(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料をエアによる搬送が可能となる地点まで圧送ポンプを使用して所定長さの圧送配管内を圧送し、圧送配管先端に接続した合流管を介してエアを合流させるとともに、該合流管の先端に吹付け作業に適した内径のホースを接続し、ホースの先端に取り付けた吹付けノズルから吹付けるようにした湿式材料の圧送吹付け工法であって、
圧送ポンプとしてピストン式圧送ポンプを使用すると共に、該ピストン式圧送ポンプのシリンダ内径と概ね同径以上の内径を有し、かつ、圧送方向に向けて概ね縮径することのない吐出管及び圧送配管を使用することにより、スランプ値が１〜８ｃｍ未満のモルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料を圧送可能としたことを特徴とする湿式材料の圧送吹付け工法。
【請求項２】
スランプ値が１〜６ｃｍ以下である請求項１に記載の湿式材料の圧送吹付け工法。
【請求項３】
圧送配管先端又はエアを合流させた後において急結剤を添加して、湿式材料中にエアと急結剤を合流させて吹付けを行う請求項１又は２に記載の湿式材料の圧送吹付け工法。
【請求項４】
ピストン式圧送ポンプのバルブ構造を平行摺動式とした請求項１，２又は３に記載の湿式材料の圧送吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、法面，擁壁，トンネル，地下構造物等の構築，補修，補強に際して、モルタル又はコンクリートを主体とする湿式材料を圧送ポンプとエアを併用して吹付ける工法であって、特には従来不可能とされていたスランプ値が１〜８ｃｍ未満の低スランプの湿式材料を圧送ポンプを使用して圧送、吹付け可能とした湿式材料の圧送吹付け工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からモルタル又はコンクリートを主体とする湿式材料を法面，擁壁，トンネル，地下構造物等の構築，補修，補強等の各種工事現場の施工場所に搬送して吹付ける工法として、全行程をエアで搬送する全エア搬送吹付け工法と、ポンプ圧送とエア搬送を併用するポンプ圧送＋エア搬送吹付け工法が一般に採用されている。全エア搬送吹付け工法は、密閉回転ポケット式または密閉タンク式の吹付け機が用いられ、この密閉回転ポケット式吹付け機はトンネルなどのナトム工法に使用されており、材料排出口に内径５０〜６５ｍｍで、１０〜３０ｍの長さの材料搬送ホースを接続し、吹付け機にエアを供給し、施工場所までエア搬送して吹付けを行う。そして、吹付けノズルの数メートル手前に粉体の急結剤用のホース接続口を設けて、急結剤を供給するようにしている。湿式材料としてのコンクリートはセメント：細骨材：粗骨材（１５ｍｍ以下）の重量比が１：２〜３：１〜２を基本とし、スランプ値は８〜１６ｃｍである。このような軟らかい材料では、吹付け後の剥離の危険があり初期強度が必要な為、セメント重量比の５〜１０％の粉体の急結剤が使用されているが、粉塵が多く発生し、現場環境が悪化し、しかもコスト高となる問題がある。
【０００３】
他方の密閉タンク式吹付け機は法面工法に使用されており、材料排出口に内径３８〜５０ｍｍ、１０〜１００ｍの長さのポリホース又はゴムホースを接続し、ホース接続口からエアを供給して施工場所までエア搬送し、吹付けを行う工法である。湿式材料としてのモルタルはセメント：細骨材の重量比が１：４、コンクリートはセメント：細骨材：粗骨材（１５ｍｍ以下）の重量比が１：４：１〜２を基本とし、スランプ値は０〜２ｃｍである。この工法では材料のスランプ値が極小さく、吹付時のダレがなく、初期強度が重視されていないため、通常急結剤は使用していない。しかしスランプ値が０ｃｍの場合、鉄筋の裏側や隙間の狭い部分では、材料が十分に充填されずに空洞が発生し、又リバウンドも多く発生するため、材料ロスも多く、しかも強度の低下を生じる問題がある。なお、スランプ値０〜２ｃｍの流動性に乏しい湿式材料を搬送できるのはエアによって搬送しているため、搬送途中において湿式材料が圧密状態とならないためである。
【０００４】
これらの全エア搬送吹付け工法の施工範囲は材料搬送ホースの長さと高さによって決まる。全延長部が長くなったり高さが増すと材料の搬送が困難になり、かつ、材料が分離しバラツキが生じて強度が低下する惧れがあるので、搬送長さは１００ｍ以内で垂直搬送高さは４５ｍ以内となっている。この範囲を超えるとエア搬送だけでは材料の品質が保てなくなり施工が困難となるため、吹付け機及び材料、その他の資材一式を移設しなければならない問題がある。
【０００５】
そこで、搬送長さが１００ｍ又は垂直高さが４５ｍを越えると、エアによる搬送が可能となる地点まで圧送配管を配管して圧送ポンプによる圧送を併用する必要がある。この圧送ポンプとエアを併用して法面、擁壁等の構築，補修，補強工事を行う例を図５に基づいて説明する。法面、擁壁を施工する場合はシリンダ内径１００〜１６０ｍｍのピストン式圧送ポンプ１を使用し、このピストン式圧送ポンプ１から吐出管１８を介して導出された曲管２の他端部に絞り管３を取り付け、この絞り管３に２．５インチ（内径約７０ｍｍ）または３インチ（内径約８０ｍｍ）の鉄管又は高圧ホースからなる圧送配管４を必要本数だけ連結して、数メートル〜数百メートルの長さに及ぶ所定長さの圧送配管路を構築する。ピストン式圧送ポンプ１はピストンとシリンダを有する２基のプランジャポンプＰ，Ｍからなり、吸込み管１７，１７ａから吸入した湿式材料をピストンの交互駆動によって吐出管１８に連続的に送給可能となっている。
【０００６】
