(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エア圧送された粉体急結剤の供給管１、給水管２、及び粉体急結剤の供給管１と間隙ｂを介して対峙する、粉体急結剤と水とを含有してなる急結剤スラリーの吐出管３からなり、粉体急結剤の供給管１の内径ｄが急結剤スラリーの吐出管３の内径Ｄより小さく、給水管２が粉体急結剤の供給管１と急結剤スラリーの吐出管３と接続し、間隙ｂより水を圧入して急結剤スラリーを製造することを特徴とする急結剤スラリーの連続製造装置。
【請求項２】
(粉体急結剤の供給管１の内径ｄ)／(急結剤スラリーの吐出管３の内径Ｄ)が0.3〜0.95であることを特徴とする請求項１に記載の急結剤スラリーの連続製造装置。
【請求項３】
粉体急結剤の供給管１と急結剤スラリーの吐出管３の間隙ｂより圧入される給水角度が粉体急結剤の供給管１の軸に対して、10〜90度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の急結剤スラリーの連続製造装置。
【請求項４】
(粉体急結剤の供給管１と急結剤スラリーの吐出管３の間隙ｂ)／(粉体急結剤の供給管１の内径ｄ)が0.05〜0.2であることを特徴とする請求項１〜３のうちの一項に記載の急結剤スラリーの連続製造装置。
【請求項５】
給水圧が粉体急結剤の圧送エア圧より0.1〜３MPa高いことを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載の急結剤スラリーの連続製造装置。
【請求項６】
粉体急結剤がカルシウムアルミネートを含有することを特徴とする請求項１〜５のうちの一項に記載の急結剤スラリーの連続製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの一項に記載の急結剤スラリーの連続製造装置で製造した急結剤スラリーを、該装置の前方に連なる合流管でセメントコンクリートに添加混合して、吹付け施工することを特徴とする吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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等へ吹付ける急結剤スラリーの連続製造装置及びそれを用いた吹付け工法に関する。
なお、本発明で使用する部や％は特に規定しない限り質量基準である。
また、本発明のセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
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コンクリートの吹付け工法が行われている（特公昭６０−４１４９号公報）。
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け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、急結性吹付け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。
【０００３】
そして、従来より使用されている急結剤としては、カルシウムアルミネート及び／又はアルカリ金属アルミン酸塩、又はこれらとアルカリ金属炭酸塩等との混合物や、カルシウムアルミネートと３ＣａＯ・ＳｉＯ２との混合物等が知られている（特開昭６４−０５１３５１号公報、特公昭５６−０２７４５７号公報、特開昭６１−０２６５３８号公報、及び特開昭６３−２１００５０号公報等）。
これらの急結剤は、粉体急結剤であって、その添加は、空気輸送による粉体混合のために、コンクリートとの混合性が悪く、混合されなかった急結剤は粉塵として飛散しやすく、トンネルなどの作業環境が悪化するなどの課題があった。
【０００４】
そして、作業環境の悪化で塵肺等の影響が心配されるため、吹付け時には眼鏡や防塵マスクなどが必要となり、そのために、作業性が低下するという課題があった。
このことから、粉塵量のより少ない工法が求められていた。
【０００５】
このような粉体急結剤の課題に対して、強アルカリ性又は酸性の液体急結剤が提案された（特開昭６１−１７８４５４号公報、特開２０００−２１９５５３号公報）。
しかしながら、これら液体急結剤を使用しても、施工面や物性面で満足できる性状が得られていないのが現状である。
【０００６】
そこで、粉塵発生量が少ない工法として、粉体急結剤を凝結遅延剤と併用して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に圧送し、混合し、吹付け施工する方法が提案された（特開平０５−１３９８０４号公報）。
【０００７】
また、粉体急結剤を凝結遅延剤と併用してスラリー化し、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た（特開平０５−０９７４９１号公報）。
【０００８】
