JP2004210552A

JP2004210552A - 吹付けコンクリート用急結剤

Info

Publication number: JP2004210552A
Application number: JP2002378554A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakajima; 裕中島
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】短時間で大量に搬送供給するのに適し、作業性に何等支障を及ぼすことなく従来の急結剤供給装置を使用でき、かつ、少なくとも従来の吹付けコンクリートと同程度の添加量で高強度吹付けコンクリートに使用しても吹付け後の剥落防止及び瞬結化が十分成し遂げられるような急結性を有するコンクリート吹付け用急結剤の提供する。
【解決手段】ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏及び／又はブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏４０重量％以上、カルシウムアルミネート類及びアルカリ金属アルミン酸塩を含有してなる吹付けコンクリート用急結剤。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルや地下空間等の掘削露出面にコンクリートを吹付け施工する際に、コンクリートを急結される目的で使用する吹付けコンクリート用急結剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルや地下空間などを建設する工事では、掘削露出面にコンクリートを吹付けてライニングし、掘削露出面の崩落を防止するコンクリートの吹付け施工が行なわれている。コンクリート吹付け工法は乾式と湿式の工法があるが、粉塵発生が少なく、またコンクリートの品質維持が比較的容易で、吹付け後の強度変動も少ないことから、湿式工法が主流となっている。湿式工法は、セメントに水を配合したベースコンクリートを輸送パイプで圧送し、ノズル等から噴射し、掘削露出面にコンクリートを吹付ける。また、吹付け後の剥落防止のため、カルシウムアルミネートやアルカリアルミン酸塩等の急結成分を、圧送前にベースコンクリートが硬化するのを避けるため、別の供給装置によってベースコンクリート圧送途中乃至噴射時に添加混合されるのが一般である。ベースコンクリートは、主に単位セメント量３６０Ｋｇ／ｍ³、水／セメント重量比６０％程度の比較的低強度のコンクリートが従来用いられてきたが、近年、大断面トンネル用の高強度吹付けコンクリートの需要が高まり、単位セメント量４５０Ｋｇ／ｍ³、水／セメント重量比４５％程度の高強度用ベースコンクリートも用いられるようになった。単位セメント量の増加に伴い、急結成分の添加割合も高くする必要があり、従来の吹付けコンクリートでは２５Ｋｇ／ｍ³程度（セメント重量の約７％）の急結剤使用量であったものが、高強度吹付けコンクリートでは４５Ｋｇ／ｍ³程度（セメント重量の約１０％）と多くすることが必要になっている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方で、急結成分の添加割合を高めると、硬化後の長期強度が低下し、また通常使用されている従来の急結剤供給装置では送付能力が不足するため、そのままでは使用できず、装置の一部を交換したり、全く別の急結剤供給装置を用いることを余儀なくされ、手間とコストが増大する等の問題が生じていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２６５２４７号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点に鑑みて成されたものであって、短時間で大量に搬送供給するのに適し、作業性に何等支障を及ぼすさずに従来の急結剤供給装置を使用でき、かつ、少なくとも従来の吹付けコンクリートと同程度の添加量で高強度吹付けコンクリートに使用しても吹付け後の剥落防止及び瞬結化が十分達成できる急結性を有するコンクリート吹付け用急結剤の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の石膏を４０重量％以上配合した急結剤を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏及び／又はブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏４０重量％以上、カルシウムアルミネート類及びアルカリ金属アルミン酸塩を含有してなる吹付けコンクリート用急結剤である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の急結剤に含有される石膏は、ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏又はブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏の何れかか、この両者の混合物とする。急結剤に占める該石膏含有量は４０重量％以上とする。ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏やブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏は、溶解速度が速いため急結性が向上する。