JP7231494B2 - 水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システム - Google Patents

Description

本発明は、水中不分離性を有する材料を圧送する水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システムに関する。

水中に曝しても分離しない水中不分離性を有する材料としては従来から種々のものが知られている。特許文献１及び特許文献２のそれぞれには、水中不分離性コンクリートの圧送について記載されている。特許文献１には、ポンプ車から延びる配管の内部に水中不分離性コンクリートを圧送する実験について記載されている。特許文献２には、ピストンを用いて水中不分離性コンクリートを長距離圧送する施工方法について記載されている。

特許文献３には、水中不分離性コンクリートを圧送するコンクリート圧送管が記載されている。コンクリート圧送管は、圧送するコンクリートの量に応じた内径と圧送圧に応じた肉厚とを備える鋼管と、鋼管の内壁を被覆する滑り材とを有する。滑り材は、コンクリートとの摩擦抵抗が小さい材料によって構成されている。滑り材は、鋼管の内壁に接着によって貼り付けられることにより、鋼管の内壁を被覆している。

大野俊夫ら、「硬練り水中不分離性コンクリートの圧送性について」、土木学会第７３回年次学術講演会予稿集（平成３０年８月） 久保亮ら、「水中不分離性コンクリートの長距離圧送と品質について」、土木学会第６２回年次学術講演会予稿集（平成１９年９月） 特開２０００－１６５８６号公報

水中不分離性を有するセメント系材料は、普通コンクリート等の通常のセメント系材料と比較して、高い粘性を有するため配管の内部において圧送するときに高圧となる。配管の内部の圧力が高い場合には、当該セメント系材料と配管の内面との管内摩擦が大きくなるので、水中不分離性を有するセメント系材料を長距離圧送することができないことがある。

水中不分離性を有するセメント系材料を長距離圧送するためには、ポンプを大型化したり配管径を大きくしたりすることがある。しかしながら、この場合、装置が大がかりになったり装置構成が複雑になったり、配管の設置作業に多大な労力を要したりする。また、当該セメント系材料を高圧で圧送する場合、当該セメント系材料が分離して品質が変わったり配管の内部に溜まったりする懸念があると共に、配管が破裂する可能性が生じ、安全性に支障をきたす可能性もある。更に、水中不分離性を有するセメント系材料を長距離圧送するときには、少量のセメント系材料を時間をかけてゆっくりと圧送することが考えられる。しかしながら、この場合、セメント系材料を効率よく圧送できないという問題が生じうる。

前述したコンクリート圧送管では、鋼管の内壁に滑り材が貼り付けられている。しかしながら、このコンクリート圧送管では、予め鋼管の内壁に滑り材を貼り付けなければならないため、配置が面倒であるという問題がある。更に、滑り材は、一度貼り付けられると決められた場所に貼り付けられたままとなるので、配管の内部の圧力等に応じて柔軟に場所を変更することができない。また、滑り材は摩耗によって早期に損失する可能性もある。従って、配管の内部の圧力の状況によっては、この滑り材では、配管の内部の圧力を十分に低減できないことが想定される。よって、配管の内部の圧力を十分に低減させると共に、簡易な構成で水中不分離性を有するセメント系材料を効率よく長距離搬送できることが求められる。

本発明は、簡易な構成で水中不分離性を有するセメント系材料を効率よく長距離圧送することができる水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システムを提供することを目的とする。

本発明に係る水中不分離性材料圧送方法は、水中不分離性を有するセメント系材料を配管の内部において圧送する水中不分離性材料圧送方法であって、注液管を通じて配管の内部にセメント系材料よりも粘性が低い液体を注入する工程と、注入された液体を配管の内面に付着させて内面に潤滑層を形成する工程と、を備え、配管の内部に注入する液体の量を制御する工程を更に備え、液体の量を制御する工程では、配管の内部の圧力の値に応じて注入する液体の量を調整する。

この水中不分離性材料圧送方法では、配管を貫通する注液管を通じて配管の内部にセメント系材料よりも粘性が低い液体を注入する。そして、注入した液体を配管の内面に付着させて内面に潤滑層を形成する。よって、水中不分離性を有するセメント系材料と配管の内面との間に当該液体による潤滑層が介在するので、当該セメント系材料と配管の内面との管内摩擦を低減させることができる。従って、水中不分離性を有するセメント系材料を長距離圧送することができる。また、この水中不分離性材料圧送方法では、注液管を通じて配管の内部に液体を注入すればよいので、ポンプを大型化したり配管径を大きくしたりする必要がない。従って、簡易な構成でセメント系材料の圧送を効率よく行うことができる。更に、この水中不分離性材料圧送方法では、液体を配管の内部に注入すればよいので、注入を容易に行うことができると共に、配管の内部の圧力等に応じて液体の注入量を柔軟に調整することができる。よって、配管の内部の圧力に応じて液体による潤滑層の大きさを容易に変更することができるので、配管の内部の圧力を十分に低減させることができる。

前述した水中不分離性材料圧送方法において、液体は、水であってもよい。この場合、配管の出口が水中である場合、注入した液体は配管の出口で水中に放出される。このとき、当該液体が水である場合、水が水中に放出されるので、環境に優しい水中不分離性材料圧送方法とすることができる。更に、水が水中に放出されることにより、水中不分離性材料を用いた構造物の品質変動を防止することができる。

