(57)【要約】【課題】道路、鉄道、導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面に吹きつけるコンクリートにおいて、「無害でない」とされた骨材を使用してもアルカリ骨材反応を抑制する。【解決手段】アルカリ金属物質を含有する急結剤と、セメント、高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュを、セメント１００質量部に対し、１０〜６０質量部置換することを特徴とし、更に、コンクリートのＪＣＩ・ＡＡＲ・３法もしくはＪＣＩ・ＤＤ・２法に準拠して測定した硬化体の長さ変化率が、０．１％以下である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属物質を含有する急結剤と、セメント、高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュを使用することを特徴とする吹付けコンクリートのアルカリ骨材反応抑制方法。
【請求項２】
高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュの置換率が、セメント１００質量部中１０〜６０質量部であることを特徴とする請求項１記載の吹付けコンクリートのアルカリ骨材反応抑制方法。
【請求項３】
アルカリ骨材反応に対して、無害でないと判断された骨材を使用した吹付けコンクリートの、ＪＣＩ・ＡＡＲ・３法もしくはＪＣＩ・ＤＤ・２法に準じて測定した膨張率が、０．１％未満となることを特徴とする請求項１又は２記載の吹付けコンクリートのアルカリ骨材反応抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、道路、鉄道、導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面に吹きつけるコンクリートのアルカリ骨材反応を抑制する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
従来から、トンネル掘削等では吹付けコンクリートを用いた一次覆工を行い、この状態で地山が安定した後、内側に場所打ちの通常のコンクリートで二次覆工することが行われている。一方、岩盤の亀裂等が少ない比較的堅硬な地山においては、二次覆工を行わず、吹付けコンクリートのみで永久覆工する場合がある。こうして仕上げられた覆工を、シングルシェルライニングといい、近年多く検討されるようになってきているが、適用にあたっては吹付けコンクリートに高い耐久性や水密性が要求されている。
【０００３】
一般に吹付けコンクリートは単位セメント量が多く、アルカリ総量が大きい。又、砂／骨材比も大きいためアルカリ骨材反応によるコンクリートの劣化が問題となる場合がある。
アルカリ骨材反応とは、骨材中のアルカリ反応性のある鉱物とコンクリート中のアルカリ性の細孔溶液との間の化学反応である。この反応によって、コンクリート内部で局所的な容積膨張が生じ、それがコンクリート中にひび割れを発生させることにより、コンクリートの強度低下をもたらし、極端な場合にはコンクリートの完全な破壊に至る場合さえある。したがって、無害でない反応性骨材を使用した場合には、吹付けコンクリートにひび割れが生じるおそれがある。更に、地山から湧水がある場合には、ひび割れによってコンクリートの水密性が低下するため、トンネルの内部に漏水するおそれがある。
このため、従来の吹付けコンクリートでは、アルカリ骨材反応に対し「無害」とされた骨材を使用することが定められてきた。しかし、「無害でない」骨材の産出地域では、「無害」な骨材を遠方より輸送するよりは、近在の反応性骨材を使用する方がコスト面、環境面からも有効であり、「無害でない」骨材を適用するための技術が望まれていた。
【０００４】
アルカリ骨材反応を促進する成分を含まない吹付け材料として、ノンアルカリタイブの吹付け材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）が、この方法は吹付け後１０分以内の強度発現が不十分である。これを解決するために、現状では、数％のアルカリを含有するローアルカリタイプの急結剤が使用されてきている。
本発明は、早期強度を低下させずに吹付けコンクリートのアルカリ骨材反応を抑制する方法を提供するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２１２１５０号公報
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の構成は、アルカリ金属物質を含有する急結剤と、セメント、高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュを、セメント１００質量部に対し、１０〜６０質量部置換することを特徴とし、更に、コンクリートのＪＣＩ・ＡＡＲ・３法もしくはＪＣＩ・ＤＤ・２法に準拠して測定した硬化体の長さ変化率が、０．１％以下であることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明は吹付けコンクリートの施工にあたって、セメントの一部を高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュに代えることによってアルカリ骨材反応を抑制するものである。セメントに対する高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュの置換率を１０〜６０質量部とし、更にＪＣＩ・ＡＡＲ・３法もしくはＪＣＩ・ＤＤ・２法に準拠して測定した長さ変化率を０．１％以下に調整したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明における部や％は、特に規定がない限り質量基準である。
