JP6191866B2 - 充填材料の製造方法 - Google Patents
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Description
<1>
地下空間ないし地下坑道の充填に用いる材料(この材料を充填材料と云う)の製造方法であって、鉱山廃水の中和処理によって発生した沈殿物(この沈殿物を中和沈殿物と云う)、セメント、建設残土、および水を配合してなり、混練から所定時間経過後の流動性(JHフロー)と材齢28日での一軸圧縮強度(硬化体強度)の目標値を満足する充填材料について、以下の式〔1〕および式〔2〕および式〔3〕に従って上記各材料の単位量を決定し、決定した単位量に基づいて上記各材料を配合して充填材料を製造する方法。
W=α×JH+β×ωL−γ×s+δ ・・・〔1〕
ただし、ωL=〔P×pl/100×ωLp/100〕+〔B×cl/100×ωLcl/100〕
α,β,γ,δ:実験定数
W:単位水量(kg/m3)
JH:混練から所定時間経過後のJHフロー値(mm)
P :中和沈殿物量(kg/m3)
pl:中和沈殿物中の75μm未満部分(質量%)
ωLp:中和沈殿物の液性限界時の含水比(質量%)
B :建設残土量(kg/m3)
cl:建設残土中の75μm未満部分(質量%)
s :中和沈殿物および建設残土中の75μm以上部分(kg/m3)
ωLcl:建設残土の液性限界時の含水比(質量%)
σ28=n×C/W+m ・・・〔2〕
ただし、σ28:28日材齢時の硬化体強度(N/mm2)
n、m:配合試験に基づく定数
C:単位セメント量(kg/m3)
PV+CV+BV+W=1000・・・〔3〕
ただし、PV:中和沈殿物容量(L/m3)
CV:セメント容量(L/m3)
BV:建設残土容量(L/m3)
<2>
単位水量と細粒分容量に基づき、以下の式〔4〕に従って、ブリーディング率5%以下の材料分離抵抗性を判断する上記[1]に記載する充填材料の製造方法。
単位水量/細粒分容量<8 ・・・〔4〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
<3>
細粒分容量に基づき、以下の式〔5〕に従って、透水係数1×10 −5 cm/s以下の遮水性を判断する上記[1]または上記[2]に記載する充填材料の製造方法。
細粒分容量>100L/m3 ・・・〔5〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
<2>
単位水量と細粒分容量に基づき以下の式〔4〕に従って材料分離抵抗性(ブリーディング率5%以下)を判断する上記<1>に記載する充填材料の製造方法。
単位水量/細粒分容量<8 ・・・〔4〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
<3>
細粒分容量に基づき以下の式〔5〕に従って遮水性(透水係数1×10-5cm/s以下)を判断する上記<1>または上記<2>に記載する充填材料の製造方法。
細粒分容量>100L/m3 ・・・〔5〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
以下、本発明を具体的に説明する。なお、単位固有の場合を除き、量は質量(水を除き乾燥質量)、%は質量基準である。
(イ)スラリーの流動性は、スラリーの単位水量Wが増加すると高くなり、この単位水量Wが減少すると低下する。
(ロ)粒状物質と水の量比が一定のとき、スラリーの流動性は粒状物質の粒子径が小さいほど(単位量中の細粒分量が多いほど)低下する。
(ハ)セメントモルタルのようにセメント(細粒分)と砂(粗粒分)が混在する系では、水量が一定の場合、細粒分量と粗粒分量の比率が流動性を左右する。
W=α×JH+β×ωL−γ×s+δ ・・・〔1〕
ただし、ωL=〔P×ωLp/100〕+〔B×cl/100×ωLcl/100〕
α,β,γ,δ:実験定数
W:単位水量(kg/m3)
JH:混練から所定時間経過後のJHフロー値(mm)
P :中和沈殿物量(kg/m3)
ωLp:中和沈殿物の液性限界時の含水比(質量%)
B :建設残土量(kg/m3)
cl:建設残土中の75μm未満部分(質量%)
s :建設残土中の75μm以上部分(kg/m3)
ωLcl:建設残土の液性限界時の含水比(質量%)
ただし、σ28:28日材齢時の硬化体強度(N/mm2)
n、m:配合試験に基づく定数
C:単位セメント量(kg/m3)
