JP2004067474A

JP2004067474A - 急結性湿式吹付けセメントコンクリート

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Publication number: JP2004067474A
Application number: JP2002232338A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Kobayashi; 小林　智仁; Isao Terajima; 寺島　勲; Masahiro Iwasaki; 岩崎　昌浩
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】セメントコンクリートのポンプ圧送性が良好であり、急結剤との混合性が向上し、粉塵量やリバウンド率を低減することが可能となる、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルや法面等において露出した地山面へ吹付ける急結性湿式吹付けセメントコンクリートを提供すること。
【解決手段】水／セメント比が４０〜７０％であり、かつ、スランプが１６ｃｍ以上のセメントコンクリートに、急結剤スラリーを添加配合してなる急結性湿式吹付けセメントコンクリート、セメントコンクリートのスランプフローが３５０〜７５０ｍｍである該急結性湿式吹付けセメントコンクリートを構成とする。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルや法面等において露出した地山面へ吹付ける急結性湿式吹付けセメントコンクリートに関する。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、ペースト、モルタル、及び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％は特に規定しない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結剤をコンクリートに配合した急結コンクリートの吹付工法が行われている（特公昭６０−００４１４９号公報）。
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した、セメント、骨材、及び水の計量混合プラントで吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００３】
また、従来より使用されている急結剤としては、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ炭酸塩等との混合物、並びに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ炭酸塩等の混合物や、カルシウムアルミネートと３ＣａＯ・ＳｉＯ２との混合物等が知られている（特開昭６４−０５１３５１号公報、特公昭５６−０２７４５７号公報、特開昭６１−０２６５３８号公報、及び特開昭６３−２１００５０号公報参照）。
【０００４】
これらの急結剤は、セメントの凝結を促進させる働きがあり、いずれもセメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。
急結剤の添加方法は、通常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くなる方法であった。
そのため、作業環境が悪化する場合があり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用して作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求められていた。
【０００５】
粉塵発生量が少ない工法として、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートに添加混合した後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている（特開平０５−１３９８０４号公報参照）。
しかしながら、この方法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにくく、吹付け時には保護眼鏡や手袋等が必要となり、作業性が低下するという課題があった。
【０００６】
これに対して、急結剤をスラリー化し、かつ、セメントコンクリートにミョウバン類を配合することにより、作業環境を改善する急結施工方法が提案されている（特開平０５−０９７４９１号公報参照）。
しかしながら、近年、作業性をさらに良くし、工期短縮の面で、急結性をさらに向上することが求められるようになった。
【０００７】
本発明者は、前記課題や要求を種々検討した結果、ある特定のセメントコンクリートに、カルシウムアルミネート類を含有してなる急結剤スラリーを添加混合して吹付け施工を行うことにより、前記課題や要求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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、水／セメント比が４０〜７０％であり、かつ、スランプが１６ｃｍ以上のセメントコンクリートに、急結剤スラリーを添加配合してなる急結性湿式吹付けセメントコンクリートであり、セメントコンクリートのスランプフローが３５０〜７５０ｍｍである該急結性湿式吹付けセメントコンクリートである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の急結性湿式吹付けセメントコンクリート（以下、急結性湿式コンクリートという）は、水／セメント比が４０〜７０％であり、かつ、スランプが１６ｃｍ以上のセメントコンクリートに、急結剤スラリーを添加配合してなるものである。
本発明の湿式コンクリートは、セメントコンクリートのポンプ圧送性が良好であり、急結剤との混合性が向上し、粉塵量やリバウンド率を低減することが可能である。
【００１１】
本発明において、セメントコンクリートの水／セメント比は４０〜７０％であり、４２〜５０％が好ましい。水／セメント比が４０％未満では、セメントコンクリートのポンプ圧送性が低下し、施工性が低下する場合があり、７０％を超えると吹付けた際のダレが多くなる場合がある。
【００１２】
また、本発明において、セメントコンクリートのスランプは１６ｃｍ以上であり、２０〜２５ｃｍが好ましい。セメントコンクリートのスランプが１６ｃｍ未満では、セメントコンクリートのポンプ圧送性が低下し、施工性が低下する場合がある。
【００１３】
さらに、本発明において、セメントコンクリートのスランプフローは３５０〜７５０ｍｍである。セメントコンクリートのスランプフローが３５０ｍｍ未満では、セメントコンクリートのポンプ圧送性が低下し、急結剤との混合性が低下する場合があり、リバウンドと粉塵が多くなる場合がある。また、７５０ｍｍを超えると吹付けた際のダレが多くなる場合がある。
【００１４】
本発明で使用する急結剤スラリーとは、急結剤と水をあらかじめ混合してスラリーとしたものである。
【００１５】
本発明で使用する急結剤としては、初期にセメントコンクリートの凝結を起こさせるものであれば特に制限されるものではないが、具体的にはカルシウムアルミネートやアルカリ金属アルミン酸塩、又は、これらとアルカリ金属炭酸塩の混合物等が挙げられ、一般に市販されている吹付け用粉体急結剤の使用も可能である。これらのうち、初期の凝結や強度発現性の面からカルシウムアルミネートの使用が好ましい。
【００１６】
本発明で使用する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、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯや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と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使用可能である。
これらの中では、反応活性の面で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、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のカルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１７】
急結剤の粒度は、急結性や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）３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５，０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。３，０００ｃｍ^２／ｇ未満では、急結剤と吹付けセメントコンクリートを混合した急結性湿式コンクリートの急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１８】
