(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント１００重量部、シリカフューム２〜１０重量部、粒度がブレーン値で２０００〜１００００ｃｍ2／ｇの炭酸カルシウム１０〜３０重量部、減水剤１．０〜１．５重量部、吹付セメントコンクリート１００容量部中０．１〜１．５容量部の繊維（繊維の長さは３〜６０ｍｍ）、骨材を含有してなり、かつ、水／セメント比が４０〜６０％である吹付セメントコンクリートを圧送し、吹付直前に、粒度がブレーン値で５０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート１００重量部と粒度がブレーン値で４０００〜７０００ｃｍ2 ／ｇ以上の石膏２０〜２５０重量部を含有してなる急結材を、セメント１００重量部に対して、３〜２０重量部混合し、急結性吹付セメントコンクリートとして吹付ける吹付工法。
【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、露出した地山等への吹付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】
吹付セメントコンクリートの靱性、耐久性、及び耐ひび割れ性の向上、シングルシェル化対策、並びに、吹付セメントコンクリートの剥落防止等を目的として繊維が利用されている。吹付セメントコンクリートを地山等に吹付けた場合、吹付セメントコンクリートの一部が地山等に付着せずに跳ね返る現象（以下リバウンドという）が発生する。
【０００３】
そして、急結性吹付コンクリートを吹付けた時の、（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セメントコンクリート全体の量）×１００（重量％）で示されるリバウンド率は２０〜４０％、通常は３０％程度である。繊維を含有した吹付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、繊維の長さが通常３０ｍｍ程度と長い繊維を使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繊維の長さが長いと地山等へ付着しにくく、繊維自身のリバウンド率は４０〜５０％程度と大きく、特に水セメント比の小さい高強度吹付セメントコンクリートでは５０〜６０％と著しく大きくなる場合があり、繊維が、地山へ充分付着しないと、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、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、セメント１００重量部、シリカフューム２〜１０重量部、粒度がブレーン値で２０００〜１００００ｃｍ2／ｇの炭酸カルシウム１０〜３０重量部、減水剤１．０〜１．５重量部、吹付セメントコンクリート１００容量部中０．１〜１．５容量部の繊維（繊維の長さは３〜６０ｍｍ）、骨材を含有してなり、かつ、水／セメント比が４０〜６０％である吹付セメントコンクリートを圧送し、吹付直前に、粒度がブレーン値で５０００ｃｍ2 ／ｇ以上のカルシウムアルミネート１００重量部と粒度がブレーン値で４０００〜７０００ｃｍ2 ／ｇ以上の石膏２０〜２５０重量部を含有してなる急結材を、セメント１００重量部に対して、３〜２０重量部混合し、急結性吹付セメントコンクリートとして吹付ける吹付工法である。
【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 Ｏ3 ・ＣａＦ2 を主成分とする変性ポルトランドセメント等が挙げられる。これらの中では、スランプロスが少ない点で、普通セメントが好ましい。
【０００９】
本発明で使用する繊維は、ビニロン繊維、アラミド繊維、及びポリプロピレン繊維等の有機物繊維、鋼繊維、カーボン繊維、及びセラミックス繊維等の無機物繊維、並びに、有機物を鋼繊維に含浸させた複合繊維が挙げられる。これらの中では、鋼繊維の錆びやすい欠点と、有機物繊維のひび割れ防止効果の小さい欠点とをなくす点で、複合繊維が好ましい。
【００１０】
繊維には各種形状があるが、本発明では曲げ靭性強度の付与が可能であればメーカーや形状には問題なく使用できる。
【００１１】
繊維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、１２〜４０ｍｍ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】
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、０．６〜１．２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るおそれがあり、１．５容量部を越えるとリバウンド率が大きく、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】
本発明で使用するシリカフュームとは、金属シリコンやフェロシリコンを製造する際に発生する、非晶質のＳｉＯ2 を主成分とする球形の超微粒子物をいい、比表面積はブレーン値で約２０万ｃｍ2 ／ｇ程度である。
【００１４】
シリカフュームの使用量は、セメント１００重量部に対して、２〜２０重量部が好ましく、３〜１５重量部がより好ましい。２重量部未満だとリバウンド率が大きく、長期強度発現性が小さくなるおそれがあり、２０重量部を越えるとセメントコンクリートの粘性が増して圧送中に脈動が生じて吹付作業が困難となり、繊維自身のリバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００１５】
本発明で使用する無機粉末は、粒度がブレーン値で２０００〜１００００ｃｍ2 ／ｇであり、３０００〜７０００ｃｍ2 ／ｇが好ましい。２０００ｃｍ2 ／ｇ未満だと圧送性が低下し、強度発現性が小さくなり、１００００ｃｍ2 ／ｇを越えると圧送性が低下する。
【００１６】
本発明で使用する無機粉末としては、硅砂、珪石粉、クレー、タルク、陶磁器粉砕物、チタニア、ジルコニア、アルミナ、アエロジル、炭酸カルシウム、高炉スラグ微粉末、活性カオリン、及びフライアッシュ微粉末等が挙げられる。これらの中では、セメントコンクリートのポンプ圧送性の改善やセメントコンクリートの強度発現性向上の点で、比重が２．０以上の無機粉末が好ましく、比重が２．５以上の無機粉末がより好ましい。比重が２．０未満だと強度発現性が良くないおそれがある。
