(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、セメントコンクリート１００容量部中０．６〜１．０容量部の長さが６〜３０ｍｍであるスチールファイバーと、セメントコンクリート１００重量部中２．０〜７．０重量部の粒度０．１〜３．０ｍｍであるフェライト系磁石と、細骨材及び粗骨材とを含有してなる、水／セメント比が４０〜５５％であるセメントコンクリート。
【請求項２】
スチールファイバー以外のファイバーとして、長さが６〜３０ｍｍのカーボンファイバーを、セメントコンクリート１００容量部中、０．６〜１．０容量部含有してなる請求項１記載のセメントコンクリート。
【請求項３】
さらに、急結材を含有してなる請求項１または請求項２記載の急結性セメントコンクリート。
【請求項４】
請求項１又は２記載のセメントコンクリートを吹付機により圧送し、次いで急結材を急結材圧送装置により圧送することにより、該セメントコンクリートに混合して請求項３記載の急結性セメントコンクリートを調製し、吹付部に、該急結性セメントコンクリートを、吹付圧力２〜７ｋｇ／ｃｍ２、吹付速度４〜２０ｍ３／ｈで吹付け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、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吹付けるセメントコンクリート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】
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】
そして、セメントコンクリートのリバウンド率〔（急結性吹付コンクリートの跳ね返った量）／（急結性セメントコンクリート全体の吹付量）×１００（％）〕は２０〜４０％の範囲に入り、通常は３０％程度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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補強効果を大きくするために長さが３０ｍｍ程度と長いスチールファイバーを使用している。
しかしながら、スチールファイバーの長さが長いと、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〔（スチールファイバーの跳ね返った量）／（急結性吹付コンクリート全体中のスチールファイバーの吹付量）×１００（％）〕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、吹付時に磁性を有効に利用することにより、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】
即ち、本発明は、セメントと、セメントコンクリート１００容量部中０．６〜１．０容量部の長さが６〜３０ｍｍであるスチールファイバーと、セメントコンクリート１００重量部中２．０〜７．０重量部の粒度０．１〜３．０ｍｍであるフェライト系磁石と、細骨材及び粗骨材とを含有してなる、水／セメント比が４０〜５５％であるセメントコンクリートであり、スチールファイバー以外のファイバーとして、長さが６〜３０ｍｍのカーボンファイバーを、セメントコンクリート１００容量部中、０．６〜１．０容量部含有してなる該セメントコンクリートであり、さらに、急結材を含有してなる該急結性セメントコンクリートである。そして、該セメントコンクリートを吹付機により圧送し、次いで急結材を急結材圧送装置により圧送することにより、該セメントコンクリートに混合して該急結性セメントコンクリートを調製し、吹付部に、該急結性セメントコンクリートを、吹付圧力２〜７ｋｇ／ｃｍ２、吹付速度４〜２０ｍ３／ｈで吹付けてなることを特徴とする吹付工法である。
【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】
本発明のセメントコンクリートは、スチールファイバー及び磁石を含有するものである。セメントコンクリート中に磁石を含有させることにより、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。
【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。
【００１０】
本発明で使用するスチールファイバーは各種形状があるが、本発明では磁石に吸引できれば寸法や形状には問題なく使用できる。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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なり、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。
【００１３】
本発明に使用する磁石としては、フェライト等の永久磁石が好ましい。磁石の形状としては、特に制限されるものではないが、柱状が好ましい。
【００１４】
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。
【００１５】
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重量部未満だとセメントコンクリートの磁性が小さくなり、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、７．０重量部を越えると作業性が低下し、経済的に好ましくないおそれがある。
又、吹付圧力を高くして作業性に支障がないようにすれば、７．０重量部を越えて使用してもよい。
【００１６】
本発明では、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低下させるために、スチールファイバー以外のファイバーを、さらに使用することが好ましい。
【００１７】
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、アラミド、及びポリプロピレン等の有機物ファイバーやカーボンファイバー等が挙げられる。
【００１８】
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。
【００１９】
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なり、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。
【００２０】
さらに、ファイバー自身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磁化していない磁性材料を含有させることが好ましく、磁化しやすい磁性材料を含有させることがより好ましい。
【００２１】
磁化していない磁性材料としては、鉄粉や砂鉄等が挙げられる。
【００２２】
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。
【００２３】
磁化していない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なり、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明のセメントコンクリートにおける水の使用量は流動性が十分に確保できれは特に制限はないが、水／セメント比で３０〜６０％が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。３０％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、６０％を越えると強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２７】
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、リバウンドを更に低下する点で、シリカフュームや、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。
【００２８】
又、減水剤や増粘剤を使用してもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
