JP2007205015A - 吹付け工法およびセメントモルタル硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントモルタルの吐出量が小規模の吹付けにおいて、安定した品質のセメントモルタルを供給する吹付け工法およびそれを用いたセメントモルタル硬化体を提供する。
【解決手段】液体硬化促進剤をミスト状にしてセメントモルタルに添加することを特徴とする吹付け工法であり、液体硬化促進剤が硫酸アルミニウム、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の中から選ばれるいずれか１つを含有している吹付け工法が好ましい。また、液体硬化促進剤を貯蔵するタンク、該タンクから送液するための液体ポンプ、送液量を計測するための電磁流量計、およびポンプで送液される液体硬化促進剤と圧縮空気を合流混合させてミスト状にして圧縮空気と共に圧送するためのミスト状液体硬化促進剤製造器を有する液体硬化促進剤添加システムを使用する吹付け工法である。さらに、前記吹付け工法を用いて得られるセメントモルタル硬化体である。
【選択図】なし

Description

本発明は、土木及び建築分野において、主にコンクリート構造物の補修および補強工事に用いられる、セメントモルタルを吹き付ける吹付け工法およびセメントモルタル硬化体に関する。

コンクリート構造物の補修および補強において、劣化部を除去した後に、新たに耐久性に優れたセメントモルタルで除去した断面を吹付けで修復する断面修復工法が行われている。この断面修復工法は、セメントモルタルの吐出量が１ｍ^３／ｈｒ以下である場合が多く、硬化促進剤を併用せずにポリマーセメントモルタルを吹付けるケースが多く、１層あたりの吹付け厚みは天井面で３０ｍｍ程度であり、それ以上の修復厚みの場合は、数層に分けて施工しなければならず施工に長時間を要した。近年、このような欠点を克服した補修吹付け技術として液状硬化促進剤を併用する吹付け材料および工法が開発されている（特許文献１、２）。

特開２００５−１０４８２６号公報 特開平１１−２７０１４４号公報

本発明は、セメントモルタルの吐出量が小規模の吹付けにおいて、安定した品質のセメントモルタルを供給する吹付け工法およびそれを用いたセメントモルタル硬化体を提供する。

すなわち、本発明は、（１）液体硬化促進剤をミスト状にしてセメントモルタルに添加する吹付け工法、（２）液体硬化促進剤が硫酸アルミニウム、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の中から選ばれる少なくとも１つを含有している（１）の吹付け工法、（３）液体硬化促進剤を貯蔵するタンク、該タンクから送液するための液体ポンプ、送液量を計測するための電磁流量計、および該液体ポンプで送液される液体硬化促進剤と圧縮空気を合流混合させてミスト状にして圧縮空気と共に圧送するためのミスト状液体硬化促進剤製造器を有する液体硬化促進剤添加システムを使用する（１）または（２）の吹付け工法、（４）電磁流量計で示される送液量が、下記４つ（（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ））のいずれかの条件またはこれら条件の２つ以上の条件を組み合わせた時に±１５％以内の変動量の送液安定性を有する液体硬化促進剤添加システムである（３）の吹付け工法、（Ａ）液体硬化促進剤の送液量が２０〜１５００ｃｍ^３／ｍｉｎ、（Ｂ）液体硬化促進剤をミスト状で圧送するとき、圧縮空気の圧力が０．６〜０．８ＭＰａで、圧縮空気流量が０．３〜１．５ｍ^３/ｍｉｎ、（Ｃ）ミスト状液体硬化促進剤を圧送するときの圧縮空気流量に対して、合流混合させるセメントモルタルの吐出量が１／５０〜１／１５０、（Ｄ）内径１５ｍｍ以内のホースでミスト状液体硬化促進剤を圧送するときの距離が水平距離で３０ｍ以内、（５）（１）〜（４）のうちのいずれかの吹付け工法を用いて得られるセメントモルタル硬化体、である。

