JP2002337132A

JP2002337132A - コンクリート材料の配合方法およびコンクリート組成物

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Publication number: JP2002337132A
Application number: JP2001150011A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yamamoto; 康博山本; Kazuhide Taura; 一英田浦; Tsukasa Fujikawa; 司藤川
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP5036104B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】コンクリート吹き付けの際に発生するリバウ
ンドおよび粉塵を低減させるコンクリート材料の配合量
の求め方、その配合量で配合するための配合方法、その
配合量でなる組成物を提供。【解決手段】セメントと、骨材と、微粉末とを含むコ
ンクリート材料を配合する方法であって、骨材中の細骨
材の質量比を一定とした所定量の骨材と、配合量を変え
た複数の微粉末および水と所定の単位セメント量となる
セメントとを配合して、複数のコンクリート材料の試験
練りを行い、微粉末および水の配合量から微粉末の含有
量に対する単位水量をそれぞれ算出し、微粉末の含有量
の増加とともに低下する単位水量の範囲を求め、前記低
下する単位水量の範囲内となる所定量の水と、所定量の
水に対して単位水量と微粉末の含有量との関係から算出
される量の微粉末と、所定量の骨材と、所定量の単位セ
メント量とからなるセメントとを配合するコンクリート
材料の配合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート材料
の配合方法およびコンクリート組成物に関し、より詳細
には、各コンクリート材料の最適な配合量を算出し、算
出した配合量で配合を行うコンクリート材料の配合方法
および該配合方法により配合された各コンクリート材料
を混練して製造されるコンクリート組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルの施工工法としては、従来、シ
ールド工法、ベンチカット工法、全断面掘削工法、ＮＡ
ＴＭ工法などが知られており、特にベンチカット工法、
全断面工法、ＮＡＴＭ工法においては、コンクリートに
よりトンネルの内面を覆う覆工工事が行われている。

【０００３】このために用いられる覆工方法において
は、１次覆工コンクリート層を形成するために多くの場
合コンクリート吹付け工法が用いられ、この際に用いら
れる吹付けコンクリートについては、従来から種々の組
成を有するものが知られている。しかしながら、吹付け
コンクリートは、コンクリートを構成する骨材の産地、
種類により性状が異なり、良質の骨材を安定して需給す
ることが困難であるために強度のバラツキ、施工性の変
動、経済性の低下といった種々の問題を生じさせてい
る。また、吹付けコンクリートの吹付け作業、及びズリ
搬出作業により発生する粉塵に起因する作業衛生上の問
題も指摘されている。

【０００４】また、上述した性状や強度のバラツキのあ
る骨材を用いたコンクリートは、水密性が悪く、吹付け
を行った場合においては、コンクリートの着きが悪く、
吹付けたコンクリートが付着せずに跳ね返るリバウンド
を多く発生させる。従来においては、このリバウンドを
減少させるために急結剤を多く添加して、早くコンクリ
ートを固めるといったことが行われている。しかしなが
ら、吹付けコンクリートを早く固めるために多くの急結
剤を用いた結果、長期強度が落ちるとともに粉塵が増加
するといった問題があった。また、流動性が悪いため
に、均一な施工が難しいといった問題もあった。

【０００５】上述した問題点を解決するために種々の改
善方法が、例えば（１）全材料の性状を直接改善するた
め減水剤、混和剤、粉塵低減剤といった添加剤を添加す
ること、（２）原材料そのものの組合せを変え、高品質
コンクリートを用いる施工方法を用いることなどが提案
されている。しかしながら、現状では上述した方法は、
コスト、性能の面でそれぞれ一長一短があるため、さら
に高強度のコンクリート覆工層を提供することを可能と
すると共に、作業衛生上不都合を生じさせない新たな工
法を提案することが必要とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち本発明は、コ
ンクリート吹き付けの際に発生するリバウンドを低減さ
せ、かつ粉塵も低減させるのに最適な各コンクリート材
料の配合量を求め、その配合量で配合するコンクリート
材料の配合方法を提供し、該配合方法において求めた配
合量で配合、混練するとともに、廃棄物を有効利用して
産業廃棄物を低減させるとともに、吹付けコンクリート
の品質、施工性を向上させ、低コストで、さらには坑内
粉塵の低減といった作業環境の改善をもたらすことも可
能とするコンクリート組成物を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１の発明によれば、セメントと、骨材と、微粉末とを
含むコンクリート材料を配合する方法であって、該方法
は、前記骨材に対する前記細骨材の質量比を一定とし、
細骨材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる
所定量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末
および水と、所定の単位セメント量となる前記セメント
とを配合して複数のコンクリート材料の試験練りを行う
段階と、前記複数のコンクリート材料の試験練りにより
得られる前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉
末の含有量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記単
位水量と前記微粉末の含有量との関係から前記微粉末の
含有量の増加とともに前記単位水量が低下する範囲を求
める段階と、前記単位水量が低下する範囲内となる所定
量の水と、前記所定量の水に対して前記単位水量と前記
微粉末の含有量との関係から算出される量の前記微粉末
と、前記所定量の骨材と、所定の単位セメント量となる
前記セメントとを配合する段階とを含む、コンクリート
材料の配合方法が提供される。

