JPS59174554A - 吹付けコンクリ−ト用粉じん低減剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトンネル掘削面などにコンクリートを吹付けに
より層着させる吹付はコンクリート工法に用いられる粉
じん低減剤に関するもので吹付はコンクリート工法にお
ける問題点である粉じん、はね返りなどを解消する粉じ
ん低減剤に関するものである。

トンネル工事等においては、近年、従来から行われてい
る鋼アーチ支保工に代わって或いはこれと併用して吹付
はコンクリートにより周辺地山の崩壊を・防止すること
が行われている。

この吹付はコンクリートの役割は、掘削直後に施工して
周辺岩盤の表面の凹凸を平滑にすること、により志力集
中の発生を防止すること、及び岩盤表面が外気に触れて
風化するのを防止すること、さらに支保工部材の一部と
して地山の崩落を防止すると共に地圧に対して抵抗力を
持たせること等である。

又、トンネル内での吹付はコンクリート工法の望ましい
条件は、吹付けに伴う粉じんが作業員の健康や労働意欲
に影響を与えない程度であること、トンネル内の作業が
輻績しないように施工機械はできるだけ小さいこと、吹
付は材料の運搬及び吹付は機への供給が円滑に行なえる
こと、その他、特に吹付は後のコンクリートの品質が確
保されること、等である。

吹付はコンクリート工法はセメント、骨材、水、添加剤
な・どからなる材料を練りまぜて圧さく空気によりホー
ス中を圧送して壁面に吹付ける工法であり、−見単純な
工法であるように思えるが、施■に影響を与える要因が
数多く存在し種々の工法が開発されつつある。

すなわち吹付はコンクリート工法としては、主として乾
式１法が採用され、又、湿式１法も時には採用されてい
る。

乾式１法はトンネル工事において最も一般的に利用され
ているものであり、細骨材、粗骨材とセメントとをミキ
サーでドライミックスし、これをアジテータカーを介し
て吹付は機械に供給する際に急結剤を添加し、しかるの
ちコンプレッサーからの圧縮空気を吹付は機械に導入し
て吹付はノズルに連結するマテリアルホース内にドライ
ミック材料を圧送し、その途上で水をホース先端の吹付
はノズルを保持操作するノズルマンの操作により加えな
がら岩盤面に吹付けるものである７、しかしながら、こ
の工法は骨材とセメントの混合がドライミックスの状態
であるから骨材とセメントとが充分に付着しておらず、
セメントが粉末の状態で圧送されることがあり、さらに
水と骨材及びセメントとの混合がノズル部近傍だけで行
われるΩで、混合時間が短かく、混合が不充分となって
岩壁面に吹付は衝突した際にはね返りゃ粉じんの発生が
多くて材料の損失や作業環境が悪くなる等の問題点を有
する。その反面、材料がドライミックスの状態であるの
で、圧縮空気にょる圧送が容易で長距離圧送ができると
いう長所を有している。

一方、湿式１法は細骨材、粗骨材とセメント、水等の全
材料をミキサー中で混練しておいたのちアジテータカー
加水分吹付は機械に供給し、コンプレッサーからの圧縮
空気中に急結剤を供給しながら吹付はノズルから吹付け
るものである。

この工法によれば、圧送前に吹付は材料を完全に混練し
ておくので、品質の管理が容易であると共に材料の分離
も殆んど生じなく、従って、吹付は時における粉じんの
発生や材料のはね返りが少ないと℃・う長所を有するが
、材料の圧送距離が短かいこと、吹付はホースが材料に
より閉塞される場合が生じること、予め、骨材、水、セ
メント等の全材料を混練するので、混練してから吹付け
るまでの時間に制約を受けること、小面積を何回にも分
けて吹付ける場合には材料のロスが多くなること等の欠
点を有する。

このため、最近では上記乾式、湿式１法の両者の長所を
取入れた工法が開発され、例えば、細骨材、粗骨材とセ
メントとをミキサーでドライミックスしたものを吹付は
機械に供給し、その出口部分で必要水量を添加し、その
直後にコンプレッサーからの圧縮空気により圧送する方
法、或いは、圧縮空気中に必要水量を添加しておき、ホ
ース中でドライミックスの材料と混合して圧送する方法
がある。

この工法によれば、吹付はホース内で圧送中に水とドラ
イミックスした材料と力之充分に混合されて粉じんの発
生が少なくなり、圧送距離も多少長くなるが、岩盤面に
吹付は衝突した際のはね返りは改善されない。

