(57)【要約】【課題】  ダレ止めや初期強度を確保し、初期の凍結融解作用を低減する、吹付けセメントコンクリート中の空隙を確保し、より長期的に凍結融解に対して耐久性を確保することが可能となる吹付け用混和材、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法を提供する。【解決手段】  中空微粒子と、固形分濃度が45〜65％の液体硬化促進剤を含有してなる吹付け用混和材、中空微粒子の平均粒径が３〜150μｍである該吹付け用混和材、液体硬化促進剤が、１Ａ元素の水酸化物と３Ｂ元素の水酸化物である該吹付け用混和材、セメント、骨材、及び該吹付け用混和材を含有してなる吹付け材料、セメント、骨材、及び固形分濃度が45〜65％の液体硬化促進剤を含有してなる吹付け材料、並びに、該吹付け材料を圧送し、吹付ける吹付け工法を構成とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空微粒子と、固形分濃度が45〜65％の液体硬化促進剤とを含有してなる吹付け用混和材。
【請求項２】
中空微粒子の平均粒径が３〜150μｍである請求項１に記載の吹付け用混和材。
【請求項３】
液体硬化促進剤が、１Ａ元素の水酸化物と３Ｂ元素の水酸化物である請求項１又は請求項２に記載の吹付け用混和材。
【請求項４】
セメント、骨材、及び請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の吹付け用混和材を含有してなる吹付け材料。
【請求項５】
セメント、骨材、及び固形分濃度が45〜65％の液体硬化促進剤を含有してなる吹付け材料。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の吹付け材料を圧送し、吹付ける吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吹付け用混和材、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントコンクリートの吹付け工法は、その施工の簡便さや施工速度から、トンネルや法面の地山を支保するために広く使用されている工法の１つである。
この工法は、トンネルの掘削によって生じた地山内面や、高速道路、ダム、及び急傾斜地を中心に、切り土や盛土によってできた傾斜面である法面を中心に採用されている。
とりわけ、法面は、そのままでは自然風化や強雨等により、潰食や地滑りなどの法面崩壊が起こりやすいため、法面を保護する必要があった。
【０００３】
従来、法面の崩壊を防止するため、法面に直接、セメントコンクリートを吹付ける方法が主流であり、法面の補強効果を増すために、法面に型枠を配置する方法が用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
法面に型枠を配置する方法としては、金網や複数本の鉄筋を法面に格子状（井桁状）に配置して法面型枠を作製し、格子状の法面型枠の各交点部にアンカーを打ち込んだ後に、法面型枠にセメントコンクリートを吹付けて鉄筋コンクリート構造物たるセメントコンクリート枠を形成し法面の安定を図る方法が用いられている。
【０００５】
法面に型枠を配置する方法の中では、法面を整形・カットすることなく、法面に直接型枠が配置できる法枠工法が用いられている。
この法枠工法は、変形可能（フレキシブル）な金網や鉄筋を、法面に直接配置するものであり、形成された法枠にセメントコンクリートを吹付けて施工されている。
【０００６】
耐久性を向上させた法枠工法においても、吹付けでセメントコンクリート躯体を構築した場合、冬期の凍結融解による破壊が深刻化する場合がある。
【０００７】
セメントコンクリート中における凍結融解は、セメントコンクリート躯体中の水が、温度の低下に伴い、水から氷に変化するために生じるものである。
水から氷への相変化は体積膨張を伴っている。そのため、セメントコンクリート躯体等のセメントコンクリート硬化体中の空隙内で水が凍ると体積が膨張する。このときにセメント硬化体内に多くの空隙がある場合には、水が凍っても空隙内で体積が収まるため膨張圧が発生しない。しかしながら、セメントコンクリート硬化体内の空隙が少ない場合、氷の体積が空隙内に収まりきらずに膨張圧が発生して、セメントコンクリート硬化体中に引張応力が発生する。さらに、このような凍結融解を繰り返すと、ひび割れが進展し、スケーリングやポップアウトなどといった現象がおきる。一般的に３％以上の空隙量がある場合には、凍結融解は顕著に生じないとされている。
【０００８】
