JP4059604B2 - 急結剤スラリー、吹付材料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、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける吹付材料及びそれを用いた吹付工法に関する。なお、本発明ではペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結剤をコンクリートに混合した急結性コンクリートの吹付工法が行われている（特公昭６０−４１４９号公報）。
【０００３】
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した計量混合プラントで、セメント、骨材、及び水を混合して吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００４】
この際に使用する急結剤としては、カルシウムアルミネート及び／又はアルカリアルミン酸塩、並びに、それらとアルカリ炭酸塩等の混合物が知られている（特開昭６４−５１３５１号公報、特公昭５６−２７４５７号公報、特開昭６１−２６５３８号公報、及び特開昭６３−２１００５０号公報）。
【０００５】
最近では、長期強度発現性を高め、更には永久構造物用途として、硫酸アルミニウムを含有するアルカリ骨材反応抑制型急結剤が知られている。硫酸アルミニウムを含有するアルカリ骨材反応抑制型急結剤としては、結晶水を有する含水硫酸アルミニウムとアルミン酸カルシウムの混合物が提案されている（特開平８−４８５５３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の急結剤を使用した場合には、吹付時のリバウンド率や粉塵量が大きいという課題があった。
【０００７】
又、含水硫酸アルミニウムとアルミン酸カルシウムの混合物を使用した場合、初期強度発現性が低く、特に低温時には初期強度発現性が著しく低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明者は、上記課題を種々検討した結果、ある特定の吹付材料を使用することにより、上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）セメントコンクリートと、（２）ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート１００重量部に対して無水物換算で５〜１００重量部の硫酸アルミニウム、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤１００重量部中１０〜３０重量部のアルカリ金属硫酸塩、急結剤１００重量部に対して固形分換算で０．０５〜５重量部のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及び、急結剤１００重量部に対して３０〜６００重量部の水を含有してなり、ｐＨが７未満である急結剤スラリーを、セメント１００重量部に対して固形分換算で２〜２５重量部とを、混合してなる吹付材料であり、セメントコンクリートが、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部のポリアルキレンオキサイドを含有してなることを特徴とする該吹付材料であり、さらに、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の繊維状物質を含有してなる該吹付材料であり、（１）セメントコンクリートとの合流点より前の位置で合流混合された、（２）ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート１００重量部に対して無水物換算で５〜１００重量部の硫酸アルミニウム、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤１００重量部中１０〜３０重量部のアルカリ金属硫酸塩、急結剤１００重量部に対して固形分換算で０．０５〜５重量部のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及び、急結剤１００重量部に対して３０〜６００重量部の水を含有してなり、ｐＨが７未満である急結剤スラリーを、セメント１００重量部に対して固形分換算で２〜２５重量部を圧送空気により圧送してセメントコンクリートと合流混合してなることを特徴とする吹付工法であり、セメントコンクリートが、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部のポリアルキレンオキサイドを含有してなることを特徴とする該吹付工法であり、さらに、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の繊維状物質を含有してなる該吹付工法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明で使用する急結剤スラリーとは、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、アルカリ金属硫酸塩、及び水を含有してなり、ｐＨが７未満のものである。
【００１２】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料とを混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3 とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯ及び／又はＡｌ2Ｏ3の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよい。
【００１３】
これらの中では、反応活性の点で、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3（以下Ｃ12Ａ7という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
【００１４】
カルシウムアルミネートの粒度は、急結性や初期強度発現性の点で、ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ2 ／ｇ以上がより好ましい。４０００ｃｍ2 ／ｇ未満だと急結性や初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明で使用する硫酸アルミニウムは、初期凝結を促進する成分であり、セメントの水和反応過程でアルミニウムイオンを供給し、セメントやカルシウムアルミネートからのカルシウムイオンと反応してカルシウムアルミネート水和物を生成し、さらに、硫酸イオンと反応して早期にカルシウムサルフォアルミネート水和物を生成して初期強度発現性の向上に寄与するものである。
【００１６】
硫酸アルミニウムは無水物及び含水物の両方が使用でき、無水物と含水物を併用してもよい。これらの中では、効果が大きい点で、含水物が好ましい。
【００１７】
