JP5697264B2 - 固化材噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、吹付工によって法面等に固化材を噴射する技術に関する。

例えば、トンネル履行等で吹付工を実施する場合には、吹付用機械を作業現場に進入させて、当該吹付用機械により、モルタル等の固化材を吹付けている。
ここで、例えば法面吹付工や各種補修作業においては、吹付用機械が作業現場まで進入出来ない場合が多い。その様な場合は、吹付ホースを延長し、作業員（いわゆる「ノズルマン」）が吹付用ノズルを支持して（いわゆる「手持ち」の作業）、吹付工を行う必要がある。
しかし、大量の固化材を吹付ける場合には、作業員の労力が非常に大きくなり、当該作業員に過大な負担を強いてしまうという問題が存在した。

また、吹付工により、例えばオーバーハング部やトンネル上部（上半分の領域）に固化材を吹付けると、吹付けられた固化材の半分以上が落下してしまう。
落下した固化材は作業環境を著しく悪化するのみならず、それを撤去するコストが嵩むので、吹付工全体のコストを高騰させる要因となっている。

その他の従来技術として、高い急結性を発揮する石炭灰を大量に使用した吹付材料が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、急結性を発揮する材料を混合しても、吹付材料が非流動化あるいは固化するまでは、１５分程度の時間を必要とする。すなわち、吹付けられた材料は瞬時に非流動化（あるいは固化）する訳ではないので、上述した各種問題点を解消することは出来ない。

特開２０１２−９６９３３号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、作業員が固化材吹付け用の機器を支持して吹付工を実施する場合に当該作業員に過重な負担を掛けることがなく、吹付けられた固化材が落下してしまう量を低減することが出来て、吹付工の作業現場の環境を悪化しない固化材噴射システムの提供を目的としている。

本発明によれば、固化材を搬送するコンクリートポンプ（１０）と、急硬剤を搬送する急硬剤供給ポンプ（３０）と、急結剤を搬送する急結剤供給ポンプ（４０）と、エアコンプレッサ（２０）と、該エアコンプレッサ（２０）に接続された圧縮エアタンク（２１）とを備え、前記コンクリートポンプ（１０）に接続された固化材搬送系統のエアリング管（１５）はコンクリート流入口（１５ａ）を挟むように前記圧縮エアタンク（２１）からの第１および第２のエアホース（２３、２４）に接続された２つのエア流入口（１５ｂ、１５ｃ）が配置され、前記エアリング管（１５）の吐出口（１５ｄ）は前記急硬剤ポンプ（３０）に接続された急硬剤供給系統の急硬剤混合リング（３２）に接続され、該急硬剤混合リング（３２）は吹付けホース（１７）を介して噴射ノズル（５０）に接続され、前記急結剤供給ポンプ（４０）からの急結剤搬送系統の先端には固化材搬送系統の先端に設けた噴射ノズル（５０）の近傍で急結剤を噴射する急結剤噴射用ホース（４３）が設けられている固化材噴射システムにおいて、前記急硬剤混合リング（３２）は前記エアリング管（１５）の吐出口（１５ｄ）に接続され、前記急硬剤混合リング（３２）の急硬剤混合部（３２０）の２つの孔が穿孔されている円形の領域（３２Ｈ）にはＴ字状の混合部（３２ｃ）が接続され、該混合部（３２ｃ）には前記圧縮エアタンク（２１）からの第３のエアホース（２５）と前記急硬剤供給系統の急硬剤供給ホース（３１）とが接続され、前記急硬剤混合リング（３２）にはテーパー管（１６）と吹付けホース（１７）とを介して前記噴射ノズル（５０）が接続されており、前記圧縮エアタンク（２１）からの第４のエアホース（２６）は合流管（４２）の高圧エア流入部（４２ａ）に接続され、該合流管（４２）の急硬剤流入部（４２ｂ）には前記急結剤搬送系統の急結剤供給ホース（４１）が接続され、そして該合流管（４２）の吐出側（４２ｃ）とは前記噴射ノズル（５０）近傍に可撓性の急結剤噴射用ホース（４３）が設けられている。

