JP2017014070A - スラリー状急結助剤及びそれを用いた吹付けコンクリートの製造方法、吹付けコンクリートの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体急結剤を用いても、急結性に優れ、かつベースコンクリートのコンシステンシーの良好な吹付けコンクリートの製造方法を提供する。
【解決手段】以下の構成成分を含有してなるスラリー状急結助剤。（Ａ）アルカリ金属アルミン酸塩、（Ｂ）生石灰系クリンカ組成物、（Ｃ）石膏及び／又はアルカリ金属炭酸塩。前記スラリー状急結助剤を添加してなるベースコンクリートを調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は急結性を補助するためのスラリー状急結助剤及びそれを用いた吹付けコンクリートの製造方法、施工方法に関する。

掘削したトンネルや地下空間などでの建設工事においては、掘削露出面に粉体急結剤を添加したコンクリートを吹付けてライニングし、該露出面の崩落を防止することが広く行われている（特許文献１、２参照）。粉体急結剤としては、カルシウムアルミネートを主成分とし、アルミン酸塩やアルカリ金属炭酸塩などが配合された急結剤が知られている。この粉体急結剤は急結性に優れるものの、一方で粉塵発生量が多いこと、吹付けたコンクリートのリバウンド量が多いことなど課題がある。

この問題を解決する方策として、液体急結剤が用いる技術が提案されている（特許文献３、４参照）が、液体急結剤の急結性や初期強度発現性は粉体急結剤に比べて劣ることが大きな課題である。
液体急結剤使用時の課題の解決策として、液体急結剤と粉体急結剤を併用する方法が提案されている（特許文献５，６参照）。具体的には、液体急結剤の他に、粉末硫酸アルミニウム及びアルミン酸カルシウム等の無機化合物を添加する方法である。粉体急結剤（無機化合物）の添加方法としては、ベースとなる吹付け用コンクリートに含有させることも可能であるが、吹付け用コンクリートが吹付けされる直前に水、もしくは液体急結剤と混合してスラリー化したものを、吹付け用コンクリートの吐出直前に混合させる方法が、粉塵低減の観点から好ましいとされている。

特公昭６０−００４１４９号公報 特開平０９−０１９９１０号公報 特表２００１−５０９１２４号公報 特開平１０−０８７３５８号公報 特開２００２−２２０２７０号公報 特開２００７−０５５８３１号公報

しかしながら、吹付けされる直前に粉体急結剤をスラリー化する方法は、吹付けノズル先端部における専用の混合装置が必要となり、吹付け装置が複雑な構造になるなど実用上の問題も多い。一方、液体急結剤に加えて粉体急結剤をベースとなるコンクリートに含有させた場合は、一般的にコンクリートのコンシステンシーが不良となり、吹付時のベースコンクリートのポンプ圧送性に支障をきたすことになる。
従って、本発明の課題は、液体急結剤を用いても、急結性に優れ、かつベースコンクリートのコンシステンシーの良好な吹付けコンクリートの製造方法、施工方法を提供することにある。

そこで、本発明者は、ベースコンクリートに添加して使用するのに適した急結助剤について種々検討した結果、アルカリ金属アルミン酸塩及び生石灰系クリンカ組成物等を含有してなるスラリー状の急結助剤を用いることにより、液体急結剤を用いた吹付け施工においても急結性に優れ、かつコンクリートのコンシステンシーが良好であり、吹付時のポンプ圧送性にも支障のないことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔８〕を提供するものである。
〔１〕以下の構成成分を含有してなるスラリー状急結助剤。
（Ａ）アルカリ金属アルミン酸塩、
（Ｂ）生石灰系クリンカ組成物、
（Ｃ）石膏及び／又はアルカリ金属炭酸塩。
〔２〕さらに、（Ｄ）分散剤を含む〔１〕のスラリー状急結助剤。
〔３〕〔１〕又は〔２〕のスラリー状急結助剤を添加してなるベースコンクリートを調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの製造方法。
〔４〕〔１〕又は〔２〕のスラリー状急結助剤を、トラックアジテータのタンク内のベースコンクリートに添加、混練して調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの製造方法。
〔５〕前記スラリー状急結助剤の添加量（固形分換算）が、ベースコンクリート中のセメントに対して１．０〜５．５質量％である〔３〕又は〔４〕の吹付けコンクリートの製造方法。
〔６〕〔１〕又は〔２〕のスラリー状急結助剤を添加してなるベースコンクリートを調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの施工方法。
〔７〕〔１〕又は〔２〕のスラリー状急結助剤を、トラックアジテータのタンク内のベースコンクリートに添加、混練して調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの施工方法。
〔８〕前記スラリー状急結助剤の添加量（固形分換算）が、ベースコンクリート中のセメントに対して１．０〜５．５質量％である〔６〕又は〔７〕の吹付けコンクリートの施工方法。

