JPH069813B2 - 水硬性資料と急結剤の連続混合装置およびその使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコンクリート、モルタル、不定形耐火物などの
水硬性資料と急結剤の連続混合装置およびその使用方法
に関するものである。

〔従来の技術とその技術的課題〕

トンネル、坑道、ケーブルダクトで代表される筒状閉鎖
断面をライニングする方法として、圧縮空気を搬送媒体
としてコンクリートやモルタルを吹付ける手法と、型枠
を用いて隙間を作り、その隙間にコンクリートやモルタ
ルをポンプ圧送して打設する手法が従来知られており、
ことに最近、工期短縮の要請等から、急結剤を併用して
施工することが多くなっている。

前者は、圧縮空気で高速気流搬送する関係から秒単位で
硬化する急結剤の添加は比較的容易であり、瞬時にライ
ニング層を固化させることができる。しかしながら、反
面粉塵が多量に発生するため作業環境を悪化させ、ま
た、吐出された資料の1/3程度がリバウンドロスになる
という点に致命的な問題がある。後者の方法はかかる問
題がない点で優れている。しかしながら、反面、資料を
濃密搬送する関係から、急結剤を硬化させることなく水
硬性資料と十分に分散混合することができないのがネッ
クとなっており、打設する前に硬化して攪拌機器や搬送
路に付着し通路を閉塞するトラブルが多発しやすい。そ
のため、現実には急結剤を用いないことが多く、固化す
るまでに長時間を要するという問題があった。

本発明は前記のような問題点を解消するために創案され
たもので、その目的とするところは、水硬性資料と急結
剤を効率良く連続攪拌混合・吐出させることができるコ
ンパクトな装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、粉塵やリバウンドを発生さ
せることなく初期強度の高いライニング層を容易に形成
できる方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため本発明は、先端側に吐出口を設
けた筒状ケーシングに、複数の連続羽根を間欠的に設け
ると共に連続羽根間の軸に全連続羽根との配設比率を
（２．５〜３．５）：１とした攪拌羽根を設けたスクリ
ューを高速回転自在に内挿し、かつ、筒状ケーシングに
は基端の連続羽根に相当する付近に外部の圧送ポンプと
接続する水硬性資料投入部を設けると共に、該水硬性資
料投入部またはその近傍に外部の急結剤供給手段と接続
する急結剤添加部を設けたものである。

前記吐出口は単なる開口でもよいし、吐出口下流側に回
転インペラを備えていてもよい。

また本発明は、水硬性資料を打設するに当たり、先端側
に吐出口を設けた筒状ケーシングに、複数の連続羽根を
間欠的に設けると共に連続羽根間の軸に全連続羽根との
配設比率を（２．５〜３．５）：１とした攪拌羽根を設
けたスクリューを高速回転自在に内挿し、かつ、筒状ケ
ーシングには基端の連続羽根に相当する付近に外部の圧
送ポンプと接続する水硬性資料投入部を設けると共に、
該水硬性資料投入部またはその近傍に外部の急結剤供給
手段と接続する急結剤添加部を設けた装置を用い、筒状
ケーシングの吐出口を施工部位に望ませた状態で、スク
リューを１００rpm以上で回転させつつ圧送ポンプから
水硬性資料投入部にウエットミックスの水硬性資料を圧
入し、急結剤添加部から粉状または液状の急結剤を注加
することにより連続羽根と攪拌羽根とで交互に送り速度
の変化と攪拌を加えて混合資料を生成しそれを施工部位
に連続吐出するようにしたものである。

この場合、施工部材としては一般に型枠が用いられ、そ
の型枠が固定形式の場合には、型枠に設けた打設口に本
発明装置の吐出口部分を接続し、各ゾーンの打設ごとに
順次型枠に対する接続位置を変えるものである。

また、型枠が移動式の場合には、本発明装置を型枠に配
置し、型枠移動手段により型枠を移動させながら混合資
料を打設するものである。

さらに、吐出口の先端にインペラを設けた装置の場合に
は、吐出された混合資料をインペラにより加速して圧密
度を高めるものであり、この方法も本発明に含まれる。

〔実施例〕

以下本発明を添付図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図は本発明による水硬性資料と急結剤
の連続混合装置を示しており、第４図ないし第７図はそ
の使用方法を示している。

