば、起泡剤の製造メーカーが推奨している範囲内で調節すればよい。
【0028】
例示として、上記住友大阪セメント株式会社製の起泡剤の場合では、希釈液として水を用いて、希釈倍率を質量比で約20倍とすることで、起泡剤希釈液として好適に使用することができ、更に、気泡製造装置を用いて該起泡剤希釈液に圧縮空気を混合させて発泡倍率を容積比で25倍として気泡を発生させて用いることができる。
【0029】
起泡剤により発泡された気泡をミルクに混入させる配合量は特に限定されず、グラウト材の使用目的に応じて適宜選定することができるが、好ましくは、グラウト材の総容積中、内包される気泡の容積比が、65%以上、好ましくは70%以上とすることが望ましく、気泡を65%以上、好ましくは70%以上混入させることで、得られるグラウト材の軽量化が図れる。
【0030】
ミルクと発生した気泡とを混合するミキサとしては、重力式ミキサ、強制パン型ミキサ、強制水平式一軸ミキサ、強制水平式二軸ミキサ、ハンドミキサ等を有効に用いることができる。
【0031】
このようにして得られた本発明のグラウト材は、例えば湿潤密度が0.5t/m以下の条件で圧縮強度が材齢28日で500kN/mという物性を達成することが可能である。
ここで、湿潤密度とは、当該グラウト材の硬化前の密度をいう。
具体的には、例えば、得られたグラウト材試料を2リットル程度の容器からあふれさせないように容器の上端まで入れ、グラウト材試料の表面が水平かつ上端に一致するように容器の側面を指でたたき、このとき容器内に満たされたグラウト材試料の質量を容器の容積で除した値である。
また、本発明において圧縮強度とは、JIS A 1216一軸圧縮強度試験により測定した強度をいう。
【0032】
得られたグラウト材のフロー値は、特に限定されず、グラウト材の適用箇所に応じて所望する流動性を得るように適宜設定することができ、好ましくは、日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法(JHSA 313−1992)」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して測定した値が140mm以下である。
【0033】
従って、本発明のグラウト材は、盛土、橋台、擁壁等の締め固めが困難な箇所へ、注入ポンプにてホースで搬送する注入手段により、裏込め、あるいは埋め戻しや充填等に利用される。
【実施例】
【0034】
本発明を次の実施例及び比較例により詳述する。
[使用材料]
グラウト材を調製するにあたり、以下の材料を使用した。
硬化材:商品名「タフロックTL−2000」住友大阪セメント株式会社製
混練水:水道水
起泡剤:商品名「ライトフォーム」住友大阪セメント株式会社製
分散剤:商品名「マイティ150」株式会社花王製
【0035】
[起泡剤希釈液の調製]
上記起泡剤「ライトフォーム」1.496kgに対して水28.424kgを添加して、質量比で20倍に希釈した起泡剤希釈液を調製した。
【0036】
実施例1〜2
上記使用材料を用いて表3に示す配合割合で、ハンドミキサを使用して、まず分散剤と混練水とを混合し、得られた混合物に硬化材を配合してミルクを調製した。
別途、上記起泡剤「ライトフォーム」1.496kgに対して水28.424kgを添加して、質量比で20倍に希釈した起泡剤希釈液を調製し、気泡製造装置に該起泡剤希釈液と圧縮空気とを導入して容積比で約25倍に発泡した気泡を調製した。
次いで、ハンドミキサを用いて、前記ミルクに、得られた該気泡を添加して、混合・撹拌することにより、本発明のグラウト材を得た。
【0037】
比較例1
分散剤を混合しない以外は、実施例1と同様にしてグラウト材を得た。
得られたグラウト材は、硬化材の著しい凝集が発現して凝集塊が目視観察された。
【0038】
比較例2
比較例1のグラウト材に、分散剤を表3に示す配合割合で混練り(後添加)して、グラウト材を得た。
得られたグラウト材は、硬化材の凝集が激しく、きわめて多くの凝集塊が目視観察された。
【0039】
比較例3
上記起泡剤「ライトフォーム」1.456kgに対して水27.664kgを添加して、質量比で20倍に希釈した起泡剤希釈液を調製し、気泡製造装置に該起泡剤希釈液と圧縮空気とを導入して容積比で約25倍に発泡した気泡を調製した。
得られた該気泡を用い、また分散剤を混合しないで、表3に示す配合割合で各材料を配合した以外には、実施例1と同様にしてグラウト材を得た。
【0040】
比較例4
比較例3で調製した気泡を用いて、表3に示す配合割合で各材料を配合した以外には、実施例1と同様にしてグラウト材を得た。
【0041】
比較例5
比較例3のグラウト材に、分散剤を表3に示す配合割合で混練り(後添加)して、グラウト材を得た。
【0042】
上記実施例1〜2及び比較例1〜5のミルク中の水と硬化材との混合比を質量比W/Cとして、また、気泡に含有される起泡剤希釈液と空気の量を、それぞれ表3に示す。
また、得られた各グラウト材全体中の空気の混入率を容積比(容積%)で表し、表3に示す。
【0043】
試験例
上記実施例1〜2および比較例1〜5で得られた各グラウト材を下記試験に供し、その結果を表3に示す。
(1)フロー値
各グラウト材のフロー値は、日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法(JHSA 313−1992)」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して測定した値として示す。
即ち、内径8cm高さ8cmのシリンダーに各グラウト材試料を入れて、引き抜き後のグラウト材試料の底面の直径を測定したものである。
【0044】
(2)湿潤密度
各グラウト材試料を2リットルの容器からあふれさせないように容器の上端まで入れ、グラウト材試料の表面が水平かつ上端に一致するように容器の側面を指でたたき、このとき容器内に満たされたグラウト材試料の質量を容器の容積で除した値を、湿潤密度として示す。
【0045】
(3)圧縮強度
各グラウト材の圧縮強度は、JIS A 1216「一軸圧縮強度試験」に準拠して材齢28日の強度を測定した値として示す。
【0046】
(4)状態
得られた各グラウト材の状態を目視観察した。
【0047】
【表3】


【0048】
表3に示す結果より、分散剤を含まない比較例1のグラウト材は、凝集が激しく強度の発現性が、実施例1及び2のグラウト材と比較して劣ることがわかる。
また、分散剤を、気泡を混合して気泡ミルクを調製した後に混合して得られた比較例2のグラウト材は、凝集が多く、打設の翌日には気泡が消失して、硬化材と水のみが沈降し、打設時の形状をとどめることができず、強度の測定が不可能であったことがわかる。
また、比較例3〜5では、水と硬化材とのW/Cの質量比が、55%を超えた場合には、分散剤の有無、配合順序の如何を問わず、本発明の実施例1及び2のグラウト材と比較して、強度発現性が劣ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明により得られたグラウト材は、盛土荷重の低減、橋台や擁壁などの壁面に作用する土圧の低減などの効果を得ることが可能で、且つ、所定の強度を得ることが出来ることから、盛土、橋台、擁壁等の締め固めが困難な個所へ、注入ポンプにてホースで搬送する注入手段により、裏込め、あるいは埋め戻しや充填される。
【出願人】 【識別番号】000183266
【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社
【識別番号】391051049
【氏名又は名称】株式会社エステック
【出願日】 平成18年11月8日(2006.11.8)
【代理人】 【識別番号】100116687
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 爾

【識別番号】100098383
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 純子


【公開番号】 特開2008−114562(P2008−114562A)
【公開日】 平成20年5月22日(2008.5.22)
【出願番号】 特願2006−302206(P2006−302206)