技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

液体系急結剤を用いた吹付けコンクリートの強度特性とリバウンド特性に及ぼす影響
STUDY OF THE EFFECT OF SHOTCRETE USING LIQUID ACCELERATING AGENTS
ON STRENGTH AND REBOUND PROPERTIES

守 屋 健 一*1, 田 中 徹*1
Kenichi MORIYA and Tooru TANAKA
Generally, an accelerating agent used for shotcrete in tunnel construction is a calcium-aluminate based powder accelerating agent with high hydration activity
and superior quick-setting property. Recently, however, the use of liquid accelerating agents is increasing in order to improve the working environment.
In this study, we used shotcrete based on an air-entraining and high-range water-reducing admixture containing a viscosity modifying agent, and added anaccelerating agent using liquid accelerating agent and the powder accelerating agent in combination. The experiments were conducted in order to understandthe quick-setting properties, strength development and the effect on the rebound rate of the shotcrete.
The results indicated that the quick-setting properties and strength development of the shotcrete using the liquid accelerating agent was the same level as
ordinary shotcrete. Moreover, the shotcrete can suppress the generation of dust and reduce the rebound rate.
Keywords : shotcrete, liquid accelerating agent , powder accelerating agent , rebound rate
吹付けコンクリート，液体系急結剤，粉体系急結剤，はね返り率

1. はじめにトンネル工事等における吹付けコンクリートに用いられる急結

粉じん量低減や吹付け時における材料のはね返りの少ない高品質剤は，従来，水和活性が高く急結性に優れたカルシウムアルミネー化を目的に吹付け材料や吹付け方法の開発が行われている 1)～9)．

ト系の粉体系急結剤が使用されてきた．しかし，昨今，吹付け作業

本報では，増粘剤を含有した高性能 AE 減水剤（以下，増粘剤含環境改善等の観点から液体系急結剤の使用が増えている．しかしな有減水剤）を用いたベースコンクリートに，液体系急結剤を添加しがら，液体系急結剤の急結性や初期強度の発現性は，従来から使用た吹付けコンクリートの急結性状や強度発現性，および，はね返りされている粉体系急結剤と比較して低いため，セメント量を増やす率等への影響把握を目的として行った室内試験，および，模擬トンなど配合面での調整が必要となっていた．

ネルを用いた吹付け試験の結果を報告する．

また，吹付け時に発生する粉じんについては，令和 3 年 4 月に厚生労働省「ずい道等建設工事における粉じん対策に関するガイドラ

2. 試験概要

イン」が改正され，粉じん濃度目標レベルが現行の 3mg/m3 から2.1 使用材料およびコンクリートの配合2mg/m3 に引き下げられたことから，液体系急結剤を使用した吹付け

表 1 に試験に用いた使用材料，表 2 に吹付けコンクリートの配合作業環境の改善効果が期待されている．

を示す．

山岳トンネル工事に用いられる吹付けコンクリートについては，

表 1 試験に用いた使用材料種類

記号

セメント

C

普通ポルトランドセメント

密度=3.15g/cm ，比表面積=3340cm2/g

細骨材

S

新潟県姫川産砕砂

表乾密度=2.61g/cm3，吸水率=1.95%，粗粒率=2.76

粗骨材

G

新潟県姫川産砕石，最大寸法 15mm

表乾密度=2.66g/cm3，吸水率=1.07%，粗粒率=6.92

フライアッシュFA

JISⅡ種品

密度=2.29 g/cm3，比表面積=3660cm2/g

Ad1

増粘剤含有高性能 AE 減水剤

ポリカルボン酸系化合物と界面活性剤系特殊増粘剤

混和剤

Ad2

液体系急結剤AF

粉体系急結剤CA

銘柄

品質・主成分3

高性能減水剤

ポリエチレングリコール系高分子化合物

酸性液体急結剤

アルミニウム塩

カルシウムアルミネート系粉体助剤

カルシウムアルミネート系

カルシウムアルミネート系粉体急結剤

カルシウムアルミネート系
Technology Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*1 戸田建設㈱技術開発センター 修士（工学）11-1液体系急結剤を用いた吹付けコンクリートの強度特性とリバウンド特性に及ぼす影響

