(57)【要約】【課題】液体急結剤を用いても、急結性に優れ、かつコンクリートのコンシステンシーの良好な吹付けコンクリートの施工方法を提供する。【解決手段】アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する急結助剤と、液体急結剤とを含む吹付けコンクリートの施工方法であって、ベースコンクリートを製造後、前記急結助剤を当該ベースコンクリートに添加して、混練し、この混練したコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの施工方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する急結助剤と、液体急結剤とを含む吹付けコンクリートの施工方法であって、
ベースコンクリートを製造後、前記急結助剤を当該ベースコンクリートに添加して、混練し、この混練したコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの施工方法。
【請求項２】
アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する急結助剤と、液体急結剤とを含む吹付けコンクリートの施工方法であって、
ベースコンクリートを製造後、トラックアジテータのドラム内に投入し、前記急結助剤をトラックアジテータのドラム内のベースコンクリートに添加して、混練し、この混練したコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加することを特徴とする吹付けコンクリートの施工方法。
【請求項３】
前記液体急結剤が硫酸アルミニウムを有効成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の吹付けコンクリートの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体急結剤を用いた吹付けコンクリートの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削したトンネルや地下空間などでの建設工事においては、掘削露出面に粉体急結剤を添加したコンクリートを吹付けてライニングし、該露出面の崩落を防止することが広く行われている（特許文献１、２参照）。粉体急結剤としては、カルシウムアルミネートを主成分とし、アルミン酸塩やアルカリ金属炭酸塩などが配合された急結剤が知られている。この粉体急結剤は急結性に優れるものの、一方で粉塵発生量が多いこと、吹付けたコンクリートのリバウンド量が多いことなど課題がある。
【０００３】
この問題を解決する方策として、液体急結剤が用いる技術が提案されている（特許文献３、４参照）が、液体急結剤の急結性や初期強度発現性は粉体急結剤に比べて劣ることが大きな課題である。
液体急結剤使用時の課題の解決策として、液体急結剤の他に粉体急結剤などの急結性の向上に効果を有する無機塩類を併用する方法が提案されている（特許文献５，６参照）。具体的には、液体急結剤の他に、粉末硫酸アルミニウム及びアルミン酸カルシウム等の無機塩類を添加する方法である。無機塩類の添加方法としては、ベースとなる吹付け用コンクリートに含有させることも可能であるが、吹付け用コンクリートが吹付けされる直前に水、もしくは液体急結剤と混合してスラリー化したものを、吹付け用コンクリートの吐出直前に混合させる方法が、粉塵低減の観点から好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６０−００４１４９号公報
【特許文献２】特開平０９−０１９９１０号公報
【特許文献３】特表２００１−５０９１２４号公報
【特許文献４】特開平１０−０８７３５８号公報
【特許文献５】特開２００２−２２０２７０号公報
【特許文献６】特開２００７−０５５８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、吹付けされる直前に粉体急結剤をスラリー化する方法は、吹付けノズル先端部における専用の混合装置が必要となり、吹付け装置が複雑な構造になるなど実用上の問題も多い。一方、粉体急結剤をベースとなるコンクリートに含有させた場合は、一般的にコンクリートのコンシステンシーが不良となり、吹付時のコンクリートのポンプ圧送性に支障をきたすことになる。
従って、本発明の課題は、液体急結剤を用いる場合であっても、コンクリートのポンプ圧送性に影響を与えることなく、良好な急結性を有する吹付けコンクリートの施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者は、効果的な急結助剤と、その添加方法について種々検討した結果、アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類および石膏類を含有してなる急結助剤を用いる場合において、コンクリートのポンプ圧送性にも支障がなく、液体急結剤を用いた吹付け施工においても良好な急結性に有する吹付けコンクリートの施工方法を見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔３〕を提供するものである。
