JP2001253753A - 急硬性セメントコンクリート及び場所打ちライニング工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期強度発現性が良好で、温度変化による硬
化時間の変化が緩やかで、流動性を保持できる急硬性セ
メントコンクリ−トの提供。 【解決手段】 急硬成分、石膏、及び酸性物質を含有し
てなる急硬材と、水／セメント比が３５〜６５％である
セメントコンクリートとを含有する急硬性セメントコン
クリート。セメントコンクリートの細骨材率は４０〜６
５％が好ましい。急硬材は凝結調整剤を含有してもよ
く、粉末状でもよい。急硬成分はカルシウムアルミネー
ト類が好ましい。又、急硬性セメントコンクリートは型
枠内に連続して流し込む場所打ちライニング工法として
使用される。

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において、露出した地山面
やトンネルの補修等といった覆工時に使用する急硬性セ
メントコンクリートに関する。尚、本発明では、ペース
ト、セメント、及びコンクリートを総称してセメントコ
ンクリートという。

【０００２】

【従来の技術】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
結性吹付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）。

【０００３】この吹付工法は、通常、掘削工事現場に設
置した計量混合プラントで、セメント、骨材、及び水を
混合して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、その途中に設けた
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。

【０００４】この急結性吹付コンクリートは、高圧空気
によりコンクリートを地山面に吹付けるために、トンネ
ル内での粉塵が非常に多くなるおそれがあった。そのた
め、吹付の際には防塵マスク等をしなければならず、作
業性が低下するおそれがあった。又、吹付コンクリート
の２０〜３０％程度は地山に付着しないで下に落ちると
いう、いわゆるリバウンドとなってしまうために経済的
に好ましくないという課題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、人体の安全面
や経済的な面で、粉塵とリバウンドの少ないトンネルの
コンクリート覆工方法として場所打ちライニング工法が
用いられている。

【０００６】場所打ちライニング工法は、ヨーロッパで
開発され、昭和56年に日本に導入されたトンネルの施工
方法であり、コンクリート打設時に、２ｋｇｆ／ｃｍ²
（０．２ＭＰａ）程度の圧力をかけるため、コンクリー
トが地山と密着して、地山のゆるみを無くすことがで
き、地盤沈下を最小限にすることが可能となる方法であ
る。即ち、場所打ちライニング工法は、掘削装置と推進
装置からなり、型枠機構を装備したシールド機後部で、
直接覆工コンクリートを打設する方法であり、シールド
機の推進と同時に、通常４０〜５０ｃｍ程度のコンクリ
ート厚になるように設置された巻立てコンクリート型枠
の中へ、コンクリートを導入管から流し込み、連続的に
加圧し、打設して覆工するものである。この覆工工法
は、吹付コンクリートをトンネルに吹付した後に行う二
次覆工や、導水路トンネル等のトンネル補修ライニング
にも使用できる。

【０００７】この場所打ちライニング工法で使用される
コンクリートは、例えば、混練後のスランプ値が２０ｃ
ｍ以上といった、型枠内に十分充填されるだけの流動性
が必要であり、しかも、混練後、コンクリートポンプを
使用して打設するので、一定時間、その流動性を保持す
ることが必要である。さらに、シールド機を数百メート
ル／月程度の割合で前進させるため、早期強度の発現性
に優れていなければならない。

【０００８】このように、場所打ちライニング工法に
は、ポンプ圧送が容易な流動性や良好な初期強度の発現
性が要求されるが、従来のコンクリートでは、流動性を
一定時間保持させると、強度発現が遅れ、施工の能率が
著しく悪くなるという課題があった。

【０００９】一方、急硬成分と遅延剤の組み合わせから
なる従来の急硬材や、超速硬セメントを含有したコンク
リートを用いた場合は、強度発現性が十分であっても、
硬化時間が短いために一定時間流動性を保持することが
難しく、コンクリートポンプ内で硬化してしまうおそれ
があるという課題があった。

