JP2022112703A

JP2022112703A - 吹付材料及び吹付工法

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Publication number: JP2022112703A
Application number: JP2021008600A
Authority: JP
Inventors: 昌浩岩崎; Masahiro Iwasaki; 貴光室川; Takamitsu Murokawa; 俊一三島; Shunichi Mishima; 博貴水野; Hiroki Mizuno; 浩幸多田; Hiroyuki Tada; 亮齋藤; Ryo Saito; 尚彦 ▲高▼本; Naohiko Takamoto
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Denka Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Denka Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2022-08-03

Abstract

【課題】吹付け後の初期強度を確保しながらも、Ｓｉイオンの溶出量が従来技術に比べて低減することを可能とし、かつ、低ｐＨとすることができる吹付材料及び吹付工法を提供する。【解決手段】高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質、高強度混和材、急結剤、細骨材、粗骨材、及び水を含有してなる吹付材料であって、高強度混和材が、石膏と、ＣａＳＯ４換算の石膏１００質量部に対して０．５～５質量部のアルカリ金属炭酸塩と、ＣａＳＯ４換算の石膏１００質量部に対して０．２～５質量部のオキシカルボン酸類とを含有し、急結剤が、カルシウムアルミネートと、カルシウムアルミネート１００質量部に対して１～２０質量部のミョウバン類と、カルシウムアルミネート１００質量部に対して１～２０質量部の水酸化カルシウムとを含有し、フライアッシュの含有量が、高炉スラグ含有セメント１００質量部に対して３０～４００質量部であり、高強度混和材の含有量が、セメント物質１００質量部に対して６～２０質量部であり、急結剤の含有量が、セメント物質１００質量部に対して６～２０質量部であり、水の含有量が、セメント物質１００質量部に対して３０～５５質量部である、吹付材料。【選択図】なし

Description

本発明は、例えば、道路、鉄道、導水路等のトンネル、及び石油やＬＮＧ備蓄施設や放射性廃棄物処分場等の地下空洞建設において、露出した地山に、短時間で支保でき、低ｐＨを得ることができる吹付材料、それを用いた吹付ける吹付工法に関する。

短時間で強度発現性を示す吹付け方法として、セメント、カルシウムアルミネート、及び石膏を併用した吹付け方法が提案されている（特許文献１～４）。しかしながら、これらの方法を用いて吹付けたコンクリートは、低ｐＨを有することが技術的に困難であった。その理由としては、短時間で強度発現性を示すことは、セメント系材料の硬化後に発生する水酸化カルシウムの量によって決まり、短時間強度を発現させる場合には、水酸化カルシウム生成量が多い普通セメントや早強セメントなどが用いられている。

また、セメント、フライアッシュ、及びシリカヒュームを組合せた放射性廃棄物処分場用セメント系材料が提案されている（特許文献５）。しかしながら、特許文献５は放射性廃棄物処分場用セメント系材料に関するもので、吹付材料および吹付方法については記載がない。また、これらを用いて吹付けた場合には、１０分以内に３Ｎ/ｍｍ^２以上の圧縮強度を有することができなかった。

また、日本のように岩盤に亀裂が多い場合、道路や、鉄道トンネルでは、トンネル掘削後に、吹付けコンクリートを介して、湧水が発生する場合がある。その際に、吹付けコンクリートから高いアルカリ成分が溶出するため、発生した湧水を濁水処理してｐＨを下げるといった作業が行われている。
放射性廃棄物処分場の建設における支保部材として、このような吹付材料を使用した場合、高いｐＨの地下水の浸入が課題となる。
現在、放射性廃棄物処分方法は、原子力発電に伴って排出される放射性廃棄物の処分施設として、地下空洞を形成し、長期保存をするといった方法がある。その際に放射性廃棄物をそのまま保存するのではなく、岩盤と放射性廃棄物が入った容器の間を充填することが計画されている。
この充填材としては、鉱物系で膨潤性があるベントナイトなどの粘土鉱物が検討されている（非特許文献１）。
しかし、岩盤と廃棄物容器の間をベントナイト系粘土鉱物で充填したとしても、接する水のｐＨによって変質し、透水係数が変化し、ｐＨ１２以上を示す地下水と接触した場合には透水係数が増大し、止水効果が薄れるといった報告があり、吹付けコンクリートの低ｐＨが課題であった。

