吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法
【課題】トンネル等の作業性、粉塵低減効果をさらに良くし、湧水や地山面が悪化した状況下においても高い急結性が発揮される、石炭灰を大量に使用した、吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法を提供する。
【解決手段】セメントと石炭灰の合計量が３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００質量部中、石炭灰が３５〜６０質量部である粉体１００質量部に、水を４２〜７０質量部配合してなるセメントコンクリートと、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤に、減水剤及び水を加えたスラリー急結剤とからなる吹付け材料であり、前記吹付け材料において、急結剤に連続的に加水してスラリー急結剤を調整し、セメントコンクリートと合流混合し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】セメントと石炭灰の合計量が３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００質量部中、石炭灰が３５〜６０質量部である粉体１００質量部に、水を４２〜７０質量部配合してなるセメントコンクリートと、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤に、減水剤及び水を加えたスラリー急結剤とからなる吹付け材料であり、前記吹付け材料において、急結剤に連続的に加水してスラリー急結剤を調整し、セメントコンクリートと合流混合し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、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルや法面等において露出した地山面へ吹付ける急結剤、急結スラリー、吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法に関する。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、ペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。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。
【背景技術】
【０００２】
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コンクリートの吹付工法が行われている。この工法は、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。
急結剤としては、カルシウムアルミネートとアルカリ炭酸塩との混合物、カルシウムアルミネートと３ＣａＯ・ＳｉＯ２との混合物、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ炭酸塩等との混合物、並びに、仮焼明バン、アルミン酸塩、炭酸塩の混合物、消石灰、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムの混合物等が知られている（特許文献１、２、３、４、５）。
急結剤は、セメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。急結剤の添加方法は、通常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くなる方法であった。そのため、作業環境が悪化する場合があり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用して作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求められていた。
粉塵発生量が少ない工法として、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートに添加混合した後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている（特許文献６）。この方法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにくく、吹付け時には保護眼鏡や手袋等が必要となり、作業性が低下するという課題があった。これに対して、急結剤をスラリー化し、かつ、セメントコンクリートにミョウバン類を配合することにより、作業環境を改善する急結施工方法が提案されている（特許文献７）。近年、作業性、粉塵低減効果をさらに良くし、工期短縮の面で、急結性を向上した急結施工方法が提案されている（特許文献８）。
【０００３】
近年、廃棄物を再利用する廃棄物循環型社会構築の気運が高まっており、フライアッシュの使用が「資源の有効な利用の促進に関する法律」（平成三年法律第四十八号、指定副産物としての石炭灰の有効利用の促進）等の形で推奨されている。大量のフライアッシュを混合した混合セメントにおいても、急結性や初期強度発現性の優れる材料の開発が待たれている。
また、ＪＩＳ記載のフライアッシュセメントを使用することでセメント中に最大３０％までフライアッシュが混入されるが、大量使用は見込めず、さらなるフライアッシュの大量消費が求められている。
さらに、湧水や地山面が悪化した状況下において急結剤に対する要求は益々高まっており、従来のセメントコンクリート向け急結剤の要求性能である、初期凝結時間の確保、粉じん低減効果についてもさらなる向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６０−４１４９号公報
【特許文献２】特開昭６４−０５１３５１号公報
【特許文献３】特公昭５６−２７４５７号公報
【特許文献４】特開昭６１−０２６５３８号公報
【特許文献５】特開昭６３−２１００５０号公報
【特許文献６】特開平５−１３９８０４号公報
【特許文献７】特開平５−０９７４９１号公報
【特許文献８】特開２００３−８１６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記課題や要求を種々検討した結果、特定の急結剤を使用して吹付け施工を行うことにより解決できるという知見を得て、トンネル等の作業性、粉塵低減効果をさらに良くし、湧水や地山面が悪化した状況下においても高い急結性が発揮される、吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）セメントと石炭灰の合計量が３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００部中、石炭灰が３５〜６０部である粉体１００部に、水を４２〜７０部配合してなるセメントコンクリートと、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤に、減水剤及び水を加えたスラリー急結剤とからなる吹付け材料、（２）スラリー急結剤が、急結剤１００部に対して水３０〜１００部である（１）の吹付け材料、（３）スラリー急結剤が、セメントコンクリート中のセメントと石炭灰の合計１００部に対して固形分換算で３〜２０部である（１）又は（２）の吹付け材料、（４）材齢７日の圧縮強度が、急結剤無添加のセメントコンクリートの圧縮強度に比べて８０％以上である（１）〜（３）のいずれかの吹付け材料、（５）材齢９１日で圧縮強度値１８Ｎ／ｍｍ２以上である（１）〜（４）のいずれかの吹付け材料、（６）（１）〜（５）のいずれかの吹付け材料において、急結剤に連続的に加水してスラリー急結剤を調整し、セメントコンクリートと合流混合し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】
