(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント１００重量部、コンクリート再生微粉末１００〜４００ｋｇ／ｍ3、及び硫酸アルミニウム２〜２０重量部を含有してなる吹付セメントコンクリートと、急結剤とを含有してなる急結性吹付セメントコンクリート。
【請求項２】
急結剤がカルシウムアルミネート、石膏、及びアルミン酸アルカリ金属塩を含有してなる請求項１記載の急結性吹付セメントコンクリート。
【請求項３】
さらに、水を含有してなる請求項１又は２記載の急結性吹付セメントコンクリート。
【請求項４】
セメント１００重量部、コンクリート再生微粉末１００〜４００ｋｇ／ｍ3、硫酸アルミニウム２〜２０重量部、及び水を含有してなる吹付セメントコンクリートと、カルシウムアルミネート、石膏、及びアルミン酸アルカリ金属塩を含有してなる急結剤とを含有してなる急結性吹付セメントコンクリート。
【請求項５】
請求項１〜４記載のうちの１項記載の急結性吹付セメントコンクリートを使用してなることを特徴とする吹付工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物を解体するときに発生するコンクリート再生微粉末を有効利用するものであり、リバウンド率や粉塵量を低減できる吹付材料及びそれを用いた吹付工法に関する。なお、本発明では、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。
【０００２】
【従来の技術】
道路、鉄道、及び導水路等のトンネル掘削において、露出した地山の崩落を防ぐために急結剤を吹付コンクリートに混合した急結性吹付コンクリートを用いた吹付工法が行われている（特公昭６０−４１４９号公報）。
この工法は、通常、掘削工事現場に設置したセメント、骨材、及び水の計量混合プラントで吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この工法では［（跳ね返った急結性吹付コンクリートの量）／（急結性吹付コンクリート全体の吹付量）×１００（％）］で示されるリバウンド（跳ね返り）率が大きく、経済的に好ましくないという課題があった。そのためにリバウンド率を低減する吹付材料が求められるようになった。
【０００４】
本発明者は、鋭意検討した結果、コンクリート再生微粉末を使用することにより、急結性吹付セメントコンクリートのリバウンド率を低減できるという知見を得て本発明を完成させるに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、セメント１００重量部、コンクリート再生微粉末１００〜４００ｋｇ／ｍ3、及び硫酸アルミニウム２〜２０重量部を含有してなる吹付セメントコンクリートと、急結剤とを含有してなる急結性吹付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、石膏、及びアルミン酸アルカリ金属塩を含有してなる該急結性吹付セメントコンクリートであり、さらに、水を含有してなる該急結性吹付セメントコンクリートであり、セメント１００重量部、コンクリート再生微粉末１００〜４００ｋｇ／ｍ3、硫酸アルミニウム２〜２０重量部、及び水を含有してなる吹付セメントコンクリートと、カルシウムアルミネート、石膏、及びアルミン酸アルカリ金属塩を含有してなる急結剤とを含有してなる急結性吹付セメントコンクリートであり、該急結性吹付セメントコンクリートを使用してなることを特徴とする吹付工法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、及びフライアッシュセメント等の各種混合セメント、並びに超速硬セメント等が挙げられ、これらを微粉末化して使用してもよい。これらの中では、セメントコンクリートの圧送性が良好な点で、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントが好ましい。
【０００８】
本発明で使用するコンクリート再生微粉末は、コンクリート廃材から再生骨材を得る際に発生する、セメント水和物や骨材の微粉砕物が好ましく、従来は廃棄処分されたものを有効利用するものである。本発明のコンクリート再生微粉末を使用することにより粘性が増加し、吹付時における付着性が向上し、リバウンド率を低減するものである。
【０００９】
コンクリート廃材としては特に限定されないが、一般的には建造物の解体や改築により発生したコンクリート廃材を使用できる。このコンクリート廃材を破砕機により破砕すると、モルタルが付着した粗骨材や細骨材、セメント水和物や骨材の微粉砕物が得られる。これらを振動篩等の分級方法を用いて分級し、粗骨材や細骨材を除いてコンクリート再生微粉末を回収するものである。
【００１０】
コンクリート再生微粉末の粒径は、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．１５ｍｍ未満がより好ましい。０．３ｍｍを越えるとセメントコンクリートの粘性が小さくなり、リバウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなるおそれがある。
【００１１】
コンクリート再生微粉末の使用量は、単位量で５０〜４００ｋｇ／ｍ3が好ましく、１００〜３００ｋｇ／ｍ3がより好ましい。５０ｋｇ／ｍ3未満だとセメントコンクリートの粘性が小さくなり、リバウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなるおそれがあり、４００ｋｇ／ｍ3を越えると圧送中に脈動が生じて吹付作業が困難となるおそれがある。
【００１２】
本発明では、付着性を向上し、リバウンド率を低減するために、硫酸塩を使用することが好ましい。硫酸塩としては、硫酸ナトリウムや硫酸カリウム等のアルカリ金属硫酸塩、硫酸マグネシウムや硫酸カルシウム等のアルカリ土類金属硫酸塩、並びに硫酸アルミニウム等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、リバウンド率低下の点で、硫酸アルミニウムが好ましい。
