JP3844399B2 - 吹付け材料を用いた未固結地山への吹付け工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にトンネル掘削時、又は、道路等の斜面構築時の、未固結地山からなるトンネル内面や斜面に吹付け、地山や斜面の安定化のための道路工事や補修工事などに使用される未固結地山への吹付け工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネルの掘削はＮＡＴＭ（ニュー・オーストリアン工法）が標準工法となり、掘削後の岩盤の安定化に吹付けコンクリートが用いられている。吹付けコンクリートとしては、粗骨材や細骨材といった、最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有するコンクリートが使用されている。
【０００３】
しかしながら、掘削する地山には砂山地盤等といった未固結地山の所もあり、未固結地山ではコンクリートの吹付け圧で天端が削られ、肌落ちしやすいために、未固結地山へ最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有するモルタルやコンクリートを吹付けても天端が剥落しやすく、モルタルでもリバウンド率は２０％を越えてしまい、肌落ちを防止できないという課題があった。
【０００４】
このため、天端の肌落ちを防止するために、金網を張って吹付けコンクリート施工を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吹付け圧が高いと、未固結地山が削られて吹付けコンクリートが天端に付着せずに落下することが多くなるので、吹付けコンクリートのロスが多くなり、その分吹付けコンクリートの量が多くなって、吹付け作業に時間を要したり、落下した吹付けコンクリートが作業者を直撃して吹付け作業が危険になったりするという課題があった。
【０００６】
本発明者は、前記課題を解消すべく種々検討を重ねた結果、特定の吹付け工法の使用により、前記課題が解消される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、セメント 100 重量部と最大粒径 2.5mm 以下の骨材 50 〜 300 重量部を含有してなるＡ剤と、固形分濃度４０〜８０重量％のアルカリ金属アルミン酸塩含有液をセメント 100 重量部に対して固形分換算で 1.5 〜５重量部含有してなるＢ剤を、個別に圧送して吹付け直前に混合してなる吹付け材料を、５〜５０ｍｍの吹付け厚で吹付けて一次覆工とし、次いでセメントと最大粒径 2.5 mm を越える骨材を含有する吹付けコンクリートを１５０〜２００ｍｍの吹付け厚で吹付けて二次覆工とすることを特徴とする未固結地山への吹付け工法であり、Ａ剤に繊維を含有してなることを特徴とする該未固結地山への吹付け工法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明の吹付け材料は、未固結地山へ吹付けるものである。ここでいう未固結地山とは、例えば砂質土、シラス、粘土、及び礫等からなり、天端が崩れやすい地山をいい、この未固結地山へセメントと最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有する吹付けコンクリートを吹付けた場合に、リバウンド率が３０％を越えてしまうものをいう。このような未固結地山に従来の吹付けコンクリートを吹付けても、吹付けコンクリートのロスが大きくなってしまうものである。
【００１０】
本発明で使用するセメントとしては、通常用いられる、普通・早強・超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらのポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、3CaO・SiO2や11CaO ・7Al2O3・CaF2を主成分とするセメント等が使用できる。
【００１１】
本発明で使用する骨材は、天然砂、珪砂、及び石灰砂のいずれも使用可能であり、その最大粒径は2.5 mm以下であって、1.5 mm以下が好ましい。最大粒径が2.5 mmを越えると吹付け施工の際に跳ね返りが多くなり、ポンプ圧送性も悪化する。
【００１２】
骨材の使用量は、セメント100 重量部に対して、50〜300 重量部が好ましく、作業性、初期強度発現性、及び耐久性の点で、100 〜200 重量部がより好ましい。50重量部未満だと耐久性が低いおそれがあり、300 重量部を越えると初期強度発現性が低く、跳ね返りも多くなるおそれがある。
【００１３】
本発明で使用する繊維とは、セラミックファイバーや耐アルカリガラスファィバーなどの無機系繊維、カーボンファイバー、ポリエチレンファィバー、ビニロンファイバー、アラミドファイバー、及びポリアクリルファイバー等の有機系繊維、並びに、スチールファィバー等が挙げられる。これらの中では、セメントと骨材を乾式法により混合したドライモルタルでの混合性や施工性の点で、耐アルカリガラスファィバー、カーボンファイバー、ポリエチレンファイバー、ビニロンファイバー、又はポリアクリルファイバーのうちの一種又は二種以上が好ましい。
【００１４】
