JP2019157564A - モルタル又はコンクリート吹付方法、及びその吹付装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長距離・高揚程の施工対象に適用可能であり、圧送時における固化材の硬化が抑制されたモルタル又はコンクリート吹付方法、及びそれに使用される吹付装置の提供。【解決手段】モルタル又はコンクリート吹付方法は、第１圧送路２８を介して圧送された造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２を含む混合物と、第２圧送路３４を介して圧送された水Ｍ３とを、吹付ノズル６１の手前側にある第１圧送路２８と第２圧送路３４とが接続する部分４３で合流させ、それらが混ざり合って得られたモルタル材料Ｍ１０等を吹付ノズル６１から吐出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、モルタル又はコンクリート吹付方法、及びその吹付装置に関する。

切土や盛土等からなる法面（傾斜面）等の施工対象に、モルタル又はコンクリートを打設する工法として、吹付工法が利用されている。この種の吹付工法としては、例えば、特許文献１に示されるように、セメントと水を混合したセメントミルクと、砂や砕石（又は砂利等）の骨材とを別々に圧送し、それらを吹付ノズルの手前のところで合流させた状態で吹付ノズルから吐出させる別圧送方式が知られている（例えば、特許文献１）。

また、本発明に関連する文献として、特許文献２が挙げられる。この特許文献２は、「造粒セメント及び該造粒セメントの製造法」に関するものである。

特開２００３−３２８３６７号公報 特開２０１６−９８１４５号公報

セメントと水を混ぜ合わせた状態で圧送する、所謂、湿式の圧送方式では、セメントが水と反応（水和反応）することで圧送ホースの内部で硬化し易い。そのため、硬化したセメントによって圧送ホースが閉塞されてしまい、問題となっている。

また、水と分けて、セメントと骨材の混合物だけを圧送する乾式の別圧送方式も試みられているが、骨材（砂等）には、通常、微量の水分が含まれているため、時間の経過と共に、そのような水分の影響によりセメントが硬化し、圧送ホースが閉塞してしまうことがあった。なお、圧送ホースの閉塞に至らない場合でも、硬化したモルタル等が、硬化していない他のモルタル等と混ざった状態で吹付ノズルから吐出されてしまうため、施工物の仕上がり品質が低下することがあった。

このようなセメントの硬化は、特に、施工対象が長距離・高揚程の場合に顕著であり、問題となっている。

なお、特許文献２は、造粒セメントが、所謂、ドライバッチ方式（乾式）のコンクリート等の造成法に対応可能であることは開示しているものの、造粒セメントを吹付工法に適用する内容は、全く開示していない。

本発明の目的は、長距離・高揚程の施工対象に適用可能であり、圧送時における固化材の硬化が抑制されたモルタル又はコンクリート吹付方法、及びそれに使用される吹付装置を提供することである。

本発明に係るモルタル又はコンクリート吹付方法は、第１圧送路を介して圧送された造粒固化材及び骨材を含む混合物と、第２圧送路を介して圧送された水とを、吹付ノズルの手前側にある前記第１圧送路と前記第２圧送路とが接続する部分で合流させ、それらが混ざり合って得られたモルタル材料又はコンクリート材料を前記吹付ノズルから吐出させる。

前記モルタル又はコンクリート吹付方法において、前記造粒固化材は、少なくとも固化材及び油脂類を含む複合材料の混練材の圧縮造粒体であることが好ましい。

また、本発明に係るモルタル又はコンクリート吹付装置は、造粒固化材及び骨材を含む混合物を圧送させる第１圧送路と、水を圧送させる第２圧送路と、前記混合物と前記水を合流させるために、前記第１圧送路の下流側の端部と、前記第２圧送路の下流側の端部とを接続させる接続手段と、前記接続手段に接続され、合流後の前記混合物と前記水とが互いに混ざり合いながら通過する合流供給路と、前記合流供給路に接続され、前記混合物と前記水とが混ざり合って得られたモルタル材料又はコンクリート材料を吐出させる吹付ノズルとを備える。

前記モルタル又はコンクリート吹付装置において、前記造粒固化材は、少なくとも固化材及び油脂類を含む複合材料の混練材の圧縮造粒体であることが好ましい。

本発明によれば、長距離・高揚程の施工対象に適用可能であり、圧送時における固化材の硬化が抑制されたモルタル又はコンクリート吹付方法、及びそれに使用される吹付装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るモルタル又はコンクリート吹付装置を模式的に表した説明図

