JP4508350B2

JP4508350B2 - 吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法

Info

Publication number: JP4508350B2
Application number: JP2000107486A
Authority: JP
Inventors: 賢司山本; 光男高橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP2001294464A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ急結性セメントコンクリートを吹付ける際に使用するリバウンド低減剤、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法に関する。
なお、本発明でいう部は特に規定のないかぎり質量基準である。
また、本発明でいうセメントコンクリートとは、モルタルやコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
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、急結剤をコンクリートに混合した急結性コンクリートの吹付け工法が用いられている(特公昭60−004149号公報)。
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、及び水を計量混合して吹付け用のコンクリートを調製し、それをアジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で他方から圧送された急結剤と混合して急結性吹付けコンクリートとし、地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
しかしながら、この工法では、(吹付けの際に付着せずに落下した急結性コンクリート量)/(吹付けに使用した急結性コンクリートの全体量)×100 (％)で示されるリバウンド(跳返り)率が大きく、経済的に好ましくないという課題があった。
【０００３】
本発明者は、前記課題を解消すべく検討した結果、特定のリバウンド低減剤を使用することにより、吹付け時におけるリバウンド率を低減できるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、セメント、急結剤、ポリアルキレンオキサイド、及びビスフェノール系縮合物を含有してなる吹付け材料であり、ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が100万〜500万であることを特徴とする該吹付け材料であり、ビスフェノール系縮合物の平均分子量が5,000〜30,000であることを特徴とする該吹付け材料であり、セメントとポリアルキレンオキサイドとを含有するセメントコンクリート、急結剤、及びビスフェノール系縮合物を吹付け直前で混合して吹付けることを特徴とする吹付け工法であり、ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が100万〜500万であることを特徴とする該吹付け工法であり、ビスフェノール系縮合物の平均分子量が5,000〜30,000であることを特徴とする該吹付け工法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明で使用するポリアルキレンオキサイド(以下、ＰＡＯという)は、ビスフェノール系縮合物との相互作用によりセメントコンクリートに粘性を与え、吹付け直後の吹付け面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率を低減するものである。
ＰＡＯとしては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びポリブチレンオキサイド等が挙げられるが、これらの中では効果が大きい面でポリエチレンオキサイドが好ましい。
ＰＡＯの平均分子量は100万〜500万が好ましい。100万未満ではリバウンド率を低減する効果が小さい場合があり、500万を越えると急結性セメントコンクリートの圧送性が低下する場合がある。
ＰＡＯの使用量は、セメント100部に対して、0.001〜0.5部が好ましく、0.005〜0.3部がより好ましい。0.001部未満では急結性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場合があり、0.5部を越えると急結性セメントコンクリートの粘性が大きくなり、圧送性に支障が生じる場合がある。
【０００７】
本発明で使用するビスフェノール系縮合物としては、ビスフェノール類、芳香族アミノスルホン酸、及びホルムアルデヒドを縮合反応させることによって得られるものであり、市販品が使用可能である。
ビスフェノール類の具体例としては、例えば、4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4'-ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4'-ジヒドロキシジフェニルメタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'-ジヒドロキシジフェニルサルファイド、4,4'-ジヒドロキシビフェニル、及びこれらの異性体等が挙げられ、これらを併用することも可能である。
また、芳香族アミノスルホン酸の具体例としては、4-アミノベンゼンスルホン酸、2-アミノ-5-メチルベンゼンスルホン酸、及びこれらの異性体等を挙げることができる。
本発明で使用するビスフェノール系縮合物の平均分子量は、5,000〜30,000のものが好ましい。平均分子量が5,000未満ではリバウンド率を低減する効果が小さい場合があり、30,000を越えると強度発現性が低下する場合がある。
