JP2003081664A

JP2003081664A - 急結剤、急結剤スラリー、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法

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Publication number: JP2003081664A
Application number: JP2001268600A
Authority: JP
Inventors: Isao Terajima; 寺島　　勲; Akira Watanabe; 晃渡辺; Tsumoru Ishida; 積石田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-19
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP5192106B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粉塵の発生量を少なくでき、吹付け初期に高
い強度が得られるために安全性も向上する、例えば、道
路、鉄道、及び導水路等のトンネルや法面等において露
出した地山面へ吹付ける急結剤、急結剤スラリー、吹付
け材料、及びそれを用いた吹付け工法を提供すること。【解決手段】カルシウムアルミネート類、石膏、アル
カリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、消石灰、
及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤、該急結
剤と水とを含有してなる急結剤スラリー、セメントコン
クリートと該急結剤スラリーとを含有してなる吹付け材
料、並びに、該急結剤に加水することにより、連続的に
急結剤スラリーを調製し、セメントコンクリートと合流
混合して吹付ける吹付け工法を構成とする。

Description

【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や法面等において露出した
地山面へ吹付ける急結剤、急結剤スラリー、吹付け材
料、及びそれを用いた吹付け工法に関する。なお、本発
明のセメントコンクリートとは、ペースト、モルタル、
及びコンクリートを総称するものである。また、本発明
における部や％は特に規定しない限り質量基準である。

【０００２】

【従来の技術とその課題】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剤をコンクリートに
配合した急結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)。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
ラントで吹付コンクリートを調製し、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剤と混合し、急結性吹付コ
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。

【０００３】また、従来より使用されている急結剤とし
ては、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン
酸塩とアルカリ炭酸塩等との混合物、並びに、カルシウ
ムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、及びアル
カリ炭酸塩等の混合物や、カルシウムアルミネートと3C
aO・SiO₂との混合物等が知られている(特開昭64−051351
号公報、特公昭56−27457号公報、特開昭61−026538号
公報、及び特開昭63−210050号公報参照)。

【０００４】これらの急結剤は、セメントの凝結を促進
させる働きがあり、いずれもセメントコンクリートと混
合して地山面に吹付けられる。急結剤の添加方法は、通
常、空気輸送による粉体混合のために、粉塵量が多くな
る方法であった。そのため、作業環境が悪化する場合が
あり、吹付け時には保護眼鏡や防塵マスクなどを着用し
て作業する必要があり、粉塵量のより少ない工法が求め
られていた。

【０００５】粉塵発生量が少ない工法として、急結剤を
スラリー化してセメントコンクリートに添加混合した
後、さらに、アルカリ金属アルミン酸塩の溶液を別途圧
送し、混合し、吹付け施工する方法が提案されている
(特開平 5−139804号公報参照)。しかしながら、この方
法は、高アルカリの液体を使用するため、取り扱いにく
く、吹付け時には保護眼鏡や手袋等が必要となり、作業
性が低下するという課題があった。

【０００６】これに対して、急結剤をスラリー化し、か
つ、セメントコンクリートにミョウバン類を配合するこ
とにより、作業環境を改善する急結施工方法が提案され
ている(特開平 5−097491号公報参照)。しかしながら、
近年、作業性をさらに良くし、工期短縮の面で、急結性
をさらに向上することが求められるようになった。