絞り管３は曲管２に接続されて圧送方向に向けて口径を縮径するものであり、例えばピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径が１００ｍｍとすると、長さ５００〜１５００ｍｍの間でこれを使用する圧送配管４と同径となる２．５インチ（内径約７０ｍｍ）まで内径を縮径させるのである。これは、圧送配管の敷設は急峻な現場にて手作業を主として行う過酷な作業であるため、圧送配管４の内径を小さくして重量を軽減させて作業性を高める必要があるためである。この鉄管又は高圧ホースからなる圧送配管４の先端部にエア・急結剤合流管５が取り付けられ、該エア・急結剤合流管５にエアホース接続口６と急結剤ホース接続口７が設けてある。更に該エア・急結剤合流管５の先端部に内径３８〜５０ｍｍのゴムホースまたはポリホース９が長さ５〜４０メートル程度取付けられており、該ゴムホースまたはポリホース９の先端部に吹付けノズル１０が取り付けられている。エア・急結剤合流管５はエアと合流直後に３００〜１０００ｍｍの長さで２．５インチ（内径約７０ｍｍ）又は３インチ（内径約８０ｍｍ）から内径３８〜５０ｍｍに絞られている。なお、急結剤ホース接続口７の配設位置は上記エア・急結剤合流管５に限定されず、吹付けノズル１０又は該吹付けノズル１０の数メートル手前に接続することもある。
【０００７】
吸込み管１７，１７ａから吸入する湿式材料としてのモルタルは、セメント：細骨材の重量比が１：１〜４、コンクリートはセメント：細骨材：粗骨材（１５ｍｍ以下）の重量比が１：１〜４：１〜２を基本とし、スランプ値は８〜２７ｃｍである。吹付け作業は作業員が吹付けノズル１０を保持した状態で行うため、吹付け量は時間当り１〜５ｍ３，エア量は２〜７Ｎｍ３／ｍｉｎ程度が一般的である。スランプ値を８〜２７ｃｍとしているのは、圧送ポンプ１を使用して圧送する場合はエア搬送と異なり、圧送配管内を湿式材料が圧密状態で圧送されるので、スランプの値が８ｃｍ未満となると安定した圧送ができず、閉塞してしまうことが多々あるため、流動性を高めたスランプ値８〜２７ｃｍのものしか圧送できないためである。
【０００８】
この工法では、斜面を形成する施工面全体に湿式材料を吹付けるベタ吹き工法と、法枠内に湿式材料を吹付ける法枠工法があり、スランプ値が８〜２７ｃｍの湿式材料では、湿式材料のダレ及び枠内からの流出量が多くて材料ロスが多く発生する。また、吹付エア圧力により吹付けた材料が移動して均一な吹付けができないなどの問題があるため、急結剤ホース接続口７から液体の急結剤をセメント重量比の３〜８％供給し、吹付け時のスランプを１〜６ｃｍ程度にスランプダウンさせて吹付けを行っている。即ち、ポンプ圧送のためにスランプ値を大きくして流動性を高め、圧送終了時点において施工のために適した性状に戻すために急結剤を添加して、スランプ値を下げているのである。よって、本来はスランプ値８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍの湿式材料をそのままポンプ圧送できれば理想的である。しかしながら、従来は閉塞の問題を解決することができず、スランプ値８ｃｍ未満の湿式材料はポンプ圧送不可能なものとされてきた。
【０００９】
一方、トンネル及び地下構造物を構築，補修，補強工事をする際の吹付け方法として、作業員が吹付けノズル１０を保持しながら吹付けを行う方法と、吹付けロボットを利用して行う方法とがある。作業員が吹付けノズル１０を保持しながら吹付けを行う方法の場合は、前記した図５に示す法面，擁壁の場合とほぼ同様の方法で行われている。
【００１０】
一方、吹付けロボットを利用する場合の例を図６に基づいて説明する。なお、図５に示す構成と同一の構成部分には同一の符号を付してある。シリンダ内径１２０〜１８０ｍｍのピストン式圧送ポンプ１を使用し、ピストン式圧送ポンプ１からエア合流管５ａまでの数ｍの区間を鉄管又は高圧ホースからなる圧送配管４で配管し、圧送配管先端までに絞り管３を使用して３〜４インチ（内径約８０〜１００ｍｍ）まで絞り、圧送配管先端部にエア合流管５ａを取り付け、そのエア合流管先端に内径６５〜８０ｍｍのゴムホース９を１０〜２０ｍ取り付け、その先端に吹付ノズル１０を取付ている。エア合流管５ａは、エアと合流管直後に３００〜１０００ｍｍの長さで、３〜４インチ（内径約８０ｍｍ〜約１００ｍｍ）から内径６５〜８０ｍｍに絞られている。エアホースはエアホース接続口６を介してエア合流管５ａに接続し、吹付けノズル１０の数メートル手前に急結剤ホース接続口７を設けてある。湿式材料のコンクリートはセメント：細骨材：粗骨材（１５ｍｍ以下）の重量比が１：２〜３：１〜２を基本とし、スランプ値は８〜１８ｃｍである。材料の吹付け量は時間当り５〜２５ｍ３、エア量は１０〜２０Ｎｍ３／ｍｉｎが一般的である。このような軟らかい材料では、吹付け後の剥離の危険があり初期強度が必要な為、セメント重量比の５〜１０％の粉体の急結剤を使用しているが、粉塵が多く発生し、現場環境が悪化し、しかもコスト高となる問題がある。
【００１１】
この場合においてもポンプ圧送のためにスランプ値を大きくして流動性を高め、圧送終了時点において施工のために適した性状に戻すために急結剤を添加して、スランプ値を下げているのである。よって、本来は各種施工に適したスランプ値に近い湿式材料をそのままポンプ圧送できれば急結剤の使用量が減りコストが低減でき、しかも、作業環境も改善され理想的である。しかしながら、ポンプ圧送工程では従来は閉塞の問題を解決することができず、スランプ値８ｃｍ未満の湿式材料はポンプ圧送不可能なものとされてきた。
【００１２】
上記スランプとは、フレッシュコンクリートの軟らかさの程度を示す指標であり、スランプコーンを引き上げた直後に測った頂部からの下がり長さ（ｃｍ）で表した値である。このスランプ値が小さいほどフレッシュコンクリートが固く、スランプ値が大きいほど軟らかいコンクリートであることが分かる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