繊維の長さは特に限定されるものではないが、３〜30mmが好ましく、６〜12mmがより好ましい。
【００１５】
繊維の使用量は、セメントと骨材を混合したドライモルタル100 重量部に対して、0.4 〜1.5 重量部が好ましく、0.5 〜1.2 重量部がより好ましい。0.4 重量部未満だと目的とする強度発現性が得られないおそれがあり、1.5 重量部を越えるとドライモルタル混合時の混合分散性が悪化したり、強度発現性が低下したりするおそれがある。
【００１６】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩（以下アルミン酸アルカリという）としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムが挙げられる。これらの中では、溶解性の点で、アルミン酸カリウムが好ましい。
【００１７】
アルミン酸アルカリは、そのNa2O／Al2O3 モル比又はK2O ／Al2O3 モル比が1.5 〜2.0 のものが好ましい。モル比が1.5 未満だと水溶液が100 ℃においてもアルミン酸アルカリが溶解しにくいおそれがあり、モル比が２．０を越えると凝結力や強度発現性が低下するおそれがある。
【００１８】
アルミン酸アルカリは、施工性の点で、アルミン酸アルカリ含有液として使用するが、固体として使用してもよい。
【００１９】
アルミン酸アルカリ含有液とは、アルミン酸アルカリを水に溶解させた水溶液又はアルミン酸アルカリを水に懸濁させたスラリーをいう。
【００２０】
アルミン酸アルカリ含有液は、液状のものや、一度アルミン酸アルカリ溶液を乾燥して再度溶解し、例えば、固形分50重量％のスラリーとして使用することもできる。液状として貯蔵する場合には、アルミン酸カリウム水溶液の使用が好ましい。
【００２１】
アルミン酸アルカリのスラリーを乾燥して保存し、使用時に再度水に懸濁させて使用することもできる。
【００２２】
アルミン酸アルカリ含有液の固形分濃度は、４０〜１００重量％が好ましく、５０〜８０重量％がより好ましい。４０重量％未満だとアルミン酸アルカリが再析出したり、ゲル化したりしてアルミン酸アルカリ含有液の固形分濃度が変更するおそれがあり、１００重量％を越えるとモルタルの単位水量が増加して凝結や強度発現性が不良となるおそれがある。
【００２３】
アルミン酸アルカリ水溶液は、例えば、水酸化ナトリウム（NaOH）と水酸化アルミニウム（Al(OH)3 ）、又は、水酸化カリウム（KOH ）と水酸化アルミニウムをNa2O／Al2O3 モル比又はK2O ／Al2O3 モル比が1.5 〜2.0 となるように調整、100 ℃で加熱溶解し、50重量％の濃度に調整して使用することが好ましい。
【００２４】
アルミン酸アルカリの使用量は、セメント100 重量部に対して、固形分換算で1.5 〜５重量部が好ましく、2.5 〜４重量部がより好ましい。1.5 重量部未満だと目的とする凝結力が得られず、特に低温下ではそれが顕著となったり、跳ね返りが多くなったりするおそれがあり、５重量部を越えても大きな凝結力が得られず、逆に長期耐久性が悪化したり、跳ね返りが多くなったりするおそれがある。
【００２５】
又、本発明において、アルミン酸アルカリ含有液に、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムの50重量％水溶液を、アルミン酸アルカリ100 重量部に対して固形分換算で10〜50重量部混合したものも使用してもよい。
【００２６】
本発明では、必要に応じて、さらに、減水剤、増粘剤、凝結遅延剤、及び超微粉等を使用してもよい。
【００２７】
アルミン酸アルカリ含有液を圧送するポンプは特に限定されるものではないが、施工性の点で、連続圧送することが好ましい。
又、ピストン式ポンプ、スクイズ式ポンプ、又はスネイク式ポンプ等を使用することもできる。
【００２８】
本発明で使用する吹付け材料の各材料の使用方法は特に限定されるものではないが、施工性の点で、吹付け材料を、セメントと最大粒径2.5 mm以下の骨材を含有してなるＡ剤とアルカリ金属アルミン酸塩含有液を含有してなるＢ剤とに分け、Ａ剤とＢ剤を個別に圧送して吹付け直前に混合して吹付けることが好ましい。Ａ剤とＢ剤に分けた場合には、例えば、セメント、最大粒径2.5 mmの骨材、必要に応じて繊維を乾燥状態でドライ混合し、その後、ドライ混合したモルタルと水とを混練してＡ剤とし、アルミン酸アルカリ含有液をＢ剤とし、このＡ剤とＢ剤を個別に圧送して吹付けることが可能である。
【００２９】
本発明においては、吹付け現場で、各材料を配合し、混合することなく、水を配合して混練するだけで使用できる点で、ドライ混合したモルタルを使用することが好ましい。
【００３０】
ドライ混合で使用する混合ミキサーとしては、Ｖ型ブレンダーやナウターミキサーなどいずれのミキサーも使用できるが、繊維の分散性の点で、ナウターミキサーが好ましい。
【００３１】
又、モルタルの混練りに使用するミキサーとしては、タライ型ミキサー、ホーバー型ミキサー、及び二軸ミキサー等のバツチ練りミキサーを使用できる。
これらの中では、施工性の点で、連続的に混練りすることが好ましい。
【００３２】