本発明の吹付け工法により、安定した品質のセメントモルタルおよびセメントモルタル硬化体が得られる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で使用するセメントモルタルは、各種要求性能に適合するセメントモルタルであればいずれも使用可能であり、また、ドライミックスセメントモルタルを吹き付ける乾式吹付け材料や、ウェットミックスモルタルを吹き付ける湿式吹付け材料のいずれも吹付け施工に適合したものであれば使用可能である。

本発明で使用する液体硬化促進剤は、セメントモルタルの凝結速度を速める液状の物質であればいずれも使用可能である。例えば、一般に市販されているものが使用でき、酸性の硫酸アルミニウムを主成分とする液体硬化促進剤、アルカリ金属の炭酸塩、アルミン酸塩、硫酸塩、重炭酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ケイ酸塩等を含有する液体硬化促進剤、アルカリ土類金属の水酸化物、亜硝酸塩、硝酸塩等を含有する液体硬化促進剤等が挙げられ、これらのうち少なくとも１つを含有するものである。

本発明の吹付け工法では、液体硬化促進剤をミスト状にしてセメントモルタルに添加することを特徴とする。通常、セメントモルタルに液体硬化促進剤をそのまま混合する方法を行われているが、液体硬化促進剤をミスト状にして添加することにより、吹付け用の安定した品質のセメントモルタルが得られる。

液体硬化促進剤をミスト状にするシステムは、特に限定されるものではないが、例えば、液体硬化促進剤を貯蔵するタンク、送液するポンプ、送液量を計測する電磁流量計、およびポンプで送液される液体硬化促進剤と圧縮空気を合流混合させてミスト状にして圧縮空気と共に圧送するためのミスト状液体硬化促進剤製造器を有する液体硬化促進剤システムがある。

液体硬化促進剤を貯蔵するタンクは、施工中に頻繁に継ぎ足ししなくてもいいように適度な容量を有するものが好ましい。貯蔵量は特に限定するものではないが、移動が簡便で狭い場所でもじゃまにならない程度の２０〜７０リットル程度であることが好ましい。また、使用する液体硬化促進剤は酸性領域またはアルカリ性領域であるため、耐薬品性に優れた材質のものを使用する。

液体硬化促進剤を送液するポンプは、一般的に市販されているものが使用できる。例えば、渦巻、斜流、軸流等の遠心力を利用した遠心式、ギヤー、スクリュー、ベーン等の回転による容積変化を利用した容積回転方式、ピストン、プランジャー・ダイヤフラム、ベロー等の容積往復動方式のポンプが使用できる。ポンプは、脈動を減らすためにデュアル構造にしたり、チャンバーを設けることが好ましい。スクイズ方式のポンプは脈動が多く、送液安定性を満足できない場合が多く、定量性あるいは脈動が少ないという点で容積回転方式や容積往復動式のポンプ、例えば、プランジャー・ダイヤフラム方式のポンプの使用が好ましい。使用するポンプの材質は耐薬品性に優れたものを選定する。
また、ポンプは、インバータ制御等により送液量を可変できるものを使用する。可変範囲は２０〜１５００ｃｍ^３／ｍｉｎのものが好ましく、５０〜１０００ｃｍ^３／ｍｉｎのものがより好ましい。２０ｃｍ^３／ｍｉｎ未満であると本発明の吹付けに使用できるシステムを構築することが難しい場合があり、１５００ｃｍ^３／ｍｉｎを超えるとポンプが大型化しコンパクトなシステムにできない場合がある。１ｍ^３／ｈｒ以下のセメントモルタルの吐出量であればそれを超える送液能力のポンプは必要ない。

送液量を計測する電磁流量計は、一般的に市販されているものが使用でき、送液量を計測し、液体硬化促進剤が適正量セメントモルタルに添加されているか、送液量にばらつきがないかをモニター監視するために設置する。積算カウント機能を有するものを使用することで、１日のセメントモルタル使用量に対する液体硬化促進剤の使用量等も算出でき、施工管理を確実に行うことが可能である。また、液体硬化促進剤の密度を監視プログラムに入力することで質量換算による表示も可能である。

