JP2003226568A - プレライニング用急結セメントコンクリート、その製造方法、及びそれを用いたプレライニング工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 乾燥収縮が低減でき、収縮によるクラックな
どを回避したり、安定した強度発現性が得られ、長期耐
久性に優れた、急結セメントコンクリート、その製造方
法、及びそれを用いたプレライニング工法を提供するこ
と。 【解決手段】 カルシウムアルミネートと硫酸カルシウ
ムを含有の急硬材、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を含
有の液状凝結調整剤、セメント、及び高保水性骨材を含
有する急硬コンクリートと、液体急結材とを混合してな
る急結コンクリート、該急硬コンクリートを調製し、圧
送途中で液体急結材と混合する急結コンクリートの製造
方法、該急硬コンクリートを調製後、打設箇所に圧送
し、さらに切羽手前で液体急結材と混合して急結コンク
リートとし、トンネル外周面を先受けすべく、切羽の外
周に沿って形成した掘削溝に充填打設して、切羽の前方
にコンクリート覆工体を構築するプレライニング工法を
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル外周面を
先受けするセメントコンクリート覆工体を切羽の前方に
構築するためのプレライニング工法において採用される
急結セメントコンクリート、その製造方法、及びそれを
用いたプレライニング工法に関する。なお、本発明のセ
メントコンクリートとは、モルタルやコンクリートを総
称するものである。また、本発明における部や％は、特
に規定のない限り質量基準である。

【０００２】

【従来の技術とその課題】プレライニング工法とは、ト
ンネル外周面を先受けするセメントコンクリート覆工体
を切羽の前方に所定の長さ形成し、このセメントコンク
リート覆工体に覆われた部分を掘削しつつトンネルをそ
の掘削方向に順次構築していく工法である。そして、こ
のようなセメントコンクリート覆工体は、例えば、チェ
ーンカッターなどの細溝掘削機械を用いてトンネル外周
に沿って所定幅の掘削溝を順次形成するとともに、その
掘削溝にセメントコンクリート圧送管を通じてセメント
コンクリートを充填打設する工程を円周方向に繰り返し
て一体形成される。

【０００３】このプレライニング工法を効率よく速やか
に行うためには、セメントコンクリート覆工体を形成す
るセメントコンクリートは、掘削溝に隙間なく充填打設
することが可能な流動性を備えること、セメントコンク
リート覆工体の形成後速やかに該覆工体によって覆われ
た部分の掘削作業を行うことができるよう、例えば、打
設後４〜６時間程度で外周地山の土圧に耐え得る強度を
発現できること、並びに、該セメントコンクリート覆工
体は、掘削溝を形成し、これに充填打設する工程を円周
方向に繰り返して一体形成されるので、このような工程
を順次連続して繰り返すことができるよう、打設したセ
メントコンクリートが、充填打設したセメントコンクリ
ートの切羽側の端面を押さえる型枠である妻型枠を外せ
る程度の自立性を打設後５〜10分程度の短時間で速やか
に発現できることなどの条件を満たすことが好ましいと
されている。

【０００４】この条件を満たすコンクリートに近づける
ため、従来より、現場プラント又は工場プラントにより
コンクリートを製造する際、あらかじめ急硬材や凝結調
整剤を混合し、その急硬材や凝結調整剤を混合したコン
クリートを生コン車等により運搬し、コンクリートポン
プによりコンクリート圧送管を介して打設現場まで圧送
し、切羽の直前においてこの圧送中のコンクリートに急
結材を混合し、打設する方法が採用されていた(特開平0
6−212877号公報参照)。

【０００５】しかしながら、この工法では、打込み後数
時間でコンクリート覆工体下部の土砂を掘削することか
ら、打込まれたコンクリートは数時間で乾燥状態になる
場合もあり、材齢初期での収縮量が大きくなる場合があ
った。

