(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート中のセメント１００重量部に対し１０重量部以下（０を除く）のカルシウムアルミネート系粉体状急結材を急結材供給設備４から急結材輸送管１７を介し急結材合流管５まで輸送する、コンプレッサ７から急結材圧縮空気輸送管１８を介し供給され、カルシウムアルミネート系粉体状急結材を急結材合流管５まで輸送する圧縮空気と、コンプレッサ７から圧縮空気輸送管１０を介し水合流管２１を経て急結材合流管５まで供給される、圧縮空気の指示圧が５〜７ｋｇ／ｃｍ2である圧縮空気の総量を、大気圧換算値で５．９〜９ｍ3／分の範囲内になるように調整して、水ポンプ６により水輸送管１４を介して、コンクリート中の急結材１００重量部に対し４０〜７０重量部の水が水合流管２１に供給され、圧縮空気と混合し、コンクリートポンプ１により内径５５〜１０５ｍｍの輸送管２を介し、コンクリート合流管３まで輸送されたコンクリートと混合した後、内径５５〜１０５ｍｍ、長さ１ｍ以下の輸送管８を介し、吹付ノズル９まで輸送し、吹付ノズル９から急結性コンクリートを吹付けることを特徴とする急結性コンクリートの吹付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばトンネル掘削工事における地山の補強や掘削面の安定化のために行われる急結性コンクリートの吹付装置及びその吹付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、湿式におけるコンクリートの吹付方法としては、ピストンポンプ等により送られるコンクリートを輸送する輸送管内に、コンプレッサから送られる圧縮空気を供給し、コンクリートを分散して空気輸送するとともに、急結材を供給してコンクリートと急結材を混合した後、吹付ノズルより急結性コンクリートを吹付ける方法が挙げられる。
【０００３】
この方法の場合、ピストンポンプにより送られるコンクリートに圧力３〜６ｋｇ／ｃｍ2 の圧縮空気を供給してピストンポンプによる脈動の影響を小さくし、急結材の不均一な混合を防止するとともに、輸送管内でコンクリートをできるだけ分散させ、急結材がコンクリート中に均一に混ざるようにすることが良好な吹付を行う条件であるとされている。
【０００４】
又、吹付作業においては、コンクリートの圧送距離を湿式で３０ｍ以下とすることが多く、急結材は通常ノズル手前２〜３ｍの位置で添加している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法においては、吹付ノズルより吹き出された急結性コンクリートが吹付により地山に衝突した際、リバウンドにより落下してしまう急結性コンクリート量が多くなり、吹付効率が著しく低下するという問題がある。
【０００６】
本発明の主たる目的は、このような従来の問題点に鑑み、吹付に使用する圧縮空気量を考慮し、リバウンドによる落下量を減少しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、コンクリート中のセメント１００重量部に対し１０重量部以下（０を除く）のカルシウムアルミネート系粉体状急結材を急結材供給設備４から急結材輸送管１７を介し急結材合流管５まで輸送する、コンプレッサ７から急結材圧縮空気輸送管１８を介し供給され、カルシウムアルミネート系粉体状急結材を急結材合流管５まで輸送する圧縮空気と、コンプレッサ７から圧縮空気輸送管１０を介し水合流管２１を経て急結材合流管５まで供給される、圧縮空気の指示圧が５〜７ｋｇ／ｃｍ2である圧縮空気の総量を、大気圧換算値で５．９〜９ｍ3／分の範囲内になるように調整して、水ポンプ６により水輸送管１４を介して、コンクリート中の急結材１００重量部に対し４０〜７０重量部の水が水合流管２１に供給され、圧縮空気と混合し、コンクリートポンプ１により内径５５〜１０５ｍｍの輸送管２を介し、コンクリート合流管３まで輸送されたコンクリートと混合した後、内径５５〜１０５ｍｍ、長さ１ｍ以下の輸送管８を介し、吹付ノズル９まで輸送し、吹付ノズル９から急結性コンクリートを吹付けることを特徴とする急結性コンクリートの吹付方法ル９から急結性コンクリートを吹付けることを特徴とする急結性コンクリートの吹付方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明に係わる急結性コンクリートの吹付装置の一構成例を示したものである。