前述した水中不分離性材料圧送方法は、配管の内部の圧力の状況等に応じて注入する液体の量を制御することにより、液体の注入量の調整を容易に行うことができる。

前述した水中不分離性材料圧送方法において、液体を注入する工程は、配管の内部の圧力が圧力閾値以上となったときに行ってもよい。この場合、配管の内部の圧力が圧力閾値以上となったときに液体の注入を行うので、液体を無駄に注入しないようにすることができる。すなわち、配管の内部の圧力に応じた相応しい注入量で液体を注入することができる。

前述した水中不分離性材料圧送方法において、配管の内部の圧力の値に応じて液体の注入量を調整するので、前述と同様、配管の内部の圧力に応じた相応しい注入量で液体を注入することができる。

前述した水中不分離性材料圧送方法において、セメント系材料は、０．５ｋｇ／ｍ^３以上且つ５．０ｋｇ／ｍ^３以下の水中不分離剤を含んでいてもよい。このように、セメント系材料が０．５ｋｇ／ｍ^３以上且つ５．０ｋｇ／ｍ^３以下の水中不分離剤を含んでおりセメント系材料の粘性が高い場合であっても、配管の内面に潤滑層を形成することによってセメント系材料を効率よく長距離圧送することができる。

前述した水中不分離性材料圧送方法は、液体を注入する工程の前に、配管の内部への液体の注入量を決定する工程を更に備えてもよい。この場合、液体を注入する前に液体の注入量を決定するので、液体を無駄に注入しないようにすることができる。従って、前述と同様、配管の内部の圧力に応じた相応しい注入量で液体を注入することができる。

本発明に係る水中不分離性材料圧送システムは、水中不分離性を有するセメント系材料を配管の内部において圧送する水中不分離性材料圧送システムであって、注液管を有し、注液管を通じて配管の内部にセメント系材料よりも粘性が低い液体を注入し、液体を配管の内面に付着させて内面に潤滑層を形成する潤滑層形成装置と、配管の内部に注入する液体の量を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、配管の内部の圧力の値に応じて注入する液体の量を制御する。

この水中不分離性材料圧送システムは、配管を貫通する注液管を通じて配管の内部にセメント系材料よりも粘性が低い液体を注入して配管の内面に潤滑層を形成する潤滑層形成装置を備える。潤滑層形成装置によって、水中不分離性を有するセメント系材料と配管の内面との間に注入した液体による潤滑層が介在するので、当該セメント系材料と配管の内面との摩擦抵抗を低減させることができる。よって、前述した水中不分離性材料圧送方法と同様、セメント系材料を効率よく長距離圧送することができる。また、この水中不分離性材料圧送システムは、潤滑層形成装置が注液管を通じて配管の内部に液体を注入するため、簡易な構成でセメント系材料の圧送を効率よく行うことができる。更に、この水中不分離性材料圧送システムでは、潤滑層形成装置によって液体の注入を容易に行うことができると共に、配管の内部の圧力等に応じて液体の注入量を柔軟に調整することができる。よって、配管の内部の圧力に応じて液体による潤滑層の大きさを容易に変更することができるので、配管の内部の圧力を十分に低減させることができる。

前述した水中不分離性材料圧送システムにおいて、液体は、水であり、配管は、セメント系材料を圧送する圧送ポンプから水中まで延びていてもよい。この場合、配管が圧送ポンプから水中まで延びているため、配管の内部に注入した液体は配管の出口で水中に放出される。よって、注入した水が水中に放出されるので、環境に優しい水中不分離性材料圧送システムとすることができる。また、圧送されるセメント系材料が水中不分離性を有するため、セメント系材料が液体と混ざらないことにより、セメント系材料の品質の低下を抑制することができる。

前述した水中不分離性材料圧送システムにおいて、潤滑層形成装置は、配管の内面に沿うように配置される逆止弁を有していてもよい。この場合、配管の内面に沿って配置された逆止弁によって注液管への液体の逆流を抑制することができる。従って、注液管を通じて液体を効率よく配管の内部に注入することができる。

前述した水中不分離性材料圧送システムにおいて、潤滑層形成装置は、セメント系材料の圧送経路の上流側の端部から配管の全長の２０％以内の箇所に設けられていてもよい。この場合、潤滑層形成装置を配管の上流側の端部に位置する圧送ポンプの近傍に配置することが可能となるので、配管の内面に形成される潤滑層を配管に沿って長く形成することができる。従って、長距離にわたる水中不分離性材料の圧送を効率よく行うことができる。

本発明によれば、簡易な構成で水中不分離性を有するセメント系材料を効率よく長距離圧送することができる。

実施形態に係る水中不分離性材料圧送システムの例を示す図である。 図１の水中不分離性材料圧送システムの配管における潤滑層形成装置を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、図１の水中不分離性材料圧送システムの配管の下流側端部（出口付近）の例を示す断面図である。 図２の潤滑層形成装置の変形例を示す断面図である。 図１の水中不分離性材料圧送システムの潤滑層形成装置によって形成された潤滑層、及び水中不分離性を有するセメント系材料を示す断面図である。 変形例に係る潤滑層形成装置によって形成された潤滑層、及び水中不分離性を有するセメント系材料を示す断面図である。 別の変形例に係る潤滑層形成装置を示す図である。 実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法の例示的な工程を示すフローチャートである。 実施例に係る水中不分離性材料圧送システムの実験結果であって、配管の内部の圧力の時系列データを示すグラフである。

