JP4476859B2 - 乾式モルタル吹付け工法 - Google Patents

Description

本発明は、乾式モルタル吹付け工法に関し、特に、土木分野や建築分野で利用される乾式吹付け工法における粉塵の発生の低減を図り、かつリバウンド率の低い、コンクリート構造物の劣化に対する補修及び補強工法、例えば鉄道や道路等の高架橋、トンネル等の断面補修工法に使用される、乾式吹吹付け工法に関するものである。

近年、コンクリート構造物の劣化に対する補修、補強工法の１つとして、初期強度発現性を最大の特徴とする特殊セメントである超速硬セメントを用いた繊維補強モルタルを用いた乾式吹付け工法が実施されている。
当該工法は、超速硬セメントの初期強度発現性と吹付け工法の施工性、更には繊維混入による補強効果を兼ね備えたことを特徴とする補修・補強工法であり、鉄道や道路等の高架橋、トンネル等の断面修復工法として広く利用されている。

本来、超速硬セメントを用いた繊維補強乾式吹付け工法は前述したように、初期強度発現性を大きな特徴の一つとして使用されてきたが、吹付け施工時の粉塵発生量が多く、作業環境改善のための粉塵の低減が求められてきているともに、超速硬セメントを用いたモルタルは、補修した部分の中性化が早く、モルタル中の鉄筋が錆びて再劣化するという問題がある。

現在、吹付け工法における粉塵を低減させて環境を改善させるために、吹付けコンクリートやモルタルに、水系の粉塵低減剤を添加することが実施されており、特開昭６２−５９５６０号公報や、特開昭６２−１７０５７号公報等に開示されているものがある。また、粉塵低減剤は種々販売されており、市場で容易に入手することもできる。

乾式吹付け工法は、材料を吐出する吹付けノズル中で加水し、これを高圧エアで吹付け面に吹付けるシステムである。吹付けノズルの加水から高圧のエアで噴射されるまでの時間が極端に短く、これらの粉塵低減剤を添加した吹付けコンクリートやモルタルを用いて乾式吹付け工法を行っても、かかる時間内に粉塵を凝集、低減することができず、吹付け施工時の粉塵を低減する効果は十分ではない。また、水系の粉塵低減剤を使用しているため、セメント等の水硬物質が水和するため、予め粉体に均一に混合しておくことができない。

更に、水系の粉塵低減剤を用いたモルタルの施工時の粉塵発生を有効に抑制するためには、均一に混合できないため粉塵低減剤を大量に使用しなければ効果がなく、一方、大量に使用すると、強度の低下が顕著におこるという問題を有していた。
また、粉塵を低減させるために、特開昭６０−１４４４６６号公報には、セメントと骨材とからなる粉体混合物と合成樹脂エマルジョンと水とからなる液体混合物とをそれぞれ別々に搬送して、吹付け用ノズル手前で両者を混合し、両者の混合したスラリーを被塗装面に吹付ける乾式吹付け工法が開示されている。
しかし、当該モルタルを乾式吹付け工法で吹付け施工した場合、硬化体の乾燥収縮によるひび割れを有効に防止することはできない。

特開平１１−３２２３９０号公報には、セメント、細骨材、及び繊維の混合物を空気圧送し、吹付け用ノズルの前で該混合物に、水性ポリマーディスパージョン含融液を添加混合して吹付ける技術が、更に、特開２０００−９６８２４号公報には、セメント、細骨材、粉末エマルジョン、及び繊維の混合物を空気圧送し、吹付用ノズルの手前で該混合物に、水を添加混合し吹付けることを特徴とするモルタルの吹付工法が開示されており、これらのモルタルには、硬化体のひび割れ防止のため繊維が添加されているものである。

しかし、これらのモルタルは、硬化体のひび割れ防止のために繊維を無機粉体に混合しているものの、通常、繊維は収束剤により数千本単位で収束されており、吹付けノズル手前からノズル先端までのわずかな時間では収束を解いて、モルタル内に均一に分散されることは困難である。
更に、特開２０００−９６８２４号に記載された上記モルタルは、粉体混合物に予め粉末樹脂を添加しているものであるが、粉末樹脂が水に再分散し再乳化するためには数十秒から数分かかり、吹付けノズル手前からノズル先端までのわずかな時間では均一に再乳化するのは困難である。

