JP6184442B2

JP6184442B2 - 重量モルタルの乾式吹き付け工法

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Publication number: JP6184442B2
Application number: JP2015113764A
Authority: JP
Inventors: 小林　俊雄; 俊雄小林; 正勝國川; 典明島口
Original assignee: JFE Civil Engineering and Construction Corp
Current assignee: JFE Civil Engineering and Construction Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: JP2016121054A

Description

本発明は重量モルタルの乾式吹き付け工法、特に、放射線の透過を遮断ないし透過量を減少させることができる重量モルタルを設置する重量モルタルの乾式吹き付け工法に関する。

従来から、高濃度の放射性廃棄物の処理等に際し、人体への放射線の被爆を防止ないし低減する目的で、人体と放射性廃棄物との間に重量モルタルからなる遮蔽壁を設置することが行われている。このとき、重量モルタルとして、小鋼玉群と大鋼玉群とを含み、硬化後の密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上である放射線遮断用コンクリート組成物が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、施工位置から離れた位置においてドライミックスモルタルを作成し、これを施工位置にまで気流によって搬送し、施工位置に設置した吹き付けノズルにおいて、ドライミックスモルタルと水とを混ぜて吹き付ける乾式吹き付け工法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−２７６１９４号公報（第４−６頁、図５）特開２００４−２９２２４８号公報（第５−６頁、図１）

特許文献１に開示された放射線遮断用コンクリート組成物を乾式吹き付け工法によって、施工しようとすると以下の問題があった。
すなわち、ドライミックスモルタルの作成位置から吹き付けノズルまでの距離を長くすると、密度が比較的小さいセメント等の結合材と密度が大きい鋼玉とが、搬送用鋼管内の気流による搬送中に搬送用鋼管内で分離し、小鋼玉と大鋼玉との混合が不均一になり、結果として、搬送用配管の詰まりが発生するという問題があった。
また、乾式吹き付け工法は、湿式吹き付け工法に比べて、リバウンド、粉塵の発生が多く、養生片付けに手間が掛かり、また、表面仕上げに手間が掛かるという欠点を有しているため、壁面等に吹き付けた際、鋼玉の密度が大きいため、その重量により吹き付け層から落下する力が大きく、通常の乾式吹き付け工法の配合では、大鋼玉が脱落し、目標とする密度が得られないという問題があった。

本発明は上記問題を解決するものであって、長い距離の気流による搬送ができ、しかも、目的とする高い密度を得ることができる重量モルタルの乾式吹き付け工法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る重量モルタルの乾式吹き付け工法は、結合材、微粉および骨材を混合したドライミックスモルタルを、吹き付けノズルに向けて気流搬送し、吹き付けノズルにおいて前記ドライミックスモルタルと水とを混ぜて、吹き付け対象物に向けて吹き付ける重量モルタルの乾式吹き付け工法であって、
前記結合材は、セメント、高炉スラグ微粉末、混和材および混和剤の何れかを含み、
前記微粉は密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上で、粒径が３００μｍ以下の砂鉄を含み、
前記骨材は密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上で、粒径が３００μｍ超えの金属の球体を含み、
前記吹き付け後、前記ドライミックスモルタルの硬化した状態の密度が３．０〜６．０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。
（２）また、前記結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）が３５０ｋｇ〜６００ｋｇで、
前記結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）、前記微粉の１ｍ^３当たりの量（Ｂ）、および前記骨材の１ｍ^３当たりの量（Ｃ）を合計した前記ドライミックスモルタルの１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）が、３０００ｋｇ〜６０００ｋｇで、
前記ドライミックスモルタルの１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）に対する前記微粉の１ｍ^３当たりの量（Ｂ）の割合（Ｂ／Ｄ）が、０．２〜０．３３であることを特徴とする。
（３）また、前記結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）に対する前記骨材の１ｍ^３当たりの量（Ｃ）の割合（Ｃ／Ａ）が、３．０〜１０．７であることを特徴とする。
（４）また、前記骨材に含まれる金属は、鉄、鋼、銅、亜鉛、鉛、ニッケル、鉄合金、鋼合金、銅合金、亜鉛合金、鉛合金、およびニッケル合金の少なくとも１以上であることを特徴とする。
（５）また、前記微粉はアトマイズ鉄粉を含むことを特徴とする。

