JP3923938B2

JP3923938B2 - 粉塵低減剤及び吹付けコンクリート

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Publication number: JP3923938B2
Application number: JP2003399106A
Authority: JP
Inventors: 彰徳杉山; 英明小野; 剛茂浦口; 俊裕玉森
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005154240A

Description

本発明は、吹付け施工時にセメントに由来する粉塵の発生が少なく且つ高い強度のコンクリートが得られる吹付け工法用粉塵低減剤、及びこれを用いた粉塵の発生が少なく且つ高い強度の吹付けコンクリートに関する。

吹付けコンクリート工法は、トンネル特にＮＡＴＭ工法による山岳トンネルに多く用いられている。しかし、コンクリートを吹付ける場合に用いる圧搾空気等のため、コンクリートの吹付け施工時にコンクリートに由来する粉塵が発生する。この粉塵は、高いアルカリ性で人体に悪影響を与えるおそれがある。近年この粉塵の発生を抑制する粉塵低減剤が提案されている（特許文献１及び２）。
しかしながら、従来の粉塵低減剤では、粉塵の低減が不充分な場合があり、また従来の粉塵低減剤を用いた吹付けコンクリートの強度も低いものであった。
特開平５−１０５４９３号公報特開昭６２−５９５６０号公報

本発明の目的は、吹付けコンクリートへの添加量が少量であっても、コンクリート吹付け施工時にコンクリートに由来する粉塵の発生を充分抑制する吹付け工法用粉塵低減剤、及びそれを用いて製造される４０Ｎ／ｍｍ²以上の優れた材齢２８日における圧縮強度を有する吹付けコンクリートを提供することにある。

本発明者らは、コンクリート吹付け施工時にコンクリートに由来する粉塵の発生を抑えることができる吹付け工法用粉塵低減剤を、鋭意研究したところ、特定の粘度範囲の水溶性セルロースエーテル及びポリカルボン酸系重合体を併用すると、粉塵発生が少ない吹付けコンクリートが得られ、更に、それを用いて製造した吹付けコンクリートは圧縮強度に優れていることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、２重量％水溶液の粘度が２０℃において５５０００〜１０００００mPa・sである水溶性セルロースエーテル４５〜６０重量％、粉末ポリカルボン酸系重合体３０〜４５重量％及び消泡剤０〜１０重量％を含有する吹付け工法用粉塵低減剤であって、セメント１００重量部に対して０．０４〜０．３重量部を添加する吹付け工法用粉塵低減剤を提供するものである。
すなわち、本発明は、セメント１００重量部に対して３５〜５０重量部の水、及び請求項１記載の吹付け工法用粉塵低減剤を含み、細骨材率が５５〜７５％である吹付けコンクリートを提供するものである。

本発明の吹付け工法用粉塵低減剤は、吹付けコンクリートへの添加量が少量でも、コンクリート吹付け施工時にコンクリートに由来する粉塵の発生を抑えることができる。また、本発明の吹付け工法用粉塵低減剤を用いた吹付けコンクリートは、材齢２８日における圧縮強度が４０Ｎ／ｍｍ²以上であって、圧縮強度が優れる。また、コンクリートの吹付け施工時に発生する粉塵が少ないので、吹付け施工作業員の衛生環境が確保される。本発明の吹付けコンクリートは、粉末急結剤を用いる湿式吹付け工法に有用で、特に高強度吹付けコンクリートを用いた大断面積を有するトンネルの建設に好適に用いることができる。また、本発明の粉塵低減剤は、ＴＢＭトンネルの建設等で行われるモルタルの吹付け工事にも好適に用いることができる。

本発明の吹付け工法用粉塵低減剤（以下、単に粉塵低減剤と記載することがある）に用いる水溶性セルロースエーテルは、２重量％水溶液の粘度が２０℃において５５０００〜１０００００mPa・sである。粘度が５５０００mPa・sよりも小さいと、粉塵を抑制するために粉塵低減剤を多く添加する必要がある。また、粘度が１０００００mPa・sを超えると水への溶解速度が小さくなること等から粉塵が多い場合がある。粉塵を抑制する効果及び吹付けたコンクリートの圧縮強度の点で、特に７５０００〜１０００００mPa・sであるのが好ましい。水溶性セルロースエーテルの水溶液の粘度は、Ｂ型粘度計を用いて測定する。

