JP7136972B2 - 湿式吹付工法 - Google Patents
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Description
特にトンネル工事においては、狭い坑内で、しかも密閉された作業環境のため、屋外に比べて著しく作業環境は悪くなる。一般的には局部排気装置を設置するが、吐出口の近くで作業している作業員に対しては十分でなく、更なる粉塵の低減が望まれている。
また、特許文献2は、ポリアルキルアリールスルホン酸系減水剤とポリエチレンオキサイドと水とをそれぞれ別個に導管を通して送り、ノズル部にてセメント系材料と混合する、いわゆる乾式の吹付コンクリートの施工方法を提案している。
特許文献3には、セメント成分、骨材、水、急結剤及び所定量の粉塵低減剤を含み、更に高性能減水剤を配合して所定のスランプ値とした吹付コンクリート組成物の粉塵低減剤が開示されている。特許文献3の実施例では、これらの成分を均一に撹拌混合して吹付けコンクリート組成物を調製している。
特許文献4では、ポリアルキレンオキサイドとアルキルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物とを含有してなるリバウンド低減剤が開示されている。特許文献4の実施例では、急結剤と水とを混合した急結剤スラリーをコンクリートに吹き込んで急結性コンクリートを調製している。
また、冬場などの低温下では、特に粉塵が発生しやすいため、低温での施工で、粉塵を低減した上で、ポンプ圧送性や生産性を向上できることが望まれる。
前記水硬性組成物に、固体状の急結剤を混合して、吹付用水硬性組成物を製造し、
前記吹付用水硬性組成物を対象物に吹き付ける、
湿式吹付工法に関する。
<ポリエチレンオキサイドの混合条件(1)>
(1-1)ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が20万以上170万以下の場合は、当該ポリエチレンオキサイドの平均付加モル数(A)(モル)と、当該ポリエチレンオキサイドのセメントに対する混合量(B)(質量%)の積〔(A)×(B)〕が、90以上12000以下となるように、当該ポリエチレンオキサイドを混合する。
(1-2)ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が170万を超え1000万以下の場合は、当該ポリエチレンオキサイドの平均付加モル数(A)(モル)と、当該ポリエチレンオキサイドのセメントに対する混合量(B)(質量%)の積〔(A)×(B)〕が、20以上200以下となるように、当該ポリエチレンオキサイドを混合する。
前記水硬性組成物に、固体状の急結剤を混合して、吹付用水硬性組成物を製造し、
前記吹付用水硬性組成物を対象物に吹き付ける、
湿式吹付工法に関する。
<ポリエチレンオキサイドの混合条件(2)>
(2-1)ポリエチレンオキサイドは、2質量%水溶液の粘度が25℃で15mPa・s以上4000mPa・s以下、又は0.5質量%水溶液の粘度が25℃で20mPa・s以上400mPa・s以下である。
(2-2a)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で15mPa・s以上40mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.15質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-2b)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で40mPa・s以上200mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.05質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-2c)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で200mPa・s以上2000mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.01質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-2d)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で2000mPa・s以上4000mPa・s以下の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.005質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-3)ポリエチレンオキサイドの0.5質量%水溶液の粘度が25℃で20mPa・s以上400mPa・s以下の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.0005質量%以上0.005質量%以下、混合する。
