JPH07103691B2 - 急結性吹付材の吹付工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば道路、鉄道、導水路等のトンネルや貯
水池、地下連続壁、床版、橋梁、橋脚、橋台の補修、一
般地盤・岩盤の補強といった、構造物の断面欠損補修、
鉄筋防護、躯体補強・防護等を短時間に行うための急結
性吹付材の効果的な吹付工法に関するものであり、土木
・建築分野において広く利用される工法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来、構造物の補修材料としては急結モルタル、エマル
ジョン混和型ポリマーセメントモルタル、ポリマーモル
タル等がよく知られている。

急結モルタルとは、アルカリ性のセメント急結剤を空練
りまたは湿式のモルタルに添加して、その凝結を早めた
ものであるが、添加された成分の接着性は、ほとんどの
場合セメント自身の接着力よりも小さく、耐久性も乏し
いものである。

ポリマーセメントモルタルは、併用された樹脂により躯
体への強力な接着力を得ているものであるが、硬化が遅
いため、短時間で高い強度が要求される場合や、下地か
ら水が滲み出ている場合には、躯体へ接着しないという
問題を有しているものである。

ポリマーモルタル系の材料は硬化時間が任意に取れ、躯
体への接着力にも優れているが、湿潤面に接着しないも
のが多く、たとえ接着するとしても、こて塗り作業によ
るため、単位時間当りの作業効率がよくないものであ
る。

これらの補修材料の異なり、骨材を配合したセメント
に、急結剤としてのアクリル酸塩またはメタクリル酸塩
を加えたものは、一般構造物はもちろん、特に水の豊富
な構造物に対しても短時間で硬化し、硬化後の強度が大
きいという特長を有した補修材として賞用されている ［発明が解決しようとする問題点］ アクリル酸塩またはメタクリル酸塩（以下（メタ）アク
リル酸塩と称す）を急結剤として用いた補修材の吹付工
法としては、従来汎用の吹付システム及びノズルを用い
て、（メタ）アクリル酸塩の水溶液をセメント、骨材又
はそれらと水との混合物に添加し、吹付ける工法が採用
されているが、これら従来の方法では吹付け物の跳ね返
り率が悪くなることがある上、噴出孔内にスケールが多
く生成する場合もあり、その際はスケールを取り除く作
業に時間を取られるため、その効率が常に良いとは言い
難いものである。また、噴出孔も閉塞しやすいという欠
点も有しているものである。

さらに、劣化、破損した構造物の補修は一般的にあまり
時間を掛けられない場合が多いものである。例えば、鉄
道トンネルの場合等に特徴的であるが、最終電車が通り
過ぎ電気が切られた後、翌日の通電開始までに作業を終
了し、電車が通るときには必要強度を発現していなけれ
ばならないという様な制限を受けることが多く、また、
法面防護工事等についても、ダム法面の防護等の認めら
れる様に、限られた時間内に工事を終えなければならな
いことも多い。従って、短時間に施工でき、かつ極短時
間に躯体に強力に接着し、構造物を短時間で防護・補強
する工法への必要性は大きいが、従来の工法では単位時
間当りの補修面積が満足できない場合があり、また強度
発現までにかなりの時間を要する事も多く、必ずしも常
に満足し得るものとは言い難いものである。

本発明は従来工法の持つ上記諸問題点の解決を目的とし
たものであり、技術的、経済的に有利に施工できる吹付
工法に関するものであり、特に補修工事に有効なもので
ある。

ロ）発明の構成 ［問題を解決する手段］ 本発明者らは上記課題を解決する吹付工法を鋭意検討の
結果、セメントを含有する主材を、30秒以下、通常10秒
以下で硬化させ、かつコンクリート、岩盤、レンガ等の
下地に強力に付着し、硬化後短時間で構造物を防護、補
強する作用を発揮し、さらに、跳ね返り率が少なく、噴
出孔の閉塞が少ない効率的な急結性吹付材の吹付工法を
見いだし、本発明を完成した。

