JP6842845B2

JP6842845B2 - 吹付け材料

Info

Publication number: JP6842845B2
Application number: JP2016125793A
Authority: JP
Inventors: 透崎山; 坂本　淳; 淳坂本; 敏明須藤; 政浩岩野
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: JP2017226588A

Description

本発明は、吹付け工に使用する吹付け材料に関する。

ＮＡＴＭ等の山岳トンネル工法では、掘削により露出した地山面に吹付けコンクリートを吹き付けることで地山の崩落を防止するのが一般的である。吹付けコンクリートは、コンクリートポンプにより圧送されたコンクリートを急結剤と混合するとともに地山面に吹付ける。
吹付けコンクリートを施工する際には、吹付け材料の一部が吹付け対象面（地山面）に付着せずに落下してしまう（以下、単に「リバウンド」という）。そのため、吹付けコンクリートを施工する際には、リバウンドを考慮して、吹付け材料を多めに吹付ける必要がある。

リバウンド量が多いと、施工の手間や材料費が増加するため、吹付け材料のリバウンド量の低減化を図る技術が多数開発されている。
例えば、特許文献１では、吹付けコンクリートの初期の付着強度を上げることで吹付け材料のリバウンド率を低下させる吹付けコンクリート製造装置が開示されている。
また、特許文献２には、吹付け材料の粉体材料を改良することで、吹付け材料のリバウンド量の低減化を図る吹付け材料が開示されている。
ところが、特許文献１の吹付けコンクリート製造装置や特許文献２の吹付け材料を採用した場合であっても、吹付け材料のリバウンドは発生する。
なお、特許文献３には、回収した硬化前の残存生コンクリートに凝結遅延剤を混練して、当該残存生コンクリートを再生生コンクリートとして再利用する方法が開示されているが、吹付け材料には急結剤が使用されているため、トンネル坑外へ排出した際には硬化している。

特開２０１２−２３３３００号公報特開２００４−３２３３５６号公報特開２０１２−００１４０９号公報

吹付け材料のリバウンドにより発生したはね返り材は、産業廃棄物として処分するのが一般的である。ところが、はね返り材の処分場への運搬および処分（埋立等）には、手間と費用がかかる。なお、はね返り材は、トンネルの一次覆工としての吹付けコンクリートに限らず、法面に対する吹付け工等、あらゆる吹付け工において生じる。
本発明は、はね返り材の処分に要する手間および費用の低減化を可能とした、吹付け材料を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の吹付け材料は、セメントと、骨材と、水とを含むベースコンクリートに、急結剤を添加してなるものであって、前記ベースコンクリートの骨材使用量のうちの５０体積％以下、好ましくは３０〜５０体積％が、吹付けコンクリート工のはね返り材であり、前記はね返り材は、貯蔵施設において吸水させた状態で貯蔵されたものであり、当該はね返り材の表乾密度は他の骨材の表乾密度よりも小さいことを特徴としている。
前記はね返り材は、モルタルペーストが付着した骨材であってもよい。
また、前記はね返り材は、篩目１３．２ｍｍ〜４．７５ｍｍの範囲内にふるい分けされたものであるのが望ましい。

かかる吹付け材料によれば、骨材の一部にはね返り材を使用しているため、施工により発生したはね返り材を有効に再利用できる。つまり、本発明によれば、廃棄物として処分するはね返り材の量を削減することが可能となり、ひいては、はね返り材の運搬および処分に要する手間および費用を削減することができる。
また、はね返り材を骨材として使用することで、新たに購入する骨材の量を低減し、ひいては、材料費の低減化を図ることができる。
また、廃棄物の搬出量および材料の搬入量の低減化により、運搬車両の総台数を減らすことが可能となる。運搬車両の台数を削減できれば、周辺地域の混雑の回避および運搬車両から排出されるＣＯ_２の排出量を低減することができるので、環境負荷の低減を可能としている。

本発明の吹付け材料によれば、はね返り材の処分に要する手間および費用の低減化が可能となる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るトンネルを示す横断図、（ｂ）は同トンネルの支保工の一部を示す縦断図である。本発明の実施形態に係るトンネル施工方法の各手順を示すフローチャート図である。（ａ）および（ｂ）は吹付けコンクリートの施工状況を示す模式図である。はね返り材回収装置の使用状況を示す縦断図である。はね返り材回収装置の使用状況を示す平面図である。ベースコンクリートの圧縮試験結果を示すグラフである。吹付けコンクリートの圧縮試験結果を示すグラフである。

