JP2018168026A - 吹付コンクリート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体急結剤を用いても、急結性や初期強度発現性が優れるとともに、コンクリートのコンシステンシーが良好で吹付時のポンプ圧送が良好である吹付コンクリート及びその製造方法を提供する。【解決手段】アルミン酸ナトリウムと、石灰と、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上の遅延剤とを含有するコンクリートであって、該アルミン酸ナトリウムの含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．６〜３．０質量部であり、該石灰の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．２〜４．０質量部であり、かつ該遅延剤の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．０４〜０．１５質量部であるコンクリートと、硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤とを組み合わせてなることを特徴とする吹付コンクリート。【選択図】なし

Description

本発明は急結剤として液体急結剤を用いる吹付コンクリートおよびその製造方法に関する。

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、ベースとなる吹付用コンクリートに含有させることも可能であるが、コンクリートが吹付される直前に、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、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 特開昭６３−２１００５０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、液体急結剤に加えて、粉体急結剤をコンクリートに含有させた場合、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、急結性や初期強度発現性が優れ、かつコンクリートのコンシステンシーの良好な吹付コンクリート及びその製造方法を提供することにある。

そこで、本発明者は、液体急結剤を用いて粉塵発生やコンクリートのリバウンドを抑制し、急結性や初期強度発現性に優れ、かつコンクリートのコンシステンシーを低下させない吹付コンクリートを開発すべく種々検討した結果、液体急結剤として硫酸アルミニウム含有溶液を採用し、コンクリート中に、アルミン酸ナトリウム、石灰及び特定の遅延剤を適量配合することにより、急結性及び初期強度発現性に優れ、かつコンクリートのコンシステンシーが良好で吹付時のポンプ圧送が良好な吹付コンクリートが得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔４〕を提供するものである。
〔１〕アルミン酸ナトリウムと、石灰と、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上の遅延剤とを含有するコンクリートであって、該アルミン酸ナトリウムの含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．６〜３．０質量部であり、該石灰の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．２〜４．０質量部であり、かつ該遅延剤の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．０４〜０．１５質量部であるコンクリートと、硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤とを組み合わせてなる吹付コンクリート。
〔２〕前記遅延剤がグルコン酸又はその塩である〔１〕の吹付コンクリート。
〔３〕前記石灰が消石灰である〔１〕または〔２〕の吹付コンクリート。
〔４〕アルミン酸ナトリウムと、石灰と、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上の遅延剤とを含有するコンクリートであって、該アルミン酸ナトリウムの含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．６〜３．０質量部であり、該石灰の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．２〜４．０質量部であり、かつ該遅延剤の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．０４〜０．１５質量部であるコンクリートをポンプで圧送し、吹付けノズル先端部において硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤を添加することを特徴とする吹付コンクリートの製造方法。

本発明の吹付コンクリートは、急結性、初期強度発現性に優れるとともに、コンクリートのコンシステンシーが良好で吹付時のポンプ圧送性が良好である。これによって、液体急結剤を用いても良好な吹付けコンクリートを製造することができ、粉塵発生量が少なく、リバウンド量が少ない吹付けコンクリートを施工することができる。

本発明は、アルミン酸ナトリウムと、石灰と、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上の遅延剤とを含有するコンクリート（モルタルを含む）であって、該アルミン酸ナトリウムの含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．６〜３．０質量部であり、該石灰の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．２〜４．０質量部であり、かつ該遅延剤の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．０３質量部〜０．１５質量部であるコンクリートと、硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤とを組み合わせてなることを特徴とする吹付コンクリート（吹付モルタルを含む）である。

本発明で使用する液体急結剤は硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤である。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製して、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、２０〜６０質量％がより好ましく、２５〜５０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、コンクリート中のセメント１００質量部に対して、２〜１５質量部が好ましく、３〜１０質量部がより好ましい。

本発明で用いるコンクリートは、アルミン酸ナトリウム、石灰及び遅延剤を含有する。

本発明におけるアルミン酸ナトリウムは、液体急結剤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。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が、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。アルミン酸ナトリウムの使用量は、コンクリート中のセメント１００質量部に対して、０．６〜３．０質量部である。使用量が０．６質量部より少ないと厚付性能の向上が不十分であり、３．０質量部より多くなると急結性の低下、厚付性能の低下につながる。さらに、長期強度の発現性を阻害することになる。より好ましい使用量は、セメント１００質量部に対して、１．０〜２．５質量部であり、さらに好ましくは１．２〜２質量部である。

本発明における石灰とは、狭義の石灰をいい、生石灰、消石灰が挙げられる。石灰石あるいは炭酸カルシウムは含まれない。生石灰としては、遊離生石灰を含む焼成物も使用できる。性能が損なわれない程度に不純物を含んでいても構わない。一般に市販されている試薬品、あるいは工業的に製造される製品を使用することができる。特に、遅延剤との組合せの相性の点から消石灰が好ましい。
石灰の使用量はコンクリート中のセメント１００質量部に対して、０．２〜４．０質量部である。使用量が０．２質量部より少ないと急結性の向上が不十分であり、４．０質量部より多くなるとコンクリートの可使時間が短くなる。より好ましい使用量は、セメント１００質量部に対して、０．５〜３．０質量部であり、さらに好ましくは１．２〜２．５量部である。