以下では、図面を参照しながら本発明に係る水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システムの実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いており、寸法比率及び角度等は図面に記載のものに限定されない。

本明細書において、「水中不分離性」とは、水中において分離しない性質を示している。「水中不分離性材料」は、水中において分離しない材料を示しており、例えば、水に触れても配合若しくは性状が変化しない材料、ブリーディングしない材料、又はブリーディングしないように制御された材料を示している。また、「水中不分離性材料」は、水中不分離材を含む材料を示していてもよく、水中不分離材としては、例えば、セルロース系水溶性高分子、又はアクリル系水溶性高分子を含む水中不分離性混和剤が挙げられる。

「水中不分離性材料」は、典型的には、水中不分離性コンクリート又は水中不分離性モルタルであり、例えば、水中工事のための材料であって水中に打設することが可能とされた材料である。本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システムでは、水中不分離性を有するセメント系材料を圧送する。

まず、本実施形態に係る例示的な水中不分離性材料圧送システム１について説明する。図１は、水中不分離性材料圧送システム１において水中不分離性を有するセメント系材料Ｍ（図２参照）を圧送する圧送経路Ｐの上流側を示す図である。図２は、圧送経路Ｐの途中に設けられた水中不分離性材料圧送システム１の潤滑層形成装置１０を示す断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）のそれぞれは、圧送経路Ｐの下流側の例を示す図である。

セメント系材料Ｍは、例えば、水中不分離性コンクリート、又は水中不分離性モルタルである。セメント系材料Ｍには、水中不分離性混和剤が含まれており、水中不分離性混和剤は、例えば、セルロース系水溶性高分子、ポリアクリルアミド系水溶性高分子、バイオポリマー及びグリコール系水溶性高分子の少なくともいずれかを含む。水中不分離性コンクリートには、例えば、セルロース系、又は高流動コンクリート用分離低減剤が含まれうる。更に、水中不分離性材料は、流動化剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、空気量調整剤、吹付けコンクリート用粉塵低減剤、逆打ちコンクリート用ブリーディング防止剤、又はポンプ圧送用分離低減剤を含んでいてもよい。

例えば、セメント系材料Ｍは、水中不分離性混和剤等の水中不分離材を０．５ｋｇ／ｍ^３以上且つ５．０ｋｇ／ｍ^３以下含んでいる。また、水中不分離材の添加率は０．５％以上且つ５．０％以下であってもよい。なお、セメント系材料Ｍ中の水中不分離材は、例えば、０．８ｋｇ／ｍ^３以上且つ１．１ｋｇ／ｍ^３以下である（１．０５ｋｇ／ｍ^３以下であってもよい）。更に、水中不分離材の添加率は、セメント系材料Ｍを構成する練混ぜ水の重量に対して０．８％以上且つ１．１％以下（１．０５％以下）であってもよい。但し、セメント系材料Ｍの水中不分離材等の配合は適宜変更可能である。

なお、水中不分離性材料であるセメント系材料Ｍの粘性は、他のセメント系材料と比較して大きいため、圧送負荷が高くなることが問題となる場合がある。従って、水中不分離性を有するセメント系材料Ｍを圧送経路Ｐにおいて効率よく搬送することが求められる。特に、圧送経路Ｐが数十メートルから数百メートルの長さを有し、セメント系材料Ｍを長距離圧送しなければならない場合には、圧送性を高めることが重要である。

水中不分離性材料圧送システム１は、セメント系材料Ｍを圧送する圧送経路Ｐを構成する配管Ｈと、配管Ｈの途中に設けられた潤滑層形成装置１０と、圧送経路Ｐの上流側の端部に設けられた圧送ポンプＡとを備える。配管Ｈは、圧送ポンプＡから潤滑層形成装置１０まで延びる上流側配管Ｈ１と、潤滑層形成装置１０から延びる下流側配管Ｈ２とを含む。配管Ｈの長さは、例えば、１００ｍ以上且つ１ｋｍ以下であるが、適宜変更可能である。

上流側配管Ｈ１には、圧送経路Ｐの内部にセメント系材料Ｍを注入するホッパが設けられており、例えば、トラックに積まれたセメント系材料Ｍをホッパから圧送経路Ｐの内部に注入することが可能である。上流側配管Ｈ１は、例えば、圧送ポンプＡと潤滑層形成装置１０との間においてＵ字状とされている。これにより、Ｕ字状の部分にトラック等を寄せやすくすることができるので、配管Ｈの内部へのセメント系材料Ｍの効率のよい注入が実現される。

配管Ｈの内部に注入されたセメント系材料Ｍは、例えば、上流側配管Ｈ１を介して潤滑層形成装置１０に注入される。潤滑層形成装置１０及び下流側配管Ｈ２の内面Ｓには、液体Ｅによる潤滑層Ｌが形成される。液体Ｅは、例えば、水である。この場合、潤滑層形成装置１０は配管Ｈの内部に水を注入する加水装置である。