しかしながら、この施工方法は、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別に圧送して吹付け施工する方法であり、この方法は、高アルカリ性の液体を使用するため、吹付け時には眼鏡や手袋等が必要となり、取り扱いにくく、作業性が低下するという課題があった。
そして、いずれの方法も、凝結遅延剤と併用して、一度ミキサで急結剤スラリーをバッチ練りし、ポンプ圧送してコンクリートに添加するため、作業が煩雑となる課題があった。
また、一般に使用されている吹付けコンクリート用の粉体急結剤は、数秒から数十秒でゲル化硬化するため、水を添加してミキサで混練することができず、連続して安定してスラリーを作る方法が要求されていた。
【０００９】
そして、近年、安全衛生上から、作業性をさらに良くし、粉塵等の作業環境を改善した急結剤が求められるようになった。
【００１０】
本発明者は、上記課題を解消すべく種々検討した結果、特定の急結剤スラリーの連続製造装置を使用して、急結剤スラリーを製造し、コンクリートに添加混合して吹付け施工を行うことにより、前記課題が解決できるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、エア圧送された粉体急結剤の供給管１、給水管２、及び粉体急結剤の供給管１と間隙ｂを介して対峙する、粉体急結剤と水とを含有してなる急結剤スラリーの吐出管３からなり、粉体急結剤の供給管１の内径ｄが急結剤スラリーの吐出管３の内径Ｄより小さく、給水管２が粉体急結剤の供給管１と急結剤スラリーの吐出管３と接続し、間隙ｂより水を圧入して急結剤スラリーを製造することを特徴とする急結剤スラリーの連続製造装置であり、該供給管１の内径ｄ／該吐出管の内径Ｄが0.3〜0.95である該急結剤スラリーの連続製造装置であり、該供給管１と該吐出管３の間隙ｂより圧入される給水角度が該供給管１の軸に対して、10〜90度である該急結剤スラリーの連続製造装置であり、該供給管１と該吐出管３の間隙ｂ／該供給管１の内径Ｄが0.05〜0.2である該急結剤スラリーの連続製造装置であり、給水圧が粉体急結剤の圧送エア圧より0.1〜３MPa高い該急結剤スラリーの連続製造装置であり、粉体急結剤がカルシウムアルミネートを含有する該急結剤スラリーの連続製造装置であり、該急結剤スラリーの連続製造装置で製造した急結剤スラリーを、該装置の前方に連なる合流管でセメントコンクリートに添加混合して、吹付け施工する吹付け工法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る急結剤スラリーの連続製造装置は、エア圧送された粉体急結剤と、粉体急結剤の供給管（以下、単に供給管という）１と急結剤スラリーの吐出管（以下、単に吐出管という）３との間隙ｂの円周方向から圧入される水とを混合して、急結剤スラリーを連続的に製造する急結剤スラリーの連続製造装置である。即ち、エア圧送された粉体急結剤は、供給管１を通り、給水管２より、間隙ｂを介して圧入される水と混合され、急結剤スラリーとなり、吐出管３より吐出され、別途に圧送されたセメントコンクリートと混合して吹付け施工される。
【００１４】
本発明において、吐出管３は、間隙ｂを介して供給管１と対峙し、給水管２は、供給管１と吐出管３に接続し、粉体急結剤の流れの周囲から間隙ｂを介して水を圧入して、粉体急結剤と水を含有する急結剤スラリーを連続製造するものである。
【００１５】
急結剤スラリーを安定して連続製造するには、吐出管３の内径（以下、吐出管径という）Ｄは供給管１の内径（以下、供給管径という）ｄより大きくする必要があり、供給管径ｄ／吐出管径Ｄの比が０．３〜０．９５が好ましく、０．５〜０．９がより好ましい。０．３未満では供給管１と吐出管３との間隙ｂに急結剤が滞留して硬化し閉塞する場合があり、０．９５を超えると水が均一に圧入されにくいため、安定して急結剤スラリーを製造することができずに硬化し閉塞する場合がある。
【００１６】
また、エア圧送された粉体急結剤と水の混合角度である、供給管１と吐出管３の間隙ｂより圧入される水の給水角度は、供給管１の軸に対して、１０〜９０度であることが好ましく、２０〜４０度がより好ましい。給水角度が１０度未満では粉体急結剤との混合性が悪いためスラリーになりにくい場合があり、９０度を超えると粉体急結剤の圧送に支障となり、供給管１内で硬化し閉塞する場合がある。
【００１７】
また、供給管１と吐出管３の間隙ｂと供給管径ｄの比である間隙ｂ／供給管径ｄは、０．０５〜０．２が好ましく、０．０７〜０．１５がより好ましい。０．０５未満では水が円周から均一に圧入されにくく、安定して急結剤スラリーを製造することができない場合があり、０．２を超えると間隙に急結剤が滞留して硬化し閉塞する場合がある。
ここで、間隙ｂとは、供給管１と吐出管３の軸方向の間隙である。
【００１８】
給水圧は、粉体急結剤の圧送エア圧より０．１〜３ＭＰａ高いことが好ましく、１〜３ＭＰａ高いことがより好ましい。０．１ＭＰａ未満では間隙ｂに急結剤が滞留して硬化し閉塞する場合があり、３ＭＰａ以上では製造装置に過剰な水圧がかかる場合がある。
