JP4253377B2

JP4253377B2 - 吹付工法

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Publication number: JP4253377B2
Application number: JP25021898A
Authority: JP
Inventors: 寺島　　勲; 健吉平野; 一行水島; 昌浩岩崎; 晃渡辺
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2000072514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける時に使用する吹付材料に関する。なお、本発明ではペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結材をコンクリートに配合した急結性吹付コンクリートの吹付工法が行われている（特公昭６０−４１４９号公報）。
【０００３】
この吹付工法は、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材と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。この吹付工法で使用する急結材としては、カルシウムアルミネートに、アルカリ金属アルミン酸塩やアルカリ金属炭酸塩等を混合したものが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この工法では、（吹付けの際に模擬トンネルに付着せずに落下した急結性吹付コンクリートの重量）／（吹付に使用した急結性吹付コンクリート全体の重量）×１００（％）の式より算出されるリバウンド（跳ね返り）率が１５〜３０重量％と大きく、粉塵が多く、作業環境が悪かった。そのために、粉塵マスクをしなければならず、作業性が低下してしまうという課題があった。
【０００５】
この課題を解決すべく、リバウンド率や粉塵量のより少ない工法が求められていたが、現状では未だ充分満足できる吹付材料や吹付工法がなく、その改良が望まれていた。
【０００６】
本発明者は、この課題を種々検討した結果、特定の吹付材料を使用することにより吹付時の付着性を向上させ、リバウンド率を低減し、吹付時の粉塵量を低減する知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、セメントコンクリートと、粒度がブレーン値で６０５０ｃｍ^２／ｇ以上のカルシウムアルミネートと粒度がブレーン値で６０５０〜７０００ｃｍ^２／ｇの石膏を含有してなる急結材とを用いた吹付工法であって、セメントコンクリート側に増粘剤を予め混合し、急結材側に減水剤を予め混合し、両者を混合してなることを特徴とする吹付工法であり、セメントコンクリートと急結材とを用いた吹付工法であって、セメント、増粘剤、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から（１）粒度がブレーン値で６０５０ｃｍ^２／ｇ以上のカルシウムアルミネートと粒度がブレーン値で６０５０〜７０００ｃｍ^２／ｇの石膏を含有してなる急結材と減水剤を含有してなる（２）急結材混合物を空気圧送し、合流混合して急結性湿式吹付コンクリートとしたものを吹付けることを特徴とする吹付工法であり、減水剤がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物である該吹付工法であり、増粘剤がセルロース類である該吹付工法であり、さらに、繊維状物質をセメントコンクリート側に予め含有してなる請求項１〜５のうちの１項記載の吹付工法であり、急結性湿式吹付コンクリートの吹付速度が４〜２０ｍ^３／ｈである該吹付工法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用するセメントとしては、通常用いられる、普通・早強・超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらのポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂や１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂を主成分とする変性ポルトランドセメント等が挙げられる。これらの中では、スランプロスが少ない点で、普通ポルトランドセメントが好ましい。
【００１０】
本発明で使用する急結材は、急結性吹付セメントコンクリートの短時間強度を向上させ、剥落を防止でき、付着性が良くする効果を有する。
【００１１】
急結材としては、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、及びケイ酸ナトリウム等の無機塩系、カルシウムアルミネート類等のセメント鉱物系、並びに、グリセリンやトリエタノールアミン等の有機質系等が挙げられる。
【００１２】
これらの中では、強度発現性が良好な点で、セメント鉱物系が好ましく、カルシウムアルミネート類がより好ましく、カルシウムアルミネートが最も好ましい。
【００１３】
カルシウムアルミネートの中では、反応活性の点で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃（Ｃ₁₂Ａ₇）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１４】
カルシウムアルミネートの粒度は、ブレーン値で３０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ²／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ²／ｇ未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１５】
カルシウムアルミネートは単独でも急結材として使用できるが、石膏、消石灰、アルミン酸ナトリウム、及び／又は炭酸ナトリウム等と併用してもよい。これらの中では、効果が大きい点で、石膏を併用することが好ましい。