ポリエチレンオキサイドは粉塵の主成分である砂のシリカ分に吸着する特性を持っている。重量平均分子量20万以上1000万以下のポリエチレンオキサイドのうち、比較的分子量の小さいポリエチレンオキサイドは、1分子当りの鎖長が短い為に粉塵(砂)をつなぎとめる力が弱く添加量が多く必要なのに対し、比較的分子量の大きいポリエチレンオキサイドは、1分子当りの鎖長が長く粉塵をつなぎとめる力が強い為に少ない添加量で効果が発現すると考えられる。しかし、前記範囲の重量平均分子量を有するポリエチレンオキサイドについては、その適切な添加量を決定するためには、単に分子量だけを考慮しても十分ではないことが種々の試行により判明した。本発明では、前記範囲の重量平均分子量を有するポリエチレンオキサイドについて、平均付加モル数と混合量を分子量領域に応じて所定の関係とすることで、水硬性組成物を用いた湿式吹付工法において、低温の施工でも、粉塵を低減でき、且つポンプ圧送性や生産性を向上できることを見出したものである。一方、作業現場などでポリエチレンオキサイドの添加量を決定する場合、簡易に実施できることが望ましい。この観点で種々検討した結果、本発明者らは、ポリエチレンオキサイドの水溶液の粘度に応じてポリエチレンオキサイドの添加量を選定することで、同様の効果が得られることを見出した。本発明では、これらの知見に基づき、固体状のポリエチレンオキサイドの混合条件として、混合条件(1)と混合条件(2)を規定した。
<ポリエチレンオキサイドの混合条件(1)>
(1-1)ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が20万以上170万以下の場合は、当該ポリエチレンオキサイドの平均付加モル数(A)(モル)と、当該ポリエチレンオキサイドのセメントに対する混合量(B)(質量%)の積〔(A)×(B)〕が、90以上12000以下となるように、当該ポリエチレンオキサイドを混合する。
(1-2)ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が170万を超え1000万以下の場合は、当該ポリエチレンオキサイドの平均付加モル数(A)(モル)と、当該ポリエチレンオキサイドのセメントに対する混合量(B)(質量%)の積〔(A)×(B)〕が、20以上200以下となるように、当該ポリエチレンオキサイドを混合する。
(2-1)ポリエチレンオキサイドは、2質量%水溶液の粘度が25℃で15mPa・s以上4000mPa・s以下、又は0.5質量%水溶液の粘度が25℃で20mPa・s以上400mPa・s以下である。
(2-2a)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で15mPa・s以上40mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.15質量%以上、好ましくは0.30質量%以上、より好ましくは0.50質量%以上、そして、3.0質量%以下、好ましくは2.8質量%以下、より好ましくは2.5質量%以下、混合する。
(2-2b)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で40mPa・s以上200mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.05質量%以上、好ましくは0.06質量%以上、より好ましくは0.07質量%以上、そして、3.0質量%以下、好ましくは2.5質量%以下、より好ましくは2.0質量%以下、混合する。
(2-2c)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で200mPa・s以上2000mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.01質量%以上、好ましくは0.02質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上、そして、3.0質量%以下、好ましくは2.5質量%以下、より好ましくは2.0質量%以下混合する。
(2-2d)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で2000mPa・s以上4000mPa・s以下の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.005質量%以上、好ましくは0.006質量%以上、より好ましくは0.007質量%以上、そして、3.0質量%以下、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは1.0質量%以下混合する。
(2-3)ポリエチレンオキサイドの0.5質量%水溶液の粘度が25℃で20mPa・s以上400mPa・s以下の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.0005質量%以上、好ましくは、0.0006質量%以上、より好ましくは0.0007質量%以上、そして、0.005質量%以下、好ましくは0.004質量%以下、より好ましくは0.003質量%以下、混合する。
条件で測定されたものである。
<ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量>
測定対象のポリエチレンオキサイドから、下記基準表を参照して、各種濃度の水溶液(以下、サンプル水溶液という)を調製する。サンプル水溶液の粘度を、B型粘度計を用い、25℃、No.2ローター、30rpm、1分後の条件で測定する。得られた粘度から、該当する重量平均分子量を求める。なお、この基準表は、重量平均分子量が既知のポリエチレンオキサイドを用いて作成したものである。基準表中、PEOは、ポリエチレンオキサイドの意味である。
