(57)【要約】【課題】  増粘剤を使用せずに、比較的大量のフライアッシュを使用しても、増粘剤を使用した従来のものと同等以上の強度発現性と付着性と粉塵抑制特性を付与することができ、しかも空気圧送障害が起こり難く施工性が良好であるような吹付材用モルタルとこれを用いた乾式吹付工法吹付材を提供する。【解決手段】  細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）が３．５〜４．５のモルタルであり、増粘剤と水を含まないモルタルであって、セメントのうちの５〜１５質量％がフライアッシュで残部がポルトランドセメントとエコセメントの何れか１種以上、かつ細骨材のうちの２１〜３８質量％がフライアッシュで残部が天然細骨材及び／又は人工軽量骨材であることを特徴とする乾式吹付工法吹付材用モルタル。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）が３．５〜４．５のモルタルであり、増粘剤と水を含まないモルタルであって、セメントのうちの５〜１５質量％がフライアッシュで残部がポルトランドセメントとエコセメントの何れか１種以上、かつ細骨材のうちの２１〜３８質量％がフライアッシュで残部が天然細骨材及び／又は人工軽量骨材であることを特徴とする乾式吹付工法吹付材用モルタル。
【請求項２】
フライアッシュの総含有量がポルトランドセメントとエコセメントの含有量１００質量部に対し、１０５〜１８０質量部であることを特徴とする請求項１記載の乾式吹付工法吹付材用モルタル。
【請求項３】
請求項１又は２何れか記載の乾式吹付工法吹付材用モルタルと硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結材と水を含有し、前記液体急結材の含有量が前記モルタル中のポルトランドセメントとエコセメントの含有量１００質量部に対し、９〜１３質量部であることを特徴とする乾式吹付工法吹付材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾式吹付工法で吹付材に用いるフライアッシュを含むモルタルに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル、採掘抗、地下空間等において、掘削露出面の崩壊防止、地山構造補強、地山面からの湧水防止、またこれらの施工面を面仕上げするため、モルタルやコンクリートのセメント系吹付材が対象面に吹付けられている。セメント系吹付材は急結材の使用により急速な付着性を担保している。モルタルの乾式吹付工法では、セメントや砂等の混合物が乾粉で圧送され、吹付装置内で注水と急結剤添加が行われて吹付材が形成されるため、概して十分な混合状態を確保し難く、粉塵発生やリバウンドが起こったり、吹付時に強い付着性が得られないことがあった。粉塵発生を抑制し、付着性を高めるため、前記混合物に増粘剤、特にセルロース系の増粘剤を加えることが知られている。しかし、前記のような効果を得るためには相当量の増粘剤の添加を必要とする。このような量の増粘剤が添加された吹付用モルタルは急結性が低くなり易く、流動性も低下して施工性が著しく悪化する。流動性低下を避けるため水量（特にセメントに対する水の配合割合）を増やしたものでは、セルロース誘導体を有効成分とするような一般的な増粘剤を使用する限り、増粘作用には限界がある。このため、増粘剤を使用せずに、吹付材の粘性を高めて粉塵発生を抑制する方策として、フライアッシュを細骨材として使用することが知られている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
しかるに、増粘剤添加時並の粘性状態を得ようとすると、大量のフライアッシュを細骨材として加えねばならず、このことによって、吹付装置へのモルタル圧送時の空気圧送の圧力損失が生じ易くなる。前記圧力損失が大きくなると、モルタルが十分圧送できずに経路中に詰まり易くなり、施工上の障害となる。