吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法
【課題】アルカリ量が少なく、初期強度発現性が優れる吹付け材料を提供すること。
【解決手段】セメントコンクリートに、アルミニウムと、イオウと、フッ素及び／又はアルカノールアミンを含有する酸性の液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムと、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物からなる無機化合物の群の中から選ばれる何れか一種又は二種以上とを添加することを特徴とする吹付け材料である。該液体急結剤が錯体形成剤を含有することが好ましく、該液体急結剤がアルカリ金属を含有することが好ましい。また、該液体急結剤のｐＨが６以下であることが好ましい。さらに、該吹付け材料を用いて吹付けることを特徴とする吹付け工法である。
【解決手段】セメントコンクリートに、アルミニウムと、イオウと、フッ素及び／又はアルカノールアミンを含有する酸性の液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムと、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物からなる無機化合物の群の中から選ばれる何れか一種又は二種以上とを添加することを特徴とする吹付け材料である。該液体急結剤が錯体形成剤を含有することが好ましく、該液体急結剤がアルカリ金属を含有することが好ましい。また、該液体急結剤のｐＨが６以下であることが好ましい。さらに、該吹付け材料を用いて吹付けることを特徴とする吹付け工法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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セメントコンクリートの吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの掘削作業等において露出した地山の崩落を防止するために、粉体の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）。
【０００３】
これらの吹付け工法で使用する急結剤としては、急結性能が優れることからカルシウムアルミネートに、アルカリ金属アルミン酸塩又はアルカリ金属炭酸塩等を混合したものが使用されていた。
しかしながら、カルシウムアルミネートにアルカリ金属アルミン酸塩やアルカリ金属炭酸塩等を混合した急結剤よりも低ｐＨ値のもので、弱アルカリ性、好ましくは、中性又は弱酸性の急結剤が求められていた。
【０００４】
この問題を解決するため液体急結剤として、塩基性アルミニウム塩や有機カルボン酸を主成分とするもの（特許文献３参照）、硫酸アルミニウムやアルカノールアミンを主成分とするもの（特許文献４参照）、並びに、アルミニウムの塩基性水溶液、ケイ酸リチウム、及びアルミン酸リチウムを主成分とするもの（特許文献５）等が用いられている。
一方、この液体急結剤は、初期強度発現が得にくく、従来の粉体系急結剤と比較して、トンネル坑内で厚吹きした場合には剥落する危険性があった。
近年では、人体への影響が従来の塩基性の急結剤と比較して少なく、初期強度発現性が優れる液体急結剤の開発が待たれていた。
【０００５】
さらに急結性を高めた急結剤が近年開発されているが、低温時には従来の粉体急結剤と比較して急結性や強度発現性が劣り、トンネル坑内で厚吹きした場合には剥落する危険性があった（特許文献６、特許文献７参照）
【特許文献１】特公昭６０−００４１４９号公報
【特許文献２】特開平０９−０１９９１０号公報
【特許文献３】特表２００１−５０９１２４
【特許文献４】特開平１０−０８７３５８号公報
【特許文献５】特開２００１−１３０９３５号公報
【特許文献６】特開２００２−０４７０４８号公報
【特許文献７】特開２００３−２４６６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アルカリ量が少なく、初期強度発現性が優れるセメントコンクリートの吹付け材料を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、セメントコンクリートに、アルミニウムと、イオウと、フッ素及び／又はアルカノールアミンを含有する酸性の液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムと、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物からなる無機化合物の群の中から選ばれる何れか一種又は二種以上とを添加することを特徴とする吹付け材料である。
また、該液体急結剤が錯体形成剤を含有することを特徴とする吹付け材料であり、該液体急結剤がアルカリ金属を含有することを特徴とする吹付け材料であり、該液体急結剤のｐＨが６以下であることを特徴とする吹付け材料であり、該液体急結剤が、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、５〜１５部であることを特徴とする吹付け材料である。
さらには、粉末硫酸アルミニウムが、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、１〜１０部であることを特徴とする吹付け材料であり、粉末硫酸アルミニウムは、Ａｌ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ（但し、ｎは５〜２０）であることを特徴とする吹付け材料であり、該吹付け材料を用いて吹付けることを特徴とする吹付け工法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法を採用することにより、液体急結剤を使用した場合でも急結性に優れ、吹付け後に剥落を生じない効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいうセメントコンクリートとは、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。
【００１０】
本発明で使用する液体急結剤は、アルミニウムとイオウを主成分とし、さらにフッ素及び／又はアルカノールアミンを含有するものである。また、この液体急結剤は、錯体形成剤やアルカリ金属等を含有することが好ましい。
【００１１】
液体急結剤に使用するアルミニウムの供給原料は、特に限定されるものではなく、アルミニウムを含有する、非晶質もしくは結晶質の水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸塩、及びその他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。これらのなかでも、イオウの供給原料ともなる硫酸アルミニウムの使用が好ましい。
【００１２】
液体急結剤のアルミニウムの使用量は、Ａｌ２Ｏ３換算で、イオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２５〜１１０部が好ましく、３０〜８０部がより好ましい。アルミニウムの使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、アルミニウムの使用量が多いと、液の安定性が損なわれる場合がある。
【００１３】
本発明の液体急結剤に使用するイオウの供給原料は、特に限定されるものではなく、イオウを含有する、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。これらのなかでも、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又は硫酸塩が好ましく、さらに、硫酸塩のうちアルミニウムとアルカリ金属を含有する化合物がより好ましい。
【００１４】
本発明の液体急結剤に使用するフッ素の供給原料は、水に溶解又は分解する化合物であれば特に限定されるものではなく、フッ素を含有する、フッ化塩、ケイフッ化塩、フッ化ホウ素塩、有機フッ素化合物、及びフッ化水素酸等のフッ素化合物が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
フッ化塩として、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、及びクリオライト等が挙げられる。クリオライトは天然物又は合成したもの何れも使用可能である。
【００１６】
ケイフッ化塩として、ケイフッ化アンモニウム、ケイフッ化ナトリウム、ケイフッ化カリウム、及びケイフッ化マグネシウム等が挙げられる。
【００１７】
フッ化ホウ素塩として、フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素モノエチルアミンコンプレックス、三フッ化ホウ素酢酸コンプレックス、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、ホウフッ化アンモニウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化カリウム、及びホウフッ化第一鉄等が挙げられる。
【００１８】
本発明では、上記フッ素の供給原料の中で、安全性が高く、製造コストが安く、かつ、凝結性状が優れる点から、フッ化塩やケイフッ化塩が好ましい。
【００１９】