〔１〕アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する急結助剤と、液体急結剤とを含む吹付けコンクリートの施工方法であって、ベースコンクリートを製造後、前記急結助剤を当該ベースコンクリートに添加して、混練し、この混練したコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの施工方法。
〔２〕アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する急結助剤と、液体急結剤とを含む吹付けコンクリートの施工方法であって、ベースコンクリートを製造後、トラックアジテータのドラム内に投入し、前記急結助剤をトラックアジテータのドラム内のベースコンクリートに添加して、混練し、この混練したコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの施工方法。
〔３〕前記液体急結剤が硫酸アルミニウムを主成分とする〔１〕または〔２〕の吹付けコンクリートの施工方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の吹付けコンクリートの施工方法を用いることによって、液体急結剤を使用する場合であっても、良好な急結性を有する吹付けコンクリートを施工することができる。これによって、粉塵発生量が少なく、リバンウンド量が少ないという液体急結剤の特徴を生かした吹付けコンクリートを施工することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、急結助剤として、アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する急結助剤を用い、当該急結助剤をベースコンクリートの製造後に添加・混練する。このコンクリートを圧送し、吹付けノズル先端で液体急結剤を添加する吹付けコンクリートの施工方法である。さらに、ベースコンクリートがトラックアジテータのドラム内に投入された後で、急結助剤をこのドラム内に投入し、混練するものである。ここで、コンクリートとはモルタルを含む。
【００１０】
急結助剤を含むコンクリートの製造方法としては、セメントや骨材と一緒にコンクリートミキサーに添加して空練りを行った後に水を添加して混練する方法（以下「一括練」という場合がある）と、ベースコンクリートを製造した後に急結助剤を添加して再度混練を行う方法（以下「後添加」という場合がある）とが考えられる。
【００１１】
しかしながら、本発明における急結助剤を用いた場合のコンクリートの製造方法を検討した結果、一括練の場合はコンクリートのしまり（偽凝結）が発生しやすく、これを解消するには多量の減水剤を添加する必要があることが分かった。さらに減水剤の使用量を増やした場合は、コンクリートの流動性が混練後の練置き時間の経過に伴い流動性が大きくなるという後伸び現象が生じて、安定したポンプ圧送性を有するコンクリートが得られ難いという問題があることが判明した。また、減水剤の多量添加や、流動性の後伸び現象に伴い、液体急結剤を添加したときの急結性状にも影響を及ぼすことが判明し、安定した品質の吹付けコンクリートが得られにくいことが分かった。
【００１２】
これに対して、後添加の場合は減水剤添加量を過度に増やすことなく、練置き時間の影響が少ない安定した流動性のコンクリートを得られることが分かった。驚くべきことに、減水剤の量は、一括練の半分以下の設定量で配合設定可能であることが判明した。減水剤の量を低減できるということは経済上のメリットも大きい。さらに、急結助剤の配合量も、一括練に比べて増加させた配合が可能であることが分かり、これによって、急結性能を高めた吹付け施工が行えることが分かった。本発明は、特定の急結助剤を用いた場合に、特に有効な吹付けコンクリートの施工方法を見出したものである。
【００１３】
（急結助剤）
本発明における急結助剤は、吹付けコンクリートの急結性を補助的に向上させるために使用するものであり、アルカリ金属アルミン酸塩、石灰類及び石膏類を含有する。
【００１４】
本発明で使用するアルカリ金属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等が挙げられ、一般に市販されている試薬、あるいは工業製品を使用することができる。特にアルミン酸ナトリウムが好ましい。急結助剤１００質量部におけるアルカリ金属アルミン酸塩の配合量は、コンクリートのコンシステンシーと吹付けコンクリートの強度発現性の点から、５〜５０質量部であることが好ましい。より好ましくは、１０〜４０質量部である。