また、このような施工経路上の狭窄があると、急結材や水が加え得られるべきモルタルの供給量が不足し、所定の性状の吹付材が得られない虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２３５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、本発明は、乾式吹付工法の吹付材に使用するモルタルを、増粘剤を使用せずに、比較的大量のフライアッシュを使用しても、増粘剤を使用した従来のものと同等以上の強度発現性と付着性と粉塵抑制特性を付与することができ、しかも空気圧送障害が起こり難く施工性が良好であるような吹付材用モルタルとこれを用いた乾式吹付工法吹付材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、検討を行った結果、乾式吹付工法で吹付材に使用するモルタルを骨材とセメントの質量比を３．５〜４．５にしたモルタルとし、かつ前記モルタルは特定量のフライアッシュを配合したものとした上で、前記フライアッシュを特定の割合でセメント量の一部と骨材量の一部に置換することで、前記課題を解決できたことから本発明を完成させた。
【０００７】
即ち、本発明は、次の（１）〜（２）で表す乾式吹付工法吹付材用モルタルおよび（３）で表す乾式吹付工法吹付材である。
（１）細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）が３．５〜４．５のモルタルであり、増粘剤と水を含まないモルタルであって、セメントのうちの５〜１５質量％がフライアッシュで残部がポルトランドセメントとエコセメントの何れか１種以上、かつ細骨材のうちの２１〜３８質量％がフライアッシュで残部が天然細骨材及び／又は人工軽量骨材であることを特徴とする乾式吹付工法吹付材用モルタル。
（２）フライアッシュの総含有量がポルトランドセメントとエコセメントの含有量１００質量部に対し、１０５〜１８０質量部であることを特徴とする前記（１）の乾式吹付工法吹付材用モルタル。
（３）前記（１）又は（２）の乾式吹付工法吹付材用モルタルと硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結材と水を含有し、前記液体急結材の含有量がポルトランドセメントとエコセメントの含有量１００質量部に対し、９〜１３質量部であることを特徴とする乾式吹付工法吹付材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、増粘剤を使用しなくとも十分粉塵抑制できる粘性状態の施工性も良好なモルタルが得られ、また良好な吹付け付着性と強度発現性と施工性を具備した乾式吹付工法吹付材を得ることができる。しかも、大量のフライアッシュを使用することができるため、フライアッシュの有効活用策としても優れた発明である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の乾式吹付工法吹付材用モルタルは、少なくとも細骨材とセメントからなり、細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）が３．５〜４．５のモルタルであって、増粘剤と水を含まず、セメントのうちの５〜１５質量％がフライアッシュで残部がポルトランドセメントとエコセメントの何れか１種以上、かつ骨材のうちの２１〜３８質量％がフライアッシュで残部が天然骨材及び／又は人工軽量骨材であるモルタルである。水を含むと、前記モルタル中のフライアッシュやセメントが固結し、施工作業性が悪化するので好ましくない。また、増粘剤を含むモルタルは本発明の課題に相容れない。
【００１０】
前記細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）を３．５〜４．５のモルタルにすることで、施工作業性と強度発現の点に関し、乾式吹付工法吹付材の使用に適ったモルタルになる。前記細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）が３．５未満だと乾式混合では混合性が低下し、施工性が悪化するため好ましくない。また、前記細骨材とセメントの配合質量比（細骨材／セメント）が４．５を超えると結合相形成成分が不足し、強度が低くなり過ぎるので好ましくない。
【００１１】
