(57)【要約】【課題】  火力発電所で発生した石炭灰を湿式吹付用コンクリートの一つの材料として使用し、吹付施工が良好で且つ安定した搬送性と強度を有する吹付用コンクリートを提供する。【解決手段】  セメント、石炭、骨材とを流動化剤を添加することなく水と共に混練することによって吹付用コンクリートを調製する際に、吹付用コンクリート１m3当たりのセメントと石炭灰の配合量の総和を380 〜420 Kgとし、且つ、セメントと石炭灰の配合割合を重量比で75：25〜65：35とすることによって、脈動やコンクリート供給管路の閉塞を生じさせることなく安定的に搬送して円滑な吹付けを可能にすると共に、必要な初期強度と長期強度が得られるように構成している。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、石炭灰、細骨材、粗骨材、水を混練してなる湿式吹付用コンクリートにおいて、コンクリート１m3当たりのセメントと石炭灰の配合量の総和を380
〜420 Kgとし、且つ、セメントと石炭灰の配合割合を重量比で75：25〜65：35としていることを特徴とする湿式吹付用コンクリート。
【請求項２】
流動化剤等の化学混和剤を添加することなく所定のスランプ値に調製していることを特徴とする請求項１に記載の湿式吹付用コンクリート。
【請求項３】
粗骨材の配合量は、コンクリート１m3当たり0.26〜0.28m3であると共に、水の配合量は、セメントと石炭灰の配合量の総和に対して45〜60重量％であることを特徴とする請求項１に記載の湿式吹付用コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭火力発電所等で発生した石炭灰を使用している湿式吹付用コンクリートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネル掘削機によって掘削された壁面を覆工するための吹付用コンクリートとしては、セメントと骨材及び水を所定の配合割合でもって混練してなるコンクリートが使用されているが、セメントや骨材は高価な材料であるため、火力発電所等で発生した石炭灰を分級することなく多量（セメント量の１〜２倍の量）に使用してセメントや骨材の使用量の低減を図った湿式吹付用コンクリートが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４７７１５号公報（第２〜４頁）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記石炭灰を使用した吹付用コンクリートによれば、トンネル掘削壁面に吹付けた場合、セメントと骨材及び水からなる上記従来の吹付用コンクリートに比べて遜色のない強度を確保でき、さらにはリバウンドや粉塵の発生量を低減できるという利点を有しているが、セメント量に対する石炭灰の混合量が１〜２倍と高い混入率であるため、吹付用コンクリートの粘性が高くなって流動性が低下し、吹付用コンクリートをポンプ輸送する際に脈動が生じたり、管路が詰まって吹付作業が円滑に行えなくなるという問題点がある。
【０００５】
このため、吹付用コンクリートの流動化剤（減水剤）としてポリカルボン酸やナフタレンスルホン酸などの化学混和剤を添加しているが、このような化学混和剤はセメントに比して高価であり、従って、工事費もコスト高になるばかりでなく、所定の流動性が得られるようにするには、化学混和剤の添加量や混練工程に精度が要求され、安定した搬送性を有する吹付用コンクリートを得ることが困難である等の問題点があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、化学混和剤を使用することなく従来品と同等の強度を有し且つリバウンドや粉塵の発生量の低減を図ることができると共に、安定した搬送性を有する湿式吹付用コンクリートを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の吹付用コンクリートは、請求項１に記載したように、セメント、石炭灰、骨材、水を混練してなる湿式吹付用コンクリートにおいて、コンクリート１m3当たりのセメントと石炭灰の配合量の総和を380 〜420 Kgとし、且つ、セメントと石炭灰の配合割合を重量比で75：25〜65：35としていることを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１に記載の湿式吹付用コンクリートにおいて、請求項２に係る発明は、流動化剤等の化学混和剤を添加することなく所定のスランプ値に調製していることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、粗骨材の配合量を、コンクリート１m3当たり0.26〜0.28m3に、水の配合量をセメントと石炭灰の配合量の総和に対して45〜60重量％に設定していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
