JPH03153550A - 覆工コンクリート用の急結コンクリートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は急結剤を用いる覆工コンクリート用の急結コン
クリートの製造方法に関するものであり、長時間にわた
り、コンクリートの流動性を保持しておいた後に、短時
間で急結させることのできるコンクリートの製造方法に
関するものである。

（背景技術） トンネルまＩ；は地下空洞の掘削面へのコンクリートの
施工方法として急結剤を添加して施工するコンクリート
の覆工工法が用いられていることは周知のことである。

この工法には大別すると２つの方法があげられる。その
１つは、水を用いず空練りされたコンクリートあるいは
予め水を加えて練り混ぜられたコンクリートを空気流搬
送してノズルの直近で急結剤を添加してノズルから吹き
出して施工する吹き付は工法であり、他の１つは、予め
練り混ぜられたコンクリートを掘削面に設けられたを枠
内に流し込み、これを押し付ける、押し付は工法あるい
は圧着工法と呼ばれ・る方法である。さらに、上記の吹
き付は工法は湿式吹き付は方式と乾式吹き付は方式に大
別される。この乾式吹き付は方式とは、空練りコンクリ
ートを輸送ホース中を空気流搬送し、ノズルの口から吹
き出して施工する方式で、水はノズルの口の直近の位置
で輸送ホース内に加えられる。この方式は添加水量のコ
ントロールが鯉しくコンクリートの物性を支配する最も
重要な因子である水セメント比（以下Ｗ／Ｃと略する）
の管理が難しいこと、および粉塵の発生が多く作業環境
を悪化させることが難点とされている。また、上記の湿
式吹き付は方式とは予め練り混ぜられたコンクリートを
輸送ホース中を空気流搬送してノズルの口から吹き出し
て施工する方式（輸送ホースの途中までポンプ輸送し以
後空気流搬送する場合もある）である。この方式はＷ／
Ｃの管理が容易で粉塵の発生が少ない利点があるのでか
なり広〈実施されるようになってきている。両方式にお
ける急結剤の添加は、乾式吹き付は方式の場合には、コ
ンクリートの空練り時またはノズルの口付近であるが、
湿式吹き付は方式の場合には、ノズルの口の近くで添加
される。また、前記の押し付は工法あるいは圧着工法は
予め練り混ぜられたコンクリートを空気流搬送せずポン
プ圧送してノズルの口付近で急結剤を添加し、急結剤を
添加したコンクリートを掘削面に設けられた型枠内ｊ二
流し込む工法であるが、この工法の場合、コンクリート
は型枠内に流し込まれた後硬化する直前まで、すなわち
急結剤添加後、数分間は流動性に富み（コンクリートの
柔らかさを判定する尺度であるスランプ値で１８ｃ＋ｍ
程度）その後、作業能率を高めるために早急に型枠を脱
型し、次の工程に移る関係上３〜５分で１．　ｋｙｆ　
／　ｃ＋ａ”の圧縮強度が得られる程度にまで硬化する
ことが必要である。

ここで言う急結剤とは、　ＪＩＳ　Ａ　０２０３　ｒコ
ンクリート用語」において［セメントの水和反応を早め
、凝結時間を著しく短くするために用いる混和剤」とし
て定義付けられているものであり、代表的なものとして
はアルミン酸アルカリおよび炭酸アルカリの単味または
両者の混合物である無機塩系（粉体および液状）のもの
、セメント鉱物系、天然鉱物系、水ガラス系およびカル
シウムサルホアルミネート系等、種々のものがある。こ
こで、無機塩系急結剤とはアルミン酸塩、または／８よ
び炭酸塩からなる急結剤で、天然鉱物系急結剤とは仮焼
明ばん石に、炭酸塩または／およびアルミン酸塩等を配
合したもので、セメント鉱物系急結剤とはＣａ０−ＡＩ
２ｚＯｓ、１２Ｃａ（）７Ａ（２２０ｓ、Ｃａ０４ＡＪ
Ｏｘ、１ｌＣａ０・７Ａｆｆ２０３・ＣａＦ２．３Ｃａ
０・３ＡＱ２０．−ＣａＦ、等のカルシウムアルミネー
トおよびこれらの無定形物を主体とするセメント質のも
のであって、これにさらに石膏類や無機塩系急結剤を配
合したものも含まれる。

これら急結剤の添加量は、コンクリート中のセメント重
量に対する添加重量％（使用量という）で表して、無機
塩系の場合は約２〜８％（粉体及び液状品）、セメント
鉱物系の場合は約５〜ｌＯ％、天然鉱物系の場合は約４
＝ｌＯ％であＳｏこの使用量は通常の混和剤の使用量が
固形物換算で１％程度以下であるのに比べると多い。