（ｉ）本発明に係る重量モルタルの乾式吹き付け工法は、ドライミックスモルタルが、粒径が３００μｍ以下の砂鉄を含み、粒径が３００μｍ超えの金属の球体を含む骨材とを混合したものであることから、粒径の大きな金属の球体の気流搬送が容易になり、長い距離（例えば、１００ｍ〜２００ｍ）を気流搬送する場合でも、搬送用配管あるいは搬送用ホースが詰まることがない。
また、微粉および骨材は何れも密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上であるから、硬化したもの（以下「重量モルタル」と称す）の密度を３．０〜６．０ｇ／ｃｍ^３にすることができる。
（ｉｉ）また、結合材、微粉および骨材の配合割合が規定されていることから、長距離の搬送性と共に、吹き付けた際の吹き付け対象物への付着が確実になる。例えば、厚さ３０〜１５０ｍｍの重量モルタルを形成することができる。
（ｉｉｉ）さらに、骨材は、鉄、鋼、銅、亜鉛、鉛、ニッケルおよびそれら等の合金を少なくとも１以上を含んでいるから、重量モルタルは放射線の遮断性能ないし透過減衰性能を有する。特に、鉛や鉄およびその合金等のように比重の重い金属を含む場合は、ガンマ（γ）線を遮蔽する能力が顕著になる。
（ｉｖ）さらに、結合材は高炉水砕スラグ微粉末を含み、微粉はアトマイズ鉄粉を含むから、前記（ｉ）〜（ｉｉｉ）記載の効果が確実に得られる。

本発明の実施の形態１に係る重量モルタルの乾式吹き付け工法に使用する乾式吹き付け装置の構成を模式的に示す構成図。

［実施の形態１］
（装置構成）
図１は本発明の実施の形態１に係る重量モルタルの乾式吹き付け工法に使用する乾式吹き付け装置の構成を模式的に示す構成図である。
図１において、乾式吹き付け装置１００は、結合材１、微粉２および骨材３を混合したドライミックスモルタル１０を、吹き付けノズル３０に向けて気流搬送し、吹き付けノズル３０においてドライミックスモルタル１０と水２０とを混ぜて、吹き付け対象の壁面５１に向けて吹き付けるものである。

ドライミックスモルタル１０は、予め所定の配合割合で、結合材１、微粉２および骨材３が混ぜられたものであり、ニードガン１３に投入される。
ニードガン１３には、ドライコンプレッサー１１からエアーホース１２を経由して圧縮空気が供給され、また、発電機１４から電源ケーブル１５を経由して電力が供給される。
したがって、ニードガン１３に投入されたドライミックスモルタル１０は、ニードガン１３からマテリアルホース１６を経由して吹き付けノズル３０に気流搬送される。
このとき、ドライミックスモルタル１０は後記する配合割合になっていることから、マテリアルホース１６内で詰まることがなく、例えば、１００ｍ〜２００ｍの遠方にまで搬送可能になっている。

一方、水タンク２１に貯蔵された水（工業用水）２０は、水ポンプ２３によって吸引ホース２２を経由して吸引され、水ホース２４を経由して吹き付けノズル３０に供給される。
そして、吹き付けノズル３０において、ドライミックスモルタル１０と水２０とは混合され（以下、ドライミックスモルタル１０と水２０とが混合したものを「混練モルタル４０」と称す）、吹き付けノズル３０の先端から壁面５１（「吹き付け対象物」に同じ）に向かって吹き付けられる。
壁面５１に到達して混練モルタル４０は、壁面５１に付着すると共に、後続して到達する混練モルタル４０によって壁面５１に押し付けられ、準じ、積み重なる。
このとき、混練モルタル４０は後記する配合割合になっていることから、リバウンド、粉塵の発生が抑えられ、壁面５１からの脱落が抑えられるから、混練モルタル４０は硬化すると高い比重になる（以下、硬化した混練モルタル４０を「重量モルタル５０」と称す）。