さらに、普通セメント、フライアッシュ、及びシリカヒュームを用いた混合セメントを用いることが提案されている（非特許文献２）。
しかしながら、この混合セメントでは、用いられるシリカヒュームの刺激成分が少ないためポゾラン反応が進まず、湧水や静水中に浸漬した際にシリカヒューム起因のＳｉイオンが溶出して空隙となるといった課題があった。

特開２０１１－００１２０３号公報特開２００７－２９７２２７号公報特開平０９－１６９５５７号公報再特表ＷＯ０１／０６０７６０号公報特開２０００－０６５９９２号公報

放射性廃棄物処分におけるベントナイト系材料のアルカリ溶液による変質挙動（その１）－アルカリ性の各種溶液に浸漬した締固めベントナイトの鉱物学的な変質と透水性の変化－（財）電力中央研究所電力中央研究所報告研究報告：Ｎ０９０１５平成２２年５月内川浩混合セメントの水和および構造形成に及ぼす混合材の効果《その４・完》セメント・コンクリートＮｏ.４８８１９８７．１０

上記課題を鑑みて、本発明は、吹付け後の初期強度を確保しながらも、Ｓｉイオンの溶出量が従来技術に比べて低減することを可能とし、かつ、低ｐＨとすることができる吹付材料及び吹付工法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の材料を使用することにより、吹付け後の初期強度を確保しながらも、Ｓｉイオンの溶出量が従来技術に比べて低減することを可能とし、低ｐＨとなることを確認して本発明を完成するに至った。すわち、本発明は下記のとおりである。
［１］高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質、高強度混和材、急結剤、細骨材、粗骨材、及び水を含有してなる吹付材料であって、前記高強度混和材が、石膏と、ＣａＳＯ_４換算の前記石膏１００質量部に対して０．５～５質量部のアルカリ金属炭酸塩と、ＣａＳＯ_４換算の前記石膏１００質量部に対して０．２～５質量部のオキシカルボン酸類とを含有し、前記急結剤が、カルシウムアルミネートと、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して１～２０質量部のミョウバン類と、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して１～２０質量部の水酸化カルシウムとを含有し、前記フライアッシュの含有量が、前記高炉スラグ含有セメント１００質量部に対して３０～４００質量部であり、前記高強度混和材の含有量が、前記セメント物質１００質量部に対して６～２０質量部であり、前記急結剤の含有量が、前記セメント物質１００質量部に対して６～２０質量部であり、前記水の含有量が、前記セメント物質１００質量部に対して３０～５５質量部である、吹付材料。
［２］前記高炉スラグが、前記セメント１００質量部に対して５～２５０質量部である、［１］に記載の吹付材料。
［３］［１］又は［２］に記載の吹付材料を使用する、吹付工法。
［４］高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質、細骨材、及び粗骨材をドライ混合し、その後、水を配合して混練りし、次いで、高強度混和材を添加し、さらに、急結剤を添加して急結性吹付けコンクリートを調製し、吹付ける、［３］に記載の吹付工法。

本発明によれば、吹付け後の初期強度を確保しながらも、Ｓｉイオンの溶出量が従来技術に比べて低減することを可能とし、かつ、低ｐＨとすることができる吹付材料及び吹付工法を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は、特に断らない限り質量規準で示す。
また、本発明の吹付材料とは、骨材を含まない材料や骨材を含む材料を示すものである。

本発明では、吹付コンクリートの強度発現性の付与と硬化後に生成する水酸化カルシウムの低減のため高炉スラグ含有セメントを用いる。
本発明で使用する高炉スラグ含有セメントとしては、通常用いられる、ＪＩＳＲ５２１１に記載のある高炉セメントＡ種、Ｂ種、Ｃ種が好ましいが、特に限定されるものではない。普通ポルトランドセメントと高炉スラグを配合しても使用可能である。
高炉スラグ含有セメントのブレーン比表面積値（以下、ブレーン値と称す）は、２，５００～１０，０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、３，５００～６，５００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。２，５００ｃｍ^２／ｇ未満では、吹付けコンクリートの初期強度を損なう恐れがあり、１０，０００ｃｍ^２／ｇを超えると、コンクリートに粘性が生じ、圧送性を損なう可能性がある。