【００１５】
本発明で使用する石灰類とは、生石灰、消石灰、遊離石灰を含む熱処理生成物（以下「生石灰系クリンカ組成物」という）等石灰成分を含む組成物をいい、これらを単独で、あるいは二種以上を併用することができる。この中で、特に生石灰系クリンカ組成物を用いることが好ましい。
【００１６】
前記生石灰系クリンカ組成物とは、遊離生石灰及び珪酸三石灰（ＣａＯ・３ＳｉＯ２）等の珪酸カルシウムを含有する熱処理生成物である。遊離石灰として５０質量％以上含むものが好ましい。生石灰系クリンカ組成物は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、ＣａＳＯ４原料等を含有する配合物を１３００〜１６００℃の温度で熱処理して生成される。熱処理には電気炉、ロータリーキルンなどが使用される。熱処理生成物は、粉砕、分級等処理され、ブレーン比表面積２，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇに粒度調整される。  
【００１７】
急結助剤１００質量部における石灰類の配合量は、コンクリートのコンシステンシーと吹付けコンクリートの強度発現性の点から、１０〜７０質量部であることが好ましい。より好ましくは、１５〜６５質量部である。
【００１８】
本発明で使用する石膏類としては、無水石膏、二水石膏、半水石膏などが挙げられるが、無水石膏が好ましい。急結助剤１００質量部における石膏の配合量は、コンクリートのコンシステンシーと吹付けコンクリートの強度発現性の点から、５〜７０質量部であることが好ましい。より好ましくは、１０〜６５質量部である。
【００１９】
本発明の急結助剤には、さらに分散剤を添加することができる。分散剤としては、例えば一般に市販されているセメント用減水剤等を使用することができる。分散剤の種類として、ポリアクリル酸系、ポリカルボン酸系、メラミンスルホン酸系、リグニンスルフホン酸系、ナフタレンスルフホン酸系、ポリオール系などが挙げられる。他の成分とプレミックスした急結助剤として用いる場合は粉末状のものが使用される。急結助剤１００質量部における分散剤の配合量は、コンクリートのコンシステンシーと吹付けコンクリートの強度発現性の点から、固形分換算で１５質量部以下である。より好ましくは、１〜１０質量部である。
【００２０】
本発明の急結助剤には、さらに必要に応じて凝結遅延剤を添加することができる。凝結遅延剤としては、一般に市販されているものを使用することができる。例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸などの有機酸、又はその塩、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、糖類などが挙げられる。これらのうち一種又は二種以上が用いられる。凝結遅延剤の使用は、夏場、ベースコンクリートの練上がり温度が高くなる場合に有効である。
【００２１】
急結助剤１００質量部における凝結遅延剤の配合量は、コンクリートのコンシステンシーの確保及び吹付けコンクリートの急結性に大きな影響を及ぼさないという観点から、固形分換算で２質量部以下である。より好ましくは、１．５質量部以下である。
【００２２】
本発明の急結剤には、上記の成分以外に、アルカリ金属の炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩及び硝酸塩、あるいはアルカリ土類金属の硫酸塩、硝酸塩及び亜硝酸塩等の無機塩類を添加することができる。具体的には炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等のアルカリ金属炭酸塩が挙げられる。これらは、適量配合することにより、吹付けコンクリートの強度増進に効果がある。
【００２３】
（吹付けコンクリート）
本発明の吹付けコンクリートに使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱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、石灰石微粉末等を混合した混合セメント等が挙げられる。また、前記セメントの一種であっても、二種以上のものであっても良い。
【００２４】
また、本発明で使用する骨材としては、特に制限されるものではなく、通常のコンクリート又はモルタルの製造に使用される骨材を何れも使用することができる。
【００２５】
ベースコンリートには、急結助剤に配合される分散剤とは別に、通常セメント用減水剤が添加され、コンクリートのコンシステンシーが調整される。ここで使用されるセメント用減水剤は通常液状のものが使用される。その種類は特に限定されるものではないが、急結助剤にセメント用減水剤が配合された場合は、同じ種類のセメント用減水剤が使用されることが望ましい。セメント用減水剤の添加量はセメントに対して０．１〜２．０質量％が好ましい。