フッ素の使用量は、Ｆ元素として、液体急結剤のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜５０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。フッ素の使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、フッ素の使用量が多いと、長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００２０】
本発明の液体急結剤に使用するアルカノールアミンは、構造式においてＮ−Ｒ１−ＯＨ構造を有する有機化合物である。
ここで、Ｒ１はアルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、例えば、メチレン基、エチレン基、及びｎ−プロピレン基等の直鎖型のアルキル基、イソプロピル基等の枝分かれ構造を有するアルキル基、並びに、フェニル基やベンジル基等の芳香族環を有するアリル基等が挙げられる。
【００２１】
Ｒ１は窒素原子と２箇所以上で結合していてもよく、Ｒ１の一部又は全部が環状構造であってもよい。また、Ｒ１は複数の水酸基と結合していてもよく、アルキル基の一部に炭素や水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等が含まれていてもよい。
【００２２】
アルカノールアミンの例としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、及びこれらの誘導体等が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することができ、そのうち、ジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、及びそれらの混合物が好ましく、ジエタノールアミンとＮ，Ｎ−ジメチルエタノールアミンの混合物がより好ましい。
【００２３】
アルカノールアミンの使用量は、液体急結剤中のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜７５部が好ましく、５〜５０部がより好ましい。アルカノールアミンの使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、アルカノールアミンの使用量が多いと、長期強度が低下する場合がある。
【００２４】
本発明の液体急結剤は、保存安定性を向上させる目的で、錯体形成剤を使用することが好ましい。
【００２５】
錯体形成剤の具体例としては、例えば、（１）ギ酸、酢酸、及びプロピオン酸等のモノカルボン酸類、（２）シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、及びフタル酸等のジカルボン酸類、（３）トリメリト酸やトリカルバリリル酸等のトリカルボン酸類、（４）ヒドロキシ酪酸、乳酸、及びサリチル酸等のオキシモノカルボン酸類、リンゴ酸のオキシジカルボン酸類、（５）アスパラギン酸やグルタミン酸等のアミノカルボン酸類、（６）エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）やトランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン四酢酸（ＣｙＤＴＡ）等のアミノポリカルボン酸類、（７）エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＴＰＯ〕、エチレンジアミンジ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＤＰＯ〕、ニトリロトリス（メチレンホスホン酸）〔ＮＴＰＯ〕、１−ヒドロキシエチリデン−１，１‘−ジホスホン酸〔ＨＥＤＰＯ〕等のホスホン酸類、（８）リン酸、トリポリリン酸、及びヘキサメタリン酸等の縮合リン酸類、（９）アセチルアセトンやヘキサフルオロアセチルアセトン等のジケトン類等が挙げられ、本発明では、これら錯体形成剤のうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
これらのなかでもシュウ酸、マロン酸、コハク酸、及び縮合リン酸類等が好ましい。
【００２６】
錯体形成剤の使用量は、液体急結剤中のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜７５部が好ましく、３〜５０部がより好ましい。錯体形成剤の使用量が少ないと、液体急結剤の安定性が損なわれる場合があり、錯体形成剤の使用量が多いと、強度発現性が阻害される場合がある。
【００２７】
本発明の液体急結剤は、急結性を向上させる目的で、アルカリ金属を使用することが好ましい。
【００２８】
アルカリ金属の供給原料は、特に限定されるものではないが、アルカリ金属、即ち、リチウム、ナトリウム、及びカリウム等を含む水溶性の化合物であればよく、アルカリ金属の酸化物、過酸化物、塩化物、水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、硫酸塩、チオ硫酸塩、過硫酸塩、硫化塩、炭酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩、フッ化塩、ケイ酸塩、ケイフッ化塩、明礬、及び金属アルコキシド等が使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上が使用される。これらのなかでも、硫酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩、フッ化塩、ケイフッ化塩、及び明礬等が好ましい。
【００２９】
アルカリ金属の使用量は、液体急結剤中のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜５０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。アルカリ金属の使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、アルカリ金属の使用量が多いと、長期強度発現性が阻害される場合がある。
【００３０】
本発明の液体急結剤は、酸性の液体急結剤であり、ｐＨで６以下が好ましい。ｐＨが高いと、液体急結剤の安定性が損なわれる場合がある。
【００３１】
本発明の液体急結剤の使用量は、セメント１００部に対して、５〜１５部が好ましく、７〜１０部がより好ましい。液体急結剤の使用量が少ないと、優れた急結性が発揮されない場合があり、液体急結剤の使用量が多いと、長期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００３２】
本発明の液体急結剤は、２０〜９０℃の範囲の温度でセメントコンクリートに混和させることでより急結性を向上させることが可能である。
【００３３】
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。固形分の濃度が低いと、優れた急結性状が得られない場合があり、固形分の濃度が高いと、液の粘性が高く、ポンプでの圧送性が悪くなる場合がある。
【００３４】
本発明の液体急結剤の形態は液状であり、懸濁液も含むものであり、懸濁液中の懸濁粒子のサイズは特に限定されるものではないが、懸濁粒子の分散性から、５μｍ以下であることが好ましい。懸濁粒子のサイズが大きいと、優れた分散性が得られず、液体ポンプ内で閉塞する場合がある。
【００３５】
本発明で使用する粉末硫酸アルミニウムは、Ａｌ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏの化学式を持ち、Ａｌ２（ＳＯ４）３・１４〜１８Ｈ２ＯやＡｌ２（ＳＯ４）３・８Ｈ２Ｏ、無水硫酸アルミニウム等が使用可能であるが、初期の付着性が良好なことからｎは５〜２０であることが好ましい。
【００３６】
本発明の粉末硫酸アルミニウムの使用量は、セメント１００部に対して、１〜１０部が好ましく、１．５〜５部がより好ましい。粉末硫酸アルミニウムの使用量が少ないと、優れた急結性が発揮されない場合や吹付け時にダレが多くなる場合があり、粉末硫酸アルミニウムの使用量が多いと、長期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００３７】
本発明では、粉末硫酸アルミニウムの他に、更に硫酸塩、アルミン酸塩、水酸化物からなる無機化合物の群から選ばれる何れか一種又は二種以上を併用することが好ましい（以下、これらを総称して粉体混和材という）。
（以下、
【００３８】
本発明で使用する硫酸塩は、強度発現性の向上を目的として使用するものであり、硫酸カルシウム、アルカリ金属硫酸塩、及び明礬類等が使用される。
硫酸カルシウムの結晶の形態は、特に限定されるものではなく、α型半水石膏、β型半水石膏、Ｉ型無水石膏、ＩＩ型無水石膏、及びＩＩＩ型無水石膏等が使用可能である。また、これら硫酸カルシウムには、天然で産出するものや、産業副産物として得られる排脱石膏や弗酸副生無水石膏等が含まれる。
アルカリ金属硫酸塩としては硫酸ナトリウムや硫酸カリウム等が挙げられ、明礬類としてはナトリウム明礬やカリウム明礬等が挙げられる。
【００３９】
硫酸塩の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、１０〜１５０部が好ましく、２０〜１００部がより好ましい。硫酸塩の使用量が少ないと、高い強度発現性が得られない場合があり、硫酸塩の使用量が多いと、急結性が低下する場合がある。
【００４０】