ここで使用する高炉スラグとは、例えば、ＣａＯ４１～４４％、Ａｌ_２Ｏ_３１３～１６％、及びＳｉＯ_２３２～３６％などからなるもので、高炉水砕スラグであり、転炉スラグ、電気炉スラグ、及び徐冷スラグの使用は困難である。
高炉スラグのブレーン値は、２，５００～１０，０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、３，５００～６，５００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。２，５００ｃｍ^２／ｇ以上であることで、吹付けコンクリートの優れた初期強度発現性が得られ、１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下であることで、コンクリートの粘性を抑制し、圧送性を良好とすることができる。
高炉スラグの含有量は、セメント１００部に対して、５～２５０部が好ましく、５０～１５０部がより好ましい。５部以上であることで、得られるセメント硬化体のｐＨが１１以下とすることができ、２５０部以下であることで、優れた初期強度発現性が得られる。

本発明では硬化後に高炉スラグ含有セメント起因で生成する水酸化カルシウムを消費するためフライアッシュを用いる。
また、フライアッシュは、急結剤に含有する水酸化カルシウムとも反応するため、急結剤の反応で消費されない水酸化カルシウムも消費する。
本発明で使用するフライアッシュは、ＪＩＳＡ６２０１に記載のあるコンクリート用フライアッシュI種、II種、III種、及びIV種が好ましいが、特に限定されるわけではない。
フライアッシュのブレーン値は、２，５００～１０，０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、３，５００～６，５００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。２，５００ｃｍ^２／ｇ以上であることで、吹付けコンクリートの優れた初期強度発現性が得られ、１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下であることで、コンクリートの粘性を抑制し、圧送性を良好とすることができる。
本発明で使用するフライアッシュは、高炉スラグ含有セメント１００部に対して、３０～４００部である。３０部未満では、硬化後のｐＨが下がらない恐れがあり、４００部を超えると、吹付けコンクリートの初期強度の発現を損なう恐れがある。フライアッシュは、高炉スラグ含有セメント１００部に対して、８０～３００部が好ましく、１００～２５０部がより好ましい。

本発明の高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質の単位量は、３６０～６００ｋｇ／ｍ^３が好ましく、４００～５５０ｋｇ／ｍ^３がより好ましい。３６０ｋｇ／ｍ^３以上であることで、練り上げたコンクリートが材料分離を抑制し、施工性を向上させることができ、６００ｋｇ／ｍ^３以下であることで、コンクリートの粘性を抑制し、施工作業性を向上させることができる。

本発明の水は、高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質１００部に対して３０～５５部である。３０部未満では、吹付け時、配管が閉塞する恐れがあり、５５部より大きいと、所定の圧縮強度を得られない恐れがある。水は、セメント物質１００部に対して、３５～４５部が好ましく、３７～４３部がより好ましい。

本発明で使用する高強度混和材は、セメント硬化体の強度発現性を向上させる目的で使用するもので、石膏を主成分とするものである。
石膏としては、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏等が挙げられ、これらのうち一種又は二種以上の使用が可能である。
石膏の結晶の形態は特に限定されるものではなく、α型半水石膏、β型半水石膏、Ｉ型無水石膏、II型無水石膏、及びIII型無水石膏等が使用可能である。
また、これらの石膏には、天然で産出するものや、産業副産物として得られる排脱石膏や弗酸副生無水石膏が含まれる。
石膏の粒度は、ブレーン値で、２，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が強度発現性の観点からより好ましい。

本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩は、初期の強度を向上させるもので、アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
アルカリ金属炭酸塩の含有量は、ＣａＳＯ_４換算の石膏１００部に対して、０．５～５部である。０．５部未満では効果がなく、５部を超えると、コンクリートのスランプ保持性が低下し、施工性が悪化しやすくなる。アルカリ金属炭酸塩の含有量は、ＣａＳＯ_４換算の石膏１００部に対して、１～４．５部が好ましく、１～４部がより好ましい。