しかしながら、液体Ｅは、セメント系材料Ｍよりも粘性が低い材料であれば水以外の液体であってもよく、例えば、シリコーンオイル又はグリースであってもよい。また、滑り性を有する界面活性剤であってもよい。このように液体Ｅから形成される潤滑層Ｌによって水中不分離性材料であるセメント系材料Ｍの効率のよい搬送が実現される。潤滑層形成装置１０については後に詳述する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、下流側配管Ｈ２は、例えば、水中Ｗに入り込んでいる。よって、水中不分離性材料であるセメント系材料Ｍは、例えば、下流側配管Ｈ２から水中Ｗに打設される。一例として、セメント系材料Ｍは、水中Ｗに打設される均しコンクリートや河床版の構築に用いられる。このとき、潤滑層形成装置１０によって内面Ｓに形成された潤滑層Ｌは、例えば、配管Ｈの下流側端部まで続いており、配管Ｈの下流側端部から水中Ｗに放出される。液体Ｅが水である場合、配管Ｈの下流側端部から潤滑層Ｌが水として水中Ｗに放出される。なお、図３（ａ）の例では、潤滑層Ｌは、配管Ｈの下流側端部において水中Ｗに放出されるのでセメント系材料Ｍには混ざらない。また、図３（ｂ）の例では、潤滑層Ｌはセメント系材料Ｍと共に打ち込まれるが、セメント系材料Ｍは水中不分離性を有するため、潤滑層Ｌはやがてセメント系材料Ｍから押し出される。

潤滑層形成装置１０は、セメント系材料Ｍの圧送経路Ｐの上流側の端部（例えば、圧送ポンプＡ）から圧送経路Ｐの全長の２０％以内の箇所に設けられている。すなわち、圧送ポンプＡから潤滑層形成装置１０までの距離Ｄ１（上流側配管Ｈ１の長さ）は配管Ｈの全長の２０％以下である。距離Ｄ１は、例えば、１ｍ以上且つ１０ｍ以下であり、一例として、６ｍである。なお、潤滑層形成装置１０は圧送ポンプＡに直結していてもよい。すなわち、上流側配管Ｈ１を省略してもよい。

潤滑層形成装置１０は、例えば、管１１と、タンク１２と、注液管１３と、制御装置１４と、圧力計１５と、ポンプ１６とを備える。管１１は、上流側配管Ｈ１及び下流側配管Ｈ２のそれぞれに連通し、圧送経路Ｐ（配管Ｈ）の一部を構成する。タンク１２は液体Ｅを収容し、注液管１３は制御装置１４から延びると共に管１１の内部に連通する。

制御装置１４はタンク１２から注液管１３への液体Ｅの量を制御し、圧力計１５は管１１の内部の圧力を測定する。また、ポンプ１６は、注液管１３への液体Ｅの注入圧力の制御を行う。ポンプ１６による注液管１３から配管Ｈの内部への液体Ｅの注入圧力は、配管Ｈの内部の圧力以上とされる。

管１１は、例えば、上流側配管Ｈ１と下流側配管Ｈ２とを互いに連結する連結管として機能する。管１１は、例えば、金属製である。制御装置１４は、例えば、管１１から離間した位置に設けられており、制御装置１４から複数の注液管１３のそれぞれが延びている。注液管１３は、例えば、可撓性材料によって構成されたパイプ部１３ｂと、管１１に固定された固定部１３ｃとを有する。

固定部１３ｃは、例えば、管１１の開口１１ｄを貫通する金属製の部材であり、管１１の内部と連通している。開口１１ｄは、例えば，円形状とされており、開口１１ｄの直径（固定部１３ｃの外径）は２ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下である。開口１１ｄの直径が２ｍｍ以上であることにより、液体Ｅの注入を効率よく行うことができる。また、開口１１ｄの直径が１０ｍｍ以下であることにより、管１１の断面欠損をより確実に回避することができる。

パイプ部１３ｂは、制御装置１４からの液体Ｅを固定部１３ｃに送り込む。固定部１３ｃは筒状とされており、パイプ部１３ｂからの液体Ｅを管１１の内部に注入する。なお、固定部１３ｃに、固定部１３ｃにおける液体Ｅの流通を開閉する開閉バルブが設けられていてもよい。

注液管１３の数は、例えば、３であり、管１１の周方向に沿って等間隔に３個の注液管１３（固定部１３ｃ）が配置されていてもよい。制御装置１４からパイプ部１３ｂ及び固定部１３ｃを介して管１１の内部に注入された液体Ｅは、管１１の内面Ｓに付着し、例えば、注液管１３の出口から管１１の周方向に延びる潤滑層Ｌを内面Ｓに形成する。このように内面Ｓに潤滑層Ｌを形成することによって、配管Ｈの内部においてセメント系材料Ｍを効率よく圧送することができる。