本発明で使用するアルミン酸塩は、急結性を向上させるために使用するものであり、アルカリ金属アルミン酸塩やアルミン酸カルシウム等が挙げられる。アルカリ金属アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等が挙げられ、Ｒをアルカリ金属とするとＲ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比で０．８〜１．２が好ましい。アルミン酸カルシウムはＣａＯ原料やＡｌ２Ｏ３原料等を混合したものをキルンでの焼成、電気炉での溶融等の熱処理をし、粉砕して得られるものである。ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡ、ＳｉＯ２をＳと略記すると、例えばＣ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２、Ｃ１１Ａ７・ＣａＣｌ２、Ｃ２Ａ・Ｓ、ＣＡ、及びＣＡ２等が挙げられ、これらの一種、又は二種以上を併用することが可能である。さらに、これらにアルカリ金属が固溶したものやミネライザーとしてＭｇやＳｉを含有させることも可能である。また、非晶質、結晶質のものが使用可能であり、これらが混在したものを使用して良い。
【００４１】
アルミン酸塩の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、１０〜２００部が好ましく、２０〜１５０部がより好ましい。アルミン酸塩の使用量が少ないと、高い急結性が得られない場合があり、アルミン酸塩の使用量が多いと、長期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００４２】
本発明で使用する水酸化物は、初期の急結性を向上させるために使用するものであり、二価及び三価の金属を含有するものが好ましく、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、及び水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）等が挙げられ、マグネシア（ＭｇＯ）とシリカ（ＳｉＯ２）を含有する滑石（別名：タルク）も使用可能である。水酸化カルシウムは、生石灰（ＣａＯ）やカルシウムカーバイド（ＣａＣ２）が水和した際に生じる消石灰を含むものであり、セメントコンクリートが水を使用する性質上、結果として水酸化カルシウムを多量に生成させる生石灰等の使用、もしくはこれを水酸化カルシウムと併用することは可能である。水酸化カルシウムの結晶の形態は特に限定されるものではない。水酸化アルミニウムは、Ａｌ（ＯＨ）３やＡｌＯ（ＯＨ）・ｎＨ２Ｏ等の物質である。水酸化アルミニウムには、結晶質や非晶質のものがあり、何れも使用可能であるが、非晶質の水酸化アルミニウムを使用することが好ましい。
【００４３】
水酸化物の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、５〜１００部が好ましく、１０〜７０部がより好ましい。水酸化物の使用量が少ないと、高い急結性が得られない場合があり、水酸化物の使用量が多いと、強度発現性が悪くなる場合がある。
【００４４】
本発明では、これらの他に、炭酸塩やシリカ質微粉末を併用することができる。
炭酸塩は、強度発現性と粉のエア圧送性を向上させるために使用するものであり、アルカリ金属炭酸塩、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの他、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの中間体であるドロマイトも使用可能である。
【００４５】
炭酸塩の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、５〜１００部が好ましく、１０〜７０部がより好ましい。炭酸塩の使用量が少ないと、高い強度発現性が得られない場合があり、炭酸塩の使用量が多いと、コストが嵩み好ましくない。
【００４６】
シリカ質微粉末は、強度発現性を向上させるために使用するものであり、シリカフューム、及びフライアッシュ等の産業副産物や、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、及び沈降性シリカ等のゲルタイプシリカ等が挙げられる。
【００４７】
シリカ質微粉末の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、５〜１００部が好ましく、１０〜７０部がより好ましい。シリカ質微粉末の使用量が少ないと、高い強度発現性が得られない場合があり、シリカ質微粉末の使用量が多いと、コストが嵩み好ましくない。
【００４８】
本発明で使用するセメントは、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、高炉徐冷スラグや石灰石微粉末を混合したフィラーセメント、並びに都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）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。
【００４９】
本発明では、前記各材料や、砂や砂利等の骨材の他に、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。
【００５０】
減水剤は、セメントコンクリートの流動性を改善するために使用するものをいい、液状や粉状の何れも使用可能である。減水剤としては、例えばリグニンスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系、及びポリカルボン酸系等の公知の減水剤が使用可能である。
【００５１】
ＡＥ剤は、セメントコンクリートの凍害を防止するものである。凍害の予防方法としては、ＡＥ剤と呼ばれる一種の界面活性剤を用いて、無数の微細気泡をコンクリート中に混入する方法が採られる。ＡＥ剤として使用される界面活性剤として、例えば、ポリエーテル類（ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等）、芳香族スルホン酸塩類（ナフタレンスルホン酸塩等）、硫黄含有化合物（高級アルコール硫酸エステル等）、天然樹脂（アビエチン酸塩等）等が使用可能である。
【００５２】
増粘剤とは、セメントコンクリートに粘性を与え、吹付け直後のダレを防止し、リバウンド率を小さくし、粉塵発生を抑制するものをいう。増粘剤としては、骨材、セメントペースト、及びその他添加剤の材料分離抵抗性を向上させるものであり、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースエーテル等のセルロース系、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリブチレンオキサイド等のポリマーや、アクリル酸、メタクリル酸、及びエステルのコポリマーが主成分であるアクリル系ポリマー等が使用可能である。
【００５３】
繊維は、セメントコンクリートの耐衝撃性や弾性の向上の面から使用するもので、無機質や有機質の何れも使用可能である。無機質の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられる。
また、有機質の繊維としては、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリル繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられ、これらのうち、経済性の面で、金属繊維やビニロン繊維が好ましい。繊維の長さは圧送性や混合性等の点で、５０ｍｍ以下が好ましく、５〜３０ｍｍがより好ましい。繊維のアスペクト比は特に限定されるものではない。
【００５４】
本発明の吹付け材料は、液体急結剤に粉体急結材を併用するものである。これらは、予めベースとなる吹付け用コンクリートに含有させることも可能であるが、粉体急結材は、吹付け用セメントコンクリートが吹付けされる直前に水、もしくは液体急結剤と混合してスラリー化したものを、セメントコンクリートの吐出直前に混合させることも可能であり、粉塵低減の観点から後者の方法が好ましい。
【００５５】
本発明の法面やトンネルへの吹付け工法としては、一般的に行われている乾式、湿式の何れの吹付け工法も可能である。そのうち、粉塵の発生量が少ない面で湿式吹付け工法が好ましい。
【００５６】
本発明の吹付け用セメントコンクリートのスランプ値やフロー値は特に限定されず、公知の施工システムの組み合わせの範疇で問題なく施工可能ならば何れの値のものでも使用可能である。
以下、実験例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００５７】
セメント／砂（ｓ／ａ）比が１／３、水／セメント（Ｗ／Ｃ）比が５２％の配合を用い、減水剤を使用してスランプ（ＳＬ）を１５ｃｍ程度に調整した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、粉末硫酸アルミニウム３部を配合し、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、表１に示す量の硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物を配合した。さらに、セメント１００部に対して、表１に示す液体急結剤１０部を混合して型枠内に詰め込み、試験環境温度２０℃で、プロクター貫入抵抗値を測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較のため、粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材を使用しない系でも同様に試験した。
【００５８】
＜使用材料＞
液体急結剤：下記原料を表１に示す組成になるよう計算して混合した。８０℃で３０分間溶解させたものを使用。何れの液体急結剤も液体急結剤１００部中、Ａｌ２Ｏ３を８部含有するように調整した。
原料イ（アルミニウム原料）：硫酸アルミニウム１４〜１８水塩、キシダ化学社製
