JPH0534467B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、トンネルライニング等におけるコン
クリートの吹付工法およびその装置に関する。 〔従来の技術〕 従来、この種のいわゆるNATM等工法に用い
られている吹付ノズルは、単純に流路面積が一定
な管であつた。すなわち、第６図のように、ホー
ス先端に塩化ビニル管等からなるストレートパイ
プノズル１′を設けたものである。 他方で、コンクリート吹付に際して、急結剤を
添加することが一般的に行なわれている。この場
合、湿式の場合、急結剤は主として粉体で、乾式
の場合液状で添加される。添加個所は、ポンプ
（ガン）とノズルとの間である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、コンクリートは骨材等の粗粒分Ｌとセ
メント等の細粒分Ｓとを含むため、それらの重力
差によつて細粒分Ｓはノズル１の管壁に沿つて流
れ、粗粒分Ｌはノズル１の中心部を走つて吹付け
られるようになる。したがつて、材料が分離した
状態で吹付けられる。その結果、対象面Ｘに対す
る材料の付着性が悪く、このため粉塵量および跳
ね返り量がきわめて多く、しかも品質のバラツキ
が大きい。さらに、作業員の安全性の点でも難が
ある。 一方、急結剤を添加する場合、従来のように、
単に均一流に直噴するだけでは、比重の軽い急結
剤は、管の中心を走り、これに対してセメントモ
ルタル部分は管壁に沿う傾向があり、その結果、
急結剤とコンクリートとが均一に混合されず分離
した状態で吹付けられる。このため、コンクリー
トの付着性が悪く、強度のバラツキが大きい。ま
た粉塵および跳ね返り量も多くなる。 湿式コンクリートの場合、通常スランプは15〜
21cmであるが、急結剤を使用するとスランプ値が
上昇するが、前述のように、付着性が悪く、強度
が低くなるからといつて、急結剤の使用量を増量
させると、反つてコンクリート強度が低くなる。
したがつて、必要最少量の急結剤量とし、その急
結剤をいかにコンクリートと均一に混合させるか
に考慮が払われるできものである。 そこで本発明の主たる目的は、材料の分離が無
く、均一かつ高い付着性を示す吹付工法と装置を
提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するための本発明工法は、コ
ンクリートの流路の途中に流路の断面積を小さく
するテーパー絞り部を設け、そのテーパー絞り部
の近傍において実質的に前方に向かう圧縮空気を
吹込んでコンクリートに撹拌流を生成させ、粗粒
分と細粒分との混合を図り、その後その撹拌流の
有効作用域に急結剤を添加することを特徴とする
ものである。 また、本発明の第１の装置は、コンクリートの
流路の途中の内面に先細のテーパー絞り部を設
け、このテーパー絞り部に沿つて圧縮空気が流れ
るようテーパー絞り部の始端部分に圧縮空気の吹
込部を設け、前記テーパー絞り部分より基端側近
傍に急結剤の添加部を配設したことを特徴とする
ものである。 さらに、本発明の第２の装置は、圧送されるコ
ンクリートの流路について細径の先端側と大径の
基端側とを繋ぐ先細の第１テーパー絞り部と、こ
の第１テーパー絞り部のテーパーに沿つて圧縮空
気を吹込む１次吹込部と、前記先端側流路の途中
の内面に形成された先細の第２テーパー絞り部
と、この第２テーパー絞り部のテーパーに沿つて
圧縮空気を吹込む２次吹込部と、前記第１テーパ
ー絞り部と前記第２テーパー絞り部との中間に急
結剤と添加部とを備えたことを特徴とするもので
ある。 〔作用〕 本発明では、コンクリートの粗粒分と細粒分と
の均一混合と共に、急結剤の分離防止を図るもの
である。このため、先ず、コンクリートの流路の
途中にテーパー絞り部が設けられる。このテーパ
ー絞り部では、ベルヌーイの定理の適用により明
らかなように、コンクリートの流れは収束されか
つ増速される。一般に、流路の途中にテーパー絞
り部を設けると、流体が所定の勾配で絞り込まれ
るため、運動エネルギーが回転エネルギーに変換
されるとともに、絞り込んだ後の開放により、部
