吹付けコンクリート製造装置及び吹付け方法
【課題】初期の付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉塵量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けコンクリート製造装置の提供。
【解決手段】コンクリートを搬送するコンクリート圧送管（符号１）、液体急結剤を搬送する液体急結剤圧送管（符号９）、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管（符号１１）、粉体急結剤を搬送する粉体急結剤圧送管（符号１０）、搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、搬送したコンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管（符号４）、及び、特定のノズル（符号５）から構成される吹付けコンクリート製造装置。
【解決手段】コンクリートを搬送するコンクリート圧送管（符号１）、液体急結剤を搬送する液体急結剤圧送管（符号９）、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管（符号１１）、粉体急結剤を搬送する粉体急結剤圧送管（符号１０）、搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、搬送したコンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管（符号４）、及び、特定のノズル（符号５）から構成される吹付けコンクリート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける時に使用する吹付けコンクリートの製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの吹付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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配合した急結性吹付けコンクリートの吹付け工法が行われている。
【０００３】
最近では、酸性液体急結剤と粉体混和材との混合物スラリーをコンクリートに添加した、低粉じんの吹付け工法が提案されている（特許文献１〜４参照）。
【０００４】
これらの工法は、コンクリート圧送管、液体急結剤と粉体混和材との混合物スラリーを調製する混合機、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管、混合物スラリー圧送管、吹付け用コンクリートと圧送した混合物スラリーとを混合するシャワリング管、及びノズルから構成される吹付けコンクリート製造装置からなり、全吹付けエア量を２〜１０ｍ３／ｍｉｎにすることではね返りと粉塵量が低減する吹付け工法である（特許文献１）。
【０００５】
液体急結剤に追加するエア量を２〜１０ｍ３／ｍｉｎに調製し、粉体急結剤に追加するエア量を２〜１０ｍ３／ｍｉｎに調製することではね返りと粉塵量を低減する吹付け工法が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
液体急結剤用エア管により、液体急結剤の搬送用エア量と、粉体混和材の搬送用エア量との割合が２０：８０〜７０：３０である吹付けコンクリートの製造装置を用いる吹付けコンクリートの吹付け方法が提案されている（特許文献３）。
【０００７】
泥状物圧送ラインに注入物供給ラインを連結するための連結ユニットであって、前記泥状物圧送ラインの入側の基部ジョイント及び出側の先部ジョイントと、前記基部ジョイントと前記先部ジョイントとの間に配置され、前記両ジョイントを締結する複数の締結ボルトを締結することにより、前記両ジョイント間に固定される中間リングとからなり、前記中間リングは、前記基部ジョイント側から前記先部ジョイント側へ送られる泥状物を通す円筒状の胴部と、該胴部の外面に立設され、前記注入物供給ラインに連結される導入パイプと、前記胴部に設けられた通孔を備えており、該通孔は、前記基部ジョイントと前記先部ジョイントを締結する複数の締結ボルトのうちの１本に通されていることを特徴とする泥状物圧送ラインにおける連結ユニットが記載されている（特許文献４）。
【０００８】
しかし、いずれの工法もノズルの形状に適した液体急結剤を搬送するためのエア量と粉体急結剤を搬送するためのエア量を数値限定することについては述べられていない。
【０００９】
本発明は、粉体急結剤と液体急結剤を混合し、スラリー化した発明である。本発明は、スラリー化した状態で、モルタルではなくコンクリートに添加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５６７１６パンフレット
【特許文献２】特開２００９−１５０１０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−７２３０号公報
【特許文献４】実用新案登録第３０７５４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者は、上記課題を種々検討した結果、ある特定の吹付けコンクリート製造装置を使用することにより、上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、本発明は、コンクリートを搬送するコンクリート圧送管（符号１）、液体急結剤を搬送する液体急結剤圧送管（符号９）、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管（符号１１）、粉体急結剤を搬送する粉体急結剤圧送管（符号１０）、搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、搬送したコンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管（符号４）、及び、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から構成される吹付けコンクリート製造装置であり、液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）を導入し、液体急結剤用エア管（符号１１）で液体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、全吹付けエア量が６〜１０ｍ３／ｍｉｎである該吹付けコンクリートの製造装置であり、液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である該吹付けコンクリート製造装置であり、コンクリート圧送管（符号１）にてコンクリートを搬送し、液体急結剤圧送管（符号９）にて液体急結剤を搬送し、液体急結剤用エア管（符号１１）にて搬送されたエアを液体急結剤と混合して搬送し、粉体急結剤圧送管（符号１０）にて粉体急結剤を搬送し、混合機（符号２）にて搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤を混合して混合物スラリーを調製し、混合物スラリー圧送管（符号３）にて混合物スラリーを搬送し、シャワリング管（符号４）にて混合物スラリーとコンクリートを混合して吹付けコンクリートを調製し、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から吹付けコンクリートを吹付けてなる吹付けコンクリートの吹付け方法であり、全吹付けエア量を６〜１０ｍ３／ｍｉｎにしながら、液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）からエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎの液体急結剤用圧縮エアを導入し、粉体急結剤圧送管（符号１０）からエア量１〜５ｍ３／ｍｉｎの粉体急結剤を搬送する該吹付けコンクリートの吹付け方法であり、液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である該吹付けコンクリートの吹付け方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の吹付けコンクリート製造装置を使用することにより、初期の付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉塵量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】吹付けコンクリート製造装置の外観図である。
【図２】ノズル（符号５）の外観図である。
【図３】吹付けコンクリート製造装置の軸方向の断面図である。
【図４】図３の混合物スラリー出口センター部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。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。
【００１６】
