JP3844380B2 - 吹付材料、吹付コンクリート、及びそれを用いた吹付工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吹付材料、吹付コンクリート、及びそれを用いた吹付工法、特に、トンネル等の天井や壁の部分に吹き付けるコンクリートの急結性や強度発現性を高めた吹付材料、吹付コンクリート、及びそれを用いた吹付工法に関する。
なお、本発明でいう吹付コンクリートとは、吹付用のセメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来よりトンネルの掘削時に、掘削面の落盤や湧水による崩壊を防ぐために、コンクリート等を吹き付け、ライニングすることが一般に実施されている。
そして、トンネル工事では、掘削面にコンクリートを吹き付ける一次吹付を行い、さらに、その吹付面にコンクリート壁を施工する二次覆工を行うことが多かったが、最近は、一次吹付だけで完了するシングルシェル方式が広く採用される傾向にある。
【０００３】
吹付コンクリートの吹付工法は、乾式法と湿式法の二工法に大別される。
乾式法とは、空練りしたセメント、骨材、及び急結材等の混合物を圧搾空気で輸送し、吹付直前に水を添加混合して、ノズルから施工面に吹き付ける工法であり、湿式法とは、水を混練したコンクリートを輪送し、その途中で急結材を添加混合し、ノズルから吹き付ける工法である。
【０００４】
吹付に使用される急結材としては、カルシウムアルミネートとアルカリ金属の炭酸塩やアルミン酸塩とからなる組成物、仮焼明ばん石、石灰、及びアルカリ金属炭酸塩からなる組成物、並びに、アルカリ金属の炭酸塩、水酸化物、ケイ酸塩、及びアルミン酸塩からなる組成物等が提案されている（特公昭56− 27457号公報、特開昭60−260452号公報、及び特開平 3− 65546号公報）。
これらの急結材は、通常、急激な凝結を得るために、水酸化物、炭酸塩、ケイ酸塩、及びアルミン酸塩等の形でナトリウムやカリウムなどの強アルカリ性を示すアルカリ金属成分を含むものである。
しかしながら、これらのアルカリ金属成分は強アルカリ性であるため、吹付コンクリート中に含まれると、使用する骨材によってはアルカリ骨材反応が起こり、コンクリート構造物に異常膨張やそれに伴うひび割れが発生し悪影響を与えるという課題があった。
また、これら強アルカリ性の成分は、水に溶解し、作業者の肌に直接触れると強い薬傷を起こす性質があり、掘削現場の作業環境を著しく悪化させ、さらに土壌中に含む水に溶解して周辺の環境汚染をまねく等の課題があった。
さらにこれらの急結材を加えた吹付コンクリートは、急結材を加えない吹付コンクリートに比べて、長期材齢で強度の伸びが低く、長期耐久性に劣るという課題があった。
【０００５】
これら課題を解消する対策として、アルカリ金属成分の少ないあるいはほとんど含まない吹付用の急結材として、アルミン酸カルシウム、スルホアルミン酸カルシウム、及び塩基性アルミニウム塩等からなる凝結促進剤を使用することが提案されている（特開平 8− 48553号公報）。
しかしながら、これらの急結材を用いた吹付材料は急結性が充分でないという課題があった。
また、アルカリ金属を低減した急結材は、水和開始直後からポルトランドセメントの水和反応を抑えてしまうため、特に、材齢１日の強度が非常に低く、吹付施工した直後から数日までの間に吹付コンクリートが剥離する危険性が高いという課題があった。
【０００６】
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の急結材とセメントを使用することにより、作業環境や周辺の環境を悪化することなく、優れた急結特性と強度を発現する吹付コンクリートが得られるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムアルミネートガラス又はCaO が 40 〜 50 重量％、 Al ２ O ３ が 40 〜 50 重量％、及び SiO ２ が 10 〜 20 重量％であるアルミノケイ酸カルシウムガラス100 重量部と硫酸アルミニウム10 〜 30 重量部（無水物換算）を有効成分とし、アルカリ金属成分の総量は、酸化ナトリウム（ Na ２ O ）換算で Na ２ Oeq. 0.75 重量％以下の急結材と、エーライト55重量％以上含有のセメントとを含有してなる吹付材料であり、該吹付材料と骨材を有効成分とする吹付コンクリートであり、該吹付コンクリートを吹き付けることを特徴とする吹付コンクリートの吹付工法である。
【０００８】
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００９】
本発明に係る吹付材料は、急結材とセメントとを含有してなる吹付材料であり、急結材がカルシウムアルミネートガラス又はアルミノケイ酸カルシウムガラスと、硫酸アルミニウムとを有効成分とするもので、セメントがエーライト成分を55重量％以上含むものである。
