JPH1129351A

JPH1129351A - 湿式吹付け工法

Info

Publication number: JPH1129351A
Application number: JP9186903A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Sonoda; 直志園田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-02-02
Anticipated expiration: 2017-07-11
Also published as: JP3385920B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高性能減水剤の使用量を低減しつつ、かつシ
リカフューム等の微粉末混和材を特に必要とすることな
く、高強度の吹付けコンクリートを容易に得ることので
きる湿式吹付け工法を提供する。【解決手段】一次水を添加して一次混練りを行った
後、二次水を添加して二次混練りを行って製造したコン
クリートに、急結剤を添加して吹付け作業を行う湿式吹
付け工法において、前記コンクリート中に含まれるセメ
ントとして、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂含有量が４５〜７５重
量％、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃含有量が６〜１２重量％、
硫酸アルカリ含有量がＮａ₂Ｏ換算で０．４〜０．７重
量％、残部が主として２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、４ＣａＯ・
Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃からなるクリンカー粉末に、不
溶性無水石膏を３０％以上含む石膏をＳＯ₃換算で２．
５〜４．０重量％配合したものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、湿式吹付け工法
に関し、特に、一次水を添加して一次混練りを行った
後、二次水を添加して二次混練りを行って製造したコン
クリートに、急結剤を添加して吹付け作業を行う湿式吹
付け工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トンネルの掘削内周面などの
地山の壁面を覆ってこれを防護するための覆工工法とし
て、吹付けコンクリート工法が採用されている。この吹
付けコンクリート工法には、セメント、細骨材、粗骨材
および急結剤をあらかじめ混合し、ノズルの手前で混合
水を加える方法である乾式吹付け工法と、セメント、細
骨材、粗骨材及び水を混練して生コンクリートを製造し
た後、急結剤をノズル手前で添加する方法である湿式吹
付け工法とが採用されているが、いずれも、覆工型枠を
用いることなくコンクリートを直接施工面に吹き付ける
ことにより、迅速に覆工体を形成してゆくことが可能で
ある。

【０００３】このような吹付けコンクリートは、従来
は、その急速施工性の特質から、本覆工を行うまでの一
次支保として用いられてきたが、例えば吹付けコンクリ
ートのみで仕上げて永久構造物とするシングルシェル構
造や、吹付けコンクリートの施工厚さの増大などの、多
様な要望に答えるべく、吹付けコンクリートの品質に
は、初期強度や長期強度の高強度化や高耐久性が求めら
れている。

【０００４】すなわち、従来の吹付けコンクリートは、
その施工性を確保するために、例えば５５％程度の水セ
メント比で配合され、その強度も２８日材齢で１８Ｎ／
ｍｍ² 程度であったが、高い強度を確保するために
は、コンクリートの強度は水セメント比に比例すること
から、その水セメント比を３５〜４５％程度と低く抑
え、しかも一般に低い水セメントのコンクリートは、粘
性が高くなりポンプ圧送性の低下等を招くことから、そ
の流動性を保持する必要がある。

【０００５】このため、従来の吹付けコンクリートの高
強度化を図る方法としては、その水セメント比を３５〜
４５％程度とし、高性能減水剤を添加してスランプや流
動性を保持したり、シリカフュームやフライアッシュ等
の微粉末混和材を添加してポンプ圧送性を改善する方法
が提案され、実用化されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法によれば、高性能減水剤を添加してスランプや
流動性を保持する方法では、高価な高性能減水剤を多量
に使用することになるため経済的でないとともに、シリ
カフューム等の微粉末混和材を添加する方法では、フラ
イアッシュやシリカフュームは産業副産物であり、品質
銘柄や生産時期によってアルカリ、強熱減量および湿分
等の品質が安定せず、流動性増強効果にばらつきが生じ
る等の品質管理上の問題や、シリカフュームは国内及び
海外での産出量が少なく、さらに高価であることから利
用上の制限が生じるなどの問題がある。