【０００６】本発明者は種々検討を重ねた結果、特定の
急結セメントコンクリートを使用することにより、前記
課題が解決できるという知見を得て本発明を完成するに
至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、プレラ
イニング用急硬セメントコンクリートと液体急結材とを
混合してなり、プレライニング用急硬セメントコンクリ
ートが、カルシウムアルミネートと硫酸カルシウムとを
含有してなる急硬材、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類と
を含有してなる液状凝結調整剤、セメント、及び高保水
性骨材を含有するプレライニング用急結セメントコンク
リートであり、該急硬セメントコンクリートを調製し、
圧送途中で液体急結材と混合するプレライニング用急結
セメントコンクリートの製造方法であり、該急硬セメン
トコンクリートを調製し、次いで該急硬セメントコンク
リートをセメントコンクリートポンプによりセメントコ
ンクリート圧送管を介して打設箇所に圧送し、さらに切
羽手前で液体急結材と混合してプレライニング用急結セ
メントコンクリートとし、トンネル外周面を先受けすべ
く、切羽の外周に沿って形成した掘削溝に充填打設し
て、切羽の前方にセメントコンクリート覆工体を構築す
るプレライニング工法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳しく説明
する。

【０００９】本発明で使用するプレライニング用急硬セ
メントコンクリート(以下、急硬コンクリートという)
は、急硬材、液状凝結調整剤、セメント、及び高保水性
骨材を含有するものである。

【００１０】本発明で使用する急硬材は、セメントの反
応を促進して短時間に硬化させるために用いるもので、
カルシウムアルミネートと硫酸カルシウムを含有するも
のである。

【００１１】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等を混合して、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も
ので、CaOとAl₂O₃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を主成分とするものに、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。これらの中では、反応活性の
面で、12CaO・７Al₂O₃(以下、C₁₂A₇という)組成に対応す
る熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートが
好ましい。カルシウムアルミネートの粒度は、初期強度
発現性の面で、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値と
いう)で4,000cm²/g以上が好ましく、5,000cm²/g以上が
より好ましい。4,000cm²/g未満では初期強度発現性が低
下する場合がある。

【００１２】また、硫酸カルシウムとしては、石膏が挙
げられ、そのうち、強度発現性が大きい面で、II型無水
石膏や天然無水石膏が好ましい。硫酸カルシウムの粒度
は、ブレーン値で3,000cm²/g以上が好ましく、4,000〜
7,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満では初期強
度発現性が低下する場合がある。硫酸カルシウムの使用
量は、カルシウムアルミネート100部に対して、70〜150
部が好ましく、90〜110部がより好ましい。70部未満で
はセメントコンクリートのフロー保持やスランプ保持が
困難となり、初期強度発現性が低下する場合があり、15
0部を超えると短期強度発現性が悪くなる場合がある。

【００１３】急硬材の使用量は、セメント100部に対し
て、５〜25部が好ましく、10〜20部がより好ましい。５
部未満では凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合
があり、25部を超えると凝結時間が短く、可使時間をコ
ントロールすることが困難となったり、初期強度発現性
が低下する場合がある。

【００１４】本発明で使用する液状凝結調整剤とは、急
硬材を添加したセメントコンクリートのハンドリングを
調整するものであり、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を
含有した凝結調整剤の水溶液又はスラリーをいう。液状
凝結調整剤としては、セメントコンクリートに練り混ぜ
る水(混練水)にアルカリ金属炭酸塩と有機酸類を添加し
たものを使用することも可能である。

【００１５】ここで、アルカリ金属炭酸塩としては、炭
酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウムな
どが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用
可能である。これらの中では、セメントコンクリートの
可使時間が長く、初期強度発現性が良く、セメントコン
クリートが硬化しやすい面で、炭酸カリウムが好まし
い。アルカリ金属炭酸塩の使用量は、凝結調整剤100部
中、50〜85部が好ましく、60〜80部がより好ましい。50
部未満ではセメントコンクリートの可使時間は長くなる
が、初期強度発現性が低下し、セメントコンクリートが
硬化しにくい場合があり、85部を超えるとセメントコン
クリートのフロー保持やスランプ保持が困難となった
り、初期強度発現性が低下する場合がある。

