JP5190167B2 - Spraying method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルや法面等において露出した地山面へ吹付ける急結剤、急結剤スラリー、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法に関する。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、ペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
また、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結剤をコンクリートに配合した急結コンクリートの吹付工法が行われている(特公昭60−4149号公報)。
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した、セメント、骨材、及び水の計量混合プラントで吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００３】
また、従来より使用されている急結剤としては、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ炭酸塩等との混合物、並びに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ炭酸塩等の混合物や、カルシウムアルミネートと3CaO・SiO2との混合物等が知られている(特開昭64−051351号公報、特公昭56−27457号公報、特開昭61−026538号公報、及び特開昭63−210050号公報参照)。
【０００４】
これらの急結剤は、セメントの凝結を促進させる働きがあり、いずれもセメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。
急結剤の添加方法は、通常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くなる方法であった。
そのため、作業環境が悪化する場合があり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用して作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求められていた。
【０００５】
粉塵発生量が少ない工法として、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートに添加混合した後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている(特開平 5−139804号公報参照)。
しかしながら、この方法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにくく、吹付け時には保護眼鏡や手袋等が必要となり、作業性が低下するという課題があった。
【０００６】
これに対して、急結剤をスラリー化し、かつ、セメントコンクリートにミョウバン類を配合することにより、作業環境を改善する急結施工方法が提案されている(特開平 5−097491号公報参照)。
しかしながら、近年、作業性をさらに良くし、工期短縮の面で、急結性をさらに向上することが求められるようになった。
【０００７】
本発明者は、前記課題や要求を種々検討した結果、ある特定の急結剤を使用して吹付け施工を行うことにより、前記課題や要求が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、カルシウムアルミネート類100部、石膏５〜30部、アルカリ金属アルミン酸塩20〜70部、アルカリ金属炭酸塩10〜100部、及びオキシカルボン酸類0.3〜３部を含有してなる急結剤100部にスラリー水70〜200部を加水することにより、連続的に急結剤スラリーを調製し、セメント100部に対して、固形分換算で５〜20部の該急結剤スラリーを、セメントコンクリートと合流混合して吹付けることを特徴とする吹付け工法であり、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化することにより急結剤スラリーを調製してなることを特徴とする吹付け工法であり、カルシウムアルミネート類100部、石膏５〜30部、アルカリ金属アルミン酸塩20〜70部、アルカリ金属炭酸塩10〜100部、及びオキシカルボン酸類0.3〜３部を含有してなる急結剤100部にスラリー水70〜200部を加水することにより、連続的に急結剤スラリーを調製し、セメント100部に対して、固形分換算で５〜20部の該急結剤スラリーを、セメントコンクリートと合流混合して吹付けることを特徴とする吹付け工法であり、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲に穴を開け、その穴から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化することにより急結剤スラリーを調製してなることを特徴とする吹付け工法であり、セメントコンクリートに使用する水の量が35％以上であり、セメントコンクリートの吹付け圧力が0.2〜0.5MPaであり、吹付け速度が４〜20m3/ｈであり、急結剤を圧送する圧送空気の圧力が、セメントコンクリートの圧送圧力より0.01〜0.3MPa大きいことを特徴とする該吹付け工法であり、凝結時間の始発が４分以下であり、凝結時間の終結が11分以下であり、１日圧縮強度が7.0N/mm2以上であり、２８日圧縮強度が23.9N/mm2以上であることを特徴とする吹付け材料の特性を有する該吹付け工法である。
【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や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化合物、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使用可能である。
これらの中では、反応活性の面で、非晶質のカルシウムアルミネート類が好ましく、12CaO・7Al2O3(以下、C12A7という)組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
カルシウムアルミネート類の粒度は、急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)3,000cm2/g以上が好ましく、5,000cm2/g以上がより好ましい。3,000cm2/g未満では、急結剤と吹付けセメントコンクリートを混合した急結性吹付けセメントコンクリートの急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明で使用する石膏は、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や強度発現性を向上し、例えば、急結剤と水(以下、スラリー水という)を混合した急結剤スラリーの硬化時間を遅延するために混合するものである。