硫酸アルミニウムの使用量は無水物換算で、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、５〜１００重量部が好ましく、１０〜４５重量部がより好ましく、１０〜４０重量部が最も好ましい。５重量部未満だと初期凝結しにくいおそれがあり、１００重量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００１８】
本発明で使用するアルカリ金属硫酸塩は、急結剤スラリーの圧送性や初期強度発現性を向上させる成分である。
【００１９】
アルカリ金属硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、重硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、カリミョウバン、クロムミョウバン、及び鉄ミョウバン等が挙げられる。これらの中では、凝結性状や初期強度発現性が良好な点で、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、及びカリミョウバンからなる群のうちの１種又は２種以上が好ましく、硫酸ナトリウム及び／又は硫酸カリウムがより好ましく、硫酸ナトリウムが最も好ましい。
【００２０】
アルカリ金属硫酸塩は無水物及び含水物の両方が使用でき、無水物と含水物を併用してもよい。これらの中では、安定性の点で、無水物が好ましい。
【００２１】
アルカリ金属硫酸塩の使用量は、急結剤１００重量部中、１０〜３０重量部が好ましく、１５〜２０重量部がより好ましい。１０重量部未満だと急結剤スラリーの圧送性が小さく、初期強度発現性を阻害するおそれがあり、３０重量部を越えると凝結性や長期の強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２２】
急結剤には、初期凝結や強度発現性の向上の点で、セッコウや凝結促進剤を併用してもよい。
【００２３】
本発明では、リバウンド率や粉塵量を低減し、作業性、強度発現性、及びセメントコンクリートの混合性を向上させる点で、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤に、水（以下スラリー水という）を混合して急結剤スラリーとするものである。
【００２４】
本発明では、初期凝結を促進し、急結剤スラリーの圧送性や初期強度発現性を向上し、リバウンド率を低減させるために、急結剤スラリーのｐＨは、７未満であり、３以上７未満が好ましく、４〜６がより好ましい。３未満だと凝結性や初期強度発現性を阻害し、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、７以上だと圧送性が小さくなり、長期強度発現性を阻害し、リバウンド率が大きくなる。なお、本発明でいう急結剤スラリーのｐＨは、急結剤スラリーをさらに水で１０倍に希釈した希釈物のｐＨである。
【００２５】
スラリー水の使用量は、急結剤１００重量部に対して、３０〜６００重量部が好ましく、５０〜８０重量部がより好ましい。３０重量部未満だと粉塵量が低減しないおそれがあり、６００重量部を越えると強度発現性が低下するおそれがある。
【００２６】
セメントコンクリートの特性向上のために、スラリー水に、凝結遅延剤、増粘剤、及び超微粉を併用してもよい。又、スラリー水に、硫酸アルミニウムやアルカリ金属硫酸塩を溶解して使用してもよい。
【００２７】
急結剤スラリーの使用量は、セメント１００重量部に対して、固形分換算で２〜２５重量部が好ましく、５〜２０重量部がより好ましく、７〜１５重量部が最も好ましい。２重量部未満だと初期凝結を促進しにくいおそれがあり、２５重量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２８】
本発明で使用す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、これらの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等が挙げられ、これらを微粉末化して使用してもよい。これらの中では、セメントコンクリートの圧送性が良好な点で、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が好ましい。
【００２９】
さらに、本発明では、リバウンド率や粉塵量の低減の点で、セメントコンクリート側にポリアルキレンオキサイドを使用することが好ましい。
【００３０】
本発明で使用するポリアルキレンオキサイド（以下ＰＡＯという）は、セメントコンクリートに粘性を与え、吹付直後の吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率や粉塵量を低減するものである。ポリアルキレンオキサイドとしては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びポリブチレンオキサイド等が挙げられる。これらの中では、セメントコンクリートに粘性を与え、吹付直後の吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率や粉塵量を低減する効果が大きい点で、ポリエチレンオキサイドが好ましい。
【００３１】
ＰＡＯの分子量は、１００万〜５００万が好ましい。１００万未満だとセメントコンクリートの粘性が小さく、吹付直後の吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止できないおそれがあり、５００万を越えると急結剤とセメントコンクリートを混合した急結性セメントコンクリートの圧送性が低下するおそれがある。
【００３２】
ＰＡＯの使用量は、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部が好ましく、０．００５〜０．１重量部がより好ましい。０．００１重量部未満だと急結性セメントコンクリートの粘性が小さく、吹付直後に吹付面からダレが生じ、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、０．２重量部を越えるとセメントコンクリートの粘性が大きく、急結性セメントコンクリートの圧送性に支障を生じ、吹付直後に吹付面からダレが生じ、リバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００３３】
さらに、本発明では、リバウンド率や粉塵量の低減の点で、急結剤スラリー側にナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物を使用することが好ましい。
【００３４】
本発明で使用するナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物（以下ＮＳという）は、セメントコンクリートの流動性や急結剤スラリーの分散性を改善し、吹付時の急結性セメントコンクリートの付着性を向上し、リバウンド率や粉塵量を低減するものであり、液体や粉体いずれの使用も可能である。さらに、セメントコンクリート中のポリアルキレンオキサイドと反応して増粘すると、吹付時の急結性セメントコンクリートの付着性を向上し、リバウンド率や粉塵量を低減する効果がより大きくなるものである。
【００３５】
