(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セピオライト及びアタパルジャイトの少なくとも一方の粘土鉱物と、セメントと、骨材と、水とを含むセメント組成物を調製する工程と、
急結剤とともに前記セメント組成物をトンネルの内面に吹き付けてコンクリート層を形成する工程と、
を備え、
前記セメント組成物は、水セメント比Ｗ／Ｃが５５〜７０％であり且つスランプ値が５〜１０ｃｍであるコンクリート吹付け工法。
【請求項２】
前記粘土鉱物及び水を含むスラリーを予め調製する工程を更に有し、
前記スラリーと、前記セメントと、前記骨材と、水とを混ぜ合わせて前記セメント組成物を調製する、請求項１に記載のコンクリート吹付け工法。
【請求項３】
前記コンクリート層をなすコンクリートは、単位セメント量が２００〜６００ｋｇ／ｍ３である、請求項１又は２に記載のコンクリート吹付け工法。
【請求項４】
セピオライト及びアタパルジャイトの少なくとも一方の粘土鉱物と、セメントと、骨材と、水とを含むセメント組成物を調製する工程と、
ホースを通じて当該ホースの先端に設けられたノズルまで前記セメント組成物を移送する工程と、
前記セメント組成物をトンネルの内面に向けて前記ノズルから噴射する工程と、
を備えるコンクリート吹付け工法における、はね返り及び粉じんの低減方法であって、
前記セメント組成物は、水セメント比Ｗ／Ｃが５５〜７０％であり且つスランプ値が５〜１０ｃｍである、はね返り及び粉じんの低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート吹付け工法並びに、はね返り及び粉じんの低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート層を施工面（被処理面）上に形成する工法として、吹付け工法が知られている。吹付け工法は一般に湿式吹付け工法と乾式吹付け工法とに大別される。湿式吹付け工法は、主材料と水とを混和して予め調製した吹付け材料を圧縮空気の圧力でホース先端のノズルから噴射して層を形成する工法である。一方、乾式吹付け工法は、水が配合されていない主材料をノズルから噴射する際に、水との混合を行うことで材料に付着性を付与させて層を形成する工法である。
【０００３】
上記の湿式吹付け工法及び乾式吹付け工法のいずれを採用した場合であっても、コンクリートの吹付けにおいては材料の一部が施工面に付着せず、粉じんが生じたりはね返ってしまったりすることが知られている。はね返り率（付着しない材料の割合）は噴射した材料の３０〜４０質量％程度に達する場合もある。特許文献１，２には、コンクリートに非結晶性二酸化ケイ素やセピオライトなどを配合することによって粉じんを低減する試みが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５６５３７号公報
【特許文献２】特許２００６−３２２２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、吹付け工法において、コンクリートの初期強度及びセメント組成物のポンプ圧送性は検討すべき重要な項目であり、両者は一般にトレードオフの関係にある。具体的には、コンクリートの初期強度を向上する手段として、セメントなどの粉体分を増やす（水セメント比（Ｗ／Ｃを）小さくする）ことが知られている。しかし、この手段を採用するとセメント組成物の粘度増加に伴ってポンプ圧送性が低下する。これを改善するため、セメント組成物に界面活性剤（流動化剤）を添加してセメント組成物の流動性を高める技術も知られている。界面活性剤としては、例えばアニオン界面活性剤（せっけん系、硫酸エステル系、スルホネート系、リン酸エステル系など）、ノニオン界面活性剤（エーテル系、エステルエーテル系など）及び両性界面活性剤（ベタイン系、イミダゾリンベタイン系）などを使用できる。
【０００６】
