JP5785444B2 - セメントコンクリートの吹付けシステム - Google Patents

Description

本発明は、主に、土木・建築業界で使用される吹付け材料を吹き付けるための吹付けシステムに関する。

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モルタルやコンクリートに配合した急結性モルタル又はコンクリートの吹付工法（特許文献１、２参照）や、補修モルタルによるコンクリート構造物の断面修復が吹付け工法で行われている（特許文献３、４参照）。

トンネル掘削時の吹付け工法は、通常、掘削工事現場に設置した、セメント、骨材、及び水の計量混合プラントで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、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。又、ＴＢＭ工法では、掘削した直後の地山の安定化をはかるために予め工場で水硬性成分と骨材をブレンドしたモルタルを使用し、水を練混ぜてポンプ圧送し、途中に設けた合流管で他方から急結剤と混合し急結性吹付けモルタルとして吹付ける工法が行われている。コンクリート構造物の吹き付けによる断面修復工法では、パン型ミキサー等で練り混ぜたモルタルをスクイズポンプで圧送し、ノズル手前で圧縮空気、又は圧縮空気とともに液体急結剤を添加し、劣化部分を除去した断面に補修モルタルを吹付けて修復する工法が行われている。

使用する急結剤には、カルシウムアルミネートやカルシウムサルフォアルミネートを含むセメント鉱物系（添加方法として粉体状で添加する場合とスラリー状で添加する場合がある。）、アルミン酸塩、炭酸塩、硫酸アルミニウム、ミョウバン等を含む無機塩系（粉体）、アルミン酸塩、炭酸塩を含む無機塩系（液体）、硫酸アルミニウムを含む無機塩系（液体）が挙げられる（非特許文献１参照）。

平成１２年に厚生労働省が示した「ずい道等建設工事における粉じん対策に関するガイドライン」では、掘削切羽から５０ｍ地点での粉じん濃度が３ｍｇ／ｍ^３以下とすることが目標として示された。以降、トンネル掘削時の低粉じん化が望まれ、換気設備による削減の検討や粉じん発生量が少ない吹付け技術の開発を進めてきている。

粉じん発生量が少ない吹付け技術として、人体に対するアルカリ刺激性が少ない硫酸アルミニウムを主成分とする液体急結剤を使用する技術（特許文献５〜７参照）や、粉体急結剤を水でスラリー化しコンクリートに添加して吹付ける技術（特許文献８〜１１参照）が知られている。いずれも、換気設備と併用することで掘削切羽から５０ｍ地点で３ｍｇ／ｍ^３以下の粉じん濃度を確実に実現できるが、１ｍｇ／ｍ^３以下を安定的に実現することは難しい。又、換気設備が設置できないような小断面トンネルなどでは、５０ｍ地点でも３ｍｇ/ｍ^３を下回ることが難しい場合がある。粉じん発生濃度をより下げるためには、発生源（掘削切羽）で粉じん濃度を下げることが重要である。

既に、吹付けによって発生する粉じんを発生源で除去することを目的に発明された技術がある（特許文献１２、１３参照）。特許文献１２は、集じん機に連通させた吸引ダクトの開口端部に同軸的にラッパ状管を装備させて、吹付けによって発生する粉じんを除去する吹付けコンクリートの防じん装置である。この技術は、吹付けノズルのコンクリート出口より先までラッパ状の管で覆われている構造を有しており、吹付け箇所を目視で観察することが難しく、吐出したコンクリートがラッパ状管内部に付着・堆積し吸引口を塞ぐおそれがある。又、吸引風量についての記載がなく、粉じんの低減効果の記載もない。

特許文献１３は、ノズルの先端にフードを設け、ノズルから吐出する吹付けコンクリートから発生する粉じんを中間フードとノズルフードの間の吸気路から吸気ファンによって吸い込み、集じん機で除じんした空気を再び中間フードと外フードの間の吹き出し路から吐出させることで外側から内側（吸気路側）に空気流を形成させて、外部へ粉じんを飛散させないで除じんできる吹付け技術である。

この技術は、ノズルの先にフードが取り付けられており、外側に空気流を形成することで除じん効果を発揮するものであり、フード先端を吹付け面にかなり近づけないと除じん効果を発揮できないと考えられる。従って、吹き付けている状態を目視で判断しながら吹付けを行うことが難しい。又、フードと吹付け面が近すぎると、はね返った骨材で吸気口などが閉塞する可能性があった。

更に、この発明では、リバウンド特性や吹付けたコンクリートの硬化性状については言及しておらず、粉じんを除去する効果以外の新たな吹付け性状に関する効果について不明である。