吹付け施工した場合、ＡＥ剤等を使用してセメントコンクリート混練時に導入したエアーは、圧送ホース中で消滅する傾向にあり、耐凍結融解に必要なエアー量を確保できない場合が多いという課題があった。
【０００９】
また、法面は、冷え込みの激しい山間部に多いことから、冬期では凍結融解による劣化が顕著となり、法枠工法はもとより、広く吹付けたものは耐用年数が著しく低下し、数年で崩壊する場合もあるという課題があった。
【００１０】
吹付け施工においては、単位時間あたりの吹付ける量を高めるために、セメントコンクリートのスランプを大きくする必要があるが、スランプが大きいと吹付けたときにセメントコンクリートが斜面から流れ落ちるという課題があった。
このため吹付け直後にセメントコンクリートのスランプを低下させ、セメントコンクリートのずり落ちを防止する必要があった。
【００１１】
【特許文献１】特公昭５８−０５８４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、吹付けセメントコンクリートの耐凍結融解性を向上するための吹付け用混和材、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法であって、例えば、崩れやすい法面や美観を有する法面に格子状（井桁状）に配置した法枠に吹付ける吹付け用混和材、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明は、中空微粒子と、固形分濃度が45〜65％の液体硬化促進剤を含有してなる吹付け用混和材であり、中空微粒子の平均粒径が３〜150μｍである該吹付け用混和材であり、液体硬化促進剤が、１Ａ元素の水酸化物と３Ｂ元素の水酸化物である該吹付け用混和材であり、セメント、骨材、及び該吹付け用混和材を含有してなる吹付け材料であり、セメント、骨材、及び固形分濃度が45〜65％の液体硬化促進剤を含有してなる吹付け材料であり、該吹付け材料を圧送し、吹付ける吹付け工法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の吹付け用混和材や吹付け材料を使用することにより、冬期間に法枠に吹付けられたセメントコンクリート躯体に致命的な欠陥をもたらす凍結融解による劣化を改善する。特に、1)液体硬化促進剤を用いることでダレ止めや初期強度を確保し、初期の凍結融解作用を低減させている。2)従来、吹付けセメントコンクリートは空隙量が少ないため凍結融解作用を受けやすいが、中空微粒子をセメントコンクリート組成物に添加するこで、吹付けセメントコンクリート中の空隙を確保し、より長期的に凍結融解に対して耐久性を確保することが可能となるなどの効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
また、本発明ではセメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【００１６】
本発明で使用する中空微粒子は、粒子中に内包された空洞を有するもので、無機系の中空微粒子や有機系の中空微粒子があり、吹付け時においても、中空微粒子の形状が壊れずに、内包された空洞はセメントコンクリート硬化体中へ導入され、耐凍結融解性に寄与するものであり、ＡＥ剤等によって導入され、吹付け時に消失するエアーとは効果を異にするものである。
【００１７】
無機系の中空微粒子としては、例えば、セラミック中空微粒子、シラスバルーン、ガラスバルーン、シリカバルーン、及びフライアッシュバルーンなどを主体とするものである。これら無機系の中空微粒子は、製造されたもの、火力発電所から副生物として得られるもの、自然界から得られるものなどがある。これらの中では粒子の強度が高いムライト質のセラミック中空微粒子が好ましい。また、シリカバルーンの一部では凍結融解抵抗性が得られない場合がある。
無機系の中空微粒子の組成中に、Al2O3やSiO2以外に可溶性シリカなど、中空微粒子から溶出するものがあるときは、中空微粒子の殻が壊れ、耐凍結融解抵抗性が下がる場合がある。
【００１８】
有機系の中空微粒子の組成としては、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、メチルメタクリレート、メタクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、及び酢酸ビニルの共重合体を主成分とするものであり、そのうち、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、メチルメタクリレート、及びメタクリロニトリルの共重合体を主成分とすることが好ましい。
有機系の中空微粒子の内部に、n−ブタン、イソブタン、イソペンタン、及びネオペンタンなどの液やガスを内包させることが可能である。
