JP7289459B2 - 透水性コンクリートの吹付工法 - Google Patents

Description

本発明は、透水性コンクリートの吹付工法及び透水性コンクリート吹付用ノズルユニットに関し、特に吹付工法でありながら微泡体の連続空隙によって高い透水性能を有するコンクリート層を構築可能な透水性コンクリートの吹付工法と、微泡体の空隙を保持したままコンクリート吹付材を施工面に吹付可能な透水性コンクリート吹付用ノズルユニットに関する。

岩盤斜面の風化抑制や侵食防止を目的として、コンクリート吹付工法が広く利用されており、特に近年では、多発する大規模な台風やゲリラ豪雨等に備えて、コンクリート層内の水をスムーズに排出し、コンクリート層と施工面の間の空洞の発生を抑制しクラックを防ぐ、多孔質の空隙を有する透水性コンクリートの吹付工法が採用されている。
従来技術の透水性コンクリートの吹付工法として、特許文献１及び２には、透水性を確保可能な粒径の骨材にセメントペーストをまぶした混練材料を施工面に吹き付けることで、高い空隙率を備えた透水性コンクリート（ポーラスコンクリート）を構築する技術が開示されている。

特開２０００－２８２４７６号公報 特開２００４－１００４０３号公報

従来技術には以下の課題がある。
＜１＞高圧で噴射したコンクリート吹付材が高速で施工面上に打ち重なることで、施工面上に吹付けたコンクリート吹付材が、（特に下層において）圧密されて内部の空隙が潰れてしまう。このため、コンクリート層の空隙率が低く、十分な透水性能を発揮することができない。
＜２＞コンクリート吹付材を施工面に対し高圧で噴射することで、コンクリート吹付材内の材料が分離してリバウンド（跳ね返り）が生じやすい。リバウンドの発生によって、コンクリート層にリバウンド材が混入することで、コンクリート層の品質が低下する。また、リバウンド量だけ材料の浪費となるため、材料コストが嵩む。更に、リバウンド材の廃棄費用も高額となる。
＜３＞混和剤をコンクリート吹付材の混練の時点で添加すると、圧送時にプラグ体が形成されにくくなることで圧送能力が低下し、施工性が著しく低下する。一方、圧送能力を維持するために、混和剤を吹付ノズル内やデリバリーホース内で添加すると、混和剤が塊状に圧送されるコンクリート吹付材の表面にしか付着しないため、混和剤によって期待される機能を十分に発揮することができない。

本発明は、以上の従来技術の課題を解決するための、透水性コンクリートの吹付工法及び透水性コンクリート吹付用ノズルユニットを提供することを目的とする。

本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、吹付装置によって、セメント、骨材、及び水を混練してなるコンクリート吹付材を吹付ノズルから施工面へ噴射する、噴射工程と、噴射工程と並行して、吹付ノズル先端側の気中に複数の微泡体を噴霧する、噴霧工程と、を備え、気中に噴霧した複数の微泡体内に、噴射したコンクリート吹付材を潜らせることで、施工面に付着したコンクリート吹付材の内部に、微泡体による連続空隙を形成せしめたことを特徴とする。
この構成によれば、吹付ノズル外においてプラグ体が破壊された状態のコンクリート吹付材に微泡体が満遍なく混和し、小塊となったコンクリート吹付材の表面を微泡体で包み込むことで、施工面への吹付け時に微泡体がクッション材となってコンクリート吹付材のリバウンドや圧密を低減することができる。また、微泡体がコンクリート層内で気体となって消失する際に、コンクリート層内に連続空隙を形成することで、吹付工法によって高い透水性能のコンクリート層を造成することができる。

本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、噴霧工程において、吹付ノズルに外設した噴霧ノズルに気泡剤を圧送することによって、噴霧ノズルから微泡体を噴霧してもよい。
この構成によれば、コンクリート吹付材の噴射と同時に、簡易な操作でもって正確に微泡体を噴霧することができる。

本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、気泡剤が、界面活性剤溶液であってもよい。
この構成によれば、安価で入手が容易な界面活性剤溶液によって微泡体を生成することができる。