特公昭６０−４１４９号公報 特開平９−２２７１９８号公報 特開２００３−３４２０５３号公報 特開２００５−１０４８２６号公報 特開２００５−６０２０１号公報 特開２００５−８９２７６号公報 特開２００８−３０９９９号公報 特開平０５−１３９８０４号公報 特開平０５−０９７４９１号公報 特開２００７−２７７０５１号公報 特開２００２−１３７９５３号公報 特開昭５９−１９２１６０号公報 特開平２−１２８０７０号公報

即ち、本発明は、吹付けセメントコンクリートを吐出するためのノズルが二重管構造を有し、内側管内は吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気とともに吹付けセメントコンクリートが通過する経路であり、内側管と外側管の間は、空気を吸引によって通過させる経路であり、内側管と外側管の間が平行な間隔を有する構造であり、外側管の絞り角ａが１８０〜２８０°であり、内側管の吐出側先端と外側管の吐出側先端の距離ｄが０〜０．１５ｍであることを特徴とするノズルを有し、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量以上であることを特徴とするセメントコンクリートの吹付けシステムであり、内側管の吐出側先端より外側管の吐出側先端が長いことを特徴とする該セメントコンクリートの吹付けシステムであり、外側管壁に吸入口を設けることを特徴とする該吹付けシステムであり、集じん設備を有し、吸引ホース接続位置Ｙが０〜０．８ｍであり、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さＸが０．１〜０．８ｍであり、内側管の内径が８〜６０ｍｍであり、内側管外径と外側管内径の間の幅が３〜２０ｍｍであり、吸引風量が圧縮空気風量より１０ｍ ^３ ／ｍｉｎ以上大きく、圧縮空気風量が０．２〜２５ｍ ^３ ／ｍｉｎであり、セメントコンクリートの単位セメント量が３００〜６００ｋｇ／ｍ ^３ であり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３５〜８０％であり、細骨材率が５０％以上であることを特徴とする該セメントコンクリートの吹付けシステムであり、吹付けセメントコンクリートに急結剤を合流し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量と急結剤を圧送する圧縮空気風量の合計以上であることを特徴とする該吹付けシステムであり、吹付けセメントコンクリートに合流する急結剤が粉体状急結剤又は液状急結剤であり、急結剤の使用量がセメント１００質量部に対して、固形分換算で１〜２５質量部であることを特徴とする該吹付けシステムであり、内側管と外側管からなる二重管構造を有し、内側管内は吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気とともに吹付けセメントコンクリートが通過する経路であり、内側管と外側管の間は、空気を吸引によって通過させる経路であり、内側管と外側管の間が平行な間隔を有する構造であり、外側管の先端の絞り角ａが１８０〜２８０°であり、内側管の吐出側先端と外側管の吐出側先端の距離ｄが０〜０．１５ｍであるノズルを使用して吹付けセメントコンクリートを吐出し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量を、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量以上にすることを特徴とする吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、内側管の吐出側先端より外側管の吐出側先端が長いことを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、外側管壁に吸入口を設けることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、吸引ホース接続位置Ｙが０〜０．８ｍであり、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さＸが０．１〜０．８ｍであり、内側管の内径が８〜６０ｍｍであり、内側管外径と外側管内径の間の幅が３〜２０ｍｍであり、吸引風量が圧縮空気風量より１０ｍ ^３ ／ｍｉｎ以上大きく、圧縮空気風量が０．２〜２５ｍ ^３ ／ｍｉｎであり、セメントコンクリートの単位セメント量が３００〜６００ｋｇ／ｍ ^３ であり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３５〜８０％であり、細骨材率が５０％以上であり、集じん設備により、内側管と外側管の間から、空気を吸引し、通過させることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、吹付けセメントコンクリートに急結剤を合流して吐出し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量と急結剤を圧送する圧縮空気風量の合計以上であることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、吹付けセメントコンクリートに合流する急結剤が粉体状急結剤又は液状急結剤であり、急結剤の使用量がセメント１００質量部に対して、固形分換算で１〜２５質量部であることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法である。

本発明は、セメントコンクリートを吹き付けるシステムにおいて、吸引経路を有する二重管構造のノズルを用い、圧縮空気風量以上の吸引風量で吸引しながら吹付けを行うことにより、発生する粉じんを低減できる。更に、均質なセメントコンクリートを施工できる。又、リバウンドの低減も可能にする。

