JP3051980B2

JP3051980B2 - 高強度コンクリートの覆工方法

Info

Publication number: JP3051980B2
Application number: JP28622298A
Authority: JP
Inventors: 茂松浦; 佳史細川; 洋二小川; 孝一副田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: JP2000109355A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルや地下構
造物等の工事における天井または壁面へのモルタルやコ
ンクリートの吹付施工において、液体急結剤、特にアル
カリフリー液体急結剤を使用しながら高強度のコンクリ
ートを覆工する施工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル等の吹付け工法として、急結剤
を使用したＮＡＴＭ工法が広く普及しており、その急結
剤として、アルミン酸ソーダやアルミン酸カルシウム等
のアルミン酸塩を主体としたものや、水ガラス(ケイ酸
ソーダ)や炭酸ソーダ等のアルカリ塩を主体にした無機
塩系急結剤が従来知られている。しかし、この無機塩系
急結剤はアルカリを多量に含有した強アルカリ性材料で
あるため、吹付け工事において作業員の健康に悪影響を
及ぼすことが報告されている。また、硬化後のコンクリ
ートからアルカリが溶出して井戸水等の周辺環境を汚染
する問題も指摘されている。さらに、アルカリ金属イオ
ンが多量に混在するとコンクリートの長期強度の発現が
阻害され、しかもアルカリと骨材の反応による耐久性の
劣化も懸念されるなど問題が多い。

【０００３】このため、アルカリを実質的に含有しない
アルカリフリー急結剤として、カルシウムアルミネート
鉱物やカルシウムサルフォアルミネート鉱物を主体とし
た鉱物系の粉末急結剤が考案されている。ところが、鉱
物系の急結剤は初期の急結性能がアルカリ含有タイプに
比べ低いため、十分な急結性を得るにはアルカリ含有タ
イプの倍近い量(セメントの１０数wt％)を必要とする。
このような多量の粉末状急結剤の使用は粉塵を増加させ
る原因となるほか、添加時に飛散する量も多いため急結
剤の必要量を安定に添加するのが難しく、コンクリート
への混合の不均質性をもたらす懸念も指摘されている。

【０００４】一方、このような粉末急結剤に代えて、ア
ルカリフリー液体急結剤として、硫酸アルミニウムやシ
リカゾルを主体とした急結剤が知られている。これらの
液体急結剤は粉塵を発生せず、従って必要量を安定に添
加できる利点があり、有望視されている。しかし、現状
のアルカリフリー液体急結剤は上記鉱物系の粉体急結剤
と同様に必ずしも十分な初期急結性能を有するとは言い
難く、初期強度の改善が求められている。

【０００５】また、一般にコンクリートに繊維質材料を
配合することは剛性を高める有効な手段であるが、従来
の粉末急結剤は繊維による跳ね返り率が大きいため、繊
維質材料を含有するものに使用すると施工コストが嵩む
問題がある。一方、液体急結剤は繊維の跳ね返り率が小
さいが、既に述べたように急結性が十分ではないため使
用範囲が限られる。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、液体急結
剤を使用しながら、初期強度の発現に優れた吹付けモル
タルないしコンクリートを覆工する方法を提供するもの
であり、本発明の覆工方法によれば、高流動性であるた
め施工性が良く、また繊維質材料の配合にも適するので
剛性に優れた覆工コンクリートを形成することができ
る。

【０００７】すなわち、本発明は、（１）圧送したコン
クリートに液体急結剤を添加して吹き付ける覆工コンク
リートの吹付施工において、硫酸アルミニウムを主成分
とした液体急結剤を用い、コンクリートのセメント材料
として、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂：５０〜７０重量％および３
ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃：６〜２０重量％を含有し、残部が２
ＣａＯ・ＳｉＯ₂および４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃を主
体とし、ブレーン比表面積４０００〜６０００cm²/gの
早強セメント系組成物を用いることを特徴とする高強度
コンクリートの覆工方法に関する。

【０００８】本発明の覆工方法は以下の構成からなる態
様を含む。（２）単位セメント量４００〜６５０kg/m³および単位
水量１７５〜２２０kg/m³であって、水／セメント重量
比０.４５以下、細骨材の単位量９００〜１４００kg/
m³、粗骨材の単位量４００〜８００kg/m³であり、繊維
質材料をコンクリートの０.３体積％以上含有させたコ
ンクリートを用いる上記(1)に記載する高強度コンクリ
ートの覆工方法。（３）硫酸アルミニウムおよびシリカを主成分とし、固
形分無水換算で硫酸アルミニウムが２０〜３５重量％、
シリカが３〜１５重量％である液体急結剤を用いる上記
(1)または(2)に記載する高強度コンクリートの覆工方
法。（４）吹付２８日後の圧縮強度が３０Ｎ/mm²以上である
上記(1),(2)または(3)に記載する高強度コンクリートの
覆工方法。