ミスト状液体硬化促進剤製造器とは、ポンプから送液される液体硬化促進剤と圧縮空気を合流混合させてミスト状にして圧縮空気と共に圧送するためのものであり、圧縮空気と送液される液体硬化促進剤を合流させるための合流配管を施したもので、圧力計、空気流量計、空気流量調整バルブ等で構成されている。

以下、図面を用いてさらに詳細に説明する。

図１は、液体硬化促進剤添加システムにおける送液システムである。（１）は、液体硬化促進剤を貯蔵するタンクで、バルブ（２）を接続した配管からポンプ（３）を作動させて液体硬化促進剤を吸引する。チャンバー（４）は、液体硬化促進剤を貯留させるもので、このチャンバー（４）に液体硬化促進剤が貯まるに従い加圧され、ほぼ満タンに達するとバルブ（１２）を接続した配管の方へ液体硬化促進剤が加圧送液される。加圧送液された液体硬化促進剤は電磁流量計（７）、圧力計（８）を介して流れ、その時の電気信号を読み取り、制御盤（６）に流量および圧力としてモニター表示される。また、制御盤（６）は、ポンプの動停止スイッチおよびインバータ制御装置を設置することで流量調整も可能である。さらに、制御盤（６）にはリモコン（１０）を取り付けることでポンプの動停止、流量調整を遠隔操作することも可能である。タンク（１）上部には、圧力設定を可変できる安全弁（５）を設け、例えば、１ＭＰａを超える圧力が作用した場合に自動的にタンク（１）に液体硬化促進剤が戻るようにしてある。バルブ（１１）を接続した配管は、本発明のポンプは加圧下で送液する仕組みであるので送液終了時は配管内が加圧されたままの状態となる。従って、洗浄作業等で配管等を分解する際に常圧まで戻すための圧抜き用のリターン配管である。ポンプ送液中は、バルブ（１１）は閉め、バルブ（２）およびバルブ（１２）を開けて送液する。

図２は、送液されてくるミスト状液体硬化促進剤を製造する配管システムである。バルブ（１３）を接続した配管からは、図１の送液システムから送液される液体硬化促進剤が流入し、バルブ（１４）を接続した配管からはコンプレッサーから導入される圧縮空気が流入する。圧縮空気流入配管側には、施工における吹付け状態をコントロールできるように、圧力計（１５）、空気流量計（１６）、空気流量調整バルブ（１７）が接続されている。図３は、液体硬化促進剤と圧縮空気の合流混合部（１８）で、合流混合部（ａ）のように、ミスト状液体硬化促進剤の進行方向に対し混合部の配管径を大きくすることで流入する圧縮空気中への液体の分散性高め、液体硬化促進剤の流入配管を図のように流入抵抗を低減させる目的で１０〜１２０°に傾斜させた配管構造としたものや、合流混合部（ｂ）にように、ミスト状液体硬化促進剤の進行方向に対し配管径は変えずに、液体硬化促進剤の流入配管を図のように流入抵抗を低減させる目的で１０〜１２０°に傾斜させた配管構造としたものが使用できる。圧縮空気への分散性が高まる点で合流混合部（ａ）のタイプの使用が好ましい。
施工のときは、バルブ（１３）、バルブ（１４）、バルブ（１９）すべてを開けて、流量調整バルブ（１７）で空気流量を調整する。
液体硬化促進剤をミスト状で圧送するときは、コンプレッサーから導入される圧縮空気を使用する。その時のコンプレッサー吐出口の圧縮空気圧力は、通常０．６〜０．８ＭＰａの範囲内であり、圧縮空気流量は、流量調整バルブ（１７）において、０．３〜１．５ｍ^３/ｍｉｎとなるように調整する。調整方法は、ミスト状液体硬化促進剤を圧送しながら行う。０．３ｍ^３/ｍｉｎ未満であると、良好な分散状態でミスト状液体硬化促進剤を圧送することができない可能性があり、１．５ｍ^３/ｍｉｎを超えると、空気流量が多すぎて液状硬化促進剤の混合部での流入抵抗が大きくなり定量的な流入ができない可能性がある。

