JP4592839B2

JP4592839B2 - 吹付材料及び吹付工法

Info

Publication number: JP4592839B2
Application number: JP3929399A
Authority: JP
Inventors: 俊朗坂元; 健吉平野; 寺島　　勲; 昌浩岩崎; 一行水島; 晃渡辺
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP2000239056A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、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、ここでセメントコンクリートとは、ペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものをいう。
【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材をセメントコンクリートに混合した急結性セメントコンクリートの吹付工法が行われている。この工法は、通常、掘削工事現場に設置した、セメント、骨材、及び水の計量混合プラントで吹付セメントコンクリートを調製し、それを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により急結材と混合し、急結性吹付セメント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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この工法では、地山に付着せずに落下した急結性吹付セメントコンクリートの重量と、地山に吹付けた急結性セメントコンクリートの重量との割合であるコンクリートリバウンド（跳ね返り）率は５〜２４％と多く、粉塵量も多く、作業環境が悪いために塵肺等の影響が心配されており、粉塵マスクを着用しなければならないという課題があった。
【０００４】
又、近年急結性吹付セメントコンクリートのひび割れ防止や曲げ強度の増加を目的として、繊維を混入した急結性吹付セメントコンクリートが使用されている。
しかしながら、繊維は吹付作業により急結性吹付セメントコンクリートと分離し易く、その結果、地山面へ付着せずに落下した繊維の重量と、地山面へ吹付けた急結性吹付セメントコンクリート中の繊維の重量との割合である、繊維リバウンド（跳ね返り）率が４０〜５０％と多くなるという課題があった。
【０００５】
そのために、コンクリートリバウンド率、繊維リバウンド率、及び粉塵量のより少ない工法が求められていたが、現状では未だ充分満足できる吹付材料や吹付工法がなく、その改良が強く望まれていた。
【０００６】
本発明者らは、繊維を混入した急結性吹付セメントコンクリートのリバウンド率を低減する際の課題を種々検討した結果、特定の吹付材料を使用して吹付を行うことにより前記課題が解決でき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重量部に対して、固形分換算で０．０５〜５重量部の減水剤、セメント１００重量部に対して、１〜１００重量部の超微粉、及び、吹付セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の鋼繊維を含有してなる吹付セメントコンクリートを空気圧送し、別系列で空気圧送したカルシウムアルミネート１００重量部と石膏２０〜２５０重量部を主成分とし、セメント１００重量部に対して、０．５〜２０重量部の急結材をＹ字管Ａで合流混合して急結性吹付セメントコンクリートとし、さらに、合流混合した位置から１００〜６００ｍｍ後方の位置で、別系列で空気圧送した粉末状の凝結遅延剤を、セメント１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部をＹ字管Ｂで合流混合し、粉末状の凝結遅延剤を急結性吹付セメントコンクリートに混合してから、急結性吹付セメントコンクリート吐出口までの距離を５００〜１５００ｍｍとし、急結性吹付コンクリートの吹付速度を４〜２０m ³ /hとすることにより、鋼繊維のリバウンド率を低減することを特徴とする急結性吹付セメントコンクリートの吹付工法であり、急結性吹付コンクリートの吹付圧力は３〜５kg/cm ²とすることにより、鋼繊維のリバウンド率を低減することを特徴とする該急結性吹付セメントコンクリートの吹付工法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明は、吹付直前に吹付経路において、急結材と吹付セメントコンクリートを混合した急結性吹付セメントコンクリートに凝結遅延剤を添加し、地山面へ付着した急結性吹付セメントコンクリートの表面を瞬結させずに一瞬柔らかくすることにより、急結性吹付セメントコンクリート中に混入した繊維の付着力を向上させるものである。
【００１０】
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。これらの中では、スランプの調整の点で、普通ポルトランドセメントが好ましい。
【００１１】
本発明で使用する凝結遅延剤は、吹付セメントコンクリートに急結材を混合した後に添加するものである。凝結遅延剤の添加方法として、吹付セメントコンクリートに急結材を混合してから凝結遅延剤を混合するまでの距離（混合距離）を１００〜６００ｍｍにすることが好ましく、２００〜４００ｍｍにすることがより好ましい。１００ｍｍ未満だと凝結遅延効果がなくなるおそれがあり、６００ｍｍを越えると圧送中に急結性吹付セメントコンクリートが閉塞するおそれがある。