【０００７】
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って、トンネル等の吹付け作業で発生する粉塵の発生を抑えて作業性を向上し、湧水や地山面が悪化した状況下においても、高い急結性が得られ、石炭灰を大量に使用することが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明の急結剤とは、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなるものである。
【００１０】
本発明で使用するカルシウムアルミネート類とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られ、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主たる成分とする、水和活性を有する物質の総称である。ＣａＯやＡｌ２Ｏ３の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。
鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであっても使用可能である。これらの中では、反応活性の面で、非晶質のカルシウムアルミネート類が好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（以下、Ｃ１２Ａ７という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
カルシウムアルミネート類の粒度は、急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）３，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５，０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では、急結剤とセメントコンクリートを混合した吹付け材料の急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明で使用する硫酸塩類とは、吹付け材料の凝結性や強度発現性を向上し、例えば、急結剤と水（以下、スラリー水という）を混合した急結剤スラリーの硬化時間を遅延するために混合するものである。硫酸塩類とは、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、ミョウバン類、及び無水セッコウや半水セッコウや二水セッコウのセッコウ類等であり、使用する目的に応じてこれらのうちの一種又は二種以上の併用することが可能である。これらの中では、急結性を十分に得られることや初期強度発現性や現場施工に適している面で、硫酸ナトリウム、石膏類の使用が好ましい。
硫酸塩類の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、１０〜５０部が好ましく、２５〜４５部がより好ましい。１０部未満では急結剤スラリーの粘度が上昇するため、吹付け材料の施工性や凝結性が低下して、長期強度発現性を促進しにくい場合があり、５０部を超えると初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１２】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩（以下、アルミン酸塩という）とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、水酸化アルミニウムとアルカリ金属水酸化物を混合溶解し、乾燥し、粉末状として得られるものである。アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性の面で、アルミン酸ナトリウムの使用が好ましい。
アルカリ金属アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、３〜３０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。３部未満では初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、３０部を超えると急結剤スラリーの粘度が上がり、吹付け材料の施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩（以下、炭酸アルカリという）とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムが挙げられる。これらの中では、初期凝結促進の面で、炭酸ナトリウムが好ましい。
炭酸アルカリの使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、５〜６０部が好ましく、１０〜５０部がより好ましい。５部未満では吹付け材料の初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、６０部を超えると急結剤スラリーの粘度が上がり、施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。
【００１４】
本発明で使用するオキシカルボン酸類（以下、オキシ酸類という）としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、サリチル酸、及び乳酸又はこれらの塩等が挙げられる。塩としては、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属塩等が挙げられる。これらの中では、初期強度発現性の面で、グルコン酸ナトリウムが好ましい。
オキシカルボン酸類の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、０．０１〜２部が好ましく、０．１〜１部がより好ましい。０．０１部未満では吹付け材料の凝結性や初期強度発現性を阻害し、２部を超えると凝結性や強度発現性を阻害する場合がある。
【００１５】
本発明で使用する減水剤とは、急結剤の分散安定性を改善するためや吹付け時にセメントコンクリート適度な粘性を付与させて、吹付け材料のリバウンドや粉じん量を低減させるため、使用するものである。
減水剤としては、粉状のものが使用できる。減水剤としては、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、高強度発現性や分散安定性の点で、高性能減水剤が好ましい。高性能減水剤の使用により、急結材の使用量を少なくでき、粉塵の発生量及び／又はリバウンド率が極めて少なくできる。
高性能減水剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ビスフェノール酸のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、液状や粉状のいずれの状態でも使用でき、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、効果が大きい点で、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ビスフェノール酸のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、又はポリカルボン酸系高分子化合物が好ましい。
