JP2013517164A - 熱回収を用いるコンクリート吹付け法 - Google Patents

Abstract

準備されたミックスコンクリート、液体混和材及び圧縮空気のための混合装置として３方向制御ノズルを用いることによる吹付けコンクリートの施工方法であって、吹付ける前及び／又は吹付ける間に液体混和材及び／又は搬送空気を加熱することを特徴とする、吹付けコンクリートの施工方法。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、吹付けコンクリートの施工法、吹付けコンクリートの硬化促進法及び該方法によって製造される硬化された吹付けコンクリートに関する。

発明の背景
コンクリートなどのセメント質組成物の、ノズルからの吹付けによる基材への施工は、確立された技術であり、トンネル覆工のような用途に幅広く用いられている。かなりの多様な特殊な混和材、例えば、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、又はアクリル系ポリマーが公知であり、また吹付けコンクリートの加工性のために当該技術分野で使用されている。

熱がセメント系の水和に良い影響を及ぼし得ることが周知である。硬化期（初期強度期）だけではなく、最終的な強度、硬化されたコンクリートの品質、そして最後に耐久性も、上昇した水和温度によって大きく影響される。従って、高温条件下でのコンクリートの吹付けはプロセスへの貴重な追加項目である。

本発明の課題は、準備されたミックスコンクリート、液体混和材及び圧縮空気のための混合装置として３方向制御ノズルを用いることによる吹付けコンクリートの施工方法であって、吹付ける前に液体混和材を加熱することを特徴とする、吹付けコンクリートの施工方法を提供することである。

驚くことに、高温が、吹付けコンクリートなどのセメント質の水和に大抵良い影響を及ぼすことが判明した。

硬化期（初期強度期）だけではなく、最終的な強度、硬化されたコンクリートの品質、そして最後に耐久性も、吹付けの間及びその前に、上昇した水和温度によって大きく影響された。

発明の詳細な説明
空気圧縮系の操作中の熱生成とこのエネルギー源の部分回収は技術水準である。ノズルでこの材料の流れに圧入される液体混和材を温めることによる吹付けコンクリートプロセスでの施工は、本発明の分野として認識されなければならない。

吹付けコンクリート又は「ショットクリート」は主に地下建設に使用されている。この施工は、急結混和材及び空気が添加されるノズルへの軟練モルタル又は軟練コンクリートの搬送と、その基材上への高速での含気投射とからなる。実際に、高速硬化と初期強度の増強は、コンクリートを落下させずに壁に付着させることが要求されており、従って、より早い進入と更なる掘削が確保されて、安全性及び効率的な建設が保証される。このため、機械的特性の急速な増強を保証する促進剤が、吹付けコンクリート又は吹付けモルタルに添加される。

凝結促進剤がＣ３Ａ及びＣ３Ｓなどのクリンカ相の水和プロセス、硫酸塩キャリアの消費、及びかなり初期の段階の間隙溶液の化学組成に影響を及ぼすことが公知である。凝結促進剤の添加によって生じる急結は、エトリンジャイトのような水和生成物の大量形成によるものであり、その結果、場合により、不良な早期の強度増強をもたらし、これは文献ではケイ酸カルシウム水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ）の時間のかかる形成と相関する。

混和材としての重縮合物は、セメント質組成物中の流動化剤として効果的であることが先行技術（ＵＳ２００８０１０８７３２Ａ１号）において公知である。ＵＳ２００８０１０８７３２Ａ１号は、５〜１０個の炭素原子又はヘテロ原子を有する、少なくとも１種のオキシエチレン又はオキシプロピレンラジカルを有する、芳香族又はヘテロ芳香族化合物（Ａ）、及びホルムアルデヒド、グリオキシル酸及びベンズアルデヒド又はそれらの混合物からなる群から選択されるアルデヒド（Ｃ）をベースとした重縮合物を記載しており、これは通常使用されている重縮合物と比較して改善された無機バインダー懸濁液の可塑化効果をもたらし且つこの効果を長期にわたって維持する（「スランプ保持性」）。特定の実施態様では、これらはリン酸化重縮合物であってもよい。

硬化促進剤は、無機及び有機化合物を含有してよい。

本発明の課題は、準備されたミックスコンクリート、液体混和材及び圧縮空気のための混合装置として３方向制御ノズルを用いることによる吹付けコンクリートの施工方法であって、吹付ける前及び／又は吹付ける間に液体混和材及び／又は搬送空気を加熱することを特徴とする、吹付けコンクリートの施工方法を提供することである。

