JP2002037656A

JP2002037656A - 湿式吹付けコンクリート

Info

Publication number: JP2002037656A
Application number: JP2000224768A
Authority: JP
Inventors: Akinori Sugiyama; 彰徳杉山; Yoji Ogawa; 洋二小川; Morio Yamamoto; 盛男山本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】施工性が良好で、初期の収縮量が小さくひび
割れが発生しない、40N/mm²以上の圧縮強度を発現する
湿式吹付けコンクリートを提供する。【解決手段】単位セメント量が470〜550kg/m³、水／
セメント比が35〜45重量％で、かつスランプフローが45
0mm以上のベースコンクリートに、カルシウムアルミネ
ート、石膏、並びに、アルミン酸アルカリ及び／又は炭
酸アルカリを含有する急結剤を配合してなる湿式吹付け
コンクリート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル、地下構
造物等の施工に用いられる湿式吹付けコンクリートに関
する。

【０００２】

【従来の技術】掘削されたトンネルや地下空間の建設工
事では、露出面にコンクリートを吹付けてライニング
し、該露出面の崩落を防止する方法が広く実施されてい
る。コンクリート吹付け工法としては、乾式工法と湿式
工法が知られているが、湿式工法は、乾式工法に比べ
て、粉塵の発生が少ないという利点を有するため、吹付
け工法の主流となっている。

【０００３】一般に湿式工法では、普通ポルトランドセ
メントを使用したベースコンクリートを輸送パイプやホ
ースを通して圧送し、先端の吹付けノズルから吹き出
し、掘削された露出面にコンクリートを吹き付けてライ
ニングしている。また、ベースコンクリートだけでは、
急結性が得られないので、急結剤を圧送途中（吹付けノ
ズル近辺）で添加混合している。急結剤としては、例え
ば、カルシウムアルミネート系鉱物を主体とした粉体急
結剤や、アルミン酸塩やアルミニウム塩や炭酸アルカリ
の単独又は混合物の水溶液を主成分とした液体急結剤が
知られている。また、これらの急結剤の配合量は、粉体
急結剤では対セメント比で5〜7重量％程度、液体急結剤
では対セメント比で10〜15重量％程度である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、トンネルや地下
空間等の建設工事が大規模化してきており、例えば、片
側３車線の大断面トンネル等の工事が行われている。こ
のような大断面トンネル等の工事においては、吹付けコ
ンクリート層の厚さを薄くして工期の短縮や材料費の低
減を図るために、40N/mm²以上の圧縮強度を発現する湿
式吹付けコンクリートが求められている。また、前記大
断面トンネル等の工事においては、工期の短縮等を図る
ために、吹付けコンクリートの施工後の二次覆工をなく
す、又はプレキャストコンクリート板による簡易な二次
覆工で建設することが検討されている。

【０００５】湿式吹付けコンクリートにおいて40N/mm²
以上の圧縮強度を発現させようとすると、ベースコンク
リートの単位セメント量を多くし（例えば、450kg/m³以
上）、水／セメント比を小さく（例えば、40重量％以
下）する必要がある。このようなベースコンクリートに
急結剤を配合すると、吹付けコンクリートの初期の収縮
量が大きく、ひび割れが発生し易いという問題がある。
そのため、ひび割れの発生を防止するために、溶接金
網を吹付け箇所に設置し、該溶接金網上にコンクリート
を吹付ける、又はベースコンクリートに繊維材料を配
合する、ことが行われている。

【０００６】しかしながら、上記の溶接金網を用いる
方法では、該溶接金網の設置等の作業に手間がかかり、
また、のベースコンクリートに繊維材料を配合する方
法では、ベースコンクリートのポンプ圧送性が低下して
しまい、いずれの方法でも、施工性が低下するという問
題がある。

【０００７】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
であって、その目的は、・施工性が良好で、・初期の収縮量が小さくて、ひび割れが発生しない、40
N/mm²以上の圧縮強度を発現する湿式吹付けコンクリー
トを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の単位セメント
量、水／セメント比で、かつ特定のスランプフロー値の
高流動性のベースコンクリートに、特定の材料からなる
急結剤を配合することによって、上記課題が解決される
ことを見いだし、本発明を完成させたものである。