【００１９】
中空微粒子の平均粒径としては、３〜150μｍが好ましく、10〜60μｍがより好ましい。
３μｍ未満では充分な耐凍結融解性が得られない場合があり、150μｍを超えると強度が低下する場合がある。
中空微粒子中の空洞の割合は特に限定されるものではないが、中空微粒子の20容量％以上が好ましく、40容量％以上が耐凍結融解性の面から好ましい。
中空微粒子の使用量は、液体硬化促進剤以外の材料を混合して練り上げたセメントコンクリート100容量部中、0.5〜８容量部が好ましく、３〜５容量部がより好ましい。0.5容量部未満では吹付けたセメントコンクリートが凍結融解の影響を受ける可能性があり、８容量部を超えると吹付けたセメントコンクリートの圧縮強度が下がる場合がある。
【００２０】
本発明で使用する液体硬化促進剤とは、セメントの凝結を促進するものであれば特に限定されるものでない。主なものとして、例えば、１Ａ元素の水酸化物として水酸化リチウム、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウムが挙げられる。この他に補助的に３Ｂ元素を使用すると硬化が促進されるので、硬化促進剤に含有させることが好ましい。３Ｂ元素の水酸化物の主なものとして、例えば、水酸化アルミニウムが挙げられる。また、この他に凝集効果・硬化促進を目的として、アルカリ金属の炭酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、及びケイ酸塩が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
液体硬化促進剤の固形分濃度は、40〜65％が好ましく、55〜60％がより好ましい。固形分濃度が40％未満ではダレ落ちる場合があり、65％を超えると吹付けセメントコンクリートにポンプで送る際に粘度が高くなり、施工性が悪くなる場合がある。
【００２１】
１Ａ元素の水酸化物分の液体硬化促進剤の固形分濃度は、25〜45部が好ましく、30〜40部がより好ましい。25部未満では吹付けたセメントコンクリートがダレ落ちる可能性があり、45部を超えるとコテ仕上げができない場合がある。
【００２２】
また、３Ｂ元素の水酸化物分の液体硬化促進剤の固形分濃度は、15〜35部が好ましく、20〜30部がより好ましい。15部未満では初期強度の発現が悪くなる場合があり、35部を超えるとひび割れが発生する場合がある。
【００２３】
液体硬化促進剤の使用量は、セメント100部に対して、２〜10部が好ましく、３〜８部がより好ましい。２部未満では吹付けたセメントコンクリートがずり落ちる場合があり、10部を超えると圧縮強度が著しく損なわれる場合がある。
【００２４】
ここでセメントとしては、JIS R 5210に規定される各種ポルトランドセメント、JISR 5211、JIS R 5212、及びJIS R 5213に規定される各種混合セメント、JISに規定された以上の混和材混合率にて作製した高炉セメント、フライアッシュセメント、及びシリカセメント、並びに、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントが挙げられる。
【００２５】
また、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。
【００２６】
本発明では、セメント、骨材、中空微粒子、及び液体硬化促進剤の他に、減水剤や凝結遅延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。
【００２７】
減水剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が使用可能である。
【００２８】
凝結遅延剤としては、セメントコンクリートの凝結を調整するものであり、その具体例としては、オキシカルボン酸やその塩類、リン酸塩、及び糖類等が挙げられる。
【００２９】
さらに、本発明では、吹付けセメントコンクリートの硬化体の耐衝撃性や弾性の向上の面で、繊維を使用することが好ましい。
繊維としては、無機質の繊維や有機質の繊維のいず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、石錦、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられ、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る。これらの中では経済性の面で、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面で、50mm以下が好ましく、５〜30mmがより好ましい。50mmを超えると圧送中に急結性吹付けセメントコンクリートが閉塞する場合がある。