即ち、本発明は、吹付けセメントコンクリートを吐出するためのノズルが二重管構造を有し、内側管内は吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気とともに吹付けセメントコンクリートが通過する経路であり、内側管と外側管の間は、空気を吸引によって通過させる経路であり、内側管と外側管の間が平行な間隔を有する構造であり、内側管の吐出側先端と外側管の吐出側先端の距離ｄが０〜０．１５ｍであることを特徴とするノズルを有し、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量と必要に応じて急結剤を圧送する圧縮空気風量の合計以上であることを特徴とするセメントコンクリートの吹付けシステムであり、集じん設備を有することを特徴とする該セメントコンクリートの吹付けシステムであり、内側管の吐出側先端より外側管の吐出側先端が長いことを特徴とする該セメントコンクリートの吹付けシステムであり、外側管壁に吸入口を設けることを特徴とする該吹付けシステムであり、吹付けセメントコンクリートに急結剤を合流することを特徴とする該吹付けシステムであり、吹付けセメントコンクリートに合流する急結剤が粉体状急結剤又は液状急結剤であることを特徴とする該吹付けシステムであり、内側管と外側管からなる二重管構造を有し、内側管内は吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気とともに吹付けセメントコンクリートが通過する経路であり、内側管と外側管の間は、空気を吸引によって通過させる経路であり、内側管と外側管の間が平行な間隔を有する構造であり、内側管の吐出側先端と外側管の吐出側先端の距離ｄが０〜０．１５ｍであるノズルを使用して吹付けセメントコンクリートを吐出し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量を、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量と必要に応じて急結剤を圧送する圧縮空気風量の合計以上にすることを特徴とする吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、集じん設備により、内側管と外側管の間から、空気を吸引し、通過させることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、内側管の吐出側先端より外側管の吐出側先端が長いことを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、外側管壁に吸入口を設けることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、吹付けセメントコンクリートに急結剤を合流して吐出することを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法であり、吹付けセメントコンクリートに合流する急結剤が粉体状急結剤又は液状急結剤であることを特徴とする該吹付けセメントコンクリートの吹付け方法である。

本発明の吹付けシステムを用いることにより、粉じんを低減することができ、均質なコンクリートの施工が可能であり、リバウンドも低減できる。

本発明の吹付けシステム全体図である。 ノズル７の断面図である。 図２のＡ−Ａ線に準じた断面図と吸入ホース接続口８ａを複数接続した場合の断面図である。 ノズル７の形状を示した断面図である。 外側管壁に吸入口を設けたノズル７の断面図とＡ−Ａ線に準じた断面図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のセメントコンクリートとは、コンクリート、モルタル、セメントペーストをいう。

本発明の吹付けシステムは、通常使われている吹付けシステムを利用でき、二重管構造を有するノズル、内側管と外側管の間の吸引経路から空気を吸入するための集じん機、その集じん機と二重管ノズルを接続するホースを付加したシステムである。

本発明のシステムについて、図を用いて説明する。本発明の吹付けシステムは、図１に示すように、コンクリートポンプ１で練り混ぜたセメントコンクリートをコンクリート圧送配管４により圧送する。このコンクリートポンプ１は、通常使われているピストン方式のポンプや空気搬送方式のポンプいずれも使用できる。又、モルタルを圧送する場合はスクイズポンプやスネークポンプも使用できる。セメントコンクリートの圧送途中で、コンプレッサー２から圧縮空気を圧縮空気配管６により導入し、セメントコンクリートを吹き飛ばし、急結剤合流部１０で、急結剤添加機３から圧縮空気とともに急結剤圧送配管５を経て送られてくる急結剤と合流する。セメントコンクリートは圧送途中で圧縮空気を導入せずに、急結剤合流部１０までポンプ圧送後に、圧縮空気を導入してもよい。急結剤添加機３は、粉体急結剤以外に液体急結剤のみを添加する装置、粉体急結剤に水を添加しスラリー状にする装置、粉体急結剤に液体急結剤を添加しスラリー状にする装置いずれも使用できる。又、補修モルタル等のように急結剤を合流せずに吹付ける場合は、急結剤添加機３は無く、直接コンプレッサーから圧縮空気が導入される。圧縮空気は、例えば、吹付けセメントコンクリートや必要に応じて急結剤を圧送し、吹付けセメントコンクリートと必要に応じて急結剤を合流し、ノズル７から吹き飛ばす作用を有する。急結剤と合流したセメントコンクリートはノズル７を介して吹付けられる。ノズル７は、図２に示すように吸引経路を有する二重管構造からなり、セメントコンクリートを吐出している間、集じん機９で内側管１１と外側管１２の間の吸入経路から吸入ホース８を介して空気を吸入する。