すなわち本発明は、セメントを含有する主材と、（メ
タ）アクリル酸塩の水溶液からなる急結剤とを用いる、
急結性吹付材の吹付工法において、吹付材の送液管に主
材を送給すると共に、吹付材の噴出孔先端より手前1m以
内の位置で送液管に接続し、主材の送給方向に対して30
〜90度の供給角度を有し、かつ延長すると吹付材の送液
管内において交差する管路を有する２個以上の供給管か
ら、急結剤を0.5〜50m/秒の線速度で供給し、主材と急
結剤を噴出孔から噴出させることを特徴とする急結性吹
付材の吹付工法に関するものである。

以下本発明を詳しく説明する。

○主材 本発明の主材は、セメント、骨材及び必要に応じて水が
添加された組成物である。

セメント； 本発明で用いられるセメントは普通ポルトランドセメン
ト、早強ポルランドセメント、アルミナセメント、高炉
セメント、白色セメント等、あらゆる種類のセメントが
挙げられるが、低価格性、入手の容易性等から一般的な
普通ポルトランドセメントで十分である。

骨材； セメントに増量あるいは補強、安定性増加のために添加
されるもので、本発明で使用される骨材としては砂、小
砂利、小砕石、人工軽量骨材、フライアッシュ、シリカ
ヒューム、高炉スラグ等の一般的なセメント用骨材を用
いることができ、さらに、これらの骨材に鋼繊維、炭素
繊維、ガラス繊維、鉱物繊維等の繊維質を併用して使用
することも出来る。

骨材の使用量あるいは骨材と繊維質とを併用する場合の
使用量は、セメントに対して５倍量以下が望ましい。

○急結剤 （メタ）アクリル酸塩； 本発明における（メタ）アクリル酸塩は下地への接着力
を著しく向上させる急結剤として用いられるものであ
り、アクリル酸またはメタクリル酸のアルカリ金属塩、
アルカリ土類金属塩、アルミニウム塩が好ましいものと
してあげることができ、より好ましくはナトリウム塩、
マグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウム塩であ
る。

使用量の管理の容易さと短時間の硬化のために、（メ
タ）アクリル酸塩は水溶液として使用される。その際の
濃度は10％以上が好ましく、より好ましくは20％以上で
ある。（メタ）アクリル酸塩の濃度が10％より少なくな
ると、硬化物中の（メタ）アクリル酸塩の重合物の含有
量が過小となり、急結性や接着力を十分に発揮させるこ
とが困難になり、また、硬化後の初期強度も低下するよ
うになり、目的を達成することが困難になる。濃度の上
限としては、（メタ）アクリル酸塩が析出しない程度、
すなわち飽和水溶液に近いものまで使用可能である。

酸化剤； 本発明に用いられる（メタ）アルリル酸塩は重合、ゲル
化することにより水に不溶性の重合体となりセメント、
骨材に急結性の付与し、下地と強力に接着するのである
が、この重合にはレドックス重合触媒を使用することが
好ましい。

レドックス重合触媒の一成分である酸化剤は、それ単独
でも上記（メタ）アクリル酸塩を重合させることがで
き、具体的な化合物としては、アゾビスシアノイソ吉草
酸などの水溶性アゾビス化合物や、過酸化水素もしくは
過酸化水素を生成する水溶性の化合物をあげることがで
きる。過酸化水素を生成する化合物としては過炭酸ナト
リウム、過ホウ酸ナトリウム、過酸化カルシウム、過酸
化バリウム等や過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、
過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩が例として挙げられる
が、特に好ましくは過硫酸塩である。酸化剤は水に溶か
し、水溶液として（メタ）アクリル酸塩に添加してから
主材に添加するのが好ましいが、（メタ）アクリル酸塩
と同時にかつ別々に添加することも、主材の方に粉末で
または水溶液や水への懸濁液で添加して使用することも
可能である。

