JP4731702B2 - 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掘削工事において露出した地山面や地山が露出した法面が崩落するのを防止し、又、コンクリート構造物等を補修するために使用する吹付材料に関する。尚、本発明では、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い、水を含有しないセメントコンクリートをドライセメントコンクリート、水を含有するセメントコンクリートをウエットセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路や鉄道のトンネル掘削等においては、露出した地山面の崩落を防止するために、急結剤とコンクリートを混合した急結性コンクリートを吹付材料として用いる吹付工法が実施されている。この工法としては、通常、工事現場に設置したコンクリート製造設備で、セメント、骨材、及び水を練混ぜてコンクリートを調製し、アジテータ車で吹付現場まで運搬し、吹付機でコンクリートを空気搬送し、その途中に設けた混合管の一方より空気搬送された急結剤を合流混合し、急結性吹付コンクリートとして吹付けるＮＡＴＭ工法が挙げられる。
【０００３】
又、ＴＢＭ工法による掘削後の後吹きでは、予め水硬性材料と骨材を混合したドライモルタルを連続練混ぜ方式のミキサーポンプにより連続的に水と混合してウエットモルタルを調製、圧送し、液体急結剤と合流混合し、急結性吹付モルタルとして吹付ける工法が実施されている。
【０００４】
法面における吹付では、フリーフレーム工法にて吹付けたモルタルのダレを防止するために、水ガラスを主成分とした液体急結剤をコンクリートと合流混合し、急結性吹付コンクリートとして吹付ける工法が実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来からの各種吹付工法において、例えば、道路や鉄道のトンネル掘削における吹付工法では一般的に粉体急結剤を使用するため、吹付施工時に発生する粉塵により作業環境が悪化するおそれがある。そこで、粉塵に対する防護を十分にしなければならず、作業性が悪くなるという課題があった。
【０００６】
近年、コンクリートの早期劣化が問題となっており、急結性吹付コンクリートに対して凍結融解抵抗性、中性化に対する抵抗性、及び乾燥収縮抵抗性といった耐久性の向上が要求されている。そのため、急結性吹付コンクリートの高品質化を図る必要がある。しかしながら、従来の急結性吹付コンクリートを使用すると、０．１〜３ｍｍ程度の比較的大きな空隙の増加により急結性吹付コンクリート中の空隙の割合が急結剤を使用しない吹付コンクリートよりも多くなるので、耐久性が低下するおそれがあるという課題があった。
【０００７】
本発明者はこれらの課題を解決するために種々検討した結果、特定の吹付材料を用いることにより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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、セメント類とブレーン値で２０００ｃｍ ２ ／ｇ以上のカルシウムサルホアルミネート類を含有してなる水硬性材料１００質量部、粒径が２．５mm以下の骨材１５０〜３００質量部、濃度が３０〜６５％である高分子エマルジョン１〜２０質量部（固形分換算）、及び水を含有してなるセメントコンクリートを圧送し、圧送途中で、水硬性材料１００質量部に対して硫酸アルミニウム０．２〜１０質量部（成分換算）を含有してなる液状急結剤を合流混合して急結性セメントコンクリートを調製し、吹付けることを特徴とする吹付工法であり、さらに、微粉を含有してなる該吹付工法であり、さらに、粘性調整剤を含有してなる該吹付工法であり、さらに、繊維を含有してなる該吹付工法であり、微粉の粒度がブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上である該吹付工法であり、セメントコンクリートの水粉体比が３０〜７０％である該吹付工法であり、水硬性材料が、セメント類１００質量部とカルシウムサルホアルミネート類０．５〜８質量部を含有してなることを特徴とする該吹付工法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、水硬性材料、特定量の骨材、高分子エマルジョン、及び水を練混ぜてセメントコンクリートを調製し、このセメントコンクリートに、急結剤を合流混合することにより急結性セメントコンクリートを調製し、この急結性セメントコンクリートを吹付材料として吹付けるものである。特に高分子エマルジョンにより、流動性、付着性、凍結融解抵抗性、中性化に対する抵抗性、及び乾燥収縮抵抗性が向上し、粉塵、ミスト、及びリバウンドが少なく、初期や長期の強度発現性に優れるという効果を有するものである。
【００１１】
本発明で使用する水硬性材料としては、セメント類、セメント類とカルシウムサルホアルミネート類の混合物、並びに、セメント、カルシウムサルホアルミネート類、及びセッコウとの混合物等が挙げられる。これらの中では、初期強度発現性や反応活性に優れる点で、セメント類とカルシウムサルホアルミネート類の混合物が好ましい。
【００１２】
セメント類としては、普通、早強、中庸熱、超早強、及び低熱等の各種ポルトランドセメント、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、微粒子セメント等が挙げられる。
【００１３】
本発明で使用するカルシウムサルホアルミネート類としては、遊離石灰と無水石膏を焼結したもの等が挙げられる。カルシウムサルホアルミネート類の代わりにカルシウムアルミネート類を用いてもよい。
【００１４】
カルシウムサルホアルミネート類の中では、乾燥収縮抵抗性に優れる点で、Ｃ4Ａ3ＳＯ3（尚、ＣはＣａＯの略、ＡはＡｌ2Ｏ3の略）が好ましい。
【００１５】
カルシウムサルホアルミネート類の粒度は、反応性の点で、ブレーン値で２０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、３０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。２０００ｃｍ2／ｇ未満だと反応性が小さく、十分な効果を発揮できないおそれがある。
【００１６】
カルシウムサルホアルミネート類の使用量は、セメント類１００質量部に対して、０．５〜８質量部が好ましく、２〜７質量部がより好ましい。０．５質量部未満だと初期凝結を促進しにくく、乾燥収縮抵抗性の向上を促しにくいおそれがあり、８質量部を越えるとセメントコンクリートの流動性を阻害するおそれがある。
【００１７】
本発明で使用する骨材としては、川砂、山砂、海砂、及び石灰砂等が挙げられる。骨材は吹付現場で水硬性材料や水と練混ぜて使用してもよく、又、乾燥処理を行った骨材を水硬性材料と混合してプレミックスタイプのドライセメントコンクリートとし、このドライセメントコンクリートを現場に輸送してもよい。
【００１８】
骨材の粒径は、圧送性等の点で、２．５mm以下が好ましく、１．５mm以下がより好ましい。２．５mmを越えると圧送性が低下し、吹付けた時のリバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００１９】
骨材の使用量は、水硬性材料１００質量部に対して、１５０〜３００質量部であり、１８０〜２７０質量部が好ましい。１５０質量部未満だと乾燥収縮抵抗性が低下するおそれがあり、３００質量部を越えると吹付けた時のリバウンド率が大きくなるするおそれがある。
【００２０】
本発明で使用する高分子エマルジョンは、高分子化合物が水中に分散安定化した水系エマルジョンであり、通常市販されているものが使用できる。高分子エマルジョンは練り混ぜ時に空気を巻き込んで流動性を大きくし、急結性セメントコンクリート硬化後の保水性を高め、急結性セメントコンクリートの粒子表面を被覆するために、凍結融解抵抗性、中性化に対する抵抗性、及び乾燥収縮抵抗性を向上できる。従って、高分子エマルジョンを添加した急結性セメントコンクリートは耐久性に優れる。
【００２１】
