JP2018053673A - 吹付コンクリート用急結剤添加装置および吹付コンクリート用急結剤添加装置における逆流防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吹付コンクリート用急結剤添加装置におけるコンクリートスラリーや水の逆流を防止する技術を提供する。【解決手段】急結剤添加装置１は、たとえばＹ字状の合流管である。コンクリートスラリー圧送管２と、コンクリートスラリー圧送管２の側面に連通する側管３と、側管３内に設けられる逆止弁４を備える。粉末急結剤は側管３を介して空気圧送される。逆止弁４は、筒状部と筒状部端部に管周方向に配設された複数の弾性ブレードを有する。逆止弁４は、空気圧送時に開口した状態にあり、空気圧送停止時に閉口した状態になる。【選択図】図２

Description

本発明は吹付コンクリート用急結剤添加装置および当該装置における逆流防止方法に関する。

山岳トンネルの建設工事で行われるトンネル掘削では、掘削したトンネル内の露呈した地山の崩落を防ぐため、当該面にコンクリート又はモルタル（以下、これらを総称し「コンクリート」と称す。）を吹付けた地山補強が行われる。吹付けコンクリートは、早く固結させ、高い初期強度を発現させるため、セメントに水を加えて混連したコンクリート（コンクリートスラリー）に急結剤を添加したものが使用される。

粉体急結剤を用いる吹付けコンクリートの吹付装置は、コンクリートスラリーを圧送ホースや圧送管を介してポンプ圧送し、ノズルの吐出口よりコンクリートスラリーを噴射する。コンクリートスラリー圧送管の側面には、Ｔ字またはＹ字状等に側管が連通している。側管を介して粉末急結剤が空気圧送され、コンクリートスラリーに混合される。空気圧送されることにより、粉末急結剤は均一に短時間で混合される。

特開２００１−０３２６９７号公報

しかしながら、吹付作業中にノズルが詰まることがある。また、粉末急結剤の固結効果が強すぎる場合、コンクリートスラリーとの合流箇所で閉塞することもある。復旧作業を行う際は、コンクリートスラリーのポンプ圧送および粉末急結剤の空気圧送を停止する。空気圧送を停止すると側管に負圧が発生し、コンクリートスラリーがコンクリートスラリー圧送管から側管へ逆流するおそれがある。

側管にコンクリートスラリーが侵入すると、側管内に残っている粉末急結剤と反応し、側管内で固結するおそれがある。細い側管内でコンクリートスラリーが固結すると、固結物の排除は困難となる。

また、復旧作業を行う際、あるいは吹付装置を現場から撤収する際は、側管と連続する急結剤圧送ホースを外す必要がある。その際、空気圧送側に設けられた脱気機能を用いて、残圧を排除する。これにより、圧送ホースを外すことができる。

しかしながら、側管にコンクリートスラリーが侵入すると、急結剤圧送ホースまで逆流し、空気圧送側に設けられた脱気機能を用いても、コンクリートスラリーの残圧は排除できず、急結剤圧送ホースを外す際、残圧の影響によりコンクリートスラリーが噴き出すおそれがある。

次に、吹付作業終了後に起き得る問題について説明する。吹付作業終了後、圧送ホースやコンクリートスラリー圧送管に洗浄水を流して、コンクリートスラリー圧送管を洗浄する。その際、通常は側管との連通部が上向きにあるため、洗浄水がコンクリートスラリー圧送管から側管へ逆流するおそれはない。

しかしながら、何らかの理由で側管との連通部が下向きになったり、収納時に側管との連通部が下向きになると、洗浄水がコンクリートスラリー圧送管から側管へ、さらに急結剤圧送ホースへと逆流する。ホース内に水分を残したままにしておくと、次回使用時に、粉末急結剤が水分と反応し塊となって、コンクリートスラリーに添加されるおそれがある。その結果、粉末急結剤は均一に混合されず、吹付けコンクリートの付着性状や強度発現性にムラが生じ易くなる。

本発明は上記課題を解決するものであり、吹付コンクリート用急結剤添加装置におけるコンクリートスラリーや水の逆流を防止する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、コンクリートスラリーがポンプ圧送されるコンクリートスラリー圧送管と、前記コンクリートスラリー圧送管の側面に連通し粉末急結剤が空気圧送される側管とを備える吹付コンクリート用急結剤添加装置である。前記側管内に設けられ、前記コンクリートスラリー圧送管から側管への逆流を防止する逆止弁を更に備える。

