JP2018111992A - 吹付けコンクリートの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵が発生するのを抑制し、液体急結剤を充分に混合させて、吹き付けられた吹付けコンクリートに、所望の初期強度を効果的に発現させる吹付けコンクリートの施工方法を提供する。【解決手段】吹付け用ホース１１を介して圧送される、空練りされたセメント及び骨材に、吹付けノズル部１２の上流側の水供給部１３で水を供給することによりこれらを混合して、吹付けコンクリートとして吹付けノズル部１２から吐出させる吹付けコンクリートの施工方法において、供給される水に液体急結剤を混合して、該液体急結剤を、水と共に空練りされたセメント及び骨材に供給して混合した後に、吹付けコンクリートを吹付けノズル部１２から吐出させる。液体急結剤は、水供給部１３よりも上流側の接続部１４で、水圧送ホース１５と接続する急結剤ホース１６を介して水圧送ホース１５に送られて、水と混合されるようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、吹付けコンクリートの施工方法に関する。

例えば山岳トンネルや地下空間等を構築する建設工事においては、掘削によって形成された露出壁面に、急結剤を添加したコンクリートやモルタル（以下、コンクリートとする）を吹き付けてライニングすることにより、露出壁面を防護する吹付けコンクリートを施工することが広く行われている。吹付けコンクリートは、細骨材や粗骨材からなる骨材と、セメントと、水とを含んで形成されるようになっており、さらに、吹付けられたコンクリートが硬化するのを促進して、早期強度を発現させるための急結剤を含んでいる。

また、吹付けコンクリートの施工方法には、湿式法と乾式法とがあり（例えば、特許文献１参照）、湿式法は、セメント及び骨材に水を加えて混練することにより流動状態のコンクリートとし、混練りされた流動状態の吹付けコンクリートを、圧縮空気によって吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に圧送すると共に、吹付けノズル部の手前で急結剤を加えて混合した状態で、露出壁面に向けて吹付けコンクリートを吹付ける方法であり、乾式法に比べて、コンクリートの品質管理が容易な工法として知られている。乾式法は、セメントと骨材を空練りした状態で圧縮空気によって吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に圧送すると共に、水が供給される水供給部よりも上流側で、空練りされたセメントと骨材に急結剤を加え、さらに吹付けノズル部の手前の水供給部で水を加えて混合することにより、流動状態の吹付けコンクリートとして、露出壁面に向けて吹付けコンクリートを吹付ける工法である。

特開２００４−９２２１１号公報 特開２０１５−１２４１３３号公報 特開平１０−８７３５８号公報

吹付けコンクリートに混合される急結剤として、一般に、例えば市販されているカルシウムアルミネート系の粉体急結剤が用いられているが（例えば、特許文献２参照）、急結剤として粉体急結剤を用いる場合、粉塵が発生し易くなると共に、粉体急結剤は強アルカリ性の物質であるため、取り扱いに不便である。

このようなことから、急結剤として、粉体急結剤に代えて、例えば水溶性アルミニウム塩系の液体急結剤を用いることが提案されているが（例えば、特許文献３参照）、液体急結剤は、粉塵を発生させず、また中性の物質であるため取り扱いが容易である一方で、吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に向けて圧送される、水を含んで混練りされた流動状態の吹付けコンクリートには混合され難く、充分に混合されないことになって、吹付けコンクリートに所望の初期強度を発現させることが困難になる。

本発明は、液体急結剤を用いることで、粉塵が発生するのを効果的に抑制できると共に、液体急結剤を充分に混合させて、露出壁面に吹き付けられた吹付けコンクリートに、所望の初期強度を効果的に発現させることのできる吹付けコンクリートの施工方法を提供することを目的とする。

本発明は、吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に向けて圧送される、空練りされたセメント及び骨材に、吹付けノズル部の上流側の水供給部で水を供給することによりこれらを混合して、吹付けコンクリートとして吹付けノズル部から吐出させる乾式法による吹付けコンクリートの施工方法において、供給される水に液体急結剤を混合して、該液体急結剤を、水と共に空練りされたセメント及び骨材に供給して混合した後に、吹付けコンクリートを吹付けノズル部から吐出させる吹付けコンクリートの施工方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の吹付けコンクリートの施工方法は、前記液体急結剤が、前記空練りされたセメント及び骨材に水を供給する前記水供給部よりも上流側の接続部で、水圧送ホースと接続する急結剤ホースを介して水圧送ホースに送られて、水と混合されるようになっていることが好ましい。

