(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、骨材と、微粉末とを含むコンクリート材料を配合する方法であって、該方法は、
前記骨材に対する細骨材の質量比を一定とし、細骨材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる所定量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末および水と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを配合して複数の前記コンクリート材料の試験練りを行う段階と、
前記複数のコンクリート材料の試験練りにより得られる前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉末の含有量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記微粉末の含有量の増加に伴って前記単位水量が増減する前記単位水量と前記微粉末の含有量との関係から、前記単位水量が大きい割合で低下する範囲を求める段階と、
大きい割合で低下する前記単位水量の範囲内となる所定量の水と、前記所定量の水に対して前記単位水量と前記微粉末の含有量との関係から算出される量の前記微粉末と、前記所定量の骨材と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを配合する段階とを含む、コンクリート材料の配合方法。
【請求項２】
前記骨材は、石灰を含む骨材である、請求項１に記載のコンクリート材料の配合方法。
【請求項３】
前記微粉末は、石粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末、発泡または膨張性を有する微粉末、路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、またはこれらの混合物から選択される、請求項１または２に記載のコンクリート材料の配合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート材料の配合方法およびコンクリート組成物に関し、より詳細には、各コンクリート材料の最適な配合量を算出し、算出した配合量で配合を行うコンクリート材料の配合方法および該配合方法により配合された各コンクリート材料を混練して製造されるコンクリート組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの施工工法としては、従来、シールド工法、ベンチカット工法、全断面掘削工法、ＮＡＴＭ工法などが知られており、特にベンチカット工法、全断面工法、ＮＡＴＭ工法においては、コンクリートによりトンネルの内面を覆う覆工工事が行われている。
【０００３】
このために用いられる覆工方法においては、１次覆工コンクリート層を形成するために多くの場合コンクリート吹付け工法が用いられ、この際に用いられる吹付けコンクリートについては、従来から種々の組成を有するものが知られている。しかしながら、吹付けコンクリートは、コンクリートを構成する骨材の産地、種類により性状が異なり、良質の骨材を安定して需給することが困難であるために強度のバラツキ、施工性の変動、経済性の低下といった種々の問題を生じさせている。また、吹付けコンクリートの吹付け作業、及びズリ搬出作業により発生する粉塵に起因する作業衛生上の問題も指摘されている。
【０００４】
また、上述した性状や強度のバラツキのある骨材を用いたコンクリートは、水密性が悪く、吹付けを行った場合においては、コンクリートの着きが悪く、吹付けたコンクリートが付着せずに跳ね返るリバウンドを多く発生させる。従来においては、このリバウンドを減少させるために急結剤を多く添加して、早くコンクリートを固めるといったことが行われている。しかしながら、吹付けコンクリートを早く固めるために多くの急結剤を用いた結果、長期強度が落ちるとともに粉塵が増加するといった問題があった。また、流動性が悪いために、均一な施工が難しいといった問題もあった。
【０００５】