ＮＳの使用量は、固形分換算で急結剤１００重量部に対して、０．０５〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。０．０５重量部未満だと、セメントコンクリートの流動性や急結剤スラリーの分散性を改善する、吹付時の急結性セメントコンクリートの付着性を向上する、リバウンド率や粉塵量を低減するといった効果が小さいおそれがあり、５重量部を越えるとリバウンド率や粉塵量が大きくなり、強度発現性を阻害するおそれがある。
【００３６】
さらに、本発明では、急結性セメントコンクリートの曲げ強度、耐衝撃性、及び靭性の向上の点で、急結性セメントコンクリートに繊維状物質を使用することが好ましい。
【００３７】
本発明で使用する繊維状物質としては、無機質や有機質いずれも使用できる。無機質の繊維状物質としては、ガラス繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられ、有機質の繊維状物質としては、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリル繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられる。又、炭素繊維も使用できる。これらの中では経済性の点で、金属繊維及び／又はビニロン繊維が好ましい。
【００３８】
繊維状物質の長さは圧送性や混合性等の点で、５０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましい。５０ｍｍを越えると圧送中に圧送管が閉塞するおそれがある。
【００３９】
繊維状物質の使用量は、繊維状物質を含有したセメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部が好ましく、０．３〜１．２容量部がより好ましい。０．１容量部未満だと曲げ強度、耐衝撃性、及び靭性が向上しないおそれがあり、１．５容量部を越えると急結性セメントコンクリートの圧送性が低下し、耐衝撃性や強度発現性を阻害するおそれがある。
【００４０】
セメントコンクリート中の水の量は、セメント１００重量部に対して、３５〜６５重量部が好ましく、４０〜５５重量部がより好ましい。３５重量部未満だとセメントコンクリートが十分に混合できないおそれがあり、６５重量部を越えると強度発現性が小さいおそれがある。なお、ここでいう水には、スラリー水を含まない。
【００４１】
本発明では、さらに、ＡＥ剤や発泡剤を添加して空気泡を混入させ、粉塵量を低減させてもよい。
【００４２】
本発明で使用する吹付工法では、要求される物性、経済性、及び施工性等の点で、急結性セメントコンクリートとして吹付けることができる。
【００４３】
本発明の吹付工法としては、セメントコンクリートと急結剤を別々に圧送し、セメントコンクリートと急結剤が合流混合する直前で急結剤に加水して急結剤スラリーとし、この急結剤スラリーを、セメントコンクリートに合流混合させて急結性セメントコンクリートとして吹付ける吹付工法が好ましく、湿式吹付法や乾式吹付法が使用できる。これらの中では、粉塵量が少ない点で、湿式吹付法が好ましい。
【００４４】
湿式吹付法としては、セメント、骨材、及び水を混合して混練し、空気圧送し、途中で、例えば、Ｙ字管の一方から急結剤を添加する直前で加水してスラリー化した急結剤スラリーを添加して吹付ける方法等が挙げられる。
【００４５】
乾式吹付法としては、セメント、骨材を混合し、空気圧送し、湿式吹付法と同様な方法により得られた急結剤スラリー、水を添加して吹付ける方法等が挙げられる。
このように、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートと混合することにより、粉塵量やリバウンド率を低減し、作業環境が改善できるものである。
【００４６】
急結剤をスラリー化する方法は特に限定するものではないが、例えば急結剤を空気圧送するＹ字管の一方の管の周囲数カ所から高圧水で加水してスラリー化する方法が好ましい。この高圧水はセメントコンクリートに急結剤スラリーを圧入する効果もあるので、混合性が良好になる。このことにより、セメントコンクリートとの反応性が高まり、粉塵量やリバウンド率が低減し、凝結性や強度発現性が向上し、更には急結性セメントコンクリートの品質が安定するものである。
【００４７】
本発明の吹付工法においては、従来使用の吹付設備等が使用できる。吹付設備は吹付が十分に行われれば、特に限定されるものではなく、例えば、セメントコンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」等が、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」等が使用できる。急結剤に加水して急結剤スラリーにするには一般的な水ポンプを使用すれば良く、加水する途中で圧送空気を入れて加圧する方法を用いても良い。
【００４８】
又、急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より０．１〜３ｋｇ／ｃｍ2 大きいことが好ましい。
【００４９】
又、急結性セメントコンクリートの圧送速度は４〜２０ｍ3 ／ｈが好ましい。さらに、急結剤スラリーとセメントコンクリートとの合流点は混合性を良くするために、合流点を管の形状や管の内壁を乱流状態になりやすい構造やラセン状の構造にしてもよい。
【００５０】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００５１】
実験例１
各材料の単位量を、セメント５００ｋｇ／ｍ3 、水２００ｋｇ／ｍ3 、細骨材１１７３ｋｇ／ｍ3 、及び粗骨材５１０ｋｇ／ｍ3 とし、さらに、セメント１００重量部に対して、０．０２重量部のＰＡＯと、繊維状物質を含有した吹付コンクリート１００容量部中、１．０容量部の繊維状物質とを添加した吹付コンクリートを調製し、圧送速度４ｍ3 ／ｈ、圧送圧力４ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で、コンクリート圧送機「アリバ−２８０」で圧送した。
一方、カルシウムアルミネート１００重量部、無水物換算で表１に示す重量部の硫酸アルミニウム、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を、セメント１００重量部に対して、固形分換算で１０重量部になるように空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の管の周囲数カ所に開けた穴から、急結剤１００重量部に対して、７０重量部の水を加水して、表１に示すｐＨの急結剤スラリーとした。
この急結剤スラリーを圧送して、Ｙ字管のもう一方から圧送された吹付コンクリートに混合し、急結性吹付コンクリートとした。この急結性吹付コンクリートについて評価した。結果を表１に示す。
【００５２】
（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
細骨材：新潟県姫川産川砂、表面水率４．０％、比重２．６１
粗骨材：新潟県姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大寸法１０ｍｍ
ＰＡＯ：ポリエチレンオキサイド、分子量２００万、市販品
繊維状物質：鋼繊維、長さ３０ｍｍ、比重７．８、市販品