ここで、混練に使用する水の量は特に限定されるものではないが、ポンプで圧送可能な流動性が得られるように、例えば、フロー値として180 〜260 mmになるように水を加えることが好ましい。
【００３３】
混練りしたモルタルを圧送するポンプは特に限定されるものではなく、例えば、ピストン式ポンプ、スクイズ式ポンプ、及びスネイク式ポンプ等のポンプを使用できる。これらの中では、作業性の点で、例えば、供給された吹付け材料を混合機の先端の羽で圧入された水と混練し、それに連結しているスネイク式のポンプで連続的に圧送する連続混練り圧送装置で混練り圧送する方法が、作業性の点で、好ましい。
【００３４】
混練り圧送されたモルタルであるＡ剤と、アルミン酸アルカリ含有液であるＢ剤とを混合する方法は特に限定されるものではないが、以下の方法が挙げられる。即ち、ＮＡＴＭ等で使用されているように、Ｙ字管を用いてＡ剤にＢ剤を混合する際、Ｂ剤をエアーで搬送し、吹付けることができる。又、リング周囲に数カ所の孔を有するインレットピースにポンプ圧送したＢ剤をエアーで圧入し、Ａ剤と混合し吹付けることもできる。これらの中では、混合性の点で、インレットピースを使用する混合方法が好ましい。
【００３５】
この場合、吐出量は特に制限しないが、Ａ剤の吐出量は３ｍ3 ／ｈ以下にすることが好ましい。
【００３６】
本発明の吹付け工法は、未固結地山の他にも、粘土や岩からなり、セメントと最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有する吹付けコンクリートを吹付けた場合に、リバウンド率が３０％を越える地盤にも使用できる。
【００３７】
本発明の吹付け工法における吹付け材料の吹付け厚は、５〜５０ｍｍであり、１０〜３０ｍｍが好ましい。５ｍｍ未満だと後述する二次覆工として吹付けコンクリートを吹付ける場合に天端やコンクリートが落下したり、剥落したりするおそれがあり、又、クラックが発生しやすい。５０ｍｍを越えると吹付けに時間がかかり、作業効率が低下する。
【００３８】
未固結地山への吹付け工法としては、二次覆工コンクリートの剥落防止の点で、掘削後にトンネル内面に一次覆工として本発明の吹付け材料を５〜５０ｍｍの吹付け厚で吹付け、次いで二次覆工として吹付けコンクリートを吹付けることが好ましい。二次覆工として使用する吹付けコンクリートとしては、施工性の点で、セメントと最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有する吹付けコンクリートが好ましい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００４０】
実施例１
セメント１００重量部、表１に示す最大粒径の骨材１５０重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して、繊維０．８重量部をナウターミキサーで混合してプレミックスのドライモルタルを200 kg製造した。
製造したドライモルタルをドイツのＰＦＴ社製Ｇ４連続ミキサーポンプに投入し、フロー値200 mmになるように水を添加してモルタルとし、2.1 m3／hrの能力で連続混練り圧送した。
又、５０％濃度のアルミン酸アルカリ含有液をプランジャー式ポンプで圧送し、モルタル中のセメント１００重量部に対して、固形分換算で３重量部になるように、ノズル手前に取り付けたインレツトピースに3.5kgf/cm2のエアーとともにインレットピースの中を通るモルタルに圧入、混合して吹付け材料とし、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように１m2の広さに吹付け、ポンプ圧送速度とリバウンド率を測定した。結果を表１に併記する。
【００４１】
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３２００ｃｍ2 ／ｇ、比重３．１６
骨材ア：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径３．０mm
骨材イ：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径２．５mm
骨材ウ：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径１．５mm
骨材エ：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径１．２mm
粉末減水剤：ナフタレンスルホン酸系、市販品
アルミン酸アルカリ：K2O ／Al2O3 のモル比1.5 で調製したアルミン酸カリウム
繊維：ビニロンファィバー、市販品、長さ６mm、比重１．３
未固結地山：新潟県青海町地内法面、最大粒径１０mmの粗骨材を含有する吹付けコンクリートを吹付けた場合のリバウンド率は４５％
【００４２】
（測定方法）
ポンプ圧送速度：１分間運転したときの圧送重量（単位：m3/hr ）
リバウンド率：１分間側壁に吹付けた時の、（跳ね返った量／吹付け量）×100 （単位：％）
【００４３】
【表１】
【００４４】
実施例２