セメントは普通ポルトランドセメントを使用し 360kg/m3（以下，C360），400kg/m3（以下，C400），450kg/m3（以下，C450）とし，細2.3 モルタル試験
モルタル試験は，セメント量，フライアッシュの添加量，混和剤骨材率は 60%一定とした．の種類および急結剤の種類がプロクター貫入抵抗値に与える影響を把握するために実施した．モルタル試験は表 2 に示すコンクリー

C400 の配合では細骨材の微粒分の調整のためにフライアッシュを 0kg/m3（以下，FA0），50kg/m3（以下，FA50）および 100kg/m3（以トの配合から粗骨材を抜いた配合とした．

下，FA100）添加した．また，C360 の配合では粉体量を 450kg/m3 にモルタルの練混ぜ方法はモルタルミキサを用いて細骨材，セメン合わせるためにフライアッシュの添加量を 90kg/m3（以下，FA90）

トおよびフライアッシュを投入して 10 秒間撹拌し，所定量の混和剤および水を添加した後，1 分間高速撹拌した．また，練り上がっとした．
目標スランプは，C400 および C450 では 20±2cm，C360 で 15±2cmたモルタルに所定量の急結剤を添加して 10 秒間高速撹拌した．プとし，単位水量は 200kg/m3 一定とし，混和剤の添加率によってスラロクター貫入抵抗試験は表 3 に示す試験方法で行い，練混ぜ後，型ンプを調整した．また，混和剤は，増粘剤の効果を確認するため増枠に詰め込み，成形した供試体を用いて実施した．

粘剤含有減水剤および一般に用いられている増粘剤を含有しない高性能減水剤（以下，通常の高性能減水剤）を用いて，比較試験を2.4 コンクリートを用いた吹付け試験行った．なお，混和剤の添加量は，目標スランプが得られるように(1) 試験概要
表 4 に吹付け試験に用いた設備および条件を示す．

事前の試し練りによって決定した．増粘剤含有減水剤と通常の高性能減水剤は同一添加量であり，C400FA0 で 2.00kg/m3，C400FA50 お

コンクリートを用いた吹付け試験は模擬トンネル（内空=5.2m，よび C400FA100 で 2.40kg/m3，C360FA90 で 1.44kg/m3，C450FA0 で高さ=4.4m，延長=20m）を用いて，吹付けコンクリートのはね返り2.25kg/m3 とした．

率試験，プルアウト試験および圧縮強度試験を行った．

急結剤は，酸性液体急結剤（C×8%）と粉体助剤（C×4%）を併用

吹付け試験に用いたコンクリートの配合は混和剤種類（増粘剤含した液体系急結剤および，一般に用いられている粉体系急結剤有減水剤，通常の高性能減水剤），フライアッシュ添加量（50，（C×9%）を用いた．

100kg/m3）の影響を把握するため，表 2 に示す C400FA50-Ad1-AF，2.2 試験項目および試験方法

お，急結剤はモルタル試験で用いた酸性液体急結剤（C×8%）と粉C400FA50-Ad2-AF および C400FA100-Ad2-AF の 3 種類とした．な
表 3 に試験項目および試験方法を示す．

体助剤（C×4%）を併用した液体系急結剤を使用した．吹付け前の試験は，室内でのモルタル試験およびコンクリート試験を実施しベースコンクリートはプラントで製造（1.5m3/配合）し，フレッシュた．モルタル試験では急結性状を把握するため凝結試験（以下，プ試験を行った後，表4 に示す一般に用いられるコンクリートポンプ，ロクター貫入抵抗試験）を行った．また，コンクリート試験は模擬吹付けロボットおよび急結剤添加装置を用いて，コンクリートの吐トンネルを用いて吹付け試験を行い，プルアウト試験，吹付け前の出量を 10m3/hr 一定となるように吹付け試験を行った．