原料ロ（フッ素・アルカリ金属原料）：フッ化ナトリウム、キシダ化学社製、試薬１級品
原料ハ（アルカノールアミン原料）：ジエタノールアミン、キシダ化学社製、試薬１級品
原料ニ（錯体形成剤）：コハク酸、キシダ化学社製、試薬１級品
原料ホ（フッ素原料）：フッ化水素酸（５５％）、キシダ化学社製、試薬１級品
粉末硫酸アルミニウム（ア）：硫酸アルミニウム１４〜１８水塩、キシダ化学社製
硫酸塩：硫酸カルシウム（天然無水石膏）、ブレーン４０００ｃｍ２／ｇ
アルミン酸塩：アルミン酸カルシウム（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３組成）、非晶質、ブレーン８０００ｃｍ２／ｇ
水酸化物：タルク、ブレーン５０００ｃｍ２／ｇ
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
砂：新潟県姫川産、密度２．６２ｇ／ｃｍ３
減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤、市販品
水：水道水
【００５９】
＜測定方法＞
プロクター貫入抵抗値：ＪＳＣＥ Ｄ−１０２−１９９９に準じて測定、材齢１５分
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１より、アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及びイオウ（ＳＯ３）と、フッ素（Ｆ）及び／又はアルカノールアミンを含有する液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムを併用した実験Ｎｏ．１−２〜１−８の実施例の材料は、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が大きく、急結性に優れていることが分かる。特に、実験Ｎｏ．１−４、１−８のように、フッ素、アルカノールアミン及びアルカリ金属をともに含有させることにより優れた急結性の材料が得られることがわかる。
これに対して、液体急結剤にフッ素（Ｆ）及び／又はアルカノールアミンを含有しない実験Ｎｏ．１−１の比較例の材料、粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材を併用しない実験Ｎｏ．１−９、１−１０、１−１２、１−１３、１−１４の比較例の材料は、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が小さく、優れた急結性が発揮されなかった。
なお、粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材を併用しなくても、フッ素、アルカノールアミン及びアルカリ金属をともに含有させた実験Ｎｏ．１−１１、１−１５の場合には、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値はかなり高いが、後述の実施例４に示すように、吹付け時のダレが多いので好ましくない。
【実施例２】
【００６２】
セメント１００部に対して、粉末硫酸アルミニウム（ア）３部を配合し、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して表２に示す量の硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物を使用して、さらにセメント１００部に対して、表１の実験Ｎｏ．１−８の液体急結剤１０部を型枠内に詰め込み、プロクター貫入抵抗値と圧縮強度を測定した以外は実施例１と同様に試験した。結果を表２に併記する。
【００６３】
＜測定方法＞
プロクター貫入抵抗値：ＪＳＣＥ Ｄ−１０２−１９９９に準じて測定、材齢１５分
圧縮強度：材齢１日で脱型枠し、２０℃水中養生とし、材齢２８日で圧縮強度を測定した。供試体サイズは４×４×１６ｃｍ。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２より、硫酸アルミニウム粉末のみを使用した実験Ｎｏ．２−１と比較して、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物を併用した実験Ｎｏ．２−２〜２−５は、高いプロクター貫入抵抗値と２８日圧縮強度が得られることがわかる。
さらに、実験Ｎｏ．２−６〜２−１７より、これらを複合して使用することでより高い効果を得ることが可能となることがわかる。
また、粉末硫酸アルミニウム１００部に対する各物質の使用量は、硫酸塩の場合、実験Ｎｏ．２−６〜２−９から１０〜１５０部、より好ましくは２０〜１００部となる。アルミン酸塩の場合、実験Ｎｏ．２−１０〜２−１３から１０〜２００部、より好ましくは２０〜１５０部となる。水酸化物の場合、実験Ｎｏ．２−１４〜２−１７から５〜１００部、より好ましくは１０〜７０部となることがわかる。
【実施例３】
【００６６】
表１の実験Ｎｏ．１−８の液体急結剤を、セメント１００部に対して、表３に示す量を使用し、粉末硫酸アルミニウムを表１の実験Ｎｏ．１−８と同量使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３より、液体急結剤の使用量が多くなるにしたがって、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が大きくなり、急結性の向上するのが分かるから、液体急結剤の使用量は、セメント１００部に対して、５部以上が好ましいことがわかる。しかし、１５部を超えて使用しても、実験Ｎｏ．３−４のように急結性状は飽和し、また、長期強度発現性が悪くなる場合があるから、５〜１５部とすることが好ましいことがわかる。
【実施例４】
【００６９】
セメント１００部に対して、表４に示す量の粉末硫酸アルミニウムを使用し、硫酸塩３０部、アルミン酸塩５０部、及び水酸化物２０部からなる粉体を粉末硫酸アルミニウムと同量使用して、さらに表１の実験１−８の液体急結剤を、セメント１００部に対して１０部使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００７０】
【表４】
【００７１】
表４より、粉末硫酸アルミニウムの使用量が多くなるにしたがって、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が大きくなり、急結性が向上することがわかる。一方、粉末硫酸アルミニウムの使用量は、セメント１００部に対して、１０部を超えても、実験Ｎｏ．４−３のように急結性状は飽和し、長期強度発現性が悪くなる場合があるので、１〜１０部とすることが好ましいことがわかる。
また、粉末硫酸アルミニウムを併用しない比較例の実験Ｎｏ．１−１１、１−１５の場合には、吹付け時のダレが多いので好ましくないことがわかる。
【実施例５】
【００７２】
単位セメント量４００ｋｇ／ｍ３、Ｗ／Ｃ＝５０％、ｓ／ａ＝６５％のコンクリートを減水剤を用いてスランプ２０ｃｍ程度に調整し、セメント１００部に対して、表５に示す粉末硫酸アルミニウムを２部、さらに硫酸塩３０部、アルミン酸塩５０部、及び水酸化物２０部からなる粉体を粉末硫酸アルミニウムと同量使用し、実験Ｎｏ．１−８（実験Ｎｏ．１−１５）で使用した液体急結剤を８部とともに圧送空気４ｍ３／ｈでコンクリートに圧入し、模擬トンネル内に吹付けした。吹付け用コンクリートの吐出量は１０ｍ３／ｈであり、液体急結剤と粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材はコンクリート吐出口手前１ｍの分岐管から添加した。付着性状を確認した結果を表５に併記する。
【００７３】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
細骨材：新潟県姫川産、密度２．６２ｇ／ｃｍ３
粗骨剤：新潟県姫川産、密度２．６４ｇ／ｃｍ３
水：水道水
減水剤：ポリカルボン酸系減水剤
液体急結剤：実験Ｎｏ．１−１５組成品
粉末硫酸アルミニウム（ア）：硫酸アルミニウム１４〜１８水塩
粉末硫酸アルミニウム（イ）：硫酸アルミニウム８水塩
粉末硫酸アルミニウム（ウ）：無水硫酸アルミニウム
【００７４】
【表５】
表５より、粉末硫酸アルミニウムの水和物と硫酸塩、アルミン酸塩、並びに水酸化物を併用した場合には、吹付け時の付着性は良好であり、無水物を併用した場合には、一部ダレが発生するものの概ね付着性は良好であることがわかる。
これに対して、粉末硫酸アルミニウムを併用しないと、実験Ｎｏ．５−１のように吹付け時にダレが多く付着状態は良好ではなかった。
【技術分野】
【０００１】
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セメントコンクリートの吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの掘削作業等において露出した地山の崩落を防止するために、粉体の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）。
【０００３】
これらの吹付け工法で使用する急結剤としては、急結性能が優れることからカルシウムアルミネートに、アルカリ金属アルミン酸塩又はアルカリ金属炭酸塩等を混合したものが使用されていた。
しかしながら、カルシウムアルミネートにアルカリ金属アルミン酸塩やアルカリ金属炭酸塩等を混合した急結剤よりも低ｐＨ値のもので、弱アルカリ性、好ましくは、中性又は弱酸性の急結剤が求められていた。
【０００４】
この問題を解決するため液体急結剤として、塩基性アルミニウム塩や有機カルボン酸を主成分とするもの（特許文献３参照）、硫酸アルミニウムやアルカノールアミンを主成分とするもの（特許文献４参照）、並びに、アルミニウムの塩基性水溶液、ケイ酸リチウム、及びアルミン酸リチウムを主成分とするもの（特許文献５）等が用いられている。