本発明のコンクリートとは、モルタルも含むものであり、液体急結剤添加前のコンクリートを単にコンクリート、液体急結剤添加後のコンクリートを吹付けコンクリートとする。
【００１７】
本発明は、コンクリートに、液体急結剤と粉体急結剤を混合した混合物スラリーを添加して吹付けコンクリートとし、これを吹付けるために使用する吹付けコンクリートの製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの吹付け方法に関するものである。
【００１８】
本発明で使用する液体急結剤は、特に限定されないが、アルミニウム成分やイオウ成分を主成分とする酸性の液体急結剤が好ましい。このような液体急結剤が好ましい理由は、酸性であるため作業員の安全性が高く、材料補給のハンドリングやポンプ圧送性の面で優れて、シャワリング管内での固結を防止するためである。
【００１９】
アルミニウム成分の供給原料は特に限定されるものではないが、非晶質もしくは結晶質の水酸化アルミニウム、アルミニウムの硫酸塩、及びアルミン酸塩等の無機アルミニウム化合物、有機アルミニウム化合物、並びに、アルミニウム錯体等の化合物が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。本発明では、イオウ成分の供給原料ともなるアルミニウム硫酸塩の使用が好ましい。
【００２０】
イオウ成分の供給原料は特に限定されるものではないが、硫黄や硫黄華のような元素状態の硫黄の他に、硫化物、硫酸又は硫酸塩、亜硫酸又は亜硫酸塩、チオ硫酸又はチオ硫酸塩、並びに、有機硫黄化合物等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらのうち、水への溶解性が高く、製造コストが安く、かつ、急結性状が優れる面から、硫酸及び／又は硫酸塩が好ましく、硫酸塩がより好ましい。硫酸塩としては明礬類及び／又は硫酸アルミニウムが好ましく、硫酸アルミニウムがより好ましい。
【００２１】
本発明の液体急結剤は、アルミニウム成分やイオウ成分の他に、アルカリ金属成分やフッ素成分、及びアルカノールアミン等の一種又は二種以上を含有させることが可能である。又、保存安定性を向上させる目的で、有機酸やリン酸類を含有させることが可能である。
【００２２】
液体急結剤は、各成分を完全に溶液化したものから懸濁化したものまで、何れも使用可能である。
【００２３】
液体急結剤のｐＨは酸性であれば良く、ｐＨ２〜４が好ましい。ｐＨ２未満では優れた強度発現性が得られない場合があり、ｐＨ４を超えると液体急結剤の安定性が悪くなる場合がある。
【００２４】
液体急結剤の固形分濃度は、３０〜７０％が好ましく、３５〜６０％がより好ましい。３０％未満では優れた急結性が得られない場合があり、７０％を超えると液の安定性が悪くなる場合がある。
【００２５】
液体急結剤中のＡｌ２Ｏ３／ＳＯ３モル比は特に限定されるものではないが、０．２〜０．６が好ましく、０．３〜０．５がより好ましい。モル比がこの範囲外では、優れた急結性が得られない場合がある。
【００２６】
本発明で使用する粉体急結剤は、例えば、（１）Ａｌ２Ｏ３原料（Ａと略記）とＣａＯ原料（Ｃと略記）を焼成や溶融して得られるＣ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、ＣＡ、及びＣＡ２等に代表されるカルシウムアルミネート、（２）カルシウムアルミネートにシリカを含有したカルシウムアルミノシリケート、（３）これらのカルシウムアルミネートやカルシウムシリケートに、硫酸カルシウムやアルカリ金属やＭｇＯを含有させたもの、（４）アルカリ金属の、硫酸塩、炭酸塩、アルミン酸塩、及び珪酸塩等のアルカリ金属含有物質、（５）硫酸アルミニウム粉末、（６）明礬類が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、カルシウムアルミネートが好ましい。
【００２７】
カルシウムアルミネートやカルシウムアルミノシリケートは、結晶質もしくは非晶質のものが使用可能である。
【００２８】
粉体急結剤の粉末度は特に規定されるものではないが、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で２，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。
【００２９】
本発明で使用するセメントは、通常市販されている普通、早強、中庸熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、並びに、これらのポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグ等を混合した各種混合セメント等が挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能であり、廃棄物利用型セメントも使用可能である。
【００３０】
廃棄物利用型セメントは、都市型廃棄物や下水汚泥を主原料として製造されるセメントを総称するものであり特に限定されるものではない。
【００３１】
これらセメントのうち、吹付けに要求されるリバウンド率や粉塵量の低減、圧送性、強度発現性、及び施工条件等により適したセメントを選択できるが、一般的に使用できる普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントが好ましい。
【００３２】
本発明において、セメントの使用量は３５０〜５５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。使用量が３５０ｋｇ／ｍ３未満では、優れた強度発現性が得られない場合があり、使用量が５５０ｋｇ／ｍ３を超えると施工コストが上昇し、経済的に好ましくない。
【００３３】
本発明で使用する混合物スラリーは、液体急結剤と粉体急結剤の混合物のスラリーである。液体急結剤を粉体急結剤に分散させ、粉体急結剤をスラリー化することで、吹付け時の吹付けコンクリートの付着性が良好で、粉塵量が少なく作業環境が良好で、さらに強度発現性が良好なものとすることが可能となる。
【００３４】
液体急結剤と粉体急結剤の混合割合は、液体急結剤／粉体急結剤の質量比（固形分換算）で０．６〜１２が好ましく、０．８〜６がより好ましい。混合割合が０．６未満では混合物スラリー出口６が閉塞する場合があり、混合割合が１２を超えると吹付けコンクリートの付着性が低下する場合がある。
【００３５】
本発明では、酸性の液体急結剤圧送管（符号９）に液体急結剤用エア管（符号１１）を追加して導入することを最大の特徴とする。液体急結剤用エア管（符号１１）を用いて、液体急結剤をエア搬送して混合機（符号２）に導入する。エア量が少ないと粉塵が少なくなるが、はね返りが多くなり、初期強度発現性も低下する場合がある。エア量が多いと粉塵が多くなる場合がある。
【００３６】
この時、液体急結剤を搬送するエア量は１〜５ｍ３／ｍｉｎが好ましく、２〜４ｍ３／ｍｉｎがより好ましい。
【００３７】
粉体急結剤圧送管（符号１０）で使用する圧縮エア量は１〜５ｍ３／ｍｉｎが好ましく、４〜５ｍ３／ｍｉｎがより好ましく、３〜５ｍ３／ｍｉｎが最も好ましい。
【００３８】
液体急結剤を搬送するエア量と粉体急結剤圧送管（符号１０）で使用する圧縮エア量の合計である合計エア量は６〜１０ｍ３／ｍｉｎが好ましく、６〜８ｍ３／ｍｉｎがより好ましい。
【００３９】
混合物スラリーの使用量は、コンクリート中のセメント１００部に対して、固形分換算で５〜２０部が好ましく、７〜１５部がより好ましい。５部未満では初期凝結が充分に得られない場合があり、２０部を超えると、長期強度発現性が低下したり、配管等が閉塞したりし、経済的に不利になる場合がある。
【００４０】
本発明では、減水剤や増粘剤等を使用することも可能である。
【００４１】
本発明では、超微粉や繊維を使用することも可能である。
【００４２】
本発明で使用する水の使用量は、強度発現性の面で、水／セメント比で３５％以上が好ましく、４０〜６５％がより好ましい。水／セメント比が３５％未満だとコンクリートが充分に混合できない場合がある。
【００４３】
本発明で使用する骨材は、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましく、細骨材率や骨材の最大寸法は吹付けできれば特に制限されるものではない。
細骨材としては、川砂、山砂、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る。粗骨材の最大粒径は、はね返り低減の面で、１０〜１５ｍｍが好ましい。
【００４４】
本発明において、コンクリートの細骨材率は５０％以上が好ましい。細骨材率が５０％未満では、コンクリートの圧送性が悪くなり、吹付け時のリバウンド率が大きくなる場合がある。
【００４５】
本発明で使用するコンクリートのスランプ値やフロー値は特に限定されるものではなく、施工可能なコンクリートが調製されればいかなる数値のものも使用可能である。
【００４６】
本発明の吹付けコンクリート製造装置を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