カルシウムアルミネート：主成分Ｃ12Ａ7 、非晶質、ブレーン値６０００ｃｍ2 ／ｇ
硫酸アルミニウム：含水硫酸アルミニウム、市販品
アルカリ金属硫酸塩：硫酸ナトリウム、無水物、市販品
ＮＳ：粉末状、市販品
【００５３】
（測定方法）
ｐＨ：急結剤スラリーを水で１０倍に希釈して調整した希釈物のｐＨを示した。凝結時間：吹付コンクリート中の粗骨材を除いた材料でモルタルを練り、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）」に準拠して測定した。
圧縮強度：２０℃で測定した。調製した急結性吹付コンクリートを、幅２５cm×長さ２５cmのプルアウト型枠と幅５０cm×長さ５０cm×厚さ２０cmの型枠に吹付けした。材齢３時間の初期強度はプルアウト型枠の供試体を使用して測定した。プルアウト型枠表面からピンを急結性吹付コンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、そのときの引き抜き強度を求めた。（圧縮強度）＝（引き抜き強度）×４／（供試体表面積）から圧縮強度を算出した。材齢１日以降は幅５０cm×長さ５０cm×厚さ２０cmの型枠から採取した直径５cm×長さ１０cmの供試体を使用し、供試体を２０トン耐圧機で測定した。
リバウンド率：急結性吹付コンクリートを４ｍ3 ／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、（リバウンド率）＝（模擬トンネルに付着せずに落下した急結性吹付コンクリートの重量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性吹付コンクリートの重量）×１００（％）で算出した。
圧送性：吹付コンクリートをコンクリートポンプにより２０ｍ圧送した後、急結剤と混合して急結性コンクリートとし、この急結性コンクリートを５分間吹付けた。Ｙ字管や配管が詰まらない場合を○、詰まり気味の場合を△、Ｙ字管や配管や詰まって吹付ができない場合を×とした。
【００５４】
【表１】
【００５５】
実験例２
カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中表２に示す重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
実験例３
カルシウムアルミネートを使用せず、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムとアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、及び、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表３に示す。
【００５８】
（測定方法）
低温圧縮強度：１０℃で測定したこと以外は、圧縮強度と同様に測定した。
【００５９】
【表３】
【００６０】
実験例４
カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、表４に示す重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表４に示す。
【００６１】
（測定方法）
粉塵量：急結性吹付コンクリートを４ｍ3 ／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、吹付場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定し、得られた測定値の平均値を示した。
【００６２】
【表４】
【００６３】
実験例５
セメント１００重量部に対して、表５に示す量のＰＡＯと、繊維状物質を含有した吹付コンクリート１００容量部中、１．０容量部の繊維状物質とを添加した吹付コンクリートを調製して圧送し、一方、カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表５に示す。
【００６４】
（測定方法）
ダレ：急結性吹付コンクリートを４ｍ3 ／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、模擬トンネルの側壁から急結性吹付コンクリートがダレない場合を○、少しダレた場合を△、かなりダレた場合を×とした。
【００６５】
【表５】
【００６６】
実験例６
セメント１００重量部に対して、０．０２重量部のＰＡＯと、繊維状物質を含有した吹付コンクリート１００容量部中、表６に示す量の繊維状物質とを添加した吹付コンクリートを調製して圧送し、一方、カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表６に示す。
【００６７】
（測定方法）
耐衝撃性：材齢１時間後の急結性吹付コンクリートを幅２０ｃｍ×長さ２０ｃｍ×厚さ１ｃｍに切り取ったものを、平らにならした標準砂の上に置き、２００ｇの球体を５０ｃｍの高さから落下させた。落下回数５回以内で破壊した場合を×、破壊せずにひびが入ったものを△、破壊せずにひびが入らないものを○とした。
【表６】
【００６８】
【発明の効果】
本発明の吹付材料を用いることにより、急結性セメントコンクリートを吹付けた直後の、吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率や粉塵量を小さくできる。又、初期や長期において、高い強度発現性が期待できるので、吹付厚さを薄くでき、施工コストも削減でき、吹付後直ちに高い強度が得られるために安全性も向上できる。
又、急結剤を空気圧送する途中で水を添加して急結剤スラリーとしてから、２分以内に急結剤スラリーをセメントコンクリートに混合するために、急結剤の特性を損なうことなく、急結性セメントコンクリートを吹付けることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける吹付材料及びそれを用いた吹付工法に関する。なお、本発明ではペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結剤をコンクリートに混合した急結性コンクリートの吹付工法が行われている（特公昭６０−４１４９号公報）。
【０００３】
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した計量混合プラントで、セメント、骨材、及び水を混合して吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００４】
この際に使用する急結剤としては、カルシウムアルミネート及び／又はアルカリアルミン酸塩、並びに、それらとアルカリ炭酸塩等の混合物が知られている（特開昭６４−５１３５１号公報、特公昭５６−２７４５７号公報、特開昭６１−２６５３８号公報、及び特開昭６３−２１００５０号公報）。
【０００５】
最近では、長期強度発現性を高め、更には永久構造物用途として、硫酸アルミニウムを含有するアルカリ骨材反応抑制型急結剤が知られている。硫酸アルミニウムを含有するアルカリ骨材反応抑制型急結剤としては、結晶水を有する含水硫酸アルミニウムとアルミン酸カルシウムの混合物が提案されている（特開平８−４８５５３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の急結剤を使用した場合には、吹付時のリバウンド率や粉塵量が大きいという課題があった。
