JP2005163478A

JP2005163478A - 吹き付けコンクリート

Info

Publication number: JP2005163478A
Application number: JP2003407152A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Igarashi; 心一五十嵐; Kozo Sato; 幸三佐藤
Original assignee: Kanazawa University NUC; Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Kanazawa University NUC; Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】多量な試験練りを行う必要がなく、施工の省略化及びコスト低減を図ることのできる吹き付けコンクリートを提供する。
【解決手段】セメントと、骨材と、石炭灰とを含み、トンネルの内面に吹き付けられる吹き付けコンクリートは、石炭灰の塑性粘度と、コンクリートをトンネルの内面に吹き付けるための吐出圧力とを直線近似したときの第一の回帰直線の相関係数が０．９９であり、石炭灰の塑性粘度と、石炭灰の総カーボン量とを直線近似したときの第二の回帰直線の相関係数が０．９９である。
【選択図】図２

Description

本発明は、セメントと、骨材と、石炭灰とを含み、トンネルの内面に吹き付けられる吹き付けコンクリートに関する。

トンネル工事では、トンネルを掘削後すぐに地山の緩みを抑えるために、吹き付けコンクリートや、セグメントと呼ばれる鋼製またはコンクリート製のブロックでトンネルの内壁面を覆う一次覆工が施される。次いで、一次覆工面の補強・防護・表面抵抗の軽減を目的とするコンクリート壁を形成する二次覆工が施される。
一次覆工において形成される吹き付けコンクリートは、従来から種々の組成を有するものが知られている。このような吹き付けコンクリートには、例えば、火力発電所等において石炭の燃焼により大量に排出される石炭灰が材料として使用され、資源の有効利用を図ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような石炭灰は、微粉末とした後に混和剤として配合しており、微粉末状の石炭灰が混和されたコンクリートはコンクリートポンプを使用することによりトンネルの内壁面に吹き付けられる。
特開２００１−２０６７５７号公報

しかしながら、微粉末状の石炭灰が混和されたコンクリートは、塑性粘度（粘性）が大きく、一般的なコンクリートに比べて、使用するコンクリートポンプのポンプ吐出圧が増大する。そのため、事前に試験圧送を行うことにより施工性を確認したうえで、石炭灰の添加量を設定しなければならない。その結果、石炭灰やその他セメントや骨材等を配合する配合設計の段階からコンクリートポンプを用意して、多量な試験練りを繰り返す必要が生じることから、その手間がかかるとともにコストが増大するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、多量な試験練りを行う必要がなく、施工の省略化及びコスト低減を図ることのできる吹き付けコンクリートを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、セメントと、骨材と、石炭灰とを含み、トンネルの内面に吹き付けられる吹き付けコンクリートであって、
前記石炭灰の塑性粘度と、前記コンクリートを前記トンネルの内面に吹き付けるための吐出圧力とを直線近似したときの第一の回帰直線の相関係数が０．９９であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、石炭灰の塑性粘度と、石炭灰を吹き付けるための圧力とを直線近似したときの第一の回帰直線の相関係数が０．９９であるので、石炭灰の塑性粘度に応じて、第一の回帰直線から吐出すべき吐出圧力を容易に算出することが可能となる。これによって、コンクリートポンプ等の吐出量も算出でき、また、石炭灰の添加量も決定することができる。
したがって、事前に行う面倒な試験練りを行うことなく、吹き付けコンクリートの施工性を容易に判断でき、施工の省力化及びコスト低減を図ることが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の吹き付けコンクリートにおいて、
前記石炭灰の塑性粘度と、石炭灰の総カーボン量とを直線近似したときの第二の回帰直線の相関係数が０．９９であることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、石炭灰の総カーボン量と塑性粘度とを直線近似したときの第二の回帰直線の相関係数が０．９９であるので、石炭灰の総カーボン量に応じて、第二の回帰直線から石炭灰の塑性粘度を算出することが可能となる。よって、この塑性粘度に基づいて石炭灰を吹き付けるための吐出圧力、吐出量、石炭灰の添加量を算出することが可能となる。

