JP2000001355A - セメント組成物、吹付材料、及びそれを用いた吹付工法 - Google Patents
セメント組成物、吹付材料、及びそれを用いた吹付工法Info
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Abstract
ンネル内面や斜面への吹付や地山や斜面の安定化のため
の道路工事や補修工事等に使用するセメント組成物や吹
付材料の提供。 【解決手段】 セメント、最大粒径2.5 mm以下の骨材、
カルシウムアルミネート、及び硫酸アルミニウムを含有
するセメント組成物。硫酸アルミニウムは硫酸アルミニ
ウム含有液としてもよく、さらに、有機酸類を含有して
もよい。又、セメント、最大粒径2.5 mm以下の骨材、及
びカルシウムアルミネートを含有するA剤と、硫酸アル
ミニウム含有液を含有するB剤からなる吹付材料とし、
該A剤に有機酸類を含有してもよい。
Description
主にトンネル掘削後、又は、道路等の斜面構築後のトン
ネル内面や斜面に吹付けて、地山や斜面を安定化するた
めの道路工事や補修工事等に使用される吹付材料に関す
る。
トンネル等は、トンネルボーリングマシン(TBM)で
掘削されるケースが多く、掘削後の岩盤の安定化に吹付
コンクリートが用いられている。しかしながら、従来の
吹付けでは大型の施工機械を使用したり、使用するコン
クリートを坑外から搬入したりなければならないため、
作業スペースやコンクリートの作業時間を制約してしま
うという課題があった。
練りのモルタルと、カルシウムアルミネートを含有する
急硬材スラリーを併用して、作業時間の短縮と作業環境
とを改善した吹付工法(特開平3−122040号公報
参照)や、TBMで掘削できる小断面トンネルにおい
て、施工性を高めた吹付材料として、セメント、最大粒
径2.5 mmの骨材、消石灰含有物質、及びアルカリ金属ア
ルミン酸塩を含有する吹付材料(特開平9−22719
8号参照)が提案されている。
ウムアルミネートを含有する急硬材スラリーを用いた場
合、吹付直後の急結性を改良する必要があった。又、セ
メント、最大粒径2.5 mmの骨材、消石灰含有物質、及び
アルカリ金属アルミン酸塩を含有する吹付材料は、アル
カリ金属アルミン酸塩を使用しているため、作業員への
薬傷対策を十分配慮する必要があった。そのために、作
業員は吹付時には保護具を着用しなければならず、作業
性が劣ってしまうという課題があった。さらに、長期強
度の発現性や耐久性の点を改良する必要があった。
討を重ねた結果、特定の吹付材料の使用により、前記課
題を解消される知見を得て本発明を完成するに至った。
ト、最大粒径2.5 mm以下の骨材、カルシウムアルミネー
ト、及び硫酸アルミニウムを含有してなるセメント組成
物であり、セメント、最大粒径2.5 mm以下の骨材、カル
シウムアルミネート、及び硫酸アルミニウム含有液を含
有してなるセメント組成物であり、さらに、有機酸類を
含有してなる該セメント組成物である。そして、セメン
ト、最大粒径2.5 mm以下の骨材、及びカルシウムアルミ
ネートを含有してなるA剤と、硫酸アルミニウム含有液
を含有してなるB剤からなる吹付材料であり、さらに、
A剤に有機酸類を含有してなる吹付材料である。さら
に、A剤とB剤を個別に圧送して吹付直前に混合して吹
付けることを特徴とする吹付工法である。
する。
用いられる、普通・早強・超早強等の各種ポルトランド
セメントや、これらのポルトランドセメントに高炉スラ
グ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セ
メント、さらには、3CaO・SiO2や11CaO ・7Al2O3・CaF2
を主成分とする変性ポルトランドセメント等が挙げられ
る。
及び石灰砂のいずれも使用でき、その最大粒径は2.5 mm
以下であり、1.5 mm以下が好ましい。最大粒径が2.5 mm
を越えると吹付施工の際に跳ね返りが多くなり、ポンプ
圧送性が悪化する。
性、及び耐久性の点で、セメント100重量部に対して、5
0〜300 重量部が好ましく、100 〜200 重量部がより好
ましい。50重量部未満だと耐久性が低いおそれがあり、
300 重量部を越えると初期強度発現性が低く、跳ね返り
も多くなるおそれがある。
は、初期にセメントコンクリートの凝結を起こさせる急
結成分である。カルシウムアルミネートとは、カルシア
を含む原料と、アルミナを含む原料とを混合して、キル
ンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られ
る、CaOとAl2O3 とを主たる成分とし、水和活性を
有する物質の総称であり、CaO及び/又はAl2O3 の
一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化
物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハ
ロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ
金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した
化合物、あるいは、CaOとAl2O3 とを主たる成分と
するものに、これらが少量固溶した物質である。鉱物形
態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよい。
のカルシウムアルミネートが好ましく、C12A7 組成に
対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミ
ネートがより好ましい。
ン値で5000cm2 /g以上が好ましい。5000c
m2 /g未満だと急結性や初期強度発現性が低下するお
それがある。
性、初期強度発現性、及び耐久性の点で、セメント100
重量部に対して、2〜10重量部が好ましく、3〜7重
量部がより好ましい。2重量部未満だと凝結力や強度発
現性が低下するおそれがあり、10重量部を越えるとモ
ルタルの可使時間を確保できにくく、耐久性が得られな
いおそれがある。
メント又はカルシウムアルミネートと反応し、初期の凝
結を促進し、強度発現性を向上するために使用するもの
である。
り、作業員への安全性も向上し、作業環境が好ましくな
り、長期強度の発現性が良好となり、耐久性が向上する
点で、硫酸アルミニウム含有液とすることが好ましい。
ニウムを水に溶解させた水溶液又は硫酸アルミニウムを
水に懸濁させたスラリーをいう。硫酸アルミニウムの粒
度や純度は、市販品程度でよく、多少の不純物は影響し
ない。
より水に対する溶解度が異なるため、特に限定されるも
のではないが、できるだけ高い濃度であることが好まし
い。硫酸アルミニウム含有液の固形分濃度は、10〜5
0重量%が好ましく、20〜40重量%がより好まし
い。10重量%未満だと硫酸アルミニウムの濃度が小さ
くなるので、強度発現性を阻害するおそれがあり、50
重量%を越えると温度が低下した場合、硫酸アルミニウ
ムが固体として再析出したり、長期強度発現性が小さい
おそれがある。
ント100 重量部に対して、固形分換算で2〜15重量部
が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。2重量部
未満だと強度発現性が小さいおそれがあり、15重量部
を越えると初期凝結が遅れ、地山に対する付着性が小さ
くなるおそれがある。
ン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸又はそのナト
リウム塩等が挙げられ、その一種又は二種以上を使用で
きる。これらの中では、遅延性や強度発現性が高い点
で、クエン酸、グルコン酸、及び/又は酒石酸が好まし
い。
はないが、一般に市販されている製品の粒子径のものを
使用できる。
に対して、0.1 〜2.0 重量部が好ましく、0.3 〜1.0 重
量部がより好ましい。0.1 重量部未満だと目的とする凝
結力や強度発現性が得られず、特に低温や高温での施工
時に凝結力の低下が顕著となるおそれがあり、2.0 重量
部を越えると強度発現性が小さく、可使時間を確保でき
ず、ゲル化する時間が長くなり、吹付け時のダレや剥離
の原因となるおそれがある。
ァイバーや耐アルカリガラスファィバーなどの無機系繊
維、カーボンファイバー、ポリエチレンファィバー、ビ
ニロンファイバー、アラミドファイバー、及びポリアク
リルファイバー等の有機系繊維、並びに、スチールファ
ィバー等が挙げられる。これらの中では、セメントと骨
材を乾式法により混合したドライモルタルでの混合性や
施工性の点で、耐アルカリガラスファィバー、カーボン
ファイバー、ポリエチレンファイバー、ビニロンファイ
バー、又はポリアクリルファイバーのうちの一種又は二
種以上が好ましい。
が、3〜30mmが好ましく、6〜12mmがより好ましい。