本発明の吹付けコンクリート製造装置は、コンクリートをシャワリング管まで圧送するコンクリート圧送管（符号１）、アルミニウム成分とイオウ成分とを含有してなる酸性の液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、別途、コンクリート圧送管（符号１）にて圧送したコンクリートと、混合物スラリーとを混合して、吹付けコンクリートを製造するシャワリング管（符号４）、及び吹付けコンクリートを吹付けるためのノズル（符号５）から構成される。
【００４８】
コンクリート圧送管としては、耐圧性の金属メッシュ入りのホース（耐圧ホース）や金属製の配管が使用可能である。通常は、耐圧ホースが使用され、その前後は金属管を使用することが好ましい。
【００４９】
耐圧ホースの長さは特に限定されるものではなく、施工状況により使用される長さは変わってくるが、通常、５〜３０ｍのものが使用される。
【００５０】
耐圧ホースの直径は、２．５〜３．５インチのものが通常使用される。直径がこの範囲未満では圧送圧が高くなり、圧送が困難となる場合があり、直径がこの範囲を超えると耐圧ホースの取り扱いが不便になる場合がある。
【００５１】
本発明で使用する液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）は、液体急結剤と粉体急結剤を混合してスラリー化できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、空気で圧送されてきた粉体急結剤と、別途圧送されてきた液体急結剤が合流して均一に混ざる構造をしているものであれば使用可能である。
【００５２】
混合機（符号２）で調製した混合物スラリーは、混合物スラリー圧送管（符号３）を介して、シャワリング管（符号４）の混合物スラリー出口（符号６）からコンクリートと合流混合される。混合物スラリー圧送管（符号３）の形状等は特に限定されるものではない。
【００５３】
混合機（符号２）で、液体急結剤と粉体急結剤が混合されてスラリー化したものが、シャワリング管（符号４）でコンクリートと混合するまでの距離は１ｍ以内が好ましく、０．１〜０．６ｍがより好ましい。距離が１ｍを超えると混合物スラリー出口（符号６）が閉塞する場合がある。
【００５４】
本発明で使用するシャワリング管（符号４）は、外管と内管からなる二重構造を有し、コンクリートが圧送されるコンクリート圧送管（符号１）の径は、通常、１．０〜３．５インチ程度のものであり、２つ以上の混合物スラリー出口（符号６）を有するものである。
【００５５】
混合物スラリー出口（符号６）の孔数は２〜１５個が好ましく、４〜１０個がより好ましい。孔数が２個未満ではコンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合があり、孔数が１５個を超えると混合物スラリー出口（符号６）が閉塞する場合がある。
【００５６】
シャワリング管（符号４）の外管の内径は特に限定されるものではないが、通常、５〜２０ｃｍ程度のものが使用され、管径は特に限定されるものではない。
【００５７】
シャワリング管外管１２Ａの内径とシャワリング管内管１２Ｂの外径の間の間隔ｄは、３〜２０ｍｍが好ましく、８〜１５ｍｍがより好ましい。
【００５８】
シャワリング管（符号４）の材質は特に限定されるものではないが、金属製、樹脂製、及びプラスチック製のものが使用可能であり、これらを複合したものも使用可能である。
【００５９】
シャワリング管（符号４）の混合物スラリー出口（符号６）の形状は特に限定されるものではない。又、コンクリートの流れに対して、垂直もしくは吹付けコンクリート出口（符号７）方向に角度をつけて開けることが好ましい。
【００６０】
混合物スラリー出口（符号６）の総面積は特に限定されるものではないが、２〜３０ｃｍ２が好ましく、４〜２０ｃｍ２がより好ましい。総面積が２ｃｍ２未満では混合物スラリー出口（符号６）が閉塞する場合があり、総面積が３０ｃｍ２を超えるとコンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合がある。
【００６１】
本発明で使用するノズル（符号５）とは、シャワリング管（符号４）の吐出口より、吹付けコンクリート出口（符号７）までを形成するものであり、ノズル（符号５）としては、連続的に縮径しているものや、縮径後に吹付けコンクリートを整流する直管をつけたものが好ましい。
【００６２】
ノズル（符号５）の入口の内径（入口内径）（ａ）は、接続する耐圧ホースの形状により異なるが、５０〜８５ｍｍが好ましく、７５〜８５ｍｍがより好ましく、８０ｍｍが最も好ましい。内径がこの範囲未満では圧送圧が高くなり、圧送が困難となる場合があり、内径がこの範囲を超えると耐圧ホースの取り扱いが不便になる場合がある。
【００６３】
ノズル（符号５）の長さ（ノズル長さ）（ｂ）は、４００〜６００ｍｍが好ましく、４５０〜５００ｍｍがより好ましい。長さが４００ｍｍ未満では、コンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合があり、長さが６００ｍｍを超えると、混合物スラリー出口（符号６）の閉塞やノズル（符号５）内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合がある。
【００６４】
ノズル（符号５）は、テーパー部先端に直管（符号１３）を接続する。直管（符号１３）先端に位置する吹付けコンクリート出口（符号７）での直管内径（Ｃ）は、１．５〜８．５ｃｍが好ましく、３〜７ｃｍがより好ましい。
【００６５】
直管（符号１３）の直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）は１〜５が好ましく、２〜４がより好ましい。比率が１未満ではコンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合があり、比率が５を超えると、混合物スラリー出口（符号６）の閉塞や吹付け管内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合がある。
【００６６】
ノズル（符号５）の先端の吹付けコンクリート出口（符号７）の直管内径（Ｃ）は、使用する粗骨材の最大粒径の２〜５倍が好ましく、３〜４倍がより好ましい。２倍未満では混合物スラリー出口（符号６）の閉塞や吹付け管内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合があり、５倍を超えると、コンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合がある。
【００６７】
ノズル（符号５）の材質は特に限定されるものではないが、金属製のものやセラミックス製のものが使用可能であり、ゴム素材でできたノズルの配管内面にセラミックスや金属でライニングされたものやこれらのチップ状のものを埋め込んだものが使用可能である。
【００６８】
本発明の吹付け工法においては、従来の吹付け設備が使用可能である。吹付け圧力や、吹付け空気量は特に限定されるものではない。吹付けコンクリートの吐出量は、５〜２０ｍ３／ｈｒが好ましい。
【００６９】
本発明の吹付けでは、乾式吹付け工法も施工可能であるが、粉塵量が多くなるおそれがあるので、液体急結剤と粉体急結剤の混合物スラリーを使用すると同時に、あらかじめ水をコンクリート側に加えて混練りした湿式吹付け工法を使用することが好ましい。
【００７０】
湿式吹付け工法としては、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えてコンクリートを調製してから、ピストン式コンクリートポンプ又は空気圧送方式で、コンクリートをシャワリング管（符号４）まで搬送し、ここで混合物スラリーをコンクリートに添加し、吹付けコンクリートとしてノズル（符号５）から吹付けるものである。
【００７１】
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、コンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」、シンテック社「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」、ＰＥＴ社「Ｇ４ポンプ」、及びスクイズポンプ等が使用可能である。粉体急結剤の圧送には、急結剤圧送装置「ナトムクリート」が使用可能であり、液体急結剤の圧送には一般的に液体を圧送する装置、例えば、スクイズポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、及びギヤポンプ等が使用可能である。
【００７２】
以下、実施例により本願発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００７３】
実施例１
各材料の単位量を、セメント４００ｋｇ／ｍ３、細骨材１，０５８ｋｇ／ｍ３、粗骨材７１１ｋｇ／ｍ３、及び水２００ｋｇ／ｍ３としてコンクリートを調製し、シンテック社コンクリート圧送機商品名「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」により、１０ｍ３／ｈｒの吐出量で圧送した。
長さ１０ｍ、直径３インチの耐圧ホースの後に、内管の径が３インチの図１に示すシャワリング管（符号４）、連続的に縮径したノズル（符号５）、直管（符号１３）を順次組み込んだ。