【００１０】本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定
の組成を有する急硬性セメントコンクリートをトンネル
内の型枠に流し込むことにより、上記課題を解決できる
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、本発明は、急硬成
分、石膏、及び酸性物質を含有してなる急硬材と、水／
セメント比が３５〜６５％であるセメントコンクリート
とを含有してなる急硬性セメントコンクリートであり、
さらに、急硬材が凝結調整剤を含有してなる該急硬性セ
メントコンクリートであり、セメントコンクリートの細
骨材率が４０〜６５％である該急硬性セメントコンクリ
ートであり、急硬成分がカルシウムアルミネート類であ
る該急硬性セメントコンクリートであり、急硬材が粉末
状急硬材である該急硬性セメントコンクリートである。
そして、該急硬性セメントコンクリートを型枠内に連続
して流し込むことを特徴とする場所打ちライニング工法
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明ではペースト、モルタル、及びコンクリー
トを総称してセメントコンクリートという。

【００１３】本発明で使用す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、並びに、これらのポルトラン
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
各種混合セメント等が挙げられる。これらを微粉末化し
て使用してもよい。これらの中では、普通ポルトランド
セメントや早強ポルトランドセメントが好ましい。

【００１４】本発明で使用する急硬成分としては、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、
セメント鉱物系急硬成分の使用が好ましく、カルシウム
アルミネート類がより好ましい。

【００１５】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と
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及
び／又は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、アルカリ金属土類ハロ
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Ａｌ₂
Ｏ₃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
あってもよい。

【００１６】カルシウムアルミネート類の中では、反応
活性の点で、非晶質のカルシウムアルミネート類が好ま
しく、Ｃ₁₂Ａ₇ 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。

【００１７】カルシウムアルミネート類の粒度は、ブレ
ーン値で４０００ｃｍ² ／ｇ以上が好ましい。４０００
ｃｍ² ／ｇ未満だと急結性や初期強度発現性が低下する
おそれがある。

【００１８】本発明で使用する石膏は、強度発現性を向
上するために使用するものである。石膏としては、無水
石膏、半水石膏、及び二水石膏等が挙げられ、これらの
一種又は二種以上を使用してもよい。これらの中では、
強度発現性の点で、無水石膏が好ましい。

【００１９】石膏の粒度は、強度発現性の点で、ブレー
ン値で３０００ｃｍ² ／ｇ以上が好ましく、５０００ｃ
ｍ² ／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ² ／ｇ未満
だと強度発現性が低下するおそれがある。

【００２０】石膏の使用量は、急硬成分１００質量部に
対して、２０〜２００質量部が好ましく、５０〜１５０
質量部がより好ましい。２０質量部未満だと強度発現性
が小さいおそれがあり、２００質量部を越えると初期強
度発現性が遅れるおそれがある。

【００２１】本発明で使用する酸性物質は、温度変化に
よる硬化時間の変化を緩やかにし、強度発現性を良好に
するために使用するものである。

【００２２】酸性物質としては、リン酸一ナトリウムや
リン酸一カリウム等のリン酸塩、硫酸アルミニウムや硫
酸アンモニウム等の硫酸塩、並びに硫酸水素ナトリウム
や硫酸水素カリウム等の重硫酸塩等が挙げられる。これ
らの中では、流動性が良好で、安全な点で、硫酸塩が好
ましく、硫酸アルミニウムがより好ましい。又、硫酸、
塩酸、及び硝酸等の強酸やリン酸も使用できる。

【００２３】酸性物質の使用量は、急硬成分と石膏の合
計１００質量部に対して、０．１〜１０質量部が好まし
く、０．５〜５質量部がより好ましい。０．１質量部未
満だと温度変化による硬化時間のコントロールが難しい
おそれがあり、１０質量部を越えると強度発現性が低下
するおそれがある。

【００２４】本発明では、急硬性セメントコンクリート
の凝結硬化を調整するために、凝結調整剤を使用するこ
とが好ましい。

【００２５】凝結調整剤としては、有機酸類やアルカリ
金属炭酸塩類塩等が挙げられる。これらの中では、硬化
時間をコントロールでき、ホース等の閉塞がなく、硬化
後の強度発現性が良好な点で、有機酸類とアルカリ金属
炭酸塩類を併用することが好ましい。

【００２６】有機酸類としては、クエン酸、酒石酸、リ
ンゴ酸、及びグルコン酸等のオキシカルボン酸又はこれ
らの塩（ナトリウム塩やカリウム塩等）等が挙げられ
る。これらの中では、硬化時間をコントロールでき、ホ
ース等の閉塞がない点で、オキシカルボン酸及び／又は
これらの塩が好ましく、クエン酸ナトリウムがより好ま
しい。

