JP5785427B2

JP5785427B2 - 吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法

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Publication number: JP5785427B2
Application number: JP2011093852A
Authority: JP
Inventors: 荒木　昭俊; 昭俊荒木; 三島　俊一; 俊一三島; 貴光室川; 岩崎　昌浩; 昌浩岩崎; 寺島　勲; 寺島　　勲
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: JP2012224511A

Description

本発明は、主に、土木・建築業界で使用される吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法に関する。

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、急結剤をモルタルやコンクリートに配合した急結性モルタル又はコンクリートの吹付工法が行われている（特許文献１、２参照）。
これら工法は、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。また、ＴＢＭ工法では、掘削した直後の地山の安定化をはかるために予め工場で水硬性成分と骨材をブレンドしたモルタルを使用し、水を練混ぜてポンプ圧送し、途中に設けた合流管で他方から急結剤と混合し急結性吹付けモルタルとして吹付ける工法である。

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金属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、及びアルカリ金属炭酸塩等の混合物や、カルシウムアルミネートと３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（ケイ酸三カルシウム）との混合物等が知られている（特許文献３〜６参照）。
これら急結剤は、セメントの凝結を促進させる働きがあり、いずれもモルタルやコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。急結剤は地山の緩みを早期に抑えるために吹付けモルタルやコンクリートには必要な混和剤である。また、近年では、粉じん発生量が少なく、人体に対するアルカリ刺激性が少ない作業環境を配慮した硫酸アルミニウムを主成分とする液体急結剤の使用も増加している（特許文献７〜９）。いずれも、粉じん発生量を抑制できる点、人体に対するアルカリ刺激性が少ない点で優れているが、吹付け直後からの凝結速度が一般の急結剤に比べ遅く、湧水などがある場合や厚付けした場合には、はく落する場合があった。また、セメント量を増加したコンクリート配合で吹き付けると凝結速度の問題は解決する傾向を示すが、材料コストが大幅に上がるといった経済的なデメリットがある。

一方、粉塵発生量が少ない工法として、粉体急結剤を水でスラリー化コンクリートに添加して吹付けを実施する技術も知られている（特許文献１０〜１３）。この方法は、粉じん発生量は低減でき、初期の凝結性状も改善できるが、スラリー化した急結剤はアルカリ性を示し、人体に対するアルカリによる刺激性の点では改善されていないのが実情である。
また、コンクリートに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属硫酸塩、セッコウ、保水性物質を含有してなる急結剤と、アルミニウム、イオウを含有してなるスラリー水とを別々に圧送して合流混合したスラリー急結剤を含有してなる吹付け材料が知られている（特許文献１２）。この方法は、アルミニウム、イオウを含有する酸性のスラリー水でカルシウムアルミネートを含む急結剤をスラリー化してコンクリートに添加する方式であるため人体に対する刺激性が少なく、凝結速度も一般の急結剤と同等レベルであることから初期の強度発現性が良好となる面で優れている。
しかしながら、カルシウムアルミネートを含む粉体の急結剤を空気搬送するシステムと酸性のスラリー水を圧送するシステムが必要となり、吹付けシステムとして複雑になり、設備コストが向上するという課題があった。

さらに、水硬性材料（カルシウムアルミネート含有）、高分子エマルジョン、骨材、水を含有するセメントコンクリートに、水と粉体急結剤を含有する急結剤スラリーを含有する吹付け材料が知られている（特許文献１３）。この方法も、粉体急結剤を空気搬送するシステムとスラリー水を圧送するシステムが必要となり、吹付けシステムとして複雑になり、設備コストが向上するという課題があり、使用しているカルシウムアルミネートは、セメントコンクリート側には、水和活性が弱いアウイン（４ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＳＯ_３）を使用し、急結剤として水和活性の強いカルシウムアルミネート（１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする粉末急結剤を使用することが基本であり、セメントと混和することで硬化スピードが速くなるカルシウムアルミネートを適用した実例が示されていない。