本発明では、吹付けセメントコンクリートの初期の凝結や強度発現性の向上の面から凝結促進剤を併用することが可能である。
凝結促進剤としては、硫酸塩や水酸化物等が挙げられる。
【００１９】
さらに、本発明では、急結剤をスラリー化する面から、オキシカルボン酸類を併用することが可能である。
オキシカルボン酸としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、サリチル酸、及び乳酸又はこれらのナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属塩等が使用可能である。これらのうち、初期強度発現性の面でグルコン酸ナトリウムの使用が好ましい。
オキシカルボン酸類の使用量は、急結剤１００部に対して、０．３〜３部が好ましく、０．５〜２部がより好ましい。０．３部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性を阻害し、急結剤スラリーの粘度が上がり、急結性吹付けセメントコンクリートの施工性が低下する場合があり、３部を超えると凝結性や強度発現性を阻害する場合がある。
【００２０】
本発明で使用する急結剤スラリー中のスラリー水の使用量は、急結剤１００部に対して、５０〜２００部が好ましく、７０〜１５０部がより好ましい。５０部未満では急結剤スラリーの粘度が上がり、急結剤スラリーの圧送性やセメントコンクリートとの混合性が低下したり、急結性湿式コンクリートの凝結性が悪くなり、粉塵量が多くなり、リバウンド率が大きくなる場合があり、２００部を超えると凝結性や強度発現性が低下する場合がある。
【００２１】
急結剤の使用量は、セメント１００部に対して、固形分換算で３〜２０部が好ましく、８〜１５部がより好ましく、８〜１０部が最も好ましい。３部未満では急結性湿式コンクリートの初期凝結を促進しにくい場合があり、２０部を超えると長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００２２】
ここでセメントとは、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などが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。
【００２３】
本発明の急結剤スラリーでは、必要に応じて、さらに、減水剤や増粘剤等を使用することも可能である。
【００２４】
本発明で使用するセメントコンクリートはセメントと骨材とを含有するものである。
ここで、骨材としては、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。
骨材の最大寸法は吹付けできれば特に限定されるものではない。
細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用可能であり、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用可能である。
【００２５】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、従来使用の吹付け設備等が使用可能である。
具体的には、例えば、セメントコンクリートの圧送にはシンテック社製コンクリートポンプ、商品名「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」などが、また、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」などがそれぞれ使用可能である。
【００２６】
また、本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法としては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の吹付け工法が可能であるが、急結剤を使用する前にあらかじめ水をセメント側に加えて混練した湿式吹付け工法を使用する。
【００２７】
湿式吹付け工法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結剤供給装置により圧送した急結剤を合流混合して急結性湿式コンクリートとしたものを吹付ける方法が挙げられる。
【００２８】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、通常、吹付け圧力は０．２〜０．５ＭＰａが好ましく、吹付け速度は４〜２０ｍ^３／ｈが好ましい。
【００２９】
また、急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より０．０１〜０．３ＭＰａ大きいことが好ましい。
【００３０】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、粉塵量やリバウンド率を低減するために、粉体急結剤にスラリー水を加えて連続的に急結剤をスラリー化し、この急結剤スラリーを、吐出口先端でセメントコンクリートと混合して吹付けることが好ましい。
急結剤を連続的にスラリー化する方法としては、例えば、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲に穴を開け、その穴から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化し、空気圧送する方法等が使用可能である。
【００３１】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００３２】
実験例１
表１に示すコンクリート配合を用い、コンクリートを調製し、吹付け圧力０．４ＭＰａ、吹付け速度１０ｍ^３／ｈの条件下で、コンクリート圧送機「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」を用いて圧送し、途中で空気を送入して吹付けた。
一方、カルシウムアルミネートを主成分とする急結剤を、セメント１００部に対して、１０部となるように、圧送圧力０．５ＭＰａの条件下で、急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の管の周囲数カ所に設けた穴から、急結剤１００部に対して、スラリー水７０部を加水して急結剤スラリーとした。
この急結剤スラリーをセメント１００部に対して、急結剤固形分換算で１０部となるように、Ｙ字管のもう一方から圧送された吹付けコンクリートに混合し、急結性湿式吹付けコンクリートとした。この急結性湿式吹付けコンクリートについてリバウンド率、ダレ、及び圧送性を評価した。結果を表１に併記する。
【００３３】
＜使用材料＞
セメント　：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３，２００ｃｍ２／ｇ、比重３．１６
細骨材　　：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表面水４．０％、比重２．６１
粗骨材　　：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６４、最大寸法１０ｍｍ
急結剤　　：主成分カルシウムアルミネート、ブレーン値６，５００ｃｍ^２／ｇ、市販品
減水剤　　：高性能減水剤、ポリカルボン酸系、市販品
【００３４】
＜測定方法＞
リバウンド率：急結性湿式吹付けコンクリートを１０ｍ^３／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に作成した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、（リバウンド率）＝（模擬トンネルに付着せずに落下した急結性湿式吹付けコンクリートの量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性湿式吹付けコンクリートの量）×１００（％）で算出した。
ダレ　　　：急結性湿式吹付けコンクリートを１０ｍ^３／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に作成した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、模擬トンネルの側壁から急結性湿式吹付けコンクリートがだれない場合を○、少しダレた場合を△、かなりダレた場合を×とした。
圧送性　　：吹付けコンクリートをコンクリートポンプにより２０ｍ圧送した後、急結剤と混合して急結性湿式吹付けコンクリートとし、この急結性湿式吹付けコンクリートを５分間吹き付けた。Ｙ字管や配管が詰らない場合は○、詰まり気味の場合を△、Ｙ字管や配管が詰まって吹付けできない場合を×とした。
【００３５】
【表１】