石膏としては、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が使用可能である。これらの中では、凝結性や強度発現性の面で無水石膏の使用が好ましい。
石膏の粒度は、通常、セメントなどに使用される程度でよいが、急結性吹付けセメントコンクリートの急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン値3,000cm2/g以上が好ましい。
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート類100部に対して、５〜50部が好ましく、10〜30部がより好ましい。５部未満では急結剤スラリーの粘度が上昇するため、急結性吹付けセメントコンクリートの施工性や凝結性が低下して、長期強度発現性を促進しにくい場合があり、50部を超えると初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１２】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩(以下、アルミン酸塩という)とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、水酸化アルミニウムとアルカリ金属水酸化物を混合溶解し、乾燥し、粉末状として得られるものである。
アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性の面で、アルミン酸ナトリウムの使用が好ましい。
アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類100部に対して、10〜70部が好ましく、20〜50部がより好ましい。10部未満では初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、70部を超えると急結剤スラリーの粘度が上がり、急結性吹付けセメントコンクリートの施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩(以下、炭酸アルカリという)とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムが挙げられる。これらの中では、初期凝結促進の面で、炭酸ナトリウムが好ましい。
炭酸アルカリの使用量は、カルシウムアルミネート類100部に対して、10〜100部が好ましく、20〜70部がより好ましい。10部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、100部を超えると急結剤スラリーの粘度が上がり、施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。
【００１４】
本発明で使用するオキシカルボン酸類(以下、オキシ酸類という)としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、サリチル酸、及び乳酸又はこれらの塩等が挙げられる。
塩としては、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属塩等が挙げられる。これらの中では、初期強度発現性の面で、グルコン酸ナトリウムが好ましい。
オキシ酸類の使用量は、カルシウムアルミネート類100部に対して、0.3〜３部が好ましく、0.5〜２部がより好ましい。0.3部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性を阻害し、急結剤スラリーの粘度が上がり、急結性吹付けセメントコンクリートの施工性が低下する場合があり、３部を超えると凝結性や強度発現性を阻害する場合がある。
【００１５】
本発明で使用する急結剤スラリー中のスラリー水の使用量は、カルシウムアルミネート類、石膏、アルミン酸塩、炭酸アルカリ、及びオキシ酸類を含有する急結剤100部に対して、50〜200部が好ましく、70〜150部がより好ましい。50部未満では急結剤スラリーの粘度が上がり、急結剤スラリーの圧送性や吹付けセメントコンクリートとの混合性が低下したり、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性が悪くなり、リバウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなる場合があり、200部を超えると凝結性や強度発現性が低下する場合がある。
【００１６】
急結剤の使用量は、セメント100部に対して、固形分換算で３〜20部が好ましく、５〜15部がより好ましく、７〜10部が最も好ましい。３部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの初期凝結を促進しにくい場合があり、20部を超えると長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００１７】
ここでセメントとは、通常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や、これら各種ポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。
【００１８】
本発明の急結剤スラリーでは、必要に応じて、さらに、減水剤や増粘剤等を使用することも可能である。
【００１９】
本発明で使用するセメントコンクリートはセメントと骨材とを含有するものである。
ここで、骨材としては、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。
骨材の最大寸法は吹付けできれば特に限定されるものではない。
細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用可能であり、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用可能である。
【００２０】
セメントコンクリートに使用する水の量は、強度発現性の面から35％以上が好ましく、40〜55％がより好ましい。35％未満ではセメントコンクリートを充分混合できない場合がある。
【００２１】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、従来使用の吹付け設備等が使用可能である。
具体的には、例えば、吹付けセメントコンクリートの圧送にはアリバー社製、商品名「アリバー２８０」などが、また、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」などがそれぞれ使用可能である。
【００２２】
また、本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法としては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の吹付け工法が可能である。
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法としては、乾式吹付け工法も施工できるが、粉塵量が多くなる場合があるので、急結剤を使用する前にあらかじめ水をセメントコンクリート側に加えて混練した湿式吹付け工法を使用することが好ましい。