ただし、PV:中和沈殿物容量(L/m3)
CV:セメント容量(L/m3)
bV:建設残土容量(L/m3)
ωL=〔P×pl/100×ωLp/100〕+〔B×cl/100×ωLcl/100〕
pl:中和沈殿物中の75μm未満部分(質量%)
なお、式〔1〕による配合設計において、液性限界時の含水量、細粒子量、粗粒子量は、使用する中和沈殿物および建設残土について事前に測定される。
W=0.337×JH(90)+0.159×ωL−0.222×s+667.982
W=0.296×JH(0)+0.274×ωL−0.191×s+598.633
さらに、例えば、混練60分後のフロー値について以下の重回帰式が得られる(決定係数0.964)。
W=0.317×JH(60)+0.170×ωL−0.219×s+658.308
(イ)中和沈殿物Aについて、中和沈殿物の単位量44kg/m3におけるnは6.905、mは−0.453、単位量132kg/m3におけるnは0.970、mは−0.055であり、式〔2〕は以下のとおりである。
σ28=6.905×C/W−0.453
σ28=0.970×C/W−0.055
(ロ)中和沈殿物Bについて、中和沈殿物の単位量45kg/m3におけるnは4.610、mは−0.268、単位量135kg/m3におけるnは0.470、mは−0.039であり、式〔2〕は以下のとおりである。
σ28=4.610×C/W−0.268
σ28=0.470×C/W−0.039
単位水量W/細粒分容量X<8 ・・・〔4〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
細粒分容量X>100L/m3 ・・・〔5〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
<セメント>高炉セメントB種、細粒分量は100%
<中和沈殿物>鉱山の廃水を中和処理して発生した中和沈殿物A(鉱山A)、B(鉱山B)を使用した。中和沈殿物A、Bの物理的性状を表1に示す。
中和沈殿物A〔液性限界の含水比120.2%、細粒分量は実質的に100%〕
中和沈殿物B〔液性限界の含水比198.4%、細粒分量は63%〕
なお、中和沈殿物Bの回帰分析では、中和沈殿物の細粒分量を63%、粗粒分量を37%とし、液性限界時の水量は細粒子を対象として算出し、中和沈殿物の粗粒子量を建設残土中の粗粒子量に加算して行った。
砂質土〔液性限界の含水比0%(測定不能)、細粒分量は実質的に0%〕
粘性土〔液性限界の含水比64.4%、細粒分量は実質的に100%〕
<その他の材料>混練水は水道水を使用した。
旧日本道路公団基準「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」1.2シリンダー法(JHS A 313-1992)により、フロー値(JHフロー)を測定した。
<材料分離抵抗性>
土木学会基準JSCE−F 522-2007「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率及び膨張率試験方法(ポリエチレン袋法)(案)」に準じ、混練から3時間経過後のブリーディングの有無を確認した。
<強度性状>
JIS A 1216:2009「土の一軸圧縮試験方法」に準じて、硬化体の材齢7日および28日強度を測定した。
<透水試験>
JIS A 1218:2009「土の透水試験方法」の変水位透水試験により測定した。
表3および表4に例示する配合を含む189配合での試験結果を用いた重回帰分析によって、混練直後、混練後60分、混練後90分における式〔1〕の実験定数α、β、γ、δをそれぞれ導いた。
W=0.337×JH(90)+0.159×ωL−0.222×s+667.982
同様に、混練直後は次式のとおり(重回帰式の決定係数0.962)。
W=0.296×JH(0)+0.274×ωL−0.191×s+598.633
混練後60分は次式のとおりであった(重回帰式の決定係数0.964)。
W=0.317×JH(60)+0.170×ωL−0.219×s+658.308
ωL=〔P×ωLp/100+B×ωLcl/100〕
さらに、中和沈殿物Aの量Pは88kg/m3であり、建設残土(粘性土)の量Bは297kg/m3であるからωLは以下のようになる。
ωL=88×120.2/100+297×64.4/100=297