図４は、ミスト状液体硬化促進剤添加システムを使用したセメントモルタルの吹付けシステムである。ミスト状液体硬化促進剤は圧送ホース（２０）を通り、ノズル部のシャワーリング管から圧縮空気と共に噴射され、ポンプ圧送されるセメントモルタルと合流混合して吹き付け施工を実施する。
ミスト状液体硬化促進剤を圧送するときの圧縮空気流量に対して、合流混合させるセメントモルタルの吐出量は１／５０〜１／１５０（容積比）となるように調整する。１／５０未満であると、モルタルの吐出量が多すぎて、ミスト状液体硬化促進剤の噴射抵抗が増加しセメントモルタルとの混合性が低下する可能性があり、１／１５０を超えると、モルタルの吐出量が少なすぎて、吹付け作業空間にミストが発生しすぎて作業環境を悪化させる可能性がある。
ミスト状液体硬化促進剤を圧送する配管距離は、内径１５ｍｍ以内のホースを使用した時は３０ｍ以内が好ましい。３０ｍを超えると、圧送に伴う配管抵抗が大きくなりすぎ、液体硬化促進剤の分散性安定性が低下し、ホース内に液状となって滞留する可能性がある。
ミスト状液体硬化促進剤添加システムの送液安定性は、送液量の変動量が±１５％の範囲内であることが好ましい。この範囲外では安定した送液が難しい場合がある。

以下、実施例に基づき説明する。

図１のプランジャー・ダイヤフラム方式の送液ポンプを装備した液体硬化促進剤添加システムに図２のミスト状液体硬化促進剤製造器（図３の合流混合部（ａ）を採用、液体硬化促進剤流入管角度は９０°）を接続し、内径１２ｍｍで圧送距離２０ｍのホースを図４に示すようにノズルに接続した。一方，圧送距離１０ｍのセメントモルタルを圧送するホースをノズルに接続し、圧送されるセメントモルタルとミスト状液体硬化促進剤Ａとを合流混合させ、厚み１５ｃｍで１ｍ²の面積に対し圧縮空気流量を変化させ吹き付け、得られたセメントモルタル硬化体の平均圧縮強度及び圧縮強度変動係数を求めた。この時のミスト状液体硬化促進剤Ａの送液量は３００ｃｍ^３/ｍｉｎ、圧縮空気流量に対するモルタル吐出量割合は１／１００、圧縮空気圧力は０．７ＭＰａとした。なお、比較のために、スクイズ方式ポンプを用いて同様な試験を行った場合と、両ポンプを用いて圧縮空気をシャワーリング管の後で導入し、液体硬化促進剤のみをシャワーリング管から非ミスト状で添加する方式で実施した場合も示す。スクイズ方式ポンプを用いた試験では、チャンバー（４）、安全弁に導入する配管、および圧抜き用のリターン配管は除いた。結果を表１に示す。

（使用材料）
セメントモルタル：電気化学工業社製、商品名テクノショットモルタル２５ｋｇと水３．７ｋｇを練り混ぜたもの
液体硬化促進剤Ａ：硫酸アルミニウム濃度２７質量％の水溶液