前記したように、酸化剤は単独で上記（メタ）アクリル
酸塩を短時間で重合させることが可能であるが、硬化時
間をより短縮したい場合には、還元剤を併用することが
望ましい。酸化剤に還元剤を併用する際は、（メタ）ア
クリル酸塩の水溶液に酸化剤または還元剤の一方を添加
し、主材の方にもう一方を添加して使用することが望ま
しい。なお、主材へ酸化剤または還元剤を添加するとき
には主材と十分混ぜておくことが必要である。

酸化剤の使用量は、（メタ）アクリル酸塩に対して５〜
20％が望ましい。

還元剤； 還元剤としては水溶性であるものが好ましく、ジエタノ
ールアミン、トリエタノールアミン、ヒドラジン、ヒド
ロキシルアミン、ジメチルアミノプロピオニトリル、ジ
メチルアミノエタノール、ジメチルアミノプロパノー
ル、ピペラジン、モルホリン等のアミン類やその塩、第
一鉄塩、亜硫酸アルカリ、チオ硫酸塩、チオ尿素、エリ
ソルビン酸ナトリウム、ロンガリット等の１種類以上を
用いる。

還元剤の使用量は、（メタ）アクリル酸塩に対して１〜
20％が望ましい。また、酸化剤と還元剤の組合せ、ある
いは組合せたときの酸化剤と還元剤の割合は、硬化時間
ならびに硬化物の初期硬度に影響するので、適用硬化物
の環境、温度等によって適宜選択すればよい。

○組成物の配合割合 主材に対する（メタ）アクリル酸塩の量は、主材に対し
て重量比で0.009〜0.6が好ましく、より好ましくは0.01
0〜0.5である。重量比が0.009より小さいとセメントや
骨材表面を十分接着することが困難になり、強固な固結
体にならない場合が多々生ずる。また間隔が多くて止水
性に乏しく、またコンクリート、岩盤や地盤に対する接
着力も弱くなる恐れがある。重量比が0.6より大きい
と、セメント水和物の強度が有効に発揮されず、強固な
固結体を形成し難くなる。

組成物の硬化時間を約30秒以下、要求に応じては10秒以
下にすることが、酸化剤と還元剤の種類と量の調整によ
り可能であり、場合によっては硬化時間を約１秒程度と
することもできる。

○施工方法 主材の送給装置には、汎用の乾式吹付け機が適用でき、
施工機械としてはNATM（New Austrian Tunneling Metho
d）工法と呼ばれる、トンネル築造工法において用いら
れる乾式吹付け機、山岳法面の防護工事において用いら
れる乾式吹付け機等を利用することができる。

本発明においては、セメントを含有する主材を吹付材の
送液管へ送給し、この送液管の噴出孔先端の手前1m以内
の位置で送液管に接続しており、主材の送給方向に対し
30度〜90度、好ましくは30度〜70度の範囲内の供給角度
を有し、かつ管路を延長すると吹付材の送液管内で互い
に交差する供給管から、（メタ）アクリル酸塩水溶液を
前記吹付材の送液管に供給し、主材に吹き込む。この場
合の、主材の送給方向に対して管路を延長すると互いに
交差する供給角度とは、第１図に示す部分の角度Ａを意
味する。急結剤の供給管が噴出孔先端から1m以上の離れ
た位置にあると、噴出孔が閉塞しやすくなる。また、主
材の送給方向に対する（メタ）アクリル酸塩水溶液の供
給角度が30度未満であると、（メタ）アクリル酸塩水溶
液と主材との混合が不十分となり、この角度が90度より
も大きくなると、主材と（メタ）アクリル酸塩との接触
により形成される硬化物が、供給管出口付近に付着し易
くなるため、噴出孔閉塞の原因となる。