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、５０％濃度のアルミン酸アルカリ含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料（モルタル）を、未固結地山の側壁に表２の厚さになるように吹付けて一次覆工としたこと以外は実施例１と同様に行った。
吹付け材料を吹付けてから更に１時間後に、各材料の単位量を、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１００２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材６７１ｋｇ／ｍ3 、及び水２２５ｋｇ／ｍ3 として吹付けコンクリートを調製し、これをコンクリート圧送機「アリバー２８０」により４ｍ3 ／ｈの吐出量で空気圧送した。吹付けコンクリートの空気圧送の途中にＹ字管を設け、急結材添加装置「ナトムクリート」を用いて、Ｙ字管の一方より、セメント１００重量部に対して「デンカナトミックＴ−５」を７重量部添加して、先に吹付けた吹付け材料の表面に表２の厚さになるように更に吹付けて二次覆工とし、リバウンド率を測定した。結果を表２に併記する。
【００４５】
（使用材料）
細骨材：新潟県青海産石灰砂、表面水率３．１％、比重２．６４
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大寸法１０ｍｍ
【００４６】
【表２】
【００４７】
実施例３
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、粉末減水剤０．５重量部を配合してドライ混合し、次いでセメント１００重量部に対して、水４０重量部を加え、JIS R 5201に準じてモルタルミキサーで混練りしモルタルを調製した。
このモルタル中のセメント１００重量部に対して、５０％濃度のアルミン酸アルカリ含有液を固形分換算で表３に示す量添加して10秒間混練りし、すばやく型枠に充填した。その後、20℃でプロクター貫入抵抗値を測定して始発時間と終結時間の測定を行った。結果を表３に併記する。
【００４８】
（測定方法）
始発時間：プロクター貫入抵抗値が500psiに達する時間（単位：分）
終結時間：プロクター貫入抵抗値が4,000psiに達する時間（単位：分）
【００４９】
【表３】
【００５０】
実施例４
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行った。
又、4 ×4 ×16cmの三連型枠に、同様に吹付け、所定の材齢ごとの圧縮強度を測定した。
吹付けの状況は、粉塵の発生も少なく、ダレもなく、跳ね返りも少なく、吹付け直後の凝結力も高く、目的とした性状を満足した結果が得られた。
又、圧縮強度も室内試験とほぼ同様に、１時間で０．８N/mm2 、１日で２４．３N/mm2 、28日で４９．３N/mm2 とほぼ同様な結果が得られた。
【００５１】
（測定方法）
圧縮強度 ：JIS R 5201に準じて、20℃、所定の材齢で測定（単位：N/mm2 ）
【００５２】
実施例５
セメント１００重量部、表４に示す量の骨材エ、５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行い、リバウンド率、圧縮強度、及びクラックの有無を測定した。結果を表４に併記する。
【００５３】
（測定方法）
クラックの有無：面積１m2、厚さ２cmに吹付け、１ケ月後に観察
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例６
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して表５に示す量の繊維からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行い、リバウンド率、圧縮強度、及びクラックの有無を測定した。結果を表５に併記する。
【００５６】
【表５】
【００５７】
実施例７
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、固形分換算で表６に示す量の５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行い、リバウンド率と圧縮強度を測定した。結果を表６に併記する。
【００５８】
【表６】
【００５９】
【発明の効果】
本発明の未固結地山用吹付け材料により、未固結地山トンネルのような肌落ちしやすい地山においても、リバウンド率が小さくなり、吹付けコンクリートのロスや危険性も無くなり、さらには連続混練り圧送ポンプを使用するため作業効率が高まる等の効果を奏する。
【００６０】
特に、未固結地山に対して、一次覆工として本発明の未固結地山用吹付け材料を吹付け、次いで二次覆工として吹付けコンクリートを吹付けることにより、より大きな効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にトンネル掘削時、又は、道路等の斜面構築時の、未固結地山からなるトンネル内面や斜面に吹付け、地山や斜面の安定化のための道路工事や補修工事などに使用される未固結地山への吹付け工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネルの掘削はＮＡＴＭ（ニュー・オーストリアン工法）が標準工法となり、掘削後の岩盤の安定化に吹付けコンクリートが用いられている。吹付けコンクリートとしては、粗骨材や細骨材といった、最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有するコンクリートが使用されている。