（配合割合）
表１〜表６は、本発明の実施の形態１に係る重量モルタルの乾式吹き付け工法に使用する重量モルタルを説明するための、配合割合を変更して実施した試験条件およびその試験結果（搬送性、付着性）を示す特性表である。
試験材（重量モルタル）は、結合材１、微粉２、骨材３、および水からなっている。以下、それぞれについて説明する。

（結合材１）
結合材１は、ポルトランドセメント、高炉スラグを水砕した高炉スラグ微粉末、混和材および混和剤からなっている。
このポルトランドセメントは、普通セメント、早強セメント、中庸熱セメント、低熱セメントを含んでいる。ポルトランドセメントのうち、例えば普通セメントは、平均粒径が１０μｍで、一般の土木・建築工事に用いられるコンクリートに使用されるセメントであり、密度は３．１６ｇ／ｃｍ^３である。
高炉スラグ微粉末は、高炉水砕スラグを粉砕したもので、粒径は約１０μｍで、密度２．９２ｇ／ｃｍ^３である。
混和材はシリカフュームであり、混和剤は粉末減水剤である。

（微粉２）
微粉２は、球形でない異形の砂鉄、および酸化鉄（マグネタイトＦｅ_２Ｏ_３）、およびアトマイズ鉄粉を含むものであって、何れも、粒径が３００μｍ以下である。
砂鉄は、密度が４．１３ｇ／ｃｍ^３で、粗粒率が１．１７である。
アトマイズ鉄粉は、密度が７．７０ｇ／ｃｍ^３で、粗粒率が１．３０である。
なお、粗粒率は、粒の大きさを示す概略値であって、篩目の大きさ、８０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍｍ、５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、および０．１５ｍｍを用いて、各篩を通過しない量を合計した全量を全試料に対する百分率の和を求め、かかる和を１００で除した値である。

（骨材３）
骨材３は、一般骨材と、重量骨材とからなり、何れも、粒径が３００μｍ超えである。
一般骨材は、珪酸質砕砂（粒径１．２〜３．０ｍｍ）で、密度が２．６３ｇ／ｃｍ^３のものである。
重量骨材は、密度７．７０ｇ／ｃｍ^３の鋼玉（スチールショット）であり、比較的粒径が揃い（粒度分布の幅が狭い）、粒径が３００μｍ超えである。

（水）
水は、一般の水道水であるが、上水道水であってもよい。

（配合割合）
表１〜表６は、それぞれドライミックスモルタルの１ｍ^３当たりの結合材１の量（Ａ）を、３００ｋｇ、３５０ｋｇ、４００ｋｇ、５００ｋｇ、６００ｋｇ、および７００ｋｇの６水準に変更したもので、試験材番号の三桁目を、それぞれ「１、２、３、４、５、６」にしている。
そして、表１〜表６のそれぞれにおいて（結合材１のそれぞれの値に対して）、１ｍ^３当たりの微粉２の量（Ｂ）を、４００ｋｇ、６００ｋｇ、１０００ｋｇ、１５００ｋｇ、２０００ｋｇ、２５００ｋｇの６水準に変更し、試験材番号の二桁目を、それぞれ「１、２、３、４、５、６」にしている。
さらに、６水準の結合材１、微粉２について、結合材１、微粉２および骨材３を合計した１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）が、２５００ｋｇ、３０００ｋｇ、４０００ｋｇ、５０００ｋｇ、６０００ｋｇ、７０００ｋｇの６水準になるように、骨材３の１ｍ^３当たりの量（Ｃ＝Ｄ−Ａ−Ｂ）を計算し、試験材番号の一桁目を、それぞれ「１、２、３、４、５、６」にしている。