たドライモルタル100 重量部に対して、0.4 〜1.5 重量
部が好ましく、0.5 〜1.2 重量部がより好ましい。0.4
重量部未満だと目的とする強度が得られないおそれがあ
り、1.5 重量部を越えるとドライモルタル混合時の混合
分散性が悪化したり、強度発現性が低下したりするおそ
れがある。
剤や増粘剤等を使用してもよい。
ンクリートの流動性や急結材の分散安定性を改善するた
めに使用するものをいい、特に硫酸アルミニウム含有液
の濃度が大きい場合に好適である。減水剤としては、液
状や粉状のものいずれも使用できる。減水剤としては、
ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導
体、及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの一種又は
二種以上を併用してもよい。これらの中では、高強度発
現性や分散安定性の点で、高性能減水剤が好ましい。高
性能減水剤により、急結材の使用量を少なくでき、又、
粉塵の発生量、及びリバウンド率が極めて少なくでき
る。
ルホン酸塩のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸
塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマ
リン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙
げられ、液状や粉状のものいずれも使用でき、これらの
一種又は二種以上を併用してもよい。これらの中では、
効果が大きい点で、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリ
ン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、
及びポリカルボン酸系高分子化合物が好ましい。
ンクリートに粘性を与え、吹付直後のダレを防止し、リ
バウンド率を小さくし、粉塵発生を抑制するものをい
う。増粘剤としては、メチルセルロース、エチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピ
ルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒ
ドロキシプロピルメチルセルロース、及びヒドロキシエ
チルエチルセルロース等のセルロース類、アルギン酸、
アルギン酸ナトリウム、β−1,3グルカン、プルラ
ン、グアガム、カゼイン、及びウェランガム等の多糖
類、酢酸ビニル、エチレン、塩化ビニル、メタクリル
酸、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、及び不飽和カ
ルボン酸等のビニル重合体やこれらの共重合体、並び
に、酢酸ビニル重合体やその共重合体をケン化しポリビ
ニルアルコール骨格に変性したもの等のエマルジョン類
等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を併用しても
よい。これらの中では、初期凝結を阻害しにくい点で、
セルロース類が好ましい。
はその塩、及びアルコール類等の凝結遅延剤を使用して
もよい。又、微粉スラグ、微粉フライアッシュ、ベント
ナイト、メタカオリオン、及びシリカフューム等の平均
粒径10μm以下の超微粉を使用してもよい。又、急結
材の急結性を向上させるために、アルカリ金属炭酸塩や
アルカリ土類金属水酸化物を使用してもよい。
法は特に限定されるものではないが、施工性が良好な点
で、吹付材料として使用することが好ましい。この場
合、施工性の点で、吹付材料を、セメント、最大粒径2.
5 mm以下の骨材、カルシウムアルミネート、及び必要に
応じて配合する有機酸類を含有してなるA剤と硫酸アル
ミニウムを含有してなるB剤とに分け、A剤とB剤を個
別に圧送して吹付直前に混合して吹付けることが好まし
い。A剤とB剤に分けた場合には例えば、セメント、最
大粒径2.5 mm以下の骨材、カルシウムアルミネート、及
び必要に応じて配合する有機酸類を乾燥状態でドライ混
合し、その後、ドライ混合したモルタルと水とを混練し
てA剤とし、硫酸アルミニウムの水溶液をB剤とし、こ
のA剤とB剤を個別に圧送して吹付けすることが好まし
い。
配合し、混合することなく、水を配合して混練するだけ