本実施形態では、図１（ａ）に示す山岳トンネル（トンネル１）を例にして、吹付けコンクリート２１のはね返り材を骨材として使用する吹付け材料を使用するトンネル施工方法について説明する。
本実施形態のトンネル施工方法は、図２に示すように、掘削工程Ｓ１、支保工程Ｓ２、回収工程Ｓ３、骨材製造工程Ｓ４、分離選別工程Ｓ５、吸水貯蔵工程Ｓ６および材料製造工程Ｓ７を備えている。

掘削工程Ｓ１は、地山を掘削して切羽を前進させる工程である。本実施形態では発破工法によりトンネルを掘削する。なお、トンネル１の掘削工法は限定されるものではなく、例えば、機械掘削工法を採用してもよい。
地山の掘削により発生した掘削ずりは、トンネル坑外へ搬出する。なお、掘削ずりの搬出方法は限定されるものではなく、例えば、ダンプトラックやベルトコンベアを使用すればよい。

支保工程Ｓ２は、トンネル１の掘削により露出した地山を支保工２により閉塞する工程である。本実施形態の支保工２は、図１（ｂ）に示すように、吹付けコンクリート２１、鋼製支保工２２およびロックボルト２３を備えている。なお、トンネル１の支保構造は限定されるものではなく、地山状況やトンネル１の断面形状等に応じて適宜決定する。例えば、必要に応じて補助工法を採用してもよい。また、本実施形態では、切羽に対して鏡吹付けを行う。

支保工２は、地山の掘削により露出した地山（切羽１１またはトンネル内周面１２）に対して吹付けコンクリート（吹付け材料）２１を吹き付けるとともに、鋼製支保工２２の建込およびロックボルト２３の打設を行うことにより形成する。鋼製支保工２２は、前回の施工サイクルで建て込まれた鋼製支保工２２から所定の間隔をあけて建て込む。本実施形態の鋼製支保工２２は馬蹄形状を呈している。なお、鋼製支保工２２の形状は限定されるものではなく、例えばリング状であってもよい。ロックボルト２３の打設は、トンネル１の周囲の地山に対してロックボルト孔を穿孔し、このロックボルト孔にロックボルト２３を挿入することにより行う。吹付けコンクリート２１の吹付け厚は限定されるものではなく、地山状況等応じて適宜決定する。また、吹付けコンクリート２１は、一次吹付けと二次吹付けに分ける等、複数の層に分けて施工してもよい。
吹付けコンクリート２１の施工は、図３（ａ）に示すように、吹付け対象面（切羽１１またはトンネル内周面１２）と吹付け機４との間に、はね返り材回収装置３（回収シート３８）を配置した状態で行う。

鏡吹付けは、切羽１１に対して吹付けコンクリート（吹付け材料）２１を吹き付けるものである。切羽１１には、必要に応じて鏡ロックボルトを打設してもよい。
吹付けコンクリート２１の施工には、セメントと、骨材と、水とを含むベースコンクリートに、急結剤を添加した吹付け材料を使用する。なお、鏡吹付けに使用する吹付け材料のベースコンクリートには、骨材として、吹付けコンクリートのはね返り材が含有されたものを使用する。本実施形態では、ベースコンクリートの骨材使用量のうちの３０〜５０体積％が、はね返り材を使用した再生骨材により構成されている。なお、骨材に使用する再生骨材の量は、５０体積％以下であれば限定されるものではない。

回収工程Ｓ３は、吹付けコンクリート２１の施工により発生するはね返り材Ｃ_Ｈを回収する工程である。すなわち、回収工程Ｓ３は支保工程Ｓ２とともに実施する。
はね返り材Ｃ_Ｈの回収には、はね返り材回収装置３を利用する。はね返り材回収装置３は、吹付け対象面（切羽１１またはトンネル内周面１２）と吹付け機４との間に回収シート３８を配設しておくことにより、吹付けコンクリート２１の吹付け時に生じるはね返り材を直接受け止める。

