(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、セメント１００重量部に対して０．０５〜５重量部のポリカルボン酸系高性能減水剤と、セメント１００重量部に対して１００〜３００重量部の最大寸法が２．５〜７．５ｍｍである骨材と、セメント、ポリカルボン酸系高性能減水剤、骨材、及び鋼繊維を含有してなる吹付セメントコンクリート１００容量部中１．０〜１．２容量部の長さが０．５〜３０ｍｍである鋼繊維とからなる吹付セメントコンクリートに、非晶質のカルシウムアルミネート、ＩＩ型無水石膏、及びアルミン酸ナトリウムを含有してなる急結材を、セメント１００重量部に対して０．５〜２０重量部混合してなる鋼繊維補強急結性吹付セメントコンクリート。
【請求項２】
請求項１記載の鋼繊維補強急結性吹付セメントコンクリートを用いた鋼繊維のリバウンド率を低減する吹付け工法。
【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面へ吹付ける吹付材料の吹付工法に関する。
【０００２】
なお、本発明では、モルタルやコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【０００３】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結材をセメントコンクリートに混合した急結性セメントコンクリートの吹付工法が行われている（特公昭６０−４１４９号公報）。
【０００４】
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した、セメント、骨材、及び水の計量混合プラントで吹付セメントコンクリートを作り、それをアジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結材と混合し、急結性吹付セメントコンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この工法では、〔（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（％）〕で示されるリバウンド（跳ね返り）率が１５〜３０重量％と大きいという課題があった。特に繊維自身の繊維リバウンド率は５０重量％程度と著しく大きいという課題があった。繊維は高価であり、リバウンド率が大きいと経済的に好ましくない等の課題があった。
【０００６】
そこで、繊維リバウンド率のより小さい工法が求められていたが、現状では未だ充分に満足できる吹付材料がなく、その改良が強く望まれるようになった。
【０００７】
本発明者は、急結性吹付セメントコンクリートを高強度化する際の課題を種々検討した結果、ある特定の吹付材料を使用して吹付けを行うことにより前記課題が解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明は、セメントと、セメント１００重量部に対して０．０５〜５重量部のポリカルボン酸系高性能減水剤と、セメント１００重量部に対して１００〜３００重量部の最大寸法が２．５〜７．５ｍｍである骨材と、セメント、ポリカルボン酸系高性能減水剤、骨材、及び鋼繊維を含有してなる吹付セメントコンクリート１００容量部中１．０〜１．２容量部の長さが０．５〜３０ｍｍである鋼繊維とからなる吹付セメントコンクリートに、非晶質のカルシウムアルミネート、ＩＩ型無水石膏、及びアルミン酸ナトリウムを含有してなる急結材を、セメント１００重量部に対して０．５〜２０重量部混合してなる鋼繊維補強急結性吹付セメントコンクリートであり、該鋼繊維補強急結性吹付セメントコンクリートを用いた鋼繊維のリバウンド率を低減する吹付け工法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
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、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、３ＣａＯ・ＳｉＯ2 や１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2を主成分とする超速硬セメント、及び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。
【００１１】
本発明で使用する急結材は、カルシウムアルミネート類、セッコウ、及びアルミン酸塩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類とは、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、アルカリ金属土類ハロゲン化物、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】
カルシウムアルミネート類の中では、反応活性の点で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3（Ｃ12Ａ7）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１４】
本発明で使用する石膏は、市販のいずれの石膏も使用できるが、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、２０〜２５０重量部が好ましく、７５〜１５０重量部がより好ましい。２０重量部未満だと効果がなく、２５０重量部を越えると凝結時間が長くなり、初期凝結性状が悪くなる。
【００１７】
本発明で使用するアルミン酸アルカリ塩とは、初期凝結を促すものであり、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カ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。
【００１８】
アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対して、２〜３０重量部が好ましく、５〜２０重量部がより好ましい。２重量部未満だと効果はなく、３０重量部を越えると長期強度発現性を阻害し、凝結時間が長くなり、初期凝結性状が悪くなる。