吹付け材料に特定のセメントを使用した吹付け技術としては、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量が４５〜７５重量％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含有量が６〜１２重量％、硫酸アルカリをＮａ_２Ｏ換算で０．４〜０．７重量％、残部が主として２Ｃａ０・ＳｉＯ_２（ケイ酸二カルシウム）、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３（鉄アルミン酸四カルシウム）からなるクリンカー粉末に、不溶性無水石膏を３０％以上含む石膏をＳＯ_３換算で２．５〜４．０重量％配合してなるブレーン比表面積が３２００〜４７００ｃｍ^２／ｇであるセメントを用いる技術（特許文献１４）、石炭燃焼時に生じた石炭灰を原料とした焼成物であって、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（アルミン酸三カルシウム）を１０〜４０重量％、及び少なくとも３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の１種類以上を含む焼成物と石膏からなる水硬性組成物（ＣＡエコセメント）を用いる吹付け方法に関するもの（特許文献１５）、早強ポルトランドセメントを使用し、水／セメント比が３３〜３８重量％であり、かつスランプが１５ｃｍ以上のベースコンクリートに、急結剤を配合してなることを特徴とする湿式吹付けコンクリートに関するもの（特許文献１６）、鉱物相として３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５０〜７０重量％および３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３を６〜２０重量％含む早強セメント系水硬性組成物と水硬性アルミナとを主成分とする吹付け工法用セメント組成物に関するもの（特許文献１７）、が挙げられる。
特許文献１４〜１７は、吹付けコンクリートの初期及び／又は長期の強度発現性の向上を目的とした技術に関するものであり、特許文献１７は強度発現性の向上に加えアルカリフリー粉末急結剤と組み合わせることによるアルカリ骨材反応の抑制についても言及している。これら技術はセメントの鉱物相としての３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３は６重量％以上を含有するものであり、温度依存性の少ないフレッシュコンクリートや吹付けコンクリートの強度発現性に関する実施例がない。

特公昭６０−４１４９号公報特開平９−２２７１９８号公報特開昭６４−０５１３５１号公報特公昭５６−２７４５７号公報特開昭６１−０２６５３８号公報特開昭６３−２１００５０号公報特開２００５−６０２０１号公報特開２００５−８９２７６号公報特開２００８−３０９９９号公報特開平０５−１３９８０４号公報特開平０５−０９７４９１号公報特開２００７−２７７０５１号公報特開２００２−１３７９５３号公報特開平１１−２１１５８号公報特開２００１−１３０９３９号公報特開２００１−３０２３２２号公報特開２００３−４０６５９号公報

本発明は、特定の鉱物組成のセメントを使用することで、水和活性が高いアルミナセメントをコンクリートに含有させてもスランプロスが小さく、温度依存性の少ない吹付け用コンクリートを製造でき、さらに、硫酸アルミニウムを主成分とする硬化促進剤を適用することで、低粉じんで、低リバウンドで、人体に対するアルカリ刺激の少ない吹付け施工を実現でき、温度依存性の少ない性状の吹付けモルタル又はコンクリートを提供できる。そのため、経済的にも有利である。

すなわち、本発明は、（１）ブレーン比表面積２５００ｃｍ^２／ｇ以上の不溶解残分を含むセメントであり、ボーグ式より算出した鉱物組成が、ケイ酸三カルシウム５０〜６０質量％、アルミン酸三カルシウム０〜４質量％、鉄アルミン酸四カルシウム１０〜１８質量％であるセメント１００質量部と、骨材と、硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤を固形分換算で０．５〜１０質量部とを含有する吹付け材料、（２）セメント１００質量部に対して、アルミナセメントを１〜２０質量部含有する（１）の吹付け材料、（３）アルカリ金属塩、アミン化合物、フッ素化合物の中から選ばれる１種又は２種以上を含有する（１）又は（２）の吹付け材料、（４）硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤が、アルカリ金属塩、アミン化合物、フッ素化合物の中から選ばれる１種又は２種以上を含有する（１）〜（３）のいずれかの吹付け材料、（５）凝結遅延剤を含有する（１）〜（４）のいずれかの吹付け材料、（６）分散剤を含有する（１）〜（５）のいずれかの吹付け材料、（７）繊維を含有する（１）〜（６）のいずれかの吹付け材料、（８）硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤以外の吹付け材料を水とともに練り混ぜてセメントコンクリートあるいはモルタルを製造し、それをポンプ圧送し、ノズルの手前で圧縮空気、硫酸アルミＸニウムを含有する硬化促進剤を合流混合して吹き付ける（１）〜（７）のいずれかの吹付け材料を用いた吹付け工法、である。

