JP2020011891A - 吹付用高強度コンクリート - Google Patents
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Abstract
Description
〔1〕次のベースコンクリート(A)とベースコンクリート中のポルトランドセメント含有量100質量部に対し7〜14質量部の急結材(B)からなる吹付用高強度コンクリート。
A;ポルトランドセメント100質量部、ブレーン比表面積8000〜11000cm2/gの無水石膏7〜16質量部、減水剤0.3〜2質量部、骨材及び水を含有するベースコンクリート。
B;化学成分としてのCaOとAl2O3の含有モル比(CaO/Al2O3)が1.8〜2.7のカルシウムアルミネートを68〜87質量%、無水石膏10〜26質量%、アルカリ金属の硫酸塩及び/又は炭酸塩3〜12質量%を含有する急結材であって、急結材中の無水石膏が粉末度6600〜8700cm2/gの石膏である急結材。
〔2〕急結材(B)がさらに硫酸アルミニウムを含有する前記〔1〕の吹付用高強度コンクリート。
〔3〕急結材(B)中のアルカリ金属硫酸塩(NS)とアルカリ金属炭酸塩(NC)との含有量が、(1)カルシウムアルミネート含有量が68質量%のときNS=0、NC=3〜12質量%、(2)カルシウムアルミネート含有量が87質量%のときNC=0、NS=3〜12質量%、(3)カルシウムアルミネート含有量が80質量%のときNS/NC=2:3〜3:2、NS+NC=3〜12質量%、(4)カルシウムアルミネート含有量が68質量%超80質量%未満のときカルシウムアルミネート含有量の増加に比例してNSは増加してNCは減少し、NS/NC=2:3〜3:2になる、(5)カルシウムアルミネート含有量が80質量%超87質量%未満のときカルシウムアルミネート含有量の減少に比例してNCは増加してNSは減少し、NS/NC=2:3〜3:2になる、前記〔1〕又は〔2〕記載の吹付用高強度コンクリート。
(1)湿式吹付工法で施工した際に、水量や減水剤量を多くしなくとも、ベースコンクリートと急結材の混合性が良好なため、均質な性状の吹付コンクリートになる。
(2)吹付施工したコンクリートとしては材齢28日の圧縮強度が36N/mm2以上の安定した強度発現性の高強度のコンクリートを得ることができる。
(3)高い急結性と高い初期強度発現性も具備するため付着性に優れるものの、瞬結化による吹付装置への圧送障害や吹付障害は起き難い。
(4)アルカリ分が少ないため人体及び環境へのダメージリスクが軽減される。
さらに好ましい一例としては、急結材(B)中のアルカリ金属硫酸塩の含有量をSy質量%、アルカリ金属炭酸塩の含有量をCy質量%、及びカルシウムアルミネート含有量をAx質量%(質量は何れも無水物換算)とすると、
3≦Sy+Cy≦12、68≦Ax≦87、及びSy+Cy+Ax≦90を前提条件とし、
Ax=68のときに、Sy=0、3≦Cy≦12;
68<Ax<80のときに、2・Cy・(Ax−68)/27<Sy<Cy・(Ax−68)/6;
Ax=80のときに、2/3≦Sy/Cy≦3/2;
80<Ax<87のときに、Sy・(174−2・Ax)/21<Cy<Sy・3・(87−Ax)/14;
Ax=87のときに、Cy=0、Sy=3。
市販の工業用薬品のCaCO3とAl2O3を用い、CaO及びAl2O3の含有モル比(CaO/Al2O3)の値が表1に示すカルシウムアルミネートが得られるように秤量配合し、ヘンシェル型混合機で原料調合物を作製した。この原料調合物を電気炉中で、約1600℃±50℃にて60分間加熱した。一部のものを除き、前記加熱時間経過後は加熱物を直ちに炉外に取り出した。取り出した加熱物の表面に冷却用の窒素ガスを最大流速約30mL/秒で吹付けて急冷し、擬塊状の冷却物を得た。尚、冷却物のガラス化率については、窒素ガスの流速を調整する、具体的には前記最大流速よりも下げた値に調整する、ことで所望のガラス化率に調整した。