本実施形態のはね返り材回収装置３は、図４に示すように、クローラダンプ（自走手段）５に上載されている。すなわち、はね返り材回収装置３は、移動可能に構成されている。はね返り材回収装置３は、クローラダンプ５に固定された本体部３１と、本体部３１に支持された受部３２とを備えている。なお、はね返り材回収装置３を移動可能に支持する自走手段は、クローラダンプ５に限定されるものではなく、例えばダンプトラックであってもよい。また、はね返り材回収装置３は、必ずしも自走手段（クローラダンプ５）に上載されている必要はない。また、本体部３１が自走手段を備えていてもよい。

本体部３１は、基部３３と回転部３４とを備えている。基部３３は、クローラダンプ５に固定された部分である。回転部３４は、基部３３に対して、縦軸（基部３３の上面に垂直な軸）を中心に回転可能に取り付けられている。回転部３４は、回収容器３５を備えている。また、基部３３には、駆動手段（モータ）３６が設けられている。本実施形態では、吹付け機４に搭載された発電機（図示せず）から駆動手段３６に電力を供給する。なお、駆動手段３６はモータに限定されるものではなく、例えばエンジンや油圧ポンプであってもよい。また、本体部３１の構成は限定されるものではない。例えば、回収容器３５は必要応じて設ければよく、省略してもよい。

受部３２は、図５に示すように、一対の可動式アーム３７，３７と、一対の可動式アーム３７，３７によって保持された回収シート３８とを備えている。
可動式アーム３７の基端部は、本体部３１に回動可能に取り付けられている。すなわち可動式アーム３７は、上下左右へ回動可能である。また、一対の可動式アーム３７，３７の基端部には回収容器３５が配設されている。可動式アーム３７は、図５に示すように、複数のアーム部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃを連結することにより構成されている。アーム部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃ同士は、回転可能に連結されている。すなわち、可動式アーム３７は、折り畳み可能に構成されている。可動式アーム３７は、はね返り材回収装置の移動時には折り畳んだ状態とし、はね返り材回収時は伸ばした状態で使用する。なお、可動式アーム３７を構成するアーム部材の数（折れ点）は限定されるものではない。また、アーム３７は、必ずしも可動式である必要はなく、また、必ずしも折り畳み可能に構成されている必要はない。また、可動式アーム３７は、伸縮可能に構成されていてもよい。さらに、受部３２は、３本以上の可動式アーム３７を有していてもよい。

回収シート３８の両側端部は、可動式アーム３７，３７に固定されている。回収シート３８は、折り畳み可能な材質であり、可動式アーム３７を折り畳んだ際（あるいは縮めた際）には折り畳まれ、可動式アーム３７を伸ばした際には広げられる。本実施形態の回収シート３８は、いわゆる帆布により構成されている。なお、回収シート３８を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、ゴム系シートやビニールシート等を使用してもよい。また、回収シート３８として網状のシート材を使用してもよい。

図５に示すように、吹付けコンクリート２１の吹付け時には、回収シート３８を吹付け機４の吹付けノズル４１の下方において広げておく。回収シート３８を広げる際には、一対の可動式アーム３７，３７を伸ばすとともに、左右に広げておく。このとき、回収シート３８の先端は、吹付け対象面（切羽１１またはトンネル内周面１２）になるべく近づけておく。回収シート３８は、先端部（吹付け対象面側）が、基端部（本体部３１側）よりも左右の幅（可動式アーム３７同士の間隔）が大きくなるように広げる。

図３（ａ）に示すように、吹付けノズル４１から吹付け対象面（切羽１１またはトンネル内周面１２）に吹き付け材Ｃ_Ｆを吹き付けると、はね返り材Ｃ_Ｈが回収シート３８に落下する。回収シート３８の上に落下したはね返り材Ｃ_Ｈは、回収容器３５へ誘導される。回収したはね返り材Ｃ_Ｈは、トンネル坑外の仮置き場Ｓ_Ｙに搬送する。はね返り材Ｃ_Ｈの輸送手段は限定されるものではなく、例えば、ダンプトラックＴやベルトコンベアを使用すればよい。

