(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
急結剤を配合していないセメントコンクリートと、消石灰とカーバイド滓からなる群のうちの１種以上１００重量部、クエン酸ナトリウムとクエン酸カリウムからなる群のうちの１種以上６〜５０重量部、ＩＩ型無水石膏と天然石膏からなるからなる群のうちの１種以上２０〜２００重量部、減水剤を固形分換算で３〜７質量部を含有してなる凝結調整材１００重量部、及び水４０〜２００重量部を含有してなる凝結調整材スラリーを、セメント１００重量部に対して、固形分換算で１〜１０重量部混合してセメントコンクリートとし、該セメントコンクリートの使用直前にカルシウムアルミネート急結剤を、セメント１００重量部に対して、５〜１５重量部混入して施工することを特徴とする急結性セメントコンクリートの施工方法。
【請求項２】
減水剤がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物である請求項１記載の急結性セメントコンクリートの施工方法。
【請求項３】
セメントコンクリートの水／セメント比が４０〜７０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の急結性セメントコンクリートの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートの凝結調整材であり、それを用いて長時間硬化しないようにしたセメントコンクリートを、急結剤の併用により、必要時期に使用可能とする優れた凝結調整材、及びそれを用いたセメントコンクリートの施工方法に関する。
【０００２】
なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、モルタル及びコンクリートを総称するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、セメントコンクリートを現場で使用する際、長時間使用が可能となるように凝結遅延材が用いられている。
【０００４】
しかしながら、セメントコンクリートに凝結遅延材を混合してセメントコンクリートの硬化時間を５〜２４時間になるように調整し、その後急結剤を混合して硬化させると、硬化後の強度が凝結遅延材を混入しないものに比較して著しく低下し、必要なセメントコンクリートの物性を得るのが難しいという課題があった。
【０００５】
さらに、生コンプラントは通常夜間に稼働しないため、夜間施工でセメントコンクリートを使用しなければならない場合、夜間工事の現場では生コンプラントを設置しなければならず、経済的に極めて不利である等の課題があった。特に、トンネル工事の現場では、トンネル内に生コンプラントを設置するのが難しく、問題であった。
【０００６】
前記課題を解消するため、セメントコンクリートに、縮合リン酸塩、クエン酸、消石灰、及び炭酸ソーダ等を加え、使用直前にアルミン酸アルカリや有機酸を混合する方法や、セメントコンクリートにポリカルボン酸塩系混和材を加えて長時間流動性を確保し、吹付時に急結剤を加える方法等が提案されている（特開平２−２４８３５１号公報、特開平３−１５３５５０号公報）。
【０００７】
しかしながら、これらの方法では、凝結時間が長い、ブリージングが発生する、セメントコンクリートが軟らかくなりすぎて骨材とセメントが分離しやすい等の課題があった。
【０００８】
この課題を解決するために、水セメント比を小さくすると、セメントコンクリートの粘性が大きくなって吹付作業性が低下し、凝結遅延効果が小さくなるという課題があった。
【０００９】
さらに、セメントコンクリートが長時間使用できるように凝結遅延材の使用量を多くした場合、予定より短時間内、例えば１〜２４時間内に急結剤を添加してトンネル等へ吹付施工すると、吹付セメントコンクリートが急結せずにトンネル側壁からの漏水により流される、天端部分より剥離する等の課題があった。
【００１０】
施工現場は通常、三交代で２４時間稼働している。しかしながら、生コンプラントは午後６時頃出荷が止まり、それ以降は翌朝まで生コンを出荷できないので、夜間施工する場合、施工現場が必要とする時間まで流動性を確保できるセメントコンクリートが要望されていた。
【００１１】
前記要望を満たすため、急結剤を含有しないコンクリートに、消石灰類と有機酸を有効成分とする凝結調整材を配合し、該コンクリートの使用直前に急結剤を混入して施工することを特徴とするコンクリートの施工方法が提案されている（特開平６−２６３４９８号公報）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凝結遅延材を添加したセメントコンクリートを調製した後に同じ生コンプラントで、凝結遅延材を含まないセメントコンクリートを調製する場合、セメントコンクリートが凝結遅延してしまう等の悪影響が懸念されるので、凝結遅延材を添加したセメントコンクリートを調製した後は生コンプラントを水洗しなければならないという課題があった。
【００１３】
この課題を解決するために、吹付等の施工現場で凝結調整材をセメントコンクリートに添加することが要望されていた。施工現場で凝結調整材を添加するには、セメントコンクリートとの混合性を改良することが必要であり、そのためには、凝結調整材をスラリー化することが好ましい。
【００１４】