前記乾式吹付工法吹付材用モルタルに含まれるセメントは、ポルトランドセメントとエコセメントの何れか１種以上とフライアッシュからなる。セメント中のその含有割合は、フライアッシュ５〜１５質量％で、残部（９５〜８５質量％）が、ポルトランドセメントとエコセメントの合計量（但し、ポルトランドセメントだけ又はエコセメントだけしか含まない場合は、その単独含有量となる。）とする。このような含有割合のセメントを前記モルタル中に含むことで、吹付後の吹付施工物のしまりが良くなる。セメント中のフライアッシュの含有割合が１５質量％を超えると練り混ぜ効率が著しく低下し更に、強度発現性にも悪影響を及ぼすため好ましくない。また、セメント中のフライアッシュの含有割合が５質量％未満では空気圧送時の材料分離抵抗性および増粘効果が得られないため好ましくない。セメント中に含有可能なポルトランドセメントは、何れのポルトランドセメントでも良く、具体的には普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩の各種ポルトランドセメントが挙げられる。この中でも経済性や汎用性の点から普通ポルトランドセメントが好ましい。ポルトランドセメントの粉末度はＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ５２１０）の２５００ｃｍ2／ｇ以上を満たしていれば、特に限定されない。好ましくは一般市販品並の粒度（例えば、概ね、２９００〜３４００ｃｍ2／ｇ）であれば良い。また、セメント中に含有可能なエコセメントは、ＪＩＳ  Ｒ５２１４に規定するエコセメントなら何れのエコセメントでも使用できる。好ましくは、汎用性のある普通エコセメントを使用する。エコセメントの粉末度は、特に制限されるものではないが、例えば一般市販品並の粒度（概ね４０００〜４４００ｃｍ2／ｇ）のものが使用できる。
【００１２】
前記乾式吹付工法吹付材用モルタルに含まれる細骨材は、フライアッシュと、天然細骨材及び／又は人工軽量骨材とからなり、細骨材中のその含有割合は、フライアッシュ２１〜３８質量％であり、残部（７９〜６２質量％）が天然細骨材と人工軽量骨材の合計量（何れか一方しか使用しない場合は使用する骨材種だけの量）とする。天然細骨材とは、具体的には、粒径が５ｍｍ以下の、山砂、川砂、海砂などの天然砂や天然石の砕砂が該当する。天然細骨材は化学成分的には何等制限されない。また、このような天然砂や砕砂を使用した細骨材からなる再生細骨材でも良い。好ましくは、天然骨材として、絶乾密度が概ね２．５以上の天普通細骨材を使用する。また、人工軽量細骨材としては、粒径が５ｍｍ以下の、天然鉱石を主原料として人為的に合成された絶乾密度が概ね２．０未満の骨材であって、例えば天然鉱石原料を加熱発泡させたものや高気孔率で気孔を形成させたものが例示できる。乾式吹付工法吹付材用モルタルに含まれる細骨材を、このような含有割合のフライアッシュと天然細骨材及び／又は人工軽量骨材とからなるものとすることで、モルタルの空気圧送中に材料分離が生じ難くなる。細骨材中のフライアッシュの含有割合が３８質量％を超えると練混ぜ性能が低下するため好ましくない。また、細骨材中のフライアッシュの含有割合が２１質量％未満では材料分離が生じやすくなるため好ましくない。また、細骨材中に含有するフライアッシュは、反応活性が低いものの方が望ましく、特に限定されるものではないが、例えば、粒径が大きいものや粉末度が低いものの使用が推奨される。
【００１３】
本発明の乾式吹付工法吹付材用モルタルは、前記のように、セメント構成成分用と骨材構成成分用にフライアッシュを含有使用するが、セメント構成成分用と骨材構成成分用に異なるフライアッシュを使用するのが望ましい。具体的には、前者は反応活性が高いもの、後者は反応活性が低いものを使用する。詳しくは、例えば、粉末度や粒径で分けることで、反応活性の差を反映させることができる。セメント構成成分用は、骨材構成成分用よりも高い粉末度のものを用いるのが好ましく、骨材構成成分用はセメント構成成分用よりも大きい粒径のものを用いるとより好ましい。ここで、セメント構成成分用として好適なフライアッシュの粉末度は、併用するポルトランドセメントやエコセメントと概ね同等かそれ以上の粉末度のものとする。また、例えば単一種類のフライアッシュでも、市販品では少なからず粒度分布等が存在するため、単一種類品のみを本発明の乾式吹付工法吹付材用モルタルに使用しても、その中で相対的に低い粉末度のフライアッシュ粒子は骨材成分側として寄与し、一方相対的に高い粉末度のフライアッシュ粒子はセメント成分側として寄与する。このような両成分に寄与できる単一種類のフライアッシュ市販品としては、例えばＪＩＳ規格に該当するフライアッシュのなら、何れのものでも良い。より好ましくは、例えばＪＩＳＩＩ種規格品相当種等のフライアッシュを使用する。
【００１４】
