JP2007023707A - 吹付けコンクリート製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの製造方法、及びその吹付けコンクリート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 吹付け用コンクリート圧送管、アルミニウム成分とイオウ成分とを含有してなる酸性の液体急結剤と粉体混和材との混合物スラリーを調製する混合機、混合物スラリー圧送管、吹付け用コンクリートと圧送した混合物スラリーとを混合するシャワリング管、及びノズルを構成とする吹付けコンクリート製造装置、該吹付けコンクリート製造装置を用いる吹付けコンクリートの製造方法、並びに、該吹付けコンクリートの製造方法で製造された吹付けコンクリートを構成とする。
【選択図】 図2
Description
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した計量混合プラントで、セメント、骨材、及び水を混合して吹付けコンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、その途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付けコンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹き付ける工法である。
この急結剤を用いた急結性吹付けコンクリートは、凝結が速く、コンクリートが速やかに硬化するので、崩落の危険がある地山面を保護できるが、材齢28日後の長期強度は、急結剤を添加しない吹付けコンクリートと比較すると、30%前後低下するという課題があった。
しかしながら、この混合物は、アルカリアルミン酸塩を使用した急結剤よりも急結性が弱く、湧水箇所の吹付けや厚吹きには適さない場合があった。
従って、本発明の吹付けコンクリート製造装置で製造した吹付けコンクリートは、不安定な地山への吹付け材料として最適であり、吹付け厚さを薄くできるので経済的である。
本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
なお、本発明のコンクリートとは、モルタルをも含むものであり、液体急結剤添加前のコンクリートを吹付け用コンクリート、液体急結剤添加後のコンクリートを吹付けコンクリートとする。
本発明では、安全性が高く、製造コストが安く、かつ、凝結性状が優れる面から、フッ化塩やケイフッ化塩が好ましい。
アルカノールアミンとは、構造式においてN-R-OH構造を有する有機化合物である。ここで、Rはアルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、例えば、メチレン基、エチレン基、及びN-プロピレン基等の直鎖型のアルキル基、イソプロピル基等の枝分かれ構造を有するアルキル基、並びに、フェニル基やベンジル基等の芳香族環を有するアリル基等が挙げられる。
また、Rは、窒素原子と2箇所以上で結合していてもよく、Rの一部又は全部が環状構造であってもよい。R-OHは、窒素原子と複数箇所結合していてもよく、R-OHの他、水素が結合することも可能である。
さらに、Rは複数の水酸基と結合していてもよく、アルキル基の一部に炭素や水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等が含まれていてもよい。
本発明では、ジエタノールアミン及び/又はN,N-ジメチルエタノールアミンが好ましい。
有機酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、及び縮合リン酸類、又はこれらの塩類の一種又は二種以上が挙げられる。
廃棄物利用型セメントは、都市型廃棄物や下水汚泥を主原料として製造されるセメントを総称するものであり特に限定されるものではない。
これらセメントのうち、吹付けに要求されるリバウンド率や粉じん量の低減、圧送性、強度発現性、及び施工条件等により適したセメントを選択できるが、一般的に使用できる普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントが好ましい。
本発明において、セメントの使用量は、350〜550kg/m3が好ましい。350kg/m3未満では、優れた強度発現性が得られない場合があり、550kg/m3を超えると施工コストが上昇し、経済的に好ましくない。