上述した問題点を解決するために種々の改善方法が、例えば（１）全材料の性状を直接改善するため減水剤、混和剤、粉塵低減剤といった添加剤を添加すること、（２）原材料そのものの組合せを変え、高品質コンクリートを用いる施工方法を用いることなどが提案されている。しかしながら、現状では上述した方法は、コスト、性能の面でそれぞれ一長一短があるため、さらに高強度のコンクリート覆工層を提供することを可能とすると共に、作業衛生上不都合を生じさせない新たな工法を提案することが必要とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち本発明は、コンクリート吹き付けの際に発生するリバウンドを低減させ、かつ粉塵も低減させるのに最適な各コンクリート材料の配合量を求め、その配合量で配合するコンクリート材料の配合方法を提供し、該配合方法において求めた配合量で配合、混練するとともに、廃棄物を有効利用して産業廃棄物を低減させるとともに、吹付けコンクリートの品質、施工性を向上させ、低コストで、さらには坑内粉塵の低減といった作業環境の改善をもたらすことも可能とするコンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、セメントと、骨材と、微粉末とを含むコンクリート材料を配合する方法であって、該方法は、
前記骨材に対する前記細骨材の質量比を一定とし、細骨材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる所定量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末および水と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを配合して複数のコンクリート材料の試験練りを行う段階と、
前記複数のコンクリート材料の試験練りにより得られる前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉末の含有量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記単位水量と前記微粉末の含有量との関係から前記微粉末の含有量の増加とともに前記単位水量が低下する範囲を求める段階と、
前記単位水量が低下する範囲内となる所定量の水と、前記所定量の水に対して前記単位水量と前記微粉末の含有量との関係から算出される量の前記微粉末と、前記所定量の骨材と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを配合する段階とを含む、コンクリート材料の配合方法が提供される。
【０００８】
本発明の請求項２の発明によれば、前記骨材は、石灰を含む骨材であるコンクリート材料の配合方法が提供される。
【０００９】
本発明の請求項３の発明によれば、前記微粉末は、石粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末、発泡または膨張性を有する微粉末、路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、またはこれらの混合物から選択されるコンクリート材料の配合方法が提供される。
【００１０】
本発明の請求項４の発明によれば、セメントと、骨材と、微粉末とを含むコンクリート材料を配合することにより製造されるコンクリート組成物であって、
前記骨材に対する前記細骨材の質量比を一定とし、細骨材と該細骨材よりも粒径の大きな粗骨材とからなる所定量の前記骨材と、配合量を変えた複数の前記微粉末および水と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを配合して複数の前記コンクリート材料の試験練りを行い、前記複数のコンクリート材料の試験練りにより得られる前記微粉末および前記水の配合量から前記微粉末の含有量に対する単位水量をそれぞれ算出し、前記単位水量と前記微粉末の含有量との関係から前記微粉末の含有量の増加とともに前記単位水量が低下する範囲を求め、前記単位水量が低下する範囲内となる所定量の水と、前記所定量の水に対して前記単位水量と前記微粉末の含有量との関係から算出される量の前記微粉末と、前記所定量の骨材と、所定の単位セメント量となる前記セメントとを配合して混練りすることにより得られるコンクリート組成物が提供される。
【００１１】
本発明の請求項５の発明によれば、前記骨材は、石灰を含む骨材であるコンクリート組成物が提供される。
【００１２】