図１は湿式吹付け工法での適用を示したが、乾式吹付け工法でも本発明のノズルと集じん設備を付帯することで適用できる。

本発明の二重管構造を有するノズル７とは、図２に示すように、内側管１１内は圧縮空気で吹き飛ばされるセメントコンクリートが外部に向けて吐出する経路であり、内側管１１と外側管１２の間の隙間が外部の空気を吸引する経路である。図２に示すノズル７は、吹き飛ばされているセメントコンクリートの流入部とノズル先端の出口部の内径が同じストレート型ノズルで示したが、流入部より出口部の内径が小さいテーパ型ノズルでも構わない。吸入ホース８が接続する箇所はノズル先端の後方に位置し、その距離（吸引ホース接続位置Ｙ）は特に限定するものではないが、好ましくはノズル先端から０〜０．８ｍの位置に、より好ましくはノズル先端から０．２〜０．７ｍの位置に、設置できる。吸引ホース接続位置Ｙとは、外側管１１のノズル側先端から吸引ホース接続口８ａまでの距離をいう。

吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さＸは、０．１〜０．８ｍが好ましく、０．１５〜０．６ｍがより好ましい。吸引ホース接続部とは、吸引ホース接続部の後端の位置をいう。

吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さＸ、吸引ホース接続位置Ｙは、図４の（ｃ）に例示する。

吸引ホース８を接続する吸引ホース接続口８ａの数（接続数）は、図２では１箇所であるが、図３の（ｂ）及び（ｃ）に示すように複数接続できるように設置してもよい。

本発明のノズル７のセメントコンクリートの吐出口の内径（内側管１１の内径）は以下の通りである。モルタルであれば８〜３０ｍｍが好ましく、１０〜２０ｍｍがより好ましい。コンクリートであれば３５〜６０ｍｍが好ましく、４５〜５５ｍｍがより好ましい。小さすぎると閉塞を起こす場合があり、大き過ぎるとコンクリートが適正に吹き飛ばされない場合がある。

本発明のノズル７は、内側管１１と外側管１２からなる二重管構造を有する。内側管１１と外側管１２の間は、粉じんやミスト等を含む空気を吸引により通過させる経路を有する。本発明のノズル７の隙間の幅（内側管１１外径と外側管１２内径の間の幅）は、十分な吸引風量が得られれば特に限定するものではないが、３〜２０ｍｍが好ましく、５〜１５ｍｍがより好ましい。３ｍｍ未満では、吸引された粉じんやミストで閉塞する場合があり、２０ｍｍを超えると十分な吸引力が得られない場合がある。

本発明のノズル７の形状は、図２に示す内側管１１と外側管１２の間が平行な間隔を有する構造である。内側管１１の吐出側先端と外側管１２の吐出側先端の距離ｄは、０〜０．１５ｍが好ましく、０．００５〜０．１０ｍがより好ましい。例えば、図４の（ａ）及び（ｂ）に示した形状のノズルが使用できる。内側管１１の吐出側先端より外側管１２の吐出側先端が長いことが好ましい。

図４の（ａ）に示すノズル７は、内側管１１よりも外側管１２を長くし、外側管１２の先端を内側へ絞るように折り曲げて、吹き飛ばされているセメントコンクリートに対して略垂直方向から空気を吸引する構造を有するものである。内側へ絞るように折り曲げる場合、角度（絞り角）ａは、１８０〜２８０°が好ましく、２００〜２５０°がより好ましい。

図４の（ｂ）に示すノズルは、外側管１２を折り曲げずに長くした構造を有するものである。

内側管出口と外側管出口の距離ｄは、吐出したセメントコンクリートが付着硬化し、吐出の妨げにならない距離であれば特に限定するものではない。０〜０．１５ｍが好ましく、０．００５〜０．１０ｍがより好ましい。

本発明では、図５に示すよう吸入口１３を外側管壁に１つ以上設けたノズルも使用可能である。外側管壁に設けた吸入口の幅は、３〜２０ｍｍが好ましく、５〜１５ｍｍがより好ましい。更に、外側管壁に吸入口１３を設ける場合は、設けない場合に比べて吸引風量が大きい集じん機９を選定することで、より除じん効果を向上することができる。外側管壁への吸入口１３の設置は、図４のいずれの形状のノズル７でも可能である。外側管壁に設置する吸入口１３の位置は、特に限定するものではなく吸入ホース接続口８ａとノズル７先端の間であればよい。吸入口１３の位置Ｚは、外側管１２のノズル先端から０．０３〜０．２０ｍが好ましく、０．０５〜０．１５ｍがより好ましい。

