(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
急結剤を配合していない吹付セメントコンクリートに、消石灰とカーバイド滓からなる群のうちの１種以上１００質量部、クエン酸塩４〜２００質量部、及び、ＩＩ型無水石膏や天然石膏からなる群のうちの１種以上２０〜２００質量部を含有してなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して、１〜１０質量部混合し、粉末凝結調整材と別個に減水剤を、セメント１００質量部に対して固形分換算で、０．６〜１．６質量部混合してセメントコンクリートとし、該セメントコンクリートの使用直前にカルシウムアルミネート急結剤を、セメント１００質量部に対して、５〜１５質量部混入して施工することを特徴とする急結性セメントコンクリートの施工方法。
【請求項２】
セメントコンクリートの水／セメント比が３０〜５５％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施工方法。
【請求項３】
減水剤がポリエチレングリコールである請求項１又は２記載の急結性セメントコンクリートの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急結剤を配合していないセメントコンクリートの粉末凝結調整材であり、それを用いて長時間硬化しないようにしたセメントコンクリートを、急結剤の併用により、必要時期に使用可能とする優れた粉末凝結調整材、及びそれを用いた急結性セメントコンクリートの施工方法に関する。
【０００２】
なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、モルタル及びコンクリートを総称するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、セメントコンクリートを現場で使用する際、セメントコンクリートの流動性を確保し、長時間使用が可能となるように凝結遅延材が用いられている。
【０００４】
しかしながら、セメントコンクリートに凝結遅延材を混合してセメントコンクリートの硬化時間を５〜２４時間になるように調整し、その後急結剤を混合して硬化させると、硬化後の強度が凝結遅延材を混入しないものに比較して著しく低下し、必要なセメントコンクリートの物性を得るのが難しいという課題があった。
【０００５】
又、凝結遅延材として例えば、クエン酸と消石灰をスラリー化したものをコンクリートミキサー車へ添加した場合、クエン酸と消石灰のカルシウム成分とが化学反応して、スラリー水が発熱する、セメントコンクリートが凝結硬化しにくくなる、スラリー水中に小さな凝固物が生成してセメントコンクリートを混合、圧送しにくくなる等の課題があった。
【０００６】
さらに、生コンプラントは通常夜間に稼働しないため、夜間施工でセメントコンクリートを使用しなければならない場合、夜間工事の現場ではで生コンプラントを設置しなければならず、経済的に極めて不利である等の課題があった。特に、トンネル工事の現場では、トンネル内に生コンプラントを設置するのが難しく、問題であった。
【０００７】
前記課題を解消するため、セメントコンクリートに、縮合リン酸塩、クエン酸、消石灰、及び炭酸ソーダ等を加え、使用直前にアルミン酸アルカリや有機酸を混合する方法や、セメントコンクリートにポリカルボン酸塩系混和材を加えて長時間流動性を確保し、吹付時に急結剤を加える方法等が提案されている（特開平２−２４８３５１号公報、特開平３−１５３５５０号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法だと、高性能減水剤を使用し、水セメント比を小さくした高強度タイプのセメントコンクリートに対して、凝結遅延効果が極端に落ちる等の課題があった。
【０００９】
さらに、吹付セメントコンクリートが長時間使用できるように凝結遅延材の使用量を多くした場合、コンクリート分離が発生しやすく、又、急結剤添加後の初期凝結が遅れる等の課題があった。
【００１０】
本発明者は前記課題を解消すべく種々検討した結果、特定の材料を使用することにより、高性能減水剤を使用した高強度配合のセメントコンクリートでも、施工現場が必要とする時間以上、流動性を確保でき、圧送性が良く、セメントコンクリートの分離も少なく、必要な時に急結剤を混入すると短時間で急結性セメントコンクリートを凝結硬化でき、初期強度発現性が大きいなどの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、急結剤を配合していない吹付セメントコンクリートに、消石灰とカーバイド滓からなる群のうちの１種以上１００質量部、クエン酸塩４〜２００質量部、及び、ＩＩ型無水石膏や天然石膏からなる群のうちの１種以上２０〜２００質量部を含有してなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して、１〜１０質量部混合し、粉末凝結調整材と別個に減水剤を、セメント１００質量部に対して固形分換算で、０．６〜１．６質量部混合してセメントコンクリートとし、該セメントコンクリートの使用直前にカルシウムアルミネート急結剤を、セメント１００質量部に対して、５〜１５質量部混入して施工することを特徴とする急結性セメントコンクリートの施工方法であり、セメントコンクリートの水／セメント比が３０〜５５％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施工方法であり、減水剤がポリエチレングリコールである該急結性セメントコンクリートの施工方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係るセメントとしては、通常市販されている普通、早強、中庸熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグ等を混合した各種混合セメント、並びに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。
【００１４】
本発明に係る粉末凝結調整材は、急結剤を配合していないセメントコンクリートと混合する材料である。
【００１５】
本発明に係る消石灰類は、急結剤を配合していないセメントコンクリートが長時間凝結硬化しないという効果を有する。