本発明に係る吹き付けコンクリートによれば、石炭灰の塑性粘度と、石炭灰を吹き付けるための圧力とを直線近似したときの第一の回帰直線の相関係数が０．９９であり、石炭灰の総カーボン量と塑性粘度とを直線近似したときの第二の回帰直線の相関係数が０．９９であるので、まず、第二の回帰直線に基づいて、総カーボン量から塑性粘度を算出した後に、第一の回帰直線に基づいて、塑性粘度から吐出圧力を算出する。これによって、コンクリートポンプ等の吐出量、石炭灰の添加量も決定することができ、従来のように事前に試験練りを行うことなく、施工の省略化及びコスト低減を図ることが可能となる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者は、セメントと、骨材と、微粉末状の石炭灰とを含み、トンネルの内面に吹き付けられる吹き付けコンクリートにおいて、石炭灰の塑性粘度と、トンネルの内面に吹き付けるための吐出圧力とを直線近似したときの第一の回帰直線の相関係数が０．９９であり、石炭灰の塑性粘度と、石炭灰の総カーボン量とを直線近似したときの第二の回帰直線の相関係数が０．９９であることを見いだした。

すなわち、第一の回帰直線ｙ＝ａｘ＋ｂは、石炭灰の塑性粘度をｘとし、石炭灰を吹き付けるための吐出圧力をｙとし、最小二乗法により求めたとき、傾きａが０．３４０、ｙ切片が−０．１０である。
一方、第二の回帰直線ｙ＝ａｘ＋ｂは、石炭灰の塑性粘度をｘとし、石炭灰の総カーボン量をｙとして、最小二乗法により求めたとき、傾きａが１．４３、ｙ切片が１５．２である。

本発明に係る吹き付けコンクリートは、例えば、ショートベンチカット工法、全断面工法、及びこれらを適宜組み合わせた工法、ＮＡＴＭ工法等によりトンネルの掘削が行われた地山に、コンクリート吹付工法により吹き付けられて１次履工コンクリート層を構築するのに用いられる。また、１次履工コンクリート層は、２次履工コンクリート層が隣接して打設されることにより履工される。

本発明の吹き付けコンクリートは、セメントと骨材と微粉末状の石炭灰と水とを含有しており、セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、着色ポルトランドセメント等が挙げられるが、特にコスト、施工性といった点から普通ポルトランドセメントが好ましい。

骨材としては、周知の材料を使用することができ、川砂利、山砂利、陸砂利といった砂利類、海砂、砕砂、砕石、鉱滓、高炉スラグ、路盤材等を破砕したもの、脱水処理機後に排出される脱水ケーキ等を使用することができる。また、骨材は、細骨材と粗骨材とを、コンクリートの特性及び作業性といった点から適宜混合して用いることが好ましい。
細骨材とは、公称５ｍｍのふるいでふるい分けた場合、８５％以上がふるいを通過する大きさの骨材を言う。細骨材は、上述した骨材材料から適宜選択して又は混合して用いることもできる。また、粗骨材についても、上述した骨材材料から適宜選択して又は混合して用いることが可能である。
特に、本発明の吹き付けコンクリートは、骨材中に２０〜３０％程度の石炭灰を含ませることが好適である。

上述した第一及び第二の回帰直線は、以下の試験方法を行うことにより導き出される。
まず、使用材料として、火力発電所から発生し、未燃カーボン量、粒度分布の異なる３種類の原粉石炭灰Ａ〜Ｆを準備する。
表１は、これら３種類の原粉石炭灰Ａ〜Ｆに対して各物理試験を行った結果である。具体的には、密度、ブレーン値、強熱減量、フロー値比、活性度指数を示した。また、表２は、３種類の原粉石炭灰Ａ〜Ｆの化学分析結果である。

また、原粉石炭灰Ａ〜Ｆ以外に使用する材料として、セメント、細骨材、粗骨材、化学混和剤、急結材、水を準備する。これら各材料は表３に記載の仕様及び密度を有するものを使用する。

そして、原粉石炭灰Ａ〜Ｆと上記各材料とを表４に示す目標スランプの範囲内となるように試験練りを行い、試験練りにより決定した所定の配合量（表４参照）で、傾胴式ミキサ等を用いて混練し、コンクリートＡ〜Ｆを作製する。
なお、スランプは、円錐台形の所定の筒にコンクリートを棒で突き固めながら打ち込み、この筒を取り除いた場合に生じるコンクリートの沈下をｃｍで示したものである。

また、比較として通常使用されている配合（一般配合）のコンクリートも準備した。

さらに、混練りしたコンクリートＡ〜Ｆ、コンクリート（一般配合）に対して施工性の確認として、スランプ試験、空気量の評価、コンクリート温度の計測、レオロジー試験（塑性粘度の評価）を行い、その結果を表５に示す。
空気量の評価はＪＩＳＡ１１２８に準じて行い、コンクリート温度は棒温度計で測定した。また、スランプ試験及びレオロジー試験はＪＩＳＡ１１０１に準じて行った。