本発明で使用する集じん機９の種類は、特に限定するものではないが、一般的に市販されているものが使用できる。例えば、サイクロン方式、フィルター（バグフィルター、ミストフィルター）方式、湿式方式の集じん機が挙げられ、装備する吸気ファンは、ターボファン、プレートファン等が使用できる。

内側管１１と外側管１２の間を通過させる粉じんやミスト等を含む空気の吸引風量は、圧縮空気風量以上である。ここでいう圧縮空気風量とは、吹付けセメントコンクリートや必要に応じて急結剤を圧送し、吹付けセメントコンクリートと必要に応じて急結剤を合流し、ノズル７から吹き飛ばす作用を有する圧縮空気の風量であり、図１の圧縮空気配管６の経路を介して導入されるセメントコンクリートを圧送する圧縮空気の風量と、必要に応じて急結剤を導入するときに合流する圧縮空気の風量とを合わせた風量をいう。

本発明の吹付けシステムでは、集じん機９を選定するときの吸引風量は、圧縮空気風量以上の能力を有する機種を選定すればよい。圧縮空気風量より小さい吸気風量では、除じん効果が発揮できない場合がある。吸引風量は、圧縮空気風量より１０ｍ^３／ｍｉｎ以上大きいことが好ましく、２０〜７０ｍ^３／ｍｉｎ大きいことがより好ましい。

圧縮空気風量は０．２〜２５ｍ^３／ｍｉｎが好ましく、０．５〜１５ｍ^３／ｍｉｎがより好ましい。セメントコンクリートの圧送途中で圧縮空気を導入しない場合は、急結剤を導入するときに使用する圧縮空気の風量が、本発明でいう圧縮空気風量となる。液状急結剤を合流混合する場合は、急結剤を導入するときに使用する圧縮空気の風量を、本発明でいう圧縮空気風量にすることが好ましい。又、急結剤を使用しないで圧縮空気のみを導入し吹付ける場合も補修モルタル等の吹付けでは実施可能である。モルタルを吹付けるときの圧縮空気風量は、モルタルの吐出量によっても適正値が変化するが０．２〜３ｍ^３／ｍｉｎが好ましく、０．８〜２ｍ^３／ｍｉｎがより好ましい。コンクリートを吹付けるときの圧縮空気風量は、コンクリートの吐出量によっても適正値が変化するが４〜２５ｍ^３／ｍｉｎが好ましく、１０〜２０ｍ^３／ｍｉｎがより好ましい。

本発明で使用するセメントコンクリートの配合は、単位セメント量３００〜６００ｋｇ／ｍ^３が好ましい。本発明で使用するセメントコンクリートの水の量は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）で３５〜８０％が好ましく、４０〜７０％がより好ましい。本発明で使用するセメントコンクリートの細骨材率は、５０％以上が好ましい。

本発明では、急結剤を使用することが好ましい。急結剤は、ノズル７を通過する前にセメントコンクリートと合流混合することが好ましい。

本発明で使用する急結剤としては、粉体急結剤や液体急結剤が挙げられる。

粉体急結剤としては、カルシウムアルミネート類、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属炭酸塩（炭酸ナトリウム等）の混合物、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属アルミン塩（アルミン酸ナトリウム等）の混合物、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属アルミン塩とアルカリ金属炭酸塩の混合物、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ金属炭酸塩との混合物、ケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩、硫酸アルミニウム等が挙げられる。

液体急結剤としては、アルミン酸ナトリウム等のアルカリ金属アルミン酸塩、ケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩、硫酸アルミニウム等を水と混合したものが挙げられる。

急結剤の使用量はセメント１００質量部に対して、固形分換算で１〜２５質量部が好ましく、５〜１５質量部がより好ましい。

以下、実施例で本発明を詳細に説明するがこれらに限定されるものではない。

［実験例１］
一般的な吹付けに使用するコンクリート（Ｗ／Ｃ＝５９．５％、s/a＝６０％、単位セメント量３６０ｋｇ／ｍ^３）をプラントで練り混ぜ、ピストン方式のコンクリートポンプで圧送した。圧送速度は１０ｍ^３/ｈに設定した。圧送途中で８ｍ^３/ｍｉｎの圧縮空気（吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気風量）を導入し、急結剤合流部で粉体急結剤（セメント１００質量部に対して７質量部となるように添加）を空気圧送（急結剤を圧送する圧送空気風量は４ｍ^３/ｍｉｎ）して合流混合し、幅４．５ｍ×高さ４ｍ×長さ２０ｍの模擬トンネルの壁面にノズルの種類を変えて６分間吹き付け、粉じん濃度、リバウンド率、空隙率を測定した。結果を表１に示す。集じん機の吸引風量は５０ｍ^３/ｍｉｎとした。

