(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル外周面を先受けすべく、切羽の外周に沿って形成した掘削溝に急結コンクリートを充填打設して、切羽の前方にコンクリート覆工体を構築するプレライニング工法に採用するプレライニング用急結コンクリートの製造方法であって、セメント、カルシウムアルミネートと硫酸カルシウムを含有してなる急硬材を、セメント１００質量部に対して、５〜２５質量部、及び、水１００質量部に対して、凝結調整剤２．４〜５０質量部の割合で配合した、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を含有してなる液状凝結調整剤を、セメント、カルシウムアルミネート類、及び硫酸カルシウムの合計１００質量部に対して、固形分で０．１〜１．８質量部混合して急硬コンクリートを製造し、次いで該急硬コンクリートをコンクリートポンプによりコンクリート圧送管を介して打設箇所に圧送し、さらに切羽手前で、固形分濃度２５〜４５質量％の液体急結材を、セメントと急硬材の合計１００質量部に対して、固形分換算で２〜５質量部の割合で混合して急結コンクリートとすることを特徴とする、プレライニング用急結コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル外周面を先受けするコンクリート覆工体を切羽の前方に構築するためのプレライニング工法において採用される急結コンクリート及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレライニング工法は、トンネル外周面を先受けするコンクリート覆工体を切羽の前方に所定長形成し、この覆工体に覆われた部分を掘削しつつトンネルをその掘削方向に順次構築していく工法である。そして、かかる覆工体は、例えばチェーンカッター等の細溝掘削機械を用いてトンネル外周に沿って所定幅の掘削溝を順次形成するとともに、当該掘削溝にコンクリート圧送管を通じてコンクリートを充填打設する工程を円周方向に繰り返して一体形成される。
【０００３】
そして、上記プレライニング工法を効率よく速やかに行うためには、覆工体を形成するコンクリートは以下のような条件を満たすことが好ましいとされている。
▲１▼掘削溝に隙間なく充填打設することが可能な流動性を備えること。
▲２▼覆工体の形成後速やかに当該覆工体によって覆われた部分の掘削作業を行うことができるよう、例えば打設後４〜６時間程度で外周地山の土圧に耐え得る強度を発現できること。
▲３▼覆工体は、掘削溝を形成し、これにコンクリートを充填打設する工程を円周方向に繰り返して一体形成されるので、かかる工程を順次連続して繰り返すことができるよう、打設したコンクリートが妻型枠（充填打設したコンクリートの切羽側の端面を押さえる型枠）を外せる程度の自立性を打設後５〜１０分程度の短時間で速やかに発現できること。
【０００４】
そして、以上の条件を満たすコンクリートに近づけるため、従来より例えば、以下のような方法が採用されていた。
【０００５】
即ち、現場プラント、又は工場プラントによりコンクリートを製造する際、予め急硬材及び凝結調整剤を混合し、該急硬材及び凝結調整剤を混合したコンクリートを生コン車等により運搬し、該コンクリートをコンクリートポンプによりコンクリート圧送管を介して打設現場まで圧送し、切羽の直前においてこの圧送中のコンクリートに急結材を混合し、該急結材を混合したコンクリートを打設する方法である（特開平６−２１２８７７号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の打設方法においては、急結材をコンクリート圧送の途中で混入するため、例えば温度等の条件により、急結材の使用量が減少した場合、混合性が悪くなり、自立性状を確保することが困難になるというおそれがあった。そこで、安定した強度発現性を得ることが求められるようになった。
【０００７】
本発明者は種々検討を重ねた結果、特定の急硬材及び液状凝結調整剤、さらに希釈した液体急結材を使用することにより、前記要求を満たす知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、トンネル外周面を先受けすべく、切羽の外周に沿って形成した掘削溝に急結コンクリートを充填打設して、切羽の前方にコンクリート覆工体を構築するプレライニング工法に採用するプレライニング用急結コンクリートの製造方法であって、セメント、カルシウムアルミネートと硫酸カルシウムを含有してなる急硬材を、セメント１００質量部に対して、５〜２５質量部、及び、水１００質量部に対して、凝結調整剤２．４〜５０質量部の割合で配合した、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を含有してなる液状凝結調整剤を、セメント、カルシウムアルミネート類、及び硫酸カルシウムの合計１００質量部に対して、固形分で０．１〜１．８質量部混合して急硬コンクリートを製造し、次いで該急硬コンクリートをコンクリートポンプによりコンクリート圧送管を介して打設箇所に圧送し、さらに切羽手前で、固形分濃度２５〜４５質量％の液体急結材を、セメントと急硬材の合計１００質量部に対して、固形分換算で２〜５質量部の割合で混合して急結コンクリートとすることを特徴とする、プレライニング用急結コンクリートの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１０】
