JP4855321B2 - 吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法 - Google Patents
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Description
しかしながら、カルシウムアルミネートを含有する急硬材スラリーを用いた場合、吹付け直後の急結性を改良する必要があった。又、セメント、最大粒径2.5mmの骨材、消石灰含有物質、及びアルカリ金属アルミン酸塩を含有する吹付材料は、アルカリ金属アルミン酸塩を使用しているため、作業員への薬傷対策を十分配慮する必要があった。そのために、作業員は吹付け時には完全防護具を着用しなければならず、作業性が劣ってしまうという課題があった。さらに、長期強度の発現性や耐久性の点を改良する必要があった。
さらに、高性能化した酸性液体急結剤とアルカリ金属炭酸塩及び/又はアルカリ金属リン酸塩含有のセメントコンクリートとを含有してなる吹付け材料が開発された(特許文献5)。しかしながら、リバウンド率に関しては課題があり、さらにリバウンド率を低減した高い技術が求められていた。
(1)カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100部と、アルカリ金属元素及び/又はフッ素を含む酸性液体急結剤を固形分換算で1〜5部を含有してなる吹付け材料であり、モルタル100部中、カルシウムアルミノシリケートが1〜10部、硫酸カルシウムが1〜10部、早強セメントが20〜55部、および最大粒径1.2mm以下の骨材が40〜70部であり、最大粒径1.2mm以下の骨材100部中、0.6〜1.2mmの骨材が20〜70部、0.6mm未満の骨材が80〜30部である吹付け材料。
(2)酸性液体急結剤の固形分濃度が、25〜70%である前記(1)に記載の吹付け材料。
(3)最大粒径1.2mm以下の骨材が石灰石である前記(1)又は前記(2)に記載の吹付け材料。
(4)酸性液体急結剤100部中に、アルカリ金属元素がR2O換算(Rはアルカリ金属)で1〜5部含有してなる前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の吹付け材料。
(5)酸性液体急結剤100部中に、フッ素を1〜5部含有してなる前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の吹付け材料。
(6)カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、及び最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100体積部に対して、繊維を0.2〜1.2体積部含有してなる前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の吹付け材料。
(外割)
(7)カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100部に対して、水酸化カルシウムを0.5〜5部含有してなる前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の吹付け材料。
(8)カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100部に対して、1A族元素を含有するヒドロキシル酸塩を0.005〜0.5部含有してなる前記(1)〜(7)のいずれか一項に記載の吹付け材料。
(9)前記(1)〜(8)のいずれか一項に記載の吹付け材料を用いる吹付け工法において、カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタルを混合してプレミックスモルタルとし、プレミックスモルタルを水で混練し、水で混練したプレミックスモルタルと酸性液体急結剤とを吹付け直前に混合する吹付け工法。
(10)プレミックスモルタルと水を、連続的に水を供給する連続練りミキサーを使用して混練し、混練したモルタルを圧送後、吹付け直前に酸性液体急結剤と混合して吹付ける前記(9)に記載の吹付け工法。
本発明において、カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメントのセメント系材料、最大粒径1.2mm以下の骨材を含有してなる材料をモルタルと呼ぶ。
カルシウムアルミノシリケート100部中の各成分の割合は、CaOが20〜60部、Al2O3が20〜60部、及びSiO2が6〜50部であることが好ましく、より好ましくは、CaOが30〜50部、Al2O3が30〜50部、及びSiO2が10〜30部である。各成分の割合がこの範囲外では、良好な急結性状が得られない場合や、水和活性が過剰となり、水と混練後の材料圧送性が悪くなる場合がある。
カルシウムアルミノシリケートの粒度は、ブレーン値で5000〜12000cm2/gが好ましい。5000cm2/g未満だと急結性や初期強度発現性が低下するおそれがあり、12000cm2/gを超えると、粉砕の効率が低下し、安定したブレーン値が得られない場合がある。