また、本発明によれば、固化材にポリプロピレンの繊維が混入され、前記繊維は表面に多数の凹部（Ｆｄ）が形成されている。

上述する構成を具備する本発明によれば、急硬剤を添加することにより固化材（例えば、モルタル等）に含まれる水分を凝集するため、吹付用固化材噴射の際に手持ちのノズル（５０、５０Ａ）に作用する噴出力が低減する。そのため、固化材の噴出量が多くても、作業者（ノズルマン）に過大な負担を与えてしまう恐れがない。
そのため、吹付用機械が進入することが出来ない作業現場においても、作業者（ノズルマン）がノズル（５０、５０Ａ）を支持することにより（いわゆる「手持ち」）、吹付工を実施することが出来る。

そして固化材に含まれる水分を凝集することにより、粉塵の発生量が低減して作業者の視界が確保され、作業環境が改善される。
例えば、従来技術に係る吹付工ではノズルから３ｍ程度離れた箇所において視界は殆どゼロとなり、作業者の視界も悪いため作業が困難な場合が多い。それに対して本発明によれば、作業者の視界は作業遂行に十分な程度に明瞭な状態が維持される。

また、固化材噴射の際に急結剤が混入されるので、急硬剤と急結剤がそれぞれ別に混入されることとなり、吹付けられた固化材が瞬時に非流動化する。そのため、吹付けられた面（例えば、オーバーハング部やトンネル上部等）から固化材が落下し難くなる。
後述するように、本発明によれば、オーバーハング部やトンネル上部に吹付けられた固化材の落下量は、従来技術における落下量の３０％程度まで軽減される。
そのため、本発明によれば、従来技術に比較して、吹付用固化材の落下量が減少し、いわゆる「材料ロス」が低減するので、作業コストが低減する。

さらに急硬剤と急結剤が吹付用固化材に添加される本発明によれば、急結剤のみを添加する場合と比較しても、薬剤の使用量が減少する。
その点でも、コストが低減される。

本発明の第１実施形態の概要を示すブロック図である。 第１実施形態において固化材供給系統における急硬剤供給箇所を示す説明図である。 第１実施形態における急硬剤を供給する機構を示す側面図である。 第１実施形態における固化材供給系統先端で急結剤と混合する機構を示す説明図である。 本発明の第２実施形態の概要を示すブロック図である。 実施形態で搬送される固化材に混入される繊維の一例を示す拡大断面図である。 図６で示す繊維の製造過程の概要を示す説明図である。 図６で示す繊維の素材製造の概要を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１において、全体を符号１００で示す固化材噴射システムは、コンクリートポンプ１０と、移動式エアコンプレッサ２０と、圧縮エアタンク２１と、急硬剤供給ポンプ３０と、急結剤供給ポンプ４０と、噴射ノズル５０を備えている。

コンクリートポンプ１０と噴射ノズル５０の間には、コンクリートポンプ１０側から噴射ノズル５０に向かって、耐高圧ホース１１、コンクリートシャッタ１２、コンクリート管１３、複数の耐磨耗高圧ホース１４、エアリング管１５、急硬剤混合リング３２、テーパー管１６、吹付けホース１７が接続されている。
図１では、コンクリート管１３は１本で示されているが、コンクリートポンプ１０と噴射ノズル５０との距離が長い場合には、複数のコンクリート管１３を継ぎ足して用いることもある。

エアリング管１５の詳細は図２で示されている。
図２において、エアリング管１５はコンクリート流入口１５ａと２本のエア流入口１５ｂ、１５ｃと、吐出口１５ｄを有している。
コンクリート流入口１５ａは流入側（図２では左側）において、３本ある管路の中央に位置しており、その内部には、例えばモルタル等の固化材が流れている。エア流入口１５ｂ、１５ｃはコンクリート流入口１５ａを挟む様に配置されており、その内部にはエアが流過している。
コンクリート流入口１５ａを介して供給される固化材はエア流入口１５ｂ、１５ｃから供給されるエアにより連行される。
図２において、エアリング管１５とテーパー管１６との間には、急硬剤混合リング３２が配置されている。急硬剤混合リング３２は急硬剤（スランプキリング剤）を固化材と合流させるための部材であり、且つ、急硬剤を固化材に均一に混合するために設けられている。

