JP2011001203A

JP2011001203A - 吹付け方法

Info

Publication number: JP2011001203A
Application number: JP2009143048A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Iwasaki; 昌浩岩崎; Akitoshi Araki; 昭俊荒木; Isao Terajima; 寺島　　勲; Shunichi Mishima; 俊一三島; Takamitsu Murokawa; 貴光室川
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】
道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて露出した地山面に、短時間に高い強度発現性を得るコンクリート材料を吹き付ける方法を提供する。
【解決手段】
セメント100質量部に対して、５〜15質量部の石膏を含有する吹付けセメントコンクリートに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを含有する粉体急結剤と、硫酸アルミニウムを含有する液体急結剤とを混合する吹付け材を吹付ける吹付け方法、カルシウムアルミネート100質量部に対して、アルカリ金属アルミン酸塩が、１〜50質量部である、また、水酸化カルシウムが、１〜20質量部である吹付け方法、セメント100質量部に対して、粉体急結剤が２〜10質量部である、また、液体急結剤が固形物換算で0.5〜３質量部である吹付け方法、吹付けセメントコンクリートと、粉体急結剤と、液体急結剤とを別途圧送して混合して吹き付ける吹付け方法を構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて露出した地山面に、短時間に高い強度発現性を得るコンクリート材料を吹き付ける方法に関する。

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などに急結剤をコンクリートに配合した急結性吹付けコンクリートの吹付け工法が行われている。

吹付け工法に使用される急結剤は大きく分類すると、カルシウムアルミネートやアルカリ金属アルミン酸等を主成分とする粉体急結剤と、アルカリ金属アルミン酸塩や硫酸アルミニウムなどを主成分とする液体急結剤の二種類が挙げられる。

粉体急結剤の特性としては、吹付けセメントコンクリートと混合した時の凝結促進作用が大きく、コンクリートが速やかに硬化するため、崩落の危険がある地山面を保護でき、また、湧水部への吹付けに大きな効果を示すことが挙げられる。
しかしながら、粉体急結剤の急結剤供給装置が大規模で、かつ、圧縮空気を調製し、圧送するコンプレッサーなどの装置が別に必要であり、さらに、粉体急結剤を空気圧送して吹付けセメントコンクリートと混合した時に粉体急結剤の一部が作業空間に粉じんとして飛散する場合があるなどの課題があった。

また、液体急結剤の特性としては、急結剤供給装置が簡易であること、吹付けセメントコンクリートへの供給に定量性があること、吹付けセメントコンクリートとの混合が良好であること、急結性吹付けセメントコンクリートの地山への付着力が良好であり、跳ね返り率（リバウンド率）が少ないことなどが挙げられる。
しかしながら、吹付けセメントコンクリートと混合した時の凝結促進作用が粉体急結剤と比較して弱く、軟弱な地山や湧水部への吹付けに使用できない、厚吹きには適さないなどの課題があった。

作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けを行うために、粉体急結剤と液体急結剤を併用した吹付け工法や吹付け装置等が提案されている（特許文献１〜特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１は、アルカリ金属アルミン酸塩と水酸化カルシウムを併用することを記載するものではなく、また、特許文献２や特許文献３はセメントコンクリートに石膏を配合することや、アルカリ金属アルミン酸塩と水酸化カルシウムを併用することを記載するものではなく、さらに、これらの吹付け工法や装置等を用いても、凝結性や短時間強度発現性が充分とはいえないという課題があった。

一方、セメントに石膏を添加して、吹付けセメントコンクリートを調製し、それに、急結剤を混合する吹付工法も提案されている（特許文献４、特許文献５参照）。

しかしながら、上記吹付工法は、粉体急結剤と液体急結剤を併用すること、アルカリ金属アルミン酸塩と水酸化カルシウムを併用することを記載するものではなく、これらの工法を用いても、凝結性や短時間強度発現性が充分とはいえないという課題があった。

また、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを急結剤とする吹き付け用セメントコンクリート材料及びそれを用いる吹き付け方法も提案されている（特許文献６参照）。