カルシウムアルミノシリケートの使用量は、作業性、初期強度発現性、及び耐久性の点で、モルタル100部中、1〜10部が好ましく、1.5〜5部がより好ましい。1部未満だと凝結力や強度発現性が低下するおそれがあり、10部を越えるとモルタルの可使時間を確保できにくく、耐久性が得られないおそれがある。
硫酸カルシウムの粒度は、ブレーン値で3000〜10000cm2/gが好ましく、4000〜7000cm2/g以上が強度発現性の観点から特に好ましい。この範囲外では、すぐれた急結性状や強度発現性が得られない場合がある。
硫酸カルシウムの使用量は特に限定されないが、モルタル100部中、1〜10部が好ましく、1.5〜5部がより好ましい。1部未満では、優れた強度発現性が得られない場合があり、10部を超えると過剰に膨張して著しく強度が低下する場合がある。
早強セメントの使用量は、特に限定されないが、初期強度発現性やモルタル圧送性の観点からモルタル100部中、20〜55部が好ましく、30〜50部がより好ましい。
骨材の使用量は、モルタル100部中、40〜70部が好ましく、55〜65部であることがより好ましい。この範囲外では、モルタルの圧送性や硬化体の耐久性が低下する場合がある。
骨材の最大粒径は、モルタルの圧送性向上や吹付けモルタルのリバウンド低減の観点から、1.2mm以下である。
骨材の粒度構成は、特に限定されるものではないが、骨材粒径0.6〜1.2mmと0.6mm未満の割合が、質量比で20:80〜70:30が好ましく、25:75〜40:60がより好ましい。この範囲外では、優れたモルタル圧送性が得られない場合がある。
酸性液体急結剤は、アルミニウム成分やイオウ成分を主成分とし、アルカリ金属元素又はフッ素を必須として含有するものである。酸性液体急結剤には、アルカリ金属元素とフッ素の両方を含有してもよい。
イオウ成分の供給原料は特に限定されるものではないが、硫黄や硫黄華のような元素状態の硫黄の他に、硫化物、硫酸又は硫酸塩、亜硫酸又は亜硫酸塩、チオ硫酸又はチオ硫酸塩並びに有機硫黄化合物等が挙げられ、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。これらのうち、水への溶解性が高く、製造コストが安く、かつ、急結性状が優れる面から硫酸又は硫酸塩が好ましく、硫酸塩としては明礬類や硫酸アルミニウムが好ましい。
本発明では、安全性が高く、製造コストが安く、かつ、凝結性状が優れる面から、フッ化物やケイフッ化物が好ましい。
アルカリ金属元素の使用量は、酸性液体急結剤100部中、酸化物換算で1〜5部が好ましく、2.1〜4部がより好ましい。1部未満では優れた急結性が得られない場合があり、5部を超えると強度発現性が阻害される場合がある。
フッ素の含有量は、酸性液体急結剤100部中、Fとして1〜5部が好ましく、2〜4部がより好ましい。1部未満では優れた急結性が得られない場合があり、5部を超えると強度発現性が阻害される場合がある。
アルカノールアミンとは、構造式においてN−C−OH構造を有する有機化合物である。ここで、Cはアルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、例えば、メチレン基、エチレン基及びN−プロピレン基等の直鎖型のアルキル基、イソプロピル基等の枝分かれ構造を有するアルキル基並びにフェニル基やベンジル基等の芳香族環を有するアリル基等が挙げられる。
また、Cは窒素原子と2箇所以上で結合していてもよく、Cの一部又は全部が環状構造であってもよい。
さらに、Cは複数の水酸基と結合していてもよく、アルキル基の一部に炭素や水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等が含まれていてもよい。
本発明では、ジエタノールアミン及び/又はN,N−ジメチルエタノールアミンが好ましい。
安定化剤としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ギ酸、クエン酸、リン酸類及びこれらの塩類が挙げられ、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。
酸性液体急結剤のpHは酸性であれば良く、pH2〜4が好ましい。pH2未満では優れた強度発現性が得られない場合があり、pH4を超えると液体急結剤の安定性が悪くなる場合がある。
酸性液体急結剤中のAl2O3/SO3モル比は特に限定されるものではないが、0.2〜0.6が好ましく、0.3〜0.5がより好ましい。モル比がこの範囲外では、優れた急結性が得られない場合がある。
酸性液体急結剤の使用量は、モルタル100部に対して、固形分換算で1〜5部が好ましく、1.5〜3部がより好ましい。1部未満では優れた急結性が得られない場合があり、5部を超えると硬化体の耐久性が低下する場合がある。
繊維の長さは特に限定されるものではないが、3〜30mmが好ましく、6〜12mmがより好ましい。