湿式材料で、スランプ値が８ｃｍ以上のものをそのまま吹付けると、吹付時のダレ、リバウンドロス、枠内からの流出が多く、材料ロスが多く発生し、作業性が悪くコスト高となり、又吹付け時のエアー圧力により吹付けた材料が移動して均一な吹付けができないなどの問題があるため、その解決手段として一般的に急結剤を使用し、吹付け時のスランプ値を１〜６ｃｍ程度にスランプダウンさせ、ダレ、リバウンドロス、枠内からの流出を少なくすることにより、材料ロスを少なくでき、均一な吹付けを行えるようにしている。しかし、急結剤を使用することにより、粉塵が多く発生し、現場環境が悪化するばかりでなく、コスト高となる問題がある。
【００１４】
また、湿式材料のダレ及び枠内からの流出量を少なくする手段としてその他に、湿式材料中に混和剤またはフライアッシュ，高炉スラグ微粉末，シリカヒューム，石灰石微粉末などを混入することによって材料の粘性を高くすることや、法枠の型枠材の開口率を少なくする手段が知られている。しかし、いずれもコスト高となり、粘性を高くするとエア搬送距離が短くなり、施工性が低下する問題がある。
【００１５】
そこで、各種施工に適したスランプ値８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍ以下の湿式材料をそのまま圧送し、吹付けが行えれば、上記各手段が必要なくなり、又急結剤も不要或いは減量することができて、作業環境も改善され、しかもコスト低減になる。しかし、スランプ値が８ｃｍ未満の湿式材料のポンプ圧送は、断面形状が変化する圧送ポンプの吐出管又は圧送配管の絞り管、曲管を使用すると流動性が乏しいため、吐出管又は絞り管、曲管の変形抵抗性の増大により管内圧力損失が増大し、圧送ポンプ内や圧送配管内での閉塞の頻度が多くなり、安定したポンプ圧送ができなくなるばかりではなく、湿式材料の分離によるスランプダウンにより性状変化が起こり、安定した品質が維持できない問題がある。よって、スランプ値が８ｃｍ未満の低スランプの湿式材料を圧送ポンプを使用して圧送、吹付けることは不可能とされてきた。
【００１６】
近年、モルタル及びコンクリートの材料である細骨材（砂）、粗骨材（砂利）は何れも天然産は少なくなり、岩石をクラッシャーなどで粉砕して人工的に作った砕砂、砕石が多く使用されるようになってきている。このように人工的に作った砕砂、砕石は角ばっていて天然の砂及び砂利に比べて安定した圧送が行えず、又圧送配管の断面形状が変化し、変形抵抗性の大きい絞り管での閉塞が生じやすいため、水、セメントの微粉分、混和剤などを入れてスランプ値を大きくし、流動性を増加させたものでないとポンプ圧送には適さなくなってきており、従来の方法のままでは低スランプ材料は益々ポンプ圧送困難なものとなりつつある。特にポンプ圧送を併用した施工の場合、安定した圧送が行え、かつ、ポンプ内または配管内での閉塞の発生を防止することが重要である。
【００１７】
モルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料が圧密状態で圧送される圧送ポンプの吐出管及び圧送配管を構成する絞り管及び曲管などの変形管における管内流動には、通常の直管内を流動する場合と異なって圧送材料の形状が変化することによって偶発的に発生する管内閉塞などの変形抵抗性を考慮する必要がある。管内閉塞の危険性に対する検討は、実際の施工条件に近い配管条件で試験圧送を実施し、変形管部での管内閉塞の有無を確認することが最も信頼性が高い。しかしながら、これらの現場実験は、費用、期間および現場の条件などの制約で必ずしも実施可能とはいえず、又管内閉塞の危険性を正確に予測する技術は確立されていないのが現状である。
【００１８】
圧送ポンプ内または圧送配管内で閉塞を起こした場合は、閉塞場所の特定、解除作業、復旧作業、原因究明などを通常１時間以内で行わなければならない。復旧作業が長時間になると材料の品質が保てなくなるため、圧送配管および圧送ポンプ内の材料を全て排出してから再圧送しなければならないからである。また、復旧作業が長時間になった場合は、圧送配管および圧送ポンプ内の材料が硬化してしまうので、圧送配管を廃棄したり圧送配管をやり直さなくてはならないこととなり、多大なコストと労力及び時間が必要となる。なお、変形抵抗性の大きい曲管、絞り管において、曲管は曲率半径を大きくする事により、変形抵抗性を小さくする事ができるが、絞り管は長さを長くすれば管内閉塞の頻度と変形抵抗性は多少は減少する場合もあるが、根本的対策にはならない。
【００１９】
本来、スランプ値は材料強度、耐久力、施工性、コストなどを重視して決定しなければならない。特に施工に適したスランプ値でポンプ圧送できれば、材料強度、施工性、コスト面で有効であり、耐久力のある構造物を構築することができる。また、圧送時の流動性を増すために単位水量を増すことは好ましくなく、水セメント比を大きくするとコンクリートの強度が低下するという問題が生じる。水セメント比を一定にして単位水量を増加させた場合でもセメント量の増加がコスト高となり、又ひび割れの増加に結びつくので耐久性に悪影響を与える。
【００２０】
単位水量を減らすとスランプ値が低くなり、ポンプ圧送性は劣るが強度が増し、耐久力のある構造物ができる。また、単位水量を減らして、流動性を増大させてポンプ圧送性を改善する手段として、高性能減水剤やＡＥ減水剤を使用することがあるが、材料コストが高くなるばかりでなく、急結剤または急硬剤の使用量も多くなって、さらにコスト高となり、かつ、粘性が増しエア搬送距離が短くなって施工性が低下するという問題がある。湿式材料は施工に適したスランプ値８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍ以下の湿式材料を何も加えずにそのままの状態でポンプ圧送及び吹付けが行えるのが理想である。しかしながら、従来はポンプ圧送を安定して圧送するために湿式材料に混和剤や微粉末を入れてスランプ値及び粘性を増加させ、絞り管などを通過する際の変形抵抗性を小さくした材料をポンプ圧送し、施工面に吹付ける際にスランプ値を１〜６ｃｍにスランプダウンさせるために、急結剤や急硬剤を使用しているのが実情である。