【０００９】即ち、本発明は、単位セメント量が470〜5
50kg/m³、水／セメント比が35〜45重量％で、かつスラ
ンプフローが450mm以上のベースコンクリートに、カル
シウムアルミネート、石膏、並びに、アルミン酸アルカ
リ及び／又は炭酸アルカリを含有する急結剤を配合して
なる湿式吹付けコンクリートである（請求項１）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明についてさらに詳し
く説明する。本発明の湿式吹付けコンクリートは、単位
セメント量が470〜550kg/m³、水／セメント比が35〜45
重量％で、かつスランプフローが450mm以上のベースコ
ンクリートに、カルシウムアルミネート、石膏、並び
に、アルミン酸アルカリ及び／又は炭酸アルカリを含有
する急結剤を配合してなるものである。本発明の湿式吹
付けコンクリートでは、ベースコンクリートのポンプ圧
送性が良好であり、また、吹付けの際に溶接金網の設置
等をする必要もないので施工性が極めて良好である。ま
た、本発明の湿式吹付けコンクリートでは、初期の収縮
量が小さくひび割れが発生することがない。また、材令
28日で40N/mm²以上の圧縮強度を発現することができ
る。

【００１１】本発明において、ベースコンクリートの単
位セメント量は470〜550kg/m³であり、好ましくは480〜
530kg/m³である。単位セメント量が470kg/m³未満である
と、ベースコンクリートのポンプ圧送性が低下して施工
性の低下を招くうえ、強度発現性も低下するため好まし
くない。単位セメント量が550kg/m³を超えると、ひび割
れの発生を防止することが困難となるので好ましくな
い。また、本発明において、ベースコンクリートの水／
セメント比は35〜45重量％であり、好ましくは37〜43重
量％である。水／セメント比が35重量％未満では、ベー
スコンクリートのポンプ圧送性が低下して施工性の低下
を招くので好ましくない。水／セメント比が45重量％を
超える場合は、ベースコンクリートの材料分離が生じや
すくなるうえ、40N/mm²以上の圧縮強度を発現すること
が困難であり好ましくない。さらに、本発明において、
ベースコンクリートのスランプフローは450mm以上であ
り、好ましくは450〜600mm、より好ましくは450〜550mm
である。スランプフローが450mm未満では、ベースコン
クリートのポンプ圧送性が低下して施工性の低下を招く
ので好ましくない。なお、ベースコンクリートの細骨材
率は、ポンプ圧送性等を考慮して、50〜70％とするのが
好ましい。

【００１２】ベースコンクリート用の材料について説明
する。セメントとしては、普通、早強、中庸熱、低熱ポ
ルトランドセメント等の市販されているポルトランドセ
メントや、高炉、フライアッシュセメント等の市販され
ている混合セメント、さらには、都市ゴミ焼却灰・下水
汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として利用したセメント
（エコセメント）を使用することができる。また、前記
セメントの一部を石灰石粉末、シリカフューム、メタカ
オリンで置換したセメントや、前記セメントに石膏を添
加したセメントも使用することができる。なお、本発明
においては、湿式吹付けコンクリートの初期強度を向上
させる場合は普通ポルトランドセメントを使用するのが
好ましく、ベースコンクリートのポンプ圧送性を向上さ
せる場合は、高炉セメントＢ種を使用するのが好まし
い。細骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂又はこれ
らの混合物を使用することができる。粗骨材としては、
川砂利、海砂利、砕石又はこれらの混合物を使用するこ
とができる。減水剤としては、アルキルアリルスルホン
酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミンスルホン酸
系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能
減水剤又は高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。なお、減水
剤は液状又は粉末状どちらでも使用可能である。水は、
水道水、河川水、井戸水、地下水、湖沼水等を使用する
ことができる。

【００１３】ベースコンクリートの混練方法は、特に限
定するものではなく、例えば、上記各材料を一括でミキ
サに投入して、混練すれば良い。

【００１４】次に、本発明で使用する急結剤について説
明する。本発明で使用する急結剤は、カルシウムアルミ
ネート、石膏、並びに、アルミン酸アルカリ及び／又は
炭酸アルカリを含有する急結剤である。前記特定の材料
を含有する急結剤を前記ベースコンクリートに配合する
ことにより、急結性が良好で、初期の収縮量が小さくて
ひび割れが発生せず、かつ、40N/mm²以上の圧縮強度を
発現する湿式吹付けコンクリートが得られる。

【００１５】本発明で使用するカルシウムアルミネート
は、CaO原料とAl₂O₃原料を混合し、該混合物を電気炉等
の加熱炉で焼成又は溶融し、冷却した後、粉砕して得ら
れるものであり、結晶質、非晶質のいずれであってもよ
い。CaO原料としては、生石灰、消石灰、石灰石等の工
業原料が、また、Al₂O₃原料としては、水酸化アルミニ
ウム、アルミナ等の工業原料が挙げられる。カルシウム
アルミネートとして好ましいものは、急結性等から、Ca
O/Al₂O₃モル比が1.6〜2.5である溶融物を急冷して得ら
れる非晶質カルシウムアルミネートである。溶融物を急
冷する方法としては、該溶融物を高圧空気で吹き飛ばし
て冷却する方法等が挙げられる。