本発明の一実施形態に係るモルタル又はコンクリート吹付方法（以下、単に「吹付方法」と称する場合がある。）、及びモルタル又はコンクリート吹付装置について、図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモルタル又はコンクリート吹付装置１０（以下、単に「吹付装置１０」と称する場合がある）を模式的に表した説明図である。

本実施形態の吹付方法は、長距離・高揚程の法面（施工対象の一例）１に、モルタル又はコンクリートからなる法枠（施工物の一例）を形成するために利用される。本実施形態の吹付方法は、図１に示される吹付装置１０を用いて実現される。

吹付装置１０は、法面１に設けられている型枠の中に、未硬化状態のモルタル又はコンクリートからなるモルタル材料又はコンクリート材料（以下、「モルタル材料等」と称する場合がある）を、吹付により供給する。

ここで、先ず、本実施形態で使用されるモルタル材料等について説明する。モルタル材料等は、少なくとも、造粒固化材、骨材及び水を混合したものからなる。本実施形態では、固化材として、一般的な粉末状のものではなく、固化能力を維持した状態で、粒状化された造粒固化材（例えば、セメント系造粒固化材）が利用される。なお、骨材及び水については、一般的な吹付工法で用いられる公知のものが利用される。具体的な骨材としては、細骨材（例えば、砂）、粗骨材（例えば、砕石等）等が挙げられる。

造粒固化材としては、例えば、上述した特許文献２に示されるセメント系造粒固化材（造粒セメント）が利用される。造粒固化材は、例えば、少なくとも固化材（セメント等）及び油脂類を含む複合材料の混練材の圧縮造粒体からなる。造粒固化材の大きさは、本発明の目的を損なわない限り特に制限はないが、例えば、細骨材、粗骨材等の骨材と同程度の大きさを標準として設定される。

造粒固化材は、固化材（セメント等）及び油脂類の他に、必要に応じて、増粘材、崩壊材等を含んでもよい。増粘材としては、前記複合材料の粘性を向上させて粒状化させ易くする性質を有するものが使用される。崩壊材としては、水を吸収すると、造粒固化材を内側から崩壊させる性質を有するものが使用される。造粒固化材の製造方法は、例えば、特許文献２に示される通りであり、少なくとも固化材（セメント等）及び油脂類を含む複合材料の混合攪拌工程と、前記混合攪拌工程による１次処理材料の粉砕・解砕工程と、必要に応じて前記粉砕・解砕工程による２次処理材料の圧縮造粒工程とを備える。なお、前記圧縮造粒工程で製造された造粒固化材は、必要に応じて焼成されてもよい。

本実施形態の吹付装置１０は、上述したモルタル材料等の原材料を、水Ｍ３と、水Ｍ３（液体）以外の原材料（造粒固化材Ｍ１、骨材Ｍ２）とに分けた状態で、それらを別々のホースを利用して施工対象（法面１）の近くまで圧送する。そして、それらのホースは、下流側で繋がっているため、別々に圧送された水Ｍ３と、水Ｍ３以外の原材料（造粒固化材Ｍ１、骨材Ｍ２）とは下流側で合流し、混ざり合った状態で吐出される。

このような吹付装置１０は、造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２を下流側に供給する手段として、ホッパー２１、第１ベルトコンベア２２、計量器２３、第２ベルトコンベア２４、吹付機２５、耐圧ホースからなるエアホース２７、圧縮機２６、及び第１耐圧ホース２８を備えている。なお、吹付装置１０は、図示されない発電機を備えており、その発電機で発電された電力が、発電機に付設されている配電盤（不図示）を介して、吹付機２５、第１ベルトコンベア２２、計量器２３、第２ベルトコンベア２４及びホッパー２１に供給される。また、本実施形態の場合、前記発電機は、後述する送水ポンプ、流量計にも前記配電盤を介して電力を供給する。

ホッパー２１は、受入口から骨材Ｍ２を受け入れると、適量の骨材Ｍ２を隣接する第１ベルトコンベア２２に排出する。なお、骨材Ｍ２は、ユニック車等により、ホッパー２１の近くまで運ばれる。第１ベルトコンベア２２は、ホッパー２１と、計量器２３との間に設置されており、ホッパー２１から排出された骨材Ｍ２を計量器２３へ搬送する。

