JP4837172B2

JP4837172B2 - 吹付工法

Info

Publication number: JP4837172B2
Application number: JP2001019562A
Authority: JP
Inventors: 晃渡辺; 積石田; 昌浩岩崎
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2002226247A

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において、崩落を防止するための吹付工法に関する。尚、本発明でいうセメントコンクリートとは、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面の崩落を防止するために、エアー圧送又はポンプ圧送されたセメントコンクリートと、エアー圧送された急結剤とを、Ｙ字管等で混合し、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行われている。
【０００３】
吹付工法に使用される急結剤は大きく分類すると、カルシウムアルミネート等を主成分とする粉体急結剤とアルカリアルミン酸塩や硫酸アルミニウム等を主成分とする液体急結剤の２種類が挙げられる。
【０００４】
粉体急結剤と液体急結剤にはそれぞれ特徴があり、その特性は大きく異なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
粉体急結剤の特性としては、セメントコンクリートと混合した時の凝結促進作用や強度発現性が大きく、湧水部への吹付に大きな効果を示すことが挙げられる。しかしながら、粉体急結剤の急結剤供給装置が大規模で、かつ、圧縮空気を調製し、圧送するコンプレッサー等の装置が別に必要であり、更に、粉体急結剤を空気圧送してセメントコンクリートと混合した時に粉体急結剤の一部が作業空間に粉塵として飛散する等の課題があった。
【０００６】
又、液体急結剤の特性としては、急結剤供給装置が簡易であること、セメントコンクリートへの供給に定量性があること、セメントコンクリートとの混合が良好であること、急結性セメントコンクリートの地山への付着力が良好であり、跳ね返り率が少ないこと等が挙げられる。しかしながら、セメントコンクリートと混合した時の凝結促進作用が粉体急結剤と比較して弱く、軟弱な地山や湧水部への吹付に使用できない等の課題があった。
【０００７】
本発明者は前記課題を解消すべく種々検討した結果、液体急結剤と粉体急結剤を併用することにより、簡単な設備で吹付でき、凝結性状と強度性状のいずれも向上できる吹付材料を見出し、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、急結剤を含有していないセメントコンクリート、液体急結剤、及び、硫酸アルミニウムを含有してなるアルカリフリー粉体急結剤を圧送、合流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、セメント１００質量部に対して０．０５〜５質量部の減水剤を、急結剤を含有していないセメントコンクリート側に含有してなることを特徴とする該吹付工法であり、液体急結剤の成分濃度が、２０〜３５％である該吹付工法であり、液体急結剤の使用量が、セメント１００質量部に対して、５〜１２質量部である該吹付工法であり、液体急結剤の使用量が、セメント１００質量部に対して、７〜１２質量部である該吹付工法であり、減水剤がポリエチレングリコールであることを特徴とする該吹付工法であり、急結剤を含有していないセメントコンクリート、液体急結剤、及びアルカリフリー粉体急結剤を一括混合して急結性セメントコンクリートとすることを特徴とする該吹付工法であり、急結性セメントコンクリートが細骨材と水を含有してなることを特徴とする該吹付工法であり、急結性セメントコンクリートが粗骨材と水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、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１０】
即ち、本発明は、粉末急結剤と液体急結剤を個別に空気圧送し、次いでセメントコンクリートと直ちに合流させて吹付けるものである。液体急結剤の作用により急結性セメントコンクリートの跳ね返り率が少なくなり、粉体急結剤の作用により凝結性状や強度の増大を可能にするものである。
【００１１】
本発明に係るセメントとしては、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、並びに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が挙げられる。セメントとしては、低跳ね返り率、粉塵量の低減、圧送性、強度発現性、及び施工容易性等、吹付施工に要求される性能に適したセメントを選択できる。これらの中では、安価で一般的な点で、普通ポルトランドセメント及び／又は早強ポルトランドセメントが好ましい。
【００１２】
本発明に係る骨材は細骨材と粗骨材のいずれもが使用できる。細骨材としては、天然砂、珪砂、及び石灰砂等が挙げられる。細骨材の最大粒径は２．５ｍｍ以下が好ましい。２．５ｍｍを越えると圧送性が低下し、吹付時の跳ね返りが多くなるおそれがある。粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が挙げられる。粗骨材の最大粒径は５〜１５ｍｍ以下が好ましい。１５ｍｍを越えると吹付時の跳ね返りが多くなるおそれがある。
【００１３】
さらに本発明では、セメントコンクリートの流動性を改善するために、減水剤を使用してもよい。
【００１４】
本発明に係る減水剤は、液体や粉体いずれも使用できる。
【００１５】
減水剤としては、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、これらの一種又は二種以上が使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、高性能減水剤が好ましい。
【００１６】
高性能減水剤としては、ポリエチレングリコール等のポリオール誘導体、ナフタレンスルホン酸等の芳香族スルホン酸及び／又は芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物等の芳香族スルホン酸系高性能減水剤、ポリカルボン酸系高性能減水剤、メラミン系高性能減水剤、及びこれらの混合物等が挙げられる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、ポリオール誘導体が好ましい。
【００１７】
減水剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．０５〜５質量部が好ましく、０．１〜３質量部がより好ましい。０．０５質量部未満だと流動性改善の効果が小さくなり、粉塵やリバウンドが多くなり、凝結性状が悪くなり、５質量部を越えるとセメントコンクリートが分離するおそれがある。
【００１８】