【０００８】本発明の請求項２の発明によれば、前記骨
材は、石灰を含む骨材であるコンクリート材料の配合方
法が提供される。

【０００９】本発明の請求項３の発明によれば、前記微
粉末は、石粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生す
る石炭灰から得られる微粉末、発泡または膨張性を有す
る微粉末、路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、ま
たはこれらの混合物から選択されるコンクリート材料の
配合方法が提供される。

【００１０】本発明の請求項４の発明によれば、セメン
トと、骨材と、微粉末とを含むコンクリート材料を配合
することにより製造されるコンクリート組成物であっ
て、前記骨材に対する前記細骨材の質量比を一定とし、
細骨材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる
所定量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末
および水と、所定の単位セメント量となる前記セメント
とを配合して複数の前記コンクリート材料の試験練りを
行い、前記複数のコンクリート材料の試験練りにより得
られる前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉末
の含有量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記単位
水量と前記微粉末の含有量との関係から前記微粉末の含
有量の増加とともに前記単位水量が低下する範囲を求
め、前記単位水量が低下する範囲内となる所定量の水
と、前記所定量の水に対して前記単位水量と前記微粉末
の含有量との関係から算出される量の前記微粉末と、前
記所定量の骨材と、所定の単位セメント量となる前記セ
メントとを配合して混練りすることにより得られるコン
クリート組成物が提供される。

【００１１】本発明の請求項５の発明によれば、前記骨
材は、石灰を含む骨材であるコンクリート組成物が提供
される。

【００１２】本発明の請求項６の発明によれば、前記微
粉末は、石粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生す
る石炭灰から得られる微粉末、発泡または膨張性を有す
る微粉末、路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、ま
たはこれらの混合物から選択されるコンクリート組成物
が提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のコンクリート組成物は、
ショートベンチカット工法、全断面工法、及びこれらを
適宜組み合わせた工法、ＮＡＴＭ工法などによりトンネ
ルの掘削が行われ、地山には、コンクリート吹付工法に
より、コンクリート組成物が吹付けられて１次覆工コン
クリート層を構築するのに用いられる。また、１次覆工
のコンクリート層は、２次覆工コンクリート層が隣接し
て打設されることにより、覆工される。

【００１４】本発明のコンクリート組成物は、セメント
と、骨材と、微粉末と、水とを含有する。本発明に用い
ることのできるセメントとしては、ふつうポルトランド
セメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトラ
ンドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩
ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、着
色ポルトランドセメント等を挙げることができるが、コ
スト、施工性といった点から、ふつうポルトランドセメ
ントを用いることが好ましい。本発明に用いることがで
きるふつうポルトランドセメントとしては、具体的には
例えば太平洋セメント株式会社製の比重が３．１５程度
のものを挙げることができる。また、これ以外の比重の
セメントを用いることも可能である。

【００１５】本発明に用いることができる骨材として
は、これまで知られているいかなる材料でも用いること
ができ、川砂利、山砂利、陸砂利といった砂利類、海
砂、砕砂、砕石、鉱滓、高炉スラグ、路盤材などを破砕
したもの、脱水処理機後に排出される脱水ケーキ等を挙
げることができる。また、骨材は、細骨材と、粗骨材と
を、コンクリートの特性及び作業性といった点から適宜
混合して用いることが好ましい。また、本発明において
は、石灰を含む骨材を用いることもできる。石灰を含む
骨材としては、石灰を含むものであればいかなるもので
も用いることができ、石灰岩を砕いた石灰砕石や石灰砕
砂などを挙げることができる。また、石灰を含む骨材
は、骨材として石灰砕石や石灰砕砂などが１００％とさ
れていても良いが、その他これまで知られているいかな
る材料の骨材とも組み合わせて用いることもできる。ま
た、石灰を含む骨材は、上述した石灰砕石などと、その
他の石灰を含まない骨材とをいかなる混合比にて混合さ
れていても良い。