【０００３】
しかしながら、掘削する地山には砂山地盤等といった未固結地山の所もあり、未固結地山ではコンクリートの吹付け圧で天端が削られ、肌落ちしやすいために、未固結地山へ最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有するモルタルやコンクリートを吹付けても天端が剥落しやすく、モルタルでもリバウンド率は２０％を越えてしまい、肌落ちを防止できないという課題があった。
【０００４】
このため、天端の肌落ちを防止するために、金網を張って吹付けコンクリート施工を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吹付け圧が高いと、未固結地山が削られて吹付けコンクリートが天端に付着せずに落下することが多くなるので、吹付けコンクリートのロスが多くなり、その分吹付けコンクリートの量が多くなって、吹付け作業に時間を要したり、落下した吹付けコンクリートが作業者を直撃して吹付け作業が危険になったりするという課題があった。
【０００６】
本発明者は、前記課題を解消すべく種々検討を重ねた結果、特定の吹付け工法の使用により、前記課題が解消される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、セメント 100 重量部と最大粒径 2.5mm 以下の骨材 50 〜 300 重量部を含有してなるＡ剤と、固形分濃度４０〜８０重量％のアルカリ金属アルミン酸塩含有液をセメント 100 重量部に対して固形分換算で 1.5 〜５重量部含有してなるＢ剤を、個別に圧送して吹付け直前に混合してなる吹付け材料を、５〜５０ｍｍの吹付け厚で吹付けて一次覆工とし、次いでセメントと最大粒径 2.5 mm を越える骨材を含有する吹付けコンクリートを１５０〜２００ｍｍの吹付け厚で吹付けて二次覆工とすることを特徴とする未固結地山への吹付け工法であり、Ａ剤に繊維を含有してなることを特徴とする該未固結地山への吹付け工法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明の吹付け材料は、未固結地山へ吹付けるものである。ここでいう未固結地山とは、例えば砂質土、シラス、粘土、及び礫等からなり、天端が崩れやすい地山をいい、この未固結地山へセメントと最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有する吹付けコンクリートを吹付けた場合に、リバウンド率が３０％を越えてしまうものをいう。このような未固結地山に従来の吹付けコンクリートを吹付けても、吹付けコンクリートのロスが大きくなってしまうものである。
【００１０】
本発明で使用するセメントとしては、通常用いられる、普通・早強・超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらのポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、3CaO・SiO2や11CaO ・7Al2O3・CaF2を主成分とするセメント等が使用できる。
【００１１】
本発明で使用する骨材は、天然砂、珪砂、及び石灰砂のいずれも使用可能であり、その最大粒径は2.5 mm以下であって、1.5 mm以下が好ましい。最大粒径が2.5 mmを越えると吹付け施工の際に跳ね返りが多くなり、ポンプ圧送性も悪化する。
【００１２】
骨材の使用量は、セメント100 重量部に対して、50〜300 重量部が好ましく、作業性、初期強度発現性、及び耐久性の点で、100 〜200 重量部がより好ましい。50重量部未満だと耐久性が低いおそれがあり、300 重量部を越えると初期強度発現性が低く、跳ね返りも多くなるおそれがある。
【００１３】
本発明で使用する繊維とは、セラミックファイバーや耐アルカリガラスファィバーなどの無機系繊維、カーボンファイバー、ポリエチレンファィバー、ビニロンファイバー、アラミドファイバー、及びポリアクリルファイバー等の有機系繊維、並びに、スチールファィバー等が挙げられる。これらの中では、セメントと骨材を乾式法により混合したドライモルタルでの混合性や施工性の点で、耐アルカリガラスファィバー、カーボンファイバー、ポリエチレンファイバー、ビニロンファイバー、又はポリアクリルファイバーのうちの一種又は二種以上が好ましい。
【００１４】
繊維の長さは特に限定されるものではないが、３〜30mmが好ましく、６〜12mmがより好ましい。
【００１５】
繊維の使用量は、セメントと骨材を混合したドライモルタル100 重量部に対して、0.4 〜1.5 重量部が好ましく、0.5 〜1.2 重量部がより好ましい。0.4 重量部未満だと目的とする強度発現性が得られないおそれがあり、1.5 重量部を越えるとドライモルタル混合時の混合分散性が悪化したり、強度発現性が低下したりするおそれがある。