【００１６】
石膏は、市販のいずれの石膏も使用できるが、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００１７】
石膏の粒度は、ブレーン値で３０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、４０００〜７０００ｃｍ²／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ²／ｇ未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１８】
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、２０〜２５０重量部が好ましく、７５〜１５０重量部がより好ましい。２０重量部未満だと効果はなく、２５０重量部を越えると硬化時間が長くなり、初期凝結性状が悪くなるおそれがある。
【００１９】
急結材の使用量は、セメント１００重量部に対して、４〜３０重量部が好ましく、５〜２０重量部がより好ましい。４重量部未満だと初期凝結が十分に得られないおそれがあり、３０重量部を越えると、長期強度発現性が低下したり、配管等が閉塞し、圧送性が低下し、経済的に不利になるおそれがある。
【００２０】
本発明で使用する減水剤は、セメントコンクリートの流動性を改善し、吹付時の付着性を向上させ、粉塵量やリバウンド率を低減する目的で使用するものをいい、液状や粉状のものいずれも使用できるが、粉体急結材に配合する場合は粉状のものが好ましい。
【００２１】
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、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、高強度発現性や分散安定性の点で、高性能減水剤が好ましい。
【００２２】
高性能減水剤により、急結材の使用量を少なくでき、又、粉塵の発生量及びリバウンド率を極めて少なくできる。
【００２３】
高性能減水剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、瞬時に増粘する点で、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物が好ましい。
【００２４】
減水剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．０５〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。０．０５重量部未満では効果がなく、５重量部を越えると強度発現性を阻害する場合がある。
【００２５】
本発明で使用する増粘剤は、瞬時に増粘し、吹付時の粉塵を低減する効果を有する。
【００２６】
増粘剤としては、セルロース類、ポリエチレンオキサイド類、ポリアクリレート類、及びポバール類等の水溶性ポリマーが挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、瞬時に増粘する点で、セルロース類が好ましい。
【００２７】
セルロース類としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びヒドロキシエチルエチルセルロース等の水溶性のセルロース類等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、溶解性の点で、メチルセルロースが好ましい。
【００２８】
増粘剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．００１〜０．５重量部が好ましく、０．００５〜０．３重量部がより好ましい。０．００１重量部未満だとセメントコンクリートの粘性が小さく吹付けたときにダレが生じ、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、０．５重量部を越えるとセメントコンクリートの粘性が大きくなり、セメントコンクリートの圧送性に支障を生じ、強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２９】
減水剤と増粘剤が合流混合されることにより瞬間的に増粘し、吹付時の急結材の添加率を低減でき、更には通常の添加率にあつてはリバウンド率や粉塵量を激しく低減することができる。
【００３０】
減水剤と増粘剤はセメントコンクリートと急結材のいずれかに別々に配合されていれば特に限定されるものではないが、リバウンド率や粉塵量を低減できる点で、セメントコンクリート側に増粘剤を予め混合し、急結材側に減水剤を予め混合し、両者を合流混合して施工することが好ましい。
【００３１】
さらに、本発明では、セメントコンクリートの耐衝撃性や弾性の向上の点で、繊維状物質を使用することが好ましい。
【００３２】
本発明で使用する繊維状物質としては、無機質や有機質いずれも使用できる。
【００３３】
無機質の繊維状物質としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられ、有機質の繊維状物質としては、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリル繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられる。これらの中では経済性の点で、金属繊維やビニロン繊維が好ましい。
【００３４】
繊維状物質の長さは圧送性や混合性等の点で、５０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましい。５０ｍｍを越えると圧送中にセメントコンクリートが閉塞するおそれがある。
【００３５】
繊維状物質の使用量は、セメントコンクリート１００容量部中、０．５〜３容量部が好ましく、０．７〜２容量部がより好ましい。０．５容量部未満では効果がなく、３容量部を越えると圧送性が低下したり、効果がなくなったりするおそれがある。
【００３６】