本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、噴霧工程において、気泡剤に急結剤を混和してもよい。
この構成によれば、コンクリート吹付材の硬化を促進し、気泡が抜ける前に硬化させることで、コンクリート層の高い空隙率を確保することができる。

本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、噴射工程において、コンクリート吹付材に二液反応型増粘剤の第一液を混和し、噴霧工程において、気泡剤に二液反応型増粘剤の第二液を混和してもよい。
この構成によれば、コンクリート吹付材の粘性を高めることによって、吹付によるリバウンドを更に低減することできる。

本発明の透水性コンクリート吹付用ノズルユニットは、ノズル基端側の単一径の小径管と、ノズル先端側の単一径の大径管と、小径管と大径管の間に構成される段差部と、を有する吹付ノズルと、吹付ノズルに外設した噴霧ノズルと、を備え、噴霧ノズルによる噴霧方向が、吹付ノズルの外部先端側を向くことを特徴とする。
この構成によれば、段差部で吹付ノズルの管内を減圧することで、コンクリート吹付材の吹付速度を低下して、施工面への吹付によるコンクリート吹付材の圧密やリバウンドを低減させることができる。また、減圧によってプラグ体が破壊され小塊となったコンクリート吹付材を微泡体や霧状の混和剤の内部に潜らせることで、微泡体や混和剤をコンクリート吹付材の内部までムラなく混和させることができる。

本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、次の効果の少なくともひとつを備える。
＜１＞コンクリート吹付材の内部に無数の微泡体を噴霧することで、施工面への吹付け後、この微泡体がコンクリート吹付材の内部で気体となって消失し、これに伴ってコンクリート層内に微細な連続空隙が形成される。これによって、透水性能の高いコンクリート層を、吹付工法によって容易に施工することができる。
＜２＞小塊状になったコンクリート吹付材の表面を、噴霧ノズルから噴射した無数の微泡体で被覆することで、吹付け時にこの微泡体がコンクリート吹付材のクッション材となり、リバウンド量を低減させることができる。

本発明のノズルユニットは、次の効果の少なくともひとつを備える。
＜１＞吹付ノズルの段差部においてノズル内を急激に減圧し、コンクリート吹付材の吹付速度を減速することで、コンクリート吹付材の圧密による空隙率の低下やリバウンドの発生を抑制することができる。
＜２＞吹付ノズルの段差部で小塊状に破砕したコンクリート吹付材を、噴霧ノズルから噴射した無数の微泡体又は霧状の混和剤の内部に潜らせることで、微泡体や混和剤をコンクリート吹付材全体にムラなく付着させることができる。これによって、吹付装置による圧送能力を損なうことなく、混和剤に期待される機能を十分に発揮することができる。
＜３＞構造が簡単で操作しやすいため、導入コストが安価で作業性が高い。

本発明に係る透水性コンクリートの吹付工法のフロー図。 本発明に係る透水性コンクリート吹付用ノズルユニットの説明図。 噴射工程及び噴霧工程に係るイメージ図。 プラグ輸送方式及び浮遊輸送方式のイメージ図。

以下、図面を参照しながら本発明の透水性コンクリートの吹付工法及び透水性コンクリート吹付用ノズルユニットについて、詳細に説明する。なお、本発明において「コンクリート」とはモルタルを含む意味で用いる。
説明の便宜上、透水性コンクリート吹付用ノズルユニット、透水性コンクリートの吹付工法の順に記載する。

[ノズルユニット]
＜１＞全体の構成（図２）。
本発明のノズルユニット１０は、透水性コンクリートの吹付工法において、吹付装置１に付設する先端ユニットである。
ノズルユニット１０は、吹付ノズル１１と、吹付ノズル１１に外設した噴霧器１２と、を少なくとも備える。
吹付ノズル１１と噴霧器１２とを連結手段１３で連結する。
本例では連結手段１３として噴霧器１２の取付金具を採用する。ただし連結手段１３はこれに限らず、例えば吹付ノズル１１の外周に噴霧器１２を直接溶接してもよい。