【００１７】
さらに、強度発現性や長期安定性の向上の点で、不活性、非膨潤性、及び非吸水性の無機粉末が好ましい。
【００１８】
比重が２．０以上で、不活性、非膨潤性、及び非吸水性の無機粉末としては、炭酸カルシウムや珪石粉等が挙げられる。これらの中では、入手が容易で安価な点で、炭酸カルシウムが好ましい。
【００１９】
無機粉末の使用量は、セメント１００重量部に対して、５〜４０重量部が好ましく、１０〜３０重量部がより好ましい。５重量部未満だと繊維リバウンド率が大きく、強度発現性が小さくなるおそれがあり、４０重量部を越えるとセメントコンクリートの粘性が増し圧送中に脈動が生じて吹付作業が困難となり、繊維リバウンド率が大きくなるおそれがある。
【００２０】
本発明で使用するシリカフュームや無機粉末の混合方法は、（１）セメント、シリカフューム、及び無機粉末を混合してセメントコンクリートを混練りする時に添加する方法、（２）シリカフュームと無機粉末を混合して混練りする時にセメントとともに添加する方法、及び（３）シリカフュームと水を混合してスラリーとし、セメントや無機粉末を混合してセメントコンクリートを混練りする時にこのスラリーを添加する方法等何れの方法でも可能である。
【００２１】
本発明では、さらに骨材を使用することが可能である。
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。
細骨材としては、川砂、砕砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用できる。
粗骨材としては、川砂利、砕石、及び石灰砂利等が使用できるが、粗骨材の最大骨材寸法は、リバウンド率が小さい点で、１５ｍｍ以下が好ましい。
【００２２】
本発明の吹付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、４０〜６０％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、６０％を越えると強度発現性が小さいおそれがある。
【００２３】
本発明では、付着性向上の点で、急結材を使用する。急結材により、急結性吹付セメントコンクリートの短時間強度を向上させ、剥落を防止でき、地山等への付着性が良くなるという効果がある。
【００２４】
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。
【００２５】
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く、カルシウムアルミネートが最も好ましい。
【００２６】
カルシウムアルミネートの中では、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・７Ａｌ2 Ｏ3 （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。
【００２７】
カルシウムアルミネートの粒度は、ブレーン値で３０００ｃｍ2 ／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ2 ／ｇ以上がより好ましい。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】
カルシウムアルミネートは単独でも急結材として使用できるが、石膏、消石灰、アルミン酸ナトリウム、及び／又は炭酸ナトリウム等を併用してもよい。これらの中では、石膏を併用することが好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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はなく、２５０重量部を越えると硬化時間が長くなり、初期凝結性状が悪くなるおそれがある。
【００３２】
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重量部を越えると圧送ホース内で閉塞する等の圧送性が低下し、リバウンド率が大きくなり、長期強度発現性が小さくなるおそれがある。
【００３３】
本発明で使用する減水剤は、コンクリートの流動性を向上させために使用するものである。
【００３４】
減水剤とは、セメントコンクリートの流動性や急結材の分散安定性を改善するために使用するものをいい、液状や粉状のものいずれも使用できる。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を使用してもよい。これらの中では、高強度発現性や分散安定性の点で、高性能減水剤が好ましい。
【００３５】
高性能減水剤により、急結材の使用量を少なくでき、粉塵の発生量やリバウンド率を極めて少なくできる。
【００３６】
高性能減水剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、液状や粉状のものいずれも使用でき、これらの一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、効果が大きい点で、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、及び／又はポリカルボン酸系高分子化合物が好ましい。
【００３７】
減水剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．２〜１．５重量部が好ましく、０．５〜１．２重量部がより好ましい。０．２重量部未満だと急結性吹付セメントコンクリートの流動性が不充分で吹付けができず、リバウンド率が大きくなるおそれがあり、１．５重量部を越えるとリバウント率が大きくなるおそれがある。
【００３８】
又、本発明では、増粘剤を使用してもよい。増粘剤としては、メチルセルロース等のセルロース系、ポリエチレンオキサイド系、及びポリビニールアルコール系等の水溶性ポリマーが好ましい。
【００３９】
本発明においては、従来使用の吹付設備等が使用できる。通常、吹付圧力は２〜５ｋｇ／ｃｍ2 、吹付速度は４〜２０ｍ3 ／ｈ程度である。
【００４０】