しかしながら、この凝結調整材をスラリー化しようとすると、消石灰中のカルシウムイオンと有機酸が反応するために、凝結調整材スラリーが発熱するおそれがあり、又、この発熱したスラリーをセメントコンクリートに添加しても凝結遅延しにくいおそれがあり、さらに、セメントコンクリート中に小さな凝固物が生成してセメントコンクリートが混合しにくくなるおそれがあるという課題があった。そのために、この凝結調整材をスラリーとして施工現場で使用できないおそれがあった。
【００１５】
本発明者は前記課題を解消すべく種々検討した結果、特定の材料を使用することにより、施工現場が必要とする時間以上、圧送性や流動性を確保でき、必要な時に急結剤を混入すると短時間で急結性セメントコンクリートを凝結硬化でき、短期強度発現性が大きく、さらに凝結調整材をスラリー化して施工現場で自由に添加できるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートと、消石灰とカーバイド滓からなる群のうちの１種以上１００重量部、クエン酸ナトリウムとクエン酸カリウムからなる群のうちの１種以上６〜５０重量部、ＩＩ型無水石膏と天然石膏からなるからなる群のうちの１種以上２０〜２００重量部、減水剤を固形分換算で３〜７質量部を含有してなる凝結調整材１００重量部、及び水４０〜２００重量部を含有してなる凝結調整材スラリーを、セメント１００重量部に対して、固形分換算で１〜１０重量部混合してセメントコンクリートとし、該セメントコンクリートの使用直前にカルシウムアルミネート急結剤を、セメント１００重量部に対して、５〜１５重量部混入して施工することを特徴とする急結性セメントコンクリートの施工方法であり、減水剤がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物である該急結性セメントコンクリートの施工方法であり、セメントコンクリートの水／セメント比が４０〜７０％であることを特徴とする該急結性セメントコンクリートの施工方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係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。
【００１９】
本発明に係る凝結調整材は、急結剤を配合していないセメントコンクリートと混合する材料である。
【００２０】
本発明に係る消石灰類は、急結剤を配合していないセメントコンクリートが長時間凝結硬化しないという効果を有する。
【００２１】
さらに、有機酸類等を多く使用しても、又、予定より早く急結剤を混合しても、急結剤と併存することによって急結性セメントコンクリートの急結硬化を促進するという効果を有するものである。
【００２２】
具体的には、消石灰や、カルシウムカーバイトからアセチレンを発生させる際副生するカーバイド滓等が挙げられる。これらの中では、急結剤と混合した後の強度発現性が最もよく、しかも、副生品のため安価で経済的である点から、カーバイド滓が好ましい。
【００２３】
消石灰類の粒子径は、特に限定されるものではないが、１００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。
【００２４】
本発明に係る有機酸類としては、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の各種水溶性カルボン酸やこれらの塩の一種又は二種以上の使用が可能である。塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましい。これらの中では、使用量と正比例して凝結時間が長くなり、コントロールがしやすく、スラリー化した場合にカルシウム成分と化学反応を起こしにくく、スラリーが発熱しにくい点で、有機酸塩が好ましく、クエン酸ナトリウムがより好ましい。
【００２５】
有機酸類の使用量は、消石灰類１００質量部に対して、１〜４００質量部が好ましく、４〜２００質量部がより好ましく、６〜５０質量部が最も好ましい。１質量部未満だと凝結遅延効果が小さいおそれがあり、４００質量部を越えると凝結硬化しにくくなるおそれがある。
【００２６】
本発明に係る石膏は市販のいずれの石膏も使用できるが、強度発現性の点で、ＩＩ型無水石膏や天然無水石膏が好ましい。
【００２７】
石膏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。
【００２８】
石膏の使用量は、消石灰類１００質量部に対して、１０〜５００質量部が好ましく、２０〜２００質量部がより好ましい。１０質量部未満だと圧送性や強度発現性が小さいおそれがあり、５００質量部を越えると初期凝結しにくいおそれがある。
【００２９】
本発明に係る減水剤は、凝結遅延効果を持続させるものであり、液体や粉体いずれも使用できる。
【００３０】
減水剤としては、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、高性能減水剤が好ましい。
【００３１】
高性能減水剤としては、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、及びアルキルアリールスルホン酸塩のホルマリン縮合物、並びに、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、液状又は粉状いずれも使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物（以下ＮＳという）が好ましい。ＮＳとしては、通常β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物が使われる。