【０００７】本発明者は、前記課題や要求を種々検討し
た結果、ある特定の急結剤を使用して吹付け施工を行う
ことにより、前記課題や要求が解決できるという知見を
得て本発明を完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、カルシ
ウムアルミネート類、石膏、アルカリ金属アルミン酸
塩、アルカリ金属炭酸塩、消石灰、及びオキシカルボン
酸類を含有してなる急結剤であり、該急結剤と水とを含
有してなる急結剤スラリーであり、セメントコンクリー
トと該急結剤スラリーとを含有してなる吹付け材料であ
り、該急結剤に加水することにより、連続的に急結剤ス
ラリーを調製し、セメントコンクリートと合流混合して
吹付け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等
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や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、アルカリ土類金属ハロゲン化物、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使用可能である。これら
の中では、反応活性の面で、非晶質のカルシウムアルミ
ネート類が好ましく、12CaO・7Al₂O₃(以下、C₁₂A₇とい
う)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。カルシウムアルミネ
ート類の粒度は、急結性や初期強度発現性の面で、ブレ
ーン比表面積(以下、ブレーン値という)3,000cm²/g以上
が好ましく、5,000cm²/g以上がより好ましい。3,000cm²
/g未満では、急結剤と吹付けセメントコンクリートを混
合した急結性吹付けセメントコンクリートの急結性や初
期強度発現性が低下する場合がある。

【００１１】本発明で使用する石膏は、急結性吹付けセ
メントコンクリートの凝結性や強度発現性を向上し、例
えば、急結剤と水(以下、スラリー水という)を混合した
急結剤スラリーの硬化時間を遅延するために混合するも
のである。石膏としては、無水石膏、半水石膏、及び二
水石膏が使用可能である。これらの中では、凝結性や強
度発現性の面で無水石膏の使用が好ましい。石膏の粒度
は、通常、セメントなどに使用される程度でよいが、急
結性吹付けセメントコンクリートの急結性や初期強度発
現性の面で、ブレーン値3,000cm²/g以上が好ましい。石
膏の使用量は、カルシウムアルミネート類100部に対し
て、５〜50部が好ましく、10〜30部がより好ましい。５
部未満では急結剤スラリーの粘度が上昇するため、急結
性吹付けセメントコンクリートの施工性や凝結性が低下
して、長期強度発現性を促進しにくい場合があり、50部
を超えると初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する
場合がある。

【００１２】本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸
塩(以下、アルミン酸塩という)とは、セメントの初期凝
結を促進するものであり、水酸化アルミニウムとアルカ
リ金属水酸化物を混合溶解し、乾燥し、粉末状として得
られるものである。アルミン酸塩としては、アルミン酸
ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチ
ウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用
することが可能である。これらの中では、急結性吹付け
セメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性の面
で、アルミン酸ナトリウムの使用が好ましい。アルミン
酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート類100部に対
して、10〜70部が好ましく、20〜50部がより好ましい。
10部未満では初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下す
る場合があり、70部を超えると急結剤スラリーの粘度が
上がり、急結性吹付けセメントコンクリートの施工性や
長期強度発現性が低下する場合がある。

【００１３】本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩(以
下、炭酸アルカリという)とは、セメントの初期凝結を
促進するものであり、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、
炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムが挙げられ
る。これらの中では、初期凝結促進の面で、炭酸ナトリ
ウムが好ましい。炭酸アルカリの使用量は、カルシウム
アルミネート類100部に対して、10〜100部が好ましく、
20〜70部がより好ましい。10部未満では急結性吹付けセ
メントコンクリートの初期凝結が遅れ、初期強度発現性
が低下する場合があり、100部を超えると急結剤スラリ
ーの粘度が上がり、施工性や長期強度発現性が低下する
場合がある。

【００１４】本発明で使用する消石灰とは、セメントの
初期凝結を促進するものであり、生石灰が水と反応して
生成する水酸化カルシウムが挙げられる。消石灰の使用
量は、カルシウムアルミネート類100部に対して、20〜1
50部が好ましく、50〜100部がより好ましい。20部未満
では急結性吹付けセメントコンクリートの初期凝結が遅
れ、初期強度発現性が低下する場合があり、150部を超
えると急結剤スラリーの粘度が上がり、施工性や長期強
度発現性が低下する場合がある。