本発明の請求項６の発明によれば、前記微粉末は、石粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末、発泡または膨張性を有する微粉末、路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、またはこれらの混合物から選択されるコンクリート組成物が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のコンクリート組成物は、ショートベンチカット工法、全断面工法、及びこれらを適宜組み合わせた工法、ＮＡＴＭ工法などによりトンネルの掘削が行われ、地山には、コンクリート吹付工法により、コンクリート組成物が吹付けられて１次覆工コンクリート層を構築するのに用いられる。また、１次覆工のコンクリート層は、２次覆工コンクリート層が隣接して打設されることにより、覆工される。
【００１４】
本発明のコンクリート組成物は、セメントと、骨材と、微粉末と、水とを含有する。本発明に用いることのできるセメントとしては、ふつうポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、着色ポルトランドセメント等を挙げることができるが、コスト、施工性といった点から、ふつうポルトランドセメントを用いることが好ましい。本発明に用いることができるふつうポルトランドセメントとしては、具体的には例えば太平洋セメント株式会社製の比重が３．１５程度のものを挙げることができる。また、これ以外の比重のセメントを用いることも可能である。
【００１５】
本発明に用いることができる骨材としては、これまで知られているいかなる材料でも用いることができ、川砂利、山砂利、陸砂利といった砂利類、海砂、砕砂、砕石、鉱滓、高炉スラグ、路盤材などを破砕したもの、脱水処理機後に排出される脱水ケーキ等を挙げることができる。また、骨材は、細骨材と、粗骨材とを、コンクリートの特性及び作業性といった点から適宜混合して用いることが好ましい。また、本発明においては、石灰を含む骨材を用いることもできる。石灰を含む骨材としては、石灰を含むものであればいかなるものでも用いることができ、石灰岩を砕いた石灰砕石や石灰砕砂などを挙げることができる。また、石灰を含む骨材は、骨材として石灰砕石や石灰砕砂などが１００％とされていても良いが、その他これまで知られているいかなる材料の骨材とも組み合わせて用いることもできる。また、石灰を含む骨材は、上述した石灰砕石などと、その他の石灰を含まない骨材とをいかなる混合比にて混合されていても良い。
【００１６】
概ね細骨材とは、公称５ｍｍのふるいでふるい分けた場合、８５％以上がふるいを通過する大きさの骨材をいう。また、粗骨材とは、公称５ｍｍのふるいでふるい分けた場合に、８５％以上がふるい上に残留する大きさの骨材をいう。細骨材は、上述した骨材材料から適宜選択して、または混合して用いることもできる。また、粗骨材についても、上述した骨材材料から適宜選択して、または混合して用いることが可能である。本発明においては、細骨材は、公称５ｍｍのふるいでふるい分けた場合に９０％以上が通過する大きさの骨材が好ましい。また、粗骨材は、１５ｍｍのふるいでふるい分けた場合に１００％通過する大きさの骨材を用いることが好ましい。本発明においては、上述した石灰を含む骨材を用いることにより、コンクリートの流動性を改善させ、コンクリート材料の分離抵抗性を向上させることができる。
【００１７】
本発明に用いることができる微粉末は、石粉、石灰石微粉末、石炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末、発泡または膨張性を有する微粉末、路盤材や脱水ケーキから得られる微粉末、またはこれらの混合物を挙げることができる。また、本発明に用いることができる微粉末としては、粒径０．０７５ｍｍ以下のものとすることができる。上述した石灰石微粉末としては、石灰石を三次破砕、または四次破砕して得られる粉よりさらに小さいものを用いることができる。この石灰石微粉末は、上述した石灰を含む骨材と同様に、コンクリートの流動性を改善させ、コンクリート材料の分離抵抗性を向上させるために用いることができる。石炭の燃焼により発生する石炭灰から得られる微粉末は、石炭火力発電所の燃料として用いられる石炭を燃焼させることにより、石炭火力発電所の廃棄物として発生するフライアッシュが挙げられる。この石炭灰から得られる微粉末（以下、ＦＮと略する。）は、品質の低下を招く不定形粒子を分級して、概ね球形の粒子を選別して用いることにより、コンクリート組成物に対して良好な流動特性を付与することが見出されている。
