JPH0573708B2

JPH0573708B2 -

Info

Publication number: JPH0573708B2
Application number: JP1259973A
Authority: JP
Inventors: Akira Oshima; Takehisa Koike; Mamoru Konishi; Hayatoshi Fujita; Toshisuke Oofuji; Jujiro Shibukawa; Kenkichi Hirano; Kazuyuki Mizushima; Isao Terajima
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Denki Kagaku Kogyo KK; Okumura Corp; Okumuragumi KK
Current assignee: Denka Co Ltd; Okumura Corp; Okumuragumi KK; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1993-10-14
Also published as: JPH03122040A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、繊維含有セメントモルタルとセメン
ト急硬材とからなる急硬性吹付材及びその吹付工
法に関する。本発明は主としてトンネルの覆工用
に使用される。〔従来の技術〕従来、トンネルの覆工には急硬性コンクリート
を圧送して吹付ける方法が主として使用されてい
る。また、シールド工法やTBM工法のようにト
ンネルボーリングマシンを使用して掘削した直後
の覆工にはセグメントが使用されている。更に、
コンクリートを使用せず、急硬性セメントペース
トと耐アルカリ性ガラス繊維を別々に壁面に吹付
ける工法も開発されている。〔発明が解決しようとする技術課題〕吹付コンクリートにより覆工する場合には圧送
によるコンクリート中の骨材のリバウンドや粉塵
の発生が多く、作業環境の悪化やボーリングマシ
ンの損傷などの弊害があつた。セグメントによる覆工は作業が煩雑になる欠点
がある。急硬性セメントぺーストと耐アルカリ性ガラス
繊維を別々に壁面に吹付ける工法も繊維の飛散が
多く、セメントぺーストのダレなどの問題があつ
た。特にシールド工法やTBM工法を吹付けた直
後（約１時間後）にボーリングマシンを前進させ
るため、その振動により吹付けられたコンクリー
トが破損しがちであり、これを防ぐため繊維を混
和し短時間の剪断強度の向上を図つているが、こ
の方法では繊維の分散性が均一でなく、ペースト
の破壊などの問題もあつた。そこで、初期及び長期強度に優れたモルタルで
あつて、使用にあたり粉塵が少なく、機械及び工
程が簡素化できるトンネルの吹付工法が求められ
ていた。〔課題解決の手段〕本発明は上記課題を解決することを目的とし、
その構成は、セメント、砂及び繊維を含有してな
るセメントモルタルスラリーと、カルシウムアル
ミネートを必須成分とするセメント急硬材スラリ
ーとからなることを特徴とし、好ましくはセメン
ト、砂及び繊維を乾燥状態で混合し、しかる後、
スラリー化し、急硬材スラリーと共に噴射ノズル
先端での噴出し圧0.5〜４Kg／cm²で吹付けること
を特徴とし、更に、モルタルスラリー管からセメ
ント、砂、繊維及び必要に応じて高性能セメント
減水剤を含有してなるセメントモルタルスラリー
を、急硬材スラリー管からカルシウムアルミネー
トを必須成分とするセメント急硬材スラリーと必
要に応じて高性能セメント減水剤を、混合管にそ
れぞれ供給すると共に、モルタルスラリー管、急
硬性スラリー管及び混合管の合流点近傍の少なく
とも１個所から空気を圧送し、噴射ノズル先端で
の噴出し圧0.5〜４Kg／cm²で吹付けることを特徴
とする。本発明のセメントとしては、普通、早強、超早
強、中庸熱、耐硫酸塩などの各種ポルトランドセ
メントや、高炉セメント、フライアツシユセメン
ト、シリカセメントなどの各種混合セメントが挙
げられ、特に限定はない。砂は天然砂、珪砂、石灰砂などいずれも使用可
能で、その使用量はセメント100重量部に対し砂
300重量部以下、好ましくは、初期強度発現性及
び耐久性の面から30〜150重量部である。粒度と
しては、径５mm以下、好ましくは径2.5mm以下で
ある。粒度が小さいことがリバウンド率及び粉塵
の低減の面で好ましい。繊維としては、スチールフアイバー、耐アルカ
リガラスフアイバー、ポリエチレンフアイバー、
カーボンフアイバー、ビニロンフアイバー、アラ
ミドフアイバー、ポリアクリルフアイバー、セラ
ミツクウイスカフアイバーなどが挙げられ、中で
も耐アルカリガラスフアイバー、ポリエチレンフ
アイバー、カーボンフアイバー、ポリアクリルフ
アイバーが好ましく、その長さは特に限定しない
が作業性より３〜30mm好ましくは５〜20mmであ
る。その使用量は水添加前のセメントモルタル成
分、すなわち、セメント、砂、繊維及び高性能セ
メント減水剤の容量の0.2〜3.0容量％であり、好
ましくは0.5〜2.0容量％であり、0.2容量％以下で
は充分な効果が認められず、3.0容量％以上では
効果が不十分なばかりでなく、強度低下の原因と
もなる。通常、繊維は種類により比重が異なるた
め、モルタル、コンクリート中の繊維の混和量は
容量％で示すが、配合計算は重量で行うのが一般
的である。高性能セメント減水剤としては、β−ナフタリ
ンスルホン酸ホルマリン縮合物、例えばマイテイ
100（花王社製）、セルフロー110P（第一工業製薬
社製）や、メラミンスルホン酸、例えばメルメン
ト（昭和電工社製）、Ｐ−300（ヘキスト合成社製）
などがあり、その添加量はセメント100重量部に
対し0.2〜２重量部、好ましくは0.3〜１重量部で
ある。これらに水を加え、ポンプ圧送可能なモルタル
スラリー、例えばフロー値として180〜280mmとす
る。モルタルスラリーの混練に際しては、セメン
ト、砂及び繊維を乾燥状態で予め混合し、繊維を
均等に分散させた後、水及び高性能セメント減水
剤と共に混練することが好ましい。このようにす
ると塊状の繊維が存在しないため、吹付の接着強
度が増大し、薄い吹付層であつても充分な強度を
有する。セメント、砂及び繊維を乾燥状態で混合するに
あたつては、混合ミキサー、すなわちＶ型ブレン
ダー、ナウターミキサー、混合ボールミルなどい
ずれのミキサーも使用できるが、繊維の分散性を
考慮するとナウターミキサーまたは混合ボールミ
ルが好ましい。また、高性能セメント減水剤はセ
メント、砂及び繊維と共に混合してもよく、モル
タル混練り時に水と共に添加してもよく、また、