本発明の吹付セメントコンクリートにおける水の使用量は、強度発現性の点で、水／セメント比で３５％以上が好ましく、４０〜６０％がより好ましい。３５％未満だとセメントコンクリートが十分に混合できず、６０％を越えると強度発現性が小さくなるおそれがある。
【００３７】
本発明では、さらに骨材を使用することが可能である。
本発明で使用する骨材は吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましく、細骨材率や骨材の最大寸法は吹付けできれば特に制限されるものではない。
【００３８】
細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用でき、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用できる。
【００３９】
又、本発明では、シリカヒューム、微粉フライアッシュ、ベントナイト、及びメタカオリン等の超微粉を使用してもよい。
【００４０】
本発明の吹付工法においては、従来使用の吹付設備等が使用できる。
【００４１】
本発明の吹付工法としては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の吹付工法が可能である。
【００４２】
本発明の吹付工法としては、乾式吹付工法も施工できるが、粉塵量が多くなるおそれがあるので、急結材を使用する前に予め水をセメントコンクリート側に加えて混練りした湿式吹付工法を使用することが好ましい。
【００４３】
湿式吹付工法としては、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結材供給装置により急結材を空気圧送し、合流混合して急結性湿式吹付コンクリートとしたものを吹付ける方法が挙げられる。
【００４４】
本発明の吹付工法においては、従来使用の吹付設備等が使用できる。通常、吹付圧力は２〜５ｋｇ／ｃｍ²、吹付速度は４〜２０ｍ³／ｈである。
【００４５】
吹付設備は吹付が十分に行われれば、特に限定されるものではなく、例えば、吹付セメントコンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」等が、急結材の圧送には急結材圧送装置「ナトムクリート」等が、それぞれ使用できる。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００４７】
（実験例１）
各材料の単位量を、セメント４５０ｋｇ／ｍ³、細骨材１００２ｋｇ／ｍ³、粗骨材６７１ｋｇ／ｍ³、及び水２２５ｋｇ／ｍ³とし、セメント１００重量部に対して表１に示す量の増粘剤を混合して吹付コンクリートを調製し、これをコンクリート圧送機「アリバー２８０」により空気圧送した。
吹付コンクリートの空気圧送の途中に設けたＹ字管の一方より、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部と減水剤０．３重量部を混合した急結材混合物を、急結材添加装置「ナトムクリート」により吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製した。
この急結性吹付コンクリートについて評価した。結果を表１に示す。
【００４８】
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３２００ｃｍ²／ｇ、比重３．１６
細骨材：新潟県青海産石灰砂、表面水率３．１％、比重２．６４
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大骨材寸法１０ｍｍ
急結材Ａ：カルシウムアルミネート／石膏＝１／１（重量比）からなる混合物。
但し、カルシウムアルミネートはＣ₁₂Ａ₇組成に対応するもので、非晶質、ブレーン値６０５０ｃｍ²／ｇのものを使用し、石膏はＩＩ型無水石膏、ブレーン値６０５０ｃｍ²／ｇのものを使用した。
減水剤ア：高性能減水剤、粉末品、β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、市販品
増粘剤ｉ：セルロース類、ヒドロキシルメチルセルロース、市販品
増粘剤ii：ポリアクリレート類、市販品
【００４９】
（測定方法）
リバウンド率：急結性吹付コンクリート２００リットルを４ｍ³／ｈの吹付速度で高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。吹付終了後、付着せずに落下した急結性吹付コンクリートの量を測定し、（リバウンド率）＝（吹付けの際に模擬トンネルに付着せずに落下した急結性吹付コンクリートの重量）／（吹付に使用した急結性吹付コンクリート全体の重量）×１００（％）の式より算出した。
圧縮強度：材齢１時間の圧縮強度は幅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急結性吹付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、（圧縮強度）＝（引き抜き強度）×４／（せん断面積）の式から圧縮強度を算出した。材齢１日以降の圧縮強度は幅５０ｃｍ×長さ５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの型枠に急結性吹付コンクリートを吹付け、採取した直径５ｃｍ×長さ１０ｃｍの供試体を２０トン耐圧機で測定し、圧縮強度を求めた。
ダレ：急結性吹付コンクリートを４ｍ³／ｈの吹付速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた後の状態を観察した。ダレが生じなかったものを◎とし、ダレが少し生じたものを○とし、ダレが多く生じたものを×とした。
圧送性：急結性吹付コンクリートを４ｍ³／ｈの吹付速度、４ｋｇ／ｃｍ²の吐出圧力で、１０分間圧送管を用いて吹付け、圧送管内の圧力を測定した。圧送管内の圧力が４．０〜５．５ｋｇ／ｃｍ²である場合を◎、圧送管内が閉塞しやすくなる６．０ｋｇ／ｃｍ²以上になっても、圧送管に衝撃を与えることにより４．０〜５．５ｋｇ／ｃｍ²になる場合を○、圧送管が閉塞し、圧送管に衝撃を与えても４．０〜５．５ｋｇ／ｃｍ²とならない場合を×とした。
【００５０】
【表１】