【００１０】
本発明で使用するカルシウムアルミネートガラス又はアルミノケイ酸カルシウムガラスは、急結性付与のために必要であり、通常、CaO 原料とAl2O3 原料を、また、CaO 原料、Al2O3 原料、及びSiO2原料を混合し、電気炉等により、例えば、1,200 〜1,700 ℃程度の高温で生成した、例えば、3CaO・Al2O3 、12CaO ・7Al2O3、及びCaO ・Al2O3 等で示されるカルシウムアルミネート鉱物の溶融物を急冷してガラス化したカルシウムアルミネートガラス（以下ＣＡガラスという）や、CaO ・Al2O3 ・SiO2等で示されるアルミノケイ酸カルシウム鉱物の溶融物を急冷してガラス化したアルミノケイ酸カルシウムガラス（以下ＣＡＳガラスという）である。
カルシウムアルミネート鉱物やアルミノケイ酸カルシウム鉱物の溶融物を急冷する方法としては、高圧空気で溶融物を吹き飛ばして冷却させる高圧空気法等が挙げられる。
【００１１】
CaO 原料としては、生石灰、消石灰、石灰石、及び炭酸カルシウム等が、また、Al2O3 原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスボア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2原料としては、ケイ砂、白土、ケイ藻土、及び酸化ケイ素等がそれぞれ使用可能であるが、アルカリ金属成分が少ない面から炭酸カルシウム、アルミナ、及び酸化ケイ素の使用が好ましい。
【００１２】
ＣＡガラス中のCaO の含有量は35〜55重量％が好ましい。 CaOの含有量がこの範囲外では良好な急結性が得られない場合がある。
また、ＣＡＳガラスの組成は、CaO が40〜50重量％、Al2O3 が40〜50重量％、及びSiO2が10〜20重量％であることが好ましい。CaO やAl2O3 がこの範囲外では良好な急結性が得られない場合がある。また、SiO2が10重量％未満では長期強度の伸びがない場合があり、20重量％を越えると初期強度が低い場合がある。
【００１３】
本発明でいうガラスとは、通常ガラス分野で言われる「ガラス転移点を示すもの」である。
ＣＡガラスやＣＡＳガラスは全てガラスである必要はなく、その程度を示すガラス化率が60％以上であれば良い。60％未満だと良好な急結性が得られない場合がある。
ガラス化率は、試料を 1,000℃で２時間加熱後、５℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回析法により結晶鉱物のメインピークの面積Soを求め、このSoと試料中の結晶のメインピーク面積Ｓからガラス化率（％）＝（１−Ｓ／So）× 100の式から求めることが可能である。
【００１４】
ＣＡガラスやＣＡＳガラスの粒度は特に限定されるものでないが、ブレーン値 3,000〜9,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満では良好な急結性が得られない場合があり、9,000cm2/gを越えてもさらなる効果が期待できない場合がある。
【００１５】
本発明で使用する硫酸アルミニウムは急結性向上のために必要なもので、一般に市販されている硫酸アルミニウムが使用可能であり、通常含まれる不純物には影響されるものではない。
また、硫酸アルミニウムには無水塩や結晶水を含むものがあるが、いずれもそのまま使用可能であり、結晶水の多少により限定を受けるものではない。
硫酸アルミニウムの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で3,000 〜9,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満だと良好な急結性が得られない場合があり、9,000cm2/gを越えてもさらなる効果が期待できない場合がある。
硫酸アルミニウムの使用量は、ＣＡガラス又はＣＡＳガラス 100重量部に対して、無水物換算で10〜30重量部が好ましく、15〜25重量部がより好ましい。この範囲外では、良好な急結性が得られない場合がある。
【００１６】
急結材のアルカリ金属成分の総量は、酸化ナトリウム（Na2O）換算でNa2Oeq. 0.75重量％以下が好ましい。0.75重量％を越えるとアルカリ骨材反応が起こり、コンクリート構造物に悪影響を与える場合がある。
急結材の粒度は、使用する目的や使用方法に依存し特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で 3,000〜9,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満では急結性が低下する場合があり、9,000cm2/gを越えてもさらなる効果が期待できない場合がある。