減水剤の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、０．５〜１０部が好ましく、１〜８部がより好ましい。０．５部未満では、急結剤と水を加えてスラリーにする際、うまく急結剤と水が混合できず、スラリー状態にならず、うまくセメントコンクリートに混合できない場合がある。１０部を超えた場合、急結剤自体の反応を分散し、遅延し、強度発現性が低下する場合がある。
【００１６】
本発明で使用する水の使用量は、急結剤１００部に対して、３０〜１００部が好ましく、５０〜８０部がより好ましい。３０部未満では急結剤がスラリー状態にならず、粉塵量が多くなる場合があり、１００部を超えると凝結性や強度発現性が低下する場合がある。
【００１７】
本発明で使用するスラリー急結剤の使用量は、セメントと石炭灰の合計１００部に対して、固形分換算で３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましく、１０〜１５部が最も好ましい。３部未満では吹付け材料の初期凝結を促進しにくい場合があり、２０部を超えると長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００１８】
本発明で使用するセメントコンクリートは、セメント、石炭灰、水、骨材などから形成されており、温度条件や施工条件に合わせて、高炉スラグ、石灰石微粉末、シリカヒューム、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、遅延剤、凝結促進剤などが使用可能である。
【００１９】
本発明で使用するセメントとは、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や、これら各種ポルトランドセメントに高炉スラグを混合した各種混合セメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能であり、ポルトランドセメントにフライアッシュを事前に配合されるフライアッシュセメントの使用も可能である。
【００２０】
本発明で使用する石炭灰とは、ＪＩＳ Ａ６２０１の規定を満たすフライアッシュや分級されたもの、分級されていない原粉のものであり、石炭灰の種類及び石炭灰に含有される化学成分の含有割合や物理特性は特に限定されるものではない。
【００２１】
本発明で使用する粉体とは、セメントと石炭灰からなり、セメントコンクリートにおいて、セメントと石炭灰の合計量は３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。３６０ｋｇ／ｍ３未満では初期強度が低下する場合があり、５５０ｋｇ／ｍ３以上では、セメント量が増えてしまい、コスト高になる。
【００２２】
本発明で使用する石炭灰は、セメントと石炭灰の合計１００部中、３５〜６０部が好ましい。３５部未満であると、フライアッシュ大量使用の観点から好ましくなく、６０部を超えると、初期強度発現性の低下が大きい。
【００２３】
本発明で使用する骨材としては、特に限定されるものではないが、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。骨材の最大寸法は、吹付けできれば特に限定されるものではない。細骨材としては、川砂、山砂、海砂、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り、砕砂、砕石も使用可能である。
【００２４】
本発明で使用するセメントコンクリート中の水の量は、セメントと石炭灰の合計１００部の粉体に対して４２〜７０部が好ましい。７０部を超えると、吹付け中の剥落や強度不足する場合があり、４２部を下回ると、コンクリートが強く粘り、施工性が悪化し、スラリー急結剤がうまく混ざらず、粉じん量が増加する場合がある。
【００２５】
本発明で使用するセメントコンクリートのスランプは、特に限定されるものではなく、良好な作業性が得られれば良い。一般的にスランプは６ｃｍ未満であると粘りが非常に強くなる傾向にあり、施工が困難となる。
【００２６】
本発明の吹付け材料は、スラリー急結剤を添加しない材料と比べ、材齢７日の圧縮強度比が８０％以上となり、材齢９１日の圧縮強度が１８Ｎ／ｍｍ２以上となる。
【００２７】
本発明の吹付け材料を用いた吹付け工法においては、従来使用の吹付け設備等が使用可能である。具体的には、例えば、吹付けセメントコンクリートの圧送にはシンテック社製、商品名「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」などが、また、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」などがそれぞれ使用可能である。
【００２８】
本発明のスラリー急結剤を用いた吹付け工法としては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の吹付け工法が可能であるが、湿式吹付け工法が可能である。
湿式吹付け工法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練したセメントコンクリートをポンプ圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結剤供給装置により圧送したスラリー急結剤を合流混合して得られる吹付け材料を吹付ける方法が挙げられる。
【００２９】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、通常、吹付け圧力は０．２〜０．５ＭＰａが好ましく、吹付け速度は４〜２０ｍ３／ｈが好ましい。
急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より０．０１〜０．３ＭＰａ大きいことが好ましい。
【００３０】
本発明のスラリー急結剤を用いた吹付け工法においては、粉塵やリバウンドを低減するために、急結剤に水を加えて連続的に急結剤をスラリー化し、このスラリー急結剤を、吐出口先端で吹付けセメントコンクリートと混合して吹付けることが好ましい。急結剤を連続的にスラリー化する方法としては、例えば、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲に穴を開け、その穴から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化し、空気圧送する方法等が使用できる。
【実施例】
【００３１】
「実験例１」
カルシウムアルミネート類１００部、並びに、カルシウムアルミネート類１００部に対して表１に示す量の硫酸塩、アルミン酸塩、炭酸アルカリ、オキシ酸類、及び減水剤と、急結剤１００部に対して水７０部とを混合撹拌してスラリー急結剤を調製した。また、セメントと石炭灰の合計量が４００ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００部中、石炭灰が５５部である粉体、水がセメントと石炭灰の合計１００部に対して５６部のコンクリート配合αから粗骨材を除いてモルタルを調製し、そのセメントと石炭灰の合計１００部に対してスラリー急結剤を１２部添加し、急結モルタルとし、その凝結時間と圧縮強度を測定した。
なお、比較として、以下に示す条件でモルタル物性を測定した結果も表１に併記する。
【００３２】
＜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、比重３．１６
細骨材：新潟県糸魚川市姫川水系川砂、表乾状態、比重２．６２
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６８、最大寸法２０ｍｍ
石炭灰：ＪＩＳ Ａ６２０１コンクリート用フライアッシュ、フライアッシュの品質II種に相当する
石炭灰、市販品、ブレーン値４，５００ ｃｍ２／ｇ、比重２．２０
