JP7254286B2

JP7254286B2 - 吹付けシステム

Info

Publication number: JP7254286B2
Application number: JP2019082552A
Authority: JP
Inventors: 規行小堺; 雅聡森; 稔國枝; 秀一小野; 崇藤島; 晋也渡邉; 薫永沢
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Tokai National Higher Education and Research System NUC; Japan Construction Machinery and Construction Association JCMA
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Tokai National Higher Education and Research System NUC; Japan Construction Machinery and Construction Association JCMA
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2023-04-10
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: JP2020179536A

Description

本発明は、吹付けシステムに関する。

コンクリート構造物は、所定の形状に組み立てられた型枠内にコンクリートを打設することにより構築するのが一般的である。使用された型枠は、打設コンクリートに所定の強度が発現してから脱型している。なお、型枠内には、必要に応じて鉄筋、鉄骨等の補強材が配設されている。

型枠の組み立ては、せき板やせき板同士を連結する治具等、複数の部材を組み合わせることにより行う。また、コンクリート構造物の大きさや、施工箇所の状況によっては、型枠を組み立てる際に大掛かりな足場を設ける場合がある。そのため、型枠の組み立ておよび撤去には手間がかかるとともに、コスト高になるおそれがある。さらに、型枠は一回の使用で廃棄されることが多く、その処分費等の負担も大きい。

そのため、特許文献１には、型枠を使用することなく、コンクリート構造物を施工するコンクリート構造物の構築方法が提案されている。このコンクリート構造物の構築方法では、鉄筋や繊維強化樹脂等からなる芯材を巻き込むようにコンクリートを吹き付けることで形成したコンクリート層を下から上に向けて順次積層して、所定形状の構造物を構築する。特許文献１のコンクリート構造物の構築方法では、圧送ポンプ、圧送管、吹付けノズル等を利用した、いわゆる湿式吹き付け工法を採用している。湿式吹き付け工法は、粉体（セメント等）と液体（水等）とを予め練り混ぜて製造したフレッシュコンクリートを、圧送ポンプと圧送管を介して吹付けノズルまで圧送し、別系統から来る圧縮空気を合わせて吹き付けることで構造物を構築している。

ところが、湿式吹き付け工法は、コンクリートを製造するミキサー等を設置するためのスペースを確保する必要がある。しかし、施工箇所周辺に当該スペースを確保することができず、離れた位置にミキサー等を設置した場合において、コンクリートの圧送距離が長いと、圧送管内においてコンクリートが流動性を失い、閉塞したり硬化してしまうおそれがある。

一方でコンクリートの吹き付け工法として、圧送空気により圧送された粉体（セメント等）に液体（水等）を先端ノズルにおいて合流させる乾式吹き付け工法を採用すれば、ミキサーを省略することができる。

特開平０８－１５８６５０号公報

乾式吹き付け工法は、セメントサイロ等から圧送管を介して粉体を圧送する際に使用する圧縮空気の空気圧によりコンクリートを吹き付けるため、ノズルから吐出する材料の圧力（吹付け時の風圧）が高い。そのため、特許文献１のコンクリート構造物の構築方法に乾式吹き付け工法を採用して複数のコンクリート層を積層しようとすると、新たに吹き付けられたコンクリートの吹き付け圧力により既に積層されたコンクリート層が破壊され、品質が低下するおそれがある。

このような観点から、本発明は、吹付け材を積層することにより所定形状の立体成形物を高品質に施工することを可能とした吹付けシステム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、本発明の吹付けシステムは、圧縮空気とともに水硬性材を含む粉体を圧送する粉体圧送管と、液体を圧送する送液管と、前記粉体圧送管および前記送液管を介して供給された前記粉体および前記液体を混練して吹付け材を生成する混練助勢装置と、前記吹付け材から余剰空気を分離するモルタル分離装置と、前記モルタル分離装置により回収された前記吹付け材を吹き付けるノズルとを備えるものであって、前記吹付け材は、当該吹付け材とは別ルートで前記モルタル分離装置から前記ノズルに供給された前記余剰空気によって吐出される。

