JP2003267762A - 急結剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベ−スコンクリ−ト混練物に急結剤を添加し
た吹付けコンクリ−トに可塑性を保持させ、こわばりを
生じさせないようにすることにあり、それによって、吹
き付けられたコンクリ−トを緻密化し、長期強度発現
（材齢：２８日）を維持しつつ、「急結性」を改良した
急結剤を提供すること。 【解決手段】 カルシウムアルミネ−ト（非晶質が好ま
しい）、硫酸塩（例：石こう）、アルミン酸ナトリウム
（Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）：１．０未満）および
普通、早強などのポルトランドセメントを含有する急結
剤であって、該急結剤中のＮａ₂Ｏ量が１．５〜１
０．０質量％であり、かつ、カルシウムアルミネ−
ト、硫酸塩及びアルミン酸ナトリウムの合計量１００質
量部に対して、ポルトランドセメントの量が１．０質量
部以上であること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吹付けコンクリ−
ト用の急結剤に関する。

【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−トを吹き付けてライニング
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−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】近年、大断面のトンネルやより大型の地下
空間の建設が益々増加している。それらの工事に使用さ
れる吹付けコンクリ−トは、その長期強度を向上させる
ことにより、コンクリ−トの肉厚を小さくすることがで
きる。その結果、吹付け工事のサイクルの短縮、ひいて
は工期全体を短縮できるうえに、材料費を低減できるの
で経済的である、という点から長期強度の改良は、建設
増加に対処するための重要な課題である。

【０００４】その長期強度を改良する方法として、本発
明者らは、［カルシウムアルミネ−ト］−［硫酸塩］−
［Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比が１．０未満であるアル
ミン酸ナトリウム］の３成分系急結剤であって、「Ｎａ
₂Ｏ量が２．０〜１０．０質量％」に限定した急結剤に
ついて、特許出願した（特願２００１−１９６１７４
号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】その後、上記３成分系
急結剤を多数の吹付け工事に実施した。該急結剤を用い
た吹付け工事では、ほとんどの場合、急結剤をベ−スコ
ンクリ−ト混練物へスム−スに定量供給できた。しか
も、吹付けたコンクリ−トは、 ・急結性が優れ、 ・長期強度の発現がよいうえ、変動が小さい という安定かつ良好な品質のものであった。

【０００６】しかしながら、前記３成分系急結剤を使用
した吹付け工事において、該急結剤を、特定の普通ポル
トランドセメント（フリ−ライムが少ない）を配合した
ベ−スコンクリ−ト混練物に添加した場合、混合直後に
可塑性がなくなり、こわばりが生じた（試験例参照）。
そのために、 ・ベ−スコンクリ−トと急結剤との混合部で閉塞が生じ
たり、 ・吹き付けられたコンクリ−トが緻密化せず、急結性や
強度発現が低下する、 という欠点のあることが判明した。

【０００７】本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので
あって、その目的は、前記した３成分系急結剤について
再研究し、「ベ−スコンクリ−ト混練物に急結剤を添加
した吹付けコンクリ−トに可塑性を保持させ、こわばり
を生じさせないようにすること」にあり、それによっ
て、吹き付けられたコンクリ−トを緻密化し、長期強度
発現（材齢：２８日）を維持しつつ、 ・急結性、 を改良した急結剤を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく３成分［カルシウムアルミネ−ト、硫酸塩
およびアルミン酸ナトリウム］を主体にして鋭意研究し
た結果、それらに特定量のポルトランドセメントを混合
し４成分として、ベ−スコンクリ−ト混練物に添加した
場合、前記欠点を解消することを知見して本発明を完成
した。

【０００９】すなわち、本願の発明（急結剤）は、 「・カルシウムアルミネ−ト、 ・硫酸塩、 ・Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比が１．０未満であるアル
ミン酸ナトリウム、および ・ポルトランドセメント を含有する急結剤であって、該急結剤中の Ｎａ₂Ｏ量が１．５〜１０．０質量％であり、かつ、 カルシウムアルミネ−ト、硫酸塩およびアルミン酸ナ
トリウムの合計量１００質量部に対して、ポルトランド
セメントの量が１．０質量部以上であること」（請求項
１） を要旨とする。

