JP6300520B2 - 吹付け用コンクリート - Google Patents

Description

本発明は、吹付け用コンクリート及びそれを用いた吹付け施工方法に関する。

原子力発電の稼働停止を受けて、石炭火力発電の稼働率が高まっている。これに伴い、石炭火力発電所で副産物として発生する石炭灰の発生量も増加しており、その有効利用が一層求められている。その用途の一つとして、コンクリート用の混和材としての利用があるが、セメントに置き換えて多量に配合された場合は強度低下の問題などもあり、その利用量は限られている。

一方、掘削されたトンネルや地下空間の工事では、露出面にコンクリートを吹付けてライニングし、該露出面の崩落を防止する方法が広く実施されている。この吹付け用コンクリートに、石炭灰を多量に配合する技術が提案されている（特許文献１、２）。その目的は石炭灰の有効活用であり、また、吹付けコンクリートとしてはリバウンド量の低減などの効果を得ることができる。

特開平４−３５７１４７号公報 特開２０００−２４７７１５号公報

特許文献１では、通常配合の吹付けコンクリートの細骨材の１０〜２０容量％をフライアッシュで置換した配合とすることにより、コンクリート１ｍ³当り約８０〜１６０ｋｇのフライアッシュを混練させたものが好適であるとされている。しかし、フライアッシュ混入量が２００ｋｇ／ｍ³の場合は、スランプ実測値が小さくなり、コンクリートの粘性が高まったことにより、圧送ホース内での閉塞、吹付けコンクリートの脈動が生じるなどしてポンプ圧送性が低下している。
特許文献２では、セメント１重量部に対して石炭灰を１〜２重量部配合し、かつスランプ値を２０〜２５ｃｍに調整することによって、ある一定の性能（リバウンド量、強度等）を維持する湿式吹付けコンクリートが提案されている。この文献２の実施例において、石炭灰単位量としては２６０ｋｇ／ｍ³、２８０ｋｇ／ｍ³、３６０ｋｇ／ｍ³の３つのコンクリート配合例が記載されている。しかし、この配合例は、基準のコンクリート配合に対して、細骨材だけでなくセメントも置換した配合となっており、石炭灰単位量を３６０ｋｇ／ｍ³とした場合のセメント単位量は１８０ｋｇ／ｍ³と少なくなっている。このような配合では、スランプ値を調整してポンプ圧送性が確保されたとしても、初期強度が低下することになる。

従って、本発明の課題は、石炭灰を多量に配合し、ポンプ圧送性が良好で、かつ初期強度発現性も良好な吹付け用コンクリート及びそれを用いる吹付け施工方法を提供することにある。

そこで本発明者は、石炭灰を多量に配合した吹付け用コンクリートを作製し、そのポンプ圧送性、リバウンド量、初期強度発現性を検討してきたところ、石炭灰量及びセメント量に加えて、スランプ値及びスランプフロー値を一定の範囲に調整することにより、ポンプ圧送性及び初期強度発現性の両立が達成できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔５〕を提供するものである。
〔１〕セメント、石炭灰、骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び水を含有してなる吹付け用コンクリートであって、該セメントの単位量が３００ｋｇ／ｍ³〜４００ｋｇ／ｍ³であり、該石炭灰の単位量が２００ｋｇ／ｍ³〜３００ｋｇ／ｍ³であり、水の単位量が１９５ｋｇ／ｍ ³ 〜２４０ｋｇ／ｍ ³ であり、スランプ値が２６ｃｍ以上、かつスランプフロー値が３５０ｍｍ〜４５０ｍｍに調整されることを特徴とする吹付け用コンクリート。
〔２〕〔１〕記載の吹付け用コンクリートと、粉体急結剤とからなる吹付けコンクリート。
〔４〕〔１〕記載の吹付け用コンクリートに、吹付けノズルの手前で粉体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの吹付け施工方法。
〔５〕急結剤の添加位置が、吹付けノズル口から０．５ｍ〜３ｍ手前である〔３〕記載の吹付け施工方法。

本発明の吹付け用コンクリートを用いれば、石炭灰を多量に配合しており、ポンプ圧送性がスムーズで、かつ吹付けコンクリートの初期強度も高く、リバウンドもないため、トンネルや地下空間等の吹付け工事において露出面の崩落等が防止できる。

本発明の吹付け用コンクリートは、セメント、石炭灰、骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び水を含有する。
なお、本発明における吹付け用コンクリートとは、急結剤を添加してなる吹付け施工を行う際に、ポンプ圧送されるベースコンクリートをいう。

本発明に用いるセメントは、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメントや、高炉セメント、或いは、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として利用したエコセメント等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。

本発明の吹付け用コンクリートにおけるセメント単位量は３００ｋｇ／ｍ³〜４００ｋｇ／ｍ³である。３００ｋｇ／ｍ³未満では、単位セメント量が少なくなる為、強度発現の観点から好ましくない。４００ｋｇ／ｍ³を超えると、総粉体量が多く、粘性過多となりベースコンクリート圧送時に脈動を招き易くなるため好ましくない。より好ましいセメントの単位量は、３００ｋｇ／ｍ³〜３８０ｋｇ／ｍ³であり、さらに好ましくは３００ｋｇ／ｍ³〜３６０ｋｇ／ｍ³である。

