JPH0553743B2 - - Google Patents

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
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） トンネルまた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け工法であり、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
られた型枠内に流し込み、これを押し付ける、押
し付け工法あるいは圧着工法と呼ばれる方法であ
る。さらに、上記の吹き付け工法は湿式吹き付け
方式と乾式吹き付け方式に大別される。この乾式
吹き付け方式とは、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難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、上記の湿式吹き付け方式
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く実施されるようになつ
てきている。両方式における急結剤の添加は、乾
式吹き付け方式の場合には、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
け方式の場合には、ノズルの口の近くで添加され
る。また、前記の押し付け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
設けられた型枠内に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18cm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１Kgｆ／cm²
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「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／およ
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CaO・Al₂O₃、12CaO・7Al₂O₃、CaO・
2Al₂O₃、11CaO・7Al₂O₃・CaF₂、3CaO・
3Al₂O₃・CaF₂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
のであつて、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％〜10
％、天然鉱物系の場合は約４〜10％である。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主要
材料であるセメント、砂、砂利に比べて高価であ
り、所要の急結効果を得るための急結剤の使用量
は一般の混和剤に比べて多く、覆工コンクリート
中に占めるコスト割合は大きい。従つて、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。 また、湿式吹き付け方式においては、乾式吹き
付け方式の場合に比べて急結効果が小さくなる。
その原因の１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
原因は湿式吹き付け方式の場合Ｗ／Ｃが大きくな
ることである。すなわち、乾式吹き付け方式では
約45％程度であるのに対し湿式吹き付け方式では
55％以上である。急結効果はＷ／Ｃの大小によつ
て鋭敏に影響を受け、Ｗ／Ｃの大きいほど急結効
果は小さくなるものであるが、湿式吹き付け方式
の場合、輸送ホース内のコンクリートの搬送を円
滑に進行させるためにコンクリートの軟度をかな
り大きくしなければならず、従つてＷ／Ｃも大き
くせざるを得ない。同様に、押し付け工法ならび
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じる。 （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使用する
コンクリートの製造方法において、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つたところ、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セメント重量に
対し固形物換算で0.01〜0.5％の使用で添加し、
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
工工法に使用するコンクリートの製造方法であつ
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セメント重量に対し固形
物換算で0.01〜0.5％の使用で添加することを特
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に述べたとお
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つ
て、通常ポリカルボン酸塩系混和剤は、JIS Ａ
0203「コンクリート用語」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
ホルマリン縮合物塩、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
用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（）、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
（）、（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
溶性のオレフインとα，β−不飽和ジカルボン酸
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−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。 湿式吹き付け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
るために吹き付け工法に使用するには適当でな
い。また、湿式吹き付け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時間程度練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いと
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。押し付け工法あるいは圧着工法においては
コンクリートを型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・
Al₂O₃、4CaO・Al₂O₃・Fe₂O₃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、P202参
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け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
和剤をセメント重量に対し固形物換算で0.01％〜
0.5％の使用で予め練り混ぜるコンクリートに添
加することにより、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
法に使用するコンクリートの製造方法において、
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、
ウエツトスクリーニング（フルイの目が５mm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
酸塩系混合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、住友社製普通ポ
ルトランドセメントを等量混合して使用。 (ロ) 粗骨材：青梅産硬質砂岩砕石（比重＝
2.64、吸水率＝0.67％、FM＝6.35、MS＝
15mm） (ハ) 細骨材：大井川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のカルシウム塩の
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：ポゾリスNo.８（略号Ｂ：日曹マ
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：マイテイー150（略号Ｄ：花王(株)
製） (e) メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物塩
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
コンシステ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％（成分換算）で示
した。 (ホ) 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：日曹マスター
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。

【表】 (3) 試験 コンクリートを練り混ぜた後５mm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 Ａ
6204「コンクリート用化学混和剤」の附属書
１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35Kgｆ／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つたが、
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つた。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、同一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。

【表】

【表】

【表】 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
マリン縮合物塩系混和剤（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
定を行つた。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
行つた。 (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つたが、
スランプの経時変化が大きく60分後には５cm以
下となることが判る。

【表】 本発明の方法によれば、湿式吹き付け工法にお
いて、コンクリートの流動性を保持しつつ吹き付
けコンクリートの急結性が格段に向上するという
効果が得られ、かくして、同一急結効果を得るた
めの急結剤の使用量を低減することができ、さら
に、急結性が向上するため、吹き付け工法におけ
る材料のリバウンド（落下率）の低減化により、
工法の経済性が向上する。また、押し付け工法あ
るいは圧着工法による覆工コンクリートにおいて
もコンクリートの流動性状を保持しつつ急結剤の
添加後の凝結時間を短縮し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。

【特許請求の範囲】

１ 硬焼生石灰、骨材、ならびに、オルトケイ酸
ナトリウム、セスキケイ酸ナトリウムおよびメタ
ケイ酸ナトリウムからえらんだ少なくとも１種の
生石灰水和遅延剤からなる、空洞または空〓への
充填材組成物。 ２ 水和遅延助剤として、〓糖、オキシカルボン
酸またはその塩、アミノカルボン酸またはその
塩、水溶性蛋白質および二水石膏からえらんだ１
種または２種以上を含有する請求項１の充填材組
成物。 ３ 骨材として、砂および石灰スラツジを使用し
た請求項１または２の充填材組成物。 ４ アロフエンを含む粘土を添加した請求項１ま
たは２の充填材組成物。 ５ ポルトランドセメントを添加した請求項１ま
たは２の充填材組成物。 ６ アルミナセメントを添加した請求項１または
２の充填材組成物。