計量器２３は、ホッパー２１からベルトコンベア２２を介して送られてくる骨材Ｍ２を、篩を用いて粒径で選別する。そして、計量器２３は、篩を通過した適当な大きさの骨材Ｍ２のみを、所定量に計り取った状態で、隣接する第２ベルトコンベア２４に排出する。

第２ベルトコンベア２４は、計量器２３と、吹付機２５との間に設置されており、計量器２３から排出された骨材Ｍ２を吹付機２５へ搬送する。なお、骨材Ｍ２が第２ベルトコンベア２４上を移動する際に、適量の造粒固化材Ｍ１が、作業者によって第２ベルトコンベア２４上に載せられる。そのため、第２ベルトコンベア２４は、適量の骨材Ｍ２と共に、適量の造粒固化材Ｍ１を、同時にまとめて吹付機２５へ搬送する。

吹付機（ガン機）２５は、第２ベルトコンベア２４から送られてくる造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２を攪拌しつつ、それらの混合物を、吹付機２５に接続する第１耐圧ホース２８に向けて噴出する装置である。吹付機２５は、撹拌機を内蔵する攪拌槽を備えており、造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２が供給されると、それらを混合する。また、吹付機２５は、エアホース２７を介して圧縮機（コンプレッサー）２６と接続しており、その圧縮機２６から、前記混合物を噴出させるための高圧の圧縮空気（圧搾空気）が供給される。なお、吹付機２５は、図示されない制御盤を備えている。作業者は、この制御盤を適宜、操作することにより、吹付機２５から供給される圧縮空気量等が調整される。

耐圧ホース（第１圧送路の一例）２８は、造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２の混合物を、下流側へ圧送させる通路である。第１耐圧ホース２８の上流側の端部は、吹付機２５に接続され、下流側の端部は、後述する接続手段４３に接続される。

また、吹付装置１０は、水Ｍ３を下流側に供給する手段として、水タンク３１、送水ポンプ、流量計３３及び第２耐圧ホース３４（第２圧送路の一例）を備えている。水タンク３１に収容された水Ｍ３は、送水ポンプ３２によって、吸い上げられて、第２耐圧ホース３４に圧送される。送水ポンプ３２と第２耐圧ホース３４との間には、流量計３３が設置されており、水Ｍ３は、流量計２２で流量が計量されながら、第２耐圧ホース３４に圧送される。第２耐ホース３４の上流側は、流量計３３を介して送水ポンプ３２に接続され、下流側の端部は、後述する接続手段４３に接続される。

第１耐圧ホース２８の下流側の端部２８ａと、第２耐圧ホース３４の下流側の端部３４ａは、第１耐圧ホース２８内の造粒セメントＭ１及び骨材Ｍ２からなる混合物と、第２耐圧ホース３４内の水Ｍ３とが合流するように、接続手段４３を介して互いに接続されている。そして、接続手段４３の下流側には、合流後の前記混合物（造粒固化材Ｍ１、及び骨材Ｍ２）と水Ｍ３とが互いに混ざり合いながら通過する第３耐圧ホース（合流供給路）５１が接続されている。

本実施形態の接続手段４３は、２つの部分から構成されている。接続手段４３は、第２耐圧ホース３４の端部３４ａが固定される加水部４１と、第１耐圧ホース２８の端部２８ａが固定され、加水部４１の上流側に接続する破砕・攪拌部４３とを備えている。

破砕・攪拌部４２は、全体的には、管状をなしており、上流側の端部に、第１耐圧ホース２８の端部２８ａが固定される。また、管状をなした破砕・攪拌部４２の内周面には、中心に向かって突出する複数の突起が設けられている。第１耐圧ホース２８から送られてきた造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２の混合物は、破砕・攪拌部４２の内部を通過する際に、前記突起と衝突することで、適宜、破砕及び攪拌される。造粒固化材Ｍ１は、この破砕・攪拌部４２の内部を通過することで、通常の粉状の固化材（セメント等）に戻り易くなる。

破砕・攪拌部４２の下流側は、加水部４１に接続されている。加水部４１は、全体的には、管状をなしており、その内部を、上流側から送られてきた造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２の混合物が通過する。管状の加水部４１の壁面には、第２耐圧ホース３４から供給された水Ｍ３を内部に噴出させる加水孔が設けられている。そのような加水孔から加水部４１の内部に噴出された水Ｍ３は、加水部４１の内部を通過する造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２の混合物と合流する。