【００２３】
湿式吹付け工法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結剤供給装置により圧送した急結剤を合流混合して急結性湿式吹付けコンクリートとしたものを吹付ける方法が挙げられる。
【００２４】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、通常、吹付け圧力は0.2〜0.5MPaが好ましく、吹付け速度は４〜20m3/ｈが好ましい。
【００２５】
また、急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より0.01〜0.3MPa 大きいことが好ましい。
【００２６】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、粉塵やリバウンドを低減するために、粉体急結剤にスラリー水を加えて連続的に急結剤をスラリー化し、この急結剤スラリーを、吐出口先端で吹付けセメントコンクリートと混合して吹付けることが好ましい。
急結剤を連続的にスラリー化する方法としては、例えば、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲に穴を開け、その穴から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化し、空気圧送する方法等が使用できる。
【００２７】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００２８】
実験例１
カルシウムアルミネート類100部、並びに、カルシウムアルミネート類100部に対して表１に示す量の石膏ア、アルミン酸塩Ａ、炭酸アルカリａ、及びオキシ酸類αからなる急結剤100部と、スラリー水80部とを混合攪拌して急結剤スラリーを調製し、その粘度を測定した。結果を表１に併記する。
また、砂／セメント比＝３、水／セメント比＝53％のモルタルを調製し、そのセメント100部に対して、急結剤スラリーを固形分換算で７部添加し、急結性モルタルとし、その凝結時間を、さらに、圧縮強度を測定した。
なお、急結剤スラリーを添加しないモルタルの水／セメント比は60％とした。
結果を表１に併記する。
【００２９】
＜使用材料＞
セメント ：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値3,200cm2/g、比重3.16
細骨材 ：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、比重2.62
カルシウムアルミネート類：C12A7組成に対応するもの、非晶質、ブレーン値6,500cm2/g
石膏ア ：市販無水石膏粉砕品、ブレーン値5,900cm2/g
アルミン酸塩Ａ：アルミン酸ナトリウム、市販品、強熱減量2.1％、90％粒子径0.2mm
炭酸アルカリａ：炭酸ナトリウム、市販品
オキシ酸類α：グルコン酸ナトリウム、市販品
【００３０】
＜測定方法＞
粘度 ：急結剤スラリーをＢ型粘度計で測定
凝結時間：急結性モルタルを土木学会基準「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
圧縮強度：急結性モルタルをJIS R 5201に準じて測定
【００３１】
【表１】
実験例２
カルシウムアルミネート類100部に対して、表２に示す石膏20部、アルミン酸塩50部、炭酸アルカリ50部、及びオキシ酸類1.0部からなる急結剤100部と、表２に示す量のスラリー水とを混合、攪拌して急結剤スラリーを調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３３】
＜使用材料＞
石膏イ ：市販二水石膏粉砕品、ブレーン値6,300cm2/g
アルミン酸塩Ｂ：アルミン酸カリウム、市販品、強熱減量2.3％
炭酸アルカリｂ：炭酸カリウム、市販品
オキシ酸類β：クエン酸ナトリウム、市販品
【００３４】
【表２】
実験例３
カルシウムアルミネート類100部、石膏20部、アルミン酸塩Ａ50部、炭酸アルカリａ50部、及びオキシ酸類α1.0部からなる急結剤100部と、スラリー水80部とを混合攪拌して急結剤スラリーを調製した。
砂／セメント比＝３、水／セメント比＝53％のモルタルを調製し、そのセメント100部に対して、急結剤スラリーを固形分換算で、表３に示す量の急結剤スラリーをモルタルに合流混合して急結性モルタルを製造し、凝結時間と圧縮強度を測定した。結果を表３に併記する。
【００３６】
【表３】
実験例４
各材料の単位量、セメント400kg/m3 、細骨材1,058kg/m3、粗骨材710kg/m3、水200kg/m3、及び高性能減水剤４kg/m3として吹付けコンクリートを調製し、この吹付けコンクリートを吹付け圧力0.4MPa、吹付け速度４m3/ｈの条件下で、コンクリート圧送機「アリバー２８０」により空気圧送した。
一方、カルシウムアルミネート類100部、石膏ア20部、アルミン酸塩Ａ50部、炭酸アルカリａ50部、オキシ酸類α1.0部からなる急結剤を、セメント100部に対して、７部になるように、圧送圧力0.5MPaの条件下で、急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の管の周囲数カ所に設けた穴から、急結剤100部に対して、スラリー水80部を加水して急結剤スラリーとした。
この急結剤スラリーを、また、スラリー水を加水してない急結剤を圧送して、Ｙ字管のもう一方から圧送された吹付けコンクリートに混合し、急結性吹付けコンクリートとした。この急結性吹付けコンクリートについてコンクリート圧縮強度、リバウンド率、及び粉塵量を測定した。結果を表４に示す。
【００３８】
＜使用材料＞
粗骨材 ：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重2.64、最大寸法10mm
【００３９】
＜測定方法＞
コンクリート圧縮強度：材齢１時間の圧縮強度は、幅25cm×長さ25cmのプルアウト型枠に設置したピンを、プルアウト型枠表面から急結性吹付けコンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、その時の引き抜き強度を求め、(圧縮強度)＝(引き抜き強度)×４／(供試体接触面積)の式から圧縮強度を算出した。材齢１日以降の圧縮強度は、幅50cm×長さ50cm×厚さ20cmの型枠に急結性吹付けコンクリートを吹付け、採取した直径５cm×長さ10cmの供試体を20トン耐圧機で測定し、圧縮強度を求めた。
リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを４m3/ｈの圧送速度で10分間、鉄板でアーチ状に作成した高さ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吹付けコンクリートの量)／(模擬トンネルに吹付けた急結性吹付けコンクリートの量)×100（％）で算出した。
粉塵量 ：急結性吹付けコンクリートを４m3/ｈの圧送速度で10分間、模擬トンネルに吹付けた。その後、吹付け場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定した。