繊維の使用量は、モルタル100体積部に対して、0.2〜1.2体積部が好ましく、0.3〜0.8体積部がより好ましい。0.2体積部未満では目的とする強度が得られないおそれがあり、1.2体積部を越えるとモルタル混合時の混合分散性が悪化したり、強度発現性が低下したりするおそれがある。
水酸化カルシウムの使用量は、モルタル100部に対して、0.5〜5部が好ましく、1〜3部がより好ましい。使用量が0.5部未満では、良好な付着性が得られない場合があり、5部を超えると優れた強度発現性が得られない場合がある。
ヒドロキシル酸塩の使用量は、モルタル100部に対して、0.005〜0.5部が好ましく、0.01〜0.3部がより好ましい。0.005部未満だと目的とする材料の流動性が得られない場合があり、0.5部を越えると初期の強度発現性が小さくなる場合がある。
増粘剤の使用量は特に限定されないが、モルタル100部中、0.01〜0.5部が好ましく、0.02〜0.1部がより好ましい。0.01部未満では優れた前記した優れた物性が得られない場合があり、0.5部を超えると優れた強度発現性が得られない場合がある。
高性能減水剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、液状や粉状のいずれの状態でも使用でき、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、効果が大きい点で、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、又はポリカルボン酸系高分子化合物が好ましい。
ここで、「吹付け直前に」とは、酸性液体急結剤を混合又は添加してから1分以内に吹付けを実施することである。
この場合、吐出量は特に制限しないが、モルタルの吐出量は3m3 /h以下にすることが好ましい。
(実験例1)
カルシウムアルミノシリケート5部(比較として、カルシウムアルミネート)、硫酸カルシウム5部、早強セメント30部、骨材60部のモルタル100部と、モルタル100体積部に対して繊維0.5体積部をナウターミキサーで混合してプレミックスモルタルを製造した。(繊維を使用しない場合も同様にプレミックスモルタルを製造した。)製造したプレミックスモルタルをドイツのPFT社製G4連続ミキサーポンプに投入し、水/プレミックスモルタル比が20%となるように水を添加し、2 m3/hrの能力で連続混練り圧送した。圧送ホースの仕様はホース直径:1.25インチ、ホース長さ30mとした。又、表1に示す各酸性液体急結剤をプランジャー式ポンプで圧送し、水を除いたモルタル100部(繊維を含むプレミックスモルタルの場合は水と繊維を除いたもの100部)に対して1.5部になるように、ノズル手前に取り付けたインレツトピースから3.5kgf/cm2のエアーとともに水と練り混ぜた後のプレミックスモルタルに添加、混合して吹付材料とし、側壁(高さ3.5m、幅2.5mの模擬トンネルの側壁)に厚さ2cmになるように1m2の広さに吹付け、ポンプ圧送圧力とリバウンド率を測定した。結果を表1に併記する。
セメント:早強ポルトランドセメント、市販品
骨材ア:新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径2.5mm(0.6〜2.5mm:0.6mm未満の混合比=30:70)、比較用
骨材イ:新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径1.5mm(0.6〜1.5mm:0.6mm未満の混合比=30:70)、比較用
骨材ウ:新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径1.2mm(0.6〜1.2mm:0.6mm未満の混合比=30:70)
カルシウムアルミノシリケート(CAS):CaO:43%、Al2O3:43%、SiO2:14%、非晶質、ブレーン値6000cm2/g
カルシウムアルミネート(CA):C12A7 組成に相当品、CaO:50、Al2O3:45、非晶質、ブレーン値6000cm2/g、比較用
硫酸カルシウム:天然無水石膏、ブレーン5000cm2/g
繊維:ビニロン繊維長さ6mm、クラレ社製
酸性液体急結剤A:(pH2.6、固形分はAl2O3:9.5%、SO3:18.5%、F:2.5%)、市販品
酸性液体急結剤B:(pH2.6、固形分はAl2O3:9.5%、SO3:18.5%、Na2O:3.0%、F:2.5%)、市販品
酸性液体急結剤C:27%硫酸アルミニウム溶液(pH2.7、固形分はAl2O3:8.1、SO3:18.9%)、市販品、比較用
酸性液体急結剤D:(pH3.0、固形分はAl2O3:9.5%、SO3:18.5%、Na2O:3%)、市販品
<測定方法>
ポンプ圧送圧力:モルタルを圧送する際の圧送圧力を測定した(上限25fgf/cm2)。
リバウンド率:1分間側壁に吹付けた時の、(跳ね返った量/吹付量)×100 で示した(単位:%)。
1時間強度:JIS R 5201−2002に準拠して試験した。
カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント及び骨材のモルタル100部、モルタル100体積部に対して繊維0.5体積部、水酸化カルシウム、並びにヒドロキシル酸塩を表2の配合で混合してプレミックスモルタルを製造した。酸性液体急結Bを用いて、ポンプ圧送圧力と1時間強度を測定したこと以外は、実験例1と同様に試験した。結果を表2に併記する。なお、水/プレミックスモルタル比は20%である。
<使用材料>
骨材:骨材ウ、新潟県青海産石灰砂乾燥品、最大粒径1.2mm(0.6〜1.2mm:0.6mm未満の混合比=30:70)
硫酸カルシウム:天然無水石膏、ブレーン5000cm2/g
繊維:ビニロン繊維長さ6mm、クラレ社製
水酸化カルシウム :市販品、ブレーン11100cm2/g
ヒドロキシル酸塩:クエン酸ナトリウム、扶桑化学社品
<測定方法>
28日強度:20℃水中養生してJIS R 5201−2002に準拠して試験した。
表3に示す粒径構成の骨材と早強セメントを用いて、カルシウムアルミノシリケート5部、硫酸カルシウム5部、水酸化カルシウム3部のモルタル配合で、モルタル100部に対して酸性液体急結剤Bを1.5部使用したこと以外は、実験例1と同様に試験を行った。結果を表3に併記する。
表3の実験No.3−10の配合と材料を用いて、表4に示す量の酸性液体急結剤Bを使用したこと以外は実験例3と同様に試験を行った。結果を表4に併記する。
表3の実験No.3−10の配合と材料を用いて、表5に示す酸性液体急結剤(Al2O3:8.5%、SO3:19.5%)を使用したこと以外は実験例3と同様に試験した。結果を表5に併記する。
表6に示す組成のカルシウムアルミノシリケートを使用したこと以外は、実験No.3−10の配合と材料を用いて、実験例3と同様に試験した。比較として、カルシウムアルミノシリケートの代わりに高炉スラグを同量使用した場合についても試験した。結果を表6に併記する。
<使用材料>
高炉スラグ:組成(CaO:44%、SiO2:31%、Al2O3:15%)、 新日鐵セメント社製、ブレーン6000cm2/g
Claims (10)
- カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100部と、アルカリ金属元素及び/又はフッ素を含む酸性液体急結剤を固形分換算で1〜5部を含有してなる吹付け材料であり、モルタル100部中、カルシウムアルミノシリケートが1〜10部、硫酸カルシウムが1〜10部、早強セメントが20〜55部、および最大粒径1.2mm以下の骨材が40〜70部であり、最大粒径1.2mm以下の骨材100部中、0.6〜1.2mmの骨材が20〜70部、0.6mm未満の骨材が80〜30部である吹付け材料。
- 酸性液体急結剤の固形分濃度が、25〜70%である請求項1に記載の吹付け材料。
- 最大粒径1.2mm以下の骨材が石灰石である請求項1又は請求項2に記載の吹付け材料。
- 酸性液体急結剤100部中に、アルカリ金属元素がR2O換算(Rはアルカリ金属)で1〜5部含有してなる請求項1〜3のいずれか一項に記載の吹付け材料。
- 酸性液体急結剤100部中に、フッ素を1〜5部含有してなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の吹付け材料。
- カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、及び最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100体積部に対して、繊維を0.2〜1.2体積部含有してなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の吹付け材料。
- カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100部に対して、水酸化カルシウムを0.5〜5部含有してなる請求項1〜6のいずれか一項に記載の吹付け材料。
- カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタル100部に対して、1A族元素を含有するヒドロキシル酸塩を外割で0.005〜0.5部含有してなる請求項1〜7のいずれか一項に記載の吹付け材料。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の吹付け材料を用いる吹付け工法において、カルシウムアルミノシリケート、硫酸カルシウム、早強セメント、および最大粒径1.2mm以下の骨材を含有するモルタルを混合してプレミックスモルタルとし、プレミックスモルタルを水で混練し、水で混練したプレミックスモルタルと酸性液体急結剤とを吹付け直前に混合する吹付け工法。
- プレミックスモルタルと水を、連続的に水を供給する連続練りミキサーを使用して混練し、混練したモルタルを圧送後、吹付け直前に酸性液体急結剤と混合して吹付ける請求項9に記載の吹付け工法。
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