【００１８】
また、発泡性を有する微粉末としては、アルミニウム粉などを挙げることができる。このアルミニウム粉は、セメントより遊離するアルカリとの反応によって発生する水素ガス圧でモルタルやコンクリートを膨張させる。また、膨張性を有する微粉末は、セメントと水とを混合した場合に、水和反応によりエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）または水酸化カルシウムの結晶を生成してコンクリートを膨張させる作用のあるものを用いることができる。本発明においては、発泡性または膨張性を有するものであれば、今まで知られたいかなる物質の微粉末でも用いることができる。
【００１９】
さらに、路盤材は、道路舗装を構成する層の一つである路盤に使用されるもので、切込砕石、切込砂利、山砂などが使用されている。本発明に用いられる微粉末としては、この路盤材を砕石プラントなどで粉砕したものを用いることができる。また、濁水処理機にかけた後に排出される脱水ケーキなどを粉砕して微粉末として用いることができる。脱水ケーキには、濁水処理機に添加した凝集剤が含まれていて、凝集剤に６価クロムといった重金属も凝集除去できるものが用いられていれば、コンクリート吹き付けに発生する粉塵において問題となる６価クロム濃度を低減させることもできる。
【００２０】
本発明においては、上述した微粉末のほか、コンクリート組成物の硬化を促進させるための急結剤、流動化剤といった各種添加剤を添加することも可能である。また、自硬性のある微粉末を用いることによりコンクリート組成物の圧縮強度を増加させることができる。
【００２１】
以下、本発明のコンクリート材料の配合方法について詳細に説明する。所定量の骨材を複数準備し、微粉末および水の配合量を複数変えて配合し、それに所定の単位セメント量となるセメントを配合した複数のコンクリート材料を準備する。これらコンクリート材料の試験練り（各配合において所定のスランプを得るために単位水量を求める練りをいう。）を行う。スランプは、円錐台形の所定の筒にコンクリートを棒で突き固めながら打ち込み、この筒を取り除いた場合に生じるコンクリートの沈下をｃｍで示したものである。このスランプが所定値となるように微粉末および水の配合量を変えた結果が複数得られるように試験練りが行われる。また、圧縮強度測定を行い、所定の圧縮強度が得られているかの確認を行う。
【００２２】
試験練りにより所定スランプとなるように配合された微粉末量、水量といった複数の結果を用い、セメントと、骨材と、微粉末と、水とを合わせた質量に対する微粉末の質量である微粉末の含有量をそれぞれ算出し、また、セメント、骨材、微粉末、水を配合した体積に対する水の質量である単位水量をそれぞれ算出し、これら微粉末の含有量に対する単位水量の関係を図示する。
【００２３】
図１は、スランプを一定とし、上述した微粉末の含有量と単位水量との関係を示した図である。単位水量は、コンクリート組成物の圧縮強度、乾燥収縮率、作業性、透過率といった各特性の尺度となるものである。図１に示す縦軸には、単位水量（ｋｇ／ｍ３）が示され、横軸には、微粉末の含有量（質量％）が示されている。また、図１においては、微粉末の含有量に応じて範囲ａ〜ｅに分けられている。一般に、微粉末の含有量と単位水量との関係は、図１に示すように単位水量は、範囲ａに示すように上昇し、範囲ｂ、ｃ、ｄに示す微粉末の含有量において低下し、再び範囲ｅにおいて上昇することが見出される。本発明においては、範囲ｂ、ｃ、ｄに示す単位水量が低下する範囲の微粉末の含有量とすることで、コンクリート吹き付けにおけるリバウンドや粉塵を低減させることができ、混練りする際においても適度な粘性を有し、圧縮強度も向上させることができることが見出された。また、本発明においては、範囲ｂ、ｃ、ｄの内、上述した単位水量の低下の割合が大きい範囲ｃとなる配合量が好ましいことが見出された。さらに、図１に示す範囲ｃ内であれば、いかなる含有量であっても好ましいが、範囲ｃにおいて最大の微粉末含有量がより好ましいことが見出された。したがって、本発明では、範囲ｂ、ｃ、ｄとなる単位水量を特定し、その単位水量となる水量と、特定した単位水量に対する微粉末の含有量となる微粉末量とを配合して好適なコンクリート組成物を製造することができる。
【００２４】
