JP4732122B2 - 吹付け材料及び吹付け工法 - Google Patents

Description

本発明は、主に土木分野で使用される吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法に関する。

従来、急結剤をコンクリートに混合した急結性コンクリートを吹き付ける工法が用いられている（特許文献１、特許文献２参照）。

しかしながら、急結性コンクリートを使用しても吹付け面からコンクリートがはねかえる割合（リバウンド率）は少なくなく、さらに低減することが求められていた。

国際公開第ＷＯ０１／０６０７６０号パンフレット 特開平１１−７９８１８号公報

本発明は、セメントと急結剤と炭酸カルシウムを予め含有したセメント組成物と特定の液体急結剤を使用し、吹付けコンクリートのリバウンド率を低減できる付け材料及びそれを用いた吹付け工法を提供する。

本発明は、セメントと粉体急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤とを含有してなる吹付け材料であり、粉体急結剤がカルシウムアルミネート及び／又は硫酸アルミニウムである該吹付け材料であり、硫酸アルミニウムが無水物である該吹付け材料であり、炭酸カルシウムのブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上である該吹付け材料であり、液体急結剤が、さらに、フッ素を含有してなる該吹付け材料であり、セメントと急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤と、を吹付け直前で混合し、吹付けることを特徴とする吹付け工法であり、セメントと粉体急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤と、骨材と水の混合物と、を吹付け直前で混合し、吹付けることを特徴とする吹付け工法であり、粉体急結剤がカルシウムアルミネート及び／又は硫酸アルミニウムである該吹付け工法であり、硫酸アルミニウムが無水物である該吹付け工法であり、炭酸カルシウムのブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上である該吹付け工法であり、液体急結剤が、さらに、フッ素を含有してなる該吹付け工法である。

本発明によって、吹付けコンクリートのリバウンド率を低減できるという効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明でいうコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの総称である。また、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準である。

本発明のセメントは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、中庸熱、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、及び石灰石微粉末を混合した各種混合セメント等のいずれも使用可能である。混合セメントにおける混合物とセメントの割合は特に限定されるものではなく、これら混和材をＪＩＳで規定する以上に混合したものも使用可能である。

本発明の急結剤は、初期にコンクリートの凝結を起こさせるものであれば特に制限されるものではなく、一般に市販されている粉体急結剤が使用可能である。例えば、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属硫酸塩、硫酸アルミニウム、ミョウバン、及びケイ酸塩等が使用可能である。これらの中では、カルシウムアルミネート及び／又は硫酸アルミニウムが好ましく、輸送性の点で、硫酸アルミニウムが好ましい。

本発明の硫酸アルミニウムは、Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・ｎＨ_２Ｏの化学式を持ち、Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・１４〜１８Ｈ_２Ｏ、Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・８Ｈ_２Ｏ、硫酸アルミニウム無水物等が使用可能であるが、急結性の点で、ｎは１０以下であることが好ましく、急結性とセメント組成物の輸送性の点で、硫酸アルミニウム無水物が好ましい。

本発明の急結剤の使用量は、コンクリート中のセメント１００部に対して、２〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。２部未満では、優れた急結性状が得られず、リバウンド率が大きくなる場合があり、２０部を超えると、コンクリートの粘性が高くなり、セメント組成物の輸送性やコンクリートの圧送性が悪くなる場合がある。

本発明の炭酸カルシウムは、通常市販されているものが使用できる。炭酸カルシウムの比表面積は、セメント組成物の輸送性の点で、６０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、８０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。

本発明の炭酸カルシウムの使用量は、コンクリート中のセメント１００部に対して、５〜４０部が好ましく、１０〜３０部がより好ましい。５部未満では、セメント組成物の急結性の低下を抑制できず、セメント組成物の輸送性が得られなくなる場合があり、４０部を超えると、強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明の液体急結剤は、アルミニウムとイオウとアルカリ金属と水と必要に応じてフッ素を含有する。

液体急結剤の製造方法としては特に限定されるものではなく、硫酸アルミニウム、各種ミョウバン、水酸化アルミニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、硫酸、天然又は合成の氷晶石、フッ化ナトリウム、及びフッ化アルミニウムなどを用いて合成することが可能である。

液体急結剤中のアルミニウムとイオウとアルカリ金属の含有割合は、アルミニウムがＡｌ_２Ｏ_３換算で７〜１２部、イオウがＳＯ_３換算で１６〜２２部、アルカリ金属がＲ_２Ｏ換算（Ｒはナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を示す）で０．４〜６部であることが好ましく、アルミニウムがＡｌ_２Ｏ_３換算で８〜１０部、イオウがＳＯ_３換算で１７〜２０部、アルカリ金属がＲ_２Ｏ換算で１〜４部であることがより好ましい。

