JP6322452B2

JP6322452B2 - 埋戻し処理材

Info

Publication number: JP6322452B2
Application number: JP2014061672A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: JP2015183114A

Description

本発明は、セメント系埋戻し処理材に関する。

上・下水道管、ガス管、電信線管等の地下埋設物を改修等のために掘出したり、埋戻したりすることが頻繁に行われている。地下埋設物の埋設に際しては、例えば山砂等の良質土を用い、埋設した覆土表面にランマ等で転圧し、固め均す方法が行われてきた。この旧来方法に変わって、工期短縮の観点から、地下を掘出した際の掘出された土壌（以下、掘削土壌と称す。）等に水と固化材を加えて混合し、高流動化させたものを、再埋設のための埋戻し材に用いた急速流動化埋戻工法が利用され始めている。この工法は、工期短縮に加え、埋設後の残土発生量をかなり抑制できることが利点である。この工法に適用できる埋戻し材は、例えば埋設管の下側の地盤との隙間や隣接管同士の隙間にもスムーズに充填できるような高い流動状態のものであれば、埋戻し作業時間を短縮できるが、高流動性具備に伴い材料分離抵抗性や深さ方向に強度ムラが生じないような均質性も不可欠となる。さらには作業時間短縮に加え、早期硬化性を具備することで、全体の工期短縮が可能になる。

また、固化材にポルトランドセメント等の水硬性物質を使用したものや、速硬性固化材としてカルシウムアルミネートを主成分とするものが使用されてきたが、高含水率の埋戻し材に対してはポルトランドセメント、アルミナセメント及び石膏からなる固化材の使用により優れた流動性と速硬性及び適度な長期強度の改善がなされてきた（例えば、特許文献１参照）。しかし、短時間で埋設箇所の隅々まで充填できる埋戻し材を得ようとすると非常に多い量の水を配合しなければならず、アルミナセメント系の速硬成分では凝結が不足し、初期強度が低迷することがあった。一方、セメント系の地盤注入材においては、かなり高い含水率のものが一般的であり、そのような高含水率のセメント系のスラリーでも短時間の急硬性と強固な地盤を形成できるほどの強度発現性を具備することが知られている（例えば、特許文献２参照）。その他にも、コンクリート構造物における漏水箇所に充填施工する際に用いられる止水材は高い含水率の状態で用いられている。この止水材において求められる性能として瞬結性ならびに早強性であり、漏水を防止するだけの強度が必要である（例えば、特許文献３参照）。しかるに、地下埋設物用の埋戻し材に関しては、修理等のために再掘削の可能性が高いため、地盤注入材や止水材のごとく、再掘削が困難になるほどの恒久的に強固な埋設地盤を形成させることは適さない。

また、埋戻し材は地中等の空間を埋めるものであり、現場によって、非常に大きな容積の場合、埋戻し材の水量を増量させれば容積を大きくすることが出来、非常に簡易に製造できるという利点があるが、材料分離や硬化不良の恐れがあり、高含水率の埋戻し材の製造には問題があった。

特開平６−２９８５５３号公報特開２００６−１６５４３号公報特開平６−３２１５９４号公報

前述のように埋戻し処理材には、短時間で埋設箇所の隅々まで充填でき、短時間で一定の強度が得られ、かつ再掘削が可能であるという特性が要求されており、本発明はかかる要求特性を有する埋戻し処理材を提供することにある。

そこで本発明者は、前記要求特性を満たす埋戻し処理材を開発すべく種々検討した結果、埋戻し処理材としてセメント、カルシウムアルミネート、無機硫酸塩および凝結調整剤を一定量使用し、かつ当該埋戻し処理材、被処理物などの非水和成分及び水の使用量を一定の範囲として施工することにより、良好な流動性及び良好な早期強度だけでなく、再掘削可能な長期強度が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔４〕を提供するものである。

〔１〕セメント１００質量部、カルシウムアルミネート８〜３０質量部、無機硫酸塩８〜３０質量部および凝結調整剤１〜５質量部を含有する埋戻し処理材であって、該処理材の使用量Ｘ質量部、骨材成分及び被処理物を含む非水和成分の使用乾燥固形分量Ｙ質量部、及び非水和成分に対する含水比Ｚ質量％が次の関係式になるように使用することを特徴とする埋戻し処理材。

〔２〕カルシウムアルミネートのＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．４〜３．０である〔１〕記載の埋戻し処理材。
〔３〕凝結調整剤がアルカリ金属炭酸塩である〔１〕又は〔２〕記載の埋戻し処理材。
〔４〕埋戻し処理材が、さらに流動化剤をセメント１００質量部に対し０．５〜５質量部含有する〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の埋戻し処理材。