【００１０】
図１に示すように、吹付用のコンクリートは、例えば、市販のミキサーにより練り混ぜられた後、コンクリートポンプ１に供給され、コンクリートポンプ１により輸送管２内を輸送され合流管３まで送られる。つまり、輸送管２内はコンクリートのみが送られる。
【００１１】
急結材は、供給される圧縮空気により急結材供給設備４から急結材輸送管１７を介し合流管５まで送られる。合流管２１は合流管５に接続されるものである。急結材供給設備４にはコンプレッサ７から圧縮空気輸送管１８を介し、圧縮空気が供給され、急結材はこの圧縮空気により空気輸送される。従って、急結材輸送管１７内には急結材と共に圧縮空気も供給される。急結材供給設備４へ供給される圧縮空気の量は、コンプレッサ７と急結材供給設備４を接続する圧縮空気輸送管１８の途中に設けられた流量計１９により測定され、バルブ２０によりその量を調整することができる。
【００１２】
又、コンプレッサ７により圧縮された圧縮空気は、急結材供給設備４へ供給される圧縮空気とは別に、圧縮空気輸送管１０を介し合流管２１に供給され、ここで、水ポンプ６から供給される水と合流した後、合流管５へ送られ、ここで急結材と合流される。圧縮空気輸送管１０にはその途中に空気量を測定するための流量計１１、その増減を調整するためのバルブ１２、及び該バルブ１２と合流管５との間に圧縮空気の圧力を測定するための圧力計１３が設けられている。
【００１３】
水ポンプ６から水輸送管１４を介して合流管２１へ供給される水は、コンプレッサ７から圧縮空気輸送管１０を介して供給される圧縮空気と混合することにより、高速化され、霧状とされたスラリーとして、合流管５へ送られる。このスラリーをさらに合流管３へ供給しコンクリートと混合する。合流管２１へ供給される水の量は、水ポンプ６と合流管２１を接続する水輸送管１４の途中に設けられた流量計１５により測定され、バルブ１６によりその量を調整することができる。
【００１４】
合流管５では、空気輸送される急結材と、コンプレッサ７からの圧縮空気と水ポンプ６からの水を混合したものとが合流し、圧縮空気を含有する急結材スラリーとなる。さらに合流管５より合流管３に、圧縮空気を含有する急結材スラリーが供給され、コンクリートに急結材スラリーが添加される。
【００１５】
急結材をスラリーとしてコンクリートに供給した場合、急結材は粉塵として吹付ノズル９より吹き出されることがなく、コンクリートと急結材の混合性が高まり、この結果、粉塵量やリバウンド率が低下する。
【００１６】
急結材と合流してスラリーとする水の量はコンクリート中の急結材１００重量部に対し、４０〜７０重量部が好ましい。４０重量部より小さいとコンクリートが輸送管あるいは合流管内で閉塞し、粉塵量やリバウンド率が低下するおそれがあり、７０重量部より大きいと急結性コンクリートの強度が低下するおそれがある。
【００１７】
急結材スラリーが添加されたコンクリートは、輸送管８内を圧縮空気の膨張とその流れにより急結材スラリーと混合しながら輸送され、吹付ノズル９より地山等へ吹付けられる。
【００１８】
ここで、合流管３に供給される圧縮空気の総量、即ち、圧縮空気輸送管１０と合流管２１を介し合流管５まで供給される圧縮空気と、急結材を合流管５まで輸送する圧縮空気の総量は、大気圧換算で３〜１０ｍ3／分の範囲内に調整することが必要である。コンプレッサ７から供給される圧縮空気を圧縮空気輸送管１０と合流管２１を介し合流管５に供給した場合は、急結材を輸送する圧縮空気の量を減少することができ、急結材供給設備４に付属する（図示せず）ドライヤ等が小型化できる利点がある。又、吹付ノズル９より吹付けるのに必要な圧縮空気の量を補う役目も果たす。
【００１９】
本発明の急結性コンクリートの吹付方法は、合流管３に供給する圧縮空気の総量を３〜１０ｍ3／分の範囲内になるように調整するものであり、４〜９ｍ3／分の範囲内になるように調整することがより好ましい。
【００２０】
合流管３に供給する圧縮空気の総量が３ｍ3／分より少ないと急結性コンクリートの輸送速度が遅すぎて、急結性コンクリートが圧縮空気中に分散されにくくなり吹付ノズル９より固まりの状態で断続して排出されやすくなる。このような状態では、地山に対し急結性コンクリートを平滑に吹付けることができず、急結性コンクリートの厚さを均一に保てなくなる。又、輸送管の管壁付近の輸送速度が遅くなるため、管壁に付着したペースト成分が地山まで到達せずに落下する。そして、さらに、圧縮空気の量を下げると、急結性コンクリートは輸送管あるいは合流管内で閉塞してしまう。