液体急結剤がフッ素を含有する場合、液体急結剤中のアルミニウムとイオウとアルカリ金属とフッ素の含有割合は、アルミニウムがＡｌ_２Ｏ_３換算で７〜１２部、イオウがＳＯ_３換算で１６〜２２部、アルカリ金属がＲ_２Ｏ換算で０．４〜６部、フッ素が０．５〜７部であること好ましく、アルミニウムがＡｌ_２Ｏ_３換算で８〜１０部、イオウがＳＯ_３換算で１７〜２０部、アルカリ金属がＲ_２Ｏ換算で１〜４部、フッ素が１〜５部であることがより好ましい。

液体急結剤中の固形分の濃度は、２０〜６０％であることが好ましく、２５〜５０％であることがより好ましい。２０％未満では優れた急結性状が得られない場合があり、６０％を超えると液の粘性が高く、ポンプでの庄送性が悪くなる場合がある。

アルミニウム、イオウ、ナトリウム、及び必要に応じて使用するフッ素の溶解方法は特に限定されるものではなく、通常の方法でよいが、溶解のしやすさから溶解温度を高くすることが好ましく、通常は２０〜９０℃以上が好ましい。

本発明の液体急結剤は、酸性であることが好ましく、ｐＨで６以下がより好ましい．

本発明の液体急結剤の形態は液状又は懸濁液を含む。

本発明の液体急結剤の使用量は、コンクリート中のセメント１００部に対して、５〜１５部が好ましく、７〜１２部がより好ましい。５部未満では、優れた急結性状が得られなくなる場合があり、１５部を超えると、長期強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明の水／セメント（Ｗ／Ｃ）比は、３５〜６０％が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。

本発明では、前記各材料や、砂や砂利等の骨材の他に、錯体形成剤、シリカ質粉末、減水剤、ＡＥ剤、増粘剤、及び繊維等の混和材又は混和剤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。

本発明の法面やトンネルヘの吹付け工法としては、一般的に行われている乾式、湿式のいずれの吹付け工法も可能である。粉塵の発生量が少ない点で、湿式吹付け工法が好ましい。

本発明は、セメントと急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤とを吹付け直前で混合し、吹付ける。

例えば、骨材と水を予め混合し、得られた混合物と、セメント組成物と、液体急結剤と、を一括混合して吹付けてもよく、骨材と水を予め混合し、得られた混合物を圧送し、圧送途中でセメント組成物を混合し、その後に液体急結剤を混合して吹付けもよい。

本発明の吹付け工法においては、従来の吹付け設備等の使用が可能である。吹付け設備は、吹付けが充分に行なわれれば特に限定されるものではない。例えば、骨材と水の混合物の圧送には、アリバ社製商品名「アリバ２８０」等が、セメント組成物の圧送には、ちよだ製作所製商品名「ナトムクリート」等が、液体急結剤の圧送には、有光工業社製商品名「ＴＡ−３ＤＸ、３Ｈ」等が、使用できる。

セメント１００部と炭酸カルシウムＡ２０部と表１に示す量の急結剤ａを予め配合したセメント組成物を、温度２０℃、相対湿度９０％で調製した。
その後、セメント組成物／砂が１／３、Ｗ／Ｃが５０％の配合を用い、減水剤を使用してモルタルフロー２００ｍｍのモルタルを調製した。調製したモルタル中のセメント１００部に対して、液体急結剤１０部を混合して型枠内に詰め込み、試験環境温度２０℃、相対湿度９０％で、凝結時間、モルタル圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。

＜使用材料＞
液体急結剤ア：硫酸アルミニウム８水塩（和光純薬工業社製、試薬１級品）と水酸化ナトリウム（和光純薬工業社製、試薬１級品）を、液体急結剤１００部中、Ａｌ_２Ｏ_３；８部、ＳＯ_３；２０部、Ｎａ_２Ｏ；２部になるよう計算して混合し、得られた混合物と水をボールミルで混合し、８０℃で３時間攪拌し、固形分濃度４５％にしたもの。ｐＨは６以下。
液体急結剤イ：硫酸アルミニウム８水塩（和光純薬工業社製、試薬１級品）と水酸化ナトリウム（和光純薬工業社製、試薬１級品）と氷晶石（和光純薬工業社製、試薬１級品）を、液体急結剤１００部中、Ａｌ_２Ｏ_３；８部、ＳＯ_３；２０部、Ｎａ_２Ｏ；２部、フッ素；２部になるよう計算して混合し、得られた混合物と水をボールミルで混合し、８０℃で３時間攪拌し、固形分濃度４５％にしたもの。ｐＨは６以下。
セメント：普通ポルトランドセメント、比重３．１５、市販品、ブレーン比表面積３２００ｃｍ^２／ｇ
細骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、５ｍｍ下、比重２．６２
急結剤ａ：粉体、硫酸アルミニウム無水物（和光純薬工業社製、試薬１級品）
炭酸カルシウムＡ：市販品を粉砕したもの、ブレーン比表面積８０００ｃｍ^２／ｇ
水：飲料水
減水剤：市販品、ポリエチレングリコール系