急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて、粉体急結剤を表１に示す量の圧縮エアと共に、粉体急結剤圧送管（符号１０）にて搬送し、別途、液体圧送ポンプを用いて液体急結剤圧送管（符号９）から搬送された液体急結剤に、液体急結剤用エア管（符号１１）より、表１に示す量の圧縮エア量を導入しながら、液体急結剤／粉体急結剤の質量比が固形分換算で８／４の割合となるよう混合機（符号２）にて合流混合し混合物スラリーを調製した。
混合機（符号２）で調製した混合物スラリーを、混合物スラリー圧送管（符号３）にてシャワリング管（符号４）まで搬送した。コンクリート圧送管（符号１）内のコンクリート中のセメント１００部に対して固形分換算で１２部となるように、混合物スラリーを、コンクリートに添加、混合して吹付けコンクリートとし、ノズル（符号５）から５分間吹付けた。
混合機（符号２）でスラリー化されてからシャワリング管（符号４）でコンクリートに添加されるまでの混合物スラリーの圧送距離は３０ｃｍ、シャワリング管（符号４）の混合物スラリー出口（符号６）からノズル（符号５）先端に接続した直管（符号１３）の先端に位置する吹付けコンクリート出口（符号７）までの距離（ノズル長さ）（ｂ）は５０ｃｍ、吹付けコンクリート出口（符号７）の直管内径（Ｃ）は５ｃｍ、コンクリート入口（符号８）の入口内径（シャワリング管内管１２Ｂの内径）（ａ）は８ｃｍ、液体急結剤用エア管（符号１１）で液体急結剤を搬送するエア量は表１に示す量、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量は表１に示す量、全吹付けエア量（合計エア量、液体急結剤を搬送するエア量と粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量の合計）は表１に示す量、混合物スラリー出口（符号６）の数は６孔（混合物スラリー出口の孔の大きさは全て同一にし、孔は等間隔に配置）、混合管スラリー出口（符号６）の総面積は５ｃｍ２、シャワリング管外管１２Ａの内径は１０ｃｍ、シャワリング管外管１２Ａの内径とシャワリング管内管１２Ｂの外径の間の間隔ｄは１ｃｍのシャワリング管を用いた。結果を表１に示す。
【００７４】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３，２００ｃｍ２／ｇ、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
細骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、密度２．６２ｇ／ｃｍ３
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、密度２．６４ｇ／ｃｍ３、最大寸法１５ｍｍ
粉体急結剤：市販品、主成分はＣ１２Ａ７に対応するカルシウムアルミネート、非晶質、ブレーン値＝５，５００ｃｍ２／ｇ、密度２．８０ｇ／ｃｍ３
液体急結剤：市販品、液体、主成分は硫酸アルミニウム、密度１．４０ｇ／ｃｍ３、ｐＨ２．８（酸性）、固形分濃度５０％
【００７５】
＜評価方法＞
リバウンド率：高さ４．４ｍの模擬トンネル内側に吹付けコンクリートを吹付けた際の吹付け量とリバウンド量から、吹付け時の吹付けコンクリートのリバウンド率を算出した。リバウンド率（％）＝リバウンド量（ｋｇ）／吹付け総量（ｋｇ）×１００
粉じん量：吹付け面より５ｍの定位置にて、デジタル粉塵計（Ｐ−５Ｌ）で測定した。
粉体急結剤圧送圧：急結剤添加装置「ナトムクリート」の圧送圧を圧力ゲージで計測した。
２４時間強度：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吹付け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、（２４時間強度）＝（引き抜き強度）×４／（供試体接触面積）の式から算出した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
これより、テーパー部先端に付属する直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）を最適化した結果、吹付けコンクリートのリバウンド率を低くして、粉塵を下げることが可能となり、吹付け強度が高い吹付けコンクリートを得ることができることが分かる。
【００７８】
実施例２
テーパー部先端に付属する直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）を３とし、液体急結剤を搬送するエア量、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量及び全吹付けエア量を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２と表３に示す。
【００７９】
【表２】
【００８０】
【表３】
【００８１】
これより、液体急結剤圧送管（符号９）の途中に導入した液体急結剤用エア管（符号１１）のエア量と粉体急結剤を搬送するエア量を調節することにより、吹付けコンクリートのリバウンド率と粉じん量を低くすることが可能となり、吹付け強度が高い吹付けコンクリートを得ることができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の吹付けコンクリート製造装置を使用することにより、初期の付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉塵量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けが可能となる。
【００８３】
従って、本発明の吹付けコンクリート製造装置で製造した吹付けコンクリートは、不安定な地山への吹付け材料として最適であり、吹付け厚さを薄くできるので経済的である。本発明の吹付けコンクリート製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの製造方法、その吹付けコンクリートは、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける時に使用できる。これらの他に、本発明は、深礎吹付けや法面吹付けの用途にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１ コンクリート圧送管
２ 混合機
３ 混合物スラリー圧送管
４ シャワリング管
５ ノズル
６ 混合物スラリー出口
７ 吹付けコンクリート出口
８ コンクリート入口
９ 液体急結剤圧送管
１０ 粉体急結剤圧送管
１１ 液体急結剤用エア管
１２Ａ シャワリング管外管
１２Ｂ シャワリング管内管
１３ 直管
ａ 入口内径
ｂ ノズル長さ
ｄ 間隔
Ｌ 直管長さ
Ｃ 直管内径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける時に使用する吹付けコンクリートの製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの吹付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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配合した急結性吹付けコンクリートの吹付け工法が行われている。
【０００３】
最近では、酸性液体急結剤と粉体混和材との混合物スラリーをコンクリートに添加した、低粉じんの吹付け工法が提案されている（特許文献１〜４参照）。
【０００４】
これらの工法は、コンクリート圧送管、液体急結剤と粉体混和材との混合物スラリーを調製する混合機、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管、混合物スラリー圧送管、吹付け用コンクリートと圧送した混合物スラリーとを混合するシャワリング管、及びノズルから構成される吹付けコンクリート製造装置からなり、全吹付けエア量を２〜１０ｍ３／ｍｉｎにすることではね返りと粉塵量が低減する吹付け工法である（特許文献１）。
【０００５】
液体急結剤に追加するエア量を２〜１０ｍ３／ｍｉｎに調製し、粉体急結剤に追加するエア量を２〜１０ｍ３／ｍｉｎに調製することではね返りと粉塵量を低減する吹付け工法が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
液体急結剤用エア管により、液体急結剤の搬送用エア量と、粉体混和材の搬送用エア量との割合が２０：８０〜７０：３０である吹付けコンクリートの製造装置を用いる吹付けコンクリートの吹付け方法が提案されている（特許文献３）。
【０００７】
泥状物圧送ラインに注入物供給ラインを連結するための連結ユニットであって、前記泥状物圧送ラインの入側の基部ジョイント及び出側の先部ジョイントと、前記基部ジョイントと前記先部ジョイントとの間に配置され、前記両ジョイントを締結する複数の締結ボルトを締結することにより、前記両ジョイント間に固定される中間リングとからなり、前記中間リングは、前記基部ジョイント側から前記先部ジョイント側へ送られる泥状物を通す円筒状の胴部と、該胴部の外面に立設され、前記注入物供給ラインに連結される導入パイプと、前記胴部に設けられた通孔を備えており、該通孔は、前記基部ジョイントと前記先部ジョイントを締結する複数の締結ボルトのうちの１本に通されていることを特徴とする泥状物圧送ラインにおける連結ユニットが記載されている（特許文献４）。