なお、トンネル内での吹付はコンクリートにおいて、上
向きの施工時に壁面に付着したコンクリートが自重によ
って剥離するのを防ぎ、さらに軟弱な地山では、吹付は
コンクリートの施工後、短時間で地圧に抵抗できる強度
にし、硬岩においても次の掘削のための発破が行われる
ことにより地山の崩落防止のために短時間で強度発現を
させる必要があることがら、急結剤の使用が不可欠であ
ることは前記全ての工法に共通するものである。

本発明者等は上記工法のみではいまだ解決できないセメ
ント等からなる吹付は材の使用において発生する粉じん
、吹付は材を壁面に吹付けたときのはね返りを防止する
ことについて鋭意検討し本発明を完成した。

すなわち本発明は加水分解率が５モル％以上５０モル％
未満であり極限粘度が１０以上である、アクリルアミド
又はメタアクリルアミドを５０モル％以上を含有する共
重合体からなる吹付はコンクリート用粉じん低減剤に関
するものである。

従来からセルロース系化合物が粉じん低減剤として用い
られてきているがはね返りや粉じん濃度を低下させるこ
とができないが、低下させるためには多量に使用しなけ
ればならず操作性を低下させるとか、粉じん低減剤とし
て使用したために吹付けられたコンクリートの強度を低
下させるという欠点を有していた。

本発明の粉じん低減剤は少量の使用で粉じん濃度とはね
返り率を低下させることができ、コンクリートの強度も
低下させず従来の低減剤の有していた欠点を一挙に解決
したものである。

本発明の粉じん低減剤が吹付はコンクリート工法におけ
る粉じん濃度の低下およびはね返り率の減少をもたらす
原因については、ばつきりはしていないが以下のように
考えられる。

吹付は施工時に粉じんやはね返りが多く発生するのは、
いったん練りまぜた吹付は材料がホース中を高速で移動
し、ノズルから吐出して吹付は面に衝突するまでの間に
それぞれの材料に分離することが多いがらである。

それに対してその水溶液が高粘性、高曳糸性という特性
を有する本発明粉じん低減剤を添加すれば粒子どうしの
付着力が強まり、分離が少なくなって粉じんが減少し、
吹付は面に材料が衝突するときＫも骨材の周囲にセメン
トの粉末が付着していてそれがクッションとなってはね
返りが減少するのであろうと考えられる。

本発明粉じん低減剤はアクリルアミド又はメタアクリル
アミドを５０モル％以上含有する共重合体である。５０
モル％未満ではその水溶液の曳糸性が低くなり、粉じん
低減効果が低下する。その点からみて好ましいのは７０
％以上含有しているものである。、これらの共重合体は
アクリルアミド、メタアクリルアミドの共重合により容
易に達成できる。本発明においては溶解性、価格の点で
アクリルアミド共重合体の方がより好ましい。又両者が
共重合されているものも使用することができる。

本発明における加水分解率とは重合体中のカルボキシル
基のモル％を意味し、本発明に係わる共重合体はコロイ
ド滴定法で測定した値で５モル％以上５０モル％未満の
ものである。加水分解率が５モル％未満の共重合体では
その水溶液の粘性が低くなり粉じん低減効果が低下し、
５０モル％以上ではコンクリートの硬化速度を遅延し、
強度を低下するので粉じん低減剤としては不適当である
。

本発明にとり好ましい範囲は１０〜３０モル％である。

本発明における加水分解とは水酸化す１１ウム、水酸化
カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリでアクリルアミ
ド又はメタアクリルアミドの共重合体を加水分解する方
法以外にもアクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム
、メタクリル酸ナトリウム、メタクリル酸カリウム、そ
の他イタコン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸のア
ルカリ金属塩を共重合する方法をも意味するものである
。

さらに本発明の共重合体はその水溶液が高粘性、高曳糸
性を有することにより粉じん低減剤としての効果が生ず
るため、重合度が高いことが必要であり、極限粘度〔η
）（ＩＮ−硝酸ナトリウム水溶液中、３０℃で測定。濃
度の単位１１７ｄｉ）が１０以上の高重合度品が本発明
の粉じん低減剤となり得るものである。さらに粉じん低
減剤として好ましいものは１２以上の共重合体である。

本発明の粉じん低減剤は上記範囲を満たず範囲内であ、
れば、水溶性を損わない範囲で他の親水性乃至疎水性単
量体を共重合した重合体も使用できる。

それらの単量体の例を挙げると、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、
メトキシエチルアクリレート等のアクリル酸エステル、
メチルメタクリレート、ヒドロキシメチルメタクリレー
ト等のメタクリル酸エステル、メチルアクリルアミド、
ジメチルアクリルアミド、ダイア七トンアクリルアミド
等のアミド系化合物、酢酸ビニル等である。