【００１２】
又、凝結遅延剤を急結性吹付セメントコンクリートに混合してから急結性吹付セメントコンクリート吐出口までの距離（吐出距離）は５００〜１５００ｍｍが好ましく、６００〜１０００ｍｍがより好ましい。５００ｍｍ未満だと凝結遅延効果がなくなるおそれがあり、１５００ｍｍを越えると吐出前に急結性吹付コンクリートが配管内で閉塞するおそれがある。
【００１３】
本発明で使用する凝結遅延剤は混合性や粉塵低減性の点で、粉末状のものを使用できる。
【００１４】
凝結遅延剤としては、セメントの凝結時間を調節でき、リバウンド率が小さく、強度発現性が大きい点で、炭酸塩、有機酸類、及び硫酸塩からなる群のうちの１種又は２種以上が好ましく、炭酸塩がより好ましい。
【００１５】
炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、凝結遅延効果が大きい点で、炭酸カリウムが好ましい。
有機酸類としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、及びこれらの塩等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、凝結遅延効果が大きい点で、クエン酸が好ましい。
硫酸塩としては、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム、及び亜硫酸アルミニウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。
これらの中では、凝結遅延の点で、硫酸マグネシウムが好ましい。
【００１６】
凝結遅延剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部が好ましく、１〜５重量部がより好ましい。０．０１重量部未満だと効果がないおそれがあり、１０重量部を越えると凝結遅延しすぎて、強度発現性が小さくなり、リバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００１７】
本発明で使用する急結材は、セメントの凝結を瞬間的に起こすものである。急結材としては、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び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等のセメント鉱物系等が挙げられる。
これらの中では、強度発現性が良好な点で、セメント鉱物系が好ましく、カルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１８】
カルシウムアルミネートの中では、反応活性の点で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１９】
カルシウムアルミネートの粒度は、ブレーン値で３０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ²／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ²／ｇ未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２０】
カルシウムアルミネートを含有する急結材は、カルシウムアルミネート単独でも使用できるが、石膏、消石灰、アルミン酸ナトリウム、及び炭酸ナトリウム等を併用してもよい。これらの中では、石膏を併用することが好ましい。
【００２１】
石膏は、市販のいずれの石膏も使用できるが、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、２０〜２５０重量部が好ましく、７５〜１５０重量部がより好ましい。２０重量部未満だと効果がないおそれがあり、２５０重量部を越えると硬化時間が長く、初期凝結性状が悪くなるおそれがある。
【００２４】
急結材の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．５〜２０重量部が好ましく、５〜１５重量部がより好ましい。０．５重量部未満だと初期凝結せず、初期強度発現性が小さいおそれがあり、２０重量部を越えると長期強度発現性が小さいおそれがある。
【００２５】
本発明で使用する繊維は、無機質や有機質いずれも使用でき、急結性吹付セメントコンクリートの耐衝撃性、弾性、及び曲げ強度を向上するという効果を有する。繊維の長さは、圧送性や混合性の点で、１００ｍｍ以下が好ましく、０．５〜６０ｍｍがより好ましい。１００ｍｍを越えると圧送中に急結性吹付セメントコンクリートが閉塞するおそれがある。
【００２６】
無機質の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、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、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では経済性の点で、金属繊維やビニロン繊維が好ましい。
【００２７】
繊維の使用量は、吹付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容量部未満だと繊維を使用した効果がないおそれがあり、１．５容量部を越えると圧送性や経済性が悪くなるおそれがある。
【００２８】
