(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金網を設置した吹付部に設置してなる支保工（支保工はＨ型鋼からなる）に電磁石を配置した後に、下記（１）〜（３）を含有してなる磁性材料を含有するセメントコンクリートを調製し、このセメントコンクリートにカルシウムアルミネート急結材をセメント１００重量部に対して３〜２０重量部混合する急結性セメントコンクリートを吹付けてなることを特徴とするセメントコンクリートの吹付工法。
（１）セメントコンクリート１００容量部中０．１〜１．５容量部のスチールファイバー
（２）セメントコンクリート１００重量部に対して０．２〜７．０重量部の永久磁石
（３）セメントコンクリート１００重量部に対して０．２〜７．０重量部の鉄粉及び／又は砂鉄
【請求項２】
スチールファイバーの長さが、３〜６０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の急結性セメントコンクリートの吹付工法。
【請求項３】
永久磁石の最大粒径が５ｍｍ以下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吹付工法。
【請求項４】
セメントコンクリートの水／セメント比が４０〜５５％である請求項１〜３のうちの１項記載の急結性セメントコンクリートの吹付工法。
【請求項５】
電磁石が、電線を繋いだものであって、セメントコンクリートを吹付ける前に、電流を流して磁場を形成させるものであることを特徴とする請求項１〜４のうちの１項記載の急結性セメントコンクリートの吹付工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、道路、鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山の側壁等といった吹付部へのセメントコンクリートの吹付工法に関する。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】
セメントコンクリートの靱性向上、セメントコンクリート地山の耐力の向上、耐ひび割れ性の向上、シングルシェル化対策、及びセメントコンクリートの剥落防止等を目的として、スチールファイバーが利用されている。セメントコンクリートを吹付部に吹付けた場合、一部の材料が吹付部に付着せずに跳ね返るという現象（以下リバウンドという）が発生していたが、スチールファイバーを使用した場合にはそれが顕著であった。
【０００３】
セメントコンクリートのリバウンド率〔（跳ね返った急結性セメントコンクリートの量）／（急結性セメントコンクリート全体の吹付量）×１００（％）〕は２０〜４０％、通常は３０％程度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スチールファイバーを含有したセメントコンクリートではスチールファイバーが３０ｍｍ程度と長く、吹付部へ付着しにくいことから、スチールファイバー自身のリバウンド率は４５〜５０％と大きく、特に水セメント比の小さい高強度セメントコンクリートでは５０〜６０％と著しく大きくなるという課題があった。スチールファイバーは高価であり、吹付部へ十分付着しないと、経済的に好ましくなく、対ひび割れ性能や曲げ強度の向上が望めない等の課題があった。
【０００５】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、吹付時に磁場を有効に形成することにより、上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、金網を設置した吹付部に設置してなる支保工（支保工はＨ型鋼からなる）に電磁石を配置した後に、下記（１）〜（３）を含有してなる磁性材料を含有するセメントコンクリートを調製し、このセメントコンクリートにカルシウムアルミネート急結材をセメント１００重量部に対して３〜２０重量部混合する急結性セメントコンクリートを吹付けてなることを特徴とするセメントコンクリートの吹付工法であり、
（１）セメントコンクリート１００容量部中０．１〜１．５容量部のスチールファイバー
（２）セメントコンクリート１００重量部に対して０．２〜７．０重量部の永久磁石
（３）セメントコンクリート１００重量部に対して０．２〜７．０重量部の鉄粉及び／又は砂鉄
スチールファイバーの長さが、３〜６０ｍｍ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吹付工法であり、永久磁石の最大粒径が５ｍｍ以下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吹付工法であり、セメントコンクリートの水／セメント比が４０〜５５％である該急結性セメントコンクリートの吹付工法であり、電磁石が、電線を繋いだものであって、セメントコンクリートを吹付ける前に、電流を流して磁場を形成させるもの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吹付工法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００８】
本発明は、吹付部に磁場を形成し、磁性材料を含有するセメントコンクリートを吹付ける吹付工法である。