【００１６】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩（以下アルミン酸アルカリという）としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムが挙げられる。これらの中では、溶解性の点で、アルミン酸カリウムが好ましい。
【００１７】
アルミン酸アルカリは、そのNa2O／Al2O3 モル比又はK2O ／Al2O3 モル比が1.5 〜2.0 のものが好ましい。モル比が1.5 未満だと水溶液が100 ℃においてもアルミン酸アルカリが溶解しにくいおそれがあり、モル比が２．０を越えると凝結力や強度発現性が低下するおそれがある。
【００１８】
アルミン酸アルカリは、施工性の点で、アルミン酸アルカリ含有液として使用するが、固体として使用してもよい。
【００１９】
アルミン酸アルカリ含有液とは、アルミン酸アルカリを水に溶解させた水溶液又はアルミン酸アルカリを水に懸濁させたスラリーをいう。
【００２０】
アルミン酸アルカリ含有液は、液状のものや、一度アルミン酸アルカリ溶液を乾燥して再度溶解し、例えば、固形分50重量％のスラリーとして使用することもできる。液状として貯蔵する場合には、アルミン酸カリウム水溶液の使用が好ましい。
【００２１】
アルミン酸アルカリのスラリーを乾燥して保存し、使用時に再度水に懸濁させて使用することもできる。
【００２２】
アルミン酸アルカリ含有液の固形分濃度は、４０〜１００重量％が好ましく、５０〜８０重量％がより好ましい。４０重量％未満だとアルミン酸アルカリが再析出したり、ゲル化したりしてアルミン酸アルカリ含有液の固形分濃度が変更するおそれがあり、１００重量％を越えるとモルタルの単位水量が増加して凝結や強度発現性が不良となるおそれがある。
【００２３】
アルミン酸アルカリ水溶液は、例えば、水酸化ナトリウム（NaOH）と水酸化アルミニウム（Al(OH)3 ）、又は、水酸化カリウム（KOH ）と水酸化アルミニウムをNa2O／Al2O3 モル比又はK2O ／Al2O3 モル比が1.5 〜2.0 となるように調整、100 ℃で加熱溶解し、50重量％の濃度に調整して使用することが好ましい。
【００２４】
アルミン酸アルカリの使用量は、セメント100 重量部に対して、固形分換算で1.5 〜５重量部が好ましく、2.5 〜４重量部がより好ましい。1.5 重量部未満だと目的とする凝結力が得られず、特に低温下ではそれが顕著となったり、跳ね返りが多くなったりするおそれがあり、５重量部を越えても大きな凝結力が得られず、逆に長期耐久性が悪化したり、跳ね返りが多くなったりするおそれがある。
【００２５】
又、本発明において、アルミン酸アルカリ含有液に、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムの50重量％水溶液を、アルミン酸アルカリ100 重量部に対して固形分換算で10〜50重量部混合したものも使用してもよい。
【００２６】
本発明では、必要に応じて、さらに、減水剤、増粘剤、凝結遅延剤、及び超微粉等を使用してもよい。
【００２７】
アルミン酸アルカリ含有液を圧送するポンプは特に限定されるものではないが、施工性の点で、連続圧送することが好ましい。
又、ピストン式ポンプ、スクイズ式ポンプ、又はスネイク式ポンプ等を使用することもできる。
【００２８】
本発明で使用する吹付け材料の各材料の使用方法は特に限定されるものではないが、施工性の点で、吹付け材料を、セメントと最大粒径2.5 mm以下の骨材を含有してなるＡ剤とアルカリ金属アルミン酸塩含有液を含有してなるＢ剤とに分け、Ａ剤とＢ剤を個別に圧送して吹付け直前に混合して吹付けることが好ましい。Ａ剤とＢ剤に分けた場合には、例えば、セメント、最大粒径2.5 mmの骨材、必要に応じて繊維を乾燥状態でドライ混合し、その後、ドライ混合したモルタルと水とを混練してＡ剤とし、アルミン酸アルカリ含有液をＢ剤とし、このＡ剤とＢ剤を個別に圧送して吹付けることが可能である。
【００２９】
本発明においては、吹付け現場で、各材料を配合し、混合することなく、水を配合して混練するだけで使用できる点で、ドライ混合したモルタルを使用することが好ましい。
【００３０】
ドライ混合で使用する混合ミキサーとしては、Ｖ型ブレンダーやナウターミキサーなどいずれのミキサーも使用できるが、繊維の分散性の点で、ナウターミキサーが好ましい。
【００３１】
又、モルタルの混練りに使用するミキサーとしては、タライ型ミキサー、ホーバー型ミキサー、及び二軸ミキサー等のバツチ練りミキサーを使用できる。
これらの中では、施工性の点で、連続的に混練りすることが好ましい。
【００３２】
ここで、混練に使用する水の量は特に限定されるものではないが、ポンプで圧送可能な流動性が得られるように、例えば、フロー値として180 〜260 mmになるように水を加えることが好ましい。
【００３３】
混練りしたモルタルを圧送するポンプは特に限定されるものではなく、例えば、ピストン式ポンプ、スクイズ式ポンプ、及びスネイク式ポンプ等のポンプを使用できる。これらの中では、作業性の点で、例えば、供給された吹付け材料を混合機の先端の羽で圧入された水と混練し、それに連結しているスネイク式のポンプで連続的に圧送する連続混練り圧送装置で混練り圧送する方法が、作業性の点で、好ましい。