本発明で使用するオキシカルボン酸類は、初期の強度を向上させるものである。
オキシカルボン酸類としては、例えば、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、サリチル酸、及び乳酸又はこれらの塩が挙げられる。これらの中では、クエン酸が好ましい。
オキシカルボン酸類の含有量は、ＣａＳＯ_４換算の石膏１００部に対して、０．２～５部である。０．２部未満では、吹付材料の凝結性や初期強度発現性を阻害し、５部を超えると、凝結性や強度発現性を阻害する恐れがある。オキシカルボン酸類の含有量は、ＣａＳＯ_４換算の石膏１００部に対して、１～４．５部が好ましく、１～４部がより好ましい。

高強度混和材の含有量は、高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質１００部に対して、６～２０部である。６部未満では、初期強度を得られない場合があり、２０部を超えると、長期にコンクリートが膨張し、強度発現性を損なう恐れがある。高強度混和材の含有量は、セメント物質１００部に対して、７～１８部が好ましく、８～１６部がより好ましい。

本発明で使用するカルシウムアルミネートは、初期にセメントコンクリートの凝結を起こさせる急結成分である。
カルシウムアルミネートとは、カルシアを含む原料、アルミナを含む原料、シリカを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主たる成分とし、酸化物換算で１～４部でＳｉＯ_２を含有するカルシウムアルミネートである。また、カルシウムアルミネートのＣａＯ及び／又はＡｌ_２Ｏ_３の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化合物、アルカリ土類金属ハロゲン化合物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいはＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主たる成分とするものに、これらが少量固溶した物質でも使用可能である。鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよい。
これらの中では、反応活性とポンプ圧送性の点で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、Ｃ_１２Ａ_７組成に酸化ケイ素が一部含有した熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
カルシウムアルミネートに含有するＳｉＯ_２は、カルシウムアルミネート１００部中、酸化物換算で１～４部が好ましく、２～４部がより好ましい。１部以上であることで、凝結特性を良好に発揮し、４部以下であることで、初期強度が得られる。
カルシウムアルミネートの粒度は、ブレーン値で５，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。５，０００ｃｍ^２／ｇ以上であることで、急結性及び初期強度発現性を向上させることができる。

本発明のミョウバン類は、初期凝結を促す目的で使用し、強度発現性を促進するために有効である。
ミョウバン類としては、硫酸アルミニウムカリウム、硫酸アルミニウムアンモニウム、さらに、カリウムミョウバン石、アルミニウムミョウバン石、鉄ミョウバン石等のミョウバン石が挙げられ、これらは通常結晶水を有しているがこれらを５０～６００℃で加熱した焼成物も使用できる。
ミョウバン類の含有量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、１～２０部である。１部未満では、初期凝結を阻害する恐れがあり、２０部を超えると、凝結性の低下や長期強度発現性を阻害しやすくなる。ミョウバン類の含有量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、１，５～１５部が好ましく、２～１０部がより好ましい。
ミョウバン類の粒度は、ブレーン値で４００～１０００ｃｍ^２／ｇであることが好ましく、６００～８００ｃｍ^２／ｇであることがより好ましい。４００～１，０００ｃｍ^２／ｇであることで、急結性状や長期強度発現性を担保することができ、良好な初期強度発現性を得られやすくすることができる。

本発明の水酸化カルシウムは、例えば、初期強度の発現性を促す目的で使用する。
水酸化カルシウムとしては、市販の消石灰や、カルシウムカーバイドからアセチレンを発生させる際に副生するカーバイド滓等が挙げられる。
水酸化カルシウムの含有量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、１～２０部である。１部未満では、初期凝結を阻害する恐れがあり、２０部を超えると、凝結性の低下や長期強度発現性を阻害しやすくなる。水酸化カルシウムの含有量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、１．５～１５部が好ましく、２～１０部がより好ましい。

カルシウムアルミネート、ミョウバン類、及び水酸化カルシウムを主成分とした急結剤の含有量は、作業性、初期強度発現性、及び耐久性の点で、高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質１００部に対して、６～２０部である。６部未満では、凝結力や強度発現性が低下する恐れがあり、２０部を超えると、吹付けコンクリートが吹付け中に配管を閉塞する恐れや長期強度発現性を損なう恐れがある。急結剤の含有量は、セメント物質１００部に対して、７～１８部が好ましく、８～１６部がより好ましい。