【０００７】そこで、この発明は、このような従来の課
題を解決するためになされたもので、高性能減水剤の使
用量を低減しつつ、かつシリカフューム等の微粉末混和
材を特に必要とすることなく、高強度の吹付けコンクリ
ートを容易に得ることのできる湿式吹付け工法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するためになされたもので、その要旨は、一次水を
添加して一次混練りを行った後、二次水を添加して二次
混練りを行って製造したコンクリートに、急結剤を添加
して吹付け作業を行う湿式吹付け工法において、前記コ
ンクリート中に含まれるセメントとして、３ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ₂含有量が４５〜７５重量％、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ
₃含有量が６〜１２重量％、硫酸アルカリ含有量がＮａ
₂Ｏ換算で０．４〜０．７重量％、残部が主として２Ｃ
ａＯ・ＳｉＯ₂、４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃か
らなるクリンカー粉末に、不溶性無水石膏を３０％以上
含む石膏をＳＯ₃換算で２．５〜４．０重量％配合した
ものを使用することを特徴とする湿式吹付け工法にあ
る。

【０００９】そして、この発明は、前記セメントのブレ
ーン比表面積を、３２００〜４７００ｃｍ²／ｇとする
ことが好ましい。

【００１０】また、この発明は、セメント１００重量部
当たり微粉末混和材料を４〜４０重量部の割合で配合す
ることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明についてさらに詳
細に説明する。この発明によれば、例えばセメント、細
骨材、粗骨材、及びその他の必要な混和剤に一次水を添
加して一次混練りを行った後、二次水を添加して二次混
練りを行うことにより湿式吹付け用の生コンクリートを
製造する。このような生コンクリートの調整方法は、い
わゆるダブルミキシングないしは分割練混ぜ方法と呼ば
れるもので、例えば特開昭５８−５６８１５号公報に示
されるように、セメント及び骨材等に水を添加してコン
クリートやモルタルを得るに当り、セメントに対してフ
アニキユラーないしキヤピラリー状態に近いスラリー域
を形成するように調整された量の１次水を添加してこの
セメントによる団塊を減少させる如く第１次混練し、こ
の第１次混練後に目的の水セメント比を形成するに必要
な残部の２次水を添加してコンクリートやモルタルを形
成するように第２次混練することにより構成される。

【００１２】すなわち、このようなダブルミキシングに
よれば、好ましくは必要な水量の３０〜７６％を一次水
として添加して第１次混練を行ない、次で第２次混練を
行うことによりブリージング率が少なく、製品強度の向
上したコンクリートやモルタルを得ることができるが、
これは以下のような事由によるものと考えられる。

【００１３】一般的にセメントのような粉体に対して水
を添加して混練りした場合において、肉眼的に確認され
ないとしても、仔細には微細なセメント粉粒子の凝集し
た団塊の発生は避けられないものと推定され、しかも１
度に所用水量を添加して混練される場合には、その適切
な流動状態を形成するに足る水量の故に、仮に長時間に
亘る混練を加えたとしても一旦形成されたセメント粉粒
子の凝集団塊はそれが分散せしめられる可能性は頗る少
ないこととなり、成程水分が相当量存在したとしても、
或る程度の団塊分散後においてはそれ以上に分散される
程度が極めて乏しく単に流動が繰返されるようなことと
なるものと推定される。

【００１４】これに対し、水量の適切に制限されたフア
ニキユラー（funicular ）ないしはキヤピラリー（capi
llary ）域及びこのキヤピラリー域に近いスラリー域に
おいて第１次混練する場合にあっては、そのフアニキユ
ラーないしはキヤピラリー域及びこのキヤピラリー域に
近いスラリー域では粒子相互間にそれなりに水が連続状
に侵入した状態であるとしても、空気も又相当に存在
し、空気が連続的に存在する（フアニキユラーＦ₁）の
状態か、少なくとも粉粒子が粒子間に介在する連続した
水相によって流動性を示すスラリー状態には達していな
い状態であり、このようなキヤピラリー又はキヤピラリ
ー域に近いスラリー域の状態において加えられる第１次
混練では対象物が流動性を有しないことから成程加水に
よる粉粒凝集状態は同じであるとしても、その混練操作
で混合のためのトルクが相当に高くなる領域であり、こ
のような領域ではその混練で形成された凝集団塊相互間
で相当なすり潰し効果が与えられるものと認められる。
蓋しこのようなすり潰し効果が与えられることにより、
成程セメント粉粒子の全般が完全な単体として分散せし
められることはないとしても、少なくとも凝集団塊粒子
の充分な小型化を図り得ることは明らかであり、一旦こ
のようにして好ましい分散微細化の図られたものに対し
て２次水を加えた第２次混練を加えるならば、そのペー
スト性状を大きく改質し、即ちセメント微粒子ないし凝
集団塊の分散化されたものであるが故にブリージング水
の発生量が少いこととなり、又セメント粉の有効利用が
図られて、骨材が用いられた条件下においても得られる
製品の強度を的確に高められることとなるものと認めら
れる。