分的な乱流が生起されるため、ある程度の混合現
象が生ずる。 しかし、コンクリートのように粘性の高い物性
の流体を瞬間的に混合するという吹付けの特殊条
件が悪求される下では、単に前記テーパー絞り部
を設けるだけでは、効果的な混合は望めない。そ
こで、第７図に示されるように、このテーパー絞
り部の近傍、好ましくは入側から圧縮空気を吹込
むことにより、テーパー絞り部により運動（速
度）エネルギーを加速させるとともに、圧縮空気
吹込みによる増速エネルギーを与えることで、絞
り込み部の不安定さに加速を加え、撹乱流、すな
わち回転エネルギーを増加させる働きをもたらす
ものである。このように、テーパー絞り部と圧縮
空気の吹込みの共同作用により、図示Ｍ部分に強
い乱流を生起せしめ、混合効率が飛躍的に増加す
ることとなる。さらに、この撹乱流の有効作用領
域に急結剤が添加されると、急結剤がコンクリー
トと反応しないままコンクリートと激しく混合さ
れるので、急結剤がコンクリートと分離されるこ
となく、そこに均一分散される。 なお、テーパー絞り部＋圧縮空気による混合効
果については、後述の実施例により、さらに明ら
かにする。 一方、一般にコンクリート吹付けにおいては、
第７図に示されるように、粘性の高いモルタル分
Ｂと、石の粒子などの粗粒子群Ａと、軽い空気や
微粉粒子群Ｃの３種の性状に分かれて層状に圧送
されている。このようにそれぞれの物性のものが
分離した状態で吹付けられると、微粉粒子、石な
どの粗粒子は粘性がないためにリバウンドを誘発
し、モルタル分の多い粘性の高いものは、圧送管
やノズルの下端部に溜まりノズル先端からタレ現
象を生じながら分離するため、吹付け面まで達せ
ず落下することがある。 しかし、本発明では、前述の如く、流路の途中
で、確実にモルタル分と粗粒子、微粉粒子とを混
合するため、リバウンドが防止されるとともに、
粉塵が防止される。 他方、元来、急結剤と粘性の有るモルタルとは
混合性が悪く、モルタルの粘性等によつては、層
状に送られてきたコンクリートを一箇所のテーパ
ー絞り部だけでは効果的に混合できない場合があ
る。したがつて、前記テーパー絞り部に至るまで
に、特にコンクリートポンプから団塊になりがち
なコンクリートの細分・分散、混合を図つた後に
急結剤の添加とともに分散・混合する、２段階混
合方式とすることが有効である。また、この態様
では、圧送源の負担を少なく意味においても有効
である。 そこで、本発明に従つて増速部（第１テーパー
絞り部）およびこれに沿う圧縮空気の吹込み部を
設けると、この増速部によつて、モルタル分と
粗・細粒分が均一混合され、また団粒化したコン
クリートは小径部分に入り込むときに細粒化され
る。そして、この混合分散されたコンクリート中
に急結剤が添加され、さらに、テーパー絞り部
（第２テーパー絞り部）により、再度コンクリー
トと急結剤とが撹拌混合されるため、たとえ高い
粘性を示すコンクリートであつても効果的な混合
が実現できる。 〔発明の具体例〕 以下、本発明を図面に示す具体例によつて説明
する。 （第１例） 第１図および第２図は第１具体例を示したもの
で、１は吹付ノズル、２はスクイズ式のコンクリ
ートポンプで、このポンプ２から圧送されたコン
クリートは大径鋼管３から増速部４を介して小径
のゴム製等のホース５を通り、さらに鋼管製の絞
り部６を通り、鋼管または塩ビ製のノズル１から
噴出される。 増速部４は、大径の鋼管３と小径ホース５とを
繋ぐ先細テーパー部をもつて構成され、圧送され
たコンクリートは増速部４の存在によつて以後断
面積が小さくなるため増速される。また増速部４
のテーパーの始端には、ヘツダ８に周方向に間隔
を置いて複数個所の孔または環状空間をもつて連
通する１次吹込部としての１次吹込口９が形成さ
れている。この１次吹込口９には、圧空源１０か
らの１次圧縮空気A₁が調整弁１１およびヘツダ
８を通して与えられ、吹き出した空気は増速部４
のテーパーに沿うよう１次吹込口９が向いてい
る。 他方で、絞り部６は、流路の内面を先細のテー
パーをもつて絞ることによつて形成され、その出
側は再び径が大となつている。この絞り部６の始