【００１０】また、上記において、 ・アルミン酸ナトリウムのＮａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比
が０．６５〜０．９５であること（請求項２）、および
／または ・硫酸塩が石膏であること（請求項３） をも発明とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の急結剤について詳
細に説明する。急結剤は、カルシウムアルミネ−ト、硫
酸塩、アルミン酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モ
ル比）：１．０未満）およびポルトランドセメントの４
成分を含有する。該急結剤は、４成分とも粉末であり、
それらの混合物である。

【００１２】最初に、４成分について説明する。カルシ
ウムアルミネ−トは、ＣａＯ原料（例；生石灰、消石
灰、石灰石）とＡｌ₂Ｏ₃原料（例；水酸化アルミニウ
ム、アルミナ）を混合し、該混合物を電気炉などの加熱
炉で焼成または溶融し、冷却したのち、粉砕して製造さ
れたものであり、結晶質、非晶質のいずれであってもよ
い。なお、前記原料には、ＳｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｔｉ
Ｏ₂、ＭｇＯなどの不純物が含まれており、工業的に製
造されたカルシウムアルミネ−トには、それら不純物が
不可避的に含まれる。その不純物合計量が１０質量％以
下ならば、本発明の目的を妨げることはない。

【００１３】カルシウムアルミネ−トは、急結性の点か
ら、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．６〜２．５の範
囲の非晶質のものが好ましい。

【００１４】カルシウムアルミネ−トは、ブレ−ン比表
面積が４５００ｃｍ²／ｇ以上であるのが好ましい。４
５００ｃｍ²／ｇ未満では、良好な急結性が得られない
場合がある。また、ブレ−ン比表面積は、それを大きく
するほど、粉砕時間を要し生産性が低下しコスト高にな
るので、好ましいのは５０００〜７０００ｃｍ²／ｇで
ある。なお、ブレ−ン比表面積は、大きいほど急結性は
良好である反面、吸湿性も大きくなる。そのために、急
結剤は、貯蔵期間が長ければ長いほど急結性が低下す
る、という好ましくない現象が生じるので、前記４成分
を急結剤として混合したのち、できるだけ早く吹付け工
事に使用するのが良い。

【００１５】硫酸塩は、具体的に、硫酸ナトリウム、硫
酸カリウムなどのアルカリ金属硫酸塩、硫酸マグネシウ
ム、石こうなどのアルカリ土類金属硫酸塩、硫酸アルミ
ニウムなどが挙げられる。強度発現性から、石こうの使
用が好ましい。石こうとしては、無水石こう、半水石こ
う、２水石こう、またはこれらの混合物が挙げられる。
中でも、急結性および強度発現性から、無水石こうを使
用するのが最も好ましい。

【００１６】硫酸塩の細かさは、特に限定するものでは
ないが、好ましくは３０００ｃｍ²／ｇ以上である。強
度発現性およびコストを考慮した場合、より好ましいの
は４０００〜１００００ｃｍ²／ｇの細かさのものであ
る。

【００１７】アルミン酸ナトリウムは、Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂
Ｏ₃のモル比が１．０未満のものであることが重要であ
る。急結性の観点からすれば、該モル比が０．６５〜
０．９５のものを使用するのが好ましい。Ｎａ₂Ｏ／Ａ
ｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．０以上のアルミン酸ナトリウム
を混合した急結剤は、吸湿性が大きくなり種々のトラブ
ルの原因となり好ましくない。例えば、吹付け工事にお
いて、急結剤を急結剤供給装置にフィ−ドしたとき、該
供給装置内のスリット板を閉塞したり、ギヤの上方にア
−チを形成したりして、ベ−スコンクリ−トへの急結剤
の定量供給ができなくなることがある。なお、Ｎａ₂Ｏ
／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が０．６５未満のアルミン酸ナト
リウムを用いた急結剤は、急結性が小さく好ましくな
い。

【００１８】急結剤の１成分として混合されるポルトラ
ンドセメントは、普通・早強・中庸熱・低熱・耐硫酸塩
ポルトランドセメント各種のものが使用できる。急結性
の点から、普通ポルトランドセメントまたは早強ポルト
ランドセメントが好ましい。