第１図において、１は筒状ケーシングであり、鋼板など
の金属材料またはゴム等の可撓材料もしくは内面を可撓
性材料で内張りしてなり、この例では前端に吐出口１０
が設けられている。

２は前記筒状ケーシング１に内挿されたスクリューであ
り、筒状ケーシング１の後端フランジ１００に結合した
軸受ブロック２０にスクリュー軸２ａの後部が片持ち支
持されており、軸受ブロック２０には同軸上に高速駆動
モータ３と減速機３０が設けられ、減速機３０の出力軸
３００がカップリング３０１によりスクリュー軸２ａと
結合されている。

前記スクリュー軸２ａは連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″
と攪拌羽根２ｃ，２ｃを有している。すなわち、スクリ
ュー軸２ａの基端側から少なくとも１ピッチ以上の連続
羽根２ｂ，２ｂ′が間欠的に形成され、これと間隔をあ
けて１ピッチ以下の最終連続羽根２ｂ″が形成されてい
る。そして、前記各連続羽根２ｂと２ｂ′，２ｂ′と２
ｂ″の間には、軸線に対し所要角度の傾きを持った複数
の攪拌羽根２ｃそれぞれが放射状に設けられている。

前記連続羽根２ｂ，２ｂ，２ｂ″と攪拌羽根２ｃの比率
は、連続羽根を全部合計したピッチとの関係において、
（２．５〜３．５）：１に設定することが、急結剤を固
化させることなく混練作用と搬送作用をバランスよく実
現する点から重要である。これは本発明者の知見による
もので、２．５：１未満では送りは良好でも十分な攪拌
混合効果がえられず、３．５：１を越える場合には混合
攪拌は良好でも搬送作用が不十分になり、急結剤の反応
が進行して詰まりを生じさせる危険がある。

５は筒状の水硬性資料投入部であり、前記基端の連続羽
根２ｂ域に相当する筒状ケーシング１に開口され、後端
側は圧送配管（ホースを含む）５０に直結され、圧送ポ
ンプ６の吐出側に導かれている。圧送ポンプ６は、ピス
トンポンプ、スネークポンプ、スクイーズ、プランジヤ
ポンプ、ギヤポンプなど形式は任意である。

７は急結剤添加部であり、前記水硬性資料投入部５の任
意部位に設けられ、供給ホース７０を介して急結剤供給
装置８に導かれている。急結剤添加部７は図示するもの
では斜管であるが、リングノズル形式としてもよい。ま
た、場合によっては、直接筒状ケーシング１に接続して
もよい。急結剤供給装置８は急結剤が液体である場合に
は液送ポンプが用いられる。急結剤が粉体である場合に
は加圧注入式一般には空気圧送形式のものが使用される
が、攪拌効果およびエアによる吹き抜けを防止する点か
ら、濃密流圧送形式のものが好適である。

第４図はその一例を示しており、上部にホッパ８０を備
えたケーシング８１にユニバーサルジョイント８３ａ，
８３ｂを介してスクリュー８２を回転自在に設け、スク
リュー軸８２の軸線方向には２条のらせん状溝を有する
ステータ８５と吐出ノズル８６を直列に設け、ステータ
８５中には一端をユニバーサルジョイント８３ｂに偏心
支持させたスネーク状ロータ８７を内挿している。そし
て、ケーシング８１に数個所にエアレーション用エア添
加部８８を接続する一方、吐出ノズル８６には圧送用エ
ア添加部８９を接続している。

この装置を用いた場合、駆動シャフト８４を駆動し、圧
縮エアを供給すれば、ホッパ８０からケーシング８１内
に装入された急結剤ａは、スクリュー８２により攪拌さ
れつつエアレーション用エア添加部８８から注入された
エアと混合されて高濃度の流動体となり、その前方でス
ネーク状ロータ８７がステータ８５の内面接触線を移動
しながら回転する。これによる自吸引作用でステータ８
５とスネーク状ロータ８７間のポケットに吸い込まれ、
スネーク状ロータ８７の運動により吐出ノズル８６に高
効率で脈動なく正確に連続吐出される。