ビスフェノール系縮合物の使用量は、セメント100部に対して、0.1〜1.0部が好ましく、0.2〜0.5部がより好ましい。0.1部未満ではリバウンド率を低減する効果が小さい場合があり、1.0部を越えると逆にリバウンド率が増加する場合がある。
【０００８】
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、及び低熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、石灰石微粉末、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、アルミナセメント、膨張セメント、及びコロイドセメント等、いずれも使用可能である。
【０００９】
本発明で使用する急結剤は特に制限されるものではなく、無機塩系としては、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び珪酸塩等が、また、セメント鉱物系としては、カルシウムアルミネート類やカルシウムサルホアルミネート類などが、さらに、有機系としては、トリエタノールアミンやグリセリンなどが挙げられ、粉末、スラリー、あるいは、液体のいずれの状態でも使用可能である。なかでも、凝結性状や強度発現性などが良好な面でカルシウムアルミネート類を含有するものが好ましい。
急結剤の使用量は使用材料により一義的に規定することはできないが、無機塩系でセメント100部に対して、３〜５部程度が好ましく、セメント鉱物系で５〜15部程度が好ましい。急結剤の使用量がこれより少ないと初期凝結が充分に得られず、リバウンドやセメントコンクリートの剥落が多くなる場合があり、急結剤の使用量をこれより多くすると長期強度発現性が低下し、経済的にも不利になる場合がある。
【００１０】
本発明では、さらに、急結性セメントコンクリートを用いた硬化体の耐衝撃性や弾性の向上の面から繊維状物質を使用することが好ましい。
繊維状物質としては、無機質、有機質のいずれも使用可能である。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、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、及び麻等が挙げられる。これらの中では経済性や効果の面から金属繊維やビニロン繊維が好ましい。
繊維状物質の長さは、圧送性や混合性の面から、50mm以下が好ましく、30mm以下がより好ましい。50mmを越えると圧送管が閉塞する場合がある。
繊維状物質の使用量は、セメントコンクリート100容量部に対して、0.5〜10容量部が好ましい。0.5容量部未満では耐衝撃性や弾性の向上が見られない場合があり、10容量部を越えると圧送性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明では、前記各材料や、砂や砂利などの骨材の他に、凝結調整剤、ＡＥ剤、消泡剤、防錆剤、ＳＢＲやポリアクリレートなどの高分子エマルジョン、酸化カルシウムや水酸化カルシウムなどのカルシウム化合物、硫酸アルミニウムやアルカリ金属硫酸塩などの硫酸塩、ベントナイト等の粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイト等のイオン交換体、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等の一種又は二種以上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１２】
急結剤の混合方法としては、例えば、セメントコンクリートと粉末状急結剤を別々に空気圧送して合流混合する方法や、セメントコンクリートと急結剤が合流混合する手前で粉末状急結剤に加水してスラリ化させた急結剤スラリをセメントコンクリートに合流混合する方法等があり、いずれも使用可能である。
【００１３】
本発明において、セメント、骨材、及び水等を混合する装置としては、既存の撹拌装置が使用でき、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ、及びナウタミキサ等が使用可能である。
【００１４】
本発明の吹付け工法としては、乾式吹付け工法や湿式吹付け工法が可能である。乾式吹付け工法は、例えば、セメント、骨材を混合して空気圧送し、水と急結剤を合流混合して吹付ける工法である。また、湿式吹付け工法は、例えば、あらかじめ、セメント、骨材、及び水を混合してセメントコンクリートとし、これを空気圧送して急結剤を合流混合して吹付ける工法である。このうち、乾式吹付け工法では粉塵量が多くなる場合があるため、湿式吹付け工法を用いることが好ましい。
【００１５】
本発明の吹付け工法においては、従来の吹付け設備等が使用可能である。吹付け設備は吹付けが充分に行われれば特に限定されるものではなく、例えば、セメントコンクリートの圧送にはアリバ社製「アリバ280」が、急結剤の圧送にはちよだ製作所製「ナトムクリート」等が、さらに、急結剤スラリの圧送にはプツマイスター社製「アンコマットポンプ」等が使用可能である。
【００１６】
また、急結剤を圧送する圧縮空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤の圧送管内に侵入して圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より0.01〜0.3MPa大きいことが好ましい。また、セメントコンクリートの圧送速度は４〜20m³/hが好ましい。
【００１７】
さらに、急結剤とセメントコンクリートとの合流点は、混合性を良くするために、管の形状や内壁をらせん状や乱流状態になりやすい構造とすることが可能である。
【００１８】
本発明のリバウンド低減剤は、ＰＡＯをあらかじめセメントコンクリートと混合しておき、ビスフェノール系縮合物を吹付けノズル手前の混合管でセメントコンクリートと混合することが好ましい。ビスフェノール系縮合物をセメントコンクリートに混合すると粘性が上がり、圧送性が低下するため、前記以外の箇所で添加した場合には、閉塞や脈動を生じる場合がある。