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コンクリート圧送装置「アリバー２８０」（アリバー社製）等が、急結材の圧送には急結材圧送装置「ナトムクリート」（ちよだ製作所製）等がそれぞれ使用できる。
【００４１】
本発明では、セメント、繊維、シリカフューム、無機粉末、減水剤、及び必要に応じて粗骨材や細骨材を混合して吹付セメントコンクリートを調製する。調製した吹付セメントコンクリートは、スランプが好ましくは８〜２３．５ｃｍ、より好ましくは１２〜２１ｃｍの軟らかさでポンプ圧送し、吹付直前に急結材と混合し、急結性吹付セメントコンクリートとして地山に吹付けるものである。
【００４２】
【実施例】
以下、実験例に基づき詳細に説明する。
【００４３】
実験例１
表１に示す配合の吹付コンクリートをアリバー社製吹付機「アリバー２８０」により調製、圧送した。別に急結材圧送装置「ナトムクリート」により、急結材がセメント１００重量部に対して、１０重量部になるように圧送し、吹付直前にＹ字管で吹付コンクリートと混合し、急結性吹付コンクリートとしてその１００リットルを、鉄板により作成した模擬トンネルの側壁に吹付けた。試験結果を表２に示す。
【００４４】
＜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
細骨材：新潟県青海産石灰砂、比重２．６４
粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、比重２．６５、最大寸法１０ｍｍ
水：水道水
繊維：鋼繊維、長さ３０ｍｍ、比重７．８、市販品
シリカフューム：ブレーン値１８万ｃｍ2 ／ｇ、比重２．２、市販品
無機粉末α：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値４８２０ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、市販品
減水剤：高性能減水剤、ポリカルボン酸系、市販品
急結材：カルシウムアルミネート／石膏＝１／１（重量比）からなる混合物。但し、カルシウムアルミネートはＣ12Ａ7 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のものを使用した。
【００４５】
＜測定方法＞
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セメント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、鋼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。
脈動性：急結性吹付コンクリートの圧送中のホースの脈動状況を評価した。圧送ホースが脈動しない場合を○、脈動が発生しても急結性吹付コンクリートが途切れずに吐出した場合を△、脈動が激しく急結性吹付コンクリートの吐出が途切れた場合を×とした。
圧縮強度：材齢３時間の強度は土木学会基準「引抜き方法による吹付けコンクリートの初期強度試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ  ５６１−１９９４）に準じて測定し、１日以降の圧縮強度はＪＩＳ  Ａ  １１０７（１９９３）に準じて測定した。
【００４６】
【表１】
0004321889.tif 000002
【００４７】
【表２】
0004321889.tif 000003
【００４８】
実験例２
水２２５ｋｇ／ｍ3 、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、無機粉末α９０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１０６２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材４６０ｋｇ／ｍ3 、減水剤４．５ｋｇ／ｍ3 、吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維、及びセメント１００重量部に対して表３に示す量のシリカフュームを用いて吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を混合して急結性吹付コンクリートとして、スランプ、リバウンド率、脈動性、及び圧縮強度を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００４９】
＜測定方法＞
スランプ：吹付コンクリートのスランプ。ＪＩＳ  Ａ１１０１（１９９５）に準じて測定。
【００５０】
【表３】
0004321889.tif 000004
【００５１】
実験例３
水２２５ｋｇ／ｍ3 、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、シリカフューム２２．５ｋｇ／ｍ3 、細骨材１０６２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材４６０ｋｇ／ｍ3 、減水剤４．５ｋｇ／ｍ3 、吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維、及びセメント１００重量部に対して表４に示す量の無機粉末を用いて吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を混合して急結性吹付コンクリートとして、スランプ、リバウンド率、脈動性、及び圧縮強度を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。
【００５２】
＜使用材料＞
無機粉末β：クレー、ブレーン値２８２０ｃｍ2 ／ｇ、比重２．５、市販品
無機粉末γ：陶磁器粉砕物、ブレーン値４８２０ｃｍ2 ／ｇ、比重２．０、市販品
【００５３】
【表４】
0004321889.tif 000005
【００５４】
実験例４