かかる吹付けシステムによれば、吹付け材とは別ルートで供給された空気（余剰空気等）を利用して吹付け材を吐出させるため、吹付け時の風圧を調整することができる。そのため、新たに吹き付けられた吹付け材により、既設の積層体が破壊される（吹き飛ばされたり、えぐれたりする）ことがなく、立体成形物を高品質に形成することができる。また、既設の積層体が破壊されることにより変形した立体成形物の補修に要する手間も省略できる。なお、「水硬性材」とは、水和反応により硬化する材料であって、例えば、ポルトランドセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等をいう。また、「粉体」には、例えば、骨材、鋼繊維、合成繊維等が含まれていてもよい。また、「液体」は、水の他、水とポリマーディスパージョンや混和剤等の混合体であってもよい。

本発明の吹付けシステムによれば、吹付け材を積層することにより所定形状の立体成形物を高品質に施工することが可能である。

本発明の実施形態に係る吹付けシステムの模式図である。

本実施形態では、モルタル（セメント系材料）を積層することにより、型枠を使用することなく立体成形物を形成する場合について説明する。吹付けシステム１を利用して既設のモルタルの積層体の表面に吹付け材Ｃ（モルタル）を吹付けることにより積層し、繰り返し積層体を積層する作業を行うことにより所望の形状に形成する。なお、立体成形物を構成する材料（吹付け材Ｃ）は、セメント系材料であればモルタルに限定されるものではなく、例えば、コンクリートやセメントペーストであってもよい。

吹付けシステム１は、図１に示すように、粉体槽２と、コンプレッサー３と、貯水槽４と、混練助勢装置５と、モルタル分離装置６と、ノズル７とを備えている。
粉体槽２には、水硬性材を含む粉体Ｐが貯留されている。粉体槽２の構成は限定されるものではなく、例えば、粉体Ｐを撹拌する撹拌手段を備えたものであってもよい。粉体Ｐには、セメントと、骨材（砂等）と、鋼繊維との混合体を使用する。なお、粉体Ｐを構成する材料は、水硬性材を含むものであれば限定されるものではなく、砂や鋼繊維等を含んでいなくてもよい。また、鋼繊維に加えてあるいは鋼繊維に代えて合成繊維が含まれていてもよい。また、水硬性材として使用するセメントは限定されるものではなく、例えば、ポルトランドセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等を使用すればよい。また、水硬性材はセメントに限定されるものではなく、例えば、石膏等であってもよい。

粉体槽２には、コンプレッサー３が接続されているとともに、粉体圧送管８が接続されている。粉体槽２は、コンプレッサー３から供給された圧送空気Ａ_１により、１～最大２０ｔ／ｈｒの粉体Ｐを排出する。粉体槽２から排出された粉体Ｐは、粉体圧送管８を介して混練助勢装置５に圧送される。なお、粉体Ｐの供給量（排出量）は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

コンプレッサー３は、圧縮空気（圧送空気Ａ_１）を粉体槽２（粉体圧送管８）に供給する。本実施形態では、３００～６００ｍ^３／ｈｒの空気を供給する。なお、コンプレッサー３による圧送空気Ａ_１の供給量は、限定されるものではなく、粉体Ｐの供給量や圧送距離などに応じて適宜決定すればよい。

粉体圧送管８は、粉体槽２から供給された粉体Ｐを、コンプレッサー３から供給された圧送空気Ａ_１とともに混練助勢装置５に圧送する管路である。粉体圧送管８を構成する材料や粉体圧送管８の内径等は限定されるものではないが、粉体Ｐが詰まることがないように、十分な内空面積を有しているとともに、内面が滑らかで、可とう性を有した材質が望ましい。

貯水槽４は、吹付け材Ｃ（モルタル）の生成に必要な液体Ｌを貯留する。液体Ｌには、水とポリマーディスパージョンとの混合体を使用する。ポリマーディスパージョンの液粘度は１００ｃｐｓ以上とする。なお、液体Ｌを構成する材料は限定されるものではなく、例えば、水のみであってもよいし、早強剤を含むものであってもよい。また、ポリマーディスパージョンの液粘度は限定されるものではない。

貯水槽４には、圧送ポンプ１０を介して送液管９が接続されている。送液管９は、液体Ｌを混練助勢装置５に圧送する管路である。本実施形態では、０．１４～１．４ｍ^３／ｈｒの液体Ｌを混練助勢装置５に供給する。なお、液体Ｌの混練助勢装置５への供給量は限定されるものではなく、粉体Ｐの供給量等に応じて適宜決定すればよい。また、送液管９を構成する材料や送液管９の内径等は限定されるものではないが、液体Ｌの供給量等に応じて適宜決定すればよい。また、貯水槽４を混練助勢装置５よりも高い位置に配置して、送液管９を介して混練助勢装置５に液体Ｌを流下させるようにすることで、圧送ポンプ１０を省略してもよい。