本発明で使用されるセメントは特に制限されるものではなく、通常使用されている普通セメント、早強セメント、超早強セメント、低熱セメント等の各種ポルトランドセメントが使用される。
【００１０】
本発明で使用する高炉スラグ微粉末は、高炉スラグを急冷し、プレーン値で３０００ｃｍ２  ／ｇ以上に微粉砕したものであって、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１に規定される品質のものが好ましい。高炉スラグ微粉末はアルカリにより硬化する潜在水硬性を有する上、急結剤から供給されたアルカリによって引き起こされるアルカリ骨材反応を抑制する役割を有し、セメントの一部に代えて使用される混和材である。
【００１１】
フライアッシュは石炭火力発電所等で微粉炭を燃焼する際に、溶融された灰分が冷却されて球状になったものであり、これを電気集塵機等で捕集した副産物である。フライアッシュはポゾラン反応性を有する他、アルカリ骨材反応を抑制する。フライアッシュは品質にばらつきがあるため、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１に規定される品質のものが好ましく、ＩＩ種相当品以上の品質が好ましい。また、比重２．０〜２．２、ブレーン値が３０００〜５０００ｃｍ２  ／ｇ、平均粒径が１０〜１００μｍのものが好ましい。
本発明の高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュのセメントへの置換率は、セメント１００部中１０〜６０部である。高炉スラグ微粉末の場合は３０〜５０部が好ましく、フライアッシュの場合には１５〜３０部が好ましい。高炉スラグ微粉末及び／又はフライアッシュの量が１０部未満の場合にはアルカリ骨材反応抑制効果が小さく、６０部を越えると強度発現性が損なわれる。
また、フライアッシュの場合は、細骨材の１００部中、１０〜６０部使用することも可能である。
【００１２】
急結剤に含まれるアルカリ金属物質は、優れた急結性状を得るために必要であり、１Ａ族元素、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムを含む化合物である。フッ化物、ケイ酸塩、ケイフッ化塩、明礬のような１Ａ族元素化合物の他に、１Ａ族元素の酸化物、塩化物、水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、リン酸１水素塩、リン酸２水素塩、アルミン酸塩、硫酸塩、チオ硫酸塩、硫化物、炭酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩等が使用可能である。上記１Ａ族元素のうち、入手が容易であるリチウム、ナトリウム又はカリウムの化合物が好ましく、ナトリウム又はカリウムを含む化合物がより好ましい。
【００１３】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、カルシア原料とアルミナ原料を混合してキルンで焼成或いは電気炉で溶融などの熱処理をして得られるＣａＯとＡｌ２  Ｏ３  を主成分とする水和活性を有する物質の総称である。ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡと略記すると、Ｃ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２、Ｃ１１Ａ７・ＣａＣｌ２、Ｃ２Ａ・ＳｉＯ２、ＣＡ及びＣＡ２等が挙げられ、更にＡｌ２Ｏ３またはＣａＯの一部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、アルカリ金属硫酸塩又はアルカリ土類金属硫酸塩と置換した化合物も含まれる。
カルシウムアルミネートの粒度はブレーン値で３０００ｃｍ２  ／ｇ以上、好ましくは５０００ｃｍ２  ／ｇ以上の比表面積である。
【００１４】
本発明で使用する骨材は、アルカリ骨材反応に対して無害でないと判定された骨材であり、その判定は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８、５３０８、１１４５及び１１４６等によるものである。急硬性硬化体の膨張率は、ＪＣＩ・ＡＡＲ・３法もしくはＪＣＩ・ＤＤ・２法に準拠した処理方法にて膨張率が０．１％以下であることが好ましい。また、カナダ法やデンマーク法においても同様に膨張率が０．１％以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明の急結剤はアルカリ金属物質とカルシウムアルミネート及び／又はカルシウムサルフォアルミネートを必須成分とし、その他、石こう、生石灰、消石灰等の１種又は２種以上を含有することが可能である。
【００１６】
本発明では石こうとして無水石こう、半水石こう、二水石こう等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用される。無水石こうには弗酸副生無水石こうや天然無水石こうが含まれる。石こうの粒度はブレーン値で３０００ｃｍ２  ／ｇ以上、好ましくは５０００ｃｍ２  ／ｇ以上である。