本発明のスラリー状急結助剤を吹付けコンクリートに用いることによって、液体急結剤を使用する場合であっても、優れた急結性を有し、かつベースコンクリートのコンシステンシーも良好な吹付けコンクリートを製造することができる。これによって、粉塵発生量が少なく、リバント量が少ないという液体急結剤の特徴を生かした吹付けコンクリートを施工することができる。

本発明におけるスラリー状急結助剤とは、アルカリ金属アルミン酸塩、生石灰系クリンカ組成物、石膏及び／又はアルカリ金属炭酸塩を含有してなるスラリー状（懸濁質）組成物である。本スラリー状急結助剤は、吹付けコンクリート（モルタルを含む）施工時のベースコンクリート（モルタルを含む）に添加することによって、吹付けコンクリートの急結性を補助的に向上させるために使用するものである。

本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム等が挙げられ、一般に市販されている試薬、あるいは工業製品を使用することができる。特にアルミン酸ナトリウムが好ましい。さらにアルミン酸ナトリウムの中でも、特にＮａ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３のモル比（Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３）が０．８〜１．５であるものが好ましい。

スラリー状急結助剤におけるアルカリ金属アルミン酸塩の配合量は、５〜５０質量％である。５質量％未満では急結性を十分に向上させることができず、５０質量％を超えるとベースコンクリートのコンシステンシーを悪化させる。より好ましくは、１０〜４０質量％である。

本発明で使用する生石灰系クリンカ組成物とは、遊離生石灰及び珪酸三石灰（ＣａＯ・３ＳｉＯ_２）等の珪酸カルシウムを含有する熱処理生成物である。遊離石灰として５０％以上含むものが好ましい。生石灰系クリンカ組成物は、ＣａＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、Ｆｅ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料、ＣａＳＯ_４原料等を含有する配合物を１３００〜１６００℃の温度で熱処理して生成される。熱処理には電気炉、ロータリーキルンなどが使用される。熱処理生成物は、粉砕、分級等処理され、ブレーン比表面積２，０００〜６，０００ｃｍ^２／ｇに粒度調整される。

スラリー状急結助剤における生石灰系クリンカ組成物の配合量は、１０〜７０質量％である。１０質量％未満では急結性を十分に向上させることができず、７０質量％を超えるとベースコンクリートのコンシステンシーを悪化させる。より好ましくは、１５〜６５質量％である。

本発明で使用する石膏としては、無水石膏、二水石膏、半水石膏などが挙げられるが、無水石膏が好ましい。スラリー状急結助剤における石膏の配合量は、０〜７０質量％である。７０質量％を超えるとベースコンクリートのコンシステンシーを悪化させる。より好ましくは、１０〜６５質量％である。

本発明で使用されるアルカリ金属炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられ、一般に市販されている試薬、あるいは工業製品を使用することができる。特に炭酸ナトリウムが好ましい。スラリー状急結助剤における炭酸アルカリの配合量は、０〜７０質量％である。７０質量％を超えるとベースコンクリートのコンシステンシーを悪化させる。より好ましくは、１０〜６５質量％である。

本発明のスラリー状急結助剤には、さらに分散剤を添加することができる。分散剤としては、例えば一般に市販されているセメント用減水剤等を使用することができる。分散剤の成分として、ポリアクリル酸系、ポリカルボン酸系、メラミンスルホン酸系、リグニンスルフホン酸系、ナフタレンスルフホン酸系、ポリオール系などが挙げられる。分散剤の添加は、スラリー状急結助剤のスラリーの分散性を安定化させる上で有効である。また、ベースコンクリートに配合されるセメント用減水剤の一部をあらかじめスラリー状急結剤中に配合することも可能である。スラリー状急結助剤に配合される場合は、粉末タイプ、液状タイプいずれの分散剤も使用できる。

スラリー状急結助剤における分散剤の配合量は、スラリーの安定性向上、ベースコンクリートとしてのコンシステンシーの確保、ならびに吹付けコンクリートの急結性に大きな影響を及ぼさない等の観点から、固形分（粉体）換算で０．１〜１５質量％以下である。より好ましくは、１〜１０質量％である。

本発明のスラリー状急結助剤には、さらに必要に応じて凝結遅延剤を添加することができる。凝結遅延剤としては、一般に市販されているものを使用することができる。例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸などの有機酸、又はその塩、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、糖類などが挙げられる。これらのうち一種又は二種以上が用いられる。凝結遅延剤の使用は、夏場、ベースコンクリートの練上がり温度が高くなる場合に有効である。