また、本発明の乾式吹付工法吹付材用モルタルに含有されるフライアッシュの総含有量は、好ましくは、ポルトランドセメントとエコセメントの含有量（ポルトランドセメント又はエコセメントの一方しか含まない場合はその含有量）１００質量部に対し、１０５〜１８０質量部である。このようなフライアッシュの総含有量とすることで、モルタルの空気圧送中における材料分離の発生を抑えることができ、均一な品質性状の吹付材を得るのに貢献する。フライアッシュの総含有量が、１０５質量部未満の場合はモルタルの空気圧送中に材料分離が起こる可能性があるので適当ではなく、また１８０質量部を超えると水との混合性が著しく低下し混練不良を招き、更には、粉じん発生量も多くなり作業環境悪化にもつながるため適当ではない。
【００１５】
また、本発明の乾式吹付工法吹付材は、前記の乾式吹付工法吹付材用モルタルと硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結材と水を含むものである。他の成分の含有も、本発明の効果を阻害しないものである限り可能である。含有可能な他の成分の一例を示すと、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属のアルミン酸塩、アルミン酸カルシウム等の急結助剤、凝結促進剤等を挙げることができる。硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結材は、注水後初期の急結発現性に非常に優れ、強い付着性の付与と、それ自体は粉塵化することがないという利点がある。実使用に際しては市販品が利用でき、何れの市販品でも良い、また、本発明の乾式吹付工法吹付材の硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結材の含有量は、含有されるポルトランドセメントとエコセメントの合計量（何れか一方しか含有されないときはその含有量）１００質量部に対し、前記液体急結材９〜１３質量部とする。前記液体急結材含有量が９質量部未満では急結性が不足するので好ましくない。また、１３質量部を超えると、瞬結化傾向が強くなり、吹付装置の吹付材ノズルの噴射孔が固結・閉塞し易くなるので好ましくない。
【００１６】
また、本発明の乾式吹付工法吹付材に含有可能な水の量は、特に制限されるものではなく、セメントを構成するフライアッシュを含むセメントと概ね過不足無く反応できる水の量であれば良い。このような水の量は前記吹付材の配合内容に応じて予備実験等を行って定めるのが推奨される。目安的な水の量として、一例を示すと、含有されるポルトランドセメントとエコセメントの合計量（何れか一方しか含有されないときはその含有量）１００質量部に対し、例えば８４〜９４質量部が挙げられるが、限定されるものではない。水の量が少ないと施工性が低下し易いので適当ではなく、また過剰量では強度や付着性低下を起こすので適当ではない。
【００１７】
本発明の乾式吹付工法吹付材は、前記乾式吹付工法吹付材用モルタルへの注水と液体急結材の添加は、吹付装置内で行うのが望ましい。前記吹付装置は、液体急結剤と水を添加する添加部を設けたものを用いることが推奨される。液体急結材と水は別個に輸送されてきたものを途中で合流させ、これを前記乾式吹付工法吹付材用モルタルの吹付装置内の圧送経路中に設けた添加装置によって添加するのが好ましい。但し、必ずしも同時添加に限定されるものではない。別途の注水部の構造は、特に限定されないが、例えば、前記モルタルの圧送経路に水と液体急結材の合流物の供給管を、例えばＹ字管や二重管等の合流部品で接続したものや、多数の水噴射孔を具備した環状の水添加帯（シャワーリング）を前記圧送経路中に組み込んだ吹付装置を使用する。同時添加をしない場合は、圧送される前記乾式吹付工法吹付材用モルタルに対し、吹付装置内で最初に注水、次いで液体急結材を添加することが望ましい。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載した実施例に限定されるものではない。尚、実施例は、特記無い限り、２０（±１）℃の環境下で行った。
【００１９】
［乾式吹付工法吹付材用モルタルの作製］