急結剤ａは予めエアレーションにより流動化されている
ため、吐出ノズル８６部位で圧送用エア添加部８９から
のわずかな量の圧縮エアにより十分な搬送力が創成さ
れ、高い濃度で急結剤添加部７から水硬性資料投入部５
に注加される。

なお、筒状ケーシング１の吐出口１０は、図示するもの
では筒状ケーシング軸線方向にストレートに開口し、外
側に連結用フランジ１０１を設けているが、これに限ら
れるものではなく、側方あるいはエルボ状に斜めもしく
は軸線と直角方向に開口していてもよい。

また、吐出を自重落下式でなく、加速式としてもよい。
第３図はその好適な例を示しており、筒状ケーシング１
の吐出口１０の前方から下側をフード１３で覆うと共
に、フード１３と対峙するケーシング先端下側にブラケ
ット１１を設け、このブラケット１１に複数の羽根から
なるインペラ１２を先端がフード１３に接近するように
支持させ、ブラケットに固定したモータ１４により高速
回転させるようにしている。この態様によれば、吐出口
１０から吐出された混合資料は、フード１３でガイドさ
れて流下する途中でインペラ１２間のポケットに落ち込
み、フード１３の接線方向に加速、吐出され、混合資料
の圧密度を高めることができる。

第５図は本発明による施工法の一例を示している。この
実施例では固定型枠９が用いられており、固定型枠９は
型枠部体９ａ，９ｂ，９ｃ…により両側部とアーチ部が
画成され、施工すべき掘削面ｂとの間に所要の空隙ｃを
形成しており、各型枠部体９ａ，９ｂ，９ｃ…には空隙
ｃに通じる打設口９０が付設されている。

施工に当たっては、本発明装置Ａをたとえば側壁の型枠
部体９ａに連結する。これは第１図の構造であれば、先
端のフランジ１０１をボルトあるいはクイックジョイン
トで打設口９０のフランジと連結すればよく、これで本
発明装置Ａはトンネル内に突出するかたちで型枠部体９
ａの保持される。施工する型枠部体９ａには吸着取付け
式などのバイブレータ９１を設置して振動を与える。

この状態で高速駆動モータ３によりスクリュー２を少な
くとも１００rpmで回転するとともに、圧送ポンプ６お
よび急結剤供給装置８を作動させる。圧送ポンプ６から
吐出されたウエットミックスの水硬性資料Ｃは圧送ホー
ス５０を介して濃密搬送され、そのまま筒状ケーシング
１の軸線と交差する方向に設けられている水硬性資料投
入部５から筒状ケーシング１内に圧入される。

これにより水硬性資料Ｃは、筒状ケーシング１に押し込
まれ、一方、このとき急結剤供給装置８からは急結剤ａ
が圧送されており、該急結剤ａは、実施例においては、
細径の供給ホース７０を通って水硬性資料投入部５に分
岐接続されている急結剤添加部７に到り、筒状ケーシン
グ１内に圧入される寸前の水硬性資料Ｃに添加される。

このとき、筒状ケーシング１内ではスクリュー２が前記
のように１００rpm以上の回転数で高速回転している。
このため、水硬性資料投入部５から圧入された水硬性資
料Ｃと急結剤ａは、第１段の連続羽根２ｂにより急速に
前送され、次いでこの連続羽根２ｂが終ったゾーンで速
度を幾分低下されながら攪拌羽根２ｃの剪断作用により
激しく攪拌され、次いで中間の連続羽根２ｂ′に達した
ところで再び加速前送され、この中間の連続羽根２ｂ′
の終端から再度攪拌羽根２ｃの剪断作用により激しく攪
拌される。そして混合資料は、最終の連続羽根２ｂによ
り加速され、吐出口１０から打設口９０を通して空隙ｃ
に急速充填され、バイブレータ９１による流動促進作用
により空隙ｃを埋め、ライニング層を形成する。