水溶性セルロースエーテルとしては、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ），ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ヒドロキシメチルセルロース（ＨＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルエチルセルロース（ＨＥＥＣ）等が挙げられる。ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが好ましい。
水溶性セルロースエーテルは、一種単独または二種以上を組み合わせて用いてもよい。組み合わせる場合は、組み合わせたものを２重量％水溶液としたときの粘度が、２０℃において５５０００〜１０００００mPa・sであればよい。

本発明の粉塵低減剤における水溶性セルロースエーテルの含有量は、４０〜７０重量％である。４０重量％よりも少ないと、コンクリートの粘性が十分確保できないため粉塵低減効果が低下する。また、７０重量％を超えるとコンクリートの流動性を保持できる時間が短くなるために、練り混ぜからコンクリートの吹付けまで３０分以上要する場合、発生する粉塵を充分抑制できない場合がある。好ましくは４５〜６０重量％である。
本発明の粉塵低減剤における任意成分を除いた各成分の含有量は、水溶性セルロースエーテル、ポリカルボン酸系重合体及び必要に応じて添加する消泡剤を合計した量に占める割合（重量％）で表す。

本発明の粉塵低減剤に用いるポリカルボン酸系重合体としては、無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸塩、マレイン酸エステル等のマレイン酸系化合物；アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等の（メタ）アクリル酸系化合物；カルボキシル基を有する不飽和（ポリ）アルキレングリコールエーテル系単量体等の単量体の重合体が挙げられる。重合体は、一種の単量体の単独重合体でも、二種以上の共重合体でもよい。また、これらの単量体の一種又は二種以上と、スチレンやカルボキシル基を有しない不飽和（ポリ）アルキレングリコールエーテル系単量体等他のビニル型単量体の一種又は二種以上との共重合体でもよい。ここで、（ポリ）アルキレングリコールとしては、（ポリ）エチレングリコールが好ましい。ポリカルボン酸系重合体としては、ポリアルキレングリコール鎖、特にポリエチレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系重合体が、吹付けコンクリートの流動性保持時間を特に長くするので好ましい。

本発明の粉塵低減剤におけるポリカルボン酸系重合体の含有率は、３０〜５０重量％である。３０重量％よりも少ないと、コンクリートの流動性を保持できる時間が短くなるために、練り混ぜからコンクリートの吹付けまで３０分以上要する場合に発生する粉塵を充分抑制できないことがある。また、５０重量％を超えても粉塵抑制の効果は飽和してしまう。粉塵発生の抑制の点で３５〜４５重量％が好ましい。

本発明の粉塵低減剤に消泡剤を含有すると、粉塵抑制効果が更に改善され、吹付けコンクリートの圧縮強度が高くなるので好ましい。本発明の粉塵低減剤における消泡剤の含有は０〜１０重量％であるが、吹付けたコンクリートの圧縮強度向上の点で１〜１０重量であるのが好ましい。
ここで用いることのできる消泡剤としては、市販のセメント用消泡剤、市販のセメントモルタル用消泡剤又は市販のコンクリート用消泡剤の他、ポリジメチルシロキサン又はポリオキシアルキレンアルキルエーテル系非イオン界面活性剤等が挙げられる。消泡剤は、一種または二種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明の粉塵低減剤には、本発明の効果をそこなわない範囲で必要に応じて、上記水溶性セルロースエーテル、ポリカルボン酸系重合体及び消泡剤以外の任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば凝結調整剤、増量材、膨張材、防錆剤、収縮低減剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤等が挙げられる。これらの任意成分は、一種または二種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明の吹付けコンクリートは、セメント１００重量部に対して０．０４〜０．３重量部の上記吹付け工法用粉塵低減剤及び３５〜５０重量部の水を含み、細骨材を細骨材率が５５〜７５％で含有する。粉塵低減剤がセメント１００重量部に対して０．０４重量部より少ないと粉塵の発生を抑制する効果が充分でない場合がある。また、０．３重量部より多いとコンクリートの圧送時に脈動が起こり、粉塵が多く発生するので好ましくない。粉塵発生の抑制の点で０．０８〜０．２重量部であるのが好ましい。

本発明の吹付けコンクリートで用いるセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、並びにこれらポルトランドセメントに、フライアッシュ、高炉スラグ、又はシリカや石灰石微粉末等を混合した各種混合セメント等が挙げられる。材齢２８日における圧縮強度及び吹付けコンクリートの流動性保持の点で、普通ポルトランドセメント又は早強ポルトランドセメントが好ましい。

