JP3973331B2 - 急結性セメントコンクリートの施工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートの凝結調整材であり、それを用いて長時間硬化しないようにしたセメントコンクリートを、急結剤の併用により、必要時期に使用可能とする優れた凝結調整材、及びそれを用いたセメントコンクリートの施工方法に関する。
【0002】
なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、モルタル及びコンクリートを総称するものである。
【0003】
【従来の技術】
従来、セメントコンクリートを現場で使用する際、長時間使用が可能となるように凝結遅延材が用いられている。
【0004】
しかしながら、セメントコンクリートに凝結遅延材を混合してセメントコンクリートの硬化時間を5〜24時間になるように調整し、その後急結剤を混合して硬化させると、硬化後の強度が凝結遅延材を混入しないものに比較して著しく低下し、必要なセメントコンクリートの物性を得るのが難しいという課題があった。
【0005】
さらに、生コンプラントは通常夜間に稼働しないため、夜間施工でセメントコンクリートを使用しなければならない場合、夜間工事の現場では生コンプラントを設置しなければならず、経済的に極めて不利である等の課題があった。特に、トンネル工事の現場では、トンネル内に生コンプラントを設置するのが難しく、問題であった。
【0006】
前記課題を解消するため、セメントコンクリートに、縮合リン酸塩、クエン酸、消石灰、及び炭酸ソーダ等を加え、使用直前にアルミン酸アルカリや有機酸を混合する方法や、セメントコンクリートにポリカルボン酸塩系混和材を加えて長時間流動性を確保し、吹付時に急結剤を加える方法等が提案されている(特開平2−248351号公報、特開平3−153550号公報)。
【0007】
しかしながら、これらの方法では、凝結時間が長い、ブリージングが発生する、セメントコンクリートが軟らかくなりすぎて骨材とセメントが分離しやすい等の課題があった。
【0008】
この課題を解決するために、水セメント比を小さくすると、セメントコンクリートの粘性が大きくなって吹付作業性が低下し、凝結遅延効果が小さくなるという課題があった。
【0009】
さらに、セメントコンクリートが長時間使用できるように凝結遅延材の使用量を多くした場合、予定より短時間内、例えば1〜24時間内に急結剤を添加してトンネル等へ吹付施工すると、吹付セメントコンクリートが急結せずにトンネル側壁からの漏水により流される、天端部分より剥離する等の課題があった。
【0010】
施工現場は通常、三交代で24時間稼働している。しかしながら、生コンプラントは午後6時頃出荷が止まり、それ以降は翌朝まで生コンを出荷できないので、夜間施工する場合、施工現場が必要とする時間まで流動性を確保できるセメントコンクリートが要望されていた。
【0011】
前記要望を満たすため、急結剤を含有しないコンクリートに、消石灰類と有機酸を有効成分とする凝結調整材を配合し、該コンクリートの使用直前に急結剤を混入して施工することを特徴とするコンクリートの施工方法が提案されている(特開平6−263498号公報)。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凝結遅延材を添加したセメントコンクリートを調製した後に同じ生コンプラントで、凝結遅延材を含まないセメントコンクリートを調製する場合、セメントコンクリートが凝結遅延してしまう等の悪影響が懸念されるので、凝結遅延材を添加したセメントコンクリートを調製した後は生コンプラントを水洗しなければならないという課題があった。
【0013】
この課題を解決するために、吹付等の施工現場で凝結調整材をセメントコンクリートに添加することが要望されていた。施工現場で凝結調整材を添加するには、セメントコンクリートとの混合性を改良することが必要であり、そのためには、凝結調整材をスラリー化することが好ましい。
【0014】
しかしながら、この凝結調整材をスラリー化しようとすると、消石灰中のカルシウムイオンと有機酸が反応するために、凝結調整材スラリーが発熱するおそれがあり、又、この発熱したスラリーをセメントコンクリートに添加しても凝結遅延しにくいおそれがあり、さらに、セメントコンクリート中に小さな凝固物が生成してセメントコンクリートが混合しにくくなるおそれがあるという課題があった。そのために、この凝結調整材をスラリーとして施工現場で使用できないおそれがあった。
【0015】
本発明者は前記課題を解消すべく種々検討した結果、特定の材料を使用することにより、施工現場が必要とする時間以上、圧送性や流動性を確保でき、必要な時に急結剤を混入すると短時間で急結性セメントコンクリートを凝結硬化でき、短期強度発現性が大きく、さらに凝結調整材をスラリー化して施工現場で自由に添加できるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【0016】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートと、消石灰とカーバイド滓からなる群のうちの1種以上100重量部、クエン酸ナトリウムとクエン酸カリウムからなる群のうちの1種以上6〜50重量部、II型無水石膏と天然石膏からなるからなる群のうちの1