本発明では、必要に応じて、さらに、減水剤、空気連行剤、ポリマーエマルジョン、増粘剤、収縮低減剤、防錆剤、防凍剤、粘土鉱物、シリカフュームなどの一般に市販されているセメント混和剤（材）を性能に支障のない範囲で使用してもよい。

本発明で使用される細骨材や粗骨材の骨材は、吸水率が低く、骨材自体の強度が高いものが好ましいが、特に限定されるものではない。
細骨材は、最大寸法５ｍｍ以下のものが好ましく、川砂、山砂、及び砕石等が挙げられる。粗骨材としては、最大寸法１５ｍｍ以下のものが好ましい。
細骨材と粗骨材の割合は、細骨材の容積（ｓ）と骨材容積（ａ）の比で表すことができ、ｓ／ａは６０～７０容積％が好ましい。

本発明において、吹付けコンクリートの製造方法は、急結剤と混合する前に吹付けコンクリート中に石膏が混合してあれば、特に制限されるものではない。あらかじめセメントに規定量の石膏を混合しておく方法や、吹付けコンクリートを混練りするときに別途添加する方法等がある。

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾動ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

本発明の吹付け方法は、一般に適応される湿式吹付け工法等により施工でき、所定の材料で混練り製造したコンクリートを、コンクリート圧送機で吹付けコンクリート圧送管を介して圧送し、吹付けコンクリート圧送の途中の吹付けノズル手前に、Ｙ管等の混合管を設置して、別途圧送した粉体急結剤と合流して急結性吹付けコンクリートとして、地山に吹付ける方法である。

吹付けコンクリート圧送管としては、耐圧性の金属メッシュ入りホース（耐圧ホース）や金属製の配管が使用可能である。通常は、耐圧ホースが使用され、その前後は金属管を使用することが好ましい。

耐圧ホースの長さは特に限定されるものではなく、施工状況により使用される長さは変わってくるが、通常、５～３０ｍのものが使用される。
耐圧ホースの直径は、圧送性や、耐圧ホースの取り扱いなどの作業性の面から２．５～３.５インチのものが通常使用される。

本発明で使用するノズルとしては、連続的に縮径しているものや、縮径後に急結性吹付けコンクリートを整流する直管をつけたものが使用可能である。
急結剤混合区間の長さは、吹付けコンクリートと急結剤との混合性、付着性、及び圧送性の面から、１５～１４５ｃｍ程度が好ましく、２５～７５ｃｍがより好ましい。
ノズルは、金属製のものやセラミック製のものが使用可能であり、ゴム素材でできたノズルの配管内面に、セラミックスや金属でライニングされたものやこれらをチップ状のものを埋め込んだものが使用可能である。

本発明においては、従来使用の吹付け方法が使用可能であり、吹付け圧力は特に限定されるものではなく、吹付けコンクリートの吐出量は、通常、１．５～２０ｍ^３/ｈであり、吹付け空気量は特に限定されるものではない。

吹付け設備は、吹付けが充分に行われれば特に限定されるものではなく、例えば、吹付けコンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバ２８０」、シンテック社「ＭＫＷ－２５ＳＭＴ」、ＰＥＴ社「Ｇ４ポンプ」、及びスクイズポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、及びギヤポンプなどが使用可能である。

以下、実験例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実験例１］
１０分強度発現性、ｐＨを評価するため、吹付けコンクリートの粉体組成に着目して、吹付け試験を行った。
下記に示した材料を用いて高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質の単位量を５００ｋｇ／ｍ^３とし、細骨材比率（ｓ／ａ）を６５％とした配合を用い、水は、セメント物質１００部に対し、４５部とし、ＣａＳＯ_４換算の石膏１００部に対し、オキシカルボン酸３部、アルカリ金属炭酸塩３部とした高強度混和材を、セメント物質１００部に対し、１２部添加したベースコンクリートを練混ぜ、吹付けコンクリートとして調製し、コンクリートポンプ「シンテックＭＫＷ－２５ＭＴ」を使用して圧送した。
カルシウムアルミネート１００部、ミョウバン類１０部、及び水酸化カルシウム３部を混合し、急結剤Ａとして調製し、圧送配管途中にＹ字管を設け、混合区間を１００ｃｍとした。
粉体急結剤添加装置「デンカナトムクリートＰＡＣ２５０Ｖ」で空気圧送した粉体急結剤を、セメント物質１００部に対し、１２部添加して急結性吹付けセメントコンクリートとし、材齢１０分と３時間の圧縮強度を測定した。
また、各試験時に急結性吹付けコンクリートをコア箱に吹付けてｐＨ試験用試験体を採取し、ｐＨ試験を行った。結果を表１に示す。