【００３６】
実験例２
Ｗ／Ｃを４２％とし、セメントの単位量を５００ｋｇ／ｍ^３、細骨材の単位量を１，００５ｋｇ／ｍ^３、粗骨材の単位量を６８６ｋｇ／ｍ^３とし、水と減水剤の量を表２に示すとおりとし、リバウンド率、圧送性、分離の有無、及び粉塵量を評価測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３７】
＜測定方法＞
分離の有無：急結性湿式吹付けコンクリートが分離していない場合を○、分離気味の場合を×とした。
粉塵量　　：急結性湿式吹付けコンクリートを１０ｍ^３／ｈの圧送速度で１０分間、模擬トンネルに吹付けた。その後、吹付け場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定した。
【００３８】
【表２】

【００３９】
実験例３
セメント単位量を４５０ｋｇ／ｍ^３、細骨材の単位量を１，００４ｋｇ／ｍ^３、粗骨材の単位量を６７４ｋｇ／ｍ^３、水の単位量を１８９ｋｇ／ｍ^３、及び減水剤の単位量を６．８ｋｇ／ｍ^３とし、セメント１００部に対して、急結剤固形分換算で表３に示す量となるよう急結剤スラリーを混合して急結性湿式吹付けコンクリートを調製し、圧縮強度を測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００４０】
＜測定方法＞
圧縮強度　：材齢１時間の圧縮強度は、幅２５ｃｍ×長さ２５ｃｍのプルアウト型枠に設置したピンを、プルアウト型枠表面から急結性湿式吹付けコンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、その時の引き抜き強度を求め、（圧縮強度）＝（引き抜き強度）×４／（供試体接触面積）の式から圧縮強度を算出した。
材齢１日以降の圧縮強度は、幅５０ｃｍ×長さ５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの型枠に急結性湿式吹付けコンクリートを吹付け、採取した直径５ｃｍ×長さ１０ｃｍの供試体を２０トン耐圧機で測定し、圧縮強度を求めた。
【００４１】
【表３】

【００４２】
【発明の効果】
本発明の急結性湿式コンクリートを用いることにより、セメントコンクリートのポンプ圧送性が良好であり、急結剤との混合性が向上し、粉塵量やリバウンド率を低減することが可能である。

Claims

水／セメント比が４０〜７０％であり、かつ、スランプが１６ｃｍ以上のセメントコンクリートに、急結剤スラリ−を添加混合することを特徴とする急結性湿式吹付けセメントコンクリート。
セメントコンクリートのスランプフローが３５０〜７５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の急結性湿式吹付けセメントコンクリート。