【００５１】
実験例２
セメント１００重量部に対して増粘剤ｉ０．０５重量部を混合して吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部と表２に示す量の減水剤を混合した急結材混合物を吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製し、スランプ、リバウンド率、粉塵量、及び圧縮強度を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００５２】
（使用材料）
高性能減水剤イ：液体品、市販ポリカルボン酸系高分子化合物
【００５３】
（評価方法）
粉塵量：急結性吹付コンクリートを４ｍ³／ｈの吹付速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍのシートで出入り口を閉鎖した模擬トンネル内で吹付けた。１分毎に吹付場所より３ｍの定位置でデジタル粉塵計で粉塵量を測定し、得られた測定値の平均値を示した。
スランプ：吹付コンクリートのスランプを測定した。ＪＩＳＡ１１０１に準じた。
【００５４】
【表２】

【００５５】
実験例３
セメント１００重量部に対して増粘剤ｉ０．０５重量部を混合して吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して表３に示す量の急結材と減水剤０．３重量部を混合した急結材混合物を吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製し、圧送性、凝結時間、及び圧縮強度を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００５６】
（使用材料）
急結材Ｂ：カルシウムアルミネート、Ｃ₁₂Ａ₇組成に対応するもので、非晶質、ブレーン値６０５０ｃｍ²／ｇ
【００５７】
（測定方法）
凝結時間：吹付コンクリート中の粗骨材を除いた材料でモルタルを練り、土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格（ＪＳＣＥＤ−１０２）」に準拠して測定した。
【００５８】
【表３】

【００５９】
実験例４
セメント１００重量部に対して増粘剤ｉ０．０５重量部、及び、セメントコンクリート１００容量部中表４に示す量の繊維状物質を混合して吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に急結材１０重量部と減水剤０．３重量部を混合した急結材混合物を吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製し、圧送性、リバウンド率、及び曲げ強度を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００６０】
（使用材料）
繊維状物質Ｉ：スチール繊維、繊維長30ｍｍ、市販品
繊維状物質II：ビニロン繊維、繊維長30ｍｍ、市販品
【００６１】
（評価方法）
繊維リバウンド率：繊維のリバウンド率を示した。急結性吹付コンクリートを２００リットルの側壁に吹付けた時の、（跳ね返った繊維の量）／（吹付に使用した急結性吹付コンクリート中の繊維の量）×１００（％）で示した。なお、跳ね返った繊維状物質Ｉの量は、跳ね返った急結性吹付コンクリートから繊維を磁石により吸引、収集し、繊維状物質Ｉに付着したセメントを洗い流し、乾燥した後に測定した。跳ね返った繊維状物質IIの量は硝酸ソーダの飽和溶液に跳ね返った急結性吹付コンクリートを入れ、比重差で浮き上がった繊維状物質を拾い上げてセメントを洗い流し、乾燥した後に測定した。
曲げ強度：土木学会基準「鋼繊維補強コンクリートの曲げ試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ５５２−１９９８３）」に準じて材齢２８日の曲げ強度を測定した。
【００６２】
【表４】

【００６３】
実験例５
セメント１００重量部に対して減水剤０．３重量部、及び、セメントコンクリート１００容量部中繊維Ｉ１容量部を混合して吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部と増粘剤ｉ０．０５重量部を混合した急結材混合物を吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製し、リバウンド率、粉塵量、及び脈動性を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表５に示す。
【００６４】
（評価方法）
脈動性：急結性吹付コンクリートの圧送中のホースの脈動状況を評価した。圧送ホースが脈動しない場合を◎、脈動は発生したが圧送ホースが閉塞しない場合を○、脈動が激しく圧送ホースが閉塞した場合を×とした。
【００６５】
【表５】

【００６６】
実験例６
セメント１００重量部に対して減水剤０．３重量部、増粘剤ｉ０．０５重量部及び、セメントコンクリート１００容量部中繊維Ｉ１容量部を予め混合して吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製したこと以外は、実験例５と同様に行った。結果を表５に示す。
【００６７】
実験例７
セメントコンクリート１００容量部中繊維Ｉ１容量部を混合して吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部、減水剤０．３重量部、及び増粘剤ｉ０．０５重量部を混合した急結材混合物を吹付コンクリートに添加して急結性吹付コンクリートを調製したこと以外は、実験例５と同様に行った。結果を表５に示す。
【００６８】
【発明の効果】
減水剤と増粘剤を、セメントコンクリート側と急結材側の別々に配合することにより、吹付時に発生するリバウンドや粉塵を低減でき、更には急結材の添加率を低減することができる。

Claims

セメントコンクリートと、粒度がブレーン値で６０５０ｃｍ^２／ｇ以上のカルシウムアルミネートと粒度がブレーン値で６０５０〜７０００ｃｍ^２／ｇの石膏を含有してなる急結材とを用いた吹付工法であって、セメントコンクリート側に増粘剤を予め混合し、急結材側に減水剤を予め混合し、両者を混合してなることを特徴とする吹付工法。
セメントコンクリートと急結材とを用いた吹付工法であって、セメント、増粘剤、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から（１）粒度がブレーン値で６０５０ｃｍ^２／ｇ以上のカルシウムアルミネートと粒度がブレーン値で６０５０〜７０００ｃｍ^２／ｇの石膏を含有してなる急結材と（２）減水剤を含有してなる急結材混合物を空気圧送し、合流混合して急結性湿式吹付コンクリートとしたものを吹付けることを特徴とする吹付工法。
減水剤がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物である請求項１又は２記載の吹付工法。
増粘剤がセルロース類である請求項１〜３のうちの１項記載の吹付工法。
さらに、繊維状物質をセメントコンクリート側に予め含有してなる請求項１〜４のうちの１項記載の吹付工法。
急結性湿式吹付コンクリートの吹付速度が４〜２０ｍ^３／ｈである請求項１〜５のうちの１項記載の吹付工法。