急結材の使用量は、セメントと急結材とからなる吹付材料 100重量部中、３〜15重量部が好ましく、５〜10重量部がより好ましい。この範囲外では良好な急結性が得られない場合がある。
【００１７】
本発明で使用するセメントは、その中のエーライト（以下 C3Sという）が55重量％以上であるポルトランドセメントであり、好ましくは、C3S が60〜70重量％のポルトランドセメントである。C3S が55重量％未満では良好な急結特性が得られるものの、強度発現性が不良であり、70重量％を越えて使用してもさらなる強度発現性の向上は期待できない。
ポルトランドセメントは、石灰石等のCaO 源とケイ石等のSiO2源などを原料にして製造されるもので、鉱物組成としてエーライト（3CaO・SiO2）やビーライト（2CaO・SiO2）などのカルシウムシリケートを主要水硬性鉱物として含むものである。
本発明で使用する C3Sが55重量％以上であるポルトランドセメントは、石灰石やケイ石などの原料配合を調節して、キルンで焼成する等して製造可能な他、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントなどを適宜混合することにより得ることができる。
【００１８】
本発明では、必要に応じ骨材を使用することが可能である。
ここで、骨材としては、セメントコンクリートの分野で使用されるものであれば特に制限されるものではない。通常、ケイ砂、天然砂、及び砂利等が使用可能である。
骨材の使用量は、セメント 100重量部に対して、100 〜300 重量部が好ましく、200 〜250 重量部がより好ましい。100 重量部未満ではひび割れが発生しやすく、300 重量部を越えると強度発現性が悪くなる傾向がある。
【００１９】
本発明では、必要に応じて、例えば、凝結調整剤、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、増粘剤、保水剤、塩化カルシウムやケイ酸ナトリウムなどの防水剤、発泡剤、起泡剤、メチルセルロース等の水中不分離性混和剤、防凍剤、防錆剤、着色剤（顔料）、高分子ポリマーエマルジョン（ラテックス）、ガラス繊維、カーボン繊維、及び銅繊維等の繊維物質、並びに、高炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカフューム等の混和材等の一種又は二種以上の添加剤を本発明の目的を阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００２０】
本発明の吹付材料を製造する際は、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等の既存の混合・撹拌装置の使用が可能である。
また、混合はそれぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部又全部を混合しておいても差し支えない。
さらに、養生方法も特に限定されるものではなく、一般に行われている養生方法が適用可能である。
【００２１】
本発明の吹付材料は乾式法や湿式法いずれの吹付工法にも使用可能である。
例えば、吹付時には、最大骨材寸法10mm程度の粗骨材を用い、水／（セメント＋急結材）比45％、細骨材率60％のコンクリート配合を用いることができる。
また、特に湿式法としては、例えば、水、セメント、細骨材、及び粗骨材をミキサーで混合したコンクリートを、10〜20m3/Hで空気圧送できる吹付機を使用して圧送したり、急結材は別にコンプレッサーを使用して圧送したりして、吹付機のノズル付近でコンクリートと混合して吹き付ける工法等が挙げられる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
実施例１
CaO 原料とAl2O3 原料、又はCaO 原料、Al2O3 原料、及びSiO2原料を混合し、1,600 ℃の電気炉で溶融した溶融物を高圧空気で急冷し、さらに粉砕して、ブレーン値 5,000±200cm2/gのＣＡガラス（CaO;45重量％、Al2O3;55重量％）、又はＣＡＳガラス（CaO;40重量％、Al2O3;50重量％、SiO2; 10重量％）を調製した。ＣＡガラスやＣＡＳガラス中のNa2Oeq. は0.01重量％以下であった。
調整したＣＡガラス又はＣＡＳガラス 100重量部と、無水物換算の硫酸アルミニウムα20重量部とを混合して急結材を調製した。これらの急結材中のNa2Oeq. は0.04重量％であった。
セメント 100重量部と急結材７重量部とを混合した吹付材料700gと、細骨材2,100gとを小型卓上モルタルミキサーを使用し、低速で10秒間空練りし、その後、直ちに水350gを添加して高速で10秒間混練してセメントモルタルとし、直ちに型枠に充填してその凝結の始発と終結をプロクター貫入抵抗値を、また、混練して得たモルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
