JP2004003285A

JP2004003285A - Fireproof segment for tunnel, and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004003285A
Application number: JP2003014998A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Nakamura; 中村　秀三; Toru Yabe; 谷辺　徹; Hiroyuki Obata; 小幡　浩之
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-01-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fireproof segment for a tunnel having a fireproof layer integrated firmly with a segment by eliminating separation from the segment of a refractory material, and also to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: In the concrete fireproof segment for the tunnel integrally the coating layer of a fireproof mortar is laminated on the segment surface by chemical combination. The fireproof mortar is a rapid hardening fireproof mortar. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの覆工体を構成するトンネル用セグメントの表面に耐火モルタル層を一体的に積層するトンネル用セグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にトンネルは、複数個のセグメントを連結することにより一次覆工構造物を構築し、この構造物の内壁に防火用二次覆工として厚さ２００〜３００ｍｍ程度のコンクリート層を形成することにより構築される。しかし、二次覆工のコンクリート層は２００〜３００ｍｍ程度の厚さを有するため、トンネル内径を縮小することになり、トンネル内空間の有効断面積が小さくなってしまい、このためこの二次覆工の厚み相当分の縮小された分だけトンネルの掘削断面積を大きくしなければならず、コストアップの一因になっている。そこで、最近、二次覆工を行わず、一次覆工構造物にコンクリート層に代えて薄層の耐火断熱層を貼り付ける耐火工法が採用されるようになった（例えば、特許文献１参照。）。この防火層が、耐火材を吹き付けて形成されるもの、耐火材を板状に形成してなる耐火パネル、該耐火パネルの外周面に鋼板を取り付けてなる二重パネル、外周側から内週側に至るに従い鋼板、石綿、耐火ボードを順次積層させてなる複合積層パネル、耐火パネルの内部にプレストレス材を設けたプレストレス付きパネルのいずれかからなるものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９４０９８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２７１５９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
トンネル内で発生する自動車火災においては、被災時の最高温度は約１２００℃以上にも達することが知られている。従来の耐火材を板状に形成してなる耐火パネル、例えば耐火レンガ、耐火タイル、石膏ボード等の耐火材をコンクリートからなるセグメントに接着剤等で取り付ける場合は、高温になると容易に接着剤がはがれ、耐火材がコンクリートセグメントから脱落し、コンクリートセグメントの耐火には役にたたない。また、耐火パネルと鋼板からなる二重パネルもコンクリートセグメントと鋼板の接着力に問題があり、高温になると膨張係数の差で容易に剥離する。鋼板、石綿、耐火ボードからなる積層パネルも同様にその接着力に問題がある。さらに、コンクリートセグメントに耐火材としてロックウール、セラミックウール、石膏等の無機質系材料を吹き付け、又は塗布した場合も、コンクリートセグメントとの接着力が弱く容易に剥離、脱落する。本発明は上記従来の問題すなわち、耐火材のセグメントからの剥離をなくし、強固にセグメントと一体化される耐火層を有するトンネル用耐火セグメント及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るトンネル用耐火セグメントによれば、トンネル用コンクリートセグメントにおいて、該セグメント表面に耐火モルタルの被覆層を化学結合により一体的に積層することを特徴とするトンネル用耐火セグメントを提供する。また、請求項２に係るトンネル用耐火セグメントによれば、前記耐火モルタルが、急硬材を添加した急硬性耐火モルタルであることを特徴とするものであり、請求項３に係るトンネル用耐火セグメントは前記急硬性耐火モルタルが前記急硬材添加１分後に貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上になる急硬性耐火モルタルであることを特徴とするものである。また、請求項４に係るトンネル用耐火モルタルセグメントによれば、前記急硬性耐火モルタルは、水固形分が１００％以下で、絶乾密度が０．４ｔ／ｍ^３〜１．０ｔ／ｍ^３であることを特徴とするものである。また、請求項５に係るトンネル用耐火セグメントによれば、前記急硬性耐火モルタルの被覆層内には、補強金網が該金網の一部を耐火モルタル層表面より突出させ、コンクリートセグメント内に埋設させる形態で配置されていることを特徴とするものである。さらに、請求項６に係るトンネル用耐火セグメントの製造方法によれば、急硬材添加１分後に貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上になるように調整された急硬性耐火モルタルを型枠に打設し、該急硬性耐火モルタルの貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２に達した後、該急硬性耐火モルタルの上に１２０分以内にコンクリートを打設することを特徴とするトンネル用耐火セグメントの製造方法を提供する。また、別の製造方法として、型枠にコンクリートを打設し、コンクリートが完全に固まらないうちに耐火被覆材を前記コンクリート表面に積層することを特徴とするトンネル耐火セグメントの製造方法を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。トンネル用セグメントを６０Ｎ／ｍｍ^２を超える強度を有するコンクリートとした場合、トンネル内の火災によって、コンクリートが爆裂し、トンネルの機能が大きく損なわれる危険性がある。６０Ｎ／ｍｍ^２を超える高強度コンクリートをトンネルの覆工に使用する場合、その表面に耐火被覆層を設けコンクリート本体の温度上昇を抑える必要がある。すなわちコンクリートの許容温度を水酸化カルシウムの脱水温度を考慮して３５０℃以下に抑える必要がある。また、前述の６０Ｎ／ｍｍ^２を越えるような高強度コンクリートの場合、水酸化カルシウムの熱分解温度以下であっても、熱応力や内包する水分の蒸気化にともなう内圧の上昇により、コンクリートは亀裂、爆裂し、その強度が劣化する。したがって本発明は予めコンクリートセグメントに耐火被覆層を形成し、前記コンクリートセグメントと耐火被覆層を強固に一体化させることにより、火災時においても耐火被覆層が剥離、脱落せず、したがってコンクリートが３５０℃以下に抑制され、亀裂、爆裂等による強度の劣化を防止したトンネル用耐火セグメントおよびその製造方法を提供する。本発明のトンネル用耐火セグメントは、コンクリートセグメント表面に耐火モルタルの被覆層が化学結合により一体的に積層され形成される。すなわち、本発明のトンネル用耐火セグメントは、コンクリート及び耐火モルタルの被覆層がまだ完全に硬化しない段階で双方を接触させ、耐火モルタルとコンクリートの界面において互いのセメントペーストが化学結合（水和結合）するため一体的な構造となり、界面の付着強度が増大し、コンクリートと耐火モルタル被覆層の境界で剥離が生じにくく、またコンクリート層から耐火モルタル被覆層が脱落する可能性も少ない。
【０００７】
［第一の実施の態様］
本発明の第一の実施の態様について以下に説明する。
本発明のトンネル用耐火セグメントに使用される耐火モルタルとしては、断熱性に優れるバーミキュライト、パーライト等の発泡骨材が配合される。本発明に使用されるコンクリートは通常のコンクリートでよいが、スランプ５ｃｍ以下の固練りコンクリートが望ましい。スランプ５ｃｍ以下の固練りコンクリートを使用すると耐火モルタルの材料とコンクリートの材料が混じりあわずに、コンクリート層の上に所定厚さの耐火モルタルの被覆層を形成でき、耐火性能を確保できる。耐火モルタルの材料とコンクリートの材料が混じりあうと耐火性能が不十分になる。本発明のトンネル用耐火セグメントの製造方法について以下に説明する。
【０００８】
本発明のトンネル用耐火セグメントの製造方法は、型枠にスランプ５ｃｍ以下の固練りコンクリートを流し込み、型枠バイブレータで振動を加えて締め固める。その後コンクリートの凝結の終結となる貫入抵抗値が２８．０Ｎ／ｍｍ^２になる前に耐火モルタルを打設し、コンクリート上に所定の厚みになるように積層する。以下実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【０００９】
【実施例】
第一の実施の態様に係る発明の実施例を以下に示す。
［耐火モルタルの使用材料及び配合］
セメント
普通ポルトランドセメント　太平洋セメント社製　密度３．１５ｇ／ｃｍ^３石灰石微粉末
有恒工業社製　４０００ｃｍ^２／ｇ　密度２．７０ｇ／ｃｍ^３
マイカ
商品名：マスコバイトマイカＣ−２０　カナダマイカ社製　嵩密度０．２　５ｇ／ｃｍ^３
バーミキュライト
商品名：バーミキュライトファイン　三方商工社製　嵩密度０．０７５〜　０．１１ｇ／ｃｍ^３３００〜３０００μｍ
混和剤　コンクリート用ＡＥ減水剤
商品名：ポゾリスＮＯ．７０　ポゾリス物産（販）
耐火モルタルの配合は表１に示す。
【００１０】
【表１】