コンクリート１m3当たりのセメントと石炭灰の配合量の総和、即ち、合計粉体量を380 〜420 Kgの範囲とし、且つ、上記セメントと石炭灰の配合割合を重量比で75：25〜65：35の範囲としていると共に、流動化剤等の化学混和剤を添加することなく水の添加によって所定のスランプ値に調製しているので、安価な吹付用コンクリートを提供することができ、さらに、吹付用コンクリートとして必要な初期強度と長期強度が安定的に得られる上に、吹付け機によってトンネルの掘削壁面等に吹付施工を行う時に、脈動や管路の閉塞が生じることなく安定した搬送性を発揮して円滑にして且つ均一なコンクリートの吹付けが四季を通じて可能となり、吹付施工の作業能率が向上すると共に精度のよい吹付層を形成することができる。また、水の添加量を多くすることなく吹付施工に必要なコンクリートのスランプを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態について説明すると、本発明の湿式吹付用コンクリートは、石炭火力発電所において発生した石炭灰と、セメント、細骨材、粗骨材、水とを所定量ずつ配合して混練してなるものであるが、石炭灰の配合量をセメントの配合量より多くすると、吹付用コンクリートの粘性が高くなって吹付け機による吹付施工時に脈動が生じたり、管路が閉塞する虞れが生じると共に吹付け後の強度が低下する一方、配合量が少ないと吹付用コンクリートの粘性が低下して吹付け時にリバウンドが発生して壁面への付着性が悪化するので、セメントと石炭灰の配合割合を重量比で75：25〜65：35の範囲としている。
【００１２】
さらに、コンクリート１m3当たりの上記セメントと石炭灰の配合量の総和（総粉体量）が多くなりすぎると、吹付け機の管路内での吹付用コンクリートの搬送抵抗が増大して円滑な吹付施工が行えなくなる一方、少ないと吹付け後の強度が低下するので、その総粉体量を380 〜420 Kg/m3 としている。
【００１３】
なお、使用するセメントとしては、特に限定されることなく普通ポルトランドセメント、早強、超早強ポルトランドセメントなどが用いられる。また、細骨材としては川砂、砕砂などの最大粒径が５mm以下の砂が用いられ、粗骨材としては５〜15mm径の川砂利、砕石が使用される。
【００１４】
上記セメントと石炭灰以外の材料、即ち、細骨材や粗骨材の配合比率や配合量は特に限定されないが、細骨材の使用量は石炭灰の配合量に応じて減少しておくことができる。さらに、水の配合量は、この水と上記セメント、石炭灰、細骨材、粗骨材とを混練して得られる吹付用コンクリートが吹付け機によって吹付施工される時に、脈動や詰まりが生じることなく、さらに、壁面に吹付けた時に壁面を伝って吹付用コンクリートが垂れることのないスランプ値となるように設定される。この場合、上記のようにコンクリート１m3当たりのセメントと石炭灰の配合量の総和を380 〜420 Kgとし、且つ、セメントと石炭灰の配合割合を重量比で75：25〜65：35に調製しているので、流動化剤（減水剤）などの化学混和剤を添加することなく後述するように初期強度、長期強度を発現させることができる。
【００１５】
この吹付用コンクリートをトンネル掘削壁面に吹付けてコンクリート覆工を形成する際に、吹付け機のノズルの口元で急結材を単位時間当たり一定量、連続的に吹付用コンクリートに添加しながら吹付施工が行われる。この時、吹付け機からの吹付用コンクリートの単位時間当たりの排出量が少ないと、この吹付用コンクリートに添加される急結材の添加割合が増大して初期強度が高くなりすぎる結果、壁面からの吹付用コンクリートの跳ね返り（リバウンド）が発生する一方、吹付け機からの吹付用コンクリートの単位時間当たりの排出量が多いと、吹付用コンクリートに添加される急結材の添加割合が減少して初期強度が不足し、壁面に吹付けたコンクリートが垂れることになるが、本発明においては、吹付用コンクリートの脈動や詰まりが生じることなく、且つ、壁面に吹付けた時に垂れることのない適切な初期強度を発現させることができる。
【００１６】
なお、吹付用コンクリートに対する急結材の添加量は急結材の種類によって変化するので一義的には決定できないが、カルシウムアルミネート系の急結材を使用する場合には、吹付用コンクリート１m3当たり18〜30Kg、より好ましくは22〜26Kg添加することが望ましい。また、石炭灰は火力発電所において発生し集塵したものを分級することなく使用するが、その他のフライアッシュを用いることもできる。次に本発明の実施例と比較例とを示して本発明を更に詳しく説明する。
【実施例】
【００１７】
〔実施例１〕
水210 Kg／m3、セメント271 Kg／m3、石炭灰117 Kg／m3、細骨材970 Kg／m3、粗骨材737 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００１８】
〔実施例２〕
水196 Kg／m3、セメント280 Kg／m3、石炭灰120 Kg／m3、細骨材1004Kg／m3、粗骨材747 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００１９】
〔実施例３〕
水208 Kg／m3、セメント288 Kg／m3、石炭灰124 Kg／m3、細骨材978 Kg／m3、粗骨材737 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００２０】
〔比較例１〕
水241 Kg／m3、セメント180 Kg／m3、石炭灰180 Kg／m3、細骨材883 Kg／m3、粗骨材656 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００２１】
〔比較例２〕
水212 Kg／m3、セメント252 Kg／m3、石炭灰108 Kg／m3、細骨材1043Kg／m3、粗骨材655 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００２２】
〔比較例３〕
水206 Kg／m3、セメント228 Kg／m3、石炭灰152 Kg／m3、細骨材969 Kg／m3、粗骨材737 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００２３】
〔比較例４〕
水218 Kg／m3、セメント336 Kg／m3、石炭灰84Kg／m3、細骨材922 Kg／m3、粗骨材745 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００２４】