さらに、特性を決定するパラメータとして、結合材１の量、微粉割合（Ｅ＝Ｂ／Ｄ＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））、骨材結合材比（Ｆ＝Ｃ／Ａ）、を計算している。
搬送性は、ドライミックスモルタル１０が、ニードガン１３からマテリアルホース１６を経由して吹き付けノズル３０に気流搬送される（マテリアルホース１６内において詰まりが発生する）か否か、および吹き付けノズル３０内において、水等と均一に混練されるか否かで判断している。
付着性は、ドライミックスモルタル１０と水２０とを混ぜて、吹き付け対象の壁面５１に向けて吹き付けた際に、吹き付け対象の壁面５１に付着する量（付着しないで脱落する量）によって判断している。

表１〜表６において、以下のような試験結果が示される。
（結果１）
結合材１の１ｍ^３当たりの量（Ａ）が３５０ｋｇ未満の場合は付着性が悪く、６００ｋｇを超える場合は粘性が大きすぎて搬送性が悪かった。したがって、結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）は、「３５０≦Ａ≦６００」でなければならない。

（結果２）
微粉２の１ｍ^３当たりの量（Ｂ）が小さすぎると、付着性が悪く、多すぎると、ノズルでの水との混合が悪くなり、搬送性が悪くなった。
微粉２は、粒径が小さく表面積が大きいので、壁に吹き付けた場合に、結合材との固着性がよくなる。
実験結果から、パラメータＥ（＝Ｂ／Ｄ）の値を０．２以上にすることが、付着性を確保するために必要であることが分かる。一方、ドライミックスモルタル１０を吹き付けノズル３０において水と混合する場合に、微粉２が多すぎると、表面積が大きいため、瞬間的な水との混合が難しくなり、分離する傾向になったことから、パラメータＥ（＝Ｂ／Ｄ）を０．３３以下にすることが必要である。よって、微粉２の１ｍ^３当たりの量（Ｂ）は、「０．２≦Ｅ＝Ｂ／Ｄ≦０．３３」でなければならない。

（結果３）
骨材３は、ドライミックスモルタル１０の１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）が３０００〜６０００ｋｇの範囲においては、総重量（Ｄ）から、結合材１と微粉２の重量和（Ａ＋Ｂ）を差し引いた値Ｃ（＝Ｄ−Ａ−Ｂ）を投入すれば、搬送性および付着性とも良好であった。

（結論）
以上より、ドライミックスモルタル１０の１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）が、３０００〜６０００ｋｇの範囲において、結合材１の量（Ａ）を、３５０ｋｇ／ｍ^３以上、６００ｋｇ／ｍ^３以下とし、微粉２の重量（Ｂ）を総重量（Ｄ）で割った値であるパラメータＥを、０．２以上、０．３３以下とし、さらに、骨材３の重量（Ｃ）を、総重量（Ｄ）から結合材１と微粉２の和（Ａ＋Ｂ）を差し引いた量（Ｄ−Ａ−Ｂ）とした場合に、搬送性および付着性とも良好な吹付け施工が可能である。

（搬送性）
なお、以上の実験結果を、搬送性および付着性の観点から整理すると、以下になる。
（ｉ）結合材１の１ｍ^３当たりの絶対量（Ａ）が、６００ｋｇを超えると、水と混合したときに粘性が多すぎて、吹き付けノズル３０から噴射できなくなる（Ａ≦６００）。
（ｉｉ）骨材３と結合材１の比であるパラメータＦ（＝Ｃ／Ａ）が多くなると、マテリアルホース１６内の分離が大きくなり、吹き付けノズル３０内での水との均一な混合が困難になり、粉塵が増大する（Ｆ＝Ｃ／Ａ≦１０．７）。
（ｉｉｉ）骨材３と結合材１の比であるパラメータＦ（＝Ｃ／Ａ）を大きくして、表面積が小さい大粒の骨材３を増やし、吹き付けノズル３０内での水との瞬間的な混練を可能にする（３．０≦Ｆ＝Ｃ／Ａ）。
（ｉｖ）微粉２が多過ぎると、表面積が多い粒子が多くなり、水との瞬間的な混合が悪くなる（Ｅ＝Ｂ／Ｄ≦０．３３）。