逆止弁により、コンクリートスラリーや水の逆流を防止できる。

本発明において、好ましくは、前記逆止弁は、前記空気圧送時に開口した状態にあり前記空気圧送停止時に閉口した状態にある。

本発明において、好ましくは、前記逆止弁は、複数の弾性ブレードで形成され、前記空気圧送停止時に前記複数の弾性ブレードが隣接し、閉口した状態にあり、前記空気圧送時に前記複数の弾性ブレードが圧送方向に変形して、開口した状態にある。

これにより、空気圧送時には、粉末急結剤を供給できる。空気圧送停止時には、逆流を防止できる。

本発明において、好ましくは、前記複数の弾性ブレードは、隣の弾性ブレードと重なり合うように管周方向に配設される。

これにより、確実に閉口状態となり、逆流を防止できる。

本発明において、好ましくは、前記弾性ブレードが、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴムの群から選ばれる何れかを材質とする。

これにより、弾性ブレードは、弾性変形性に加えて、耐アルカリ性、耐摩耗性を有し、しかもコンクリートスラリーとの濡れ性も低いものとなる。したがって、極めて実用的である。

本発明において、好ましくは、前記逆流により前記弾性ブレードが逆変形することを抑制する逆変形抑制部材を更に備える。

これにより、より確実に、逆流を防止できる。

本発明において、好ましくは、前記逆止弁は、前記側管内に装脱着可能に設けられる。

これにより、清掃や交換にも対応でき、極めて実用的である。

上記課題を解決する本発明は、コンクリートスラリーがポンプ圧送されるコンクリートスラリー圧送管と、前記コンクリートスラリー圧送管の側面に連通し粉末急結剤が空気圧送される側管と、前記側管内に設けられ、前記コンクリートスラリー圧送管から側管への逆流を防止する逆止弁とを備える吹付コンクリート用急結剤添加装置における逆流防止方法である。前記空気圧送時には、前記逆止弁が開口した状態にあることにより、粉末急結剤を供給可能とし、前記空気圧送停止時には、前記逆止弁が閉口した状態にあることにより、前記コンクリートスラリー圧送管から側管への逆流を防止する。

本願発明では、吹付コンクリート用急結剤添加装置におけるコンクリートスラリーや水の逆流を防止できる。

これにより、ノズルや合流箇所付近で閉塞が発生した場合でも、コンクリートスラリーの逆流を防止し、側管での固結を防止できる。

さらに、復旧作業を行う際も、残圧を適切に排除でき、圧送ホースを安全に外すことができる。

また、吹付作業終了後の側管や急結剤圧送ホースへの水の浸入を防止し、次回作業時も問題なく使用できる。

本発明の一実施形態に係る吹付作業の概略図 本発明の一実施形態に係る吹付コンクリート用急結剤添加装置の概略構成図 本発明の一実施形態に係る逆止弁の配置図 本発明の一実施形態に係る逆止弁の動作説明図 本発明の一実施形態に係る施工時動作説明図 本発明の一実施形態に係る効果説明図 本発明の一実施形態に係る効果説明図 本発明の一実施形態に係る効果説明図 弾性ブレード形状変形例 弾性ブレード枚数変形例 本発明の一実施形態に係る逆変形抑制部材の概略構成図 逆変形抑制部材変形例

〜概略構成・動作〜
図１は、本実施形態に係る吹付作業の概略図である。一例として、トンネル内の地山覆工について説明する。

コンクリートスラリーは、ミキサーにより練り混ぜられた後、ポンプにより供給され、圧送ホース内を圧送される。圧送ホースの途中には、Ｙ字管（本実施形態の急結剤添加装置）が介挿されている。Ｙ字管には、急結剤圧送ホースが接続されている。

粉末急結材は、コンプレッサによる空気圧送により急結材供給設備から急結剤圧送ホースを介しＹ字管まで圧送される。

Ｙ字管において、コンクリートスラリーと急結材とは合流し、急結性コンクリートとして、ノズルより排出され、地山へ吹付けられる。

図２は、本実施形態に係る吹付コンクリート用急結剤添加装置の概略構成図である。

急結剤添加装置１は、たとえばＹ字状の合流管である。コンクリートスラリー圧送管２と、コンクリートスラリー圧送管２の側面に連通する側管３とを備える。

なお、広義の急結剤添加装置は、Ｙ字管と、側管に接続される急結剤圧送ホースと、コンプレッサと、急結剤供給部とを備える（図１や図７等参照）。従来技術と同等な構成については説明を省略する。