このように接続手段４３によって合流した造粒固化材（セメント系造粒固化材）Ｍ１、骨材Ｍ２及び水Ｍ３は、第３耐圧ホース５１を通過しながら、互いに混ざり合い、モルタル材料Ｍ１０となって第３耐圧ホース５１の下流側の端部に設けられた吹付ノズル６１から、外部に吐出される。本実施形態の場合、吹付ノズル６１から吐出されたモルタル材料Ｍ１０は、法面（施工対象）１に設けられた所定の型枠の中に供給される。なお、接続手段４３は、例えば、吹付ノズル６１から、１０ｍ〜２０ｍ手前の部分に設置される。

以上のように、本実施形態の吹付方法は、固化材として、造粒固化材（セメント系造粒固化材）Ｍ１を使用することで、長距離・高揚程であっても、造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２の混合物を、第１耐圧ホース２８を閉塞せずに、目的箇所まで圧送することができる。造粒固化材Ｍ１は、従来の粉状の固化材（セメント等）よりも、粒径が大きく、骨材Ｍ２と同程度の大きさに調製されている。また、造粒固化材Ｍ１には、油脂類が添加され、ホース内での摩擦抵抗が低減されている。本実施形態の吹付方法は、このような造粒固化材Ｍ１を使用することにより、第１耐圧ホース２８を介して造粒固化材Ｍ１及び骨材Ｍ２の混合物を均一に混合した状態で圧送することができる。

また、本実施形態の吹付方法は、固化材として、造粒固化材を使用することで固化材（セメント）配合比を高めたモルタル材料等（例えば、高強度モルタル）を施工することが可能となる。従来の吹付工法では、セメントを水と混ぜてセメントミルクの状態で圧送するため、セメント配合比を高くすると、セメントミルクが高粘度化してホースを閉塞し、セメントミルクを圧送することができなかった。また、従来、セメントを砂等の骨材と混ぜた状態で、乾式で圧送する場合も、セメント配合比を高くすると、粉状のセメントが骨材と容易に分離し、その分離したセメントが骨材に付着した水分と反応して固化等するため、圧送することができなかった。

また、本実施形態の吹付方法は、上記のように、第１耐圧ホース２８の閉塞が抑制されるため、施工性のみならず、作業者（例えば、吹付ノズル６１を操作するノズルマン、吹付機２５を操作するガンマン等）の安全性も確保される。また、本実施形態の吹付方法は、均質な状態のモルタル材料等を、施工対象に供給することができるため、高品質の施工物を得ることができる。

また、本実施形態の吹付方法は、例えば、通常の耐圧ゴムホースを、第１耐圧ホース２８として使用した場合でも、最大で、揚程１５５ｍ、距離５６０ｍの施工対象に対して、吹付を行うことができる。また、本実施形態の吹付方法は、水平距離５００ｍｍの施工対象であれば、固化材（セメント）配合比の高い高強度モルタル用のモルタル材料等を用いても十分に吹付を行うことができる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
上記実施形態に係る吹付装置１０を利用して、揚程１５５ｍ、距離５６０ｍの施工対象（法面）に対し、以下に示される条件の原材料からなるモルタル材料の打設を行った。その結果、ホースの閉塞等の問題が発生することなく、モルタル材料の打設を行うことができた。また、モルタル材料が固化して得られた施工物の品質についても、問題はなかった。
＜原材料の条件＞
造粒セメント（セメント系造粒固化材）として、セメントに油脂類及び崩壊材を添加し、公知の方法で造粒化したものを使用した。セメント１００質量部に対し、油脂類は約３質量部、崩壊材は約６質量部の割合で添加した。造粒セメントに含まれるセメントと、細骨材とを１：４の割合（質量比）で混合したものを、第１耐圧ホース（第１圧送路）で圧送した。なお、水セメント比（セメントに対する水の割合）は、５５質量％に設定した。