CaO 原料 ：炭酸カルシウム、市販品
Al2O3 原料：酸化アルミニウム、市販品
SiO2原料 ：酸化ケイ素、市販品
硫酸アルミニウムα：14〜18水塩、１級試薬、Na2Oeq. 0.04重量％
市販の急結材：主成分カルシウムアルミネート、Na2Oeq. 15.8重量％
セメントＡ：C3S 69重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.72重量％
セメントＢ：C3S 64重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.43重量％
セメントＣ：C3S 60重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.48重量％
セメントＤ：C3S 55重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.55重量％
セメントＥ：C3S 52重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.60重量％
細骨材 ：新潟県姫川産川砂、比重2.62
水 ：水道水
【００２５】
＜測定方法＞
アルカリ金属成分：原子吸光分析により測定。ナトリウム以外のアルカリ金属は
Na2Oに換算して積算し、Na2Oeq. とした。
プロクター貫入抵抗：20℃の恒温室内で、混練したモルタルを振動バイブレーター上にセットした型枠内に突き棒で突きながら素早く詰め、注水後から所定の時間後に、針頭面積１/40in2の針を貫入し、ASTM C 403−65T に準じて挿入時の貫入抵抗値を測定した。
圧縮強度 ：混練して得たモルタルを４×４×16cmの型枠に詰め、所定時間後に型枠から外し、その後20℃で水中養生し、所定の材齢で強度を測定した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
実施例２
硫酸アルミニウムαの代わりに硫酸アルミニウムβを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００２８】
＜使用材料＞
硫酸アルミニウムβ：無水塩、１級試薬、Na2Oeq. 0.04重量％
【００２９】
【表２】
【００３０】
実施例３
セメントＢ、ＣＡガラス、及び表３に示す硫酸アルミニウムαを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３１】
【表３】
【００３２】
実施例４
セメントＢ、ＣＡＳガラス、及び表４に示す硫酸アルミニウムαを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３３】
【表４】
【００３４】
実施例５
セメントＢ、ＣＡガラス、及び表５に示す急結材を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００３５】
【表５】
【００３６】
実施例６
セメントＢ、ＣＡＳガラス、及び表６に示す急結材を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００３７】
【表６】
【００３８】
実施例７
実施例１で調製したＣＡガラス又はＣＡＳガラス 100重量部と、無水物換算の表７に示す硫酸アルミニウム20重量部とを混合して急結材を調製し、セメント 100重量部に対して、７重量部混合した。
各材料の単位量を、セメント360kg/m3、細骨材1,130kg/m3、粗骨材756kg/m3、及び水162kg/m3とし、最大骨材寸法10mm、細骨材率60％のコンクリート配合で製造したコンクリートを、乾式吹付機又は湿式吹付機を用いて、高さ3.5m、幅３ｍの模擬トンネルで吹付試験を実施し、トンネル内に落下したコンクリートの跳ね返り量をリバウンド率として測定した。結果を表７に併記する。
【００３９】
＜使用材料＞
粗骨材 ：新潟県姫川産川砂利、比重2.66
【００４０】
＜測定方法＞
リバウンド率：吹付けに使用した吹付材料の量と、吹付けしたときに付着しないで落 下したコンクリートの跳ね返り量との比
【００４１】
【表７】
【００４２】
【発明の効果】
本発明の吹付材料はアルカリ金属成分量が少ないため作業境境や周囲の環境への悪影響がなく、しかも優れた急結特性、強度発現性を有する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、吹付材料、吹付コンクリート、及びそれを用いた吹付工法、特に、トンネル等の天井や壁の部分に吹き付けるコンクリートの急結性や強度発現性を高めた吹付材料、吹付コンクリート、及びそれを用いた吹付工法に関する。
なお、本発明でいう吹付コンクリートとは、吹付用のセメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来よりトンネルの掘削時に、掘削面の落盤や湧水による崩壊を防ぐために、コンクリート等を吹き付け、ライニングすることが一般に実施されている。