従って、硬化後の乾燥収縮によるひび割れを有効に防止することはできるとともに、乾式工法を用いた補修工事等に使用できる、粉塵の発生を十分に低減させた乾式モルタル吹付け工法の開発が所望されている。

本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、具体的には、吹付け時に発生する粉塵の低減を有効に実施でき、リバウンド率を低減することができ、作業環境性に優れ、かつ簡便で現場施工性に優れる、乾式モルタル吹付け工法を提供することである。
さらに本発明の他の目的は、吹付け硬化後の乾燥収縮を低減できるとともにひびわれ発生を抑制し、従って長期にわたり強度発現性が保持できる、乾式モルタル吹付け工法を提供することである。

本発明者らは、乾式モルタル吹付け工法に関して種々研究を重ねた結果、セメントを非水系の収縮低減剤により予め被覆した粉体物と、別途調製した液体物とを混合することで、吹付け施工時のリバウンド率を低下し、粉塵発生が低減できるとともに、乾燥収縮率を低減できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明の乾式モルタル吹付け工法は、セメント、骨材、膨張材及び非水系液体乾燥収縮低減剤からなる粉体混合物と、セメント混和用ポリマーディスパージョン含有液とを別途調製して、両者を混合し吹付けるものであり、前記粉体混合物は、少なくともセメントが非水系液体乾燥収縮低減剤で均一にまぶされた状態に混合されて調製されるものである。

更に好適には、前記本発明の乾式モルタル吹付け工法において、前記粉体混合物とセメント混和用ポリマーディスパージョン含有液とを、吹付け用ノズルの手前で混合して、吹付けを施工する乾式吹付け工法である。

本発明の乾式モルタル吹付け工法は、現場での乾式吹付け施工時の粉塵を大幅に減少させることができるとともに、リバウンド率を低減でき、従って作業環境を著しく改善し、更に、材齢初期から長期にわたり圧縮強度増進安定性に優れるものである。
また、本発明の乾式モルタル吹付け工法は、吹付け施工後の乾燥収縮を抑制し、従ってひびわれの発生を防止でき、コンクリート構造物の劣化に対する補修、補強工法として有効に利用することができるものである。

本発明を以下の好適例を例示しつつ説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の乾式モルタル吹付け工法は、セメント、骨材、膨張材及び非水系液体乾燥収縮低減剤からなる粉体混合物であって、特に少なくともセメントは非水系液体乾燥縮低減剤で均一にまぶされて、セメントが非水系液体乾燥収縮低減剤で被覆されるように調製される粉体混合物と、セメント混和用ポリマーディスパージョン含有液とを別途調製して、両者を均一に混合し吹付ける工法であり、好適には、吹付け用ノズルの手前で混合して、吹付けを施工するものである。

このように、セメント、骨材、膨張材等の粉体を予め非水系液体乾燥収縮低減剤と混合し、好適には少なくともセメントが非水系液体乾燥収縮低減剤で被われる状態となることで、非水系液体乾燥収縮低減剤がセメント表面に吸着し、セメント粒子間に吸引力が働き、吹付けに使用されるセメント等から発生する微粒子が造粒された状態となり、施工時の粉塵の発生を抑制することができるものと推測される。

本発明のモルタル吹付け工法において使用するセメントとしては、水硬性カルシウムシリケート化合物を主体とするセメントであればその種類は限定されず、普通、早強などの各種ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント、及びカルシウムアルミネート系、カルシウムサルフォアルミネート系、カルシウムフルオロアルミネート系等の超速硬系セメント等、市場で入手できる種々のセメントを例示することができ、これらを単独で、あるいは混合して用いることができる。好適には、中性化の遅い普通セメントや早強セメント等を用いることが好ましい。