本発明は、粉塵の発生量の低減や急結性吹付セメントコンクリートの圧送性の向上の点で、超微粉を使用するものである。
【００２９】
超微粉とは、平均粒径１０μｍ以下のものをいい、セメント量や粉塵の発生量の低減、及び急結性吹付セメントコンクリートの圧送性の向上という効果を有する。超微粉としては、微粉スラグ、微粉フライアッシュ、ベントナイト、カオリン、及びシリカフューム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、強度発現性の点で、シリカフュームが好ましい。
【００３０】
超微粉の使用量は、セメント１００重量部に対して、１〜１００重量部が好ましく、２〜３０重量部がより好ましい。１重量部未満だと効果がないおそれがあり、１００重量部を越えると凝結や硬化が遅延し、強度発現性が小さくなり、リバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００３１】
さらに、本発明では、減水剤を使用することが好ましい。
減水剤はセメントコンクリ−トの流動性を改善するために使用するものであり、液状のものや粉状のものいずれも使用できる。
【００３２】
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１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、強度発現性を付与する点で、高性能減水剤が好ましい。
【００３３】
高性能減水剤の使用により、吹付厚さ、急結材の使用量、粉塵の発生量、及びリバウンド率の低減や、急結力の向上という効果を有する。
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、流動性確保の点で、ポリカルボン酸系高分子化合物が好ましい。
【００３４】
減水剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、固形分換算で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重量部未満だとリバウンド率が大きくなるおそれがあり、５重量部を越えると急結性吹付セメントコンクリートの粘性が強く、圧送性が低下し、リバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００３５】
水の使用量は、水／セメント比（以下Ｗ／Ｃという）で、３５〜６０％が好ましく、４０〜５０％がより好ましい。３５％未満だとミキサーで混練りできないおそれがあり、６０％を越えると強度発現性が小さく、却って急結材の使用量が多くなりコスト高になるおそれがある。
【００３６】
本発明で使用する粗骨材や細骨材等の骨材は急結性吹付セメントコンクリートに添加するものであり、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましいが、特に制限されるものではない。粗骨材としては最大直径５〜２０ｍｍが好ましく、圧送性の点で、最大直径５〜１５ｍｍがより好ましく、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用できる。
細骨材としては最大直径５ｍｍ以下が好ましく、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が挙げられる。
【００３７】
本発明において、各材料の混合方法は、吹付セメントコンクリートに急結材を混合して急結性吹付セメントコンクリートとした後、急結性吹付セメントコンクリートを吹付ける直前に凝結遅延剤を添加していれば、特に制限されるものではない。
【００３８】
又、繊維の混合方法は、急結性吹付セメントコンクリートに繊維を混合していれば特に限定されるものではなく、例えば、吹付セメントコンクリート側や急結材側へ予め繊維を添加する方法や、繊維のみを吹付セメントコンクリートや急結材と別個に添加する方法が挙げられ、これらを併用してもよい。
【００３９】
本発明の吹付工法では、例えば、強度等の要求される物性、経済性、及び施工性等から、乾式吹付法や湿式吹付法いずれも使用できる。
乾式吹付工法としては、セメント、骨材、及び急結材を混合し、空気圧送し、途中で、例えばＹ字管の一方から水を添加し、その後新たに取り付けたＹ字管の一方から凝結遅延剤を添加して湿潤状態で吹付ける方法や、セメントと、必要に応じて骨材とを混合して空気圧送し、途中で、急結材、及び水の順に吹付材料を添加し、その後新たに取り付けたＹ字管の一方から凝結遅延剤を添加して湿潤状態で吹付ける方法等が挙げられる。
湿式吹付工法としては、セメント、骨材、及び水を添加して混練し、空気圧送し、途中で、例えばＹ字管の一方から急結材を添加し、その後新たに取り付けたＹ字管の一方から凝結遅延剤を添加して吹付ける方法等が挙げられる。
【００４０】
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。通常、吹付圧力は３〜５kg/cm²、吹付速度は４〜２０m³/hである。
【００４１】
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、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、急結材の圧送には急結材圧送装置「ナトムクリート」等が使用できる。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００４３】
（実施例１）