【００３４】
混練り圧送されたモルタルであるＡ剤と、アルミン酸アルカリ含有液であるＢ剤とを混合する方法は特に限定されるものではないが、以下の方法が挙げられる。即ち、ＮＡＴＭ等で使用されているように、Ｙ字管を用いてＡ剤にＢ剤を混合する際、Ｂ剤をエアーで搬送し、吹付けることができる。又、リング周囲に数カ所の孔を有するインレットピースにポンプ圧送したＢ剤をエアーで圧入し、Ａ剤と混合し吹付けることもできる。これらの中では、混合性の点で、インレットピースを使用する混合方法が好ましい。
【００３５】
この場合、吐出量は特に制限しないが、Ａ剤の吐出量は３ｍ3 ／ｈ以下にすることが好ましい。
【００３６】
本発明の吹付け工法は、未固結地山の他にも、粘土や岩からなり、セメントと最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有する吹付けコンクリートを吹付けた場合に、リバウンド率が３０％を越える地盤にも使用できる。
【００３７】
本発明の吹付け工法における吹付け材料の吹付け厚は、５〜５０ｍｍであり、１０〜３０ｍｍが好ましい。５ｍｍ未満だと後述する二次覆工として吹付けコンクリートを吹付ける場合に天端やコンクリートが落下したり、剥落したりするおそれがあり、又、クラックが発生しやすい。５０ｍｍを越えると吹付けに時間がかかり、作業効率が低下する。
【００３８】
未固結地山への吹付け工法としては、二次覆工コンクリートの剥落防止の点で、掘削後にトンネル内面に一次覆工として本発明の吹付け材料を５〜５０ｍｍの吹付け厚で吹付け、次いで二次覆工として吹付けコンクリートを吹付けることが好ましい。二次覆工として使用する吹付けコンクリートとしては、施工性の点で、セメントと最大粒径2.5 mmを越える骨材を含有する吹付けコンクリートが好ましい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００４０】
実施例１
セメント１００重量部、表１に示す最大粒径の骨材１５０重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して、繊維０．８重量部をナウターミキサーで混合してプレミックスのドライモルタルを200 kg製造した。
製造したドライモルタルをドイツのＰＦＴ社製Ｇ４連続ミキサーポンプに投入し、フロー値200 mmになるように水を添加してモルタルとし、2.1 m3／hrの能力で連続混練り圧送した。
又、５０％濃度のアルミン酸アルカリ含有液をプランジャー式ポンプで圧送し、モルタル中のセメント１００重量部に対して、固形分換算で３重量部になるように、ノズル手前に取り付けたインレツトピースに3.5kgf/cm2のエアーとともにインレットピースの中を通るモルタルに圧入、混合して吹付け材料とし、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように１m2の広さに吹付け、ポンプ圧送速度とリバウンド率を測定した。結果を表１に併記する。
【００４１】
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３２００ｃｍ2 ／ｇ、比重３．１６
骨材ア：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径３．０mm
骨材イ：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径２．５mm
骨材ウ：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径１．５mm
骨材エ：新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径１．２mm
粉末減水剤：ナフタレンスルホン酸系、市販品
アルミン酸アルカリ：K2O ／Al2O3 のモル比1.5 で調製したアルミン酸カリウム
繊維：ビニロンファィバー、市販品、長さ６mm、比重１．３
未固結地山：新潟県青海町地内法面、最大粒径１０mmの粗骨材を含有する吹付けコンクリートを吹付けた場合のリバウンド率は４５％
【００４２】
（測定方法）
ポンプ圧送速度：１分間運転したときの圧送重量（単位：m3/hr ）
リバウンド率：１分間側壁に吹付けた時の、（跳ね返った量／吹付け量）×100 （単位：％）
【００４３】
【表１】
【００４４】
実施例２
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、５０％濃度のアルミン酸アルカリ含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料（モルタル）を、未固結地山の側壁に表２の厚さになるように吹付けて一次覆工としたこと以外は実施例１と同様に行った。
