JP6528942B2

JP6528942B2 - 繊維補強材料の吹付け方法

Info

Publication number: JP6528942B2
Application number: JP2015092889A
Authority: JP
Inventors: 嘉一石関; 隆祥平田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: JP2016211160A

Description

本発明は、主として型枠設置が困難な状況で採用される繊維補強材料の吹付け方法に関する。

繊維補強コンクリートは、引張強度特性に優れた繊維と併用することで、引張に弱いコンクリートの弱点を補うものであって、長さが数ｍｍから数十ｍｍ程度の短繊維が添加混入されたものは、特に短繊維補強コンクリートと呼ばれる。

短繊維補強コンクリートは、開発当初においては、繊維によってフレッシュコンクリートの流動が妨げられるため、その用途が限られていたが、流動性に優れたセメント材料の開発に伴って適用範囲が拡がり、最近では、超高強度繊維補強コンクリート（ＵＦＣ）や、さらにその熱養生を不要にした常温硬化型の超高強度繊維補強コンクリートも開発されている。

ここで、常温硬化型の超高強度繊維補強コンクリートは、現場での打設及び養生が可能であるため、施工規模や施工条件の制約が大幅に軽減されるほか、高強度かつ高流動が実現可能な特殊な粉体材料と超高強度鋼繊維とを用いることで、圧縮強度１８０Ｎ／ｍｍ²以上、引張強度８．８Ｎ／ｍｍ²以上を実現可能となり、優れた流動性や充填性と相俟って、部材の薄肉化とそれによる軽量化を図ることができる。

特開２０１３−１１９５１３号公報

ここで、超高強度繊維補強コンクリートを施工するにあたっては、通常のコンクリートと同様、型枠を建て込んだ上、該型枠の内側に打設する手順となるが、施工部位が床下や天井あるいは高架橋の下面の場合、高所や狭隘であるがゆえに型枠の建込みが困難な場合があり、かかる場合には、吹付けによる施工が望ましい。

しかしながら、超高強度繊維補強コンクリートは、上述したように流動性がきわめて高く、吹付けによる施工ではダレを生じやすいため、急結剤と併用せざるを得ないが、その場合には、設備が大がかりになるという問題や、吹付け直後に硬化するため、鏝仕上げが困難になるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、急結剤が不要な繊維補強材料の吹付け方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る繊維補強材料の吹付け方法は請求項１に記載したように、セメント、シリカフューム、水、減水剤、細骨材及び繊維が含まれ急結剤が含まれない繊維補強材料を吹き付ける方法であって、前記セメントを、Ｃ_３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ_３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成するとともに、前記セメント及びシリカフュームの合計配合量を１０００〜１１００ｋｇ／ｍ³、前記水の配合量を２４５〜２６６ｋｇ／ｍ³、前記細骨材の配合量を９３１〜９５８ｋｇ／ｍ³としたものである。

また、本発明に係る繊維補強材料の吹付け方法は、前記細骨材を、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４に規定される骨材のふるい分け試験方法でふるい分けたときに、連続する各ふるいの間にとどまる質量分率ｗ（％）が、ふるい目開き２０００μｍにおいて実質的に０となり、ふるい目開き１１８０μｍにおいて０＜ｗ≦１０となり、ふるい目開き６００μｍにおいて３５≦ｗ≦６５となり、ふるい目開き３００μｍにおいて３０≦ｗ≦５５となり、ふるい目開き１５０μｍにおいて０＜ｗ≦１０なるように構成したものである。

本発明に係る繊維補強材料の吹付け方法においては、従来の超高強度繊維補強コンクリートと同様、セメント、シリカフューム、水、減水剤、細骨材及び繊維が含まれた繊維補強材料を用いるとともに、セメントを、Ｃ_３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ_３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成するが、本発明においては、セメント及びシリカフュームの配合量を１０００〜１１００ｋｇ／ｍ³、水の配合量を２４５〜２６６ｋｇ／ｍ³、細骨材の配合量を９３１〜９５８ｋｇ／ｍ³とする。

このようにすると、引張強度と靭性に優れなおかつ常温養生で足りるという従来の超高強度繊維補強コンクリートの長所を生かしつつ、強度は多少低下するものの、流動性を適度に低下させることが可能となる。

