JP4727161B2 - シールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、上記シールド掘進機10を推進ジャッキ17により推進させる際には、シールドの反力を上記コンクリートが打設された内型枠13に負担させていることから、上記内型枠13と上記覆工コンクリート16面に初期に所要の付着強度が必要であり、そのため、上記コンクリートには、耐水性とともに、所要の短期強度の発現性(早強性)、地下水中での打込みで目標強度を満足する耐水性が要求される。
また、上記コンクリートは、一般に、図示しないコンクリートポンプからコンクリート打設管18まで圧送されため、流動性、材料分離抵抗性、及び、ポンプ圧送性にも優れている必要がある(例えば、特許文献1参照)。
高流動コンクリートは、セメント、水、骨材に、高性能AE減水剤などのコンクリート用化学混和剤を添加して流動性を高めるとともに、各種無機粉体や増粘剤を添加して材料分離抵抗性を向上させたもので、打込み時の省人化を図ることができるとともに、締め固め作業に伴う騒音を解消することができることから、多方面に使用されており、特に、鉄筋の混み入った型枠内へ大量のコンクリートを打設する構造物などに有効である。
水中不分離性コンクリートは、セメント、水、骨材に、セルロース系またはアクリル系の水溶性高分子を主成分とする水中不分離性混和剤を配合することにより、コンクリートの粘性及び耐水性を高めるようにしたもので、水中に直接打込んでも材料分離が少なく品質の信頼性を向上させることができる。
上記添加剤は第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)とを含有する添加剤であり、上記化合物(A)と化合物(B)との組み合わせとしては、(1)両性界面活性剤から選ばれる化合物(A)とアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物(B)との組み合わせ、または、(2)カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物(A)とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物(B)との組み合わせ、(3)カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物(A)と臭素化合物から選ばれる化合物(B)との組み合わせ、から選択される。上記添加剤の配合量は、目的とする粘性及び空隙の均一性の程度により適宜選択されるが、好ましい配合量としては、セメントあるいは高炉スラグなどの水硬化性粉体に対して、化合物(A)と化合物(B)の合計が0.01〜1重量%、特に好ましくは0.1〜0.5重量%であり、これにより、空隙率が20〜30%の連続した空隙を含む強度の高い透水性コンクリートを得ることができる。
また、水中不分離性コンクリートは、耐水性に加えて、流動性、材料分離抵抗性には優れているが、早強性に問題があるため、シールドの反力を負担するだけの十分な初期強度が得られないといった問題点があった。
すなわち、本発明の請求項1に記載の発明は、シールド工法における覆工コンクリート直打ち工法(以下、シールド直打ち工法という)の直打ちコンクリートに用いられる、セメント、水、細骨材、粗骨材にコンクリート用化学混和剤及び増粘性混和剤を添加し混練して成るコンクリート組成物の製造方法であって、上記増粘性混和剤が、カチオン性界面活性剤から選ばれる第1の水溶性低分子化合物(A)とアニオン性芳香族化合物から選ばれる第2の水溶性低分子化合物(B)とを含有する添加剤で、上記粗骨材の最大寸法が13mmで、細骨材率が30〜45%であり、セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤と、上記第2の水溶性低分子化合物(B)とを添加して混練した後、上記混練物に上記第1の水溶性低分子化合物(A)を添加して再度混練し、しかる後に、粗骨材を加えて混練して上記コンクリート組成物を製造するようにしたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法において、上記コンクリート組成物における水セメント比を30〜40%としたことを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法において、上記コンクリート用化学混和剤として、カルボキシル基含有ポリエーテル系減水剤を用いるとともに、上記減水剤を、セメントに対して、0.5〜5.0重量%の割合で配合したものである。
このとき、水セメント比を30〜40%とすることにより、早強性、耐水性を更に向上させることができる。
また、上記コンクリート組成物を製造する際に、セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤と上記第2の水溶性低分子化合物(B)とを添加して混練した後、上記混練物に上記第1の水溶性低分子化合物(A)を添加して再度混練し、しかる後に、粗骨材を加えて混練してコンクリート組成物を製造するようにしたので、シールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物を効率よく製造することができる。