【０００８】
しかし、いずれの工法もノズルの形状に適した液体急結剤を搬送するためのエア量と粉体急結剤を搬送するためのエア量を数値限定することについては述べられていない。
【０００９】
本発明は、粉体急結剤と液体急結剤を混合し、スラリー化した発明である。本発明は、スラリー化した状態で、モルタルではなくコンクリートに添加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５６７１６パンフレット
【特許文献２】特開２００９−１５０１０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−７２３０号公報
【特許文献４】実用新案登録第３０７５４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者は、上記課題を種々検討した結果、ある特定の吹付けコンクリート製造装置を使用することにより、上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、本発明は、コンクリートを搬送するコンクリート圧送管（符号１）、液体急結剤を搬送する液体急結剤圧送管（符号９）、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管（符号１１）、粉体急結剤を搬送する粉体急結剤圧送管（符号１０）、搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、搬送したコンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管（符号４）、及び、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から構成される吹付けコンクリート製造装置であり、液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）を導入し、液体急結剤用エア管（符号１１）で液体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、全吹付けエア量が６〜１０ｍ３／ｍｉｎである該吹付けコンクリートの製造装置であり、液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である該吹付けコンクリート製造装置であり、コンクリート圧送管（符号１）にてコンクリートを搬送し、液体急結剤圧送管（符号９）にて液体急結剤を搬送し、液体急結剤用エア管（符号１１）にて搬送されたエアを液体急結剤と混合して搬送し、粉体急結剤圧送管（符号１０）にて粉体急結剤を搬送し、混合機（符号２）にて搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤を混合して混合物スラリーを調製し、混合物スラリー圧送管（符号３）にて混合物スラリーを搬送し、シャワリング管（符号４）にて混合物スラリーとコンクリートを混合して吹付けコンクリートを調製し、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から吹付けコンクリートを吹付けてなる吹付けコンクリートの吹付け方法であり、全吹付けエア量を６〜１０ｍ３／ｍｉｎにしながら、液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）からエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎの液体急結剤用圧縮エアを導入し、粉体急結剤圧送管（符号１０）からエア量１〜５ｍ３／ｍｉｎの粉体急結剤を搬送する該吹付けコンクリートの吹付け方法であり、液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である該吹付けコンクリートの吹付け方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の吹付けコンクリート製造装置を使用することにより、初期の付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉塵量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】吹付けコンクリート製造装置の外観図である。
【図２】ノズル（符号５）の外観図である。
【図３】吹付けコンクリート製造装置の軸方向の断面図である。
【図４】図３の混合物スラリー出口センター部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。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。
【００１６】
本発明のコンクリートとは、モルタルも含むものであり、液体急結剤添加前のコンクリートを単にコンクリート、液体急結剤添加後のコンクリートを吹付けコンクリートとする。
【００１７】
本発明は、コンクリートに、液体急結剤と粉体急結剤を混合した混合物スラリーを添加して吹付けコンクリートとし、これを吹付けるために使用する吹付けコンクリートの製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの吹付け方法に関するものである。
【００１８】
本発明で使用する液体急結剤は、特に限定されないが、アルミニウム成分やイオウ成分を主成分とする酸性の液体急結剤が好ましい。このような液体急結剤が好ましい理由は、酸性であるため作業員の安全性が高く、材料補給のハンドリングやポンプ圧送性の面で優れて、シャワリング管内での固結を防止するためである。
【００１９】
アルミニウム成分の供給原料は特に限定されるものではないが、非晶質もしくは結晶質の水酸化アルミニウム、アルミニウムの硫酸塩、及びアルミン酸塩等の無機アルミニウム化合物、有機アルミニウム化合物、並びに、アルミニウム錯体等の化合物が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。本発明では、イオウ成分の供給原料ともなるアルミニウム硫酸塩の使用が好ましい。
【００２０】
イオウ成分の供給原料は特に限定されるものではないが、硫黄や硫黄華のような元素状態の硫黄の他に、硫化物、硫酸又は硫酸塩、亜硫酸又は亜硫酸塩、チオ硫酸又はチオ硫酸塩、並びに、有機硫黄化合物等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらのうち、水への溶解性が高く、製造コストが安く、かつ、急結性状が優れる面から、硫酸及び／又は硫酸塩が好ましく、硫酸塩がより好ましい。硫酸塩としては明礬類及び／又は硫酸アルミニウムが好ましく、硫酸アルミニウムがより好ましい。
【００２１】
本発明の液体急結剤は、アルミニウム成分やイオウ成分の他に、アルカリ金属成分やフッ素成分、及びアルカノールアミン等の一種又は二種以上を含有させることが可能である。又、保存安定性を向上させる目的で、有機酸やリン酸類を含有させることが可能である。
【００２２】
液体急結剤は、各成分を完全に溶液化したものから懸濁化したものまで、何れも使用可能である。
【００２３】
液体急結剤のｐＨは酸性であれば良く、ｐＨ２〜４が好ましい。ｐＨ２未満では優れた強度発現性が得られない場合があり、ｐＨ４を超えると液体急結剤の安定性が悪くなる場合がある。
【００２４】
液体急結剤の固形分濃度は、３０〜７０％が好ましく、３５〜６０％がより好ましい。３０％未満では優れた急結性が得られない場合があり、７０％を超えると液の安定性が悪くなる場合がある。
【００２５】
液体急結剤中のＡｌ２Ｏ３／ＳＯ３モル比は特に限定されるものではないが、０．２〜０．６が好ましく、０．３〜０．５がより好ましい。モル比がこの範囲外では、優れた急結性が得られない場合がある。
【００２６】
本発明で使用する粉体急結剤は、例えば、（１）Ａｌ２Ｏ３原料（Ａと略記）とＣａＯ原料（Ｃと略記）を焼成や溶融して得られるＣ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、ＣＡ、及びＣＡ２等に代表されるカルシウムアルミネート、（２）カルシウムアルミネートにシリカを含有したカルシウムアルミノシリケート、（３）これらのカルシウムアルミネートやカルシウムシリケートに、硫酸カルシウムやアルカリ金属やＭｇＯを含有させたもの、（４）アルカリ金属の、硫酸塩、炭酸塩、アルミン酸塩、及び珪酸塩等のアルカリ金属含有物質、（５）硫酸アルミニウム粉末、（６）明礬類が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、カルシウムアルミネートが好ましい。
【００２７】
カルシウムアルミネートやカルシウムアルミノシリケートは、結晶質もしくは非晶質のものが使用可能である。
【００２８】