図２は、上述した微粉末の含有量と圧縮強度との関係を示した図である。図２に示す縦軸には、材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）が示され、横軸には、微粉末の含有量（質量％）が示されている。また、図１に示した範囲ａ〜ｅに対応して図２においても範囲ａ〜ｅが示されている。図２によれば、微粉末の含有量が増加するにしたがって圧縮強度も増加しているが、範囲ｃにおいて圧縮強度の増加の割合が大きくなっていることが見出される。したがって、範囲ｃにおける微粉末の含有量とすることにより圧縮強度をより向上させることができることが見出される。
【００２５】
図３は、上述した範囲ａ〜ｅの場合のセメント、骨材、微粉末の状態を示した図である。図３（ａ）は、範囲ａの場合の粗骨材１、細骨材２、セメント３、微粉末４および水を示し、図３（ｂ）は、範囲ｂの場合、図３（ｃ）は、範囲ｃの場合、図３（ｄ）は、範囲ｄの場合、図３（ｅ）は、範囲ｅの場合をそれぞれ示している。図３では、微粉末よる水の吸収を一定としていて、水は、微粉末４に吸収されている。図３に示す粗骨材１および細骨材２の表面の微粉末４の被覆およびボールベアリング効果といった流動性を確認したところ、図３（ｃ）に示す状態が最大の流動性を示し、骨材への被覆も十分であることが見出される。図３（ａ）においては、被覆が不十分であるためにボールベアリング効果が小さく、図３（ｂ）、図（ｃ）となるにつれて被覆されてボールベアリング効果が最大となり、図３（ｄ）、図３（ｅ）となるにつれて微粉末４の層が厚くなりすぎてボールベアリング効果が小さくなっている。本発明においては、範囲ｂ、ｃ、ｄであれば好ましい被覆および流動性を与えることができるが、特に範囲ｃに示す単位水量とすることで骨材への被覆を良好とし、良好な流動性を与えることができる。
【００２６】
このように範囲ｂ、ｃ、ｄとなる微粉末の含有量とし、その含有量における単位水量の水を配合することにより、図３に示すような良好なボールベアリング効果を示し、また、圧縮強度も増加させることができ、さらに粉塵やリバウンド率を低減させることができる。本発明においては、範囲ｃであれば、好ましい強度、リバウンド率、粉塵濃度とすることができるが、より好ましくは、範囲ｃの中の微粉末の含有量が最大となる量である。また、本発明において急結剤を用いる場合には、範囲ｃとして特定した微粉末量から急結剤の量を除いた量を石粉などの微粉末として配合することができる。
【００２７】
上述したように配合量が決定され、配合されたセメント、骨材といったコンクリート材料は、傾胴式ミキサなどを用いて混練りすることができる。混練りされたコンクリートは、上述した覆工などの吹き付けコンクリートとして用いることができる。
【００２８】
上述した配合方法においては、所定量の骨材と、所定の単位セメント量となるようにして微粉末および水の配合量を変えて試験練りし、図１に示すような単位水量と微粉末の含有量との関係を算出したが、本発明においては、圧縮強度が一定となるように微粉末および水の配合量を変えたものや、水／セメント比（ｗ／ｗ）を一定として微粉末の配合量を変えたものにより、単位水量と微粉末の含有量との関係を算出するようにしても良い。
【００２９】
（実施例）
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。本実施例においては、各骨材によるコンクリート組成物を得て各試験を行い、図１に示すような範囲ａ〜ｅでの試験結果の比較を行うとともに各コンクリート材料の好適な配合量を求めた。また、本実施例においては、骨材が海砂や砕砂などと、石灰系の骨材との比較も行った。下記表１は、各骨材を用いてコンクリート組成物を得るための配合条件を示す。
【００３０】
【表１】
0005036104.tif 000002
【００３１】
また、表２は、上記のコンクリート組成物を配合するために用いた各種材料、種別、メーカ、産地、比重について示す。
【００３２】
【表２】
0005036104.tif 000003
【００３３】
上述した配合条件となるように上述した材料を用いて各配合量を試験練りして決定し、粗骨材、細骨材を半分、ＦＮ、セメント、残りの細骨材、水の順に加えて傾胴式ミキサーで３０リットルを２分間混練して各コンクリート組成物を得、以下のようにして試験を行った。
【００３４】
Ａ．単位水量
単位水量を、試験練りにより求めた。スランプは、上述した表２に示す１０±２ｃｍの範囲内となるようにし、微粉末としてＦＮを用い、ＦＮ配合量に対する結果を図に示した。また、骨材には、砕砂、細海砂、これらの混合物、石灰系の骨材として上述した石灰砕石および石灰砕砂を用いた。