【００１３】
硫酸塩の使用量は、セメント１００重量部に対して、２〜２０重量部が好ましく、３〜１０重量部がより好ましい。２重量部未満だとリバウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなるおそれがあり、２０重量部を越えてもさらなる効果の増大は望めず、経済的にも好ましくないおそれがある。
【００１４】
本発明で使用する急結剤は、セメントの凝結を瞬間的に起こし、付着性を向上して剥落を防止するものである。急結剤としては、アルカリ金属アルミン酸塩やケイ酸ナトリウム等の無機塩系や、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、強度発現性が良好な点で、セメント鉱物系が好ましく、カルシウムアルミネート類がより好ましい。
【００１５】
カルシウムアルミネート類の中では、反応活性の点で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3（Ｃ12Ａ7）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１６】
カルシウムアルミネートの粒度は、ブレーン比表面積で３０００cm2/g以上が好ましく、５０００cm2/g以上がより好ましい。３０００cm2/g未満だと急結性が低下し、剥落が多くなるおそれがある。
【００１７】
急結剤として、カルシウムアルミネート類を使用した場合、凝結性や長期強度発現性の点で、さらに石膏やアルミン酸アルカリ金属塩を併用することが好ましく、石膏とアルカリ金属アルミン酸塩を併用することがより好ましい。
【００１８】
本発明で使用する石膏は、市販のいずれの石膏も使用できるが、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００１９】
石膏の粒度は、ブレーン比表面積で３０００cm2/g以上が好ましく、５０００cm2/g以上がより好ましい。３０００cm2/g未満だと強度発現性が低下するおそれがある。
【００２０】
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート類１００重量部に対して、２０〜２５０重量部が好ましく、７５〜１５０重量部がより好ましい。２０重量部未満だと急結性が小さくなるおそれがあり、２５０重量部を越えると凝結時間が長くなり、リバウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなるおそれがある。
【００２１】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩（以下アルミン酸塩という）は、初期凝結を促進するものであり、適度な凝結促進によってリバウンド率の低減に寄与するものである。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、これらの一種又は二種以上を使用できるが、アルミン酸ナトリウムが好ましい。
【００２２】
アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類１００重量部に対して、２〜３０重量部が好ましく、５〜２０重量部がより好ましい。２重量部未満だと急結性が小さくなるおそれがあり、３０重量部を越えると初期凝結性状が悪くなり、リバウンド率が増加するおそれがある。
【００２３】
さらに本発明では、凝結促進や剥落防止の点で、アルカリ金属炭酸塩類（以下炭酸塩類という）を急結剤中に併用してもよい。炭酸塩類としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウム等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。
【００２４】
急結剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、５〜３０重量部が好ましく、７〜２０重量部がより好ましい。５重量部未満だと初期凝結が得られないおそれがあり、３０重量部を越えると配管等が閉塞し、圧送性が低下するおそれがある。
【００２５】
本発明の吹付セメントコンクリートにおける水の使用量としては、強度発現性の点で、水／セメント比で３５〜６０％が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。３５％未満だとセメントコンクリートを充分に混合できないおそれがあり、６０％を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２６】
本発明で使用する骨材は吸水率が低く、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付可能であ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、及び硅砂等が挙げられ、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が挙げられる。
【００２７】
本発明で使用する急結性吹付セメントコンクリートは、吹付セメントコンクリートと急結剤を含有するものである。吹付セメントコンクリートの添加方法としては、吹付セメントコンクリートに、コンクリート再生微粉末、及び必要に応じて硫酸塩を予め添加しておけば、特に限定されるものではない。
【００２８】
本発明では、必要に応じて、さらに、増粘剤やポリカルボン酸系高分子化合物等の減水剤を使用してもよく、セメントコンクリートの凝結時間を調節するために、有機酸又はその塩、リン酸又はその塩、ホウ酸又はその塩、及びアルコール類等を使用してもよい。
【００２９】
減水剤は、吹付セメントコンクリート側、急結剤側のどちら側にも添加でき、片側のみに使用してもよく、両側に併用してもよいが、単位水量を低減し、強度発現性向上の点で、吹付セメントコンクリート側に添加することが好ましい。