【００１１】
［コンクリートの使用材料及び配合］
セメント
普通ポルトランドセメント　太平洋セメント社製　密度３．１５ｇ／ｃｍ^３細骨材
陸砂　表乾比重２．６５　吸水率１．６３％　ＦＭ２．８８
粗骨材
硬質砂岩　表乾比重２．６５　吸水率０．９０％　ＦＭ６．５０
高炉スラグ微粉末
第一セメント社製　比重２．９１　４０００ｃｍ^２／ｇ
高性能ＡＥ減水剤
ポゾリス物産社製　ＳＰ８Ｓ−ＢＳｘ２
コンクリートの配合を表２に示す。
【００１２】
【表２】

【００１３】
［実験］
上記材料及び配合のスランプ５ｃｍ以下、絶乾密度２．３ｔ／ｍ^３の固練りコンクリートを３０×３０×３０ｃｍの型枠に流し込み、型枠バイブレータで振動を加えて締め固めた。その後所定の時間経過後に上記材料及び配合からなる耐火モルタルをコンクリートの上に厚さ３０ｍｍに吹き付け施工して成形体を製造した。成形体製造３ヶ月後に以下の試験を行った。
【００１４】
［付着強度試験］
４×４ｃｍの鋼製アタッチメントを耐火モルタル上にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた後、建研式の引っ張り試験機を用いて付着強度を測定した。
［耐火試験］
耐火モルタル面を耐火炉にセットし、耐火炉の温度を点火後５分で１２００℃まで上げ、以後１２００℃を５５分間継続後、常温までの冷却時間１１０分のサイクルをかけ、耐火モルタルとコンクリートの界面にセットした熱電対で温度履歴を測定した。これらの結果を表３に示す。
【００１５】
【表３】