【００２１】
そこで本発明は上記の問題点を解決して、従来圧送ポンプによる圧送が不可能とされていた法面、擁壁、トンネル、地下構造物等の構築，補修，補強等の各種施工に適したスランプ８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍ以下の低スランプの湿式材料であっても、圧送ポンプ内または配管内で閉塞を起こさずにスムーズに圧送して吹付けることを可能とした湿式材料の圧送吹付け工法を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、モルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料をエアによる搬送が可能となる地点まで圧送ポンプを使用して所定長さの圧送配管内を圧送し、圧送配管先端に接続した合流管を介してエアを合流させるとともに、該合流管の先端に吹付け作業に適した内径のホースを接続し、ホースの先端に取り付けた吹付けノズルから吹付けるようにした湿式材料の圧送吹付け工法であって、圧送ポンプとしてピストン式圧送ポンプを使用すると共に、該ピストン式圧送ポンプのシリンダ内径と概ね同径以上の内径を有し、かつ、圧送方向に向けて概ね縮径することのない吐出管及び圧送配管を使用することにより、スランプ値が１〜８ｃｍ未満、又はスランプ値が１〜６ｃｍ以下のモルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料を圧送可能とした湿式材料の圧送吹付け工法を提供する。
【００２３】
そして、圧送配管先端又はエアを合流させた後において急結剤を添加して、湿式材料中にエアと急結剤を合流させて吹付けを行う手段、及びピストン式圧送ポンプのバルブ構造は、平行摺動式とした手段を提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明にかかる湿式材料の圧送吹付け工法の具体的な実施形態を説明する。図１は法面とか擁壁に本発明を適用したケースについて説明する概要図であり、１はシリンダ内径７０ｍｍのピストン式圧送ポンプであり、Ｐ，Ｍは該ピストン式圧送ポンプ１を構成するピストンとシリンダを有する２基のプランジャポンプである。このピストン式圧送ポンプ１は吸込み管１７，１７ａから吸入したモルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料をピストンの交互駆動によって吐出管１８に連続的に送給可能となっている。この吐出管１８には、所定長さに配管された圧送配管１１が連結されている。この圧送配管１１は、２．５インチ（内径約７０ｍｍ）又は３インチ（内径約８０ｍｍ）で途中に曲げ半径５００Ｒの曲管部分１１ａと曲管部分１１ｂとを有している。本発明はこの吐出管１８と圧送配管１１としてはピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径と概ね同径以上の内径を有し、かつ、概ね圧送方向に向けて縮径することのない管を使用していること、圧送配管路において絞り管を使用しないことが特徴である。
【００２５】
前記したようにエアを利用してモルタル又はコンクリートを主体とする湿式材料を法面，擁壁，トンネル，地下構造物等の構築，補修，補強等の各種工事現場の施工場所に吹付ける工法においては、エアによる搬送が可能となる地点まで圧送ポンプを使用して所定長さの圧送配管内を圧送する必要がある。この圧送配管を敷設する法面とか擁壁を構築する現場は急峻な場所が多く、そこに１本の長さが３〜６ｍの鉄管または高圧ホースからなる圧送配管１１を手作業で運搬し、１本、１本接続していかなければならない大変過酷で危険性を伴う作業となるため、圧送配管１１はなるべく軽くて小さいものであることが望まれる。そのため、前記したように従来は、吐出効率を高めるために内径の大きい圧送ポンプを使用すると共に、圧送配管路に絞り管を介在させることにより、径の小さい、即ち重量の軽い圧送配管を使用するようにしていた。ちなみに、通常使用される２．５インチ配管は肉厚２．８ｍｍで長さ３ｍの直管で重量は一本当り１６ｋｇ、長さ６ｍのもので３１ｋｇある。３インチ配管は肉厚３．２ｍｍで長さ３ｍの直管で重量は一本当り２１ｋｇ、長さ６ｍのもので４１ｋｇある。４インチ配管は肉厚３．２ｍｍで長さ３ｍの直管で重量は一本当り２４ｋｇ、長さ６ｍのもので４７ｋｇもある。配管と配管を接続するジョイントは、２．５インチ及び３インチ用は、１個当り３．４ｋｇ、４インチ用は、６．７ｋｇもある。
【００２６】
使用する圧送配管１１の最小配管径は最大粗骨材径と圧送負荷により決定される。粗骨材は天然のものと人工的に造られた砕石とがあり、天然ものは丸みがあって圧送性が良いため、最大粗骨材径の３倍以上の配管径が必要であるが、砕石は角ばっていて圧送性が悪いため、最大粗骨材径の４倍以上の配管径が必要となる。
【００２７】
湿式材料にコンクリートを使用する場合の最大粗骨材径は１０〜１５ｍｍのものが多く使用されているので、最大粗骨材径から選定した最小配管径は６０ｍｍ以上となるため、通常市販されている２．５インチ（内径７０．７ｍｍ又は６９．９ｍｍ）の配管を使用することが多い。長距離圧送及び高所圧送の場合は圧送負荷を低減するため、やむを得ず３インチ配管（内径８２．７ｍｍ又は８０．７ｍｍ）を使用する場合もある。なお、使用する配管は同じ外形寸法のものであっても、肉厚によって内径に微差を生じるため、前記したように内径に差異を生じる。