そして、トンネル工事では、掘削面にコンクリートを吹き付ける一次吹付を行い、さらに、その吹付面にコンクリート壁を施工する二次覆工を行うことが多かったが、最近は、一次吹付だけで完了するシングルシェル方式が広く採用される傾向にある。
【０００３】
吹付コンクリートの吹付工法は、乾式法と湿式法の二工法に大別される。
乾式法とは、空練りしたセメント、骨材、及び急結材等の混合物を圧搾空気で輸送し、吹付直前に水を添加混合して、ノズルから施工面に吹き付ける工法であり、湿式法とは、水を混練したコンクリートを輪送し、その途中で急結材を添加混合し、ノズルから吹き付ける工法である。
【０００４】
吹付に使用される急結材としては、カルシウムアルミネートとアルカリ金属の炭酸塩やアルミン酸塩とからなる組成物、仮焼明ばん石、石灰、及びアルカリ金属炭酸塩からなる組成物、並びに、アルカリ金属の炭酸塩、水酸化物、ケイ酸塩、及びアルミン酸塩からなる組成物等が提案されている（特公昭56− 27457号公報、特開昭60−260452号公報、及び特開平 3− 65546号公報）。
これらの急結材は、通常、急激な凝結を得るために、水酸化物、炭酸塩、ケイ酸塩、及びアルミン酸塩等の形でナトリウムやカリウムなどの強アルカリ性を示すアルカリ金属成分を含むものである。
しかしながら、これらのアルカリ金属成分は強アルカリ性であるため、吹付コンクリート中に含まれると、使用する骨材によってはアルカリ骨材反応が起こり、コンクリート構造物に異常膨張やそれに伴うひび割れが発生し悪影響を与えるという課題があった。
また、これら強アルカリ性の成分は、水に溶解し、作業者の肌に直接触れると強い薬傷を起こす性質があり、掘削現場の作業環境を著しく悪化させ、さらに土壌中に含む水に溶解して周辺の環境汚染をまねく等の課題があった。
さらにこれらの急結材を加えた吹付コンクリートは、急結材を加えない吹付コンクリートに比べて、長期材齢で強度の伸びが低く、長期耐久性に劣るという課題があった。
【０００５】
これら課題を解消する対策として、アルカリ金属成分の少ないあるいはほとんど含まない吹付用の急結材として、アルミン酸カルシウム、スルホアルミン酸カルシウム、及び塩基性アルミニウム塩等からなる凝結促進剤を使用することが提案されている（特開平 8− 48553号公報）。
しかしながら、これらの急結材を用いた吹付材料は急結性が充分でないという課題があった。
また、アルカリ金属を低減した急結材は、水和開始直後からポルトランドセメントの水和反応を抑えてしまうため、特に、材齢１日の強度が非常に低く、吹付施工した直後から数日までの間に吹付コンクリートが剥離する危険性が高いという課題があった。
【０００６】
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の急結材とセメントを使用することにより、作業環境や周辺の環境を悪化することなく、優れた急結特性と強度を発現する吹付コンクリートが得られるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムアルミネートガラス又はCaO が 40 〜 50 重量％、 Al ２ O ３ が 40 〜 50 重量％、及び SiO ２ が 10 〜 20 重量％であるアルミノケイ酸カルシウムガラス100 重量部と硫酸アルミニウム10 〜 30 重量部（無水物換算）を有効成分とし、アルカリ金属成分の総量は、酸化ナトリウム（ Na ２ O ）換算で Na ２ Oeq. 0.75 重量％以下の急結材と、エーライト55重量％以上含有のセメントとを含有してなる吹付材料であり、該吹付材料と骨材を有効成分とする吹付コンクリートであり、該吹付コンクリートを吹き付けることを特徴とする吹付コンクリートの吹付工法である。
【０００８】
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００９】
本発明に係る吹付材料は、急結材とセメントとを含有してなる吹付材料であり、急結材がカルシウムアルミネートガラス又はアルミノケイ酸カルシウムガラスと、硫酸アルミニウムとを有効成分とするもので、セメントがエーライト成分を55重量％以上含むものである。
【００１０】
本発明で使用するカルシウムアルミネートガラス又はアルミノケイ酸カルシウムガラスは、急結性付与のために必要であり、通常、CaO 原料とAl2O3 原料を、また、CaO 原料、Al2O3 原料、及びSiO2原料を混合し、電気炉等により、例えば、1,200 〜1,700 ℃程度の高温で生成した、例えば、3CaO・Al2O3 、12CaO ・7Al2O3、及びCaO ・Al2O3 等で示されるカルシウムアルミネート鉱物の溶融物を急冷してガラス化したカルシウムアルミネートガラス（以下ＣＡガラスという）や、CaO ・Al2O3 ・SiO2等で示されるアルミノケイ酸カルシウム鉱物の溶融物を急冷してガラス化したアルミノケイ酸カルシウムガラス（以下ＣＡＳガラスという）である。