水和活性が高いアルミナセメントをコンクリートに含有させてもスランプロスが小さく、温度依存性の少ない吹付け用コンクリートを製造でき、低粉じんで、低リバウンドで、人体に対するアルカリ刺激の少ない吹付け施工を実現できる。さらに凝結性状も優れた吹付け材料を提供でき、長期的な強度発現性も阻害しにくいので性能的および経済的にも有利である。また、吹付けシステムも粉体の輸送装置が不要となり、液体急結剤の圧送ポンプがあれば対応できるため簡単なシステムで吹付け施工ができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。

本発明で使用するセメントとは、ケイ酸三カルシウム５０〜６０％、アルミン酸三カルシウムが０〜４％、鉄アルミン酸四カルシウム１０〜１８％からなる鉱物組成を有するセメントであり、その他の成分としてはケイ酸ニカルシウム、硫酸カルシウム類、炭酸カルシウムなどが含まれる。また、ＪＩＳに規定されたポルトランドセメントとしては耐硫酸塩セメントも使用できる。

本発明で使用するセメントの粉末度は、ブレーン比表面積で３０００ｃｍ^２/ｇ以上であれば特に限定するものではない。

本発明のブレーン比表面積２５００ｃｍ^２／ｇの不溶解残分とは、ＪＩＳＲ５２０２の試験で求めた不溶解残分であり、シリカを多く含むものであれば特に限定するものではない。例えば、フライアッシュ、珪石を微粉砕した石粉、シリカフュームなどに由来するものが挙げられる。この中で入手しやすく流動性の阻害が少ないフライアッシュの使用が好ましい。
不溶解残分の使用量は、特に限定するものではないが、不溶解残分を除くセメント１００部に対して５〜２０質量部であればよい。
本発明は、ブレーン比表面積２５００ｃｍ^２／ｇの不溶解残分と、ケイ酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）５０〜６０％、アルミン酸三カルシウムが０〜４％、鉄アルミン酸四カルシウム１０〜１８%の範囲のセメント鉱物組成と組み合わせることで、初期および長期強度に関して温度依存性が小さい特性などを有する吹付け材料を提供できることを見出したものである。

本発明のアルミナセメントとは、アルミナセメント１号、アルミナセメント２号、フォンデュ、さらにアルミ分とカルシウム分の純度をさらに向上させたハイアルミナセメントの使用が可能である。ブレーン比表面積は４０００ｃｍ^２／ｇ以上であり、アルミナセメント１号に相当するものを使用することが好ましい。硫酸アルミニウムを主成分とする液体急結剤と混合されることで急激な凝結作用を発揮する。
アルミナセメントは、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３や３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３組成に代表されるカルシウムアルミネートとセッコウの組成物よりもセメントに添加したとき水和活性が遅い。従って、作業時間を確保するのに有利である。
しかしながら、吹き付けたときの急結性能を発揮する添加領域で１時間以上の作業時間を確保することが難しい。そこで、セメントに含まれる３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３成分を極力少なくすることで十分な作業時間を確保でき、他の効果として、フレッシュ性状や急結剤を添加した後の硬化体の強度発現性に関する温度依存性が小さくなる。また、急結剤を添加しないベースモルタルやコンクリートの強度に対する強度低下率を抑える効果も発揮することが可能となった。
本発明で使用するアルミナセメントの使用量は、セメント１００部に対して、１〜２０部が好ましく、４〜１５部がより好ましい。１部未満では、液体急結剤を添加したときの凝結性を向上させることが難しく、２０部を越えるとコンクリートの流動性を保持することが難しくなる場合がある。

