JP6977344B2 - 吹付方法及び吹付装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体材料と練混ぜ水とを混合して、ノズルの吹出口からモルタル又はコンクリートを吹き付ける吹付方法及び吹付装置に関する。

コンクリート吹付を行なう場合、吹き付ける直前に、粉体材料（骨材やセメント）と練混ぜ水とを混合する乾式のコンクリート吹出装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特許文献１に記載の乾式吹付工法においては、圧縮空気供給源の圧縮空気を用いて、安定した一定量の乾燥した粉体材料を、粉体材料定量供給機を介して、吹付け現場の吹付けノズルに供給し、水供給源からの水を、ポンプと水量調整手段を介して、吹付け現場の吹付けノズルに供給する。この場合、吹付けノズルで、瞬時に混練した粉体材料と水の混合物を、圧縮空気供給源からの空気圧力で目的物に吹付け、混合物の水分を水分計により瞬時に測定し記録保存する。

また、特許文献２には、周壁で区画された流路に、この流路を流れる粉体材料と混練される液体を、周壁から離れて流路の中に吐出する複数の吐出孔が設けられた吐出管を有した液体供給部を備えた吹付けノズルが記載されている。これにより、液体供給部から供給された液体が、流路の中心にまで到達するので、粉体材料と液体との混練のバラツキを抑制する。

特開２００４−２９３１１０号公報 特開２０１７−２３９１１号公報

特許文献２では、ノズルの中心軸付近に練混ぜ水が供給されるノズルを用いている。しかしながら、粉体材料は、表面状態によって、圧送管内をスムーズに搬送できず、安定した量でノズルに供給されないことがある。粉体材料が安定して供給できない場合には、水を一定量で混合しても、良好な品質でコンクリートやモルタルの吹付を行なうことが難しかった。

・上記課題を解決するための吹付方法は、ノズルにおいて粉体材料と練混ぜ水とを混合して、前記ノズルの吹出口からモルタル又はコンクリートを吹き付ける吹付方法であって、前記粉体材料の水分量が基準水分量範囲内となるように加湿調整し、湿度調整した圧縮空気により、前記加湿調整した粉体材料を前記圧送管で搬送し、前記圧送管の先端に設けられたノズルの液体供給部において、前記粉体材料に前記練混ぜ水を供給する。これにより、粉体材料を予め適度に加湿した状態で搬送させることができるので、圧送管内において粉体材料をスムーズに搬送させて、安定した量の粉体材料をノズルに供給できる。従って、粉体材料と水とを所定の割合で混合でき、良好な品質のモルタル又はコンクリートを吹き付けることができる。

本発明によれば、良好な品質のモルタル又はコンクリートを吹き付けることができる。

本実施形態における吹付装置の構成を示す全体図。 本実施形態における細骨材の表面水分量の影響を示すグラフであって、（ａ）はリバウンド率、（ｂ）は粉塵濃度に対する影響を示す。 本実施形態におけるウォーターリングの構成を説明する図であり、（ａ）は粉体の搬送方向と平行な方向の断面図、（ｂ）は粉体の搬送方向と直交する方向の断面図。

以下、図１〜図３を用いて、吹付方法及び吹付装置を具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、高所の作業現場において、粗骨材を含まないモルタルの吹付を行なう吹付装置として説明する。

図１に示すように、吹付装置１０は、プラントサイトＰＳ１と、ノズルサイトＮＳ１と、圧送管３０を備えている。この圧送管３０は、プラントサイトＰＳ１からノズルサイトＮＳ１に粉体材料を搬送する。なお、圧送管３０の途中には、圧送管３０の途中で粉体に対して加圧及び除湿を行なうブースタータンク３１が設けられている。

プラントサイトＰＳ１は、圧送管３０に供給する前の粉体に対して加湿処理を行なう。このプラントサイトＰＳ１は、サイロ１２、スクリューフィーダ１３、加湿部としてのプレウェッティング部２０、セメント供給部２６、搬送部としての吹付機１５、コンプレッサー１６、エア配管１７及びエアドライヤー１８を備えている。