【０００９】

【発明の実施形態】以下、本発明を実施形態に即して具
体的に説明する。本発明は、液体急結剤を用いた覆工コ
ンクリートの吹付施工において、セメント材料として早
強セメント系組成物を用い、硫酸アルミニウムを主成分
とした液体急結剤を用いることにより、初期強度の発現
に優れた高強度コンクリートを覆工することを特徴とす
る方法である。

【００１０】従来の覆工方法では、吹付セメント材料と
して主に普通ポルトランドセメントを用い、これに急結
剤を併用するのが一般的であり、早強セメントや超早強
性セメントは主に補修用として用いられており、早強セ
メント等を吹付材料の主材料として液体急結剤を併用す
る例はこれまで実用化されていない。本発明は吹付材の
セメント材料として早強セメント系組成物を用いる。こ
こで、早強セメント系組成物とは早強ポルトランドセメ
ントおよび早強ポルトランドセメントと同程度の早強性
を有するセメントを云い、普通ポルトランドセメントよ
りもエーライト(C₃S)の含有量が多く、さらに／又は、
粉末度を大きくしたものである。具体的には、エーライ
ト(３ＣａＯ・ＳｉＯ₂：C₃S)５０〜７０重量％、および
アルミネート相(３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃：C₃A)６〜２０重量
％であって、残部がビーライト(２ＣａＯ・ＳｉＯ₂：C
₂S)およびフェライト相(４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃：
C₄AF)を主体とし、ブレーン比表面積が４０００〜６０
００cm²/gであるものが好ましい。

【００１１】早強性セメント系組成物の主成分であるエ
ーライト(C₃S)は早期の水和反応により初期強度の発現
に寄与するので多いほうが好ましいものの、製造上の難
しさからその量には限界があり、５０〜７０重量％の範
囲が適当であり、６０〜７０重量％が好ましい。また、
アルミネート相(C₃A)は液休急結剤と反応して初期急結
性に寄与するので多い方が望ましく、６重量％以上が適
当であり、８重量％以上含有するのが好ましい。ただ
し、これが２０重量％を上回るとワーカビリティが低下
し、さらに長期の強度発現性が低下するので好ましくな
い。残部の主な成分はビーライト(C₂S)およびフェライ
ト相(C₄AF)であるが、この他に遊離の石灰や二水石膏、
半水石膏、無水石膏などの石膏類が含まれる。さらに、
強度の発現を損ねない範囲で、スラグ粉末、フライアッ
シュ、石灰石粉末を含むものでも支障はない。

【００１２】上記セメントの粉末度はブレーン比表面積
で４０００〜６０００cm²/gが好ましい。これより比表
面積が小さいと液体急結剤を使用した場合の初期急結性
能が不十分となり、また一方、これより比表面積が大き
いとコンクリート製造時のこわばりが発生するなどワー
カビリディが悪化する懸念がある。なお、セメントの粉
末度は特にアルミネート相(C₃A)が少ない場合に比表面
積を大きく調整する必要がある。

【００１３】コンクリートのセメントと水の配合は、単
位セメント量４００〜６５０kg/m³および単位水量１７
５〜２２０kg/m³であって、水／セメント重量比０.４５
以下のものが適当である。水／セメント重量比が０.４
５を上回ると液体急結剤を用いた場合に急結性が不十分
となり、天板など吹きつけた場合にコンクリートの剥落
が生じて施工に支障が生じる。

【００１４】また、コンクリートに加える骨材の量は、
細骨材の単位量９００〜１４００kg/m³および粗骨材の
単位量４００〜８００kg/m³が適当である。さらに、繊
維質材料をコンクリートを含有させることにより強度お
よび剛性を高めることができる。この繊維質材料として
は、鋼繊維、ステンレス繊維または合成繊維が施工現
場、経済的観点などに即して用いられる。繊維質材料の
含有量はコンクリー卜中で０.３体積％以上が適当であ
る。なお、経済的観点を考慮すれは、繊維質材料の配合
量はコンクリート体積の０.５〜１.５％の範囲が好まし
い。

【００１５】なお、以上のような早強セメント系組成物
を用いた場合、さらに繊維質材料を配合したものは、ス
ランプロスが大きくなる傾向があり、また粘性抵抗が高
いためにポンプ圧送性が低下しやすい。従って、通常の
吹付け施工で使用される１０cm前後の低スランプのコン
クリートでは施工が難しくなる場合があるので、本発明
では、コンクリートのスランプを２０cm以上に調整する
のが好ましい。