また、繊維のアスペクト比は特に限定されるものではない。
繊維の使用量は、吹付けセメントコンクリート100容量部中、0.1〜３容量部が好ましく、0.4〜1.5容量部がより好ましい。0.1容量部未満では耐衝撃性や弾性の向上の効果が小さい場合があり、３容量部を超えると庄送性が低下し、経済的でない場合がある。
【００３０】
本発明の吹付け工法において、従来から使用されている吹付け設備等が使用可能である。
また、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。例えば、湿式吹付け工法では、セメント、細骨材(必要に応じ粗骨材も使用）、及び水（必要に応じ減水剤も使用）を加えて混練したものをホースを用いて空気で圧送し、ホースの途中にＹ字管を設け、その一方から吹付け用混和材供給装置（ポンプの種類は特に限定されるものではない）により吹付け用混和材を空気圧送し、合流・混合したものを吹付ける方法が挙げられる。
吹付け用混和材のセメントコンクリートヘの混合は、吹付け用混和材が均一に強制的に入るようなシャワーリングや吹付け圧送エアーと同時混合によりセメントコンクリートに混合せしめ吹付けることが好ましい。
【００３１】
圧送ホース中のＹ字管の取付け位置は、吐出口より手前、0．1〜100ｍが好ましく、３〜20ｍが混合性や圧送性等を考慮するとより好ましい。100ｍを超えるとホースの閉塞等の問題が生ずる場合がある。
【００３２】
本発明で使用する吹付け材料を使用した法面吹付け工法としては、吹付け材料を直に法面へ吹付けてもよいが、補強効果を増すために、主筋のほかにあばら筋などの鉄筋類を配置して法枠骨格を形成することが好ましく、法枠工法がより好ましい。
【００３３】
ここで、鉄筋類とは、金網や鉄筋等からなるもので、これらを組み合わせて法枠骨格を形成して、セメントコンクリートを吹付け、鉄筋類と一体化したセメントコンクリート法枠とするものである。
【００３４】
このように配置した法枠骨格に吹付け材料を用いて吹付けを行い、法枠骨格の鉄筋枠からはみ出した部分をコテ仕上げすることで、法枠の美観を保つように施工する。
【００３５】
法面に施工する吹付け用のセメントコンクリートは、モルタルの場合には、単位セメント量270〜600kg/m3、W／C35〜65％が好ましく、コンクリートの場合には、さらにs／a＝50〜100％が好ましく、材齢４週の圧縮強度で15N／mm2以上であることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下、実験例に基づき本発明の詳細に説明する。
【００３７】
実験例１
単位セメント量430kg/m3、W/Cが55％、及びs/aが70％のコンクリート配合を用い、スランプが18cm程度になるように減水剤の使用量を調整し、表１に示す中空微粒子を混和させてベースコンクリートを調製した。
ベースコンクリート中のセメント100部に対して、液体硬化促進剤（以下、促進剤という）ア５部をポンプで圧送し、吐出口手前10ｍに取り付けた分岐管に、圧縮空気と共にベースコンクリートに圧入して吹付けを行い、ベースコンクリートのエアー量と相対動弾性係数を測定した。結果を表１に併記する。
吹付けは、２インチの40ｍの圧送ホースを介して、７m3/minの圧縮空気で、吐出量３m3/h吹付けた。
なお、比較のため、中空微粒子を混和しないでＡＥ剤にてエアーを５容量％含有させたベースコンクリートも同様に吹付けた。
吹付け後、得られた硬化体からサンプルを切り出して、凍結融解試験を行った。結果を表１に併記する。
【００３８】
＜使用材料＞
中空微粒子Ａ:SiO2/Al2O3/Fe2O3＝63/33/４、セラミック中空微粒子、平均粒径50μｍ
中空微粒子Ｂ:アクリロニトリル/メチルメタクリレート/塩化ビニリデン＝55/36/９の共重合体、平均粒径40μｍ
中空微粒子Ｃ：メタアクリレート/アクリロ二トリル＝26/74の共重合体、平均粒径40μｍ
促進剤ア  ：水/水酸化ナトリウム/水酸化アルミニウム＝42/33/25、固形分濃度58％
セメント  ：普通ポルトランドセメント、密度3.16g/cm3
細骨材    ：砂、新潟県姫川産、密度2.62g/cm3、FM2.86
粗骨材    ：砂利、新潟県姫川産、密度2.63g/cm3、粒径12mm以下
ＡＥ剤    ：アルキルエーテルイオン界面活性剤、市販品
減水剤    ：ポリカルボン酸系高性能減水剤
水        ：工業用水
【００３９】