【００３２】
減水剤の使用量は、消石灰類１００質量部に対して、固形分換算で１〜１０質量部が好ましく、３〜７質量部がより好ましい。１質量部未満だと凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が小さいおそれがあり、１０質量部を越えるとセメントコンクリートが分離するおそれがある。
【００３３】
本発明に係る凝結調整材はスラリー化して使用する。スラリー化することにより、コンクリートミキサー車へ後添加でき、セメントコンクリートのスランプ保持性が良好になるという効果を有する。
【００３４】
凝結調整材スラリーを調製する場合に使用する水の使用量は、凝結調整材１００質量部に対して、３０〜３００質量部が好ましく、４０〜２００質量部がより好ましい。３０質量部未満だとセメントコンクリートの粘性が大きく、凝結調整材と水が混合しにくく、作業性が悪いおそれがあり、３００質量部を越えると強度発現性が小さくなるおそれがある。但し、凝結調整材スラリー中の水の使用量が多いと、セメントコンクリートの水セメント比を小さくしなければならず、セメントコンクリートの混合性が低下するおそれがある。そのため、凝結調整材スラリー中の水の使用量は多くない方が好ましい。
【００３５】
凝結調整材の使用量は、セメント１００質量部に対して、固形分換算で０．５〜１５質量部が好ましく、１〜１０質量部がより好ましい。０．５質量部未満だと凝結遅延効果やスランプ保持性が良くないおそれがあり、１５質量部を越えると凝結硬化しにくいおそれがある。
【００３６】
本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートに凝結調整材を混合した後、吹付施工時に急結剤を混入して急結性吹付セメントコンクリートとするものである。
【００３７】
本発明に係る急結剤は、吹付セメントコンクリートに混入できるものであれば特に制限はなく、急結剤としては、アルミン酸ナトリウム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、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。
【００３８】
急結剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、３〜２５質量部が好ましく、５〜１５質量部がより好ましい。３質量部未満だと凝結性状が遅れ、吹付時の跳ね返り損失が大きくなるおそれがあり、２５質量部を越えると吹付時の跳ね返り損失が大きくなるおそれがある。
【００３９】
本発明に係る水セメント比（Ｗ／Ｃ）は４０〜７０％が好ましく、５０〜６５％がより好ましい。４０％未満だとセメントコンクリートの粘性が大きく吹付作業性が低下し、凝結遅延効果が小さいおそれがあり、７０％を越えると強度発現性や凝結性状に悪影響を与えるおそれがある。なお、ここでいう水セメント比には凝結調整材スラリー中の水を含むものである。
【００４０】
消石灰類、有機酸類、石膏、及び減水剤の混合順序等の混合条件は、急結剤を添加する前のセメントコンクリートに均一に混合されれば、特に、制限されるものでない。
【００４１】
【実施例】
以下、実験例を説明する。
【００４２】
実験例１
Ｗ／Ｃ=６０％、セメント／骨材比（Ｃ／Ｓ）＝１／３のモルタルを調製した。なお、骨材として細骨材を用いた。このモルタルに、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、表１に示す質量部の石膏、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部添加した。その後、急結剤をセメント１００質量部に対して７質量部添加し、圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。
【００４３】
（使用材料）
セメント：市販品、普通ポルトランドセメント
細骨材：新潟県姫川産天然砂、比重２．６２
消石灰類：カーバイト滓、粒子径６０μｍ以下
有機酸類：市販品、クエン酸ナトリウム
石膏：市販品、天然石膏、ブレーン値４０００ｃｍ2／ｇ
減水剤：β−ＮＳ、粉状、市販品
急結剤：カルシウムアルミネート系急結剤
【００４４】
（測定方法）
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、２０℃、所定の材齢で測定した。
凝結時間：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）」に準じて測定した。
【００４５】
【表１】
0003973331.tif 000002
【００４６】
実験例２
セメント３６０ｋｇ／ｍ3、粗骨材７０８ｋｇ／ｍ3、細骨材１０１３ｋｇ／ｍ3、及び水１９４ｋｇ／ｍ3とし、コンクリートを調製した。このコンクリートに、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、表２に示す質量部の石膏、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部添加し、スランプ保持時間と圧送性を測定した。結果を表２に示す。
【００４７】
（使用材料）
粗骨材：姫川産砂利、比重２．６５
【００４８】
（測定方法）