＜２＞吹付ノズル。
吹付ノズル１１は、コンクリート吹付材Ａを噴射するノズルである。
吹付ノズル１１は、吹付装置１の圧送ホースの先端に付設する。
吹付ノズル１１は、ノズル先端側の単一径の大径管１１ａと、ノズル基端側の単一径の小径管１１ｂと、を備える。
大径管１１ａの内径は小径管１１ｂの内径より大きく、大径管１１ａと小径管１１ｂの間には段差部１１ｃが構成される。
本例では大径管１１ａの内径を、小径管１１ｂの内径の２倍とする。本例の場合、段差部１１ｃを挟んで、大径管１１ａの内空の断面積が、小径管１１ｂの内空の断面積の４倍となる。
本発明のノズルユニット１０は、吹付ノズル１１が、大径管１１ａと小径管１１ｂの内径差による減圧機能を有する点に一つの特徴を有する。吹付ノズル１１の減圧機能については後述する噴射工程Ｓ３１の項で説明する。

＜３＞噴霧器。
噴霧器１２は、吹付ノズル１１のノズル外に微泡体Ｃを噴霧する部材である。
噴霧器１２は、噴霧管１２ａと、噴霧管１２ａの先端に付設した噴霧ノズル１２ｂと、を少なくとも有する。
本例では噴霧管１２ａを吹付ノズル１１と略平行に配向した後、先端を曲折し、噴霧ノズル１２ｂの噴射方向を吹付ノズル１１の吐出口の先端側に向けて、両者を連結手段１３によって連結する。
噴霧管１２ａの基端は、タンク、コンプレッサ、ホース等を備えた公知の噴霧装置と接続する。

＜３．１＞噴霧ノズル。
噴霧ノズル１２ｂは、気泡剤Ｂ１から微泡体Ｃを生成して噴霧する部材である。
噴霧ノズル１２ｂは、噴霧管１２ａと連結し、噴霧管１２ａ内から圧送されてくる気泡剤Ｂ１を霧状に噴出すると共に周囲の空気と混合して、微細なバブル状の微泡体Ｃを生成する。
また、噴霧ノズル１２ｂは、気泡剤Ｂ１以外の噴霧液Ｂを霧状に噴霧することもできる。このような噴霧ノズル１２ｂの構造は公知なのでここでは詳述しない。
噴霧ノズル１２ｂの吐出口の延伸方向と、吹付ノズル１１の吐出口の延伸方向とは交角ｌを構成する。本例では、交角ｌを約６０°に設定する。
交角ｌは５°～９０°の範囲から選択することができるが、交角ｌが大きすぎると、吹付ノズル１１から噴射するコンクリート吹付材Ａによって微泡体Ｃが早期に破壊され、コンクリート吹付材Ａに空隙を保持させることができなくなってしまう。
一方、交角ｌが小さすぎると、コンクリート吹付材Ａの噴射によって微泡体Ｃが弾かれ、コンクリート吹付材Ａを微泡体Ｃ内に潜らせることができなくなる。
以上より、交角ｌは、３０°～８０°の範囲内にあることが望ましい。

＜３．２＞噴霧ノズルを吹付ノズルの外側に向けた理由。
従来技術では、吹付ノズルの内部、又は吹付ノズル近傍のデリバリーホース内で、混和剤（材）をコンクリート吹付材に添加していた。
これは、コンクリート吹付材が圧送される際、高圧の圧縮空気（５ｋｇ／ｃｍ^２～８ｋｇ／ｃｍ^２の高圧）によって混和剤も吹き飛ばされることで噴霧と同様の作用が生じると考えていたからである。
しかし実際には、混和剤は塊状となったコンクリート吹付材の表面に付着するのみであって、内部までは侵入しないため、その付着率は低く、混和剤の効果も限定的であった。
これに対し、本発明のノズルユニット１０は、噴霧器１２の噴霧ノズル１２ｂを吹付ノズル１１の吐出口の外側に向けて設置することで、吹付ノズル１１の減圧効果によってプラグ体が崩壊し小塊状になったコンクリート吹付材Ａを、気中に噴射した微泡体Ｃや霧状の噴霧液Ｂの内部に潜らせることができる。
これによって、微泡体Ｃや噴霧液Ｂを、コンクリート吹付材Ａの小粒子一つ一つの表面に付着させることができるため、微泡体Ｃや噴霧液Ｂの付着率が極めて高い。