（付着性）
（ｖ）結合材１の１ｍ^３当たりの絶対量（Ａ）が、３５０ｋｇ未満になると、骨材３を保持する粘性が不足し、壁に定着しなくなる（３５０≦Ａ）。
（ｖｉ）微粉２が少ないと、粒径が小さく表面積が大きい粒子が足りなくて、結合材１による固定度が足りなくなる（０．２≦Ｅ＝Ｂ／Ｄ）。

本発明による重量モルタルの乾式吹き付け工法は、長い距離を気流による搬送をすることができ、しかも、目的とする高い密度の重量モルタルを得ることができるから、放射線を遮蔽するための壁面への吹き付け、放射性廃棄物を収納した容器への吹き付け、原子炉ないし原子炉建屋の損傷箇所の補修、さらに、高比重が求められる海洋構造物への吹き付け、等広く利用することができる。

１結合材
２微粉
３骨材
１０ドライミックスモルタル
１１ドライコンプレッサー
１２エアーホース
１３ニードガン
１４発電機
１５電源ケーブル
１６マテリアルホース
２０水
２１水タンク
２２吸引ホース
２３水ポンプ
２４水ホース
３０吹き付けノズル
４０混練モルタル
５０重量モルタル
５１壁面
１００乾式吹き付け装置

Claims

結合材、微粉および骨材を混合したドライミックスモルタルを、吹き付けノズルに向けて気流搬送し、吹き付けノズルにおいて前記ドライミックスモルタルと水とを混ぜて、吹き付け対象物に向けて吹き付ける重量モルタルの乾式吹き付け工法であって、
前記結合材は、セメント、高炉スラグ微粉末、混和材および混和剤の何れかを含み、
前記微粉は密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上で、粒径が３００μｍ以下の砂鉄を含み、
前記骨材は密度が４．０ｇ／ｃｍ^３以上で、粒径が３００μｍ超えの金属の球体を含み、
前記吹き付け後、前記ドライミックスモルタルの硬化した状態の密度が３．０〜６．０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする重量モルタルの乾式吹き付け工法。
前記結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）が３５０ｋｇ〜６００ｋｇで、
前記結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）、前記微粉の１ｍ^３当たりの量（Ｂ）、および前記骨材の１ｍ^３当たりの量（Ｃ）を合計した前記ドライミックスモルタルの１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）が、３０００ｋｇ〜６０００ｋｇで、
前記ドライミックスモルタルの１ｍ^３当たりの総重量（Ｄ）に対する前記微粉の１ｍ^３当たりの量（Ｂ）の割合（Ｂ／Ｄ）が、０．２〜０．３３であることを特徴とする請求項１記載の重量モルタルの乾式吹き付け工法。
前記結合材の１ｍ^３当たりの量（Ａ）に対する前記骨材の１ｍ^３当たりの量（Ｃ）の割合（Ｃ／Ａ）が、３．０〜１０．７であることを特徴とする請求項１または２記載の重量モルタルの乾式吹き付け工法。
前記骨材に含まれる金属は、鉄、鋼、銅、亜鉛、鉛、ニッケル、鉄合金、鋼合金、銅合金、亜鉛合金、鉛合金、およびニッケル合金の少なくとも１以上であることを特徴とする請求項１または２記載の重量モルタルの乾式吹き付け工法。
前記微粉はアトマイズ鉄粉を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の重量モルタルの乾式吹き付け工法。