【００１９】
粉体急結剤は初期にセメントコンクリートの凝結を起こさせるものをいい、具体的には、カルシウムアルミネートやアルカリ金属アルミン酸塩、それらとアルカリ金属炭酸塩との混合物等が挙げられ、一般に市販されている吹付け用粉体急結剤の使用も可能である。これらのうち、初期の凝結や強度発現性の面からカルシウムアルミネートの使用が好ましい。
【００２０】
カルシウムアルミネートとは、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る、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３  とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯ及び／又はＡｌ２Ｏ３の少量が、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、反応活性の点で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、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の粒度は、ブレーン値で３，０００ｃｍ２／ｇ以上が急結性や初期強度発現性の面で好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満だと急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。
【００２１】
本発明の粉体急結剤には、初期の凝結や強度発現性が向上する面で、凝結促進剤を併用することが好ましい。
凝結促進剤としては、硫酸塩や水酸化物等が挙げられる。
【００２２】
さらに、本発明では、セメントコンクリートのゲル化硬化時間を延ばす場合、オキシカルボン酸類をカルシウムアルミネートと併用することも可能であり、スラリー化する水に溶解して使用することも可能である。
【００２３】
本発明で使用する急結剤スラリー中の水量は、粉体急結剤１００部に対して、５０〜１３０部が好ましく、７０〜１００部がより好ましい。５０部未満では急結剤スラリーのゲル化時間が短くなり、急結剤スラリーの粘度が上昇し、圧送管内でスケーリングが発生し、圧送管を閉塞し、急結剤スラリーの圧送性や吹付けセメントコンクリートとの混合性が低下したり、凝結性が悪くなり、リバウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなる場合があり、１３０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。
【００２４】
本発明の急結剤スラリーの連続製造装置で製造した急結剤スラリーをセメントコンクリートに混合して吹付け施工する。
【００２５】
急結剤スラリーの使用量は、セメント１００部に対して、固形分換算で２〜２５部が好ましく、５〜２０部がより好ましく、７〜１５部が最も好ましい。２部未満では初期凝結が促進しにくい場合があり、２５部を超えると長期強度発現性を阻害する場合がある。
【００２６】
ここで、セメントとしては、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、これらポルトランドセメントに、フライアッシュ又は高炉スラグなど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る。
【００２７】
本発明では、必要に応じて、さらに、減水剤や増粘剤等を使用することも可能である。
【００２８】
セメントコンクリート中の水の使用量は、作業性や強度発現性の面で、水／セメント比で３５％以上が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。
【００２９】
骨材は吸水率が低くく、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。
【００３０】
本発明の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。
本発明では、乾式吹付け工法も可能であるが、粉塵量が多くなるおそれがあるので、急結剤を使用する前にあらかじめ水をセメントコンクリート側に加えて混練した湿式吹付け工法が好ましい。
【００３１】
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、空気圧送し、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粉体急結剤を圧送し、Ｙ字管入り口に取付けた急結剤スラリー連続製造装置で急結剤スラリーを製造し、圧送されたコンクリートと合流混合して急結性湿式吹付けコンクリートとしたものを吹付ける方法が挙げられる。
【００３２】
本発明の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。
