JP7473604B2 - 吹付け材料及び吹付け工法 - Google Patents
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Description
しかしながら、吹付け材料に含有させるセメントは、製造過程において、多量の炭酸ガス(CO2)を排出することが知られている。地球環境保護のために炭酸ガスの排出を低下させて、環境負荷を低減させることが求められている現状においては、多量の炭酸ガスを排出するセメントの使用を控えることが望まれている。
[1]スラグと、消石灰と、カルシウムアルミネートとを混合してなり、セメントを実質的に含有しない、吹付け材料。
[2]前記スラグ及び前記消石灰を含有するA材と、前記カルシウムアルミネートを含有するB材との2材型である、[1]に記載の吹付け材料。
[3]前記スラグ、前記消石灰及び前記カルシウムアルミネートを含有する1材型である、[1]又は[2]に記載の吹付け材料。
[4]さらに、アルカリ金属炭酸塩、ケイ酸アルカリ及びミョウバン類の少なくとも1つを含有する、[1]~[3]のいずれかに記載の吹付け材料。
[5]前記消石灰は、副生消石灰である、[1]~[4]のいずれかに記載の吹付け材料。
[6]前記スラグと前記消石灰との質量比率は、98:2~10:90である、[1]~[5]のいずれかに記載の吹付け材料。
[7][1]~[6]のいずれかに記載の吹付け材料を使用する、吹付け工法。
なお、本発明における部や%は、特に断らない限り質量基準で示す。
また、本発明の吹付け材料とは、骨材を含まない材料をいう場合があり、骨材を含む材料をいう場合もある。
本発明の吹付け材料は、スラグと、消石灰と、カルシウムアルミネートとを混合してなり、セメントを実質的に含有しない。
また、本発明の吹付け材料は、さらに、アルカリ金属炭酸塩、ケイ酸アルカリ及びミョウバン類の少なくとも1つを含有してもよい。
本発明で使用するスラグは、消石灰と併せて含有することで、初期凝結及び強度発現性を発揮する。
本発明の吹付け材料に含有するスラグは、特に限定されるものではないが、例えば、高炉スラグ(高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ)、製鋼スラグ(転炉スラグ、電気炉スラグ)等が挙げられる。これらは、一種又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。これらのうち、初期凝結及び強度発現性を良好に発揮し、環境負荷を低減させる観点から、高炉スラグを使用することが好ましい。本発明の吹付け材料に使用する高炉スラグとしては、例えば、CaO41~44%、Al2O313~16%、及びSiO232~36%などからなるものであることが好ましい。
本発明で使用する消石灰(Ca(OH)2)は、スラグと併せて含有することで、初期凝結及び強度発現性を促進する。
本発明の吹付け材料に含有する消石灰は特に限定されるものではなく、市販の製品や生コンプラント等の排水処理から副産する汚泥ケーキなど消石灰分を含むものが使用可能であるが、熱処理時の非エネルギー由来のCO2排出量の削減の点からも、副生消石灰であることが好ましい。
さらに、JIS K 0068「化学製品の水分測定方法」中、乾燥減量法で測定される水分率は、10%以下であることが好ましい。また、CaS、A12S3、及びCaC2・CaSなどイオウ化合物を含んでもよいが、2%以下であることが好ましい。
本発明で使用するカルシウムアルミネートは、吹付け材料の初期凝結を促進させる急結成分である。
カルシウムアルミネートのCaO/Al2O3モル比は、特に限定はされないが、1.7~3.0であることが好ましく、2.3~2.8であることがより好ましく、2.4~2.7であることがさらに好ましい。カルシウムアルミネートのCaO/Al2O3モル比が上記下限値以上であることで、吹付け材料の初期凝結を促進させることができ、上記上限値以下であることで、付着強度を維持することができる。
なお、カルシウムアルミネートのCaO/Al2O3モル比は、例えば蛍光X線分析により求めることができる。
なお、本明細書においてブレーン値とは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載された比表面積試験に基づいて測定されたものである。
本発明の吹付け材料は、セメントを実質的に含有しない。ここで、「セメントを実質的に含有しない」とは、セメントの含有量が吹付け材料中に20%以下であることをいう。吹付け材料にセメントを含有する場合は、環境負荷低減性を向上させる観点から、吹付け材料中に、15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましく、0%であることがよりさらに好ましい。
ここでいうセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、白色セメント、微粉セメントや石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられる。
本発明の吹付け材料は、さらに、アルカリ金属炭酸塩を含有することが好ましい。本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩は、初期凝結を促す目的で使用し、強度発現性を促進するために有効である。アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
本発明の吹付け材料は、さらに、ケイ酸アルカリを含有することが好ましい。本発明で使用するケイ酸アルカリは、初期凝結を促す目的で使用し、強度発現性を促進するために有効である。ケイ酸アルカリとしては、例えば、メ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
本発明の吹付け材料は、さらに、ミョウバン類を含有することが好ましい。本発明のミョウバン類は、初期凝結を促す目的で使用し、強度発現性を促進するために有効である。ミョウバン類としては、硫酸アルミニウムカリウム、硫酸アルミニウムアンモニウム、さらに、カリウムミョウバン石、アルミニウムミョウバン石、鉄ミョウバン石等のミョウバン石が挙げられ、これらは通常結晶水を有しているがこれらを50~600℃で加熱した焼成物も使用できる。
本発明の吹付け材料は、さらに、アルカリ金属硫酸塩を含有してもよい。本発明で使用するアルカリ金属硫酸塩は、初期凝結を促す目的で使用し、強度発現性を促進するために有効である。アルカリ金属硫酸塩としては、例えば、硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
本発明の吹付け材料には、既述の成分以外に、本発明の効果を阻害しない範囲で種々の添加剤、例えば、さらに、減水剤、空気連行剤、ポリマーエマルジョン、増粘剤、収縮低減剤、防錆剤、防凍剤、粘土鉱物、シリカフュームなどを含有させることができる。
本発明の吹付け材料には、実際的には細骨材及び粗骨材等の骨材をさらに混合してもよい。本発明で使用する骨材は、特に限定されるものではなく、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。骨材の最大寸法は、吹付けできれば特に限定されるものではない。細骨材としては、川砂、山砂、海砂、石灰砂、及び珪砂などが使用可能である。粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利などが使用可能であり、砕砂、砕石も使用可能である。
ここで、吹付けコンクリートとは、モルタル、コンクリート等を指す。
本発明の吹付け材料は、スラグ及び消石灰を含有するA材と、カルシウムアルミネートを含有するB材との2材型とすることができる。吹付け材料が2材型である場合は、吹付け作業の前段階に、あらかじめ規定量のスラグ及び消石灰からなるA材(粉体)とカルシウムアルミネートを含有するB材とをそれそれ混合すればよい。
また、本発明の吹付け材料は、スラグ、消石灰及びカルシウムアルミネートを含有する1材型とすることができる。吹付け材料が1材型である場合は、吹付け作業の前段階に、あらかじめ規定量のスラグ、消石灰及びカルシウムアルミネートを混合すればよい。
本発明の吹付け材料は、上記の添加剤及び骨材等のその他成分を含有させる場合、2材型及び1材型のいずれであっても混合するときに別途、その他成分を添加するとよい。
本発明の吹付け工法は、本発明の吹付け材料を使用して吹付け処理を施す方法である。吹付け工法としては、要求される物性、経済性、施工性に応じて乾式吹付け、又は湿式吹付けが選択される。本発明の吹付け工法では、乾式吹付法及び湿式吹付法のいずれも採用できる。
1材型の乾式吹付け工法としては、スラグ、消石灰及びカルシウムアルミネートを含有する吹付け材料と、必要に応じて骨材とを混合して乾式状態で空気圧送し、途中で、例えばY字管の一方から水を添加して、湿潤状態で吹付ける方法がある。また、2材型の乾式吹付け工法としては、スラグ及び消石灰を含有するA材と、必要に応じて骨材とを混合して乾式状態で空気圧送し、途中カルシウムアルミネートを含有するB材、及び水の順に添加し、湿潤状態で吹付ける方法等が挙げられる。