【００１９】
急結材の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．５〜２０重量部が好ましく、５〜１５重量部がより好ましい。０．５重量部未満だと初期凝結せず、初期強度発現性が小さいおそれがあり、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。
【００２０】
本発明で使用する繊維は、無機質や有機質いずれも使用でき、急結性吹付セメントコンクリートの耐衝撃性や弾性を向上するという効果を有する。
【００２１】
繊維の長さは、圧送性や混合性の点で、１００mm以下が好ましく、０．５mm〜６０mmがより好ましい。１００mmを越えると圧送中に急結性吹付セメントコンクリートが閉塞するおそれがある。
【００２２】
無機質の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、石綿、セラミック繊維、及び金属繊維等が挙げられ、有機質の繊維としては、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリル繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、パルプ、麻、木毛、及び木片等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用できる。これらの中では経済性がよく、効果が大きい点で、金属繊維が好ましく、鋼繊維が好ましい。
【００２３】
繊維の使用量は、吹付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、０．３〜１．２容量部がより好ましい。０．１容量部未満だと繊維を添加した効果がないおそれがあり、１．５容量部を越えると吹付作業性、経済性、及び圧送性が悪くなるおそれがある。
【００２４】
本発明では、さらに、減水剤を使用できる。
【００２５】
減水剤とは吹付セメントコンクリートの流動性を改善するために使用するものをいい、液状のものや粉状のものいずれも使用できる。
【００２６】
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る。これらの一種又は二種以上を使用できる。これらの中では、強度発現性の点で、高性能減水剤が好ましい。
【００２７】
高性能減水剤により、吹付厚、急結材の添加量、粉塵の発生量、及びリバウンド率が低減し、急結性が向上するという効果を有する。
【００２８】
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、これらの一種又は二種以上を使用できる。これらは、液状又は粉状いずれも使用できる。
【００２９】
減水剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．０５〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。０．０５重量部未満だと効果がないおそれがあり、５重量部を越えると吹付セメントコンクリートの粘性が強すぎ、作業性が低下するおそれがある。
【００３０】
本発明で使用する骨材は吹付セメントコンクリートに添加するものであり、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、人工骨材、及び珪砂等が挙げられる。
【００３１】
骨材の最大寸法は７．５mm以下であり、２．５〜６ｍｍが好ましい。７．５ｍｍを越えると繊維リバウンド率が大きくなり、好ましくない。２．５ｍｍ未満だと単位水量や減水剤の使用量が多くなり、吹付セメントコンクリートの圧送時に閉塞を起こすおそれがある。
【００３２】
骨材の使用量は、セメント１００重量部に対して５０〜４００重量部が好ましく、１００〜３００重量部がより好ましい。５０重量部未満だと急結性吹付セメントコンクリートの粘性が増加して圧送が困難になり、圧送時に閉塞を起こすおそれがあり、４００重量部を越えるとリバウンド率が大きく、強度発現性が小さいおそれがある。
【００３３】
本発明の急結性吹付セメントコンクリートは、セメント、減水剤、繊維、及び骨材を含有する吹付セメントコンクリートに急結材を混合して得られたものである。
【００３４】
本発明の繊維の混合方法は、急結性吹付セメントコンクリートに繊維を混合してい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側や急結材側へ繊維を添加する方法や、吹付セメントコンクリートや急結材と別個に繊維を添加する方法が挙げられ、これらを併用してもよい。
【００３５】
又、凝結遅延剤、凝結促進剤、及び超微粉等の混和材の添加方法にも特に制限はなく、吹付セメントコンクリートに添加する方法や、急結材と共に混合管により添加する方法が挙げられる。
【００３６】
本発明の吹付工法では、乾式吹付法や湿式吹付法いずれも使用できる。乾式吹付工法としては、セメント、骨材、及び急結材を混合し、空気圧送し、途中で、例えばＹ字管の一方から水を添加して、湿潤状態で吹付ける方法や、セメント、骨材とを混合して空気圧送し、途中で急結材、水の順に添加し、湿潤状態で吹付ける方法等が挙げられる。湿式吹付工法としては、セメント、骨材、及び水を添加して混練し、空気圧送し、途中で、例えばＹ字管の一方から急結材を添加して吹付ける方法等が挙げられる。
【００３７】
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３〜５ｋｇ／ｃｍ2、吹付速度は４〜２０m3／ｈである。
【００３８】
本発明の吹付設備は吹付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製の「アリバー２８０」等が、急結材の圧送にはちよだ製作所製の急結材圧送装置「ナトムクリート」等が使用できる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例を説明する。
【００４０】
（実験例１）