（液体硬化促進剤送液ポンプ）
ポンプ（１）：プランジャー・ダイヤフラム方式、市販品
仕様：電源２００Ｖ、吐出能力２０〜１５００ｃｍ^３／ｍｉｎ
ポンプ（２）：スクイズ方式、市販品
仕様：電源２００Ｖ、吐出能力１００〜３０００ｃｍ^３／ｍｉｎ
（セメントモルタル圧送ポンプ）
スクイズ式モルタルポンプ、市販品
仕様：電源：２００Ｖ、消費電力３．７ＫＷ
（練混ぜ用ミキサー）
パン型ミキサー、市販品
仕様：電源２００Ｖ、消費電力１．０ＫＷ

（試験方法）
空気流量：図２に示す空気流量計（１６）にて計測
平均圧縮強度及び圧縮強度変動係数：厚み１５ｃｍで１ｍ^２の面積を吹き付け、１日後にφ５．５ｃｍでコアリングしφ５．５×１１ｃｍに成形した供試体２０本を作製した。２０本すべてにおいて、材齢２日の圧縮強度を測定し平均値を求め、さらに標準偏差を算出し圧縮強度変動係数を求めた。圧縮強度の測定は、ＪＩＳ Ａ １１１８に準拠した。

表１より、本発明の吹付け工法によれば、圧縮強度の変動係数が小さい安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

液体硬化促進剤の種類および圧縮空気の空気流量を表２に示すように変え、液体硬化促進剤をミスト状で圧送したときの送液安定性を確認したこと以外は実施例１と同様に行った。本試験は、セメントモルタルを圧送せず（使用せず）にノズルからミスト状液体硬化促進剤を噴射させて実施し、圧縮空気の圧力は０．７ＭＰａとし、プランジャー・ダイヤフラム方式のポンプを用いて液体硬化促進剤の種類を変え、圧力を測定した。結果を表２に示す。

（使用材料）
液体硬化促進剤Ｂ：電気化学工業社製、ナトミックTYPE−Ｌ
液体硬化促進剤Ｃ：２５質量％亜硝酸カルシウム溶液、市販品

（試験方法）
送液量の変動：電磁流量計で表示される送液量の変動幅を計測し、平均送液量に対する変動率を算出した。
圧力：図１に示す圧力計（８）で計測

表２より、本発明の吹付け工法によれば、液体硬化促進剤の送液量の変動が少なく、安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

ポンプの種類をプランジャー・ダイヤフラム方式またはスクイズ方式とし、実施例１で使用した液体硬化促進剤Ａの送液量を表３に示すように変え、液体硬化促進剤を送液した時の脈動を確認したこと以外は、実施例２と同様に行った。結果を表３に示す。

（試験方法）
脈動：図１に示す電磁流量計（７）を通して吐出されてきた状態を目視により観察

表３より、本発明の吹付け工法によれば、液体硬化促進剤の送液量の変動が少なく、安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

液体硬化促進剤の送液量および圧縮空気の空気流量を表５に示すように変え、実施例３と同様に液体硬化促進剤をミスト状で圧送したときの送液安定性を確認した。結果を表４に示す。

表４より、本発明の吹付け工法によれば、液体硬化促進剤の送液量の変動が少なく、安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

プランジャー・ダイヤフラム方式のポンプを用い、送液量を３００ｃｍ^３／ｍｉｎ、圧縮空気流量を１．０ｍ^３／ｍｉｎに設定し、図３に示す合流混合部の種類（（ａ）、（ｂ））および液体硬化促進剤流入管の角度を表５に示すように変えた以外は実施例３と同様に行った。結果を表５に示す。

表５より、本発明の吹付け工法によれば、液体硬化促進剤の送液量の変動が少なく、安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

プランジャー・ダイヤフラム方式のポンプを用いてミスト状液体硬化促進剤製造器の合流混合部（ａ）で流入角度を９０°とし、圧縮空気流量、送液量、およびセメントモルタルの圧縮空気流量に対する吐出量割合（容積比）を表６に示すように変えたときの送液安定性を確認したこと以外は実施例１と同様に行った。使用したセメントモルタルは、市販されている吹付け用断面修復材を使用した。結果を表６に示す。