【００１６】概ね細骨材とは、公称５ｍｍのふるいでふ
るい分けた場合、８５％以上がふるいを通過する大きさ
の骨材をいう。また、粗骨材とは、公称５ｍｍのふるい
でふるい分けた場合に、８５％以上がふるい上に残留す
る大きさの骨材をいう。細骨材は、上述した骨材材料か
ら適宜選択して、または混合して用いることもできる。
また、粗骨材についても、上述した骨材材料から適宜選
択して、または混合して用いることが可能である。本発
明においては、細骨材は、公称５ｍｍのふるいでふるい
分けた場合に９０％以上が通過する大きさの骨材が好ま
しい。また、粗骨材は、１５ｍｍのふるいでふるい分け
た場合に１００％通過する大きさの骨材を用いることが
好ましい。本発明においては、上述した石灰を含む骨材
を用いることにより、コンクリートの流動性を改善さ
せ、コンクリート材料の分離抵抗性を向上させることが
できる。

【００１７】本発明に用いることができる微粉末は、石
粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生する石炭灰か
ら得られる微粉末、発泡または膨張性を有する微粉末、
路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、またはこれら
の混合物を挙げることができる。また、本発明に用いる
ことができる微粉末としては、粒径０．０７５ｍｍ以下
のものとすることができる。上述した石灰石微粉末とし
ては、石灰石を三次破砕、または四次破砕して得られる
粉よりさらに小さいものを用いることができる。この石
灰石微粉末は、上述した石灰を含む骨材と同様に、コン
クリートの流動性を改善させ、コンクリート材料の分離
抵抗性を向上させるために用いることができる。石炭の
燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末は、石炭
火力発電所の燃料として用いられる石炭を燃焼させるこ
とにより、石炭火力発電所の廃棄物として発生するフラ
イアッシュが挙げられる。この石炭灰から得られる微粉
末（以下、ＦＮと略する。）は、品質の低下を招く不定
形粒子を分級して、概ね球形の粒子を選別して用いるこ
とにより、コンクリート組成物に対して良好な流動特性
を付与することが見出されている。

【００１８】また、発泡性を有する微粉末としては、ア
ルミニウム粉などを挙げることができる。このアルミニ
ウム粉は、セメントより遊離するアルカリとの反応によ
って発生する水素ガス圧でモルタルやコンクリートを膨
張させる。また、膨張性を有する微粉末は、セメントと
水とを混合した場合に、水和反応によりエトリンガイト
（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）
または水酸化カルシウムの結晶を生成してコンクリート
を膨張させる作用のあるものを用いることができる。本
発明においては、発泡性または膨張性を有するものであ
れば、今まで知られたいかなる物質の微粉末でも用いる
ことができる。

【００１９】さらに、路盤材は、道路舗装を構成する層
の一つである路盤に使用されるもので、切込砕石、切込
砂利、山砂などが使用されている。本発明に用いられる
微粉末としては、この路盤材を砕石プラントなどで粉砕
したものを用いることができる。また、濁水処理機にか
けた後に排出される脱水ケーキなどを粉砕して微粉末と
して用いることができる。脱水ケーキには、濁水処理機
に添加した凝集剤が含まれていて、凝集剤に６価クロム
といった重金属も凝集除去できるものが用いられていれ
ば、コンクリート吹き付けに発生する粉塵において問題
となる６価クロム濃度を低減させることもできる。

【００２０】本発明においては、上述した微粉末のほ
か、コンクリート組成物の硬化を促進させるための急結
剤、流動化剤といった各種添加剤を添加することも可能
である。また、自硬性のある微粉末を用いることにより
コンクリート組成物の圧縮強度を増加させることができ
る。

【００２１】以下、本発明のコンクリート材料の配合方
法について詳細に説明する。所定量の骨材を複数準備
し、微粉末および水の配合量を複数変えて配合し、それ
に所定の単位セメント量となるセメントを配合した複数
のコンクリート材料を準備する。これらコンクリート材
料の試験練り（各配合において所定のスランプを得るた
めに単位水量を求める練りをいう。）を行う。スランプ
は、円錐台形の所定の筒にコンクリートを棒で突き固め
ながら打ち込み、この筒を取り除いた場合に生じるコン
クリートの沈下をｃｍで示したものである。このスラン
プが所定値となるように微粉末および水の配合量を変え
た結果が複数得られるように試験練りが行われる。ま
た、圧縮強度測定を行い、所定の圧縮強度が得られてい
るかの確認を行う。

【００２２】試験練りにより所定スランプとなるように
配合された微粉末量、水量といった複数の結果を用い、
セメントと、骨材と、微粉末と、水とを合わせた質量に
対する微粉末の質量である微粉末の含有量をそれぞれ算
出し、また、セメント、骨材、微粉末、水を配合した体
積に対する水の質量である単位水量をそれぞれ算出し、
これら微粉末の含有量に対する単位水量の関係を図示す
る。

