JP4864215B2

JP4864215B2 - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け工法

Info

Publication number: JP4864215B2
Application number: JP2001039730A
Authority: JP
Inventors: 康宏中島; 一行水島; 賢司山本; 実盛岡; 光男高橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002249351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け工法、特に、法面の地滑りなどを防止するために施工するセメント混和材、さらに、崩れやすい法面に、例えば、格子状(井桁状)に配置したフレーム骨格に吹付けるセメント組成物、及びそれを用いた法面吹付け工法に関する。
なお、本発明でいう(部)又は(％)は特に規定のないかぎり質量基準である。
また、本発明でいうセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びセメントコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
法面とは、高速道路、ダム、及び急傾斜地等を中心に、切り土や盛土等によってできた傾斜面をいう。
この法面は、そのまま放置しておくと自然風化や強雨等による浸食を受け、地滑りなどにより崩壊する恐れがあるため、保護が必要となるものである。
【０００３】
従来、法面の崩壊を防止するために、直にコンクリートを吹付けていたが、最近では、法面に金網や複数本の鉄筋を格子状(井桁状)に配置してフレーム骨格を形成して補強効果を増し、その交点部にアンカーを打ち込んだ後、コンクリートを吹付けて鉄筋コンクリートフレームを作って法面の安定を図ることが行われている(特公昭58-058493号公報)。
その中でも変形可能な金網や鉄筋を法面に直に配置するフリーフレーム工法がよく用いられている。
その際、施工現場で簡易プラントを作り、スランプ０cmの硬練りコンクリートを調製し、吹付けを行った後に表面をこて仕上げして施工することが通常行われている。
しかしながら、この方法では施工効率が２m³/hr程度と低く、材料の配合に人手がかかるなど、コスト高になるという課題があった。
【０００４】
このため、吹付ける速度を高めてコンクリートを生コンプラントから供給することにより施工効率を上げ、人手を減らしてコストダウンすることが考えられている。
吹付ける速度を高めるにはコンクリートのスランプを大きくする必要があるが、スランプが大きいと吹付けたときにコンクリートが斜面から流れ落ちるという課題があった。
【０００５】
このため吹付け直後にコンクリートの粘性を上げてスランプを低下させ、コンクリートのずり落ちを防止する必要があった。
吹付け時に急結剤を使用した場合、コンクリートのずり落ちを防ぐことはできるが、吹付けたコンクリートの硬化が早いためにこて仕上げができなくなり、法面表面の美観を損ねるという課題があった。
【０００６】
このように、吹付け時にコンクリートと混合することでコンクリートのずり落ちを防止するとともに、こて仕上げができる程度の可使時間を確保できる吹付け材料が求められていた。
【０００７】
本発明者は、前記課題を解消すべく鋭意検討を重ねた結果、特定のセメント組成物を使用することにより、前記課題を解決できるという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、４Ａ族
元素の溶解性化合物を、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で１〜８部と、アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、及び炭酸塩のうちの一種又は二種以上を、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で１〜６部とを含有するセメント混和材であり、４Ａ族元素がチタニウム又はジルコニウムである該セメント混和材であり、４Ａ族元素が４価である該セメント混和材であり、セメントと、該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物であり、セメントコンクリートと該セメント混和材を用いる吹付け工法であり、鉄筋類を法面に配置してフレーム骨格を形成し、法面に該セメント組成物を吹付け、鉄筋類含有セメントコンクリートフレームを構築する法面吹付け工法である。
