JP2011084440A - 吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セメント、骨材、四級アンモニウム塩化合物を含有するセメントコンクリートと、ケイ酸アルカリ金属塩を構成する珪素の酸化物換算(SiO2)とアルカリ金属塩(R2O、R:Li、Na、K)の酸化物換算のモル比(SiO2/R2O)が3.3〜4.5のケイ酸アルカリ金属塩と、強度増進材を含有する吹付け材料であり、セメント、骨材、四級アンモニウム塩化合物を含有するセメントコンクリートをポンプで圧送し、セメントコンクリートに合流混合する直前に、液体圧送ポンプで送液されているケイ酸アルカリ金属塩水溶液と空気搬送されている強度増進材を混合しスラリー化して、セメントコンクリートに合流混合することを特徴とする、吹付け工法である。
【選択図】なし
Description
急結剤は、地山の緩みを早期に抑えるために吹付けコンクリートには必要な混和剤であるが、粉体であることから粉じんの発生量が多くなる。近年、粉じんの発生量を抑制することができる液状の急結剤を使用する吹付け技術が開発され、その使用量が増加している(特許文献6〜8参照)。
液状の急結剤の主成分としては、硫酸アルミニウムなどの水溶性のアルミニウム塩を含有するものは、凝結性状が粉体急結剤に比べ悪く、特に水セメント比が大きい場合やセメント量が少ない場合は、地山に吹き付けてもはく落が発生する場合があり、厚付けできないといった課題がある。また、数時間レベルの強度発現性も粉体急結剤に比べ小さいといった課題もある。
例えば、共重合に使用されるモノマーとしては、ビニルアルコール、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸及びそのアルカリ金属塩、イタコン酸及びそのアルカリ金属塩、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルこはく酸及びそのアルカリ金属塩、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸及びそのアルカリ金属塩、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸及びそのアルカリ金属塩、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸及びその塩、スチレンスルホン酸及びその塩、ビニルスルホン酸及びその塩、2−スルホエチル(メタ)アクリレート及びその塩、2−(メタ)アクリロイルオキシエチル燐酸及びその塩、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、ビニルピリジン、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N,N′−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N′−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N′−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N′−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N′−ジメチルアミノネオペンチル(メタ)アクリレート、N−ビニル−2ピロリドン、ダイアセトンアクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルミド、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(ポリエチレングリコールの数平均分子量400)、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(ポリエチレングリコールの数平均分子量1000)、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、テトラフルフリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、スチレン等が挙げられる。
四級アンモニウムイオンの対となる陰イオンとしては、塩素イオン、臭素イオン、フッ素イオン、ヨウ素イオン、硝酸イオン、ヒドロキシイオン、酢酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオン等が挙げられる。
例えば、JIS K 1408に規定されている1号(SiO2/R2O=1.9〜2.3)、2号(SiO2/R2O=2.4〜2.7)、3号(SiO2/R2O=2.9〜3.4)の水ガラス、1種のメタケイ酸ナトリウム(SiO2/R2O=0.95〜1.05)、2種のメタケイ酸ナトリウム(SiO2/R2O=0.9〜1.1)、オルトケイ酸ナトリウム(SiO2/R2O=0.48〜0.52)が挙げられるが、これらは、瞬時にゲル化を起こす能力は小さい。