また、石膏のブレーン比表面積が大きいほど、短期強度（３〜２４時間強度）を高くすることができるので、好ましくはブレーン比表面積９０００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏やブレーン比表面積２０００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏を使用する。短期強度発現性を特に強化するには無水石膏の使用が推奨される。半水石膏にはα型とβ型の２種類の結晶変態が存在するが、溶解速度の速いβ型半水石膏を使用するのがより好ましい。β型半水石膏を用いると、急結性が一層向上するので、急結剤使用量を更に低減できる。尚、ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ未満の無水石膏やブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ未満の半水石膏では、溶解速度が低いため、急結性が低下し易く、セメント配合割合の高い高強度吹付け用途では急結剤使用量をかなり増加させないと所望の急結性能が発揮できないので好ましくない。
【０００９】
また、ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏やブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏を急結剤に使用すると、圧密時の急結剤のかさ比重が大きくなり、急結剤供給量を増大できる。これは、吹付けコンクリート施工時には、圧送式の急結剤供給装置内は圧縮空気で高圧となっており、本発明の急結剤は、この圧密条件下でのかさ比重が大きいために、単位時間当りの急結剤供給量が大きくなるものと推察される。急結剤供給量及びかさ比重は、急結剤中の石膏の配合量に最も大きく影響され、急結剤に占める石膏含有量が４０重量％未満では、かさ比重が小さくなり、十分な急結剤供給量が得られないことがあるので好ましくない。尚、急結剤に占める石膏含有量の上限は特に制限されないが、併用されるカルシウムアルミネート類及びアルカリ金属アルミン酸塩の好適含有量を確保する観点から概ね５５重量％とするのが望ましい。
【００１０】
本発明の急結剤に含有されるカルシウムアルミネート類は、急結成分の主体をなすもので、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を主要化学成分とする化合物、固溶体、ガラス（非晶質体）或いはそれらの何れか２種以上が共存する物質を含む総称である。例を挙げると、ＣａＯをＣ、Ａｌ₂Ｏ₃をＡとすると、組成がＣ₃Ａ、Ｃ₁₂Ａ₇、ＣＡ又はＣＡ₂等で表される結晶、当該組成比率を有する化合物又は混合物を高温溶融した後急冷してなるガラス、Ｃ₁₂Ａ₇を構成するＣの一部をＣａＸ（Ｘは、ハロゲン原子）で置き換えたＣ₁₁Ａ₇・ＣａＸ₂（カルシウムハロアルミネート）や、Ｃ₃Ａを構成するＣの一部をＮａ₂Ｏで置換したＣ₈Ａ₃・Ｎａ₂Ｏ等（カルシウムナトリウムアルミネート）等がある。このようなカルシウムアルミネート類は非晶質カルシウムアルミネートなどのできるだけガラス化率の高いものが好ましく、この場合、ＣとＡの化学成分組成比は、Ｃ／Ａのモル比で２．００以上２．５０未満が好ましい。２．００未満の場合は急結性が低下する傾向にあるので好ましくなく、２．５０を超えると、急冷しても非晶質となり難く、活性が低くなるので好ましくない。該カルシウムアルミネート類は、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ²／ｇ以上が特に好ましい。ブレーン比表面積が４０００ｃｍ²／ｇ未満の場合、急結性が低下することがあるので好ましくない。またカルシウムアルミネート類の急結剤中の配合量は、４０重量％以上が好ましく、それ未満では急結性が大きく低下することがあるので好ましくない。
【００１１】
本発明の急結剤に含有されるアルカリ金属アルミン酸塩は、その組成は特に限定するものではく、例えばアルミン酸カリウムやアルミン酸ナトリウムを挙げることができる。好ましくは、急結剤中にアルカリ金属量が多いと長期強度が低下することから、長期強度発現性を維持する上で、アルカリ金属の成分含有量が酸化物換算で４０重量％未満となる成分組成のアルカリ金属アルミン酸塩が良い。またブレーン比表面積は特に限定されない。アルカリ金属アルミン酸塩の本急結剤中の含有量は、長期強度発現性を維持し易いことから、２０重量％未満が好ましい。
【００１２】
本発明の急結剤の製造方法は特に限定されるものではなく、一例を簡単に記すと、前記特定の石膏、カルシウムアルミネート類及びアルカリ金属アルミン酸塩をそれぞれ公知装置を用いて粉砕・分級し、前記含有量範囲に入るように配合し、ミキサー等で混合すれば得ることができる。
【００１３】