本発明に用いる石炭灰は、石炭の燃焼により発電する火力発電設備から排出されるクリンカーアッシュ（炉底灰）、粗粒アッシュ（シンダーアッシュ）又はフライアッシュを、そのままの或いは分級又は／及び粉砕したブレーン比表面積が１５００ｃｍ²／ｇ以上のものを使用できる。さらにブレーン比表面積が１５００ｃｍ²／ｇ〜４３００ｃｍ²／ｇのものを用いるのがフレッシュ時の流動性及びコンクリートの強度発現の点で好ましい。

本発明における石炭灰の配合量は、基準となるコンクリート配合に対して、石炭灰が砂置換で配合される。その配合量は１８０ｋｇ／ｍ³〜３００ｋｇ／ｍ³である。１８０ｋｇ／ｍ³未満ではベースコンクリートに良好な粘性を付与できず粉じん発生量やリバウンド量が増加し、３００ｋｇ／ｍ³を超えるとベースコンクリートの粘性が増加し脈動を引き起こし圧送が困難な状況になる。より好ましい配合量（単位量）は、１８０ｋｇ／ｍ³〜２８０ｋｇ／ｍ³であり、さらに好ましくは１８０ｋｇ／ｍ³〜２４０ｋｇ／ｍ³である。

本発明に用いる骨材としては、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石及び人工骨材等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。
これらの骨材の配合量は、ポンパビリティ及び吹付け性状の点から、ベースコンクリートの単位容積（１０００リットル／ｍ³）に対して、７００リットル／ｍ³〜６００リットル／ｍ³が好ましく、６８０リットル／ｍ³〜６２２リットル／ｍ³がさらに好ましい。

本発明における吹付けコンクリートには、ポリカルボン酸系減水剤（ＡＥ減水剤も含む）が添加される。液状又は粉末状どちらでも使用可能である。特に、ベースコンクリートのコンシステンシー（流動性）を長い時間保持する観点から、ポリカルボン酸系高性能減水剤が好ましい。当該ポリカルボン酸系減水剤の配合量は、ベースコンクリートの材料分離を起こさず流動性を付与する点から、セメント及びフライアッシュの総粉体量に対して０．５〜１．５質量％が好ましく、０．６〜１．２質量％がさらに好ましい。

本発明の吹付けコンクリートにおける単位水量は、強度発現性の点から、１８０ｋｇ／ｍ³〜２４０ｋｇ／ｍ³が好ましく、水／セメント比としては４５％〜６５％が好ましい。さらに単位水量は１９５ｋｇ／ｍ³〜２３０ｋｇ／ｍ³がより好ましく、水／セメント比としては５５％〜６３％がより好ましい。

本発明の吹付け用コンクリートでは、スランプ値が２６ｃｍ以上、かつスランプフロー値が３５０ｍｍ〜４５０ｍｍに調整する必要がある。なお、当然ながら、該高流動コンクリートは、スランプフロー試験で材料分離を起こさない実用に供しうるコンクリートである。スランプフロー値が３５０ｍｍ未満のコンクリートでは、流動性が低下し吹付け時に閉塞を招き易くなるので好ましくない。スランプフローが４５０ｍｍを超えると、材料分離抵抗性が低下しベースコンクリート圧送時に閉塞や急結剤との混合性が低下するので好ましくない。
また、好ましいスランプ値は２６ｃｍ〜２８ｃｍである。さらに好ましいスランプフロー値は、３５０ｍｍ〜４４５ｍｍである。

また、本発明の吹付け用コンクリートには本発明の効果を損なわない範囲で、必要により更にモルタルやコンクリートで用いられる混和材料を添加しても良い。混和材料としては、例えば、石膏類、シリカフューム、高炉スラグ等の潜在水硬性物質、石粉、樹脂エマルション、膨張材、起泡剤、発泡剤、防錆剤、顔料、繊維、撥水剤、防水材、消泡剤、凝結遅延剤、エトリンガイト系以外の急硬剤、粉塵低減剤、収縮低減剤、増粘剤、水中不分離性混和剤等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を本発明による効果を阻害しない範囲で使用することができる。

吹付け用コンクリートの製造方法は、特に限定するものではなく、通常のコンクリートと同様、所定量のセメント、石炭灰、骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び水を慣用のミキサーで混練して調製すれば良い。各材料の添加順序は特に限定されない。一種ずつ添加してもよく、一部又は全部を同時に添加してもよい。

また、吹付けコンクリートの施工方法については、通常行われている湿式工法が任意に適用することができる。吹付け装置も、従来、用いられている装置を適用することができる。具体的には、混練した吹付け用コンクリートをポンプ圧送し、吹付けノズル手前で、Ｙ字管等を用いて急結剤を添加し、吹付け施工を行う。急結剤の添加位置としては、ベースコンクリート圧送時の脈動抑制及び急結剤混合性の点から、吹付けノズル口、０．５〜７ｍが好ましく、０．５〜３ｍがより好ましい。