【００１６】本発明において用いる液体急結剤は硫酸ア
ルミニウムを主成分とするアルカリフリーの液体急結剤
である。ここでアルカリフリーとはアルカリ含有量がＮ
ａ₂Ｏ換算で１％以下であることを云う。この硫酸アル
ミニウムはコンクリートと反応して、カルシウムアルミ
ニウム水和物およびカルシウムサルフォアルミニウム水
和物を生成することにより急結性を発揮する。硫酸アル
ミニウムの含有量は、固形分無水換算で硫酸アルミニウ
ム２０〜３５重量％の範囲が適当である。硫酸アルミニ
ウムが２０重量％未満では急結性能が低い。より好まし
くは、硫酸アルミニウムが溶解度以上の固形成分を含有
するものであり、固形分の硫酸アルミニウムが分散した
状態にあることが急結性を発揮するうえで効果的であ
る。一方、含有量が３５重量％を超えると硫酸アルミニ
ウム水和物結晶の粗大化が進行し、液の安定性が劣化す
るので好ましくない。

【００１７】さらに、使用する液体急結剤は硫酸アルミ
ニウムと共にシリカを含有するものが好ましい。シリカ
の含有量は３〜１５重量％が適当であり、より好ましく
は５〜１２重量％が良い。この量が３重量％未満ではシ
リカの添加効果が認められない。一方、シリカの含有量
が１５重量％を上回ると相対的に硫酸アルミニウムの含
有量が制限されるので急結性が低下する。

【００１８】上記シリカは反応性に優れた非結晶質の微
粉シリカ、およびシリカゾルが好ましい。シリカ成分は
コンクリートに添加されると急速にゲル化が進行し、コ
ンクリートに粘着性を与え、吹付け面への付着性を向上
させる。また、数時間後の水和を促進させ初期強度発現
を高めるとともに、長期においても強度の増進に有効に
働く。

【００１９】本発明の方法に用いるコンクリートには、
低水セメント比において一般に使用される各種の高性能
減水剤、高性能ＡＥ減水剤、例えば、ポリカルボン酸
系、ナフタリン系、メラミン系の高分子有機化合物を併
用することができる。

【００２０】本発明の覆工方法は、吹付２８日後の圧縮
強度が好ましくは３０Ｎ/mm²以上の覆工コンクリートを
形成する方法である。従来の普通ポルトランドセメント
を用いた方法では、吹付２８日後の圧縮強度は１８Ｎ/m
m²程度であるが、本発明の覆工方法によれば、好ましく
は硫酸アルミニウムと共にシリカを含有する液体急結剤
を用いることにより、従来の強度を大幅に上回る早強性
の覆工コンクリートを形成することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に示
す。なお、これらの実施例は本発明を限定するものでは
ない。

【００２２】実施例１表１に示す鉱物組成および粉末度(フ゛レーン比表面積)から
なる６種類のセメントを準備した。試料No.C-1〜No.C-3
は本発明の試料であり、普通ポルトランドセメントに対
して、No.C-1は粉末度が高く、No.C-2はエーライト含有
量が多く、No.C-3はアルミネート相が多い。一方、試料
No.C-4〜No.C-6は比較例であり、本発明試料に対して、
No.C-4はエーライト量が少なく、No.C-5はアルミネート
相が少なく、No.C-6は粉末度が小さい。

【００２３】これらのセメントを使用し、表２の配合
(セメントの比重3.15)でコンクリートを製造した。セメ
ント以外の材料として、細骨材(小笠産陸砂：比重2.6
0)、粗骨材(岩瀬産硬質砂岩砕石:比重2.65)、高性能減
水剤(ポリカルボン酸系:ポゾリス物産製NT-1000)、液体
急結剤(硫酸アルミニウム２８重量％＋シリカ８重量％)
を用いた。製造したコンクリートをポンプで圧送し、吹
付けノズル先端で各液体アルカリフリー急結剤をコンク
リートの粉体重量に対して１０重量％添加し、プルアウ
ト試験皿および木箱に吹付けを行なった。吹付けたコン
クリートの硬化性能の評価として、凝結終了後の３、２
４時間の材令はプルアウト試験を、材令２８日について
は吹付けコンクリートからコア抜きした供試体の圧縮強
度試験を実施した。付着性状については目視で、また、
吹付け後のコンクリートの硬化具合を指触により評価し
た。指触評価は以下の通り４段階で実施した。この結果
を表３に示した。 ◎：急結性はかなり速く、吹付けコンクリートは十分に
硬い。〇：急結性は良好である。◎ほどコンクリートは硬くな
い。 △：急結性はやや遅く、コンクリート表面もやや柔らか
い感触である。 ×：急結性は遅く、コンクリートの硬化が不十分。