本発明で使用する骨材は、特に限定するものではなく、市販されているあらゆる骨材の使用が可能であり、吹付け施工に支障をきたさないものであれば問題ない。
骨材の使用量は、セメント１００部に対して５０〜８００部であり、モルタルで使用する場合は骨材粒径５ｍｍ下の砂をセメント１００部に対して５０〜３００部で調整すればよく、コンクリートで使用する場合は骨材粒径５ｍｍ下の砂と骨材粒径１５ｍｍ下の砂利を細骨材率５０〜７５％の範囲になるように調整し、セメント１００部に対して５００〜〜８００部で調整すればよい。

本発明の硫酸アルミニウムは、セメントあるいはアルミナセメントの凝結を促進する成分であり、通常市販されているものが使用できる。例えば、水の凝集剤として市販されている液体硫酸アルミニウムや、粉末状の硫酸アルミニウム（無水塩や含水塩）を任意の濃度で溶解またはスラリー状にしたものいずれも使用できる。

本発明では、アルカリ金属塩、アミン化合物、フッ素化合物の中から選ばれる１種又は２種以上を併用できる。これら物質はセメントモルタル又はコンクリート側に添加してもよく、硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤側に含有させてもよい。
これら物質はいずれも初期の凝結速度をさらに増進する効果を有する物質である。

本発明で使用のアルカリ金属塩とは、硫酸、硝酸、炭酸、重炭酸、ケイ酸、リン酸、ホウ酸のリチウム、ナトリウム、カリウム塩や、シュウ酸、リンゴ酸、グルコン酸、クエン酸、乳酸、酒石酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ステアリン酸などのカルボン酸やオキシカルボン酸のリチウム塩などが使用できる。これらの中で、凝結速度を増進する効果の高い炭酸や硫酸のリチウム塩、炭酸ナトリウムの使用が好ましい。
アルカリ金属塩の使用量は、硫酸アルミニウム固形分１００部に対して０．５〜２０部が好ましく、１〜１５部がより好ましい。０．５部未満では、さらなる凝結速度の増進効果は望めない場合があり、２０部を超えると増進効果は頭打ちとなり長期強度発現性の低下を起こす可能性がある。

本発明で使用するアミン化合物とは、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、アリルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ヘキサメチレンジアミン、ピリジン、及びアニリン等が挙げられる。また、アミンのロンペアに炭素数１〜３０のアルキル基（ベンゼン環、カルボニル基、ヒドロキシル基、不飽和結合を有するアルケニル基などでもよい）が結合しイオン化している四級アンモニウム塩も使用できる。対となる陰イオンとしては、塩素イオン、臭素イオン、フッ素イオン、ヨウ素イオン、硝酸イオン、ヒドロキシイオン、酢酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオンなどが挙げられる。この中で、水との又はセメント等のアルカリ性物質との親和性が良好なトリエタノールアミン、四級アンモニウム塩などの使用が好ましい。
アミン化合物の使用量は、硫酸アルミニウム固形分１００部に対して、０．５〜２０部が好ましく、１．０〜１５部がより好ましい。０．５部未満では凝結速度をさらに向上する効果が小さい場合があり、２０部を越えると強度発現性を阻害する可能性がある。

本発明で使用するフッ素化合物とは、水に溶解又は分散する化合物であれば特に限定されるものではなく、フッ化塩、ケイフッ化塩、フッ化ホウ素塩、有機フッ素化合物、及びフッ化水素酸などのフッ素化合物が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
フッ化塩としては、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、及びクリオライトなどが挙げられる。クリオライトは天然物又は合成したものいずれも使用可能である。
ケイフッ化塩としては、ケイフッ化アンモニウム、ケイフッ化ナトリウム、ケイフッ化カリウム、及びケイフッ化マグネシウムなどが挙げられる。
フッ化ホウ素塩としては、フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素モノエチルアミンコンプレックス、三フッ化ホウ素酢酸コンプレックス、及び三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、ホウフッ化アンモニウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化カリウム、及びホウフッ化第一鉄などが挙げられる。
本発明では、安全性が高く、製造コストが安く、かつ、凝結性状が優れる点から、フッ化塩が好ましい。
フッ素化合物の使用量は、硫酸アルミニウム固形分１００部に対して５〜４０部が好ましく、１０〜３０部がより好ましい。５部未満では、凝結速度の増進効果が小さい場合があり、４０部を越えると長期強度発現を阻害する可能性がある。