そのため、吹付けを行ってもダレが生じにくくなり、急結剤と併用する必要がなくなるとともに、その結果として小規模な設備で吹付け工事が可能となり、かくして足場の構築や型枠の設置が困難な場所であっても、超高強度繊維補強コンクリートの長所を受け継いだコンクリート工事が可能となる。また、流動性の低下は、鏝仕上げが可能な程度にとどまるため、吹付け後の表面仕上げが妨げられることもない。

細骨材は、上述のように配合される限り、粒度をどのように設定するかは任意であるが、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４に規定される骨材のふるい分け試験方法でふるい分けたときに、連続する各ふるいの間にとどまる質量分率ｗ（％）が、ふるい目開き２０００μｍにおいてｗが実質的に０となり、ふるい目開き１１８０μｍにおいて０＜ｗ≦１０となり、ふるい目開き６００μｍにおいて３５≦ｗ≦６５となり、ふるい目開き３００μｍにおいて３０≦ｗ≦５５となり、ふるい目開き１５０μｍにおいて０＜ｗ≦１０なるように構成するのが望ましい。

本発明が適用される部位や用途は何ら限定されるものではないが、型枠工事が困難であるという点では、床下や天井あるいは高架橋の下面が典型的な適用部位となるし、一般的には型枠工事を行わない部位という点では、法面やトンネル内面も適用可能な部位となる。用途についても、塩害、中性化、アルカリ骨材反応による劣化、化学的劣化等への対策をはじめ、地震等による損傷後の修復や耐震補強が典型的な用途となるが、法面崩落を防止する用途やトンネルの一次覆工や二次覆工に用いることももちろん可能である。

本発明の繊維は、従来公知の短繊維を用いて任意に構成することが可能であり、金属繊維、炭素繊維及び有機繊維（例えば、ポリアミド、ポリプロピレン（PP)、ポリビニルアルコールまたはビニロン（PVA)、ポリエチレン（PE)、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（PET)等）等から適宜選択することができるとともに、金属繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を用いて構成することができる。

本実施形態に係る繊維補強材料の吹付け方法の実施手順を示したフローチャート。

以下、本発明に係る繊維補強材料の吹付け方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る繊維補強材料の吹付け方法の実施手順を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る繊維補強材料の吹付け方法においては、まず、セメント、シリカフューム、水、減水剤及び細骨材である砂を、セメント及びシリカフュームの配合量が１０００〜１１００ｋｇ／ｍ³、水の配合量が２４５〜２６６ｋｇ／ｍ³、砂の配合量が９３１〜９５８ｋｇ／ｍ³となるように、例えば表１に示した割合で配合し、これらを攪拌ミキサーで混練することでフレッシュモルタルを作製する（ステップ１０１）。

同表において粉体とは、セメントとシリカフュームを合わせたものであり、セメントは、Ｃ_３Ｓの含有量が４０．０〜７５．０質量％、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％となるように、Ｃ_３Ａの含有量が２．７質量％未満、好ましくは２．３質量％未満となるように構成する。これは、Ｃ_３Ｓの含有量が４０．０質量％未満だと、圧縮強度及び引張強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えると、セメントの焼成自体が困難となる傾向があるからであり、Ｃ_３Ａの含有量が２．７質量％以上では引張強度が低くなるからである。なお、Ｃ_３Ａの含有量の下限値は、例えば０．１質量％程度を目安とする。

なお、セメントにおけるＣ_２Ｓの含有量は、好ましくは９．５〜４０．０質量％、より好ましくは１４．０〜３５．０質量％であり、Ｃ_４ＡＦの含有量は、好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％である。これは、フレッシュモルタルにおいて高い流動性を確保できるとともに、フレッシュモルタルの硬化物であるモルタルにおいて、高靭性、高圧縮強度及び高引張強度を確保することができるからである。

セメントは、４５μｍふるい残分が上限で８．０質量％未満、好ましくは７．０質量％、より好ましくは６．０質量％、下限で０．０質量％、好ましくは１．０質量％、より好ましくは２．０質量％となるように構成する。これは、フレッシュモルタルにおいて適度な粘性を確保し繊維を十分に分散させることができるからであり、モルタルにおいて、高い引張強度を確保できるからである。