レオロジー試験は、具体的には図１に示すように、コンクリート（図示しない）をスランプコーン１に詰めた後、このスランプコーン１を下方に配置した底板２に対向して上方に設置する。また、スランプコーン１の下面にプレート３を設置し、プレート３と底板２との間（プレート３から１００ｍｍ下の位置）に止め金４を設置する。そして、スランプコーン１を抜き取ることによって、コンクリートのスランプにより落下するプレート３が止め金４に達するまでの時間を測定し、次式により塑性粘度（η）を求めた。
η＝２５×１０^-3ρＴ（Ｓ＜２００ｍｍの場合）
ここで、ρはコンクリートの密度（ｋｇ／ｍ³）、Ｓはスランプ（ｍｍ）、ηは塑性粘度（Ｐａ／ｓｅｃ）、Ｔはプレート３が止め金４に達するまでの時間（ｓｅｃ）である。

その後、上述の各コンクリートＡ〜Ｆ、コンクリート（一般配合）の吹き付け試験を行った。
ここで、吹き付け実験に使用した設備としては、コンクリートポンプ式吹き付け機、コンプレッサ、急結剤添加装置等を使用する。すなわち、コンクリートポンプ式吹き付け機に対してコンプレッサが加圧して、コンクリートポンプ式吹き付け機内のコンクリートをトンネルの内面に吹き付ける。この際に、急結剤添加装置に対してもコンプレッサが加圧して急結剤をコンクリートポンプ式吹き付け機から吐出するコンクリートに添加させる。
なお、吹き付け試験の条件は、各コンクリートの吐出量１０ｍ³／ｈ、急結剤添加率７（Ｃ×％）、急結剤吐出量４．２ｋｇ／ｍｉｎとする。
さらに、模擬トンネルは、高さ４．５ｍ、幅５．５ｍ、長さ２０ｍであり、吹き付け試験時はトンネルの片側をシートで塞ぎ、風の吹き抜けを防止した。このような条件下で吹き付け試験を行った。

以上の試験結果より、各コンクリートＡ〜Ｆ、コンクリート（一般配合）における石炭灰の塑性粘度（Ｐａ・ｓ）、ポンプ吐出圧（ＭＰａ）、石炭灰の総カーボン量（ｋｇ／ｍ³）の関係を表６に示した。

また、塑性粘度（Ｐａ・ｓ）とポンプ吐出圧（ＭＰａ）との関係を図２、塑性粘度（Ｐａ・ｓ）と総カーボン量（ｋｇ／ｍ³）との関係を図３に示した。

図２及び図３より、塑性粘度ｘとポンプ吐出圧ｙとの間には良い相関関係が見られ、塑性粘度ｘと総カーボン量ｙとの間にも良い相関関係が見られることがわかる。すなわち、図２より塑性粘度ｘとポンプ吐出圧ｙとを直線近似したときの第一の回帰直線が、ｙ＝０．３４０ｘ−０．１０であり、図３より塑性粘度ｘと総カーボン量ｙとを直線近似したときの第二の回帰直線が、ｙ＝１．４３ｘ＋１５．２となり、各回帰直線の相関係数Ｒが０．９９である。

したがって、本発明では、使用する石炭灰の総カーボン量を測定することによって、第二の回帰直線に基づいて総カーボン量から塑性粘度を算出でき、この塑性粘度から第一の回帰直線に基づいてコンクリートポンプのポンプ吐出圧力を算出することができる。また、このように総カーボン量から吐出圧力を算出できることから、コンクリートポンプのポンプ吐出圧力と吐出量との理論性能グラフ（図示しない）から吐出量も算出することができる。さらに、石炭灰の添加量も予め算出することが可能となる。よって、従来のように事前に多量の試験練りを行うことなく、容易に配合して吹き付けコンクリートを得ることができ、施工の省略化及びコスト低減につながる。

本発明の実施の形態を示すためのもので、レオロジー試験の説明図である。同、石炭灰の塑性粘度とポンプ吐出圧力との関係を示す図である。同、石炭灰の総カーボン量と石炭灰の塑性粘度との関係を示す図である。

Claims

セメントと、骨材と、石炭灰とを含み、トンネルの内面に吹き付けられる吹き付けコンクリートであって、
前記石炭灰の塑性粘度と、前記コンクリートを前記トンネルの内面に吹き付けるための吐出圧力とを直線近似したときの第一の回帰直線の相関係数が０．９９であることを特徴とする吹き付けコンクリート。
前記石炭灰の塑性粘度と、石炭灰の総カーボン量とを直線近似したときの第二の回帰直線の相関係数が０．９９であることを特徴とする請求項１に記載の吹き付けコンクリート。