減水剤としては、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、及び高性能減水剤等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、高強度発現性や分散安定性の面で、高性能減水剤が好ましい。高性能減水剤により、液体急結剤と粉体混和材を混合した混合物スラリーの使用量を少なくでき、また、粉じんの発生量やリバウンド率を極めて少なくすることが可能である。
本発明において、吹付け用コンクリートの細骨材率は0.5以上が好ましい。0.5未満では、吹付け用コンクリートの圧送性が不良になったり、吹付け時のリバウンド率が大きくなる場合がある。
耐圧ホースの長さは特に限定されるものではなく、施工状況により使用される長さは変わってくるが、通常、5〜30mのものが使用される。
耐圧ホースの直径は、モルタルの場合は1〜3.5インチ、コンクリートの場合は2.5〜3.5インチのものが通常使用される。この範囲未満では圧送圧が高くなり、圧送が困難となる場合があり、この範囲を超えると耐圧ホースの取り扱いが不便になる場合がある。
混合物スラリー圧送管3の形状などは特に限定されるものではない。
混合物スラリー出口6の数は2〜15個が好ましく、4〜10個がより好ましい。混合物スラリー出口6が1個では吹付け用コンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉じん低減性が得られない場合があり、16個以上では混合物スラリー出口6が閉塞する場合がある。
また、シャワリング管4の長さは特に限定されるものではないが、通常、5〜50cm程度のものが使用され、その他、寸法などは特に限定されるものではない。
シャワリング管の材質は特に限定されるものではないが、金属製、樹脂製、及びプラスチック製のものが使用可能であり、これらを複合したものも使用可能である。
ノズル5の長さは、15〜145cmが好ましく、25〜75cmがより好ましい。15cm未満では、吹付け用コンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉じん低減性が得られない場合があり、145cmを超えると、混合物スラリー出口の閉塞や吹付け管内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合がある。
ノズル5は、金属製のものやセラミックス製のものが使用可能であり、ゴム素材でできたノズルの配管内面にセラミックスや金属でライニングされたものやこれらのチップ状のものを埋め込んだものが使用可能である。
本発明の吹付けでは、乾式吹付け工法も施工可能であるが、粉じん量が多くなるおそれがあるので、液体急結剤と粉体混和材の混合物スラリーを使用すると同時に、あらかじめ水を吹付け用コンクリート側に加えて混練りした湿式吹付け工法を使用することが好ましい。
また、粉体混和材の圧送には、急結剤圧送装置「ナトムクリート」が使用可能であり、液体急結剤の圧送には一般的に液体を圧送する装置、例えば、スクイズポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、及びギヤポンプなどが使用可能である。
各材料の単位量を、セメント400kg/m3、細骨材1,058kg/m3、粗骨材711kg/m3、及び水200kg/m3として吹付け用コンクリートを調製し、シンテック社コンクリート圧送機商品名「MKW-25SMT」により、10m3/hの速度で圧送した。
長さ10mの3インチ耐圧ホースの後に、内管の径が3インチの表1に示すシャワリング管、連続的に縮径したノズルの順序で組み込んだ。
急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて、粉体混和材を4m3/minの空気と共に圧送し、液体圧送ポンプを用いて圧送された液体急結剤と、液体急結剤/粉体混和材質量比8/5の割合となるよう混合機に合流混合して混合物スラリーを調製した。
調製した混合物スラリーを、吹付け用コンクリート中のセメント100部に対して、13部となるように、吹付け用コンクリートに添加・混合して吹付けコンクリートとし、5分間吹き付けた。
スラリー化されてから吹付け用コンクリートに添加されるまでの混合物スラリーの圧送距離は30cmであり、シャワリング管の混合物スラリー出口からノズル先端の吹付けコンクリート出口までの距離は50cmであり、吹付けコンクリート出口の内径aとシャワリング管の吹付け用コンクリート入口の内径bの比率(a/b)は0.7である。
また、比較のため、シャワリング管でなくY字管を使用した場合についても同様に試験した。結果を表1に併記する。
セメント :普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値3,200cm2/g、密度3.15g/cm3