【００２１】
一方、合流管３に供給する圧縮空気の総量が１０ｍ3／分より大きいと、急結性コンクリートの輸送速度が速すぎて、吹付ノズル９より排出される急結性コンクリートが地山等に衝突する速度が速くなり、リバウンド率が急激に増加する。
【００２２】
本発明においては、輸送管２や輸送管８の内径が５５〜１０５ｍｍ、輸送管８の長さが３ｍ以下のものを用いることが好ましい。この範囲外では、合流管３に供給する圧縮空気の総量を前述した適正な範囲に調整することが困難になるおそれがある。
【００２３】
具体的には、輸送管２や輸送管８の内径が５５ｍｍより小さいと、コンクリート又は急結性コンクリートの輸送抵抗が大き過ぎて、特に流動性の低いコンクリートを用いると輸送管内で閉塞する場合があり、比較的流動性が高いコンクリートしか用いることができなくなるおそれがある。輸送管２や輸送管８の内径が１０５ｍｍより大きいと、輸送管中の空気の体積率が大きくなり、多量の圧縮空気が必要となり、コンプレッサーを大型化する必要を生じ、コストがアップするおそれがある。又、輸送管８の内径が１０５ｍｍより大きいと、急結材のロスが大きくなるおそれがある。
【００２４】
又、輸送管８の長さが３ｍを超えると、急結性コンクリートの輸送抵抗が大きくなり、特に流動性の低い急結性コンクリートを用いると輸送管内で閉塞する場合があり、比較的流動性の高い急結性コンクリートしか用いることができなくなるおそれがある。さらに、合流管３に供給する圧縮空気の総量は３〜１０ｍ3／分の範囲を外れやすくなるおそれがある。
【００２５】
尚、図１に示すような輸送管８は必須ではなく、合流管３と吹付ノズル９をそれぞれ直結することもできる。この場合には、本発明でいう「輸送管８」は、合流管３の合流部から吹付ノズル９までの部分である。
【００２６】
コンプレッサ７から合流管５へ圧縮空気輸送管１０を介して供給される圧縮空気の圧力はバルブ１２を用いて調整した場合、圧縮空気の量が増加するとリバウンド量が大きくなるおそれがあり、又、吹付ノズル９より断続的にコンクリートが排出するとコンクリートの吹付面が平滑でなくなるおそれがあるので、圧力計１３の指示圧が５〜７ｋｇ／ｃｍ2の範囲内であることが好ましい。
【００２７】
本発明に使用されるコンクリートポンプ１は市販のものが使用できるが、ピストンポンプが好ましい。ピストンポンプの代表的な例としてはコンクリートの吐出能力が最大で２５ｍ3／ｈ程度で、ピストンの速度によりコンクリートの吐出量を調整できるものが使用される。
【００２８】
吹付ノズル９は、一般にその口径が出口部に進むに従い絞られるテーパ管が使用される。テーパ角は０．５度程度あれば良い。又、出口部の口径は５０ｍｍ程度のものが好適である。
【００２９】
急結材供給設備４は、コンプレッサ７より供給された圧縮空気を付属のエアドライヤーあるいはアフタークーラーにより除湿し、この除湿された圧縮空気により急結材を空気輸送する装置が使用できる。急結材供給のために使用される圧縮空気の量は大気圧換算で概ね１〜５ｍ3／分とするのが良い。この空気量は、図１の装置においては流量計１９により圧縮空気の供給側で測定される。尚、急結材輸送管１７としては、口径が３／４Ｂ又は１Ｂのホースが使用される。
【００３０】
水ポンプ６は市販のものが使用でき、プランジャやピストン等の往復式や遠心ポンプ等が使用される。
【００３１】
コンプレッサ７は市販のものが使用でき、代表的な例としては往復式やねじ式等が使用される。
【００３２】
流量計１１と流量計１９には、市販のものが使用できる。圧縮空気中に含まれるドレンの影響を受け指示値が狂わないものが好適である。
【００３３】
流量計１５には、市販のものが使用でき、代表的な例としては羽根車式等が使用される。
【００３４】
又、急結材の量はコンクリート中のセメント１００重量部に対し、１０重量部以下の量が好ましい。かかる急結材としては、既に公知の粉体状のもので、例えば、カルシウムアルミネート類単味のもの、アルミニウム塩（硫酸アルミニウム等）単味のもの、アルミン酸塩（アルミン酸ナトリウム）やカルシウムアルミネート類と炭酸塩とを主成分としたもの、又、これらの混合物等が挙げられる。
【００３５】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
【００３６】