【００４０】
【表４】
【発明の効果】
本発明の急結剤を用いることにより、粉塵の発生量を少なくできる。さらに、吹付け初期に高い強度が得られるために安全性も向上する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a quick setting agent, a quick setting agent slurry, a spraying material, and a spraying method using the same, which are sprayed onto a ground surface exposed on a tunnel or slope such as a road, a railway, and a waterway. About.
The cement concrete of the present invention is a general term for paste, mortar, and concrete.
Further, parts and% in the present invention are based on mass unless otherwise specified.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, in order to prevent the collapse of exposed ground such as tunnel excavation, a rapid setting concrete spraying method in which a quick setting agent is mixed with concrete has been performed (Japanese Patent Publication No. 60-4149).
This method usually involves preparing sprayed concrete at a cement, aggregate and water metering and mixing plant installed at the excavation site, transporting it with an agitator car, pumping it with a concrete pump, and using a confluence pipe installed in the middle. This is a method of mixing with a rapid setting agent fed from the other side and spraying it to the ground surface as a quick setting sprayed concrete until a predetermined thickness is reached.
[0003]
Moreover, as quick-setting agents conventionally used, calcium aluminate, a mixture of alkali metal aluminate and alkali carbonate, etc., and calcium aluminate, alkali metal aluminate, alkali carbonate, etc. Mixtures, and mixtures of calcium aluminate and 3CaO · SiO 2 are known (Japanese Patent Laid-Open No. 64-051351, Japanese Patent Publication No. 56-27457, Japanese Patent Laid-Open No. 61-026538, and Japanese Patent Laid-Open No. 61-026538). (See Sho 63-210050).
[0004]
These quick setting agents have a function of promoting the setting of cement, and all of them are mixed with cement concrete and sprayed on the ground surface.
The method of adding the quick setting agent is usually a method in which the amount of dust is increased due to powder mixing by pneumatic transportation.
For this reason, the working environment may be deteriorated, and it is necessary to wear protective glasses, a dust mask, or the like when spraying, and a construction method with less dust is required.
[0005]
As a method of generating less dust, a method is proposed in which a quick setting agent is slurried and added to cement concrete, and then an alkali metal aluminate solution is separately pumped, mixed, and sprayed. (See JP-A-5-139804).
However, since this method uses a highly alkaline liquid, it is difficult to handle, and when spraying, protective glasses, gloves and the like are required, and there is a problem that workability is lowered.
[0006]
On the other hand, a quick setting method for improving the working environment has been proposed by slurrying a quick setting agent and blending alum into cement concrete (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-097491).
However, in recent years, it has been required to further improve the workability and further improve the quick setting property in terms of shortening the construction period.