前記最大流速の冷却用ガス吹付で得られた冷却物が、ガラス化率が概ね99%を超える実質的に非晶質のカルシウムアルミネート冷却物であることを確認し、他にガラス化率約95%及びガラス化率約60%のカルシウムアルミネートの冷却物も作製した。各冷却物は、全鋼製のボールミルで粉砕し、分級装置にかけてブレーン比表面積約5400cm2/gに整粒した。整粒粉末として、表1に表すガラス化率と、CaO及びAl2O3の含有モル比(CaO/Al2O3)のカルシウムアルミネート粉末を得た。得られたカルシウムアルミネート粉末は吸湿が進んでいない無含水の粉末であるため、配合使用時まで密封容器で保管した。尚、カルシウムアルミネートのガラス化率は、粉末エックス線回折装置を用い、質量がM1のカルシウムアルミネートクリンカに含まれる各鉱物の質量を内部標準法等で定量し、定量できた含有鉱物相の総和質量;M2を算出し、残部が純ガラス相と見なし、次式でガラス化率を算出した。
ガラス化率(%)=(1−M2/M1)×100
前記作製の表1に表すカルシウムアルミネート粉末と以下の使用材料とから選定された材料を、無水物換算で表2の配合割合になるよう秤量してヘンシェルミキサに一括投入した。このミキサで約2分間混合し、粉体状の急結性混和剤を作製した。作製した急結性混和剤は後述するベースコンクリートに添加使用するまで密封容器中で保管した。尚、無水石膏は市販のII型無水石膏を粉砕・分級処理することにより所定の粉末度に整えた。また、表2中の配合材料名は、次の略号を用いて記す。
CS−A;無水石膏A(ブレーン比表面積;6600cm2/g)
CS−B;無水石膏B(ブレーン比表面積;7600cm2/g)
CS−C;無水石膏C(ブレーン比表面積;8700cm2/g)
CS−D;無水石膏D(ブレーン比表面積;10500cm2/g)
NS;無水中性芒硝(ブレーン比表面積;5000cm2/g、市販工業用薬品)
NC;炭酸ナトリウム(市販粉末試薬)
LC;炭酸リチウム(市販粉末試薬)
SA;硫酸アルミニウム・16水和物(市販粉末試薬)
次に表す使用材料と水から選定される材料を、表3で表す配合となるよう強制二軸ミキサ(回転数62rpm)に投入し、約90秒混練することで、約1m3のベースコンクリートを作製した。尚、使用材料のII型無水石膏は市販品を粉砕・分級処理により所定粒度に整えた。
OPC;普通ポルトランドセメント(ブレーン比表面積3160cm2/g)
CS−F;無水石膏(ブレーン比表面積9000cm2/g)
CS−E;無水石膏(ブレーン比表面積9800cm2/g)
CS−D;無水石膏(ブレーン比表面積10500cm2/g)
CS−G;無水石膏(ブレーン比表面積14000cm2/g)
SG;普通細骨材(掛川産陸砂、F.M.=2.7、表乾密度2.56g/cm3)
G1;普通粗骨材(砂岩砕石、最大粒径15mm、表乾密度2.74g/cm3)
TS;ポリカルボン酸系高性能減水剤(濃度23%液状、市販品、表3及び5記載の配合量は固形分換算量)
表3で表した急結材を、無水物換算で表4に示す添加量になるよう前記作製のベースコンクリートに加え、以下の手順で吹付用コンクリートを作製した。即ち、前記のようにベースコンクリートを混合機で混練後、これを長さ約10m、内径6cmの樹脂製ホースを介して吹付装置へポンプ圧送した。使用した吹付装置は、ベースコンクリートを圧送する内径2インチの圧送管と、その側面に約30度の傾斜角で連通するベースコンクリートに急結材を供給添加するための円筒状側管と、吹付用コンクリートを吹き付ける内径(先端孔径)2インチの噴射用ノズルとを基本構成とした市販品である。ここで、前記急結材供給用の側管は、前記圧送管と噴射用ノズルとの間に鋼製ト字状管(三方管)を介すことで形成させた。即ち、ト字状管の直線上に位置する二方の管口に圧送管と噴射用ノズルがそれぞれ接続され、残りの管口に、別送される急結材の供給管(側管)が接続される構造とした。ト字状管内でのベースコンクリートへの急結材の添加位置(ベースコンクリートと急結材の合流地点)から噴射用ノズルまでの距離の間に、ベースコンクリートと急結材の混合がなされ、その距離(混合距離)は概ね1.5mとした。急結材は圧搾空気により所定量を空気圧送し、これを前記吹付装置内で圧送中のベースコンクリートに添加し、添加されたコンクリートは所定の混合距離を進む間に混合が進み、吹付用コンクリートが得られた。