粉体急結剤の粉末度は特に規定されるものではないが、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で２，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。
【００２９】
本発明で使用するセメントは、通常市販されている普通、早強、中庸熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、並びに、これらのポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグ等を混合した各種混合セメント等が挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能であり、廃棄物利用型セメントも使用可能である。
【００３０】
廃棄物利用型セメントは、都市型廃棄物や下水汚泥を主原料として製造されるセメントを総称するものであり特に限定されるものではない。
【００３１】
これらセメントのうち、吹付けに要求されるリバウンド率や粉塵量の低減、圧送性、強度発現性、及び施工条件等により適したセメントを選択できるが、一般的に使用できる普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントが好ましい。
【００３２】
本発明において、セメントの使用量は３５０〜５５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。使用量が３５０ｋｇ／ｍ３未満では、優れた強度発現性が得られない場合があり、使用量が５５０ｋｇ／ｍ３を超えると施工コストが上昇し、経済的に好ましくない。
【００３３】
本発明で使用する混合物スラリーは、液体急結剤と粉体急結剤の混合物のスラリーである。液体急結剤を粉体急結剤に分散させ、粉体急結剤をスラリー化することで、吹付け時の吹付けコンクリートの付着性が良好で、粉塵量が少なく作業環境が良好で、さらに強度発現性が良好なものとすることが可能となる。
【００３４】
液体急結剤と粉体急結剤の混合割合は、液体急結剤／粉体急結剤の質量比（固形分換算）で０．６〜１２が好ましく、０．８〜６がより好ましい。混合割合が０．６未満では混合物スラリー出口６が閉塞する場合があり、混合割合が１２を超えると吹付けコンクリートの付着性が低下する場合がある。
【００３５】
本発明では、酸性の液体急結剤圧送管（符号９）に液体急結剤用エア管（符号１１）を追加して導入することを最大の特徴とする。液体急結剤用エア管（符号１１）を用いて、液体急結剤をエア搬送して混合機（符号２）に導入する。エア量が少ないと粉塵が少なくなるが、はね返りが多くなり、初期強度発現性も低下する場合がある。エア量が多いと粉塵が多くなる場合がある。
【００３６】
この時、液体急結剤を搬送するエア量は１〜５ｍ３／ｍｉｎが好ましく、２〜４ｍ３／ｍｉｎがより好ましい。
【００３７】
粉体急結剤圧送管（符号１０）で使用する圧縮エア量は１〜５ｍ３／ｍｉｎが好ましく、４〜５ｍ３／ｍｉｎがより好ましく、３〜５ｍ３／ｍｉｎが最も好ましい。
【００３８】
液体急結剤を搬送するエア量と粉体急結剤圧送管（符号１０）で使用する圧縮エア量の合計である合計エア量は６〜１０ｍ３／ｍｉｎが好ましく、６〜８ｍ３／ｍｉｎがより好ましい。
【００３９】
混合物スラリーの使用量は、コンクリート中のセメント１００部に対して、固形分換算で５〜２０部が好ましく、７〜１５部がより好ましい。５部未満では初期凝結が充分に得られない場合があり、２０部を超えると、長期強度発現性が低下したり、配管等が閉塞したりし、経済的に不利になる場合がある。
【００４０】
本発明では、減水剤や増粘剤等を使用することも可能である。
【００４１】
本発明では、超微粉や繊維を使用することも可能である。
【００４２】
本発明で使用する水の使用量は、強度発現性の面で、水／セメント比で３５％以上が好ましく、４０〜６５％がより好ましい。水／セメント比が３５％未満だとコンクリートが充分に混合できない場合がある。
【００４３】
本発明で使用する骨材は、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましく、細骨材率や骨材の最大寸法は吹付けできれば特に制限されるものではない。
細骨材としては、川砂、山砂、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る。粗骨材の最大粒径は、はね返り低減の面で、１０〜１５ｍｍが好ましい。
【００４４】
本発明において、コンクリートの細骨材率は５０％以上が好ましい。細骨材率が５０％未満では、コンクリートの圧送性が悪くなり、吹付け時のリバウンド率が大きくなる場合がある。
【００４５】
本発明で使用するコンクリートのスランプ値やフロー値は特に限定されるものではなく、施工可能なコンクリートが調製されればいかなる数値のものも使用可能である。
【００４６】
本発明の吹付けコンクリート製造装置を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
本発明の吹付けコンクリート製造装置は、コンクリートをシャワリング管まで圧送するコンクリート圧送管（符号１）、アルミニウム成分とイオウ成分とを含有してなる酸性の液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、別途、コンクリート圧送管（符号１）にて圧送したコンクリートと、混合物スラリーとを混合して、吹付けコンクリートを製造するシャワリング管（符号４）、及び吹付けコンクリートを吹付けるためのノズル（符号５）から構成される。
【００４８】
コンクリート圧送管としては、耐圧性の金属メッシュ入りのホース（耐圧ホース）や金属製の配管が使用可能である。通常は、耐圧ホースが使用され、その前後は金属管を使用することが好ましい。
【００４９】
耐圧ホースの長さは特に限定されるものではなく、施工状況により使用される長さは変わってくるが、通常、５〜３０ｍのものが使用される。
【００５０】
耐圧ホースの直径は、２．５〜３．５インチのものが通常使用される。直径がこの範囲未満では圧送圧が高くなり、圧送が困難となる場合があり、直径がこの範囲を超えると耐圧ホースの取り扱いが不便になる場合がある。
【００５１】
本発明で使用する液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）は、液体急結剤と粉体急結剤を混合してスラリー化できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、空気で圧送されてきた粉体急結剤と、別途圧送されてきた液体急結剤が合流して均一に混ざる構造をしているものであれば使用可能である。
【００５２】
混合機（符号２）で調製した混合物スラリーは、混合物スラリー圧送管（符号３）を介して、シャワリング管（符号４）の混合物スラリー出口（符号６）からコンクリートと合流混合される。混合物スラリー圧送管（符号３）の形状等は特に限定されるものではない。
【００５３】
混合機（符号２）で、液体急結剤と粉体急結剤が混合されてスラリー化したものが、シャワリング管（符号４）でコンクリートと混合するまでの距離は１ｍ以内が好ましく、０．１〜０．６ｍがより好ましい。距離が１ｍを超えると混合物スラリー出口（符号６）が閉塞する場合がある。
【００５４】
本発明で使用するシャワリング管（符号４）は、外管と内管からなる二重構造を有し、コンクリートが圧送されるコンクリート圧送管（符号１）の径は、通常、１．０〜３．５インチ程度のものであり、２つ以上の混合物スラリー出口（符号６）を有するものである。
【００５５】
混合物スラリー出口（符号６）の孔数は２〜１５個が好ましく、４〜１０個がより好ましい。孔数が２個未満ではコンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合があり、孔数が１５個を超えると混合物スラリー出口（符号６）が閉塞する場合がある。
【００５６】
シャワリング管（符号４）の外管の内径は特に限定されるものではないが、通常、５〜２０ｃｍ程度のものが使用され、管径は特に限定されるものではない。
【００５７】
シャワリング管外管１２Ａの内径とシャワリング管内管１２Ｂの外径の間の間隔ｄは、３〜２０ｍｍが好ましく、８〜１５ｍｍがより好ましい。
【００５８】
シャワリング管（符号４）の材質は特に限定されるものではないが、金属製、樹脂製、及びプラスチック製のものが使用可能であり、これらを複合したものも使用可能である。
【００５９】
シャワリング管（符号４）の混合物スラリー出口（符号６）の形状は特に限定されるものではない。又、コンクリートの流れに対して、垂直もしくは吹付けコンクリート出口（符号７）方向に角度をつけて開けることが好ましい。
【００６０】
混合物スラリー出口（符号６）の総面積は特に限定されるものではないが、２〜３０ｃｍ２が好ましく、４〜２０ｃｍ２がより好ましい。総面積が２ｃｍ２未満では混合物スラリー出口（符号６）が閉塞する場合があり、総面積が３０ｃｍ２を超えるとコンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合がある。
【００６１】
本発明で使用するノズル（符号５）とは、シャワリング管（符号４）の吐出口より、吹付けコンクリート出口（符号７）までを形成するものであり、ノズル（符号５）としては、連続的に縮径しているものや、縮径後に吹付けコンクリートを整流する直管をつけたものが好ましい。