【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、吹付ける速度を高めて施工効率を上げる目的でスランプの大きいコンクリートを用いて吹付ける速度を高めた場合でも、吹付け時にコンクリートと混合することで、吹付けコンクリートのずり落ちを防止するとともに、こて仕上げができる程度の可使時間が確保できるセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた法面吹付け工法である。
【００１１】
本発明で使用する４Ａ族元素の溶解性化合物（以下、４Ａ族化合物という）は特に限定されるものではないが、チタニウム、ジルコニウム、及びハフニウムなどの溶解性化合物が挙げられ、固形物でも液状でも使用可能であるが、粉塵低減や混合性の面で水溶液や懸濁液の液状のものが好ましい。
その具体例としては、硫酸チタニウム、塩化チタニウム、臭化チタニウム、ヨウ化チタニウム、及びホウ酸チタニウムなどのチタニウム化合物、硫酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、フッ化ジルコニウム、臭化ジルコニウム、ヨウ化ジルコニウム、及び二塩化酸化ジルコニウムなどのジルコニウム化合物、並びに、二塩化酸化ハフニウムやフッ化ハフニウムなどのハフニウム化合物等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
一方、４Ａ族元素の化合物であっても、二酸化チタニウムや二酸化ジルコニウムなどの酸化物、窒化チタニウムや窒化ジルコニウムなどの窒化物、あるいは、炭化チタニウムや炭化ジルコニウムなどの炭化物に代表される不溶性化合物では、凝結促進効果は得られない。
４Ａ族元素は、主に、３価と４価の化合物を形成するが、凝結促進効果が優れることから、４価の化合物が好ましい。
その具体例としては、４価の硫酸チタニウム、４価の塩化チタニウム、４価の硫酸ジルコニウム、及び４価の塩化ジルコニウムなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を使用することが好ましく、入手のしやすさから、また、塩素を含まず、鉄筋コンクリートへの利用も可能であるなどの利点があることから、４価の硫酸チタニウムを使用することがより好ましい。
４Ａ族化合物の使用量は、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で１〜８部が好ましく、２〜６部がより好ましい。１部未満ではセメントコンクリートの粘性が小さく、吹付けたときにダレが生じ、セメントコンクリートが斜面から流れ落ちる場合があり、８部を越えるとセメントコンクリートの粘性が大きくなり、圧送性に支障が生じる場合がある。なお、本発明での水溶液とは懸濁液も含むものである。
【００１２】
本発明で使用するアルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、及び炭酸塩（以下、促進剤という）は、セメントコンクリートと混合することで凝結を促進するものであり、一度吹付けてから、再度、同じ面に吹付けるまでの時間を短縮することができる。促進剤を使用しないで、短時間で再度、同じ面に吹付けた場合、ずり落ちが生じる可能性がある。
【００１３】
アルミン酸塩の例としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸リチウム、及びアルミン酸カリウムなどが挙げられる。本発明では安価で凝結の促進効果の高いアルミン酸ナトリウムを使用することが好ましい。
アルミン酸塩の使用形態は特に限定されるものではなく、粉末や水溶液で使用することが可能である。
アルミン酸塩の水溶液の濃度は特に限定されるものでないが、水の混入量が低減でき、硬化体の耐久性が向上することから濃度の高い水溶液を用いることが好ましい。
【００１４】
アルカリ金属ケイ酸塩の例としては、R₂O・ySiO₂の形で表される。式中のＲはLi、Na、及びＫなどのアルカリ金属が挙げられ、ｙは0.1〜５である。
本発明では経済性の面から、ケイ酸ナトリウムを水に溶解した水ガラスを使用することが好ましい。
【００１５】
炭酸塩の例としては、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、及び炭酸カリウムなどが挙げられ、本発明では安価で凝結の促進効果の高い炭酸ナトリウムを使用することが好ましい。
【００１６】
促進剤の使用形態は特に限定されず、粉末や水溶液で使用することが可能である。