また、本発明の吹付けコンクリートの施工方法は、前記液体急結剤及び水が、前記急結剤ホース及び前記水圧送ホースに取り付けられた流量調整バルブによって、供給量が各々調整されるようになっていることが好ましい。

本発明の吹付けコンクリートの施工方法によれば、液体急結剤を用いることで、粉塵が発生するのを効果的に抑制できると共に、液体急結剤を充分に混合させて、露出壁面に吹き付けられた吹付けコンクリートに、所望の初期強度を効果的に発現させることができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る吹付けコンクリートの施工方法を実施するための使用機器のシステム構成を説明する模式図である。

本発明の好ましい一実施形態に係る吹付けコンクリートの施工方法は、例えば山岳トンネルを構築する建設工事において、トンネルの掘削によって形成された露出壁面に、型枠を用いることなく、コンクリートを吹き付けて付着させることにより、一次覆工がなされるまでの間、露出壁面を吹き付けたコンクリートによって簡易に防護しておくための工法として採用されたものである。本実施形態の吹付けコンクリートの施工方法は、液体急結剤を用いることで、粉塵が発生するのを効果的に抑制できるようにすると共に、液体急結剤の混合の仕方を工夫することにより、吹付けノズル部に向けて圧送される吹付けコンクリートに液体急結剤を充分に混合させて、露出壁面に吹き付けられた吹付けコンクリートが、所望の初期強度を効果的に発現できるようにする機能を備えている。

ここで、従来の吹付けコンクリートの施工方法によれば、湿式法と乾式法とがあり、湿式法は、細骨材や粗骨材からなる骨材と、セメントと、水とを予め混練した、流動状態のコンクリートを圧送して、吹付けノズル部から吐出させるものであり、所定量の水を予め加えることでセメント比が安定するため、コンクリートの品質管理が容易である。また湿式法では、水が混合されていて流動状態となっているコンクリートに、液体急結剤をさらに混合することは、液体同士の混合となって困難であることから、急結剤として、粉体急結剤を用いることが一般的である。一方、急結剤として粉体急結剤を用いる場合、粉体急結剤は、吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に向けて圧送されるコンクリートに混合される際に、多量の粉塵を発生することから、粉塵の発生を抑制する技術の開発が要望されている。

また、粉体急結剤に代えて、液体急結剤を用いることで、粉塵の発生を抑制できると考えられるが、液体急結剤を用いる場合、液体急結剤は、上述のように、吹付けノズル部に向けて圧送されるコンクリートに充分に混合することが困難であることから、吹付けコンクリートが所望の初期強度を発現できなくなるおそれがある。このため、液体急結剤は、吹付けコンクリートに混合される急結剤として、使用さなくなっているのが現状である。

本願の発明者等は、種々検討した結果、後述する実施例のように、セメントと骨材とを空練りした状態で、吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に向けて圧送する乾式法による吹付けコンクリートに、液体急結剤を混合した場合に、水セメント比が安定しなくても、所望の初期強度が容易に得られることを解明し、本願の発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明の好ましい一実施形態に係る吹付けコンクリートの施工方法は、図１に示すように、吹付け用ホース１１を介して吹付けノズル部１２に向けて圧送される、空練りされたセメント及び骨材に、吹付けノズル部１２の上流側の水供給部１３で水を供給することによりこれらを混合して、吹付けコンクリートとして吹付けノズル部１２から吐出させる乾式法による吹付けコンクリートの施工方法において、供給される水に液体急結剤を混合して、該液体急結剤を、水と共に空練りされたセメント及び骨材に供給して混合した後に、吹付けコンクリートを吹付けノズル部１２から吐出させるようになっている。

また、本実施形態の吹付けコンクリートの施工方法では、液体急結剤は、空練りされたセメント及び骨材に水を供給する水供給部１３よりも上流側の接続部１４で、水圧送ホース１５と接続する急結剤ホース１６を介して水圧送ホース１５に送られて、水と混合されるようになっている。