この急結剤は、コンクリートに用いられる１要材料であ
るセメント、砂、砂利に比べて高価で２ｂす、所要の急
結効果ｒ得るための急結剤の使用量は一般の混和剤１ご
比べて多く、覆エコ〕／クリート中に占めるコスト割合
は大きい。従って、なるべく少ない使用量で所要の急結
効果を達成することが望ましい。

まＩ；、湿式吹き付は方式においては、乾式吹き付は方
式の場合に比べて急結効果が小さくなる。その原因の２
つは、セメント粒子が急結剤と接触する前に既に水と接
触しているので、その表面に初期水和物の薄層が形成さ
れていて、これがセメント粒子と急結剤との接触に対し
て抵抗となることである（特開昭６１−３１５７２号参
照）。もう一つの原因は湿式吹き付は方式の場合Ｗ／Ｃ
が大きくなることである。すなわち、乾式吹き付は方式
では約４５％程度であるのに対し湿式吹き付は方式では
５５％以上である。急結効果はＷ／Ｃの大小によって鋭
敏に影響を受け、Ｗ／Ｃの大きいはど急結効果は小さく
なるものであるが、湿式吹ネ付は方式の場合、輸送ホー
ス内のコンクリ−トの搬送を円滑に進行させるためにコ
〉・クリートの軟度をかなり大きくシナければならず、
従ってＷ／Ｃも大きくぜざるを得ない。同様に、押し付
は工法ならびに圧着工法の場合にも型枠内にコンクリー
トを充填性良く流し込む関係上コンクリートの軟度をか
なり大きくしなければならないが、Ｗ／Ｃを大きくした
のでは急結性が劣るという問題が生ずる。

（発明の開示） 本発明者らはトンネルまたは地下空洞の掘削面に、予め
練り混ぜたコンクリートに急結剤を添加して施工するコ
ンクリートの覆工工法において、覆工コンクリートにお
ける急結剤の急結効果を、コンクリートの流動性を損な
わずに増大させる手段の提供を目的として鋭意研究を行
ったところ、予め練り混ぜるコンクリートに分子構造の
一部にカルボキシル基置換ビニルモノマーを含む共重合
体を主成分とするポリカルボン酸塩系混和剤を添加し、
そのコンクリートに急結剤を添加することにより、この
目的を達成することができた。

すなわち、本発明は、トンネルまたは地下空洞の掘削面
に、予め練り混ぜたコンクリートにあとから急結剤を添
加して施工するコンクリートの覆工工法において、予め
練り混ぜるコンクリートに対して、ポリカルボン酸塩系
混和剤を添加することを特徴とする覆工コンクリートの
製造方法を提供するものである。

ここにいう急結剤についてはさきＩこ述べたとおりであ
る。上記のポリカルボン酸塩系混和剤とはポリカルボン
酸塩系物質そのものまたはこれを減水剤成分として配合
している混和剤のことであって、通常ポリカルボン酸塩
系混和剤は、ＪＩＳ　Ａ　０２０３　ｒコンクリート用
語Ｊに定めるところの「減水剤」として用いられている
ものである。通常、コンクリートに用いられている混和
剤の減水剤成分としてはリグニンスルホン酸塩及びその
誘導体、オキシカルボン酸塩、ナフタリンスルホン酸ホ
ルマリン縮金物塩、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合
物塩、およびポリカルボン酸塩系等があるが、本発明の
方法においてはポリカルボン酸塩系のものが使用される
。

本発明の方法において使゛石するポリカルボン酸塩系混
和剤とは、カルボキシル基置換ビニルモノマーを一成分
として含む共重合体を含む混和剤を指す。具体的な例と
しては、ポリカルボン酸塩系混和剤には、 ポリエチレングリコールモノアリルエーテル（Ｉ）、マ
レイン酸系単量体（■）、およびこれらの単量体と共重
合可能な単量体（■）、から導かれた共重合体（特開昭
５７−１１８０５８等参照）。

ポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エス
テル系単量体（１）、（メタ）アクリル酸系単量体（■
）、およびこれらの単量体と共重合可能な単量体（■）
、から導かれた共重合体（特開昭５８−７４５５２等参
照）。