（実施例１〜２、参考例１及び比較例１〜２）
図１に示す急結性コンクリートの吹付装置を組んだ。尚、輸送管２及び輸送管８の内径は６５ｍｍとし、輸送管２は１０ｍ、輸送管８は１ｍとした。又、吹付ノズル９は入口径６５ｍｍから出口径５０ｍｍに絞ったものを使用した。
【００３７】
吹付に使用したコンクリートは、各材料の単位量をセメント４５０ｋｇ／ｍ3、水２０３ｋｇ／ｍ3、細骨材１１６４ｋｇ／ｍ3及び粗骨材５０３ｋｇ／ｍ3とし、さらに、ポリカルボン酸系高性能減水剤をセメント１００重量部に対し１．５重量部添加したものとした。急結材はコンクリート中のセメント１００重量部に対し１０重量部使用し、合流管５で急結材１００重量部に対し水７０重量部を、合流管２１を介して加えて急結材のスラリーを調製し、これを合流管３に供給してコンクリートに混合し吹付を行った。使用材料の詳細を以下に示す。
【００３８】
(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
細骨材：新潟県姫川産川砂、表面水率４．０％、比重２．６１
粗骨材：新潟県姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大寸法１０ｍｍ
急結材：市販品、カルシウムアルミネート系急結材
減水剤：市販品、ポリカルボン酸系高性能減水剤
【００３９】
上記吹付装置及び急結性コンクリートを用い、バルブ１２及びバルブ２０により圧縮空気の流量を調整し、バルブ１６により水の流量を調整し、急結性コンクリートの吹付を行い、以下に示す方法によりリバウンド率等の評価を行った。
【００４０】
（評価方法）
（リバウンド率）
急結性コンクリートを１５ｍ3／ｈの速度で１０分間、鉄板でアーチ状に製作した高さ５ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、下式によりリバウンド率を算出した。リバウンド率＝（模擬トンネルに付着せずに落下した急結性コンクリートの重量）／（模擬トンネルに吹付けた急結性コンクリートの重量）×１００（％）
【００４１】
（輸送性）
急結性コンクリートの輸送状況を観察した。合流管や輸送管が詰まらない場合を○、詰まり気味でありコンクリートが断続的に排出される場合を△、合流管や輸送管が詰まって吹付ができない場合を×とした。
【００４２】
（コンクリートの仕上げ面）
急結性コンクリートの厚さが均一で平滑な場合を○、コンクリートの仕上げ面が凸凹している場合を×とした。
【００４３】
【表１】
0004144975.tif 000002
【００４４】
（比較例３）
合流管５で急結材１００重量部に対し水を加えずに粉末急結材とし、これを合流管３に供給したこと以外は、実施例１〜２、参考例１及び比較例１〜２と同様に急結性コンクリートの吹付を行い、先と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
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【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下の効果を奏する。
合流管３に供給する圧縮空気の量を３〜１０ｍ3／分の範囲に調整することにより、コンクリートの輸送速度を適度な範囲内に保持することができ、コンクリートを圧縮空気中に充分に分散して地山に対して平滑に吹付けることができると共に、リバウンドによるコンクリートの落下量を低く抑えることができる。又、吹付時の閉塞等によるトラブルを防止でき、吹付コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるコンクリートの吹付装置の一構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  コンクリートポンプ
２  輸送管
３  合流管
４  急結材供給設備
５  合流管
６  水ポンプ
７  コンプレッサ
８  輸送管
９  吹付ノズル
１０  圧縮空気輸送管
１１  流量計
１２  バルブ
１３  圧力計
１４  水輸送管
１５  流量計
１６  バルブ
１７  急結材輸送管
１８  圧縮空気輸送管
１９  流量計
２０  バルブ
２１  合流管
【図１】
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