【００２４】本発明の実施例(No.1〜4)はコンクリート
の剥落が殆どなく、良好な付着性状を示した。また、２
８日後の圧縮強度は何れも４７.６〜５５.２N/mm²と高
い。なお、実施例No.4は急結性は極めて良好であるもの
の硬化がやや早過ぎてリバウンド量が多くなる傾向がみ
られた。一方、比較試料No.1は側壁部分は良好な付着性
状であったが、天井部位では部分的にコンクリートが剥
落した。他の比較試料No.2〜5も天井部位での剥落が生
じ、付着性状は不良であった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】実施例２実施例１と同様のセメント、細骨材、粗骨材および高性
能減水剤を用い、これに鋼繊維(SF：フ゛リシ゛ストンメタルファ社製
品タフク゛リッフ゜、比重7.9)を加え、表４の配合によりコンク
リートを製造した。これらのコンクリートをポンプで圧
送し、吹付けノズル先端で実施例１と同じ液体アルカリ
フリー急結剤をコンクリート粉体重量に対して８重量％
添加して、プルアウト試験皿および木箱に吹付けを行な
った。吹付けたコンクリートの硬化性能の評価として、
凝結終了後の３、２４時間の材令はプルアウト試験を、
材令２８日については吹付けコンクリートからコア抜き
した供試体の圧縮強度試験を実施した。吹付け性状の評
価は実施例１と同様に実施した。この結果を表５に示し
た。いずれの実施例(No.5〜10)も良好な吹付け性状を示
した。

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】実施例３セメントとして表１のNo.C-2を使用し、表４の配合No.H
-8に従って流動性コンクリートを製造した。このコンク
リートは混和剤を添加して混練後のスランブが２３cmと
なるよう調製した。このコンクリートを用い、実施例１
と同様にして吹付け実験を行なった。この結果を表５に
示した(実施例No.11)。コンクリート圧送性は極めて良
好であり、吹付け性状も良好であった。

【００３２】実施例４表１のNo.C-2のセメントを用い、シリカ量の異なる複数
のアルカリフリー液体急結剤を使用し、表２の配合No.H
-1に従ってコンクリートを製造し、実施例１と同様にし
て吹付け試験を行なった。液体急結剤の成分等を表６に
示し、吹付試験の結果を表７に示した。この結果に示す
ように、硫酸アルミニウム量が３６重量％の急結剤(No.
A-5)を用いたものは、１カ月の貯蔵試験において結晶の
析出や粘性の増加が生じ貯蔵安定性が低下する現象が認
められた。また、硫酸アルミニウムの量が少なくシリカ
を含有しない急結剤(No.A-1)を用いたものは急結性がや
や弱い傾向があるが、他の急結剤は貯蔵安定性が良く、
特にシリカを含有する急結剤(No.A-3,A-4)を使用したも
のは付着性状が良く、２８日以降の圧縮強度も高い。

【００３３】

【表６】

【００３４】

【表７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者副田孝一千葉県佐倉市大作二丁目４番２号太平洋セメント株式会社佐倉研究所内 (56)参考文献特開平９−19910（ＪＰ，Ａ) 特開平10−265257（ＪＰ，Ａ) 特開平６−345510（ＪＰ，Ａ) 特許2548379（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 28/02 C04B 7/02 C04B 22:14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧送したコンクリートに液体急結剤を添
加して吹き付ける覆工コンクリートの吹付施工におい
て、硫酸アルミニウムを主成分とした液体急結剤を用
い、コンクリートのセメント材料として、３ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ₂：５０〜７０重量％および３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃：６
〜２０重量％を含有し、残部が２ＣａＯ・ＳｉＯ₂および
４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃を主体とし、ブレーン比表
面積４０００〜６０００cm²/gの早強セメント系組成物
を用いることを特徴とする高強度コンクリートの覆工方
法。
【請求項２】単位セメント量４００〜６５０kg/m³お
よび単位水量１７５〜２２０kg/m³であって、水／セメ
ント重量比０.４５以下、細骨材の単位量９００〜１４
００kg/m³、粗骨材の単位量４００〜８００kg/m³であ
り、繊維質材料をコンクリートの０.３体積％以上含有
させたコンクリートを用いる請求項１に記載する高強度
コンクリートの覆工方法。
【請求項３】硫酸アルミニウムおよびシリカを主成分
とし、固形分無水換算で硫酸アルミニウムが２０〜３５
重量％、シリカが３〜１５重量％である液体急結剤を用
いる請求項１または２に記載する高強度コンクリートの
覆工方法。
【請求項４】覆工コンクリートの吹付２８日後の圧縮
強度が３０Ｎ/mm²以上である請求項１,２または３に記
載する高強度コンクリートの覆工方法。