【０００７】
又、含水硫酸アルミニウムとアルミン酸カルシウムの混合物を使用した場合、初期強度発現性が低く、特に低温時には初期強度発現性が著しく低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明者は、上記課題を種々検討した結果、ある特定の吹付材料を使用することにより、上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）セメントコンクリートと、（２）ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート１００重量部に対して無水物換算で５〜１００重量部の硫酸アルミニウム、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤１００重量部中１０〜３０重量部のアルカリ金属硫酸塩、急結剤１００重量部に対して固形分換算で０．０５〜５重量部のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及び、急結剤１００重量部に対して３０〜６００重量部の水を含有してなり、ｐＨが７未満である急結剤スラリーを、セメント１００重量部に対して固形分換算で２〜２５重量部とを、混合してなる吹付材料であり、セメントコンクリートが、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部のポリアルキレンオキサイドを含有してなることを特徴とする該吹付材料であり、さらに、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の繊維状物質を含有してなる該吹付材料であり、（１）セメントコンクリートとの合流点より前の位置で合流混合された、（２）ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート１００重量部に対して無水物換算で５〜１００重量部の硫酸アルミニウム、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤１００重量部中１０〜３０重量部のアルカリ金属硫酸塩、急結剤１００重量部に対して固形分換算で０．０５〜５重量部のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及び、急結剤１００重量部に対して３０〜６００重量部の水を含有してなり、ｐＨが７未満である急結剤スラリーを、セメント１００重量部に対して固形分換算で２〜２５重量部を圧送空気により圧送してセメントコンクリートと合流混合してなることを特徴とする吹付工法であり、セメントコンクリートが、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部のポリアルキレンオキサイドを含有してなることを特徴とする該吹付工法であり、さらに、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の繊維状物質を含有してなる該吹付工法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明で使用する急結剤スラリーとは、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、アルカリ金属硫酸塩、及び水を含有してなり、ｐＨが７未満のものである。
【００１２】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料とを混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3 とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯ及び／又はＡｌ2Ｏ3の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよい。
【００１３】
これらの中では、反応活性の点で、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3（以下Ｃ12Ａ7という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
【００１４】
カルシウムアルミネートの粒度は、急結性や初期強度発現性の点で、ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ2 ／ｇ以上がより好ましい。４０００ｃｍ2 ／ｇ未満だと急結性や初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明で使用する硫酸アルミニウムは、初期凝結を促進する成分であり、セメントの水和反応過程でアルミニウムイオンを供給し、セメントやカルシウムアルミネートからのカルシウムイオンと反応してカルシウムアルミネート水和物を生成し、さらに、硫酸イオンと反応して早期にカルシウムサルフォアルミネート水和物を生成して初期強度発現性の向上に寄与するものである。
【００１６】
硫酸アルミニウムは無水物及び含水物の両方が使用でき、無水物と含水物を併用してもよい。これらの中では、効果が大きい点で、含水物が好ましい。
【００１７】
硫酸アルミニウムの使用量は無水物換算で、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、５〜１００重量部が好ましく、１０〜４５重量部がより好ましく、１０〜４０重量部が最も好ましい。５重量部未満だと初期凝結しにくいおそれがあり、１００重量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００１８】
本発明で使用するアルカリ金属硫酸塩は、急結剤スラリーの圧送性や初期強度発現性を向上させる成分である。
【００１９】
アルカリ金属硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、重硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、カリミョウバン、クロムミョウバン、及び鉄ミョウバン等が挙げられる。これらの中では、凝結性状や初期強度発現性が良好な点で、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、及びカリミョウバンからなる群のうちの１種又は２種以上が好ましく、硫酸ナトリウム及び／又は硫酸カリウムがより好ましく、硫酸ナトリウムが最も好ましい。
【００２０】
アルカリ金属硫酸塩は無水物及び含水物の両方が使用でき、無水物と含水物を併用してもよい。これらの中では、安定性の点で、無水物が好ましい。
【００２１】
アルカリ金属硫酸塩の使用量は、急結剤１００重量部中、１０〜３０重量部が好ましく、１５〜２０重量部がより好ましい。１０重量部未満だと急結剤スラリーの圧送性が小さく、初期強度発現性を阻害するおそれがあり、３０重量部を越えると凝結性や長期の強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２２】