高分子エマルジョン中の高分子化合物としては、急結性セメントコンクリート同士の接着性が大きいために耐久性が大きくなる等の点で、スチレン−ブタジエン系共重合体、ポリクロロプレン、ポリウレタン、アクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニル系共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル系共重合体等が挙げられる。これらの中では、セメント類との混和性が良くなり、セメントコンクリートや急結性セメントコンクリートの各種物性を向上できる点で、スチレン-ブタジエン系共重合体の使用が好ましい。
【００２２】
高分子エマルジョンの濃度は、３０〜６５％が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。３０％未満だと流動性や耐久性が向上しないおそれがあり、６５％を越えるとエマルジョン自体の安定性が悪く、流動性や耐久性が向上しないおそれがある。
【００２３】
高分子エマルジョンの使用量は、水硬性材料１００質量部に対して、固形分換算で１〜２０質量部が好ましく、３〜１５質量部がより好ましい。１質量部未満だと流動性や耐久性が向上しないおそれがあり、２０質量部を越えると凝結の開始が遅くなり、長期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２４】
さらに、本発明では、圧送性と吹付時の付着特性を向上するために、微粉を使用してもよい。
【００２５】
微粉の粒度は、圧送性と吹付時の付着特性の向上の点で、ブレーン値で３０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、７０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。
【００２６】
微粉としては、層状アルミノケイ酸塩類を主成分とするバイデライト、ベントナイト、メタカオリン、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、パイロフィライト、バーミキュライト、雲母、緑泥石、サポナイト、セピオライト、及び酸性白土等の粘土鉱物、微粉スラグ、微粉フライアッシュ、シリカフューム、及び石灰石粉末等が挙げられる。これらの中では、圧送性、流動性、及び吹付時の付着特性の点で、シリカフューム、石灰石粉末、及び粘土鉱物からなる群から選ばれる１種又は２種以上が好ましく、シリカフュームがより好ましい。
【００２７】
微粉の使用量は、水硬性材料１００質量部に対して、０．５〜５質量部が好ましく、１〜３質量部がより好ましい。０．５質量部未満だと吹付時の付着特性が向上しないおそれがあり、５質量部を越えると圧送性や流動性が低下するおそれがある。
【００２８】
さらに、本発明では、セメントコンクリートに粘性を付与し、吹付時の付着特性を向上する粘性調整剤を使用してもよい。
【００２９】
本発明で使用する粘性調整剤としては、親水性を有する高分子化合物が挙げられる。親水性高分子化合物としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルエチルセルロース、及びエチルセルロース等のセルロース類、アミロース、寒天、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、プルラン、及びグアガム等の多糖類、これらを骨格とする各種誘導体、ポリビニルアルコール、並びに、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。これらの中では、付着特性に優れ、強度発現性を阻害しにくい点で、セルロース類が好ましく、メチルセルロースがより好ましい。
【００３０】
粘性調整剤の使用量は、水硬性材料と必要に応じて使用する微粉の合計１００質量部に対して、０．０２〜０．３質量部が好ましく、０．０８〜０．２質量部がより好ましい。０．０２質量部未満だと粘性を付与しにくいおそれがあり、０．３質量部を越えると流動性が低下しすぎて圧送性に支障をきたすおそれがある。
【００３１】
さらに、本発明では、吹付により硬化した急結性セメントコンクリートの曲げ特性を向上し、剥離等でモルタルが落下するのを防止するために、繊維を使用してもよい。繊維は主にセメントコンクリート側に予め添加するが、急結剤側に予め添加してもよい。
【００３２】
繊維としては、鋼繊維、ガラス繊維、及び高分子繊維等が挙げられる。これらの中では、水硬性材料との分散性が良く、曲げ特性を向上する点で、高分子繊維が好ましい。高分子繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、及びアラミド繊維などが挙げられる。
これらの中では、曲げじん性の点で、ビニロン繊維が好ましい。
【００３３】
繊維の繊維長は２〜１５mmが好ましく、４〜１０mmがより好ましい。２mm未満だと曲げ特性が向上しないおそれがあり、１５mmを越えるとセメントコンクリートの圧送性に支障をきたすおそれがある。
【００３４】
繊維の使用量は、水硬性材料、骨材、及び必要に応じて使用する微粉と粘性調整剤の合計１００質量部に対して０．０５〜１質量部が好ましく、０．１〜０．８質量部がより好ましい。０．０５質量部未満だと曲げ特性を向上しないおそれがあり、１質量部を越えるとセメントコンクリートの流動性が低下し、圧送性に支障をきたすおそれがある。
【００３５】
本発明で使用する急結剤は、硫酸アルミニウムを含有する。急結剤の中では、急結剤中の成分を均一に分散でき、取り扱いが容易な点で、液状急結剤が好ましい。ここで、硫酸アルミニウムを含有する液状急結剤には、水溶液や懸濁液を含む。
【００３６】
硫酸アルミニウムとしては、一般に市販されている粉末状の硫酸アルミニウムが挙げられ、無水塩や含水塩いずれも使用できる。
【００３７】
液状急結剤中の固形分濃度は、２０〜４０％が好ましく、２５〜３５％がより好ましい。２０％未満だと初期凝結や初期強度発現性を阻害するおそれがあり、４０％を越えると長期強度発現性を阻害し、液状急結剤の粘度が大きくなり、圧送性が低下し、又、液状急結剤中の成分が均一に分散しにくくなり、液状急結剤の取り扱いが難しくなるおそれがある。
【００３８】
急結剤の使用量は、水硬性材料１００質量部に対して成分換算で、０．２〜１０質量部が好ましく、０．５〜８質量部がより好ましい。０．２質量部未満だと初期凝結を促しにくく、強度発現性が小さくなり、吹付時の付着特性が低下し、ダレやリバウンドが多くなるおそれがあり、１０質量部を越えると初期凝結が早すぎて配管内に固化物が付着するおそれがあり、長期強度発現性が小さくなるおそれがある。
【００３９】
さらに、本発明では、減水剤や凝結遅延剤を併用してもよい。
【００４０】
本発明のセメントコンクリートの水粉体比（Ｗ／Ｐ）は３０〜７０％が好ましく、３５〜６５％がより好ましい。３０％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や圧送性が低下するおそれがあり、７０％を越えると強度発現性や初期凝結に悪影響を与えるおそれがある。なお、ここでいう水には高分子エマルジョン中の水を考慮するが、液状急結剤中の水を考慮しない。粉体とは、水硬性材料、及び必要に応じて使用する微粉と粘性調整剤の合計をいう。
【００４１】
本発明の吹付材料の調製方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。急結剤をプランジャーポンプ等で、内側の壁面に幾つかの孔又は溝を設けた二重管の外側に圧送する。又、二重管の内側にはセメントコンクリートを圧送する。空気と混合してミスト状になった急結剤を、二重管の外側から二重管の孔又は溝を介して二重管の内側に圧送することによりセメントコンクリートと合流混合し、急結性セメントコンクリートとして吹付ける。
【００４２】
又、急結剤が液状である場合、その調製方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、粉体急結剤に通常使用している急結剤添加機を用いて空気輸送し、内側の壁面に幾つかの孔又は溝を設けた二重管の内側を通じて、二重管の外側からその孔又は溝を介して水と必要に応じて空気を輸送し、液状急結剤を調製する。調製された液状急結剤は空気と共にミスト状になり、セメントコンクリートと合流混合し、急結性セメントコンクリートとして吹付ける方法が挙げられる。