本発明の硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤の固形分は、２２〜４０％が好ましい。２２％未満では、十分な凝結力を得ることが難しい場合があり、４０％を越えると温度変化による析出物が発生し貯蔵安定性が悪くなる可能性がある。
本発明の硬化促進剤の使用量は、セメント１００部に対して固形分で０．５〜１０部が好ましく、１〜７部がより好ましい。０．５部未満では、十分な凝結力を与えることが難しい場合があり、１０部を越えると、水セメント比が増加しすぎて、硬化促進剤添加直後の強ばりを阻害し長期強度が低下する場合がある。

本発明のセメントモルタルやコンクリートは、吹付けが可能であれば特に配合は限定されるものではない。一般的なコンクリート配合としては、スランプ１０ｃｍ程度、Ｗ／Ｃ＝６０％程度、ｓ／ａ＝６０％程度、セメント量３６０ｋｇ／ｍ^３程度、砂利の最大寸法１３ｍｍで実施されている場合が多く、高強度タイプのコンクリートでは、スランプ２０〜２６ｃｍ程度、スランプフローで２５〜７０ｃｍ、Ｗ／Ｃ＝３０〜５０％程度、ｓ／ａ＝６０％程度、セメント量４００〜６００ｋｇ／ｍ^３程度、砂利の最大寸法１５ｍｍで実施されている場合が多い。
モルタルとしては、例えば、セメントを主成分とする水硬性粉体１００部に対して砂１００〜２５０部程度のドライモルタルで、水は水硬性粉末と砂の合計１００部に対して１２〜２５部で実施するケースが多い。
本発明で使用する凝結遅延剤とは、硬化促進剤を添加する前のコンクリートやモルタルの流動性の保持時間をコントロールする目的で使用する。

本発明の凝結遅延剤とは、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、酒石酸、これらのナトリウム、カリウム塩などのオキシカルボン酸類、ショ糖などの糖類、これらの１種又は２種以上の混合物、さらにこれらと炭酸、ケイ酸、硫酸などのアルカリ金属塩との混合物が挙げられる。
これらの中でオキシカルボン酸類単独又はオキシカルボン酸類とアルカリ金属炭酸塩の混合物の使用が好ましい。
凝結遅延剤の使用量は、セメント１００部に対して０．０２〜２部が好ましく、０．１〜１部がより好ましい。０．０２部未満では、流動性を調整することが難しい場合があり、１部を超えると初期強度発現性を阻害する可能性がある。

本発明で使用する分散剤とは、水を加えて練り混ぜたモルタルやコンクリートの流動性を調整する目的で使用する。
分散剤の種類としては、特に限定するものではなく市販されているものが使用できる。例えば、ナフタレンスルホン酸塩系、リグニンスルホン酸塩系、メラミン系、ポリカルボン酸系などの分散剤が使用できる。また、これらを二種以上併用することもできる。低添加で幅広く流動性を調整できる点でポリカルボン酸系の分散剤の使用が好ましい。
分散剤の使用量は、セメント１００部に対して、０．０５〜３部が好ましく０．３〜２部がより好ましい。０．０５部未満では、流動性を調整できる効果が小さい場合があり、３部を超えると強度発現性を阻害する可能性がある。

本発明で使用する繊維とは、得られる硬化体の曲げ特性を改善したり、ひび割れ抵抗性を改善する目的で使用する。
繊維の種類としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、セルロース繊維、アラミド繊維、鋼繊維、炭素繊維などが挙げられる。
繊維の使用量は、水を加える前のモルタル又はコンクリート１００部に対して０．１〜２部がこのましい。