本発明における遅延剤は、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上である。一般に市販されている試薬品を使用することができる。この中では、少ない量でコンクリートのしまりを抑制する効果が高いことから、特にグルコン酸又はその塩が好適である。遅延剤の使用量は、コンクリートのコンシステンシーの確保及び吹付モルタルの急結性向上効果の点から、コンクリート中のセメント１００質量部に対して、０．０４〜０．１５質量部である。より好ましい使用量は０．０５〜０．１２質量部であり、さらに好ましくは０．０７〜０．１０質量部である。
なお、一般にコンクリート用の遅延剤として使用されるクエン酸又はその塩は、添加量を増やしてもコンクリートの流動性を保持することが困難であり、本発明においては好ましくない。

この他に、本発明におけるコンクリートには、さらに少量のセッコウを添加することができる。セッコウとしては、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。

この他に、本発明におけるセメント用減水剤としては、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、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルフォン酸系減水剤、メラミン系減水剤などが挙げられるが、コンクリートのコンシステンシー（流動性）を長い時間保持する観点から、ポリカルボン酸系減水剤が好ましい。セメント用減水剤の使用量は、コンクリートのコンシステンシーの確保及び吹付コンクリートの急結性向上効果の点から、コンクリート中のセメント１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部が好ましく、０．５〜１．５質量部がより好ましい。

本発明で用いられ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高炉スラグ、フライアッシュおよび石灰石微粉末を混合した各種混合セメント、エコ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。

本発明で用いられる骨材は特に制限されるものではなく、通常のモルタル又はコンクリート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。

本発明における吹付コンクリートには、上記の材料の他にも、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、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、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粉等を添加することを妨げない。

本発明におけるアルミン酸ナトリウム、石灰及び遅延剤は、予め混合した上で、混和材（急結助材）としてコンクリートに添加することができる。さらに混和材にはセメント用減水剤を添加することができる。セメント用減水剤を添加する場合は粉末状のものが用いられる。特に粉末状ポリカルボン酸系高性能減水剤が好ましい。

コンクリートの製造時に、この混和材をセメント１００質量部に対し２．０〜５．０質量部添加し、混練する。さらに、混練後、コンクリートの流動性状を確認の上、適宜、セメント用減水剤を追加添加して調整を行うことによって、比較的簡便に液体急結剤吹付用として好適なコンクリートを製造することができる。

前記コンクリートは、ポンプで圧送され、吹付ノズルの先端部で液体急結剤が添加されることで、本発明の吹付コンクリートが製造される。吹付コンクリートは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。

以下、更に具体的な実施例および比較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）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）
（２）アルミン酸ナトリウム：市販品、粉末（Ｎａ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３のモル比＝１．３５）
（３）生石灰：試薬、市販品
（４）消石灰：試薬、市販品
（５）生石灰系焼成物：市販品（ｆ．ＣａＯ：５０％）
（６）遅延剤１：酒石酸、市販品
（７）遅延剤２：グルコン酸ナトリウム、市販品
（８）遅延剤３：へプトン酸ナトリウム二水和物、市販品
（９）遅延剤４：クエン酸、市販品
（１０）遅延剤５：リンゴ酸、市販品
（１１）セメント用減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤「ＮＴ−１０００Ｈ」（ＢＡＳＦ社製）
（１２）細骨材：掛川砂（静岡県掛川産山砂、密度；２．５９ｇ／ｃｍ^３（表乾））
（１３）水：水道水
（１４）液体急結剤：硫酸アルミニウム系液体急結剤（市販品）

〔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。細骨材としては掛川砂を使用し、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）を２．７、水セメント比（Ｗ／Ｃ）を５０％として調合したモルタルに、所定量のアルミン酸ナトリウム、石灰及び遅延剤から構成される混和材（急結助剤）、並びにポリカルボン酸系高性能減水剤を添加し、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、３６０秒後の各材齢で試験を行った。結果を表１に示す。

（２）流動性保持性
流動性保持性（しまり発生）について、モルタルフローの変化をみて評価した。モルタルフローが大きく低下した時間をモルタルのしまりが発生したと判断し、発生時間が３０分以内のものを×、３０分以上しまりの発生がみられないものを〇と評価した。

結果を表１に示す。
本発明における配合を有する水準（Ｎｏ．１〜３、８、１０〜１２、１５、１７及び１８）では３０分以上しまりの発生がみられず、かつ急結性が良好であった。一方、所定の配合から外れる水準では、３０分以内にしまりが発生したり（４、５、７、９及び１３）、急結性が不良であったり（６、１４、１６、１９及び２０）、好ましい性状を得ることができなかった。

Claims (4)

1. アルミン酸ナトリウムと、石灰と、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上の遅延剤とを含有するコンクリートであって、
   該アルミン酸ナトリウムの含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．６〜３．０質量部であり、
   該石灰の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．２〜４．０質量部であり、
   かつ該遅延剤の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．０４〜０．１５質量部であるコンクリートと、
   硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤とを組み合わせてなることを特徴とする吹付コンクリート。
2. 前記遅延剤がグルコン酸又はその塩であることを特徴とする請求項１に記載の吹付コンクリート。
3. 前記石灰が消石灰であることを特徴とする請求項１または２に記載の吹付コンクリート。
4. アルミン酸ナトリウムと、石灰と、酒石酸、グルコン酸及びへプトン酸又はその塩から選ばれる１種以上の遅延剤とを含有するコンクリートであって、
   該アルミン酸ナトリウムの含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．６〜３．０質量部であり、
   該石灰の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．２〜４．０質量部であり、
   かつ該遅延剤の含有量がコンクリート中のセメント１００質量部に対して０．０４〜０．１５質量部であるコンクリートをポンプで圧送し、吹付けノズル先端部において硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤を添加することを特徴とする吹付コンクリートの製造方法。