本発明の低減剤は前記した乾式１法、湿式１法及びそれ
らの改良工法のいずれにも使用できるものであるが湿式
１法における問題点すなわち吹付はホースが吹付は材料
により閉塞されるとか閉塞されるまではいかなくてもホ
ース内壁に付着し吹付はノズルの脈動が大きくなるとい
う問題を起す可能性をざらに大きくする恐れがあり、ま
たこの湿式１法は粉じん発生、はね返りの減少等は特に
強くは求められていないので本発明の低減剤を使用する
工法としては前記乾式１法乃至その改良工法が好ましく
、特に次の様な工法を採用するのが好ましい。

すなわち本発明の低減剤を使用する工法としてはコンク
リート材料となる骨材（粗骨材および細骨材）に本発明
低減側水溶液を添加して攪拌混合したのちセメント粉末
を添加し、これを攪拌混合して骨材表面に前記水溶液を
介してセメント粉末を付着させたドライミックス状の骨
材を形成し、次いで誼骨材に生コンクリート化するため
の適量の水と急結剤を添加し、そのコンクリートを圧縮
空気によってホースを介して壁面に吹付ける工法が特に
好ましい工法である。

この工法についてさらに説明すれば、まず、細骨材と粗
骨材とをミキサー内に投入して両骨材を充分に攪拌混合
する。次いで、本発明低減側水溶液を一次水としてミキ
サー内に適量添加し、両骨材と共に攪拌混練する。

この水溶液は、両骨材の表面水と本発明の低減剤を溶か
した水の量との総和が、所望のコンクリートに必要な単
位水量（所望の単位コンクリートを形成するのに必要な
水の重量）の１／２〜３／４に等しい水量になる様にし
て作成されたものである。

両骨材と水溶液とが攪拌混練されると、細骨材及び粗骨
材の表面に水溶液が付着し、該水溶液の粘着性のために
両骨材が水溶液を介して付着して固まりを形成し、或い
は細骨材同志が固まりを形成するなどして全体の骨材は
互いに接着した状態となる。

次に、このような状態になった骨材に、セメントの粉末
をミキサーで攪拌されている骨材に対して所望のコンク
リートに必要な単位量の全量を一度に或℃・は徐々に添
加すると、骨材の表面に付着した水溶液の中にセメント
が次第に混和され、ついにはセメントが骨材表面に付着
した水溶液の層の外表面を覆うように付着する様になり
互いに付着した骨材の粒子間には水溶液がなくなって骨
材は夫々その表面にセメントを含んだ水溶液被膜層を有
した状態で該水溶液被膜層表面に付着したセメントを介
して分離されて独立したドライミックス状態の骨材にな
るか、或い）・ま粗骨材の周囲に細骨材が付着した状態
又は細骨材、粗骨材同志が付着した状態で夫々その表面
にセメントを含んだ水溶液被膜層を有し且つ該被膜層表
面にセメントが付着してなる独立した団粒状態となる。

このような状態は、水溶液の量とセメントの量との割合
及びミキサーの攪拌能力によって生じるものであり、望
ましくは、個々の骨材の表面にセメント混入水溶液被膜
層を有し且つ該被膜層表面にセメント層が付着したドラ
イミックス状態のものが良いが、団粒化した骨材の大き
さがノズルまでの圧送に支障とならない程度であれば使
用できる。

このようにして、乾式法により水溶液とセメントが表面
に付着したドライミックス状態の骨材を得たのち、次に
、この骨材をベルトコンベア等の運搬手段によってミキ
サーから吹付は機まで搬送し、吹付は機に投入する。こ
の運搬手段による運搬中に急結剤を骨材量に対して一定
量、均等に添加する。

吹付は機には、その骨材出口部に、別途に設けたコンプ
レッサーから送られる圧縮空気を送通するエアーホース
を連結、連通させて℃−・ると共に骨材をトンネル壁面
まで輸送するマテリアルホースを接続してあり、吹付は
機に投入した骨材を出口から所定量、定量的に連続して
排出するようになっている。又、マテリアルホースの先
端には、先端を大気中に開放している吹付はノズルが取
付けられである。

吹付は機に投入された骨材は、吹付は機の出口から定量
的に排出され、且つコンプレッサーからの圧縮空気がマ
テリアルホースを通じてノズルの開放端に向かって高速
で流通し、この空気流中に骨材が導入されて、該骨材は
該空気流に乗ってマテリアルホースからノズルに流送さ
れるものである。その流送途中、即ち、吹付は機とノズ
ル間におけるマテリアルホースの適宜部位に、コンクリ
ートを形成するに必要な単位水量（前述した水量の残量
である１／２〜１／４）の水を二次水として適宜手段に
より供給する。