【００１５】そして、この発明によれば、上述のような
ダブルミキシングにより製造されたコンクリートに急結
剤を添加して吹付け作業を行う。かかる急結剤は、コン
クリートの凝結を早め、吹付け時にコンクリートを地山
壁面やトンネル壁面に付着させて、短期間で固化させる
目的で使用するもので、その組成は、セメントの水和を
著しく阻害せずにコンクリートの付着性を増大させられ
るものならば、特に限定するものではなく、市販の急結
剤を使用することができる。

【００１６】また、この発明によれば、上述のようなダ
ブルミキシングにより製造されたコンクリート中に含ま
れるセメントとして、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂含有量が４５
〜７５重量％、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃含有量が６〜１２
重量％、硫酸アルカリ含有量がＮａ₂Ｏ換算で０．４〜
０．７重量％、残部が主として２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、４
ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃からなるクリンカー粉
末に、不溶性無水石膏を３０％以上含む石膏をＳＯ₃換
算で２．５〜４．０重量％配合したものを使用する。

【００１７】一般に、低水セメント比でコンクリートの
高い流動性を得るためには、界面活性剤系の高性能減水
剤、高性能ＡＥ減水剤やその他分散剤を添加し、それら
の静電反発力および吸着層の立体障害反発力によってセ
メント粒子を分散させる方法が用いられている。分散剤
の吸着性状はセメントの構成化合物ごとに異なり、３Ｃ
ａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃及び４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ
₃へ選択的に、かつ多量に吸着するため、低水セメント
比で高流動を得るためには３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃及び４
ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃の含量を小さくするこ
とが提案されている（特開平６−８０４５６号公報な
ど）。

【００１８】この３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃及び４ＣａＯ・
Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃への分散剤の選択的な吸着は、
硫酸塩の影響を受け、セメントペーストの液相中にＳＯ
₄ ^2-イオンが存在すると、これと競争吸着して、３Ｃａ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃及び４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃
への分散剤の吸着が抑制されるので、適量の硫酸塩を添
加することにより、低水セメント比でもコンクリートの
高流動化が可能になることは知られている。

【００１９】セメント中の硫酸塩には、主として２種類
あり、クリンカー中に存在するＮａ₂ＳＯ₄、Ｋ₂ＳＯ
₄および３Ｋ₂ＳＯ₄・Ｎａ₂ＳＯ₄等の硫酸アルカリ
と粉砕工程で凝結調整用に添加する硫酸カルシウム（以
下「石膏」とする。）とがあり、前者は接水直後に溶解
してＳＯ₄ ^2-を供給し、後者は比較的溶解が遅い。そし
て、上記の硫酸アルカリは、クリンカー中の比較的溶解
速度の大きい３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃や４ＣａＯ・Ａｌ₂
Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃と比較しても、なお溶解速度が大き
く、セメントが接水した直後で十分に溶解・水和をして
いない状態において分散剤との競争吸着を大きく支配す
る。すなわち、硫酸アルカリが少ないと、セメントペー
ストの液相中のＳＯ₄ ^2-が少なく、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ
₃や４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃への分散剤の吸
着が多くなって流動性が低下する。一方、硫酸アルカリ
が多すぎると、セメントペーストの液相中のアルカリイ
オン濃度が高くなりすぎて静電反発力が消失してしまう
ため、流動性が低下する。高い流動性を確保できる硫酸
アルカリ量の範囲はＡＳＴＭＣ−１１４に規定された
水溶性アルカリで示すと０．４〜０．７重量％（Ｎａ₂
Ｏ換算）となる。

【００２０】一方、石膏はクリンカー中の３ＣａＯ・Ａ
ｌ₂Ｏ₃及び４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃と比較
して溶解速度は小さく、接水直後の分散剤の吸着にはあ
まり寄与しないが、接水から１〜２分後の３ＣａＯ・Ａ
ｌ₂Ｏ₃及び４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃の急激
な水和反応を抑制し、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃及び４Ｃａ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃の水和反応生成物への分散
剤の吸着を抑制する。添加する石膏は、その形態として
無水塩、半水塩および二水塩からなるものが挙げられる
が、不溶性無水石膏を３０重量％以上含む石膏を添加す
ることが、高い流動性を得られる点で好ましい。なぜな
らば、先の硫酸アルカリ量の範囲では、半水塩のように
溶解速度および溶解度が大きいと、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ
₃及び４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃と石膏の水和
反応生成物のエトリンガイトの生成量が多くなり、水和
物の絡み合いによりセメント粒子が凝集し、流動性が低
下してしまうからである。また、石膏添加量も同様な効
果をもたらし、添加量が多すぎると、ＣａＳＯ₄・２Ｈ
₂Ｏ水和物が析出し、この水和物の絡み合いによりセメ
ント粒子が凝集し、流動性が低下してしまう。したがっ
て、石膏の添加量としては、ＳＯ₃換算で２．５〜４．
０％が高い流動性を得る点で好ましい。