【００２６】
吹付けコンクリートには、前記セメント用減水剤の他に、必要に応じて、本発明の特長が損なわない程度において、ＡＥ剤、流動化剤、増粘剤、膨張材、収縮低減剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤、各種繊維等を添加することを妨げない。
【００２７】
（吹付けコンクリートの施工）
まず、ベースコンクリートが生コン製造プラントあるいは吹付け施工現場近くに設けられたコンクリート製造装置で製造される。生コン製造プラントで製造される場合はトラックアジテータのドラム内にベースコンクリートが投入され、吹付け施工現場まで搬送される。
【００２８】
吹付け施工現場において、コンクリートのポンプ圧送性が確保可能な時間を考慮して、ベースコンクリートに急結助剤が添加される。トラックアジテータで搬送された場合は、トラックアジテータのドラム内のベースコンクリートに急結助剤を投入し、高速回転させて混練することができる。
【００２９】
急結助剤のベースコンクリートへの添加量は、コンクリート中のセメントに対して１．０〜５．５質量％であることが好ましい。１．０質量％未満の場合、十分な急結性を付与することができない虞があり、一方５．０質量％を超えて添加された場合は、コンクリートのコンシステンシーが損なわれ、ポンプ圧送に支障が生じる虞がある。より好ましくは、１．５〜４．０質量％である。
【００３０】
急結助剤が添加されたコンクリートは、ポンプ圧送され、吹付けノズルの先端で液体急結剤と混ざり、トンネル等の掘削露出面に吹付施工される。吹付けシステムについては、液体急結剤を使用して吹付け施工を行う際に、一般的に使用されている吹付け装置および吹付けシステムを利用することができる。
【００３１】
本発明で使用する液体急結剤としては、一般に使用されている何れの液体急結剤も使用できるが、特に硫酸アルミニウムを有効成分とする液体急結剤が好ましい。この液体急結剤は、通常、粉末状の硫酸アルミニウム（又はその水和物）を水と混ぜ水溶液として調製されるが、これに限定されるものではなく、可溶性アルミニウム成分と硫酸などの硫黄源を調整して、硫酸アルミニウムを水溶液として調製したものであってもかまわない。また、本発明の特長が損なわない程度において、さらに他の成分を添加することを妨げない。他の成分としては、例えば、沈降性シリカ、アルカノールアミンなどが挙げられる。液体急結剤中の硫酸アルミニウム含有量は、１５質量％以上が好ましく、２０〜３５質量％がより好ましく、２２〜３０質量％がさらに好ましい。液体急結剤の使用量は、急結性能と長期強度発現性のバランスの点から、コンクリート中のセメントに対して、３〜１５質量％が好ましく、５〜１３質量％がより好ましい。
【００３２】
本発明の吹付け施工方法は、急結助剤を用いることによって、液体急結剤を用いた場合であっても、急結性に優れる吹付けコンクリートを製造することができる。また、本発明の急結助剤を用いることによって、粉塵発生量が少なく、リバウンド量が少ないという液体急結剤の特徴を生かした吹付けコンクリートを施工することができる。
【００３３】
以下、更に具体的な実施例を挙げて説明する。但し、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
急結助剤の添加方法による違いについて、モルタルによる評価を実施した。
【００３５】
〔使用材料〕
（１）アルミン酸ナトリウム：市販品、粉末
（２）生石灰系クリンカ組成物：生石灰、粘土、石膏の混合粉末を１４５０℃で焼成し、遊離石灰を６５質量％含有する熱処理生成物を得た。遊離石灰以外の主な成分は、珪酸三石灰（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、無水石膏（ＣａＳＯ４）であった。この熱処理生成物を粗砕し、更にミルで粉砕して、ブレーン比表面積３，２００ｃｍ２／ｇの生石灰系クリンカ組成物を得た。
（３）石膏：無水石膏；市販品
（４）セメント用減水剤（粉末タイプ）：ポリカルボン酸系高性能減水剤「ＮＦ−１００」（太平洋マテリアル社製）
（５）セメント用減水剤（液状タイプ）：高性能減水剤「ＮＴ１０００Ｈ」（ＢＡＳＦ社製）
（６）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度；３．１６ｇ／ｃｍ３）
（７）細骨材：ＪＩＳ砂
（８）水：水道水
（９）液体急結剤：硫酸アルミニウム系液体急結剤（硫酸アルミニウム含有量；２７質量％）
【００３６】
〔急結助剤の作製〕
アルミン酸ナトリウム２２質量部、生石灰系クリンカ組成物５６質量部、石膏１５質量部、セメント用減水剤（粉末タイプ）７質量部をミキサーで混合し急結助剤とした。