両者に添加してもよい。本発明のセメント急硬材は、カルシウムアルミ
ネートを必須成分とする。純粋のカルシウムアル
ミネートであつてもよいが、カルシウムアルミネ
ートに石膏などの凝結硬化を促進する混和物を配
合して使用することも可能である。中でも、凝結
開始時間の調整の容易性、短時間強度発現及び長
期安定性の面からカルシウムアルミネートと石膏
との混和物が好ましい。カルシウムアルミネートとしては、CaO含有量
が37〜55重量％のものがよく、更に結晶型のもの
より、無定型のものが強度発現に優れている。カ
ルシウムアルミネートに対する石膏の割合は凝結
開始時間の調整の容易性、短時間強度発現及び長
期安定性の理由より0.5〜２重量倍量が好ましく、
また使用する石膏の形態についても特に制限はな
いが型無水石膏が好適である。このセメント急硬材を水で混合し、ポンプ圧送
可能なスラリーとするが、水の量はセメント急硬
材に対して0.3〜１重量倍量が好ましい。このようにして得られたセメント急硬材スラリ
ーがセメントモルタルと混和されたときの凝結時
間を調整するためにセメント急硬材にセメント遅
延剤を添加する。遅延剤としては、クエン酸、酒
石酸、グルコン酸、リンゴ酸などのオキシカルボ
ン酸又はその塩が挙げられ、好ましい遅延剤とし
ては、グルコン酸及び／又は酒石酸またはこれら
の塩類20重量％未満、クエン酸またはその塩類10
〜40重量％及びアルカリ炭酸塩50〜90重量％より
なる混合物はその添加の量に比例した凝結開始時
間が得られるので好ましい遅延剤である。その添
加量は急硬材に対し５重量％以下、好ましくは
0.1〜１重量％である。本発明においては急硬性モルタルの凝結開始時
間はダレ防止のためには短いことが好ましいが、
機内の閉塞防止を考慮に入れると数秒〜３分、好
ましくは10秒〜60秒である。かくして得られた繊維混和モルタルスラリーと
急硬材スラリーを別々にポンプ圧送し、混合管内
で混和する。先ず、セメントモルタル槽で繊維配
合セメントモルタルスラリーを調製し、急硬材槽
で急硬材スラリーを調製する。モルタルスラリー
はモルタルスラリー管で圧送し、急硬材スラリー
は急硬材スラリー管で圧送する。モルタルスラリ
ー管と急硬材スラリー管は合流して混合管となり
噴射ノズルより壁面に向けて噴出させる。この
際、空気をモルタルスラリー管、急硬材スラリー
管または混合管の合流点直後の部位の少なくとも
１個所に導入することが重要である。導入された
空気は混合管内の噴射ノズルまでの間に両スラリ
ーを充分混合させる。最も好ましい方法はモルタルスラリー管と急硬
材スラリー管との両者に空気を導入する方法であ
る。また、モルタルスラリー管が急硬材スラリー
管のいずれか一方に空気を導入して混合管内で混
合してもよい。また、モルタルスラリー管にも急
硬材スラリー管にも空気を導入せず、混合管の合
流点直後で空気を導入しても本発明の目的は達成
される。空気量は３〜12m³／分程度である。噴射ノズルの方向は壁面にほぼ垂直となるよう
にするのがよい。噴射ノズルと壁面間距離は0.3
〜2m程度にすれば材料のはね返り率が小さい。
同様に、噴射ノズル先端での噴出し圧は0.5〜４
Kg／cm²、好ましくは１〜３Kg／cm²が材料のはね返
り率が小さい。混合管の合流点から噴射ノズルま
での距離は凝結時間の変動により異なるが、好ま
しくは１〜5mである。急硬材としてカルシウムアルミネートを使用す
ると、初期及び長期強度が増大するのみならず、
そのスラリーがセメントモルタルスラリーとの親
和性に優れ、繊維を含有して急硬材との分散性に
問題のあるモルタルスラリー中にもよく分散し、
壁面に噴射した場合のリバウンド量も減少する。混合管の形状は混合管の軸方向になるようにモ
ルタルスラリー管または急硬材スラリー管を取付
け、噴射方向に向けて他方のスラリー管を10〜90
度、好ましくは30〜60度の角度で合流させ、混合
管内へ圧送する。このようにして圧送された繊維
混合モルタルスラリーと急硬材スラリーは噴射ノ
ズル先端に至るまでの間に充分に混合されて壁面
に吹付られる。この時、モルタルスラリー管と急
硬材スラリー管のそれぞれに空気を導入し、両者
を霧状にして混合するのは最も好ましい方法であ
る。モルタルスラリーに対する急硬材の量は、モル
タル中のセメント100重量部に対し急硬材５〜35
重量部、好ましくは10〜30重量部で、５重量部未
満では初期強度が低く、35重量部を超えると膨張
の原因となる。〔作用〕本発明は繊維を含有するセメントモルタルスラ
リーに、急硬剤をもスラリー状として供給し、背
後から空気を圧送し、ノズル先端の噴出し圧を
0.5〜４Kg／cm²に調整するという諸構成要件の相
乗効果により粉塵の飛散を防止し、各構成成分を
効率的に均一に霧状に分散させ、初期及び長期強
度を増大させるものである。本発明者らは急硬材としてカルシウムアルミネ
ートを使用すると、初期及び長期強度が増大する
のみならず、そのスラリーがセメントモルタルス
ラリーとの親和性に優れ、繊維を含有して急硬材
との分散性に問題のある繊維含有モルタルスラリ
ー中にもよく分散し、壁面に噴射した場合のリバ
ウンド量も減少することを見出した。更に、噴射ノズル先端における噴出し圧を0.5
〜４Kg／cm²の範囲に調整した場合にリバウンド量
が最も少ないことを見出した。上記の長所を有するために、軟弱地盤や膨張性
地山にトンネルを掘削する場合に特に有効であ
る。〔実施例〕実施例１早強ポルトランドセメント100重量部、珪砂80
重量部、繊維0.6重量部、高性能減水剤0.5重量
部、水39重量部をオムニミキサーで混合して繊維
混和セメントモルタルスラリーを調製した。別に、カルシウムアルミネートからなる急硬材
100重量部、炭酸カリとクエン酸からなる遅延剤
0.7重量部及び水40重量部を混合して急硬材スラ
リーを調製した。両スラリーをセメントモルタルスラリー中のセ
メント成分に対する急硬材成分が25重量％となる
ように調節しながら混合管の供給し、別にコンプ
レツサーにより２Kg／cm²で空気を急硬材スラリー
管に供給し、次いでモルタルスラリー管と約40度
の角度で合流させ、混合管内で混合させ、噴射ノ
ズルから壁面に吹付けた。直径2mのトンネル工事において、厚さ10mmに
被覆したところ、吹付後約20秒で均一な硬化面と
なり、脱落もなく長期にわたり安定であつた。吹
付の際の粉塵量とリバウンド量を第１表に示し
た。比較例１繊維を配合しない以外は実施例１と同様にして
噴射ノズルから吹付材を吹付けると共に、実施例
１において前もつて配合したのと同量の繊維のみ
をチヨツパーガンで同時に吹付けた。別に従来の
方法によるコンクリートの吹付けを行い、吹付の
際のそれぞれの粉塵量とリバウンド量を第１表に
併記した。

