(57)【要約】【課題】  吹付けセメントコンクリート硬化体の耐凍結融解性が向上し、吹付け後のセメントコンクリートの斜面からのダレやずり落ちを防止でき、かつ、吹付け後のセメントコンクリートが整形性を有する、吹付け用混和剤、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法を提供すること。【解決手段】  籾殻灰とアルカリ増粘エマルジョンとを含有してなる吹付け用混和剤であり、セメントと該吹付け用混和剤とを含有してなる吹付け材料であり、籾殻灰が、セメント100部に対して、３〜50部である該吹付け材料であり、該吹付け材料を圧送し、トンネルや法面の地山に吹き付ける吹付け工法を構成とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
籾殻灰とアルカリ増粘エマルジョンを含有してなる吹付け用混和剤。
【請求項２】
セメントと請求項１に記載の吹付け用混和剤を含有してなる吹付け材料。
【請求項３】
籾殻灰が、セメント100部に対して、３〜50部であることを特徴とする請求項２に記載の吹付け材料。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の吹付け材料を圧送し、トンネルや法面の地山に吹き付けることを特徴とする吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吹付け用混和剤、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法、特に、吹付けセメントコンクリートの耐凍結融解性を向上するための吹付け用混和剤、吹付け材料、及びこれらの材料を使用して、例えば、崩れやすい法面や美観を必要とする法面に格子状に配置したフレームに吹き付けるセメントコンクリートの吹付け工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントコンクリートの吹付け工法は、その施工の簡便さや進行の速さを理由に広く使用されている工法の１つである。
この工法の採用箇所は、トンネルの掘削によって生じた地山や、高速道路、ダム、及び急傾斜地を中心に、切り土や盛土によってできた傾斜面である法面が中心である。
とりわけ法面はそのままでは、自然風化や強雨等により、浸食や地滑りなどの法面崩壊が起こるので、法面を保護する必要がある。
【０００３】
従来、法面の崩壊を防止するため、法面に直接セメントコンクリートを吹き付ける方法が主流であり、法面の補強効果を増すために、法面に型枠を配置する方法が用いられている(特許文献１参照)。
【０００４】
法面に型枠を配置する方法としては、例えば、金網や複数本の鉄筋を法面に格子状（井桁状）に配置して法面型枠を作成し、格子状の法面型枠の各交点部にアンカーを打ち込んだ後に、法面型枠にコンクリートを吹き付けて、鉄筋コンクリート構造物たるコンクリート枠を作って法面の安定を図る方法が用いられている。
これらの中では、法面を整形・カットすることなく、法面に直接配置できるフリーフレーム工法が用いられている。
このフリーフレーム工法は、変形可能な金網や鉄筋を法面に直に配置するものであり、形成されたフレームにセメントコンクリートを吹き付けて施工されている。
【０００５】
耐久性を向上させたフリーフレーム工法においても、吹付けでセメントコンクリート躯体を構築した場合、冬期の凍結融解による破壊が深刻化している。
法面の施工は冷え込みの激しい山間部が多いことから、冬期では凍結融解による劣化が顕著となる。それゆえ、フリーフレーム工法はもとより、広く吹き付けたものは耐用年数が著しく低下し、数年で崩壊する場合もある。
【０００６】
耐凍結融解性を向上させるには、微細なエアをセメントコンクリート躯体に導入し、セメントコンクリート内部の水が凍結した際に、膨張した水の体積分をエアスペースに導入させることが有効となる。
しかしながら、吹付け施工した場合、ＡＥ剤等を使用してセメントコンクリート混練時に導入したエアは、圧送ホース中で消滅する傾向にあり、耐凍結融解性に必要なエア量を確保できない場合が多い。
増粘剤等を使用してペーストの粘性を高めた場合には、含有されるエアの消失が抑えられる傾向にはあるが、セメントコンクリートの粘性が高いためにポンプ圧送性が低下する問題を有していた。
したがって、セメントコンクリートの粘性を高めることなくエアの消失を抑える混和剤が待望されていた。
【０００７】
また、吹付けにおいては、単位時間あたり吹き付ける量を高めるためにコンクリートのスランプを大きくする必要があるが、スランプが大きいと吹き付けたときにコンクリートが斜面から流れ落ちるという課題があった。
このため吹き付け直後にコンクリートのスランプを低下させ、コンクリートのずり落ちを防止する必要があったが、フリーフレーム工法等では、美観の観点から、吹付け後の整形性が求められている。