また、本発明の工法において使用する細骨材としては、特に限定されるものではなく、川砂、山砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂３〜７号等の比較的粒径の細かい細骨材、または珪石粉、石灰石粉等の微粉末等を使用できる。
その配合量は、特に限定されないが、通常、上記セメント１００質量部に対して、１００〜３００重量部であることが好ましく、１５０〜２５０質量部とすることがより好ましい。これは、かかる範囲であると補修箇所、特に鉄筋裏への充填性が良好だからである。

さらに本発明の工法で用いる膨張材としては、カルシウムサルフォアルミネート系、生石灰系、もしくは両者を混合したものが例示される。
膨張材は、吹付けたモルタルの乾燥収縮を低減するという機能を有するものである。

その配合量は、特に限定されないが、通常、上記セメント１００質量部に対して、１〜１０質量部であることが好ましく、３〜７質量部とすることがより好ましい。これは、かかる範囲であると吹付けたモルタルの乾燥収縮を効果的に低減できるからである。

また本発明の工法に用いる粉体混合物中の非水系液体乾燥収縮低減剤としては、一般的には、アルキレンオキシド及びその付加物であり、セメントの水和反応を阻害することがない組成物であれば、任意の市場で入手しうるものが使用でき、組成としては、Ｒ_１Ｏ（ＡＯ）ｎＲ_２（Ｒ_１，Ｒ_２：Ｈ、アルキル基、フェニル基等、Ａ：アルキレン基等、ｎ：重合度）の一般式で表され、水またはアルコールに可溶となるものである。
非水系液体乾燥収縮低減剤は、吹付けたモルタルの乾燥収縮を低減するという機能を有するものである。

その配合量は、特に限定されないが、通常、上記セメント１００質量部に対して、０．１〜１．５質量部であることが好ましく、０．５〜１質量部とすることがより好ましい。これは、かかる範囲であると吹付けたモルタルの乾燥収縮を効果的に低減できるからである。

本発明の工法において使用されるセメント混和用ポリマーとしては、ＪＩＳ Ａ ６２０３に例示されるポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステルなどを主成分とするポリマーディスバージョンが例示でき、これらを単独でまたは混合して用いることができる。
再乳化形粉末樹脂は、粉末樹脂が水に再分散し再乳化するためには数十秒から数分かかり、吹付けノズル手前からノズル先端までのわずかな時間では均一に再乳化するのは困難であり、好ましくない。
特に好適には、アクリル系ポリマーを用いることができ、かかるアクリル系ポリマーのディスパージョンを用いることが、耐久性の点から好ましい。

かかる混和用ポリマーは、セメント混和用ポリマーディスパージョンと水硬性物質（セメント＋膨張材）とのポリマー水硬性物質（セメント＋膨張材）比（固形分比）が１〜１５質量％、好ましくは３〜１０質量％の量で添加混和されていることが望ましい。かかる範囲であると、吹付けモルタルの強度を低下させず、粘性を良好に保持でき、付着性が優れるからである。

次いで、本発明の乾式吹付け工法の施工方法について例示する。
本発明の乾式モルタル吹付け工法に用いるモルタルは、まず、セメント、骨材、膨張材及び非水系液体乾燥低減収縮剤、必要に応じて添加される混和剤（例えば、減水剤、増粘剤、消泡剤等）を混合して、ドライミクスモルタルを調製する。当該ドライミクスモルタルは、現場で混合してもよいが、設備装置や作業の簡略化のために、予めプレミクスされることが望ましい。

その際に、非水系液体乾燥低減収縮剤が、少なくともセメント粉体をまぶすように、好
ましくは、他の粉体もまぶすように、混合されて調製されるようにする。
このように、セメント粉体が予め非水系液体乾燥低減収縮剤で被覆されることにより、
吹付け時のリバウンド率を低減でき、また硬化後の乾燥によるひび割れ収縮を抑制するこ
とができる。