【００１６】
さらに、有機酸類等を多く使用しても、又、予定より早く急結剤を混合しても、急結剤と併存することによってセメントコンクリートの凝結硬化を促進するという効果を有するものである。
【００１７】
具体的には、消石灰や、カルシウムカーバイトからアセチレンを発生させる際副生するカーバイド滓等が挙げられる。これらの中では、急結剤と混合した後の強度発現性が最もよく、しかも、副生品のため安価で経済的である点から、カーバイド滓が好ましい。
【００１８】
消石灰類の粒子径は、特に限定されるものではないが、１００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。
【００１９】
本発明に係る有機酸類としては、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の各種水溶性カルボン酸やこれらの塩の一種又は二種以上の使用が可能である。塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましい。これらの中では、使用量と正比例して凝結時間が長くなり、コントロールがしやすい点で、有機酸塩が好ましく、クエン酸ナトリウムがより好ましい。
【００２０】
有機酸類の使用量は、消石灰類１００質量部に対して、１〜４００質量部が好ましく、４〜２００質量部がより好ましく、６〜５０質量部が最も好ましい。１質量部未満だと凝結遅延効果やスランプ保持性が良くないおそれがあり、４００質量部を越えると凝結硬化しにくくなるおそれがある。
【００２１】
本発明に係る石膏は市販のいずれの石膏も使用できるが、強度発現性の点で、ＩＩ型無水石膏や天然石膏が好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
石膏の使用量は、消石灰類１００質量部に対して、１０〜５００質量部が好ましく、２０〜２００質量部がより好ましい。１０質量部未満だと強度発現性や圧送性が小さいおそれがあり、５００質量部を越えると初期凝結しにくいおそれがある。
【００２４】
粉末凝結調整材の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．５〜１５質量部が好ましく、１〜１０質量部がより好ましい。０．５質量部未満だと凝結遅延効果やスランプ保持性が良くないおそれがあり、１５質量部を越えると凝結硬化しにくいおそれがある。
【００２５】
本発明では、急結剤を配合していないセメントコンクリートに粉末凝結調整材を混合し、吹付施工時に急結剤を混入して急結性吹付セメントコンクリートとするものである。
【００２６】
本発明に係る急結剤は、吹付セメントコンクリートと混入できるものであれば特に制限はなく、急結剤としては、アルミン酸ナトリウムやケイ酸ナトリウム等の無機塩系や、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。これらの中では、セメントコンクリートの凝結硬化が早い等の凝結性状が優れ、強度発現性が良好な点で、セメント鉱物系急結剤の使用が好ましく、カルシウムアルミネート類がより好ましい。
【００２７】
急結剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、３〜２５質量部が好ましく、５〜１５質量部がより好ましい。３質量部未満だと凝結性状が遅れ、吹付時の跳ね返り損失が大きくなるおそれがあり、２５質量部を越えると吹付時の跳ね返り損失が大きくなるおそれがある。
【００２８】
本発明では、凝結遅延効果を持続させるために、セメントコンクリートに減水剤を混合することが好ましい。減水剤は、液体や粉体いずれも使用できる。
【００２９】
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が使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、高性能減水剤が好ましい。
【００３０】
高性能減水剤としては、ポリエチレングリコール、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、及びアルキルアリー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、液状や粉状いずれも使用できる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、ポリエチレングリコールが好ましい。
【００３１】
減水剤の使用量は、セメント１００質量部に対して固形分換算で、０．４〜２．０質量部が好ましく、０．６〜１．６質量部がより好ましい。０．４質量部未満だと凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が小さいおそれがあり、２．０質量部を越えるとセメントコンクリートが分離するおそれがある。
【００３２】
本発明に係る水セメント比（Ｗ／Ｃ）は３０〜７０％が好ましく、３０〜５５％がより好ましく、３５〜５０％が最も好ましい。３０％未満だと吹付セメントコンクリートの粘性が大きく吹付作業性が低下し、凝結遅延効果が小さいおそれがあり、７０％を越えると強度発現性や凝結性に悪影響を与えるおそれがある。
【００３３】
消石灰類、有機酸類、及び石膏の混合順序等の混合条件は、急結剤を添加する前のセメントコンクリートに均一に混合されれば、特に、制限されるものでなく、分割混合も充分可能である。減水剤は、粉末凝結調整材と別個にセメントコンクリートと混合することが好ましい。
【００３４】
【実施例】
以下、実験例を説明する。
【００３５】
実験例１
Ｗ／Ｃ=４５％、セメント／骨材比（Ｃ／Ｓ）＝１／２のモルタルを調製した。なお、骨材として細骨材を用いた。このモルタルに、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び表１に示す質量部の石膏からなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して６質量部添加した。その後、急結剤をセメント１００質量部に対して７質量部添加し、圧縮強度と凝結時間を測定した。結果を表１に示す。
【００３６】
（使用材料）
セメント：市販品、普通ポルトランドセメント