表６より、本発明の吹付け工法によれば、液体硬化促進剤の送液量の変動が少なく、安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

実施例６の実験No.6-4の条件で、ミスト状液体硬化促進剤の圧送距離を表７に示すように変えた以外は実施例６と同様に行った。結果を表８に示す。

表７より、本発明の吹付け工法によれば、液体硬化促進剤の送液量の変動が少なく、安定した品質のセメントモルタルを供給することが可能となることが分かる。

本発明の吹付け工法により、安定した品質のセメントモルタルおよびセメントモルタル硬化体が得られ、コンクリート構造物の補修分野等に幅広く適用できる。

液体硬化促進剤添加システムにおける送液システムの例を示す概略図である。 送液されてくるミスト状液体硬化促進剤を製造する配管システムの例を示す概略図である。 前記配管システムにおける合流混合部（１８）の拡大概略図（ａ）、（ｂ）である。 ミスト状液体硬化促進剤添加システムを使用したセメントモルタルの吹付けシステムの例を示す概略図である。

符号の説明

Ａ：水
Ｂ：圧縮空気
Ｃ：液体硬化促進剤
Ｄ：ミスト状液体硬化促進剤
Ｅ：ノズル
Ｆ：シャワーリング管
Ｇ：セメントモルタル
（１）：液体硬化促進剤の貯蔵タンク
（２）：タンク出口のバルブ
（３）：ポンプ
（４）：チャンバー
（５）：安全弁
（６）：制御盤
（７）：電磁流量計
（８）：圧力計
（９）：ブルドン管方式圧力計
（１０）：リモコン
（１１）：リターン配管のバルブ
（１２）：送液システム吐出口のバルブ
（１３）：液体硬化促進剤流入側バルブ
（１４）：圧縮空気流入側バルブ
（１５）：ブルドン管方式圧力計
（１６）：空気流量計
（１７）：空気流量調整バルブ
（１８）：合流混合部
（１９）：ミスト状液体硬化促進剤吐出口のバルブ
（２０）：ミスト状液体硬化促進剤圧送ホース

Claims (5)

1. 液体硬化促進剤をミスト状にしてセメントモルタルに添加することを特徴とする吹付け工法。
2. 液体硬化促進剤が硫酸アルミニウム、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の中から選ばれる少なくとも１つを含有していることを特徴とする請求項１記載の吹付け工法。
3. 液体硬化促進剤を貯蔵するタンク、該タンクから送液するための液体ポンプ、送液量を計測するための電磁流量計、および該液体ポンプで送液される液体硬化促進剤と圧縮空気を合流混合させてミスト状にして圧縮空気と共に圧送するためのミスト状液体硬化促進剤製造器を有する液体硬化促進剤添加システムを使用することを特徴とする請求項１または２記載の吹付け工法。
4. 電磁流量計で示される送液量が、下記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の４つのいずれかの条件またはこれら条件の２つ以上の条件を組み合わせた時に±１５％以内の変動量の送液安定性を有する液体硬化促進剤添加システムであることを特徴とする請求項３に記載の吹付け工法。
   （Ａ）液体硬化促進剤の送液量が２０〜１５００ｃｍ^３／ｍｉｎ
   （Ｂ）液体硬化促進剤をミスト状で圧送するとき、圧縮空気の圧力が０．６〜０．８ＭＰａで、圧縮空気流量が０．３〜１．５ｍ^３/ｍｉｎ
   （Ｃ）ミスト状液体硬化促進剤を圧送するときの圧縮空気流量に対して、合流混合させるセメントモルタルの吐出量が１／５０〜１／１５０
   （Ｄ）内径１５ｍｍ以内のホースでミスト状液体硬化促進剤を圧送するときの距離が水平距離で３０ｍ以内
5. 請求項１〜４のうちのいずれか１項記載の吹付け工法を用いて得られることを特徴とするセメントモルタル硬化体。

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