混練助勢装置５は、粉体Ｐおよび液体Ｌを混練して吹付け材Ｃ（モルタル）を生成する。混練助勢装置５は、筒状の部材からなり、基端部に粉体圧送管８と送液管９が接続されていて、先端部は開口している。なお、混練助勢装置５を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、アルミニウム合金等の金属や樹脂等であってもよい。混練助勢装置５には、粉体圧送管８および送液管９との接合部にバルブ等の開閉手段が設けられていてもよい。

混練助勢装置５の内面には、混練補助機構（図示せず）が形成されている。混練補助機構は、混練助勢装置５内を通過する空気の流れを撹拌する部材である。混練助勢装置５に圧送空気Ａ_１を圧送すると、混練補助機構によって乱流が生じるため、混練助勢装置５内に供給された粉体Ｐと液体Ｌが撹拌される。なお、混練補助機構の構成は限定されるものではなく、例えば、渦巻き状の流れを形成する螺旋状の板材や、じゃま板等であってもよい。混練助勢装置５の先端部の開口には、吹付け材圧送管１１が接続されている。吹付け材圧送管１１は、モルタル分離装置６に接続されていて、混練助勢装置５内において生成された吹付け材Ｃを圧送空気Ａ_１（風量：３００～６００ｍ^３／ｈｒ、風速：１５０～２００ｋｍ／ｈｒ）によりモルタル分離装置６に圧送する。

モルタル分離装置６は、混練助勢装置５から供給された吹付け材Ｃから余剰空気Ａ_２を分離する。余剰空気Ａ_２が分離された吹付け材Ｃは、ノズル７へ供給される。モルタル分離装置６からノズル７への吹付け材Ｃの供給方法は限定されるものではない。例えば、人力によりモルタル分離装置６から取り出した吹付け材Ｃをノズル７に連結された吹付け材カップ１４に流し込んでもよいし、モルタル分離装置６から延設された供給管等を介して吹付け材カップ１４またはノズル７に吹付け材Ｃを供給してもよい。

モルタル分離装置６には、送気管１２が接続されている。送気管１２は、ノズル７に接続されていて、余剰空気Ａ_２をノズル７に圧送する。すなわち、余剰空気Ａ２は、吹付け材Ｃとは別ルートによりノズル７に供給される。送気管１２には、風量調整ダンパー１３が設けられており、ノズル７に供給する余剰空気Ａ_２の風量（風圧）が調整可能である。また、送気管１２は、樹脂製の管材からなり、可とう性を有している。モルタル分離装置６と送気管１２との接合部には、必要に応じてバルブ等の開閉手段が設けられていてもよい。なお、送気管１２を構成する材料および送気管１２の内径等は限定されるものではない。

ノズル７は、モルタル分離装置６により回収された吹付け材Ｃを吐出する（吹付ける）。吹付け材Ｃは、送気管１２を介してモルタル分離装置６から供給された余剰空気Ａ_２によってノズル７から吐出されて、既設のモルタルの表面に積層される。このとき、余剰空気Ａ_２の風量は、風量調整ダンパー１３により既設のモルタルの積層体が破壊される（吹き飛ばされたり、えぐれたりする）ことがない風量に調整する。ノズル７への吹付け材Ｃの供給は、人力より手動で行ってもよいし、モルタル分離装置６に接続された供給管を介して行ってもよい。ノズル７に供給管を介してモルタル分離装置６から吹付け材Ｃを供給する場合には、ノズル７に連結された吹付け材カップ１４にセンサを設けておくのが望ましい。センサは、吹付け材カップ１４内の吹付け材Ｃの量が一定の量以下になったときに信号を発信する。そして、センサからの信号により、モルタル分離装置６から吹付け材Ｃを吹付け材カップ１４に供給するようにする。

吹付けシステム１を利用した立体成形物の施工は、まず、粉体槽２に粉体Ｐを供給する。このとき、粉体Ｐは、予め所定の配合で混練されたプレミックス材を使用してもよいし、粉体槽２内において必要な材料（セメント、骨材、鋼繊維等）投入して混練してもよい。また、粉体Ｐは、別途用意された混練槽（図示せず）において必要な材料を混合したものを使用してもよい。

