(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吹き付けてから材齢１日〜２８日後のリバウンドコンクリートと骨材を含有してなり、かつ、骨材とリバウンドコンクリートの合計において５〜５０％をリバウンドコンクリートに置換してなる吹き付けセメントコンクリート。
【請求項２】
骨材が細骨材を含有してなる請求項１記載の吹き付けセメントコンクリート。
【請求項３】
骨材が粗骨材を含有してなる請求項１記載の吹き付けセメントコンクリート。
【請求項４】
リバウンドコンクリートが急結剤を含有してなる請求項１〜３のうちの１項記載の吹き付けセメントコンクリート。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの１項記載の吹き付けセメントコンクリートと急結剤を含有してなる急結性吹き付けセメントコンクリート。
【請求項６】
急結剤がカルシウムアルミネート類を含有してなる請求項５記載の急結性吹き付けセメントコンクリート。
【請求項７】
さらに、急結剤がアルカリ金属アルミン酸塩及び／又はアルカリ金属炭酸塩を含有してなる請求項６記載の急結性吹き付けセメントコンクリート。
【請求項８】
さらに、急結剤がアルカリ金属アルミン酸塩及びアルカリ金属炭酸塩を含有してなる請求項６記載の急結性吹き付けセメントコンクリート。
【請求項９】
請求項５〜８のうちの１項記載の急結性吹き付けセメントコンクリートを使用してなる吹き付け工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるトンネルの吹き付けコンクリートに関する。なお、本発明では、モルタルとコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、山岳トンネルの掘削においては、地山中に挿入したロックボルトと、掘削壁面に沿って施工した急結剤を添加した吹き付けコンクリートとを主たる支保部材とするＮＡＴＭ工法が主流となっている。
【０００３】
このＮＡＴＭ工法とは例えば、トンネルを掘削し、その掘削された地山の表面に対して順次吹き付け機等により急結剤を添加したコンクリートを吹き付けることにより一次覆工していく工法をいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、NATM工法では、必然的にコンクリートが跳ね返る、いわゆる「リバウンド」が起こり、吹き付けたコンクリートの全量に対して、約２０%がリバウンドしてしまうという課題を有していた。
【０００５】
そのため、NATM工法は必要以上にセメントやコンクリートを使用するので経済的に好ましくなく、又、リバウンドしたコンクリートは有効利用することなく廃棄していたので、リサイクル上好ましくないという課題を有していた。
【０００６】
本発明者は、リバウンドしたコンクリートをトンネルのNATM工法に用いた急結性吹き付けセメントコンクリートに用いると、リバウンドを著しく低減でき、又、凝結・硬化を促進できることを知見して本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、吹き付けてから材齢１日〜２８日後のリバウンドコンクリートと骨材を含有してなり、かつ、骨材とリバウンドコンクリートの合計において５〜５０％をリバウンドコンクリートに置換してなる吹き付けセメントコンクリートであり、リバウンドコンクリートが急結剤を含有してなる該吹き付けセメントコンクリートであり、該吹き付けセメントコンクリートと急結剤を含有してなる急結性吹き付けセメントコンクリートであり、急結剤がカルシウムアルミネート類を含有してなる該急結性吹き付けセメントコンクリートであり、さらに、急結剤がアルカリ金属アルミン酸塩及び／又はアルカリ金属炭酸塩を含有してなる該急結性吹き付けセメントコンクリートであり、さらに、急結剤がアルカリ金属アルミン酸塩及びアルカリ金属炭酸塩を含有してなる該急結性吹き付けセメントコンクリートであり、該急結性吹き付けセメントコンクリートを使用してなる吹き付け工法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明の吹き付けセメントコンクリートはセメントとリバウンドコンクリートを含有する。
【００１０】
本発明のセメントとしては、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、及びこれらポルトランドセメントにシリカや高炉スラグ等のポゾラン物質を混合した各種混合セメント等が挙げられる。
【００１１】
本発明の骨材は吹き付けできれば特に制限されるものではないが、骨材強度の高いものが好ましい。骨材としては、細骨材と粗骨材が挙げられる。細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用でき、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用できる。
【００１２】
本発明のリバウンドコンクリートとは、吹き付けコンクリートを地山に吹き付けた際に、跳ね返ったコンクリートをいう。
【００１３】
リバウンドコンクリートは、細骨材、粗骨材、急結剤、水分、及びセメント水和物等を含有する。リバウンドコンクリートの中では、初期凝結しやすく、リバウンドの低減効果が十分な点で、急結剤を含有するリバウンドコンクリートが好ましい。急結剤としては、後述する急結剤が挙げられる。
【００１４】
リバウンドコンクリートを再利用する場合には、リバウンドコンクリートを破砕し、粒径０．１５ｍｍ以上５ｍｍ以下のもの（以下リバウンドコンクリート細骨材という）を細骨材の一部として使用し、粒径５ｍｍを越えるもの（以下リバウンドコンクリート粗骨材という）を粗骨材の一部として使用する。又、０．１５ｍｍ未満のものを微粉末として使用してもよい。