【００４３】
【実施例】
以下、実験例に基づき詳細に説明する。
【００４４】
実験例１
表１に示す水硬性材料１００質量部と骨材２００質量部を混合し、ドライセメントモルタルを調製した。このドライセメントモルタルに、水硬性材料１００質量部に対して固形分濃度で表１に示す質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合し、ウエットセメントモルタルを調製した。
このウエットセメントモルタルに、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加え、１０秒間練混ぜ、急結性セメントモルタルを調製した。得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフローを、得られた急結性セメントモルタルにつき凝結性状を測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
（使用材料）
水硬性材料ａ：普通ポルトランドセメント（比重３．１６、市販品）１００質量部とカルシウムサルホアルミネート類（主成分Ｃ4Ａ3ＳＯ3、ブレーン比表面積３５００ｃｍ2／ｇ）５質量部からなる混合物
水硬性材料ｂ：普通ポルトランドセメント、比重３．１６、市販品
水硬性材料ｃ：早強ポルトランドセメント（比重３．１４、市販品）１００質量部、カルシウムアルミネート類（主成分Ｃ12Ａ7、非晶質、ブレーン比表面積５９００ｃｍ2／ｇ）２質量部、及びセッコウ２質量部からなる混合物
骨材：新潟県青海町産石灰砂、粒径１．５mm以下、比重２．６７
高分子エマルジョン：スチレンーブタジエン系共重合体エマルジョン、固形分濃度４５％、市販品
硫酸アルミニウム：１２水塩、市販品
【００４６】
（測定方法）
モルタルフロー：急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつき、ＪＩＳＡ ５２０１に準じて測定した。
凝結性状：２０℃の条件下にて、液状急結剤を混合し、１０秒間練混ぜて調製した急結性セメントモルタルにつき、素早く型枠に充填してからプロクター貫入抵抗値が３．５Ｎ／ｍｍ2に達する迄の時間を始発とし、２８．０Ｎ／ｍｍ2に達する迄の時間を終結とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
実験例２
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、水硬性材料と骨材の合計１００質量部に対して表２に示す質量部の繊維、及び水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフローを、得られた急結性セメントモルタルにつき曲げじん性係数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２に示す。
【００４９】
（使用材料）
繊維Ａ：ビニロンファイバー、繊維長６mm、市販品
繊維Ｂ：ポリプロピレンファイバー、繊維長６mm、市販品
【００５０】
（測定方法）
曲げじん性係数：急結性セメントモルタルにつき、ＪＳＣＥ−Ｇ ５５２に準じて測定した。測定材齢は２８日である。
【００５１】
【表２】
【００５２】
実験例３
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョンと表３に示す質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、及び粘性調整剤の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに、水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフロー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。
【００５３】
（使用材料）
粘性調整剤：メチルセルロース、市販品
【００５４】
【表３】
【００５５】
実験例４
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、表４に示す質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフロー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４に示す。
【００５６】
（使用材料）
微粉：シリカフューム、比表面積７０００ｃｍ2／ｇ以上、市販品
【００５７】
【表４】
【００５８】
実験例５
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、２質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で表５に示す質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき凝結性状と角柱圧縮強度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５に示す。
【００５９】
（測定方法）
角柱圧縮強度：予め全ての材料温度を５℃に冷却した後に調製して得られた急結性セメントモルタルを素早く４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠に振動させながら詰め、所定材齢まで２０℃で養生した。尚、養生は温度２０℃、湿度６０％の気中養生を行い、圧縮強度の測定はＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じた。
【００６０】
【表５】
【００６１】
実験例６
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、２質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、表６に示す固形分濃度の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき凝結性状と角柱圧縮強度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６に示す。
【００６２】
【表６】
【００６３】
実験例７
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して表７に示す質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製した。このドライセメントモルタルをパン型ミキサーに投入し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合し、５分間練り混ぜ、ウエットセメントモルタルを調製した。次に、このウエットセメントモルタルをホッパーに落とし、スクイズポンプを用い、内径５０ｍｍの配管１０ｍを介して圧送した。このときの吐出能力は１．９ｍ3／ｈｒであった。得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタル圧送性を測定した。結果を表７に示す。
なお、実験例８以降において、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部、ノズル手前でウエットセメントモルタルと合流混合して急結性セメントモルタルを調製し、ノズルから吹付けるようにした。
【００６４】
（測定方法）
モルタル圧送性：急結剤を含有しないウェットセメントモルタルを圧送後、連続的にモルタルがホース先端より吐出する場合を○、吐出はできるが、不連続な吐出が少し認められる場合を△、不連続な吐出が多く、かつ、圧送抵抗がかかりホースが脈動する場合を×とした。
【００６５】
【表７】
【００６６】
実験例８
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して表８に示す質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタル圧送性を、得られた急結性セメントモルタルにつき付着特性を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表８に示す。