本発明は単純にスクリュー羽根により一定速度で水硬性
資料を搬送しつつ攪拌羽根で急結剤を攪拌するのでな
く、（２．５〜３．５）：１の配設比率の連続羽根２
ｂ，２ｂ′，２ｂ″と攪拌羽根２ｃ，２ｃで交互に送り
速度の変化と攪拌作用を加え、しかも全体として高速送
りを行うため、送りと混練とがバランスよく実現され、
秒単位で硬化反応が開始する急結剤ａを水硬性資料投入
部５ないしその近傍から添加してもケーシングや羽根へ
の付着が生じさせずに、水硬性資料Ｃと完全な均一混合
状態とすることができる。

このようにして型枠部体９ａへの打設が完了した後は、
本発明装置Ａを固定型枠９ａから取外し、次の型枠部体
たとえば９ｂの打設口９０に付け直して、前記と同じ操
作を行うもので、以下順次型枠部体９ｃ…毎に前記操作
を繰り返すことで閉鎖断面全体にライニング層が形成さ
れる。

第６図と第７図は本発明による施工法の別の態様を示し
ている。この実施例においては、移動型枠９′が用いら
れ、移動装置１５により掘削面ｂと任意の間隔を設定保
持して単位面積のライニングを行い、移動型枠９′を掘
削面周方向に順次移置させることでライニング層を拡大
して行くものである。

移動装置１５の形式は任意であり、たとえば主機１５ａ
に対し揺動自在な主ブーム１５ｂの伸縮ロッド１５０を
移動型枠９′の背面下側に枢着し、主ブーム１５ｂのケ
ーシング側に連結した副ブーム１５ｃの伸縮ロッド１５
１を移動型枠９′の背面上側に枢着するような構成をと
ればよい。

移動型枠９′は第７図のように幅方向端部（トンネル長
手方向）に水硬性資料と剥離性のようい材質からなる幅
板９２が設けられており、また、背面上側には支持台９
３が固設され、この支持台９３に本発明装置Ａが搭載さ
れている。

その搭載形式は、第５図の場合と同様に打設口に吐出口
を直結する方式でもよいが、より好ましくは支持台幅方
向に沿って移動自在とする。その方法は任意であるが、
図示するものでは、支持台幅方向にボールねじ等のガイ
ドバー９４を横架し、横送りモータ９５により回転自在
にするとともに、ガイドバー９４にスライドテーブル９
６を係合させ、そのスライドテーブル９６に筒状ケーシ
ング１を据付固定しており、充填硬化を高めるため、筒
状ケーシング１の両側のスライドテーブル９６先端にア
ームを介して棒状バイブレータ９７，９７を吊持してい
る。

この装置構成を用いた場合には、第６図のように移動装
置１５により移動型枠９′を掘削面ｂと所定の間隔を設
定し、その状態で前記にようにスクリュー２を高速回転
し、圧送ポンプ６および急結剤供給装置８を作動させ、
さらに、棒状バイブレータ９７，９７と横送りモータ９
５を作動させる。水硬性資料Ｃと急結剤ａは前述したよ
うに連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″と攪拌羽根２ｃ，２
ｃにより急速搬送・急速混合されて吐出口１０から移動
型枠９′内に吐出充填され、しかもその吐出位置が型枠
幅方向で変化し、充填された混合資料が棒状バイブレー
タ９７，９７の振動により流動させられるため、ごく短
時間で空隙ｃに急速硬化のライニング層が形成される。
そこで、このライニング層の硬化とともに移動装置１５
の主ビーム１５ｂ等を所定速度で掘削面周方向に移動さ
せるものであり、これによりライニング層を閉鎖断面状
に成長する。

第５図の方法および第６図と第７図の方法のいずれにお
いても、圧縮エアによる吹付けでなく、ポンプ圧送の濃
密資料に急結剤を添加して筒内で急速送りとミキシング
を行って打設する方式であるため、粉塵は発生せず、リ
バウンドロスも生じない。しかも、急結剤ａが水硬性資
料Ｃに効率良く均一に分散混合されるため、少ない急結
剤量で目標初期強度のライニング層を創成することがで
きる。なお、上記方法は、第３図のようなインペラ付設
形式の装置も使用できることはいうまでもなく、インペ
ラ１２で混合資料が加速され、掘削面ｂおよびコンクリ
ート打設面に圧密されるため、より密着性のよいライニ
ング層を得ることができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を示す。