本発明では、吹付け施工及び硬化した吹付けコンクリートの性能に支障をきたさない範囲で、セルロースエーテル類やグアーガム等に代表される多糖類、ポリアクリルアミド類、ポリエチレンオキサイド類などの増粘剤、消泡剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ベントナイトなどの粘土鉱物やハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などの各種添加剤、高炉徐冷スラグ、γ型ケイ酸２カルシウム等の無機粉末、無水セッコウ、ニ水セッコウ、半水セッコウなどのセッコウ類、アルミナセメント以外のカルシウムアルミネート類からなる群のうちの１種又は２種以上を併用することが可能である。

本発明の吹付け方法は、特に限定するものではないが、圧送されてくる水を加えて練り混ぜたセメントコンクリートに急結剤を合流させて吹き付ける湿式吹付け工法や、ドライな状態でコンクリートを圧送し、ノズル手前で硬化促進剤を合流させて吹き付ける乾式吹付け工法が可能である。
湿式吹付け工法で施工する場合は、例えば、セメント又はセメントとアルミナセメント、骨材、を練り混ぜてプラントで所定量軽量しミキサーで練り混ぜ、練り混ぜたコンクリートをアジテータトラックで吹付け箇所まで運搬する。そして、ピストン方式あるいは空気搬送方式のコンクリートポンプで練り混ぜたコンクリートを輸送し、ノズル手前に設けた硬化促進剤の挿入管よりコンクリートに合流混合し吹き付ける方法が挙げられる。
乾式吹付け工法で施工する場合は、例えば、セメント又はセメントとアルミナセメント、骨材を所定量計量し、水を加えずにミキサーで混ぜる。その際、０．５〜２％程度の水や粉じん低減剤を添加することで、発生粉じん量も抑制することもできる。混ぜたドライコンクリートをアジテータトラックで吹付け箇所まで運搬する。得られたドライコンクリートは空気搬送方式のポンプで空気搬送し、ノズル手前に設けた硬化促進剤の挿入管より硬化促進剤をドライコンクリートに合流混合し吹き付ける方法が挙げられる。
なお、硬化促進剤の輸送は、特に限定しないが、両工法ともにプランジャー方式の液体ポンプなどで送液し圧縮空気と共にコンクリートに添加する方式が好ましい。

以下、実施例で本発明を詳細に説明するがこれらに限定されるものではない。

「実験例１」
各材料の単位量、表２に示す鉱物組成のセメント４００ｋｇ／ｍ^３、細骨材１０５８ｋｇ／ｍ^３、粗骨材７１０ｋｇ／ｍ^３、水２３２ｋｇ／ｍ^３を加え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１０ｍ^３／ｈの条件下で、コンクリート圧送機「ＭＫＷ−２５ＳＭＴ」によりポンプ圧送した。２ｍ^３／ｍｉｎの圧縮空気でミスト化した硬化促進剤Ａをノズル先端から０．６ｍの位置に接続した合流管で圧送されてくるコンクリートと混合して吹き付けた。硬化促進剤Ａの添加率はセメントに対して固形分で３％となるように添加した。硬化促進剤Ａを加える前のコンクリートの流動性の変化と、吹付けコンクリートの圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。

（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２．６６、最大寸法１３ｍｍ
細骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重２．６２
セメントＡ：普通ポルトランドセメント、市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２４９．６％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２２３．４％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３８．６％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３９．２％、ブレーン比表面積３３００ｃｍ^２／ｇ
セメントＢ：早強度ポルトランドセメント市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２６３．２％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２１０．８％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３８．８％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３１０．６％、ブレーン比表面積４３５０ｃｍ^２／ｇ
セメントＣ：中庸熱ポルトランドセメント市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２４２．０％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２３２．４％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３５．７％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３１４．１％、ブレーン比表面積３２５０ｃｍ^２／ｇ
セメントＤ：低熱ポルトランドセメント市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２２８．２％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２５１．１％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３２．５％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３１５．１％、ブレーン比表面積３３００ｃｍ^２／ｇ
セメントＥ：フライアッシュセメントＢ種市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２３４．３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２３１．９％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３８．８％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３７．９％、ブレーン比表面積３５００ｃｍ^２／ｇ、不溶解残分１２．１％