【００１６】
表３の結果から、本発明のトンネル用耐セグメントにおいては、コンクリート層と耐火モルタル層が強固に積層され、界面で耐火モルタル層の剥離や、コンクリート層からの脱落等が起こらず、また、コンクリート層の表面温度は２０２℃以下に抑えられるので、コンクリート層が亀裂、爆裂等により劣化するのを防止できる。
【００１７】
［第二の実施の態様］
次に第二の実施態様に関して説明する。
本発明において、急硬性耐火モルタルとは、モルタル中に空隙が多く急硬性かつ断熱性のあるモルタルのことで、バーミキュライト、パーライト等の軽量骨材を用いたもの、または空気連行剤等により含有気泡量が多いモルタルのことである。該急硬性耐火モルタルのベースは、一般にセメント、石灰石粉末、マイカ、バーミキュライトの混合物から造られる。セメントは用途によりどのような種類のセメントを用いてもかまわないが、普通セメントが汎用的で入手が容易で好ましい。石灰石粉末やマイカは、モルタルのプラスチシチー向上のために用いられる粉体で、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームなどの他の粉体でもかまわない。バーミキュライトは軽量骨材で、これに代えてパーライトなどの軽量骨材を用いることも可能である。これらの固形分混合物に通常水５０重量部から１００重量部を加えて練り混ぜる。本発明ではこのベースの耐火モルタルに急硬材を添加して、耐火モルタルに急硬性を付与する。本発明において、急硬性耐火モルタルとは、急硬材添加１分後に貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上の強度に達するものをいう。
【００１８】
急硬性耐火モルタルを製造するにあたり、重要なことは、その絶乾密度が０．４ｔ／ｍ^３〜１．０ｔ／ｍ^３に調整されていることである。さらにはその水固形分比が１００％を越えないことである。耐火モルタルの絶乾密度が１．０ｔ／ｍ^３を越える場合、断熱性能が劣り所定の耐火性能を発揮することが難しい。また、０．４ｔ／ｍ^３を下回ると空隙が多くなりすぎ耐久性が劣り実用に耐え得ない。また、水固形分比が１００％を越えると硬化物が緻密に組織化せず、耐久性が劣り、実用に耐えない。絶乾密度が０．４ｔ／ｍ^３〜１．０ｔ／ｍ^３に調整する方法は、いろいろあるが一例としては普通セメント４５〜５５％、バーミキュライト（粒径５ｍｍ以下、０．６ｍｍ以上、嵩密度０．１８ｋｇ／ｌ）１５〜２５％、石灰石微粉末（粒径０．１５ｍｍ以下）１２〜２２％、マイカ（粒径５ｍｍ以下、０．６ｍｍ以上）７〜１７％の混合物を水混合物比０．５〜１．０とすることで得られる。この組成は特に限定されるものではなく、バーミキュライトに代えて他の軽量骨材、例えばパーライトなどを用いても良い。その場合、軽量骨材の嵩密度がバーミキュライトより大きい場合は、含有量を高めて混合物の密度を所定の範囲内に収める必要がある。また、空気連行剤を添加しても良い。
【００１９】
急硬材は、液体では珪酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、粉体ではカルシウムアルミネート鉱物粉砕物などがある。一般にセメント用急結材、急硬材として使用されているものであればどのようなものでも使用可能である。急硬材の添加量は、急硬材添加１分後に貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２を上回るように調整する。一例を示すとセメントに対し、カルシウムアルミネート系のもので１％から１５％、珪酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム系のもので１％から１０％である。
【００２０】
次に本発明のトンネル用耐火セグメントの製造方法について説明する。急硬性耐火モルタルの型枠への打設方法は、ミキサー等にて急硬材とベースの耐火モルタルを練り混ぜ流し込んでも、また、耐火モルタルを練り混ぜ、ポンプ圧送し、空気圧で吹き入れてもよい。この場合、急硬材は吹き付けノズル部で耐火モルタルに注入すると良い。ノズル部で急硬材を注入しながら耐火モルタルを吹き入れて打設する方法は、モルタルの可使時間の調整がいらず、また、ミキサーなどの器具洗浄回数を減らせ効率的である。
【００２１】
急硬耐火モルタルの貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２に達した後、コンクリートは１２０分以内に打ち込むのが良い。１２０分を過ぎると先に打設した急硬性耐火モルタルの表面が乾燥硬化し、後から打設するコンクリートと一体的に付着することが妨げられる。すなわち急硬性耐火モルタルの貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２に達した後、１２０分以内にコンクリートを打設すると、急硬性耐火モルタル表面はまだ完全に乾燥硬化しておらず、後から打設するコンクリートとの間で水和反応が起き、急硬性耐火モルタル表面とコンクリートは化学結合により強固に結合される。したがって急硬性耐火モルタルはコンクリートと完全に一体化し、急硬性耐火モルタルがコンクリートから剥離することはまったくない。後から打設するコンクリートは通常のコンクリートであり、特に限定されない。
【００２２】
一般に、急硬性耐火モルタル層の厚さは２０ｍｍから８０ｍｍ程度であるので、トンネル内空間の有効断面積を大きく減少させることはない。
【００２３】
また、型枠内に予め補強のための金網を設置してから急硬性耐火モルタルを打ち込むと急硬性耐火モルタル層の補強に役立つ。さらに、この補強金網に適当な山折り等をつけ、急硬性耐火モルタル層表面から金網の一部を突出させると、後から打設するコンクリート側に山折り等の上部が入り込みコンクリートセグメント内に埋設され、より強固にモルタル層とコンクリートが一体化される。
【００２４】
また、別の製造方法として、型枠にコンクリートを打設し、コンクリートの表面が完全に硬化せず、半硬化の状態で、コンクリート表面に耐火被覆材を打設する方法がある。この方法では、コンクリート表面が完全に硬化せず半硬化の状態で耐火被覆材をコンクリート表面に注入し積層するので、コンクリートの表面近傍でコンクリートの材料と耐火被覆材料が混ざり、まだ未反応のセメント粒子と耐火被覆材の粒子が混ざり結合して、化学反応を起こし硬化するので、コンクリート層と耐火被覆層の境界がなくなり、強固にコンクリート層と耐火被覆層が一体化する。したがって、トンネル内の火災により高温になっても耐火被覆層がコンクリート層から剥離しにくく、また、材質が同じなのでコンクリートが熱膨張しても熱膨張係数の差が小さく、脱落、剥離しにくい。
【００２５】
【実施例】
普通セメント５２重量部、バーミキュライト１８重量部、石灰石微粉末１７．５重量部、マイカ１２重量部、混和剤０．５重量部よりなるベース耐火モルタルに表１に示す水を加え、練り混ぜた後、ポンプ圧送し、３０×３０×３０ｃｍの型枠内に５ｃｍの厚さに吹き入れた。このとき吹き付けガン部分で空気圧にて表１に示す急硬材を添加した。吹き付け終了後１分で、貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上であることを確認し、その２分後スランプ１８ｃｍ、絶乾密度２．３ｔ／ｍ^３の普通コンクリートを上から流し込み、型枠バイブレータで振動を加えて締め固めた。使用材料を以下に示す。
【００２６】
［使用材料］
セメント
普通ポルトランドセメント　太平洋セメント社製　密度３．１５ｇ／ｃｍ^３石灰石微粉末
有恒工業社製　４０００ｃｍ^２／ｇ　密度２．７０ｇ／ｃｍ^３
マイカ
商品名：マスコバイトマイカＣ−２０　カナダマイカ社製　嵩密度０．２　５ｇ／ｃｍ^３
バーミキュライト
商品名：バーミキュライトファイン　三方商工社製　嵩密度０．０７５〜　０．１１ｇ／ｃｍ^３３００〜３０００μｍ
混和剤　コンクリート用ＡＥ減水剤
商品名：ポゾリスＮＯ．７０　ポゾリス物産（販）
急硬剤
ＣＡ：カルシウムアルミネート系　太平洋ショットマスター　太平洋マテリ　アル社製
ＬＡ：アルミン酸カルシウム系　ＱＰ８８　ポゾリス物産（販）
【００２７】
次に、この成形体を９１日室内で養生した後、急硬耐火モルタル面を耐火炉にセットし、耐火炉の温度を点火後５分で１２００℃まで上げ、以後１２００℃を５５分間継続後、常温までの冷却時間１１０分のサイクルをかけ、急硬性耐火モルタル表面から５ｃｍ（平面中央）の深さ位置にセットした熱電対で温度履歴を測定した。この結果を表４に示す。
【００２８】
【表４】