次に、吹付けシステム１を駆動させる。吹付けシステム１を駆動させると、コンプレッサー３と圧送ポンプ１０が起動する。コンプレッサー３が駆動することで、圧送空気Ａ_１が粉体槽２に供給される。粉体槽２に供給された圧送空気Ａ_１は、粉体Ｐとともに粉体圧送管８を介して混練助勢装置５に供給される。また、圧送ポンプ１０が駆動すると、液体Ｌが貯水槽４から送液管９を介して混練助勢装置５に供給される。

混練助勢装置５に供給された粉体Ｐおよび液体Ｌは、混練助勢装置５内において混合されて、吹付け材Ｃが生成される。混練助勢装置５内に生成された吹付け材Ｃは、圧送空気Ａ_１の風圧により、モルタル分離装置６に圧送される。モルタル分離装置６内では、吹付け材Ｃから余剰空気Ａ２が分離されるとともに、吹付け材Ｃはノズル７に供給される。一方、余剰空気Ａ２は、送気管１２を介してノズル７へと供給されて、吹付け材Ｃを吹き付けるために必要な風圧を付与する。

このように、吹付けシステム１は、粉体Ｐを、液体Ｌとは別に、コンプレッサー３から供給された圧送空気Ａ_１を利用して混練助勢装置５まで圧送するため、粉体Ｐを長距離（例えば２００ｍから最大３００ｍ）にわたって圧送することができる。そのため、施工箇所の周囲に粉体槽２や貯水槽４等を配置するスペースを確保することができない場合であっても、施工が可能である。

また、ノズル７から吹付け材Ｃを吹き付ける際には、コンプレッサー３から供給された圧送空気Ａ_１の風量により吹き付けるのではなく、モルタル分離装置６によって吹付け材Ｃから分離された余剰空気Ａ_２を調整して使用するため、既設の積層体を破壊することがない程度の最適な風量および風速により吹き付けることができる。そのため、立体成形物を高品質に形成することができるとともに、既設の積層体が破壊されることにより変形した立体成形物の補修に要する手間も省略できる。

また、圧送空気量が大きいと、吐出材料量も大きくなるため、所望の形状を形成するためには施工（吹付け作業）を慎重に行う必要があったが、本実施形態の吹付けシステム１を使用すれば、吐出材料量を適切な量（例えば０．５～３ｍ^３／ｈｒ程度）に制限することができるため、施工性に優れている。

１台のコンプレッサー３から供給された空気を利用して、粉体Ｐの圧送、吹付け材Ｃの生成および吹き付けを可能としているため、装置が比較的簡素である。粉体Ｐの圧送するための圧送手段、吹付け材Ｃを製造するためのミキサー等を個別に容易にする必要がないため、装置の取り扱いが容易であるとともに、設備費を最小限に抑えることができる。

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。
前記実施形態では、モルタル分離装置６から回収した余剰空気Ａ_２を利用してノズル７から吹付け材Ｃを吐出させたが、余剰空気を使わず、吹付け材Ｃの吹付け（吐出）に使用する空気をコンプレッサーなどから供給してもよい。このとき、コンプレッサーから供給される圧縮空気は、既設のモルタルの積層体が破壊されることがない風量に調整する。

１吹付けシステム
２粉体槽
３コンプレッサー
４貯水槽
５混練助勢装置
６モルタル分離装置
７ノズル
８粉体圧送管
９送液管
１０圧送ポンプ
１１吹付け材圧送管
１２送気管
１３風量調整ダンパー
１４吹付け材カップ
Ａ_１圧送空気
Ａ_２余剰空気
Ｃ吹付け材
Ｌ液体
Ｐ粉体

Claims

圧送空気とともに水硬性材を含む粉体を圧送する粉体圧送管と、
液体を圧送する送液管と、
前記粉体圧送管および前記送液管を介して供給された前記粉体および前記液体を混練して吹付け材を生成する混練助勢装置と、
前記吹付け材から余剰空気を分離するモルタル分離装置と、
前記モルタル分離装置により回収された前記吹付け材を吹き付けるノズルと、を備える吹付けシステムであって、
前記吹付け材は、当該吹付け材とは別ルートで前記ノズルに供給された前記余剰空気によって吐出されることを特徴とする吹付けシステム。