【００２１】市販の急結剤は、アルカリ含有量がセメン
トより高く、このアルカリの影響により３ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ₂の水和による強度発現が低下する。この影響は、低
水セメント比のようにセメントや急結剤に対する水の比
率が小さい場合に顕著になる。よって、セメント自体の
急結性を高める必要がある。このため、分散剤の効果が
低下しない範囲で、セメント中で最も水和反応の早い３
ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃含有量を求めると６〜１２重量％と
なる。あまり効果は大きくないが、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂
にも同様な効果が期待され、その含有量としては４５〜
７５重量％、さらに望ましくは６０〜７５重量％がよ
い。

【００２２】セメントクリンカーとしては、ＪＩＳＲ
−５２１０に規定されている普通、中庸熱、早強、耐硫
酸塩ポルトランドセメントクリンカーおよびＡＳＴＭ
Ｃ１５０に規定されている低熱ポルトランドセメントク
リンカーを、その使用目的に応じて、単独または２種以
上を混合して使用することができる。

【００２３】そして、以上のような効果を得るために
は、セメント粉末のプレーン比表面積を３２００〜４７
００ｃｍ²／ｇとすることが好ましく、さらに好ましく
はセメント粉末のプレーン比表面積を３９００〜４３０
０ｃｍ²／ｇとすることができる。３２００ｃｍ²／ｇ
未満では、ペーストの粘度が低くモルタルと粗骨材が材
料分離することになるため、４７００ｃｍ²／ｇを超え
るとペーストの粘度が著しく増大してコンクリートの流
動性が低下するため、いずれも好ましくない。

【００２４】また、この発明によれば、上述のセメント
に、当該セメント１００重量部当たり微粉末混和材料を
４〜４０重量部、好ましくは５〜２０重量部の割合で配
合して使用することができる。４重量部未満では微粉末
の効果が顕著には認められないため、４０重量部を超え
ると耐久性や熱的特性が低下するため、いずれも好まし
くない。このような微粉末混和材料としては、例えば、
高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、石灰石微粉末等を
使用することができる。

【００２５】さらに、この発明によれば、分散剤を配合
してダブルミキシングによりコンクリートを形成するこ
とができる。分散剤は、低い水セメント比で塑性粘度が
適度に大きい領域で、セメント粒子を分散させてセメン
トペーストの降伏値を小さくして、流動性を確保するこ
とにより、セメントペーストと細骨材又はモルタルと粗
骨材の分離を防止しつつ、高流動性を確保する目的で使
用するものであり、その組成は、セメント粒子を分散さ
せるものならば特に限定されるものではなく、例えば、
市販の界面活性剤系の高性能減水剤や、空気巻き込み型
の高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。

【００２６】なお、強度発現性は高性能ＡＥ減水剤の種
類によって異なり、変形リグニン、アルキルアリルスル
ホン酸塩と活性持続ポリマーからなるナフタレン系の方
がポリカルボン酸系より材齢２８日までの強度に優れる
ため、早期に強度を発現させる場合は、ナフタレン系の
高性能ＡＥ減水剤を使用することが望ましい。

【００２７】

【実施例】以下実施例をあげて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらに限定されるものではな
い。実施例１、比較例１、及び比較例２の実機試験に使
用した材料および機械を表１に示す。また、実施例１、
比較例１、及び比較例２におけるコンクリートの配合お
よびフレッシュコンクリートの性状を表２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】＜実施例１＞この発明に係る新規セメント
を用いた吹付けコンクリートであって、モルタル先練り
方式の分割練混ぜ方法によってコンクリートを製造し
た。なお、最適一次水粉体比（Ｗ₁／Ｐ）は、事前の試
験で３０％であることを確認し、これから、一次混練り
を行う際の一次水の配合量を設定した。また、各材料の
計量所要時間、ミキサへの排出時間および練り上がりコ
ンクリートの排出時間等を測定するとともに、練混ぜサ
イクルは１０５秒とした。