しかし、吹付け工法によってトンネルの内面（側壁及び天井）にコンクリートを吹き付ける場合、ノズルから噴射されたセメント組成物が流れ落ちないようにするため、噴射の直前に急結剤が添加される。上記のように界面活性剤によってセメント組成物の流動性を高めると、粘性が低下し、はね返り率が高くなる傾向にある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、急結剤の添加量を過度に増大することなく、コンクリートの高い強度及び優れたポンプ圧送性の両方を十分高度に達成できるコンクリート吹付け工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、コンクリートの吹付け工法において、はね返りの低減のためにセメント組成物に粘土鉱物を配合した。すると、はね返りの低減効果に加え、コンクリートの初期強度の向上という副次的な効果が見出された。更に、セメント組成物に粘土鉱物を配合した場合、スランプ値が５〜１０ｃｍ程度であっても優れたポンプ圧送性が得られるという知見が得られた。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。なお、本発明者らは、コンクリートの初期強度の向上は粘土鉱物がセメント組成物中の水の一部を吸収し、擬似的にセメント組成物のＷ／Ｃが低下することによるものであり、他方、優れたポンプ圧送性は粘土鉱物のチクソトロピー性によるものであると推察する。
【０００９】
本発明は以下の態様に係るコンクリート吹付け工法を提供する。この態様は湿式吹付け工法に分類できる。
【００１０】
本発明に係る吹付け工法は、セピオライト及びアタパルジャイトの少なくとも一方の粘土鉱物と、セメントと、骨材と、水とを含むセメント組成物を調製する工程と、急結剤とともに上記セメント組成物をトンネルの内面に吹き付けてコンクリート層を形成する工程とを備え、上記セメント組成物は、水セメント比Ｗ／Ｃが５５〜７０％であり且つスランプ値が５〜１０ｃｍである。なお、セピオライトとアタパルジャイトはほぼ同等の化学成分からなる。
【００１１】
上記態様に係る吹付け工法は、粘土鉱物及び水を含むスラリーを予め調製する工程を更に有してもよく、この場合、セメント組成物は、当該スラリーと、セメントと、骨材と、水とを混ぜ合わせることによって調製される。
【００１８】
本発明において、コンクリート層をなすコンクリートは、強度及びはね返り低減の観点から単位セメント量が２００〜６００ｋｇ／ｍ３であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、セピオライト及びアタパルジャイトの少なくとも一方の粘土鉱物と、セメントと、骨材と、水とを含むセメント組成物を調製する工程と、ホースを通じて当該ホースの先端に設けられたノズルまで上記セメント組成物を移送する工程と、上記セメント組成物をトンネルの内面に向けてノズルから噴射する工程とを備えるコンクリート吹付け工法における、はね返り及び粉じんの低減方法であって、上記セメント組成物は、水セメント比Ｗ／Ｃが５５〜７０％であり且つスランプ値が５〜１０ｃｍである、はね返り及び粉じんの低減方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、急結剤の添加量を過度に増大することなく、コンクリートの高い強度及び優れたポンプ圧送性の両方を十分高度に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】トンネルの内面にセメント組成物を吹き付けてコンクリート層を形成する様子を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る吹付け工法のフロー図である。
【図３】本発明の実施形態に係る吹付け工法においてスラリー状のプレミックス剤を使用する場合のフロー図である。
【図４】本発明の第１参考形態に係る吹付け工法のフロー図である。
【図５】本発明の第１参考形態に係る吹付け工法においてスラリー状のプレミックス剤を使用する場合のフロー図である。
【図６】本発明の第２参考形態に係る吹付け工法のフロー図である。
【図７】本発明の第３参考形態に係る吹付け工法のフロー図である。