〔実施例２〕
使用する原材料を、以下の原材料に変更したこと以外は、実施例１と同様、吹付装置１０を利用して、同様の施工対象（揚程１５５ｍ、距離５６０ｍの法面）に対してモルタル材料の打設を行った。その結果、実施例１と同様、実施例２の場合でも、ホースの閉塞等の問題が発生することなく、モルタル材料の打設を行うことができた。また、モルタル材料が固化して得られた施工物の品質についても、問題はなかった。
＜原材料の条件＞
造粒セメント（セメント系造粒固化材）として、実施例１と同様のものを使用した。造粒セメントに含まれるセメントと、細骨材とを１：３の割合（質量比）で混合したものを、第１耐圧ホース（第１圧送路）で圧送した。なお、水セメント比（セメントに対する水の割合）は、５５質量％に設定した。

＜他の実施形態＞
（１）上記実施形態では、施工対象が法面であったが、本発明の目的を損なわない限り、施工対象はこれに限られず、例えば、トンネルの壁面、煙突等の耐熱壁等の様々な物が施工対象であってもよい。また、施工対象は、人工物であってもよいし、自然に存在する物であってもよい。

（２）造粒固化材の主原料としては、造粒化が可能であり、かつ水と接触して固化可能であれば、セメント系固化材に限られず、例えば、石灰系固化材やその他の固化材を用いることができる。なお、セメント固化材を主原料とする造粒固化材は、セメント系造粒固化材であり、石灰系固化材を主原料とする造粒固化材は、石灰系造粒固化材である。

（３）上記実施形態では、第２耐圧ホース３４を介して水Ｍ３のみを圧送したが、本発明の目的を損なわない限り、他の実施形態においては、必要に応じて、水Ｍ３の中に、用途に適した添加剤（例えば、防凍剤、急結剤等）等を溶解させてもよい。

（４）上記実施形態では、第１耐圧ホース２８を介して造粒セメントＭ１と骨材Ｍ２のみからなる混合物を圧送したが、本発明の目的を損なわない限り、他の実施形態においては、造粒セメントＭ１及び骨材Ｍ２の他に、用途に適した添加剤（例えば、減水剤や添加材としての補強短繊維等）等を混合することができる。

（５）上記実施形態では、長距離・高揚程の施工対象の場合を例示したが、本発明はこれに限られず、例えば、近距離・低揚程の通常の施工対象（市場単価等の基準内）にも適用可能である。

（６）上記実施形態では、第１耐圧ホース２８と第２耐圧ホース３４を接続する手段として、接続手段４３を例示したが、用途に応じて構成や形状等を変更可能としており、本発明はこれに限られない。

１…法面（施工対象）、１０…モルタル又はコンクリート吹付装置、２１…ホッパー、２２…第１ベルトコンベア、２３…計量器、２４…第２ベルトコンベア、２５…吹付機、２６…圧縮機、２７…エアホース、２８…第１耐圧ホース（第１圧送路）、３１…水タンク、３２…送水ポンプ、３３…流量計、３４…第２耐圧ホース（第２圧送路）、４１…加水部、４２…破砕・攪拌部、４３…接続手段、５１…第３耐圧ホース（合流供給路）、６１…吹付ノズル、Ｍ１…造粒固化材、Ｍ２…骨材、Ｍ３…水、Ｍ１０…モルタル材料

Claims (4)

1. 第１圧送路を介して圧送された造粒固化材及び骨材を含む混合物と、第２圧送路を介して圧送された水とを、吹付ノズルの手前側にある前記第１圧送路と前記第２圧送路とが接続する部分で合流させ、それらが混ざり合って得られたモルタル材料又はコンクリート材料を前記吹付ノズルから吐出させるモルタル又はコンクリート吹付方法。
2. 前記造粒固化材は、少なくとも固化材及び油脂類を含む複合材料の混練材の圧縮造粒体である請求項１に記載のモルタル又はコンクリート吹付方法。
3. 造粒固化材及び骨材を含む混合物を圧送させる第１圧送路と、
   水を圧送させる第２圧送路と、
   前記混合物と前記水を合流させるために、前記第１圧送路の下流側の端部と、前記第２圧送路の下流側の端部とを接続させる接続手段と、
   前記接続手段に接続され、合流後の前記混合物と前記水とが互いに混ざり合いながら通過する合流供給路と、
   前記合流供給路に接続され、前記混合物と前記水とが混ざり合って得られたモルタル材料又はコンクリート材料を吐出させる吹付ノズルとを備えるモルタル又はコンクリート吹付装置。
4. 前記造粒固化材は、少なくとも固化材及び油脂類を含む複合材料の混練材の圧縮造粒体である請求項３に記載のモルタル又はコンクリート吹付装置。

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