水溶性のすレフインとα、β−不飽和ジカルボンａ誘導
体との共重合体（特開昭５２−２３１２９等参照）。

スルホン化スチレン−マレイン酸共重合体のケン化物（
特開昭５９−１４１４４５等参照）。

スチレン−マレイン酸共重合体のケン化物（特開昭６０
−１１２５６等参照）。

等がある。

本発明の方法に用いるポリカルボン酸塩系混和剤の使用
量は、セメント重量に対し固形物換算で０．０１％〜０
．５％、好ましくは０．０３％〜０．２％の使用量範囲
が適当である。同一コンシステンシーのコンクリートで
急結剤の使用量は同一として試験した場合、ポリカルボ
ン酸塩系混和剤の使用量がこれ以下の場合には満足すべ
き急結効果が得られない。使用量増大と共に急結効果は
大きくなるが上記上限値を越える使用量では頭打現象が
現れて経済的でない。

湿式吹き付は工法に供されるコンクリートは、通常打設
されるコンクリートに比べて全骨材中に占める細骨材の
割合（ｓ　／　ａ　）が大きく、リグニンスルホン酸塩
あるいはオキシカルボン酸塩系等の混和剤ではこの剤の
通常の使用量範囲では減水効果が小さく、減水効果を上
げようとして、この剤の使用量を増加させると、コンク
リートの凝結硬化が遅延され、併用する急結剤の効果を
阻害するために吹き付は工法に使用するには適当でない
。また、湿式吹き付は方式とはさきに述べた如く、予め
混練りされたコンクリートにノズルの口付近で急結剤を
添加して吹き付ける工法であり、コンクリートは練り混
ぜられたあと吹き付けられるまで１〜２時間時間線り置
かれることが多く、その間に流動性が低下するという問
題が生ずる。ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩
系およびメラミンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系の混
和剤は、減水効果にすぐれ、使用量を増加させても、大
きな凝結硬化遅延性を示すことなく高い流動性を確保で
きる混和剤であるが、これらの混和剤は、減水効果の持
続時間が短く、混和剤を添加して２０〜３０分後にはコ
ンクリートの流動性が大幅に小さくなり、いわゆるスラ
ンプロスが大きし〜という欠点を有するので本発明方法
においてはこれらの剤を減水剤として単独で用いること
は適当でない。押し付は工法あるいは圧着工法において
はコンクリートをを枠内に密実に充填する必要上、２時
間程度は流動性を保つことが必要であるので、同様にス
ランプロスの大きい混和剤を用いることは適当でない。

さらに、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系の
混和剤は、３ＣａＯ−ＡＬＯ，，４ＣａＯ−Ａｆｆｚ０
３　・Ｆｅ１０３等のカルシウムアルミネート系の鉱物
に異常に多く吸着することが知られている（セメント技
術年報３５゜Ｐ２Ｏ２参照）。現在、急結剤においては
その初期強度発現性（急結硬化発現性）、対湧水性等の
点からセメント鉱物系が湿式吹き付は用急結剤として主
流になりつつあるが、このものは先に述べた如くカルシ
ウムアルミネートを主成分とするものであり、ナフタレ
ンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系の混和剤と混合され
た場合カルシウムアルミネート表面への吸着が多くなり
、急結効果が阻害される。

本発明者らはこのような状況に鑑み鋭意検討した結果、
上記のとおり、ポリカルボン酸塩系の混和剤を予め練り
混ぜるコンクリートに使用することにより、トンネルま
たは地下空洞の掘削面に、予め練り混ぜたコンクリート
にあとから急結剤を添加して施工するコンクリートの覆
工工法において、コンクリートにおける急結剤の急結効
果を、コンクリートの流動性を損なわずに増大させ得る
ことに成功したものである。

以下に、本発明の実施例を掲げ、本発明をさらに具体的
に説明する。

実施例　１ 本例により、覆工コンクリートのモデル試験として所定
の配合でコンクリートを練り混ぜた後、ウェットスクリ
ーニング（７ルイの目が５ＩＩＩ＋＋のフルイを用いモ
ルタル部分と粗骨材部分とをふるい分けること）により
モルタルを分離し、得られたモルタルに急結剤を添加し
て上記のポリカルボン酸塩系混和剤の添加効果を確認す
ることができる。