しかしながら、この特許文献６には、粉体急結剤と液体急結剤とを併用することについて、特に、付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉じん量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けを行うために液体急結剤を併用することについては全く記載がない。

特開平１１−３２４５８７号公報特開２００７−０２３７０７号公報特開２００７−２７７０５１号公報特開平１０−３２４５５３号公報特開２００４−１５５６５４号公報特開２００８−１３７８１７号公報

近年のトンネル掘削工事においては、掘削技術の進歩により、掘削速度を速くした高速掘進工法が用いられるようになってきた。高速掘進工法を用いた場合、地山からの大きな圧力が掘削後早期からかかることから、従来の吹付けコンクリートより短時間で強度の高い吹付けコンクリートが期待されている。
また、地山の圧力によりトンネル形状に大きな変形が生じるような地山の悪い場合は、吹付けコンクリートにひび割れが生じ、場合によっては剥がれ落ちるおそれがある。通常、掘削後比較的初期から地山圧力がかかる場合が多いことから、このような条件下でも、短時間の強度発現性が高い吹付けコンクリートが求められている。

一方、作業環境の改善のために発生粉じんの少ない吹付けコンクリートへの要望も高まっており、このような状況を鑑み、短時間の高い強度発現性と低粉じん性能を兼ね備える吹付けコンクリートの開発が待たれていた。

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の材料を使用し、特定の方法によって、吹付け時の発生粉じんを抑制しながらも、短時間に高い強度発現性を得ることができることを確認して本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、セメント100質量部に対して、５〜15質量部の石膏を含有してなる吹付けセメントコンクリートに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを含有してなる粉体急結剤と、硫酸アルミニウムを含有してなる液体急結剤とを混合してなる吹付け材を吹付ける吹付け方法であり、前記吹付け材が、さらに、繊維物質を含有してなる前記吹付け方法であり、前記石膏が、無水石膏である前記吹付け方法であり、前記カルシウムアルミネート100質量部に対して、前記アルカリ金属アルミン酸塩が、１〜50質量部である、また、前記水酸化カルシウムが、１〜20質量部である前記吹付け方法であり、前記粉体急結剤が、セメント100質量部に対して、２〜10質量部である吹付け方法であり、前記液体急結剤が、セメント100質量部に対して、固形物換算で0.5〜３質量部である前記吹付け方法であり、前記吹付けセメントコンクリートと、前記粉体急結剤と、前記液体急結剤とを別途圧送して混合して吹き付ける前記吹付け方法であり、前記粉体急結剤と前記液体急結剤を配合して調製してなる急結剤スラリーを、前記吹付けセメントコンクリートに混合して吹付け材とし、吹付ける前記吹付け方法である。

本発明の粉体急結剤と液体急結剤を併用することで、大きな急結力を発現し、粉体急結剤と液体急結剤単独の性能値の合計を大きく上回る急結性能があらわれ、初期の付着力が良好で、吹付け後10分程度から圧縮強度が1.5N/mm²以上と高い初期強度発現性を持ち、かつ、リバウンド率が小さく、吹付け時に発生する粉じん量が少ない、急結性吹付けセメントコンクリートを得ることが可能となった。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。
本発明でいうセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメントが使用でき、必要とされる要求事項により使い分けることができる。
本発明で使用するコンクリートのセメント量は、作業性や、粘性、経済性の面から、360〜600kg/m³であり、400〜500kg/m³がより好ましい。

本発明では、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や強度発現性付与のため、吹付けセメントコンクリートに石膏を配合する。
本発明では、セメントコンクリート製造プラントで確実に石膏を混合練混ぜすることが可能であるため、付着性やリバウンドなどの凝結性や、短時間強度発現性等の性能が向上する。
また、急結剤の量を少なくすることが可能となるため、添加装置も小さくすることが可能であり、人力による投入の手間も減少するため経済的である。
本発明で吹付けセメントコンクリートに添加混合する石膏としては、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、強度発現性等の面から無水石膏の使用が好ましい。
石膏の粒度は、通常セメントに使用される程度、例えば、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000cm²/g程度でよく、さらに微粉末とすればより好ましい。
石膏の使用量は、セメント100部に対して、５〜15部であり、７〜12部が好ましい。５部未満では強度発現性を高めることが難しく、15部を超えると長期に膨張してコンクリートが破壊するおそれがでてくる。