図１において、移動式エアコンプレッサ２０で生成された圧縮エアを貯蔵する貯蔵手段がエアタンク２１である。エアタンク２１には、エア流入口２１ａと３つのエア排出口２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが設けられている。
移動式エアコンプレッサ２０とエアタンク２１のエア流入口２１ａとは、エアホース２２で接続されている。
エアタンク２１のエア排出口２１ｂ、２１ｃとエアリング管１５のエア流入口１５ｂ、１５ｃは、それぞれエアホース２３、２４によって接続されている。エアリング管１５では、コンクリートポンプ１０から供給された固化材と、移動式エアコンプレッサ２０から供給された高圧エアが混合されることにより、固化材が高圧エアに連行されて噴射ノズル５０まで到達し、噴射される。

エアタンク２１のエア排出口２１ｄと急硬剤混合リング３２におけるエア流入口３２ａは、エアホース２５によって接続されている。
急硬剤供給ポンプ３０と急硬剤混合リング３２における急硬剤流入口３２ｂは、急硬剤供給ホース３１によって接続されている。そのため、急硬剤は、エアに連行されて急硬剤混合リング３２へ供給される。

図３において、急硬剤混合リング３２は、急硬剤混合部（リング本体）３２０と、エア供給部３２ａと、急硬剤供給部３２ｂと、Ｔ字型をした混合部３２ｃを有している。急硬剤混合部（リング本体）３２０は、その内面が樹脂加工されており、固化材が付着しない様に構成されている。
エア供給部３２ａには開閉バルブ３２ａｖが介装されており、急硬剤供給部３２ｂには開閉バルブ３２ｂｖが介装されている。
混合部３２ｃには、急硬剤と高圧エアが流入する。急硬剤は、高圧エアに連行されて、高圧エアと混合されつつ急硬剤混合部３２０へ送られる。
高圧エア及びそれに連行された急硬剤は、急硬剤混合部（リング本体）３２０に流入して、急硬剤混合部（リング本体）３２０を流過する固化材と高圧エアとの混合流に合流して混合される。

図３で示すように、急硬剤混合部３２０には混合部３２ｃが接続している。この混合部３２ｃは、図２では図示が省略されている。図２において、急硬剤混合リング３２には、２つの孔（φ２ｍｍ）が穿孔されている円形の領域３２Ｈのみが示されており、領域３２Ｈに混合部３２ｃ（図３参照）が接続される。
円形の領域３２Ｈにφ２ｍｍの２つの孔が穿孔されているのは、急硬剤の供給を確保するためである。２つの孔が穿孔されていれば、一方の孔が閉塞しても、他方の孔を経由して急硬剤が急硬剤混合リング３２内を流れる固化材に供給される。これに対して、比較的大径の孔を一つのみ穿孔したのでは、当該比較的大径の孔が閉塞してしまうと、急硬剤は急硬剤混合リング３２内を流れる固化材に供給されなくなってしまう。

また、図２において、エアリング管１５に急硬剤混合リング３２が接続され、急硬剤混合リング３２にテーパー管１６（の大径側）が接続されている。
仮にエアリング管１５にテーパー管１６を接続し、テーパー管１６の（小径側）に急硬剤混合リング３２を接続すると、テーパー管１６内部の高圧エアが固化材の周辺を包囲する様に流れてしまう。その様な状態では、急硬剤と固化材の混合が良好に行われない。
そのため、急硬剤と固化材が、テーパー管１６の上流側で混合される様に、急硬剤混合リング３２の配置が決められている。