＜使用材料＞
・普通セメント：市販品、ブレーン値３，２００ｃｍ^２／ｇ
・高炉スラグ含有セメントβ：高炉セメントＢ種、高炉スラグ含有率４５％、ブレーン値３，６００ｃｍ^２／ｇ
・フライアッシュｂ：ＪＩＳ品、II種、ブレーン値４，５００ｃｍ^２／ｇ
・高炉スラグ微粉末：高炉スラグの粉砕分級品、平均粒径１０μｍ以下
・フライアッシュｄ：フライアッシュ微粉末、分級フライアッシュ、平均粒径１０μｍ以下
・石膏：無水石膏、ブレーン値５，０００ｃｍ^２／ｇ
・オキシカルボン酸：クエン酸、市販品
・アルカリ金属炭酸塩：炭酸ナトリウム、市販品
・カルシウムアルミネート：Ｃ１_２Ａ_７に相当する熱処理物を急冷した非晶質、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ、酸化物換算で３部のＳｉＯ_２を含有
・ミョウバン類：焼きミョウバン、市販品
・水酸化カルシウム：市販品
・急結剤Ａ：酸化物換算で３部のＳｉＯ_２を含有するカルシウムアルミネート１００部、ミョウバン類１０部、及び水酸化カルシム３部の混合品
・細骨材：新潟県糸魚川市姫川水系砂、最大寸法５ｍｍ以下、密度２．６２
・粗骨材：新潟県糸魚川６号砕石、最大寸法１５ｍｍ、密度２．６４

＜測定方法＞
・配管閉塞の有無：吹付け試験終了後、吹付けノズルを取り外し、配管内の目視観察を行った。
・圧縮強度：プルアウト試験により１０分後の圧縮強度を求めた。プルアウト型枠表面からピンまで急結性吹付けセメントコンクリートで被覆し、型枠の裏側からピンを引抜き、そのときの引抜き強度を求め、圧縮強度＝引抜き強度×４／(供試体の接触面積)の式で換算し、圧縮強度を算出。
・水酸化カルシウム量：コア箱に吹付けたコンクリートを粉砕し、７４μｍの篩を通過したものを用い、示差熱分析計で測定した。
・ｐＨ：水酸化カルシウムと同じく、粉砕した試料と純水を１:２０の比率でポリ容器の中に入れ、沈降しないようスターラーを回転させて試験を行った。２４時間を１試験とし、上澄みのｐＨを測定した後に、試料を濾紙で濾過して再度試料と純水が１:２０になるよう調整し試験を５０回繰返し後、測定した。
・Ｓｉイオン量：ｐＨ測定と同様に試料と純水を１:２０の比率でポリ容器の中に入れ、沈降しないようスターラーを回転させて試験を行った。２４時間を１試験とし、上澄みのＳｉイオン量を測定する試験を１０回繰返し後、測定した。

表１の結果より、本発明による実施例では、短時間強度の発現性、水酸化カルシウム量の低減に優れ、Ｓｉイオン溶出量が少ない吹付材料であることが確認された。比較例として、高炉スラグ微粉末とフライアッシュ微粉末を用いて実験した実験Ｎｏ.１－９～１－１４では、水酸化カルシウム量が多く、ｐＨが１１を上回る結果となった。

［実験例２］
実験例１と同様の材料を用い、実験Ｎｏ.１－５と同様のコンクリートを用い、高炉スラグ含有セメント、高炉スラグ、及びフライアッシュの品種を変えて吹付け試験を行った。結果を表２に示す。