で使用できる点で、ドライ混合したモルタルを使用する
ことが好ましい。
は、V型ブレンダーやナウターミキサーなどいずれのミ
キサーも使用できるが、繊維の分散性の点で、ナウター
ミキサーが好ましい。
としては、タライ型ミキサー、ホーバー型ミキサー、及
び二軸ミキサー等のバツチ練りミキサーを使用できる。
これらの中では、施工性の点で、連続的に混練りするこ
とが好ましい。
されるものではないが、ポンプで圧送が可能な流動性が
得られるように、例えば、フロー値として180 〜260 mm
になるように水を加えることが好ましい。
に限定されるものではなく、例えば、ピストン式ポン
プ、スクイズ式ポンプ、及びスネイク式ポンプ等のポン
プを使用できる。これらの中では、作業性の点で、例え
ば、供給された吹付材料を混合機の先端の羽根で圧入さ
れた水と混練し、それに連結しているスネイク式のポン
プで連続的に圧送する連続混練り圧送装置で混練り圧送
する方法が、作業性の点で、好ましい。
プは特に限定されるものではないが、ピストン式ポン
プ、スクイズ式ポンプ、及びスネイク式ポンプ等を使用
することができる。
硫酸アルミニウム含有液であるB剤とを混合する方法は
特に限定されるものではないが、以下の方法が挙げられ
る。即ち、NATM(ニュー・オーストリアン・工法)
等で使用されているように、Y字管を用いてA剤にB剤
を混合する際、B剤をエアーで搬送し、吹付けることが
できる。又、リング周囲に数カ所の孔を有するインレッ
トピースにポンプ圧送したB剤をエアーで圧入し、A剤
と混合し、吹付けることもできる。これらの中では、混
合性の点で、インレットピースを使用する混合方法が好
ましい。
剤の吐出量は3m3 /h以下にすることが好ましい。
に説明する。
カルシウムアルミネート5重量部、有機酸0.5重量
部、及びセメントと骨材の合計100重量部に対して繊
維0.8重量部をナウターミキサーで混合してプレミッ
クスのドライモルタルを200 kg製造した。製造したドラ
イモルタルをドイツのPFT社製G4連続ミキサーポン
プに投入し、フロー値200 mmになるように水を添加して
モルタルとし、2.1 m3/hrの能力で連続混練り圧送し
た。又、30%濃度の硫酸アルミニウム水溶液をプラン
ジャー式ポンプで圧送し、モルタル中のセメント100
重量部に対して、固形分換算で8重量部になるように、
ノズル手前に取り付けたインレツトピースに3.5kgf/cm2
のエアーとともにインレットピースの中を通るモルタル
に圧入、混合して吹付材料とし、側壁に厚さ2cmにな
るように1m2の広さに吹付け、ポンプ圧送速度とリバウ
ンド率を測定した。結果を表1に併記する。
の、非晶質、ブレーン値6100cm2 /g 有機酸:クエン酸 繊維:ビニロンファィバー長さ6mm、クラレ社製 硫酸アルミニウム:市販品 側壁:高さ3.5m、幅2.5mの模擬トンネルの側壁
した(単位:m3/hr )。 リバウンド率:1分間側壁に吹付けた時の、(跳ね返っ
た量/吹付量)×100 で示した(単位:%)。
ウムアルミネート5重量部、有機酸0.5重量部、及び
セメントと骨材の合計100重量部に対して繊維0.8
重量部を混合してドライモルタルを製造し、モルタル中
のセメント100重量部に対して、30%濃度の硫酸ア
ルミニウム水溶液を固形分換算で8重量部圧入して吹付
材料としたこと以外は実施例1と同様に行い、リバウン
ド率、圧縮強度、及びクラックの有無を測定した。結果
を表2に併記する。
後に観察した。 圧縮強度 :JIS R 5201に準じて、20℃、所定の材齢で
測定した(単位:N/mm2)。
す量のカルシウムアルミネート、及び有機酸0.5重量
部を配合してドライ混合し、次いでセメント100重量
部に対して、水45重量部を加え、JIS R 5201に準じて
モルタルミキサーで混練りしモルタルを調製した。この
モルタル中のセメント100重量部に対して、30%濃
度の硫酸アルミニウム含有液を固形分換算で8重量部添
加して10秒間混練りし、すばやく型枠に充填した。そ
の後、20℃でプロクター貫入抵抗値を測定して始発時
間、終結時間、及び圧縮強度の測定を行った。結果を表
3に併記する。
間を測定した(単位:分)。 終結時間 :プロクター貫入抵抗値が4,000psiに達する
時間を測定した(単位:分)。 モルタル可使時間:モルタルフロー値が160mm以下
になる時間を測定した。
ムアルミネート5重量部、及び有機酸0.5重量部をド
ライ混合し、次いでセメント100重量部に対して、水