【００２９】
表１の結果から急硬材添加１分後の貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２以下の比較例１〜３の場合、急硬性耐火モルタルと後から打設したコンクリートが混ざり合い、急硬性耐火モルタルの耐火性能が落ちる。これはモルタル中の空隙量が減少するためと考えられる。急硬材添加１分後の貫入抵抗値が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上の実施例１〜３では、急硬性耐火モルタルがある程度硬化しているため、後から打設するコンクリートと混ざり合わず、したがって急硬性耐火モルタル中の空隙が減少することなく、かつ急硬性耐火モルタル表面とコンクリートは強固に化学結合し一体化される。このようにして作られた本発明のトンネル用耐火セグメントは十分な耐火性能を発揮し、１２００℃に加熱しても急硬性耐火モルタルの表面から５ｃｍの深さの位置にセットされた熱電対に記録された最高温度は８５℃を越えず、急硬性耐火モルタル層が薄くても、トンネルの耐火材として非常に優れた効果を発揮することが確認された。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のトンネル用耐火セグメントによれば、耐火モルタル被覆層により、トンネル内の最高温度が１２００℃を越えるような火災の場合でも、耐火モルタルにより、断熱され、コンクリートセグメントに熱が伝わらず、コンクリートセグメントが３５０℃以上となることがないので、コンクリートが劣化せず、トンネル構造体として機能が維持される。また、耐火モルタルと、コンクリートセグメントは化学結合により強固に一体化され、高温になっても耐火モルタルがコンクリートセグメントから脱落、剥離することがないので、コンクリートセグメントの強度は劣化しない。さらに本発明のトンネル用耐火セグメントは、セグメント表面に被覆される耐火モルタル層が従来のコンクリートによる二次覆工に比べて薄層なので、トンネル内空間の有効断面積を少し小さくするだけなので、掘削断面積を大きくする必要がなく、コストを抑えることができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel segment in which a refractory mortar layer is integrally laminated on a surface of a tunnel segment constituting a tunnel lining body.
[0002]
[Prior art]
Generally, a tunnel is constructed by constructing a primary lining structure by connecting a plurality of segments and forming a concrete layer having a thickness of about 200 to 300 mm as a secondary lining for fire protection on the inner wall of the structure. Is done. However, since the concrete layer of the secondary lining has a thickness of about 200 to 300 mm, the inner diameter of the tunnel is reduced, and the effective sectional area of the tunnel interior space is reduced. The excavation cross-sectional area of the tunnel must be increased by an amount corresponding to the thickness of the tunnel, which contributes to an increase in cost. Therefore, recently, a fire-resistant construction method in which a thin fire-resistant heat-insulating layer is attached to the primary lining structure instead of the concrete layer without performing the secondary lining has been adopted (for example, see Patent Document 1). ). The fireproof layer is formed by spraying a fireproof material, a fireproof panel formed by forming the fireproof material in a plate shape, a double panel obtained by attaching a steel plate to an outer peripheral surface of the fireproof panel, an inner week side from an outer circumferential side. (Patent Document 1) discloses a composite laminated panel in which a steel sheet, asbestos, and a fire-resistant board are sequentially laminated, and a pre-stressed panel in which a pre-stress material is provided inside a fire-resistant panel. 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-294098 [Patent Document 2]
JP 2001-271597 A
[Problems to be solved by the invention]
It is known that in a car fire occurring in a tunnel, the maximum temperature at the time of the disaster reaches about 1200 ° C. or more. When attaching a refractory panel formed of a conventional refractory material in a plate shape, for example, a refractory material such as a refractory brick, a refractory tile, a gypsum board to a concrete segment with an adhesive or the like, the adhesive is easily applied at a high temperature. Peeling off, refractory material falls off the concrete segment and does not contribute to the fire resistance of the concrete segment. Also, a double panel composed of a refractory panel and a steel plate has a problem in the adhesive strength between the concrete segment and the steel plate, and easily peels off at high temperatures due to a difference in expansion coefficient. Laminated panels made of steel plate, asbestos and fire-resistant boards also have a problem in their adhesive strength. Furthermore, when an inorganic material such as rock wool, ceramic wool, or gypsum is sprayed or applied as a refractory material to the concrete segment, the adhesive force with the concrete segment is weak, and the concrete segment easily peels off and falls off. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a refractory segment for a tunnel having a refractory layer that is firmly integrated with the segment by eliminating the above-mentioned conventional problem, that is, exfoliation of the refractory material from the segment, and a method of manufacturing the same.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the refractory segment for a tunnel according to claim 1 of the present invention, in a concrete segment for a tunnel, a coating layer of a refractory mortar is integrally laminated on the surface of the segment by chemical bonding. To provide a refractory segment for tunnels. Further, according to the refractory segment for a tunnel according to claim 2, the refractory mortar is a hardened refractory mortar to which a hardened material is added, and the refractory segment for a tunnel according to claim 3 is provided. Is characterized in that the hardened refractory mortar is a hardened refractory mortar having a penetration resistance of 0.1 N / mm ² or more one minute after the addition of the hardened material. According to the refractory mortar segment for a tunnel according to claim 4, the rapid-hardening refractory mortar has a water solid content of 100% or less and an absolute dry density of 0.4 t / m ^{3 to} 1.0 t / m ³ . It is characterized by having. According to the refractory segment for a tunnel according to claim 5, in the coating layer of the rapid-hardening refractory