一方、この液体急結剤は、初期強度発現が得にくく、従来の粉体系急結剤と比較して、トンネル坑内で厚吹きした場合には剥落する危険性があった。
近年では、人体への影響が従来の塩基性の急結剤と比較して少なく、初期強度発現性が優れる液体急結剤の開発が待たれていた。
【０００５】
さらに急結性を高めた急結剤が近年開発されているが、低温時には従来の粉体急結剤と比較して急結性や強度発現性が劣り、トンネル坑内で厚吹きした場合には剥落する危険性があった（特許文献６、特許文献７参照）
【特許文献１】特公昭６０−００４１４９号公報
【特許文献２】特開平０９−０１９９１０号公報
【特許文献３】特表２００１−５０９１２４
【特許文献４】特開平１０−０８７３５８号公報
【特許文献５】特開２００１−１３０９３５号公報
【特許文献６】特開２００２−０４７０４８号公報
【特許文献７】特開２００３−２４６６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アルカリ量が少なく、初期強度発現性が優れるセメントコンクリートの吹付け材料を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、セメントコンクリートに、アルミニウムと、イオウと、フッ素及び／又はアルカノールアミンを含有する酸性の液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムと、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物からなる無機化合物の群の中から選ばれる何れか一種又は二種以上とを添加することを特徴とする吹付け材料である。
また、該液体急結剤が錯体形成剤を含有することを特徴とする吹付け材料であり、該液体急結剤がアルカリ金属を含有することを特徴とする吹付け材料であり、該液体急結剤のｐＨが６以下であることを特徴とする吹付け材料であり、該液体急結剤が、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、５〜１５部であることを特徴とする吹付け材料である。
さらには、粉末硫酸アルミニウムが、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、１〜１０部であることを特徴とする吹付け材料であり、粉末硫酸アルミニウムは、Ａｌ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ（但し、ｎは５〜２０）であることを特徴とする吹付け材料であり、該吹付け材料を用いて吹付けることを特徴とする吹付け工法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法を採用することにより、液体急結剤を使用した場合でも急結性に優れ、吹付け後に剥落を生じない効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいうセメントコンクリートとは、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。
【００１０】
本発明で使用する液体急結剤は、アルミニウムとイオウを主成分とし、さらにフッ素及び／又はアルカノールアミンを含有するものである。また、この液体急結剤は、錯体形成剤やアルカリ金属等を含有することが好ましい。
【００１１】
液体急結剤に使用するアルミニウムの供給原料は、特に限定されるものではなく、アルミニウムを含有する、非晶質もしくは結晶質の水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸塩、及びその他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。これらのなかでも、イオウの供給原料ともなる硫酸アルミニウムの使用が好ましい。
【００１２】
液体急結剤のアルミニウムの使用量は、Ａｌ２Ｏ３換算で、イオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２５〜１１０部が好ましく、３０〜８０部がより好ましい。アルミニウムの使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、アルミニウムの使用量が多いと、液の安定性が損なわれる場合がある。
【００１３】
本発明の液体急結剤に使用するイオウの供給原料は、特に限定されるものではなく、イオウを含有する、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。これらのなかでも、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又は硫酸塩が好ましく、さらに、硫酸塩のうちアルミニウムとアルカリ金属を含有する化合物がより好ましい。
【００１４】
本発明の液体急結剤に使用するフッ素の供給原料は、水に溶解又は分解する化合物であれば特に限定されるものではなく、フッ素を含有する、フッ化塩、ケイフッ化塩、フッ化ホウ素塩、有機フッ素化合物、及びフッ化水素酸等のフッ素化合物が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
フッ化塩として、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、及びクリオライト等が挙げられる。クリオライトは天然物又は合成したもの何れも使用可能である。
【００１６】
ケイフッ化塩として、ケイフッ化アンモニウム、ケイフッ化ナトリウム、ケイフッ化カリウム、及びケイフッ化マグネシウム等が挙げられる。
【００１７】
フッ化ホウ素塩として、フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素モノエチルアミンコンプレックス、三フッ化ホウ素酢酸コンプレックス、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、ホウフッ化アンモニウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化カリウム、及びホウフッ化第一鉄等が挙げられる。
【００１８】
本発明では、上記フッ素の供給原料の中で、安全性が高く、製造コストが安く、かつ、凝結性状が優れる点から、フッ化塩やケイフッ化塩が好ましい。
【００１９】
フッ素の使用量は、Ｆ元素として、液体急結剤のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜５０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。フッ素の使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、フッ素の使用量が多いと、長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００２０】
本発明の液体急結剤に使用するアルカノールアミンは、構造式においてＮ−Ｒ１−ＯＨ構造を有する有機化合物である。
ここで、Ｒ１はアルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、例えば、メチレン基、エチレン基、及びｎ−プロピレン基等の直鎖型のアルキル基、イソプロピル基等の枝分かれ構造を有するアルキル基、並びに、フェニル基やベンジル基等の芳香族環を有するアリル基等が挙げられる。
【００２１】
Ｒ１は窒素原子と２箇所以上で結合していてもよく、Ｒ１の一部又は全部が環状構造であってもよい。また、Ｒ１は複数の水酸基と結合していてもよく、アルキル基の一部に炭素や水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等が含まれていてもよい。
【００２２】
アルカノールアミンの例としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、及びこれらの誘導体等が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することができ、そのうち、ジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、及びそれらの混合物が好ましく、ジエタノールアミンとＮ，Ｎ−ジメチルエタノールアミンの混合物がより好ましい。
【００２３】
アルカノールアミンの使用量は、液体急結剤中のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜７５部が好ましく、５〜５０部がより好ましい。アルカノールアミンの使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、アルカノールアミンの使用量が多いと、長期強度が低下する場合がある。
【００２４】
本発明の液体急結剤は、保存安定性を向上させる目的で、錯体形成剤を使用することが好ましい。
【００２５】