圧力計１５は、例えば、注液管１３が設けられた位置よりも下流側に配置されており、管１１の内部の圧力を測定する。圧力計１５によって測定された圧力の値は制御装置１４に出力される。制御装置１４は、例えば、圧力計１５によって測定された圧力の値に基づいて配管Ｈ（管１１）の内部に注入する液体Ｅの量を制御する。具体例として、制御装置１４は、ポンプ１６に制御信号を出力してタンク１２から注液管１３に注入する液体Ｅの量を制御する。なお、圧力計１５は、注液管１３が設けられた位置によりも上流側に設けられていてもよい。

図４は、変形例に係る潤滑層形成装置１０Ａの管１１Ａの断面を示す図である。変形例に係る潤滑層形成装置１０Ａ及び管１１Ａでは、注液管１３の数が潤滑層形成装置１０とは異なっており、例えば、潤滑層形成装置１０Ａの注液管１３の数は２０である。一例として、２０個の注液管１３が管１１Ａの周方向に沿って等間隔に並んでいる。この場合、２０箇所から管１１Ａの内部に液体Ｅが注入されるので、潤滑層Ｌをより効率よく且つ十分に形成することができる。このように、注液管１３の数は適宜変更することが可能である。

図５は、潤滑層形成装置１０の内部を流れるセメント系材料Ｍの様子を示す断面図である。図５に示されるように、管１１の内面Ｓには、例えば、注液管１３への液体Ｅの逆流を抑制する逆止弁１７が設けられている。また、管１１の注液管１３が設けられた部位よりも下流側には、潤滑層Ｌが連続して形成されている。

注液管１３から管１１の内部に注入された液体Ｅによって形成された潤滑層Ｌは、セメント系材料Ｍと管１１の内面Ｓとの間に介在する。潤滑層Ｌは、管１１だけでなく、下流側配管Ｈ２の内面Ｓにも形成されており、これにより、配管Ｈの内部におけるセメント系材料Ｍの効率の良い圧送が実現される。

図６は、別の変形例に係る潤滑層形成装置１０Ｂを示す断面図である。潤滑層形成装置１０Ｂは、第１の管１１Ｂが注液管として機能する点が前述した潤滑層形成装置１０と異なっている。潤滑層形成装置１０Ｂは、第１の管１１Ｂと、第１の管１１Ｂの内部に配置された第２の管１１Ｃとを有する入れ子の２重管構造を有する。第２の管１１Ｃは、上流側配管Ｈ１に接続されており、上流側配管Ｈ１からセメント系材料Ｍを受け入れる。

第１の管１１Ｂの内径は、第２の管１１Ｃの外径よりも大きく、制御装置１４からの液体Ｅは、第２の管１１Ｃの外周面と第１の管１１Ｂの内周面との間から第１の管１１Ｂの内部に注入される。この潤滑層形成装置１０Ｂの場合、管に孔を開ける必要がないので、容易に組み立てることが可能となる。また、第１の管１１Ｂの内面Ｓの周方向全体に液体Ｅを注入することができるので、液体Ｅを効率良く且つ十分に注入することができる。

図７は、更なる別の変形例に係る潤滑層形成装置１０Ｃを示す斜視図である。潤滑層形成装置１０Ｃは、前述した潤滑層形成装置１０と同様、複数の注液管１３を備える。複数の注液管１３におけるセメント系材料Ｍの搬送方向Ｘ（管１１の軸線方向）の位置が互いにずれている。よって、潤滑層形成装置１０Ｃでは、搬送方向Ｘの位置が互いに異なる複数の箇所から管１１の内部に液体Ｅを注入することができる。なお、図７の例では、複数の注液管１３が管１１に千鳥状に配置されている。しかしながら、潤滑層形成装置１０Ｃの管１１における複数の注液管１３の配置態様は適宜変更可能である。例えば、管１１において複数の注液管１３が格子状に配置されていてもよい。

次に、潤滑層形成装置１０を用いてセメント系材料Ｍを圧送する水中不分離性材料圧送方法の例について図８に示されるフローチャートを参照しながら説明する。まず、ポンプ１６を稼働して先送りの液体Ｅ（例えば水）を圧送経路Ｐに圧送する（ステップＴ１）。そして、圧送ポンプＡを稼働して圧送経路Ｐにセメント系材料Ｍを圧送し、圧送負荷の測定を行う（ステップＴ２）。圧送負荷を測定した後、例えば図１に示される潤滑層形成装置１０によって配管Ｈの内部に注入する液体Ｅの注入量を決定する（液体の注入量を決定する工程、ステップＴ３）。

ステップＴ３では、例えば、セメント系材料Ｍを先送りの水に続いて圧送経路Ｐに流してセメント系材料Ｍの圧送負荷の確認を行う。具体的には、配管Ｈの内部に試験的にセメント系材料Ｍを流しながら、圧力計１５が配管Ｈの管内圧力を測定すると共に、圧送ポンプＡの電気的負荷を測定する。そして、圧送経路Ｐへの液体Ｅの注入を試験的に行いつつ、配管Ｈの管内圧力、及び圧送ポンプＡの電気的負荷の測定を継続し、液体Ｅの注入量の効果的な値を測定する。

次に、決定した注入量にて、圧送経路Ｐへの液体Ｅの注入を行う（液体を注入する工程、ステップＴ４）。圧送経路Ｐへの液体Ｅの注入は、例えば、制御装置１４がポンプ１６に電気信号を出力し、制御装置１４がタンク１２から複数の注液管１３のそれぞれに液体Ｅを注入することによって行われる。また、圧送経路Ｐへのセメント系材料Ｍの圧送を開始する（ステップＴ５）。