【００１６】また、有機酸類としては、グルコン酸、酒
石酸、クエン酸、リンゴ酸、及び乳酸又はこれらの塩等
が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可
能である。これらの中では、セメントコンクリートのフ
ロー保持やスランプ保持が容易で、初期強度発現性が良
い面で、クエン酸やグルコン酸又はこれらの塩が好まし
い。有機酸類の使用量は、凝結調整剤100部中、15〜50
部が好ましく、20〜40部がより好ましい。15部未満では
セメントコンクリートのフロー保持やスランプ保持が困
難となったり、初期強度発現性が低下する場合があり、
50部を超えるとセメントコンクリートの可使時間は長く
なるが、初期強度発現性が低下し、セメントコンクリー
トが硬化しにくい場合がある。

【００１７】液状凝結調整剤中の水の配合割合は、水10
0部に対して、凝結調整剤10〜95部が好ましく、35〜50
部がより好ましい。10部未満ではセメントコンクリート
のフローを保持したり、スランプを保持するために必要
とする液状凝結調整剤の使用量が著しく多くなるため
に、結果的に水セメント比が高くなり、強度発現性が低
下する場合があり、95部を超えると凝結調整剤が析出す
る場合がある。

【００１８】液状凝結調整剤の使用量は、施工温度(環
境温度)により変わるので一義的には決定できるもので
はないが、セメントと急硬材の合計100部に対して、固
形分換算で0.05〜1.0部が好ましく、0.5〜0.8部がより
好ましい。0.05部未満では流動性の確保ができない場合
があり、1.0部を超えると可使時間が著しく長くなり、
セメントコンクリートが硬化しにくく、初期強度発現性
が低下する場合がある。

【００１９】本発明では、セメントコンクリートの凝結
や硬化を促進するために、急硬コンクリートと液体急結
材とを混合してプレライニング用急結セメントコンクリ
ート(以下、急結コンクリートという)とする。

【００２０】本発明で使用する液体急結材は、あらかじ
め急結材と水を混合したもので、急硬コンクリート中に
均一に分散しやすいものである。

【００２１】急結材としては、アルミン酸ナトリウムや
アルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩、硫酸アルミニ
ウムなどのアルミニウム塩、及びケイ酸ナトリウム(水
ガラス)などが挙げられ、本発明ではこれらのうちの一
種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、強
度発現性と流動性が確保できる面で、アルミン酸カリウ
ムが好ましい。

【００２２】液体急結材の固形分濃度は、30〜55％が好
ましく、40〜50％がより好ましい。30％未満では強度発
現性が低下する場合があり、55％を超えると自立時間が
短すぎて、流動性が確保できない場合があり、急結材が
析出する場合がある。液体急結材の使用量は、セメント
と急硬材の合計100部に対して、固形分換算で0.5〜５部
が好ましく、１〜2.5部がより好ましい。0.5部未満では
急結性に欠け、自立性が短時間で発現できず、初期強度
発現性が低下する場合があり、５部を超えると強度発現
性が低下する場合がある。

【００２３】本発明で使用するセメントとしては、通常
市販されている普通、早強、中庸熱、及び超早強等の各
種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメン
トにフライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混
合セメント、並びに、市販の微粒子セメントなどが挙げ
られる。また、各種ポルトランドセメントや各種混合セ
メントを微粉末化したものも使用可能である。