促進剤の水溶液の濃度は特に限定されるものでないが、水の混入量が低減でき、硬化体の耐久性が向上することから濃度の高い水溶液を用いることが好ましい。
促進剤を使用する際、これらの一種又は二種以上を組み合わせて使用でき、それぞれの使用割合については特に限定されるものではないが、これらの成分の合計が、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で１〜６部が好ましく、２〜４部がより好ましい。１部未満ではセメントコンクリートのずり落ちを防止する効果が小さい場合があり、６部を超えるとセメントコンクリートの凝結が促進されて、こて仕上げをする時間が確保できなくなる場合がある。
促進剤類は、あらかじめ、混合物にして使用しても、これらを別々にセメントコンクリートに添加しても問題ない。
【００１７】
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱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高炉スラグ、フライアッシュ、石灰石微粉末、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、膨張セメントやコロイドセメントなどのいずれも使用可能である。
【００１８】
本発明では、前記各材料や、砂や砂利等の骨材の他に、減水剤、ＡＥ剤、凝結遅延剤、繊維、及び微粉等を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１９】
減水剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が使用可能である。
ＡＥ剤はセメントコンクリートの凍害を防止するものである。
凝結遅延剤はセメントコンクリートの凝結を調整するものであり、その例としては、オキシカルボン酸やその塩類、リン酸塩、糖類等が挙げられる。
繊維は特にアンカー部のひび割れ防止に有効なものである。
そして、微粉は空隙を埋めて緻密構造を形成し、高強度化を図るものであり、シリカフューム、結晶性スラグの粉砕品等が使用可能である。
【００２０】
本発明で使用するセメント混和材、及びセメント組成物を用いた法面吹付け工法としては、セメント混和材、及びセメント組成物とセメントコンクリートを直に法面へ吹付けてもよいが、補強効果を増すために、鉄筋類等を配置してフレーム骨格を形成することが好ましく、フリーフレーム工法がより好ましい。
【００２１】
ここで、鉄筋類とは、金網や鉄筋等からなるもので、これらを組み合わせてフレーム骨格を形成して、セメントコンクリートを吹付け、鉄筋類含有セメントコンクリートフレームとするものである。
【００２２】
フリーフレーム工法に使用する鉄筋類の配置方法としては特に制限されるものではないが、通常、幅30〜60cm、長さ１〜３ｍ程度の金網(波形鉄筋φ１〜３mm)を２枚平行に金網の幅と同程度の間隔で、長手方向を法面に沿って配置し、継ぎ足してゆく。平行に立てた２枚の金網に鉄筋等のスペーサーを用いて、フレーム骨格を形成する。このフレーム骨格を縦横に延長する際、この交点部にアンカーを打ち込むことが好ましい。また、このフレーム骨格の交点部に交点部用フレーム骨格を用いることも可能である。
【００２３】
このように配置したフレーム骨格にセメント組成物を用いて吹付けを行い、フレーム骨格の鉄筋類からはみ出した部分をこて仕上げすることで、フレームの美観を保つ。
【００２４】
本発明で使用する法面吹付け工法としては、一般的に行われている乾式、湿式のいずれの吹付け工法も可能である。そのうち、粉塵の発生量が少ない面で湿式吹付け工法が好ましい。
【００２５】
本発明の法面吹付け工法としては、４Ａ族化合物と、促進剤を吹付け直前にセメントコンクリートに混合することが好ましい。４Ａ族化合物の水溶液と促進剤は、あらかじめ、混合物にして使用しても、これらを別々にセメントコンクリートに添加しても問題なく、これらの混合割合については特に限定されるものでない。
【００２６】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【００２７】
実験例１
単位セメント量480kg/m³ 、W/C=48％、及びs/a=70％とした吹付けコンクリートを調製し、これをコンクリート圧送機「アリバー280」により4m³/hrの圧送速度、0.4MPaの圧送圧力で空気圧送した。
なお、コンクリートの調製にあたり、スランプが20cm程度になるように減水剤の使用量を調整した。