【００６７】
（測定方法）
付着特性：ノズルを固定して高さ４ｍ×幅４ｍ×長さ５ｍの模擬トンネルの側壁に急結性セメントモルタルを１５秒間吹付け、吹付面たる側壁から付着した急結性セメントモルタルの頂点までの距離を測定し、付着特性とした。
【００６８】
【表８】
【００６９】
実験例９
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、表９に示す質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタル圧送性を、得られた急結性セメントモルタルにつき付着特性を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表９に示す。
【００７０】
【表９】
【００７１】
実験例１０
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で表１０に示す質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつきダレ、リバウンド率、付着強度、及びノズルの閉塞状況を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１０に示す。
【００７２】
（測定方法）
ダレ：急結性セメントモルタルを２ｍ3／ｈの圧送速度で２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後の状態を観察した。ダレが生じなかったものを○とし、ダレが少し生じたものを△とし、ダレが多く生じたものを×とした。
リバウンド率：急結性セメントモルタルを２ｍ3／ｈの圧送速度で２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セメントモルタルの質量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性セメントモルタルの質量）×１００（％）で算出した。
付着強度：付着特性を付着強度でも示した。縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ６ｃｍの表面をチッピングしたコンクリート板に厚さ４〜６ｃｍになるように急結性セメントモルタルを吹付け、直ぐにその表面をキャッピングした。その後、温度２０℃、湿度６０％の条件下で２８日間気中養生し、４ｃｍ×４ｃｍになるように表面から碁盤目状にコンクリートカッターで切断し、建研式により付着強度を測定した。
ノズルの閉塞状況：急結性セメントモルタルをノズルから４分間吹付けた後、ノズル内部を観察し、内部断面の３０％以上が閉塞した場合を×、内部断面の１０〜３０％が閉塞した場合を△、内部断面の１０％未満が閉塞した場合を○とした。
【表１０】
【００７３】
実験例１１
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、表１１に示す固形分濃度の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき急結性モルタル圧送性を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１１に示す。
【００７４】
（測定方法）
急結性モルタル混和性：急結性セメントモルタルを２ｍ3／ｈの圧送速度で２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。急結性セメントモルタルの吹付面を指触し、硬化してる部分と硬化していない部分がある場合を×、硬化しているが硬さにばらつきがある場合を△、均一な硬さで硬化している場合を○とした。
【００７５】
【表１１】
【００７６】
実験例１２
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で表１２に示す質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつきサイクル数、中性化深さ、長さ変化、及び円柱圧縮強度を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１２に示す。
【００７７】
（測定方法）
サイクル数：耐凍結融解抵抗性につき、サイクル数で評価した。得られた急結性セメントモルタルを縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの箱型枠に吹付けた後、縦４０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ１０ｃｍの角柱を切断して取り出し、供試体とした。この供試体を用いて凍結融解試験をＪＳＣＥ−Ｇ ５０１に準じて測定した。相対動弾性係数を１５サイクル毎に評価し、相対動弾性係数が６０％以下を示したサイクル数を測定した。
中性化深さ：中性化に対する抵抗性につき、中性化深さで評価した。得られた急結性セメントモルタルを縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの箱型枠に吹付けた後、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱を切断して取り出し、供試体とした。この供試体を用いて促進中性化試験を行った。供試体を、温度２０℃、湿度６０％の条件下で、２８日間気中養生後、供試体の上面と下面をエポキシ樹脂でシールし、温度３０℃、湿度６０％、二酸化炭素濃度５％の条件下の促進中性化装置に貯蔵し、所定材齢における中性化深さを測定した。
長さ変化：乾燥収縮抵抗性につき、長さ変化で評価した。得られた急結性セメントモルタルを縦４ｃｍ×横４ｃｍ×厚さ１６ｃｍの三連型枠に吹付け、脱型したものを供試体とした。この供試体を用いて長さ変化試験を行った。供試体を、温度２０℃、湿度６０％の条件下で気中養生し、ＪＩＳ Ａ １１２９、ダイヤルゲージ方法に準じて、所定材齢における長さ変化を測定した。
円柱圧縮強度：得られた急結性セメントモルタルを縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの箱型枠に吹付けた後、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱を切断して取り出し、供試体とした。この供試体を用い、圧縮強度試験ををＪＩＳ Ａ １１０８に準じて測定した。
【００７８】
【表１２】
【００７９】
実験例１３
水硬性材料ａ１００質量部、表１３に示す質量部の骨材、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき長さ変化とリバウンド率を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１３に示す。
【００８０】
【表１３】
【００８１】
【発明の効果】
本発明の吹付材料を用いることにより、耐久性に優れた吹付構造物が得られる。特に、液状急結剤を使用すると粉塵、ミスト、及びリバウンドも少なく、長期強度も向上できる。
又、劣化が進行した表面部を削りとった後、本発明のセメントモルタルを吹付けてコンクリート構造物の補修した場合、補修箇所に１０cm以上の厚吹きができる。従って、鉄筋の裏側までセメントコンクリートを深くはつり取る場合の補修にも使用できる。
【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掘削工事において露出した地山面や地山が露出した法面が崩落するのを防止し、又、コンクリート構造物等を補修するために使用する吹付材料に関する。尚、本発明では、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い、水を含有しないセメントコンクリートをドライセメントコンクリート、水を含有するセメントコンクリートをウエットセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路や鉄道のトンネル掘削等においては、露出した地山面の崩落を防止するために、急結剤とコンクリートを混合した急結性コンクリートを吹付材料として用いる吹付工法が実施されている。この工法としては、通常、工事現場に設置したコンクリート製造設備で、セメント、骨材、及び水を練混ぜてコンクリートを調製し、アジテータ車で吹付現場まで運搬し、吹付機でコンクリートを空気搬送し、その途中に設けた混合管の一方より空気搬送された急結剤を合流混合し、急結性吹付コンクリートとして吹付けるＮＡＴＭ工法が挙げられる。