【００２３】図１は、スランプを一定とし、上述した微
粉末の含有量と単位水量との関係を示した図である。単
位水量は、コンクリート組成物の圧縮強度、乾燥収縮
率、作業性、透過率といった各特性の尺度となるもので
ある。図１に示す縦軸には、単位水量（ｋｇ／ｍ^３）が
示され、横軸には、微粉末の含有量（質量％）が示され
ている。また、図１においては、微粉末の含有量に応じ
て範囲ａ〜ｅに分けられている。一般に、微粉末の含有
量と単位水量との関係は、図１に示すように単位水量
は、範囲ａに示すように上昇し、範囲ｂ、ｃ、ｄに示す
微粉末の含有量において低下し、再び範囲ｅにおいて上
昇することが見出される。本発明においては、範囲ｂ、
ｃ、ｄに示す単位水量が低下する範囲の微粉末の含有量
とすることで、コンクリート吹き付けにおけるリバウン
ドや粉塵を低減させることができ、混練りする際におい
ても適度な粘性を有し、圧縮強度も向上させることがで
きることが見出された。また、本発明においては、範囲
ｂ、ｃ、ｄの内、上述した単位水量の低下の割合が大き
い範囲ｃとなる配合量が好ましいことが見出された。さ
らに、図１に示す範囲ｃ内であれば、いかなる含有量で
あっても好ましいが、範囲ｃにおいて最大の微粉末含有
量がより好ましいことが見出された。したがって、本発
明では、範囲ｂ、ｃ、ｄとなる単位水量を特定し、その
単位水量となる水量と、特定した単位水量に対する微粉
末の含有量となる微粉末量とを配合して好適なコンクリ
ート組成物を製造することができる。

【００２４】図２は、上述した微粉末の含有量と圧縮強
度との関係を示した図である。図２に示す縦軸には、材
齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）が示され、横軸に
は、微粉末の含有量（質量％）が示されている。また、
図１に示した範囲ａ〜ｅに対応して図２においても範囲
ａ〜ｅが示されている。図２によれば、微粉末の含有量
が増加するにしたがって圧縮強度も増加しているが、範
囲ｃにおいて圧縮強度の増加の割合が大きくなっている
ことが見出される。したがって、範囲ｃにおける微粉末
の含有量とすることにより圧縮強度をより向上させるこ
とができることが見出される。

【００２５】図３は、上述した範囲ａ〜ｅの場合のセメ
ント、骨材、微粉末の状態を示した図である。図３
（ａ）は、範囲ａの場合の粗骨材１、細骨材２、セメン
ト３、微粉末４および水を示し、図３（ｂ）は、範囲ｂ
の場合、図３（ｃ）は、範囲ｃの場合、図３（ｄ）は、
範囲ｄの場合、図３（ｅ）は、範囲ｅの場合をそれぞれ
示している。図３では、微粉末よる水の吸収を一定とし
ていて、水は、微粉末４に吸収されている。図３に示す
粗骨材１および細骨材２の表面の微粉末４の被覆および
ボールベアリング効果といった流動性を確認したとこ
ろ、図３（ｃ）に示す状態が最大の流動性を示し、骨材
への被覆も十分であることが見出される。図３（ａ）に
おいては、被覆が不十分であるためにボールベアリング
効果が小さく、図３（ｂ）、図（ｃ）となるにつれて被
覆されてボールベアリング効果が最大となり、図３
（ｄ）、図３（ｅ）となるにつれて微粉末４の層が厚く
なりすぎてボールベアリング効果が小さくなっている。
本発明においては、範囲ｂ、ｃ、ｄであれば好ましい被
覆および流動性を与えることができるが、特に範囲ｃに
示す単位水量とすることで骨材への被覆を良好とし、良
好な流動性を与えることができる。

【００２６】このように範囲ｂ、ｃ、ｄとなる微粉末の
含有量とし、その含有量における単位水量の水を配合す
ることにより、図３に示すような良好なボールベアリン
グ効果を示し、また、圧縮強度も増加させることがで
き、さらに粉塵やリバウンド率を低減させることができ
る。本発明においては、範囲ｃであれば、好ましい強
度、リバウンド率、粉塵濃度とすることができるが、よ
り好ましくは、範囲ｃの中の微粉末の含有量が最大とな
る量である。また、本発明において急結剤を用いる場合
には、範囲ｃとして特定した微粉末量から急結剤の量を
除いた量を石粉などの微粉末として配合することができ
る。

【００２７】上述したように配合量が決定され、配合さ
れたセメント、骨材といったコンクリート材料は、傾胴
式ミキサなどを用いて混練りすることができる。混練り
されたコンクリートは、上述した覆工などの吹き付けコ
ンクリートとして用いることができる。