【００３１】この実施例１によれば、シリカフュームを
使用せず減水剤の使用量も比較例１，２と比較して大幅
に減少している。

【００３２】なお、実施例１のコンクリートによれば、
その流動性やポンプ圧送性が十分に確保されて、従来の
施工機械を用いて容易に施工することができ、吹付け状
況も、脈動や吹付けムラを生じることがなかった。

【００３３】＜比較例１＞セメントとしてこの発明に係
る新規セメントを使用するとともに、シリカフュームを
外割で１５％添加して、モルタル先練り方式の分割練混
ぜ方法によってコンクリートを製造した。

【００３４】＜比較例２＞セメントとしてこの発明に係
る新規セメントを使用するとともに、シリカフュームを
外割で１５％添加して、一括練り方法によってコンクリ
ートを製造した。実施例１，比較例１及び比較例２の各
コンクリートを使用し、急結剤を添加して湿式吹付け工
法により形成した吹付けコンクリートの圧縮強度試験の
試験結果を表−３に示す。また、初期強度について、オ
ーストリアの若材令強度基準と比較したものを図１に示
す。

【００３５】

【表３】

【００３６】これらの試験結果によれば練混ぜ方法の違
いにより、材令増加に伴う強度の伸びは若干異なった傾
向を示しており、分割練混ぜ方法による比較例１のコン
クリートは、一括練り方法による比較例２のものに比べ
て材令６時間からから１日までの初期の強度発現性が卓
越している。なお、材令７日以降は、両者に大差は認め
られず、初期での強度発現の増大は長期まで継続してい
ない。

【００３７】一方、実施例１のコンクリートによれば、
シリカフューム添加した比較例１のコンクリートと同様
な材令３ｈおよび１日強度を示しており、またシリカフ
ュームなどの微粉末混和材にたよらずに、初期強度のみ
ならず長期強度もかなりの高強度を達成できることが判
明する。

【００３８】また、普通セメントを使用した比較例３〜
比較例６の吹付けコンクリートの配合を表４に、これら
の吹付けコンクリートの圧縮強度試験の試験結果を図２
に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】この試験結果によれば、比較例３〜比較例
６のいずれの場合も、３時間後の初期強度のみならず長
期強度においても、実施例１の場合と比較して強度が顕
著に低くなっており、したがって、普通ポルトランドセ
メントを使用した従来の湿式吹付け工法と比較して、高
品質の吹付けコンクリートを得ることができる。

【００４１】すなわち、この発明の湿式吹付け工法によ
れば、高性能減水剤の使用量を低減しつつ、かつシリカ
フューム等の微粉末混和材を特に必要とすることなく、
施工現場に求められるシンプルな配合で、初期強度、長
期強度や耐久性において十分な結果が得られる品質の良
い吹き付けコンクリートを容易に得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
湿式吹付け工法によれば、高性能減水剤の使用量を低減
しつつ、かつシリカフューム等の微粉末混和材を特に必
要とすることなく、高強度の吹付けコンクリートを容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】初期強度について、オーストリアの若材令強度
基準と比較したチャートである。

【図２】比較例３〜比較例６の吹付けコンクリートの圧
縮強度試験の試験結果を示すチャートである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次水を添加して一次混練りを行った
後、二次水を添加して二次混練りを行って製造したコン
クリートに、急結剤を添加して吹付け作業を行う湿式吹
付け工法において、前記コンクリート中に含まれるセメ
ントとして、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂含有量が４５〜７５重
量％、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃含有量が６〜１２重量％、
硫酸アルカリ含有量がＮａ₂Ｏ換算で０．４〜０．７重
量％、残部が主として２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、４ＣａＯ・
Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃からなるクリンカー粉末に、不
溶性無水石膏を３０％以上含む石膏をＳＯ₃換算で２．
５〜４．０重量％配合したものを使用することを特徴と
する湿式吹付け工法。
【請求項２】前記セメントのブレーン比表面積が、３
２００〜４７００ｃｍ²／ｇである請求項１に記載の湿
式吹付け工法。
【請求項３】セメント１００重量部当たり微粉末混和
材料を４〜４０重量部の割合で配合したことを特徴とす
る、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の湿式
吹付け工法。