また、セメントは、そのブレーン比表面積が好ましくは２５００〜４８００ｃｍ²／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ²／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ²／ｇとなるように構成する。これは、セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ²／ｇ未満では、モルタルの強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ²／ｇを超えると、フレッシュモルタルにおける低水セメント比での流動性が低下する傾向があるからである。

シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であって、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳ_iＯ_２であり、その平均粒子径が、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍとなるように構成する。これは、モルタルにおいて高靭性、高圧縮強度及び高引張強度を確保することができるとともに、フレッシュモルタルにおいて高流動性を確保することができるからである。

減水剤は、その添加量が、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対し、好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは２．５〜３．５質量部となるように構成する。

また、減水剤は、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。

砂は、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４に規定される骨材のふるい分け試験方法でふるい分けたときに、連続する各ふるいの間にとどまる質量分率ｗ（％）が、ふるい目開き２０００μｍにおいてｗが実質的に０となり、ふるい目開き１１８０μｍにおいて０＜ｗ≦１０となり、ふるい目開き６００μｍにおいて３５≦ｗ≦６５となり、ふるい目開き３００μｍにおいて３０≦ｗ≦５５となり、ふるい目開き１５０μｍにおいて０＜ｗ≦１０なるように構成するのが望ましい。

次に、作製されたフレッシュモルタルに繊維としてのビニロン繊維を表１に示す配合量で添加してさらに混練し、繊維補強材料としての繊維補強モルタルとする（ステップ１０２）。

次に、混練が完了した繊維補強モルタルを対象部位に吹き付ける（ステップ１０３）。

対象部位は、足場の構築が困難であるために型枠を組み立てることが難しい部位、例えば床下や天井あるいは高架橋の下面とすればよい。

以上説明したように、本実施形態に係る繊維補強材料の吹付け方法によれば、従来の超高強度繊維補強コンクリートとは異なり、セメント及びシリカフュームの配合量を１０００〜１１００ｋｇ／ｍ³、水の配合量を２４５〜２６６ｋｇ／ｍ³、細骨材の配合量を９３１〜９５８ｋｇ／ｍ³としたので、引張強度と靭性に優れなおかつ常温養生で足りるという従来の超高強度繊維補強コンクリートの長所を生かしつつ、強度は多少低下するものの、流動性を適度に低下させることが可能となる。

なお、従来の補修用吹付けコンクリートは、付着性を高めるためにポリマーセメントが使用されていたが、本実施形態に係る繊維補強材料の吹付け方法では、従来の補修用吹付けコンクリートよりも粉体を増やすことで付着性を確保するようにしたので、硬化した後、モルタル部が緻密になって劣化因子の侵入が低減されるとともに、それによって繊維補強モルタルの耐久性を大幅に高めることが可能となる。

本実施形態では、吹付け時の安全性を考慮し、繊維としてビニロン繊維を用いたが、安全上問題がないのであれば、ビニロン繊維に代えて、鋼繊維を用いるようにしてもよい。

１０１フレッシュモルタルの作製工程
１０２繊維補強モルタルの作製工程
１０３吹付け工程

Claims

セメント、シリカフューム、水、減水剤、細骨材及び繊維が含まれ急結剤が含まれない繊維補強材料を吹き付ける方法であって、前記セメントを、Ｃ_３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ_３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成するとともに、前記セメント及びシリカフュームの合計配合量を１０００〜１１００ｋｇ／ｍ³、前記水の配合量を２４５〜２６６ｋｇ／ｍ³、前記細骨材の配合量を９３１〜９５８ｋｇ／ｍ³としたことを特徴とする繊維補強材料の吹付け方法。
前記細骨材を、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４に規定される骨材のふるい分け試験方法でふるい分けたときに、連続する各ふるいの間にとどまる質量分率ｗ（％）が、ふるい目開き２０００μｍにおいて実質的に０となり、ふるい目開き１１８０μｍにおいて０＜ｗ≦１０となり、ふるい目開き６００μｍにおいて３５≦ｗ≦６５となり、ふるい目開き３００μｍにおいて３０≦ｗ≦５５となり、ふるい目開き１５０μｍにおいて０＜ｗ≦１０なるように構成した請求項１記載の繊維補強材料の吹付け方法。