この二次水は、骨材の表面に付着して℃・るセメントを
セメントペースト状にする役割を果たすものである。

この状態にしてノズル先端開口部からトンネル壁面に吹
付けられる。

壁面に吹付けられた細骨材は、その表面に粘着性を有す
る水溶液と、咳溶液の内部及び表面にセメントを付着し
た層を形成してあり、且つそのセメントは水によってセ
メントペースト化してＸ、するので、水溶液及びセメン
トペーストの粘着性により、さらに水溶液被膜層がクッ
ションとなることによって、はね返ることなく確実に壁
面に付着するものである。

又、粗骨材においても細骨材同様に反発エネルギーを失
い、さらに壁面に付着した細骨材表面の溶液の粘着性に
よって互いに付着して壁面からはね返る率は非常に少な
くなる。

なお、以上の工法の説明においては、細〜骨材と粗骨材
とを共にミキサーに投入して混合したが、これらの骨材
を夫々別個のミキサーに投入して適量の水溶液とセメン
トとを夫々のミキサーに添加し、攪拌混合したのち、さ
らにこれ等を一緒に攪拌混合してもよい。又、壁面への
吹付けをモルタルのみで行う場合には、細骨材を形成す
るだけでよい。

本発明の粉じん低減剤は、工法に関わりなく粉じん濃度
の減少、はね返り率の低下が図れるものであるが、前記
した工法に用いるととＫより更に次の様なすぐれた効果
が得られる。

すなわち、骨材表面にセメントを含んだ粘着性、曳糸性
のある水溶液被膜層が形成され、且つその被膜層表面に
セメント粉が層状に付着した骨材が形成されるので、乾
式１法で得られるドライミックスされた骨材と同じ状態
となって圧送ホースを閉塞させることなく円滑に該ホー
ス中を流動させることができ、長尺のホースを使用して
骨材圧送距離を長くすることができるものである。さら
に、骨材表面の水溶液被膜層にセメントが層状に付着し
ているので、細、粗骨材が分離したり骨材がホース内壁
面に付着することがなく、ノズルマンに衝撃を与えるこ
ともないと共に均質な品質の吹付コンクリートを形成し
得る。

又、前述したように、骨材表面には粘着性の水溶液被膜
層が形成され且つその表面セメント層が生コンクＩＪ　
−ト化される際に適宜量の水が添加されてセメントペー
スト状に形成されるので、トンネル等の壁面に良（付着
してはね返り率が著しく減少するものであり、その上、
セメントや極小の細骨材はそれ自体、独立して吹付けら
れることがないので、粉じんの発生をなくすることがで
きる。

さらに、骨材の表面水と水溶液中の水分及び生コンクリ
ート化するための水量との総和が吹付けられる骨材に必
要な水量であり、ドライミックス状の骨材に形成する前
記表面水の量による単位水量の変動を水溶液の含水量で
詞整することによって生コンクリート化するための水量
が自動的に決定され、従って、ノズルマンにより水量を
調節しながら吹付ける従来工法よりも品質の良好なコン
クリートを得ることができる。

なお−細骨材と粗骨材とに夫に別々に粘着性液体とセメ
ントを混練してドライミックス状の細骨材と粗骨材とを
形成し、しかるのち両骨材を混合する場合には、セメン
トを混練するときに能力の異なる専用のミキサーが使用
できるから、効率のよい混線を行い得る。

本発明の低減剤は湿式１法などの場合においては粉末の
まま加えることも可能であるが、乾式１法や上記工法に
おいては水溶液として用いる方が操作性もよく前記した
様な効果が得られるので好ましい方法であり、その場合
は１％以下の水溶液として用いるのが良い。

本発明の粉じん防止剤はセメント、骨材、水、添加剤な
どと一緒に用いられるのであるがその使用量は用いられ
るセメントの種類、量、水セメント重量比（Ｗ／Ｃ）な
どを考慮して定められるが一般的には使用水量に対して
０．０５〜０．４％が好ましく、０．１〜０．２％が特
に好ましい。

以下実施例および比較例により本発明の効果について説
明する。

実施例１〜１１および比較例１〜５ 表−１の標準配合により１回あたりのコンクリート量を
０．２　ｍ”としセメント、細骨材および粗骨材を計量
しミキサーでドライミックスをして急結剤とともに吹付
は機械に供給しコンプレッサーの圧縮空気によりマテリ
アルホースを通して圧送し、吹付はノズルの前でマテリ
アルホースに水もしくは第２表に示される各種化合物を
分散または溶解した水を添加し混合後吹付はノズルより
鋼製のパネルにむかって吹付けた。粉じん発生量、はね
返り率及び吹伺けられたコンクリートの強度を測定した
ところ、表−（の結果が得られた。本発明の粉じん低減
剤を使用したもの（実施例１〜１１）は比較例に比較し
て少量で効果カミあり、強度もすぐれていることが判る
。