ベースコンクリートおよび吹付けコンクリートの圧縮強度試験およびはね返り率試験を実施した．

表 2 コンクリートの配合

記号

混和剤

C400FA0-Ad1-AF

Ad1

C400FA0-Ad2-AF

Ad2

C400FA50-Ad1-AF

Ad1

C400FA50-Ad2-AF

Ad2

C400FA100-Ad1-AF

Ad1

C400FA100-Ad2-AF

Ad2

C360FA90-Ad1-AF

Ad1

C360FA90-Ad2-AF

Ad2

C360FA90-Ad1-CAAd1C360FA90-Ad2-CA

Ad2C450FA0-Ad2-AF

Ad2

急結剤

AF

単位量（kg/m3）

スランプ

W/C(cm)

(%)

WCFAS

G20±250200

400-

1007

684

20±250200

40050951

684

20±250200

400

100895684

AF
15±256200

360

90927

697

CA
AF

20±24411-2200

450-

981

668

混和剤
Ad1Ad2

2.00-

-

2.00

2.40-

-

2.40

2.40-

-

2.40

1.44-

-

1.44

1.44-

-

1.44-

2.25

技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

表 3 試験項目および試験方法
試験項目
モルタル試験

凝結試験

試験方法
試験方法：JSCE-D102 を参考に湿式練りで実施（プロクター貫入抵抗） 試験条件：温度=20℃

フレッシュ性状

スランプ：JIS A 1101 に準拠

空気量：JIS A 1128 に準拠

コンクリート温度：JIS A 1156 に準拠
圧縮強度（吹付け前のベースコンクリート）

試験体作製：JIS A 1132 に準拠
強度試験 ：JIS A 1108 に準拠
試験体寸法：φ100mm×h200mm（3 本/材齢）
試験材齢 ：7 日，28 日（標準養生）
試験体作製：JSCE-F 561 に準拠し，プルアウト試験用皿に吹き付けて作製

プルアウト

プルアウト試験：JSCE-G 561 に準拠（初期強度）

試験材齢：3 時間，24 時間

養生条件：材齢 3 時間は現場養生，24 時間は温度 20℃，湿度 80%養生

コンクリート試験

試験体作製：JSCE-F 561 に準拠し，パネル型枠に吹き付けて作製
圧縮強度（吹付けコンクリート）

コア強度 ：JIS A 1107 に準拠
コア寸法 ：φ50mm×h100mm（3 本/材齢）
試験材齢 ：7 日，28 日
養生条件 ：吹付け後室温で約 3 日間気中養生，その後コアを採取し材齢まで標準養生測定方法：JSCE-F 563 に準拠
・模擬トンネルの床に 1 辺 5m 程度のシートを敷く．

はね返り率・トンネル半断面（天端～側壁）に幅約 1m で吹付け．
・吹付け終了後，シート上に落ちたはね返った材料を集める．
・質量を測定してはね返り率を算出．
表 4 試験に用いた設備および条件(2) 圧縮強度試験

能力・条件種類

写真 1 に強度試験用のコア用型枠とプルアウト試験用型枠，写真

内空幅=5.2m

2 にプルアウト試験の状況を示す．

模擬トンネル

高さ=4.4m

コンクリートポンプ

理論吐出量=5～25m3/hr

試験は吹付け前のベースコンクリートの圧縮強度および吹付け

延長=20mコンクリートの圧縮強度について確認を行った．
吹付け前のベースコンクリートの圧縮強度は，フレッシュ試験時ブーム長=3000mmに採取し，標準養生を行い材齢 7 日および 28 日で試験を行った．

吹付けロボット

最大吹付け高さ=7900mmコンクリート吐出量10m3/hr

粉体急結剤添加装置

粉体急結剤添加装置

液体急結剤添加装置

液体ポンプ

吹付けコンクリートの圧縮強度はプルアウト試験およびコア強最大吹付け幅＝10190mm

度試験とし，表 3 に示すように JSCE-F 561 の吹付けコンクリートの圧縮強度試験用試験体の作り方に準拠して，写真 1 に示すプルアウト試験用型枠およびコア用型枠（サイズ：500×500×200mm）を用いて試験体を作製した．
プルアウト試験は写真2 に示すようにプルアウト試験用ジャッキを用いて，JSCE-G 561 の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に準拠し，材齢 3 時間および 24 時間で実施した．
また，コア強度試験は，作製した試験体から吹付け面に対し垂直に材齢 3 日で φ50×h100mm のコア試験体を採取（3 本/材齢）し，材齢7 日および 28 日で圧縮強度試験を行った．
(3) はね返り率試験
写真 3 にはね返り率試験の状況を示す．
はね返り率試験は表 3 に示すように JSCE-F 563 の吹付けコンク
リートのはね返り率の試験方法（実構造物による吹付け方法）に準