【００２８】上述した配合方法においては、所定量の骨
材と、所定の単位セメント量となるようにして微粉末お
よび水の配合量を変えて試験練りし、図１に示すような
単位水量と微粉末の含有量との関係を算出したが、本発
明においては、圧縮強度が一定となるように微粉末およ
び水の配合量を変えたものや、水／セメント比（ｗ／
ｗ）を一定として微粉末の配合量を変えたものにより、
単位水量と微粉末の含有量との関係を算出するようにし
ても良い。

【００２９】（実施例）以下、本発明を実施例により詳
細に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定される
ものではない。本実施例においては、各骨材によるコン
クリート組成物を得て各試験を行い、図１に示すような
範囲ａ〜ｅでの試験結果の比較を行うとともに各コンク
リート材料の好適な配合量を求めた。また、本実施例に
おいては、骨材が海砂や砕砂などと、石灰系の骨材との
比較も行った。下記表１は、各骨材を用いてコンクリー
ト組成物を得るための配合条件を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】また、表２は、上記のコンクリート組成物
を配合するために用いた各種材料、種別、メーカ、産
地、比重について示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】上述した配合条件となるように上述した材
料を用いて各配合量を試験練りして決定し、粗骨材、細
骨材を半分、ＦＮ、セメント、残りの細骨材、水の順に
加えて傾胴式ミキサーで３０リットルを２分間混練して
各コンクリート組成物を得、以下のようにして試験を行
った。

【００３４】Ａ．単位水量単位水量を、試験練りにより求めた。スランプは、上述
した表２に示す１０±２ｃｍの範囲内となるようにし、
微粉末としてＦＮを用い、ＦＮ配合量に対する結果を図
に示した。また、骨材には、砕砂、細海砂、これらの混
合物、石灰系の骨材として上述した石灰砕石および石灰
砕砂を用いた。

【００３５】図４は、各細骨材における単位ＦＮ量と単
位水量との関係を示した図である。図４に示す縦軸は、
単位水量（ｋｇ／ｍ^３）を示し、横軸は、単位ＦＮ量
（ｋｇ／ｍ^３）を示す。単位ＦＮ量は、配合されたコン
クリート材料の体積に対するＦＮの質量で示したもので
ある。また、図４には、単位セメント量３６０ｋｇ／ｍ
^３、細骨材率（Ｓ／ａ）６０％とし、細骨材として石灰
系の骨材１００質量％としたもの、細骨材率（Ｓ／ａ）
６１．７％とした砕砂１００質量％、砕砂４０質量％と
細海砂６０質量％との混合物、細海砂１００質量％とし
たものが示されている。さらに、図４中の各曲線には、
図１に示す範囲ａ〜ｅに対応した範囲が曲線上にａ〜ｅ
で示されている。図４に示すように、石灰系の骨材で
は、図３に示す範囲ａの状態が現れ、ＦＮの添加にとも
なって骨材の表面を被覆していく範囲ｂ、ｃへと移り、
範囲ｃにおいて単位水量の低下が大きくなっている。砕
砂、細海砂、またはこれらの混合物の場合においては、
ＦＮが配合されていなくても図３に示す範囲ｃの状態と
なっている。したがって、骨材の種類により単位水量の
低下する範囲が異なることが見出された。

【００３６】図５は、図４に示した石灰系の骨材１００
％を用いた場合において、細骨材の割合を変えた結果を
示した図である。図５には、細骨材率を６０％としたも
のと、５５％としたものとの２種類の曲線を示す。図５
に示す縦軸は、単位水量（ｋｇ／ｍ^３）を示し、横軸
は、単位ＦＮ含有量（ｋｇ／ｍ^３）を示す。図５の結果
から、細骨材の割合を変えることにより単位水量が大き
くかわることが見出された。

【００３７】Ｂ．リバウンド重量測定図６は、掘削したトンネル５坑内の底面にシート６を敷
設し、コンクリート吹付けを行っているところを示した
図である。図６のようにコンクリート吹付装置７を用
い、コンクリート組成物の吹付け量３．０ｍ^３の吹付け
を行い、跳ね返ってシート６上に落ちた吹付けコンクリ
ート重量を測定し、リバウンド率を算出した。リバウン
ド率は、以下に示す式（１）より算出することができ
る。