次いで、かかるドライミクスモルタルを乾式吹付け装置に用いて、空気圧送し、ノズルの手前部分で、別途予め混合したポリマーディスパージョン及び水を圧入し、両者を当該ノズル部分で混合し、両者が混合されたスラリーを得て、被塗装面に吹付け工法を施工するものである。

ポリマーディスパージョンと混合される水の量は、吹付け施工を行なう場所や、吹き付け後にコテ仕上げを施す場合などにより特に限定されないが、ポリマー水硬性物質（セメント＋膨張材）セメント比（固形分比）が１〜１５質量％、好ましくは３〜１０質量％の量で吹付けモルタル中に添加混和されている状態となるように、ポリマーディスパージョンの希釈液を作製しておくことが、施工性の点から望ましい。

ドライミクス粉体と、ポリマーディスパージョン及び水との混合位置は、ノズルの手前部分であり、特に、ノズル吹付け口の手前０．４〜１．２ｍの位置で混合されることが望ましく、両者が均一に混合されるために、例えば、シャワーリングのような混合方法が用いられる。混合位置が、０．４ｍ未満では、混合が不十分となるおそれがあり、１．２ｍを超えると吹付け装置の圧送ホースが閉塞するおそれがあるからである。
このように、ノズル手前の部分でドライミクスモルタルと、ポリマーディスパージョン及び水とを均一に混合して、スラリーとし、モルタル吹付けを施工することにより、粉塵の発生の低減を図り、かつリバウンド率の低い、コンクリート構造物の劣化に対する補修及び補強工法、例えば鉄道や道路等の高架橋、トンネル等の断面補修工法に有効に使用できる。

本発明を次の実施例及び試験例により説明するが、これらに限定されるものではない。
使用材料
モルタルの吹付け工法を実施するにあたり、以下の材料を使用して、モルタルを調製した。
・セメント：早強ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）
・細骨材：珪砂１号、２号、４号、５号
・膨張材：商品名 サクス（住友大阪セメント株式会社製）
・非水系液体乾燥収縮低減剤：テスタＦ（住友大阪セメント株式会社製）
・セメント混和用ポリマーディスパージョン：商品名 ライオンボンドＡ（スチレンアクリル系ポリマーエマルション；固形分４５質量％ 水５５質量％、住友大阪セメント株式会社製）

（実施例１〜２）
上記各材料を使用して、表１に示す配合割合で、ドライミクス粉末を２種類調製し、それぞれドライミクス粉末（１）、ドライミクス粉末（２）とした。
モルタルの標準配合割合としては、前記各ドライミクス粉末（１）と（２）２０ｋｇに対し、ライオンボンドＡ（セメント混和用ポリマーディスパージョン）０．８９ｋｇ及び水１．５ｋｇを混合したものとする。

吹付けにあたっては、上記各ドライミックス粉体を圧縮空気にて、東和式ロータリーガン吹付機を用いてホース内を圧送し、ホース先端にあるノズル吹付け口手前０．９ｍ付近で、上記セメント混和用ポリマーディスパージョンを水と予め混合した液体材料を圧入混合し、当該ドライミクス粉体と、上記セメント混和用ポリマーディスパージョンを水と予め混合した液体材料とを当該ノズル内で合流させてスラリー状とし、図１（ａ）に示す型枠体１に吹付けた。

具体的には、５０ｃｍ四方の枠体１に突出部３が設けられる共に、該枠体１に鉄筋２を交差するように配置した試験型枠を用いて、該突出部３が上向きとなるよううに配置し、下側から当該型枠内に上向きで乾式吹付け施工を行なって、厚さ１２ｃｍ厚に吹付けて、供試体を作製した。当該供試体はＪＳＣＥ−Ｆ５６１（吹付けコンクリートの圧縮強度試験用供試体の作り方）に準じて作製したものである。
なお、図１（ａ）のＡにおける断面図を図１（ｃ）に、また、Ｂにおける断面図を図１（ｂ）に示す。
なお、モルタル吹付け時の液体（水＋セメント混和用ポリマーディスパージョン）／粉体（ドライミクス粉体）比、Ｐ／Ｃ（ポリマー固形分／セメント）比、Ｗ／Ｃ（水／セメント）比も、表１に示す。