【００２８】
よって、本発明ではピストン式圧送ポンプ１の吐出管１８に連結された圧送配管１１として最小配管径の２．５インチ直管（内径７０．７ｍｍ）を主体として構成し、同様に２．５インチの管径を有し、曲げ半径５００Ｒの曲管部分１１ａと曲管部分１１ｂを使用して、所定長さの圧送配管路が構成される場合は、ピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径も吐出管１８及び圧送配管１１、更に曲管部分１１ａ，１１ｂと概ね同径のシリンダ内径として７０ｍｍのものを使用する。よって、圧送ポンプ１からエアを合流させる圧送配管先端までの管路が概ね同径以上であり、圧送方向に向けて概ね縮径することがない。なお、「概ね」は圧送配管１１相互の接続や、曲管部分１１ａ，１１ｂとの接合時の数ｍｍ程度のズレは許容されることを示している。一般に市販されている配管は、外径寸法は同じものでも鋼管の肉厚により、その内径が異なってくる。また、曲管部分１１ａ、１１ｂは、直管を曲げ製作されているために、外側の肉厚は薄くなり、内側の肉厚は厚くなる。２．５インチ管を例にとると、外径寸法７６．３ｍｍ、肉厚３．２ｍｍ、曲げ半径５００Ｒのもので、外側の肉厚は元の肉厚の約９３％で２．９７ｍｍとなる。曲げ半径を一定として、配管サイズが大きくなれば、肉厚の変化量も大きくなる。よって、耐圧力、磨耗を考慮すると、曲管は直管よりも肉厚の厚いものを使用することとなる。直管と曲管又は、吐出管の許容される段差は、通常圧送ポンプのシリンダ内径の３％以内であるが、低スランプ材料になる程その段差を小さくすることが望ましい。
【００２９】
また、圧送配管１１の先端部に合流管としてのエア・急結剤合流管１２が接続されており、該エア・急結剤合流管１２の先端に吹付け作業に適した内径のエアホース接続口６を設けるとともに、急結剤ホース接続口７を設けてある。上記エア・急結剤合流管１２から施工現場近くまでは、内面に高分子ポリエチレン樹脂加工が施された摩擦係数及び搬送抵抗の少ない内径４４ｍｍのゴムホースもしくはポリホース９が長さ２０〜８０メートル接続されており、このポリホース９の先端部に内径４２ｍｍ×３８ｍｍ×２５０ｍｍ長さの吹付けノズル１０が取り付けられている。尚、ポリホース９に曲げ半径を小さくできる内径４２ｍｍのゴムホースを５〜２０メートル接続してから吹付けノズル１０を取り付ける場合もある。エア・急結剤合流管１２はエアと急結剤と合流された直後から長さ３００〜１０００ｍｍの間で２．５インチ（内径約７０ｍｍ）又は３インチ（内径約８０ｍｍ）から内径３８〜５０ｍｍに絞られている。なお、吹付けのためのエアを合流させた後は、エアによって圧密状態とならないため、ゴムホースもしくはポリホース９の内径は吹付け作業に適した内径にまで縮径させるものである。
【００３０】
吸込み管１７，１７ａから吸入する湿式材料の材料配合例を説明すると、湿式材料がモルタルの場合には、セメント量が４００〜４６０ｋｇ／ｍ３，水セメント比が５０〜６０％，スランプ値が１〜８ｃｍ未満とした。湿式材料がコンクリートの場合には、セメント量が３６０〜４００ｋｇ／ｍ３，水セメント比が５０〜６０％，粗骨材（１５ｍｍ以下）は３６０〜７５０ｋｇ／ｍ３，スランプ値が１〜８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍ以下とした。
【００３１】
法面，擁壁，トンネル，地下構造物等の構築，補修，補強に適したスランプ値について付言しておく。施工に適したスランプとは、法面、擁壁においては、ダレ、法枠からの流出を防ぎ、吹付け時のエア圧力により、吹付けた材料が移動しない程度のスランプ値となり、通常１〜６ｃｍが好ましい。一方トンネル、地下構造物の場合は、側面及び天井面への吹付けとなり、吹付けた材料が剥離し落下する恐れがあり、大変危険であるため、吹付けた瞬間から強度が必要となり、急結剤を使用する。粉体の急結剤を使用する場合、あまり低スランプとなると、逆にリバウンドロス及び粉塵が多くなる場合もあり、通常スランプ値３〜８ｃｍ位が好ましい。液体の急結剤を使用する場合は、粉塵も少なくなるため、スランプ値１〜５ｃｍ位が好ましい。そこで本発明はスランプ値１〜８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍ以下の低スランプのモルタル又はコンクリートを主体とした湿式材料を圧送可能とした新規な湿式材料の圧送吹付け工法を提供するものである。
【００３２】
ピストン式圧送ポンプ１のバルブ構造は、平行摺動式のポンプを使用する。ピストン式圧送ポンプ１の具体的な構成に関しては本願出願人が提案した実公平６−１７００３号公報に記載されているように、生コンクリートを投入するホッパが連結された吸込み管及び該生コンクリートの吐出管とが並列接続された固定板と、該固定板に摺動可能に装備され、かつ、シリンダとピストンからなるプランジャポンプが直交して接続された摺動板と、該摺動板と上記プランジャポンプとを一体として前記固定板と平行な方向へ往復動作可能とした油圧シリンダと、取付台上に固定されて前記摺動板をガイドする案内台とを備えており、２基のプランジャポンプを摺動板に平行に接続して該摺動板をプランジャポンプと同期して固定板上を水平方向に往復摺動運動することにより、何れか一方のシリンダと吸込み管とを連通させてシリンダ内に生コンクリートを吸入する間に、他方のシリンダが吐出管を連通してシリンダ内に吸入された生コンクリートを押出し、この吸入と押出し動作を交互に行うことによって生コンクリートを連続的に圧送する。