[透水性コンクリートの吹付工法]
＜１＞全体の構成（図１）。
本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、高い透水性能を有するコンクリート層を吹付によって形成可能な工法である。
本例では、湿式工法について説明する。
本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、コンクリート吹付材Ａを吹付ノズル１１へプラグ圧送する圧送工程Ｓ２と、コンクリート吹付材Ａを施工面に向かって噴射する噴射工程Ｓ３１と、噴射したコンクリート吹付材Ａに微泡体Ｃを噴霧する噴霧工程Ｓ３２と、を少なくとも備える。
噴射工程Ｓ３１と噴霧工程Ｓ３２とは、並行して行う。
本例では、圧送工程Ｓ２の前工程である混練工程Ｓ１から説明する。
吹付の対象である施工面は予め清掃を行い、根株や浮石、土砂を除去しておく。

＜２＞混練工程。
混練工程Ｓ１は、セメント及び骨材に水を添加して混練し、コンクリート吹付材Ａを生成する工程である。
本例では、セメントとして普通ポルトランドセメント、骨材として７号砕石を採用する。但しこれに限らず適宜の材料を採用することができる。
骨材をホッパーに投入し、これをベルトコンベアによって計量ミキサーへ運搬し、ミキサー内で、セメント、骨材、及び水を混合撹拌することで、コンクリート吹付材Ａを得る。
なお、コンクリート吹付材Ａの配合や混練の手順は公知なのでここでは詳述しない。

＜３＞圧送工程。
圧送工程Ｓ２は、コンクリート吹付材Ａを吹付ノズル１１へ圧送する工程である。
コンクリート吹付材Ａを、ミキサーから吹付装置１のタンク内に搬送する。
続いて、タンク内のコンクリート吹付材Ａを、吹付ノズル１１側にプラグ圧送する。
プラグ圧送とは、輸送管内の連続粉粒体を一定長の群体（プラグ体）に分割し、プラグ体間に圧縮空気を介在させつつ移動させる空気圧送方式である（図４）。
圧送ホース内のコンクリート吹付材Ａを圧縮空気によって塊状のプラグ体に分割し、圧縮空気と交互に吹付ノズル１１へ送り出す。

＜４＞噴射工程（図３）。
噴射工程Ｓ３１は、コンクリート吹付材Ａを施工面に向けて噴射する工程である。
圧送ホース内をプラグ状態で圧送されたコンクリート吹付材Ａが、吹付ノズル１１内の小径管１１ｂから大径管１１ａに入ると、段差部１１ｃで管内の断面積が４倍に急拡大することで、管内が急激に減圧される。
これによって、コンクリート吹付材Ａの吹付速度が急減すると共に、コンクリート吹付材Ａのプラグ体が破壊され、コンクリート吹付材Ａは概ね直径１０ｍｍ～３０ｍｍ程度の小塊となって吹付ノズル１１の外側に噴射される。
吹付速度の低下によって、施工面への高速吹付によるコンクリート吹付材Ａの圧密を防ぎ、コンクリート層の空隙率を維持することが可能となる。