次に、建設残土(粘性土)の75μm以上部分の質量sは実質0%(細粒分量は実質的に100%)であるから、s=0である。ここでJH(混練90分後)の目標値300mmとすると、単位水量Wは次式で与えられる。
W=0.337×300+0.159×297−0.222×0+667.982=816.3
表3の試料A-4の単位水量は807kg/m3であるから、式〔1〕に基づいて求めた単位水量は表3の単位水量に近く、式〔1〕は信頼性の高いことが確認された。
ωL=〔P×pl/100×ωLp/100+B×ωLcl/100〕
次に、中和沈殿物Bの量Pは135kg/m3であり、建設残土(粘性土)の量Bは190kg/m3であるからωLは以下のようになる。
ωL=135×63/100×198.4/100+190×64.4/100=291
また、建設残土(粘性土)の75μm以上部分の質量sは実質0%(細粒分量は実質的に100%)であるが、中和沈殿物Bの粗粒分量が37%であるから、s=135×37/100=50である。ここでJH(混練90分後)の目標値300mmとすると、単位水量Wは次式で与えられる。
W=0.337×300+0.159×291−0.222×50+667.982=804
試料B-5の単位水量は842kg/m3であるから、式〔1〕に基づいて求めた単位水量は表3の単位水量に近く、式〔1〕は信頼性の高いことが確認された。
目標流動性(混練90分後のJHフロー値)300mmとし、中和沈殿物Aでは中和沈殿物の乾燥単位質量を132(kg/m3)、中和沈殿物Bでは135(kg/m3)、材齢28日での一軸圧縮強さを0.04(N/mm2)、建設残土として砂質土および粘性土を用いて以下の式に従って充填材料の4配合(表5No.1〜4)を計算した。
W=0.337×JH(90)+0.159×ωL−0.222×s+667.982
σ28=0.970×C/W−0.055(中和沈殿物A)
σ28=0.470×C/W−0.039(中和沈殿物B)
PV+CV+BV+W=1000
表6に示すように、製造した充填材料の混練90分後のJHフロー値は目標流動性に極めて近く、また3時間後のブリーディングが発生せず、十分な強度を有する充填材料が得られた。
Claims (3)
- 地下空間ないし地下坑道の充填に用いる材料(この材料を充填材料と云う)の製造方法であって、鉱山廃水の中和処理によって発生した沈殿物(この沈殿物を中和沈殿物と云う)、セメント、建設残土、および水を配合してなり、混練から所定時間経過後の流動性(JHフロー)と材齢28日での一軸圧縮強度(硬化体強度)の目標値を満足する充填材料について、以下の式〔1〕および式〔2〕および式〔3〕に従って上記各材料の単位量を決定し、決定した単位量に基づいて上記各材料を配合して充填材料を製造する方法。
W=α×JH+β×ωL−γ×s+δ ・・・〔1〕
ただし、ωL=〔P×pl/100×ωLp/100〕+〔B×cl/100×ωLcl/100〕
α,β,γ,δ:実験定数
W:単位水量(kg/m3)
JH:混練から所定時間経過後のJHフロー値(mm)
P :中和沈殿物量(kg/m3)
pl:中和沈殿物中の75μm未満部分(質量%)
ωLp:中和沈殿物の液性限界時の含水比(質量%)
B :建設残土量(kg/m3)
cl:建設残土中の75μm未満部分(質量%)
s :中和沈殿物および建設残土中の75μm以上部分(kg/m3)
ωLcl:建設残土の液性限界時の含水比(質量%)
σ28=n×C/W+m ・・・〔2〕
ただし、σ28:28日材齢時の硬化体強度(N/mm2)
n、m:配合試験に基づく定数
C:単位セメント量(kg/m3)
PV+CV+BV+W=1000・・・〔3〕
ただし、PV:中和沈殿物容量(L/m3)
CV:セメント容量(L/m3)
BV:建設残土容量(L/m3)
- 単位水量と細粒分容量に基づき、以下の式〔4〕に従って、ブリーディング率5%以下の材料分離抵抗性を判断する請求項1に記載する充填材料の製造方法。
単位水量/細粒分容量<8 ・・・〔4〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量) - 細粒分容量に基づき、以下の式〔5〕に従って、透水係数1×10 −5 cm/s以下の遮水性を判断する請求項1または請求項2に記載する充填材料の製造方法。
細粒分容量>100L/m3 ・・・〔5〕
(細粒分容量はセメントと中和沈殿物および建設残土の細粒分容量の合量)
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