＜測定方法＞
モルタルフロー：モルタルをＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に準じて測定。
凝結時間：急結性モルタルを土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格（ＪＳＣＥ−Ｄ １０２−２００１） 附属書」に準じて測定。
モルタル圧縮強度：急結性モルタルを土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格（ＪＳＣＥ−Ｄ １０２−２００１）」に準じて測定。

表１から、本発明の吹付け材料では、急結剤として硫酸アルミニウムを予め配合したセメント組成物を使用すると、急結性、圧縮強度が良好な結果を示すことが分かる。液体急結剤にフッ素を含有させると、さらに、急結性、圧縮強度が良い結果を示した。

温度２０℃、相対湿度９０％、細骨材１０１４ｋｇ／ｍ^３、粗骨材６８６ｋｇ／ｍ^３、水２０３ｋｇ／ｍ^３の配合で試験した。細骨材、粗骨材、及び水からなる混合物を、吹付け圧力０．４ＭＰａ、吹付け速度８ｍ^３／ｈの条件下で、アリバ社製商品名「アリバ２８０」により圧送した。次いで、この混合物の圧送途中に設けたＹ字管の一方から、セメント１００部と炭酸カルシウムＡ２０部と表２に示す量の急結剤ａを予め配合したセメント組成物を、圧送圧力０．５ＭＰａ、吹付け速度１．５ｍ^３／ｈの条件下で、ちよだ製作所製商品名「ナトムクリート」により加えて、吹付けコンクリートとし、この吹付けコンクリートを圧送した。吹付けコンクリートの圧送途中で、さらにＹ字管を設け、Ｙ字管の一方から、液体急結剤イをセメント１００部に対して、１０部になるように、圧送圧力０．５ＭＰａの条件下で、有光工業社製商品名「ＴＡ−３ＤＸ、３Ｈ」により加えていき、急結性吹付けコンクリートとし、この急結性吹付けコンクリートの吹付け施工を実施し、圧送性、リバウンド率、粉塵量、コンクリート圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。

＜使用材料＞
粗骨材：新潟県青海町産石灰砂利、表乾状態、Ｇｍａｘ１０mm、比重２．６６

＜測定方法＞
スランプ：コンクリートをＪＩＳ Ａ １１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準じて測定。
圧送性：吹付け施工での圧送状態を目視した。急結性吹付けコンクリートが脈動なく吹付け可能な場合を良とし、若干脈動が見られる場合を可とし、脈動が相当目立つ場合を不可とした。
コンクリート圧縮強度：日本道路公団規格ＪＨＳ ７０２−１９９２「吹付コンクリートの初期強度試験」に準じて測定。調整した急結性吹付コンクリートを吹付けした。材齢１時間は幅２５ｃｍ×長さ２５ｃｍのプルアウト型枠供試体を使用し、プルアウト型枠表面からピンを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／（供試体接触面積）の式から圧縮強度を算出した。材齢１日以降はＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて測定。幅５０ｃｍ×長さ５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの型枠から採取した直径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。
リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを１０ｍ^３／ｈの圧送速度で１０分間、鉄板でアーチ状に作成した高さ３．５ｍ、幅２．５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、（リバウンド率）＝（模擬トンネルに付着せずに落下した急結性吹付けコンクリートの量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性吹付けコンクリートの量）×１００（％）で算出した。
粉塵量：装置名：柴田科学社製「Ｐ−５Ｌ」を用いて測定。急結性吹付けコンクリートを１０ｍ^３／ｈの圧送速度で１０分間、模擬トンネルに吹付けた。その後、吹付け場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定した。

表２から、本発明の吹付け工法では、リバウンド率、粉塵量、圧縮強度が良好な結果を示すことが分かる。また、急結剤として硫酸アルミニウムを適量使用すると圧送性が良好な結果を示した。