【００２４】本発明で使用する高保水性骨材(以下、本
骨材という)とは、通常の細骨材や粗骨材のほかに使用
するもので、保水性(吸水率)が高い骨材であれば特に限
定されるものではなく、頁岩の焼成品等の人工軽量骨
材、膨張性粘土、火山礫、及び軽石等の天然軽量骨材等
が使用可能である。コンクリート標準示方書等では、細
骨材としては、吸水率3.5％以下のものを使用する旨規
定され、通常の骨材の吸水率は、細骨材で２％前後、粗
骨材で１％前後であるが、本骨材の吸水率は、５％以上
が好ましく、８〜20％がより好ましい。５％未満では収
縮低減の効果が低下する場合がある。本骨材の使用量
は、使用される骨材100部中、５〜70部が好ましく、25
〜55部がより好ましい。５部未満では収縮低減の効果が
低下する場合があり、70部を超えると強度発現性が低下
する場合がある。

【００２５】本発明で使用する通常の粗骨材や細骨材は
特に限定されるものではない。粗骨材としては、最大直
径５〜20mmが好ましく、川砂利、山砂利、及び石灰砂利
等が使用可能である。細骨材としては、最大直径５mm以
下が好ましく、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用
可能である。

【００２６】本発明の急結コンクリートは、トンネル外
周面を先受けすべく、切羽の外周に沿って形成した掘削
溝に充填打設して、切羽の前方にセメントコンクリート
覆工体を構築するプレライニング工法に採用されるもの
である。

【００２７】本発明では、急硬材、液状凝結調整剤、セ
メント、本骨材、及び骨材等を混合して急硬コンクリー
トを製造し、次いで該急硬コンクリートをセメントコン
クリートポンプによりセメントコンクリート圧送管を介
して打設箇所に圧送し、さらに切羽手前で液体急結材と
混合して急結コンクリートを製造し、該急結コンクリー
トを打設箇所へ充填打設するものである。

【００２８】

【実施例】以下、実験例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。

【００２９】実験例１ モルタルミキサを用いて、セメント688ｇ、表１に示す
細骨材と本骨材の合計1,524ｇを15秒間空練りし、次い
で急硬材112ｇを投入し、さらに15秒間空練りした後、
凝結調整剤9.6ｇと水400ｇをあらかじめ混合しておいた
混練水を投入し、90秒間練り混ぜて急硬モルタルを調製
した。さらに、調製した急硬モルタルに、液体急結材32
ｇを添加混合し、10秒間練り混ぜて急結モルタルを調製
し、その圧縮強度と乾燥収縮を測定した。結果を表１に
併記する。なお、急硬モルタルや急結モルタルの練混ぜ
やその圧縮強度や乾燥収縮の測定は、20℃、相対湿度60
％の室内で行った。

【００３０】＜使用材料＞ セメント ：普通ポルトランドセメント、ブレーン値3,
200cm²/g、密度3.16g/cm ³ 急硬材 ：主成分C₁₂A₇、非晶質、ブレーン値6,000cm
²/gのカルシウムアルミネートと、ブレーン値6,050cm²/
gのII型無水石膏の等量混合物 凝結調整剤：市販の粉末状炭酸カリウム70部と市販のグ
ルコン酸30部の混合物、粉末状 細骨材Ａ ：千葉県田川産山砂、表乾状態、密度2.56g/
cm³、最大直径５mm以下、吸水率1.97％ 細骨材Ｂ ：新潟県姫川産川砂、表乾状態、密度2.62g/
cm³、最大直径５mm以下 本骨材ａ ：人工軽量骨材、市販品、FM2.75、表乾状
態、密度1.90g/cm³、吸水率15％ 本骨材ｂ ：クリンカアッシュ、北海道電力苫東厚真発
電所産、表乾状態、密度1.75g/cm³、吸水率8.2％ 水 ：水道水 液体急結材：アルミン酸カリウム水溶液、固形分換算で
50％水溶液、市販品

【００３１】＜測定方法＞ 圧縮強度：所定材齢の急結モルタルを、JIS A 1108に従
い測定 乾燥収縮：所定材齢の急結モルタルを、JIS A 1129に従
い測定