本発明の吹付けコンクリートは、水をセメント１００重量部に対して３５〜５０重量部含有する。３５重量部未満では吹付けコンクリートの流動性が低く粉塵が多く発生する場合がある。また、５０重量部を超えると充分な強度が得られない場合がある。粉塵発生量が少ない点で４０〜５０重量部であるのがより好ましい。

本発明の吹付けコンクリートは細骨材を含有するが、細骨材率が５５〜７５％である。細骨材率が５５％未満では、粉塵が多く発生するので好ましくない。また、細骨材率が７５％よりも多いと所定の流動性を得るための単位水量が増加し、吹付けコンクリートの圧縮強度が低下するため好ましくない。粉塵発生量及び圧縮強度の点で細骨材率が６０〜７０％であるのが好ましい。ここで細骨材率は、全骨材中の細骨材の容積含有率である。
細骨材は、５ｍｍ篩を８５重量％が通過する骨材であって、特に限定されなく、例えば砂、珪砂、石灰砕砂等市販の細骨材が用いられる。

本発明の吹付けコンクリートには粗骨材を含有してもよいが、細骨材及び粗骨材を合わせた全骨材が本発明の吹付けコンクリート１ｍ³中に占める容積は、０．６〜０．７ｍ³がコンクリートの圧送性及び吹付けコンクリートのはね返り低減の点で好ましい。

本発明の吹付けコンクリートには、更に、本発明の効果をそこなわない範囲で必要に応じて、急結剤、高性能減水剤，高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む減水剤、膨張材、硬化促進剤、硬化遅延剤、セメント用ポリマー、発泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤等の一種または二種以上を併用してもよい。

減水剤を併用する場合は、粉塵発生量及び圧縮強度の点で、セメント１００重量部に対して０．１〜３重量部のポリカルボン酸系減水剤の用いるのが好ましい。０．１重量部未満では減水剤を添加してもモルタルの流動性が向上しない。３重量部を超えて使用するとコンクリートの材料分離及び初期材齢における圧縮強度が小さくなる場合がある。ポリカルボン酸系減水剤としては、ポリカルボン酸系減水剤、ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸系高性能減水剤及びポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。これらは市販されているもので良く、例えば、商品名ＮＴ−１０００（エヌエムビー社製）、ＮＴ−１０００Ｓ（エヌエムビー社製）、ＮＴ−１０００Ｈ（エヌエムビー社製）、レオビルドＳＰ８Ｎ（エヌエムビー社製）、ポゾリス１５Ｈ（エヌエムビー社製）、ＦＴＮ−３０（グレースケミカルズ社製）、スーパー３００（グレースケミカルズ社製）、ヤマソ−０２ＮＬ（山宗化学社製）、マイティ３０００Ｈ（花王社製）、チューポールＨＰ−１１（竹本油脂社製）等が挙げられる。

急結剤を併用する場合は、セメント１００重量部に対して５〜１５重量部の使用量が好ましい。５重量部未満では短時間強度が不足するために、トンネルの天井部分に吹付けた場合に、剥落する虞があるので好ましくない。１５重量部を超えると粉塵が多く発生する場合がある。急結剤としては、特に限定されるものではなく、市販の急結剤を使用することができる。例えば、カルシウムアルミネート系急結剤、カルシウムサルホアルミネート系急結剤、カルシウムナトリウムアルミネート系急結剤及びアルミン酸塩系粉体急結剤等の粉体急結剤、並びにアルミン酸塩系液体急結剤及び水溶性アルミニウム塩系液体急結剤等の液体急結剤が挙げられる。

本発明の吹付けコンクリートは、例えば、本発明の粉塵低減剤をコンクリート製造時に他の材料とともにコンクリートミキサに添加して製造される。また、コンクリートを積載したトラックアジテータのホッパから上記の粉塵低減剤を添加し、例えば２分間程度高速攪拌して製造される。粉塵低減剤を添加する方法は、定量供給装置を用いても良いし、水により溶解又は分散する容器に必要量を入れ容器ごと添加してもよい。定量供給装置を設置する必要が無いので、水により溶解又は分散する容器に必要量を入れ容器ごと添加する方が好ましい。