筒状ケーシング１を鋼板製、長さ６００mm、内径150mm
とし、内部にスクリューを片持ち支持式に内挿した。
スクリューの仕様は、外径40mmの軸に１ピッチの連続
羽根３つを中間に0.5ピッチの途切れを形成するように
設け、各途切れ領域の軸に４枚で一組の攪拌羽根をそれ
ぞれ設けた。

第１の連続羽根の中間位置に相当する筒状ケーシングに
１００mmの短管を接続して水硬性資料投入部を形成
し、これをホースによりピストン式コンクリートポンプ
の吐出部に接続した。短管の中間に斜めに２０mmの管
を接続し、これをホースにより急結剤供給装置の吐出部
と接続した。急結剤供給装置は液体ポンプと第４図の粉
体供給装置（ロータ径30mm）を用いた。

コンクリートの配合は、セメント３６０kg/m³、ｓ／ａ
６５％、Ｗ／Ｃ５８％、スランプ１０cmとし、これを４
m³/hで圧送し、スクリューを１５０rpmで回転させた。
急結剤は、粉体、液体ともに前記配合にセメント量の３
％、５％、７％添加し、筒状ケーシングの先端の吐出口
から混合資料として型枠内に吐出させた。粉体の場合に
は、吐出ノズル部位に０．５／min、ケーシングエア
レーション部に０．５／minの圧縮エアを導入した。

以上の結果、急結剤がいずれの添加量の場合も、また液
体、粉体のいずれの場合も、連続羽根、攪拌羽根に資料
が付着、固化することなく全部打設でき、粉体急結剤の
場合でも粉塵は皆無であった。

得られたライニング層（厚さ１５０mm）の初期強度と急
結剤の添加量の関係を第８図に示す。また、比較のた
め、従来の湿式吹付け方式による場合を併記する。吹付
け方式の配合は本発明と同じで、圧縮エアは８０００
／min、急結剤は吹付けノズルの手前３．５ｍの位置で
添加した。

この第８図から本発明によれば、吹付け工法に較べて少
ない急結剤量で同等の効果が得られることがわかる。こ
れは、水硬性資料と急結剤を完全に分散混合することが
できたことによるものである。

〔発明の効果〕

以上発明した本発明の第１項によるときには、先端側に
吐出口１０を設けた筒状ケーシング１に、複数の連続羽
根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″を間欠的に設けると共に連続羽
根２ｂ，２ｂ′，２ｂ′，２ｂ″間の軸に全連続羽根と
の配設比率を（２．５〜３．５）：１とした攪拌羽根２
ｃを設けたスクリュー２を高速回転自在に内挿し、か
つ、筒状ケーシング１には基端の連続羽根２ｂに相当す
る付近に外部の圧送ポンプと接続する水硬性資料投入部
５を設けると共に、該水硬性資料投入部５またはその近
傍に外部の急結剤供給手段と接続する急結剤添加部７を
設けたので、間欠配置の連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″
と攪拌羽根２ｃ，２ｃとで送り速度の変化と攪拌が交互
に加えられかつその送りと攪拌とがバランスよく実現さ
れることになり、したがって秒単位で硬化反応が開始す
る急結剤ａを水硬性資料Ｃとほぼ同時添加してもケーシ
ングや羽根への付着がを生じさせず、高速で効率よく均
一混合して連続吐出することができるという優れた効果
が得られる。