端部には、増速部４と同様、ヘツダ１２および２
次吹込口１３が形成され、圧空源１０からの２次
圧縮空気A₂は調整弁１４およびヘツダ１２を通
つて２次吹込口１３から増速部６のテーパーに沿
うよう吐出される。 さらに、絞り部６より基準側近傍には、急結剤
の圧送源１５に連通した急結剤Ｂの添加口１６が
設けられている。この添加口１６は、絞り部６に
よる撹乱流の有効作用領域に位置される。この位
置は、流路の面積および絞り部６の形状にもよる
が、一般に30cm以内の離間距離である。 かかる吹付装置においては、増速部４によつて
コンクリート流が増速されるとともに、１次吹込
口９からの１次圧縮空気A₂の吹込みによつて増
速が助長され、しかもコンクリートの粗細の両部
分が激しく混合され均一化が図られ、しかも団塊
となつて送られてきた部分は細分化される。 その後、コンクリートは、絞り部６位置におい
て、流れが収束され加速される。同時に、２次吹
込口１３からの２次圧縮空気A₂の吹込みによつ
て加速が助長され、かつ粗粒分と細粒分とが激し
く混合され均一化される。この絞り部６および２
次圧縮空気A₂によつて、絞り部６の基端側にも
コンクリートの撹乱流は作用する。この作用位置
に急結剤Ｂが添加口１６から添加されるので、急
結剤Ｂはコンクリート成分と激しく混合されなが
ら絞り部６を抜け、吹付材料Ｍとしてノズル１か
ら噴出される。 （第２例） 第３図〜第５図は絞り部の態様を異にする例
で、ノズル１の先端からたとえば３〜6m程度基
端側位置において、流路面積を小さくする先端側
細りのテーパー状の絞り部６が形成され、かつそ
の先端から短い平行部６１を形成するとともに、
平行部６１先端とノズル１の内壁との段部に、先
端へ向いた圧縮空気吹込部としてのエア吹出口１
３′，１３′……が多数形成されている。各エア吹
出口１３′は分流路１３′ａを介してヘツダ１２に
連つている。 エア吹出口１３′の数は限定されないが、エア
ーカーテンを形成する点を強調することからすれ
ば、周方向に３個所、より好ましくは６カ所以上
が好適である。また、エア吹出口としては、第５
図のように、環状の吹出口１３″としておくと、
エアーカーテンの効果が一層高まる。 一般にノズル１の外径は65mmφとされるが、コ
ンクリートの圧送量を４〜６m²／hrとすれば、加
速用エアの圧力は４〜７、通常５〜６Kg／cm²程度
でよい。 もし、コンクリートにスチールフアイバーを混
入する場合、ポンプ２の撹拌機２ａ等において添
加すればよい。 かかる装置においては、絞り部６′において収
束されながら加速される。この収束・加束によつ
て、コンクリート中の粗粒分Ｌと細粒分Ｓとが一
気に混合された状態の絞り部６′を抜ける。しか
も、絞り部の出側にはエア吹出口１３′が形成さ
れ、ここからエアがノズル先端に向つて吹出され
るから、コンクリートが絞り部を抜けるときの粗
粒分と細粒分との混合を助長し、かつコンクリー
トの流速を加速させる。さらに、エア吹出口１
３′から吹出されたエアーＡは、ノズル１の管内
壁に沿つて流れ、先端から噴出されるので、その
先端から対象面にわたつて、コンクリート材料を
包囲するエアーカーテンを形成するので、粉塵の
飛散が防止され、かつ跳ね返りが無い。跳ね返り
については、材料が均一に混合された状態で吹付
けられる点からも、その量が少くなる。また、材
料が均一に吹付けられる点からして、近年行われ
ているところの強度向上のために補強用スチール
フアイバーの混入を、その機能を損うことなく確
実に行うことができる。 （他の例） １次または２次圧縮空気の吹込口は、増速部４
または絞り部６のテーパー部の途中に形成しても
よい。さらにテーパー部の始端または終端より基
端側または先端側にずれていてもよい。ただ、上
記の圧縮空気の機能を損わない位置とされる。さ
らに、吹込みに当つて、先向きの螺施流を生じさ
せるべく吹込口を形成してもよい。 急結剤の添加位置は、上記実施例のように、絞
り部より入側が好ましいけれども、絞り部の途中
または出側であつても撹乱流が有効に作用してい
る位置であれば必らずしも限定されない。また、