【００１９】なお、上記ポルトランドセメントの品種
は、ベ−スコンクリ−トに配合されるポルトランドセメ
ントの品種と一致していなくても良い。例えば、普通ポ
ルトランドセメントが配合されたベ−スコンクリ−ト
に、早強ポルトランドセメントを混合された急結剤を添
加して吹付け工事を行なっても、吹付けコンクリ−ト
は、適当な可塑性を保持しこわばりもなく、かつ、急結
性、長期圧縮強度などへ悪影響を及ぼすことはない。

【００２０】急結剤を構成するカルシウムアルミネ−
ト、硫酸塩およびアルミン酸ナトリウムの３成分の割合
は、 ・カルシウムアルミネ−ト：３０〜８０質量％、 ・硫酸塩 ：１０〜６０質量％、 ・アルミン酸ナトリウム ：１０〜３０質量％ が好ましい。急結性および強度発現性の点から、カルシ
ウムアルミネ−ト：４０〜６０質量％、硫酸塩：２０〜
４８質量％およびアルミン酸ナトリウム：１２〜２０質
量％がより好ましい。

【００２１】上記割合において、 ・カルシウムアルミネ−トが３０質量％未満では、急結
性が小さくなり、８０質量％を超えると強度発現性が小
さくなり、いずれも好ましくない。 ・硫酸塩が１０質量％未満では、強度発現性が小さくな
り、６０質量％を超えると、急結性が小さくなり、いず
れも好ましくない。 ・アルミン酸ナトリウムが１０質量％未満では、急結性
が小さくなり、３０質量％を超えると強度発現性が小さ
くなり、いずれも好ましくない。

【００２２】急結剤が上記４成分の構成をとると共に、
重要なことは、 急結剤のＮａ₂Ｏ量が１．５〜１０．０質量％の範囲
にあること、および 添加されるポルトランドセメントの量は、カルシウム
アルミネ−ト、硫酸塩およびアルミン酸ナトリウムの３
成分の合計量１００質量部に対して１．０質量部以上で
あること、 を同時に充足していなければならない。

【００２３】上記急結剤中のＮａ₂Ｏ量の限界につい
て説明する。Ｎａ₂Ｏ量が１．５質量％未満では、急結
性が小さくなり、逆に、１０．０質量％を超えると長期
強度の発現性が低下するので、好ましくない。急結性お
よび強度発現性の点から２．０〜７．５質量％が好まし
いＮａ₂Ｏ量である。

【００２４】上記のポルトランドセメントの量が、
１．０質量部未満では、特定の普通ポルトランドセメン
トを使用したベ−スコンクリ−ト混練物に添加した場
合、可塑性、こわばりなどが改良されず目的が達成でき
ないので、好ましくない。好ましい添加量は、急結性、
コストなどの観点から３〜１０質量部である。

【００２５】カルシウムアルミネ−ト、硫酸塩、アルミ
ン酸ナトリウムおよびポルトランドセメントの混合方法
は、特に限定するものではなく、上述した数値範囲内の
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。

【００２６】本発明の急結剤の添加量は、ベ−スコンク
リ−トに配合されているセメントに対し４〜１０質量％
（外割）が好ましい。添加量が４質量％（外割）未満で
は、急結性が小さくなり、１０質量％（外割）を超える
と長期強度（材齢：２８日）の低下率（％）が大きく、
コスト高にもなり、いずれも好ましくない。

【００２７】本発明の急結剤を添加する吹付け用ベ−ス
コンクリ−トは、特に限定するものではなく、スラン
プ：５〜２４ｃｍのコンクリ−ト、スランプフロ−：４
００〜７５０ｍｍの高流動コンクリ〜トなどが挙げられ
る。

【００２８】ベ−スコンクリ−トの製造に使用される材
料は、常套のものが用いられ、以下にまとめて説明す
る。使用されるセメントは、普通・早強・中庸熱・低熱
ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュ
セメントなどの混合セメント、都市ゴミ焼却灰、下水汚
泥焼却灰などの廃棄物を原料としたエコセメントなどが
挙げられる。また、それらのセメントの一部が石灰石粉
末、シリカフュ−ムなどで置換されたセメント、該セメ
ントに石こうを添加したセメントも使用できる。減水剤
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、ポリカルボン酸系などの
減水剤（ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤
も含む）が挙げられ、液状または粉末状どちらでも使用
できる。細骨材は、川砂、海砂、山砂、砕砂およびこれ
らの混合物が挙げられる。粗骨材は、川砂利、海砂利、
砕石およびこれらの混合物が挙げられる。