錯体形成剤の具体例としては、例えば、（１）ギ酸、酢酸、及びプロピオン酸等のモノカルボン酸類、（２）シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、及びフタル酸等のジカルボン酸類、（３）トリメリト酸やトリカルバリリル酸等のトリカルボン酸類、（４）ヒドロキシ酪酸、乳酸、及びサリチル酸等のオキシモノカルボン酸類、リンゴ酸のオキシジカルボン酸類、（５）アスパラギン酸やグルタミン酸等のアミノカルボン酸類、（６）エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）やトランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン四酢酸（ＣｙＤＴＡ）等のアミノポリカルボン酸類、（７）エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＴＰＯ〕、エチレンジアミンジ（メチレンホスホン酸）〔ＥＤＤＰＯ〕、ニトリロトリス（メチレンホスホン酸）〔ＮＴＰＯ〕、１−ヒドロキシエチリデン−１，１‘−ジホスホン酸〔ＨＥＤＰＯ〕等のホスホン酸類、（８）リン酸、トリポリリン酸、及びヘキサメタリン酸等の縮合リン酸類、（９）アセチルアセトンやヘキサフルオロアセチルアセトン等のジケトン類等が挙げられ、本発明では、これら錯体形成剤のうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
これらのなかでもシュウ酸、マロン酸、コハク酸、及び縮合リン酸類等が好ましい。
【００２６】
錯体形成剤の使用量は、液体急結剤中のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜７５部が好ましく、３〜５０部がより好ましい。錯体形成剤の使用量が少ないと、液体急結剤の安定性が損なわれる場合があり、錯体形成剤の使用量が多いと、強度発現性が阻害される場合がある。
【００２７】
本発明の液体急結剤は、急結性を向上させる目的で、アルカリ金属を使用することが好ましい。
【００２８】
アルカリ金属の供給原料は、特に限定されるものではないが、アルカリ金属、即ち、リチウム、ナトリウム、及びカリウム等を含む水溶性の化合物であればよく、アルカリ金属の酸化物、過酸化物、塩化物、水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、硫酸塩、チオ硫酸塩、過硫酸塩、硫化塩、炭酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩、フッ化塩、ケイ酸塩、ケイフッ化塩、明礬、及び金属アルコキシド等が使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上が使用される。これらのなかでも、硫酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩、フッ化塩、ケイフッ化塩、及び明礬等が好ましい。
【００２９】
アルカリ金属の使用量は、液体急結剤中のイオウ（ＳＯ３換算）１００部に対して、２．５〜５０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。アルカリ金属の使用量が少ないと、優れた急結性が得られない場合があり、アルカリ金属の使用量が多いと、長期強度発現性が阻害される場合がある。
【００３０】
本発明の液体急結剤は、酸性の液体急結剤であり、ｐＨで６以下が好ましい。ｐＨが高いと、液体急結剤の安定性が損なわれる場合がある。
【００３１】
本発明の液体急結剤の使用量は、セメント１００部に対して、５〜１５部が好ましく、７〜１０部がより好ましい。液体急結剤の使用量が少ないと、優れた急結性が発揮されない場合があり、液体急結剤の使用量が多いと、長期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００３２】
本発明の液体急結剤は、２０〜９０℃の範囲の温度でセメントコンクリートに混和させることでより急結性を向上させることが可能である。
【００３３】
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。固形分の濃度が低いと、優れた急結性状が得られない場合があり、固形分の濃度が高いと、液の粘性が高く、ポンプでの圧送性が悪くなる場合がある。
【００３４】
本発明の液体急結剤の形態は液状であり、懸濁液も含むものであり、懸濁液中の懸濁粒子のサイズは特に限定されるものではないが、懸濁粒子の分散性から、５μｍ以下であることが好ましい。懸濁粒子のサイズが大きいと、優れた分散性が得られず、液体ポンプ内で閉塞する場合がある。
【００３５】
本発明で使用する粉末硫酸アルミニウムは、Ａｌ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏの化学式を持ち、Ａｌ２（ＳＯ４）３・１４〜１８Ｈ２ＯやＡｌ２（ＳＯ４）３・８Ｈ２Ｏ、無水硫酸アルミニウム等が使用可能であるが、初期の付着性が良好なことからｎは５〜２０であることが好ましい。
【００３６】
本発明の粉末硫酸アルミニウムの使用量は、セメント１００部に対して、１〜１０部が好ましく、１．５〜５部がより好ましい。粉末硫酸アルミニウムの使用量が少ないと、優れた急結性が発揮されない場合や吹付け時にダレが多くなる場合があり、粉末硫酸アルミニウムの使用量が多いと、長期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００３７】
本発明では、粉末硫酸アルミニウムの他に、更に硫酸塩、アルミン酸塩、水酸化物からなる無機化合物の群から選ばれる何れか一種又は二種以上を併用することが好ましい（以下、これらを総称して粉体混和材という）。
（以下、
【００３８】
本発明で使用する硫酸塩は、強度発現性の向上を目的として使用するものであり、硫酸カルシウム、アルカリ金属硫酸塩、及び明礬類等が使用される。
硫酸カルシウムの結晶の形態は、特に限定されるものではなく、α型半水石膏、β型半水石膏、Ｉ型無水石膏、ＩＩ型無水石膏、及びＩＩＩ型無水石膏等が使用可能である。また、これら硫酸カルシウムには、天然で産出するものや、産業副産物として得られる排脱石膏や弗酸副生無水石膏等が含まれる。
アルカリ金属硫酸塩としては硫酸ナトリウムや硫酸カリウム等が挙げられ、明礬類としてはナトリウム明礬やカリウム明礬等が挙げられる。
【００３９】
硫酸塩の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、１０〜１５０部が好ましく、２０〜１００部がより好ましい。硫酸塩の使用量が少ないと、高い強度発現性が得られない場合があり、硫酸塩の使用量が多いと、急結性が低下する場合がある。
【００４０】
本発明で使用するアルミン酸塩は、急結性を向上させるために使用するものであり、アルカリ金属アルミン酸塩やアルミン酸カルシウム等が挙げられる。アルカリ金属アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等が挙げられ、Ｒをアルカリ金属とするとＲ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比で０．８〜１．２が好ましい。アルミン酸カルシウムはＣａＯ原料やＡｌ２Ｏ３原料等を混合したものをキルンでの焼成、電気炉での溶融等の熱処理をし、粉砕して得られるものである。ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡ、ＳｉＯ２をＳと略記すると、例えばＣ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２、Ｃ１１Ａ７・ＣａＣｌ２、Ｃ２Ａ・Ｓ、ＣＡ、及びＣＡ２等が挙げられ、これらの一種、又は二種以上を併用することが可能である。さらに、これらにアルカリ金属が固溶したものやミネライザーとしてＭｇやＳｉを含有させることも可能である。また、非晶質、結晶質のものが使用可能であり、これらが混在したものを使用して良い。
【００４１】
アルミン酸塩の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、１０〜２００部が好ましく、２０〜１５０部がより好ましい。アルミン酸塩の使用量が少ないと、高い急結性が得られない場合があり、アルミン酸塩の使用量が多いと、長期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００４２】
本発明で使用する水酸化物は、初期の急結性を向上させるために使用するものであり、二価及び三価の金属を含有するものが好ましく、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、及び水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）等が挙げられ、マグネシア（ＭｇＯ）とシリカ（ＳｉＯ２）を含有する滑石（別名：タルク）も使用可能である。水酸化カルシウムは、生石灰（ＣａＯ）やカルシウムカーバイド（ＣａＣ２）が水和した際に生じる消石灰を含むものであり、セメントコンクリートが水を使用する性質上、結果として水酸化カルシウムを多量に生成させる生石灰等の使用、もしくはこれを水酸化カルシウムと併用することは可能である。水酸化カルシウムの結晶の形態は特に限定されるものではない。水酸化アルミニウムは、Ａｌ（ＯＨ）３やＡｌＯ（ＯＨ）・ｎＨ２Ｏ等の物質である。水酸化アルミニウムには、結晶質や非晶質のものがあり、何れも使用可能であるが、非晶質の水酸化アルミニウムを使用することが好ましい。
【００４３】
水酸化物の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、５〜１００部が好ましく、１０〜７０部がより好ましい。水酸化物の使用量が少ないと、高い急結性が得られない場合があり、水酸化物の使用量が多いと、強度発現性が悪くなる場合がある。
【００４４】
本発明では、これらの他に、炭酸塩やシリカ質微粉末を併用することができる。
炭酸塩は、強度発現性と粉のエア圧送性を向上させるために使用するものであり、アルカリ金属炭酸塩、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの他、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの中間体であるドロマイトも使用可能である。