本発明に係る粉体急結剤は、長期強度発現性の点で、アルカリフリー粉体急結剤を使用する。アルカリフリー粉体急結剤はセメントコンクリートに混合できるものであれば特に制限はない。アルカリフリー粉体急結剤としては、カルシウムアルミネート類や硫酸アルミニウム等が挙げられる。アルカリフリー粉体急結剤の中では、凝結硬化が早い点で、カルシウムアルミネート類が好ましく、強度発現性が良好な点で、硫酸アルミニウムが好ましい。
【００１９】
尚、本発明で使用するカルシウムアルミネート類とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等とを混合して、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物質、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。
【００２０】
カルシウムアルミネート類の中では、反応活性に優れる点で、Ｃ₁₂Ａ₇（ＣはＣａＯの略、ＡはＡｌ₂Ｏ₃の略）が好ましく、非晶質のＣ₁₂Ａ₇がより好ましい。
【００２１】
カルシウムアルミネート類の粒度は、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。
【００２２】
アルカリフリー粉体急結剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、１〜１０質量部が好ましく、３〜８質量部がより好ましい。１質量部未満だと凝結性状や初期強度発現性が弱いおそれがあり、１０質量部を越えると粉塵やリバウンドが増加するおそれがある。
【００２３】
本発明に係る液体急結剤は、セメントコンクリートに混合できるものであれば特に制限はなく、液体急結剤としては、アルミン酸ナトリウム等のアルカリ金属アルミン酸塩やケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩等の無機塩系といったアルカリ含有液体急結剤や、硫酸アルミニウム等のアルカリフリー液体急結剤が挙げられる。これらの中では、長期強度発現性の良好な点で、アルカリフリー急結剤が好ましく、硫酸アルミニウムがより好ましい。
【００２４】
液体急結剤中の成分濃度は、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強度発現性を阻害するおそれがあり、４０％を越えると液体急結剤の粘度が大きくなり、圧送性が低下し、又、液体急結剤中の成分が均一に分散しにくくなり、液体急結剤の取り扱いが難しくなるおそれがある。
【００２５】
液体急結剤の使用量はセメント１００質量部に対して、３〜１２質量部が好ましく、５〜９質量部がより好ましい。３質量部未満だと付着不良やダレが発生し、初期強度発現が弱いおそれがあり、１２質量部を越えると配管が閉塞し、経済的に好ましくないおそれがある。
【００２６】
本発明に係る水セメント比（Ｗ／Ｃ）は３０〜７５％が好ましく、３５〜７０％がより好ましく、３５〜６５％が最も好ましい。３０％未満だと吹付セメントコンクリートの粘性が大きく吹付作業性が低下し、７５％を越えると強度発現性や凝結性状に悪影響を与えるおそれがある。尚、ここでいう水セメント比の水には液体急結剤中の水は考慮されない。
【００２７】
本発明は急結剤を含有していないセメントコンクリート、アルカリフリー粉体急結剤、及び液体急結剤を混合して急結性セメントコンクリートとする。本発明に係る急結性セメントコンクリートの混合方法としては、まず急結剤を含有していないセメントコンクリートと液体急結剤を混合し、次いでアルカリフリー粉体急結剤を混合して急結性セメントコンクリートとしても良く、セメントコンクリート、アルカリフリー粉体急結剤、及び液体急結剤を一括混合して急結性セメントコンクリートとしても良い。
【００２８】
本発明の吹付工法については、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、特に限定するものではなく、例えば、セメントコンクリートの圧送にはアリバー社製「アリバ２８５」やピストン式のコンクリートポンプ等も使用できる。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。
【００２９】
【実施例】
以下、実験例に基づき詳細に説明する。
【００３０】
実験例１
Ｗ／Ｃ=４５％、セメント／細骨材比（Ｃ／Ｓ）＝１／２のモルタルを調製した。このモルタルに、セメント１００質量部に対して、減水剤１．２質量部、液体急結剤７質量部、及び表１に示す量のアルカリフリー粉体急結剤を添加し、急結性モルタルを調製した。得られた急結性モルタルにつき、試験温度２０℃の条件下で、プロクター貫入抵抗値と圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
（使用材料）
セメント：市販品、普通ポルトランドセメント、比重３．１６
細骨材：新潟県姫川産天然砂、細骨材の最大粒径２．５ｍｍ以下、比重２．６２
液体急結剤：アルカリフリー液体急結剤、硫酸アルミニウム系液体急結剤、成分濃度２７％
アルカリフリー粉体急結剤ａ：硫酸アルミニウム系粉体急結剤
アルカリフリー粉体急結剤ｂ：非晶質、Ｃ₁₂Ａ₇、ブレーン値６０５０ｃｍ²／ｇのカルシウムアルミネート類
減水剤：高性能減水剤、ポリエチレングリコール、液状、固形分濃度４０％、市販品
【００３２】
（測定方法）
プロクター貫入抵抗値：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）」に準じて測定した。
圧縮強度：ＪＩＳＲ５２０１に準じて、２０℃、所定の材齢で測定した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
実験例２
セメント４５０ｋｇ／ｍ^３、粗骨材５１９ｋｇ／ｍ^３、細骨材１２００ｋｇ／ｍ^３、減水剤５．４ｋｇ／ｍ^３、及び水２０３ｋｇ／ｍ^３とし、プレーンスランプ２０ｃｍのコンクリートを調製した。このコンクリートをピストン式のコンクリートポンプで圧送した。圧送途中で四方管を設けてその一方にコンクリートを圧送した。このコンクリートに、四方管のもう一方から液体急結剤をセメント１００質量部に対して７質量部、四方管の更にもう一方から表２に示すアルカリフリー粉体急結剤をセメント１００質量部に対して表２に示す質量部、それぞれ添加し、急結性コンクリートを調製した。得られた急結性コンクリートにつき、試験温度２０℃の条件下で、跳ね返り損失と粉塵量を測定した。結果を表２に示す。
【００３５】
（使用材料）
粗骨材：新潟県姫川産砂利、骨材の最大粒径１５ｍｍ、比重２．６２
【００３６】
（測定方法）
跳ね返り損失：幅５．５ｍ×高さ５．５ｍの馬蹄径のトンネルに急結性コンクリートを吹付け、（跳ね返り落下した急結性コンクリートの量）／（吹付に使用した急結性コンクリート全体の量）×１００（％）で示した。
粉塵量：急結性コンクリートを４ｍ³／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に制作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍ、長さ２０ｍの模擬トンネルに、吹付ノズル先端から吹付けた。その後、吹付ノズル先端から３ｍ手前の定位置で粉塵量を測定し、得られた測定値の平均値で示した。
【００３７】
【表２】