各材料の単位量をセメント４５０kg/m³、細骨材１１８３kg/m³、粗骨材５３１kg/m³、及び水２０２kg/m³とし、さらにセメント１００重量部に対して減水剤０．８重量部と超微粉１０重量部、繊維を吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部混合して吹付コンクリートを調製した。
この吹付コンクリートをコンクリート圧送機「アリバ−２８０」を用いて圧送し、図１に示すように途中に設けたＹ字管Ａの一方より、急結材をセメント１００重量部に対して１０重量部、急結材圧送装置「ナトムクリート」により圧送して合流混合した。
さらに、急結材添加後の混合距離が３００ｍになるように設けたＹ字管Ｂを取り付け、Ｙ字管Ｂの一方より凝結遅延剤をセメント１００重量部に対して表１に示す重量部圧送して合流混合した。凝結遅延剤添加後の吐出距離を７５０ｍｍとし、吐出口から急結性吹付コンクリートを吹付けた。
この急結性吹付コンクリートを、吹付速度４ｍ³/hの条件で高さ４ｍ、幅４ｍのトンネル内に吹付けた。結果を表１と表２に示す。
【００４４】
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
急結材：カルシウムアルミネート／石膏＝１／１（重量比）からなる混合物。但し、カルシウムアルミネートは１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃組成に対応するもので、非晶質、ブレーン値６０５０ｃｍ²／ｇのものを使用し、石膏はＩＩ型無水石膏、ブレーン値６０５０ｃｍ²／ｇのものを使用した。
減水剤：高性能減水剤、ポリカルボン酸系高分子化合物、市販品
超微粉：市販シリカフューム、平均粒径１０μｍ以下
凝結遅延剤：炭酸塩、市販炭酸カリウム、粉末状
繊維：鋼繊維、長さ３０ｍｍ、比重７．８、市販品
細骨材：姫川水系細骨材、粗粒率２．８、最大直径５ｍｍ
粗骨材：姫川水系粗骨材、最大直径１０ｍｍ
【００４５】
（測定方法）
コンクリートのリバウンド率：急結性吹付コンクリートを３０分間吹付けた後、（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。
繊維のリバウンド率：コンクリートのリバウンド率測定において、（模擬トンネルに付着せずに落下した繊維の重量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性吹付コンクリート中の繊維の重量）×１００（％）で示した。なお、跳ね返った繊維の量は、跳ね返った急結性吹付コンクリートから繊維を磁石により吸引、収集し、繊維に付着したセメントを洗い流し、乾燥した後に測定した。
圧送性：急結性吹付コンクリートの圧送状況を観察した。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。
圧縮強度：調製した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時間以下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。
曲げ強度：土木学会基準「鋼繊維補強コンクリートの曲げ試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ５５２−１９９８３）」に準じて測定。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【表２】

【００４８】
【発明の効果】
本発明のように、凝結遅延剤を急結性吹付セメントコンクリートの吐出口先端近くで添加することにより、以下の効果を有する。
1)繊維のリバウンド率が大きく低下する。
2)吹付セメントコンクリートのリバウンド率が大きく低下する。
3)吹付時の粉塵量が低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吹付工法を示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ、ＢＹ字管
Ｃ吹付セメントコンクリート
Ｔ急結材
Ｒ凝結遅延剤
Ｓ急結性吹付セメントコンクリート
Ｘ混合距離
Ｙ吐出距離

Claims

セメント１００重量部に対して、固形分換算で０．０５〜５重量部の減水剤、セメント１００重量部に対して、１〜１００重量部の超微粉、及び、吹付セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部の鋼繊維を含有してなる吹付セメントコンクリートを空気圧送し、別系列で空気圧送したカルシウムアルミネート１００重量部と石膏２０〜２５０重量部を主成分とし、セメント１００重量部に対して、０．５〜２０重量部の急結材をＹ字管Ａで合流混合して急結性吹付セメントコンクリートとし、さらに、合流混合した位置から１００〜６００ｍｍ後方の位置で、別系列で空気圧送した粉末状の凝結遅延剤を、セメント１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部をＹ字管Ｂで合流混合し、粉末状の凝結遅延剤を急結性吹付セメントコンクリートに混合してから、急結性吹付セメントコンクリート吐出口までの距離を５００〜１５００ｍｍとし、急結性吹付コンクリートの吹付速度を４〜２０m ³ /hとすることにより、鋼繊維のリバウンド率を低減することを特徴とする急結性吹付セメントコンクリートの吹付工法。
急結性吹付コンクリートの吹付圧力は３〜５kg/cm ²とすることにより、鋼繊維のリバウンド率を低減することを特徴とする請求項１記載の急結性吹付セメントコンクリートの吹付工法。