急結剤には、初期凝結や強度発現性の向上の点で、セッコウや凝結促進剤を併用してもよい。
【００２３】
本発明では、リバウンド率や粉塵量を低減し、作業性、強度発現性、及びセメントコンクリートの混合性を向上させる点で、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤に、水（以下スラリー水という）を混合して急結剤スラリーとするものである。
【００２４】
本発明では、初期凝結を促進し、急結剤スラリーの圧送性や初期強度発現性を向上し、リバウンド率を低減させるために、急結剤スラリーのｐＨは、７未満であり、３以上７未満が好ましく、４〜６がより好ましい。３未満だと凝結性や初期強度発現性を阻害し、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、７以上だと圧送性が小さくなり、長期強度発現性を阻害し、リバウンド率が大きくなる。なお、本発明でいう急結剤スラリーのｐＨは、急結剤スラリーをさらに水で１０倍に希釈した希釈物のｐＨである。
【００２５】
スラリー水の使用量は、急結剤１００重量部に対して、３０〜６００重量部が好ましく、５０〜８０重量部がより好ましい。３０重量部未満だと粉塵量が低減しないおそれがあり、６００重量部を越えると強度発現性が低下するおそれがある。
【００２６】
セメントコンクリートの特性向上のために、スラリー水に、凝結遅延剤、増粘剤、及び超微粉を併用してもよい。又、スラリー水に、硫酸アルミニウムやアルカリ金属硫酸塩を溶解して使用してもよい。
【００２７】
急結剤スラリーの使用量は、セメント１００重量部に対して、固形分換算で２〜２５重量部が好ましく、５〜２０重量部がより好ましく、７〜１５重量部が最も好ましい。２重量部未満だと初期凝結を促進しにくいおそれがあり、２５重量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２８】
本発明で使用す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、これらの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等が挙げられ、これらを微粉末化して使用してもよい。これらの中では、セメントコンクリートの圧送性が良好な点で、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が好ましい。
【００２９】
さらに、本発明では、リバウンド率や粉塵量の低減の点で、セメントコンクリート側にポリアルキレンオキサイドを使用することが好ましい。
【００３０】
本発明で使用するポリアルキレンオキサイド（以下ＰＡＯという）は、セメントコンクリートに粘性を与え、吹付直後の吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率や粉塵量を低減するものである。ポリアルキレンオキサイドとしては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びポリブチレンオキサイド等が挙げられる。これらの中では、セメントコンクリートに粘性を与え、吹付直後の吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率や粉塵量を低減する効果が大きい点で、ポリエチレンオキサイドが好ましい。
【００３１】
ＰＡＯの分子量は、１００万〜５００万が好ましい。１００万未満だとセメントコンクリートの粘性が小さく、吹付直後の吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止できないおそれがあり、５００万を越えると急結剤とセメントコンクリートを混合した急結性セメントコンクリートの圧送性が低下するおそれがある。
【００３２】
ＰＡＯの使用量は、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部が好ましく、０．００５〜０．１重量部がより好ましい。０．００１重量部未満だと急結性セメントコンクリートの粘性が小さく、吹付直後に吹付面からダレが生じ、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、０．２重量部を越えるとセメントコンクリートの粘性が大きく、急結性セメントコンクリートの圧送性に支障を生じ、吹付直後に吹付面からダレが生じ、リバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００３３】
さらに、本発明では、リバウンド率や粉塵量の低減の点で、急結剤スラリー側にナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物を使用することが好ましい。
【００３４】
本発明で使用するナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物（以下ＮＳという）は、セメントコンクリートの流動性や急結剤スラリーの分散性を改善し、吹付時の急結性セメントコンクリートの付着性を向上し、リバウンド率や粉塵量を低減するものであり、液体や粉体いずれの使用も可能である。さらに、セメントコンクリート中のポリアルキレンオキサイドと反応して増粘すると、吹付時の急結性セメントコンクリートの付着性を向上し、リバウンド率や粉塵量を低減する効果がより大きくなるものである。
【００３５】
ＮＳの使用量は、固形分換算で急結剤１００重量部に対して、０．０５〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。０．０５重量部未満だと、セメントコンクリートの流動性や急結剤スラリーの分散性を改善する、吹付時の急結性セメントコンクリートの付着性を向上する、リバウンド率や粉塵量を低減するといった効果が小さいおそれがあり、５重量部を越えるとリバウンド率や粉塵量が大きくなり、強度発現性を阻害するおそれがある。
【００３６】
さらに、本発明では、急結性セメントコンクリートの曲げ強度、耐衝撃性、及び靭性の向上の点で、急結性セメントコンクリートに繊維状物質を使用することが好ましい。
【００３７】
本発明で使用する繊維状物質としては、無機質や有機質いずれも使用できる。無機質の繊維状物質としては、ガラス繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられ、有機質の繊維状物質としては、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリル繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられる。又、炭素繊維も使用できる。これらの中では経済性の点で、金属繊維及び／又はビニロン繊維が好ましい。
【００３８】
繊維状物質の長さは圧送性や混合性等の点で、５０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましい。５０ｍｍを越えると圧送中に圧送管が閉塞するおそれがある。
【００３９】