カルシウムアルミネート類：Ｃ１２Ａ７組成に対応するもの、非晶質、ブレーン値６，５００ｃｍ２／ｇ
硫酸塩：市販無水石膏粉砕品、ブレーン値５，９００ｃｍ２／ｇ
アルミン酸塩：アルミン酸ナトリウム、市販品
炭酸アルカリ：炭酸ナトリウム、市販品
オキシ酸類：グルコン酸ナトリウム、市販品
減水剤：ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、市販品
比較用急結剤１：ナトミックＴＹＰＥ−５、電気化学工業社製
比較用急結剤２：硫酸アルミニウムの固形分濃度が２７％である酸性液体急結剤
【００３３】
＜コンクリート配合α＞
セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３
【００３４】
＜測定方法＞
凝結時間：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（ＪＳＣＥＤ−１０２）」に準じて測定
圧縮強度：モルタルをＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定
【００３５】
＜比較＞
比較例１：セメント４００ｋｇ／ｍ３、細骨材９９５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６７９ｋｇ／ｍ３、水２４０ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに急結剤（ナトミックＴＹＰＥ−５）をセメント１００部に対して７部添加し、混合攪拌したもの
比較例２：セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに急結剤を加えないもの
比較例３：セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに急結剤（ナトミックＴＹＰＥ−５）をセメントと石炭灰１００部に対して７部添加し、混合攪拌したもの
比較例４：セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに酸性液体急結剤をセメント１００部に対して８部添加し、混合攪拌したもの
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１より、硫酸塩類を配合しないと、凝結の終結時間が遅れ、圧縮強度が低いことが分かる。アルミン酸塩や炭酸アルカリを配合しないと、凝結（始発又は終結）が遅れることが分かる。オキシ酸類を配合しないと、急結剤と水を合わせた際、すぐに固化が起こり、試験ができない状態となる。減水剤を配合しないと、急結剤と水を合わせてもスラリー状態にはならず、試験ができない状態となる。このため、本発明の急結剤の構成が一つでも欠けてしまうと、満足した吹付けはできない。
比較例１は石炭灰を加えないモルタルに粉体急結剤を添加したもので、凝結や材齢１日、７日の強度発現は高いが、実施例の物性に比べると、長期強度が低下する結果となった。比較例２はベースモルタルであるが、７日強度が低い。比較例３は実施例のモルタルに粉体急結剤を加えたものであるが、初期強度が低く、１、７日強度の伸びも少なく、本発明の急結剤構成にしないと、比較例１のセメント単味の粉体急結剤と同等にはならない。比較例４では、酸性液体急結剤を加えたが、物性は向上しない。
【００３８】
「実験例２」
セメント、石炭灰、細骨材、粗骨材、水からなる表２に示す配合を用いてコンクリートを調製し、吹付け圧力０．４ＭＰａ、吹付け速度１０ｍ３／ｈの条件下で、コンクリート圧送機「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」によりポンプ圧送した。一方、実験例１の実験No.1-9の配合割合の急結剤をセメントと石炭灰の合計１００部に対して１２部になるように、圧送圧力０．５ＭＰａの条件下で、急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の管の周囲数カ所に設けた穴から、カルシウムアルミネート類１００部に対して減水剤５部と急結剤１００部に対して水７０部を添加して急結剤スラリーとした。この急結剤スラリーをＹ字管のもう一方から圧送された吹付けコンクリートに混合し、急結性吹付けコンクリートとした。この急結性吹付けコンクリートについてコンクリート圧縮強度、リバウンド率、粉塵量を測定した。結果を表３に示す。
【００３９】
＜測定方法＞
コンクリート圧縮強度：材齢１時間の圧縮強度は、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急結性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、（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日以降の圧縮強度は、幅５０ｃｍ×長さ５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの型枠に急結性吹付けコンクリートを吹付け、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。なお、材齢７日はベースコンクリートの供試体も採取し、ベースとの強度比を求めた。
リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを１０ｍ３／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。
粉じん量：急結性吹付けコンクリートを１０ｍ３／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。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
表２、表３より、セメントと石炭灰の合計１００部中、石炭灰が３５〜６０部までは、圧縮強度発現性に影響は見られない。しかし、６５部になると著しい強度発現性の低下を確認した。また、セメントと石炭灰の合計１００部に対して水が４２部未満であると、リバウンド、粉じん量が著しく増加し、７５部であると、強度発現性、リバウンド、粉じん量が悪化した。本発明の範囲内で調製するコンクリートを用いることによって良好な物性が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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って、トンネル等の吹付け作業で発生する粉塵の発生を抑えて作業性を向上し、湧水や地山面が悪化した状況下においても、高い急結性、強度発現性が得られ、石炭灰を大量に使用することが可能となるという効果を奏するので土木分野等で幅広く適用できる。
【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や法面等において露出した地山面へ吹付ける急結剤、急結スラリー、吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法に関する。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、ペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。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。
【背景技術】
【０００２】
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コンクリートの吹付工法が行われている。この工法は、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。