本発明で使用する粉体急結剤は、初期の凝結を促進し、強度増進させるものであり、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを含有してなるものである。
粉体急結剤は、粉体でも使用可能であるが、セメントコンクリートとの混合性改善や、吹付け時の発生粉じんを低減させるなどの面から、液体急結剤と混練したスラリーとして使用することが好ましい。

本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、初期の凝結や強度発現性が向上するものであり、CaO原料やAl₂O₃原料等を混合したものをキルンで焼成したり、電気炉で溶融したりするなどの熱処理をして得られるものをいい、初期にセメントコンクリートの凝結を起こさせる急結成分である。
カルシウムアルミネートの鉱物成分としては、CaOをC、Al₂O₃をAとすると、C₃A、C₁₂A₇、CA、及びCA₂などで示されるカルシウムアルミネート熱処理物を粉砕したものなどが挙げられる。さらに、その他の成分として、SiO₂を含有するアルミノ珪酸カルシウム、C₁₂A₇の１つのCaOをCaF₂などのハロゲン化物で置き換えたC₁₁A₇・CaX₂（Ｘはフッ素等のハロゲン）、SO₃成分を含むC₄A₃・SO₃、並びに、ナトリウム、カリウム、及びリチウムなどのアルカリ金属が一部固溶したカルシウムアルミネートなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
これらの中では、反応活性の面でC₁₂A₇組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
カルシウムアルミネートの粒度は、急結性や強度発現性の面から、ブレーン値で3,000cm²/g以上が好ましく、4,000cm²/g以上がより好ましい。

本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩は、例えば、水酸化アルミニウムとアルカリ金属水酸化物を混合溶融し、乾燥して粉末状として得られるものであり、極初期の凝結を促すものであり、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、凝結性の面で、アルミン酸ナトリウムが好ましい。
アルカリ金属アルミン酸塩の使用量は、極初期の凝結性や、凝結性、長期強度発現性の面から、カルシウムアルミネート100部に対して、１〜50部が好ましく、２〜25部がより好ましい。

本発明で使用する水酸化カルシウムは、カルシウムアルミネートの急結性能を補助するために使用するもので、例えば、JIS R 9001に規定される工業用消石灰、JIS A 6902に規定される左官用消石灰等の市販の消石灰や、カルシウムカーバイドからアセチレンを発生させる際に副生するカーバイド滓等が挙げられる。
水酸化カルシウムの使用量は、急結性能の補助や、長期強度発現性の面から、カルシウムアルミネート100部に対して、１〜20部が好ましく、２〜10部がより好ましい。

粉体急結剤の使用量は、初期凝結性、短時間強度発現性や、施工性の面から、セメント100部に対して、２〜10部が好ましく、３〜８部がより好ましい。

本発明で使用する液体急結剤は、素早い凝結力があり、付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉じん量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けを行うために併用するものであり、硫酸アルミニウム、特に、硫酸アルミニウムを主成分とし、フッ素成分を含有するものを使用することが好ましい。
フッ素成分の供給原料としては、溶剤又は水に、溶解又は分散するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フッ化水素酸、有機フッ素化合物、フッ化塩、ケイフッ化塩、及びフッ化ホウ素塩等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。毒性や爆発性等の危険性がなく、製造コストが安く、かつ、急結性状が優れる面から、フッ化水素酸、フッ化塩、ケイフッ化塩、及びフッ化ホウ素塩が好ましい。

本発明で使用する硫酸アルミニウムは特に限定されるものではなく、JIS A 1423、又はJIS A 1450に規定される工業用、製紙用あるいは水道用の硫酸アルミニウムが使用できる。
本発明に用いる硫酸アルミニウム水溶液の濃度は、吹付け時にスラリーの飛散や、水溶液中に析出物が発生、硫酸アルミニウム水溶液の粘性の面から、20〜50％が好ましく、高濃度ほど好ましい。