【００２９】上記原料を用いたベ−スコンクリ−トの製
造方法は、特に限定するものではなく、慣用のミキサ−
で混合すれば良い。

【００３０】本発明の急結剤は、湿式吹付け工法に適用
することができる。吹付け装置なども、従来より用いら
れている装置をそのまま利用することができる。

【００３１】［試験例１〜１１］全国各地から入手した
普通ポルトランドセメントを用いて製造したベ−スコン
クリ−ト混練物に、従来の３成分系急結剤を添加した吹
き付けコンクリ−トについての試験を行なった。

【００３２】使用した各材料は、次のとおりである。 １）ベ−スコンクリ−ト （１）セメント；表１に示すフリ−ライムを有する市販
の普通ポルトランドセメント１０種（Ａ〜Ｊ） （２）高性能減水剤；ポリカルボン酸系（注１） （３）細骨材；北九州市小倉南区産の砕砂および長崎県
壱岐郡郷ノ浦沖合の海砂の混合砂（重量比３：７） （４）粗骨材；北九州市門司区鹿喰産砕石６号 （５）水；水道水 （注１）エヌエムビ−（株）社製「ＮＴ−１０００Ｓ」

【００３３】２）３成分系急結剤 （１）カルシウムアルミネ−ト；生石灰および純アルミ
ナ（注１）をＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．８にな
るように混合し、得られた混合物を１６００℃で溶融し
冷却したのち、ブレ−ン比表面積５０００ｃｍ²／ｇに
粉砕して調製した。カルシウムアルミネ−トは、非晶質
であった。不純物としてＳｉＯ₂：２．７質量％、Ｆｅ₂
Ｏ₃：０．８質量％、ＴｉＯ₂：１．２質量％、ＭｇＯ：
０．４質量％を含有していた。 （２）硫酸塩；無水石こう（ブレ−ン比表面積４０００
ｃｍ²／ｇ）（注２） （３）アルミン酸ナトリウム；Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モ
ル比）が０．８５のアルミン酸ナトリウム（注３） （注１）日本軽金属（株）社製 （注２）第一セメント（株）社製 （注３）昭和電工（株）社製

【００３４】表１に示すＡ〜Ｊの普通ポルトランドセメ
ントを用い、表２に示す配合にしたがって各材料を２軸
強制練りミキサ（１．０ｍ³）に一括投入し、９０秒間
混練してベ−スコンクリ−ト混練物を製造した。その場
合、該混練物は、高性能減水剤を３．１５〜４．５０ｋ
ｇ／ｍ³の範囲で変動させ、スランプ：２０ｃｍに調整
した。一方、従来の３成分系急結剤［２］は、表３に示
す成分の割合で、混合装置（注１）に投入し製造した。 （注１）宝工機（株）社製「マイクロスピ−ドミキサ」

【００３５】前記の各ベ−スコンクリ−ト混練物を吹付
け装置（注１）を用いてポンプ圧送し、その途中で上記
３成分系急結剤［２］を急結剤供給装置（注２）によっ
て添加し、模擬トンネル内壁に１．０ｍ³吹き付けた。
なお、ベ−スコンクリ−ト混練物の圧送圧力は約０．２
５ＭＰａ、急結剤［２］の添加時の圧力は約０．３ＭＰ
ａであった。 （注１）ＭＥＹＣＯ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（株）社製
「ＭＥＹＣＯＳｕｐｒｅｍａ」 （注２）日本プライブリコ（株）社製「Ｑガン」

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】吹付けコンクリ−トについて、次に示す測
定を行なった。 １）急結性；吹付け直後のコンクリ−トをサンプリング
し掌に採り、握り潰せない場合を「○」、若干潰せる場
合を「△」、握り潰せる場合を「×」として評価した。 ２）圧縮強度；３０×４０×２０ｃｍの寸法の木箱にコ
ンクリ−トを吹付け、φ５×１０ｃｍの供試体を採取
し、２０℃湿空中で養生したのち、「ＪＩＳ Ａ１１０
８（コンクリ−トの圧縮強度試験方法）」に準じて材
齢；２８日の圧縮強度を測定した。 それらの結果を、表１に併記した。