【００１５】
リバウンドコンクリートは吹き付けてから、材齢１日〜２８日後に再利用するのが好ましく、材齢３日〜７日後に再利用するのがより好ましい。材齢１日未満だとリバウンドコンクリートが十分に硬化しないために再利用が困難であり、２８日を越えて保管しても経済的に有益でない。
【００１６】
本発明のリバウンドコンクリートの使用量は特に限定されるものではなく、通常、骨材の一部又は全部を置換して用いることができるが、骨材の５〜５０％をリバウンドコンクリートに置換することが好ましく、１０〜３０％をリバウンドコンクリートに置換することがより好ましい。５％未満だと初期凝結しにくく、リバウンドの低減効果が十分でないおそれがあり、５０％を越えるとスランプロスが大きくなるおそれがある。
【００１７】
本発明の急結性吹き付けセメントコンクリートは、吹き付けセメントコンクリートと急結剤を含有する。
【００１８】
本発明の急結剤は、初期凝結を促進するために使用するものであり、吹き付けセメントコンクリートと混入できるものであれば特に制限はない。急結剤としては、カルシウムアルミネート類等のセメント鉱物系等が挙げられる。これらの中では、急結性吹き付けセメントコンクリートの凝結硬化が早い等の凝結性状が優れ、強度発現性が良好な点で、セメント鉱物系急結剤の使用が好ましく、カルシウムアルミネート類がより好ましい。
【００１９】
本発明のカルシウムアルミネート類とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料とを混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3 とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯ及び／又はＡｌ2Ｏ3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、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであってもよい。
【００２０】
これらの中では、反応活性の点で、カルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3（以下Ｃ12Ａ7という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質カルシウムアルミネートを含有する混合物がより好ましい。
【００２１】
カルシウムアルミネート類の粒度は、反応性の点で、ブレーン値で３０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、４０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ2／ｇ未満だと反応性が小さく、十分な効果を発揮できないおそれがある。
【００２２】
さらに、本発明の急結剤には、アルカリ金属アルミン酸塩及び／又はアルカリ金属炭酸塩を併用してもよい。
本発明のアルカリ金属アルミン酸塩（以下アルミン酸塩という）は、初期凝結を促し、リバウンドを低減する。
【００２３】
アルミン酸塩としては、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、初期凝結を促し、リバウンドを低減する点で、アルミン酸ナトリウムが好ましい。
【００２４】
アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類１００質量部に対して、１０〜１００質量部が好ましく、２０〜８０質量部がより好ましい。１０質量部未満だと初期凝結しにくく、リバウンドが多くなるおそれがあり、１００質量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２５】
本発明のアルカリ金属炭酸塩（以下炭酸塩という）は、初期凝結を促し、リバウンドを低減し、初期強度発現性を向上する。
【００２６】
炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウム等が挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、初期凝結を促し、リバウンドを低減し、初期強度発現性を向上する点で、炭酸ナトリウムが好ましい。
【００２７】
炭酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類１００質量部に対して、１０〜１００質量部が好ましく、２０〜８０質量部がより好ましい。１０質量部未満だと初期凝結しにくく、リバウンドが多くなり、初期強度発現性を阻害するおそれがあり、１００質量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２８】
本発明の急結剤は、初期凝結を促し、リバウンドを低減し、初期強度発現性を向上する点で、カルシウムアルミネート類、アルミン酸塩、及び炭酸塩を併用することが好ましい。
【００２９】
急結剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、３〜１５質量部が好ましく、５〜１０質量部がより好ましい。３質量部未満だと初期凝結しにくく、リバウンドが多くなるおそれがあり、１５質量部を越えると長期強度発現性を阻害するおそれがある。
【００３０】
本発明の吹き付けセメントコンクリートの水／セメント比は２５〜７０％が好ましく、４０〜６０％がより好ましい。２５％未満だと圧送性が悪くなるおそれがあり、７０％を越えると凝結性状や強度発現性が悪くなるおそれがある。
【００３１】