また、（メタ）アクリル酸塩水溶液の供給速度として
は、線速度として0.5〜50m/秒であることが必要であ
る。供給速度が0.5m/秒以下であると（メタ）アクリル
酸水溶液と主材の混合が不十分となり、また、50m/秒を
越えると噴出孔内面の摩耗が激しくなり大量の吹き付け
が困難になる。

本発明の（メタ）アクリル酸塩水溶液を供給する供給管
は、２個以上存在することが必要である。供給管の数が
１個の場合は、主材中に粉塵による噴出孔の閉塞が発生
しやすくなり、施工面からの跳ね返りも多くなる。

以上説明した方法で（メタ）アクリル酸塩の水溶液を添
加すると、主材との混合を効率よく行えるため、硬化後
の物性も均一で部位によるばらつきの少ない硬化物が得
られるだけでなく、噴出孔の内壁に硬化物をほとんど付
着させることなく吹き付けることができる。

また、本発明では、必要に応じ噴出孔先端に対し（メ
タ）アクリル酸塩の水溶液の添加位置より遠く2m以内の
任意の位置で水を添加しながら吹付けを行なうこともで
きる。また、あらかじめ主材に、主材が送給可能な範囲
内で水を添加して吹き付けることもできる。

噴出孔の材質としては硬化物が付着しにくい材質を用い
た方が効率よく吹き付けられることは当然である。

［作用］ 酸化剤と（メタ）アクリル酸塩とセメントによる硬化物
は、短時間に下地に強力に接着し躯体を保護するので、
構造物の補修材料として有用である。また、本発明によ
り跳ね返りが少なく、品質が安定していてかつ噴出孔閉
塞等のトラブルの少ない工事が可能となったため、短時
間で効率的に構造物の補修を行なうことができる。

［実施例］ 以下実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 第一表に示すコンクリート配合のセメント主材を用いて
吹き付け試験を行なった。セメントは普通ポルトランド
セメント、砂には矢作川産の粗粒率2.71の砂を用いた。
砂利にはコンクリート用砕石1505に適合する鳥羽産の砕
石を用いた。急結剤には（メタ）アクリル酸塩水溶液と
してアクリル酸マグネシウムとアクリル酸カルシウムを
４対１で混合した30％水溶液を用いた。酸化剤としては
過硫酸アンモニウムの20％水溶液を用い、還元剤として
は亜硫酸ナトリウムとチオ硫酸ナトリウムを１対１で混
合した物を用いた。

吹付け機にはアリバ240（アリバー（株）製）を用い、
内径50mmでフレキシブルなコンクリート用ホース100mを
用い、空気圧6kgf/cm²、空気量10m³/分として主材を送
給した。

ポンプで急結剤と酸化剤の水溶液の混合液を供給し、噴
出孔の先端より50cm手前の位置で送液管に接続し、主材
の送給方向に対し45度で、管 路を延長すると互いに交差する４ケ所の供給管から供給
し、主材に添加混合した。この際供給する急結剤の供給
線速度を0.3、0.5、1.0、10、30、50、70m/秒に変化さ
せて、それぞれ2m³のコンクリートを直立するコンクリ
ート板に吹き付けた時の混合性、粉塵の程度を目視でチ
ェックした。

その結果を第二表に示す。線速度が0.3m/秒では混和性
が悪く、噴出孔付近から徐々に主材と急結剤と反応物が
内壁に付着して噴出孔の閉塞を起こした。また線速度が
50m/秒を越えると噴出孔内壁の摩耗が激しく、大量の吹
付けは困難であった。

実施例２ 第三表に示す混合物を用いて吹付け試験を行なった。セ
メント、川砂には実施例１と同様のものを用いた。急結
剤にはアクリル酸マグネシウムの35％水溶液を、酸化剤
には過硫酸ナトリウムの20％水溶液を、還元剤にはエリ
ソルビン酸ナトリウムを用いた。還元剤は１の水に懸
濁させ て主材に添加して用いた。