【００１５】本発明で使用するオキシカルボン酸類(以
下、オキシ酸類という)としては、グルコン酸、酒石
酸、クエン酸、リンゴ酸、サリチル酸、及び乳酸又はこ
れらの塩等が挙げられる。塩としては、ナトリウムやカ
リウムなどのアルカリ金属塩等が挙げられる。これらの
中では、初期強度発現性の面で、グルコン酸ナトリウム
が好ましい。オキシ酸類の使用量は、カルシウムアルミ
ネート類100部に対して、0.3〜３部が好ましく、0.5〜
２部がより好ましい。0.3部未満では急結性吹付けセメ
ントコンクリートの凝結性や初期強度発現性を阻害し、
急結剤スラリーの粘度が上がり、急結性吹付けセメント
コンクリートの施工性が低下する場合があり、３部を超
えると凝結性や強度発現性を阻害する場合がある。

【００１６】本発明で使用する急結剤スラリー中のスラ
リー水の使用量は、カルシウムアルミネート類、石膏、
アルミン酸塩、炭酸アルカリ、消石灰、及びオキシ酸類
を含有する急結剤100部に対して、50〜200部が好まし
く、70〜150部がより好ましい。50部未満では急結剤ス
ラリーの粘度が上がり、急結剤スラリーの圧送性や吹付
けセメントコンクリートとの混合性が低下したり、急結
性吹付けセメントコンクリートの凝結性が悪くなり、リ
バウンド率が大きくなり、粉塵量が多くなる場合があ
り、200部を超えると凝結性や強度発現性が低下する場
合がある。

【００１７】急結剤の使用量は、セメント100部に対し
て、固形分換算で３〜20部が好ましく、５〜15部がより
好ましく、７〜10部が最も好ましい。３部未満では急結
性吹付けセメントコンクリートの初期凝結を促進しにく
い場合があり、20部を超えると長期強度発現性を阻害す
る場合がある。

【００１８】ここでセメントとは、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、これら各種ポルトランドセメントにフライ
アッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメント
などが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも
可能である。

【００１９】本発明の急結剤スラリーでは、必要に応じ
て、さらに、減水剤や増粘剤等を使用することも可能で
ある。

【００２０】本発明で使用するセメントコンクリートは
セメントと骨材とを含有するものである。ここで、骨材
としては、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ま
しい。骨材の最大寸法は吹付けできれば特に限定される
ものではない。細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、
及び珪砂等が使用可能であり、粗骨材としては、川砂
利、山砂利、及び石灰砂利等が使用可能である。

【００２１】セメントコンクリートに使用する水の量
は、強度発現性の面から35％以上が好ましく、40〜55％
がより好ましい。35％未満ではセメントコンクリートを
充分混合できない場合がある。

【００２２】本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工
法においては、従来使用の吹付け設備等が使用可能であ
る。具体的には、例えば、吹付けセメントコンクリート
の圧送にはアリバー社製、商品名「アリバー２８０」な
どが、また、急結剤の圧送には急結剤圧送装置「ナトム
クリート」などがそれぞれ使用可能である。

【００２３】また、本発明の急結剤スラリーを用いた吹
付け工法としては、要求される物性、経済性、及び施工
性等に応じた種々の吹付け工法が可能である。本発明の
急結剤スラリーを用いた吹付け工法としては、乾式吹付
け工法も施工できるが、粉塵量が多くなる場合があるの
で、急結剤を使用する前にあらかじめ水をセメントコン
クリート側に加えて混練した湿式吹付け工法を使用する
ことが好ましい。

【００２４】湿式吹付け工法としては、例えば、セメン
ト、細骨材、粗骨材、及び水を加えて混練し、空気圧送
し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結剤供給装置
により圧送した急結剤を合流混合して急結性湿式吹付け
コンクリートとしたものを吹付ける方法が挙げられる。

【００２５】本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工
法においては、通常、吹付け圧力は0.2〜0.5MPaが好ま
しく、吹付け速度は４〜20m³/ｈが好ましい。

【００２６】また、急結剤を圧送する圧送空気の圧力
は、セメントコンクリートが急結剤スラリーの圧送管内
に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメント
コンクリートの圧送圧力より0.01〜0.3MPa大きいこと
が好ましい。