[0007]
As a result of various studies on the problems and requirements, the inventor has obtained knowledge that the problems and requirements can be solved by performing spraying construction using a specific quick setting agent, thereby completing the present invention. It came to.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention contains 100 parts calcium aluminate, 5-30 parts gypsum, 20-70 parts alkali metal aluminate, 10-100 parts alkali metal carbonate, and 0.3-3 parts oxycarboxylic acids. By rapidly adding 70 to 200 parts of slurry water to 100 parts of the quick setting agent, a quick setting agent slurry is prepared, and 5 to 20 parts of the quick setting agent in terms of solid content with respect to 100 parts of cement. This is a spraying method characterized in that slurry is mixed and mixed with cement concrete and sprayed. Hydrolyzing high-pressure water from the periphery of the pressure feed pipe that pneumatically feeds the powder quick-setting agent into the pressure feed pipe to make a slurry. It is a spraying method characterized by preparing a quick setting agent slurry by, 100 parts calcium aluminate, 5 to 30 parts gypsum, 20 to 70 parts alkali metal aluminate, 10 to 10 alkali metal carbonate 100 parts, and oxycarboxylic acids 0.3 By hydrolyzing the slurry water 70-200 parts 100 parts quick-setting admixture which comprises 3 parts, continuously prepared Kyuyuizai slurry, per 100 parts of cement, in terms of solid content 5 to 20 This is a spraying method characterized in that the rapid setting agent slurry is mixed and mixed with cement concrete and sprayed, and a hole is formed around a pressure feeding pipe for pneumatically feeding the powder rapid setting agent. It is a spraying method characterized by preparing a quick-setting agent slurry by adding high-pressure water into a pressure-feed pipe to make a slurry, and the amount of water used for cement concrete is 35% or more. The spraying pressure of concrete is 0.2 to 0.5 MPa, the spraying speed is 4 to 20 m 3 / h, and the pressure of the pumping air that pumps the rapid setting agent is 0.01 to 0.3 MPa higher than the pumping pressure of cement concrete This spraying method is characterized by And the time of the first train is less than 4 minutes, the end of the setting time is less than or equal 11 minutes, it is 1 day compressive strength 7.0 N / mm 2 or more, the 28 day compressive strength is 23.9N / mm 2 or more This spraying method has the characteristics of the characteristic spraying material.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0010]
Calcium aluminates used in the present invention are obtained by mixing a raw material containing calcia, a raw material containing alumina, and the like, obtained by calcining in a kiln or heat treatment such as melting in an electric furnace, and CaO. Al 2 O 3 is the main component and is a generic name for substances having hydration activity, and CaO and part of Al 2 O 3 are alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, silicon oxide, titanium oxide, To compounds containing iron oxide, alkali metal halides, alkaline earth metal halides, alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, etc., or those containing CaO and Al 2 O 3 as main components, These are substances dissolved in a small amount.
As the mineral form, either crystalline or amorphous can be used.
Among these, amorphous calcium aluminates are preferable in terms of reaction activity, and amorphous heat-treated products corresponding to the composition of 12CaO · 7Al 2 O 3 (hereinafter referred to as C 12 A 7 ) are rapidly cooled. Calcium aluminate is more preferred.
The particle size of the calcium aluminates is in terms of quick-setting property and the initial strength development, Blaine specific surface area (hereinafter, referred to as Blaine) 3,000 cm 2 / g or more is preferable, 5,000 cm 2 / g or more is more preferable. If it is less than 3,000 cm 2 / g, the quick setting property and initial strength development property of the quick setting spray cement concrete in which the quick setting agent and the spray cement concrete are mixed may decrease.
[0011]
The gypsum used in the present invention improves the setting property and strength development of the quick setting sprayed cement concrete, for example, the setting time of the quick setting agent slurry in which the quick setting agent and water (hereinafter referred to as slurry water) are mixed. Are mixed to delay.
As the gypsum, anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, and dihydrate gypsum can be used. Of these, anhydrous gypsum is preferred in terms of setting and strength development.
The particle size of gypsum may be the level usually used for cement and the like, but a brane value of 3,000 cm 2 / g or more is preferable from the viewpoint of quick setting property and initial strength development property of quick setting spray cement concrete.
The amount of gypsum used is preferably 5 to 50 parts, more preferably 10 to 30 parts, per 100 parts of calcium aluminates. If it is less than 5 parts, the viscosity of the quick setting slurry increases, so the workability and setting properties of the quick setting spray cement concrete may decrease, and it may be difficult to promote long-term strength development. The initial setting may be delayed, and the initial strength development may be reduced.