【０００３】
又、ＴＢＭ工法による掘削後の後吹きでは、予め水硬性材料と骨材を混合したドライモルタルを連続練混ぜ方式のミキサーポンプにより連続的に水と混合してウエットモルタルを調製、圧送し、液体急結剤と合流混合し、急結性吹付モルタルとして吹付ける工法が実施されている。
【０００４】
法面における吹付では、フリーフレーム工法にて吹付けたモルタルのダレを防止するために、水ガラスを主成分とした液体急結剤をコンクリートと合流混合し、急結性吹付コンクリートとして吹付ける工法が実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来からの各種吹付工法において、例えば、道路や鉄道のトンネル掘削における吹付工法では一般的に粉体急結剤を使用するため、吹付施工時に発生する粉塵により作業環境が悪化するおそれがある。そこで、粉塵に対する防護を十分にしなければならず、作業性が悪くなるという課題があった。
【０００６】
近年、コンクリートの早期劣化が問題となっており、急結性吹付コンクリートに対して凍結融解抵抗性、中性化に対する抵抗性、及び乾燥収縮抵抗性といった耐久性の向上が要求されている。そのため、急結性吹付コンクリートの高品質化を図る必要がある。しかしながら、従来の急結性吹付コンクリートを使用すると、０．１〜３ｍｍ程度の比較的大きな空隙の増加により急結性吹付コンクリート中の空隙の割合が急結剤を使用しない吹付コンクリートよりも多くなるので、耐久性が低下するおそれがあるという課題があった。
【０００７】
本発明者はこれらの課題を解決するために種々検討した結果、特定の吹付材料を用いることにより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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、セメント類とブレーン値で２０００ｃｍ ２ ／ｇ以上のカルシウムサルホアルミネート類を含有してなる水硬性材料１００質量部、粒径が２．５mm以下の骨材１５０〜３００質量部、濃度が３０〜６５％である高分子エマルジョン１〜２０質量部（固形分換算）、及び水を含有してなるセメントコンクリートを圧送し、圧送途中で、水硬性材料１００質量部に対して硫酸アルミニウム０．２〜１０質量部（成分換算）を含有してなる液状急結剤を合流混合して急結性セメントコンクリートを調製し、吹付けることを特徴とする吹付工法であり、さらに、微粉を含有してなる該吹付工法であり、さらに、粘性調整剤を含有してなる該吹付工法であり、さらに、繊維を含有してなる該吹付工法であり、微粉の粒度がブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上である該吹付工法であり、セメントコンクリートの水粉体比が３０〜７０％である該吹付工法であり、水硬性材料が、セメント類１００質量部とカルシウムサルホアルミネート類０．５〜８質量部を含有してなることを特徴とする該吹付工法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、水硬性材料、特定量の骨材、高分子エマルジョン、及び水を練混ぜてセメントコンクリートを調製し、このセメントコンクリートに、急結剤を合流混合することにより急結性セメントコンクリートを調製し、この急結性セメントコンクリートを吹付材料として吹付けるものである。特に高分子エマルジョンにより、流動性、付着性、凍結融解抵抗性、中性化に対する抵抗性、及び乾燥収縮抵抗性が向上し、粉塵、ミスト、及びリバウンドが少なく、初期や長期の強度発現性に優れるという効果を有するものである。
【００１１】
本発明で使用する水硬性材料としては、セメント類、セメント類とカルシウムサルホアルミネート類の混合物、並びに、セメント、カルシウムサルホアルミネート類、及びセッコウとの混合物等が挙げられる。これらの中では、初期強度発現性や反応活性に優れる点で、セメント類とカルシウムサルホアルミネート類の混合物が好ましい。
【００１２】
セメント類としては、普通、早強、中庸熱、超早強、及び低熱等の各種ポルトランドセメント、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、微粒子セメント等が挙げられる。
【００１３】
本発明で使用するカルシウムサルホアルミネート類としては、遊離石灰と無水石膏を焼結したもの等が挙げられる。カルシウムサルホアルミネート類の代わりにカルシウムアルミネート類を用いてもよい。
【００１４】
カルシウムサルホアルミネート類の中では、乾燥収縮抵抗性に優れる点で、Ｃ4Ａ3ＳＯ3（尚、ＣはＣａＯの略、ＡはＡｌ2Ｏ3の略）が好ましい。
【００１５】
カルシウムサルホアルミネート類の粒度は、反応性の点で、ブレーン値で２０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、３０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。２０００ｃｍ2／ｇ未満だと反応性が小さく、十分な効果を発揮できないおそれがある。
【００１６】
カルシウムサルホアルミネート類の使用量は、セメント類１００質量部に対して、０．５〜８質量部が好ましく、２〜７質量部がより好ましい。０．５質量部未満だと初期凝結を促進しにくく、乾燥収縮抵抗性の向上を促しにくいおそれがあり、８質量部を越えるとセメントコンクリートの流動性を阻害するおそれがある。
【００１７】
本発明で使用する骨材としては、川砂、山砂、海砂、及び石灰砂等が挙げられる。骨材は吹付現場で水硬性材料や水と練混ぜて使用してもよく、又、乾燥処理を行った骨材を水硬性材料と混合してプレミックスタイプのドライセメントコンクリートとし、このドライセメントコンクリートを現場に輸送してもよい。
【００１８】
骨材の粒径は、圧送性等の点で、２．５mm以下が好ましく、１．５mm以下がより好ましい。２．５mmを越えると圧送性が低下し、吹付けた時のリバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００１９】
骨材の使用量は、水硬性材料１００質量部に対して、１５０〜３００質量部であり、１８０〜２７０質量部が好ましい。１５０質量部未満だと乾燥収縮抵抗性が低下するおそれがあり、３００質量部を越えると吹付けた時のリバウンド率が大きくなるするおそれがある。
【００２０】
本発明で使用する高分子エマルジョンは、高分子化合物が水中に分散安定化した水系エマルジョンであり、通常市販されているものが使用できる。高分子エマルジョンは練り混ぜ時に空気を巻き込んで流動性を大きくし、急結性セメントコンクリート硬化後の保水性を高め、急結性セメントコンクリートの粒子表面を被覆するために、凍結融解抵抗性、中性化に対する抵抗性、及び乾燥収縮抵抗性を向上できる。従って、高分子エマルジョンを添加した急結性セメントコンクリートは耐久性に優れる。
【００２１】
高分子エマルジョン中の高分子化合物としては、急結性セメントコンクリート同士の接着性が大きいために耐久性が大きくなる等の点で、スチレン−ブタジエン系共重合体、ポリクロロプレン、ポリウレタン、アクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニル系共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル系共重合体等が挙げられる。これらの中では、セメント類との混和性が良くなり、セメントコンクリートや急結性セメントコンクリートの各種物性を向上できる点で、スチレン-ブタジエン系共重合体の使用が好ましい。
【００２２】
高分子エマルジョンの濃度は、３０〜６５％が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。３０％未満だと流動性や耐久性が向上しないおそれがあり、６５％を越えるとエマルジョン自体の安定性が悪く、流動性や耐久性が向上しないおそれがある。
【００２３】