骨材製造工程Ｓ４は、互いに付着したはね返り材Ｃ_Ｈを分解して再生骨材Ｇ_１を製造する工程である。
はね返り材Ｃ_Ｈは、急結剤が含有されているため、互いに付着した状態で大きな塊となっている場合が多い。はね返り材Ｃ_Ｈの分解とは、モルタルペーストを介して互いに付着した塊を骨材として使用し得る大きさに分解することである。このとき、骨材分（砕石や礫等）が破砕されないように行うのが望ましい。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、はね返り材Ｃ_Ｈの分解に、バックホウアタッチメント式の破砕装置Ｍ_２を利用する。仮置き場Ｓ_Ｙにおいて、バックホウＭ_１（破砕装置Ｍ_２）によりはね返り材Ｃ_Ｈをすくった後、破砕装置Ｍ_２により分解する。なお、はね返り材Ｃ_Ｈの分解に使用する装置は限定されるものではなく、例えば、コンクリートクラッシャを使用してもよい。
分解された再生骨材Ｇ_１の表面にはモルタルペーストが付着している。なお、再生骨材の表面のモルタルペーストは除去してもよい。また、分解された個々の再生骨材Ｇ_１には、複数の砂分や礫分等が含まれていてもよい。

分離選別工程Ｓ５は、再生骨材Ｇ_１の中から細粒分Ｇ_１１の分離選別する工程である。
本実施形態では、水平型振動ふるいＭ_３によりふるい分けを行い、細粒分Ｇ_１１を分離する。本実施形態では、篩目１３．２ｍｍ〜４．７５ｍｍの範囲内でふるい分けする。なお、篩目は前記の範囲に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
骨材製造工程Ｓ４において製造された再生骨材Ｇ_１を水平型振動ふるいＭ_３に投入し、細粒分Ｇ_１１とその他（以下、「粗粒分」という）Ｇ_１２に分離する。なお、再生骨材Ｇ_１のふるい分けに使用するふるい機は限定されるものではなく、例えば、傾斜型振動ふるいや横振り式ふるい等を使用してもよい。また、再生骨材Ｇ_１は、細粒分Ｇ_１１と粗粒分Ｇ_１２の２種類に分級する場合に限定されるものではなく、３つ以上のグループに分級してもよい。分級された再生骨材Ｇ_１１，Ｇ_１２は、それぞれ貯蔵施設に搬送する。

吸水貯蔵工程Ｓ６は、貯蔵施設Ｓ_Ｓ内に吸水させた再生骨材Ｇ_１を貯蔵する工程である。
本実施形態では、再生骨材Ｇ_１に吸水させた状態で貯蔵する。貯蔵施設Ｓ_Ｓに搬送された再生骨材Ｇ_１は、細粒分Ｇ_１１と粗粒分Ｇ_１２に分けた状態で貯蔵する。
なお、吸水貯蔵工程Ｓ６は、必要に応じて実施すればよい。例えば、骨材製造工程Ｓ５において製造された再生骨材Ｇ_１を、直接ミキサーに投入する場合には、注水貯蔵工程Ｓ６は省略してもよい。

材料製造工程Ｓ７は、再生骨材Ｇ_１をミキサーＭ_４に投入し、セメント系固化材Ｃおよび水Ｗと混合してベースコンクリートを製造する工程である。
必要な量の再生骨材Ｇ_１を貯蔵施設Ｓ_Ｓから徴収し、セメント系固化材Ｃや水Ｗ等と混合して鏡吹付け用のベースコンクリートを製造する。本実施形態では、ベースコンクリートの骨材使用量のうちの５０体積％以下に再生骨材Ｇ_１を使用する。なお、ベースコンクリートの配合は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
材料製造工程Ｓ７において製造されたベースコンクリートは、支保工程Ｓ２における鏡吹付けのベースコンクリートとして使用する。すなわち、ベースコンクリートは、ポンプ圧送されるとともに急結剤が添加させることで、切羽１１に吹き付ける吹付け材料として使用する。なお、ベースコンクリートは、トンネル内周面１２（側壁や天端等）の吹付け材料に使用してもよい。
以下、掘削工程Ｓ１〜材料製造工程Ｓ７を繰り返し、所定延長のトンネルを形成する。

本実施形態の吹付け材料によれば、吹付けコンクリート２１の施工に伴い発生するはね返り材Ｃ_Ｈを有効に利用しているため、はね返り材Ｃ_Ｈを産業廃棄物として処分する場合の費用や手間を省略することができる。また、はね返り材Ｃ_Ｈを骨材として使用することで、新たに購入する骨材の量を低減し、ひいては、材料費の低減化を図ることができる。そのため、廃棄物の搬出量および材料の搬入量の低減化により、運搬車両の総台数を減らすことが可能となる。さらに、周辺地域の混雑の回避および運搬車両から排出されるＣＯ_２の排出量を低減することで、環境負荷の低減が可能となる。

