JP5620170B2 - 発泡状急結剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法 - Google Patents
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Description
従来から使用されている急結剤としては、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩等との混合物、焼ミョウバン、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩等の混合物、カルシウムアルミネートと3CaO・SiO2との混合物、消石灰、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩の混合物等が知られている(特許文献2〜5)。
これらの急結剤は、セメントの凝結を促進させる働きがあり、いずれもセメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。
急結剤の添加方法は、通常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くなる方法であった。そのため、作業環境が悪化する場合があり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用して作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求められていた。粉塵発生量が少ない工法として、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートに添加混合した後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている(特許文献6)。この方法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにくく、吹付け時には保護眼鏡や手袋等が必要となり、作業性が低下するという課題があった。
これに対して、急結剤をスラリー化し、かつ、セメントコンクリートにミョウバン類を配合することにより、作業環境を改善する急結施工方法が提案されている(特許文献7)。また、作業性、粉塵低減効果をさらに良くし、工期短縮の面で、急結性を向上した急結施工方法が提案されている(特許文献8)。
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。
カルシウムアルミネート類とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、CaOとAl2O3とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、CaOやAl2O3の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、CaOとAl2O3とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。鉱物形態としては、CaO・Al2O3(CA)、12CaO・7Al2O3(C12A7)、3CaO・Al2O3(C3A)等が挙げられる。
カルシウムアルミネート類の粒度は、急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)3,000cm2/g以上が好ましく、5,000cm2/g以上がより好ましい。3,000cm2/g未満では、急結剤とセメントコンクリートを混合した吹付け材料の急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。本発明で使用するカルシウムアルミネート類のCaO/Al2O3モル比は、1.0〜3.0の範囲であり、2.0〜2.5が好ましい。該モル比の範囲内であれば、結晶質、非晶質などの形態に関係なく使用可能である。また、混和剤の形態が液状(スラリーや懸濁液など)でも粉末状でも良い。
硫酸カルシウムには無水物、半水和物、二水和物があるが、特に限定されるものではない。硫酸カルシウムを配合する場合は、アルカリ金属炭酸塩との反応が遅く、混和剤の形態が液状(スラリーや懸濁液など)でも粉末状でも良い。
アルミン酸ナトリウムには無水物と水和物があるが、特に限定されるものではない。混和剤の形態が液状(スラリーや懸濁液など)でも粉末状でも良い。
硫酸アルミニウムには無水物と水和物があるが、特に限定されるものではない。硫酸アルミニウムを配合する場合、混和剤の形態が液状(スラリーや懸濁液など)であると、混和剤中でアルカリ金属炭酸塩と硫酸アルミニウムが反応し易いため、混和剤の形態は粉末状であることが好ましく、酸性液体との反応性を高めるためにも粉末状であることが好ましい。
硫酸とは、化学式H2SO4で示されるものである。また、硫酸塩とは、化学式でSO4を含む無機化合物であり、特に限定しないが、pHが酸性を呈する塩の使用が好ましい。
骨材は、吹付けできれば特に限定されるものではないが、細骨材としては、川砂、山砂、海砂、石灰砂、及び珪砂等が使用可能であり、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用可能であり、砕砂、砕石の使用も可能である。