【０００９】
本発明で使用するセメントとしては、通常用いられる、普通・早強・超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらのポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、３ＣａＯ・ＳｉＯ2 や１１ＣａＯ・７Ａｌ2 Ｏ 3・ＣａＦ2 を主成分とする超速硬セメント等が挙げられる。
又、普通ポルトランドセメントの配合を変更したセメントも含まれる。
【００１０】
吹付部に磁場を形成する工法としては、吹付部に設置した支保工に磁場を形成する工法が挙げられ、この工法は支保工に使用する鉄材等を利用して、地山等の吹付部に強い磁場を形成させることを特徴としている。
【００１１】
支保工に磁場を形成する方法としては、電磁石や永久磁石等の磁石を鉄製の支保工に配置する方法が好ましい。永久磁石としては、フェライト等が挙げられる。支保工としては、利用しやすい点で、Ｈ型鋼が好ましい。
【００１２】
電磁石としては、例えば鉄屑等の移動に使用するものが挙げられるが、作業性が良ければ、特に問題はない。
【００１３】
電磁石を使用する場合には、電磁石に電線を繋いでおき、セメントコンクリートを吹付ける前に、電磁石に電流を流して磁場を形成させれば良く、吹付終了と共に電流を切れば良い。例えばトンネル掘削時のように湧水があり、漏電する可能性がある場合には、電磁石にビニール等の不透水性材料からなるカバーをかけると良い。
【００１４】
セメントコンクリートは、磁石を移動しやすい点で、壁面に直接吹付け、支保工にできるだけ吹付けないことが好ましい。磁石の使用方法は、磁化量が磁極からの距離の二乗に反比例するので、吹付場所が移動すると共に磁石を吹付場所の近くへ移動させることが望ましい。又、吹付場所の近くに設置した二本の支保工に、二個以上の磁石を取り付けて吹付施工を行えば、極めて効率良く磁性材料のリバウンド率を低減できる。
【００１５】
磁石を使用する際の磁力は吹付時に磁性材料が磁力により付着できれば充分であるが、磁性材料がトンネル壁面と平行に付着し、かつ、磁力がトンネル壁面に平行になり、セメントコンクリートが壁面に当たっている場所で、２５ガウス以上の磁力を有することが好ましい。
【００１６】
さらに、磁場を有効に形成させやすくするために、吹付部に、予め金網等を取り付けたり、支保工を鉄棒等で結合させたりしてもよい。
【００１７】
本発明で使用する磁性材料としては、スチールファイバー、永久磁石以外の磁性材料、及び永久磁石が挙げられる。これらの中では、リバウンド低減の効果が大きい点で、スチールファイバーが好ましい。
【００１８】
又、スチールファイバーに限らず、磁性材料からファイバーを製造して使用し、リバウンドを少なくしてもよい。
【００１９】
スチールファイバーは各種形状があるが、本発明では磁場の形成が可能であれば寸法や形状には問題なく使用できる。
【００２０】
これらの中では、有機物ファイバーとスチールファイバーを複合した複合ファイバーが、スチールファイバーの錆びやすい欠点と、有機物ファイバーのひび割れ防止効果の小さい欠点とをなくす点で、好ましい。
【００２１】
スチールファイバーの長さは特に限定されるものではないが、３〜６０ｍｍが好ましく、６〜３０ｍｍがより好ましい。３ｍｍ未満だと補強効果が小さいおそれがあり、６０ｍｍを越えると吹付作業性が悪くなるおそれがある。
【００２２】
スチールファイバーの使用量は、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部が好ましく、０．６〜１．０容量部がより好ましい。０．１容量部未満だと強度発現性が小さく、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、１．５容量部を越えると吹付作業性、混合分散性、及び経済性が悪くなるおそれがある。
【００２３】
さらに、磁性材料やセメントコンクリートのリバウンドを低下させるために、セメントコンクリートに永久磁石以外の磁性材料を含有させることが好ましい。
【００２４】
永久磁石以外の磁性材料としては、例えば鉄粉や砂鉄等が使用できる。磁性材料をセメントコンクリート中に混合することにより、セメントコンクリート中のスチールファイバーが吹付部に吸引付着し、セメントコンクリートも強く付着するものと考えられる。
【００２５】
永久磁石以外の磁性材料の使用量は、セメントコンクリート１００重量部に対して、０．２〜７．０重量部が好ましく、１．０〜５．０重量部がより好ましい。０．２重量部未満だと強度発現性が小さく、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、７．０重量部を越えると経済的に好ましくないおそれがある。
【００２６】
さらに、本発明の吹付工法では、セメントコンクリート中に磁性材料を含有することにより、磁性材料が吹付部に吸引付着し、セメントコンクリートも強く付着できる点で、スチールファイバーの他にフェライト等の永久磁石をセメントコンクリートに含有させることが好ましい。
【００２７】
永久磁石の粒度はファイバーの分散性の点で、最大粒径５ｍｍ以下が好ましい。
【００２８】