試験例１〜７
上記吹付け施工を施した各供試体を以下の試験に供し、その結果を表２に示す。
（１）リバウンド率（％）
上記吹付け施工時における、（吹付け時に跳ね返ったモルタル材料の質量／吹付け時の材料の全使用質量）×１００（％）で示した値である。
（２）コア硬化体比重
上記吹付け施工後、各供試体を１週間、２０℃、６０％ＲＨ養生して硬化させた後、コア抜きを行って、当該コア硬化体の見掛け比重を、コア質量／コア容積により測定した値である。

（３）圧縮強度
前記（２）のコア硬化体比重測定に用いたと同様のコア硬化体を、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて、圧縮強度を測定した。
（４）付着強度
副付けモルタルを、ＪＩＳ Ａ ５３０４ 舗道用コンクリート板（３００×３００×６０ｍｍ）に厚み４ｃｍで吹付けを行い、表面をコテで平滑にして測定材例までビニールシートで覆って養生した。試験方法は、建築研究所式引張試験機による接着強度とし、各材齢で各モルタル表面から下地のコンクリート表面に２ｍｍ程度食い込む深さで、縦×横が４×４ｃｍの溝を入れ、表面にエポキシ樹脂により鋼製アタッチメントを接着して、各材齢で付着強度を測定した。

（５）長さ変化率
上記吹付け施工後、各供試体を１週間、２０℃、６０％ＲＨ養生して硬化させたか、または２０℃水中で養生させた後、それぞれコア抜きを行なって、各コア硬化体に、測定用チップを取り付けた拘束バンド２本をコアに取り付けて、この時点を基長としてその後の各材齢における長さの変化率を、コンタクトゲージを用いて測定した。

（６）促進中性化
上記吹付け施工後、各供試体を１週間、２０℃、６０％ＲＨ養生した後、コア抜きを行なって、ＪＩＳ Ａ １１７１に準じて各コア硬化体の端面をエポキシ樹脂でシールし、促進中性化槽内（３０℃、６０％ＲＨ、ＣＯ_２５％）で促進中性化を行った。
促進試験開始後、所定材齢で割裂し、フェノールフタレインアルコール溶液を噴霧して赤色に反応しない部分の厚さを測定した。

（７）鉄筋裏充填性
上記吹付け施工後、各供試体を１週間、２０℃、６０％ＲＨ養生した後、脱型し、コンクリートカッターにより切断して、切断面における空隙や未充填箇所をトレースし、トレースの面積割合を、画像解析装置により、算出した値である。

上記表より、本発明の施工方法によれば、上面施工においても、リバウンド率が著しく低減され、また、コア硬化体比重測定結果から、空隙がなく良好に吹付けられていることがわかる。
更に圧縮強度及び付着強度にも優れ、長さ変化率も小さく、高強度で寸法安定性がよいことがわかる、
また、更に、促進中性化試験結果より、中性化に対して高い抵抗性があることが、また鉄筋裏空隙率より充填性が良好であることが明らかとなった。

本発明のモルタル吹付け工法は、コンクリート構造物の補修及び補強分野において、断面修復材として有効に用いることができ、特に、鉄道や道路等の高架橋、トンネル等の断面補修工法等の上面施工に適切に用いることが可能となる。

本発明のモルタル吹付け施工を実施するために用いた型枠体の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 枠体１
２ 鉄筋
３ 突出部

Claims (2)

1. セメント、骨材、膨張材及び非水系液体乾燥収縮低減剤からなり、該セメントが該非水系液体乾燥収縮低減剤により均一にまぶされている粉体混合物と、セメント混和用ポリマーディスパージョン含有液とを別途調製して、吹付け用ノズルの手前で混合し吹付けることを特徴とする、乾式モルタル吹付け工法。
2. 請求項１記載の乾式モルタル吹付け工法において、使用するセメントがポルトランドセメントであることを特徴とする、乾式モルタル吹付け工法。

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