また、本発明の急結剤を使用するベースコンクリートの配合は特に限定されず、従来型の単位セメント量（水硬性粉体量）３６０Ｋｇ／ｍ³、水／セメント重量比６０％程度、細骨材率６０〜６５容量％の一般吹付け用コンクリートでも、単位セメント量４５０Ｋｇ／ｍ³、水／セメント重量比４５％程度、細骨材率６０〜７０容量％の高強度用ベースコンクリートであっても良い。望ましくは、後者の高強度用ベースコンクリートへの使用が推奨される。またベースコンクリートの材料も、特に限定するものではなく、通常用いられている材料を使用することができ、水硬性粉体としては、普通、早強などのポルトランドセメントの他、各種混合セメントが使用できる。また、本発明の急結剤を使用するに際し、モルタル・コンクリートで使用可能な他の混和材（混和剤を含む総称で記す。以下同様）との併用も、本急結剤が本来有する性状に支障を及ぼさない範囲で適宜行なうことができる。通常、使用可能性がある混和材としては、例えば減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、強化用繊維、膨張材、収縮低減剤、ポゾラン反応性微粉、スラグ微粉末、石灰石微粉末等を挙げることができる。
【００１４】
本発明の急結剤を添加した吹付けコンクリートの施工方法については、通常行われている湿式工法を適用することができる。吹付け装置も、ベースコンクリートの種類によらずに、従来より用いられている、例えば単位セメント量（水硬性粉体量）３６０Ｋｇ／ｍ³、水／セメント重量比６０％程度の一般吹付け用コンクリートの吹付け装置をそのまま使用することが可能である。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［使用材料並びにその調整方法］
（１）カルシウムアルミネート；焼バン土頁岩と石灰石を電気炉で約１６００℃で溶融し、これを炉外急冷冷却してカルシウムアルミネートクリンカを作製した。次いで該クリンカをボールミルと分級機を使用し、ブレーン比表面積約５０００ｃｍ²／ｇの粉砕物にした。このカルシウムアルミネート粉末をＸ線回折で調べた結果、ガラス状態と判断される無定形物を主体とし、C₁₂A₇のピークも若干認められた。
（２）石膏；何れも市販品のＩＩ型無水石膏、α型半水石膏及びβ型半水石膏をボールミルと分級機を使用し、ＩＩ型無水石膏についてはブレーン比表面積約４０００ｃｍ²／ｇ（以下、石膏Ａと略記する。）、約７０００ｃｍ²／ｇ（以下、石膏Ｂと略記する。）、約８０００ｃｍ²／ｇ（以下、石膏Ｃと略記する。）、約９０００ｃｍ²／ｇ（以下、石膏Ｄと略記する。）及び約１００００ｃｍ²／ｇ（以下、石膏Ｅと略記する。）の５種を調整し、またα型半水石膏（以下、石膏Ｆと略記する。）とβ型半水石膏（以下、石膏Ｇと略記する。）は何れもブレーン比表面積約２０００ｃｍ²／ｇに調整した。
（３）アルミン酸ナトリウム；昭和電工株式会社製。
（４）普通ポルトランドセメント；太平洋セメント株式会社製。
（５）高性能減水剤；品名「ＮＴ−１０００」，株式会社エヌエムビー製。
（６）細骨材；北九州市小倉南区産砕砂（比重：２．６９）と長崎県壱岐郡郷ノ浦沖合海砂（比重：２．５９）を３：７（重量比）にした混合品。
（７）粗骨材；北九州市門司区鹿喰産砕石（比重：２．８０）。
（８）水；水道水
【００１６】
［ベースコンクリートの作製］
前記使用材料（４）〜（８）を、普通ポルトランドセメント４５０Ｋｇ／ｍ³、高性能減水剤２Ｋｇ／ｍ³、細骨材９５１Ｋｇ／ｍ³、粗骨材６７８Ｋｇ／ｍ³及び水２００Ｋｇ／ｍ³の配合で２軸強制練りミキサに一括投入し、約２０℃で９０秒間混練してベースコンクリートを作製した。
【００１７】
［急結剤の作製］
前記使用材料（１）〜（３）を表１に示す配合となるようＨｅｌｉｃａｌＦｌｉｇｈｔ型混合機に一括投入し、約３００秒間混合して急結剤を作製した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
［コンクリート吹付け試験］
ベースコンクリートに種々の添加率で急結剤を添加し、幅９．０×高さ７．５ｍの半円形で奥行き９．０ｍの模擬トンネル内壁にコンクリートを１回の吹付け量を３．０ｍ³として吹付けた。尚、吹付け装置として、スギウエエンジニアリング株式会社製のスイングエース（商品名）を、急結剤の供給装置として日本プライブリコ株式会社製のＱガン（商品名）を用い、急結剤添加率は急結剤供給装置内の急結剤量を測定し、吹付け開始前と終了後の急結剤量の差から算出した。吹付け後は、吹付け物の急結性を調べた。急結性は、吹付け約１分後のコンクリートの状態を指掌により、握り潰せない場合を○、多少とも握り潰せた場合を×とした。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
石膏Ａを用いた場合、急結剤添加装置のダイヤル値を最大としても、急結性を得ることができなかったのに対し、同一急結剤配合であっても、石膏Ｃ〜Ｇを使用した場合は十分な急結性を得ることができた。また、石膏Ｂは石膏Ｃ〜Ｇで十分な急結性を得ることができた場合と同じ配合量にした急結剤では十分な急結性が得られなかった。更に、石膏ＣよりはＤ、ＤよりはＥ、ＥよりはＦ、ＦよりはＧのほうが、それぞれ低い急結剤添加率で急結性を得ることができた。ただし、石膏Ｃを使用した場合も、石膏の配合量が４０重量％未満である場合は急結剤供給能力が低下し、急結剤添加装置のダイヤル値を最大としても、所望の急結性を得ることが困難であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明による急結剤を使用することで、従来より使用されてきた急結剤供給装置を改良することなく、また作業工程を増やすことなく、短時間で大量に急結剤を供給可能であり、かつ、使用量が少なくともコンクリート吹付け直後に瞬結性が得られる。

Claims

ブレーン比表面積７８００ｃｍ²／ｇ以上の無水石膏及び／又はブレーン比表面積１５００ｃｍ²／ｇ以上の半水石膏４０重量％以上、カルシウムアルミネート類及びアルカリ金属アルミン酸塩を含有してなる吹付けコンクリート用急結剤。