mortar, a reinforcing wire mesh protrudes a part of the wire mesh from the surface of the refractory mortar layer and is buried in the concrete segment. It is characterized by being arranged in a form. Further, according to the method for manufacturing a refractory segment for a tunnel according to claim 6, the rapid-hardening refractory mortar adjusted to have a penetration resistance of 0.1 N / mm ² or more one minute after the addition of the rapid-hardening material is used in the formwork. And after the penetration resistance value of the rapid-hardening refractory mortar reaches 0.1 N / mm ² , concrete is cast on the rapid-hardening refractory mortar within 120 minutes. A method for manufacturing a refractory segment is provided. Further, as another manufacturing method, a method for manufacturing a tunnel refractory segment is provided, in which concrete is poured into a formwork, and a refractory coating material is laminated on the concrete surface before the concrete is completely hardened.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. If the tunnel segment is made of concrete having a strength exceeding 60 N / mm ² , there is a risk that the fire in the tunnel will explode the concrete and greatly impair the function of the tunnel. When high-strength concrete exceeding 60 N / mm ² is used for tunnel lining, it is necessary to provide a fire-resistant coating layer on the surface of the concrete to suppress a rise in the temperature of the concrete body. That is, it is necessary to suppress the allowable temperature of concrete to 350 ° C. or less in consideration of the dehydration temperature of calcium hydroxide. In the case of high-strength concrete exceeding 60 N / mm ² , even if the temperature is lower than the thermal decomposition temperature of calcium hydroxide, concrete cracks due to an increase in internal pressure due to thermal stress and vaporization of contained moisture. Explodes, and its strength deteriorates. Therefore, according to the present invention, a fireproof coating layer is formed on a concrete segment in advance and the concrete segment and the fireproof coating layer are firmly integrated, so that the fireproof coating layer does not peel off or fall off even in the event of a fire. Provided is a refractory segment for a tunnel, which is suppressed below and prevents deterioration in strength due to cracks, explosions, and the like, and a method for manufacturing the same. The refractory segment for a tunnel according to the present invention is formed by integrally laminating a coating layer of refractory mortar on the surface of a concrete segment by chemical bonding. That is, the refractory segment for a tunnel according to the present invention is brought into contact with the concrete and the refractory mortar at a stage where the coating layer is not yet completely cured, and the cement paste is chemically bonded (hydrated) at the interface between the refractory mortar and the concrete. Therefore, the adhesive strength at the interface is increased, peeling is less likely to occur at the boundary between the concrete and the fireproof mortar coating layer, and the possibility of the fireproof mortar coating layer falling off the concrete layer is small.
[0007]
[First embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
As the refractory mortar used for the refractory segment for a tunnel of the present invention, a foam aggregate such as vermiculite and perlite having excellent heat insulation properties is blended. The concrete used in the present invention may be ordinary concrete, but desirably compacted concrete with a slump of 5 cm or less. If a concrete with a slump of 5 cm or less is used, the material of the fireproof mortar and the concrete material do not mix with each other, and a coating layer of the fireproof mortar having a predetermined thickness can be formed on the concrete layer, so that fireproof performance can be secured. When the material of the refractory mortar and the material of the concrete are mixed, the refractory performance becomes insufficient. The method for manufacturing the refractory segment for a tunnel according to the present invention will be described below.
[0008]
In the method for manufacturing a refractory segment for a tunnel according to the present invention, compacted concrete having a slump of 5 cm or less is poured into a mold and compacted by applying vibration with a mold vibrator. Thereafter, before the penetration resistance value at the end of the setting of the concrete reaches 28.0 N / mm ² , a fire-resistant mortar is cast and laminated on the concrete to a predetermined thickness. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0009]
【Example】
Examples of the invention according to the first embodiment are shown below.
[Materials used and composition of fireproof mortar]
Cement Ordinary Portland Cement Made by Taiheiyo Cement Co. Density 3.15 g / cm ³ Limestone Fine Powder Made by Aizen Kogyo Co., Ltd. 4000 cm ² / g Density 2.70 g / cm ³
Mica product name: Maskovite Mica C-20, manufactured by Canada Mica Co., Ltd. Bulk density 0.25 g / cm ³
Vermiculite trade name: Vermiculite Fine, manufactured by Mikata Shoko Co., Ltd. Bulk density 0.075-0.11 g / cm ³ 300-3000 μm
Admixture AE water reducing agent for concrete Product name: Pozzolith NO. 70 Pozoris Bussan (sales)
The composition of the refractory mortar is shown in Table 1.
[0010]
[Table 1]