＜測定方法＞
中空微粒子の平均粒径:市販のレーザー回折式粒度計を用いて測定
エアー量  ：JIS A 1128 「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法に準じて測定
相対動弾性係数：凍結融解試験、JIS A 1148「コンクリートの凍結融解試験方法」、Ａ法水中凍結融解試験に準じて凍結融解300サイクル後の相対動弾性係数を測定した。なお、300サイクルに達する前に破壊したものは不良とした。
【００４０】
【表１】
2006290689.tif 000002
【００４１】
無機系の中空微粒子は、吹付け時に壁面に衝突した際に粒子の一部が破壊されてしまうために相対動弾性係数が有機系の中空微粒子に比べ劣っている。それに対して、有機系の中空微粒子は、粒子自体が弾力性を有しているため吹付け時でもあまり破壊されずに高い相対動弾性係数を示している。
【００４２】
実験例２
表２に示す中空微粒子を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４３】
＜使用材料＞
中空微粒子Ｄ：メタアクリレート/アクリロ二トリル＝26/74の共重合体、平均粒径３μｍ
中空微粒子Ｅ：メタアクリレート/アクリロ二トリル＝26/74の共重合体、平均粒径10μｍ
中空微粒子Ｆ：メタアクリレート/アクリロ二トリル＝26/74の共重合体、平均粒径60μｍ
中空微粒子Ｇ：メタアクリレート/アクリロ二トリル＝26/74の共重合体、平均粒径150μｍ
【００４４】
【表２】
2006290689.tif 000003
【００４５】
表から平均粒径が１〜60μｍであると、相対動弾性係数が凍結融解を受ける前に比べ、60〜90％となっており、無添加のものに比べると著しく凍結融解抵抗性が向上していることが分かる。
【００４６】
実験例３
表３に示す促進剤を使用し、中空微粒子Ｂを、ベースコンクリート100容量％中、３容量％使用して吹付け、吹付け状態を確認し、相対動弾性係数を測定したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００４７】
＜使用材料＞
促進剤イ  :水/水酸化リチウム/水酸化アルミニウム＝42/42/16、固形分濃度58％
促進剤ウ  :水/水酸化カリウム/水酸化アルミニウム＝40/28/32、固形分濃度60％
【００４８】
＜測定方法＞
吹付け状態：吹付けコンクリートを、斜度60°の１m2の斜面に20cmの厚みで吹付けた後、１時間放置し、吹付けたものが半分以上ずり落ちた場合は不良、少しずり落ちた場合は可、全くずり落ちない場合には良とした。
【００４９】
【表３】
2006290689.tif 000004
【００５０】
促進剤が２部未満ではずり落ちる場合があり、10部を超えると促進剤に含まれるアルカリ量が多いため圧縮強度がすぐに頭打ちになってしまい、凍結融解抵抗性が落ちている。そのため、促進剤の使用量は２〜10部が好ましい。
【００５１】
実験例４
モルタル中のセメント100部に対して、表４に示す促進剤４部を使用し、モルタル配合を単位セメント量420kg/m3、W/C=50％、S/C=３のモルタルに中空微粒子Ｂを100容量％中、３容量％使用して吹付け、吹付け後の圧縮強度を測定し、吹付け状態、コテ仕上げ、及びひび割れを確認したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００５２】
＜使用材料＞
促進剤エ  ：水/水酸化ナトリウム/水酸化アルミニウム＝35/35/30、固形分濃度65％
促進剤オ  ：水/水酸化リチウム/水酸化アルミニウム＝40/45/15、固形分濃度60％
促進剤カ  ：水/水酸化カリウム/水酸化アルミニウム＝50/35/15、固形分濃度50％
促進剤キ  ：水/水酸化カリウム/水酸化アルミニウム＝45/35/20、固形分濃度55％
促進剤ク  ：水/水酸化カリウム/水酸化アルミニウム＝60/25/15、固形分濃度40％
促進剤ケ  ：水/水酸化カリウム/水酸化アルミニウム＝65/35/０、固形分濃度35％
促進剤コ  ：水/水酸化カリウム/水酸化アルミニウム＝33/23/44、固形分濃度67％
【００５３】
＜測定方法＞
コテ仕上げ：吹付けてから２時間経過後のモルタルの表面にコテをかける。思いどおりにできた場合は可、堅くコテ仕上げができない場合又はダレている場合は不可とした。
圧縮強度  ：JIS R 5201に準じ、材齢１日の強度を測定
ひび割れ  ：１日経過後の表面観察、ひび割れがない場合は可、ひび割れがある場合には不可とした。
【００５４】
【表４】
2006290689.tif 000005