【００３５】
図４は、各細骨材における単位ＦＮ量と単位水量との関係を示した図である。図４に示す縦軸は、単位水量（ｋｇ／ｍ３）を示し、横軸は、単位ＦＮ量（ｋｇ／ｍ３）を示す。単位ＦＮ量は、配合されたコンクリート材料の体積に対するＦＮの質量で示したものである。また、図４には、単位セメント量３６０ｋｇ／ｍ３、細骨材率（Ｓ／ａ）６０％とし、細骨材として石灰系の骨材１００質量％としたもの、細骨材率（Ｓ／ａ）６１．７％とした砕砂１００質量％、砕砂４０質量％と細海砂６０質量％との混合物、細海砂１００質量％としたものが示されている。さらに、図４中の各曲線には、図１に示す範囲ａ〜ｅに対応した範囲が曲線上にａ〜ｅで示されている。図４に示すように、石灰系の骨材では、図３に示す範囲ａの状態が現れ、ＦＮの添加にともなって骨材の表面を被覆していく範囲ｂ、ｃへと移り、範囲ｃにおいて単位水量の低下が大きくなっている。砕砂、細海砂、またはこれらの混合物の場合においては、ＦＮが配合されていなくても図３に示す範囲ｃの状態となっている。したがって、骨材の種類により単位水量の低下する範囲が異なることが見出された。
【００３６】
図５は、図４に示した石灰系の骨材１００％を用いた場合において、細骨材の割合を変えた結果を示した図である。図５には、細骨材率を６０％としたものと、５５％としたものとの２種類の曲線を示す。図５に示す縦軸は、単位水量（ｋｇ／ｍ３）を示し、横軸は、単位ＦＮ含有量（ｋｇ／ｍ３）を示す。図５の結果から、細骨材の割合を変えることにより単位水量が大きくかわることが見出された。
【００３７】
Ｂ．リバウンド重量測定
図６は、掘削したトンネル５坑内の底面にシート６を敷設し、コンクリート吹付けを行っているところを示した図である。図６のようにコンクリート吹付装置７を用い、コンクリート組成物の吹付け量３．０ｍ３の吹付けを行い、跳ね返ってシート６上に落ちた吹付けコンクリート重量を測定し、リバウンド率を算出した。リバウンド率は、以下に示す式（１）より算出することができる。
【００３８】
【数１】
0005036104.tif 000004
【００３９】
図７は、骨材に対するＦＮ混入率とリバウンド率との関係を示した図である。図７に示す縦軸には、上述した式（１）により求められるリバウンド率（％）が示され、横軸には、骨材に対するＦＮ混入率（質量％）が示されている。図７には、図１に示す範囲ａ〜ｅに対応する範囲ａ、ｃ、ｄが示されている。図７に示す海砂および山砂の混合骨材の場合、図１に示す単位水量の低下が大きい範囲ｃにおいてリバウンド率が最も低くなっていることが見出された。また、石灰系の骨材の測定点は、１点しか示されていないが、その１点は、図１に示す範囲ａの状態のものである。これにより、ＦＮ混入率を増加させ、範囲ｃとなるＦＮ混入率とするとリバウンド率が最も低くなると推測される。また、そのリバウンド率は、海砂および山砂の混合骨材の最小のリバウンド率１０．５％と比較するとさらに低くできるものと推測される。
【００４０】
Ｃ．圧縮強度試験
コンクリート組成物の圧縮強度について、コンクリート組成物の供試体（径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍ）の大きさのサンプルを作成し、コンクリート圧縮強度試験機（ＪＩＳ Ａ １１０８）を用いて圧縮強度試験を行うことにより試験を行った。
【００４１】
図８は、材齢２８日の石灰系の骨材と、海砂および山砂との単位ＦＮ量に対する圧縮強度を示した図である。図８に示す縦軸は、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）であり、横軸は、単位ＦＮ量（ｋｇ／ｍ３）である。図８に示す圧縮強度は、それぞれ単位ＦＮ量が増加するにつれて圧縮強度も増加していることが見出された。また、石灰系の骨材は、海砂および山砂を用いる骨材に比べて高い圧縮強度を有することが見出された。
【００４２】
また、コアー抜き取り用の鋼製箱（幅５００ｍｍ×奥行き５００ｍｍ×高さ２００ｍｍ）を吹付け箇所に据え付けてコンクリートの吹付けを行い、２週間の坑内養生を行った後、コアーカッター機を用いて供試体（径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍ）を作製した。供試体は、再び坑内養生され、材齢２８日において圧縮強度試験を行った。また、谷に晒して半湿潤養生を行って材齢３６５日において圧縮強度試験を行った。圧縮強度試験は、上述したコンクリート圧縮強度試験機を用いて行った。さらに、初期強度試験としてプルアウト専用の供試体器具（９個）を吹付け箇所に据え付け、コンクリート吹付けを行った。コンクリート吹付け後、坑内養生を行い、３時間、６時間、２４時間ごとに引き抜き機を用いて圧縮強度を測定することにより初期強度を測定した。