表−１標準配合 特性測定方法は以下の通りであり試験は６回以上くり返
えした。

ａはね返り率 １バツチの吹付けを終了したあとに、吹付はパネルに付
着したフンクリート（以下付着コンクリートと称す）の
重量と、パネルの周囲に敷いたシート上にはね返った材
料（以下はね返りコンクリートと称す）の重量を、それ
ぞれロード・セルで測定し、はね返り率は次式から求め
る。

はね返り率＝はね返り重量／（はね返り重量子付着重量
）ｘｌｏｏ（％） ｂ粉じん濃度 ノズル先端から６．５慴後方の地点で粉じんの質量濃度
と個数濃度を測定した。質量濃度の測定は重量式粉じん
計で、吹付は開始から終了までの間にろ紙上に捕集した
粉じんをひよう量し、同じ時間内に粉じん計で吸引した
空気の量を測定して、単位空気量あたりの粉じん質量を
算出する方法を用いた。また、個数濃度の測定にはディ
ジタル式粉じん計ＣＬＩＭＥＴ−Ｍ−ＣＬ−２５０を使
用した。

Ｃ強度試験 ＪＩＳ−Ａ１１０７、Ａ１１０８にしたがって、直径５
ｃＩＩＬ、高さ１０ＣＩｎの供試体を作り、１週、４週
の材令で圧縮強度試験を実施した。

供試体の作成および養生はっぎのように行った。

吹付はパネルの一部に設けた型枠に吹付けたコンクリ−
・トを模擬トンネル内で１日間現場養生したのち、直径
５菌のコアを切取り、所定の材令まで水中養生して、試
験日に端面整形を行い試験に供した。

なお、供試体の円柱軸方向が吹付は方向と一致するよう
にした。

表−２の説明 １）記載単量体を常法により重合し、乾燥、粉末とした
。略号は次の通り ＡＭニアクリルアミド　ＭＡＭ：メタクリルアミド　Ａ
　Ｎａ　ニアクリル酸ナトリウムＭ　Ａ　Ｎａ　：メタ
クリル酸ナトリウムＭＬＮａ：マレイン酸ナトリウム　
ＭＡ：メチルアクリレート ２）コロイド滴定により測定 ３）ＩＮ−硝酸ナトリウム水溶液に溶解し、３０℃にて
測定。濃度の単位は１１７ｄｉ４）所要水量中の濃度。

重量％ ５）アクリルアミド重合体を水酸化ナトリウムで加水分
解した。

実施例１２〜１４ 実施例２の粉じん低減剤、標準配合と装置を用い、水お
よび本発明の粉じん添加剤の添加方法を下記の様に変更
した以外は実施例２と同様の操作をくり返えして、その
特性を測定した。なお使用した粉じん低減剤は所要水量
に対し０，１５％であつた。

実施例１２所要水量の１／２（−次添加水と称する。）
で粉じん低減側水溶液を作り、骨材とミキサーで十分攪
拌して骨材の表面を粘着性にとむ状態としたの：ちＫ、
セメントを加えてさらに攪拌する。残りの水すなわち所
定水量の１７２（二次添加水と称する。）はマテリアル
ホース中に添加する〇 二次添加水を１／４とした以外は実施ｆ督と同じ。

実施例１５．１６および比較例６ 表−６の配合によりコンクリート４　ｍｍを調製し、実
施例１〜１１の混合方法で鷲羽山トンネル（鉄道トンネ
ル）の現場で吹付は測定した。吹付けはアリバク６０／
三井三池ＭＡＣＲ−１０００の組合せで施工した。その
結果を表−４に表示する。

本発明品は特に粉じん低減効果が大きいことが判る。

表−６配合　　　　　　　　　１） 表−４ 光散乱方式のデジタル粉じん計（柴田Ｐ　５　Ｌｔ　）
の相対濃度。４　、ａ／４　Ｑ　７１１１１で吹付。相
対濃度は開始１０分後〜終了迄測定。

特許出願人の名称 東亜合成化学工業株式会社 株式会社　奥　村　組

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　加水分解率が５モル％以上５０モル％未満であり極
   限粘度が１０以上である、アクリルアミド又はメタアク
   リルアミドを５０モル％以上を含有する共重合体からな
   る吹付はコンクＩＪ　’ト用粉じん低減剤。