【００３３】
また、粉体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とき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エア圧より０．０１〜０．３ＭＰａ高いことが好ましい。
【００３４】
本発明の吹付け工法において、吹付け設備は吹付けが十分に行われれば特に限定されるものではなく、従来使用の吹付け設備等が使用可能である。例えば、吹付けセメントコンクリートの圧送にはアリバー社製商品名「アリバー２８０」などが、粉体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。
【００３５】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００３６】
実験例１
吐出量３ｋｇ／ｍｉｎ、圧送エア圧０．３５ＭＰａの条件下で、急結剤添加装置「ナトムクリート」を用いて粉体急結剤をエア圧送し、表１に示した各条件で、Ｙ字管の入り口に設けた急結剤スラリーの連続製造装置に、粉体急結剤１００部に対して、水７０部を加えて急結剤スラリーとし、１０分間圧送した。
スケーリングすると圧送管等が閉塞する場合があり、安定した施工ができない場合があるため、圧送終了後、圧送管のスケーリングの状態を確認した。結果を表１に併記する。
【００３７】
＜使用材料＞
粉末急結剤Ａ：市販品、主成分カルシウムアルミネート、アルカリ金属塩
粉末急結剤Ｂ：市販品、主成分カルシウムアルミネート、硫酸塩
【００３８】
＜測定方法＞
スケーリング状態：目視、スケーリングのない場合を○、スケーリングが少しある場合を△、スケーリングが多い場合を×とした。
【００３９】
【表１】
0003583107.tif 000002
【００４０】
実験例２
各材料の単位量を、セメント４５０ｋｇ／ｍ３  、細骨材１，１１５ｋｇ／ｍ３  、粗骨材６０５ｋｇ／ｍ３、及び水２０３ｋｇ／ｍ３として吹付けコンクリートを調製した。
調製した吹付けコンクリートを吹付け圧力０．３ＭＰａ、吹付け速度４ｍ３／ｈの条件下で、コンクリート圧送機「アリバー２８０」により空気圧送した。
一方、表２に示す粉体急結剤を、セメント１００部に対して、１０部になるように配合し、圧送エア圧０．３５ＭＰａ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字管の入り口に設けた急結剤スラリーの連続装置に、粉体急結剤１００部に対して、水７０部を加え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圧縮強度、リバウンド率、及び粉塵量を測定した。結果を表２に併記する。
また、比較例として粉体急結剤で吹付けした結果も示す。
【００４１】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、比重３．１６
細骨材    ：新潟県糸魚川市姫川産川砂、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２．６４、最大寸法１０ｍｍ
【００４２】
＜測定方法＞
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、そのとき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
リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを４ｍ３／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、（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質量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性吹付けコンクリートの質量）×１００（％）で算出
粉塵量    ：急結性吹付けコンクリートを４ｍ３／ｈの圧送速度で１０分間、模擬トンネルに吹付け、吹付け場所より３ｍで床から１．５ｍの定位置で粉塵量を測定
【００４３】
【表２】
0003583107.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
本発明の急結剤スラリーの連続製造装置を用いることにより、粉塵の発生量を少なくできため、作業環境が改善される。
また、初期や長期において、従来の粉体急結剤と同等の強度発現性が期待できるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の急結剤スラリーの連続製造装置の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
１  供給管
２  給水管
３  吐出管
ｂ  供給管と吐出管の間隙
ｄ  供給管の内径
Ｄ  吐出管の内径
【図１】
0003583107.tif 000004