カルシウムアルミネート鉱物やアルミノケイ酸カルシウム鉱物の溶融物を急冷する方法としては、高圧空気で溶融物を吹き飛ばして冷却させる高圧空気法等が挙げられる。
【００１１】
CaO 原料としては、生石灰、消石灰、石灰石、及び炭酸カルシウム等が、また、Al2O3 原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスボア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2原料としては、ケイ砂、白土、ケイ藻土、及び酸化ケイ素等がそれぞれ使用可能であるが、アルカリ金属成分が少ない面から炭酸カルシウム、アルミナ、及び酸化ケイ素の使用が好ましい。
【００１２】
ＣＡガラス中のCaO の含有量は35〜55重量％が好ましい。 CaOの含有量がこの範囲外では良好な急結性が得られない場合がある。
また、ＣＡＳガラスの組成は、CaO が40〜50重量％、Al2O3 が40〜50重量％、及びSiO2が10〜20重量％であることが好ましい。CaO やAl2O3 がこの範囲外では良好な急結性が得られない場合がある。また、SiO2が10重量％未満では長期強度の伸びがない場合があり、20重量％を越えると初期強度が低い場合がある。
【００１３】
本発明でいうガラスとは、通常ガラス分野で言われる「ガラス転移点を示すもの」である。
ＣＡガラスやＣＡＳガラスは全てガラスである必要はなく、その程度を示すガラス化率が60％以上であれば良い。60％未満だと良好な急結性が得られない場合がある。
ガラス化率は、試料を 1,000℃で２時間加熱後、５℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回析法により結晶鉱物のメインピークの面積Soを求め、このSoと試料中の結晶のメインピーク面積Ｓからガラス化率（％）＝（１−Ｓ／So）× 100の式から求めることが可能である。
【００１４】
ＣＡガラスやＣＡＳガラスの粒度は特に限定されるものでないが、ブレーン値 3,000〜9,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満では良好な急結性が得られない場合があり、9,000cm2/gを越えてもさらなる効果が期待できない場合がある。
【００１５】
本発明で使用する硫酸アルミニウムは急結性向上のために必要なもので、一般に市販されている硫酸アルミニウムが使用可能であり、通常含まれる不純物には影響されるものではない。
また、硫酸アルミニウムには無水塩や結晶水を含むものがあるが、いずれもそのまま使用可能であり、結晶水の多少により限定を受けるものではない。
硫酸アルミニウムの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で3,000 〜9,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満だと良好な急結性が得られない場合があり、9,000cm2/gを越えてもさらなる効果が期待できない場合がある。
硫酸アルミニウムの使用量は、ＣＡガラス又はＣＡＳガラス 100重量部に対して、無水物換算で10〜30重量部が好ましく、15〜25重量部がより好ましい。この範囲外では、良好な急結性が得られない場合がある。
【００１６】
急結材のアルカリ金属成分の総量は、酸化ナトリウム（Na2O）換算でNa2Oeq. 0.75重量％以下が好ましい。0.75重量％を越えるとアルカリ骨材反応が起こり、コンクリート構造物に悪影響を与える場合がある。
急結材の粒度は、使用する目的や使用方法に依存し特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で 3,000〜9,000cm2/gが好ましい。3,000cm2/g未満では急結性が低下する場合があり、9,000cm2/gを越えてもさらなる効果が期待できない場合がある。
急結材の使用量は、セメントと急結材とからなる吹付材料 100重量部中、３〜15重量部が好ましく、５〜10重量部がより好ましい。この範囲外では良好な急結性が得られない場合がある。
【００１７】
本発明で使用するセメントは、その中のエーライト（以下 C3Sという）が55重量％以上であるポルトランドセメントであり、好ましくは、C3S が60〜70重量％のポルトランドセメントである。C3S が55重量％未満では良好な急結特性が得られるものの、強度発現性が不良であり、70重量％を越えて使用してもさらなる強度発現性の向上は期待できない。
ポルトランドセメントは、石灰石等のCaO 源とケイ石等のSiO2源などを原料にして製造されるもので、鉱物組成としてエーライト（3CaO・SiO2）やビーライト（2CaO・SiO2）などのカルシウムシリケートを主要水硬性鉱物として含むものである。