本発明によれば、急速流動化埋戻し工法に適した埋戻し用処理材（埋戻し材用添加材）が容易に得られ、埋設や埋戻し工期の飛躍的な短縮を図ることが出来ることに加え、前記埋戻し処理材を添加した後、再掘削する場合には比較的容易に掘削可能な硬化状態になるため、再掘削作業時間も短縮でき、しかも埋設管などの地下埋設施設を再掘削時に傷つける恐れも低減できる。

本発明の埋戻し処理材は、セメント１００質量部、カルシウムアルミネート８〜３０質量部、無機硫酸塩８〜３０質量部および凝結調整剤１〜５質量部を含有し、
該処理材の使用量Ｘ質量部、骨材成分及び被処理物を含む非水和成分の使用乾燥固形分量Ｙ質量部、及び非水和成分に対する含水比Ｚ質量％が次の関係式になるように使用することを特徴とする。

本発明の埋戻し処理材に使用されるセメントは、水硬性のセメントであれば特に限定されない。具体的には、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメント等の混合セメントを挙げることが出来る。ただし、アルミナセメントを除く。また、使用するセメントの粒度は特に制限されない。好ましくは、適度な水和反応活性が比較的安価に得られる可能性があることから３０００〜８０００ｃｍ²／ｇとする。

本発明の埋戻し処理材に使用するカルシウムアルミネートは、化学成分としてＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃からなるガラス化が進んだ構造の水和活性物質である。また、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃に加えて他の化学成分が加わった化合物、固溶体もしくはガラス質物質又はこれらの混合物等であっても、本発明の効果を実質喪失させない限り許容される。具体的には、例えば４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂等を挙げることが出来るが、これらに限定されるものではない。好ましくは、高含水率の条件下でも良好な速硬性を付与する上で、例えばアルミナセメント以上の速硬性を付与できるものが望ましく、このような好適例としては、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．４〜３．０であって、ガラス化率５０％以上のカルシウムアルミネートが挙げられる。より好ましくは、含有モル比ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．８〜２．４であって、ガラス化率８５％以上のカルシウムアルミネートが良い。

また、使用するカルシウムアルミネートの粒度は特に限定されない。好ましくは、ブレーン比表面積が４５００〜６５００ｃｍ²／ｇのものを使用すると、所望の速硬性を付与しやすくなるので良い。カルシウムアルミネートの含有量は、セメント含有量１００質量部に対し、８〜３０質量部であり、好ましくは１０〜２８質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。カルシウムアルミネートが８質量部未満であると、初期強度発現性が低くなり過ぎ、速硬性が得られないことがあるので好ましくない。また、カルシウムアルミネートが３０質量部を超えると、流動性が確保し難くなるので好ましくない。

また、本発明の埋戻し処理材に使用する無機硫酸塩としては、石膏類、芒硝等が挙げられる。石膏類は、無水石膏、半水石膏、二水石膏及び硫酸カルシウムからなる群からなるいずれか１種又は２種以上のものである。好ましくは、無水石膏を使用する。本発明で無機硫酸塩は、高含水率下での硬化不良と強度発現性の低下を抑制し、所望の高流動状態を安定して得る上で不可欠である。無機硫酸塩の含有量は、セメント含有量１００質量部に対して、８〜３０質量部であり、好ましくは８〜２５質量部、より好ましくは８〜２０質量部である。無機硫酸塩が８質量部未満であると、中〜長期強度の伸びが低下し過ぎるため、好ましくない。また、無機硫酸塩が３０質量部を超えると、硬化不良と強度発現性が低下する。

本発明の埋戻し処理材に使用する凝結調整剤は、モルタルやコンクリートに使用できる凝結調整剤であれば凝結促進剤及び凝結遅延剤の何れでも使用できる。凝結促進剤は初期凝結を促進し、凝結始発時間を早くすることが出来、初期強度発現性向上に寄与する。好ましくは、凝結促進剤にアルカリ金属の炭酸塩を使用する。具体的には、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムであり、このうち２種以上の併用も可能である。凝結遅延剤としては、クエン酸や酒石酸等のオキシカルボン酸類、澱粉やデキストリン等の糖類、ポリリン酸ナトリウム等のポリリン酸塩が使用できる。凝結調整剤の使用量は、セメント含有量１００質量部に対し、１〜５質量部であり、好ましくは２〜４質量部である。１質量部未満では初期強度発現性が不足し、工期の遅延等に繋がることがあるので好ましくはない。また、５質量部を超えると、長期強度が高くなり過ぎて再掘削に支障をきたすので好ましくない。