【００３８】
実験例３
液体急結剤をセメント１００質量部に対して表３に示す質量部、表３に示すアルカリフリー粉体急結剤をセメント１００質量部に対して５質量部、それぞれ添加し、得られた急結性コンクリートにつき、付着特性、ダレ、及び配管の閉塞状況を測定したこと以外は、実験例２と同様に行った。結果を表３に示す。
【００３９】
（測定方法）
付着特性：ノズルを固定して幅５．５ｍ×高さ５．５ｍの馬蹄径のトンネルの側壁に急結性コンクリートを４ｍ³／ｈの圧送速度で１５秒間吹付け、吹付面たる側壁から付着した急結性コンクリートの頂点までの距離を測定し、付着特性とした。
ダレ：急結性コンクリートを４ｍ³／ｈの圧送速度で５分間、幅５．５ｍ×高さ５．５ｍの馬蹄径の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。
配管の閉塞状況：急結性コンクリートを４ｍ³／ｈの圧送速度で４分間吹付けた後、四方管内部を観察し、固化物の付着が認められた場合を×、少し認められた場合を△、全く認められなかった場合を○とした。
【００４０】
【表３】

【００４１】
【発明の効果】
本発明の吹付材料を用いることにより、粉塵量や跳ね返り率が少なく、ダレが生じず、凝結性状が良好で、急結性セメントコンクリートの吹付面への付着も良くなり、湧水部への吹付も可能となる。更に初期や長期の強度も増加する為、本発明は急結性セメントコンクリートの剥落防止にも繋がる優れた施工方法になる。

Claims

急結剤を含有していないセメントコンクリート、液体急結剤、及び、硫酸アルミニウムを含有してなるアルカリフリー粉体急結剤を圧送、合流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、セメント１００質量部に対して０．０５〜５質量部の減水剤を、急結剤を含有していないセメントコンクリート側に含有してなることを特徴とする請求項１記載の吹付工法。
液体急結剤の成分濃度が、２０〜３５％である請求項１又は２記載の吹付工法。
液体急結剤の使用量が、セメント１００質量部に対して、５〜１２質量部である請求項１〜３のうちの１項記載の吹付工法。
液体急結剤の使用量が、セメント１００質量部に対して、７〜１２質量部である請求項１〜４のうちの１項記載の吹付工法。
減水剤がポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項１〜５のうちの１項記載の吹付工法。
急結剤を含有していないセメントコンクリート、液体急結剤、及びアルカリフリー粉体急結剤を一括混合して急結性セメントコンクリートとす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。
急結性セメントコンクリートが細骨材と水を含有してなることを特徴とする請求項１〜７のうちの１項記載の吹付工法。
急結性セメントコンクリートが粗骨材と水を含有してなることを特徴とする請求項１〜８のうちの１項記載の吹付工法。