【００４３】
図９は、ＦＮを添加しない石灰系の骨材と、海砂および山砂にＦＮを０、５０、７５、１００ｋｇ／ｍ３添加したものとを用いたコンクリートの圧縮強度を養生日数とともに示した図である。図９に示す縦軸は、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を示し、横軸は、養生日数（日）を示す。図９においては、養生日数の増加にしたがって圧縮強度も増加している。図９に示す海砂および山砂を骨材として用いた場合において、ＦＮ量の添加量が増加するにつれて圧縮強度が増加している。しかしながら、ＦＮ量が７５ｋｇ／ｍ３から１００ｋｇ／ｍ３へ増加すると著しく減少することが見出された。このＦＮ量が７５ｋｇ／ｍ３から１００ｋｇ／ｍ３は、図１に示す範囲ｃのものである。圧縮強度においては、範囲ｂ、すなわちＦＮ量が５０ｋｇ／ｍ３から７５ｋｇ／ｍ３において最大を示すことが見出された。また、石灰系の骨材を用いた場合においては、海砂および山砂にＦＮを添加する場合と同程度またはそれ以上の圧縮強度を有することが見出された。これにより、石灰系の骨材にＦＮを添加することにより、さらに圧縮強度を高くすることができるものと推測される。また、自硬性のある混和剤を添加することによりさらに圧縮強度を向上させることができる。
【００４４】
Ｄ．粉塵濃度測定
デジタル粉塵測定機（ＫＡＮＯＭＡＸ３４１１：株式会社カノマックス製）を用いて、コンクリート吹付け中の粉塵濃度を測定した。測定においては、換気設備として送気用の径９００ｍｍのコントラファンと、排気用の径１１００ｍｍのコントラファンの２台を用いて行った。
【００４５】
図１０は、骨材、セメント、急結剤をすべて加えたものに対するＦＮ混入率と切羽から５０ｍ離れた地点の粉塵量との関係を示した図である。図１０に示す縦軸は、粉塵量（ｍｇ／ｍ３）を示し、横軸は、ＦＮ混入率（質量％）を示す。図１０には、図１に示す範囲ａ〜ｅに対応する範囲ａ、ｃ、ｄが示されている。図１０によれば、図１に示す単位水量の低下が大きい範囲ｃにおいて粉塵量が最も低くなっていることが見出された。石灰系の骨材の測定点は、１点しか示されていないが、その１点は、図１に示す範囲ａの状態のものである。これにより、ＦＮ混入率を増加させ、範囲ｃとなるＦＮ混入率とすると粉塵量が最も低くなると推測される。また、その粉塵量は、海砂および山砂の混合骨材の最小粉塵量２．４４ｍｇ／ｍ３と比較するとさらに低くできるものと推測される。
【００４６】
Ｅ．練り上がり状態
フレッシュコンクリートの練り上がり状態を観察することにより練り上がり状態を判断した。骨材には、石灰系の骨材を用い、配合条件および練り上がり状態を下記表３に示す。配合は、スランプが一定となるように、細骨材率を６０％と５５％の２種類で、単位ＦＮ量を０、５０、７５、１００ｋｇと変えて計８種類とし、また、その時の練上がり状態を観察した。
【００４７】
【表３】
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【００４８】
練り上がり状態における本発明のコンクリート組成物は、ＦＮの添加量が増加するにつれて練り上がりのフレッシュコンクリートの粘りが増加する傾向にあったが、練上がり状態は、細骨材率５５％、６０％ともに単位ＦＮ量が７５ｋｇ添加されたものが適度な粘性があり良好であった。表３においては、図３に示す範囲ｃが単位ＦＮ量で７５〜１００ｋｇとされていて、範囲ｃにおいて良好な練り上がりであった。また、細骨材率５５％のものの場合、単位ＦＮ量が５０ｋｇ添加された範囲ｂのものであっても適度な粘性があり良好であった。さらに、単位ＦＮ量が１００ｋｇ添加されたものについては、粘性が若干大きいものの、充分に使用できるものであった。したがって、図３に示す範囲ｂ、ｃにおいて良好な練り上がりであった。
【００４９】
Ｆ．現場試験