【００２７】本発明の急結剤スラリーを用いた吹付け工
法においては、粉塵やリバウンドを低減するために、粉
体急結剤にスラリー水を加えて連続的に急結剤をスラリ
ー化し、この急結剤スラリーを、吐出口先端で吹付けセ
メントコンクリートと混合して吹付けることが好まし
い。急結剤を連続的にスラリー化する方法としては、例
えば、粉体急結剤を空気圧送する圧送管の周囲に穴を開
け、その穴から高圧水を圧送管内へ加水してスラリー化
し、空気圧送する方法等が使用できる。

【００２８】

【実施例】以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００２９】実験例１カルシウムアルミネート類100部、並びに、カルシウム
アルミネート類100部に対して表１に示す量の石膏ア、
アルミン酸塩Ａ、炭酸アルカリａ、消石灰、及びオキシ
酸類αからなる急結剤100部と、スラリー水80部とを混
合攪拌して急結剤スラリーを調製し、その粘度を測定し
た。結果を表１に併記する。また、砂／セメント比＝
３、水／セメント比＝53％のモルタルを調製し、そのセ
メント100部に対して、急結剤スラリーを固形分換算で
７部添加し、急結性モルタルとし、その凝結時間を、さ
らに、圧縮強度を測定した。なお、急結剤スラリーを添
加しないモルタルの水／セメント比は60％とした。結果
を表１に併記する。

【００３０】＜使用材料＞セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレ
ーン値3,200cm²/g、比重3.16 細骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、比
重2.62 カルシウムアルミネート類：C₁₂A₇組成に対応するも
の、非晶質、ブレーン値6,500cm²/g 石膏ア：市販無水石膏粉砕品、ブレーン値5,900cm²
/g アルミン酸塩Ａ：アルミン酸ナトリウム、市販品、強熱
減量2.1％、90％粒子径0.2mm 炭酸アルカリａ：炭酸ナトリウム、市販品消石灰：市販品オキシ酸類α：グルコン酸ナトリウム、市販品

【００３１】＜測定方法＞粘度：急結剤スラリーをＢ型粘度計で測定凝結時間：急結性モルタルを土木学会基準「吹付けコン
クリート用急結剤品質規格(JSCED-102)」に準じて測定圧縮強度：急結性モルタルをJIS R 5201に準じて測定

【００３２】

【表１】

【００３３】実験例２カルシウムアルミネート類100部に対して、表２に示す
石膏20部、アルミン酸塩50部、炭酸アルカリ50部、消石
灰80部、及びオキシ酸類1.0部からなる急結剤100部と、
表２に示す量のスラリー水とを混合、攪拌して急結剤ス
ラリーを調製したこと以外は実験例１と同様に行った。
結果を表２に併記する。

【００３４】＜使用材料＞石膏イ：市販二水石膏粉砕品、ブレーン値6,300cm²
/g アルミン酸塩Ｂ：アルミン酸カリウム、市販品、強熱減
量2.3％炭酸アルカリｂ：炭酸カリウム、市販品オキシ酸類β：クエン酸ナトリウム、市販品

【００３５】

【表２】

【００３６】実験例３カルシウムアルミネート類100部、石膏ア20部、アルミ
ン酸塩Ａ50部、炭酸アルカリａ50部、消石灰80部、及び
オキシ酸類α1.0部からなる急結剤100部と、スラリー水
80部とを混合攪拌して急結剤スラリーを調製した。砂／
セメント比＝３、水／セメント比＝53％のモルタルを調
製し、そのセメント100部に対して、急結剤スラリーを
固形分換算で、表３に示す量の急結剤スラリーをモルタ
ルに合流混合して急結性モルタルを製造し、凝結時間と
圧縮強度を測定した。結果を表３に併記する。