普通ポルトランドセメント（市販品。ブレーン比表面積３２００ｃｍ2／ｇ）、普通エコセメント（市販品。ブレーン比表面積４１００ｃｍ2／ｇ）、３号珪砂（絶乾密度２．７ｇ／ｃｍ3）、人工軽量細骨材（アサノライト３号、絶乾密度１．６８ｇ／ｃｍ3）、フライアッシュ（ＪＩＳＩＩ種該当市販品、ブレーン比表面積平均４０００ｃｍ2／ｇ）、メチルセルロース系増粘剤（市販品）、から選定される材料を用い、表１で表した配合となるように、ＪＳＣＥ−Ｄ  １０２−２００５の付属書１に規定する方法で混合した。混合物をもって乾式吹付工法吹付材用モルタルとした。
【００２０】
【表１】
2018172254.tif 000002
【００２１】
［乾式吹付工法吹付材の作製］
この乾式吹付工法吹付材用モルタルを、市販の乾式吹付装置にホースを介して空気圧送し、乾式吹付装置内の圧送経路中で注水と急結材の添加をこの順で行い、乾式吹付工法吹付材を作製した。急結材としては硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結材（市販品）を使用した。注水量と液体急結材の添加量は、ポルトランドセメントとエコセメントの含有量（合計値。何れか一方しか含まないものは、その含有量。）１００質量部としたときの相対値（質量部）で表２に表す。
【００２２】
【表２】
2018172254.tif 000003
【００２３】
［評価］
前記のように作製した乾式吹付工法吹付材用モルタル又は乾式吹付工法吹付材に対し、以下の（１）〜（５）で表す評価を行った。評価結果は（１）と（２）は表２に、（３）は表３に、（４）と（５）は表４にそれぞれ表す。
【００２４】
（１）圧送中のモルタル特性
前記作製した乾式吹付工法吹付材用モルタルをホースを介して吹付装置に空気圧送した際に、目視で詰まりや狭窄箇所が全く見られなかったものを圧送性「良好」と判断し、それ以外の状況となったものは全て圧送性「不良」と判断した。また、空気圧送中に材料分離が起こったか否かを目視で調べた。材料分離が見られなかったものを、材料分離発生が「無」とし、材料分離が確認できたものを材料分離発生「有」とした。  
【００２５】
（２）粘性評価試験
前記の普通ポルトランドセメント又はエコセメントと細骨材（３号珪砂）に、前記フライアッシュ又は前記増粘剤を表１の配合量となるよう加えた乾式吹付工法吹付材用モルタルに、モルタル中の普通ポルトランドセメント及びエコセメントの含有量１００質量部あたり、表２に表す量の水を添加して市販の混合装置で３０秒間混練し、モルタルスラリーを作製した。このモルタルスラリーを、水平地面から１ｍの高さに設置した内径７５ｍｍ、高さ７５ｍｍの底面開閉可能な円筒形型に充填し、注水時から４５秒後に、底面を開き、充填物を落下させた。落下物の飛散寸法（広がり面の最大長さとこれと直交する広がり面の長さ）を測定した。広がり面が大きいものほど粘性が低く、増粘剤使用時の粘性状態との比較を主たる評価目的に行った。  
【００２６】
（３）プロクター貫入抵抗試験
急結性を確認するために行った。急結材添加時から６０秒、９０秒、１２０秒及び３６０秒後の乾式吹付工法吹付材に対し実施。試験方法は、ＪＳＣＥ−Ｄ  １０２−２００５の付属書３の規定に準拠。
【００２７】
（４）圧縮強度試験
内寸が４×４×１６ｃｍの直方体形の型枠に、前記作製の乾式吹付工法吹付材を流し込み供試体を作製し、材齢３時間および７日の供試体に対し、圧縮強度を測定した。詳細な供試体作製方法は、ＪＩＳ  Ｒ５２０１の規定に準拠。詳細な圧縮強度測定方法は、ＪＩＳ  Ｒ５２０１付属書２に準拠した方法で実施。
【００２８】
（５）粉塵測定
市販の粉塵測定器を用い、幅４．５ｍ×奥行４．５ｍ×高さ８ｍの屋内に吹付ノズルが高さ１．５ｍの位置になるように乾式吹付装置を設置し、吹付ノズル先端から１ｍ先の壁面に１ｍ3／時間の流速で、前記作製した乾式吹付工法吹付材を６０秒間吹付け、発生した粉塵量を測定した。粉塵量は、増粘剤及びフライアッシュを含まない吹付材による発生粉塵量を１００としたときの相対値で表す。
【００２９】
【表３】
2018172254.tif 000004
【００３０】
【表４】
2018172254.tif 000005
【００３１】
表２〜４の結果から、本発明の乾式吹付工法吹付材用モルタルは、良好な圧送性を呈し、また増粘剤を使用せずとも増粘剤使用時に匹敵する粘性状態が得られることがわかる、このような粘性状態が得られる乾式吹付工法吹付材用モルタルを使用した本発明の乾式吹付工法吹付材は、粉塵発生量が少なく、また、大量のフライアッシュを含有しても、急結性や強度発現性が阻害されることはないことがわかる。