[0012]
Alkali metal aluminate used in the present invention (hereinafter referred to as aluminate) is to accelerate the initial setting of cement, mixed and dissolved aluminum hydroxide and alkali metal hydroxide, dried, powder It is obtained as a shape.
Examples of the aluminate include sodium aluminate, potassium aluminate, and lithium aluminate, and one or more of these can be used. Among these, sodium aluminate is preferably used in terms of the setting property and initial strength development property of the quick setting sprayed cement concrete.
The amount of aluminate used is preferably 10 to 70 parts, more preferably 20 to 50 parts, per 100 parts of calcium aluminates. If it is less than 10 parts, the initial setting may be delayed and the initial strength development may be reduced, and if it exceeds 70 parts, the viscosity of the quick setting slurry will increase, and the workability and long-term strength development of the quick setting sprayed cement concrete will be improved. May decrease.
[0013]
The alkali metal carbonate (hereinafter referred to as “alkali carbonate”) used in the present invention promotes the initial setting of cement, and includes sodium carbonate, potassium carbonate, sodium bicarbonate, and potassium bicarbonate. Among these, sodium carbonate is preferable in terms of promoting initial setting.
The amount of alkali carbonate used is preferably 10 to 100 parts, more preferably 20 to 70 parts, per 100 parts of calcium aluminates. If it is less than 10 parts, the initial setting of rapid setting sprayed cement concrete may be delayed and the initial strength development may be reduced.If it exceeds 100 parts, the viscosity of the quick setting slurry will increase, and workability and long-term strength development will be improved. May decrease.
[0014]
Examples of oxycarboxylic acids (hereinafter referred to as oxyacids) used in the present invention include gluconic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, salicylic acid, lactic acid, and salts thereof.
Examples of the salt include alkali metal salts such as sodium and potassium. Among these, sodium gluconate is preferable in terms of initial strength development.
The amount of oxyacids used is preferably 0.3 to 3 parts, more preferably 0.5 to 2 parts, per 100 parts of calcium aluminates. If it is less than 0.3 part, the setting property and initial strength development property of the quick setting spray cement concrete may be hindered, the viscosity of the quick setting slurry may be increased, and the workability of the quick setting spray cement concrete may be lowered. If it exceeds the range, the coagulation property and strength development may be inhibited.
[0015]
The amount of slurry water used in the quick setting agent slurry used in the present invention is 50 to 200 with respect to 100 parts of quick setting agent containing calcium aluminate, gypsum, aluminate, alkali carbonate, and oxyacids. Part is preferable, and 70 to 150 parts are more preferable. If it is less than 50 parts, the viscosity of the quick setting slurry increases, the pumpability of the quick setting slurry and the mixing property with the sprayed cement concrete decrease, the setting property of the quick setting spray cement concrete deteriorates, and the rebound rate May increase and the amount of dust may increase, and if it exceeds 200 parts, the coagulation property and strength development property may decrease.
[0016]
The amount of the quick setting agent used is preferably 3 to 20 parts, more preferably 5 to 15 parts, and most preferably 7 to 10 parts in terms of solid content with respect to 100 parts of cement. If it is less than 3 parts, it may be difficult to promote the initial setting of rapid setting spray cement concrete, and if it exceeds 20 parts, long-term strength development may be inhibited.
[0017]
Here, the cement includes various ordinary Portland cements such as normal, early strength, moderate heat, and ultra-early strength, and various mixed cements obtained by mixing these various Portland cements with fly ash, blast furnace slag, and the like. These can be used in the form of fine powder.
[0018]
In the quick setting agent slurry of the present invention, a water reducing agent, a thickening agent, and the like can be further used as necessary.
[0019]
The cement concrete used in the present invention contains cement and aggregate.
Here, the aggregate preferably has a low water absorption rate and a high aggregate strength.
The maximum dimension of the aggregate is not particularly limited as long as it can be sprayed.
River sand, mountain sand, lime sand, quartz sand, and the like can be used as the fine aggregate, and river gravel, mountain gravel, lime gravel, and the like can be used as the coarse aggregate.