また、表１に示す種類の４Ａ族化合物と硫酸アルミニウムをポンプで圧送し、コンクリート中のセメント100部に対して、４Ａ族化合物を固形分換算（無水物）で４部とアルカリ系促進剤を固形分換算（無水物）で３部となるようにノズル手前に取付けた分岐管に圧送空気とともに圧入してコンクリートに混合し吹付けを行った。結果を表１に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、比重3.16
細骨材：新潟県姫川産川砂、比重2.62
粗骨材：新潟県姫川産ビリ砂利、比重2.65
減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、市販品
４Ａ族化合物Ａ：硫酸チタニル水溶液、固形分20％
４Ａ族化合物Ｂ：三塩化チタニウム水溶液、固形分20％
４Ａ族化合物Ｃ：硫酸ジルコニウム水溶液、固形分20％
４Ａ族化合物Ｄ：塩化ジルコニウム水溶液、固形分20％
４Ａ族化合物Ｅ：二塩化酸化ジルコニウム水溶液、固形分20％
４Ａ族化合物Ｆ：三塩化ジルコニウム水溶液、固形分20
％４Ａ族化合物Ｇ：４Ａ族化合物Ａ50部と４Ａ族化合物Ｂ50部の混合物
４Ａ族化合物Ｈ：４Ａ族化合物Ａ50部と４Ａ族化合物Ｅ50部の混合物
４Ａ族化合物Ｊ：二酸化チタン懸濁液、固形分20％
促進剤ａ：アルミン酸ナトリウム水溶液、固形分20％
促進剤ｂ：水ガラス（SiO₂/Na₂O mol比＝3.0〜3.3）、固形分20％
促進剤ｃ：炭酸ナトリウム水溶液、固形分20%
促進剤ｄ：促進剤ａ50部と促進剤ｂ50部の混合物
促進剤ｅ：促進剤ａ33部、促進剤ｂ33部、及び促進剤ｃ34部の混合物
【００２９】
＜測定方法＞
ダレなど：幅30cm×厚さ30cmのフレーム骨格を十字状に交差させて法面に配置し、フレーム骨格に吹付けコンクリートを吹付けたときの状態を観察。ダレや肌落ちが多く見られた場合は×、少し見られた場合は△、全く見られない場合は○
増し吹き：幅30cm×厚さ30cmのフレーム骨格を十字状に交差させて法面に配置し、フレーム骨格に吹付けコンクリートを吹付けて10分後に、15cmの厚みで再度、増し吹きした場合の状態を確認。再度吹付けたものの50％以上が崩落した場合×、一部で見られた場合は△、全く見られない場合は○
作業性：幅10cm×長さ40cm×厚さ10cmのフレーム骨格に吹付けコンクリートを吹付け、吹付けコンクリートの表面をこてで仕上げて平坦にする際の作業性。容易に仕上げることができた場合は○、仕上げるのに力を要した場合は△、力を入れても仕上げれない場合は×
圧送性：吹付けコンクリートを圧送するときの圧送管内の圧力を測定。圧力が0.40〜0.55MPaである場合は○、圧送管内が閉塞しやすくなる0.60MPa以上になっても、圧送管に衝撃を与えることにより0.40〜0.55MPaになる場合は△、圧送管が閉塞し、圧送管に衝撃を与えても0.40〜0.55MPaとならない場合は×
【００３０】
【表１】

【００３１】
実施例２
４Ａ族化合物Ａと促進剤ｅを固形分換算（無水物）で表２に示す量を使用したこと以外は、実施例１と同様に試験した。結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた吹付け工法により、吹付ける速度を高めて施工効率を上げるためにスランプの大きいコンクリートを用いて吹付ける速度を高めた場合でも、吹付け直後の吹付けコンクリートのダレや斜面からのずり落ちを防止するとともに、こて仕上げを行う時間がとれるため、法面表面の美観を確保できる。

Claims

４Ａ族元素の溶解性化合物を、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で１〜８部と、アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、及び炭酸塩のうちの一種又は二種以上を、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で１〜６部とを含有してなるセメント混和材。
４Ａ族元素が、チタニウム又はジルコニウムであることを特徴とする請求項１記載のセメント混和材。
４Ａ族元素が、４価であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント混和材。
セメントと、請求項１〜３のうちの一項に記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
セメントコンクリートと、請求項１〜３のうちの一項に記載のセメント混和材とを用いることを特徴とする吹付け工法。
鉄筋類を法面に配置してフレーム骨格を形成し、その法面に請求項４記載のセメント組成物を吹付け、鉄筋類含有セメントコンクリートフレームを構築することを特徴とする法面吹付け工法。