【００３８】

【数１】

【００３９】図７は、骨材に対するＦＮ混入率とリバウ
ンド率との関係を示した図である。図７に示す縦軸に
は、上述した式（１）により求められるリバウンド率
（％）が示され、横軸には、骨材に対するＦＮ混入率
（質量％）が示されている。図７には、図１に示す範囲
ａ〜ｅに対応する範囲ａ、ｃ、ｄが示されている。図７
に示す海砂および山砂の混合骨材の場合、図１に示す単
位水量の低下が大きい範囲ｃにおいてリバウンド率が最
も低くなっていることが見出された。また、石灰系の骨
材の測定点は、１点しか示されていないが、その１点
は、図１に示す範囲ａの状態のものである。これによ
り、ＦＮ混入率を増加させ、範囲ｃとなるＦＮ混入率と
するとリバウンド率が最も低くなると推測される。ま
た、そのリバウンド率は、海砂および山砂の混合骨材の
最小のリバウンド率１０．５％と比較するとさらに低く
できるものと推測される。

【００４０】Ｃ．圧縮強度試験コンクリート組成物の圧縮強度について、コンクリート
組成物の供試体（径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍ）の大
きさのサンプルを作成し、コンクリート圧縮強度試験機
（ＪＩＳＡ１１０８）を用いて圧縮強度試験を行うこ
とにより試験を行った。

【００４１】図８は、材齢２８日の石灰系の骨材と、海
砂および山砂との単位ＦＮ量に対する圧縮強度を示した
図である。図８に示す縦軸は、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）
であり、横軸は、単位ＦＮ量（ｋｇ／ｍ^３）である。図
８に示す圧縮強度は、それぞれ単位ＦＮ量が増加するに
つれて圧縮強度も増加していることが見出された。ま
た、石灰系の骨材は、海砂および山砂を用いる骨材に比
べて高い圧縮強度を有することが見出された。

【００４２】また、コアー抜き取り用の鋼製箱（幅５０
０ｍｍ×奥行き５００ｍｍ×高さ２００ｍｍ）を吹付け
箇所に据え付けてコンクリートの吹付けを行い、２週間
の坑内養生を行った後、コアーカッター機を用いて供試
体（径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍ）を作製した。供試
体は、再び坑内養生され、材齢２８日において圧縮強度
試験を行った。また、谷に晒して半湿潤養生を行って材
齢３６５日において圧縮強度試験を行った。圧縮強度試
験は、上述したコンクリート圧縮強度試験機を用いて行
った。さらに、初期強度試験としてプルアウト専用の供
試体器具（９個）を吹付け箇所に据え付け、コンクリー
ト吹付けを行った。コンクリート吹付け後、坑内養生を
行い、３時間、６時間、２４時間ごとに引き抜き機を用
いて圧縮強度を測定することにより初期強度を測定し
た。

【００４３】図９は、ＦＮを添加しない石灰系の骨材
と、海砂および山砂にＦＮを０、５０、７５、１００ｋ
ｇ／ｍ^３添加したものとを用いたコンクリートの圧縮強
度を養生日数とともに示した図である。図９に示す縦軸
は、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を示し、横軸は、養生日数
（日）を示す。図９においては、養生日数の増加にした
がって圧縮強度も増加している。図９に示す海砂および
山砂を骨材として用いた場合において、ＦＮ量の添加量
が増加するにつれて圧縮強度が増加している。しかしな
がら、ＦＮ量が７５ｋｇ／ｍ^３から１００ｋｇ／ｍ^３へ
増加すると著しく減少することが見出された。このＦＮ
量が７５ｋｇ／ｍ^３から１００ｋｇ／ｍ^３は、図１に示
す範囲ｃのものである。圧縮強度においては、範囲ｂ、
すなわちＦＮ量が５０ｋｇ／ｍ^３から７５ｋｇ／ｍ^３に
おいて最大を示すことが見出された。また、石灰系の骨
材を用いた場合においては、海砂および山砂にＦＮを添
加する場合と同程度またはそれ以上の圧縮強度を有する
ことが見出された。これにより、石灰系の骨材にＦＮを
添加することにより、さらに圧縮強度を高くすることが
できるものと推測される。また、自硬性のある混和剤を
添加することによりさらに圧縮強度を向上させることが
できる。

【００４４】Ｄ．粉塵濃度測定デジタル粉塵測定機（ＫＡＮＯＭＡＸ３４１１：株式会
社カノマックス製）を用いて、コンクリート吹付け中の
粉塵濃度を測定した。測定においては、換気設備として
送気用の径９００ｍｍのコントラファンと、排気用の径
１１００ｍｍのコントラファンの２台を用いて行った。

【００４５】図１０は、骨材、セメント、急結剤をすべ
て加えたものに対するＦＮ混入率と切羽から５０ｍ離れ
た地点の粉塵量との関係を示した図である。図１０に示
す縦軸は、粉塵量（ｍｇ／ｍ^３）を示し、横軸は、ＦＮ
混入率（質量％）を示す。図１０には、図１に示す範囲
ａ〜ｅに対応する範囲ａ、ｃ、ｄが示されている。図１
０によれば、図１に示す単位水量の低下が大きい範囲ｃ
において粉塵量が最も低くなっていることが見出され
た。石灰系の骨材の測定点は、１点しか示されていない
が、その１点は、図１に示す範囲ａの状態のものであ
る。これにより、ＦＮ混入率を増加させ、範囲ｃとなる
ＦＮ混入率とすると粉塵量が最も低くなると推測され
る。また、その粉塵量は、海砂および山砂の混合骨材の
最小粉塵量２．４４ｍｇ／ｍ^３と比較するとさらに低く
できるものと推測される。