[0020]
The amount of water used for the cement concrete is preferably 35% or more, more preferably 40 to 55% in terms of strength development. If it is less than 35%, cement concrete may not be sufficiently mixed.
[0021]
In the spraying method using the quick setting agent slurry of the present invention, conventionally used spraying equipment or the like can be used.
Specifically, for example, the product name “Aliver 280” manufactured by Arriver is used for the pressure-feeding of sprayed cement concrete, and the quick-setting agent pressure-feeding device “Natom Cleat” is used for the quick-setting agent. Is possible.
[0022]
Moreover, as a spraying construction method using the quick-setting agent slurry of the present invention, various spraying construction methods according to required physical properties, economical efficiency, workability, and the like are possible.
As a spraying method using the quick setting slurry of the present invention, a dry spraying method can also be constructed, but since the amount of dust may increase, water should be put on the cement concrete side in advance before using the quick setting agent. In addition, it is preferable to use a kneaded wet spraying method.
[0023]
As a wet spraying method, for example, cement, fine aggregate, coarse aggregate, and water are added and kneaded, pneumatically fed, a Y-shaped tube is provided in the middle, and pumped from one of them by a quick setting agent supply device. There is a method of spraying a quick setting wet spray concrete by merging and mixing quick setting agents.
[0024]
In the spraying method using the quick setting agent slurry of the present invention, the spraying pressure is usually preferably 0.2 to 0.5 MPa, and the spraying speed is preferably 4 to 20 m 3 / h.
[0025]
In addition, the pressure of the compressed air that pumps the rapid setting agent is 0.01 to 0.3 MPa from the pumping pressure of the cement concrete so that the inside of the pressurized pipe is not blocked when the cement concrete is mixed in the pressurized pipe of the rapid setting agent slurry. Larger is preferred.
[0026]
In the spraying method using the quick setting agent slurry of the present invention, in order to reduce dust and rebound, slurry water is added to the powder quick setting agent to continuously slurry the quick setting agent. It is preferable to spray the slurry mixed with spray cement concrete at the discharge port tip.
As a method of continuously slurrying the quick setting agent, for example, a hole is made around a pressure feeding pipe for pneumatically feeding the powder quick setting agent, and high pressure water is added into the pressure feeding pipe from the hole to make a slurry. The method of sending etc. can be used.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on experimental examples.
[0028]
Experimental example 1
100 parts of calcium aluminate, and 100 parts of quick setting agent comprising gypsum a, aluminate A, alkali carbonate a, and oxyacid α in the amounts shown in Table 1 with respect to 100 parts of calcium aluminate, and slurry 80 parts of water was mixed and stirred to prepare a quick setting slurry, and its viscosity was measured. The results are also shown in Table 1.
Also, a mortar having a sand / cement ratio = 3 and a water / cement ratio = 53% was prepared, and 7 parts of the quick setting slurry was added to 100 parts of the cement in terms of solid content to obtain a quick setting mortar. The setting time and the compressive strength were further measured.
The water / cement ratio of the mortar without adding the quick-setting agent slurry was 60%.
The results are also shown in Table 1.
[0029]
<Materials used>
Cement: Ordinary Portland cement, commercially available, 3,200 cm 2 / g brain value, 3.16 specific gravity
Fine aggregate: Niigata prefecture Itoigawa city Himekawa production river sand, surface dry condition, specific gravity 2.62
Calcium aluminates: corresponding to C 12 A 7 composition, amorphous, Blaine value 6,500 cm 2 / g
Gypsum A: Anhydrous gypsum pulverized on the market, Brain value 5,900cm 2 / g
Aluminate A: Sodium aluminate, commercial product, loss on ignition 2.1%, 90% particle size 0.2mm
Alkaline carbonate a: Sodium carbonate, commercially available oxyacids α: Sodium gluconate, commercially available product
<Measurement method>
Viscosity: Measure quick setting slurry with B-type viscometer Setting time: Measure quick setting mortar according to the Japan Society of Civil Engineers standard "Quality setting quality for sprayed concrete (JSCED-102)" Compressive strength: Quick setting Measure mortar according to JIS R 5201 [0031]
[Table 1]
Experimental example 2
100 parts of calcium aluminate, 20 parts of gypsum shown in Table 2, 50 parts of aluminate, 50 parts of alkali carbonate, and 1.0 part of quick setting agent, 1.0 part of oxyacid, and the amount of slurry shown in Table 2 It was carried out in the same manner as in Experimental Example 1 except that the quick setting agent slurry was prepared by mixing and stirring water. The results are also shown in Table 2.