以下に、本発明について実施例を挙げて更に詳しく説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
表１に示す各種粉塵低減剤を作製した。
材料は以下に示すものを用いた。
＜使用材料＞
水溶性セルロースエーテルＡ：ヒドロキシエチルメチルセルロース（商品名；メトローズＳＮＢ６０Ｔ、信越化学工業社製）。２重量％水溶液の粘度（２０℃）６００００mPa・s。
水溶性セルロースエーテルＢ：ヒドロキシプロピルメチルセルロース（商品名；ｈｉメトローズ９０ＳＨ１０００００、信越化学工業社製）。２重量％水溶液の粘度（２０℃）１０００００mPa・s。
水溶性セルロースエーテルＣ：ヒドロキシプロピルメチルセルロース（商品名；マーポローズ９０ＥＭＰ−７５０００、松本油脂製薬社製）。２重量％水溶液の粘度（２０℃）７５０００mPa・s。
水溶性セルロースエーテルＤ：ヒドロキシプロピルメチルセルロース（商品名；ｈｉメトローズ９０ＳＨ３００００、信越化学工業社製）、２重量％水溶液の粘度（２０℃）３００００mPa・s。
ポリカルボン酸系重合体：メタクリル酸ナトリウム５４モル％、メタリルスルホン酸ナトリウム７モル％、メチルアクリレート８モル％、メトキシポリ(ｎ＝４０)エチレングリコールメタクリルレート１６モル％並びにメトキシポリ(ｎ＝２３)エチレングリコールメタクリルレート１５モル％を重合させてなる分子量１１９００の高分子化合物を主成分とする固形分濃度４５％の水溶液各８００ｇに、ｐＨ調整剤として１０重量％濃度の水酸化ナトリウム水溶液７５．２ｇを加えて常温で約３分間撹拌し、次いで、亜硫酸ソーダ及びトリエタノールアミンを、高分子化合物の固形分１００重量部に対して各０．５重量部添加し３分間撹拌した。これを処理容積が１Ｌのニーダー型混練撹拌機に入れて温度９０℃、４kPaの減圧下で混練しながら濃縮・乾燥を行った。得られた粉粒体を粉砕機で粉砕し、分級して粒径５０〜５００μｍのポリカルボン酸系重合体の粉末を製造した。尚、該粉末の含水率は２．２重量％であった。
消泡剤Ｅ：市販消泡剤（商品名；ＳＮディフォーマー１４ＨＰ、サンノプコ社製）。
消泡剤Ｆ：市販消泡剤（商品名；アデカネートＢ−１０７、旭電化工業社製）。

表１の各粉塵低減剤を用いて、モルタルを製造し、吹付け試験、粉塵量の測定及び空気量測定を行った。試験結果を表２に示す。

このときのモルタルの材料及び配合、並びに各試験の試験方法・条件は、以下の通りとした。

＜材料及び配合＞
セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度；３．１６ｇ／ｃｍ³）５．００ｋｇ
細骨材：珪砂（Ｆ．Ｍ．；３．２０、密度；２．６３ｇ／ｃｍ³）７．００ｋｇ
石灰石砕砂（Ｆ．Ｍ．；２．９５、密度；２．６４ｇ／ｃｍ³）３．００ｋｇ
粉塵低減剤：表２に記載の量
水：水道水２．２５ｋｇ
高性能減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤（商品名；ＮＴ−１０００、エヌエムビー社製、主成分；ポリカルボン酸エーテル系化合物と分子間架橋ポリマーの複合体）０．０４ｋg

＜モルタルの製造方法＞
所定の粉塵低減剤を砂セメント比１：２のドライモルタルにプレミックスし、これに水を添加し、ハンドミキサにて６０秒間攪拌した。

＜空気量測定方法＞
上記製造方法を用いて作製したモルタルを、株式会社丸東製作所製モルタル・エアメータＣ１３−Ｓを使用して、ＪＩＳＡ１１２８−１９９９に準拠して空気量を測定した。＜吹付け試験＞
上記製造方法を用いて作製したモルタルに、セメント鉱物系粉末急結剤(太平洋マテリアル社製「ショットマスター」)をセメント１００重量部に対して９重量部の割合で合流混合部において混合し、急結性吹付けモルタルを調製した。この急結性吹付けモルタルを２０ｋｇ／分の吹付け量で２分30秒間、２．０ｍ×２．４ｍ×４．８ｍの簡易テント内を密閉状態にして吹き付け、粉塵測定を行なった。
＜粉塵量測定方法＞
上記密閉テント内において、１５秒間隔で吹付け場所より３ｍの位置で光散乱式デジタル粉塵計(日本カノマックス社製モデル３４１１)により粉塵量を測定し、測定時間中の測定値（カウント数）の平均値（測定結果／測定時間（分））をＣＰＭとして示し、粉塵低減剤無添加の場合（比較１−５）のカウント数を１００としたときの相対値を、相対比として示した。