【図８】本発明の第４参考形態に係る吹付け工法においてスラリー状のプレミックス剤を使用する場合のフロー図である。
【図９】セピオライトの添加量とセメント組成物の粘度の関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１及び比較例１の結果（はね返り率）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明する。ここでは、好適な実施形態として掘削後のトンネル内に露出した地山掘削面を覆うコンクリート層を形成する場合を例示する。
【００２３】
（実施形態）
本実施形態に係る吹付け工法は、トンネル１０の内面１０ａを覆うコンクリート層１２を形成するためのものである（図１参照）。当該工法は、内面１０ａに向けて急結剤とともに第１のセメント組成物を吹き付けて内面１０ａにコンクリート層１２を形成する工程を有する。コンクリート層１２の厚さは、建設するトンネルの等級にもよるが、好ましくは５０〜１００ｍｍである。
【００２４】
第１のセメント組成物は、セピオライト及びアタパルジャイトの少なくとも一方の粘土鉱物を含む粉状のプレミックス剤と、セメントと、骨材と、水とを含み、図２に示すように、生コンミキサＭ１で混合されて調製される。なお、粉状のプレミックス剤は、上記粘土鉱物と必要に応じてその他の添加成分（例えば分散剤）とを所定の比率で予め混合したものである。プレミックス剤を使用する代わりに、上記粘土鉱物及びその他の添加成分を生コンミキサＭ１に直接導入してもよい。
【００２５】
ホースＨの先端に設けられたノズルＮからは、急結剤が添加された第１のセメント組成物を噴射できるようになっている。第１のセメント組成物は吹付け機械によってノズルＮまで移送され、急結剤は圧縮空気とともにノズルＮに供給される。
【００２６】
第１のセメント組成物は少なくとも、セピオライト及び／又はアタパルジャイトと、粗骨材と、細骨材（砂）と、セメントと、水とを含み、これらを混練することによって得ることができる。
【００２７】
第１のセメント組成物に配合するセピオライト及びアタパルジャイトの合計量は、第１のセメント組成物の単位体積あたり、好ましくは１〜１５ｋｇ／ｍ３である。上記粘土鉱物の配合量が１ｋｇ／ｍ３未満であると粘性が十分に付与されず、はね返り率の改善が不十分となる可能性がある。他方、上記粘土鉱物の配合量が１５ｋｇ／ｍ３を超えると粘性が高くなり、界面活性剤の必要量が増大する傾向にある。
【００２８】
第１のセメント組成物は、コンクリート層１２の強度及びコストの観点から、単位セメント量が好ましくは２００〜６００ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは３５０〜５００ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは３５０〜４２０ｋｇ／ｍ３である。
【００２９】
第１のセメント組成物は、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が好ましくは３０〜７０％である。Ｗ／Ｃが３０％未満であると第１のセメント組成物のポンプ圧送性が不十分となりやすく、Ｗ／Ｃが７０％を超えるとコンクリート層１２の強度が不十分となりやすい。なお、従来のセメント組成物にあっては、Ｗ／Ｃが５５〜７０％の場合、水が比較的多いために５５％未満の場合と比較してコンクリート層１２の強度が不十分となりやすかった。これに対し、本実施形態においては、第１のセメント組成物の粘土鉱物の配合量及び単位セメント量が上記範囲であれば、Ｗ／Ｃが５５〜７０％であっても、コンクリート層１２の強度が十分に高いものとなる。これは粘土鉱物がセメント組成物中の水の一部を吸収し、擬似的にＷ／Ｃが低下することによるものと推察される。
【００３０】
コンクリート中の全骨材量（ａ：細骨材容積＋粗骨材容積）に対する細骨材量（ｓ：細骨材容積）を百分率で表した値（ｓ／ａ）は５５〜７０％程度とすればよい。セメント組成物には更に適量の混和材や急結材を適切なタイミングで配合する。例えば、急結材はセメント組成物の配合量はセメント質量の７％程度とすればよい。