本発明で使用するプレライニング用急硬コンクリート（以下急硬コンクリートという）は、セメント、急硬材、及び液状凝結調整剤を含有するものである。
【００１１】
本発明で使用する急硬材は、セメントの反応を促進して短時間に硬化させるために用いる混和材であり、カルシウムアルミネートと硫酸カルシウムを含有するものである。
【００１２】
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。
【００１３】
これらの中では、反応活性の点で、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が好ましい。
【００１４】
カルシウムアルミネートの粒度は、初期強度発現性の点で、ブレーン値で４０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。４０００ｃｍ2／ｇ未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明で使用する硫酸カルシウムとしては、石膏が挙げられる。石膏の中では、強度発現性が大きい点で、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００１６】
硫酸カルシウムの粒度は、ブレーン値で３０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、４０００〜７０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ2／ｇ未満だと初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１７】
硫酸カルシウムの使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、７０〜１５０質量部が好ましく、９０〜１１０質量部がより好ましい。７０質量部未満だとコンクリートのスランプ保持が困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがあり、１５０質量部を越えると短期強度発現性が悪くなる。
【００１８】
急硬材の使用量は、セメント１００質量部に対して、５〜２５質量部が好ましく、１０〜２０質量部がより好ましい。５質量部未満だと凝結が遅れ、初期強度発現性が低下するおそれがあり、２５質量部を越えると凝結時間が短く、可使時間をコントロールすることが困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００１９】
本発明で使用するセメントとしては、通常市販されている普通、早強、中庸熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグ等を混合した各種混合セメント、並びに市販の微粒子セメント等が挙げられる。又、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用してもよい。
【００２０】
本発明で使用する液状凝結調整剤とは、急硬材を添加したコンクリートのハンドリングを調整するためのものであり、アルカリ金属炭酸塩と有機酸類を含有する凝結調整剤の水溶液又はスラリーをいう。液状凝結調整剤は、コンクリートに練り混ぜる水に凝結調整剤を添加したものを使用してもよい。
【００２１】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩としては、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、コンクリートの可使時間が長く、初期強度発現性が良く、コンクリートが硬化しやすい点で、炭酸カリウムが好ましい。
【００２２】
アルカリ金属炭酸塩の使用量は、凝結調整剤１００質量部中、５０〜８５質量部が好ましく、６０〜８０質量部がより好ましい。５０質量部未満だとコンクリートの可使時間は長くなるが、初期強度発現性が低下し、コンクリートが硬化しにくいおそれがあり、８５質量部を越えるとコンクリートのスランプ保持が困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２３】
本発明で使用する有機酸類としては、グルコン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、及び乳酸又はこれらの塩等が挙げられ、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、コンクリートのスランプ保持が容易で、初期強度発現性が良い点で、クエン酸やグルコン酸又はこれらの塩が好ましい。
【００２４】
有機酸類の使用量は、凝結調整剤１００質量部中、１５〜５０質量部が好ましく、２０〜４０質量部がより好ましい。１５質量部未満だとコンクリートのスランプ保持が困難となり、初期強度発現性が低下するおそれがあり、５０質量部を越えるとコンクリートの可使時間は長くなるが、初期強度発現性が低下し、コンクリートが硬化しにくいおそれがある。
【００２５】
液状凝結調整剤における、凝結調整剤と水の配合割合は、水１００質量部に対して、凝結調整剤２．４〜９５質量部が好ましく、２．４〜５０質量部がより好ましい。２．４質量部未満だと、コンクリートのスランプを保持するために必要とする液状凝結調整剤の使用量が著しく多くなるために、結果的に水セメント比が高くなり、強度発現性が低下するおそれがあり、９５質量部を越えると析出するおそれがある。