スラリー状急結助剤における凝結遅延剤の配合量は、ベースコンクリートのコンシステンシーの確保及び吹付けコンクリートの急結性に大きな影響を及ぼさないという観点から、固形分換算で２質量％以下である。より好ましくは、１．５質量％以下である。

スラリー状急結助剤は上記のアルカリ金属アルミン酸塩、生石灰系クリンカ組成物、石膏及び／又はアルカリ金属炭酸塩等の固形分（粉体）と水を混合・撹拌して作製される。スラリー状急結助剤における水の配合量は、当該固形分１００重量部に対して、３０〜３００質量部である。なお、本スラリー状急結助剤で使用する水分は、ベースコンクリートで使用する水分の単位量に含まれる。このため、ベースコンクリートを製造する際は、予めスラリー状急結助剤で使用する水分量を差し引いた水分量で調製される。

本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュ、石灰石微粉末等を混合した混合セメント等が挙げられる。また、前記セメントの一種であっても、二種以上のものであっても良い。

また、本発明で使用する骨材としては、特に制限されるものではなく、通常のコンクリート又はモルタルの製造に使用される骨材を何れも使用することができる。

ベースコンリートの製造時に、スラリー状急結助剤に配合された分散剤とは別に、セメント用減水剤を添加することができる。ここで使用されるセメント用減水剤は通常液状タイプのものが使用される。その種類は特に限定されるものではないが、スラリー状急結助剤にセメント用減水剤が配合された場合は、同じ系統のセメント用減水剤が使用されることが望ましい。

ベースコンクリートには、前記セメント用減水剤の他に、必要に応じて、本発明の特長が損なわない程度において、ＡＥ剤、流動化剤、増粘剤、膨張材、収縮低減剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤、各種繊維等を添加することを妨げない。

前記のベースコンクリートは、ポンプ圧送され、吹付ノズルの先端で液体急結剤と混ざり、トンネル等の掘削露出面に吹付施工される。吹付装置あるいは吹付施工方法については、一般的に使用されている液体急結剤を使用する吹付システムを利用することができる。

本発明におけるスラリー状急結助剤は、吹付けコンクリートにおける急結性を補助する成分として、ベースコンクリートに添加される。特に、生コン製造プラント等でベースコンクリートが製造され、吹付け施工現場に搬送されたトラックアジテータのタンク内のベースコンクリートに添加される場合に好適である。スラリー状であることから、粉塵が発生することもなく、タンク内への添加作業がやり易く、また、コンクリートミキサーに比べ混練性が悪いトラックアジテータのタンク内であっても、比較的均一に混練することが可能である。このため、添加される成分が効率よく効果を発揮することができる。粉末状で添加された場合は、未混練による混合ムラやダマが生じやすく、ポンプ圧送の障害を起こす懸念があるが、本スラリー状急結助剤を使用した場合は、そのような問題が生じない。

スラリー状急結助剤のベースコンクリートへの添加量は、ベースコンクリート中のセメントに対して固形分換算で１．０〜５．５質量％であることが好ましい。１．０質量％未満の場合、十分な急結性を付与することができない。一方、５．５質量％を超えて添加された場合は、ベースコンクリートのコンシステンシーが損なわれ、ポンプ圧送に支障が生じる虞がある。より好ましくは、２．５〜５．０質量％である。

本発明で使用する液体急結剤としては、例えば硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤が挙げられる。該液体急結剤は、通常、粉末状の硫酸アルミニウム（又はその水和物）を水と混ぜ、水溶液として調製されるが、特にこれに限定されるものではない。可溶性アルミニウム成分と硫酸などの硫黄源を調整して、硫酸アルミニウムを水溶液として調製したものと同じ効果をもたらすものであってもかまわない。また、本発明の特長が損なわない程度において、さらに他の成分を添加することを妨げない。他の成分としては、例えば、沈降性シリカ、アルカノールアミンなどが挙げられる。液体急結剤中の硫酸アルミニウム含有量は、１５質量％以上が好ましく、２０〜３５質量％がより好ましく、２２〜３０質量％がさらに好ましい。

液体急結剤の使用量は、急結性能と長期強度発現性のバランスの点から、ベースコンクリート中のセメント１００質量部に対して、３〜１５質量部が好ましく、５〜１３質量部がより好ましい。

本発明のスラリー状急結助剤を用いることによって、液体急結剤を用いた場合であっても、急結性に優れる吹付けコンクリートを製造することができる。

また、本発明のスラリー状急結助剤を用いることによって、粉塵発生量が少なく、リバント量が少ないという液体急結剤の特徴を生かした吹付けコンクリートを施工することができる。