固体状のポリエチレンオキサイドの形状は限定されず、例えば、球状、板状などが挙げられる。また、固体状のポリエチレンオキサイドの形状は、定形、不定形のいずれでもよい。
前記水硬性組成物は、骨材として細骨材を含有することが好ましい。水硬性組成物(A)での細骨材の使用量は、好ましくは800kg/m3以上、より好ましくは900kg/m3以上、そして、好ましくは1300kg/m3以下、より好ましくは1200kg/m3以下である。
前記水硬性組成物では、細骨材率が好ましくは35%以上、より好ましくは45%以上、そして、好ましくは70%以下、より好ましくは65%以下である。ここで細骨材率は、全骨材中の細骨材の容積含有率である。
無機塩系急結剤としては、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び珪酸塩などが挙げられる。セメント鉱物系急結剤としては、カルシウムアルミネートやカルシウムサルホアルミネートなどが挙げられる。天然鉱物系急結剤としては、か焼ミョウバン石などが挙げられる。これらを複数組み合わせた複合系の急結剤も使用できる。
水溶性高分子は、セルロースエーテル系水溶性高分子が好ましい。セルロースエーテル系水溶性高分子としては、ヒドロキシアルキルセルロースおよび/またはヒドロキシアルキルアルキルセルロースが挙げられる。これらのうち、水溶性のものが使用される。ヒドロキシアルキルセルロースとしてはヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどが、また、ヒドロキシアルキルアルキルセルロースとしては、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルエチルセルロースなどがそれぞれ挙げられ、これらは1種または2種以上の組み合わせで用いられる。これらの内では、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが好ましい。
本発明で水溶性高分子を混合する場合、水溶性高分子を、前記水硬性組成物中のセメント100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.03質量部以上、更に好ましくは0.05質量部以上、そして、好ましくは1.0質量部以下、より好ましくは0.5質量部以下、更に好ましくは0.3質量部以下混合する。
本発明の湿式吹付工法は、従来の吹付設備により実施可能である。吹付設備は、湿式での吹き付けが支障なく行われればよく、例えば、前記水硬性組成物の圧送に、アリバ社製、商品名「アリバ280」等を用い、固体状の急結剤の圧送にちよだ製作所製、商品名「ナトムクリート」等を用い、両者を混合して吹付用水硬性組成物を調製して吹き付けを行うことが可能である。
前記水硬性組成物に、固体状の急結剤を混合して、吹付用水硬性組成物を製造し、
前記吹付用水硬性組成物を対象物に吹き付ける、
湿式吹付工法が挙げられる。
<ポリエチレンオキサイドの混合条件(1’)>
重量平均分子量20万以上170万以下のポリエチレンオキサイドの平均付加モル数(A)(モル)と、当該ポリエチレンオキサイドのセメントに対する混合量(B)(質量%)の積〔(A)×(B)〕が、90以上12000以下となるように、当該ポリエチレンオキサイドを混合する。
この湿式吹付工法では、ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量は70万以上90万以下が好ましい。また、この湿式吹付工法では、ポリエチレンオキサイドを、水に対して、0.15質量%以上1.2質量%以下混合することが好ましい。
以下の操作は、粉塵量やリバウンド量が多くなる冬場を想定し、全て10℃恒温室で実施した。
モルタルの配合成分は以下の通りである。
水:水道水
セメント:太平洋セメント株式会社製 普通ポルトランドセメント
砂:京都府 城陽市産 山砂 表乾状態 比重2.52
ポリエチレンオキサイド:明成化学工業社製ポリエチレンオキサイド(商品名 アルコックスシリーズから選択)、重量平均分子量(Mw)及び平均付加モル数は表中に示した。セルロース:ヒドロキシプロピルメチルセルロース、信越化学工業株式会社製、アスカクリーンD
モルタルミキサーの練鉢に水を295g入れ、その後セメントを492g加え低速で30秒撹拌した。その後に砂を1400g入れ、再び低速で60秒撹拌し、表中のポリエチレンオキサイド及びセルロースを表中の量で添加し、低速で60秒撹拌してモルタルを得た。ポリエチレンオキサイドは固体状で添加した(一部の比較例を除く)。
なお、吹付けの際のポンプ圧送性、粉塵量は、急結剤添加前のモルタル物性の影響が大きいと考えられることから、本例では、モルタルへの急結剤の添加は省略し、ここで得られたモルタルを吹付用モルタルとして以下の評価を行った。実施例のモルタルに、粉末等、固体状の急結剤を混合して吹付用水硬性組成物を製造し、対象物に吹き付けて本発明の湿式吹付工法を行うことができる。
得られた吹付用モルタルを用いて以下の評価を行った。結果を表1に示す。
ポンプ圧送性は、ベーントルク(cN・m)により評価した。
500mlビーカーにモルタル400mlを充填し、東日製作所製ベーントルク試験機FTD 5CN-Sを用いて羽根を回転した時の抵抗値を測定した。
抵抗値が小さいほどポンプで送る際に負荷が小さくなり、モルタルを安定してポンプ圧送できると判断される。この評価では、ベーントルクは、2.0cN・m以下で、且つ値がより小さい方が好ましい。
粉塵の低減は、落下飛散率(%)により評価した。