さらに、本実施形態では、側管３内に設けられる逆止弁４を備える。逆止弁４は側管３内に固定されていてもよいが、装脱着可能であると尚良い。

図３において、逆止弁４を側管３内に装脱着可能に設ける一例について説明する。側管３は２つのフランジ付配管３１，３２から構成される。逆止弁４は、配管内径相当の筒状部と筒状部一端部に係合部と筒状部他端部に複数の弾性ブレードとを有する。

逆止弁４を配管３１に挿入するとともに、逆止弁４係合部を配管３１フランジに係合させる。なお、配管３１フランジに逆止弁４係合部に対応する係合溝を設けてもよい（図示左側）。

さらに、配管３１フランジと配管３２フランジとを対向させ、ボルト等で接合する（図示右側）。これにより逆止弁４は側管３に脱着可能となる。

図４において、逆止弁４の基本構成および基本動作について説明する。

複数の弾性ブレードは筒状部他端部に管周方向に配設される。弾性ブレードには、弾性変形性に加えて、耐摩耗性や耐アルカリ性及びコンクリートとの濡れ性が低い素材が要求されるため、ゴム系の材料を用いることが好ましい。たとえば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴムなどが好適である。

管周方向に配設された複数の弾性ブレードにより、略ドーム形状が形成される。略ドーム形状の頂部は、閉口した状態にある。外力が作用していない時（空気圧送停止時）は、略ドーム形状が維持される（図示左側）。なお、隣の弾性ブレードと重なり合うように、弾性ブレードの形状や配置を設定すると、隙間の無い略ドーム形状が形成される。

一方、空気圧送の外力作用より、弾性ブレードは圧送方向に弾性変形して、開口した状態になる（図示右側）。空気圧送を停止すると、外力がなくなり、閉口した状態に戻る（図示左側）。また、空気圧送停止による負圧や逆流も弾性ブレードを閉口状態に戻すように作用する。

図５において、施工開始時および施工終了時の急結剤添加装置の動作について説明する。

まず、施工開始時には、コンプレッサによる空気圧送により、逆止弁４は開口状態となる。ついで、ポンプ圧送によりコンクリートスラリーが供給される。あわせて、側管３を介して粉末急結剤が空気圧送される。粉末急結剤は逆止弁４を通過してコンクリートスラリー圧送管２内のコンクリートスラリーに混合される。これにより、急結性コンクリートの吹付作業が開始される（図示上段）。

施工終了時には、粉末急結剤の添加を停止するとともに、コンクリートスラリー圧送を停止する。管内にコンクリートスラリーや粉末急結剤がない状態で、空気圧送を停止する。これにより、逆止弁４は閉口状態となり、コンクリートスラリー圧送管２から側管３への逆流を防止する（図示下段）。たとえば、施工終了後、洗浄水をコンクリートスラリー圧送管２に流しても側管３に逆流することはない。

以上の通り、逆止弁４の動作以外、本実施形態の吹付作業と、従来技術の吹付作業は同様である。逆止弁４は施工性に影響を与えるものではない。

〜効果〜
従来技術と対比することにより、本実施形態の逆止弁４に係る効果について説明する。

図６において、逆止弁４の一つの効果について説明する。

吹付作業中にノズルが詰まることがある。また、粉末急結剤の固結効果が強すぎる場合、コンクリートスラリーとの合流箇所で閉塞することもある。復旧作業を行う際は、コンクリートスラリーのポンプ圧送および粉末急結剤の空気圧送を停止する。空気圧送を停止すると側管に負圧が発生し、コンクリートスラリーがコンクリートスラリー圧送管から側管へ逆流するおそれがある。

従来技術では、側管にコンクリートスラリーが侵入すると、側管内に残っている粉末急結剤と反応し、側管内で固結するおそれがある。細い側管内でコンクリートスラリーが固結すると固結物の排除は困難となる（図示上段）。

これに対し、本実施形態では、逆止弁４が、コンクリートスラリー圧送管２から側管３へのコンクリートスラリーの逆流を防止する（図示下段）。

なお、逆止弁４下流側の側管の一部にて、コンクリートスラリーの逆流のおそれがあるが、コンクリートスラリーが急結剤と反応していなければ、固結状態とはなり難く、排除も容易である。その結果、復旧作業も容易となる。