＜５＞噴霧工程（図３）。
噴霧工程Ｓ３２は、コンクリート吹付材Ａに微泡体Ｃを噴霧する工程である。
噴霧装置のタンク内から噴霧ノズル１２ｂへ、噴霧液Ｂをポンプ圧送する。
噴霧液Ｂは、少なくとも気泡剤Ｂ１を含む。
本例では、気泡剤Ｂ１として 濃度２質量％の界面活性剤溶液を採用する。なお、微泡体Ｃの大きさ及び持続性の面から、界面活性剤溶液の濃度は、概ね３質量％～３０質量％とするのが望ましい。
界面活性剤には合成界面活性剤系、樹脂石鹸系、蛋白系等があるが、いずれかに限定されるものではなく、溶液の溶媒も限定されない。要は噴霧ノズル１２ｂの噴霧性能との組み合わせによって、微細な微泡体Ｃを噴霧可能な種類及び濃度であればよい。ここで「微細」とは微泡体Ｃの直径が概ね５ｍｍ以下であることを意味する。
噴霧器１２の噴霧ノズル１２ｂから、コンクリート吹付材Ａに対して微泡体Ｃを噴霧して付着させる。
詳細には、噴霧ノズル１２ｂから吹付ノズル１１先端側の気中に微泡体Ｃを噴霧する。すると、噴射工程Ｓ３１によって、吹付ノズル１１の吐出口から噴射されたコンクリート吹付材Ａが、噴霧された無数の微泡体Ｃの内部を潜ることによって、コンクリート吹付材Ａに微泡体Ｃが付着する。
この際、コンクリート吹付材Ａはプラグ体が炸裂した直径１０ｍｍ～３０ｍｍ程度の小塊となっているため、噴射軌道上に浮遊する微泡体Ｃが、コンクリート吹付材Ａの小塊の表面に満遍なく付着することで、微泡体Ｃの付着率が大幅に高まる。
以上のように、噴射工程Ｓ３１と噴霧工程Ｓ３２とを並行しつつ、微泡体Ｃの中に潜らせたコンクリート吹付材Ａを施工面へ噴射し、所定の厚さまでコンクリート吹付材Ａを吹き付ける。

＜６＞リバウンドの低減効果。
本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、吹付速度の減速作用及び微泡体Ｃのクッション作用によって、従来技術に比べてリバウンドの発生量を大幅に低減することができる。
すなわち、吹付ノズル１１の段差部１１ｃにおいて、コンクリート吹付材Ａの吹付速度を減速することで、施工面に対するコンクリート吹付材Ａの高速吹付けによるリバウンドの発生を抑止することができる。
また、小塊状になったコンクリート吹付材Ａの表面を無数の微泡体Ｃで被覆し、微泡体Ｃをクッション材として機能させることで、コンクリート吹付材Ａのリバウンド量を低減させることができる。

＜７＞連続空隙の形成。
施工面に吹付けたコンクリート吹付材Ａによって、施工面上にコンクリート層が構築される。
このコンクリート層は、吹付け時にコンクリート吹付材Ａの内部に取り込んだ微泡体Ｃが消滅して気体になるのに伴って、層内に微細な連続空隙が形成される。
コンクリート吹付材Ａが硬化することによって、内部に無数の連続空隙を備えた透水性能の高いコンクリート層が形成される。

[乾式工法の例]
本発明の透水性コンクリートの吹付工法は、乾式工法としても実施可能である。
本例では、混練工程Ｓ１において、セメントと骨材を混練して混練体を生成し、圧送工程Ｓ２において、混練体を浮遊輸送方式で吹付ノズル１１へ圧送し、吹付ノズル１１内で水を会合させることで、コンクリート吹付材Ａを生成する。
その他の工程は湿式工法と同様である。

[急結剤を混和する例]
本例では、噴霧液Ｂとして気泡剤Ｂ１に急結剤Ｂ２を混和する。
急結剤Ｂ２は、水溶性アルミニウム塩を主成分とするアルカリフリーの急結剤が至適である。ただし急結剤Ｂ２の種類はこれに限られない。
噴霧工程Ｓ３２において、噴霧液Ｂを噴霧ノズル１２ｂに圧送すると、噴霧ノズル１２ｂから、気泡剤Ｂ１による微泡体Ｃと急結剤Ｂ２が同時に噴霧される。
本例の場合、急結剤Ｂ２の急結機能によって、施工面に吹付けたコンクリート吹付材Ａが３分から５分程度で硬化を始める。
これによって、微泡体Ｃによってコンクリート吹付材Ａの内部に導入した連続空隙が時間の経過によって抜ける前にコンクリート吹付材Ａ硬化させることができるため、コンクリート層の内部に連続空隙を確実に捕捉して、高い空隙率を維持することができる。