写真 1 強度試験用型枠11-3

液体系急結剤を用いた吹付けコンクリートの強度特性とリバウンド特性に及ぼす影響

写真 2 プルアウト試験の状況

A）増粘剤含有高性能 AE 減水剤

写真 3 はね返り率試験の状況拠して行った．試験は写真 3 に示すように模擬トンネルの床に 1 辺5m 程度のシートを敷き，トンネル半断面（天端～側壁）に幅約 1mで吹付けを行った．はね返り率は吹付け終了後，シート上にはね返った材料を集め，ロードセルを用いてはね返り量を測定し，はね返り率を算出した．なお，吹付けコンクリート量はコンクリートの吐出量を 10m3/hr 一定とし，1m3 程度になるように吹付け時間で調整した．
B）通常の高性能減水剤

3. 試験結果

図 1 経過時間とプロクター貫入抵抗値の関係

3.1 モルタル試験
図 1A）に増粘剤含有減水剤を用いた経過時間と貫入抵抗値の関表 5 フレッシュ試験結果

係，図１B）に通常の高性能減水剤を用いた経過時間と貫入抵抗値

フレッシュ性状の関係を示す．
液体系急結剤を用いた場合，粉体系急結剤と比較して低い急結性

記号状となり，C450FA0-Ad2-AF と C360 FA90-Ad2-CA が同程度の急結性状となった．これは，液体系急結剤には水も含まれており，モルC400FA50-Ad1-AFタルの水セメント比が上昇してしまうためであると考えられる．
また，液体系急結剤の急結性状は，セメント量（水セメント比）の影響が大きく，フライアッシュの添加量や混和剤種類の影響は小

スランプ

空気量

コンクリート温度

(㎝)

(%)

(℃)

18.05.524

C400FA50-Ad2-AF

22.0

4.025

C400FA100-Ad2-AF22.02.724

さいことを把握した．
(2)強度発現性
3.2 コンクリートを用いた吹付け試験

図 2 にプルアウト試験による換算圧縮強度，図 3 に吹付け前の(1) コンクリートのフレッシュ性状

ベースコンクリートと吹付けコンクリートの圧縮強度試験結果を

表 5 にフレッシュ試験結果を示す．

示す．

吹付け前のベースコンクリートのフレッシュ性状は，スランプ

プルアウト試験による換算圧縮強度は3時間では3.4～4.7N/mm2，18~22cm，空気量 2.7～5.5%であり，増粘剤含有減水剤を使用した

24 時間で 15.7～16.6N/mm2 であり，配合による差は小さく 24 時間

C400FA50-Ad1-AF 配合のスランプは 18cm で空気量は 5.5%と高めで 10N/mm2 以上となり，ベースコンクリートに増粘剤含有減水剤であった．

を用いても所要の強度が得られることを確認した．

11-4

技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

コア供試体による吹付けコンクリートの圧縮強度は材齢 7 日では30.6～32.7N/mm2，材齢 28 日で 47.0～48.1N/mm2 であった．また，吹付け前のベースコンクリートの圧縮強度は材齢 28 日ではC400FA50-Ad1-AF で 49.1N/mm2，
C400FA50-Ad2-AF で 53.2N/mm2，
C400FA100-Ad2-AF で 54.0N/mm2 となり，吹付けコンクリートと吹付け前のベースコンクリートの圧縮強度比は，
C400FA50-Ad1-AF は0.97，C400FA50-Ad2-AF で 0.88，C400FA100-Ad2-AF で 0.89 となった．
C400FA50-Ad1-AF のベースコンクリートの圧縮強度が低いのは空気量が高いことが影響している．
(3)はね返り率
図 4 にはね返り率試験結果を示す．
トンネル半断面（天端～側壁）に幅約 1m で吹付けを行った結果，