水２２５ｋｇ／ｍ3 、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、シリカフューム２２．５ｋｇ／ｍ3 、無機粉末α９０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１０６２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材４６０ｋｇ／ｍ3 、減水剤４．５ｋｇ／ｍ3 、及び吹付コンクリート１００容量部中表５に示す容量部の繊維を用いて吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を混合して急結性吹付コンクリートとして、リバウンド率、曲げタフネス、及び作業性を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表５に示す。
【００５５】
＜測定方法＞
曲げタフネス：土木学会基準「鋼繊維補強コンクリートの曲げタフネス試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ  ５５２−１９９８３）」に準じて、材齢２８日後の曲げタフネスを測定した。
作業性：急結性吹付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。
【００５６】
【表５】
0004321889.tif 000006
【００５７】
実験例５
水２２５ｋｇ／ｍ3 、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、シリカフューム２２．５ｋｇ／ｍ3 、無機粉末α９０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１０６２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材４６０ｋｇ／ｍ3 、減水剤４．５ｋｇ／ｍ3 、及び吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維を用いて吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して表６に示す量の急結材を混合して急結性吹付コンクリートとして、リバウンド率、圧縮強度、及び圧送性を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表６に示す。
【００５８】
＜測定方法＞
圧送性：急結性吹付コンクリートの圧送状況を評価した。圧送ホースが閉塞しない場合を○、脈動が発生したものの圧送ホースが閉塞しない場合を△、圧送ホースが閉塞した場合を×とした。
【００５９】
【表６】
0004321889.tif 000007
【００６０】
実験例６
水２２５ｋｇ／ｍ3 、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、シリカフューム２２．５ｋｇ／ｍ3 、無機粉末α９０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１０６２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材４６０ｋｇ／ｍ3 、セメント１００重量部に対して表７に示す量の減水剤、及び吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維を用いて吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を混合して急結性吹付コンクリートとして、スランプ、リバウンド率、及び作業性を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表７に示す。
【００６１】
【表７】
0004321889.tif 000008
【００６２】
実験例７
水２２５ｋｇ／ｍ3 、セメント４５０ｋｇ／ｍ3 、シリカフューム２２．５ｋｇ／ｍ3 、表８に示す無機粉末９０ｋｇ／ｍ3 、細骨材１０６２ｋｇ／ｍ3 、粗骨材４６０ｋｇ／ｍ3 、減水剤４．５ｋｇ／ｍ3 、及び吹付コンクリート１００容量部中１．０容量部の繊維を用いて吹付コンクリートを調製し、セメント１００重量部に対して急結材１０重量部を混合して急結性吹付コンクリートとして、圧縮強度と圧送性を評価したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表８に示す。
【００６３】
＜使用材料＞
無機粉末δ：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値１０００ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、粉砕品
無機粉末ε：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値２０００ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、粉砕品
無機粉末ζ：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値３０００ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、粉砕品
無機粉末η：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値７０００ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、粉砕品
無機粉末θ：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値１００００ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、粉砕品
無機粉末ι：炭酸カルシウム（石灰石微粉末）、ブレーン値１５０００ｃｍ2 ／ｇ、比重２．７、粉砕品
【００６４】
【表８】
0004321889.tif 000009
【００６５】
【発明の効果】
本発明の急結性吹付セメントコンクリートにより、繊維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。更に短・長期強度発現が飛躍的に増加する。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、高価な繊維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。