圧縮空気A₁に乗せて添加してもよい。 ところで、調整弁１１，１４によつて空気A₁，
A₂量を地山に応じて適切に調節するのが好まし
い。 （実施例） 以下、本発明の効果を実施例に基づき、明らか
にする。 コンクリート配合、コンクリート圧送圧および
圧縮空気圧を同一条件の下で、比較例として、第
６図に示されるようなφ65mmのストレート管によ
り吹付けを行つた場合（ケース１）と、このスト
レート管にφ65mm→φ55mmに管径を縮小したテー
パー部を設けた場合（ケース２）について試験を
行うとともに、本発明例として、管路の途中に、
φ65mm→φ55mmのテーパー絞り部を形成するとと
もに、このテーパーに沿う圧縮空気の吹込みを行
つた場合（ケース３）と、このケース３に対して
さらに、φ55mm→φ50mmの第２テーパー絞り部と
この第２テーパー絞り部に沿う圧縮空気の吹込み
とを行つた場合（ケース４）の４種類のケースに
ついてコンクリート吹付けを行い、リバウンドお
よび粉塵濃度について調査した。その結果を第１
表に示す。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、絞り部を形成
し、その近傍に圧縮空気の吹込口を形成し、さら
に絞り部近くに急結剤を添加するようにしたので
次のような効果を奏する。 (1) 材料分離が無いため吹付面が平滑かつ均一な
厚みとなる。また品質が安定かつ高まる。 (2) 跳り返りが少く、経済的である。 (3) 粉塵が減少し、作業環境が改善され、大量の
吹付が可能となる。 (4) 均一な吹付が可能であるため、たとえ補強用
フイイバーを混入する場合であつても、その効
果が十分発揮したものとなる。 (5) 急結剤がコンクリートに均一に分散され、少
い量の添加で高強度の吹付材料となる。 さらに、増速部および圧縮空気の吹込口の配
設によつて、 (6) 絞り部に至るまでに、ある程度の粗・細粒分
の均一化を図ることができ、高速化を図ること
ができる。 (7) コンクリート流の団塊を細分し、分散化でき
る。 (8) １次および２次圧縮空気のバランスによつ
て、地山に応じた吹付を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１例装置の要部縦断面図、
第２図は装置の全体図、第３図は第２例装置の縦
断面図、第４図は−線矢視断面図、第５図は
同位置の他の例の断面図、第６図は従来の吹付例
の縦断面図、第７図はコンクリート材料の流れの
概要説明図である。 １……吹付ノズル、４……増速部、６，６′…
…絞り部、９……１次吹込口、１３，１３′，１
３″……２次吹込口、１６……急結剤添加口、A₁
……１次圧縮空気、A₂……２次圧縮空気、Ｂ…
…急結剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンクリートの流路の途中に流路の断面積を
   小さくするテーパー絞り部を設け、そのテーパー
   絞り部の近傍において実質的に前方に向かう圧縮
   空気を吹込んでコンクリートに撹拌流を生成さ
   せ、粗粒分と細粒分との混合を図り、その後その
   撹拌流の有効作用域に急結剤を添加することを特
   徴とするコンクリートの吹付工法。 ２ コンクリートの流路の途中の内面に先細のテ
   ーパー絞り部を設け、このテーパー絞り部に沿つ
   て圧縮空気が流れるようテーパー絞り部の始端部
   分に圧縮空気の吹込部を設け、前記テーパー絞り
   部分より基端側近傍に急結剤の添加部を配設した
   ことを特徴とするコンクリートの吹付装置。 ３ 圧送されるコンクリートの流路について細径
   の先端側と大径の基端側とを繋ぐ先細の第１テー
   パー絞り部と、この第１テーパー絞り部のテーパ
   ーに沿つて圧縮空気を吹込む１次吹込部と、前記
   先端側流路の途中の内面に形成された先細の第２
   テーパー絞り部と、この第２テーパー絞り部のテ
   ーパーに沿つて圧縮空気を吹込む２次吹込部と、
   前記第１テーパー絞り部と前記第２テーパー絞り
   部との中間に急結剤の添加部とを備えたことを特
   徴とするコンクリート吹付装置。