【００３３】
その構成を具体的に示すと、この圧送ポンプ１は、図３，図４に示すように、生コンクリートを吸入し吐出するシリンダ１４，１４ａとそれに係合するピストン１９，１９ａと、それらのピストンロッド２１，２１ａの他端部に設けたピストン２０，２０ａを係合する油圧シリンダ２７，２７ａからなる２本のプランジャポンプＰ，Ｍを、摺動板（二穴面板）１５に穿設した開口部と接続して並列せしめる一方、固定板（三穴面板）３０の吐出管接続孔を生コンクリートの吐出管１８に、又吸込み管接続孔を吸込み管１７，１７ａと並列接続して摺動板１５と摺動可能に対面せしめ、かつ、摺動板１５は油圧シリンダ２３によりプランジャポンプＰ，Ｍと同期して固定板３０に摺接して水平方向に往復運動するように構成されている。固定板３０の中央部開口に接続した吐出管１８に生コンクリートの圧送用配管（図示略）を連結する一方、吸込み管１７，１７ａをホッパに連結した構成となっている。
【００３４】
そこで、図３に示すように、シリンダ１４と生コンクリートの吸込み管１７とを連通させて該シリンダ１４内に生コンクリートを吸入している間に、他方のシリンダ１４ａを吐出管１８と連通させて該シリンダ１４ａ内に吸入した生コンクリートを押し出す。また、図４に示すように、シリンダ１４ａと生コンクリートの吸込み管１７ａとを連通させて該シリンダ１４ａ内に生コンクリートを吸入している間に、他方のシリンダ１４を吐出管１８と連通させて該シリンダ１４内に吸入した生コンクリートを押し出す。上記の操作を繰り返すことによって切換弁等の複雑な構成を要することなく、かつ、切り換え部における流路抵抗を増大させることなくホッパ内に投入された生コンクリートを固定板３０に連結された吐出管１８に連続的に圧送できるようにしたものである。この平行摺動式のピストン式圧送ポンプ１は切換弁などの複雑な弁構成が不必要であり、構成が簡易で生コンクリート等の湿式材料をスムーズに連続圧送することができる。
【００３５】
以下に本発明にかかる湿式材料の圧送吹付け工法の具体的な実施例及び従来例を説明する。
［実施例１及び従来例１］
ピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径を実施例１として８０ｍｍ，従来例１として１００ｍｍの２種類を用意した。ストローク長さは両方とも５５０ｍｍとし、バルブ構造は平行摺動式、モルタル配合はセメント量４２０ｋｇ／ｍ３、海砂８２４ｋｇ／ｍ３、川砂８２８ｋｇ／ｍ３、ＦＭ（砂の粗粒率）は２．７、水２３４ｋｇ／ｍ３で、スランプ値は１．７ｃｍとなった。実施例１に係るシリンダ内径が８０ｍｍのものはピストン式圧送ポンプ１の吐出口１８に、シリンダ内径と概ね同径の３インチ曲管部分１１ａ（内径８０．７ｍｍ×５００Ｒ×９０°）を接続し、その先に同様にシリンダ内径と概ね同径の３インチ圧送配管１１（内径８２．７ｍｍ×６ｍ）を５本接続し、配管長さを３０ｍとした。従来例１に係る内径１００ｍｍのものはピストン式圧送ポンプ１の吐出口に４インチ曲管（内径１０５．７ｍｍ×５００Ｒ×９０°）を接続し、その先に絞り管（内径１０５．７ｍｍ×８２．７ｍｍ×１ｍ）を接続し、その先に３インチ直管（内径８２．７ｍｍ×６ｍ）を５本接続し、配管長さを３１ｍとして２台のピストン式圧送ポンプ１を同時に駆動した。
【００３６】
ピストン式圧送ポンプ１の理論吐出量は両方とも時間当り６ｍ３の圧送速度であり、吐出効率の違いを測定した結果、実施例１に係るシリンダ内径が８０ｍｍの場合は９３％、従来例１に係るシリンダ内径が１００ｍｍの場合は９１％であった。尚、シリンダ内径が１００ｍｍの場合は圧送中絞り管で閉塞ぎみで圧送圧力が不安定となるので逆送運転を繰り返し行わなければならず、安定した圧送が行えなかった。一方、シリンダ内径が８０ｍｍの場合は一度も不安定とならず、安定した圧送が行えた。
【００３７】
［実施例２及び従来例２］
ピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径を実施例２として８０ｍｍのものを、従来例２として１００ｍｍの２種類を用意し、ストローク長さは両方とも５５０ｍｍとした。バルブ構造は平行摺動式、モルタル配合はセメント量４２０ｋｇ／ｍ３、海砂４８８ｋｇ／ｍ３、砕砂１１６６ｋｇ／ｍ３、ＦＭ（砂の粗粒率）は２．５９、水２４１ｋｇ／ｍ３で、スランプ値は７．３ｃｍとなった。モルタルはミキサー車内に放置してスランプダウンの経過をみた。約３０分後スランプ値は４ｃｍになり、更に約２５分後には１．２ｃｍまでスランプダウンした。このスランプダウンしたモルタルを用いて圧送を行った。圧送配管は実施例１と同じ条件とし、２台のピストン式圧送ポンプ１を同時に駆動した。
【００３８】
ピストン式圧送ポンプ１の理論吐出量は両方とも時間当り６ｍ３の圧送速度であり、吐出効率の違いを測定した結果、実施例２に係るシリンダ内径が８０ｍｍの場合は７１％、従来例２に係るシリンダ内径が１００ｍｍの場合は８０％であった。従来例２に係るシリンダ内径が１００ｍｍの場合は圧送を一次中断してから再圧送する際に絞り管で閉塞ぎみで圧送圧力が不安定となり、更に圧送不能となり、逆送運転を繰り返し行っても閉塞が解除できなかった。これに対して実施例２に係るシリンダ内径が８０ｍｍの場合一度も不安定とならず、安定した圧送が行えた。
【００３９】
［実施例３及び従来例３］
ピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径が実施例３として７０ｍｍのものを、従来例３として１００ｍｍの２種類を用意し、ストローク長さは両方とも５５０ｍｍとした。バルブ構造は平行摺動式、モルタル配合はセメント量４２０ｋｇ／ｍ３、海砂６７３ｋｇ／ｍ３、川砂１０３２ｋｇ／ｍ３、ＦＭ（砂の粗粒率）は２．６、水２１０ｋｇ／ｍ３で、スランプ値は１．７ｃｍとなった。実施例３に係るシリンダ内径が７０ｍｍのものはピストン式圧送ポンプ１の吐出口に圧送ポンプシリンダ内径と概ね同径の２．５インチ曲管部分１１ａ（内径６９．９ｍｍ×５００Ｒ×９０°と３０°）を接続し、その先に圧送ポンプシリンダ内径と概ね同径の２．５インチ圧送配管１１（７０．７ｍｍ×６ｍ）を１７本接続し、配管長さを１０２ｍとした。従来例３に係るシリンダ内径１００ｍｍのものはピストン式圧送ポンプ１の吐出口を長さ４５０ｍｍの間で内径１００ｍｍから８０．７ｍｍに絞り、その先に３インチ曲管（８０．７ｍｍ×５００Ｒ×９０°と３０°）を接続し、その先に絞り管（内径８０．７ｍｍ×６９．９ｍｍ×１ｍ）を接続し、その先に２．５インチ直管（内径６９．９ｍｍ×６ｍ）を１７本接続し、配管長さを１０３ｍとして２台のピストン式圧送ポンプ１を同時に駆動した。
【００４０】
ピストン式圧送ポンプ１の理論吐出量は両方とも時間当り６ｍ３の圧送速度であり、吐出効率の違いを測定した結果、実施例３に係るシリンダ内径が７０ｍｍの場合は７７％、従来例３に係るシリンダ内径が１００ｍｍの場合は７８％であった。尚、従来例３に係るシリンダ内径が１００ｍｍの場合は圧送を一次中断してから再圧送する際の圧送圧力が不安定となったが、閉塞までには至らずに圧送可能であった。実施例３に係るシリンダ内径が７０ｍｍの場合は一度も不安定とならず、安定した圧送が行えた。
【００４１】
［実施例４］
実施例３で行った湿式材料の配合で圧送配管も同じ条件で、シリンダ内径７０ｍｍの圧送ポンプを使用し、圧送配管先端にエア・急結剤合流管を接続しエアを合流させる様にして、その先に内径４４ｍｍのポリホースを４０ｍ接続し、その先に内径４２ｍｍのゴムホースを２０ｍ接続し、その先に吹付けノズルを接続してエア搬送距離を６０ｍとし、吹付け面は約８０°の傾斜角度にし、１ｍ角の区間を１０ｃｍ厚さで吹付けを行った。圧送ポンプの理論吐出量は、時間当り６ｍ３の圧送速度で行い、急結剤は使用せず、エア量は１分間当り５Ｎｍ３の量を合流させ、エアの元圧力は０．３〜０．３５ＭＰａであった。吹付け材料のダレ及びエア圧力による移動もなく均一な仕上がりとなり、脈動も少なく、安定した圧送吹付けが行えた。
【００４２】
以上説明した実施例１〜４及び従来例１〜３より、ピストン式圧送ポンプ１の吐出効率（吸込効率）は理論吐出量、セメント量が同じでスランプ値もほぼ同じものでも、海砂と川砂によっても吐出効率（吸込効率）が違ってくることが判明した。また、シリンダ内径の違いによる吐出効率（吸込効率）はスランプ値が１．７ｃｍではほぼ同じ値であった。しかし、スランプ値が１．２ｃｍまで低下した状態ではシリンダ内径の小さい実施例に係る８０ｍｍの場合は、従来例に係る内径１００ｍｍのものに比べて９％低下した。同じスランプ値でも吐出効率（吸込効率）のバラツキが生じるのは材料の粘性の違いによるものと考えられる。
【００４３】
実施例１では海砂と川砂のＦＭ（砂の粗粒率）＝２．７であり、微粉分が少なく粘性が低い材料であったため吐出効率（吸込効率）は高かった。このような材料は、エア搬送距離も長くできる傾向になる。実施例２，３の砂は海砂と砕砂でＦＭ（砂の粗粒率）は両方とも約２．６であり、実施例１のものに比べると全体に細砂で、微粉分が多く含まれている砕砂の割合が砂全体の６０〜７０％と多かったため、実施例１のものに比べると粘性が高い材料となって吐出効率（吸込効率）は低下した。このような材料はエア搬送距離が短くなる傾向にある。また、絞り管を設けた配管の方は閉塞または圧送が不安定になる傾向がある。絞り管の無い配管にすると一度の閉塞もなく、安定した圧送を行うことができる。
【００４４】
ピストン式圧送ポンプで、シリンダ内径を小さくし、従来と同じ様な時間当りの吐出量を必要とした場合、そのぶんピストンスピードを速くしなければならない。しかも、従来ピストン式圧送ポンプでは圧送が不可能とされていた８ｃｍ未満の極低スランプ値の材料を使用することは、材料の吸い込み効率が大幅に低下して、安定した圧送が出来ないのではないかと懸念されたが、実施例及び従来例１から３で行った結果、ほとんど差はみられないことが証明された。ちなみに、理論吐出量時間当り６ｍ３の圧送速度でピストンスピードを比較すると、シリンダ内径１００ｍｍのものは秒速０．２４ｍ、シリンダ内径７０ｍｍのものは秒速０．５７ｍである。よって、本発明は、施工に必要な最小配管径のものに、圧送ポンプのシリンダ内径を合わせた状態で、かつ、施工に必要される圧送量を確保でき、従来不可能とされてきた領域のスランプ値８ｃｍ未満の圧送吹付けを可能とした。
【００４５】
次に、図２に基づいてトンネルとか地下構造物に本発明を適用したケースについて説明する。作業時に作業員が吹付けノズル１０を保持しながら吹付けを行う場合には、前記図１に示す法面、擁壁の場合とほぼ同様の方法で行い、吹付けロボットで行う場合には、吐出量は最大時間当り２５ｍ３と大きくなり、圧送ポンプのシリンダ径も大きくしなければならない。吸い込み効率を考慮すると、ピストン式圧送ポンプ１のピストンスピードは０．６ｍ／ｓｅｃ以内が望ましい。このピストンスピードにするとシリンダ内径は１６０ｍｍとなり、圧送配管の配管径は６インチ管（内径１６０．２ｍｍ又は、１５５．２ｍｍ）を使用する。圧送配管は、数ｍの長さの配管でロボット台車に固定しているため、配管径は多少大きくても作業性は変わらない。
【００４６】