本発明で使用する C3Sが55重量％以上であるポルトランドセメントは、石灰石やケイ石などの原料配合を調節して、キルンで焼成する等して製造可能な他、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントなどを適宜混合することにより得ることができる。
【００１８】
本発明では、必要に応じ骨材を使用することが可能である。
ここで、骨材としては、セメントコンクリートの分野で使用されるものであれば特に制限されるものではない。通常、ケイ砂、天然砂、及び砂利等が使用可能である。
骨材の使用量は、セメント 100重量部に対して、100 〜300 重量部が好ましく、200 〜250 重量部がより好ましい。100 重量部未満ではひび割れが発生しやすく、300 重量部を越えると強度発現性が悪くなる傾向がある。
【００１９】
本発明では、必要に応じて、例えば、凝結調整剤、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、増粘剤、保水剤、塩化カルシウムやケイ酸ナトリウムなどの防水剤、発泡剤、起泡剤、メチルセルロース等の水中不分離性混和剤、防凍剤、防錆剤、着色剤（顔料）、高分子ポリマーエマルジョン（ラテックス）、ガラス繊維、カーボン繊維、及び銅繊維等の繊維物質、並びに、高炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカフューム等の混和材等の一種又は二種以上の添加剤を本発明の目的を阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００２０】
本発明の吹付材料を製造する際は、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等の既存の混合・撹拌装置の使用が可能である。
また、混合はそれぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部又全部を混合しておいても差し支えない。
さらに、養生方法も特に限定されるものではなく、一般に行われている養生方法が適用可能である。
【００２１】
本発明の吹付材料は乾式法や湿式法いずれの吹付工法にも使用可能である。
例えば、吹付時には、最大骨材寸法10mm程度の粗骨材を用い、水／（セメント＋急結材）比45％、細骨材率60％のコンクリート配合を用いることができる。
また、特に湿式法としては、例えば、水、セメント、細骨材、及び粗骨材をミキサーで混合したコンクリートを、10〜20m3/Hで空気圧送できる吹付機を使用して圧送したり、急結材は別にコンプレッサーを使用して圧送したりして、吹付機のノズル付近でコンクリートと混合して吹き付ける工法等が挙げられる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
実施例１
CaO 原料とAl2O3 原料、又はCaO 原料、Al2O3 原料、及びSiO2原料を混合し、1,600 ℃の電気炉で溶融した溶融物を高圧空気で急冷し、さらに粉砕して、ブレーン値 5,000±200cm2/gのＣＡガラス（CaO;45重量％、Al2O3;55重量％）、又はＣＡＳガラス（CaO;40重量％、Al2O3;50重量％、SiO2; 10重量％）を調製した。ＣＡガラスやＣＡＳガラス中のNa2Oeq. は0.01重量％以下であった。
調整したＣＡガラス又はＣＡＳガラス 100重量部と、無水物換算の硫酸アルミニウムα20重量部とを混合して急結材を調製した。これらの急結材中のNa2Oeq. は0.04重量％であった。
セメント 100重量部と急結材７重量部とを混合した吹付材料700gと、細骨材2,100gとを小型卓上モルタルミキサーを使用し、低速で10秒間空練りし、その後、直ちに水350gを添加して高速で10秒間混練してセメントモルタルとし、直ちに型枠に充填してその凝結の始発と終結をプロクター貫入抵抗値を、また、混練して得たモルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
CaO 原料 ：炭酸カルシウム、市販品
Al2O3 原料：酸化アルミニウム、市販品
SiO2原料 ：酸化ケイ素、市販品
硫酸アルミニウムα：14〜18水塩、１級試薬、Na2Oeq. 0.04重量％
市販の急結材：主成分カルシウムアルミネート、Na2Oeq. 15.8重量％
セメントＡ：C3S 69重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.72重量％
セメントＢ：C3S 64重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.43重量％