2材型の湿式吹付け工法としては、スラグ及び消石灰を含有するA材と、必要に応じて骨材と、水とを添加して混練し、混練したものを湿潤状態で圧送し、途中で、例えばY字管の一方からカルシウムアルミネートを含有するB材を添加して吹付ける方法等が挙げられる。
スラグと消石灰からなる粉体(A材)の単位粉体量を400kg/m3(スラグ200kg/m3、消石灰200kg/m3)とした表1に示す配合から粉体急結剤を除いた材料でベースコンクリートを調製し、表2に示す配合の粉体急結剤(B材)を混合して凝結試験と吹付け試験を行った。凝結試験はプロクター貫入抵抗試験により凝結が開始される始発時間、凝結が終了する終結時間を測定し、吹付け試験では跳ね返り(リバウンド率)を測定した。なお、凝結試験は5mmのふるいにより粗骨材を取り除いた後に粉体急結剤を所定量混合して実施した。凝結時間、跳ね返り率、硬化状態を観察した結果を表3に示す。
・スラグ:高炉スラグの粉砕分級品、ブレーン値6,000cm2/g
・消石灰:副生消石灰
・細骨材:新潟県糸魚川市姫川水系砂、最大寸法5mm以下、密度2.62
・粗骨材:新潟県糸魚川市産6号砕石、最大寸法15mm以下、密度2.64
・水:上水道水
・減水剤:市販品、高性能減水剤
なお、使用した各材料は下記のとおりである。
・カルシウムアルミネート(CA):CaO/Al2O3モル比が2.5に相当する熱処理物を急冷したガラス化率90%、ブレーン値5,900cm2/g、酸化物換算で3質量部のSiO2を含有
・アルカリ金属炭酸塩:市販品、炭酸ナトリウム
・ケイ酸アルカリ:市販品、ケイ酸ナトリウム
・ミョウバン類:市販品、焼きミョウバン、ブレーン値4,000cm2/g
・アルカリ金属硫酸塩:市販品、硫酸ナトリウム、
・凝結試験:土木学会基準JSCE-D 102-2013「吹付けコンクリート(モルタル)用急結剤品質規格(案)、付属書3(規定)急結剤を添加したモルタルの貫入抵抗による凝結時間測定方法」に準拠して測定した。
・跳ね返り(リバウンド率):吹付け材料を10m3/hの圧送速度で10分間、鉄板でアーチ状に作製した高さ4.4m、幅5.5mの模擬トンネルに吹付けた。その後、(リバウンド率)=(模擬トンネルに付着せずに落下した吹付け材料の量)/(模擬トンネルに吹付けた吹付け材料の量)×100(%)で算出した。
・硬化状態:凝結試験において、ベースコンクリートに粉体急結剤を混合して20分経過した後の状態を視覚及び触覚で判断し、完全に硬化しているものを「A」と評価し、全体的に硬化しているものの一部に硬化の弱い部分が見られるものを「B」と評価し、全体に硬化が弱いものを「C」と評価し、さらに硬化が弱いものを「D」と評価した。
なお、セメントを用いた一般配合の吹付け材料の跳ね返り率を同条件で測定したところ20%であり、配合1-1、1-3~1-6の吹付け材料の跳ね返り率はそれ以下であるのでセメントを用いた一般配合と同等以上の付着性を有することがわかった。一方、カルシウムアルミネート(CA)を含まない配合1-2の吹付け材料の跳ね返り率は、セメントを用いた一般配合より芳しくなかった。
・スラグ:高炉スラグの粉砕分級品、ブレーン値6,000cm2/g
・消石灰:副生消石灰
・細骨材:新潟県糸魚川市姫川水系砂、最大寸法5mm以下、密度2.62
・粗骨材:新潟県糸魚川市産6号砕石、最大寸法15mm以下、密度2.64
・水:上水道水
・減水剤:市販品、高性能減水剤
・凝結試験:上記と同様。
・跳ね返り(リバウンド率):上記と同様。
・硬化状態:上記と同様。
・強度発現性評価:凝結試験と同様にベースコンクリートから5mmのふるいにより粗骨材を取り除いた後に粉体急結剤を所定量混合し圧縮強度測定した。試験体は4×4×16cmの3連型枠で作成し材齢毎に圧縮強度値を測定した。材齢1日、28日とした。
Claims (7)
- スラグと、消石灰と、カルシウムアルミネートとを混合してなり、前記消石灰の含有量は、吹付け材料中に5kg/m3以上であり、セメントを含有しない、吹付け材料。
- 前記スラグ及び前記消石灰を含有するA材と、前記カルシウムアルミネートを含有するB材との2材型である、請求項1に記載の吹付け材料。
- 前記スラグ、前記消石灰及び前記カルシウムアルミネートを含有する1材型である、請求項1に記載の吹付け材料。
- さらに、アルカリ金属炭酸塩、ケイ酸アルカリ及びミョウバン類の少なくとも1つを含有する、請求項1に記載の吹付け材料。
- 前記消石灰は、副生消石灰である、請求項1に記載の吹付け材料。
- 前記スラグと前記消石灰との質量比率は、98:2~10:90である、請求項1に記載の吹付け材料。
- 請求項1に記載の吹付け材料を使用する、吹付け工法。
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