＜使用材料＞
・高炉スラグ含有セメントα：高炉セメントＡ種、スラグ含有率２０％、ブレーン値３，５００ｃｍ^２／ｇ
・高炉スラグ含有セメントγ：高炉セメントＣ種、スラグ含有率６５％、ブレーン値４，３００ｃｍ^２／ｇ
・高炉スラグＡ：粉砕品、ブレーン値３，０００ｃｍ^２／ｇ
・高炉スラグＢ：粉砕品、ブレーン値４，５００ｃｍ^２／ｇ
・高炉スラグＣ：粉砕品、ブレーン値７，５００ｃｍ^２／ｇ
・フライアッシュａ：ブレーン値３，０００ｃｍ^２／ｇ
・フライアッシュｃ：ブレーン値７，５００ｃｍ^２／ｇ

表２の結果から、本発明に用いる高炉スラグ含有セメント、高炉スラグ、フライアッシュを用いることで、良好な作業性、良好な初期強度発現性が得られることが確認された。

［実験例３］
実験例１と同様の材料を用い、実験Ｎｏ.１－５と同様のコンクリートを用い、高強度混和材の添加量および組成を変えて吹付け試験を行った。結果を表３に示す。

＜試験方法＞
・スランプ試験：コンクリートの調製直後と９０分経過後のスランプを測定
・強度試験：コア箱に吹付けたコンクリートをφ５５ｍｍ×１１０ｍｍの寸法に調整した供試体の圧縮強度試験を行った。

表３の結果から、本発明による高強度混和材を用いることで、流動性の発現および保持に優れ、急結性に優れ、かつ、良好な強度発現性を得られることが確認された。比較例として実験した実験Ｎｏ.３－７は、１日強度、２８日強度ともに劣った結果となり、実験Ｎｏ.３－２４は２８日強度が低い値となり、長期耐久性に劣ると考えられる。

［実験例４］
急結剤の添加量を、高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質１００部に対して１２部とし、含有するＳｉＯ_２の量が異なるカルシウムアルミネートを使用してモルタル試験を行った。
カルシウムアルミネート１００部に対して、ミョウバン類１０部と水酸化カルシウム３部を混合し、各急結剤とした。
砂をセメント物質１００部に対して２００部、高炉スラグ含有セメントβ：フライアッシュｂを１００部：１００部とし、実験例１と同様に、セメント物質１００部に対し、高強度混和材を１２部、水を４５部入れてモルタルを調製した。結果を表４に示す。

＜使用材料＞
・急結剤Ａ－１：Ｃ１_２Ａ_７に対応する熱処理物を急冷した非晶質、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ、酸化物換算でＳｉＯ_２０．５部含有
・急結剤Ａ－２：Ｃ１_２Ａ_７に対応する熱処理物を急冷した非晶質、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ、酸化物換算でＳｉＯ_２１．０部含有
・急結剤Ａ－３：Ｃ１_２Ａ_７に対応する熱処理物を急冷した非晶質、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ、酸化物換算でＳｉＯ_２２．０部含有
・急結剤Ａ－４：Ｃ１_２Ａ_７に対応する熱処理物を急冷した非晶質、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ、酸化物換算でＳｉＯ_２４．０部含有
・急結剤Ａ－５：Ｃ１_２Ａ_７に対応する熱処理物を急冷した非晶質、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ、酸化物換算でＳｉＯ_２５．０部含有

＜試験方法＞
・凝結試験：ＪＩＳＲ５２０１－１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠し、モルタルに急結剤を添加混合した材料の凝結時間を測定した。
・圧縮強度：ＪＩＳＲ５２０１－１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠し、モルタルに急結剤を添加混合したモルタルの圧縮強度を、急結剤を添加してから１０分、３時間の圧縮強度をそれぞれ測定した。

表４の結果より、本発明の急結剤を用いることで凝結特性に優れ、かつ、良好な強度発現性が得られることが確認された。参考例として実験した実験Ｎｏ.４－１では、凝結試験で始発と終結が同時間に生じていることにより、吹付け時に良好な付着ができず、混合部分の閉塞が生じる可能性があり、実用的なものではないと判断された。また、参考例として実験した実験Ｎｏ.４－６では、１０分、３時間の圧縮強度がともに低い値となり、実用性が低いと判断された。

［実験例５］
急結剤Ａの配合および添加量を変えてモルタル試験を行った。
砂を、高炉スラグ含有セメントβとフライアッシュｂからなるセメント物質１００部に対し２００部、高炉スラグ含有セメントβ：フライアッシュｂを１００部：１００部とし、実験例１と同様に高強度混和材をセメント物質１００部に対して１２部とし、水を４５部としてモルタルを調製し、その後、急結剤を添加した。
また、比較例として、急結剤Ｂと急結剤Ｃを用いて同様に行った。結果を表５に示す。