表4のベースコンクリートの配合において、それぞれ含有する粗骨材と細骨材の合計含有量に相当する量を全て細骨材の含有量にし、粗骨材を含まず、また他の成分とその含有量は変更せずに表2のままとし、モルタル配合に変更したベースモルタルも、前記ベースコンクリートと同様の手順で作製した。前記ベースモルタルの配合は表5に示す。
前記の吹付装置を使用し、得られた吹付用コンクリートを直ちに吹付施工に供した。吹付施工は次のような対象物に向かって吹き付けた。即ち、前記吹付装置のノズル孔端から約100cm離れた地点に垂直に設置した厚さ9mmで3m四方のコンクリート製平板面に向かって、10m3/時間の流量で、前記吹付用コンクリートを吹き付けた。吹き付けたコンクリートの付着性の評価を、目視観察により次のように行った。即ち、前記平板面に吹き付けたコンクリートに垂れや剥落が起こることなく、付着し続けたものを付着性が「良好」と判断し、それ以外の状態になったものや瞬結等により吹き付け施工自体ができなかったものは、全て付着性が「不良」と判断した。結果を表8に示す。
前記の如く作製した吹付用コンクリートを、作製後直ちに、内寸30×40×20cmの成形用型枠内に吹き付け、型枠内を満たすようにした。これを20℃(±1℃)恒温庫に入れ所定時間経過後、型枠内の硬化コンクリートからコアドリルによって直径5cm、高さ10cmの円柱状供試体を採取し、材齢24時間並びに28日にした供試体を得た。各材齢の供試体の一軸圧縮強度をアムスラー式圧縮強度試験機で測定した。また、土木学会規準JSCE−G561に規定するプルアウト試験用型枠と埋込具を使用し、前記と同様に作製した吹付用コンクリートを、JSCE−G561に準拠したプルアウト試験に供した。当該試験により材齢15分の吹付用コンクリートの圧縮強度を測定した。以上の各強度測定の結果を表8に示す。尚、所定材齢で未硬化のものや瞬結等により吹き付けができなかったものは、強度測定試験不能なため、表8の測定値の欄は「×」と表記した。
Claims (3)
- 次のベースコンクリート(A)とベースコンクリート中のポルトランドセメント含有量100質量部に対し7〜14質量部の急結材(B)からなる吹付用高強度コンクリート。
A;ポルトランドセメント100質量部、ブレーン比表面積8000〜11000cm2/gの無水石膏7〜16質量部、減水剤0.3〜2質量部、骨材及び水を含有するベースコンクリート。
B;化学成分としてのCaOとAl2O3の含有モル比(CaO/Al2O3)が1.8〜2.7のカルシウムアルミネートを68〜87質量%、無水石膏10〜26質量%、アルカリ金属の硫酸塩及び/又は炭酸塩3〜12質量%を含有する急結材であって、急結材中の無水石膏が粉末度6600〜8700cm2/gの石膏である急結材。 - 急結材(B)がさらに硫酸アルミニウムを含有する請求項1記載の吹付用高強度コンクリート。
- 急結材(B)中のアルカリ金属硫酸塩(NS)とアルカリ金属炭酸塩(NC)との含有量が、(1)カルシウムアルミネート含有量が68質量%のときNS=0、NC=3〜12質量%、(2)カルシウムアルミネート含有量が87質量%のときNC=0、NS=3〜12質量%、(3)カルシウムアルミネート含有量が80質量%のときNS/NC=2:3〜3:2、NS+NC=3〜12質量%、(4)カルシウムアルミネート含有量が68質量%超80質量%未満のときカルシウムアルミネート含有量の増加に比例してNSは増加してNCは減少し、NS/NC=2:3〜3:2になる、(5)カルシウムアルミネート含有量が80質量%超87質量%未満のときカルシウムアルミネート含有量の減少に比例してNCは増加してNSは減少し、NS/NC=2:3〜3:2になる、請求項1又は2記載の吹付用高強度コンクリート。
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