永久磁石の使用量は、セメントコンクリート１００重量部に対して、０．２〜７．０重量部が好ましく、１．０〜５．０重量部がより好ましい。０．２重量部未満だと強度発現性が小さく、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、７．０重量部を越えると経済的に好ましくないおそれがある。
【００２９】
本発明の吹付工法では、さらに、スチールファイバー自身やセメントコンクリートのリバウンド率をさらに低下できる点で、スチールファイバー以外のファイバーをセメントコンクリートに含有させることが好ましい。
【００３０】
スチールファイバー以外のファイバーとしては、ビニロンファイバー、アラミドファイバー、及びポリプロピレンファイバー等の有機物ファイバー、並びに、カーボンファイバー等が挙げられる。
【００３１】
スチールファイバー以外のファイバーの長さは特に限定されるものではないが、３〜６０ｍｍが好ましく、６〜３０ｍｍがより好ましい。３ｍｍ未満だと補強効果が小さいおそれがあり、６０ｍｍを越えると吹付作業性が悪くなるおそれがある。
【００３２】
スチールファイバー以外のファイバーの使用量は、セメントコンクリート１００容量部中、０．１〜１．５容量部が好ましく、０．６〜１．０容量部がより好ましい。０．１容量部未満だと強度発現性が小さく、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、１．５容量部を越えると吹付作業性、混合分散性、及び経済性が悪くなるおそれがある。
【００３３】
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付けできれば特に制限されるものではない。
【００３４】
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。
【００３５】
本発明のセメントコンクリートにおける水の使用量は、強度発現性の点で、水／セメント比で３５％以上が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。３５％未満だとセメントコンクリートが十分に混合できないおそれがあり、５５％を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００３６】
本発明では、以上の材料の他にも、セメントコンクリートには、リバウンド率を更に低下させる点で、シリカヒューム、並びに、微粉フライアッシュ、ベントナイト、及びメタカオリン等の無機微粉末を使用してもよい。
【００３７】
又、減水剤や増粘剤を使用してもよい。
【００３８】
減水剤としては、メラミン系、ナフタレン系、及びポリカルボン酸系等の高性能減水剤が好ましい。
【００３９】
増粘剤としては水溶性ポリマーのものが好ましく、セルロース系、ポリエチレンオキサイド系、及びポバール系等がより好ましい。
【００４０】
さらに、本発明では、付着性向上の点で、急結材を使用することが好ましい。急結材により、セメントコンクリートの剥落を防止でき、付着性が良くなり、長期強度の低下がなく、経済性が向上し、アルカリ骨材反応がなくなるという効果がある。
【００４１】
急結材としては、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、及びケイ酸ナトリウム等の無機塩系、並びに、カルシウムアルミネート等のセメント鉱物系等が挙げられる。
【００４２】
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がより好ましい。
【００４３】
急結材の使用量は、セメント１００重量部に対して、３〜２０重量部が好ましく、５〜１５重量部がより好ましい。３重量部未満だとリバウンド率が大きく、短期強度発現性が低下するおそれがあり、２０重量部を越えると長期強度発現性が小さいおそれがある。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例を説明する。
【００４５】
実験例１
土質が粘性土であって崩れやすく、土圧が支保工にかかり変形が３００ｍｍと大きい地山において、直径５ｍの導水路工事を行った。
掘削した地山のトンネル内側壁に金網を取り付け、さらにＨ型鋼からなる支保工をトンネルの長手方向に間隔を設けて複数個配置し、トンネル切羽の最深部の支保工に電磁石を取り付けた。電磁石は電線を介して電源と繋いだ。さらに、側壁には太さ５ｍｍφ程度×一辺１０ｃｍ程度の格子状金網を全面に取り付けた。電磁石に電流を流し、この側壁に表１に示す配合の急結性コンクリートを吹付けた。急結性コンクリートは、アリバー社製吹付機「アリバー２８５」によりコンクリートを調製し、次いでコンクリートに急結材を混合することにより得られた。試験結果を表２に示す。
【００４６】
＜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：新潟県青海産石灰砂、表面水率３．１％、比重２．６４
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６５、最大寸法８ｍｍ
磁性材料▲１▼：スチールファイバー（ＳＦ）、ファイバー長さ３０ｍｍ、市販品、比重７．８
減水剤：ポリカルボン酸塩系、市販品
急結材：粉末急結剤、主成分カルシウムアルミネート系、市販品