吹付け機にはSOVA−III（日本プライブリコ社製）を用
い、内径38mmでフレキシブルなモルタル用ホース60mを
用い、空気圧4kgf/cm²、空気量7m³/分として主材を送給
した。

急結剤と酸化剤の水溶液の混合液をスネーク型無脈動定
量ポンプを用いて送給し、噴出孔の先端より25cm手前の
位置で送液管に接続し、管路を延長すると互いに交差す
る２個の供給管から1m/秒の線速度で供給し、主材の送
給方向に対し20、30、45、60、70、80、90、100度の角
度の状態で主材に添加混合し、各々1m³のモルタルを直
立するコンクリート板に吹き付けた時の跳ね返り率を測
定し、混合性、粉塵の程度を目視で観察した。結果を第
四表に示す。

その結果、供給角度が30度以下では主材と溶液型急結剤
が十分混合されない内に噴出孔より吐出されてしまい、
粉塵が多量に発生した。しかし、30度以上では混合状況
もよく粉塵も急に少なくなった。また、供給方向が主材
の送給に逆らうように供給される90度を超える角度では
噴出孔の閉塞が頻繁に起きた。

実施例３ 実施例２と同じ仕様で急結剤の供給角度が45度で供給線
速度が1.0m/秒として、供給管数が１、２、４、６、８
個の場合について吹付け試験を行なった。その結果、供
給管数が１個の場合は吹付け開始後すぐに噴出孔が閉塞
し吹付けを継続することができなかったが、２個以上で
は粉塵の発生も少なく、跳ね返り率も20％以下で吹き付
けることができた。

実施例４ 実施例３と同じ仕様で、急結剤の供給管数が２個、急結
剤量を固形分で主材に対し重量比で0.010として噴出孔
先端から供給管までの距離を0.1、0.2、0.4、0.8、１、
1.5mとした場合について吹付け試験を行なった。その結
果、噴出孔の先端からの距離が1.5mの場合には吹付け直
後に噴出孔が閉塞したが、その他の場合には噴出孔の閉
塞は見られなかった。

実施例５ 実施例３と同じ仕様で急結剤の固形分が主材に対し重量
比で0.005、0.009、0.010、0.5、0.6、0.9となるよう急
結剤を添加して吹付け試験を行なった。その結果、添加
量が重量比0.005では硬化物は手で簡単に握りつぶせる
ほどの硬さしかなく、また重量比0.9では硬化時間が１
分以上かかり、かつ硬化物は樹脂が多すぎて硬さが十分
満足できるものではなかった。

ハ）発明の効果 本発明で使用する組成物は、短時間に下地に強力に接着
し躯体を保護するので、構造物の補修材料として有用で
あり、しかも、本発明により跳ね返りが少なく、品質が
安定していてかつ噴出孔閉塞等のトラブルの少ない工事
が可能となったため、効率的で経済的にも優れた構造物
の補修工事を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

図１は吹付機の吹付材送液管において、（メタ）アクリ
ル酸塩の水溶液をセメント主材に添加する際の模式図で
あり、１は噴出孔、２は噴出孔の先端、３は（メタ）ア
クリル酸塩水溶液の供給管、４は管路の延長を示す矢
印、５は交差点、６は主材の供給方向を示す矢印、Ａは
供給角度を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメントを含有する主材と、アクリル酸塩
   またはメタクリル酸塩の水溶液からなる急結剤とを用い
   る、急結性吹付材の吹付工法において、吹付材の送液管
   に主材を送給すると共に、吹付材の噴出孔先端より手前
   1m以内の位置で送液管に接続し、主材の送給方向に対し
   て30〜90度の供給角度を有し、かつ延長すると吹付材の
   送液管内において交差する管路を有する２個以上の供給
   管から、急結剤を0.5〜50m/秒の線速度で供給し、主材
   と急結剤を噴出孔から噴出させることを特徴とする急結
   性吹付材の吹付工法。