また、本発明の埋戻し処理材は、本発明の効果を喪失させない限り前記以外の成分の含有も許容される。このような成分として、例えば、何れもモルタルやコンクリートに含有することができる流動化剤（減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、分散剤と称されるものも含む。）、膨張材、ポゾラン反応性物質の他、還元剤やｐＨ調整剤を挙げることが出来るが、これらに限定されない。好ましくは、流動化剤を含有させることができる。流動化剤の含有により、埋戻し材用添加材が高い流動性を確保することができ、細部への充填が容易となる。なお、流動化剤の種類や有効成分は何れも限定されず、例えば、アルカリアリルスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミンスルホン酸系又はポリカルボン酸系等を有効成分とするものが挙げられる。流動化剤は、セメント１００質量部に対し０．５〜５質量部使用するのが好ましい。

前記の埋戻し処理材は、埋戻しが必要な現場で、骨材成分及び被処理物を含む非水和成分、及び水と練り混ぜて埋設処理される。当該混練物又は混合物を埋戻し処理材という。

骨材成分及び被処理物を含む非水和成分としては、土砂、建設スラッジ及び細骨材の群から選ばれる１種又は２種以上を含有する。土砂は特に限定されるものではない。具体的には、例えば、土地造成目的で使用されるような土砂、地面を構成する土壌等を挙げることができる。土砂の化学成分も何れも限定されず、土砂中に例えば有機物等の不純物を含有したものでも良い。好ましくは、土砂として、地下施設を埋設するために、その埋設箇所の掘削で掘り出された土壌を使用すると、埋設残土の処理にも繋がるので良い。また、建設スラッジは、建設関連の汚泥であり、例えば、建設や土木工事の現場や構造物の新設、改築、修理又は解体等に伴って発生する汚泥で、土壌成分が幾分含まれるものも対象となり、また建設機材の洗浄等によって生じる泥水等も該当する。かかる汚泥は通常は含水状態を呈するが、使用対象となる建設スラッジは含水状態のものでも、これを乾燥したものでも制限されない。

埋戻し処理材、非水和成分及び水は、該処理材の使用量Ｘ質量部、骨材成分及び被処理物を含む非水和成分の使用乾燥固形分量Ｙ質量部、及び非水和成分に対する含水比Ｚ質量％が次の関係式になるように使用する。

（Ｙ＋Ｚ）／１５０＞ＸまたはＹ＜１３００またはＺ＞２４００の場合、初期強度発現性が低くなり過ぎ、速硬性が得られないことがあるので好ましくない。また（Ｙ＋Ｚ）／５０＜ＸまたはＹ＞２０００またはＺ＜８００の場合、流動性が確保し難くなるので好ましくない。
さらに好ましくは、（Ｙ＋Ｚ）／１２０≦Ｘ≦（Ｙ＋Ｚ）／７０であり、１５００≦Ｙ≦１８００、１２００≦Ｚ≦１７００である。

本発明の埋戻し処理材を使用した埋戻し材の製造方法の好適な一例を示すと、骨材成分及び被処理物を含む非水和成分について含水比を調整し、混合機に加えて１〜２分程度混合する。次いでセメントおよびカルシウムアルミネートを初めとする残りの添加物を一括投入して同様に混合することで得られる。流動化剤を使用する場合は、処理材添加の際に共に添加する。混合機は特に限定されない。

得られた埋戻し材は、通常、埋設箇所に流し込むだけでよい。当該流し込みだけで良好に充填でき、また比較的平滑な表面が得られるので、均し施工等の埋設後の仕上げ作業も省略または軽微なもので良い。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載した実施例に限定されるものではない。なお、本実施例は特記ない限り、２０℃（±１℃）の環境下で行った。測定対象物の温度も概ね同様の温度にして測定に供した。

実施例１
［カルシウムアルミネートの作製］
何れも市販粉末試薬の、ＣａＯ及びＡｌ₂Ｏ₃を用い、ヘンシェル型混合機を使用し、ＣａＯ及びＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比（ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃）の値が以下のＡ１〜Ａ３に表す値のカルシウムアルミネートが得られるように調合した。調合物は電気炉で約１６００℃（±５０℃）に加熱し、当該温度で６０分間保持した後、直ちに路外に取出した。取出した加熱物表面に冷却用の窒素ガスを流速約２０ｍｌ／秒で吹付けて急冷した。得られた急冷物は、全鋼製のボールミルで粉砕し、市販の分級装置にかけ、ブレーン比表面積約５０００ｃｍ²／ｇの粒度になるよう調整せしめたカルシウムアルミネートを作製した。また、このガラス化率を、粉末エックス線回折装置を用い、質量がＭ１のカルシウムアルミネートに含まれる各鉱物の質量を内部標準法等で定量し、定量出来た含有鉱物相の総和質量（Ｍ２）を算出し、残部が純ガラス相と見なし、次式でガラス化率を算出した。