【００４６】Ｅ．練り上がり状態フレッシュコンクリートの練り上がり状態を観察するこ
とにより練り上がり状態を判断した。骨材には、石灰系
の骨材を用い、配合条件および練り上がり状態を下記表
３に示す。配合は、スランプが一定となるように、細骨
材率を６０％と５５％の２種類で、単位ＦＮ量を０、５
０、７５、１００ｋｇと変えて計８種類とし、また、そ
の時の練上がり状態を観察した。

【００４７】

【表３】

【００４８】練り上がり状態における本発明のコンクリ
ート組成物は、ＦＮの添加量が増加するにつれて練り上
がりのフレッシュコンクリートの粘りが増加する傾向に
あったが、練上がり状態は、細骨材率５５％、６０％と
もに単位ＦＮ量が７５ｋｇ添加されたものが適度な粘性
があり良好であった。表３においては、図３に示す範囲
ｃが単位ＦＮ量で７５〜１００ｋｇとされていて、範囲
ｃにおいて良好な練り上がりであった。また、細骨材率
５５％のものの場合、単位ＦＮ量が５０ｋｇ添加された
範囲ｂのものであっても適度な粘性があり良好であっ
た。さらに、単位ＦＮ量が１００ｋｇ添加されたものに
ついては、粘性が若干大きいものの、充分に使用できる
ものであった。したがって、図３に示す範囲ｂ、ｃにお
いて良好な練り上がりであった。

【００４９】Ｆ．現場試験表４に示す条件のコンクリート組成物を得て、吹付けし
た後に測定した圧縮強度および粉塵濃度を表４に示す。
コンクリート組成物の吹付け方式としては、コンクリー
ト吹付機：ＲＴＭ２０２５ＧＶ（東洋運搬機械株式会社
製）及びコンクリートポンプ：ＭＫＷ−２５ＳＭＴ（株
式会社シンテック）を組み合わせたポンプ式の吹付け方
式を採用した。

【００５０】

【表４】

【００５１】表４に示されるように、単位ＦＮ量５０ｋ
ｇを添加したコンクリート、さらには単位ＦＮ量７５ｋ
ｇを添加したコンクリートについては、従来組成のコン
クリートよりも圧縮強度、リバウンド率および粉塵濃度
において向上していることがわかる。また、急結剤の違
いにより粉塵濃度およびリバウンド率に違いが生じてい
ることが見出された。石灰系の骨材においては、ＦＮの
添加がなくても粉塵濃度およびリバウンド率を低減する
ことができることが見出された。また、石灰系の骨材に
おいて圧縮強度は、ＦＮの添加により増大していること
がわかる。この石灰系の骨材は、吹付け時の強度発現率
が劣るものの、図９に示すように長期圧縮強度や吹付け
時の強度が大きく、また、ＦＮを添加することによって
さらに圧縮強度を増加させることができるものと推測さ
れる。

【００５２】以上に示したように、図３に示す範囲ｂ、
ｃ、ｄ、特に範囲ｃにおいてリバウンド率、粉塵量、練
り上がり状態において良好であることが見出された。ま
た、範囲ｃにおいて最大となる微粉末の含有量では、最
もリバウンド率が低く、粉塵濃度も最も低くすることが
できることを見出すことができた。したがって、さら
に、砕砂や細海砂などと比較して石灰系の骨材を用いる
方が、上記粉塵濃度やリバウンド率をより低くすること
ができ、また、圧縮強度をより増加させることができる
ことを見出すことができた。

【発明の効果】したがって、本発明によれば、コンクリ
ート吹き付けの際に発生するリバウンドを低減させ、か
つ粉塵も低減させるのに最適な各コンクリート材料の配
合量を求め、その配合量で配合するコンクリート材料の
配合方法を提供することができる。また、コンクリート
材料の配合方法において決定した配合量で配合、混練し
たコンクリート組成物を提供することができる。

【００５３】また、本発明においては、廃棄物を有効利
用して産業廃棄物を低減させるとともに、吹付けコンク
リートの品質、施工性を向上させ、低コストで、さらに
は坑内粉塵の低減といった作業環境の改善をもたらすこ
とも可能となるコンクリート組成物を提供することがで
きる。