電磁石：市販品
【００４７】
＜測定方法＞
コンクリートリバウンド率：急結性コンクリートを１分間側壁に吹付けた時の、（跳ね返った急結性コンクリートの量）／（急結性コンクリート全体の吹付量）×１００（％）で示した。
ファイバーリバウンド率：スチールファイバーのリバウンド率を示した。急結性コンクリートを１分間側壁に吹付けた時の、（跳ね返ったファイバーの量）／（急結性コンクリート中のファイバーの吹付量）×１００（％）で示した。なお、跳ね返ったファイバーの量は、跳ね返った急結性コンクリートからファイバーを磁石により吸引、収集して測定した。
ファイバー残存率：スチールファイバーの残存率を示した。側壁から急結性コンクリート５ｋｇ分を剥がし取り、この中に含有するファイバー量を測定し、（急結性コンクリート中のファイバー量）／（急結性コンクリート５ｋｇ中に配合上含有するファイバー量）×１００（％）で示した。
粉塵量：側壁に急結性コンクリートを３０分間吹付けた。１０分毎に吹付場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定し、得られた測定値の平均値を示した。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、２０℃、所定の材齢で測定した。
【００４８】
【表１】
0004036981.tif 000002
【００４９】
【表２】
0004036981.tif 000003
【００５０】
実験例２
格子状金網を取り付けなかったこと以外は、実験例１と同様に実施した。試験結果を表２に示す。
【００５１】
実験例３
電磁石を取り付けなかったこと以外は、実験例１と同様に実施した。試験結果を表２に示す。
【００５２】
実験例４
支保工を配置しなかったこと以外は、実験例１と同様に実施し、実施例とした。その結果、リバウンド率が１６％、ファイバーリバウンド率は８％、ファイバー残存率は９０％であった。
【００５３】
実験例５
コンクリート１００容量部中、表３に示す容量部の磁性材料▲１▼を使用したこと以外は、実験例１と同様に実施し、コンクリートリバウンド率、ファイバーリバウンド率、及び作業性を評価した。結果を表３に示す。
【００５４】
＜測定方法＞
作業性：急結性コンクリートを吹付けた際に、吹付機が詰まった場合を×、詰まり気味の場合を△、詰まらなかった場合を○とした。
【００５５】
【表３】
0004036981.tif 000004
【００５６】
実験例６
コンクリート１００容量部中、０．８容量部の磁性材料▲１▼及び表４に示す容量部のカーボンファイバーからなるファイバーを使用したこと以外は、実験例１と同様に実施し、コンクリートリバウンド率、ファイバーリバウンド率、及び作業性を評価した。結果を表４に示す。
【００５７】
＜使用材料＞
カーボンファイバー：ファィバー長さ３０ｍｍ、市販品、比重２．２
【００５８】
【表４】
0004036981.tif 000005
【００５９】
実験例７
コンクリート１００容量部中、０．８容量部の磁性材料▲１▼、及びコンクリート１００重量部に対して表５に示す重量部の磁性材料▲２▼を使用したこと以外は、実験例１と同様に実施し、コンクリートリバウンド率、ファイバーリバウンド率、及び圧縮強度を評価した。結果を表５に示す。
＜使用材料＞
磁性材料▲２▼：永久磁石、フェライト系、粒度０．１〜３．０ｍｍの粉末、市販品
【００６０】
【表５】
0004036981.tif 000006
【００６１】
実験例８
コンクリート１００容量部中、０．８容量部の磁性材料▲１▼、及びコンクリート１００重量部に対して表６に示す重量部の磁性材料▲３▼を使用したこと以外は、実験例１と同様に実施し、コンクリートリバウンド率、ファイバーリバウンド率、及び圧縮強度を評価した。結果を表６に示す。
【００６２】
＜使用材料＞
磁性材料▲３▼：姫川産の砂を電磁石で付着し、選別した砂鉄
【００６３】
【表６】
0004036981.tif 000007
【００６４】
実験例９
セメント１００重量部に対して表７に示す重量部の急結材を使用したこと以外は、実験例１と同様に実施し、コンクリートリバウンド率、ファイバーリバウンド率、及び圧縮強度を評価した。なお、急結性コンクリートが硬化するまで、最大１２時間電気を流して電磁力をかけた。結果を表７に示す。
【００６５】
【表７】
0004036981.tif 000008
【００６６】
実験例１０
さらに、表８に示す割合の磁性材料▲２▼及び磁性材料▲３▼からなる混合物１００ｋｇ／ｍ3 を使用したこと以外は、実験例１と同様に実施し、コンクリートリバウンド率とファイバーリバウンド率を評価した。結果を表８に示す。
【００６７】
【表８】
0004036981.tif 000009
【００６８】
【発明の効果】
磁性材料、特にスチールファイバーを含有するセメントコンクリートを吹付ける時に、磁場を形成する本発明の吹付工法により、スチールファイバーのリバウンド率を激減することができる。又、セメントコンクリートのリバウンド率も激減できる。更に粉塵量も低減できる。これらの効果により、セメントコンクリートの曲げ強度やひび割れ抵抗性が向上する。さらに、高価な磁性材料を有効に使用できるために経済性を向上でき、急結剤の使用量を少なくできる利点がある。