さらに、本実施形態の吹付けコンクリートの施工方法では、液体急結剤及び水は、急結剤ホース１６及び水圧送ホース１５に取り付けられた流量調整バルブ１６ａ，１５ａによって、これらの供給量が各々調整されるようになっている。

本実施形態では、吹付けコンクリートの施工方法を実施するための施工システムは、例えば図１に模式図として示すシステム構成を備えている。すなわち、本実施形態の吹付けコンクリートの施工システム１０は、図１に示すように、吹付け機１７と、先端部分に吹付けノズル部１２が取り付けられた吹付け用ホース１１と、水供給装置１８と、急結剤添加装置１９とを含んで構成されている。

吹付け機１７は、乾式法による吹付けコンクリートの施工方法に用いることが可能なローター式の吹付け機を用いることができる。本実施形態では、吹付け機１７として、例えば６〜２１ｍ³／ｈの吹付け能力を備えるローター式の吹付け機である、商品名「アリバ２８５」（富士物産社製）を、好ましく用いることができる。吹付け機１７は、例えば０．３５ｍ³／バッチの空練り能力を備える、例えば最大供給量が２５ｍ³／Ｈの２軸強制練りミキサを備える吹付けプラント２０と接続していると共に、例えば１８．５ｍ³／ｍｉｎの圧送能力を備えるコンプレッサー２１と接続している。これによって、吹付け機１７は、当該吹付け機１７に連結された、好ましくはマテリアルホ−スからなる吹付け用ホース１１を介して、吹付けプラント２０で空練りされたセメント及び骨材を、コンプレッサー２１からの圧縮空気によって、吹付け機１７に向けて圧送できるようになっている。

水供給装置１８は、水タンク１８ａと、加圧ポンプ１８ｂとからなり、加圧ポンプ１８ｂは、例えば７．５ＫＷ、２．５〜３．５ＭＰａの規格のプランジャーポンプとなっている。水供給装置１８は、当該水供給装置１８から吹付け用ホース１１の水供給部１３まで延設する水圧送ホース１５を介して、加圧ポンプ１８ｂによって、水タンク１８ａに貯留された水を、吹付け用ホース１１の水供給部１３に向けて圧送できるようになっている。また、水圧送ホース１５には、流量調整バルブ１５ａが取り付けらており、吹付け用ホース１１に供給されて空練りされたセメント及び骨材と混合される水の供給量を、適宜調整できるようになっている。

急結剤添加装置１９は、急結剤タンク１９ａと、圧送ポンプ１９ｂとからなり、圧送ポンプ１９ｂは、例えば１．５ＭＰａ、１０Ｌ／ｍｉｎの圧送能力を備えている。水供給装置１８は、当該急結剤添加装置１９から水圧送ホース１５との接続部１４まで延設する急結剤ホース１６を介して、圧送ポンプ１９ｂによって、急結剤タンク１９ａに貯留された液体急結剤を、吹付け用ホース１１の水供給部１３よりも上流側の、水圧送ホース１５との接続部１４に向けて圧送できるようになっている。また、急結剤ホース１６には、流量調整バルブ１６ａが取り付けらており、吹付け用ホース１１に供給されて、水と共に空練りされたセメント及び骨材と混合される液体急結剤の供給量を、適宜調整できるようになっている。

本実施形態では、水圧送ホース１５から水が、混合された液体急結剤と共に吹付け用ホース１１に供給される水供給部１３は、乾式法による吹付けコンクリートの施工方法に用いる器具として公知の、ウォーターリングを含んで構成されている。ウォーターリングは、例えば特開２００９−２４９０４号公報に記載されるように、周方向に間隔をおいて側壁に形成された複数の導水孔を備えており、これらの導水孔を介して内部に水を導入するようになっている。ウォーターリングは、給水孔を有する導水ケースによって覆われていると共に、導水ケースは、内方に突出する固定突起を備えており、固定突起にウォーターリングが固定されている。導水ケースの一端部には、水圧送ホース１５の下流側端部に固定された継手部材が挿入固定されており、水圧送ホース１５を介して圧送される、液体急結剤を含んだ水が、給水孔及び複数の導水孔を介して内部に導入されることで、吹付け用ホース１１を介して圧送される空練りされたセメント及び骨材に供給されて、混合されるようになっている。