急結剤としては、カルシウムアルミネートとアルカリ炭酸塩との混合物、カルシウムアルミネートと３ＣａＯ・ＳｉＯ２との混合物、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアルカリ炭酸塩等との混合物、並びに、仮焼明バン、アルミン酸塩、炭酸塩の混合物、消石灰、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムの混合物等が知られている（特許文献１、２、３、４、５）。
急結剤は、セメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。急結剤の添加方法は、通常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くなる方法であった。そのため、作業環境が悪化する場合があり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用して作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求められていた。
粉塵発生量が少ない工法として、急結剤をスラリー化してセメントコンクリートに添加混合した後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている（特許文献６）。この方法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにくく、吹付け時には保護眼鏡や手袋等が必要となり、作業性が低下するという課題があった。これに対して、急結剤をスラリー化し、かつ、セメントコンクリートにミョウバン類を配合することにより、作業環境を改善する急結施工方法が提案されている（特許文献７）。近年、作業性、粉塵低減効果をさらに良くし、工期短縮の面で、急結性を向上した急結施工方法が提案されている（特許文献８）。
【０００３】
近年、廃棄物を再利用する廃棄物循環型社会構築の気運が高まっており、フライアッシュの使用が「資源の有効な利用の促進に関する法律」（平成三年法律第四十八号、指定副産物としての石炭灰の有効利用の促進）等の形で推奨されている。大量のフライアッシュを混合した混合セメントにおいても、急結性や初期強度発現性の優れる材料の開発が待たれている。
また、ＪＩＳ記載のフライアッシュセメントを使用することでセメント中に最大３０％までフライアッシュが混入されるが、大量使用は見込めず、さらなるフライアッシュの大量消費が求められている。
さらに、湧水や地山面が悪化した状況下において急結剤に対する要求は益々高まっており、従来のセメントコンクリート向け急結剤の要求性能である、初期凝結時間の確保、粉じん低減効果についてもさらなる向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６０−４１４９号公報
【特許文献２】特開昭６４−０５１３５１号公報
【特許文献３】特公昭５６−２７４５７号公報
【特許文献４】特開昭６１−０２６５３８号公報
【特許文献５】特開昭６３−２１００５０号公報
【特許文献６】特開平５−１３９８０４号公報
【特許文献７】特開平５−０９７４９１号公報
【特許文献８】特開２００３−８１６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記課題や要求を種々検討した結果、特定の急結剤を使用して吹付け施工を行うことにより解決できるという知見を得て、トンネル等の作業性、粉塵低減効果をさらに良くし、湧水や地山面が悪化した状況下においても高い急結性が発揮される、吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）セメントと石炭灰の合計量が３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００部中、石炭灰が３５〜６０部である粉体１００部に、水を４２〜７０部配合してなるセメントコンクリートと、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤に、減水剤及び水を加えたスラリー急結剤とからなる吹付け材料、（２）スラリー急結剤が、急結剤１００部に対して水３０〜１００部である（１）の吹付け材料、（３）スラリー急結剤が、セメントコンクリート中のセメントと石炭灰の合計１００部に対して固形分換算で３〜２０部である（１）又は（２）の吹付け材料、（４）材齢７日の圧縮強度が、急結剤無添加のセメントコンクリートの圧縮強度に比べて８０％以上である（１）〜（３）のいずれかの吹付け材料、（５）材齢９１日で圧縮強度値１８Ｎ／ｍｍ２以上である（１）〜（４）のいずれかの吹付け材料、（６）（１）〜（５）のいずれかの吹付け材料において、急結剤に連続的に加水してスラリー急結剤を調整し、セメントコンクリートと合流混合し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】
【０００７】
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って、トンネル等の吹付け作業で発生する粉塵の発生を抑えて作業性を向上し、湧水や地山面が悪化した状況下においても、高い急結性が得られ、石炭灰を大量に使用することが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明の急結剤とは、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなるものである。
【００１０】
本発明で使用するカルシウムアルミネート類とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られ、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主たる成分とする、水和活性を有する物質の総称である。ＣａＯやＡｌ２Ｏ３の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。
鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであっても使用可能である。これらの中では、反応活性の面で、非晶質のカルシウムアルミネート類が好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（以下、Ｃ１２Ａ７という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
カルシウムアルミネート類の粒度は、急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）３，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５，０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では、急結剤とセメントコンクリートを混合した吹付け材料の急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明で使用する硫酸塩類とは、吹付け材料の凝結性や強度発現性を向上し、例えば、急結剤と水（以下、スラリー水という）を混合した急結剤スラリーの硬化時間を遅延するために混合するものである。硫酸塩類とは、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、ミョウバン類、及び無水セッコウや半水セッコウや二水セッコウのセッコウ類等であり、使用する目的に応じてこれらのうちの一種又は二種以上の併用することが可能である。これらの中では、急結性を十分に得られることや初期強度発現性や現場施工に適している面で、硫酸ナトリウム、石膏類の使用が好ましい。