＜使用材料＞
・急結剤Ｂ：酸化物換算で３部のＳｉＯ_２を含有するカルシウムアルミネート１００部、ミョウバン類１０部、アルカリ金属炭酸塩１部、及び石膏１００部の混合品
・急結剤Ｃ：カルシウムアルミネート系急結剤、市販品

表５の結果から、本発明の急結剤を用いることで凝結特性に優れ、かつ、良好な強度発現性が得られることが確認された。
比較のため、急結剤Ｂを使用した実験Ｎｏ.５－２２では初期強度が低く、また、急結剤Ｃを使用した実験Ｎｏ.５－２３は初期強度が非常に低く、２８日強度も低いものであった。

［実験例６］
実験例１と同様の材料用い、同様にコンクリートとして調製し、高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質の単位量を３６０～６００ｋｇ／ｍ^３とし、吹付け試験を行った。結果を表６に示す。

＜使用材料＞
・セメントＡ：高炉スラグ含有セメントβとフライアッシュｂを質量比１００：１００で混合したセメント
・セメントＢ：普通セメント、高炉スラグＣ、及びフライアッシュｂを質量比７５：２５：１００で混合したセメント
・セメントＣ：普通セメント、高炉スラグＣ、及びフライアッシュｂを質量比２５：７５：１００で混合したセメント
・セメントＤ：普通セメントと高炉スラグ微粉末を質量比１００：３０で混合したセメント
・セメントＥ：普通セメントとフライアッシュ微粉末を質量比１００：３０で混合したセメント

＜試験方法＞
・材料分離の有無：スランプ試験を行った後、スランプ板をつき棒で１５回叩き、モルタル分と骨材が分離したかで判断した。

表６の結果から、本発明による高炉スラグ含有セメント、フライアッシュを所定量配合することで、急結剤による配管の閉塞がなく、初期強度発現性に優れ、水酸化カルシウム量、ｐＨ、及びＳｉイオン溶出量も少ない吹付材料が得られた。

［実験例７］
急結剤添加後の混合区間の長さを変化させたこと以外は、実験例１の実験Ｎｏ.１－５と同様の材料、配合の吹付けコンクリートを調製し、急結剤ＡをＹ字管から調製した吹付けコンクリートへ添加した。混合区間を変えたほかは、変えずに１０分間、急結性吹付けコンクリートを吹付けした後の配管を確認した。また、急結剤とコンクリートとの混合性を確認するためプルアウト試験も併せて行った。測定結果を表７に示す。

Claims

高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質、高強度混和材、急結剤、細骨材、粗骨材、及び水を含有してなる吹付材料であって、
前記高強度混和材が、石膏と、ＣａＳＯ_４換算の前記石膏１００質量部に対して０．５～５質量部のアルカリ金属炭酸塩と、ＣａＳＯ_４換算の前記石膏１００質量部に対して０．２～５質量部のオキシカルボン酸類とを含有し、
前記急結剤が、カルシウムアルミネートと、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して１～２０質量部のミョウバン類と、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して１～２０質量部の水酸化カルシウムとを含有し、
前記フライアッシュの含有量が、前記高炉スラグ含有セメント１００質量部に対して３０～４００質量部であり、
前記高強度混和材の含有量が、前記セメント物質１００質量部に対して６～２０質量部であり、
前記急結剤の含有量が、前記セメント物質１００質量部に対して６～２０質量部であり、
前記水の含有量が、前記セメント物質１００質量部に対して３０～５５質量部である、吹付材料。
前記高炉スラグが、前記セメント１００質量部に対して５～２５０質量部である、請求項１に記載の吹付材料。
請求項１又は２に記載の吹付材料を使用する、吹付工法。
高炉スラグ含有セメントとフライアッシュからなるセメント物質、細骨材、及び粗骨材をドライ混合し、その後、水を配合して混練りし、次いで、高強度混和材を添加し、さらに、急結剤を添加して急結性吹付けコンクリートを調製し、吹付ける、請求項３に記載の吹付工法。