【００３７】

【表３】

【００３８】実験例４各材料の単位量、セメント400kg/m³、細骨材1,058kg/m
³、粗骨材710kg/m³、水200kg/m³、及び高性能減水剤４k
g/m³として吹付けコンクリートを調製し、この吹付けコ
ンクリートを吹付け圧力0.4MPa、吹付け速度４m³/ｈの
条件下で、コンクリート圧送機「アリバー２８０」によ
り空気圧送した。一方、カルシウムアルミネート類100
部、石膏ア20部、アルミン酸塩Ａ50部、炭酸アルカリａ
50部、消石灰80部、オキシ酸類α1.0部からなる急結剤
を、セメント100部に対して、７部になるように、圧送
圧力0.5MPaの条件下で、急結剤添加装置「ナトムクリー
ト」を用いて空気圧送し、途中に設けたＹ字管の一方の
管の周囲数カ所に設けた穴から、急結剤100部に対し
て、スラリー水80部を加水して急結剤スラリーとした。
この急結剤スラリーを、また、スラリー水を加水してな
い急結剤を圧送して、Ｙ字管のもう一方から圧送された
吹付けコンクリートに混合し、急結性吹付けコンクリー
トとした。この急結性吹付けコンクリートについてコン
クリート圧縮強度、リバウンド率、及び粉塵量を測定し
た。結果を表４に示す。

【００３９】＜使用材料＞粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、
比重2.64、最大寸法10mm

【００４０】＜測定方法＞コンクリート圧縮強度：材齢１時間の圧縮強度は、幅25
cm×長さ25cmのプルアウト型枠に設置したピンを、プル
アウト型枠表面から急結性吹付けコンクリートで被覆
し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、その時の引き抜き
強度を求め、(圧縮強度)＝(引き抜き強度)×４／(供試
体接触面積)の式から圧縮強度を算出した。材齢１日以
降の圧縮強度は、幅50cm×長さ50cm×厚さ20cmの型枠に
急結性吹付けコンクリートを吹付け、採取した直径５cm
×長さ10cmの供試体を20トン耐圧機で測定し、圧縮強度
を求めた。リバウンド率：急結性吹付けコンクリートを４m³/ｈの
圧送速度で10分間、鉄板でアーチ状に作成した高さ3.5
ｍ、幅2.5ｍの模擬トンネルに吹付けた。その後、 (リバウンド率)＝(模擬トンネルに付着せずに落下した
急結性吹付けコンクリートの量)／(模擬トンネルに吹付
けた急結性吹付けコンクリートの量)×100（％）で算出した。粉塵量：急結性吹付けコンクリートを４m³/ｈの圧
送速度で10分間、模擬トンネルに吹付けた。その後、吹
付け場所より３ｍの定位置で粉塵量を測定した。

【００４１】

【表４】

【００４２】

【発明の効果】本発明の急結剤を用いることにより、粉
塵の発生量を少なくできる。さらに、吹付け初期に高い
強度が得られるために安全性も向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 24/06 Ｃ０４Ｂ 24/06 Ａ 28/02 28/02 Ｅ０２Ｄ 17/20 １０４Ｅ０２Ｄ 17/20 １０４ＢＥ２１Ｄ 11/10 Ｅ２１Ｄ 11/10 Ｄ // Ｃ０４Ｂ 103:12 Ｃ０４Ｂ 103:12 Ｆターム(参考） 2D044 DC03 2D055 AA01 AA02 AA04 DB00 KA08 LA10 4G012 PB03 PB05 PB08 PB11 PB16 PC06 PE04 4G056 AA07 CB32 CC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カルシウムアルミネート類、石膏、アル
カリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、消石灰、
及びオキシカルボン酸類を含有してなる急結剤。
【請求項２】請求項１記載の急結剤と水とを含有して
なる急結剤スラリー。
【請求項３】セメントを含有してなるセメントコンク
リートと請求項２記載の急結剤スラリーとを含有してな
る吹付け材料。
【請求項４】請求項１記載の急結剤に加水することに
より、連続的に急結剤スラリーを調製し、セメントコン
クリートと合流混合して吹付けることを特徴とする吹付
け工法。