硫酸塩類の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、１０〜５０部が好ましく、２５〜４５部がより好ましい。１０部未満では急結剤スラリーの粘度が上昇するため、吹付け材料の施工性や凝結性が低下して、長期強度発現性を促進しにくい場合があり、５０部を超えると初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１２】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩（以下、アルミン酸塩という）とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、水酸化アルミニウムとアルカリ金属水酸化物を混合溶解し、乾燥し、粉末状として得られるものである。アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性の面で、アルミン酸ナトリウムの使用が好ましい。
アルカリ金属アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、３〜３０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。３部未満では初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、３０部を超えると急結剤スラリーの粘度が上がり、吹付け材料の施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩（以下、炭酸アルカリという）とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムが挙げられる。これらの中では、初期凝結促進の面で、炭酸ナトリウムが好ましい。
炭酸アルカリの使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、５〜６０部が好ましく、１０〜５０部がより好ましい。５部未満では吹付け材料の初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、６０部を超えると急結剤スラリーの粘度が上がり、施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。
【００１４】
本発明で使用するオキシカルボン酸類（以下、オキシ酸類という）としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、サリチル酸、及び乳酸又はこれらの塩等が挙げられる。塩としては、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属塩等が挙げられる。これらの中では、初期強度発現性の面で、グルコン酸ナトリウムが好ましい。
オキシカルボン酸類の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、０．０１〜２部が好ましく、０．１〜１部がより好ましい。０．０１部未満では吹付け材料の凝結性や初期強度発現性を阻害し、２部を超えると凝結性や強度発現性を阻害する場合がある。
【００１５】
本発明で使用する減水剤とは、急結剤の分散安定性を改善するためや吹付け時にセメントコンクリート適度な粘性を付与させて、吹付け材料のリバウンドや粉じん量を低減させるため、使用するものである。
減水剤としては、粉状のものが使用できる。減水剤としては、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、高強度発現性や分散安定性の点で、高性能減水剤が好ましい。高性能減水剤の使用により、急結材の使用量を少なくでき、粉塵の発生量及び／又はリバウンド率が極めて少なくできる。
高性能減水剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ビスフェノール酸のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、液状や粉状のいずれの状態でも使用でき、これらの中から選ばれた一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、効果が大きい点で、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ビスフェノール酸のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、又はポリカルボン酸系高分子化合物が好ましい。
減水剤の使用量は、カルシウムアルミネート類１００部に対して、０．５〜１０部が好ましく、１〜８部がより好ましい。０．５部未満では、急結剤と水を加えてスラリーにする際、うまく急結剤と水が混合できず、スラリー状態にならず、うまくセメントコンクリートに混合できない場合がある。１０部を超えた場合、急結剤自体の反応を分散し、遅延し、強度発現性が低下する場合がある。
【００１６】
本発明で使用する水の使用量は、急結剤１００部に対して、３０〜１００部が好ましく、５０〜８０部がより好ましい。３０部未満では急結剤がスラリー状態にならず、粉塵量が多くなる場合があり、１００部を超えると凝結性や強度発現性が低下する場合がある。
【００１７】
本発明で使用するスラリー急結剤の使用量は、セメントと石炭灰の合計１００部に対して、固形分換算で３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましく、１０〜１５部が最も好ましい。３部未満では吹付け材料の初期凝結を促進しにくい場合があり、２０部を超えると長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００１８】
本発明で使用するセメントコンクリートは、セメント、石炭灰、水、骨材などから形成されており、温度条件や施工条件に合わせて、高炉スラグ、石灰石微粉末、シリカヒューム、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、遅延剤、凝結促進剤などが使用可能である。
【００１９】
本発明で使用するセメントとは、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や、これら各種ポルトランドセメントに高炉スラグを混合した各種混合セメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能であり、ポルトランドセメントにフライアッシュを事前に配合されるフライアッシュセメントの使用も可能である。
【００２０】
本発明で使用する石炭灰とは、ＪＩＳ Ａ６２０１の規定を満たすフライアッシュや分級されたもの、分級されていない原粉のものであり、石炭灰の種類及び石炭灰に含有される化学成分の含有割合や物理特性は特に限定されるものではない。
【００２１】
本発明で使用する粉体とは、セメントと石炭灰からなり、セメントコンクリートにおいて、セメントと石炭灰の合計量は３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。３６０ｋｇ／ｍ３未満では初期強度が低下する場合があり、５５０ｋｇ／ｍ３以上では、セメント量が増えてしまい、コスト高になる。
【００２２】
本発明で使用する石炭灰は、セメントと石炭灰の合計１００部中、３５〜６０部が好ましい。３５部未満であると、フライアッシュ大量使用の観点から好ましくなく、６０部を超えると、初期強度発現性の低下が大きい。
【００２３】