サイロ１２は、粉体材料を貯蔵する。本実施形態では、粉体材料として、細骨材としての砂を貯蔵する。また、サイロ１２に貯蔵されている砂は、所定の表面水分量（例えば５％）になるように予め加湿されている。サイロ１２の吐出口の下方には、スクリューフィーダ１３の搬送入口部を配置する。

スクリューフィーダ１３は、搬送空間に配置したスクリューを回転させることにより、砂を撹拌しながら搬送する。このスクリューフィーダ１３は、セメントと混合し表面水分量が所定範囲に加湿された砂を、吹付機１５に供給する。

スクリューフィーダ１３には、プレウェッティング部２０及びセメント供給部２６が設けられている。プレウェッティング部２０は、水分計２１，２３，２５、加湿機２２，２４を備えている。水分計２１，２３，２５は、スクリューフィーダ１３によって搬送される砂の表面水分量を測定する。水分計２１，２３において測定された表面水分量は、各加湿機２２，２４のそれぞれに供給される。各加湿機２２，２４は、スクリューフィーダ１３で搬送される砂に水分を供給して、砂を加湿する。この場合、加湿機２２，２４は、スクリューフィーダ１３の終端で、砂の表面水分量が所定範囲以内となるように、段階的に加湿を行なう。本実施形態では、砂の表面水分量の所定範囲として６％〜８％を用いる。このため、加湿機２２は、例えば水分表面が約６．５％〜７％の範囲、加湿機２４は、例えば７％〜７．５％の範囲となるように加湿する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、細骨材の表面水分量とリバウンド率及び粉塵濃度との関係を示している。これらの図に示されているように、細骨材の表面水分量を６％〜８％とした場合には、リバウンド率及び粉塵濃度が低下し、良好な品質で吹付を行なうことができる。

図１に示すプレウェッティング部２０の水分計２５は、プレウェッティング部２０において加湿された砂の最終的な表面水分量を測定する。この水分計２５は、砂の表面水分量が所定範囲以内になっていることを確認するために用いられる。
セメント供給部２６は、水分計２５で表面水分量を確認した砂にセメントを供給する。

スクリューフィーダ１３の下流の吹付機１５には、エア配管１７、エアドライヤー１８を介してコンプレッサー１６が接続されている。エアドライヤー１８は、コンプレッサー１６から供給された圧縮空気の湿度を除去し、所定の湿度を吹付機１５に供給する。

吹付機１５は、圧縮空気によって、筒状や皿状のローターに収容される使用材料（粉体）を圧送管３０に連続的に供給する。この吹付機１５は、回転数計測器を備えており、計測した回転数（ｒｐｍ）に関するデータを、後述する流量定量制御器４５に供給する。

圧送管３０は、対象物に吹付を行なう高所に設けられたノズルサイトＮＳ１まで延在されている。この圧送管３０は、金属管と柔軟性のあるホース管とが接続されて構成されている。吹付機１５には金属管が接続されており、ノズルサイトＮＳ１側のノズル３５にはホース管が接続されている。

ノズルサイトＮＳ１は、搬送されてきた粉体に対して練混ぜ水を混合して吹付を行なう。このため、ノズルサイトＮＳ１は、流体用継手３３、吹出口を有したノズル３５、ウォーターリング３６，３７を備えている。このノズルサイトＮＳ１は、水タンク４１、高圧ポンプ４２、流量定量制御器４５、流量計４６，４７、供給管５６，５７を備えている。

ノズル３５は、流体用継手３３を介して、圧送管３０の先端に取り付けられている。圧送管３０及びノズル３５には、流体用継手３３の近傍に、複数（２つ）のウォーターリング３６，３７が設けられている。ウォーターリング３６，３７は、約１ｍ、離間して配置されている。ウォーターリング３６，３７の詳細は、後述する。

水タンク４１には、練混ぜ水が収容されている。この練混ぜ水は、粉体材料に混合される。本実施形態では、練混ぜ水として水道水等を用いるが、ポリマーエマルジョン水等を用いてもよい。
高圧ポンプ４２は、水タンク４１から供給された練混ぜ水を、ウォーターリング３６，３７において、ノズル３５内の混合粉体と、混合できる圧力まで加圧する。