細骨材：新潟県姫川産天然砂、比重２．６２
急結剤：カルシウムアルミネート系急結剤
消石灰類：カーバイト滓、粒子径６０μｍ以下
有機酸類：市販品、クエン酸ナトリウム
石膏：市販品、天然石膏、ブレーン値４０００ｃｍ2／ｇ
【００３７】
（測定方法）
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、２０℃、所定の材齢で測定した。
凝結時間：土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格（ＪＳＣＥＤ−１０２）」に準じて測定した。
【００３８】
【表１】
0003844416.tif 000002
【００３９】
実験例２
セメント４５０ｋｇ／ｍ3、粗骨材５１９ｋｇ／ｍ3、細骨材１２００ｋｇ／ｍ3、及び水２０３ｋｇ／ｍ3、減水剤５．４ｋｇ／ｍ3とし、スランプ２０ｃｍのコンクリートを調製した。このコンクリートに、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び表２に示す質量部の石膏からなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して６質量部添加し、スランプ保持時間と圧送性を測定した。結果を表２に示す。
【００４０】
（使用材料）
粗骨材：姫川産砂利、比重２．６５
減水剤：高性能減水剤、ポリエチレングリコール、液状、市販品
【００４１】
（測定方法）
スランプ保持時間：粉末凝結調整材を添加、混練りした直後から、スランプが２０ｃｍになるまでの時間で示した。なお、スランプはＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じて測定した。
圧送性：コンクリートに粉末凝結調整材を混合してコンクリートポンプによりホース圧送した。ホースに脈動がなく、コンクリートを連続的に圧送できた場合を○、ホースに脈動はあるが、コンクリートを殆ど連続的に圧送できた場合を△、ホースに脈動があり、コンクリートを連続的に圧送できなかった場合を×とした。
【００４２】
【表２】
0003844416.tif 000003
【００４３】
実験例３
消石灰類１００質量部、表３に示す質量部の有機酸類、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を使用して凝結時間を測定したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００４４】
【表３】
0003844416.tif 000004
【００４５】
実験例４
消石灰類１００質量部、表４に示す質量部の有機酸類、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を使用したこと以外は、実験例２と同様に行った。結果を表４に示す。
【００４６】
【表４】
0003844416.tif 000005
【００４７】
実験例５
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して表５に示す質量部使用したこと以外は、実験例３と同様に行った。結果を表５に示す。
【００４８】
【表５】
0003844416.tif 000006
【００４９】
実験例６
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して表６に示す質量部使用したこと以外は、実験例２と同様に行った。結果を表６に示す。
【００５０】
【表６】
0003844416.tif 000007
【００５１】
実験例７
消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を使用し、急結剤をセメント１００質量部に対して表７に示す質量部添加したこと以外は、実験例３と同様に行った。結果を表７に示す。
【００５２】
【表７】
0003844416.tif 000008
【００５３】
実験例８
セメント４５０ｋｇ／ｍ3、粗骨材５１９ｋｇ／ｍ3、細骨材１２００ｋｇ／ｍ3、減水剤５．４ｋｇ／ｍ3、及び水２０３ｋｇ／ｍ3 とし、プレーンスランプ２０ｃｍのコンクリートを調製した。このコンクリートに、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を、セメント１００質量部に対して６質量部添加した。その後、急結剤をセメント１００質量部に対して表８に示す質量部添加し、跳ね返り損失（リバウンド率）を測定した。結果を表８に示す。
【００５４】
（測定方法）
跳ね返り損失：幅５．５ｍ×高さ５．５ｍの馬蹄径のトンネルにコンクリートを吹付け、（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（％）で示した。
【００５５】
【表８】
0003844416.tif 000009
【００５６】
実験例９
減水剤をセメント１００質量部に対して固形分換算で表９に示す質量部使用し、消石灰類１００質量部、有機酸類２５質量部、及び石膏１００質量部からなる粉末凝結調整材を使用したこと以外は、実験例２と同様に行い、スランプ、圧送性、及び分離性を測定した。結果を表９に示す。
【００５７】
（測定方法）
スランプ：粉末凝結調整材を添加、混練りした直後から、所定時間のスランプをＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じて測定した。
分離性：吹付コンクリートの分離性を測定した。２０００ｍｌのメスシリンダーに吹付コンクリート２０００ｍｌを投入し、１０分間静置した。その後、メスシリンダー１０００ｍｌのラインより上のコンクリートを採取し、目開き５ｍｍの篩でふるい、篩上に残ったものの質量を測定した。
【００５８】
【表９】
0003844416.tif 000010
【００５９】
【発明の効果】
本発明に係る粉末凝結調整材を使用することにより、施工現場が必要とする時間以上の流動性を確保でき、必要な時に急結剤を混入すると短時間で急結性セメントコンクリートを凝結硬化でき、又、圧送性、遅延性、凝結性、及び強度発現性が共に良好となる。従って、本発明に係る粉末凝結調整材は、水セメント比が小さく、かつ、高性能減水剤を使用している高強度吹付セメントコンクリートの凝結遅延材として使用できる。