【００３２】

【表１】

【００３３】実験例２ パン型強制ミキサを用いて、セメント344kg/m³、粗骨材
905kg/m³、表２に示す細骨材と本骨材を混合し、15秒間
空練りし、次いで急硬材56kg/m³を投入し、さらに15秒
間空練りした後、あらかじめ、凝結調整剤4.8kg/m³と水
200kg/m³を混合しておいた混練り水を投入し、90秒間練
り混ぜて急硬コンクリートを調製した。さらに、調製し
た急硬コンクリートに、液体急結材16kg/m³を添加し、1
0秒間練り混ぜて急結コンクリートを調製し、その圧縮
強度と乾燥収縮を測定した。結果を表２に併記する。な
お、急硬コンクリートや急結コンクリートの練り混ぜや
その圧縮強度や乾燥収縮の測定は、20℃、相対湿度60％
の室内で行った。

【００３４】＜使用材料＞ 粗骨材 ：神奈川県足柄産砕石、密度2.58g/m³、吸水
率2.97％、最大寸法15mm

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】本骨材をプレライニング用急結コンクリ
ートの全細骨材中、特定量混ぜ込むことにより、プレラ
イニング用急結コンクリートの乾燥収縮が低減でき、そ
れにより、収縮によるクラック、場合によっては崩落す
ることが回避されたり、安定した強度発現性が得られ、
長期耐久性に優れたプレライニング用急結コンクリート
が得られるなどの効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── 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 22/14 Ｃ０４Ｂ 22/14 Ｂ 24/06 24/06 Ａ Ｅ２１Ｄ 11/10 Ｅ２１Ｄ 11/10 Ｚ // Ｃ０４Ｂ 111:00 Ｃ０４Ｂ 111:00 (72)発明者 石田 積 新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地 電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者 谷口 裕史 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 宮野 一也 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式会 社間組内 Ｆターム(参考） 2D055 DA11 KA00 KA08 4G012 MB00 MB06 MB12 MB13 MB23 MB24 PA02 PA06 PA07 PB05 PB06 PB08 PB10 PB11 PB17 PC04 PC05 PC06 PC11 PD03 PE01 PE04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレライニング用急硬セメントコンクリ
   ートと液体急結材とを混合してなり、プレライニング用
   急硬セメントコンクリートが、カルシウムアルミネート
   と硫酸カルシウムとを含有してなる急硬材、アルカリ金
   属炭酸塩と有機酸類とを含有してなる液状凝結調整剤、
   セメント、及び高保水性骨材を含有することを特徴とす
   るプレライニング用急結セメントコンクリート。
2. 【請求項２】 カルシウムアルミネートと硫酸カルシウ
   ムとを含有してなる急硬材、アルカリ金属炭酸塩と有機
   酸類とを含有してなる液状凝結調整剤、セメント、及び
   高保水性骨材を含有してなるプレライニング用急硬セメ
   ントコンクリートを調製し、その圧送途中で液体急結材
   と混合することを特徴とするプレライニング用急結セメ
   ントコンクリートの製造方法。
3. 【請求項３】 カルシウムアルミネートと硫酸カルシウ
   ムとを含有してなる急硬材、アルカリ金属炭酸塩と有機
   酸類とを含有してなる液状凝結調整剤、セメント、及び
   高保水性骨材を含有してなるプレライニング用急硬セメ
   ントコンクリートを調製し、次いで該急硬セメントコン
   クリートをセメントコンクリートポンプによりセメント
   コンクリート圧送管を介して打設箇所に圧送し、切羽手
   前で液体急結材と混合してプレライニング用急結セメン
   トコンクリートとし、トンネル外周面を先受けすべく、
   切羽の外周に沿って形成した掘削溝に充填打設して、切
   羽の前方にセメントコンクリート覆工体を構築すること
   を特徴とするプレライニング工法。