吹付けコンクリートの施工プロセスにおいて、準備されたミックスコンクリートを、ホースを通してノズルにポンプ輸送し、ここで圧縮空気と混和材とが濃度の高い材料の流れに圧入されてエアロゾルを形成し、混和材（主に液体促進剤）と軟練コンクリート組成物とが混合される。

湿式法の場合、コンクリートプラントからの準備されたミックスコンクリートを使用するか、又は予め袋詰めされたモルタルを混合する。コンクリートを通常のコンクリートと同じように準備する。ｗ／ｃ比そして品質をいつでも検査して調整することが可能である。粘稠度は、例えば、混和材によって調整できる。

湿式ミックス法の場合、吹付けプロセス全体にわたって均一な品質を生み出すことは容易である。準備されたミックスはポンプに移されて、圧力によりホースを通して送り出される。今日ではピストンポンプが優勢であり、これは今後も継続され得る。

ホース末端のノズルでは、圧縮空気が、７〜１５ｍ^３／分の速度で且つ７バールの圧力でコンクリートに添加される。空気を添加してコンクリートの速度を高めるので、良好な圧縮だけではなく表面への密着も達成される。空気の他に、凝結促進剤などの液体混和材がノズルで添加される。

混和材は通常、ノズルでコンクリートに添加される時に、冷たい温度又は周囲温度を有し、更には圧縮空気もかかる温度を有する（なぜなら空気はコンプレッサーを出る前に冷却されたから）。

進歩性は、ノズルに入る前にエアコンプレッサーの廃熱を用いて空気と促進剤を温めて、これをコンクリートミックスと接触させることである。

これはコンプレッサーの隣の熱交換器でなされなければならない。

特殊な熱交換装置は、オイルとノズルで添加された混和材とを熱交換する。全吹付けプロセスの間に混和材温度の適切な制御を実現する場合、３方向制御弁が必須である。

一般に全ての伝熱プロセスが可能であり、また熱が（トラックミキサからノズルまでのつながりの任意の位置で）コンクリートに伝達される。

温められた空気及び促進剤は、吹付けコンクリートの化学的プロセスを改善して、改善された硬化プロセスがもたらされる。

圧縮空気はモバイルエアコンプレッサー装置によって生じ、これをノズルに送達する。圧縮プロセスの間、空気を温めて、これを装置の排気を通してノズルに導通させる。

従って、本発明の好ましい実施態様では、コンプレッサーからのエネルギー及び好ましくは廃エネルギーが、混和材及び／又は搬送空気の温めに使用される。

本発明の好ましい実施態様では、この方法は、コンプレッサーのオイルの温度が１２０℃以下、好ましくは８０〜１１０℃であることを特徴とする。

本発明の好ましい実施態様では、この方法は、コンプレッサーが６〜８バールで且つ好ましくは１０ｍ^３／分の流量で作動することを特徴とする。

本発明の好ましい実施態様では、この方法は、搬送空気の温度を、コンプレッサーからのエネルギーを用いて１０℃〜２５℃の間の温度に調整することを特徴とする。

本発明の好ましい実施態様では、この方法は、コンプレッサーの熱エネルギー及び好ましくはコンプレッサーオイルの熱エネルギーを、熱交換器を用いて搬送空気に伝達することを特徴とする方法によるものである。

本発明の好ましい実施態様では、この方法は、１０℃から２５℃までの液体コンクリートの温度を特徴とする。

本発明の更に好ましい実施態様は、吹付けコンクリートの硬化促進のための本発明によって開示された方法の使用方法である。

本発明の別の実施態様では、吹付けコンクリートの硬化促進法は、以下の工程：準備されたミックスコンクリート塊を提供する工程；準備されたミックスコンクリートをポンプ中に移し、圧力を用いてホースを通して送り出す工程；ホースの末端にて３方向制御ノズルで圧縮空気を取り込む工程、並びに好ましくは７〜１５ｍ^３／分の速度で且つ好ましくは７バールの圧力で流体の予備加熱された混和材をコンクリートに添加する工程を特徴とする。