【００２７】アルカリ金属炭酸塩類としては、炭酸リチ
ウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等の炭酸塩
や、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウム等の重炭酸
塩が挙げられる。これらの中では、硬化後の強度発現性
が良好な点で、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、炭酸カ
リウムがより好ましい。

【００２８】有機酸類とアルカリ金属炭酸塩類を併用し
た場合の両者の混合割合は、アルカリ金属炭酸塩類１０
０質量部に対して、有機酸類５〜２００質量部が好まし
く、１０〜１００質量部がより好ましい。５質量部未満
だと硬化時間をコントロールできず、ホース等の閉塞が
発生するおそれがあり、２００質量部を越えると初期強
度発現性が低下するおそれがある。

【００２９】凝結調整剤の使用量は、急硬成分と石膏の
合計１００質量部に対して、０．５〜３０質量部が好ま
しく、２〜２０質量部がより好ましい。０．５質量部未
満だと硬化時間をコントロールできず、圧送性が低下し
てホース等の閉塞が発生し、強度発現性が低下するおそ
れがあり、３０質量部を越えると強度発現性が低下する
おそれがある。

【００３０】急硬材の使用量は、セメント１００質量部
に対して、５〜３０質量部が好ましく、７〜２０質量部
がより好ましい。５質量部未満だと硬化時間が長すぎて
初期凝結が十分に得られず、初期強度発現性が低下する
おそれがあり、３０質量部を越えると長期強度発現性が
低下するおそれがある。

【００３１】本発明では、急硬性セメントコンクリート
の混合前の特性や凝結硬化後の強度特性等を改善するた
めに、各々に減水剤、増粘剤、超微粉、及び繊維状物質
からなる群より選ばれる一種又は二種以上の混和材料を
使用してもよい。

【００３２】本発明で使用するセメントコンクリートの
水セメント比（Ｗ／Ｃ）は、３５〜６５％であり、４０
〜６０％が好ましい。３５％未満だとセメントコンクリ
ートの粘性が大きくなり、作業性や圧送性が低下するお
それがあり、６５％を越えると強度発現性に悪影響を与
えるおそれがある。但し、ここでいうセメントには急硬
材を含まない。

【００３３】本発明で使用するセメントコンクリートの
細骨材率（Ｓ／ａ）は、４０〜６５％が好ましく、４５
〜６０％がより好ましい。４０％未満だとホースが詰ま
り、圧送性が悪くなり、急硬性セメントコンクリートを
型枠に投入した後にジャンカ（コンクリート表面に骨材
が浮き出ること）が出るおそれがあり、６５％を越える
とセメントコンクリートのＷ／Ｃが大きくなり、強度発
現性が低下するおそれがある。

【００３４】本発明で使用するセメントコンクリート
は、粗骨材の最大寸法が１０〜２５ｍｍであることが好
ましく、型枠内の充填性を考慮してスランプが１５〜２
５ｃｍであることが好ましい。

【００３５】本発明で使用するセメントコンクリートと
急硬材は、ポンプで別々に圧送され、コンクリートホー
スの途中に設けた混合管から、急硬材を圧入、混合して
急硬性セメントコンクリートとし、トンネル内に設けた
トルネル型枠内に流し込んで充填混合されるものであ
る。

【００３６】混合管の混合機構としては特に限定はされ
ないが、セメントコンクリートと急硬材を充分に混合で
きる性能があれば混合管内に邪魔板等を設けても構わな
いが、強制混合できる点で、混合管内に攪拌羽根を設け
ることが好ましい。

【００３７】本発明の急硬性セメントコンクリートの硬
化時間は、混合管で混合された時点から始まるが、硬化
時間は２〜１２０分が好ましく、５〜６０分がより好ま
しい。２分未満だとホース内で閉塞し、トルネル型枠内
に急硬性セメントコンクリートが充分に充填できないお
それがあり、１２０分を越えると強度発現性が低下し、
型枠の脱枠が遅くなり、作業性が悪くなるおそれがあ
る。