流量定量制御器４５は、高圧ポンプ４２に接続されており、加圧された練混ぜ水の流量を、一定の水量Ｗで供給するように制御する。本実施形態では、流量定量制御器４５は、吹付機１５の回転数計測器から取得した回転数（ｒｐｍ）に比例する粉体量Ｑに係数を乗算して水量Ｗを算出する。具体的には、以下の式で水量Ｗを算出する。
〔水量Ｗ〕＝〔係数ｋ１〕×〔粉体量Ｑ〕
なお、〔粉体量Ｑ〕は、「〔係数ｋ２〕×〔回転数〕」により算出される。

流量定量制御器４５は、ウォーターリング３６，３７に供給管５６，５７を介して接続されており、流量を調整した練混ぜ水をウォーターリング３６，３７へ供給する。そして、各ウォーターリング３６，３７への供給管５６，５７には、流量計４６，４７及びニードルボールバルブ（図示せず）が設けられている。流量計４６，４７は、ウォーターリング３６，３７に供給された練混ぜ水の流量を測定する。

＜ウォーターリング３６，３７の構成＞
次に、図３を用いて、上述したウォーターリング３６，３７の構成について説明する。ウォーターリング３６，３７の構成は同一なため、ここでは、ノズル３５に取り付けられたウォーターリング３７について説明する。

図３（ａ）は、ウォーターリング３７の粉体の搬送方向と平行な方向の断面図、図３（ｂ）は、ウォーターリング３７の粉体の搬送方向と直交する方向の断面図である。
図３に示すように、ウォーターリング３７は、取付部材５０、円環形状の環状部材５１と、この環状部材５１の内側に設けられた供給部材５２とを備えている。取付部材５０は、ノズル３５の外周に嵌合して、ウォーターリング３７を取り付ける。環状部材５１は、取付部材５０に嵌合し、本体部と、本体部から径内方向に突出した２つの突条部とを備えている。供給部材５２は、環状部材５１の突条部に当接している。そして、環状部材５１の本体部、２つの突条部及び供給部材５２によって液体供給室Ｓ１が区画されている。

環状部材５１には、流量定量制御器４５に接続される供給管５７が接続されている。環状部材５１には、連通孔５１ａが形成されている。この連通孔５１ａを介して、液体供給室Ｓ１と供給管５７とが連通している。

図３（ａ）に示すように、供給部材５２には、複数の供給孔５２ａが設けられている。この供給孔５２ａは、ノズル３５内を搬送される粉体の搬送方向Ｄ１に対して斜めに形成されている。

更に、図３（ｂ）に示すように、搬送方向Ｄ１と直交する断面において、供給孔５２ａは、供給部材５２において複数（ここでは６つ）等間隔で、径方向に対して斜め方向に形成されている。この場合、各供給孔５２ａは、同じ角度で傾斜して形成されている。そして、この供給孔５２ａによって、練混ぜ水にはノズル３５内で旋回流（螺旋流）が発生する。

＜作用＞
次に、図１及び図３を用いて、上述のように構成した吹付装置１０による吹付方法について説明する。

まず、吹付装置１０のプラントサイトＰＳ１において、サイロ１２に蓄積していた砂を、スクリューフィーダ１３によって搬送する。搬送される砂は、プレウェッティング部２０の水分計２１，２３で表面水分量を測定され、加湿機２２，２４で加湿される。そして、水分計２５で表面水分量を測定された砂を、セメント供給部２６においてセメントと混ぜ合わせ、吹付機１５に供給する。

吹付機１５は、砂とセメントとの混合粉体を、エアドライヤー１８において除湿されたコンプレッサー１６からの圧縮空気を用いて、圧送管３０を介して、ノズルサイトＮＳ１に圧送する。