本発明で使用する骨材としては、特に限定されるものではないが、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。骨材の最大寸法は、吹付けできれば特に限定されるものではない。細骨材としては、川砂、山砂、海砂、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り、砕砂、砕石も使用可能である。
【００２４】
本発明で使用するセメントコンクリート中の水の量は、セメントと石炭灰の合計１００部の粉体に対して４２〜７０部が好ましい。７０部を超えると、吹付け中の剥落や強度不足する場合があり、４２部を下回ると、コンクリートが強く粘り、施工性が悪化し、スラリー急結剤がうまく混ざらず、粉じん量が増加する場合がある。
【００２５】
本発明で使用するセメントコンクリートのスランプは、特に限定されるものではなく、良好な作業性が得られれば良い。一般的にスランプは６ｃｍ未満であると粘りが非常に強くなる傾向にあり、施工が困難となる。
【００２６】
本発明の吹付け材料は、スラリー急結剤を添加しない材料と比べ、材齢７日の圧縮強度比が８０％以上となり、材齢９１日の圧縮強度が１８Ｎ／ｍｍ２以上となる。
【００２７】
本発明の吹付け材料を用いた吹付け工法においては、従来使用の吹付け設備等が使用可能である。具体的には、例えば、吹付けセメントコンクリートの圧送にはシンテック社製、商品名「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」などが、また、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」などがそれぞれ使用可能である。
【００２８】
本発明のスラリー急結剤を用いた吹付け工法としては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の吹付け工法が可能であるが、湿式吹付け工法が可能である。
湿式吹付け工法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練したセメントコンクリートをポンプ圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結剤供給装置により圧送したスラリー急結剤を合流混合して得られる吹付け材料を吹付ける方法が挙げられる。
【００２９】
本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工法においては、通常、吹付け圧力は０．２〜０．５ＭＰａが好ましく、吹付け速度は４〜２０ｍ３／ｈが好ましい。
急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より０．０１〜０．３ＭＰａ大きいことが好ましい。
【００３０】
本発明のスラリー急結剤を用いた吹付け工法においては、粉塵やリバウンドを低減するために、急結剤に水を加えて連続的に急結剤をスラリー化し、このスラリー急結剤を、吐出口先端で吹付けセメントコンクリートと混合して吹付けることが好ましい。急結剤を連続的にスラリー化する方法としては、例えば、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲に穴を開け、その穴から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化し、空気圧送する方法等が使用できる。
【実施例】
【００３１】
「実験例１」
カルシウムアルミネート類１００部、並びに、カルシウムアルミネート類１００部に対して表１に示す量の硫酸塩、アルミン酸塩、炭酸アルカリ、オキシ酸類、及び減水剤と、急結剤１００部に対して水７０部とを混合撹拌してスラリー急結剤を調製した。また、セメントと石炭灰の合計量が４００ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００部中、石炭灰が５５部である粉体、水がセメントと石炭灰の合計１００部に対して５６部のコンクリート配合αから粗骨材を除いてモルタルを調製し、そのセメントと石炭灰の合計１００部に対してスラリー急結剤を１２部添加し、急結モルタルとし、その凝結時間と圧縮強度を測定した。
なお、比較として、以下に示す条件でモルタル物性を測定した結果も表１に併記する。
【００３２】
＜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、比重３．１６
細骨材：新潟県糸魚川市姫川水系川砂、表乾状態、比重２．６２
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６８、最大寸法２０ｍｍ
石炭灰：ＪＩＳ Ａ６２０１コンクリート用フライアッシュ、フライアッシュの品質II種に相当する
石炭灰、市販品、ブレーン値４，５００ ｃｍ２／ｇ、比重２．２０
カルシウムアルミネート類：Ｃ１２Ａ７組成に対応するもの、非晶質、ブレーン値６，５００ｃｍ２／ｇ
硫酸塩：市販無水石膏粉砕品、ブレーン値５，９００ｃｍ２／ｇ
アルミン酸塩：アルミン酸ナトリウム、市販品
炭酸アルカリ：炭酸ナトリウム、市販品
オキシ酸類：グルコン酸ナトリウム、市販品
減水剤：ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、市販品
比較用急結剤１：ナトミックＴＹＰＥ−５、電気化学工業社製
比較用急結剤２：硫酸アルミニウムの固形分濃度が２７％である酸性液体急結剤
【００３３】
＜コンクリート配合α＞
セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３
【００３４】
＜測定方法＞
凝結時間：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（ＪＳＣＥＤ−１０２）」に準じて測定
圧縮強度：モルタルをＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定
【００３５】
＜比較＞
比較例１：セメント４００ｋｇ／ｍ３、細骨材９９５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６７９ｋｇ／ｍ３、水２４０ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに急結剤（ナトミックＴＹＰＥ−５）をセメント１００部に対して７部添加し、混合攪拌したもの
比較例２：セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに急結剤を加えないもの
比較例３：セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに急結剤（ナトミックＴＹＰＥ−５）をセメントと石炭灰１００部に対して７部添加し、混合攪拌したもの
比較例４：セメント１８０ｋｇ／ｍ３、石炭灰２２０ｋｇ／ｍ３、水２２４ｋｇ／ｍ３、細骨材９７３ｋｇ／ｍ３、粗骨材６６４ｋｇ／ｍ３のコンクリートから粗骨材を除いたモルタルに酸性液体急結剤をセメント１００部に対して８部添加し、混合攪拌したもの
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１より、硫酸塩類を配合しないと、凝結の終結時間が遅れ、圧縮強度が低いことが分かる。アルミン酸塩や炭酸アルカリを配合しないと、凝結（始発又は終結）が遅れることが分かる。オキシ酸類を配合しないと、急結剤と水を合わせた際、すぐに固化が起こり、試験ができない状態となる。減水剤を配合しないと、急結剤と水を合わせてもスラリー状態にはならず、試験ができない状態となる。このため、本発明の急結剤の構成が一つでも欠けてしまうと、満足した吹付けはできない。