モルタルミキサーにセメント800g、細骨材2000g、水480gを投入し、練混ぜてモルタルを調製し、表1に示す種類の混和剤A、B、C、D、Eをセメント100部に対して6部と酸性液体αをセメント100部に対して6.5部となるようにビニール袋に投入、手混合し(発泡状急結剤としてセメント100部に対して12.5部)、素早くモルタルへ投入し、練混ぜ、急結モルタルを調製した。その後、モルタルの凝結時間、圧縮強度を測定した。尚、強度低下率を確認するため、混和剤や酸性液体を加えないベースモルタルについて同様の測定を行った。
混和剤A:炭酸リチウム20部、カルシウムアルミネート類40部、アルミン酸ナトリウム10部、硫酸カルシウム30部を混合。
混和剤B:炭酸ナトリウム20部、カルシウムアルミネート類40部、アルミン酸ナトリウム10部、硫酸カルシウム30部を混合。
混和剤C:炭酸カリウム20部、カルシウムアルミネート類40部、アルミン酸ナトリウム10部、硫酸カルシウム30部を混合。
混和剤D:炭酸マグネシウム20部、カルシウムアルミネート類40部、アルミン酸ナトリウム10部、硫酸カルシウム30部を混合。(比較用)
混和剤E:炭酸カルシウム20部、カルシウムアルミネート類40部、アルミン酸ナトリウム10部、硫酸カルシウム30部を混合。(比較用)
炭酸リチウム:市販品、一級試薬、粉末状
炭酸ナトリウム:市販品、一級試薬、粉末状
炭酸カリウム:市販品、一級試薬、粉末状
炭酸マグネシウム:市販品、一級試薬、粉末状、(比較用)
炭酸カルシウム:市販品、一級試薬、粉末状、(比較用)
カルシウムアルミネート類:非晶質、CaO/Al2O3モル比=2.25、ブレーン値8,000cm2/g
硫酸カルシウム:無水硫酸カルシウム、一級試薬、ブレーン値6,000cm2/g、pH7.2
アルミン酸ナトリウム:無水アルミン酸ナトリウム、一級試薬、ブレーン値4,000cm2/g、Na2O/Al2O3=0.9
酸性液体α:pH2.6、水100部に対して無水硫酸アルミニウム29部、無水シュウ酸2部を加えた酸性液体
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、比重3.16
細骨材:新潟県糸魚川市姫川水系川砂、表乾状態、比重2.62、最大粒径5mm
凝結時間:土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格(JSCE D−102)」に準じて測定。
圧縮強度:JIS R 5201に準じて測定、各種混和剤との比較をベースモルタルとの圧縮強度比により評価する。
モルタルミキサーにセメント800g、細骨材2000g、水480gを投入し、練混ぜてモルタルを調整し、実験例1で使用した混和剤Bをセメント100部に対して6部、表2に示す酸性液体をセメント100部に対して6.5部となるようにビニール袋に投入、手混合し(発泡状急結剤としてセメント100部に対して12.5部)、素早くモルタルへ投入し、練混ぜ、急結モルタルを調製した。その後、モルタルの凝結時間、圧縮強度を測定した。尚、実験例1と同様に、強度低下率を確認するため、混和剤や酸性液体を加えないベースモルタルについて測定した。
酸性液体β:pH3.0、水100部に対して無水クエン酸を15部加えた酸性液体、比較例
酸性液体γ:pH2.0、硫酸希釈液、実施例
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、比重3.16
細骨材:新潟県糸魚川市姫川水系川砂、表乾状態、比重2.62、最大粒径5mm
凝結時間:土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格(JSCE D−102)」に準じて測定
圧縮強度:JIS R 5201に準じて測定、各種混和剤との比較をベースモルタルとの圧縮強度比により評価する。
実験例1と同様にモルタルを調製し、実験例1と同様に混和剤A、Bと酸性液体αを以下に示す手順でモルタルへ添加してからの凝結時間、圧縮強度を測定した。尚、実験例1と同様に、強度低下率を確認するため、混和剤や酸性液体を加えないベースモルタルについて測定した。
凝結時間:土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格(JSCE D−102)」に準じて測定。
圧縮強度:JIS R5201に準じて測定。添加手順の比較をベースモルタルとの圧縮強度比により評価する。
添加手順a:モルタルへ混和剤を事前に添加し、酸性液体をモルタルへ添加。
添加手順b:モルタルへ酸性液体を事前に添加し、混和剤をモルタルへ添加。
添加手順c:混和剤と酸性液体を混合し、発泡状急結剤をモルタルへ添加。
Claims (6)
- アルカリ金属炭酸塩を含有する混和剤と硫酸及び/又は硫酸塩を含有するpHが1〜6の酸性を呈する酸性液を混合してなる発泡状急結剤。
- 請求項1記載の発泡状急結剤とセメントコンクリートとを含有してなる吹付け材料。
- 請求項1記載の発泡状急結剤がセメントコンクリート中のセメント100質量部に対して4〜21質量部である請求項2に記載の吹付け材料。
- 請求項1記載の混和剤がセメントコンクリートのセメント100質量部に対して2〜10質量部である請求項2又は3に記載の吹付け材料。
- 請求項1記載の酸性液体がセメントコンクリートのセメント100質量部に対して2〜11質量部である請求項2〜4のいずれか1項に記載の吹付け材料。
- 請求項1記載の混和剤と酸性液体を合流混合して得られる発泡状急結剤を、セメントコンクリートに合流混合して得られる請求項2〜5のいずれか1項に記載の吹付け材料を吹き付けることを特徴とする吹付け工法。
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