[0033]
<Materials used>
Gypsum: commercial dihydrate gypsum pulverized product, brain value 6,300cm 2 / g
Aluminate B: Potassium aluminate, commercial product, loss on ignition 2.3%
Alkali carbonate b: potassium carbonate, commercially available oxyacids β: sodium citrate, commercially available product
[Table 2]
Experimental example 3
100 parts of calcium aluminate, 20 parts of gypsum, 50 parts of aluminate A, 50 parts of alkali carbonate a and 100 parts of oxyacid α1.0 part and 80 parts of slurry water are mixed and stirred to rapidly set. An agent slurry was prepared.
A mortar having a sand / cement ratio = 3 and a water / cement ratio = 53% was prepared, and with respect to 100 parts of the cement, the rapid setting agent slurry in an amount shown in Table 3 was converted into a solid content. A quick-setting mortar was produced by merging and mixing, and setting time and compressive strength were measured. The results are also shown in Table 3.
[0036]
[Table 3]
Experimental Example 4
Prepared shotcrete as unit amount of each material, cement 400kg / m 3 , fine aggregate 1,058kg / m 3 , coarse aggregate 710kg / m 3 , water 200kg / m 3 , and high performance water reducing agent 4kg / m 3 The sprayed concrete was pneumatically fed by a concrete feeder “Alivar 280” under the conditions of a spraying pressure of 0.4 MPa and a spraying speed of 4 m 3 / h.
On the other hand, the quick setting agent consisting of 100 parts of calcium aluminate, 20 parts of gypsum, 50 parts of aluminate A, 50 parts of alkali carbonate a, and 1.0 part of oxyacids will be 7 parts per 100 parts of cement. In addition, under the condition of the pressure of 0.5MPa, pneumatically sent using the quick-setting agent addition device "Natom Cleat", and the quick-setting agent from the holes provided in several places around one of the Y-tubes provided in the middle To 100 parts, 80 parts of slurry water was hydrated to obtain a quick setting slurry.
This quick setting agent slurry was pumped with a quick setting agent that was not added with slurry water, and was mixed with the sprayed concrete fed from the other side of the Y-shaped tube to obtain a quick setting shot concrete. Concrete compression strength, rebound rate, and amount of dust were measured for this quick setting shot concrete. The results are shown in Table 4.
[0038]
<Materials used>
Coarse aggregate: Himekawa Sakegawa gravel, Itoigawa city, Niigata prefecture, surface dry condition, specific gravity 2.64, maximum dimension 10mm
[0039]
<Measurement method>
Concrete compressive strength: The compressive strength at 1 hour of age is that the pin placed in the pullout formwork 25cm wide x 25cm long is covered with quick setting sprayed concrete from the surface of the pullout formwork, and the pin from the back side of the formwork The pullout strength at that time was determined, and the compressive strength was calculated from the formula of (compressive strength) = (pullout strength) × 4 / (test specimen contact area). The compressive strength after one day of age is 20 tons pressure-resistant machine with 5 cm diameter × 10 cm long specimens sprayed with quick setting spray concrete on a 50 cm wide × 50 cm long × 20 cm thick formwork. And the compressive strength was determined.
Rebound rate: Quick setting sprayed concrete was sprayed on a simulated tunnel with a height of 2.5m and a width of 2.5m created in an arch shape with an iron plate for 10 minutes at a pumping speed of 4m 3 / h. After that, (Rebound rate) = (Amount of quick setting sprayed concrete dropped without adhering to the simulated tunnel) / (Amount of quick setting shot concrete sprayed to the simulated tunnel) x 100 (%) did.
Dust amount: Rapid setting sprayed concrete was sprayed on the simulated tunnel at a pumping speed of 4 m 3 / h for 10 minutes. Thereafter, the amount of dust was measured at a fixed position of 3 m from the spraying place.
[0040]
[Table 4]
【Effect of the invention】
By using the quick setting agent of the present invention, the amount of dust generated can be reduced. Furthermore, since high strength is obtained at the initial stage of spraying, safety is improved.
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