繊維状物質の使用量は、繊維状物質を含有したセメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部が好ましく、０．３〜１．２容量部がより好ましい。０．１容量部未満だと曲げ強度、耐衝撃性、及び靭性が向上しないおそれがあり、１．５容量部を越えると急結性セメントコンクリートの圧送性が低下し、耐衝撃性や強度発現性を阻害するおそれがある。
【００４０】
セメントコンクリート中の水の量は、セメント１００重量部に対して、３５〜６５重量部が好ましく、４０〜５５重量部がより好ましい。３５重量部未満だとセメントコンクリートが十分に混合できないおそれがあり、６５重量部を越えると強度発現性が小さいおそれがある。なお、ここでいう水には、スラリー水を含まない。
【００４１】
本発明では、さらに、ＡＥ剤や発泡剤を添加して空気泡を混入させ、粉塵量を低減させてもよい。
【００４２】
本発明で使用する吹付工法では、要求される物性、経済性、及び施工性等の点で、急結性セメントコンクリートとして吹付けることができる。
【００４３】
本発明の吹付工法としては、セメントコンクリートと急結剤を別々に圧送し、セメントコンクリートと急結剤が合流混合する直前で急結剤に加水して急結剤スラリーとし、この急結剤スラリーを、セメントコンクリートに合流混合させて急結性セメントコンクリートとして吹付ける吹付工法が好ましく、湿式吹付法や乾式吹付法が使用できる。これらの中では、粉塵量が少ない点で、湿式吹付法が好ましい。
【００４４】
湿式吹付法としては、セメント、骨材、及び水を混合して混練し、空気圧送し、途中で、例えば、Ｙ字管の一方から急結剤を添加する直前で加水してスラリー化した急結剤スラリーを添加して吹付ける方法等が挙げられる。
【００４５】
乾式吹付法としては、セメント、骨材を混合し、空気圧送し、湿式吹付法と同様な方法により得られた急結剤スラリー、水を添加して吹付ける方法等が挙げられる。
このように、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートと混合することにより、粉塵量やリバウンド率を低減し、作業環境が改善できるものである。
【００４６】
急結剤をスラリー化する方法は特に限定するものではないが、例えば急結剤を空気圧送するＹ字管の一方の管の周囲数カ所から高圧水で加水してスラリー化する方法が好ましい。この高圧水はセメントコンクリートに急結剤スラリーを圧入する効果もあるので、混合性が良好になる。このことにより、セメントコンクリートとの反応性が高まり、粉塵量やリバウンド率が低減し、凝結性や強度発現性が向上し、更には急結性セメントコンクリートの品質が安定するものである。
【００４７】
本発明の吹付工法においては、従来使用の吹付設備等が使用できる。吹付設備は吹付が十分に行われれば、特に限定されるものではなく、例えば、セメントコンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」等が、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」等が使用できる。急結剤に加水して急結剤スラリーにするには一般的な水ポンプを使用すれば良く、加水する途中で圧送空気を入れて加圧する方法を用いても良い。
【００４８】
又、急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より０．１〜３ｋｇ／ｃｍ2 大きいことが好ましい。
【００４９】
又、急結性セメントコンクリートの圧送速度は４〜２０ｍ3 ／ｈが好ましい。さらに、急結剤スラリーとセメントコンクリートとの合流点は混合性を良くするために、合流点を管の形状や管の内壁を乱流状態になりやすい構造やラセン状の構造にしてもよい。
【００５０】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００５１】
実験例１
各材料の単位量を、セメント５００ｋｇ／ｍ3 、水２００ｋｇ／ｍ3 、細骨材１１７３ｋｇ／ｍ3 、及び粗骨材５１０ｋｇ／ｍ3 とし、さらに、セメント１００重量部に対して、０．０２重量部のＰＡＯと、繊維状物質を含有した吹付コンクリート１００容量部中、１．０容量部の繊維状物質とを添加した吹付コンクリートを調製し、圧送速度４ｍ3 ／ｈ、圧送圧力４ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で、コンクリート圧送機「アリバ−２８０」で圧送した。
一方、カルシウムアルミネート１００重量部、無水物換算で表１に示す重量部の硫酸アルミニウム、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を、セメント１００重量部に対して、固形分換算で１０重量部になるように空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の管の周囲数カ所に開けた穴から、急結剤１００重量部に対して、７０重量部の水を加水して、表１に示すｐＨの急結剤スラリーとした。
この急結剤スラリーを圧送して、Ｙ字管のもう一方から圧送された吹付コンクリートに混合し、急結性吹付コンクリートとした。この急結性吹付コンクリートについて評価した。結果を表１に示す。
【００５２】
（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
細骨材：新潟県姫川産川砂、表面水率４．０％、比重２．６１
粗骨材：新潟県姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大寸法１０ｍｍ
ＰＡＯ：ポリエチレンオキサイド、分子量２００万、市販品
繊維状物質：鋼繊維、長さ３０ｍｍ、比重７．８、市販品
カルシウムアルミネート：主成分Ｃ12Ａ7 、非晶質、ブレーン値６０００ｃｍ2 ／ｇ
硫酸アルミニウム：含水硫酸アルミニウム、市販品
アルカリ金属硫酸塩：硫酸ナトリウム、無水物、市販品
ＮＳ：粉末状、市販品
【００５３】
（測定方法）
ｐＨ：急結剤スラリーを水で１０倍に希釈して調整した希釈物のｐＨを示した。凝結時間：吹付コンクリート中の粗骨材を除いた材料でモルタルを練り、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）」に準拠して測定した。
圧縮強度：２０℃で測定した。調製した急結性吹付コンクリートを、幅２５cm×長さ２５cmのプルアウト型枠と幅５０cm×長さ５０cm×厚さ２０cmの型枠に吹付けした。材齢３時間の初期強度はプルアウト型枠の供試体を使用して測定した。プルアウト型枠表面からピンを急結性吹付コンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、そのときの引き抜き強度を求めた。（圧縮強度）＝（引き抜き強度）×４／（供試体表面積）から圧縮強度を算出した。材齢１日以降は幅５０cm×長さ５０cm×厚さ２０cmの型枠から採取した直径５cm×長さ１０cmの供試体を使用し、供試体を２０トン耐圧機で測定した。
リバウンド率：急結性吹付コンクリートを４ｍ3 ／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、（リバウンド率）＝（模擬トンネルに付着せずに落下した急結性吹付コンクリートの重量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性吹付コンクリートの重量）×１００（％）で算出した。