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[Concrete materials and compounding]
Cement Ordinary Portland Cement Made by Taiheiyo Cement Co. Density 3.15 g / cm ³ Fine aggregate land sand Surface dry specific gravity 2.65 Water absorption 1.63% FM 2.88
Coarse aggregate hard sandstone Surface dry specific gravity 2.65 Water absorption 0.90% FM 6.50
Blast furnace slag fine powder manufactured by Daiichi Cement Co., Ltd. Specific gravity 2.91 4000 cm ² / g
High performance AE water reducing agent SP8S-BSx2 manufactured by Pozoris Bussan
Table 2 shows the composition of the concrete.
[0012]
[Table 2]

[0013]
[Experiment]
A compacted concrete having a slump of 5 cm or less and an absolutely dry density of 2.3 t / m ³ of the above material and composition was poured into a mold having a size of 30 × 30 × 30 cm and compacted by applying vibration with a mold vibrator. After a lapse of a predetermined time, a refractory mortar made of the above-mentioned material and the above composition was sprayed on the concrete to a thickness of 30 mm, and a molding was manufactured. The following test was performed three months after the production of the molded body.
[0014]
[Adhesion strength test]
After attaching a 4 × 4 cm steel attachment to the refractory mortar using an epoxy-based adhesive, the adhesion strength was measured using a Kenken-type tensile tester.
[Fire resistance test]
Set the refractory mortar surface in the refractory furnace, raise the temperature of the refractory furnace to 1200 ° C in 5 minutes after ignition, then continue the 1200 ° C for 55 minutes, and then cycle the refractory mortar and concrete for 110 minutes, The temperature history was measured with a thermocouple set at the interface. Table 3 shows the results.
[0015]
[Table 3]