【表】なお、使用したコンクリートの配合は下記の通
りであつた。粗骨材の最大寸法 ……10mm 水セメント比 ……60％細骨材率 ……64％スランプ ……10cm 水 ……216Kg／m³ セメント ……360Kg／m³ 細骨材 ……1174Kg／m³ 粗骨材 ……673Kg／m³ なお、粉塵量はＰ−5H₂型粉塵計にて測定し
た。リバウンド量はリバウンド量／吹付けた量×100で計算した。実施例２混合管の延長上に急硬材スラリー管を設け、混
合管と急硬材スラリー管の連結部、すなわち、合
流点に約40度の角度でモルタルスラリー管を連結
し、急硬材スラリー管及びモルタルスラリー管に
それぞれ空気導入管を設け、各スラリーが霧状に
分散した状態で混合管に入るようにした以外は実
施例１と同様に行つた。この場合、混合性はきわ
めてよく、長期にわたり安定な覆工面が得られ
た。実施例３混合管の延長上にモルタルスラリー管を設け、
混合管とモルタルスラリー管の連結部、すなわ
ち、合流点に約40度の角度で急硬材スラリー管を
連結し、急硬材スラリー管及びモルタルスラリー
管にそれぞれ空気導入管を設け、各スラリーが霧
状に分散した状態で混合管に入るようにした以外
は実施例１と同様に行つた。この場合、混合性は
きわめてよく、長期にわたり安定な覆工面が得ら
れた。実施例４空気をモルタルスラリー管に導入し、急硬材ス
ラリー管に導入しなかつた以外は実施例１と同様
にして実験を行つた。実施例１とほぼ同様の結果
が得られ、混合性がよく安定な覆工が得られた。実施例５空気をモルタルスラリー管と急硬材スラリー管
との集合部直後のみから導入した以外は実施例１
と同様にして実験を行つた。実施例１とほぼ同様
の結果が得られ、混合性がよく安定な覆工が得ら
れた。比較例２空気をモルタルスラリー管と急硬材スラリー管
のいずれからも導入せず、噴射ノズルの基部から
導入した以外は実施例１と同様にして実験を行つ
た。吹付後、急硬材スラリーが帯状になり、長期
経過後膨張して覆工面が破壊した。実施例６〜９及び比較例３〜４セメントに対する急硬材の添加量を第２表に示
す量にした以外は実施例２と同様にして実験を行
い、硬化時間と圧縮強度を測定し、第２表に併記
した。