図1は、本発明の最良の形態に係るシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法の概要を示す図で、本発明のコンクリート組成物は、セメント、水、粗骨材、細骨材に、コンクリート用化学混和剤を配合するとともに、増粘性混和剤として、カチオン性界面活性剤から選ばれる第1の水溶性低分子化合物(A)と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第2の水溶性低分子化合物(B)とを含有する増粘性混和剤を用いたもので、その製造方法としては、まず、コンクリートプラントAのミキサー1にて、セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤と、上記第2の水溶性低分子化合物(B)とを練り混ぜた後、この混練物に上記第1の水溶性低分子化合物(A)を添加して再度混練し、最後に粗骨材を加えて混練してコンクリート組成物を作製する。この混練された混練物を運搬車輌2のトラックアジテータ3に積み込んで混練しながら工事現場Bに運搬して荷卸しし、これを図示しないコンクリートポンプに装填して、上記図5に示したコンクリートを打設するための加圧ジャッキ15に連結されたコンクリート打設管18に圧送して覆工コンクリート16を構築する。
上記セメントとしては、特に限定されるものではなく、石灰石・粘土・酸化鉄などを原料とした普通ポルトランドセメント,早強ポルトランドセメント,中庸熱ポルトランドセメント,白色ポルトランドセメントなどのポルトランドセメントや、高炉セメント,フライアッシュセメント,シリカセメントなどの混合セメントを用いることができるが、特に、早強ポルトランドセメントを用いることが好ましい。
このとき、水セメント比(W/C)としては、30〜40%とすることが好ましく、35%前後とすることが特に好ましい。水セメント比が30%未満であると粘性が高くなり流動性が低下するだけでなく、セメントの割合が多くなるため水和発熱が大きくなり、温度ひび割れが発生し易くなる。また、40%を超えると、同じ粘性を得るためには上記第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)とを余分に入れる必要があるが、それでも早強性は低下してしまうので、30〜40%とすることが好ましい。
また、粗骨材としては、径の大きな粗骨材を用いた場合には、所用のスランプを得るための単位水量が小さくなり経済的ではあるが、その最大寸法については、鉄筋間隔、かぶり厚さを考慮する必要がある。また、最大寸法が過大であるとコンクリートの扱いが困難となる、材料が分離し易くなる、ポンプ圧送性が低下する、などの問題点があるので、粗骨材の最大寸法は過大とならないよう考慮する必要がある。例えば、3インチ配管で圧送するような条件であれば、水セメント比を40%以下、粗骨材の最大寸法を13mm程度とし、細骨材の割合(S/a)を従来よりも低く設定することにより、高流動性やポンプ圧送性及び材料分離抵抗性を確保しつつ、早強性を有するコンクリートの作製が可能である。
なお、上記細骨材は、10mm網ふるいを全て通過し、5mm網ふるいを85重量%以上通過する骨材で、粗骨材は、5mm網ふるいを85重量%以上通過しない骨材であって、一般には、いずれも川砂,海砂,山砂,砕石などから得られる。
また、上記コンクリート用化学混和剤としては、リグニン系、ポリカルボン酸系、メラミン系、ナフタリン系、あるいは、アミノスルホン酸系などのポリエーテル系減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤などの、通常使用されているコンクリート用化学混和剤の中から適宜選択することができる。中でも、上記増粘性混和剤との相溶性に優れたカルボキシル基含有ポリエーテル系減水剤を、上記早強セメントに対して、好ましくは0.5〜5.0重量%の割合、特に好ましくは1.0〜5.0重量%の割合で配合することにより、早強性を確実に発現させることができる。
本例では、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)とを単位水量に対して、それぞれ0.5〜5.0重量%の割合で配合するとともに、、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)とをある一定の割合でセメント中に混入するようにしている。
また、従来の水中不分離コンクリートで使用されていた水中不分離材料(混和剤)は、増粘性混和剤がセメント粒子に吸着するために硬化遅延を起こすが、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)とがある一定の割合(例えば、2:5〜5:2の範囲)でセメント中に混入されると、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)とが電気的に配列して擬似ポリマーを形成して増粘機能を発揮することから、セメント粒子に影響を与えないので、上記のような硬化遅延を起こさない。