図 2 プルアウトによる換算圧縮強度

はね返り率は C400FA50-Ad1-AF で 15.4%，C400FA50-Ad2-AF で17.5％，C400FA100-Ad2-AF で 14.7%となった．一般的な吹付けコン
クリートのはね返り率は概ね 20～30%程度 1)であり，本試験ではフライアッシュを添加することで見かけの粘性が増加し，はね返り率が少なくなったと考えられる．また，はね返り率は増粘剤含有減水剤を使用することで FA100 の配合と同程度で通常の高性能減水剤の 0.88 倍程度となり，増粘剤含有減水剤の増粘効果は，フライアッ
シュ 50kg/m3 程度の効果があることを確認した．

4. おわりに本報では，増粘剤を含有した高性能 AE 減水剤を用いたベースコンクリートに，液体系急結剤を添加した吹付けコンクリートの急結

図 3 圧縮強度試験結果性状や強度発現性，および，はね返り率等への影響把握を目的として行った室内試験，および，模擬トンネルを用いた吹付け試験の結果を報告する．本試験の範囲内において得られた知見を以下に示す．
1)

液体系急結剤を用いた吹付けコンクリートの急結性状は，セメント量（水セメント比）の影響が大きく，フライアッシュの添加量や混和剤種類の影響は小さいことを確認した．

2)

プルアウト試験による換算圧縮強度結果は，本試験で用いた各配合による差は小さく，24 時間で 10N/mm2 以上となり，増粘剤を含有した高性能AE減水剤を用いても所要の強度が得られることを確認した．

3)

本試験に用いた各配合の吹付けコンクリートと吹付け前のベースコンクリートの材齢 28 日での圧縮強度比は，増粘剤を

図 4 はね返り率試験結果

含有した高性能 AE 減水剤を用いた配合では 0.97 となり，通常の高性能減水剤を用いた配合は，フライアッシュ添加量
50kg/m3 で 0.88，100kg/m3 で 0.89 であった．
4)シュを使用することで，見かけの粘性を増加させる効果があり，通常の高性能減水剤を用いた配合のはね返り率は，フライアッ増粘剤を含有した高性能AE減水剤にも同様の効果を求めるこ

シュ添加量 50kg/m3 では 17.5%，フライアッシュ添加量とができることを確認した．

100kg/m3 で 14.7%であった．
5)

6)7)

以上の結果より，増粘剤を含有した高性能 AE 減水剤を使用した

フライアッシュを 50kg/m3 添加した配合の場合，増粘剤を含有吹付けコンクリートに液体系急結剤を使用した場合でも，急結性状した高性能 AE 減水剤を用いた配合のはね返り率は，通常の高や強度発現性への影響は無いことを確認した．また，はね返り率を性能減水剤を用いた配合の 0.88 倍となり低減した．

低減できることを把握した．今後，実現場で液体系急結剤と増粘剤フライアッシュを 50kg/m3 で増粘剤を含有した高性能 AE 減水を含有した高性能 AE 減水剤を用いた吹付けコンクリートの粉じん剤を用いた配合のはね返り率は，フライアッシュを 100 kg/m3量およびはね返り率の低減効果を確認し，作業環境の改善を前提と添加して通常の高性能減水剤を用いた配合と同程度となった．

して，目標性能を満たす材料選定および配合設計手法を継続して研吹付けコンクリートの配合に細骨材の代替として，フライアッ究したいと考えている．

11-5液体系急結剤を用いた吹付けコンクリートの強度特性とリバウンド特性に及ぼす影響

参考文献
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塚原絵万，魚本健人：粗骨材の粒度が吹付けコンクリートの吹付け性状に及ぼす影響，コンクリート工学年次論文集，Vol.20，No.2，pp.1165-1170，
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中島康宏，室川貴光，石田積，小菅啓一：液体急結剤―粉体急結剤を複合した吹付け技術，コンクリート工学年次論文集，Vol.28，No.1，pp.21172122，2006
井上卓，齋藤賢，後藤勝彦：新規液体急結剤を使用した吹付けコンクリートについて，土木学会第 63 回年次学術講演会，V-247，pp.493-494，
2008