液体急結剤の使用量は、初期凝結性、粉じん低減性や、短時間の強度発現性の面から、セメント100部に対して、固形分換算で0.5〜３部が好ましく、１〜2.5部がより好ましい。

本発明では必要に応じて吹付けセメントコンクリートに減水剤を使用することが可能である。
減水剤とは、セメントコンクリートの流動性や急結剤スラリーの分散安定性を改善するために使用するものをいい、液状や粉状のものいずれも使用でき、高性能減水剤が好ましい。高性能減水剤の種類としては、アルキルアリルスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、及びメラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、並びに、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
減水剤の使用量は、流動性、分散安定性や、強度発現性の面から、固形分換算でセメント100部に対して、0.05〜３部が好ましく、0.1〜２部がより好ましい。

さらに、本発明では、急結性吹付けセメントコンクリートの耐衝撃性や靭性を向上させるために、繊維物質を併用することが好ましい。

本発明で使用する繊維物質は、無機質繊維や有機質繊維いずれも使用でき、急結性吹付けセメントコンクリートの耐衝撃性や靭性を向上させる効果を有する。
繊維物質の長さは、圧送性の面から、コンクリート圧送性や混合性の面で70mm以下が好ましく、0.5〜60mmがより好ましい。
無機質繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、及び金属繊維等が挙げられ、有機質繊維としては、ビニロン繊維、ＰＥＴ再生繊維、及びポリプロピレン繊維等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用できる。これらの中では、経済性の面で、金属繊維やポリプロピレン繊維が好ましい。
繊維物質の使用量は、耐衝撃性、靱性や、流動性、圧送性の面から、吹付けセメントコンクリートの0.1〜２容積％が好ましく、0.3〜1.5容積％がより好ましい。

吹付けセメントコンクリート製造時の水の使用量は、経済性、圧送性や、強度発現性の面から、セメント100部に対して、20〜60部が好ましく、25〜50部がより好ましい。

本発明で使用される細骨材や粗骨材等の骨材は、吸水率が低く、骨材自体の強度が高いものが好ましいが、特に制限されるものではない。
細骨材は、最大寸法５mm以下のものか好ましく、川砂、山砂、及び石灰砂等が挙げられる。粗骨材としては、最大寸法15mm以下のものが好ましい。

本発明で使用するセメントコンクリートの流動性は特に制限はなく、適正な施工性と付着性等が得られる値で良い。

本発明において、吹付けセメントコンクリートの製造方法は、急結剤と混合する前に、吹付けセメントコンクリート中に石膏が混合してあれば、特に制限されるものではない。あらかじめセメントに規定量の石膏を混合しておく方法や、吹付けセメントコンクリートを混練りするときに別途添加する方法等が挙げられる。

本発明における吹付けセメントコンクリートの混練り方法は、特に限定されるものではなく、所定の配合で所定の練上り性状が得られる方法であれば特に限定されるものではない。

混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

本発明の吹付け方法は、一般に適用されている湿式吹付け工法等により施工でき、所定量の材料で混練り製造したセメントコンクリートを、コンクリート圧送機で吹付けセメントコンクリート圧送管を介して圧送し、吹付けセメントコンクリート圧送の途中の吹付けノズル手前に、Ｙ字管等の混合管を設置して、別途圧送した粉体急結剤と液体急結剤を個別に合流混合して急結性吹付けセメントコンクリートとして、地山に吹き付ける方法や、粉体急結剤と液体急結剤を、あらかじめ、一括混合して急結剤スラリーとして別途圧送し、吹付けセメントコンクリートに合流混合して急結性吹付けセメントコンクリートとして吹付ける方法等がある。

吹付けセメントコンクリート圧送管としては、耐圧性の金属メッシュ入りのホース（耐圧ホース）や金属製の配管が使用可能である。通常は、耐圧ホースが使用され、その前後は金属管を使用することが好ましい。
耐圧ホースの長さは特に限定されるものではなく、施工状況により使用される長さは変わってくるが、通常、５〜30ｍのものが使用される。
耐圧ホースの直径は、圧送性や、耐圧ホースの取り扱いなどの作業性の面から、モルタルの場合は１〜3.5インチ、コンクリートの場合は2.5〜3.5インチのものが通常使用される。