また、請求項４によれば、前記構成の連続混合装置を使
用し、筒状ケーシング１の吐出口１０を施工部位に望ま
せた状態で、スクリューを１００rpm以上で回転させつ
つ圧送ポンプから水硬性資料投入部５にウエットミック
スの水硬性資料を圧入し、急結剤添加部７から粉状また
は液状の急結剤を注加することにより連続羽根２ｂ，２
ｂ′，２ｂ″と攪拌羽根２ｃ，２ｃとで交互に送り速度
の変化と攪拌を加えて混合資料を生成しそれを施工部位
に連続吐出するようにしたので、上記混練効果により粉
塵やリバウンドを完全に解消し、少ない急結剤使用量で
良好な初期強度ライニング層や充填層を能率よく形成で
きるというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水硬性資料と急結剤の連続混合打
設装置の一実施例を示す部分切欠側面図、第２図は第１
図II−II線に沿う断面図、第３図と第４図は本発明の他
の実施例とその使用状況を示す側面図、第５図と第６図
は本発明による使用方法を例示する側面図、第７図は第
６図の部分的平面図、第８図は本発明による急結剤剤添
加量とコンクリート強度の関係を従来の湿式吹付け工法
と比較して示すグラフである。 １…筒状ケーシング、２…スクリュー、２ｂ，２ｂ′，
２ｂ″…連続羽根、２ｃ…攪拌羽根、３…高速駆動モー
タ、５…水硬性資料投入部、６…圧送ポンプ、７…急結
剤添加部、８…急結剤供給装置、９…固定型枠、９′…
移動型枠、１０…吐出口、１２…インペラ、１６…移動
装置、９０…打設口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端側に吐出口１０を設けた筒状ケーシン
   グ１に、複数の連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″を間欠的
   に設けると共に連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ′２ｂ″間
   の軸に全連続羽根との配設比率を（２．５〜３．５）：
   １とした攪拌羽根２ｃを設けたスクリュー２を高速回転
   自在に内挿し、かつ、筒状ケーシング１には基端の連続
   羽根２ｂに相当する付近に外部の圧送ポンプと接続する
   水硬性資料投入部５を設けると共に、該水硬性資料投入
   部５またはその近傍に外部の急結剤供給手段と接続する
   急結剤添加部７を設けたことを特徴とする水硬性資料と
   急結剤の連続混合装置。
2. 【請求項２】急結剤供給手段が粉体急結剤を濃密搬送し
   得る機能を有しているものを含む特許請求の範囲第１項
   記載の水硬性資料と急結剤の連続混合装置。
3. 【請求項３】吐出口１０の下流側に高速回転自在なイン
   ペラ１２を備えているものを含む特許請求の範囲第１項
   記載の水硬性資料と急結剤の連続混合装置。
4. 【請求項４】先端側に吐出口１０を設けた筒状ケーシン
   グ１に、複数の連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″を間欠的
   に設けると共に連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ′，２ｂ″
   間の軸に全連続羽根との配設比率を（２．５〜３．
   ５）：１とした攪拌羽根２ｃを設けたスクリュー２を高
   速回転自在に内挿し、かつ、筒状ケーシング１には基端
   の連続羽根２ｂに相当する付近に外部の圧送ポンプと接
   続する水硬性資料投入部５を設けると共に、該水硬性資
   料投入部５またはその近傍に外部の急結剤供給手段と接
   続する急結剤添加部７を設た装置を用い、前記筒状ケー
   シング１の吐出口１０を施工部位に望ませた状態で、ス
   クリューを１００rpm以上で回転させつつ圧送ポンプか
   ら水硬性資料投入部５にウエットミックスの水硬性資料
   を圧入し、急結剤添加部７から粉状または液状の急結剤
   を注加することにより連続羽根２ｂ，２ｂ′，２ｂ″と
   攪拌羽根２ｃ，２ｃとで交互に送り速度の変化と攪拌を
   加えて混合資料を生成しそれを施工部位に連続吐出する
   ようにしたことを特徴とする水硬性資料と急結剤の連続
   混合装置の使用方法。
5. 【請求項５】施工面との間に所要の空隙を有せしめるよ
   うに固定型枠９を設け、固定型枠９に設けた打設口９０
   に吐出口１０を接続して行う特許請求の範囲第４項記載
   の水硬性資料と急結剤の連続混合装置の使用方法。
6. 【請求項６】連続混合装置が移動型枠９′に支持され、
   その移動型枠９′を移動手段１５により施工面と対峙移
   動させ、連続混合装置を作動する過程を繰り返す特許請
   求の範囲第４項記載の水硬性資料と急結剤の連続混合装
   置の使用方法。