セメントＣ：C3S 60重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.48重量％
セメントＤ：C3S 55重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.55重量％
セメントＥ：C3S 52重量％含有ポルトランドセメント、Na2Oeq. 0.60重量％
細骨材 ：新潟県姫川産川砂、比重2.62
水 ：水道水
【００２５】
＜測定方法＞
アルカリ金属成分：原子吸光分析により測定。ナトリウム以外のアルカリ金属は
Na2Oに換算して積算し、Na2Oeq. とした。
プロクター貫入抵抗：20℃の恒温室内で、混練したモルタルを振動バイブレーター上にセットした型枠内に突き棒で突きながら素早く詰め、注水後から所定の時間後に、針頭面積１/40in2の針を貫入し、ASTM C 403−65T に準じて挿入時の貫入抵抗値を測定した。
圧縮強度 ：混練して得たモルタルを４×４×16cmの型枠に詰め、所定時間後に型枠から外し、その後20℃で水中養生し、所定の材齢で強度を測定した。
【００２６】
【表１】
実施例２
硫酸アルミニウムαの代わりに硫酸アルミニウムβを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００２８】
＜使用材料＞
硫酸アルミニウムβ：無水塩、１級試薬、Na2Oeq. 0.04重量％
【００２９】
【表２】
実施例３
セメントＢ、ＣＡガラス、及び表３に示す硫酸アルミニウムαを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３１】
【表３】
実施例４
セメントＢ、ＣＡＳガラス、及び表４に示す硫酸アルミニウムαを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３３】
【表４】
実施例５
セメントＢ、ＣＡガラス、及び表５に示す急結材を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００３５】
【表５】
実施例６
セメントＢ、ＣＡＳガラス、及び表６に示す急結材を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００３７】
【表６】
実施例７
実施例１で調製したＣＡガラス又はＣＡＳガラス 100重量部と、無水物換算の表７に示す硫酸アルミニウム20重量部とを混合して急結材を調製し、セメント 100重量部に対して、７重量部混合した。
各材料の単位量を、セメント360kg/m3、細骨材1,130kg/m3、粗骨材756kg/m3、及び水162kg/m3とし、最大骨材寸法10mm、細骨材率60％のコンクリート配合で製造したコンクリートを、乾式吹付機又は湿式吹付機を用いて、高さ3.5m、幅３ｍの模擬トンネルで吹付試験を実施し、トンネル内に落下したコンクリートの跳ね返り量をリバウンド率として測定した。結果を表７に併記する。
【００３９】
＜使用材料＞
粗骨材 ：新潟県姫川産川砂利、比重2.66
【００４０】
＜測定方法＞
リバウンド率：吹付けに使用した吹付材料の量と、吹付けしたときに付着しないで落 下したコンクリートの跳ね返り量との比
【００４１】
【表７】
【発明の効果】
本発明の吹付材料はアルカリ金属成分量が少ないため作業境境や周囲の環境への悪影響がなく、しかも優れた急結特性、強度発現性を有する。
Claims (4)
- カルシウムアルミネートガラス100 重量部と硫酸アルミニウム10 〜 30 重量部（無水物換算）を有効成分とし、アルカリ金属成分の総量は、酸化ナトリウム（ Na ２ O ）換算で Na ２ Oeq. 0.75 重量％以下の急結材と、エーライト55重量％以上含有のセメントとを含有してなる吹付材料。
- CaO が 40 〜 50 重量％、 Al ２ O ３ が 40 〜 50 重量％、及び SiO ２ が 10 〜 20 重量％であるアルミノケイ酸カルシウムガラス100 重量部と硫酸アルミニウム10 〜 30 重量部（無水物換算）を有効成分とし、アルカリ金属成分の総量は、酸化ナトリウム（ Na ２ O ）換算で Na ２ Oeq. 0.75 重量％以下の急結材と、エーライト55重量％以上含有のセメントとを含有してなる吹付材料。
- 請求項１又は２記載の吹付材料と骨材を有効成分とする吹付コンクリート。
- 請求項３記載の吹付コンクリートを吹き付けることを特徴とする吹付コンクリートの吹付工法。
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1997
- 1997-05-29 JP JP13984597A patent/JP3844380B2/ja not_active Expired - Lifetime
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