【００４５】
炭酸塩の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、５〜１００部が好ましく、１０〜７０部がより好ましい。炭酸塩の使用量が少ないと、高い強度発現性が得られない場合があり、炭酸塩の使用量が多いと、コストが嵩み好ましくない。
【００４６】
シリカ質微粉末は、強度発現性を向上させるために使用するものであり、シリカフューム、及びフライアッシュ等の産業副産物や、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、及び沈降性シリカ等のゲルタイプシリカ等が挙げられる。
【００４７】
シリカ質微粉末の使用量は、特に限定されないが、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、５〜１００部が好ましく、１０〜７０部がより好ましい。シリカ質微粉末の使用量が少ないと、高い強度発現性が得られない場合があり、シリカ質微粉末の使用量が多いと、コストが嵩み好ましくない。
【００４８】
本発明で使用するセメントは、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、高炉徐冷スラグや石灰石微粉末を混合したフィラーセメント、並びに都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）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。
【００４９】
本発明では、前記各材料や、砂や砂利等の骨材の他に、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。
【００５０】
減水剤は、セメントコンクリートの流動性を改善するために使用するものをいい、液状や粉状の何れも使用可能である。減水剤としては、例えばリグニンスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系、及びポリカルボン酸系等の公知の減水剤が使用可能である。
【００５１】
ＡＥ剤は、セメントコンクリートの凍害を防止するものである。凍害の予防方法としては、ＡＥ剤と呼ばれる一種の界面活性剤を用いて、無数の微細気泡をコンクリート中に混入する方法が採られる。ＡＥ剤として使用される界面活性剤として、例えば、ポリエーテル類（ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等）、芳香族スルホン酸塩類（ナフタレンスルホン酸塩等）、硫黄含有化合物（高級アルコール硫酸エステル等）、天然樹脂（アビエチン酸塩等）等が使用可能である。
【００５２】
増粘剤とは、セメントコンクリートに粘性を与え、吹付け直後のダレを防止し、リバウンド率を小さくし、粉塵発生を抑制するものをいう。増粘剤としては、骨材、セメントペースト、及びその他添加剤の材料分離抵抗性を向上させるものであり、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースエーテル等のセルロース系、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリブチレンオキサイド等のポリマーや、アクリル酸、メタクリル酸、及びエステルのコポリマーが主成分であるアクリル系ポリマー等が使用可能である。
【００５３】
繊維は、セメントコンクリートの耐衝撃性や弾性の向上の面から使用するもので、無機質や有機質の何れも使用可能である。無機質の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられる。
また、有機質の繊維としては、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリル繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられ、これらのうち、経済性の面で、金属繊維やビニロン繊維が好ましい。繊維の長さは圧送性や混合性等の点で、５０ｍｍ以下が好ましく、５〜３０ｍｍがより好ましい。繊維のアスペクト比は特に限定されるものではない。
【００５４】
本発明の吹付け材料は、液体急結剤に粉体急結材を併用するものである。これらは、予めベースとなる吹付け用コンクリートに含有させることも可能であるが、粉体急結材は、吹付け用セメントコンクリートが吹付けされる直前に水、もしくは液体急結剤と混合してスラリー化したものを、セメントコンクリートの吐出直前に混合させることも可能であり、粉塵低減の観点から後者の方法が好ましい。
【００５５】
本発明の法面やトンネルへの吹付け工法としては、一般的に行われている乾式、湿式の何れの吹付け工法も可能である。そのうち、粉塵の発生量が少ない面で湿式吹付け工法が好ましい。
【００５６】
本発明の吹付け用セメントコンクリートのスランプ値やフロー値は特に限定されず、公知の施工システムの組み合わせの範疇で問題なく施工可能ならば何れの値のものでも使用可能である。
以下、実験例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００５７】
セメント／砂（ｓ／ａ）比が１／３、水／セメント（Ｗ／Ｃ）比が５２％の配合を用い、減水剤を使用してスランプ（ＳＬ）を１５ｃｍ程度に調整した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、粉末硫酸アルミニウム３部を配合し、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して、表１に示す量の硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物を配合した。さらに、セメント１００部に対して、表１に示す液体急結剤１０部を混合して型枠内に詰め込み、試験環境温度２０℃で、プロクター貫入抵抗値を測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較のため、粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材を使用しない系でも同様に試験した。
【００５８】
＜使用材料＞
液体急結剤：下記原料を表１に示す組成になるよう計算して混合した。８０℃で３０分間溶解させたものを使用。何れの液体急結剤も液体急結剤１００部中、Ａｌ２Ｏ３を８部含有するように調整した。
原料イ（アルミニウム原料）：硫酸アルミニウム１４〜１８水塩、キシダ化学社製
原料ロ（フッ素・アルカリ金属原料）：フッ化ナトリウム、キシダ化学社製、試薬１級品
原料ハ（アルカノールアミン原料）：ジエタノールアミン、キシダ化学社製、試薬１級品
原料ニ（錯体形成剤）：コハク酸、キシダ化学社製、試薬１級品
原料ホ（フッ素原料）：フッ化水素酸（５５％）、キシダ化学社製、試薬１級品
粉末硫酸アルミニウム（ア）：硫酸アルミニウム１４〜１８水塩、キシダ化学社製
硫酸塩：硫酸カルシウム（天然無水石膏）、ブレーン４０００ｃｍ２／ｇ
アルミン酸塩：アルミン酸カルシウム（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３組成）、非晶質、ブレーン８０００ｃｍ２／ｇ
水酸化物：タルク、ブレーン５０００ｃｍ２／ｇ
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
砂：新潟県姫川産、密度２．６２ｇ／ｃｍ３
減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤、市販品
水：水道水
【００５９】
＜測定方法＞
プロクター貫入抵抗値：ＪＳＣＥ Ｄ−１０２−１９９９に準じて測定、材齢１５分
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１より、アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及びイオウ（ＳＯ３）と、フッ素（Ｆ）及び／又はアルカノールアミンを含有する液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムを併用した実験Ｎｏ．１−２〜１−８の実施例の材料は、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が大きく、急結性に優れていることが分かる。特に、実験Ｎｏ．１−４、１−８のように、フッ素、アルカノールアミン及びアルカリ金属をともに含有させることにより優れた急結性の材料が得られることがわかる。
これに対して、液体急結剤にフッ素（Ｆ）及び／又はアルカノールアミンを含有しない実験Ｎｏ．１−１の比較例の材料、粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材を併用しない実験Ｎｏ．１−９、１−１０、１−１２、１−１３、１−１４の比較例の材料は、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が小さく、優れた急結性が発揮されなかった。
なお、粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材を併用しなくても、フッ素、アルカノールアミン及びアルカリ金属をともに含有させた実験Ｎｏ．１−１１、１−１５の場合には、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値はかなり高いが、後述の実施例４に示すように、吹付け時のダレが多いので好ましくない。
【実施例２】
【００６２】