表４に示す条件のコンクリート組成物を得て、吹付けした後に測定した圧縮強度および粉塵濃度を表４に示す。コンクリート組成物の吹付け方式としては、コンクリート吹付機：ＲＴＭ２０２５ＧＶ（東洋運搬機械株式会社製）及びコンクリートポンプ：ＭＫＷ−２５ＳＭＴ（株式会社シンテック）を組み合わせたポンプ式の吹付け方式を採用した。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
表４に示されるように、単位ＦＮ量５０ｋｇを添加したコンクリート、さらには単位ＦＮ量７５ｋｇを添加したコンクリートについては、従来組成のコンクリートよりも圧縮強度、リバウンド率および粉塵濃度において向上していることがわかる。また、急結剤の違いにより粉塵濃度およびリバウンド率に違いが生じていることが見出された。石灰系の骨材においては、ＦＮの添加がなくても粉塵濃度およびリバウンド率を低減することができることが見出された。また、石灰系の骨材において圧縮強度は、ＦＮの添加により増大していることがわかる。この石灰系の骨材は、吹付け時の強度発現率が劣るものの、図９に示すように長期圧縮強度や吹付け時の強度が大きく、また、ＦＮを添加することによってさらに圧縮強度を増加させることができるものと推測される。
【００５２】
以上に示したように、図３に示す範囲ｂ、ｃ、ｄ、特に範囲ｃにおいてリバウンド率、粉塵量、練り上がり状態において良好であることが見出された。また、範囲ｃにおいて最大となる微粉末の含有量では、最もリバウンド率が低く、粉塵濃度も最も低くすることができることを見出すことができた。したがって、さらに、砕砂や細海砂などと比較して石灰系の骨材を用いる方が、上記粉塵濃度やリバウンド率をより低くすることができ、また、圧縮強度をより増加させることができることを見出すことができた。
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、コンクリート吹き付けの際に発生するリバウンドを低減させ、かつ粉塵も低減させるのに最適な各コンクリート材料の配合量を求め、その配合量で配合するコンクリート材料の配合方法を提供することができる。また、コンクリート材料の配合方法において決定した配合量で配合、混練したコンクリート組成物を提供することができる。
【００５３】
また、本発明においては、廃棄物を有効利用して産業廃棄物を低減させるとともに、吹付けコンクリートの品質、施工性を向上させ、低コストで、さらには坑内粉塵の低減といった作業環境の改善をもたらすことも可能となるコンクリート組成物を提供することができる。
【００５４】
さらに、本発明のコンクリート組成物は、適度な粘性があり、吹付け時のリバウンドを低減させることができ、また充分な圧縮強度を得ることができるため、急結剤といった添加剤の量を減少させることができ、低コストで提供することが可能となる。また、石灰系の骨材を用いることで、より圧縮強度を与えることができ、粉塵やリバウンドをより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スランプを一定とし、ＦＮやその他混和剤などの微粉末と単位水量との関係を示した図。
【図２】  微粉末含有量と圧縮強度との関係を示した図。
【図３】  図１に示す範囲ａ〜ｅの場合のセメント、骨材、微粉末の状態を示した図。
【図４】  各細骨材における単位ＦＮ量と単位水量との関係を示した図。
【図５】  図４に示した石灰系の骨材１００％を用いた場合において、細骨材の割合を変えた結果を示した図。
【図６】  掘削したトンネル坑内の底面にシートを敷設し、コンクリート吹付けを行っているところを示した図。
【図７】  骨材に対するＦＮ混入率とリバウンド率との関係を示した図。
【図８】  材齢２８日の石灰系の骨材と、海砂および山砂との単位ＦＮ量に対する圧縮強度を示した図。
【図９】  石灰系の骨材と、海砂および山砂にＦＮを０、５０、７５、１００ｋｇ／ｍ３添加したものとを用いたコンクリートの圧縮強度を養生日数とともに示した図。
【図１０】  骨材、セメント、急結剤をすべて加えたものに対するＦＮ混入率と切羽から５０ｍ離れた地点の粉塵量との関係を示した図。
【符号の説明】
１…粗骨材
２…細骨材
３…セメント
４…微粉末
５…トンネル
６…シート
７…コンクリート吹付け機
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ…範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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