【００５４】さらに、本発明のコンクリート組成物は、
適度な粘性があり、吹付け時のリバウンドを低減させる
ことができ、また充分な圧縮強度を得ることができるた
め、急結剤といった添加剤の量を減少させることがで
き、低コストで提供することが可能となる。また、石灰
系の骨材を用いることで、より圧縮強度を与えることが
でき、粉塵やリバウンドをより低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スランプを一定とし、ＦＮやその他混和剤な
どの微粉末と単位水量との関係を示した図。

【図２】微粉末含有量と圧縮強度との関係を示した
図。

【図３】図１に示す範囲ａ〜ｅの場合のセメント、骨
材、微粉末の状態を示した図。

【図４】各細骨材における単位ＦＮ量と単位水量との
関係を示した図。

【図５】図４に示した石灰系の骨材１００％を用いた
場合において、細骨材の割合を変えた結果を示した図。

【図６】掘削したトンネル坑内の底面にシートを敷設
し、コンクリート吹付けを行っているところを示した
図。

【図７】骨材に対するＦＮ混入率とリバウンド率との
関係を示した図。

【図８】材齢２８日の石灰系の骨材と、海砂および山
砂との単位ＦＮ量に対する圧縮強度を示した図。

【図９】石灰系の骨材と、海砂および山砂にＦＮを
０、５０、７５、１００ｋｇ／ｍ^３添加したものとを用
いたコンクリートの圧縮強度を養生日数とともに示した
図。

【図１０】骨材、セメント、急結剤をすべて加えたも
のに対するＦＮ混入率と切羽から５０ｍ離れた地点の粉
塵量との関係を示した図。

【符号の説明】

１…粗骨材２…細骨材３…セメント４…微粉末５…トンネル６…シート７…コンクリート吹付け機ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ…範囲

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 18:10 Ｃ０４Ｂ 22:04 22:04 22:14 Ｄ 22:14） (72)発明者藤川司東京都港区虎ノ門一丁目20番10号西松建設株式会社内Ｆターム(参考） 2D055 BA06 BB02 DB00 LA10 4G012 PA04 PA10 PA26 PA27 PB02 PB03 PB08 PB12 RA00 4G056 AA07 AA25 CB35 DA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントと、骨材と、微粉末とを含むコ
ンクリート材料を配合する方法であって、該方法は、前記骨材に対する前記細骨材の質量比を一定とし、細骨
材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる所定
量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末およ
び水と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを
配合して複数の前記コンクリート材料の試験練りを行う
段階と、前記複数のコンクリート材料の試験練りにより得られる
前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉末の含有
量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記単位水量と
前記微粉末の含有量との関係から前記微粉末の含有量の
増加とともに低下する前記単位水量の範囲を求める段階
と、低下する前記単位水量の範囲内となる所定量の水と、前
記所定量の水に対して前記単位水量と前記微粉末の含有
量との関係から算出される量の前記微粉末と、前記所定
量の骨材と、所定の単位セメント量となる前記セメント
とを配合する段階とを含む、コンクリート材料の配合方
法。
【請求項２】前記骨材は、石灰を含む骨材である、請
求項１または２に記載のコンクリート材料の配合方法。
【請求項３】前記微粉末は、石粉、石灰石微粉末、石
炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末、発
泡または膨張性を有する微粉末、路盤材や脱水ケーキか
ら得られる微粉末、またはこれらの混合物から選択され
る、請求項１または２に記載のコンクリート材料の配合
方法。
【請求項４】セメントと、骨材と、微粉末とを含むコ
ンクリート材料を配合することにより製造されるコンク
リート組成物であって、前記骨材に対する前記細骨材の質量比を一定とし、細骨
材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる所定
量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末およ
び水と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを
配合して複数の前記コンクリート材料の試験練りを行
い、前記複数のコンクリート材料の試験練りにより得ら
れる前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉末の
含有量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記単位水
量と前記微粉末の含有量との関係から前記微粉末の含有
量の増加とともに低下する前記単位水量の範囲を求め、
低下する前記単位水量の範囲内となる所定量の水と、前
記所定量の水に対して前記単位水量と前記微粉末の含有
量との関係から算出される量の前記微粉末と、前記所定
量の骨材と、所定の単位セメント量となる前記セメント
とを配合して混練りすることにより得られる、コンクリ
ート組成物。
【請求項５】前記骨材は、石灰を含む骨材である、請
求項４に記載のコンクリート組成物。
【請求項６】前記微粉末は、石粉、石灰石微粉末、石
炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末、発
泡または膨張性を有する微粉末、路盤材や脱水ケーキか
ら得られる微粉末、またはこれらの混合物から選択され
る、請求項４または５に記載のコンクリート組成物。