図２において、テーパー管１６の吐出口（小径側：図２では右側）１６ｂには、吹付けホース１７が接続されている。図１で示すように、吹付けホース１７の先端には、噴射ノズル５０の固化材注入口５０ａが接続されている（図１参照）。
図１では、噴射ノズル５０は、固化材注入口５０ａと急結剤注入口５０ｂが一体になって構成されている様に示されているが、急結剤注入口５０ｂは噴射ノズル５０を構成していない。噴射ノズル５０については、図４を参照して後述する。

図１及び図４において、噴射ノズル５０近傍には、噴射ノズル５０に沿って、可撓性を有する急結剤噴射用ホース４３が配置されている。
急結剤噴射用ホース４３は、結束具（例えば、針金やビニルテープ）４５によって、噴射ノズル５０近傍に結わえられている。そして図４では明示されていないが、急結剤噴射用ホース４３は吹付けホース１７に沿って延在している。
急結剤噴射用ホース４３における噴射側４３ｂとは反対側の端部４３ａには、合流管４２の吐出側４２ｃが接続されており、合流管４２には急結剤の供給系統と高圧エアの供給系統が合流している。そして合流管４２には、高圧エア流入部４２ａと、急結剤流入部４２ｂが接続されている。そして上述した通り、合流管４２の吐出側４２ｃが急結剤噴射用ホース４３に接続されており、急結剤噴射用ホース４３は結束具４５により、噴射ノズル５０近傍に結束されている。

急結剤流入部４２ｂには急結剤供給ホース４１が接続されており、高圧エア流入部４２ａにはエアホース（図示せず）が接続されている。明示されていないが、当該エアホースはエアタンク２１（図１参照）に接続している。
高圧エア流入部４２ａには開閉弁４２ａｖが介装され、急結剤流入部４２ｂには開閉弁４２ｂｖが介装されている。
急結剤流入口４２ｂに接続されている急結剤供給ホース４１は、急結剤供給ポンプ４０（図１参照）と接続されている。

吹付の際には、噴射ノズル５０から固化材を噴射するのと同時に、高圧エア流入口４２ａの開閉弁４２ａｖ及び急結剤流入口４２ｂの開閉弁４２ｂｖを開放する。それにより、急結剤供給ホース４１及び急結剤流入部４２ｂを介して供給された急結剤は、エアホース及び高圧エア流入部４２ａを介して供給される高圧エアに連行され、急結剤噴射用ホース４３から噴射される。
そして、噴射ノズル５０からの固化材の噴流に急結剤の噴流が合流し、混合して、施工領域（例えば法面）に噴射される。上述した様に、固化材には急硬剤が混合されているので、急結剤の噴流と合流することにより、固化材には急硬剤と急結剤が混合されるので、瞬時に非流動化する。

第１実施形態によれば、固化材に急硬剤を添加することにより固化材に含まれる水分が凝集して、吹付用固化材噴射の際に手持ちのノズル５０に作用する噴出力が低減する。そのため、固化材の噴出量が多くても、作業者（ノズルマン）に過大な負担を与えてしまう恐れがない。
従って、吹付用機械が進入することが出来ない作業現場においても、作業者（ノズルマン）がノズル５０を支持することにより（いわゆる「手持ち」）、吹付工を実施することが出来る。

そして固化材に含まれる水分が凝集することにより、粉塵の発生量が低減して作業者の視界が確保され、作業環境が改善される。
例えば、従来技術に係る吹付工ではノズルから３ｍ程度離れた箇所において視界は殆どゼロとなり、作業者の視界も悪いため作業が困難な場合が多い。それに対して本発明によれば、作業者の視界は作業遂行に十分な程度に明瞭な状態が維持される。

また、第１実施形態によれば、固化材噴射の際に急結剤の噴流と合流するので、固化材中で急硬剤と急結剤が入り混じることとなり、吹付けられた固化材が瞬時に非流動化あるいは固化する。そのため、吹付けられた面（例えば、オーバーハング部やトンネル上部等）から固化材が落下し難くなる。
発明者の実験によれば、第１実施形態では、オーバーハング部やトンネル上部に吹付けられた固化材の落下量は、従来技術における落下量の３０％程度まで軽減された。
そのため、第１実施形態によれば、従来技術に比較して、吹付用固化材の落下量が減少し、いわゆる「材料ロス」が低減し、作業コストが低減する。