吹付け材料を吹付けてから更に１時間後に、各材料の単位量を、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１００２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材６７１ｋｇ／ｍ3 、及び水２２５ｋｇ／ｍ3 として吹付けコンクリートを調製し、これをコンクリート圧送機「アリバー２８０」により４ｍ3 ／ｈの吐出量で空気圧送した。吹付けコンクリートの空気圧送の途中にＹ字管を設け、急結材添加装置「ナトムクリート」を用いて、Ｙ字管の一方より、セメント１００重量部に対して「デンカナトミックＴ−５」を７重量部添加して、先に吹付けた吹付け材料の表面に表２の厚さになるように更に吹付けて二次覆工とし、リバウンド率を測定した。結果を表２に併記する。
【００４５】
（使用材料）
細骨材：新潟県青海産石灰砂、表面水率３．１％、比重２．６４
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大寸法１０ｍｍ
【００４６】
【表２】
【００４７】
実施例３
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、粉末減水剤０．５重量部を配合してドライ混合し、次いでセメント１００重量部に対して、水４０重量部を加え、JIS R 5201に準じてモルタルミキサーで混練りしモルタルを調製した。
このモルタル中のセメント１００重量部に対して、５０％濃度のアルミン酸アルカリ含有液を固形分換算で表３に示す量添加して10秒間混練りし、すばやく型枠に充填した。その後、20℃でプロクター貫入抵抗値を測定して始発時間と終結時間の測定を行った。結果を表３に併記する。
【００４８】
（測定方法）
始発時間：プロクター貫入抵抗値が500psiに達する時間（単位：分）
終結時間：プロクター貫入抵抗値が4,000psiに達する時間（単位：分）
【００４９】
【表３】
【００５０】
実施例４
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行った。
又、4 ×4 ×16cmの三連型枠に、同様に吹付け、所定の材齢ごとの圧縮強度を測定した。
吹付けの状況は、粉塵の発生も少なく、ダレもなく、跳ね返りも少なく、吹付け直後の凝結力も高く、目的とした性状を満足した結果が得られた。
又、圧縮強度も室内試験とほぼ同様に、１時間で０．８N/mm2 、１日で２４．３N/mm2 、28日で４９．３N/mm2 とほぼ同様な結果が得られた。
【００５１】
（測定方法）
圧縮強度 ：JIS R 5201に準じて、20℃、所定の材齢で測定（単位：N/mm2 ）
【００５２】
実施例５
セメント１００重量部、表４に示す量の骨材エ、５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行い、リバウンド率、圧縮強度、及びクラックの有無を測定した。結果を表４に併記する。
【００５３】
（測定方法）
クラックの有無：面積１m2、厚さ２cmに吹付け、１ケ月後に観察
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例６
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液を固形分換算で３重量部、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して表５に示す量の繊維からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行い、リバウンド率、圧縮強度、及びクラックの有無を測定した。結果を表５に併記する。
【００５６】
【表５】
【００５７】
実施例７
セメント１００重量部、骨材エ１５０重量部、固形分換算で表６に示す量の５０％濃度のアルカリ金属アルミン酸塩含有液、粉末減水剤０．５重量部、及びセメントと骨材の合計１００重量部に対して繊維０．８重量部からなる吹付け材料を、未固結地山の側壁に厚さ２０ｍｍになるように吹付けたこと以外は実施例１と同様に行い、リバウンド率と圧縮強度を測定した。結果を表６に併記する。
【００５８】
【表６】
【００５９】
【発明の効果】
本発明の未固結地山用吹付け材料により、未固結地山トンネルのような肌落ちしやすい地山においても、リバウンド率が小さくなり、吹付けコンクリートのロスや危険性も無くなり、さらには連続混練り圧送ポンプを使用するため作業効率が高まる等の効果を奏する。
【００６０】
特に、未固結地山に対して、一次覆工として本発明の未固結地山用吹付け材料を吹付け、次いで二次覆工として吹付けコンクリートを吹付けることにより、より大きな効果を奏する。
Claims (2)
- セメント 100 重量部と最大粒径 2.5mm 以下の骨材 50 〜 300 重量部を含有してなるＡ剤と、固形分濃度４０〜８０重量％のアルカリ金属アルミン酸塩含有液をセメント 100 重量部に対して固形分換算で 1.5 〜５重量部含有してなるＢ剤を、個別に圧送して吹付け直前に混合してなる吹付け材料を、５〜５０ｍｍの吹付け厚で吹付けて一次覆工とし、次いでセメントと最大粒径 2.5 mm を越える骨材を含有する吹付けコンクリートを１５０〜２００ｍｍの吹付け厚で吹付けて二次覆工とすることを特徴とする未固結地山への吹付け工法。
- Ａ剤に繊維を含有してなることを特徴とする請求項１記載の未固結地山への吹付け工法。
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