図２はその概要図であり、基本的な構成は図１に示した法面とか擁壁に適用したケースとほぼ一致しており、同一の構成部分に同一の符号を付して表示してある。ピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径は１６０ｍｍ，圧送配管１１は６インチ直管、曲管（曲げ半径５００Ｒ）を使用し、先端にエア合流管５ａを接続し、このエア合流管５ａにエアホース接続口６を設けてある。エア合流管５ａの先端に内径６５ｍｍのゴムホース９を７〜１５ｍ接続し、ゴムホース９の先端に粉体又は液体の急結剤合流管１３を接続し、その先に内径６５ｍｍのゴムホース９を接続して該ゴムホース９の先端部に内径６５ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍ長さの吹付けノズル１０を取り付けてある。吸込み管１７，１７ａから吸入する湿式材料の材料配合例は法面とか擁壁に本発明を適用したケースの配合例と同一である。
【００４７】
［実施例５］
ピストン式圧送ポンプ１のシリンダ内径を１６０ｍｍ、ストローク長さを５５０ｍｍとし、バルブ構造は平行摺動式、モルタル配合は、セメント量４２０ｋｇ／ｍ３、海砂８２４ｋｇ／ｍ３、川砂８２８ｋｇ／ｍ３、水２３４ｋｇ／ｍ３で、スランプ値は３．３ｃｍとなった。圧送配管は圧送ポンプシリンダ内径と概ね同径の６インチ管（内径１６０．６ｍｍ）の直管を３２ｍ接続し、その途中に圧送ポンプシリンダ内径と概ね同径の６インチ曲管（内径１５５．２ｍｍ×５００Ｒ×９０°）を５本接続した。圧送ポンプの理論吐出量を時間当り２０ｍ３の圧送速度で行い、吐出効率は７６．４％で安定した圧送が行えた。
【００４８】
［実施例６］
実施例５と同じ条件で、コンクリート圧送を行った。コンクリート配合は、セメント量３６０ｋｇ／ｍ３、海砂７１５ｋｇ／ｍ３、川砂７１８ｋｇ／ｍ３、１５ｍｍ以下の粗骨材３６０ｋｇ／ｍ３、水２０４ｋｇ／ｍ３で、スランプ値は２．９ｃｍとなった。圧送ポンプの理論吐出量を時間当り２０ｍ３の圧送速度で行い、吐出効率は９４％で安定した圧送が行えた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば各種施工に適したスランプ値が１〜８ｃｍ未満、更に好ましくは１〜６ｃｍ以下の湿式材料を、ピストン式圧送ポンプから該ピストン式圧送ポンプのシリンダ内径と概ね同径以上の圧送配管を使用して圧送して吹付けノズルから吹付けるようにしたことにより、法面とか擁壁の施工において時間当りの吹付量を４〜５ｍ３確保できる速度で湿式材料を圧送した場合、スランプ値が１．２〜１．７ｃｍのものでも７１〜９３％であり、スランプ値が２〜６ｃｍのものであれば吐出効率は８０％以上を安定して確保できて、吹付け時の脈動が少なく安定した吹付けを行うことができる。
【００５０】
トンネルとか地下構造物の施工でコンクリートを時間当りの吹付量１５〜２０ｍ３確保できる速度で湿式材料を圧送した場合、スランプ値が３ｃｍのものでも吐出効率は９４％であり、スランプ値が２〜６ｃｍのものであれば吐出効率は８０％以上を安定して確保できて、湿式材料の脈動が少なく安定した吹付けを行うことができ、急結剤の使用量を少なくでき、作業環境を改善し、コストを低減できる。
【００５１】
本発明で開示したようにスランプ値が１〜８ｃｍ未満で粘性と流動性の少ない湿式材料を用いてポンプ圧送吹付け施工を行うことにより、エア搬送距離を長くとることができるとともに圧送配管の段取り替えが少なくてすみ、各種工事における施工性を高めることができる。
【００５２】
また、吹付け材料のエア圧力による移動が少なくなって仕上げ易く、材料の脈動も少なくて作業員による吹付け操作が容易になる。法枠などの枠の材料は開口率の大きいクリンプ金網でも使用可能であり、枠の設置が容易となる。更に急結剤又は急硬剤を使用しなくても施工できる工事が大幅に多くなり、又急峻な場所や湧水している所でも急結剤や急硬剤の使用量を少なくすることができる。
【００５３】
法枠などの場合には枠内からの流出及びリバウンドロスを少なくし、更には材料ロスを少なくすることによって湿式材料の使用効率を高めることができる。また、従来から水セメント比を確保して流動性と圧縮強度を高めるには、セメント量または減水剤を必要以上に増加しなければならないのに対して、本発明ではスランプ値を１〜８ｃｍ未満としたことにより、セメント量及び減水剤の使用量を少なくでき、コストの低廉化をはかることができる。また、従来は岩石を粉砕して人工的に作った砕砂、砕石が天然の砂及び砂利に比べてポンプ圧送性が著しく劣るため、水、セメントの微粉分、混和剤などを入れてスランプ値を大きくして流動性を増加させているが、本発明によればそのような低スランプ材料であっても安定した圧送ができ、かつ、ポンプ内または配管内での閉塞を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる湿式材料の圧送吹付け工法を法面とか擁壁に適用した概要図。
【図２】本発明にかかる湿式材料の圧送吹付け工法をトンネルとか地下構造物に適用した概要図。
【図３】本発明に使用する圧送ポンプの構造を示す説明図。
【図４】本発明に使用する圧送ポンプの構造を示す説明図。
【図５】従来の圧送ポンプとエアを併用した圧送吹付け工法を法面、擁壁に適用した概要図。
【図６】従来の圧送ポンプとエアを併用した圧送吹付け工法をトンネル、地下構造物に適用した概要図。
【符号の説明】
１…（ピストン式）圧送ポンプ
６…エアホース接続口
７…急結剤ホース接続口
９…ゴムホース又はポリホース
１０…吹付けノズル
１１…圧送配管
１１ａ…曲管部分
１２…エア・急結剤合流管
１３…急結剤合流管
１７，１７ａ…吸込み管
１８…吐出管
整理番号  Ｐ３３００
【図１】
0003641445.tif 000002
【図２】
0003641445.tif 000003
【図３】
0003641445.tif 000004
【図４】
0003641445.tif 000005
【図５】
0003641445.tif 000006
【図６】
0003641445.tif 000007