【特許文献１】特公昭５８−０５８４９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、冬期における凍結融解による劣化に対して、耐凍結融解性を向上させることや、吹付け直後に、セメントコンクリートのスランプを低下させ、セメントコンクリートのダレやずり落ちを防止し、かつ、セメントコンクリートが、コテなどによって仕上げられる整形性を付与することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、前記課題を解消すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の吹付け用混和剤、吹付け材料、及び吹付け工法により、前記課題を解決できるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、籾殻灰とアルカリ増粘エマルジョンとを含有してなる吹付け用混和剤であり、セメントと該吹付け用混和剤とを含有してなる吹付け材料であり、籾殻灰が、セメント100部に対して、３〜50部である該吹付け材料であり、該吹付け材料を圧送し、トンネルや法面の地山に吹き付ける吹付け工法である。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明でいう(部)は特に規定のないかぎり質量基準である。
また、本発明ではセメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【００１２】
本発明における、籾殻灰とは、籾殻を燃焼して得られるものであり、シリカ（SiO2）を主成分とするもので、その燃焼温度は特に限定されるものではないが、例えば、籾殻を500〜900℃の適温で燃焼させて得られる、SiO2を80％以上含有するポゾラン活性の高い非晶質の籾殻灰が好ましい。80％未満では優れた耐凍結融解性や長期強度発現性が得られない場合がある。
籾殻灰の粒度は、平均粒子径が５μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましい。５μｍを超えると優れた耐凍結融解性や長期強度発現性が得られない場合がある。
また、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)は、200,000cm2/g以上が好ましい。200,000cm2/g未満では優れた耐凍結融解性や長期強度発現性が得られない場合がある。
なお、比重2.1、ブレーン値400,000cm2/g程度の非晶質シリカを80％以上含有する米国産の籾殻灰が市販されており、本発明はこの籾殻灰を用いることができる。
籾殻灰の使用量は、セメント100部に対して、３〜50部が好ましく、５〜20部がより好ましい。３部未満では耐凍結融解特性の向上が認められない場合があり、50部を超えるとセメントコンクリートの粘性が著しく高くなり、ポンプ圧送性が低下する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するアルカリ増粘型ポリマーエマルジョン(以下、本エマルジョンという）は、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物との重合により得られるポリマーエマルジョンであり、アルカリ雰囲気下で増粘する物質であって、セメントコンクリートと混合することにより、瞬時にセメントコンクリートを増粘させ、吹付け時のセメントコンクリートのダレを防止するものである。
また、不飽和カルボン酸の一種又は二種以上のモノマーを重合させたものと、エチレン性不飽和化合物の一種又は二種以上のモノマーを重合させたものを混合したものも使用可能である。
【００１４】
不飽和カルボン酸としては特に限定されるものでないが、例えば、(メタ)アクリル酸〔(メタ)アクリル酸は、アクリル酸又はメタアクリル酸を意味する。以下、同様〕、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、アコニット酸、及びクロトン酸等の不飽和カルボン酸、無水マレイン酸や無水シトラコン酸等の不飽和カルボン酸無水物、並びに、これらのエステルが挙げられる。また、これらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及びアミン塩等の水溶性塩を含有するものも使用可能である。
これらのうち、より優れた効果を示す面で、不飽和カルボン酸が好ましく、(メタ)アクリル酸又はその塩がより好ましい。
【００１５】
不飽和カルボン酸と共重合可能なエチレン性不飽和化合物は特に限定されるものではないが、例えば、エチレンや、スチレンや、（メタ）アリルアルコールなどのエチレン性不飽和アルコールや、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコール（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、及びポリエチレングリコールジアクリレートなどのポリオール類のエチレン性不飽和エステルが挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの配合割合については特に限定されるものではない。
これらの中では、より優れた効果を示す面で、メタクリル酸（エステル）と（メタ）アクリル酸エステルの共重合物が好ましい。
【００１６】
不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の配合割合については特に限定されるものではない。
【００１７】