粉体急結剤と液体急結剤とを混合して調製した急結剤スラリーを調製する混合機は、粉体急結剤と液体急結剤とを混合してスラリー化できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、圧送されてきた粉体急結剤と、別途圧送されてきた液体急結剤が合流して均一に混ざる構造をしているものであれば使用可能である。

粉体急結剤と液体急結剤とが混合されてスラリー化してから吹付けセメントコンクリートと混合するまでの距離は、圧送性の面から、１ｍ以内が好ましい。

粉体急結剤と液体急結剤を混合して調製した急結性吹付けセメントコンクリートは圧送管の先端に接続されているノズルから吹付けされる。

本発明で使用するノズルとしては、連続的に縮径しているものや、縮径後に急結性吹付けセメントコンクリートを整流する直管をつけたものが使用可能である。
ノズルの長さは、吹付けセメントコンクリートと急結剤との混合性、付着性、及び粉じん低減性や、圧送性の面から、15〜145cm程度が好ましく、25〜75cmがより好ましい。
ノズルは、金属製のものやセラミックス製のものが使用可能であり、ゴム素材でできたノズルの配管内面にセラミックスや金属でライニングされたものやこれらのチップ状のものを埋め込んだものが使用可能である。

粉体急結剤と液体急結剤とを吹付けセメントコンクリートに混合した地点から、ノズルの先端の急結性吹付けセメントコンクリート出口までの距離は特に限定されるものではないが、吹付けセメントコンクリートと急結剤との混合性、付着性、及び粉じん低減性や、圧送性の面から、20〜150cmが好ましく、30〜80cmがより好ましい。

本発明においては、従来使用の吹付け設備等が使用可能であり、吹付け圧力は特に限定されるものではなく、急結性吹付けセメントコンクリートの吐出量は、通常、1.5〜20m³/hであり、吹付け空気量は特に限定されるものではない。
吹付け設備は、吹付けが充分に行われれば特に限定されるものではなく、例えば、吹付けセメントコンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」、シンテック社「MKW-25 SMT」、PET社「G4ポンプ」、及びスクイズポンプなどが使用可能である。
また、粉体急結剤の圧送には、急結剤圧送装置「ナトムクリート」が使用可能であり、液体急結剤の圧送には一般的に液体を圧送する装置、例えば、スクイズポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、及びギヤポンプなどが使用可能である。

以下、実験例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実験例１
急結性吹付けモルタルの性能を評価するため、急結性モルタルの凝結時間と圧縮強度を評価する実験を行った。下記に示した材料を用い、セメント／細骨材質量比＝１／2.5、水／セメント比＝45％の配合を用い、表１に示す石膏を配合して混練りしたモルタルに、カルシウムアルミネート100部、アルカリ金属アルミン酸塩６部、及び水酸化カルシウム３部からなる粉体急結剤と、液体急結剤Ａを添加混合して、急結性モルタルを調製した。
急結剤の使用量は、セメント100部に対して、粉体急結剤は５部、液体急結剤Ａは固形分換算で1.35部とした。
また、減水剤の使用量は、セメント100部に対して、固形分換算で0.3部とした。
調製した急結性モルタルの凝結時間と圧縮強度を、20℃条件で測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：新潟県糸魚川産姫川水系砂、表乾密度2.62
石膏：無水石膏、ブレーン値5,000cm²/g、市販品
カルシウムアルミネート：C₁₂A₇組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質で、ブレーン値5,900cm²/g
アルカリ金属アルミン酸塩：アルミン酸ナトリウム、市販品
水酸化カルシウム：市販品
液体急結剤Ａ：主成分硫酸アルミニウム、フッ素成分含有、市販品、濃度27％
減水剤：高性能減水剤、ポリカルボン酸系高分子化合物、液状減水剤、市販品