さらに急硬剤と急結剤が吹付用固化材に添加される第１実施形態では、急結剤のみを添加する場合と比較して、薬剤の使用量が減少する。
発明者の実験によれば、急結剤のみを使用した場合には、急結剤の使用量はセメントに対して７〜１０重量％であった。それに対して、第１実施形態では、急硬剤と急結剤の使用量は、共に、セメントに対して３重量％であった。
急硬剤、急結剤の使用量が低減する結果、第１実施形態の施工コストは低減される。

次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図５で示す第２実施形態（固化材噴射システム全体に符号１００Ａを付す）では、第１実施形態における急結剤の供給系統が省略されている。

すなわち、第２実施形態の固化材噴射システム１００Ａは、第１実施形態の固化材噴射システム１００に対して、急結剤供給ポンプ４０、急結剤供給ホース４１、急結剤と高圧エアとが合流する合流管４２、急結剤噴射用ホース４３、結束具４５、及び図１では図示を省略したエアホースが省略（廃止）されている。

上述したように、第２実施形態の固化材噴射システム１００Ａは、急結剤の供給系統は省略されているが、急硬剤が添加されるので、固化材に含まれる水分が凝集されて、吹付用固化材噴射の際における作業者（ノズルマン）手持ちのノズルに作用する噴出力が低減して、作業者の負担が軽くなる。
また、粉塵の発生量が低減して作業者の視界が確保され、吹付工における作業環境が改善される。

さらにオーバーハング部やトンネル上部等に吹付ける場合に、急硬剤を混入しない従来技術に比較して、吹付用固化材の落下量が減少する。そのため、（急硬剤を混入しない従来技術に比較して、）作業コストが低減する。
図５で示す第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図４の第１実施形態と同様である。

図示の第１実施形態及び第２実施形態に係る固化材噴射システムで、吹付工に使用される固化材に好適に混入することが出来る繊維としては、例えば、図６に示す繊維Ｆが好適である。
図６において、繊維Ｆは材質がポリプロピレンであり、その表面に多数の微小な凹部（エンボス）Ｆｄが形成されている。当該凹部Ｆｄの深さδは、０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍである。凹部Ｆｄを形成することにより繊維Ｆには親水性が付加されている。そして繊維Ｆの引張強度は６００Ｎ／ｍｍ^２以上である。
第１実施形態及び第２実施形態の固化材噴射システムの固化材に繊維Ｆを混合するのであれば、例えば、図示しないコンクリートミキサによって生コンクリートの材料であるセメント（固化材）中に混練される。

図７は、繊維Ｆの表面に多数の凹部（エンボス）Ｆｄを形成するための設備を模式的に示している。
図７において、表面に多数の凹部（エンボス）Ｆｄを形成する以前の状態の繊維（素線）Ｆｍが、素線用リール１に巻き回されている。巻き回された素線Ｆｍは、図示しない引き出し機構と、一対のローラ（エンボスの型のローラ）２、３により、矢印Ｐ方向に引き出される。
明確には図示されていないが、一対のローラ２、３の表面には、無数の微小な突起が形成されており、当該微小な突起の高さ寸法は、図６の繊維Ｆにおける凹部Ｆｄの深さ寸法δと対応している。

素線Ｆｍが一対のローラ（エンボスの型のローラ）２、３により引き出されることによって、素線Ｆｍ表面に微小な多数の凹部（エンボス）Ｆｄが形成される。
ここで、素線Ｆｍの表面に凹部（エンボス）Ｆｄを形成すると、繊維Ｆの断面積は減少する。その結果、引張強度が減少し、補強性能が低下する恐れがある。
これに対して、当該繊維Ｆは、その引張強度を６００Ｎ／ｍｍ^２以上まで向上させている。