このセメント系材料Ｍの圧送によって配管Ｈの内部に注入された液体Ｅが配管Ｈの下流側に移動し、当該移動に伴って配管Ｈの内面Ｓに潤滑層Ｌが形成される（潤滑層を形成する工程）。なお、ステップＴ４とステップＴ５の順序は、逆であってもよい。すなわち、セメント系材料Ｍの圧送を先に行ってセメント系材料Ｍの圧送後に配管Ｈの内部への液体Ｅの注入及び潤滑層Ｌの形成を行ってもよい。また、最初の時点では液体Ｅを注入するステップＴ４を省略することも可能であり、例えば、配管Ｈの内部の圧力が圧力閾値以上となったときに液体Ｅの注入を開始してもよい。

例えば、潤滑層Ｌを形成してセメント系材料Ｍを圧送しているときに、配管Ｈの内部の圧力を測定する（ステップＴ６）。このとき、圧力計１５がセメント系材料Ｍの圧送に伴う配管Ｈの内部の圧力を測定し、圧力計１５が測定した圧力の値は制御装置１４に出力される。制御装置１４は、圧力計１５によって測定された圧力の値が圧力閾値以上であるか否かを判定する（ステップＴ７）。

「圧力閾値」とは、配管Ｈの内部の圧力が安全な圧力となっているか否かを判定する基準となる値であり、例えば、配管Ｈの仕様、圧送ポンプＡの仕様若しくは能力、又は種々の制約等によって定められる。圧力閾値は、一例として、４ＭＰａであるが、３ＭＰａであってもよく、適宜変更可能である。

配管Ｈの内部の圧力が圧力閾値以上であると判定された場合には（ステップＴ７においてＹＥＳ）、制御装置１４がポンプ１６に制御信号を出力してタンク１２から注液管１３を介して配管Ｈの内部に注入される液体Ｅの量を増加する（液体の量を制御する工程、ステップＴ８）。また、配管Ｈの内部の圧力が圧力閾値以上でないと判定された場合には（ステップＴ７においてＮＯ）、配管Ｈの内部におけるセメント系材料Ｍの圧送を継続する。

なお、ステップＴ７及びステップＴ８に代えて、例えば、圧力計１５によって測定された圧力の値に応じて配管Ｈの内部への液体Ｅの量を制御装置１４が制御してもよい。すなわち、圧力計１５によって測定された圧力の値が高い場合に、当該圧力の値が低い場合と比較して制御装置１４が液体Ｅの注入量を増加させてもよい。また、圧力計１５によって測定された圧力の値が大きくなったときに液体Ｅの注入量を増加してもよいし、圧力計１５によって測定された圧力の値が小さくなったときに液体Ｅの注入量を減少してもよい。

例えば、一定時間経過後にセメント系材料Ｍの圧送が終了したか否かを制御装置１４が圧力計１５による圧力の値から判定する（ステップＴ９）。そして、セメント系材料Ｍの圧送が終了していないと判定された場合（ステップＴ９においてＮＯ）、ステップＴ７に移行して引き続き圧力の値の判定を行う。一方、セメント系材料Ｍの圧送が終了したと判定された場合（ステップＴ９においてＹＥＳ）、一連の工程を終了する。

次に、本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システム１から得られる作用効果について詳細に説明する。水中不分離性材料圧送では、例えば図２及び図３に示されるように、配管Ｈを貫通する注液管１３を通じて配管Ｈの内部にセメント系材料Ｍよりも粘性が低い液体Ｅを注入する。そして、注入した液体Ｅを配管Ｈの内面Ｓに付着させて内面Ｓに潤滑層Ｌを形成する。よって、水中不分離性を有するセメント系材料Ｍと配管Ｈの内面Ｓとの間に液体Ｅによる潤滑層Ｌが介在するので、セメント系材料Ｍと配管Ｈの内面Ｓとの管内摩擦を低減させることができる。

従って、水中不分離性を有するセメント系材料Ｍを長距離圧送することができる。また、この水中不分離性材料圧送方法では、注液管１３を通じて配管Ｈの内部に液体Ｅを注入すればよいので、ポンプを大型化したり配管径を大きくしたりする必要がない。従って、簡易な構成でセメント系材料Ｍの圧送を効率よく行うことができる。

更に、この水中不分離性材料圧送方法では、液体Ｅを配管Ｈの内部に注入すればよいので、注入を容易に行うことができると共に、配管Ｈの内部の圧力等に応じて液体Ｅの注入量を柔軟に調整することができる。よって、配管Ｈの内部の圧力に応じて液体Ｅによる潤滑層Ｌの大きさを容易に変更することができるので、配管Ｈの内部の圧力を十分に低減させることができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法では、セメント系材料Ｍと配管Ｈの内面Ｓとの管内摩擦を低減できるため、セメント系材料Ｍの圧送に関する作業を安全に行うことができる。更に、潤滑層Ｌを配管Ｈの内面Ｓに形成してセメント系材料Ｍの圧送性を向上させることができるので、圧送ポンプＡとしては小型のポンプを使用できる。その結果、狭い敷地に圧送ポンプＡを配置することが可能になると共に、圧送ポンプＡの騒音を低減させることができる。