圧送管３０内を搬送された混合粉体は、ノズルサイトＮＳ１のウォーターリング３６において、練混ぜ水が旋回流を生じるように供給される。その後、ノズル３５のウォーターリング３７において、再び、練混ぜ水が旋回流を生じるように供給される。そして、ノズル３５の吹出口から、対象物に向かって、モルタルが吹き付けられる。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、吹付装置１０は、プレウェッティング部２０の加湿機２２，２４において、砂の表面水分量が基準水分量範囲内となるように加湿を行なう。そして、この加湿された砂とセメントとを混合した粉体材料をノズル３５に搬送し、練混ぜ水と混合して吹き付ける。これにより、圧送管３０に搬送する前の砂の表面水分量を精緻に制御することによって、圧送管３０において搬送される砂の表面水分量を揃えて、高所のノズル３５まで粉体材料をスムーズに搬送することができる。従って、安定した量の粉体材料をノズルに供給して練混ぜ水と混合するので、粉体材料と水とを所定の割合で混合でき、例えば高強度化が図れる等、良好な品質で吹付を行なうことができる。

（２）本実施形態では、プレウェッティング部２０において、砂の表面水分量を、所定範囲として６％〜８％となるように加湿する。これにより、リバウンド率及び粉塵濃度を低下させた良好な品質で吹付を行なうことができる。

（３）本実施形態では、サイロ１２には、予め加湿されている砂を貯蔵している。これにより、プレウェッティング部２０により、容易に水分量を調整することができる。
（４）本実施形態では、吹付機１５に供給される圧縮空気を除湿するエアドライヤー１８を設ける。これにより、圧送管３０で粉体材料を搬送する際に用いる圧縮空気の水分量を管理して、空気からの水分量の変動を低減することができるので、更に品質を安定させることができる。

（５）本実施形態では、スクリューフィーダ１３によって搬送される砂を、加湿機２２，２４で加湿する。これにより、搬送される粉体を撹拌しながら水分が供給されるので、砂の表面を万遍なく加湿できる。

（６）本実施形態のウォーターリング３６，３７は、複数の供給孔５２ａが、径方向に対して斜めに形成されている。これにより、ウォーターリング３６，３７の供給孔５２ａから供給された練混ぜ水は、旋回流となり、粉体材料と練混ぜ水とを効率よく混合させることができる。

（７）本実施形態では、ノズル３５に設けたウォーターリング３７から離間してウォーターリング３６を設けた。これにより、複数のウォーターリング３６，３７により、粉体材料と練混ぜ水とを、段階的に混合させることができる。

（８）本実施形態では、流量定量制御器４５は、計測された吹付機１５の回転数に応じて、練混ぜ水の水量を調整する。このため、粉体材料の搬送量に応じて水量を調整することができるので、良好な品質で吹付を行なうことができる。

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の吹付装置１０では、プレウェッティング部２０において加湿機２２，２４を設けた。プレウェッティング部２０に設ける加湿機の数は、２つに限定されない。例えば、サイロ１２に貯蔵する粉体材料を加湿していない場合や少ない量を徐々に加湿する場合などには、水分計と加湿機とのユニットを、更に多く設けて加湿してもよい。

・上記実施形態の吹付装置１０では、プレウェッティング部２０において細骨材としての砂を加湿した。プレウェッティング部２０において加湿する粉体材料は、細骨材だけに限定されない。例えば、細骨材とセメントとを予め混合したプレミックスを加湿してもよい。この場合、プレミックスの細骨材の表面水分量が、６％〜８％となるように水分調整することが好ましい。
更に、上記実施形態では、粗骨材を含まないモルタルを吹き付けた。吹き付ける材料は、細骨材とセメントとを含むモルタルに限らず、圧送管において搬送可能な粒形の小さい（例えば１０ｍｍ以下の）粗骨材を含むコンクリートであってもよい。この場合には、粗骨材の表面水分量も調整することにより、良好な品質の吹き付けを行なうことができる。

・上記実施形態の吹付装置１０では、圧送管３０及びノズル３５にウォーターリング３６，３７を設けた。ウォーターリングの取付位置や個数は、吹出口の直前（対象物に吹き付ける高所）であれば、上述した位置や個数に限定されない。例えば、ノズル３５や圧送管３０のそれぞれに複数のウォーターリングを設けてもよいし、圧送管３０のウォーターリングを省略してもよい。

・上記実施形態の吹付装置１０では、エアドライヤー１８において圧縮空気を用いて除湿した。ここで、プレウェッティング部２０の水分計２５で測定された水分に応じて、エアドライヤー１８で除湿する湿度を変更してもよい。