ポリマー重合方法としては公知の方法が使用でき特に限定されるものではないが、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物とを、乳化重合、懸濁重合、溶液重合、及び塊状重合するなどの方法が挙げられる。
【００１８】
本エマルジョン中の固形分濃度は特に限定されるものでないが、0.5〜50％が好ましく、２〜20％がより好ましい。0.5％未満では増粘させる効果が少なく、50％を超えると本エマルジョンの製造が技術的に難しく、安定性が損なわれる場合がある。
本エマルジョンの使用量は、セメント100部に対して、固形分換算で0.01〜１部が好ましく、0.05〜0.5部がより好ましい。0.01部未満では増粘させる効果が認められない場合があり、１部を超えるとコンクリートの耐凍結融解性が低下する場合がある。
【００１９】
本発明では、セメントの凝結を促進する促進剤を使用することが可能である。
促進剤とは、セメントの凝結を促進するものであれば特に限定されるものでなく、例えば、カルシウムアルミネートを含有する自硬性を有する粉体急結剤、アルカリ金属を含有する物質、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、及びケイ酸塩等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
促進剤の使用量は、セメント100部に対して、１〜20部が好ましく、２〜15部がより好ましい。１部未満ではセメントの凝結を促進する効果が薄い場合があり、20部を超えると長期強度発現性が阻害される場合がある。
【００２０】
さらに、本発明では、吹付けセメントコンクリートの硬化体の耐衝撃性や弾性の向上の面で、繊維を使用することが好ましい。
【００２１】
繊維としては、無機質や有機質いずれも使用可能である。
無機質の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられ、有機質の繊維としては、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、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられ、これらの中では経済性の面で、金属繊維やビニロン繊維が好ましい。
繊維の長さは、圧送性や混合性等の面で、50mm以下が好ましく、５〜30mmがより好ましい。50mmを超えると圧送中に吹付けセメントコンクリートが閉塞する場合がある。また、繊維のアスペクト比は特に限定されるものではない。
繊維の使用量は、吹付けセメントコンクリート100容量部中、0.1〜３容量部が好ましく、0.4〜1.5容量部がより好ましい。0.1容量部未満だと耐衝撃性や弾性の向上の効果が小さい場合があり、３容量部を超えると圧送性が低下し、経済的でない場合がある。
【００２２】
本発明で使用するセメントとしては、JIS R 5210に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、JIS R 5212、及びJIS R 5213に規定される各種混合セメント、並びに、JISに規定された以上の混和材混合率の高炉セメント、フライアッシュセメント、及びシリカセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントなどが挙げられる。
【００２３】
本発明で使用する骨材は吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましく、細骨材率や骨材の最大寸法は吹き付けできれば特に制限されるものではない。
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。
【００２４】
本発明では、前記各材料や、砂や砂利等の骨材の他に、減水剤や凝結遅延剤を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００２５】
減水剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が使用可能である。
【００２６】
凝結遅延剤はセメントコンクリートの凝結を調整するものであり、具体的には、オキシカルボン酸又はその塩類、リン酸塩、及び糖類等が挙げられる。
【００２７】
本発明の吹付け工法においては、従来から使用されている吹付け設備等が使用できる。
本発明の吹付け工法としては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の吹付け工法が可能である。例えば、湿式吹付け工法として、セメント、細骨材や粗骨材、及び水等を加えて混練したものを、空気で圧送し、その途中に設けたＹ字管の一方から、吹付け用混和剤供給装置により吹付け用混和剤を空気圧送し、セメントコンクリートと合流・混合したものを吹き付ける方法等が挙げられる。
吹付け用混和剤のセメントコンクリートへの混合は、吹付け用混和剤が均一に強制的に入るようなシャワーリングや吹付け圧送エアーと同時混合によりセメントコンクリートに混合して吹き付けることが好ましい。
【００２８】