（使用材料）
セメント：電気化学工業社製 普通ポルトランドセメント 密度３．１５ｇ／ｃｍ^３
砂：新潟県糸魚川産砕砂 密度２．６２ｇ／ｃｍ^３
砂利：新潟県糸魚川産６号砕石 密度２．６６ｇ／ｃｍ^３
粉体急結剤： 市販品、カルシウムアルミネート類とアルミン酸ナトリウムの混合物

（ノズルの種類）
ノズル（１） 吸引経路のない一般的なストレート型ノズル、長さ０．６ｍ、コンクリート吐出口の内径（以下コンクリート吐出口径という）５０ｍｍ
ノズル（２） 吸引経路のあるストレート型ノズル（図４（ａ）のタイプ）、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ０．６ｍ、コンクリート吐出口径５０ｍｍ、距離ｄ＝０．０１２ｍ、吸引ホース接続位置：ノズル先端から０．３ｍ、ノズル７の隙間の幅（以下吸引口の隙間の幅という）８ｍｍ、角度ａ２３５°
ノズル（３） 吸引経路のあるストレート型ノズル（図４（ｂ）のタイプ）、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ０．６ｍ、コンクリート吐出口径５０ｍｍ、距離ｄ：０．０５ｍ、吸引ホース接続位置：ノズル先端から０．３ｍ、吸引口の隙間の幅１０ｍｍ
ノズル（４） 吸引経路のあるラッパ状ストレート型ノズル（図４（ｃ）のタイプ）、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ０．６ｍ、コンクリート吐出口径５０ｍｍ、角度ａ１４０°、距離ｄ０．１ｍ、吸引ホース接続位置：ノズル先端から０．３ｍ、吸引口の隙間の幅８ｍｍ

（試験方法）
粉じん濃度：デジタル粉じん計で測定した。使用した粉じん濃度計は柴田科学社製Ｐ−５Ｌである。粉じん濃度への換算係数（Ｋ値）は０．０４である。測定位置は吹付け箇所から２ｍ後方とし１分間隔で粉じん濃度を測定した。
リバウンド試験（リバウンド率）：ノズルと吹付け面までの距離を１．５ｍとし縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚さ２５ｃｍの箱型枠に吹付け、箱型枠に採取されたコンクリートの質量と落下したリバウンド質量を測定することでリバウンド率を算出した。
リバウンド率（％）＝[リバウンド質量（ｋｇ）／（リバウンド質量（ｋｇ）＋採取されたコンクリート質量（ｋｇ））]×１００
空隙率試験（空隙率）：ＡＳＴＭ Ｃ ６４２に準じた。リバウンド試験で採取したコンクリートか直径５．５ｃｍのコアを採取し、表層から３ｃｍ付近の高さで切断し、吹付けられたコンクリート表層部分の空隙率を求めた。５箇所からコアを採取し５点の平均値でまとめた。

表１より、本発明の吹付けシステムで吹付けを実施することで粉じん濃度が低減できることがわかる。又、リバウンド率も低減する傾向を示している。これは、吸引経路にペースト分が多いミストも除去でき、ノズル垂れが低下したためである。更に、吹付けたコンクリートの表層部の空隙率も小さいことから、余分なミストの付着がなく、均質で緻密な硬化組織を形成したと考えられる。

［実験例２］
一般的な吹付けに使用するコンクリート（Ｗ／Ｃ＝６０％、s/a＝６０％、単位セメント量４５０ｋｇ／ｍ^３）をプラントで練り混ぜ、ピストン方式のコンクリートポンプで圧送した。圧送速度は１０ｍ^３/ｈに設定。急結剤合流部で液状急結剤（セメント１００質量部に対して固形分換算で７質量部となるように添加）を空気圧送（圧送空気風量は４ｍ^３/ｍｉｎ）して合流混合し、幅４．５ｍ×高さ４ｍ×長さ２０ｍの模擬トンネルの壁面にノズルの種類を変えて６分間吹き付けたこと以外は実験例１と同様に測定した。結果を表２に示す。集じん機の吸引風量は５０ｍ^３/ｍｉｎ。