瞬時のゲル化を起こす能力としては、アルカリケイ酸塩の酸化物換算のモル比(SiO2/R2O)で決まる。特に、四級アンモニウム化合物を混合したときのゲル化速度は、SiO2/R2Oが3.3〜4.5のときが瞬間的な反応が起こりやすく、吹付け施工を行なう場合はその範囲が特に好ましい。また、SiO2/R2Oが4.5を越えるとコロイダルシリカの組成に近づくので溶解性が悪くなり、強ばり性が得られない場合がある。Rは入手が容易で安価な点でナトリウムが好ましいが、それ以外のアルカリ金属(リチウムやカリウム)のケイ酸塩も使用できる。
ケイ酸アルカリ金属塩の使用量は、セメント100部に対して固形分で0.5〜10部が好ましく、1〜7部がより好ましい。0.5部未満では、十分な急結力を付与することが難しい場合があり、10部を越えると長期強度を阻害する場合がある。
ケイ酸アルカリ金属塩は、吹付け施工での粉じんを低減する目的で水溶液として使用するのが好ましい。
本発明の吹付け材料を使用することで、400kg/m3以下でも、従来の吹付けよりも低粉じんで高い初期強度を得ることできる。
ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液は、プランジャーポンプやスクイズポンプ等の液体圧送ポンプで送液すればよい。強度増進材の圧送方法は、粉体を圧縮空気とともに空気搬送できる装置(たとえば、ナトムクリート)を使用すればよい。
また、強度増進材をスラリ−状態でコンクリートに添加する場合は、コンクリートに合流する手前で送液されてくるケイ酸アルカリ金属塩の水溶液を空気搬送されている強度増進材に合流しスラリー状としたスラリー化物をコンクリートに合流すればよい。スラリー化する場合は、ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液も圧縮空気を導入してミスト化したものを、空気搬送されてくる強度増進材に合流してもよい。
ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液や強度増進材のコンクリートとの合流位置は、閉塞などによって吹付け施工ができない状態にならない位置であれば特に限定するものではない。例えば、ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液を合流する位置は、吹付けノズルより後方0.2〜3mであればよい。強度増進材の合流位置は、吹付けノズルより後方0.2〜3mであればよく、ケイ酸アルカリ金属塩の合流位置の前後の位置どちらでもよい。また、強度増進材をスラリー状態で合流する場合も、スラリー化物の合流位置は、吹付けノズルより後方0.2〜3mであればよい。
各材料の単位量、セメント360kg/m3、細骨材1,021kg/m3、粗骨材691kg/m3、水216kg/m3、セメント100部に対して四級アンモニウム塩化合物(1)を0.5部加え吹付けコンクリートを調製した。
この吹付けコンクリートを吹付け圧力0.4MPa、吹付け速度10m3/hの条件下で、コンクリート圧送機「MKW−25SMT」によりポンプ圧送した。液体急結剤搬送装置で圧縮空気とともにケイ酸アルカリ金属の水溶液(固形分30%に調整)Cを固形分で3部と圧縮空気で粉体輸送されてくる強度増進材5部を表に示す種類としセメントコンクリートと合流する直前で混合したスラリー状の急結剤をノズル先端から0.6mの位置でセメントコンクリートと合流混合し吹き付けた。この急結性吹付けコンクリートについて厚付け性、粉じん濃度、コンクリート圧縮強度、硬化収縮量、ケイ酸イオンの溶出量を測定した。
尚、比較のために、市販の粉体急結剤および硫酸アルミニウムを主成分とする液体急結剤を用いて同じ試験を行った。結果を表2に示す。
粗骨材:新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重2.66、最大寸法13mm
細骨材:新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重2.62、最大寸法5mm
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品
四級アンモニウム塩化合物(1):ジアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体の30%水溶液、重合度1000、市販品
ケイ酸アルカリ金属塩水溶液C:モル比3.72、市販品
強度増進材:表1に示す配合割合の強度増進材を使用した。
カルシウムアルミネート:C12A7(12CaO・7Al2O3)組成に相当する溶融物を急冷した非晶質、ブレーン比表面積5900cm2/g
硫酸塩:無水セッコウ、市販品
硝酸塩:硝酸カルシウム、市販品
炭酸塩:炭酸ナトリウム、市販品
水酸化物:水酸化カルシウム、市販品
アルミン酸塩:アルミン酸ナトリウム、市販品
市販の液体急結剤(L):主成分硫酸アルミニウム、固形分濃度41%、懸濁状
市販の粉体急結剤(P):セメント鉱物系粉体急結剤
厚付け性:吹付けノズルを1mの範囲で繰り返し動かしながら吹付けコンクリートを天井面に吹き付け、はく落するまでの厚みを計測した。30cm以上の厚みになったら良好な吹付け性と判断し試験を止めた。なお、試験を止めてから24時間以内ではく落した場合は厚付け性が不良と判断した。吹き付けた下地は鉄板。