また、はね返り材回収装置１により地面に落下する前のはね返り材Ｃ_Ｈを収集することができるため、はね返り材Ｃ_Ｈに掘削ずりが混入することもない。そのため、再生骨材Ｇ_１として使用する際に、不純物（掘削ズリ等）を除去する手間や費用を低減することができる。
再生骨材Ｇ_１は、モルタルペーストが付着したものをそのまま使用するため、モルタルペーストを除去する場合に比べて、作業性に優れている。また、ベースコンクリートを構成するモルタル分と同じセメント系材料であるモルタルペースト自体が、吹付け材料の性能に悪影響を及ぼすこともない。

以下、本実施形態の吹付け材料の性能を確認するために行った吹付け試験結果について説明する。
本吹付け試験では、骨材使用料のうちの０，３０，４０，５０体積％をはね返り材にした吹付け材料について、それぞれベースコンクリートの圧縮強度（材齢７日、２８日）および吹付けコンクリートの圧縮強度（材齢７日、２８日：標準養生）を測定した。また、篩分けしていないはね返り材を使用した吹付け材料についても、同様の試験を行った。なお、ベースコンクリートの圧縮強度は、JIS A 1108「コンクリートの圧縮試験方法」に準じて測定した。また、吹付けコンクリートの圧縮強度は、JIS A 1108「コンクリートの圧縮試験方法」に準じて測定した。
本吹付け試験で使用した、ベースコンクリートを使用材料と配合をそれぞれ表１、２に示す。

ベースコンクリートの圧縮強度試験結果を図６に示す。
図６に示すように、ベースコンクリートの圧縮強度は、再生骨材Ｇ_１の使用量を３０，４０，５０％のいずれの場合（Ｎｏ．２〜４）であっても、再生骨材Ｇ_１を使用していない場合（使用料が０％）と同等の良好な強度を発現する結果であった。また、篩分別していない再生骨材を使用した場合（Ｎｏ．５）であっても、再生骨材Ｇ_１を使用していない場合（使用料が０％）と同等の良好な強度を発現する結果であった。

吹付けコンクリートの圧縮強度試験の結果を図７に示す。
図７に示すように、吹付けコンクリートの圧縮強度は、再生骨材Ｇ_１の使用量を３０，４０，５０％のいずれの場合（Ｎｏ．２〜４）であっても、再生骨材Ｇ_１を使用していない場合（使用料が０％）と同等の良好な強度を発現する結果であった。また篩分別していない再生骨材を使用した場合（Ｎｏ．５）であっても、再生骨材Ｇ_１を使用していない場合（使用料が０％）と同等の良好な強度を発現する結果であった。
以上の通り、はね返り材からなる再生骨材を使用した本実施形態の吹付け材料を使用した場合であっても、再生骨材を使用していない従来の吹付け材料と同等の強度を発現することが実証された。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、本発明に係る吹付け材料を使用したトンネル工事について説明したが、当該吹付け材料は、トンネル工事に限らずあらゆる吹付け工事に使用することができる。例えば、法面吹付けに使用してもよい。
前記実施形態では、はね返り材回収装置を利用してはね返り材を回収する場合について説明したが、はね返り材の回収方法は限定されるものではない。例えば、吹付け対象箇所の下側にビニールシートを敷いておき、吹付け時にビニールシートに落下したはね返り材を回収してもよい。
トンネルの断面形状や断面寸法等は限定されるものではなく、地山状況やトンネルの用途等に応じて適宜決定すればよい。

１トンネル
２支保工
２１吹付けコンクリート
３はね返り材回収装置
４吹付け機
５クローラダンプ

Claims

セメントと、骨材と、水とを含むベースコンクリートに、急結剤を添加してなる吹付け材料であって、
前記ベースコンクリートの骨材使用量のうちの５０体積％以下が、吹付けコンクリート工のはね返り材であり、
前記はね返り材は、貯蔵施設において吸水させた状態で貯蔵されたものであり、当該はね返り材の表乾密度は他の骨材の表乾密度よりも小さいことを特徴とする、吹付け材料。
前記はね返り材が、モルタルペーストが付着した骨材であることを特徴とする、請求項１に記載の吹付け材料。
前記はね返り材が、篩目１３．２ｍｍ〜４．７５ｍｍの範囲内にふるい分けされたものであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の吹付け材料。
鏡吹付けコンクリートの施工に使用することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の吹付け材料。