急結剤の使用量はセメント１００部に対して６〜２０部、好ましくは７〜１２部である。
【００１７】
コンクリート硬化体の耐衝撃性や弾性を向上させるために繊維質を配合することが好ましい。無機性繊維質としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、金属繊維等が挙げられ、有機性繊維質としては、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、ポリアミド繊維、パルプ、麻等を挙げることができる。繊維質の長さは圧送性や混合性を考慮すると５０ｍｍ以下であり、好ましくは３０ｍｍ以下である。
繊維質の混合量はコンクリート１００部に対して０．３〜３．０容量部である。０．３容量部未満では耐衝撃性や弾性の向上がみられず、３．０容量部を越えるとコンクリートの流動性が損なわれるおそれがある。
【００１８】
本発明では前記材料の他に、砂や砂利等の骨材、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ＳＢＲやポリアクリレート等の高分子エマルジョン凝結調整剤、膨張材等の１種又は２種以上を使用することができる。
【００１９】
セメント、骨材、水等を混合する装置としては、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ、ナウタミキサ等、既存の撹拌装置を使用することができる。
急結剤の混合方法としては粉末急結剤を空気圧送してコンクリートに合流混合する方法や、急結剤に加水して急結剤スラリーとし、コンクリートに合流混合する方法がある。
吹付け工法としては乾式吹付け工法や湿式吹付け工法が使用できる。
【００２０】
コンクリートの圧送には例えば、アリバ社製商品名「アリバ２８０」が、粉末急結剤の圧送にはちよだ製作所製商品名「ナトムクリート」が、更に急結剤スラリーの圧送にはプツマイスター社製商品名「アンコマットポンプ」が使用可能である。急結剤を圧送する圧縮空気の圧力は、コンクリートが急結剤の圧送管内に侵入して圧送管内を閉塞しないように、コンクリートの圧送圧力より０．０１〜０．３ＭＰａ大きいことが好ましい。
本発明で使用する吹付けコンクリートのセメント量は、３００〜６００ｋｇ／ｍ３  が好ましい。また、Ｗ／Ｃは３０〜７０％、ｓ／ａは５０以上が好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
実験例１
セメント、高炉スラグ及びフライアッシュ等を含む単位混合セメント量３６０ｋｇ／ｍ３  、Ｗ／Ｃ＝６０％、ｓ／ａ＝６５％のコンクリートを使用した。表１に示す混合セメントを使用して吹付け機械アリバー２８０にて１０ｍ３  ／ｈで圧送し、表１に示す種類の急結剤を混合セメント１００部に対して８部添加して吹き付けた。またＪＣＩ・ＡＡＲ・３法に準じて、酸化ナトリウム当量で２．４ｋｇ／ｍ３  の水酸化ナトリウムをコンクリートに混合し、同様に試験した。吹付け後から３日経過後に得られた吹付け硬化体から長さ変化測定用のサンプルを１配合あたりｎ３で切り出した。結果を表１に併記する。
【００２２】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製、総アルカリ量  ０．４％密度３．１５ｇ／ｃｍ３  
砂：岐阜県揖斐川産、ＪＩＳ  Ａ  ５３０８付属書７（化学法）により無害と判定されたもの、密度２．６１ｇ／ｃｍ３  
粗骨材：富山県常願寺川産、ＪＩＳ  Ａ  ５３０８付属書７（化学法）により溶解シリカ量が２５２ｍモル／ｌ、アルカリ濃度減少量が９９ｍモル／ｌで無害でないと判定されたもの。密度２．５６ｇ／ｃｍ３  
高炉スラグ微粉末：新日鐵高炉セメント社製、ブレーン４０００ｃｍ２  ／ｇ密度２．９１ｇ／ｃｍ３  
フライアッシュ：北陸電力社製、ブレーン３６００ｃｍ２  ／ｇ、密度２．２５ｇ／ｃｍ３  
水：水道水
急結剤Ｃ：電気化学工業社製、カルシウムアルミネート系急結剤
急結剤Ｓ：電気化学工業社製、カルシウムサルフォアルミネート系急結剤
【００２３】
＜測定方法＞
ＪＣＩ・ＡＡＲ・３法：水酸化ナトリウムを添加した配合の硬化体から、１０×１０×４０ｃｍのサンプルを切り出した。１０×１０ｃｍ面の中心に長さ変化測定用のコンタクトゲージプラグを埋め込み基長後に温度４０℃、湿度１００％の環境下にて促進養生した。６か月後のｎ３の長さ変化の平均値を求めた。
ＪＣＩ・ＤＤ・２法：水酸化ナトリウムを添加していない配合の硬化体から、φ１０×２５ｃｍのサンプルを切り出した。円柱の側面の中心に長さ変化測定用のコンタクトゲージプラグを張り付け、そのプラグの両側１０ｃｍにも同様に張り付けてそれら２区間の長さ変化を測定する。基長後に温度４０℃、湿度１００％の環境下にて促進養生した。６か月後のｎ３の長さ変化の平均値を求めた。
【００２４】
【表１】
2004331423.tif 000002
【００２５】
実験例２
表２に示す量の急結剤Ｃを使用し、セメント１００部中、高炉スラグ微粉末を４０部使用した以外は実験例１と同様にして試験を行った。その結果を表２に併記した。
【００２６】
【表２】
2004331423.tif 000003
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、道路、鉄道、導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面に吹きつけるコンクリートのアルカリ骨材反応を抑制することが可能になった。