（使用材料）
液状急結剤：市販品、アルミン酸カリウム水溶液

表２より、液体急結剤を使用しても実験例１と同様な性状を得ることができる。

［実験例３］
一般的なコンクリート構造物の補修で使用する吹付けモルタルを１００リットルのパン型ミキサーで練り混ぜ、スクイズ方式のポンプで圧送した。圧送速度は０．４ｍ^３/ｈに設定した。ノズルから吐出出する手前で、圧縮空気とプランジャーポンプで圧送した液状急結剤(吹付けモルタル中のセメント１００質量部に対して固形分換算で表３に示す質量部となるように添加)とを空気圧送（圧送空気風量は０．８ｍ^３/ｍｉｎ）して合流混合し、幅４．５ｍ×高さ４ｍ×長さ２０ｍの模擬トンネルの壁面にノズルの種類を変えて６分間吹き付け、リバウンド試験の箱型枠のサイズを縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ５ｃｍとし、集じん機の吸引風量を２５ｍ^３/ｍｉｎとしたこと以外は実験例１と同様に測定した。結果を表３に示す。

（使用材料）
吹付けモルタル：セメント１００質量部、砂２００質量部、水４０質量部からなる吹付けモルタル
液状急結剤：市販品、アルミン酸カリウム水溶液

（ノズルの種類）
ノズル（５） 吸引経路のない一般的なストレート型ノズル、長さ０．２５ｍ、モルタル吐出口径１２ｍｍ
ノズル（６） 吸引経路のあるストレート型ノズル（図４（ａ）のタイプ）、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ０．２５ｍ、モルタル吐出口径１２ｍｍ、距離ｄ＝０．００８ｍ、吸引ホース接続位置：ノズル先端から０．２ｍ、吸引口の隙間の幅５ｍｍ、角度ａ２３５°
ノズル（７） 吸引経路のあるストレート型ノズル（図４（ｂ）のタイプ）、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ０．２５ｍ、モルタル吐出口径１２ｍｍ、距離ｄ：０．０２ｍ、吸引ホース接続位置：ノズル先端から０．２ｍ、吸引口の隙間の幅５ｍｍ

表３より、吹付けモルタルの場合、実験例１〜２と同様に粉じん及びリバウンドを低減する効果があり、硬化組織を緻密化する効果を有することがわかる。

［実験例４］
集じん機の吸引風量を表４に示す量に変え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。

表４より、吸引風量が圧縮空気風量以上である場合、粉じん及びリバウンドを低減する効果があり、硬化組織を緻密化する効果を有することがわかる。実験Ｎｏ．４−４は、吸引風量（１０ｍ^３/ｍｉｎ）が、圧縮空気風量（吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気風量８ｍ^３/ｍｉｎと急結剤を圧送する圧縮空気風量４ｍ^３/ｍｉｎの合計である１２ｍ^３/ｍｉｎ）未満であり、本発明の効果を有さない。

［実験例５］
図５に示す形状のノズルを使用し、集じん機の吸引風量を表５に示すように変え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。

（ノズルの種類）
ノズル（８）：吸引経路のあるストレート型ノズル（図４（ａ）のタイプの外側管壁にノズル先端から０．１ｍの位置に幅１０ｍｍの吸入口を上下方向２箇所設けたノズル）、距離ｄ＝０．０１２ｍ、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ０．６ｍ、コンクリート吐出口径５０ｍｍ、吸引ホース接続位置：ノズル先端から０．３ｍ、吸引口の隙間の幅８ｍｍ、角度ａ２３５°

表５より、吸入口を設けることにより、粉じん及びリバウンドを低減する効果があり、硬化組織を緻密化する効果を有することがわかる。

本発明は、セメントコンクリートを吹き付けるシステムにおいて、吸引経路を有する二重管構造のノズルを用い、圧縮空気風量以上の吸引風量で吸引しながら吹付けを行うことにより、以下の効果を有する。発生する粉じんを掘削切羽で低減できる。更に、吹付けセメントコンクリートの吐出時に発生するミストや、粉じんと同様に飛散するペーストや、吹付け面に到達できないノズル先端から発せするノズル垂れをも吸引するので、均質なセメントコンクリートを施工できる。又、ノズル先端から発生するノズル垂れも抑制できることから、吹付け面に到達せずに落下するリバウンドの低減を可能にする。

そのため、吹付け現場の作業環境を改善できること以外に、得られる硬化体の品質の安定性を図れるので、本発明は、経済的にも有利な吹付け環境を提供できる。

１・・・・コンクリートポンプ
２・・・・コンプレッサー
３・・・・急結剤添加機
４・・・・コンクリート圧送配管
５・・・・急結剤圧送配管
６・・・・圧縮空気配管（破線）
７・・・・ノズル
８・・・・吸引ホース
８ａ・・・・吸引ホース接続口
９・・・・集じん機
１０・・・・急結剤合流部
１１・・・・内側管
１２・・・・外側管
１３・・・・吸入口
Ｘ・・・・吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さ
Ｙ・・・・吸引ホース接続位置
Ｚ・・・・吸入口の位置
ａ・・・角度