圧送性：吹付コンクリートをコンクリートポンプにより２０ｍ圧送した後、急結剤と混合して急結性コンクリートとし、この急結性コンクリートを５分間吹付けた。Ｙ字管や配管が詰まらない場合を○、詰まり気味の場合を△、Ｙ字管や配管や詰まって吹付ができない場合を×とした。
【００５４】
【表１】
実験例２
カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中表２に示す重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
実験例３
カルシウムアルミネートを使用せず、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムとアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、及び、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表３に示す。
【００５８】
（測定方法）
低温圧縮強度：１０℃で測定したこと以外は、圧縮強度と同様に測定した。
【００５９】
【表３】
実験例４
カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、表４に示す重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表４に示す。
【００６１】
（測定方法）
粉塵量：急結性吹付コンクリートを４ｍ3 ／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、吹付場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定し、得られた測定値の平均値を示した。
【００６２】
【表４】
実験例５
セメント１００重量部に対して、表５に示す量のＰＡＯと、繊維状物質を含有した吹付コンクリート１００容量部中、１．０容量部の繊維状物質とを添加した吹付コンクリートを調製して圧送し、一方、カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表５に示す。
【００６４】
（測定方法）
ダレ：急結性吹付コンクリートを４ｍ3 ／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、模擬トンネルの側壁から急結性吹付コンクリートがダレない場合を○、少しダレた場合を△、かなりダレた場合を×とした。
【００６５】
【表５】
実験例６
セメント１００重量部に対して、０．０２重量部のＰＡＯと、繊維状物質を含有した吹付コンクリート１００容量部中、表６に示す量の繊維状物質とを添加した吹付コンクリートを調製して圧送し、一方、カルシウムアルミネート１００重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で２０重量部、並びに、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有した急結剤１００重量部中１８重量部のアルカリ金属硫酸塩、並びに、急結剤１００重量部に対して、２重量部のＮＳを混合した急結剤を加水して急結剤スラリーとしたこと以外は、実験例１と同様に行い、評価した。結果を表６に示す。
【００６７】
（測定方法）
耐衝撃性：材齢１時間後の急結性吹付コンクリートを幅２０ｃｍ×長さ２０ｃｍ×厚さ１ｃｍに切り取ったものを、平らにならした標準砂の上に置き、２００ｇの球体を５０ｃｍの高さから落下させた。落下回数５回以内で破壊した場合を×、破壊せずにひびが入ったものを△、破壊せずにひびが入らないものを○とした。
【表６】
【発明の効果】
本発明の吹付材料を用いることにより、急結性セメントコンクリートを吹付けた直後の、吹付面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率や粉塵量を小さくできる。又、初期や長期において、高い強度発現性が期待できるので、吹付厚さを薄くでき、施工コストも削減でき、吹付後直ちに高い強度が得られるために安全性も向上できる。
又、急結剤を空気圧送する途中で水を添加して急結剤スラリーとしてから、２分以内に急結剤スラリーをセメントコンクリートに混合するために、急結剤の特性を損なうことなく、急結性セメントコンクリートを吹付けることができる。
Claims (6)
- （１）セメントコンクリートと、（２）ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート１００重量部に対して無水物換算で５〜１００重量部の硫酸アルミニウム、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤１００重量部中１０〜３０重量部のアルカリ金属硫酸塩、急結剤１００重量部に対して固形分換算で０．０５〜５重量部のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及び、急結剤１００重量部に対して３０〜６００重量部の水を含有してなり、ｐＨが７未満である急結剤スラリーを、セメント１００重量部に対して固形分換算で２〜２５重量部とを、混合してなる吹付材料。
- セメントコンクリートが、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部のポリアルキレンオキサイドを含有してなることを特徴とする請求項１記載の吹付材料。
- さらに、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の繊維状物質を含有してなる請求項１又は２記載の吹付材料。
- （１）セメントコンクリートとの合流点より前の位置で合流混合された、（２）ブレーン値で４０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート、カルシウムアルミネート１００重量部に対して無水物換算で５〜１００重量部の硫酸アルミニウム、カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩を含有する急結剤１００重量部中１０〜３０重量部のアルカリ金属硫酸塩、急結剤１００重量部に対して固形分換算で０．０５〜５重量部のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及び、急結剤１００重量部に対して３０〜６００重量部の水を含有してなり、ｐＨが７未満である急結剤スラリーを、セメント１００重量部に対して固形分換算で２〜２５重量部を圧送空気により圧送してセメントコンクリートと合流混合してなることを特徴とする吹付工法。
- セメントコンクリートが、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．２重量部のポリアルキレンオキサイドを含有してなることを特徴とする請求項４記載の吹付工法。
- さらに、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の繊維状物質を含有してなる請求項４又は５記載の吹付工法。
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