図７において、逆止弁４の別の効果について説明する。

目詰まりに対する復旧作業を行う際は、側管と連続する急結剤圧送ホースを外す必要がある。従来技術では、側管にコンクリートスラリーが侵入すると急結剤圧送ホースまで逆流し、空気圧送側に設けられた脱気機能を用いても、コンクリートスラリーの残圧は排除できず、急結剤圧送ホースを外す際、残圧の影響によりコンクリートスラリーが噴き出すおそれがある（図示上段）。

これに対し、本実施形態では、逆止弁４が、コンクリートスラリー圧送管２から側管３へのコンクリートスラリーの逆流を防止する。その結果、空気圧送側に設けられた脱気機能を用いて、事前に管内の圧力を外の圧力と同じにすることができる。（図示下段）。これにより、圧送ホースを安全に外すことができる。その結果、復旧作業も容易となる。

図８において、逆止弁４の更に別の効果について説明する。

吹付作業終了後、圧送ホースやコンクリートスラリー圧送管に洗浄水を流して、コンクリートスラリー圧送管を洗浄する。その際、通常は側管との連通部が上向きにあるため、洗浄水がコンクリートスラリー圧送管から側管へ逆流するおそれはない。

しかしながら、何らかの理由で、側管との連通部が下向きにあると、従来技術では、洗浄水がコンクリートスラリー圧送管から側管へ、さらに急結剤圧送ホースへと逆流する（図示左側）。ホース内に水分を残したままにしておくと、次回使用時に、粉末急結剤が水分と反応し塊となって、コンクリートスラリーに添加されるおそれがある。その結果、粉末急結剤は均一に混合されず、吹付けコンクリートの付着性状や強度発現性にムラが生じ易くなる。

これに対し、本実施形態では、逆止弁４が、コンクリートスラリー圧送管２から側管３への水の逆流を防止する（図示下段）。ホース内に水分がない状態が維持され、次回作業時も問題なく使用できる。

次に、弾性ブレードに係る効果について説明する。本実施形態の逆止弁４は、空気圧送による外力を利用した弾性ブレードの変形（弾性変形）により、逆止弁の開閉を切り替えるものである。すなわち、粉末急結剤添加時は開口し、粉末急結剤不要時は閉口する。このように、逆止弁は、粉末急結剤添加の障害にならない。

なお、上記のとおり、逆流のおそれが生じるのは、空気圧送停止時である。空気圧送時は、空気の圧力により逆流を防止できる。したがって、空気圧送時に逆止弁が開口していても逆流に関して不具合は生じない。

さらに、弾性ブレードの可動は、ヒンジ構造など複雑な機構でないため、粉体やコンクリートスラリーの目詰まり、錆、摩耗、固着等により可動箇所に不具合の生じるおそれがない。

簡易な機構であるため、逆止弁４は側管３内に容易に着脱自在に設けることができる。清掃時は逆止弁４を側管３から取外す。また、使用により劣化した場合は、逆止弁４を交換する。逆止弁４は安価な材料により形成できる。このように、極めて実用的である。

〜弾性ブレード変形例〜
管周方向に配設された複数の弾性ブレードにより略ドーム形状が形成されれば、弾性ブレードの形状は限定されない。ただし、隣の弾性ブレードと重なり合うような形状であると、隙間なく略ドーム形状が形成されるため、なお良い。

図９において、弾性ブレード形状の変形例Ａ〜Ｅを示す。変形例Ｃ，Ｅのように左右対称でもよいが、変形例Ａ，Ｂ，Ｄや図４のように左右非対称とし、左右の一方のみに重なり部を設けてもよい。これにより、隙間なく重なりあうとともに、重なり合い部同士が弾性変形を阻害することもない。

また、管周方向に配設された複数の弾性ブレードにより略ドーム形状が形成されれば、弾性ブレードの枚数は限定されない。

図１０において、弾性ブレード枚数の変形例をしめす。弾性ブレードが略ドーム形状を形成するためには３枚以上であることが好ましい。ただし、弾性ブレードの枚数が多過ぎると、弾性ブレード幅が狭く低剛性となり、略ドーム形状を維持しにくくなる。したがって、９枚以下であることが好ましい。

なお、略ドーム形状を維持できないと、逆止弁として機能しなくなる。

〜追加構成〜
複数の弾性ブレードが略ドーム形状を形成することにより、逆止弁４はコンクリートスラリーの逆流を防止できる。しかし、逆流の影響が大きい場合、弾性ブレードが圧送方向とは逆方向に変形（逆変形）するおそれがある。そのとき、逆止弁４は逆流を防止できない。これに対し、逆変形抑制部材５を追加してもよい。