[0016]
From the results shown in Table 3, in the tunnel-resistant segment of the present invention, the concrete layer and the refractory mortar layer are firmly laminated, and the refractory mortar layer does not peel off at the interface or drop off from the concrete layer. Since the surface temperature of the layer is suppressed to 202 ° C. or less, it is possible to prevent the concrete layer from being deteriorated by cracks, explosions and the like.
[0017]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
In the present invention, a rapid-hardening refractory mortar is a mortar having a large amount of voids in the mortar and having a rapid-hardening and heat-insulating property, and is made of a lightweight aggregate such as vermiculite or pearlite, or a bubble contained by an air entraining agent. This is a large amount of mortar. The base of the hardenable refractory mortar is generally made from a mixture of cement, limestone powder, mica, and vermiculite. As the cement, any type of cement may be used depending on the use, but ordinary cement is preferred because it is widely used and easily available. Limestone powder and mica are powders used for improving mortar plasticity, and other powders such as fly ash, blast furnace slag, and silica fume may be used. Vermiculite is a lightweight aggregate, and a lightweight aggregate such as perlite can be used instead. Usually, 50 to 100 parts by weight of water is added to the solid content mixture and kneaded. In the present invention, a rapid hardening material is added to the base refractory mortar to impart rapid hardening to the refractory mortar. In the present invention, the rapid-hardening refractory mortar refers to a mortar whose penetration resistance reaches a strength of 0.1 N / mm ² or more one minute after the addition of the rapid-hardening material.
[0018]
What is important in producing a rapid-hardening refractory mortar is that its absolute dry density is adjusted to 0.4 t / m ^{3 to} 1.0 t / m ³ . Furthermore, the water solid content ratio does not exceed 100%. When the absolute dry density of the refractory mortar exceeds 1.0 t / m ³ , the heat insulation performance is inferior and it is difficult to exhibit a predetermined refractory performance. On the other hand, if it is less than 0.4 t / m ³ , the number of voids is so large that the durability is poor and cannot be put to practical use. On the other hand, if the water solids ratio exceeds 100%, the cured product does not form a dense structure, has poor durability, and is not practical. There are various methods for adjusting the absolute dry density to 0.4 t / m ^{3 to} 1.0 t / m ^{3. For} example, 45 to 55% of ordinary cement, vermiculite (particle size of 5 mm or less, 0.6 mm or more, bulk density 0.18 kg / l) 15 to 25%, limestone fine powder (particle size 0.15 mm or less) 12 to 22%, and mica (particle size 5 mm or less, 0.6 mm or more) 7 to 17% are mixed with a water mixture ratio of 0. 0.5 to 1.0. This composition is not particularly limited, and other lightweight aggregates such as perlite may be used instead of vermiculite. In this case, when the bulk density of the lightweight aggregate is larger than vermiculite, it is necessary to increase the content to keep the density of the mixture within a predetermined range. Further, an air entraining agent may be added.
[0019]
Examples of the hardened material include liquid sodium silicate and sodium aluminate, and powdered calcium aluminate mineral crushed material. In general, any material can be used as long as it is used as a quick-setting material and a quick-hardening material for cement. The addition amount of the hardened material is adjusted such that the penetration resistance exceeds 0.1 N / mm ² one minute after the addition of the hardened material. For example, the content is 1% to 15% for calcium aluminate and 1% to 10% for sodium silicate and sodium aluminate based on cement.
[0020]
Next, a method for manufacturing the refractory segment for a tunnel according to the present invention will be described. The method of placing the hardened refractory mortar into the formwork may be performed by mixing and pouring the hardened material and the base refractory mortar with a mixer or the like, or by kneading the refractory mortar, pumping, and blowing with air pressure. Good. In this case, the rapidly hardened material is preferably injected into the refractory mortar at the spray nozzle. The method in which the refractory mortar is blown in while the rapid hardening material is injected at the nozzle portion to perform the casting does not require adjustment of the pot life of the mortar, and also reduces the number of washings of the equipment such as the mixer, so that it is efficient.
[0021]
After the penetration resistance of the hardened refractory mortar reaches 0.1 N / mm ² , the concrete is preferably poured within 120 minutes. After 120 minutes, the surface of the rapidly hardened refractory mortar placed earlier is dried and hardened, and is prevented from adhering integrally with the concrete placed later. That is, when concrete is poured within 120 minutes after the penetration resistance value of the hardened refractory mortar reaches 0.1 N / mm ² , the surface of the hardened refractory mortar has not yet been completely dried and hardened, A hydration reaction occurs between the concrete and the concrete to be set up, and the surface of the rapidly hardened refractory mortar and the concrete are firmly bonded by a chemical bond. Therefore, the hardened refractory mortar is completely integrated with the concrete, and the hardened refractory mortar does not peel off from the concrete at all. Concrete to be poured later is ordinary concrete, and is not particularly limited.
[0022]
In general, the thickness of the rapid-hardening refractory mortar layer is about 20 mm to 80 mm, so that the effective sectional area of the tunnel space is not significantly reduced.
[0023]
In addition, it is useful to reinforce the rapid-hardening refractory mortar layer by installing a resilient wire mesh in the mold in advance and then driving in the rapid-hardening refractory mortar. In addition, if a suitable mountain fold or the like is attached to this reinforcing wire mesh and a part of the wire mesh protrudes from the surface of the rapid-hardening refractory mortar layer, the upper portion of the mountain fold etc. enters the concrete side to be cast later and is embedded in the concrete segment. As a result, the mortar layer and the concrete are more firmly integrated.
[0024]
Further, as another manufacturing method, there is a method in which concrete is cast into a formwork, and a fire-resistant coating material is cast on the concrete surface in a state where the concrete surface is not completely cured and is in a semi-cured state. In this method, the refractory coating material is poured into the concrete surface and laminated in a state where the concrete surface is not completely hardened but is semi-hardened, so the concrete material and the refractory coating material are mixed near the concrete surface, and the unreacted cement Since the particles and the particles of the refractory coating material mix and combine to cause a chemical reaction and harden, there is no boundary between the concrete layer and the refractory coating layer, and the concrete layer and the refractory coating layer are firmly integrated. Therefore, even when the temperature in the tunnel becomes high due to a fire in the tunnel, the refractory coating layer hardly peels off from the concrete layer, and since the material is the same, the difference in thermal expansion coefficient is small even when the concrete thermally expands, so that it hardly falls off and peels off.
[0025]
【Example】
Water shown in Table 1 was added to a base refractory mortar consisting of 52 parts by weight of ordinary cement, 18 parts by weight of vermiculite, 17.5 parts by weight of limestone fine powder, 12 parts by weight of mica, and 0.5 part by weight of an admixture, and kneaded. , And was blown into a 30 × 30 × 30 cm formwork to a thickness of 5 cm. At this time, a rapid hardening material shown in Table 1 was added by air pressure at the spray gun portion. One minute after the spraying was completed, it was confirmed that the penetration resistance was 0.1 N / mm ² or more. Two minutes later, ordinary concrete having a slump of 18 cm and an absolute dry density of 2.3 t / m ³ was poured from above, and the mold was poured. It was compacted by applying vibration with a frame vibrator. The materials used are shown below.
[0026]
[Materials used]
Cement Ordinary Portland Cement Made by Taiheiyo Cement Co. Density 3.15 g / cm ³ Limestone Fine Powder Made by Aizen Kogyo Co., Ltd. 4000 cm ² / g Density 2.70 g / cm ³
Mica product name: Maskovite Mica C-20, manufactured by Canada Mica Co., Ltd. Bulk density 0.25 g / cm ³
Vermiculite trade name: Vermiculite Fine, manufactured by Mikata Shoko Co., Ltd. Bulk density 0.075-0.11 g / cm ³ 300-3000 μm
Admixture AE water reducing agent for concrete Product name: Pozzolith NO. 70 Pozoris Bussan (sales)
Rapid hardener CA: Calcium aluminate Pacific Shotmaster Pacific Material LA: Calcium aluminate QP88 Pozzolith Product Sales
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Next, after the molded body was cured in a room for 91 days, the surface of the hardened refractory mortar was set in a refractory furnace, the temperature of the refractory furnace was raised to 1200 ° C. 5 minutes after ignition, and the temperature was kept at 1200 ° C. for 55 minutes thereafter. A cycle of 110 minutes of cooling time to room temperature was applied, and the temperature history was measured with a thermocouple set at a depth of 5 cm (center of a plane) from the surface of the rapidly hardened refractory mortar. Table 4 shows the results.
[0028]
[Table 4]