本発明の吹き付け工法では、要求される物性、経済性、及び施工性等の点で、急結性セメントコンクリートとして吹き付けることができる。本発明の吹き付け工法としては、乾式吹き付け法や湿式吹き付け法いずれもが使用できる。乾式吹き付け法としては、セメント、リバウンドコンクリートを含む骨材、及び急結剤を混合し、空気圧送し、途中で、例えばＹ字管の一方から水を添加して、湿潤状態で吹き付ける方法等が挙げられる。湿式吹き付け法としては、セメント、リバウンドコンクリートを含む骨材、及び水を混合して混練し、空気圧送し、途中で、例えば、Ｙ字管の一方から急結剤を添加して吹付ける方法等が挙げられる。
【００３２】
本発明の吹き付け工法においては、従来使用の吹き付け設備等が使用できる。吹き付け設備は吹き付けが十分に行われれば、特に限定されるものではなく、例えば、セメントコンクリートの圧送にはアリバー社商品名「アリバー２８０」等が、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトムクリート」等が使用できる。
【００３３】
本発明では他に、ゼオライト、ハイドロタルサイト、ハイドロカルマイト、補強繊維材、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、セッコウ類、石灰石微粉末、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、及びフライアッシュ等を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用してもよい。
【００３４】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００３５】
参考例１
単位セメント量３６０ｋｇ、単位水量１９８ｋｇ、Ｓ／ａ＝４６％の吹き付けコンクリートに、カルシウムアルミネート類１００質量部、アルミン酸塩２０質量部、及び炭酸塩３０質量部からなる急結剤を、セメント１００質量部に対して７質量部混合して得られた急結性吹き付けコンクリートを、湿式法により模擬トンネルへ吹き付けた。吹き付けの際に発生したリバウンドコンクリートを採集し、所定材齢後にクラシャーにより破砕し、直ちに以下実験を行った。なお、粒径０．１５ｍｍ以上５ｍｍ以下のものをリバウンドコンクリート細骨材とし、粒径５ｍｍを越えるものをリバウンドコンクリート粗骨材とした。
【００３６】
実験例１
リバウンドコンクリート粗骨材とリバウンドコンクリート細骨材を表１に示す割合で粗骨材及び細骨材にそれぞれ置換し、単位セメント量３６０ｋｇ／ｍ3、単位水量１９８ｋｇ／ｍ3、Ｓ／ａ＝４６％の吹き付けコンクリートを調製した。
この吹き付けコンクリートに、カルシウムアルミネート類１００質量部、アルミン酸塩２０質量部、及び炭酸塩３０質量部からなる急結剤を、セメント１００質量部に対して７質量部混合した急結性吹き付けコンクリートを、湿式法により模擬トンネルへ吹き付けた。
得られた急結性吹き付けコンクリートにつき、凝結時間、リバウンド率、及びスランプロスを測定した。結果を表１に示す。
【００３７】
＜使用材料＞
リバウンドコンクリート粗骨材：材齢７日後のもの、比重２．５５
リバウンドコンクリート細骨材：材齢７日後のもの、比重２．４５
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
カルシウムアルミネート類：主成分Ｃ12Ａ7、非晶質、ブレーン比表面積５９００ｃｍ2／ｇ
アルミン酸塩：アルミン酸ナトリウム、市販品
炭酸塩：炭酸ナトリウム、市販品
粗骨材：新潟県姫川産、砕石、比重２．６４
細骨材：新潟県姫川産、比重２．６２
水：水道水
【００３８】
＜測定方法＞
凝結時間：粗骨材とリバウンドコンクリート粗骨材を使用することなく、細骨材とリバウンドコンクリート細骨材を砂として使用した。水／セメント比６０％、セメントと砂の比率が１対３の急結性モルタルを調製し、凝結時間の測定を行った。凝結時間はＡＳＴＭ  Ｃ  ４０３に準じて測定したプロクター貫入抵抗値により示した。
リバウンド率：吹き付けた急結性コンクリート質量に対する跳ね返ったコンクリートの質量の割合を計測し、％により示した。
スランプロス：練り上がり直後のスランプ値から９０分経過後のスランプ値を差し引いた値をスランプロスと定義して評価した。スランプにつき、急結剤を含有しない吹き付けコンクリートのスランプ値をＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じて測定した。
【００３９】
【表１】
0004683702.tif 000002
【００４０】
実験例２
リバウンドコンクリート粗骨材とリバウンドコンクリート細骨材の２０％をそれぞれリバウンドコンクリート粗骨材とリバウンドコンクリート細骨材にそれぞれ置換して吹き付けコンクリートを調製し、セメント１００質量部に対して表２に示す急結剤を混合して急結性吹き付けコンクリートを調製したこと以外は、実験例１と同様に行い、凝結時間、リバウンド率、及び圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。
【００４１】
＜測定方法＞
圧縮強度：急結性吹き付けコンクリートを吹き付けた模擬トンネルから供試体をコアリングし、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて測定した。
【００４２】
【表２】
0004683702.tif 000003
【００４３】
【発明の効果】
本発明の急結性吹き付けセメントコンクリートを使用することにより、リバウンドを低減でき、凝結性状と強度発現性を向上できるので、経済的効率が良く、かつ、環境負荷の小さい吹き付け施工ができる。
又、本発明の急結性吹き付けセメントコンクリートはリバウンドコンクリートを使用するので、セメントコンクリートのリサイクルを推進することになり、環境負荷低減にも役立つ。