【００３１】
第１のセメント組成物のスランプ値は５〜２１ｃｍの範囲とすることができる。特に、従来のセメント組成物にあっては、スランプ値が５〜１０ｃｍの場合、流動性が極めて低く、ポンプ圧送性が不十分で吹付け工法に適さないと判断されていた。これに対し、本実施形態においては、第１のセメント組成物の粘土鉱物の配合量、単位セメント量及びＷ／Ｃが上記範囲であれば、スランプ値が５〜１０ｃｍであっても、十分なポンプ圧送性を確保できる。これは、セピオライト及びアタパルジャイトのチクソトロピー性によるものと推察される。なお、ここでいう「スランプ値」は、ＪＩＳ  Ａ１１０１に規定された試験法によって測定された値を意味する。
【００３２】
上記実施形態によれば、セメント組成物にセピオライト及び／又はアタパルジャイトを含むプレミックス剤を配合したことで、セメント組成物に界面活性剤を配合しなくてもあるいは配合したとしても少ない量で、セメント組成物のポンプ圧送性を十分に確保できる。つまり、従来のように界面活性剤によって流動性を低下させてポンプ圧送性を確保する場合と比較して急結剤の使用量を抑制できる。
【００３３】
上記実施形態によれば、セピオライト及び／又はアタパルジャイトの使用によるセメント組成物の粘性向上により、トンネル１０の内面１０ａ（特に、天端）に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りや粉じんの発生を十分に低減できる。材料のはね返り率を低減することで、材料コストを低減でき、また、付着しなかった材料を処理するための作業及びコストを低減できる。コンクリートに急結材が含まれている場合、付着しなかった材料を産業廃棄物として処理する必要があり、例えば、トンネルの長さが０．１〜３０ｋｍにも及ぶ場合にあっては、処理に要する作業及びコストは膨大なものとなる。本実施形態によれば、かかる作業及びコストを大幅に削減できる。つまり、本実施形態は優れたはね返り及び粉じんの低減方法を提供する。
【００３４】
上記実施形態においては、セメント等に対して粉状のプレミックス剤を生コンミキサＭ１に導入する場合を例示したが、プレミックス剤と他の材料とを混合するタイミングは特に制限はないという点も本発明の利点の一つである。
【００３５】
また、プレミックス剤の態様は粉状に限られず、粉状のプレミックス剤と水を混合し、粘土鉱物及び水を含むスラリーを予め調製してもよい。この場合、図３に示すように、このスラリーと、セメントと、骨材（粗骨材及び細骨材）と、水とを混ぜ合わせて第１のセメント組成物を調製する。プレミックス剤をスラリー状とすることで、生コンミキサＭ１においてプレミックス剤と他の材料とをより均一に混合できるという利点がある。
【００３６】
（第１参考形態）
上記実施形態においては、粉状又はスラリー状のプレミックス剤を生コンミキサＭ１に導入する場合を例示したが、プレミックス剤は必ずしも生コンミキサＭ１に導入しなくてもよい。図４に示すように、セメント、骨材（粗骨材及び細骨材）及び水を生コンミキサＭ１に導入して第２のセメント組成物を調製してもよい。この場合、粉状のプレミックス剤及び急結剤とともに第２のセメント組成物をトンネル１０の内面１０ａに吹き付けてコンクリート層１２を形成すればよい。
【００３７】
なお、本参考形態において、粉状のプレミックス剤の代わりにスラリー状のプレミックス剤を使用する場合には、図５に示すように、スラリー状のプレミックス剤を吹付け機械に導入すればよい。
【００３８】
（第２参考形態）
上記実施形態及び第１参考形態においては、湿式吹付けによってコンクリート層１２を形成する場合を例示したが、乾式吹付けによってコンクリート層１２を形成してもよい。乾式吹付け工法を実施する場合、図６に示すように、セメント、骨材（粗骨材及び細骨材）及び粉状のプレミックス剤を空練りミキサＭ２に導入する。この混合物を空練りミキサＭ２から吹付け機械（粉体噴射装置）に移送する途中で急結剤が添加され、上記混合物及び急結剤からなる第３のセメント組成物が吹付け機械に導入される。第３のセメント組成物は圧縮空気とともに吹付け機械によってノズルＮまで移送され、水は第３のセメント組成物が噴射される直前に添加される。