【００１６】カルシウムアルミネートのブレーン比表面
積は4500cm²/g以上であることが好ましい。ブレーン比
表面積が4500cm²/g未満では、良好な急結性が得られな
い場合がある。なお、カルシウムアルミネートのブレー
ン比表面積は大きい程、急結性は良好であるが、一方で
吸湿性も大きくなり、貯蔵期間が長くなった場合急結性
が低下する憂いがある。また、ブレーン比表面積を大き
くしようとする程、生産性が低下しコストも高くなるの
で、カルシウムアルミネートのブレーン比表面積は5000
〜7000cm²/gが好ましい。

【００１７】なお、前記した工業原料には、SiO₂、Fe₂O
₃、TiO₂、MgO等の不純物が含まれている。本発明におい
てカルシウムアルミネートは、これらの不純物を合計で
10重量％以下含有することは差し支えない。

【００１８】石膏としては、無水、半水、２水石膏又は
これらの混合物が挙げられるが、急結性の点から無水石
膏を使用するのが好ましい。石膏の細かさは、特に限定
するものではないが、好ましくは3000cm²/g以上、強度
発現性及びコストを考慮して、より好ましくは4000〜10
000cm²/gである。

【００１９】アルミン酸アルカリとしては、アルミン酸
ナトリウム、アルミン酸カリウム等が挙げられるが、コ
スト等からアルミン酸ナトリウムを使用するのが好まし
い。

【００２０】炭酸アルカリとしては、炭酸ナトリウム、
炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム等が挙げられるが、コ
スト等から炭酸ナトリウムを使用するのが好ましい。

【００２１】急結剤の配合は、湿式吹付けコンクリート
の急結性や強度発現性等から、カルシウムアルミネート
が30〜89.5重量％、石膏が10〜69.5重量％、並びに、ア
ルミン酸アルカリ及び／又は炭酸アルカリが0.5〜30重
量％であることが好ましい。なお、急結剤の添加量は、
急結性およびコストを考慮して、セメントに対して4.0
〜7.0重量％が好ましい。

【００２２】本発明において、カルシウムアルミネー
ト、石膏、並びに、アルミン酸アルカリ及び／又は炭酸
アルカリの混合方法は、特に限定するものではなく、所
望の割合に配合したのち、慣用の混合装置を用いて混合
すれば良い。

【００２３】本発明の湿式吹付けコンクリートは、トン
ネル等の工事に適用することができる。吹付け装置や急
結剤の供給装置も、従来より用いられている装置を適用
することができる。

【００２４】

【試験例】以下、試験例により本発明を説明する。１．使用材料１）ベースコンクリート用材料以下に示す材料を使用した。セメント；Ａ：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）Ｂ：高炉セメントＢ種（太平洋セメント（株）製）高性能減水剤；「NT-1000H」（（株）エヌエムビー製）細骨材；北九州市小倉南区産砕砂（比重：2.69）：長崎県壱岐郡郷ノ浦沖合海砂（比重：2.59）＝３：７（重量比）混合品粗骨材；北九州市門司区鹿喰産砕石（比重：2.80）、最大粒径13mm 水；水道水

【００２５】２）急結剤用材料及び急結剤の配合カルシウムアルミネート CaO源として生石灰を、Al₂O₃源として純アルミナ（日本
軽金属（株）製）を使用し、CaO/Al₂O₃（モル比）が1.7
となるように混合し、該混合物を1600℃で溶融し急冷し
たのち、ボールミルで粉砕して（ブレーン比表面積5020
cm²/g）、カルシウムアルミネートを調製した。なお、
該カルシウムアルミネートは、Ｘ線回折で調べた結果、
非晶質であった。また、不純物として、SiO₂を2.7％、F
e₂O₃を0.9％、TiO₂を1.2％、MgOを0.5％含んでいた。無水石膏第一セメント（株）製無水石膏（ブレーン比表面積4000
cm²/g）を使用した。アルミン酸アルカリ昭和電工（株）製アルミン酸ナトリウムを使用した。炭酸アルカリ（株）トクヤマ製炭酸ナトリウムを使用した。表１に急
結剤の配合を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】２．ベースコンクリートの配合及び混練ベースコンクリートの配合を表２に示す。ベースコンク
リートの混練は、各材料を一括して２軸強制練りミキサ
（0.1ｍ³）に投入して、90秒間混練した。