セメント１００部と表３に示す急結剤１０部と炭酸カルシウムを予め配合したセメント組成物を使用したこと以外は、実施例２と同様に実施し、輸送性、コンクリート圧縮強度を測定した。結果を表３に示す。

＜使用材料＞
急結剤ｂ：粉体、硫酸アルミニウム８水塩（和光純薬工業社製、試薬１級品）
炭酸カルシウムＢ：市販品を粉砕したもの、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ

＜測定方法＞
輸送性：吹付け施工でのセメント組成物の輸送状態と、吹付け施工後の「ナトムクリート」のローター羽根の状態を目視した。吹付け施工中にセメント組成物が脈動なく輸送可能であり、吹付け施工後にローター羽根にセメント組成物が付着しない場合を良とし、若干脈動が見られるものの輸送可能であり、ローター羽根にセメント組成物が若干付着する場合を可とし、ローター羽根にセメント組成物がかなり付着し、セメント組成物を輸送できない場合を不可とした。

表３から、本発明の吹付け材料では、炭酸カルシウムを使用することにより、セメント組成物の輸送性が良好な結果を示すことが分かる。しかし、炭酸カルシウムが多いと圧縮強度が低下する傾向を示した。
炭酸カルシウムのブレーン比表面積が大きいと、セメント組成物の輸送性が良好な結果を示した。また、急結剤として硫酸アルミニウムが無水物だと、含水物よりも、セメント組成物の輸送性が良好な結果を示した。

セメント１００部と表４に示す炭酸カルシウムＡと急結剤１０部を予め配合した後、温度２０℃、相対湿度９０％で、表４に示す期間貯蔵したセメント組成物を使用し、液体急結剤イを使用したこと以外は、実施例１と同様に実施し、凝結時間、モルタル圧縮強度を測定した。結果を表４に示す。

＜使用材料＞
急結剤ｃ：粉体、カルシウムアルミネート、非結晶質、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、ブレーン比表面積５９００ｃｍ^２／ｇ

表４から、本発明の吹付け材料では、炭酸カルシウムを使用すると、急結剤を予め配合してから３０日以上保存したセメント組成物を使用しても、セメント組成物の急結性の低下を抑制でき、急結性、圧縮強度が良好な結果を示すことが分かる。また、急結剤として硫酸アルミニウムがカルシウムアルミネートよりも、９０日保存後の急結性、圧縮強度が良好な結果を示した。

セメント１００部と表５に示す炭酸カルシウムＡと急結剤１０部を予め配合した後、温度２０℃、相対湿度９０％で、表５に示す期間貯蔵したセメント組成物を使用したこと以外は、実施例２と同様に実施し、リバウンド率、粉塵量を測定した。結果を表５に示す。

表５から、本発明の吹付け材料では、炭酸カルシウムを使用すると、急結剤を予め配合してから３０日以上保存したセメント組成物を使用しても、セメント組成物の急結性の低下を抑制でき、リバウンド率、粉塵量が良好な結果を示すことが分かる。また、急結剤として硫酸アルミニウムがカルシウムアルミネートよりも、リバウンド率、粉塵量が良好な結果を示した。

本発明は、例えば、法面、又は、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面に吹付ける吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法に使用できる。

Claims (11)

1. セメントと粉体急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤とを含有してなる吹付け材料。
2. 粉体急結剤がカルシウムアルミネート及び／又は硫酸アルミニウムである請求項１記載の吹付け材料。
3. 硫酸アルミニウムが無水物である請求項２記載の吹付け材料。
4. 炭酸カルシウムのブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上である請求項１〜３のうちの１項記載の吹付け材料。
5. 液体急結剤が、さらに、フッ素を含有してなる請求項１〜４のうちの１項記載の吹付け材料。
6. セメントと粉体急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤と、を吹付け直前で混合し、吹付けることを特徴とする吹付け工法。
7. セメントと粉体急結剤と炭酸カルシウムを予め含有してなるセメント組成物と、アルミニウムとイオウとアルカリ金属を含有してなる液体急結剤と、骨材と水の混合物と、を吹付け直前で混合し、吹付けることを特徴とする吹付け工法。
8. 粉体急結剤がカルシウムアルミネート及び／又は硫酸アルミニウムである請求項６又は７記載の吹付け工法。
9. 硫酸アルミニウムが無水物である請求項８記載の吹付け工法。
10. 炭酸カルシウムのブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上である請求項６〜９のうちの１項記載の吹付け工法。
11. 液体急結剤が、さらに、フッ素を含有してなる請求項６〜１０のうちの１項記載の吹付け工法。