（１）コンクリートの材料 （イ）セメント：小野田、三菱、住人社製普通ポルトラ
ンドセメントを等量 混合して使用。

（ロ）粗骨材コ青梅産硬質砂岩砕石（比重−２，６４、
吸水率−０，６７％、ＦＭ −６，３５、ＭＳ−１５＋ａｍ） （ハ）細骨材：大井用水系産陸砂と千葉産山砂を混合し
て使用（比重− ２，６５、吸水率−１，３４％、ＦＭ−２，６９） （ニ）混和剤： ａ）ポリカルボン酸塩系混和剤 ポリエチレングリコールモノメチルエーテルとポリメタ
クリル酸カルシウム塩の共重合を主成分とする混和剤 商品名：　ＮＴ−１０００（略号Ａ：日曹マスタービル
ダーズ（株）製） ｂ）　リグニンスルホン酸塩系混和剤 商品名：ホゾリスＮ０．８　（略号Ｂ二日盲マスタービ
ルダーズ（株）製） Ｃ）オキシカルボン酸塩系混和剤 グルコン酸ナトリウム（略号Ｃ：試薬）ｄ）　　ナフタ
レンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系混和剤 商品名：マイティー１５０（略号Ｄ：花王（株）製） ｅ）　メラミンスルホン酸ホルマリン縮金物塩系混和剤 商品名：　ＮＬ−４０００（略号Ｅ：日曹マスタービル
ダーズ（株）製） 混和剤の使用量は混和剤を用いないプレーンコンクリー
トと配合に示した水量で同一のコンシスチンシーの得ら
れる使用量とし、セメント重量に対する重量％で示した
。

（ネ）急結剤： ｆ）無機塩系粉体急結剤 商品名：　ＱＰ−５００（略号Ｆ：日曹マスタービルダ
ーズ（株）製） ｇ）セメント鉱物系急結剤 商品名：ＱＰ−５５（略号Ｇ：日盲マスタービルダーズ
（株）製） 急結剤の使用量はそれぞれメーカーの推奨する標準的な
使用量とし、セメント重量に対する重量％で示した。

（２）コンクリートの配合 コンクリートの配合は第１表に示したとおりである。

（３）試験 コンクリートを練り混ぜた後５１１ＩＩ！フルイを用い
てモルタル部分と粗骨材を分離して得られたモルタルを
３０分間練り置き、これに急結剤を加えて２０秒間手練
りする。このものにつきＪＩＳ　Ａ６２０４　ｒコンク
リート用化学混和剤」の附属書ｌコンクリートの凝結時
間試験方法に準拠して凝結の始発時間（貫入抵抗が３５
ｋｇｆ／ｃｍ２に達する時間）を測定した。なお、凝結
時間は急結剤を添加してからの時間（分−秒）である。

（４）試験結果 急結剤Ｆを使用したときの試験結果は第２表に示すとお
りであり、急結剤Ｇを使用したときの試験結果は第３表
に示すとおりである。急結剤Ｆを用い混和剤を使用しな
い場合においては、２０分経過しても始発には達しなか
ったが、ポリカルボン酸塩系混和剤（略号Ａ）を使用す
ることにより１３分４０秒で始発に達していることが判
る。他の混和剤では、混和剤Ｅが、１７分２０秒で始発
に達しているほかは、すべて２０分経過しても始発には
達しなかった。さらに、急結剤Ｇを使用した場合でも、
ポリカルボン酸塩系混和剤（略号Ａ）を使用することに
より１分以内で始発に達しており、同−急結剤量で凝結
時間が大幅に短縮されていることが判る。

第３表　凝結時間の測定結果（急結剤Ｇ）実施例　２ 本例により、急結剤を添加するまでのコンクリートの流
動性が、どのくらい保持できるのか、が示される。

試験に使用した材料、ならびにコンクリートの配合は実
施例１、比較例１．４．５と同一である。なお、本試験
に用いた混和剤はポリカルボン酸塩系混和剤（略号Ａ）
、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮金物塩系混和剤（
略号Ｄ）、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系混
和剤（略号Ｅ）である。

（１）試験 可傾式ミキサーでコンクリートを練り混ぜたのち、コン
クリート全量を排出しスランプの測定を行った。次にコ
ンクリート全量をミキサーに戻し、低速（２ｒｐｍ）で
所定時間ミキサーの回転を続け３０分後、６０分後にス
ランプの測定を行った。

（２）試験結果 試験結果を第４表に示す。これより、ポリカルボン酸塩
系混和剤（略号Ａ）を使用したコンクリートのスランプ
は長時間経過しても他のものに比較して低下しないこと
が判る。混和剤Ｅを用いた場合、凝結時間が比較的早か
ったが、スランプの経時変化が大きく６０分後には５ｃ
ｍ以下となることが判る。

第４表 コンクリートのスランプロス試験結果 て作業効率を高めることができるので、産業上の利用価
値は極めて大きい。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トンネルまたは地下空洞の掘削面に、予め練り混ぜたコ
   ンクリートに急結剤を添加して施工するコンクリートの
   覆工工法において、予め練り混ぜるコンクリートに対し
   て分子構造の一部にカルボキシル基置換ビニルモノマー
   を含む共重合体を主成分とするポリカルボン酸塩系混和
   剤を添加することを特徴とするコンクリートの製造方法
   。