ビスフェノール系縮合物をセメントコンクリートと混合する際、ビスフェノール系縮合物をあらかじめ急結剤に混合し、セメントコンクリートと混合することも可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実験例１
各材料の単位量を、セメント450kg/m³、水234kg/m³、細骨材1,062kg/m³、及び粗骨材576kg/m³とし、さらに、コンクリート100容量部に対して、繊維状物質１容量部を添加したコンクリートを調製し、圧送速度15m³/h、圧送圧力0.4MPaの条件下でコンクリート圧送機「アリバ280」で圧送した。
また、コンクリート中のセメント100部に対して、表１に示す量のＰＡＯをコンクリートにあらかじめ混合し、0.2部のビスフェノール系縮合物Ａを急結剤にあらかじめ混合して使用した。
急結剤100部に対して、70部の水を圧縮空気と一緒に加圧条件下で加え、急結剤スラリとした。
吹付けノズルの手前に設けた混合管に、コンクリート中のセメント100部に対して、急結剤が10部となるように吹込み、急結性コンクリートとし、模擬トンネルに吹付けてリバウンド率、ダレ、圧送性、及び圧縮強度の評価を行った。結果を表１に併記する。
【００２１】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン比表面積3,200cm²/g、比重3.16
細骨材：新潟県姫川産川砂、比重2.62
粗骨材：新潟県姫川産川砂利、比重2.64、最大骨材寸法10mm
急結剤：カルシウムアルミネート／石膏／アルミン酸塩＝100／100／14 (重量比)からなる混合物。ただし、カルシウムアルミネートは12CaO・7Al₂O₃組成に対応し、ブレーン比表面積6,100cm²/gで非晶質のものを使用し、石膏はII型無水石膏でブレーン比表面積6,000cm²/gのもの、アルミン酸塩はアルミン酸ナトリウムを使用した。
ＰＡＯイ：ポリエチレンオキサイド、平均分子量200万、市販品
ＰＡＯロ：ポリエチレンオキサイド、平均分子量100万、市販品
ＰＡＯハ：ポリエチレンオキサイド、平均分子量500万、市販品
ビスフェノール系縮合物Ａ：平均分子量20,000、市販品
繊維状物質：鋼繊維、長さ30mm、市販品
【００２２】
＜測定方法＞
リバウンド率：急結性コンクリートを15m³/hの圧送速度で５分間、高さ4.5ｍ、幅5.5ｍの模擬トンネルに吹付けた。吹付け終了後、付着せずに落下した急結性コンクリートと繊維状物質の量を測り、(リバウンド率)＝(吹付けの際に付着せずに落下した急結性コンクリート又は繊維状物質)/(吹付けに使用した全体の急結性コンクリート又は繊維状物質)×100 (重量％)の式より算出した。
ダレ：急結性コンクリートを吹付けた後の状態を観察し、ダレが生じなかったものを◎、少し生じたものを○、多く生じたものを×とした。
圧送性：急結性コンクリートを吹付ける際の圧送管内の圧力を測定した。管内圧力が0.4〜0.55MPaである場合を◎、管内が閉塞しやすくなる0.6MPa以上になっても、圧送管に衝撃を与えることにより圧力が低下して0.4〜0.55MPaになる場合を○、圧送管が閉塞し、衝撃を与えても0.4〜0.55MPaとならない場合を×とした。
圧縮強度：材齢３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コンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引抜き、その時の引き抜き強度を求め、(圧縮強度)＝(引抜き強度)×４/(剪断面積)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の型枠に急結性コンクリートを吹付け、コアリングして採取した直径５cm×長さ10cmの供試体の強度を耐圧試験器で測定した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
実験例２
セメント100部に対して、ＰＡＯイ0.01部と、表２に示すビスフェノール系縮合物を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
なお、ビスフェノール系縮合物をあらかじめ急結剤に混合して使用した。
【００２５】
＜使用材料＞
ビスフェノール系縮合物Ｂ：平均分子量5,000、市販品
ビスフェノール系縮合物Ｃ：平均分子量10,000、市販品
ビスフェノール系縮合物Ｄ：平均分子量30,000、市販品
【００２６】
【表２】

【００２７】
実験例３
セメント100部に対して、ＰＡＯイ0.01部、ビスフェノール系縮合物Ａ0.2部、及び表３に示す急結剤を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２８】
【表３】

【００２９】
【発明の効果】
本発明のリバウンド低減剤、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法により、吹付け時における急結性セメントコンクリートのリバウンド率を低減でき、経済的な施工が可能となる。

Claims

セメント、急結剤、ポリアルキレンオキサイド、及びビスフェノール系縮合物を含有してなる吹付け材料。
ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が100万〜500万であることを特徴とする請求項１記載の吹付け材料。
ビスフェノール系縮合物の平均分子量が5,000〜30,000であることを特徴とする請求項１又は２記載の吹付け材料。
セメントとポリアルキレンオキサイドとを含有するセメントコンクリート、急結剤、及びビスフェノール系縮合物を吹付け直前で混合して吹付けることを特徴とする吹付け工法。
ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が100万〜500万であることを特徴とする請求項４記載の吹付け工法。
ビスフェノール系縮合物の平均分子量が5,000〜30,000であることを特徴とする請求項４又は５記載の吹付け工法。