［埋戻し材の作製］
骨材成分が含有した非水和成分（土砂及び細骨材）８００〜２５００質量部に対して含水比５００〜３０００質量％相当に調整した材料に固化成分としてセメント、カルシウムアルミネート（Ａ１〜Ａ３）、無機硫酸塩（Ｂ１、Ｂ２）、凝結調整剤（Ｃ１、Ｃ２）をホバート型ミキサに投入し、約１分間混合し埋戻し材を作製した。表１に、添加剤成分の配合を示す。

なお、非水和成分については恒温乾燥による重量減少量によってその含水量を予め調べ、水を別添加し、含水率を調整した。

以下に使用材料の詳細を示す。
普通ポルトランドセメント（市販品、ブレーン比表面積；３３５０ｃｍ²／ｇ）
Ｂ１；II型無水石膏（市販品、ブレーン比表面積；６０００ｃｍ²／ｇ）
Ｂ２；無水芒硝（市販試薬）
Ｃ１；炭酸リチウム（市販試薬）
Ｃ２；炭酸ナトリウム（市販試薬）

［埋戻し材の評価］
作製した埋戻し材に対し、作製直後の埋戻し材を内径５０ｍｍで高さ１００ｍｍの円筒状成形型に充填し、大気中で２４時間静置後に脱型して硬化質の供試体を作製した。脱型直後の供試体と、脱型後湿度６０％に保った恒湿器中で２８日間養生せしめた供試体のそれぞれにつき、ＪＩＳＡ１２１６に規定の「土の一軸圧縮試験方法」に準拠した方法で一軸圧縮強度を測定した。さらに、主にローム質土壌からなる地盤に縦横がそれぞれ１ｍで深さ５０ｃｍの穴を掘削し、穴底から約５ｃｍ上に直径１５ｃｍ長さ１ｍの塩化ビニル製の硬質管を水平に配せるよう、前記硬質管の両端付近に硬質管を穴底から支えるための幅５ｃｍの台座を１対設け、硬質管を台座に設置した。この穴に気温２０℃以下で前記作製した埋戻し材を上面まで流し込むことで埋設した。尚、表１に記載した配合例のＮｏ．１１、１２、１５、１８、２３及び２６以外の埋戻し材は、容易に流し込むことが可能な流動状態を呈するものであった。埋設面は特に転圧等の処理は行わずこのまま２４時間放置した。放置後に円筒形の５０ｋｇの重りを埋設面に置いたときに、埋設面に沈下や崩壊が目視で観察されなかったものを、埋設地盤形成が「良好」と判断し、それ以外の状況となったものは「不良」と判断した。また、埋設地盤形成が「良好」と判断されたものについては、重りを取り除いてさらに１ヶ月放置した後、この埋設箇所を人力によりスコップで掘り返した。埋設された埋設管を短時間で容易に掘出せたものを再掘削性が「良好」と判断し、それ以外の状況であったものは全て再掘削性が「不良」と判断した。以上の結果を表２に纏めて表す。

表１及び表２より、セメント１００質量部、カルシウムアルミネート８〜３０質量部、無機硫酸塩８〜３０質量部および凝結調整剤１〜５質量部を含有する埋戻し処理材を、前記関係式になるように使用して埋戻し処理すれば、十分な流動性を有し、充填性が良好であり、１日後には十分な強度が得られ、かつ埋戻し後に再掘削が可能であることがわかる。

Claims

セメント１００質量部、カルシウムアルミネート８〜３０質量部、無機硫酸塩８〜３０質量部および凝結調整剤１〜５質量部を含有する埋戻し処理材であって、該処理材の使用量Ｘ質量部、骨材成分及び被処理物を含む非水和成分の使用乾燥固形分量Ｙ質量部、及び非水和成分に対する含水比Ｚ質量％が次の関係式になるように使用することを特徴とする埋戻し処理材。
カルシウムアルミネートのＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．４〜３．０である請求項１記載の埋戻し処理材。
凝結調整剤がアルカリ金属炭酸塩である請求項１又は２記載の埋戻し処理材。
埋戻し処理材が、さらに流動化剤をセメント１００質量部に対し０．５〜５質量部含有する請求項１〜３のいずれかに記載の埋戻し処理材。