実施例２
実施例１の本発明品５の粉塵低減剤を用いて吹付けコンクリートを作製し、流動性試験（スランプ）、吹付け試験、粉塵量の測定及び圧縮強度試験を行った。コンクリートの配合を表３に、試験結果を表４に示す。

このときの、材料、試験方法・条件は、以下の通りとした。
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度；３．１６ｇ／ｃｍ³）
細骨材：山砂（Ｆ．Ｍ．；２．８８、密度；２．６０ｇ／ｃｍ³）
粗骨材：砕石（最大骨材粒径；１３ｍｍ、密度；２．６３ｇ／ｃｍ³）
粉塵低減剤：実施例１の本発明品５の粉塵低減剤
水：水道水
高性能減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤（商品名；ＮＴ−１０００、エヌエムビー社製、主成分；ポリカルボン酸エーテル系化合物と分子間架橋ポリマーの複合体）

＜コンクリートの製造方法＞
上記材料を表３に示す配合で練り混ぜた。練り混ぜには１００Ｌパン型強制練りミキサを用い、１バッチの練混ぜ量を７５Ｌとした。

＜コンクリートのフレッシュ性状＞
上記材料を表３に示す配合で練り混ぜたコンクリートについてＪＩＳＡ１１０１−１９９８「コンクリートのスランプ試験方法」及びＪＩＳＡ１１１８−１９９７「フレッシュコンクリートの空気量の容積による試験方法」に従って、スランプ及び空気量を測定した。
＜吹付け試験＞
上記で得られたコンクリートを富士物産社製のコンクリート圧送機「アリバ２６０」を用いて圧送した。途中で設けた合流混合部の一方より、セメント鉱物系粉末急結剤(太平洋マテリアル社製「ショットマスターＨ」)を日本プライブリコ社製の急結剤添加装置「Ｑガン」で圧送し、セメント１００重量部に対して９重量部の割合で合流混合部において混合し、急結性吹付けコンクリートを調製した。この急結性吹付けコンクリートを３ｍ³／ｈの吹付け量で３分間、高さ３ｍ×幅５ｍの模擬トンネルに吹き付けた。
＜粉塵量測定方法＞
上記模擬トンネルをシートで密閉し、１分毎に吹付け場所より３ｍの位置で光散乱式デジタル粉塵計（日本カノマックス社製モデル３４１１）により粉塵量を測定し、測定時間中の測定値（カウント数）の平均値（測定結果／測定時間（分））をＣＰＭとして示し、粉塵低減剤無添加の場合（比較２−１）のカウント数を１００としたときの相対値を、相対比として示した。
＜圧縮強度＞
幅５０ｃｍ×長さ５０ｃｍ×高さ２０ｃｍの型枠に吹付けコンクリートを吹き付け、コア抜きにより採取して高さを調整した直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの供試体を３体作製した。供試体を材齢２８日まで屋外暴露した後、ＪＩＳＡ１１０８−１９９９「コンクリートの圧縮試験方法」に従って、圧縮強度を測定した。

上記結果より、実施例１の本発明品５の粉塵低減剤を用いた吹付けコンクリートは、少ない添加量でも粉塵の発生が少ないことが認められた。

Claims

２重量％水溶液の粘度が２０℃において５５０００〜１０００００mPa・sである水溶性セルロースエーテル４５〜６０重量％、粉末ポリカルボン酸系重合体３０〜４５重量％及び消泡剤０〜１０重量％を含有する吹付け工法用粉塵低減剤であって、セメント１００重量部に対して０．０４〜０．３重量部を添加する吹付け工法用粉塵低減剤。
セメント１００重量部に対して３５〜５０重量部の水、及び請求項１記載の吹付け工法用粉塵低減剤を含み、細骨材率が５５〜７５％である吹付けコンクリート。