＜測定方法＞
凝結時間：急結剤を添加したモルタルの凝結時間の始発と終結を測定。
圧縮強度：急結剤を添加したモルタルの材齢10分と28日の圧縮強度を測定。

表１の結果から、本発明による実施例では、急結性に優れ、かつ、良好な強度発現性が得られることが確認された。比較例として実施した実験No.1- 1は、10分後の強度発現性が小さく、同じく比較例として実施した実験No.1- 7は、材齢28日時点でひび割れが発生した。

実験例２
セメント100部に対して、石膏を10部混合して吹付け用モルタルを調製した。
一方、表２に示すカルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを混合して粉体急結剤を調製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。

表２の結果から、本発明による急結剤を用いることで、急結性に優れ、かつ、良好な強度発現性が得られることが確認された。

実験例３
カルシウムアルミネート100部、アルカリ金属アルミン酸塩６部、及び水酸化カルシウム３部からなる粉体急結剤と、液体急結剤Ａをセメント100部に対して、表３に示すようにしたこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表３に併記する。

表３の結果から明らかなように、セメント100部に対して、粉体急結剤を単独で５部添加した場合と液体急結剤Ａを単独で固形分換算で1.35部添加した場合は、凝結性と短時間強度発現性をあわせ持つ性能はない（実験No.3- 1、実験No.3- 8）。
しかしながら本発明による急結剤を用いることで、急結性に優れ、かつ、良好な強度発現性が得られることが確認された。

実験例４
単位セメント量450kg/m³、水／セメント比45％、及び細骨材率60％とした配合を用い、セメント100部に対して、10部の石膏を配合して混練りし、吹付けコンクリートを調製し、コンクリートポンプ「シンテックＭＫＷ−２５ＳＭＴ」を使用して圧送した。
カルシウムアルミネート100部、アルカリ金属アルミン酸塩６部、及び水酸化カルシウム３部を混合し、粉体急結剤を調製し、圧送配管途中に三方管を設けて、そのうちの一方に調製した吹付けコンクリートを圧送し、三方管のもう一方から粉体急結剤添加装置「デンカナトムクリートＰＡＣ２５０Ｖ」で空気圧送した粉体急結剤を、セメント100部に対して、５部添加し、三方管のさらにもう一方から液体急結剤Ａを、セメント100部に対して、固形分換算で、1.35部添加して急結性吹付けコンクリートとし、材齢10分と28日の圧縮強度を20℃の条件で測定した。また、調製した急結性吹付けコンクリート１m³を吹付け、そのリバウンド率と粉じん量を測定した。コンクリートの圧送速度は10m³/hとした。
また、減水剤の使用量は、セメント100部に対して、固形分換算で0.3部とした。
比較のため、石膏を使用しない場合、石膏をセメントと混合せず、同量粉体急結剤に混合して同様の実験を行った。結果を表４に併記する。

＜使用材料＞
粗骨材：新潟県糸魚川産６号砕石、最大寸法15mm、表乾密度2.64

＜測定方法＞
圧縮強度：プルアウト試験により10分後の強度を求めた。プルアウト型枠表面からピンを急結性吹付けコンクリートで被覆し、型枠の裏側からピンを引き抜き、その時の引き抜き強度を求め、圧縮強度＝引抜き強度×４の式で圧縮強度を算出。
リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを１m³吹付けし、吹き付け終了後、付着せずに床面に敷いたビニールシートに落下した急結性吹付けコンクリートの量を測定し、リバウンド率＝（吹付けの際に付着せずに落下した急結性吹付けコンクリートの質量）／（吹き付けに使用した急結性吹付けコンクリートの総量）×100（％）の式から算出。
粉じん量：吹付けノズルから５ｍの定位置で粉じん量を測定し、得られた測定値の平均値。

表４の結果から明らかなように、石膏をセメントコンクリートに添加することで、リバウンド率が少なく、粉じん量も少ないなど施工性が良く、かつ、強度発現性も高い高性能な吹付けが可能となる。比較例である実験No.4- 1と実験No.4- 3では、施工性と強度発現性を兼ね備える効果が認められない。