したがって、シールド直打ち工法のコンクリートとして最適に用いられる、早強性に優れるとともに、優れた耐水性を有するコンクリート組成物を得ることができる。なお、実験の結果では、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と第2の水溶性低分子化合物(B)との配合の割合は、1:1の場合が最適であった。
これは、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と上記第2の水溶性低分子化合物(B)とを同時に添加すると、上記第1の水溶性低分子化合物(A)と上記第2の水溶性低分子化合物(B)とが不均質な状態で擬似ポリマーを形成してしまうので、擬似ポリマーを均質な状態で形成させて所望の特性を得るためには長時間の混練が必要となるためである。
また、上記第1の水溶性低分子化合物(A)を先に加えると、混練の際に泡が発生してコンクリートの空気量が多くなり、強度の低下や比重の減少等が起こる場合がある。
あるいは、図2(b)に示すように、コンクリートプラントAのミキサー1にて、セメント、水、細骨材、粗骨材、コンクリート用化学混和剤を練り混ぜ、この混練物を運搬車輌2のトラックアジテータ3に積み込んで低速攪拌しながら工事現場Bに運搬し、工事現場Bにて上記第2の水溶性低分子化合物(B)を添加して上記トラックアジテータ3で高速攪拌した後、上記混練物に上記第1の水溶性低分子化合物(A)を添加して更に高速攪拌して上記コンクリート組成物を製造するようにしてもよい。
上記コンクリート組成物につき、以下の材料試験を行ない、その特性を従来の高流動コンクリート及び水中コンクリートと比較した結果を図4の表に示す。
なお、比較に使用した高流動コンクリートは、「高流動コンクリート施工指針」に、水中コンクリートは、「水中不分離性コンクリート設計施工指針(案)」に基づき作製した。
(1)初期性状;スランプフロー試験(5分,10分)、空気量試験、コンクリート温度
(2)フレッシュコンクリート経時変化保持性;初期性状試験項目を練りあがり0,60
,120,180,240分で行う。
(3)水中不分離性;水中にフレッシュコンクリートを落下させpHを測定
(4)水密性;フレッシュコンクリートの円柱供試体を作製し、その供試体に水圧をかけ
、透過した水量を測定するとともに強度試験を実施
(5)粘性試験;23度の傾斜面にコンクリートを流し、その速度を測定
(6)圧縮強度試験;JIS A 1108に準拠して実施
(7)ポンプ圧送試験;3インチ配管で圧送性を確認(管内圧力損失測定、コンクリート
の圧力ロスの確認)
(8)収縮量の測定;長さ変化試験により収縮量を測定
図4の表から明らかなように、本発明のコンクリート組成物は、流動性、材料分離抵抗性、及び、早強性に優れているだけでなく、耐水性についても優れた特性を有することが確認された。
50 地山。
Claims (4)
- シールド工法の直打ちコンクリートに使用される、セメント、水、細骨材、粗骨材にコンクリート用化学混和剤及び増粘性混和剤を添加し混練して成るコンクリート組成物の製造方法であって、
上記増粘性混和剤が、カチオン性界面活性剤から選ばれる第1の水溶性低分子化合物(A)とアニオン性芳香族化合物から選ばれる第2の水溶性低分子化合物(B)とを含有する添加剤で、
上記粗骨材の最大寸法が13mmで、
細骨材率が30〜45%であり、
セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤と上記第2の水溶性低分子化合物(B)とを添加して混練した後、上記混練物に上記第1の水溶性低分子化合物(A)を添加して再度混練し、しかる後に、粗骨材を加えて混練することを特徴とするシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法。 - 上記コンクリート組成物における水セメント比を30〜40%としたことを特徴とする請求項1に記載のシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法。
- 上記化合物(A)と上記化合物(B)とを、単位水量に対して、それぞれ0.5〜5.0重量%の割合で配合したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法。
- 上記コンクリート用化学混和剤として、カルボキシル基含有ポリエーテル系減水剤を用いるとともに、上記減水剤をセメントに対して、0.5〜5.0重量%の割合で配合したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のシールド直打ち工法に用いられるコンクリート組成物の製造方法。
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