[二液反応型増粘剤を混和する例]
本例では、第一液Ｂ３１及び第二液Ｂ３２の組合せからなる、二液反応型増粘剤Ｂ３を使用する。
二液反応型増粘剤Ｂ３は、別々に圧送した二種類の液剤をノズル付近で会合させることで増粘機能を発現する混和剤である。本例では二液反応型増粘剤Ｂ３として、アルキルアリルスルホン酸塩系増粘剤（第一液Ｂ３１）と、アルキルアンモニウム塩系増粘剤（第二液Ｂ３２）の組合せを採用する。この二液反応型増粘剤Ｂ３は、例えば花王株式会社の「ビスコトップ（登録商標）」として入手することができる。
本例では、混練工程Ｓ１において、コンクリート吹付材Ａに第一液Ｂ３１を混和し、噴霧液Ｂに第二液Ｂ３２を混和する。
噴霧工程Ｓ３２において、噴霧ノズル１２ｂによってコンクリート吹付材Ａに噴霧液Ｂを噴霧することで、コンクリート吹付材Ａ内の第一液Ｂ３１と、噴霧液Ｂ内の第二液Ｂ３２とが会合する。
これによって、コンクリート吹付材Ａが高い粘性を有する弾性体となり、吹付の圧力による反発力を吸収して安定して施工面に付着することで、吹付によるリバウンドロスを大幅に減量することができる。
また、二液反応型増粘剤Ｂ３を別経路で圧送してノズル外で会合させる構成であるため、コンクリート吹付材Ａが圧送時に粘性を有さず、スムーズに圧送できる。

１ 吹付装置
１０ ノズルユニット
１１ 吹付ノズル
１１ａ 大径管
１１ｂ 小径管
１１ｃ 段差部
１２ 噴霧ノズル
１２ａ 噴霧管
１２ｂ 噴霧ノズル
１３ 連結手段
Ａ コンクリート吹付材
Ｂ 噴霧液
Ｂ１ 気泡剤
Ｂ２ 急結剤
Ｂ３ 二液反応型増粘剤
Ｂ３１ 第一液
Ｂ３２ 第二液
Ｃ 微泡体
ｌ 交角
Ｓ１ 混練工程
Ｓ２ 圧送工程
Ｓ３１ 噴射工程
Ｓ３２ 噴霧工程

Claims (5)

1. ノズル基端側の単一径の小径管と、ノズル先端側の単一径の大径管と、前記小径管と前記大径管の間に構成される段差部と、を有する吹付ノズルと、前記吹付ノズルに外設した噴霧ノズルと、を備え、前記噴霧ノズルによる噴霧方向が、前記吹付ノズルの外部先端側を向くノズルユニットを用いる、透水性コンクリートの吹付工法であって、
   吹付装置によって、セメント、骨材、及び水を混練してなるコンクリート吹付材を前記吹付ノズルへ圧送し、前記段差部において管内を減圧させつつ前記コンクリート吹付材を施工面へ噴射する、噴射工程と、
   前記噴射工程と並行して、前記噴霧ノズルに気泡剤を圧送することによって、前記吹付ノズルの吐出口前方の気中に複数の微泡体を噴霧する、噴霧工程と、を備え、
   前記吹付ノズルの吐出口前方の気中に噴霧した前記複数の微泡体内に、前記吹付ノズルから噴射した前記コンクリート吹付材を潜らせることで、前記施工面に付着した前記コンクリート吹付材の内部に、前記微泡体による連続空隙を形成せしめたことを特徴とする、
   透水性コンクリートの吹付工法。
2. 前記噴霧ノズルの吐出口の延伸方向と、前記吹付ノズルの吐出口の延伸方向が、３０°～８０°の交角で交差することを特徴とする、請求項１に記載の透水性コンクリートの吹付工法。
3. 前記気泡剤が、界面活性剤溶液であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の透水性コンクリートの吹付工法。
4. 前記噴霧工程において、前記気泡剤に急結剤を混和したことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の透水性コンクリートの吹付工法。
5. 前記噴射工程において、前記コンクリート吹付材に二液反応型増粘剤の第一液を混和し、前記噴霧工程において、前記気泡剤に二液反応型増粘剤の第二液を混和したことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の透水性コンクリートの吹付工法。

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