吹付け用ホース１１の水供給部１３が、ウォーターリングを含んで構成されていることにより、液体急結剤が混合された水を、吹付け用ホース１１を介して圧送される空練りされたセメント及び骨材に効率良く混合させて、これらが充分に混練りされた流動状態の吹付けコンクリートを、吹付け用ホース１１の内部の水供給部１３よりも下流側で形成することが可能になると共に、充分に混練りされた品質の良好な吹付けコンクリートを、吹付け用ホース１１の下流側の端部に設けられた吹付けノズル部１２から、露出壁面に向けて吹き付けることができるようになっている。

ここで、本実施形態では、吹付けコンクリートに混合される液体急結剤として、好ましくは中性の物質である、硫酸アルミニウム等の水溶性アルミニウム塩系の液体急結剤を用いることができる。

そして、本実施形態の吹付けコンクリートの施工方法は、例えば上述の構成を備える施工システム１０を用いて実施され、上述にように、吹付け用ホース１１に供給される水に液体急結剤を混合して、液体急結剤を、水と共に空練りされたセメント及び骨材に混合した後に、吹付けコンクリートを吹付けノズル部１２から吐出させるようになっている。

これによって、本実施形態によれば、急結剤として液体急結剤を用いることで、粉体急結剤を用いる場合と比較して、粉塵が発生するのを効果的に抑制することが可能になると共に、水に液体急結剤を混合して、液体急結剤を水と共に空練りされたセメント及び骨材に混合するので、液体急結剤を吹付けコンクリートに充分に混合させて、露出壁面に吹き付けられた吹付けコンクリートが、所望の初期強度を効果的に発現できるようにすることが可能になる。

また、本実施形態では、液体急結剤は、吹付け用ホース１１への水供給部１３よりも上流側の接続部１４で、水圧送ホース１５と接続する急結剤ホース１６を介して水圧送ホース１５に送られて、水と混合されるようになっているので、液体急結剤を、水に充分に混合させた状態で、空練りされたセメント及び骨材に、水と共に供給して混合することが可能になって、露出壁面に吹き付けられた吹付けコンクリートに、所望の初期強度を一層効果的に発現させることが可能になる。

さらに、本実施形態では、液体急結剤及び水は、急結剤ホース１６及び水圧送ホース１５に取り付けられた流量調整バルブ１６ａ，１５ａによって、これらの供給量を各々調整できるようになっているので、地山の湧水などの状況に合わせて、液体急結剤や水の量を調整することが可能になる。また、吹付けコンクリートの配合や使用する材料によって、吐出状態が変ってくるので、それに合わせて急結剤や水の量を調整することが可能になる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、液体急結剤は、水供給部よりも上流側の接続部で、水圧送ホースと接続する急結剤ホースを介して水圧送ホースに送られて、水と混合される必要は必ずしもなく、例えば水タンクにおいて予め水と混合された後に、水と共に水圧送ホースを介して水供給部に圧送することもできる。

以下、実施例により、本発明の吹付けコンクリートの施工方法をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例の記載によって何ら制限されるものではない。

〔予備吹付試験〕
図１に示す吹付けコンクリートの施工システム１０を用いて、表１に示す６種類の当初配合の吹付けコンクリートについて、予備吹付け試験を行った。使用材料を表２に示す。また、設計基準強度は、普通ポルトランドセメント（Ｃ＝３６０ｋｇ／ｍ³）を用いたとして、２８日強度をσ28＝１８Ｎ／ｍｍ²とし、２４時間強度をσ24h＝５Ｎ／ｍｍ²とした。

予備吹付試験は、土捨て場に運搬した残土を盛り立て、その法面に現場バッチャープラントで製造した、各々の当初配合の０．９ｍ³の吹付けコンクリートを吹き付けることにより行った。まず基準配合１（Ｃ＝３６０ｋｇ）で、吐出量を一定にして吹付けを行い、水量を調整しながら吹付けの状況を目視で確認すると共に、最適な吹付状況となるＷ／Ｃを確認した。次にセメント量を増やした基準配合２（Ｃ＝４５０ｋｇ）で、同様に水量を調整しながら吹付けの状況を目視で確認すると共に、最適な吹付状況となるＷ／Ｃを確認した。基準配合１及び基準配合２の吹付けコンクリートによって得られた２８日強度σ28を表４に示す。