【００３９】
（第３参考形態）
上記第２参考形態においては、プレミックス剤を空練りミキサＭ２に導入する場合を例示したが、セメント及び骨材（粗骨材及び細骨材）を空練りミキサＭ２に導入して第４のセメント組成物を準備し、後から粉状又はプレミックス剤を添加してもよい。粉状のプレミックス剤を後から添加する場合、図７に示すように、この第４のセメント組成物を空練りミキサＭ２から吹付け機械（粉体噴射装置）に移送する途中で粉状のプレミックス剤及び急結剤が添加される。プレミックス剤及び急結剤が添加されたセメント組成物は圧縮空気とともに吹付け機械によってノズルＮまで移送され、水はセメント組成物が噴射される直前に添加される。
【００４０】
スラリー状のプレミックス剤を後から添加する場合、図８に示すように、急結剤が添加されたセメント組成物は圧縮空気とともに吹付け機械によってノズルＮまで移送され、スラリー状のプレミックス剤及び水はセメント組成物が噴射される直前に添加される。
【実施例】
【００４１】
＜セメント組成物の粘度測定＞
表１に示す配合のセメント組成物を準備し、セメント組成物へのセピオライトの添加が当該セメント組成物の粘度に与える影響を調査した。なお、セメント組成物の粘度は、東機産業株式会社社製Ｂ型粘度計を使用し、ＪＩＳ  Ｚ８８０３に規定する方法で測定した。図９に示したとおり、セピオライトの添加量が増えるに従って、セメント組成物の粘度が高くなる傾向にある。
【００４２】
＜セメント組成物の流動性評価＞
表１に示す配合のセメント組成物を準備し、セメント組成物へのセピオライトの添加が当該セメント組成物の流動性に与える影響を調査した。より具体的には、セメント組成物のスランプ値をＪＩＳ  Ａ１１０１に規定する方法で測定した。表２に示したとおり、セメント組成物にセピオライトを添加しても、セメント組成物の流動性は低下しなかった（スランプ値が大きくならなかった）。
【００４３】
【表１】
0005827148.tif 000002
【００４４】
【表２】
0005827148.tif 000003
【００４５】
＜吹付け試験＞
（実施例１）
表３に示す配合のコンクリート組成物を準備し、これをトンネルの内面に吹付けた際のはね返り率及び粉じん濃度を測定した。コンクリート組成物にはセピオライトを５．０ｋｇ／ｍ３、流動化剤を２．８８ｋｇ／ｍ３それぞれ添加した。また、急結剤の添加量は１０．８ｋｇ／ｍ３とした。吹付けシステムとしては、図２と同様の構成のものを使用した。表３及び図１０に結果を示す。なお、流動化剤は、コンクリート組成物のスランプ値を調整するために使用した。
【００４６】
（比較例１）
コンクリート組成物にセピオライト及び流動化剤を添加しなかったことの他は実施例１と同様にしてトンネルの内面にセメント組成物を吹付け、はね返り率及び粉じん濃度を測定した。表３及び図１０に結果を示す。
【００４７】
実施例１及び比較例１に係る吹付け工法において、セメント組成物のポンプ圧送性は吐出量１０ｍ３／ｈに対する吐出圧を測定することによって評価し、コンクリート層の初期強度（噴射から２４時間後）はプルアウト試験によって評価した。
【００４８】
【表３】
0005827148.tif 000004
【符号の説明】
【００４９】
１０…トンネル、１０ａ…トンネルの内面、１２…コンクリート層、Ｈ…ホース、Ｍ１…生コンミキサ、Ｍ２…空練りミキサ、Ｎ…ノズル。
【図１】
0005827148.tif 000005
【図２】
0005827148.tif 000006
【図３】
0005827148.tif 000007
【図４】
0005827148.tif 000008
【図５】
0005827148.tif 000009
【図６】
0005827148.tif 000010
【図７】
0005827148.tif 000011
【図８】
0005827148.tif 000012
【図９】
0005827148.tif 000013
【図１０】
0005827148.tif 000014