種以上20〜200重量部、減水剤を固形分換算で3〜7質量部を含有してなる凝結調整材100重量部、及び水40〜200重量部を含有してなる凝結調整材スラリーを、セメント100重量部に対して、固形分換算で1〜10重量部混合してセメントコンクリートとし、該セメントコンクリートの使用直前にカルシウムアルミネート急結剤を、セメント100重量部に対して、5〜15重量部混入して施工することを特徴とする急結性セメントコンクリートの施工方法であり、減水剤がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物である該急結性セメントコンクリートの施工方法であり、セメントコンクリートの水/セメント比が40〜70%であることを特徴とする該急結性セメントコンクリートの施工方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0018】
本発明に係るセメントとしては、通常市販されている普通、早強、中庸熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグ等を混合した各種混合セメント、並びに市販の微粒子セメント等が挙げられる。又、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用してもよい。
【0019】
本発明に係る凝結調整材は、急結剤を配合していないセメントコンクリートと混合する材料である。
【0020】
本発明に係る消石灰類は、急結剤を配合していないセメントコンクリートが長時間凝結硬化しないという効果を有する。
【0021】
さらに、有機酸類等を多く使用しても、又、予定より早く急結剤を混合しても、急結剤と併存することによって急結性セメントコンクリートの急結硬化を促進するという効果を有するものである。
【0022】
具体的には、消石灰や、カルシウムカーバイトからアセチレンを発生させる際副生するカーバイド滓等が挙げられる。これらの中では、急結剤と混合した後の強度発現性が最もよく、しかも、副生品のため安価で経済的である点から、カーバイド滓が好ましい。
【0023】
消石灰類の粒子径は、特に限定されるものではないが、100μm以下が好ましく、60μm以下がより好ましい。
【0024】
本発明に係る有機酸類としては、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の各種水溶性カルボン酸やこれらの塩の一種又は二種以上の使用が可能である。塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましい。これらの中では、使用量と正比例して凝結時間が長くなり、コントロールがしやすく、スラリー化した場合にカルシウム成分と化学反応を起こしにくく、スラリーが発熱しにくい点で、有機酸塩が好ましく、クエン酸ナトリウムがより好ましい。
【0025】
有機酸類の使用量は、消石灰類100質量部に対して、1〜400質量部が好ましく、4〜200質量部がより好ましく、6〜50質量部が最も好ましい。1質量部未満だと凝結遅延効果が小さいおそれがあり、400質量部を越えると凝結硬化しにくくなるおそれがある。
【0026】
本発明に係る石膏は市販のいずれの石膏も使用できるが、強度発現性の点で、II型無水石膏や天然無水石膏が好ましい。
【0027】
石膏の粒度はブレーン値で3000cm2/g以上が好ましく、4000〜7000cm2/gがより好ましい。3000cm2/g未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【0028】
石膏の使用量は、消石灰類100質量部に対して、10〜500質量部が好ましく、20〜200質量部がより好ましい。10質量部未満だと圧送性や強度発現性が小さいおそれがあり、500質量部を越えると初期凝結しにくいおそれがある。
【0029】
本発明に係る減水剤は、凝結遅延効果を持続させるものであり、液体や粉体いずれも使用できる。
【0030】
減水剤としては、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、高性能減水剤が好ましい。
【0031】
高性能減水剤としては、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、及びアルキルアリールスルホン酸塩のホルマリン縮合物、並びに、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、液状又は粉状いずれも使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物(以下NSという)が好ましい。NSとしては、通常β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物が使われる。
【0032】
減水剤の使用量は、消石灰類100質量部に対して、固形分換算で1〜10質量部が好ましく、3〜7質量部がより好ましい。1質量部未満だと凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が小さいおそれがあり、10質量部を越えるとセメントコンクリートが分離するおそれがある。
【0033】