本発明において使用する急結剤も特に限定するものではなく、一般に市販されているカルシウムアルミネート系の粉体急結剤が使用できる他、液体急結剤も使用できる。急結剤の添加量としては、急結性およびコストを考慮して、セメントに対して３〜１０質量％が好ましい。

以下、実施例により本発明を説明する。
なお、試験例１は参考例であって、本発明の範囲に含まれるものではない。

（使用材料）
水：上水道水
セメント：普通ポルトランドセメント（密度：３．１６ｇ／ｃｍ³）
石炭灰：ＪＩＳ灰（密度：２．２３ｇ／ｃｍ³、ブレーン比表面積４，０００ｃｍ²／ｇ）
細骨材：陸砂（密度：２．６３ｇ／ｃｍ³）
粗骨材：砕石（密度：２．６６ｇ／ｃｍ³）
高性能減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤「ＮＴ−１０００Ｈ」（ＢＡＳＦ社製）
急結剤：カルシウムアルミネート系粉末急結剤（太平洋マテリアル社製；ショットマスター）

（コンクリート配合）
ベースコンクリートの配合を表１に示す。ベースコンクリートの混練は、２軸強制練りミキサー（０．１ｍ³）を用いて、９０秒間混練した。

（試験方法）
上記ベースコンクリートに粉体急結剤を添加し、内側にラスボートを張り付けた幅２．５×奥行き３．０×高さ３．０ｍのボックスカルバートにコンクリートを吹付けた。尚、１回の吹付量は０．１５ｍ³とした。吹付け装置として、ＭＥＹＣＯ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（株）製ＭＥＹＣＯ Ｓｕｐｒｅｍａを、急結剤の供給装置として日本プライブリコ（株）製Ｑガンを用いた。

上記ベースコンクリート及び吹付けコンクリートに対して以下の１）〜５）の特性を測定した。
１）スランプフロー；混練直後のベースコンクリートを「ＪＩＳ Ａ １１０１（コンクリートのスランプ試験方法）」に準じてスランプコーンを引き上げた後、拡がったコンクリートの最大直径の長さとその直角方向の長さを測定して、その平均値を算出した。なお、スランプ値の上限は２８ｃｍであった。
２）急結性（吹付け面への付着性）；吹付け直後のコンクリートの状態を指触により調べ、握り潰せない場合を○、若干潰せる場合を△、握り潰せる場合を×とした。
３）圧縮強度；３０×４０×２０ｃｍの木箱にコンクリートを吹付け、φ５×１０ｃｍの供試体を採取し、２０℃で湿空気中養生（材令；３時間、２４時間および２８日）後、「ＪＩＳＡ １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて圧縮強度を測定した。なお、各材令における圧縮強度は、３本の供試体の平均値とした。それらの結果を表２に示す。
４）リバウンドの状況；吹付け直下にシートを広げ、シート状にはね返ったコンクリートの量を目視により判断した。はね返った量が少なかったものを○、多かったものを×、中間のものを△とした。
５）ポンプ圧送性；ベースコンクリート圧送時におけるホースの脈動有無及びホース内での閉塞の有無を目視により調べ、脈動及び閉塞無しの場合を○、脈動や閉塞状態の何れかを確認された場合を△、脈動及び閉塞を起こした場合を×とした。

表１及び表２より、セメントの単位量、石炭灰の単位量、スランプ値及びスランプフローが本発明の範囲内にある吹付けコンクリートは、初期強度が高く、吹付け面への付着性が良好で、リバウンドも少なく、かつポンプ圧送性も良好であった。これに対し、本発明のいずれかの要件を満たさない吹付けコンクリートは、初期強度、吹付け面への付着性、リバウンド、ポンプ送圧性のいずれかの点で良くなかった（比較例１〜７）。

Claims (4)

1. セメント、石炭灰、骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び水を含有してなる吹付け用コンクリートであって、該セメントの単位量が３００ｋｇ／ｍ³〜４００ｋｇ／ｍ³であり、該石炭灰の単位量が２００ｋｇ／ｍ³〜３００ｋｇ／ｍ³であり、水の単位量が１９５ｋｇ／ｍ ³ 〜２４０ｋｇ／ｍ ³ であり、スランプ値が２６ｃｍ以上、かつスランプフロー値が３５０ｍｍ〜４５０ｍｍに調整されることを特徴とする吹付け用コンクリート。
2. 請求項１記載の吹付け用コンクリートと、粉体急結剤とからなる吹付けコンクリート。
3. 請求項１記載の吹付け用コンクリートに、吹付けノズルの手前で粉体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの吹付け施工方法。
4. 急結剤の添加位置が、吹付けノズル口から０．５ｍ〜３ｍ手前である請求項３記載の吹付け施工方法。