高分子エマルジョンの使用量は、水硬性材料１００質量部に対して、固形分換算で１〜２０質量部が好ましく、３〜１５質量部がより好ましい。１質量部未満だと流動性や耐久性が向上しないおそれがあり、２０質量部を越えると凝結の開始が遅くなり、長期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２４】
さらに、本発明では、圧送性と吹付時の付着特性を向上するために、微粉を使用してもよい。
【００２５】
微粉の粒度は、圧送性と吹付時の付着特性の向上の点で、ブレーン値で３０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、７０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。
【００２６】
微粉としては、層状アルミノケイ酸塩類を主成分とするバイデライト、ベントナイト、メタカオリン、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、パイロフィライト、バーミキュライト、雲母、緑泥石、サポナイト、セピオライト、及び酸性白土等の粘土鉱物、微粉スラグ、微粉フライアッシュ、シリカフューム、及び石灰石粉末等が挙げられる。これらの中では、圧送性、流動性、及び吹付時の付着特性の点で、シリカフューム、石灰石粉末、及び粘土鉱物からなる群から選ばれる１種又は２種以上が好ましく、シリカフュームがより好ましい。
【００２７】
微粉の使用量は、水硬性材料１００質量部に対して、０．５〜５質量部が好ましく、１〜３質量部がより好ましい。０．５質量部未満だと吹付時の付着特性が向上しないおそれがあり、５質量部を越えると圧送性や流動性が低下するおそれがある。
【００２８】
さらに、本発明では、セメントコンクリートに粘性を付与し、吹付時の付着特性を向上する粘性調整剤を使用してもよい。
【００２９】
本発明で使用する粘性調整剤としては、親水性を有する高分子化合物が挙げられる。親水性高分子化合物としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルエチルセルロース、及びエチルセルロース等のセルロース類、アミロース、寒天、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、プルラン、及びグアガム等の多糖類、これらを骨格とする各種誘導体、ポリビニルアルコール、並びに、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。これらの中では、付着特性に優れ、強度発現性を阻害しにくい点で、セルロース類が好ましく、メチルセルロースがより好ましい。
【００３０】
粘性調整剤の使用量は、水硬性材料と必要に応じて使用する微粉の合計１００質量部に対して、０．０２〜０．３質量部が好ましく、０．０８〜０．２質量部がより好ましい。０．０２質量部未満だと粘性を付与しにくいおそれがあり、０．３質量部を越えると流動性が低下しすぎて圧送性に支障をきたすおそれがある。
【００３１】
さらに、本発明では、吹付により硬化した急結性セメントコンクリートの曲げ特性を向上し、剥離等でモルタルが落下するのを防止するために、繊維を使用してもよい。繊維は主にセメントコンクリート側に予め添加するが、急結剤側に予め添加してもよい。
【００３２】
繊維としては、鋼繊維、ガラス繊維、及び高分子繊維等が挙げられる。これらの中では、水硬性材料との分散性が良く、曲げ特性を向上する点で、高分子繊維が好ましい。高分子繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、及びアラミド繊維などが挙げられる。
これらの中では、曲げじん性の点で、ビニロン繊維が好ましい。
【００３３】
繊維の繊維長は２〜１５mmが好ましく、４〜１０mmがより好ましい。２mm未満だと曲げ特性が向上しないおそれがあり、１５mmを越えるとセメントコンクリートの圧送性に支障をきたすおそれがある。
【００３４】
繊維の使用量は、水硬性材料、骨材、及び必要に応じて使用する微粉と粘性調整剤の合計１００質量部に対して０．０５〜１質量部が好ましく、０．１〜０．８質量部がより好ましい。０．０５質量部未満だと曲げ特性を向上しないおそれがあり、１質量部を越えるとセメントコンクリートの流動性が低下し、圧送性に支障をきたすおそれがある。
【００３５】
本発明で使用する急結剤は、硫酸アルミニウムを含有する。急結剤の中では、急結剤中の成分を均一に分散でき、取り扱いが容易な点で、液状急結剤が好ましい。ここで、硫酸アルミニウムを含有する液状急結剤には、水溶液や懸濁液を含む。
【００３６】
硫酸アルミニウムとしては、一般に市販されている粉末状の硫酸アルミニウムが挙げられ、無水塩や含水塩いずれも使用できる。
【００３７】
液状急結剤中の固形分濃度は、２０〜４０％が好ましく、２５〜３５％がより好ましい。２０％未満だと初期凝結や初期強度発現性を阻害するおそれがあり、４０％を越えると長期強度発現性を阻害し、液状急結剤の粘度が大きくなり、圧送性が低下し、又、液状急結剤中の成分が均一に分散しにくくなり、液状急結剤の取り扱いが難しくなるおそれがある。
【００３８】
急結剤の使用量は、水硬性材料１００質量部に対して成分換算で、０．２〜１０質量部が好ましく、０．５〜８質量部がより好ましい。０．２質量部未満だと初期凝結を促しにくく、強度発現性が小さくなり、吹付時の付着特性が低下し、ダレやリバウンドが多くなるおそれがあり、１０質量部を越えると初期凝結が早すぎて配管内に固化物が付着するおそれがあり、長期強度発現性が小さくなるおそれがある。
【００３９】
さらに、本発明では、減水剤や凝結遅延剤を併用してもよい。
【００４０】
本発明のセメントコンクリートの水粉体比（Ｗ／Ｐ）は３０〜７０％が好ましく、３５〜６５％がより好ましい。３０％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や圧送性が低下するおそれがあり、７０％を越えると強度発現性や初期凝結に悪影響を与えるおそれがある。なお、ここでいう水には高分子エマルジョン中の水を考慮するが、液状急結剤中の水を考慮しない。粉体とは、水硬性材料、及び必要に応じて使用する微粉と粘性調整剤の合計をいう。
【００４１】
本発明の吹付材料の調製方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。急結剤をプランジャーポンプ等で、内側の壁面に幾つかの孔又は溝を設けた二重管の外側に圧送する。又、二重管の内側にはセメントコンクリートを圧送する。空気と混合してミスト状になった急結剤を、二重管の外側から二重管の孔又は溝を介して二重管の内側に圧送することによりセメントコンクリートと合流混合し、急結性セメントコンクリートとして吹付ける。
【００４２】
又、急結剤が液状である場合、その調製方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、粉体急結剤に通常使用している急結剤添加機を用いて空気輸送し、内側の壁面に幾つかの孔又は溝を設けた二重管の内側を通じて、二重管の外側からその孔又は溝を介して水と必要に応じて空気を輸送し、液状急結剤を調製する。調製された液状急結剤は空気と共にミスト状になり、セメントコンクリートと合流混合し、急結性セメントコンクリートとして吹付ける方法が挙げられる。
【００４３】
【実施例】
以下、実験例に基づき詳細に説明する。
【００４４】
実験例１
表１に示す水硬性材料１００質量部と骨材２００質量部を混合し、ドライセメントモルタルを調製した。このドライセメントモルタルに、水硬性材料１００質量部に対して固形分濃度で表１に示す質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合し、ウエットセメントモルタルを調製した。
このウエットセメントモルタルに、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加え、１０秒間練混ぜ、急結性セメントモルタルを調製した。得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフローを、得られた急結性セメントモルタルにつき凝結性状を測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