「JIS R 5201 セメントの物理試験方法」に規定されるフローコーンにモルタルを充填して2.5mの高さからモルタルを落下させた。
落下後に落下中心部から50cm円以外に飛散したモルタル質量を計測し、以下の式で飛散率を測定した。
50cm円以外に飛散したモルタル質量/落下前モルタル質量×100=飛散率(%)
吹付け時の粉塵は、吐出口や壁面からの跳ね返りによるモルタル構成成分のミストであり、モルタルがせん断力を受けた時に粉塵が発生する。
落下飛散率は、モルタルが落下によるせん断を受けた時のモルタル構成成分の飛散度合であり、モルタル単独のレオロジー挙動に大きく影響すると仮定し、吹付け時の粉塵量と相関すると考えられる。従って、この落下飛散率が小さい方が粉塵低減効果に優れていると判断される。この評価では、落下飛散率は、32%以下で、且つ値がより小さい方が好ましい。
試験例9と同様に、ただし、モルタル作製の際に、ポリエチレンオキサイドを水に溶解させて液体状で用いてモルタルを作製した。得られた吹付用モルタルを用いて、ポンプ圧送性と粉塵低減の評価を試験例9と同様に行った。結果を表2に示す。なお、表2には、試験例9の結果も併記した。
ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液は、200mlビーカーに蒸留水を147.0g秤量後、U字タイプの撹拌羽根で撹拌(250rpm)しながらポリエチレンオキサイド3.0g添加し3時間撹拌して作製した。
また、ポリエチレンオキサイドの0.5質量%水溶液は、200mlビーカーに蒸留水を149.25g秤量後、U字タイプの撹拌羽根で撹拌(250rpm)しながらポリエチレンオキサイド0.75g添加し3時間撹拌して作製した。
得られたポリエチレンオキサイド水溶液の粘度を、前記混合条件(2)について述べた方法で測定し、表3の混合量で試験例1等と同様に、固体状のポリエチレンオキサイドを混合して吹付用モルタルを作製した。
得られた吹付用モルタルを用いて、ポンプ圧送性と粉塵低減の評価を試験例1等と同様に行った。結果を表3に示す。
Claims (6)
- セメント、水、骨材及び下記混合条件(2)で固体状のポリエチレンオキサイドを混合して水硬性組成物を製造し、
前記水硬性組成物に、固体状の急結剤を混合して、吹付用水硬性組成物を製造し、
前記吹付用水硬性組成物を対象物に吹き付ける、湿式吹付工法であって、
前記吹付用水硬性組成物の水/セメント比が50質量%以上70質量%以下である、
湿式吹付工法。
<ポリエチレンオキサイドの混合条件(2)>
(2-1)ポリエチレンオキサイドは、2質量%水溶液の粘度が25℃で15mPa・s以上4000mPa・s以下、又は0.5質量%水溶液の粘度が25℃で20mPa・s以上400mPa・s以下である。
(2-2a)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で15mPa・s以上40mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.15質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-2b)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で40mPa・s以上200mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.05質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-2c)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で200mPa・s以上2000mPa・s未満の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.1質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-2d)ポリエチレンオキサイドの2質量%水溶液の粘度が25℃で2000mPa・s以上4000mPa・s以下の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.005質量%以上3.0質量%以下、混合する。
(2-3)ポリエチレンオキサイドの0.5質量%水溶液の粘度が25℃で20mPa・s以上400mPa・s以下の場合は、ポリエチレンオキサイドを水に対して0.0005質量%以上0.005質量%以下、混合する。 - ポリエチレンオキサイドが粉末状又は顆粒状である、請求項1記載の湿式吹付工法。
- 急結剤が粉末状又は顆粒状である、請求項1又は2記載の湿式吹付工法。
- 急結剤を、前記水硬性組成物中のセメント100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下、添加する、請求項1~3の何れか1項記載の湿式吹付工法。
- セメント、水及び骨材を含有する混合物に前記ポリエチレンオキサイドを添加して、前記水硬性組成物を製造する、請求項1~4の何れか1項記載の湿式吹付工法。
- ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が20万以上170万以下である、請求項1~5の何れか1項記載の湿式吹付工法。
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