【００３７】
〔評価試験〕
（１）流動性評価
急結助剤添加後のモルタルの流動性について、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１によるフロー試験の１５打フロー値で評価した。また、モルタルのしまり具合について目視で評価した。
（２）急結性評価
急結性評価はモルタルによるプロクター貫入抵抗試験で行った。
砂セメント比（質量比）を２．５、水セメント比（質量比）を５０％としたモルタル配合に、表に示す配合のとおり、急結助剤及びセメント用減水剤（液状タイプ）を添加し、モルタルミキサーで１分間混練した。このモルタルに、セメントに対して７質量％の液体急結剤を添加し、ハンドミキサーを用いて５秒間撹拌した後、プロクター貫入抵抗値を測定した。測定は、液体急結剤添加直後を０秒とし、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、３６０秒後の各材齢で試験を行った。結果を表１に示す。
（３）圧縮強度
急結性評価試験と同様に液体急結剤を添加、混練したモルタルを素早く型枠に詰め、圧縮強度試験用の供試体とした。圧縮強度試験は、材齢３時間、１日及び２８日で行った。
【００３８】
【表１】
2018104982.tif 000002
【００３９】
表１に示すとおり、一括練の場合は所定の流動性を確保するのに多量の減水剤を添加する必要があり、かつ流動性が練り置き時間の経過に伴いと変動しやすいことが分かる。一方、後添加の場合は、一括練に比べ半分以下の減水剤量で所定の流動性が得られるとともに、練置き時間によらず安定したフロー値を確保できていることが分かる。
また、一括練の場合は、急結助剤の添加量を増やした場合、フロー値の低下がみられる。コンクリートのポンプ圧送性を確保するには、本試験における１５打フロー値として１５０ｍｍ以上確保されることが望まれる。これに対して、後添加の場合は、急結助剤の添加量を増やしてもある程度流動性を確保することが可能であり、結果として、液体急結剤を添加によって、高い急結性が得ることができることが分かる。
具体的には、一括練の場合、０分（練った直後）から３０分にかけて１５０ｍｍ以上のフローを確保する配合は、急結助剤添加量として２．０〜２．５質量％の範囲であるが、後添加の場合は、３．５質量％まで可能となる。この添加量を考慮の上、急結性についてプロクター貫入抵抗値の３０秒で比較した場合、一括練では１．３９〜１．６３Ｎ／ｍｍ２に対して、後添加では３．３６Ｎ／ｍｍ２と倍以上の性能を得ることができることになる。さらに、３時間材齢、１日材齢強度も高い性能を得ることが可能となる。
なお、一括練において減水剤添加率をセメントに対して０．６質量％とした場合は、フローは低下し、１５分以降は測定不能であった。
【００４０】
（実施例２）
本発明における急結助剤を用いて、液体急結剤による吹付けコンクリートの施工試験を実施した。
まず、生コンクリートプラントでベースコンクリートを製造した。セメント（Ｃ）は普通ポルトランドセメント、骨材は細骨材（Ｓ）として石灰砕砂（表乾密度；２．６６ｇ／ｃｍ３）、粗骨材（Ｇ）として砕石１５０５（表乾密度;２．７４ｇ／ｃｍ３）を使用した。コンクリート配合を表２に示す。
製造したコンクリートをトラックアジテータに積みこみ、模擬トンネル吹付け施工現場まで搬送した。
施工現場において、実施例１と同様の配合で調製した急結助剤をトラックアジテータのタンク内に投入し、６０秒間、高速回転で混練した。急結助剤の添加量は、セメントに対して、２．５質量％とした。
急結助剤を添加したコンクリートをポンプで圧送し、吹付けノズルの手前０．５ｍで、実施例１と同じ液体急結剤を添加した。液体急結剤のセメントに対する添加率は、実測値として７．２質量％であった。液体急結剤が添加された吹付けコンクリートは、プルアウト試験用型枠および木製型枠に吹付けられた。吹付けたコンクリートの硬化性能評価として、凝結終了後の３時間材齢および１日材齢のものについて土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５６１に準じてプルアウト試験を行い、また圧縮強度試験は２８日材齢のものを木製型枠供試体からコア抜きした供試体（直径５ｃｍ×長さ１０ｃｍ）について行った。なお急結剤添加後の吹付け性状については目視および触感で評価した。
コンクリートの吹付け状態は良好であり、模擬トンネルの側面から天端にかけて良好な付着性状を示し、コンクリートのリバウンド量も少なかった。また、急結助剤を添加、混練後、およそ３０分程度で吹付けが完了したが、その間、コンクリートのポンプ圧送性は良好であった。
強度発現性についても、３時間材齢強度が２.３Ｎ／ｍｍ２、１日材齢強度が６.９Ｎ／ｍｍ２であり、２８日材齢強度も２９.２Ｎ／ｍｍ２と良好であった。
【００４１】
【表２】
2018104982.tif 000003