【００２６】
液状凝結調整剤の使用量は、施工温度（環境温度）により変わるので一義的には決まらないが、セメント、カルシウムアルミネート、及び硫酸カルシウムの合計１００質量部に対して、固形分で０．１〜１．８質量部が好ましく、１．０〜１．６質量部がより好ましい。０．１質量部未満だと流動性の確保ができないおそれがあり、１．８質量部を越えると可使時間が著しく長くなり、コンクリートが硬化しにくく、初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００２７】
本発明では、コンクリートの凝結や硬化を促進するために、急硬コンクリートと液体急結材を混合した急結コンクリートを供給する。
【００２８】
本発明で使用する液体急結材は、急硬コンクリート中に均一に分散しやすい点で、急結材と水を予め混合したものである。
【００２９】
急結材としては、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等のアルミン酸塩、硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩、及びケイ酸ナトリウム（水ガラス）等が挙げられる。本発明ではこれらのうちの１種又は２種以上が使用できる。これらの中では、強度発現性と流動性が確保できる点で、アルミン酸カリウムが好ましい。
液体急結材の固形分濃度は、２５〜４５質量％であり、３０〜４０質量％が好ましい。２５質量％未満だと強度発現性が低下するおそれがあり、４５質量％を越えると自立時間が短すぎて、流動性が確保できないおそれがある。
【００３０】
液体急結材の使用量は、セメントと急硬材の合計１００質量部に対して、固形分換算で１〜１０質量部が好ましく、２〜５質量部がより好ましい。１質量部未満だと急結性に欠け、自立性が短時間で発現できず、初期強度発現性が低下するおそれがあり、１０質量部を越えると強度発現性が低下するおそれがある。
【００３１】
本発明のプレライニング用急結コンクリートは、トンネル外周面を先受けすべく、切羽の外周に沿って形成した掘削溝に充填打設して、切羽の前方にコンクリート覆工体を構築するプレライニング工法に好ましく採用されるものである。本発明では、急硬材と液状凝結調整剤を混合して急硬コンクリートを製造し、次いで該急硬コンクリートをコンクリートポンプによりコンクリート圧送管を介して打設箇所に圧送し、さらに切羽手前で急結材と混合して急結コンクリートを製造し、該急結コンクリートを打設箇所へ充填打設するものである。
【００３２】
なお、急結材を供給する際には、自立時間をコントロールするために、急結材を予め水で希釈してもよい。又、市販の液体急結材の固形分濃度が大きい場合には、液体急結材をさらに水で予め希釈してもよい。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００３４】
実験例１
パン型強制ミキサを用いて、セメント３４４ｋｇ／ｍ3、急硬材５６ｋｇ／ｍ3、細骨材７６２ｋｇ／ｍ3、及び粗骨材９４２ｋｇ／ｍ3を１５秒間空練りしたのち、凝結調整剤４．８ｋｇ／ｍ3と水２００ｋｇ／ｍ3を混合させておいた練混ぜ水を投入し、９０秒間練り混ぜて急硬コンクリートを調製した。
さらに、急硬コンクリートに、セメントと急硬材の合計１００質量部に対して表１に示す濃度の液体急結材を４質量部添加し、１０秒間練り混ぜて急結コンクリートを調製した。
得られた急結コンクリートにつき、自立時間と圧縮強度の測定を行った。結果を表１に示す。
なお、急硬コンクリート及び急結コンクリートの練混ぜ及び測定は、２０℃、相対湿度８０％の室内で行った。
【００３５】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３２００ｃｍ2／ｇ、比重３．１６
急硬材：カルシウムアルミネート（主成分Ｃ12Ａ7、非晶質、ブレーン値６０００ｃｍ2／ｇ）１００質量部と無水石膏（ＩＩ型無水石膏、ブレーン値６０５０ｃｍ2／ｇ）１００質量部の混合物
凝結調整剤：炭酸カリウム（市販品、粉末状）７０質量部とグルコン酸（市販品）３０質量部からなる混合物、粉末状
細骨材：千葉県田川産山砂、表乾状態、比重２．５６、最大直径５ｍｍ以下
粗骨材：神奈川県足柄産砕石、表乾状態、比重２．５９、最大寸法２０ｍｍ
水：水道水
急結材：アルミン酸カリウム水溶液、市販品
【００３６】
＜測定方法＞
自立時間：急結コンクリートを速やかにφ１０ｃｍ×２０ｃｍの型枠に詰めてから脱型できるまでの時間で示した。
圧縮強度：所定材齢の急結コンクリートを、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に従い、測定した。
【００３７】
【表１】
0003931945.tif 000002
【００３８】
【発明の効果】
本発明の固形分濃度２５〜４５質量％の液体急結材を使用することにより、急結コンクリートの混合性が良くなり、強度発現性のばらつきを抑制でき、自立性状を確保できる。
さらに、液体急結材の固形分濃度は施工現場で調節しやすいので、急結コンクリートの自立時間を調節できる。従って、以下の利点を有する。
使用材料の種類や気温の変化等により使用量が変化する現場施工時には、液体急結材の固形分濃度や使用量を変えることにより施工状況に応じた施工が可能となる。又、自立時間が短すぎる急結コンクリートに対しても液体急結材の固形分濃度や使用量を変えることにより自立時間を長くできるので、使用材料の変更が困難な施工現場での施工や管理手法として非常に有効に活用できる。