45重量部を加えてモルタルを調製し、このモルタル中
のセメント100重量部に対して、表4に示す濃度の硫
酸アルミニウム含有液を固形分換算で8重量部添加して
混練りしたこと以外は、実施例3と同様に行った。結果
を表4に併記する。
ムアルミネート5重量部、及び有機酸0.5重量部をド
ライ混合し、次いでセメント100重量部に対して、水
45重量部を加えてモルタルを調製し、このモルタル中
のセメント100重量部に対して、30%濃度の硫酸ア
ルミニウム含有液を固形分換算で表5に示す量添加して
混練りしたこと以外は、実施例3と同様に行った。結果
を表5に併記する。
ムアルミネート5重量部、及び表6に示す量の有機酸を
ドライ混合し、次いでセメント100重量部に対して、
水45重量部を加えてモルタルを調製し、このモルタル
中のセメント100重量部に対して、30%濃度の硫酸
アルミニウム含有液を固形分換算で8重量部添加して混
練りしたこと以外は、実施例3と同様に行った。結果を
表6に併記する。
ムアルミネート5重量部、有機酸0.5重量部、及びセ
メントと骨材の合計100重量部に対して表7に示す量
の繊維を混合してドライモルタルを製造し、モルタル中
のセメント100重量部に対して、30%濃度の硫酸ア
ルミニウム水溶液を固形分換算で8重量部圧入して吹付
材料としたこと以外は実施例1と同様に行い、リバウン
ド率、圧縮強度、及びクラックの有無を測定した。結果
を表7に併記する。
ムアルミネート5重量部、有機酸0.5重量部、及びセ
メントと骨材の合計100重量部に対して繊維0.8重
量部を混合してドライモルタルを製造し、モルタル中の
セメント100重量部に対して、30%濃度の硫酸アル
ミニウム水溶液を固形分換算で8重量部圧入して吹付材
料としたこと以外は実施例1と同様に行った。又、4×
4×16cmの三連型枠に、同様に吹付け、所定の材齢ご
との圧縮強度を測定した。吹付けの状況は、粉塵の発生
も少なく、ダレもなく、跳ね返りも少なく、吹付け直後
の凝結力も高く、目的とした性状を満足した結果が得ら
れた。又、圧縮強度も室内試験とほぼ同様に、1時間で
1.1N/mm2 、1日で23.0N/mm2 、28日で49.
8N/mm2 とほぼ同様な結果が得られた。
により、小断面トンネルのような狭い作業空間において
も、作業者への安全性を確保した良好な環境下で作業で
きる。又、吹付後の初期や長期の強度発現性が高いため
に、2〜3cmの薄さで掘削後の地山や岩盤を安定化さ
せることができる。さらに、連続ミキサーポンプを使用
することにより、作業効率が高まる等の効果を奏する。
Claims (6)
- 【請求項1】 セメント、最大粒径2.5 mm以下の骨材、
カルシウムアルミネート、及び硫酸アルミニウムを含有
してなるセメント組成物。 - 【請求項2】 セメント、最大粒径2.5 mm以下の骨材、
カルシウムアルミネート、及び硫酸アルミニウム含有液
を含有してなるセメント組成物。 - 【請求項3】 さらに、有機酸類を含有してなる請求項
1又は2記載のセメント組成物。 - 【請求項4】 セメント、最大粒径2.5 mm以下の骨材、
及びカルシウムアルミネートを含有してなるA剤と、硫
酸アルミニウム含有液を含有してなるB剤からなる吹付
材料。 - 【請求項5】 さらに、A剤に有機酸類を含有してなる
請求項4記載の吹付材料。 - 【請求項6】 請求項4又は5記載のA剤とB剤を個別
に圧送して吹付直前に混合して吹付けることを特徴とす
る吹付工法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16055798A JP3929172B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 吹付工法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP16055798A JP3929172B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 吹付工法 |
Publications (2)
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ID=15717575
Family Applications (1)
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