最終的に、本発明の別の実施態様は、本発明による特別な方法によって製造された硬化した吹付けコンクリートである。

図１はモバイルエアコンプレッサーユニットのスキームを示す。

以下の実施例は本発明を例示する：

実施例１
操作の間に廃熱回収を用いるかかるモバイルエアコンプレッサーユニットのスキーム
空気を圧縮する時に全エネルギーは熱的な熱に変換される。

エネルギー分布は、約８０％がコンプレッサーオイル、１５％が圧縮空気そして５％が環境（放射線）である。コンプレッサーオイルに含まれるエネルギーは、コンプレッサー装置に負の衝撃又は損傷を与えることなく比較的高い温度（７０℃以下）で回収できる。

コンプレッサーを起動する時、オイルは低温であり、これはオイルサーモスタット（位置９）を介して流れてコンプレッサーに戻る。加熱する時に、オイルサーモスタットが開いて、温かいオイルが回収熱交換器（位置２７）を介して廃熱回収ユニットに流れる。オイルが熱を失う間、サーモスタット（位置２６）は閉じられたままであり、このオイルが直接コンプレッサーに流れ戻る。オイルが熱を交換しない場合、サーモスタット（位置２６）は開いており、温かいオイルが空気で冷却されたオイル冷却装置を介して熱を交換することができ、そしてコンプレッサーに流れ戻る。

熱した媒体（この場合、吹付けコンクリート促進剤）を、コンプレッサーの温度状態とは無関係に、温度制御するために、３方向制御弁装置を更に循環系に設置して、コンプレッサー装置に負の衝撃を与えないことを保証しなければならない。

長期間の実験室のコンクリート吹付け試験を実施する間、実地試験及び作業現場のサポート時に、コンクリート及び吹付けコンクリートの水和に対する周囲温度及びフレッシュコンクリート温度の影響が観察された。

実施例２
文献を調べる際に、広範囲の論文が高温のセメント水和物を扱っており、例えば：
J.IEscalante-Garcia, J.H. Sharp, "The microstructure and mechanical properties of blended cements hydrated at various temperatures", Cement and Concrete Research 31 (2001年)、第695〜702頁。

実験室の吹付けコンクリート試験：

図面の詳細な説明
図１は、運転中に廃熱回収する、かかるモバイルエアコンプレッサーユニットのスキームを示す。
１．吸気口フィルタ
２．吸込弁（２つ）
３．コンプレッサーラダー
４．オイルタンク
５．オイルセパレータ
６．最低圧弁及び背圧弁
７．温度センサＰＴ１０００
８．強制空気冷却器
９．サーモスタットオイル
１０．オイル冷却器
１１．オイルフィルタ
１２．油圧保護弁
１３．真空弁
１４．圧力下降弁
１５．安全弁
１６．背圧弁（３つ）
１７．圧縮空気室
１８．起動補助弁圧縮空気ＮＣ
１９．負荷／無負荷制御弁ＮＯ
２０．フィルタ圧制御弁１１０℃
２１．圧力制御弁
２２．起動補助弁解放ＮＯ
２３．調整ノズル
２４．オイル返流ノズル（２つ）
２５．オイル温度スイッチ
２６．サーモスタット
２７．熱交換器ＷＲＧ

Claims (10)

1. 準備されたミックスコンクリート、液体混和材及び圧縮空気のための混合装置として３方向制御ノズルを用いることによる吹付けコンクリートの施工方法であって、吹付ける前及び／又は吹付ける間に液体混和材及び／又は搬送空気を加熱することを特徴とする、吹付けコンクリートの施工方法。
2. コンプレッサーからのエネルギー及び好ましくは廃エネルギーを加熱に用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. コンプレッサーのオイル温度が１２０℃以下、好ましくは８０〜１１０℃であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. コンプレッサーを６〜８バールで且つ好ましくは１０ｍ^３／分の流量で作動させることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 搬送空気の温度を、コンプレッサーからのエネルギーを用いることによって、１０℃〜２５℃の間の温度に調整することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. コンプレッサー及び好ましくはコンプレッサーオイルの熱エネルギーを、熱交換器を使用することによって搬送空気に伝達することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 液体コンクリートの温度が１０℃〜２５℃であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 吹付けコンクリートを硬化促進するための請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法の使用方法。
9. 以下の工程：
   − 準備されたミックスコンクリート塊を提供する工程、
   − 準備されたミックスコンクリートをポンプ中に移し且つ圧力を用いてホースを通して送り出す工程、
   − ホースの末端にて３方向ノズルで圧縮空気を取り込む工程、及び好ましくは７〜１５ｍ^３／分の速度で且つ好ましくは７バールの圧力で流体の予備加熱された混和材をコンクリートに添加する工程
   を特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法によって製造される硬化した吹付けコンクリート。

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