【００３０】
本発明の吹付工法においては、要求される物性、経済性、及び施工性等に応じた種々の工法が可能である。
【００３１】
本発明の吹付工法としては、乾式吹付工法も可能であるが、粉塵量が多くなるおそれがあるので、急結剤を混合する前に予め水を吹付セメントコンクリート側に加えて混練りする湿式吹付工法を使用することが好ましい。
【００３２】
湿式吹付工法としては、セメント、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、他方から急結剤供給装置により急結剤を空気圧送し、合流混合して急結性湿式吹付コンクリートとしたものを吹付ける方法等が挙げられる。
【００３３】
本発明の吹付工法においては、従来使用している吹付設備が使用できる。通常、吹付圧力は２〜５ｋｇ／ｃｍ2、吹付速度は４〜２０ｍ3／ｈである。
【００３４】
吹付設備については、吹付できれば特に限定されるものではなく、例えば、吹付セメントコンクリートの圧送にはアリバー社製商品名「アリバー２８０」等が、急結剤の圧送にはちよだ製作所製急結剤圧送装置「ナトムクリート」等がそれぞれ使用できる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００３６】
実験例１
水セメント比５０％、細骨材率６０％、単位セメント量３５０ｋｇ／ｍ3、表１に示す単位量のコンクリート再生微粉末、及び、セメント１００重量部に対して５重量部の硫酸塩からなる吹付コンクリートを調製し、アリバー社製吹付機「アリバー２８０」により圧送した。なお、吹付コンクリートはスランプが同程度になるように減水剤を使用して調製した。
一方、ちよだ製作所製急結剤圧送装置「ナトムクリート」により、急結剤がセメントに対して１０重量部になるように圧送し、吹付直前にＹ字管で吹付コンクリートと混合して急結性吹付コンクリートとした。この急結性吹付コンクリート１００リットルを、鉄板により作成した模擬トンネルの側壁に吹付け、物性を評価した。結果を表１に示す。
【００３７】
〈使用材料〉
水：水道水
セメント：普通ポルトランドセメント、比重３．１６、市販品
細骨材：新潟県青海産石灰砂、比重２．６４
粗骨材：新潟県姫川産川砂利、最大寸法１０ｍｍ、比重２．６５
コンクリート再生微粉末▲１▼：コンクリート廃材をジョークラッシャー破砕機で破砕し、破砕物を振動篩で分級したもの、粒径０．１５ｍｍ未満、比重２．２３
硫酸塩ａ：市販品の硫酸アルミニウムの粉砕品、ブレーン比表面積５２００ｃｍ2／ｇ
減水剤：高性能ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸系高分子化合物、市販品
急結剤：カルシウムアルミネート／石膏／アルミン酸塩＝１００／１００／１５（重量比）からなる混合物。但し、カルシウムアルミネートは１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3組成に対応し、ブレーン比表面積６０５０ｃｍ2／ｇで非晶質のもの、石膏はＩＩ型無水石膏でブレーン比表面積５１００ｃｍ2／ｇのもの、アルミン酸塩はアルミン酸ナトリウムを使用した。
【００３８】
〈評価方法〉
リバウンド率：急結性吹付コンクリートを１分間側壁に吹付けた時の、［（跳ね返り落下した急結性吹付コンクリートの量）／（吹付に使用した急結性吹付コンクリートの全体量）×１００（重量％）］で示した。
粉塵量：柴田科学器械工業社製デジタル粉塵計を使用し、吹付開始後に、模擬トンネルの中央で粉塵量を測定し、１ｍ3当りの粉塵量を算出した。
脈動性：吹付コンクリートの圧送中におけるホースの脈動性を目視により評価した。圧送ホースが脈動しない場合を○、脈動が発生しても吹付コンクリートが途切れずに吐出した場合を△、脈動が激しく吐出が途切れた場合を×とした。
【００３９】
【表１】
0003998227.tif 000002
【００４０】
実験例２
コンクリート再生微粉末の単位量を２００ｋｇ／ｍ3とし、セメント１００重量部に対して表２に示す量の硫酸塩を使用し、リバウンド率と粉塵量を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００４１】
〈使用材料〉
硫酸塩ｂ：市販品の硫酸ナトリウムの粉砕品、ブレーン比表面積５２００ｃｍ2／ｇ
硫酸塩ｃ：市販品の硫酸カリウムの粉砕品、ブレーン比表面積５２００ｃｍ2／ｇ
【００４２】
【表２】
0003998227.tif 000003
【００４３】
実験例３
コンクリート再生微粉末の単位量を２００ｋｇ／ｍ3とし、セメント１００重量部に対して表３に示す量の急結剤を使用し、凝結時間と圧送性を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００４４】
〈評価方法〉
凝結時間：急結性吹付コンクリート中の粗骨材を除いた材料でモルタルを練り、土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格（ＪＳＣＥＤ−１０２）」に準拠して測定した。
圧送性：急結性吹付コンクリートの圧送状況を観察した。Ｙ字管や配管が詰まらない場合を○、詰まり気味の場合を△、Ｙ字管や配管や詰まって吹付ができない場合を×とした。
【００４５】
【表３】
0003998227.tif 000004
【００４６】
実験例４
表４に示すコンクリート再生微粉末の単位量を２００ｋｇ／ｍ3とし、リバウンド率と粉塵量を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００４７】
〈使用材料〉
コンクリート再生微粉末▲２▼：コンクリート廃材をジョークラッシャー破砕機で破砕し、破砕物を振動篩で分級したもの、粒径０．３ｍｍ以下、比重２．２３
【００４８】
【表４】
0003998227.tif 000005
【００４９】
【発明の効果】
本発明の急結性吹付セメントコンクリートを使用することにより、吹付時における付着性を向上し、リバウンド率や粉塵量を低減できる。従って、吹付施工コストを削減でき、経済的に好ましくなる。