実験例５
表５に示す粉体急結剤と液体急結剤Ａを用いて、吹付け時のダレの有無の評価と、リバウンド率、粉じん量、及び10分圧縮強度を測定したこと以外は実験例４と同様に行った。結果を表５に併記する。

表５の結果から明らかなように、本発明により優れた付着性と短時間強度を備え持つ高性能な吹付けコンクリートが得られた。

実験例６
単位セメント量450kg/m³、水／セメント比45％、及び細骨材率60％とした配合を用い、セメント100部に対して、減水剤を固形分換算で0.3部とし、表６に示す石膏を配合して混練りし、吹付けコンクリートを調製し、コンクリートポンプ「シンテックＭＫＷ−２５ＳＭＴ」を使用して圧送した。
一方、カルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート100部に対して、表６に示すアルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを混合し、粉体急結剤を調製した。
セメント100部に対して、調製した粉体急結剤５部と、液体急結剤を固形分換算で1.35部混合して急結剤スラリーを調製し、吹付けコンクリートの圧送途中で、吹付けコンクリートに、急結剤スラリーを添加混合して急結性吹付けコンクリートを調製し、実験例５と同様吹付けした。結果を表６に併記する。

＜使用材料＞
液体急結剤Ｂ：主成分硫酸アルミニウム、市販品、濃度27％

実験例７
カルシウムアルミネートと、カルシウムアルミネート100部に対して、アルカリ金属アルミン酸塩６部と水酸化カルシウム３部を混合し、粉体急結剤を調製した。
セメント100部に対して、表７に示す量の調製した粉体急結剤と、液体急結剤Ａとを混合して急結剤スラリーを調製したこと以外は、実験例６と同様に行った。結果を表７に併記する。

実験例８
単位セメント量450kg/m³、水／セメント比45％、及び細骨材率60％とした配合を用い、セメント100部に対して、石膏を10部、減水剤を固形分換算で0.3部とし、吹付けコンクリートに対して、表８に示す繊維物質を配合して混練りし、吹付けコンクリートを調製し、粉体急結剤を、カルシウムアルミネートと、カルシウムアルミネート100部に対して、６部のアルカリ金属アルミン酸塩と、３部の水酸化カルシウムを配合して調製したこと以外は実験例６と同様に行った。結果を表８に併記する。

＜使用材料＞
繊維物質：鋼繊維、繊維長さ30mm

本発明の吹付け工法は、例えば道路、鉄道、及び導水路等のトンネル工事において露出した地山面へ吹付ける時に使用できるものであり、これらの他に、深礎杭の掘削時に露出する地山や、法面吹付けの用途にも適用可能である。

Claims

セメント100質量部に対して、５〜15質量部の石膏を含有してなる吹付けセメントコンクリートに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及び水酸化カルシウムを含有してなる粉体急結剤と、硫酸アルミニウムを含有してなる液体急結剤とを混合してなる吹付け材を吹付けることを特徴とする吹付け方法。
前記吹付け材が、さらに、繊維物質を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の吹付け方法。
前記石膏が、無水石膏であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吹付け方法。
前記アルカリ金属アルミン酸塩が、前記カルシウムアルミネート100質量部に対して、１〜50質量部であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の吹付け方法。
前記水酸化カルシウムが、前記カルシウムアルミネート100質量部に対して、１〜20質量部であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の吹付け方法。
前記粉体急結剤が、セメント100質量部に対して、２〜10質量部であることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の吹付け方法。
前記液体急結剤が、セメント100質量部に対して、固形物換算で0.5〜３質量部であることを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の吹付け方法。
前記吹付けセメントコンクリートと、前記粉体急結剤と、前記液体急結剤とを別途圧送して混合して吹き付けることを特徴とする請求項１〜請求項７のうちのいずれか一項に記載の吹付け方法。
前記粉体急結剤と前記液体急結剤を配合して調製してなる急結剤スラリーを、前記吹付けセメントコンクリートに混合して吹付け材とし、吹付けることを特徴とする請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の吹付け方法。