比較例１は石炭灰を加えないモルタルに粉体急結剤を添加したもので、凝結や材齢１日、７日の強度発現は高いが、実施例の物性に比べると、長期強度が低下する結果となった。比較例２はベースモルタルであるが、７日強度が低い。比較例３は実施例のモルタルに粉体急結剤を加えたものであるが、初期強度が低く、１、７日強度の伸びも少なく、本発明の急結剤構成にしないと、比較例１のセメント単味の粉体急結剤と同等にはならない。比較例４では、酸性液体急結剤を加えたが、物性は向上しない。
【００３８】
「実験例２」
セメント、石炭灰、細骨材、粗骨材、水からなる表２に示す配合を用いてコンクリートを調製し、吹付け圧力０．４ＭＰａ、吹付け速度１０ｍ３／ｈの条件下で、コンクリート圧送機「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」によりポンプ圧送した。一方、実験例１の実験No.1-9の配合割合の急結剤をセメントと石炭灰の合計１００部に対して１２部になるように、圧送圧力０．５ＭＰａの条件下で、急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の管の周囲数カ所に設けた穴から、カルシウムアルミネート類１００部に対して減水剤５部と急結剤１００部に対して水７０部を添加して急結剤スラリーとした。この急結剤スラリーをＹ字管のもう一方から圧送された吹付けコンクリートに混合し、急結性吹付けコンクリートとした。この急結性吹付けコンクリートについてコンクリート圧縮強度、リバウンド率、粉塵量を測定した。結果を表３に示す。
【００３９】
＜測定方法＞
コンクリート圧縮強度：材齢１時間の圧縮強度は、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急結性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、（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日以降の圧縮強度は、幅５０ｃｍ×長さ５０ｃｍ×厚さ２０ｃｍの型枠に急結性吹付けコンクリートを吹付け、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。なお、材齢７日はベースコンクリートの供試体も採取し、ベースとの強度比を求めた。
リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを１０ｍ３／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。
粉じん量：急結性吹付けコンクリートを１０ｍ３／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。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
表２、表３より、セメントと石炭灰の合計１００部中、石炭灰が３５〜６０部までは、圧縮強度発現性に影響は見られない。しかし、６５部になると著しい強度発現性の低下を確認した。また、セメントと石炭灰の合計１００部に対して水が４２部未満であると、リバウンド、粉じん量が著しく増加し、７５部であると、強度発現性、リバウンド、粉じん量が悪化した。本発明の範囲内で調製するコンクリートを用いることによって良好な物性が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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って、トンネル等の吹付け作業で発生する粉塵の発生を抑えて作業性を向上し、湧水や地山面が悪化した状況下においても、高い急結性、強度発現性が得られ、石炭灰を大量に使用することが可能となるという効果を奏するので土木分野等で幅広く適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと石炭灰の合計量が３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００質量部中、石炭灰が３５〜６０質量部である粉体１００質量部に、水を４２〜７０質量部配合してなるセメントコンクリートと、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤に、減水剤及び水を加えたスラリー急結剤とからなる吹付け材料。
【請求項２】
スラリー急結剤が、急結剤１００質量部に対して水３０〜１００質量部である請求項１記載の吹付け材料。
【請求項３】
スラリー急結剤が、セメントコンクリート中のセメントと石炭灰の合計１００質量部に対して固形分換算で３〜２０質量部である請求項１又は２に記載の吹付け材料。
【請求項４】
材齢７日の圧縮強度が、急結剤無添加のセメントコンクリートの圧縮強度に比べて８０％以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の吹付け材料。
【請求項５】
材齢９１日で圧縮強度値１８Ｎ／ｍｍ２以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の吹付け材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の吹付け材料において、急結剤に連続的に加水してスラリー急結剤を調整し、セメントコンクリートと合流混合して吹付けることを特徴とする吹付け工法。
【請求項１】
セメントと石炭灰の合計量が３６０〜５５０ｋｇ／ｍ３であり、セメントと石炭灰の合計１００質量部中、石炭灰が３５〜６０質量部である粉体１００質量部に、水を４２〜７０質量部配合してなるセメントコンクリートと、カルシウムアルミネート類、硫酸塩類、アルカリ金属アルミン酸塩類、アルカリ金属炭酸塩類、及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤に、減水剤及び水を加えたスラリー急結剤とからなる吹付け材料。
【請求項２】
スラリー急結剤が、急結剤１００質量部に対して水３０〜１００質量部である請求項１記載の吹付け材料。
【請求項３】
スラリー急結剤が、セメントコンクリート中のセメントと石炭灰の合計１００質量部に対して固形分換算で３〜２０質量部である請求項１又は２に記載の吹付け材料。
【請求項４】
材齢７日の圧縮強度が、急結剤無添加のセメントコンクリートの圧縮強度に比べて８０％以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の吹付け材料。
【請求項５】
材齢９１日で圧縮強度値１８Ｎ／ｍｍ２以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の吹付け材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の吹付け材料において、急結剤に連続的に加水してスラリー急結剤を調整し、セメントコンクリートと合流混合して吹付けることを特徴とする吹付け工法。
【公開番号】特開２０１２−９６９３３（Ｐ２０１２−９６９３３Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３５３４（Ｐ２０１０−２４３５３４）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【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５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【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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