また、配管Ｈの内面Ｓに潤滑層Ｌを形成することにより、セメント系材料Ｍの圧送速度を速くすることができると共に、配管径が小さい軽量な配管Ｈとすることができる。よって、配管Ｈの設置作業を容易に行うことができるので、この点でも作業性の向上に寄与する。更に、配管Ｈの内部の圧力を低減できるので、高圧に伴うセメント系材料Ｍの材料分離や圧送に伴う性状変化を抑制することができ、均質なセメント系材料Ｍを提供することができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法において、液体Ｅは、水である。よって、配管Ｈの出口が水中Ｗである本実施形態では、注入した液体Ｅは配管Ｈの出口で水中Ｗに放出される。従って、水が水中Ｗに放出されるので、環境に優しい水中不分離性材料方法とすることができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法は、配管Ｈの内部に注入する液体Ｅの量を制御する工程を備える。よって、配管Ｈの内部の圧力の状況等に応じて注入する液体Ｅの量を制御することにより、液体Ｅの注入量の調整を容易に行うことができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法において、液体Ｅを注入する工程は、配管Ｈの内部の圧力が圧力閾値以上となったときに行ってもよい。この場合、配管Ｈの内部の圧力が圧力閾値以上となったときに液体Ｅの注入を行うので、液体Ｅを無駄に注入しないようにすることができる。すなわち、配管Ｈの内部の圧力に応じた相応しい注入量で液体Ｅを注入することができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法において、液体Ｅの量を制御する工程では、配管Ｈの内部の圧力の値に応じて注入する液体Ｅの量を調整してもよい。この場合、配管Ｈの内部の圧力の値に応じて液体Ｅの注入量を調整するので、前述と同様、配管Ｈの内部の圧力に応じた相応しい注入量で液体Ｅを注入することができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法において、セメント系材料Ｍは、０．５ｋｇ／ｍ^３以上且つ５．０ｋｇ／ｍ^３以下の水中不分離剤を含んでいる。このように、セメント系材料Ｍが０．５ｋｇ／ｍ^３以上且つ５．０ｋｇ／ｍ^３以下の水中不分離剤を含んでおりセメント系材料Ｍの粘性が高い場合であっても、配管Ｈの内面Ｓに潤滑層Ｌを形成することによってセメント系材料Ｍを効率よく長距離圧送することができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送方法は、液体Ｅを注入する工程の前に、配管Ｈの内部への液体Ｅの注入量を決定する工程を備える。よって、液体Ｅを注入する前に、配管Ｈの内部への液体Ｅの注入量を決定するので、液体Ｅを無駄に注入しないようにすることができる。従って、前述と同様、配管Ｈの内部の圧力に応じた相応しい注入量で液体Ｅを注入することができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送システム１は、配管Ｈを貫通する注液管１３を通じて配管Ｈの内部にセメント系材料Ｍよりも粘性が低い液体Ｅを注入して配管Ｈの内面Ｓに潤滑層Ｌを形成する潤滑層形成装置１０を備える。潤滑層形成装置１０によって、水中不分離性を有するセメント系材料Ｍと配管Ｈの内面Ｓとの間に注入した液体Ｅにより潤滑層Ｌが介在するので、セメント系材料Ｍと配管Ｈの内面Ｓとの摩擦抵抗を低減させることができる。その結果、セメント系材料Ｍを長距離圧送することができ、前述の水中不分離性材料圧送方法と同様の効果が得られる。

更に、本実施形態に係る水中不分離性材料圧送システム１において、図１及び図５に示されるように、潤滑層形成装置１０は、配管Ｈの内面Ｓに沿うように配置される逆止弁１７を有する。よって、配管Ｈの内面Ｓに沿って配置された逆止弁１７によって注液管１３への液体Ｅの逆流を抑制することができる。従って、注液管１３を通じて液体Ｅを効率よく配管Ｈの内部に注入することができる。すなわち、逆止弁１７は、水中不分離性を有するセメント系材料Ｍが注液管１３に流入して注液管１３が閉塞する事態を回避することができる。

本実施形態に係る水中不分離性材料圧送システム１において、潤滑層形成装置１０は、セメント系材料Ｍの圧送経路Ｐの上流側の端部から配管Ｈの全長の２０％以内の箇所に設けられている。よって、潤滑層形成装置１０を配管Ｈの上流側の端部に位置する圧送ポンプＡの近傍に配置することが可能となるので、配管Ｈの内面Ｓに形成される潤滑層Ｌを配管Ｈに沿って長く形成することができる。従って、長距離にわたる水中不分離性材料（セメント系材料Ｍ）の圧送を効率よく行うことができる。

以上、本発明に係る水中不分離性材料圧送方法及び水中不分離性材料圧送システムの実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲において変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。すなわち、水中不分離性材料圧送方法の各工程の内容及び順序、並びに、水中不分離性材料圧送システムの各部の形状、大きさ、数、材料、機能及び配置態様は適宜変更可能である。