本発明に係る凝結調整材はスラリー化して使用する。スラリー化することにより、コンクリートミキサー車へ後添加でき、セメントコンクリートのスランプ保持性が良好になるという効果を有する。
【0034】
凝結調整材スラリーを調製する場合に使用する水の使用量は、凝結調整材100質量部に対して、30〜300質量部が好ましく、40〜200質量部がより好ましい。30質量部未満だとセメントコンクリートの粘性が大きく、凝結調整材と水が混合しにくく、作業性が悪いおそれがあり、300質量部を越えると強度発現性が小さくなるおそれがある。但し、凝結調整材スラリー中の水の使用量が多いと、セメントコンクリートの水セメント比を小さくしなければならず、セメントコンクリートの混合性が低下するおそれがある。そのため、凝結調整材スラリー中の水の使用量は多くない方が好ましい。
【0035】
凝結調整材の使用量は、セメント100質量部に対して、固形分換算で0.5〜15質量部が好ましく、1〜10質量部がより好ましい。0.5質量部未満だと凝結遅延効果やスランプ保持性が良くないおそれがあり、15質量部を越えると凝結硬化しにくいおそれがある。
【0036】
本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートに凝結調整材を混合した後、吹付施工時に急結剤を混入して急結性吹付セメントコンクリートとするものである。
【0037】
本発明に係る急結剤は、吹付セメントコンクリートに混入できるものであれば特に制限はなく、急結剤としては、アルミン酸ナトリウムやケイ酸ナトリウム等の無機塩系や、カルシウムアルミネート類等のセメント鉱物系等が挙げられる。これらの中では、セメントコンクリートの凝結硬化が早い等の凝結性状が優れ、強度発現性が良好な点で、セメント鉱物系急結剤の使用が好ましく、カルシウムアルミネート類がより好ましい。
【0038】
急結剤の使用量は、セメント100質量部に対して、3〜25質量部が好ましく、5〜15質量部がより好ましい。3質量部未満だと凝結性状が遅れ、吹付時の跳ね返り損失が大きくなるおそれがあり、25質量部を越えると吹付時の跳ね返り損失が大きくなるおそれがある。
【0039】
本発明に係る水セメント比(W/C)は40〜70%が好ましく、50〜65%がより好ましい。40%未満だとセメントコンクリートの粘性が大きく吹付作業性が低下し、凝結遅延効果が小さいおそれがあり、70%を越えると強度発現性や凝結性状に悪影響を与えるおそれがある。なお、ここでいう水セメント比には凝結調整材スラリー中の水を含むものである。
【0040】
消石灰類、有機酸類、石膏、及び減水剤の混合順序等の混合条件は、急結剤を添加する前のセメントコンクリートに均一に混合されれば、特に、制限されるものでない。
【0041】
【実施例】
以下、実験例を説明する。
【0042】
実験例1
W/C=60%、セメント/骨材比(C/S)=1/3のモルタルを調製した。なお、骨材として細骨材を用いた。このモルタルに、消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、表1に示す質量部の石膏、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部添加した。その後、急結剤をセメント100質量部に対して7質量部添加し、圧縮強度を測定した。結果を表1に示す。
【0043】
(使用材料)
セメント:市販品、普通ポルトランドセメント
細骨材:新潟県姫川産天然砂、比重2.62
消石灰類:カーバイト滓、粒子径60μm以下
有機酸類:市販品、クエン酸ナトリウム
石膏:市販品、天然石膏、ブレーン値4000cm2/g
減水剤:β−NS、粉状、市販品
急結剤:カルシウムアルミネート系急結剤
【0044】
(測定方法)
圧縮強度:JIS R 5201に準じて、20℃、所定の材齢で測定した。
凝結時間:土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格(JSCED−102)」に準じて測定した。
【0045】
【表1】
【0046】
実験例2
セメント360kg/m3、粗骨材708kg/m3、細骨材1013kg/m3、及び水194kg/m3とし、コンクリートを調製した。このコンクリートに、消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、表2に示す質量部の石膏、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部添加し、スランプ保持時間と圧送性を測定した。結果を表2に示す。
【0047】
(使用材料)
粗骨材:姫川産砂利、比重2.65
【0048】
(測定方法)
スランプ保持時間:凝結調整材スラリーを添加、混練りした直後から、スランプが10cmになるまでの時間で示した。なお、スランプはJIS A 1101に準じて測定した。
圧送性:コンクリートに凝結調整材スラリーを混合してコンクリートポンプによりホース圧送した。ホースに脈動がなく、コンクリートを連続的に圧送できた場合を○、ホースに脈動はあるが、コンクリートを殆ど連続的に圧送できた場合を△、ホースに脈動があり、コンクリートを連続的に圧送できなかった場合を×とした。
【0049】
【表2】
【0050】
実験例3