（使用材料）
水硬性材料ａ：普通ポルトランドセメント（比重３．１６、市販品）１００質量部とカルシウムサルホアルミネート類（主成分Ｃ4Ａ3ＳＯ3、ブレーン比表面積３５００ｃｍ2／ｇ）５質量部からなる混合物
水硬性材料ｂ：普通ポルトランドセメント、比重３．１６、市販品
水硬性材料ｃ：早強ポルトランドセメント（比重３．１４、市販品）１００質量部、カルシウムアルミネート類（主成分Ｃ12Ａ7、非晶質、ブレーン比表面積５９００ｃｍ2／ｇ）２質量部、及びセッコウ２質量部からなる混合物
骨材：新潟県青海町産石灰砂、粒径１．５mm以下、比重２．６７
高分子エマルジョン：スチレンーブタジエン系共重合体エマルジョン、固形分濃度４５％、市販品
硫酸アルミニウム：１２水塩、市販品
【００４６】
（測定方法）
モルタルフロー：急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつき、ＪＩＳＡ ５２０１に準じて測定した。
凝結性状：２０℃の条件下にて、液状急結剤を混合し、１０秒間練混ぜて調製した急結性セメントモルタルにつき、素早く型枠に充填してからプロクター貫入抵抗値が３．５Ｎ／ｍｍ2に達する迄の時間を始発とし、２８．０Ｎ／ｍｍ2に達する迄の時間を終結とした。
【００４７】
【表１】
実験例２
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、水硬性材料と骨材の合計１００質量部に対して表２に示す質量部の繊維、及び水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフローを、得られた急結性セメントモルタルにつき曲げじん性係数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２に示す。
【００４９】
（使用材料）
繊維Ａ：ビニロンファイバー、繊維長６mm、市販品
繊維Ｂ：ポリプロピレンファイバー、繊維長６mm、市販品
【００５０】
（測定方法）
曲げじん性係数：急結性セメントモルタルにつき、ＪＳＣＥ−Ｇ ５５２に準じて測定した。測定材齢は２８日である。
【００５１】
【表２】
実験例３
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョンと表３に示す質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、及び粘性調整剤の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに、水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフロー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。
【００５３】
（使用材料）
粘性調整剤：メチルセルロース、市販品
【００５４】
【表３】
実験例４
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、表４に示す質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタルフロー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４に示す。
【００５６】
（使用材料）
微粉：シリカフューム、比表面積７０００ｃｍ2／ｇ以上、市販品
【００５７】
【表４】
実験例５
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、２質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で表５に示す質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき凝結性状と角柱圧縮強度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５に示す。
【００５９】
（測定方法）
角柱圧縮強度：予め全ての材料温度を５℃に冷却した後に調製して得られた急結性セメントモルタルを素早く４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠に振動させながら詰め、所定材齢まで２０℃で養生した。尚、養生は温度２０℃、湿度６０％の気中養生を行い、圧縮強度の測定はＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じた。
【００６０】
【表５】
実験例６
ドライセメントモルタルに、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分濃度で５質量部の高分子エマルジョン、２質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａ、並びに水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、表６に示す固形分濃度の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき凝結性状と角柱圧縮強度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６に示す。
【００６２】
【表６】
実験例７
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して表７に示す質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製した。このドライセメントモルタルをパン型ミキサーに投入し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合し、５分間練り混ぜ、ウエットセメントモルタルを調製した。次に、このウエットセメントモルタルをホッパーに落とし、スクイズポンプを用い、内径５０ｍｍの配管１０ｍを介して圧送した。このときの吐出能力は１．９ｍ3／ｈｒであった。得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタル圧送性を測定した。結果を表７に示す。
なお、実験例８以降において、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部、ノズル手前でウエットセメントモルタルと合流混合して急結性セメントモルタルを調製し、ノズルから吹付けるようにした。
【００６４】
（測定方法）
モルタル圧送性：急結剤を含有しないウェットセメントモルタルを圧送後、連続的にモルタルがホース先端より吐出する場合を○、吐出はできるが、不連続な吐出が少し認められる場合を△、不連続な吐出が多く、かつ、圧送抵抗がかかりホースが脈動する場合を×とした。
【００６５】
【表７】
実験例８
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して表８に示す質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタル圧送性を、得られた急結性セメントモルタルにつき付着特性を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表８に示す。
【００６７】
（測定方法）
付着特性：ノズルを固定して高さ４ｍ×幅４ｍ×長さ５ｍの模擬トンネルの側壁に急結性セメントモルタルを１５秒間吹付け、吹付面たる側壁から付着した急結性セメントモルタルの頂点までの距離を測定し、付着特性とした。
【００６８】
【表８】
実験例９
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、表９に示す質量部の微粉、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結剤を含有しないウエットセメントモルタルにつきモルタル圧送性を、得られた急結性セメントモルタルにつき付着特性を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表９に示す。
【００７０】
【表９】
実験例１０