Claims (12)

1. 吹付けセメントコンクリートを吐出するためのノズルが二重管構造を有し、内側管内は吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気とともに吹付けセメントコンクリートが通過する経路であり、内側管と外側管の間は、空気を吸引によって通過させる経路であり、内側管と外側管の間が平行な間隔を有する構造であり、外側管の絞り角ａが１８０〜２８０°であり、内側管の吐出側先端と外側管の吐出側先端の距離ｄが０〜０．１５ｍであることを特徴とするノズルを有し、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量以上であることを特徴とするセメントコンクリートの吹付けシステム。
2. 内側管の吐出側先端より外側管の吐出側先端が長いことを特徴とする請求項１記載のセメントコンクリートの吹付けシステム。
3. 外側管壁に吸入口を設けることを特徴とする請求項１又は２記載の吹付けシステム。
4. 集じん設備を有し、吸引ホース接続位置Ｙが０〜０．８ｍであり、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さＸが０．１〜０．８ｍであり、内側管の内径が８〜６０ｍｍであり、内側管外径と外側管内径の間の幅が３〜２０ｍｍであり、吸引風量が圧縮空気風量より１０ｍ ^３ ／ｍｉｎ以上大きく、圧縮空気風量が０．２〜２５ｍ ^３ ／ｍｉｎであり、セメントコンクリートの単位セメント量が３００〜６００ｋｇ／ｍ ^３ であり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３５〜８０％であり、細骨材率が５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のうちの１項記載のセメントコンクリートの吹付けシステム。
5. 吹付けセメントコンクリートに急結剤を合流し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量と急結剤を圧送する圧縮空気風量の合計以上であることを特徴とする請求項１〜４のうちの１項記載の吹付けシステム。
6. 吹付けセメントコンクリートに合流する急結剤が粉体状急結剤又は液状急結剤であり、急結剤の使用量がセメント１００質量部に対して、固形分換算で１〜２５質量部であることを特徴とする請求項５記載の吹付けシステム。
7. 内側管と外側管からなる二重管構造を有し、内側管内は吹付けセメントコンクリートを圧送する圧縮空気とともに吹付けセメントコンクリートが通過する経路であり、内側管と外側管の間は、空気を吸引によって通過させる経路であり、内側管と外側管の間が平行な間隔を有する構造であり、外側管の先端の絞り角ａが１８０〜２８０°であり、内側管の吐出側先端と外側管の吐出側先端の距離ｄが０〜０．１５ｍであるノズルを使用して吹付けセメントコンクリートを吐出し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量を、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量以上にすることを特徴とする吹付けセメントコンクリートの吹付け方法。
8. 内側管の吐出側先端より外側管の吐出側先端が長いことを特徴とする請求項７記載の吹付けセメントコンクリートの吹付け方法。
9. 外側管壁に吸入口を設けることを特徴とする請求項７又は８記載の吹付けセメントコンクリートの吹付け方法。
10. 吸引ホース接続位置Ｙが０〜０．８ｍであり、吸引ホース接続部から内側管吐出口先端までの長さＸが０．１〜０．８ｍであり、内側管の内径が８〜６０ｍｍであり、内側管外径と外側管内径の間の幅が３〜２０ｍｍであり、吸引風量が圧縮空気風量より１０ｍ ^３ ／ｍｉｎ以上大きく、圧縮空気風量が０．２〜２５ｍ ^３ ／ｍｉｎであり、セメントコンクリートの単位セメント量が３００〜６００ｋｇ／ｍ ^３ であり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３５〜８０％であり、細骨材率が５０％以上であり、集じん設備により、内側管と外側管の間から、空気を吸引し、通過させることを特徴とする請求項７〜９のうちの１項記載の吹付けセメントコンクリートの吹付け方法。
11. 吹付けセメントコンクリートに急結剤を合流して吐出し、かつ、内側管と外側管の間を通過する空気の吸引風量が、吹付けセメントコンクリートの圧縮空気風量と急結剤を圧送する圧縮空気風量の合計以上であることを特徴とする請求項７〜１０のうちの１項記載の吹付けセメントコンクリートの吹付け方法。
12. 吹付けセメントコンクリートに合流する急結剤が粉体状急結剤又は液状急結剤であり、急結剤の使用量がセメント１００質量部に対して、固形分換算で１〜２５質量部であることを特徴とする請求項１１記載の吹付けセメントコンクリートの吹付け方法。

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