セメントＦ〜Ｈは以下の方法で調製した。

＜使用材料＞
セメントクリンカーの原料として、石灰石、珪石及び鉄精鉱と、粘土代替廃棄物である石炭灰を使用した。
石灰石：ＣａＯ５４．９％
珪石：ＳｉＯ_２９７．８％
石炭灰：Ａｌ_２Ｏ_３２７．７％
鉄精鉱：Ｆｅ_２Ｏ_３６５．５％
二水石膏：ｉｇ．ｌｏｓｓ２１．３％、ＣａＯ３１．９％、ＳＯ_３４５．６％
フライアッシュ：市販品ＪＩＳII種品相当

＜セメントの製造方法＞
次に、セメントの製造方法について説明する。
上記セメントクリンカー原料を表１に示す配合割合で混合し、ロータリーキルンを用いて１５００℃で焼成した。得られたクリンカーを徐冷し、二水石膏をＳＯ_３換算で３％加えてボールミルで粉砕した。その後、ブレンディングサイロでフライアッシュをセメントＥ、Ｆは１５％、セメントＧは１２％混合しセメントを製造した。鉱物組成はボーグの式より算出した。

セメントＦ：３ＣａＯ・ＳｉＯ_２５０．３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２１５．３％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３０．５％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３１４．６％、不溶解残分１５．２％、ブレーン比表面積３２００ｃｍ^２/ｇ
セメントＧ：Ｃ_３Ｓ５４．６％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２１４．３％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３１．９％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３１０．６％不溶解残分１４．８％、ブレーン比表面積３２５０ｃｍ^２/ｇ
セメントＨ：３ＣａＯ・ＳｉＯ_２５９．２％、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２５．３％、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３３．７％、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３１７．７％、不溶解残分１１．９％、ブレーン比表面積３２００ｃｍ^２/ｇ

硬化促進剤Ａ：硫酸アルミニウム水溶液、固形分２６．８％、市販品

（測定方法）
流動性：ＪＩＳＡ１１０１に準拠してスランプを測定した。測定は１０℃、２０℃、３０℃の温度で練り上がり直後と６０分後とした。
圧縮強度：材齢１時間、２４時間の圧縮強度は、幅２５ｃｍ×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２８日の圧縮強度は、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、１日後にコアドリルで採取した直径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。測定までの養生は１０℃、２０℃、３０℃の水中養生とした。吹付けたコンクリートの試験体採取は屋外の実験場で実施した。気温は２０℃。

「実験例２」
アルミナセメントをセメント１００部に対し表３に示すように添加した以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。流動性は２０℃で評価した。吹付けたコンクリートの試験体採取は屋外の実験場で実施した。気温は１９℃。

（使用材料）
アルミナセメント：アルミナセメント１号市販品

「実験例３」
セメントＦ（Ｆ）、セメントＦ１００部に対して内割りでアルミナセメント１号を４部加えた混合セメント（Ｆ−ＡＣ）を調整し、これらセメント１００部に対して表４に示す種類の硬化促進剤を固形分で３部加えた以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。流動性は２０℃で評価した。吹付けたコンクリートの試験体採取は屋外の実験場で実施した。気温は２１℃であり水中養生は２０℃で実施した。

（使用材料）
硬化促進剤Ｂ：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）に硫酸リチウムを８％加えた液状硬化促進剤。
硬化促進剤Ｃ：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）にトリエタノールアミンを５％加えた液状硬化促進剤。
硬化促進剤Ｄ：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）にフッ化ナトリウムを２０％加えた液状硬化促進剤。
硬化促進剤Ｅ：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）に硫酸リチウム８％、トリエタノールアミン５％加えた液状硬化促進剤。
硬化促進剤Ｆ：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）に硫酸リチウム８％、フッ化ナトリウム２０％加えた液状硬化促進剤。
硬化促進剤G：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）にフッ化ナトリウム２０％、トリエタノールアミン５％を加えた液状硬化促進剤。
硬化促進剤Ｈ：液体硫酸アルミニウム（固形分濃度２６．８％）に硫酸リチウム８％、フッ化ナトリウム２０％、トリエタノールアミン５％加えた液状硬化促進剤。