細骨材 :新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、密度2.62g/cm3
粗骨材 :新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、密度2.64g/cm3、最大寸法10mm
粉体混和材:CaO 48%、Al2O3 23%、SO3 22%、Na2O 4%の粉体混和材、密度2.8g/cm3、ブレーン値4,500cm2/g
液体急結剤:Al2O3 9%、SO3 19%、F 2.5%、Na2O 3%の液体急結剤、密度1.41g/cm3、pH2.6
混合物スラリー出口閉塞の有無:シャワリング管の混合物スラリー出口の閉塞の有無を確認。
リバウンド率:吹付け時の吹付けコンクリートのリバウンド率。高さ4.4mの模擬トンネル内側に吹付けコンクリートを吹き付けた際の吹付け量とリバウンド量から算出。リバウンド率(%)=リバウンド量(kg)/吹付け総量(kg)×100
24時間強度:幅25cm×長さ25cmのプルアウト型枠に設置したピンを、プルアウト型枠表面から吹付けコンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、その時の引き抜き強度を求め、(24時間強度)=(引き抜き強度)×4/(供試体接触面積)の式から算出。
混合物スラリー出口の数6で混合物スラリー出口の総面積5cm2のシャワリング管を用いて、混合物スラリー出口からノズルの先端の吹付けコンクリート出口までの距離を表2に示すように変えて試験したこと以外は実験例1と同様に試験した。結果を表2に示す。
混合物スラリー出口の数6で混合物スラリー出口の総面積5cm2のシャワリング管を用いて、吹付けコンクリート出口であるノズル先端の内径aとシャワリング管の吹付け用コンクリート入口の内径bの比率(a/b)を表3に示すように変えて試験したこと以外は実験例1と同様に試験した。結果を表3に示す。
混合物スラリー出口の数6で混合物スラリー出口の総面積5cm2のシャワリング管を用いて、粉じん量と24時間強度を測定したこと以外は実験例1と同様に試験した。
なお、比較として粉体混和材や液体急結剤をそれぞれ単味で、セメントに対して13部使用した場合、また、粉体混和材を液体急結剤の代わりに水でスラリー化して吹き付けた場合についても評価した。粉体混和材を液体急結剤の代わりに、水/粉体混和材質量比8/5の割合の水で、スラリー化して、セメント100部に対して、13部使用して吹き付けた。結果を表4に示す。
粉じん量 :高さ4.4m、長さ20mの模擬トンネル内でトンネルの片側を締め切り、吹付けノズルから後方5m地点で柴田化学社製デジタル粉じん計「P-5L」を用いて測定。
混合物スラリー出口の数6で混合物スラリー出口の総面積5cm2のシャワリング管を用いて、液体急結剤をセメント100部に対して、8部使用し、表5に示す粉体混和材量を使用してスラリー化したこと以外は実験例1と同様に試験した。結果を表5に示す。
2 混合機
3 混合物スラリー圧送管
4 シャワリング管
5 ノズル
6 混合物スラリー出口
7 吹付けコンクリート出口
8 吹付け用コンクリート入口
9 液体急結剤圧送管
10 粉体混和材圧送管
11 シャワリング管外管
12 シャワリング管内管
Claims (7)
- 吹付け用コンクリート圧送管1、アルミニウム成分とイオウ成分とを含有してなる酸性の液体急結剤と粉体混和材との混合物スラリーを調製する混合機2、混合物スラリー圧送管3、圧送した、吹付け用コンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管4、及びノズル5を構成とする吹付けコンクリート製造装置。
- シャワリング管4に設けた混合物スラリー出口6の数が2〜15個である請求項1に記載の吹付けコンクリート製造装置。
- 混合物スラリー出口6の総面積が2〜30cm2である請求項1又は請求項2に記載の吹付けコンクリート製造装置。
- 混合物スラリー出口6からノズル5の先端の吹付けコンクリート出口7までの距離が20〜150cmである請求項1〜請求項3のうちの1項に記載の吹付けコンクリート製造装置。
- 吹付けコンクリート出口7の内径aとシャワリング管4の吹付け用コンクリート入口8の内径bの比率(a/b)が0.3〜0.9である請求項4に記載の吹付けコンクリート製造装置。
- 請求項1〜請求項5のうちの1項に記載の吹付けコンクリート製造装置を用いる吹付けコンクリートの製造方法。
- 請求項6の吹付けコンクリートの製造方法で製造された吹付けコンクリート。
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