スランプ保持時間：凝結調整材スラリーを添加、混練りした直後から、スランプが１０ｃｍになるまでの時間で示した。なお、スランプはＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じて測定した。
圧送性：コンクリートに凝結調整材スラリーを混合してコンクリートポンプによりホース圧送した。ホースに脈動がなく、コンクリートを連続的に圧送できた場合を○、ホースに脈動はあるが、コンクリートを殆ど連続的に圧送できた場合を△、ホースに脈動があり、コンクリートを連続的に圧送できなかった場合を×とした。
【００４９】
【表２】
0003973331.tif 000003
【００５０】
実験例３
消石灰類１００質量部、表３に示す質量部の有機酸類、石膏１００質量部、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部使用して凝結時間を測定したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
0003973331.tif 000004
【００５２】
実験例４
消石灰類１００質量部、表４に示す質量部の有機酸類、石膏１００質量部、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部使用したこと以外は、実験例２と同様に行った。結果を表４に示す。
【００５３】
【表４】
0003973331.tif 000005
【００５４】
実験例５
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、石膏１００質量部、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で表５に示す質量部使用したこと以外は、実験例３と同様に行った。結果を表５に示す。
【００５５】
【表５】
0003973331.tif 000006
【００５６】
実験例６
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、石膏１００質量部、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で表６に示す質量部使用したこと以外は、実験例２と同様に行った。結果を表６に示す。
【００５７】
【表６】
0003973331.tif 000007
【００５８】
実験例７
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、石膏１００質量部、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部使用し、急結剤をセメント１００質量部に対して表７に示す質量部添加したこと以外は、実験例３と同様に行った。結果を表７に示す。
【００５９】
【表７】
0003973331.tif 000008
【００６０】
実験例８
セメント３６０ｋｇ／ｍ3、粗骨材７０８ｋｇ／ｍ3、細骨材１０１３ｋｇ／ｍ3、及び水１９４ｋｇ／ｍ3とし、プレーンスランプ１０ｃｍのコンクリートを調製した。このコンクリートに、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、石膏１００質量部、及び減水剤５質量部からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部添加した。その後、急結剤をセメント１００質量部に対して表８に示す質量部添加して吹付け、跳ね返り損失（リバウンド率）を測定した。結果を表８に示す。
【００６１】
（測定方法）
跳ね返り損失：幅５．５ｍ×高さ５．５ｍの馬蹄径のトンネルに急結性吹付コンクリートを吹付け、（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全体の量）×１００（％）で示した。
【００６２】
【表８】
0003973331.tif 000009
【００６３】
実験例９
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、石膏１００質量部、及び表１０に示す質量部の減水剤からなる凝結調整材１００質量部と水１００質量部からなる凝結調整材スラリーを、セメント１００質量部に対して固形分換算で６質量部使用したこと以外は、実験例２と同様に行い、スランプ、分離性、及び圧送性を測定した。結果を表９に示す。
【００６４】
（測定方法）
スランプ：凝結調整材スラリーを添加、混練りした直後から、所定時間のスランプをＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じて測定した。
分離性：吹付コンクリートの分離性を測定した。２０００ｍｌのメスシリンダーに吹付コンクリート２０００ｍｌを投入し、１０分間静置した。その後、メスシリンダー１０００ｍｌのラインより上のコンクリートを採取し、目開き５ｍｍの篩でふるい、篩上に残ったものの質量を測定した。
【００６５】
【表９】
0003973331.tif 000010
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る凝結調整材スラリーは、吹付施工現場で吹付セメントコンクリートに添加でき、コンクリートミキサー車への後添加ができ、吹付セメントコンクリートのスランプ保持性と圧送性も良好で、又、急結剤を添加した急結性吹付セメントコンクリートの凝結性状や強度発現性も良好である。