「実験例４」
セメントＦ（Ｆ）、セメントＦ１００部に対して内割りでアルミナセメント１号を４部加えた混合セメント（Ｆ−ＡＣ）を調整し、これらセメント１００部に対して硬化促進剤Ａを固形分で表５に示すように加えた以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に示す。吹付けたコンクリートの試験体採取は屋外の実験場で実施した。気温は２１℃であり水中養生は２０℃で実施した。

「実験例５」
セメントＦ、セメントＦ１００部に対して内割りでアルミナセメント１号を４部加えた混合セメント（Ｆ−ＡＣ）を調整し、これらセメント１００部に対して凝結遅延剤を表５に示すように加えた以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に示す。

（使用材料）
凝結遅延剤：クエン酸５０部と炭酸ナトリウム５０部の混合物

「実験例６」
単位水量を２００ｋｇ／ｍ^３としてセメントＦ、セメントＦ１００部に対して内割りでアルミナセメント１号を４部加えた混合セメント（Ｆ−ＡＣ）を調整し、これらセメント１００部に対して分散剤を表７に示すように加えた以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に示す。

（使用材料）
分散剤：液状ポリカルボン酸系高分子化合物市販品

「実験例７」
セメントＦ、セメントＦ１００部に対して内割りでアルミナセメント１号を４部加えた混合セメント（Ｆ−ＡＣ）を用いたコンクリート１００部に対して表８に示すように繊維を加えた以外は実験例１と同様に行った。結果を表８に示す。

（使用材料）
繊維：鋼繊維、長さ３０ｍｍ、市販品

(測定方法)
曲げタフネス：ＪＳＣＥ−Ｇ５５２−２００７に準拠して測定した。

本発明の吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法により、水和活性が高いアルミナセメントをコンクリートに含有させてもスランプロスが小さく、温度依存性の少ない吹付け用コンクリートを製造でき、低粉じんで、低リバウンドで、人体に対するアルカリ刺激の少ない吹付け施工を実現できる。さらに凝結性状も優れた吹付け材料を提供でき、長期的な強度発現性も阻害しにくいので性能的および経済的にも有利である。また、吹付けシステムも粉体の輸送装置が不要となり、液体急結剤の圧送ポンプがあれば対応できるため簡単なシステムで吹付け施工ができるため、土木・建築業界等に好適である。

Claims

ブレーン比表面積２５００ｃｍ^２／ｇ以上の不溶解残分を含むセメントであり、ボーグ式より算出した鉱物組成が、ケイ酸三カルシウム５０〜６０質量％、アルミン酸三カルシウム０〜４質量％、鉄アルミン酸四カルシウム１０〜１８質量％であるセメント１００質量部と、骨材と、硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤を固形分換算で０．５〜１０質量部とを含有する吹付け材料。
セメント１００質量部に対して、アルミナセメントを１〜２０質量部含有することを特徴とする請求項１記載の吹付け材料。
アルカリ金属塩、アミン化合物、フッ素化合物の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の吹付け材料。
硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤が、アルカリ金属塩、アミン化合物、フッ素化合物の中から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項記載の吹付け材料。
凝結遅延剤を含有することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項記載の吹付け材料。
分散剤を含有することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項記載の吹付け材料。
繊維を含有することを特徴とする請求項１〜６記載のうちのいずれか１項記載の吹付け材料。
硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤以外の吹付け材料を水とともに練り混ぜてセメントコンクリートあるいはモルタルを製造し、それをポンプ圧送し、ノズルの手前で圧縮空気、硫酸アルミニウムを含有する硬化促進剤を合流混合して吹き付けることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項記載の吹付け材料を用いた吹付け工法。