【００６２】
ノズル（符号５）の入口の内径（入口内径）（ａ）は、接続する耐圧ホースの形状により異なるが、５０〜８５ｍｍが好ましく、７５〜８５ｍｍがより好ましく、８０ｍｍが最も好ましい。内径がこの範囲未満では圧送圧が高くなり、圧送が困難となる場合があり、内径がこの範囲を超えると耐圧ホースの取り扱いが不便になる場合がある。
【００６３】
ノズル（符号５）の長さ（ノズル長さ）（ｂ）は、４００〜６００ｍｍが好ましく、４５０〜５００ｍｍがより好ましい。長さが４００ｍｍ未満では、コンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合があり、長さが６００ｍｍを超えると、混合物スラリー出口（符号６）の閉塞やノズル（符号５）内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合がある。
【００６４】
ノズル（符号５）は、テーパー部先端に直管（符号１３）を接続する。直管（符号１３）先端に位置する吹付けコンクリート出口（符号７）での直管内径（Ｃ）は、１．５〜８．５ｃｍが好ましく、３〜７ｃｍがより好ましい。
【００６５】
直管（符号１３）の直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）は１〜５が好ましく、２〜４がより好ましい。比率が１未満ではコンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合があり、比率が５を超えると、混合物スラリー出口（符号６）の閉塞や吹付け管内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合がある。
【００６６】
ノズル（符号５）の先端の吹付けコンクリート出口（符号７）の直管内径（Ｃ）は、使用する粗骨材の最大粒径の２〜５倍が好ましく、３〜４倍がより好ましい。２倍未満では混合物スラリー出口（符号６）の閉塞や吹付け管内での吹付けコンクリートの閉塞が起こる場合があり、５倍を超えると、コンクリートと混合物スラリーの均一な混合が得られず、優れた付着性や粉塵低減性が得られない場合がある。
【００６７】
ノズル（符号５）の材質は特に限定されるものではないが、金属製のものやセラミックス製のものが使用可能であり、ゴム素材でできたノズルの配管内面にセラミックスや金属でライニングされたものやこれらのチップ状のものを埋め込んだものが使用可能である。
【００６８】
本発明の吹付け工法においては、従来の吹付け設備が使用可能である。吹付け圧力や、吹付け空気量は特に限定されるものではない。吹付けコンクリートの吐出量は、５〜２０ｍ３／ｈｒが好ましい。
【００６９】
本発明の吹付けでは、乾式吹付け工法も施工可能であるが、粉塵量が多くなるおそれがあるので、液体急結剤と粉体急結剤の混合物スラリーを使用すると同時に、あらかじめ水をコンクリート側に加えて混練りした湿式吹付け工法を使用することが好ましい。
【００７０】
湿式吹付け工法としては、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えてコンクリートを調製してから、ピストン式コンクリートポンプ又は空気圧送方式で、コンクリートをシャワリング管（符号４）まで搬送し、ここで混合物スラリーをコンクリートに添加し、吹付けコンクリートとしてノズル（符号５）から吹付けるものである。
【００７１】
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、コンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」、シンテック社「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」、ＰＥＴ社「Ｇ４ポンプ」、及びスクイズポンプ等が使用可能である。粉体急結剤の圧送には、急結剤圧送装置「ナトムクリート」が使用可能であり、液体急結剤の圧送には一般的に液体を圧送する装置、例えば、スクイズポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、及びギヤポンプ等が使用可能である。
【００７２】
以下、実施例により本願発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００７３】
実施例１
各材料の単位量を、セメント４００ｋｇ／ｍ３、細骨材１，０５８ｋｇ／ｍ３、粗骨材７１１ｋｇ／ｍ３、及び水２００ｋｇ／ｍ３としてコンクリートを調製し、シンテック社コンクリート圧送機商品名「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」により、１０ｍ３／ｈｒの吐出量で圧送した。
長さ１０ｍ、直径３インチの耐圧ホースの後に、内管の径が３インチの図１に示すシャワリング管（符号４）、連続的に縮径したノズル（符号５）、直管（符号１３）を順次組み込んだ。
急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて、粉体急結剤を表１に示す量の圧縮エアと共に、粉体急結剤圧送管（符号１０）にて搬送し、別途、液体圧送ポンプを用いて液体急結剤圧送管（符号９）から搬送された液体急結剤に、液体急結剤用エア管（符号１１）より、表１に示す量の圧縮エア量を導入しながら、液体急結剤／粉体急結剤の質量比が固形分換算で８／４の割合となるよう混合機（符号２）にて合流混合し混合物スラリーを調製した。
混合機（符号２）で調製した混合物スラリーを、混合物スラリー圧送管（符号３）にてシャワリング管（符号４）まで搬送した。コンクリート圧送管（符号１）内のコンクリート中のセメント１００部に対して固形分換算で１２部となるように、混合物スラリーを、コンクリートに添加、混合して吹付けコンクリートとし、ノズル（符号５）から５分間吹付けた。
混合機（符号２）でスラリー化されてからシャワリング管（符号４）でコンクリートに添加されるまでの混合物スラリーの圧送距離は３０ｃｍ、シャワリング管（符号４）の混合物スラリー出口（符号６）からノズル（符号５）先端に接続した直管（符号１３）の先端に位置する吹付けコンクリート出口（符号７）までの距離（ノズル長さ）（ｂ）は５０ｃｍ、吹付けコンクリート出口（符号７）の直管内径（Ｃ）は５ｃｍ、コンクリート入口（符号８）の入口内径（シャワリング管内管１２Ｂの内径）（ａ）は８ｃｍ、液体急結剤用エア管（符号１１）で液体急結剤を搬送するエア量は表１に示す量、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量は表１に示す量、全吹付けエア量（合計エア量、液体急結剤を搬送するエア量と粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量の合計）は表１に示す量、混合物スラリー出口（符号６）の数は６孔（混合物スラリー出口の孔の大きさは全て同一にし、孔は等間隔に配置）、混合管スラリー出口（符号６）の総面積は５ｃｍ２、シャワリング管外管１２Ａの内径は１０ｃｍ、シャワリング管外管１２Ａの内径とシャワリング管内管１２Ｂの外径の間の間隔ｄは１ｃｍのシャワリング管を用いた。結果を表１に示す。
【００７４】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３，２００ｃｍ２／ｇ、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
細骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、密度２．６２ｇ／ｃｍ３
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、密度２．６４ｇ／ｃｍ３、最大寸法１５ｍｍ
粉体急結剤：市販品、主成分はＣ１２Ａ７に対応するカルシウムアルミネート、非晶質、ブレーン値＝５，５００ｃｍ２／ｇ、密度２．８０ｇ／ｃｍ３
液体急結剤：市販品、液体、主成分は硫酸アルミニウム、密度１．４０ｇ／ｃｍ３、ｐＨ２．８（酸性）、固形分濃度５０％
【００７５】
＜評価方法＞
リバウンド率：高さ４．４ｍの模擬トンネル内側に吹付けコンクリートを吹付けた際の吹付け量とリバウンド量から、吹付け時の吹付けコンクリートのリバウンド率を算出した。リバウンド率（％）＝リバウンド量（ｋｇ）／吹付け総量（ｋｇ）×１００
粉じん量：吹付け面より５ｍの定位置にて、デジタル粉塵計（Ｐ−５Ｌ）で測定した。
粉体急結剤圧送圧：急結剤添加装置「ナトムクリート」の圧送圧を圧力ゲージで計測した。
２４時間強度：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吹付け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、（２４時間強度）＝（引き抜き強度）×４／（供試体接触面積）の式から算出した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