図１１は、逆変形抑制部材５の概略構成図である。理解の補助のため、弾性ブレードの一部を半透明表示としている。

逆変形抑制部材５は、弾性ブレードによる略ドーム形状に対応して設けられている。図示の例では、６つの弾性ブレードに対応する６つの抑制部材が中央で剛結されている。

各抑制部材は、変形し難い材質であって、防錆性、耐摩耗性および耐アルカリ性に優れた材質であれば、特に限定されず、例えばこのような材質としてステンレススチール等を挙げることができる。また、各抑制部材の形状は、逆変形を抑止でき、かつ粉末急結剤圧送の支障にならないものである限り、制限されない。例えば、線、板などで形成される。

各抑制部材の剛性を高めるため、逆流方向に幅を有すること（板状）が好ましい。一方、逆流方向に垂直な方向乃至逆流方向とは異なる方向に幅を有すると、空気圧送時の圧送抵抗となって、粉末急結剤が所定量添加できない虞があるため、好ましくない。同様の理由から、抑制部材が多すぎることも好ましくない。

図１２において、逆変形抑制部材５の形状例を示す。なお、理解し易いように弾性ブレードの図示を省略している。抑制部材は２本以上が好ましい。抑制部材が中央で剛結されていてもよいし、中央の円部材に連結されていてもよい。逆止弁４筒状部端面に対する勾配を有することにより、弾性ブレードによる略ドーム形状に対応する形状を形成してもよいし、逆止弁４筒状部端面と同一平面（勾配なし）に配置してもよい。
１ 急結剤添加装置
２ コンクリートスラリー圧送管
３ 側管
４ 逆止弁
５ 逆変形抑制部材５
３１，３２ フランジ付配管

Claims (8)

1. コンクリートスラリーがポンプ圧送されるコンクリートスラリー圧送管と、前記コンクリートスラリー圧送管の側面に連通し粉末急結剤が空気圧送される側管とを備える吹付コンクリート用急結剤添加装置であって、
   前記側管内に設けられ、前記コンクリートスラリー圧送管から側管への逆流を防止する逆止弁
   を更に備えることを特徴する吹付コンクリート用急結剤添加装置。
2. 前記逆止弁は、
   前記空気圧送時に開口した状態にあり
   前記空気圧送停止時に閉口した状態にある
   ことを特徴する請求項１記載の吹付コンクリート用急結剤添加装置。
3. 前記逆止弁は、複数の弾性ブレードで形成され、
   前記空気圧送停止時に前記複数の弾性ブレードが隣接し、閉口した状態にあり、
   前記空気圧送時に前記複数の弾性ブレードが圧送方向に変形して、開口した状態にある
   ことを特徴する請求項１または請求項２記載の吹付コンクリート用急結剤添加装置。
4. 前記複数の弾性ブレードは、隣の弾性ブレードと重なり合うように管周方向に配設される
   ことを特徴する請求項３記載の吹付コンクリート用急結剤添加装置。
5. 前記弾性ブレードが、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴムの群から選ばれる何れかを材質とすることを特徴とする請求項３または４記載の吹付けコンクリート用添加装置。
6. 前記逆流により前記弾性ブレードが逆変形することを抑制する逆変形抑制部材
   を更に備えることを特徴する請求項３〜５いずれか記載の吹付コンクリート用急結剤添加装置。
7. 前記逆止弁は、前記側管内に装脱着可能に設けられる
   ことを特徴する請求項１〜６いずれか記載の吹付コンクリート用急結剤添加装置。
8. コンクリートスラリーがポンプ圧送されるコンクリートスラリー圧送管と、前記コンクリートスラリー圧送管の側面に連通し粉末急結剤が空気圧送される側管と、前記側管内に設けられ、前記コンクリートスラリー圧送管から側管への逆流を防止する逆止弁とを備える吹付コンクリート用急結剤添加装置における逆流防止方法であって、
   前記空気圧送時には、前記逆止弁が開口した状態にあることにより、粉末急結剤を供給可能とし、
   前記空気圧送停止時には、前記逆止弁が閉口した状態にあることにより、前記コンクリートスラリー圧送管から側管への逆流を防止する
   ことを特徴する吹付コンクリート用急結剤添加装置における逆流防止方法。