予備吹付試験において、それぞれの配合で最適なＷ／Ｃを決定して、当初配合における基準配合１，２を修正することにより、表３に示す６種類の修正後配合を得た。

〔急結剤の影響評価のための吹付試験、及びＷ／Ｃの影響評価のための吹付試験〕
表３に示す修正後配合における、基準配合１，２、及び基準配合１，２からＷ／Ｃを５％増減させた配合の吹付けコンクリートについて、本試験として、予備吹付試験と同様に、図１に示す吹付けコンクリートの施工システム１０を用いて、土捨て場に盛り立てた残土の法面に吹付けコンクリートを吹き付け、以下の項目を測定した。測定結果を表４に示す。

１）吐出量（吹付け時間）
２）水の流量（流量計及び使用水量）
３）初期強度（２４時間強度）σ24h プルアウト試験
４）コアの圧縮強度（７日、２８日強度）σ7，σ28 現場気中養生
５）コアの静弾性係数（７日、２８日強度）Ｅ7，Ｅ28 現場気中養生

表４に示す試験結果では、修正後配合における、いずれの配合の吹付けコンクリートについても、初期強度σ24h及び２８日強度σ28は、必要強度を大きく上回っていることが判明する。

変動係数を２０％とした場合の割増係数は、１．４９となり、普通ポルトランドセメント（Ｃ＝３６０ｋｇ／ｍ³）を用いた場合の配合強度は、２８日強度σ28が、１．４９×１８Ｎ／ｍｍ²＝２６．８Ｎ／ｍｍ²、２４時間強度σ24hが、１．４９×５Ｎ／ｍｍ²＝７．４Ｎ／ｍｍ²となる。これに対して、表４に示す試験結果は、すべての配合において十分に余裕のある値となっている。過剰と思われる強度の発現も確認されるが、季節の変動や、乾式吹付けによる吹付けコンクリート品質は変動が大きいこと考慮すると、基準配合１，２を、現場配合として使用することが好ましいと判断できる。

また、乾式吹付けにおいて、吹付けコンクリートの付着が最も良好になる水分量は、湿式吹付けでワーカビリティを得るために必要なＷ／Ｃよりも少なくなる傾向があるため、乾式吹付けで付着の良い状態で吹き付けを行っていれば、吹付けコンクリートの強度は、規定値を満足するものとなることが考えられる。上述の試験では、最適と判断される水量を所定の範囲で増減させても、強度に与える影響がないことが確認された。

１０ 吹付けコンクリートの施工システム
１１ 吹付け用ホース
１２ 吹付けノズル部
１３ 水供給部
１４ 接続部
１５ 水圧送ホース
１５ａ 流量調整バルブ
１６ 急結剤ホース
１６ａ 流量調整バルブ
１７ 吹付け機
１８ 水供給装置
１８ａ 水タンク
１８ｂ 加圧ポンプ
１９ 急結剤添加装置
１９ａ 急結剤タンク
１９ｂ 圧送ポンプ
２０ 吹付けプラント
２１ コンプレッサー

Claims (3)

1. 吹付け用ホースを介して吹付けノズル部に向けて圧送される、空練りされたセメント及び骨材に、吹付けノズルの上流側の水供給部で水を供給することによりこれらを混合して、吹付けコンクリートとして吹付けノズル部から吐出させる乾式法による吹付けコンクリートの施工方法において、
   供給される水に液体急結剤を混合して、該液体急結剤を、水と共に空練りされたセメント及び骨材に供給して混合した後に、吹付けコンクリートを吹付けノズル部から吐出させる吹付けコンクリートの施工方法。
2. 前記液体急結剤は、前記空練りされたセメント及び骨材に水を供給する前記水供給部よりも上流側の接続部で、水圧送ホースと接続する急結剤ホースを介して水圧送ホースに送られて、水と混合される請求項１記載の吹付けコンクリートの施工方法。
3. 前記液体急結剤及び水は、前記急結剤ホース及び前記水圧送ホースに取り付けられた流量調整バルブによって、供給量が各々調整される請求項２記載の吹付けコンクリートの施工方法。