繊維Ｆの引張強度を向上する態様を図８で説明する。
図７においてリールに巻き回されている素線は、図８で示す態様によって製造されている。
図８において、繊維素材（ＰＰ：ポリプロピレン）のペレットＦｐから、図示しない機構により素線Ｆｍを矢印Ｐ１方向へ引き出している。この素線Ｆｍを引き出す速度が速くなれば引き出された素線Ｆｍの強度が減少し、素線Ｆｍを引き出す速度が遅くなれば引き出された素線Ｆｍの強度が増加する。
図示の実施形態では、図７で示す態様で凹部（エンボス）Ｆｄを形成し、繊維Ｆの断面積を減少させることにより、引張強度が減少している。それを填補するため、図８において、繊維素材（ＰＰ：ポリプロピレン）のペレットＦｐから素線を引き出す速度を減少し、以って素線の引張強度を高めている。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１０・・・コンクリートポンプ
１１・・・耐高圧ホース
１３・・・コンクリート管
１５・・・エアリング管
１６・・・テーパー管
１７・・・吹付けホース
２０・・・移動式エアコンプレッサ
２１・・・エアタンク
３０・・・急硬剤供給ポンプ
３１・・・急硬剤供給ホース
３２・・・急硬剤混合リング
４０・・・急結剤供給ポンプ
４１・・・急結剤供給ホース
５０・・・噴射ノズル

Claims (2)

1. 固化材を搬送するコンクリートポンプ（１０）と、急硬剤を搬送する急硬剤供給ポンプ（３０）と、急結剤を搬送する急結剤供給ポンプ（４０）と、エアコンプレッサ（２０）と、該エアコンプレッサ（２０）に接続された圧縮エアタンク（２１）とを備え、前記コンクリートポンプ（１０）に接続された固化材搬送系統のエアリング管（１５）はコンクリート流入口（１５ａ）を挟むように前記圧縮エアタンク（２１）からの第１および第２のエアホース（２３、２４）に接続された２つのエア流入口（１５ｂ、１５ｃ）が配置され、前記エアリング管（１５）の吐出口（１５ｄ）は前記急硬剤ポンプ（３０）に接続された急硬剤供給系統の急硬剤混合リング（３２）に接続され、該急硬剤混合リング（３２）は吹付けホース（１７）を介して噴射ノズル（５０）に接続され、前記急結剤供給ポンプ（４０）からの急結剤搬送系統の先端には固化材搬送系統の先端に設けた噴射ノズル（５０）の近傍で急結剤を噴射する急結剤噴射用ホース（４３）が設けられている固化材噴射システムにおいて、前記急硬剤混合リング（３２）は前記エアリング管（１５）の吐出口（１５ｄ）に接続され、前記急硬剤混合リング（３２）の急硬剤混合部（３２０）の２つの孔が穿孔されている円形の領域（３２Ｈ）にはＴ字状の混合部（３２ｃ）が接続され、該混合部（３２ｃ）には前記圧縮エアタンク（２１）からの第３のエアホース（２５）と前記急硬剤供給系統の急硬剤供給ホース（３１）とが接続され、前記急硬剤混合リング（３２）にはテーパー管（１６）と吹付けホース（１７）とを介して前記噴射ノズル（５０）が接続されており、前記圧縮エアタンク（２１）からの第４のエアホース（２６）は合流管（４２）の高圧エア流入部（４２ａ）に接続され、該合流管（４２）の急硬剤流入部（４２ｂ）には前記急結剤搬送系統の急結剤供給ホース（４１）が接続され、そして該合流管（４２）の吐出側（４２ｃ）とは前記噴射ノズル（５０）近傍に可撓性の急結剤噴射用ホース（４３）が設けられていることを特徴とする固化材噴射システム。
2. 固化材にポリプロピレンの繊維が混入され、前記繊維は表面に多数の凹部（Ｆｄ）が形成されている請求項1記載の固化材噴射システム。

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