増粘剤としては水溶性ポリマーのものが好ましく、アクリル酸系、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。
【００３１】
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、地山等への付着性が良くなり、初期強度発現性が良好となり、経済性が向上するという効果がある。
【００３２】
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類等のセメント鉱物系等が挙げられる。
【００３３】
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。
【００３４】
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なり、短期強度発現性が小さくなるおそれがあり、２０重量部を越えると長期強度発現性が小さくなるおそれがある。
【００３５】
磁場を有効に発生させやすくするために吹付部にはさらに、予め金網等を取り付けることが好ましい。
【００３６】
又、支保工を鉄棒等で結合させたりしてもよい。
【００３７】
さらに、支保工又は支保部材を用いてもよい。支保工としては、利用しやすい点で、Ｈ型鋼が好ましい。
【００３８】
又、さらに、磁石を含有せず、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ことも可能である。
【００３９】
本発明の吹付工法においては、従来使用の吹付設備等が使用できる。通常、吹付圧力は２〜７ｋｇ／ｃｍ2 、吹付速度は４〜２０ｍ3 ／ｈである。
【００４０】
吹付設備は吹付けが十分に行われれば、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商品名「アリバー２８５」等が、急結材の圧送には急結材圧送装置「ナトムクリート」等が、それぞれ使用できる。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例を説明する。
【００４２】
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壁に太さ５ｍｍφ程度×一辺１０ｃｍ程度の格子状金網を全面に取り付け、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た。
最初に、セメント４６０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１１７０ｋｇ／ｍ3 、粗骨材５２０ｋｇ／ｍ3 、水２００ｋｇ／ｍ3 、及び減水剤５．５ｋｇ／ｍ3 とし、吹付セメントコンクリート１００容量部中表１に示す容量部のスチールファイバー、及び吹付セメントコンクリート１００重量部に対して２．０重量部の磁石を混合して吹付セメントコンクリートを調製して、アリバー社製吹付機「アリバー２８５」により圧送し、次いで急結材圧送装置「ナトムクリート」により、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を吹付セメントコンクリートに混合することにより急結性吹付セメントコンクリートを調製し、吹付圧力６ｋｇ／ｃｍ2 、吹付速度１０ｍ3 ／ｈの条件下で内壁に吹付けた。試験結果を表１に示す。
【００４３】
＜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
減水剤：ポリカルボン酸塩系、市販品
スチールファイバー：ファィバー長さ３０ｍｍ、市販品、比重７．８
磁石：フェライト系、粒度０．１〜３．０ｍｍの粉末、市販品
急結材：粉末急結材、主成分カルシウムアルミネート系、市販品
【００４４】
＜測定方法＞
コンクリートリバウンド率：急結性吹付セメントコンクリートを１分間側壁に吹付けた時の、（急結性吹付セメントコンクリートの跳ね返った量）／（急結性セメント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。急結性吹付セメントコンクリートを１分間側壁に吹付けた時の、（スチールファイバーの跳ね返った量）／（急結性吹付セメントコンクリート全体中のスチールファイバーの吹付量）×１００（％）で示した。なお、跳ね返ったスチールファイバーの量は、跳ね返った急結性吹付セメントコンクリートからスチールファイバーを磁石により吸引、収集して測定した。
作業性：急結性吹付セメント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。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、２０℃、所定の材齢で測定した。
【００４５】
【表１】
0004253379.tif 000002
【００４６】
実験例２
吹付セメントコンクリート１００容量部中０．８容量部のスチールファイバー、及び吹付セメントコンクリート１００重量部に対して表２に示す重量部の磁石を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
0004253379.tif 000003
【００４８】
実験例３
吹付セメントコンクリート１００容量部中０．８容量部のスチールファイバー及び表３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、実施例１と同様に実施した。結果を表３に示す。
【００４９】
＜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
【００５０】
【表３】
0004253379.tif 000004
【００５１】
実験例４
吹付セメントコンクリート１００容量部中０．８容量部のスチールファイバー、及び吹付セメントコンクリート１００重量部に対して表４に示す重量部の磁性材料を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表４に示す。
【００５２】
＜使用材料＞
磁性材料：姫川産、砂鉄
【００５３】
【表４】
0004253379.tif 000005
【００５４】
実験例５
吹付セメントコンクリート１００容量部中０．８容量部のスチールファイバー、及びセメント１００重量部に対して表５に示す重量部の急結材を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【００５５】
【表５】
0004253379.tif 000006
【００５６】
実験例６
吹付セメントコンクリート１００容量部中カーボンファイバー０．８容量部、及び吹付セメントコンクリート１００重量部に対して磁性材料２．０重量部を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表６に示す。
【００５７】
【表６】
0004253379.tif 000007
【００５８】
実験例７
格子状金網を取り付けなかったこと以外は、実験Ｎｏ．１−４と同様に実施した。試験結果を表７に示す。
＜測定方法＞
粉塵量：側壁に急結性吹付セメントコンクリートを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。
【００５９】
【表７】
0004253379.tif 000008
【００６０】
実験例８
支保工を取り付けなかったこと以外は、実験Ｎｏ．１−４と同様に実施した。試験結果を表８に示す。
【００６１】
【表８】
0004253379.tif 000009
【００６２】
実験例９
急結材を使用せず、吹付セメントコンクリート１００容量部中０．８容量部のスチールファイバー、及び吹付セメントコンクリート１００重量部に対して表９に示す重量部の磁石を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表９に示す。
【００６３】
【表９】
0004253379.tif 000010
【００６４】
【発明の効果】
スチールファイバーと磁石を含有するセメントコンクリートを吹付けることにより、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、高価なスチールファイバーを有効に使用できるために経済性を向上でき、急結材の使用量を少なくできる利点がある。