セメント１００部に対して、粉末硫酸アルミニウム（ア）３部を配合し、粉末硫酸アルミニウム１００部に対して表２に示す量の硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物を使用して、さらにセメント１００部に対して、表１の実験Ｎｏ．１−８の液体急結剤１０部を型枠内に詰め込み、プロクター貫入抵抗値と圧縮強度を測定した以外は実施例１と同様に試験した。結果を表２に併記する。
【００６３】
＜測定方法＞
プロクター貫入抵抗値：ＪＳＣＥ Ｄ−１０２−１９９９に準じて測定、材齢１５分
圧縮強度：材齢１日で脱型枠し、２０℃水中養生とし、材齢２８日で圧縮強度を測定した。供試体サイズは４×４×１６ｃｍ。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２より、硫酸アルミニウム粉末のみを使用した実験Ｎｏ．２−１と比較して、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物を併用した実験Ｎｏ．２−２〜２−５は、高いプロクター貫入抵抗値と２８日圧縮強度が得られることがわかる。
さらに、実験Ｎｏ．２−６〜２−１７より、これらを複合して使用することでより高い効果を得ることが可能となることがわかる。
また、粉末硫酸アルミニウム１００部に対する各物質の使用量は、硫酸塩の場合、実験Ｎｏ．２−６〜２−９から１０〜１５０部、より好ましくは２０〜１００部となる。アルミン酸塩の場合、実験Ｎｏ．２−１０〜２−１３から１０〜２００部、より好ましくは２０〜１５０部となる。水酸化物の場合、実験Ｎｏ．２−１４〜２−１７から５〜１００部、より好ましくは１０〜７０部となることがわかる。
【実施例３】
【００６６】
表１の実験Ｎｏ．１−８の液体急結剤を、セメント１００部に対して、表３に示す量を使用し、粉末硫酸アルミニウムを表１の実験Ｎｏ．１−８と同量使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３より、液体急結剤の使用量が多くなるにしたがって、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が大きくなり、急結性の向上するのが分かるから、液体急結剤の使用量は、セメント１００部に対して、５部以上が好ましいことがわかる。しかし、１５部を超えて使用しても、実験Ｎｏ．３−４のように急結性状は飽和し、また、長期強度発現性が悪くなる場合があるから、５〜１５部とすることが好ましいことがわかる。
【実施例４】
【００６９】
セメント１００部に対して、表４に示す量の粉末硫酸アルミニウムを使用し、硫酸塩３０部、アルミン酸塩５０部、及び水酸化物２０部からなる粉体を粉末硫酸アルミニウムと同量使用して、さらに表１の実験１−８の液体急結剤を、セメント１００部に対して１０部使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００７０】
【表４】
【００７１】
表４より、粉末硫酸アルミニウムの使用量が多くなるにしたがって、材齢１５分のプロクター貫入抵抗値が大きくなり、急結性が向上することがわかる。一方、粉末硫酸アルミニウムの使用量は、セメント１００部に対して、１０部を超えても、実験Ｎｏ．４−３のように急結性状は飽和し、長期強度発現性が悪くなる場合があるので、１〜１０部とすることが好ましいことがわかる。
また、粉末硫酸アルミニウムを併用しない比較例の実験Ｎｏ．１−１１、１−１５の場合には、吹付け時のダレが多いので好ましくないことがわかる。
【実施例５】
【００７２】
単位セメント量４００ｋｇ／ｍ３、Ｗ／Ｃ＝５０％、ｓ／ａ＝６５％のコンクリートを減水剤を用いてスランプ２０ｃｍ程度に調整し、セメント１００部に対して、表５に示す粉末硫酸アルミニウムを２部、さらに硫酸塩３０部、アルミン酸塩５０部、及び水酸化物２０部からなる粉体を粉末硫酸アルミニウムと同量使用し、実験Ｎｏ．１−８（実験Ｎｏ．１−１５）で使用した液体急結剤を８部とともに圧送空気４ｍ３／ｈでコンクリートに圧入し、模擬トンネル内に吹付けした。吹付け用コンクリートの吐出量は１０ｍ３／ｈであり、液体急結剤と粉末硫酸アルミニウム等の粉体混和材はコンクリート吐出口手前１ｍの分岐管から添加した。付着性状を確認した結果を表５に併記する。
【００７３】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、密度３．１５ｇ／ｃｍ３
細骨材：新潟県姫川産、密度２．６２ｇ／ｃｍ３
粗骨剤：新潟県姫川産、密度２．６４ｇ／ｃｍ３
水：水道水
減水剤：ポリカルボン酸系減水剤
液体急結剤：実験Ｎｏ．１−１５組成品
粉末硫酸アルミニウム（ア）：硫酸アルミニウム１４〜１８水塩
粉末硫酸アルミニウム（イ）：硫酸アルミニウム８水塩
粉末硫酸アルミニウム（ウ）：無水硫酸アルミニウム
【００７４】
【表５】
表５より、粉末硫酸アルミニウムの水和物と硫酸塩、アルミン酸塩、並びに水酸化物を併用した場合には、吹付け時の付着性は良好であり、無水物を併用した場合には、一部ダレが発生するものの概ね付着性は良好であることがわかる。
これに対して、粉末硫酸アルミニウムを併用しないと、実験Ｎｏ．５−１のように吹付け時にダレが多く付着状態は良好ではなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントコンクリートに、アルミニウムと、イオウと、フッ素及び／又はアルカノールアミンを含有する酸性の液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムと、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物からなる無機化合物の群の中から選ばれる何れか一種又は二種以上とを添加することを特徴とする吹付け材料。
【請求項２】
前記液体急結剤が錯体形成剤を含有することを特徴とする請求項１記載の吹付け材料。
【請求項３】
前記液体急結剤がアルカリ金属を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の吹付け材料。
【請求項４】
前記液体急結剤のｐＨが６以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項５】
前記液体急結剤が、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、５〜１５部であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項６】
前記粉末硫酸アルミニウムが、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、１〜１０部であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項７】
前記粉末硫酸アルミニウムが、Ａｌ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ（但し、ｎは５〜２０）であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の吹付け材料を用いて吹付けることを特徴とする吹付け工法。
【請求項１】
セメントコンクリートに、アルミニウムと、イオウと、フッ素及び／又はアルカノールアミンを含有する酸性の液体急結剤と、粉末硫酸アルミニウムと、硫酸塩、アルミン酸塩、及び水酸化物からなる無機化合物の群の中から選ばれる何れか一種又は二種以上とを添加することを特徴とする吹付け材料。
【請求項２】
前記液体急結剤が錯体形成剤を含有することを特徴とする請求項１記載の吹付け材料。
【請求項３】
前記液体急結剤がアルカリ金属を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の吹付け材料。
【請求項４】
前記液体急結剤のｐＨが６以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項５】
前記液体急結剤が、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、５〜１５部であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項６】
前記粉末硫酸アルミニウムが、セメントコンクリート中のセメント１００部に対して、１〜１０部であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項７】
前記粉末硫酸アルミニウムが、Ａｌ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ（但し、ｎは５〜２０）であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の吹付け材料。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の吹付け材料を用いて吹付けることを特徴とする吹付け工法。
【公開番号】特開２００７−３１１６６（Ｐ２００７−３１１６６Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１２２５６（Ｐ２００５−２１２２５６）
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【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１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【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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