粉じん濃度:急結性吹付けコンクリートを10m3/hの圧送速度で10分間、模擬トンネルに吹付けた。吹付け場所より5mの定位置で粉塵量を粉塵計(柴田化学株式会社、測定範囲0.01〜100mg/m3、P−5L型)により測定した。
コンクリート圧縮強度:材齢1時間、24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28日の圧縮強度は、幅50cm×長さ50cm×厚さ20cmの型枠に急結性吹付けコンクリートを吹付け、1日後にコアドリルで採取した直径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。測定までの養生は20℃水中養生とした。
硬化収縮量:専用型枠(10×10×36cm)に吹付けて供試体を作製した。材齢1日後脱型し基長を行い、温度20℃、湿度60%の室内で28日間養生後、収縮量を測定した。測定はJIS R 1129-3(ダイヤルゲージ法)に準拠した。
ケイ酸イオンの溶出量:圧縮強度と同様にコアドリルで試験体を採取し、ジョークラッシャーで粉砕した。その粉砕物100gを1000gの純粋に加え、1時間振動器を用いて攪拌した。その後、ろ過してろ液についてイオンクロマトグラフィーを用いてケイ酸イオンの溶出量を測定した。
各材料の単位量、セメント360kg/m3、細骨材1,021kg/m3、粗骨材691kg/m3、水216kg/m3、セメント100部に対して四級アンモニウム塩化合物(1)を0.5部加え吹付けコンクリートを調製した。
この吹付けコンクリートを吹付け圧力0.4MPa、吹付け速度10m3/hの条件下で、コンクリート圧送機「MKW−25SMT」によりポンプ圧送した。液体急結剤搬送装置で圧縮空気とともにケイ酸アルカリ金属の水溶液(固形分30%に調整)Cを固形分で3部と圧縮空気で粉体輸送されてくる強度増進材5部を表に示す種類とし、セメントコンクリートに別々に合流混合した。合流混合位置はケイ酸アルカリ金属の水溶液がノズル後方0.5mの位置で、強度増進材がノズル後方0.7mの位置で添加した。この急結性吹付けコンクリートについて実験例1と同様に性能を評価した。結果を表3に示す。
強度増進材a、b、e、o用いて添加率を表に示すように変えたこと以外は実験例1と同様に行なった。結果を表3に示す。
セメント100部に対して四級アンモニウム塩化合物(1)を0.5部、強度増進材b5部、ケイ酸アルカリ金属の水溶液(固形分30%に調整)を固形分で表に示すように加えたこと以外は実験例1と同様に行なった。結果を表4に示す。
ケイ酸アルカリ金属塩水溶液A:2号水ガラス、モル比2.55 市販品
ケイ酸アルカリ金属塩水溶液B:3号水ガラス、モル比3.32 市販品
ケイ酸アルカリ金属塩水溶液D:モル比4.48 市販品
セメント100部に対してケイ酸アルカリ金属塩Cを3.0部とし、強度増進材b5部、四級アンモニウム塩化合物を表に示すように加えたこと以外は実験例1と同様に行なった。結果を表6に示す。
四級アンモニウム塩化合物(2):市販しているテトラメチルアンモニウムクロライドの50%水溶液
四級アンモニウム塩化合物(3):ジアリルジメチルアンモニウムヒドロキシド重合体の30%水溶液、重量平均分子量95000 市販品
四級アンモニウム化合物(4):ジアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体の30%水溶液、重量平均分子量3100、市販品
四級アンモニウム化合物(5):ジアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体の30%水溶液、重量平均分子量485000、市販品
Claims (5)
- セメント、骨材、四級アンモニウム塩化合物を含有するセメントコンクリートと、珪素の酸化物換算(SiO2)とアルカリ金属塩(R2O、R:Li、Na、K)の酸化物換算のモル比(SiO2/R2O)が3.3〜4.5のケイ酸アルカリ金属塩と、強度増進材を含有する吹付け材料。
- 強度増進材が、カルシウムアルミネート、又はカルシウムアルミネートにアルカリ金属又はアルカリ土類金属の硫酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の硝酸塩又は亜硝酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属のアルミン酸塩の中から選ばれる1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の吹付け材料。
- 四級アンモニウム塩化合物の重量平均分子量が3000〜500000の重合体であることを特徴とする請求項1又は2記載の吹付け材料。
- 請求項1〜3のうちのいずれか1項記載の吹付け材料を用いてなる吹付け工法。
- セメント、骨材、四級アンモニウム塩化合物を含有するセメントコンクリートをポンプで圧送し、前記セメントコンクリートに合流混合する直前に、液体圧送ポンプで送液されているケイ酸アルカリ金属塩水溶液と空気搬送されている強度増進材を混合しスラリー化して、前記セメントコンクリートに合流混合することを特徴とする、請求項4記載の吹付け工法。
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