圧送ホース中のＹ字管の取付け位置は、吐出口より手前に0.1〜100ｍが好ましく、0.1〜20ｍが混合性や圧送性等を考慮するとより好ましい。100ｍ以上ではホースが閉塞するがある。
【００２９】
本発明で使用する吹付け材料を使用した法面吹付け工法としては、吹付け材料を直に法面へ吹き付けてもよいが、補強効果を増すために、鉄筋類等を配置してフレーム骨格を形成しその上に吹き付ける工法が好ましく、フリーフレーム工法がより好ましい。
【００３０】
ここで、鉄筋類とは、金網や鉄筋等からなるもので、これらを組み合わせてフレーム骨格を形成して、それに、セメントコンクリートを吹き付け、鉄筋類含有セメントコンクリートフレームとするものである。
【００３１】
フリーフレーム工法に使用する鉄筋類の配置方法としては特に制限されるものではないが、通常、幅30〜60cm、長さ１〜３ｍ程度の金網(波形鉄筋φ１〜３mm)を２枚平行に金網の幅と同程度の間隔で、長手方向を法面に沿って配置し、継ぎ足してゆく。平行に立てた２枚の金網に鉄筋等のスペーサーを用いて、フレーム骨格を形成する。
このフレーム骨格を縦横に延長する際、この交点部にアンカーを打ち込むことが好ましい。また、このフレーム骨格の交点部に交点部用フレーム骨格を用いることも可能である。
このように配置したフレーム骨格に吹付け材料を用いて吹付けを行い、フレーム骨格の鉄筋類からはみ出した部分をコテ仕上げすることで、フレームの美観を保つ。
【００３２】
法面で使用する吹付け用のセメントコンクリートは、モルタルの場合には、単位セメント量270〜600kg/m3で、Ｗ／Ｃ35〜65％が好ましく、コンクリートの場合には、さらにｓ／ａ50〜100％が好ましく、材齢４週の圧縮強度が15N/mm2以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の吹付け用混和剤を用いると、吹付けセメントコンクリート硬化体の耐凍結融解性が向上し、吹付け後のセメントコンクリートの斜面からのダレやずり落ちを防止でき、かつ、吹付け後のセメントコンクリートが整形性を有するなどの効果を奏する。
【実施例１】
【００３４】
単位セメント量430kg/m3、Ｗ／Ｃ50％、及びｓ／ａ70％のコンクリート配合を用い、表１に示す籾殻灰を砂置換で混和し、スランプが20cm程度になるように減水剤の使用量を調整してベースコンクリートを調製し、エア量を測定した。
吐出量４m3/hのベースコンクリートと７m3/minの圧送空気を、２インチで40ｍの圧送ホースを介して送給した。
一方、吐出口から手前10ｍに取付けた分岐管に圧送空気とともに、セメント100部に対して、固形分換算で0.1部の本エマルジョンＡを圧送し、ベースコンクリートに合流混合してコンクリートとし、50×50×30cmの木枠の中へ吹き付けを行った。得られたコンクリート硬化体からサンプルを切り出して、圧送性とともに耐凍結融解性を評価した。
なお、比較のため、籾殻灰を混和しないで、ＡＥ剤でエアを５容量％含有させたコンクリートも同様に吹き付けた。結果を表１に併記する
【００３５】
＜使用材料＞
籾殻灰    ：密度2.15、ブレーン値400,000cm2/g、市販品
本エマルジョンＡ：エチルアクリレート／メタクリル酸重合ポリマーエマルジョン（45／55）、固形分濃度10％
セメント  ：普通ポルトランドセメント、比重3.16
砂        ：新潟県姫川産、比重2.62、ＦＭ値2.86
砂利      ：新潟県姫川産、比重2.63、12mm以下
減水剤    ：ポリカルボン酸系高性能減水剤、市販品
【００３６】
＜測定方法＞
エア量    ：JIS A 1128 「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法」に準じて測定。
圧送性    ：シンテック社、型式MKW-25SMTのコンクリートピストンポンプのゲージの吐出圧が６MPa以下の場合を○、６〜12MPaの場合を△、12MPa以上の場合を×とした。
耐凍結融解性：JIS A 1148 「コンクリートの凍結融解試験方法」に準じてＡ法水中凍結水中融解試験方法に準じて凍結融解300サイクル後の相対動弾性係数を測定した。なお、300サイクルに達する前に破壊したものは×とした。
【００３７】
【表１】
2005119928.tif 000002
【実施例２】
【００３８】
セメント100部に対して、表２に示すエマルジョンを使用し、籾殻灰を10部使用して吹付け時の状態、整形性、及び耐凍結融解性を確認したこと以外は、実施例１と同様に試験した。結果を表２に併記する。
【００３９】
＜使用材料＞
エマルジョンＢ：エチルアクリレート／メタクリル酸／マレイン酸ジエチルを共重合したポリマーエマルジョン（40／40／20）、固形分濃度10％
【００４０】
＜測定方法＞
吹付け時の状態：吹付けコンクリートを斜度70°の斜面に20cmの厚みで吹き付けたときの状態を観察。ダレや肌落ちが多く見られた場合は×、少し見られた場合は△、全く見られない場合は○。
整形性    ：吹付け時の状態の観察で得られたものを10分間静置し、表面をコテでならして平坦に仕上げる際の整形性を評価した。容易に仕上げることができた場合を○とし、仕上げるのに力を要した場合を△とし、力を入れても仕上げられない場合を×とした。
【００４１】
【表２】
2005119928.tif 000003