【００２８】

【表２】

【００２９】上記ベースコンクリート及び吹付けコンク
リートに対して以下の１）〜４）の特性を測定した。１）スランプフロー／又はスランプ試験例１〜７のベースコンクリートを「JIS A 1101（コ
ンクリートのスランプ試験方法）」に準じてスランプコ
ーンを引き上げた後、拡がったコンクリートの最大直径
の長さとその直角方向の長さを測定して、平均値を算出
し、スランプフローを求めた。試験例８のベースコンク
リートを「JIS A 1101（コンクリートのスランプ試験方
法）」に準じてスランプを測定した。２）ベースコンクリートのポンプ圧送性各ベースコンクリートに表２に示す種類及び量の急結剤
を添加して吹付けコンクリートを調製し、該吹付けコン
クリートを内側にラスボートを張り付けた幅2.5ｍ×奥
行き3.0ｍ×高さ3.0ｍのボックスカルバートに吹付け
た。吹付け装置としては、MEYCO Equipment（株）製の
「MEYCO Suprema」を使用した。また、急結剤の供給装
置としては、日本プライブリコ（株）製の「Ｑガン」を
使用した。吹付けの際の各ベースコンクリートのポンプ
圧送性を、「◎：非常に良好」、「○：良好」、「×：
悪い」で評価した。３）吹付けコンクリートのひび割れの有無各吹付けコンクリートのひび割れの評価は、建材試験セ
ンターの「乾燥収縮ひび割れ試験方法」を参考にして行
った。供試体は、各ベースコンクリートに表２に示す種
類及び量の急結剤を添加して吹付けコンクリートを調製
し、該吹付けコンクリートを前記「乾燥収縮ひび割れ試
験方法」に記載の型枠に吹付けて作製した（吹付け装置
と急結剤の供給装置は、２）と同じ装置を使用）。４）圧縮強度各ベースコンクリートに表２に示す種類及び量の急結剤
を添加して吹付けコンクリートを調製し、該吹付けコン
クリートを30×40×20cmの木箱に吹付けた（吹付け装置
と急結剤の供給装置は、２）と同じ装置を使用）。吹付
け後、φ５×10cmの供試体を採取し、20℃で気中養生
（材令28日）後、「JIS A 1108（コンクリートの圧縮強
度試験方法）」に準じて圧縮強度を測定した。なお、圧
縮強度は、3本の供試体の平均値とした。それらの結果
を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３から明らかなように、本発明で規定す
るベースコンクリートに、本発明で規定する急結剤を配
合した試験例１〜６の湿式吹付けコンクリートでは、ベ
ースコンクリートのポンプ圧送性に優れており、また、
ひび割れが発生しなかった。さらに、40N/mm²以上の圧
縮強度を発現した。一方、本発明で規定する急結剤以外
の急結剤を配合した試験例７では、ひび割れが発生し
た。さらに、スランプが20.5cmのベースコンクリートを
使用した試験例８では、ベースコンクリートのポンプ圧
送性が悪かった。

【００３２】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明の湿式吹付
けコンクリートは、初期の収縮量が小さく、ひび割れが
発生することはない。また、40N/mm²以上の圧縮強度を
発現するものである。さらに、本発明の湿式吹付けコン
クリートでは、ベースコンクリートのポンプ圧送性に優
れており、溶接金網の設置等をする必要もないので、極
めて施工性に優れるものである。従って、本発明の湿式
吹付けコンクリートは、例えば、片側３車線の大断面ト
ンネル等の工事に好適に使用することができる。また、
本発明の湿式吹付けコンクリートを使用することによ
り、吹付けコンクリートの施工後の二次覆工をなくす、
又はプレキャストコンクリート板による簡易な二次覆工
で建設することができる。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単位セメント量が470〜550kg/m³、水／
セメント比が35〜45重量％で、かつスランプフローが45
0mm以上のベースコンクリートに、カルシウムアルミネート、石膏、並びに、アルミン酸ア
ルカリ及び／又は炭酸アルカリを含有する急結剤を配合
してなることを特徴とする湿式吹付けコンクリート。
【請求項２】前記ベースコンクリートのスランプフロ
ーが450〜600mmである請求項１記載の湿式吹付けコンク
リート。
【請求項３】セメントとして、普通ポルトランドセメ
ント又は高炉セメントＢ種を使用する請求項１又は２記
載の湿式吹付けコンクリート。
【請求項４】前記急結剤が、カルシウムアルミネート
30〜89.5重量％、石膏10〜69.5重量％、並びに、アルミ
ン酸アルカリ及び／又は炭酸アルカリ0.5〜30重量％か
らなる急結剤である請求項１〜３のいずれかに記載の湿
式吹付けコンクリート。