例えば、前述の実施形態では、圧力計１５によって測定された圧力の値に基づいて制御装置１４がポンプ１６に制御信号を出力して液体Ｅの注入量を自動的に調整する例について説明した。しかしながら、例えば、圧力計１５によって測定された圧力の値を見て、注液管１３の開閉バルブの調整等を行うことによって、液体Ｅの注入量を手動で調整してもよい。また、圧力計１５によって測定された圧力の値が圧力閾値以上となったときに警報を出力してもよく、当該警報に伴って液体Ｅの注入量を調整してもよい。

また、前述の実施形態では、配管Ｈの上流側に潤滑層形成装置１０が設けられる例について説明した。しかしながら、配管Ｈにおける潤滑層形成装置１０の配置位置は適宜変更可能である。また、潤滑層形成装置１０の数も適宜変更可能である。例えば、数百メートルに延びる配管Ｈにおいて、複数の潤滑層形成装置１０が一定間隔おきに配置されていてもよい。

（実施例）
次に、水中不分離性材料圧送システム１を用いた実施例について図１及び図９を参照しながら説明する。本実施例では、水中不分離性材料圧送システム１を用いて圧送ポンプＡの圧力の時系列データを測定する実験を行った。図１及び図９に示されるように、まず、液体Ｅを形成していない状態で圧送ポンプＡを動作させてセメント系材料Ｍを圧送し、配管Ｈの内部の圧力を測定すると、圧力の値は時間の経過と共に増大し、動作開始から５分以上経過したときに圧力の値は３．０ＭＰａを超えた。

その後、制御装置１４の制御によってタンク１２から液体Ｅを配管Ｈの内部に注入すると、配管Ｈの内部の圧力は徐々に低下し、圧力の値は２．５ＭＰａ以下に減少した。そして、動作開始から１０分以上経過したときに液体Ｅの注入を停止すると、配管Ｈの内部の圧力は再度上昇し、動作開始から１５分程度経過したときに再度液体Ｅの注入を行うと圧力の値が再度低下した。以上のように、潤滑層形成装置１０によって、配管Ｈの内部への液体Ｅの注入を行うと、配管Ｈの内部の圧力を効果的に低減させることができ、圧力の値を３０％～５０％低減できることが分かった。

１…水中不分離性材料圧送システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…潤滑層形成装置、１１，１１Ａ…管、１１Ｂ…第１の管、１１Ｃ…第２の管、１１ｄ…開口、１２…タンク、１３…注液管、１３ｂ…パイプ部、１３ｃ…固定部、１４…制御装置、１５…圧力計、１６…ポンプ、１７…逆止弁、Ａ…圧送ポンプ、Ｄ１…距離、Ｅ…液体、Ｈ…配管、Ｈ１…上流側配管、Ｈ２…下流側配管、Ｌ…潤滑層、Ｍ…セメント系材料、Ｐ…圧送経路、Ｓ…内面、Ｗ…水中、Ｘ…搬送方向。

Claims (9)

1. 水中不分離性を有するセメント系材料を配管の内部において圧送する水中不分離性材料圧送方法であって、
   注液管を通じて前記配管の内部に前記セメント系材料よりも粘性が低い液体を注入する工程と、
   注入された前記液体を前記配管の内面に付着させて前記内面に潤滑層を形成する工程と、
   を備え、
   前記配管の内部に注入する前記液体の量を制御する工程を更に備え、
   前記液体の量を制御する工程では、前記配管の内部の圧力の値に応じて注入する前記液体の量を調整する、
   水中不分離性材料圧送方法。
2. 前記液体は、水である、
   請求項１に記載の水中不分離性材料圧送方法。
3. 前記液体を注入する工程は、前記配管の内部の圧力が圧力閾値以上となったときに行う、
   請求項１又は２に記載の水中不分離性材料圧送方法。
4. 前記セメント系材料は、０．５ｋｇ／ｍ^３以上且つ５．０ｋｇ／ｍ^３以下の水中不分離剤を含む、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の水中不分離性材料圧送方法。
5. 前記液体を注入する工程の前に、前記配管の内部への前記液体の注入量を決定する工程を更に備える、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の水中不分離性材料圧送方法。
6. 水中不分離性を有するセメント系材料を配管の内部において圧送する水中不分離性材料圧送システムであって、
   注液管を有し、前記注液管を通じて前記配管の内部に前記セメント系材料よりも粘性が低い液体を注入し、前記液体を前記配管の内面に付着させて前記内面に潤滑層を形成する潤滑層形成装置と、
   前記配管の内部に注入する前記液体の量を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記配管の内部の圧力の値に応じて注入する前記液体の量を制御する、
   水中不分離性材料圧送システム。
7. 前記液体は、水であり、
   前記配管は、前記セメント系材料を圧送する圧送ポンプから水中まで延びている、
   請求項６に記載の水中不分離性材料圧送システム。
8. 前記潤滑層形成装置は、前記配管の前記内面に沿うように配置される逆止弁を有する、請求項６又は７に記載の水中不分離性材料圧送システム。
9. 前記潤滑層形成装置は、前記セメント系材料の圧送経路の上流側の端部から前記圧送経路の全長の２０％以内の箇所に設けられている、
   請求項６～８のいずれか一項に記載の水中不分離性材料圧送システム。

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