【表】

〔発明の効果〕

本発明により、粉塵の発生が少なく、初期及び
長期の強度が良好な覆工面を、小型の機械を用い
て簡易な操作で得ることが可能になつた。

Claims

【特許請求の範囲】１セメント、砂及び繊維を含有してなるセメン
トモルタルスラリーと、カルシウムアルミネート
を必須成分とするセメント急硬材スラリーとから
なり、何れか一方または両者に高性能セメント減
水剤を配合してなる急硬性吹付材。２繊維がセメントモルタルに対し、0.2〜3.0容
量％含有されていることを特徴とする請求項第１
項記載の急硬性吹付材。３セメント、砂及び繊維を乾燥状態で混合し、
しかる後、スラリー化してセメントモルタルスラ
リーを作製し、別に、カルシウムアルミネートを
必須成分とするセメント急硬材スラリーを作製
し、セメントモルタルスラリー及び急硬材スラリ
ーの両者又はいずれか一方に高性能セメント減水
剤を配合すると共に、両者を合流させ、噴射ノズ
ル先端での噴出し圧0.5〜４Kg／cm²で吹付けるこ
とを特徴とする吹付工法。４モルタルスラリー管からセメント、砂、繊維
及び必要に応じて高性能セメント減水剤を含有し
てなるセメントモルタルスラリーを、セメント急
硬材スラリー管からカルシウムアルミネートを必
須成分とするセメント急硬材スラリーと必要に応
じて高性能セメント減水剤を、混合管にそれぞれ
供給すると共に、モルタルスラリー管、セメント
急硬材スラリー管及び混合管の合流点近傍の少な
くとも１個所から空気を圧送して、セメントモル
タルスラリーとセメント急硬材スラリーとを混合
して、噴射ノズル先端での噴出し圧0.5〜４Kg／
cm²で吹付けることを特徴とする急硬性吹付材の吹
付工法。