Ｗ／Ｃ＝４５％とし、セメント１００重量部に対して１．０重量部の減水剤、セメント１００重量部に対して表１に示す骨材２５０重量部、及び吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維を混練して吹付コンクリートとし、コンクリート圧送機「アリバ−２８０」を用いて圧送した。圧送途中に設けたＹ字管の一方より、急結材を急結材添加機「デンカナトムクリート」により、セメント１００重量部に対して１０重量部圧送して吹付コンクリートと合流混合し、急結性吹付コンクリートとした。この急結性吹付コンクリートを４m3／ｈの条件で吹付け、を用いて吹付コンクリートとし、リバウンド率と圧送性を測定した。結果を表１に示す。
【００４１】
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン値３４２０ｃｍ2／ｇ、比重３．１６、市販品
減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤、市販品
骨材Ａ：新潟県姫川産砕石をふるいで分けたもの、最大寸法１０mm、比重２．６１
骨材Ｂ：新潟県姫川産砕石をふるいで分けたもの、最大寸法７．５mm、比重２．６１
骨材Ｃ：新潟県姫川産砕石をふるいで分けたもの、最大寸法６mm、比重２．６１
骨材Ｄ：新潟県姫川産砕石をふるいで分けたもの、最大寸法５mm、比重２．６１
骨材Ｅ：新潟県姫川産砕石をふるいで分けたもの、最大寸法２．５mm、比重２．６１
繊維：鋼繊維、維長３０mm、比重７．８、市販品
急結材：カルシウムアルミネート／石膏／アルミン酸塩＝１００／１００／１４（（（重量比）からなる混合物。但し、カルシウムアルミネートは１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3組成に対応するもので、非晶質、ブレーン値６０５０ｃｍ2／ｇのものを使用し、石膏はＩＩ型無水石膏、ブレーン値６０５０ｃｍ2／ｇのものを使用し、アルミン酸塩はアルミン酸ナトリウムを使用した。
【００４２】
（測定方法）
最大寸法：重量で少なくとも９０％が通るふるいのうち、最小寸法のふるいの呼び寸法で示される骨材の寸法で示した。
コンクリートリバウンド率：急結性吹付コンクリートを１分間０．１ｍ3の側壁に吹付けた時の、（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（重量％）で示した。
繊維リバウンド率：繊維のリバウンド率を示した。急結性吹付コンクリートを１分間０．１ｍ3の側壁に吹付けた時の、（跳ね返り落下した繊維の量）／（吹付に使用した急結性吹付コンクリート中の繊維の量）×１００（重量％）で示した。なお、跳ね返り落下した繊維の量は、跳ね返った急結性吹付コンクリートから繊維を磁石により吸引、収集し、繊維に付着したセメントを洗い流し、乾燥した後に測定した。
圧送性：急結性吹付コンクリートの圧送状況を観察した。Ｙ字管や配管が詰まらない場合を○、詰まり気味の場合を△、Ｙ字管や配管や詰まって吹付できない場合を×とした。
【００４３】
【表１】
0004244080.tif 000002
【００４４】
（実験例２）
Ｗ／Ｃ＝４５％とし、セメント１００重量部に対して１．０重量部の減水剤、セメント１００重量部に対して表２に示す重量部の骨材Ｄ、及び吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維を混練して吹付コンクリートとし、急結材をセメント１００重量部に対して１０重量部圧送して急結性吹付コンクリートとしたこと以外は、実施例1と同様に行い、リバウンド率と圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。
【００４５】
（測定方法）
圧縮強度：急結性吹付コンクリートを、幅２５cm×長さ２５cmのプルアウト型枠と幅５０cm×長さ５０cm×厚さ２０cmの型枠に吹付けた。材齢３時間の圧縮強度はプルアウト型枠の供試体を使用して測定した。プルアウト型枠表面からピンを急結性吹付コンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、そのときの引き抜き強度を求めた。（圧縮強度）＝（引き抜き強度）×４／（供試体表面積）から圧縮強度を算出した。材齢３日以降の圧縮強度は幅５０cm×長さ５０cm×厚さ２０cmの型枠から採取した直径５cm×長さ１０cmの供試体供試体を２０トン耐圧機で測定した。
【００４６】
【表２】
0004244080.tif 000003
【００４７】
（実験例３）
Ｗ／Ｃ＝４５％とし、セメント１００重量部に対して１．０重量部の減水剤、セメント１００重量部に対して骨材Ｄ２５０重量部、及び吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維を混練して吹付コンクリートとし、急結材をセメント１００重量部に対して表３に示す重量部圧送して急結性吹付コンクリートとしたこと以外は、実施例1と同様に行い、圧縮強度を測定した。結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
0004244080.tif 000004
【００４９】
（実験例４）
Ｗ／Ｃ＝４５％とし、セメント１００重量部に対して１．０重量部の減水剤、セメント１００重量部に対して骨材Ｄ２５０重量部、及び吹付コンクリート１００容量部中表４に示す容量部の繊維を混練して吹付コンクリートとし、急結材をセメント１００重量部に対して１０重量部圧送して急結性吹付コンクリートとしたこと以外は、実施例1と同様に行い、２８日曲げ強度と圧送性を測定した。結果を表４に示す。
【００５０】
（測定方法）
２８日曲げ強度：土木学会基準「鋼繊維補強コンクリートの曲げ試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ  ５５２−１９９８３）」に準じて２８日後の曲げ強度を測定。
【００５１】
【表４】
0004244080.tif 000005
【００５２】
【発明の効果】
本発明の吹付材料を使用することで、初期及び長期の強度発現性にも優れ、かつ、大幅にセメントコンクリートや繊維のリバウンド率を低減することができる。従って、吹付け施工コストの削減や施工時間の短縮も実現できる。