〔比較例５〕
水198 Kg／m3、セメント280 Kg／m3、石炭灰160 Kg／m3、細骨材1015Kg／m3、粗骨材692 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートを調製した。
【００２５】
なお、以上の実施例１〜３と比較例１〜５において、各使用材料の単位は吹付用コンクリート１m3当たりの重量を示しているものであり、さらに、セメントと石炭灰以外いの材料の配合比率は、粗骨材の容積は0.26〜0.28m3／m3、水／（セメント＋石炭灰）は45〜60重量％で残りを細骨材で占めるものとし、吹付用コンクリートのスランプ値が概ね10cmとなるように設定した。また、使用材料としてセメントは比重3.16の普通ポルトランドセメントを用いた。石炭灰の比重が2.20、細骨材の比重は2.56〜2.62、粗骨材の比重は2.64〜2.71であった。
【００２６】
上記実施例１〜３と比較例１〜５で得られた吹付用コンクリートをポンプによって所定の圧力で吹付け機に圧送し、この吹付け機からトンネル掘削壁面に吹付けることによりコンクリート覆工を施した。その時の吹付け機から噴射するまでの管路内での搬送性と、吹付け時に発生する壁面からの吹付用コンクリートの跳ね返り、即ち、リバウンドの多少と、吹付け後、24時間を経過した時の強度及び４週間経過後の強度を測定した。その結果を表１に示す。なお、吹付けコンクリートに添加する急結材の添加量は、吹付用コンクリートm3当たり22〜26Kgとなるように吐出量を調整してコンクリートと急結材とを、吹付け口より約３ｍ手前でＹ字管にて混合するようにした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記表１において、総粉体量とはセメントと石炭灰との配合量の和であり、石炭灰の比率とは、総粉体量に対する石炭灰の配合量の比率である。また、必要とされる強度は、24時間強度（24時間経過後の強度）では垂れを防止し、トンネル壁面を確実に覆い、風化による壁面崩落を防ぐ趣旨から５N/mm2 以上であり、４週強度（４週間経過後の強度）では外圧（外力）に対する支保機能を発揮させる趣旨から18N/mm2 以上とした。
【００２９】
表１から明らかなように、総粉体量が360Kg/m3（比較例１、２）の場合、石炭灰とセメントとの比率（配合割合）が３：７である比較例２においては必要強度に達しているが、石炭灰とセメントとの比率が５：５である比較例１においては強度が低下している。しかしながら、比較例２のように石炭灰とセメントの比率が３：７でも、総粉体量が360Kg/m3では必要強度ぎりぎりになる場合があり、余裕のある安定した必要強度となるとは言い得ない。
【００３０】
これに対して、実施例１〜３においては、石炭灰とセメントの比率が３：７でも、総粉体量を388 〜412Kg/m3の範囲まで増加させると、現場における吹付施工時のバラツキを考慮しても24時間強度及び４週強度ともに必要強度に余裕を持たせることができる。しかしながら、総粉体量を減少させると上述したように強度が低下する一方、増大させると、比較例５に示すように吹付け機に吹付用セメントを供給するための通路内での搬送抵抗（吹付用セメントの流通性）が大きくなって円滑な吹付施工が行えなり、円滑な吹付施工を可能にするには、流動化剤などの化学混和剤を添加してスランプ値10を18程度にまで大きくする必要があるので、本発明においては総粉体量を380 〜420Kg/m3の範囲内に納めることを必須としている。
【００３１】
また、石炭灰とセメントとの比率を２：８にすると、比較例４からも明らかなように吹付施工におけるリバウンド量が増大する一方、石炭灰とセメントとの比率を４：６にすると、石炭灰の増量によって24時間強度が小さくなるので、本発明においては石炭灰とセメントとの比率（配合割合）を重量比で75：25〜65：35とすることを必須とする。
【００３２】
さらに、実施例１〜３における石炭灰とセメント以外の構成材料の配合量をみると、粗骨材が0.26〜0.28m3／m3、総粉体量に対する水の割合が49〜54重量％であった。この割合は強度発現および搬送性を含むワーカビリティを考慮すれば45〜60重量％が適用可能である。
【００３３】
次に、実施例１、２の吹付用コンクリートを実際のトンネル構築に採用し、トンネルの掘進に従って年間を通じてその掘削壁面に吹付施工した強度結果を図１〜図４に示す。図１、図２は実施例１における24時間強度と４週強度をそれぞれ示し、図３、図４は実施例２における24時間強度と４週強度をそれぞれ示す。これらの実施例においては、必要強度、即ち、24時間強度（24時間経過後の強度）では５N/mm2 以上、４週強度（４週間経過後の強度）では18N/mm2 以上の強度を有していた。なお、年間を通じて強度にバラツキがあり、必要強度を僅かに上回った場合もあるが、セメントと石炭灰との総粉体量を増加した380 Kg／m3以上に増やしていることにより必要強度を上回る効果が現れている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１における施工日−24時間強度結果図である。
【図２】実施例１における施工日−４週強度結果図である。
【図３】実施例２における施工日−24時間強度結果図である。
【図４】実施例２における施工日−４週強度結果図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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