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で表１０に示す質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつきダレ、リバウンド率、付着強度、及びノズルの閉塞状況を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１０に示す。
【００７２】
（測定方法）
ダレ：急結性セメントモルタルを２ｍ3／ｈの圧送速度で２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後の状態を観察した。ダレが生じなかったものを○とし、ダレが少し生じたものを△とし、ダレが多く生じたものを×とした。
リバウンド率：急結性セメントモルタルを２ｍ3／ｈの圧送速度で２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セメントモルタルの質量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性セメントモルタルの質量）×１００（％）で算出した。
付着強度：付着特性を付着強度でも示した。縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ６ｃｍの表面をチッピングしたコンクリート板に厚さ４〜６ｃｍになるように急結性セメントモルタルを吹付け、直ぐにその表面をキャッピングした。その後、温度２０℃、湿度６０％の条件下で２８日間気中養生し、４ｃｍ×４ｃｍになるように表面から碁盤目状にコンクリートカッターで切断し、建研式により付着強度を測定した。
ノズルの閉塞状況：急結性セメントモルタルをノズルから４分間吹付けた後、ノズル内部を観察し、内部断面の３０％以上が閉塞した場合を×、内部断面の１０〜３０％が閉塞した場合を△、内部断面の１０％未満が閉塞した場合を○とした。
【表１０】
実験例１１
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、表１１に示す固形分濃度の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき急結性モルタル圧送性を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１１に示す。
【００７４】
（測定方法）
急結性モルタル混和性：急結性セメントモルタルを２ｍ3／ｈの圧送速度で２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。急結性セメントモルタルの吹付面を指触し、硬化してる部分と硬化していない部分がある場合を×、硬化しているが硬さにばらつきがある場合を△、均一な硬さで硬化している場合を○とした。
【００７５】
【表１１】
実験例１２
水硬性材料ａ１００質量部、骨材２００質量部、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で表１２に示す質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつきサイクル数、中性化深さ、長さ変化、及び円柱圧縮強度を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１２に示す。
【００７７】
（測定方法）
サイクル数：耐凍結融解抵抗性につき、サイクル数で評価した。得られた急結性セメントモルタルを縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの箱型枠に吹付けた後、縦４０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ１０ｃｍの角柱を切断して取り出し、供試体とした。この供試体を用いて凍結融解試験をＪＳＣＥ−Ｇ ５０１に準じて測定した。相対動弾性係数を１５サイクル毎に評価し、相対動弾性係数が６０％以下を示したサイクル数を測定した。
中性化深さ：中性化に対する抵抗性につき、中性化深さで評価した。得られた急結性セメントモルタルを縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの箱型枠に吹付けた後、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱を切断して取り出し、供試体とした。この供試体を用いて促進中性化試験を行った。供試体を、温度２０℃、湿度６０％の条件下で、２８日間気中養生後、供試体の上面と下面をエポキシ樹脂でシールし、温度３０℃、湿度６０％、二酸化炭素濃度５％の条件下の促進中性化装置に貯蔵し、所定材齢における中性化深さを測定した。
長さ変化：乾燥収縮抵抗性につき、長さ変化で評価した。得られた急結性セメントモルタルを縦４ｃｍ×横４ｃｍ×厚さ１６ｃｍの三連型枠に吹付け、脱型したものを供試体とした。この供試体を用いて長さ変化試験を行った。供試体を、温度２０℃、湿度６０％の条件下で気中養生し、ＪＩＳ Ａ １１２９、ダイヤルゲージ方法に準じて、所定材齢における長さ変化を測定した。
円柱圧縮強度：得られた急結性セメントモルタルを縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの箱型枠に吹付けた後、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの円柱を切断して取り出し、供試体とした。この供試体を用い、圧縮強度試験ををＪＩＳ Ａ １１０８に準じて測定した。
【００７８】
【表１２】
実験例１３
水硬性材料ａ１００質量部、表１３に示す質量部の骨材、微粉２質量部、水硬性材料と微粉の合計１００質量部に対して０．１質量部の粘性調整剤、並びに、水硬性材料、骨材、粘性調整剤、及び微粉の合計１００質量部に対して０．５質量部の繊維Ａからなるドライセメントモルタルを調製し、水硬性材料ａ１００質量部に対して固形分換算で５質量部の高分子エマルジョンと水粉体比４５％の水を混合してウエットセメントモルタルを調製し、硫酸アルミニウムからなり、固形分濃度２７％の液状急結剤を水硬性材料１００質量部に対して固形分換算で５質量部加えて急結性セメントモルタルを調製し、得られた急結性セメントモルタルにつき長さ変化とリバウンド率を測定したこと以外は、実験例７と同様に行った。結果を表１３に示す。
【００８０】
【表１３】
【発明の効果】
本発明の吹付材料を用いることにより、耐久性に優れた吹付構造物が得られる。特に、液状急結剤を使用すると粉塵、ミスト、及びリバウンドも少なく、長期強度も向上できる。
又、劣化が進行した表面部を削りとった後、本発明のセメントモルタルを吹付けてコンクリート構造物の補修した場合、補修箇所に１０cm以上の厚吹きができる。従って、鉄筋の裏側までセメントコンクリートを深くはつり取る場合の補修にも使用できる。
Claims (7)
- セメント類とブレーン値で２０００ｃｍ ２ ／ｇ以上のカルシウムサルホアルミネート類を含有してなる水硬性材料１００質量部、粒径が２．５mm以下の骨材１５０〜３００質量部、濃度が３０〜６５％である高分子エマルジョン１〜２０質量部（固形分換算）、及び水を含有してなるセメントコンクリートを圧送し、圧送途中で、水硬性材料１００質量部に対して硫酸アルミニウム０．２〜１０質量部（成分換算）を含有してなる液状急結剤を合流混合して急結性セメントコンクリートを調製し、吹付けることを特徴とする吹付工法。
- さらに、微粉を含有してなる請求項１記載の吹付工法。
- さらに、粘性調整剤を含有してなる請求項１又は２記載の吹付工法。
- さらに、繊維を含有してなる請求項１〜３のうちの１項記載の吹付工法。
- 微粉の粒度がブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上である請求項２記載の吹付工法。
- セメントコンクリートの水粉体比が３０〜７０％である請求項１〜５のうちの１項記載の吹付工法。
- 水硬性材料が、セメント類１００質量部とカルシウムサルホアルミネート類０．５〜８質量部を含有してなることを特徴とする請求項１〜６のうちの１項記載の吹付工法。
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