消石灰類100質量部、表3に示す質量部の有機酸類、石膏100質量部、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部使用して凝結時間を測定したこと以外は、実験例1と同様に行った。結果を表3に示す。
【0051】
【表3】
【0052】
実験例4
消石灰類100質量部、表4に示す質量部の有機酸類、石膏100質量部、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部使用したこと以外は、実験例2と同様に行った。結果を表4に示す。
【0053】
【表4】
【0054】
実験例5
消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、石膏100質量部、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で表5に示す質量部使用したこと以外は、実験例3と同様に行った。結果を表5に示す。
【0055】
【表5】
【0056】
実験例6
消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、石膏100質量部、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で表6に示す質量部使用したこと以外は、実験例2と同様に行った。結果を表6に示す。
【0057】
【表6】
【0058】
実験例7
消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、石膏100質量部、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部使用し、急結剤をセメント100質量部に対して表7に示す質量部添加したこと以外は、実験例3と同様に行った。結果を表7に示す。
【0059】
【表7】
【0060】
実験例8
セメント360kg/m3、粗骨材708kg/m3、細骨材1013kg/m3、及び水194kg/m3とし、プレーンスランプ10cmのコンクリートを調製した。このコンクリートに、消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、石膏100質量部、及び減水剤5質量部からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部添加した。その後、急結剤をセメント100質量部に対して表8に示す質量部添加して吹付け、跳ね返り損失(リバウンド率)を測定した。結果を表8に示す。
【0061】
(測定方法)
跳ね返り損失:幅5.5m×高さ5.5mの馬蹄径のトンネルに急結性吹付コンクリートを吹付け、(跳ね返り落下した急結性吹付コンクリートの量)/(吹付に使用した急結性吹付コンクリート全体の量)×100(%)で示した。
【0062】
【表8】
【0063】
実験例9
消石灰類100質量部、有機酸類25質量部、石膏100質量部、及び表10に示す質量部の減水剤からなる凝結調整材100質量部と水100質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント100質量部に対して固形分換算で6質量部使用したこと以外は、実験例2と同様に行い、スランプ、分離性、及び圧送性を測定した。結果を表9に示す。
【0064】
(測定方法)
スランプ:凝結調整材スラリーを添加、混練りした直後から、所定時間のスランプをJIS A 1101に準じて測定した。
分離性:吹付コンクリートの分離性を測定した。2000mlのメスシリンダーに吹付コンクリート2000mlを投入し、10分間静置した。その後、メスシリンダー1000mlのラインより上のコンクリートを採取し、目開き5mmの篩でふるい、篩上に残ったものの質量を測定した。
【0065】
【表9】
【0066】
【発明の効果】
本発明に係る凝結調整材スラリーは、吹付施工現場で吹付セメントコンクリートに添加でき、コンクリートミキサー車への後添加ができ、吹付セメントコンクリートのスランプ保持性と圧送性も良好で、又、急結剤を添加した急結性吹付セメントコンクリートの凝結性状や強度発現性も良好である。
Claims (3)
- 急結剤を配合していないセメントコンクリートと、消石灰とカーバイド滓からなる群のうちの1種以上100重量部、クエン酸ナトリウムとクエン酸カリウムからなる群のうちの1種以上6〜50重量部、II型無水石膏と天然石膏からなるからなる群のうちの1種以上20〜200重量部、減水剤を固形分換算で3〜7質量部を含有してなる凝結調整材100重量部、及び水40〜200重量部を含有してなる凝結調整材スラリーを、セメント100重量部に対して、固形分換算で1〜10重量部混合してセメントコンクリートとし、該セメントコンクリートの使用直前にカルシウムアルミネート急結剤を、セメント100重量部に対して、5〜15重量部混入して施工することを特徴とする急結性セメントコンクリートの施工方法。
- 減水剤がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物である請求項1記載の急結性セメントコンクリートの施工方法。
- セメントコンクリートの水/セメント比が40〜70%であることを特徴とする請求項1又は2記載の急結性セメントコンクリートの施工方法。
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