以下、更に具体的な実施例を挙げて説明する。但し、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。

〔使用材料〕
（１）アルミン酸ナトリウム：市販品、粉末（Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３＝１．３５）
（２）生石灰系クリンカ組成物：生石灰、粘土、石膏の混合粉末を１４５０℃で焼成し、遊離石灰を６５質量％含有する熱処理生成物を得た。遊離石灰以外の主な成分は、珪酸三石灰（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）、無水石膏（ＣａＳＯ_４）であった。この熱処理生成物を粗砕し、更にミルで粉砕して、ブレーン比表面積３，２００ｃｍ^２／ｇの生石灰クリンカ組成物を得た。
（３）石膏：無水石膏；市販品（旭硝子社製）
（４）炭酸ナトリウム：ソーダ灰（トクヤマ社製）
（５）セメント用減水剤（粉末タイプ）：ポリカルボン酸系高性能減水剤「ＮＦ−１００」（太平洋マテリアル社製）
（６）セメント用減水剤（液状タイプ）：高性能減水剤「ＮＴ１０００Ｈ」（ＢＡＳＦ社製）
（７）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度；３．１６ｇ／ｃｍ^３）
（８）細骨材：ＪＩＳ砂
（９）水：水道水
（１０）液体急結剤：硫酸アルミニウム系液体急結剤（硫酸アルミニウム含有量；２７質量％）

〔スラリー状急結助剤の作製〕
アルミン酸ナトリウム、生石灰系クリンカ組成物、石膏、炭酸ナトリウム及びセメント用減水剤（粉末タイプ）を表１の配合で混合し、この混合物（固形分）１００質量部に対して、表２に示すとおり、水を４８〜２６４質量部加え、撹拌ミキサーで１分間混合し、スラリー状急結助剤とした。

〔評価試験〕
（１）急結性評価
急結性評価はモルタルによるプロクター貫入抵抗試験で行った。
砂セメント比（質量比）を２．５、水セメント比（質量比）を５０％としたモルタル配合に、表２に示す配合のとおり、スラリー状急結助剤及びセメント用減水剤（液状タイプ）を添加し、モルタルミキサーで１分間混練した。このモルタルに、セメントに対して７質量％の液体急結剤を添加し、ハンドミキサーを用いて５秒間撹拌した後、プロクター貫入抵抗値を測定した。測定は、液体急結剤添加直後を０秒とし、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、３６０秒後の各材齢で試験を行った。結果を表３に示す。

（２）流動性評価
急結性評価試験と同様にスラリー状急結助剤を添加、混練したモルタルについて、流動性（フロー試験による測定値）、しまり具合などから目視で評価した。しまりがなく流動性が良好なものを○、しまりがみられたり、流動性が悪いものを×とした。結果を表３に示す。

表３から明らかなように、スラリー状急結助剤（Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ）を所定量配合したモルタルは、スラリー状急結助剤を配合しない場合（比較例１）に比べて、急結性能を向上させることができることが分かった。特に、スラリー状急結助剤の添加量として、ベースコンクリート中のセメントに対して２．５質量％〜５質量％添加したもの（実施例２〜８）は、プロクター貫入抵抗値が３０秒で０．５Ｎ／ｍｍ^２以上、９０秒で２．０Ｎ／ｍｍ^２以上、３６０秒で１０．０Ｎ／ｍｍ^２以上であって急結性が良好であり、かつ流動性評価も良好であることが分かった。
但し、スラリー状急結助剤添加量が６．０質量％の場合（比較例２）はモルタル性状にしまりが生じて、良好な流動性が得られなかった。

Claims (8)

1. 以下の構成成分を含有してなるスラリー状急結助剤。
   （Ａ）アルカリ金属アルミン酸塩、
   （Ｂ）生石灰系クリンカ組成物、
   （Ｃ）石膏及び／又はアルカリ金属炭酸塩。
2. さらに、（Ｄ）分散剤を含む請求項１に記載のスラリー状急結助剤。
3. 請求項１又は２に記載のスラリー状急結助剤を添加してなるベースコンクリートを調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの製造方法。
4. 請求項１又は２に記載のスラリー状急結助剤を、トラックアジテータのタンク内のベースコンクリートに添加、混練して調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの製造方法。
5. 前記スラリー状急結助剤の含有量（固形分換算）が、ベースコンクリート中のセメントに対して１．０〜５．５質量％であることを特徴とする請求項３又は４に記載の吹付けコンクリートの製造方法。
6. 請求項１又は２に記載のスラリー状急結助剤を添加してなるベースコンクリートを調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの施工方法。
7. 請求項１又は２に記載のスラリー状急結助剤を、トラックアジテータのタンク内のベースコンクリートに添加、混練して調製した後、該ベースコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの施工方法。
8. 前記スラリー状急結助剤の含有量（固形分換算）が、ベースコンクリート中のセメントに対して１．０〜５．５質量％であることを特徴とする請求項６又は７に記載の吹付けコンクリートの施工方法。