【００４０】試験の結果、一部の普通ポルトランドセメ
ント［Ｇ］および［Ｊ］を用いたベ−スコンクリ−トに
３成分系急結剤を添加して吹き付けた場合、こわばりが
生じ急結性を低下させた（試験例７および１０）。
［Ｇ］および［Ｊ］のセメントは、他のセメントに比べ
てフリ−ライムが少なく、急結性低下の一要因と思われ
る。なお、急結剤を添加しない吹付けコンクリ−トは、
長期圧縮強度は良好であるが、急結性が著しく悪い（試
験例１１）。

【００４１】

【実施例】（実施例１〜１０）以下、本発明を実施例に
基づいて説明する。前記３成分系急結剤［２］を用いた
試験例において、表３に示す４成分系急結剤［１］を使
用した以外は、全て試験例に準じ、表１に示すＡ〜Ｊの
普通ポルトランドセメントを用い、表２に示す配合にし
たがってベ−スコンクリ−トを製造し、吹付けコンクリ
−トについて急結性および圧縮強度を測定し、得られた
結果を表１に併記した。該急結剤［１］に用いたセメン
トは、早強ポルトランドセメント（注１）であった。 （注１）太平洋セメント（株）社製

【００４２】上記測定の結果、本発明に基づく４成分系
急結剤［１］を用いた吹付けコンクリ−トは、全ての場
合において、急結性も圧縮強度（材齢；２８日）も共
に、良好であった（実施例１〜１０）。すなわち、４成
分系急結剤［１］を用いた場合、ベ−スコンクリ−トに
配合される普通ポルトランドセメントが、どのセメント
であっても、たとえ、フリ−ライムの少ないセメントで
あっても、本発明の目的を達成できることが判明した。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、カルシ
ウムアルミネ−ト、硫酸塩、特定のアルミン酸ナトリウ
ムおよびポルトランドセメントを含有する４成分系急結
剤であって、Ｎａ₂Ｏ量が特定され、かつ、ポルトラン
ドセメントの割合が他の３材料に対して特定された急結
剤であることを特徴とし、これにより、ベ−スコンクリ
−トに急結剤を添加した吹付けコンクリ−トに可塑性を
保持させこわばりを無くし、もって、そのコンクリ−ト
の長期圧縮強度を維持しつつ、急結性を改良できる、と
いう効果を奏する。

【００４４】本発明の急結剤は、単純な構成でありなが
ら、全国各地で製造されるベ−スコンクリ−トに適用で
きるようにした点、その経済的メリットは大きく、か
つ、急結剤の製造は、容易であり経済的負担が小さいの
で、当業界への寄与は大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 彰徳 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ ント株式会社中央研究所内 (72)発明者 山本 盛男 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ ント株式会社中央研究所内 (72)発明者 中島 裕 東京都西多摩郡日の出町大字大久野2650 太平洋マテリアル株式会社開発研究所内 (72)発明者 西 和紀 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋マテ リアル株式会社開発研究所内 (72)発明者 結城 渡 山口県小野田市大字小野田6276 太平洋マ テリアル株式会社開発研究所内 (72)発明者 茂浦口 剛 山口県小野田市大字小野田6276 太平洋マ テリアル株式会社開発研究所内 Ｆターム(参考） 2D055 DB00 KA08 4G012 MB00 MB23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カルシウムアルミネ−ト、硫酸塩、Ｎａ
   ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比が１．０未満であるアルミン酸
   ナトリウムおよびポルトランドセメントを含有する急結
   剤であって、該急結剤中のＮａ₂Ｏ量が１．５〜１０．
   ０質量％であり、かつ、カルシウムアルミネ−ト、硫酸
   塩およびアルミン酸ナトリウムの合計量１００質量部に
   対して、ポルトランドセメントの量が１．０質量部以上
   であることを特徴とする急結剤。
2. 【請求項２】 アルミン酸ナトリウムのＮａ₂Ｏ／Ａｌ₂
   Ｏ₃のモル比が０．６５〜０．９５であることを特徴と
   する請求項１記載の急結剤。
3. 【請求項３】 硫酸塩が石膏であることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の急結剤。