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From the results in Table 1, in the case of Comparative Examples 1 to 3 in which the penetration resistance 1 minute after the addition of the hardened material was 0.1 N / mm ² or less, the hardened refractory mortar and the concrete poured in later were mixed, and the hardened The fire resistance of the fire mortar is reduced. This is considered to be because the amount of voids in the mortar was reduced. In Examples 1 to 3 in which the penetration resistance 1 minute after the addition of the hardened material was 0.1 N / mm ² or more, the hardened refractory mortar was hardened to some extent, so that it did not mix with concrete to be cast later. Therefore, the voids in the hardened refractory mortar are not reduced, and the surface of the hardened refractory mortar and the concrete are firmly chemically bonded and integrated. The refractory segment for a tunnel of the present invention thus produced exhibits a sufficient refractory performance, and can be connected to a thermocouple set at a depth of 5 cm from the surface of the rapid-hardening refractory mortar even when heated to 1200 ° C. The maximum temperature recorded did not exceed 85 ° C., confirming that even if the rapid-hardening refractory mortar layer was thin, it exhibited a very excellent effect as a refractory material for tunnels.
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【The invention's effect】
According to the refractory segment for a tunnel of the present invention, even in the case of a fire in which the maximum temperature in the tunnel exceeds 1200 ° C, the refractory mortar is insulated by the refractory mortar and the heat is not transmitted to the concrete segment. Since the temperature of the segment does not exceed 350 ° C., the concrete does not deteriorate and the function as a tunnel structure is maintained. Further, the refractory mortar and the concrete segment are firmly integrated by a chemical bond, and the refractory mortar does not fall off or separate from the concrete segment even at high temperatures, so that the strength of the concrete segment does not deteriorate. Furthermore, since the refractory mortar layer coated on the segment surface of the refractory mortar layer of the present invention is thinner than the conventional secondary lining with concrete, the effective cross-sectional area of the tunnel interior space is only slightly reduced. There is no need to increase the cross-sectional area, and costs can be reduced.

Claims

A refractory segment for a tunnel, characterized in that a refractory mortar coating layer is integrally laminated on the surface of the concrete segment by chemical bonding.

2. The refractory segment for a tunnel according to claim 1, wherein the refractory mortar is a refractory mortar to which a refractory material is added.

3. The refractory segment for a tunnel according to claim 2, wherein the refractory mortar is a refractory mortar having a penetration resistance of 0.1 N / mm ² or more one minute after the addition of the refractory material.

The rapid hardening refractory mortar water solids ratio of 100% or less, according to claim 2 or 3 tunnel according to any one absolute dry density being a 0.4t ^/ ^{m 3} ~1.0t ^/ m 3 For refractory segments.

In the coating layer of the rapid-hardening refractory mortar, a reinforcing wire mesh is arranged so that a part of the wire mesh protrudes from the surface of the refractory mortar layer and is embedded in a concrete segment. 4. The refractory segment for a tunnel according to any one of 4 above.

One minute after the addition of the hardened material, a hardened refractory mortar adjusted to have a penetration resistance of 0.1 N / mm ² or more is cast into a mold, and the penetration resistance of the hardened refractory mortar is 0.1 N / mm ^2. The method for producing a refractory segment for a tunnel, wherein concrete is cast on the rapid-hardening refractory mortar within 120 minutes after reaching at least / mm ² .

A method for producing a tunnel refractory segment, comprising: placing concrete in a formwork; and laminating a refractory coating material on the concrete surface before the concrete is completely hardened.