これより、テーパー部先端に付属する直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）を最適化した結果、吹付けコンクリートのリバウンド率を低くして、粉塵を下げることが可能となり、吹付け強度が高い吹付けコンクリートを得ることができることが分かる。
【００７８】
実施例２
テーパー部先端に付属する直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）を３とし、液体急結剤を搬送するエア量、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量及び全吹付けエア量を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２と表３に示す。
【００７９】
【表２】
【００８０】
【表３】
【００８１】
これより、液体急結剤圧送管（符号９）の途中に導入した液体急結剤用エア管（符号１１）のエア量と粉体急結剤を搬送するエア量を調節することにより、吹付けコンクリートのリバウンド率と粉じん量を低くすることが可能となり、吹付け強度が高い吹付けコンクリートを得ることができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の吹付けコンクリート製造装置を使用することにより、初期の付着力が良好で、リバウンド率が小さく、粉塵量が少なく、作業性が良く、初期強度が低下しにくい吹付けが可能となる。
【００８３】
従って、本発明の吹付けコンクリート製造装置で製造した吹付けコンクリートは、不安定な地山への吹付け材料として最適であり、吹付け厚さを薄くできるので経済的である。本発明の吹付けコンクリート製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの製造方法、その吹付けコンクリートは、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面へ吹付ける時に使用できる。これらの他に、本発明は、深礎吹付けや法面吹付けの用途にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１ コンクリート圧送管
２ 混合機
３ 混合物スラリー圧送管
４ シャワリング管
５ ノズル
６ 混合物スラリー出口
７ 吹付けコンクリート出口
８ コンクリート入口
９ 液体急結剤圧送管
１０ 粉体急結剤圧送管
１１ 液体急結剤用エア管
１２Ａ シャワリング管外管
１２Ｂ シャワリング管内管
１３ 直管
ａ 入口内径
ｂ ノズル長さ
ｄ 間隔
Ｌ 直管長さ
Ｃ 直管内径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートを搬送するコンクリート圧送管（符号１）、液体急結剤を搬送する液体急結剤圧送管（符号９）、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管（符号１１）、粉体急結剤を搬送する粉体急結剤圧送管（符号１０）、搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、搬送したコンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管（符号４）、及び、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から構成される吹付けコンクリート製造装置。
【請求項２】
液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）を導入し、液体急結剤用エア管（符号１１）で液体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、全吹付けエア量が６〜１０ｍ３／ｍｉｎである請求項１記載の吹付けコンクリートの製造装置。
【請求項３】
液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である請求項１又は２記載の吹付けコンクリート製造装置。
【請求項４】
コンクリート圧送管（符号１）にてコンクリートを搬送し、液体急結剤圧送管（符号９）にて液体急結剤を搬送し、液体急結剤用エア管（符号１１）にて搬送されたエアを液体急結剤と混合して搬送し、粉体急結剤圧送管（符号１０）にて粉体急結剤を搬送し、混合機（符号２）にて搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤を混合して混合物スラリーを調製し、混合物スラリー圧送管（符号３）にて混合物スラリーを搬送し、シャワリング管（符号４）にて混合物スラリーとコンクリートを混合して吹付けコンクリートを調製し、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から吹付けコンクリートを吹付けてなる吹付けコンクリートの吹付け方法。
【請求項５】
全吹付けエア量を６〜１０ｍ３／ｍｉｎにしながら、液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）からエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎの液体急結剤用圧縮エアを導入し、粉体急結剤圧送管（符号１０）からエア量１〜５ｍ３／ｍｉｎの粉体急結剤を搬送する請求項４記載の吹付けコンクリートの吹付け方法。
【請求項６】
液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である請求項４又は５記載の吹付けコンクリートの吹付け方法。
【請求項１】
コンクリートを搬送するコンクリート圧送管（符号１）、液体急結剤を搬送する液体急結剤圧送管（符号９）、液体急結剤を搬送するためのエア量を調製する液体急結剤用エア管（符号１１）、粉体急結剤を搬送する粉体急結剤圧送管（符号１０）、搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤との混合物スラリーを調製する混合機（符号２）、混合物スラリーを搬送する混合物スラリー圧送管（符号３）、搬送したコンクリートと混合物スラリーとを混合するシャワリング管（符号４）、及び、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から構成される吹付けコンクリート製造装置。
【請求項２】
液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）を導入し、液体急結剤用エア管（符号１１）で液体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、粉体急結剤圧送管（符号１０）で粉体急結剤を搬送するエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎ、全吹付けエア量が６〜１０ｍ３／ｍｉｎである請求項１記載の吹付けコンクリートの製造装置。
【請求項３】
液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である請求項１又は２記載の吹付けコンクリート製造装置。
【請求項４】
コンクリート圧送管（符号１）にてコンクリートを搬送し、液体急結剤圧送管（符号９）にて液体急結剤を搬送し、液体急結剤用エア管（符号１１）にて搬送されたエアを液体急結剤と混合して搬送し、粉体急結剤圧送管（符号１０）にて粉体急結剤を搬送し、混合機（符号２）にて搬送されてきた液体急結剤と粉体急結剤を混合して混合物スラリーを調製し、混合物スラリー圧送管（符号３）にて混合物スラリーを搬送し、シャワリング管（符号４）にて混合物スラリーとコンクリートを混合して吹付けコンクリートを調製し、入口内径（ａ）が５０〜８５ｍｍ、ノズル長さ（ｂ）４００〜６００ｍｍのノズル（符号５）のテーパー部先端に接続する直管（符号１３）の直管内径（Ｃ）が粗骨材の最大寸法の２〜５倍の径であり、直管長さ（Ｌ）と直管内径（Ｃ）との比率（Ｌ／Ｃ）が１〜５であるノズル（符号５）から吹付けコンクリートを吹付けてなる吹付けコンクリートの吹付け方法。
【請求項５】
全吹付けエア量を６〜１０ｍ３／ｍｉｎにしながら、液体急結剤圧送管（符号９）に、液体急結剤用エア管（符号１１）からエア量が１〜５ｍ３／ｍｉｎの液体急結剤用圧縮エアを導入し、粉体急結剤圧送管（符号１０）からエア量１〜５ｍ３／ｍｉｎの粉体急結剤を搬送する請求項４記載の吹付けコンクリートの吹付け方法。
【請求項６】
液体急結剤が、アルミニウム成分とイオウ成分を主成分とする液体急結剤である請求項４又は５記載の吹付けコンクリートの吹付け方法。
【図２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図１】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３３３００（Ｐ２０１２−２３３３００Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００５３２（Ｐ２０１１−１００５３２）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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