Ｑ…粉体量、Ｗ…水量、Ｄ１…搬送方向、ｋ１，ｋ２…係数、ＮＳ１…ノズルサイト、ＰＳ１…プラントサイト、Ｓ１…液体供給室、１０…吹付装置、１２…サイロ、１３…スクリューフィーダ、１５…吹付機、１６…コンプレッサー、１７…エア配管、１８…エアドライヤー、２０…プレウェッティング部、２１，２３，２５…水分計、２２，２４…加湿機、２６…セメント供給部、３０…圧送管、３１…ブースタータンク、３３…流体用継手、３５…ノズル、３６，３７…ウォーターリング、４１…水タンク、４２…高圧ポンプ、４５…流量定量制御器、４６，４７…流量計、５０…取付部材、５１…環状部材、５１ａ…連通孔、５２…供給部材、５２ａ…供給孔、５６，５７…供給管。

Claims (6)

1. ノズルにおいて粉体材料と練混ぜ水とを混合して、前記ノズルの吹出口からモルタル又はコンクリートを吹き付ける吹付方法であって、
   前記粉体材料の水分量が基準水分量範囲内となるように加湿調整し、
   湿度調整した圧縮空気により、前記加湿調整した粉体材料を搬送部によって圧送管を介して搬送し、
   前記圧送管の先端に設けられたノズルの液体供給部において、前記搬送部の搬送量に応じて調整した水量の前記練混ぜ水を前記粉体材料に供給することを特徴とする吹付方法。
2. ノズルにおいて粉体材料と練混ぜ水とを混合して、前記ノズルの吹出口からモルタル又はコンクリートを吹き付ける吹付方法であって、
   前記粉体材料の水分量が基準水分量範囲内となるように、水分計で測定しながら加湿機で水分を供給するプレウェッティング部において加湿調整を行ない、
   エアドライヤで除湿することにより、前記プレウェッティング部の水分計で測定された最終的な表面水分量に応じた湿度に調整した圧縮空気により、前記加湿調整した粉体材料を圧送管で搬送し、
   前記圧送管の先端に設けられたノズルの液体供給部において、前記粉体材料に前記練混ぜ水を供給することを特徴とする吹付方法。
3. ノズルにおいて粉体材料と練混ぜ水とを混合して、前記ノズルの吹出口からモルタル又はコンクリートを吹き付ける吹付装置であって、
   前記粉体材料の水分量が基準水分量範囲内となるように加湿調整する加湿部と、
   湿度調整した圧縮空気により、前記加湿部において加湿調整した粉体材料を、圧送管を介して前記ノズルに搬送する搬送部と、
   前記圧送管の先端に設けられたノズルにおいて、前記搬送部の搬送量に応じて調整した水量の前記練混ぜ水を前記粉体材料に供給する液体供給部とを備えたことを特徴とする吹付装置。
4. ノズルにおいて粉体材料と練混ぜ水とを混合して、前記ノズルの吹出口からモルタル又
   はコンクリートを吹き付ける吹付装置であって、
   前記粉体材料の水分量が基準水分量範囲内となるように、水分計で測定しながら加湿機で水分を供給するプレウェッティング部において加湿調整を行なう加湿部と、
   エアドライヤで除湿することにより、前記プレウェッティング部の水分計で測定された最終的な表面水分量に応じた湿度に調整した圧縮空気により、前記加湿部において加湿調整した粉体材料を、圧送管を介して前記ノズルに搬送する搬送部と、
   前記圧送管の先端に設けられたノズルにおいて、前記粉体材料に前記練混ぜ水を供給する液体供給部とを備えたことを特徴とする吹付装置。
5. 前記液体供給部は、径方向斜めに延在する複数の供給孔を、離間して設けた環状部材を備え、
   前記供給孔から、前記ノズル内において旋回流を生成する方向に前記練混ぜ水を供給することを特徴とする請求項３又は４に記載の吹付装置。
6. 前記加湿部は、スクリューフィーダによって搬送される粉体材料に対して加湿調整することを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の吹付装置。

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