【００３８】

【実施例】以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００３９】実験例１ Ｗ／Ｃ＝４８％、Ｓ／ａ＝５２％、セメント３６０ｋｇ
／ｍ³ とし、セメント１００質量部に対して減水剤１質
量部を混合してコンクリートを調製した。一方、急硬成
分１００質量部、石膏１００質量部、及び、急硬成分と
石膏の合計１００質量部に対して表１に示す量の酸性物
質と凝結調整剤１０質量部からなる粉末状急硬材を調製
した。セメント１００質量部に対して急硬材１０質量部
となるように、コンクリートと急硬材を混合して急硬性
コンクリートを調製し、この急硬性コンクリートについ
て試験実施温度３０℃で評価した。結果を表１に示す。

【００４０】（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３３５０ｃｍ² ／ｇ、比重３．１６ 細骨材：新潟県青海産石灰砂、比重２．６４ ＦＭ＝
２．８２ 粗骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂利、比重２．６５、
最大骨材寸法１５ｍｍ 減水剤：市販ポリカルボン酸系高分子化合物 急硬成分：カルシウムアルミネート、Ｃ₁₂Ａ₇ 組成に対
応するもの、非晶質、ブレーン値６０５０ｃｍ² ／ｇ 石膏：市販無水セッコウの粉砕品、ブレーン値５９００
ｃｍ² ／ｇ 凝結調整剤：（炭酸カリウム：クエン酸ナトリウム）＝
〔７：３（質量比）〕の混合物 酸性物質：市販硫酸アルミニウム

【００４１】（測定方法） 硬化時間：急硬性コンクリートを調製後、コンクリート
温度が１℃上昇した時点を硬化時間とした。 圧縮強度：φ５ｃｍ×１０ｃｍの型枠に急硬性コンクリ
ートを充填し、所定材齢の圧縮強度を測定した。

【００４２】

【表１】

【００４３】実験例２ 水の温度を表２に示す温度とし、急硬成分１００質量
部、石膏１００質量部、及び、急硬成分と石膏の合計１
００質量部に対して表２に示す量の酸性物質と凝結調整
剤１０質量部からなる粉末状急硬材を使用したこと以外
は、実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】実験例３ 急硬成分１００質量部、石膏１００質量部、及び、急硬
成分と石膏の合計１００質量部に対して酸性物質３．０
質量部と表３に示す量の凝結調整剤からなる粉末状急硬
材を使用したこと以外は、実験例１と同様に行った。結
果を表３に示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】実験例４ 急硬成分１００質量部、石膏１００質量部、及び、急硬
成分と石膏の合計１００質量部に対して酸性物質３．０
質量部と凝結調整剤１０質量部からなる粉末状急硬材
を、セメント１００質量に対して表４に示す量使用した
こと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表４に示
す。

【００４８】

【表４】

【００４９】実験例５ 表５に示す量のＷ／Ｃにしてコンクリートを調製し、急
硬成分１００質量部、石膏１００質量部、及び、急硬成
分と石膏の合計１００質量部に対して酸性物質３．０質
量部と凝結調整剤１０質量部からなる粉末状急硬材を使
用したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表
５に示す。

【００５０】（測定方法） 圧送性：急硬性コンクリートを５ｍポンプ圧送したとき
の圧送状況を観察した。配管が詰まらない場合を○、詰
まり気味の場合を△、配管が詰まってしまう場合を×と
した。

【００５１】

【表５】

【００５２】実験例６ 表６に示すＳ／ａにしてコンクリートを調製し、急硬成
分１００質量部、石膏１００質量部、及び、急硬成分と
石膏の合計１００質量部に対して酸性物質３．０質量部
と凝結調整剤１０質量部からなる粉末状急硬材を使用し
たこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表６に
示す。

【００５３】（測定方法） ジャンカの有無：急硬性コンクリートをトンネル型枠内
に連続して流し込み、脱枠した後のコンクリート表面を
観察した。表面にジャンカが見られない場合を○、ジャ
ンカが少し見られる場合を△、ジャンカが多く見られた
場合を×とした。

【００５４】

【表６】

【００５５】

【発明の効果】本発明により、初期強度発現性が良好
で、温度変化による硬化時間の変化が緩やかで、流動性
を保持できる急硬性セメントコンクリ−トが得られ、能
率の良い場所打ちライニング工法が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｅ２１Ｄ 11/10 Ｅ２１Ｄ 11/10 Ａ // Ｃ０４Ｂ 103:14 Ｃ０４Ｂ 103:14 111:72 111:72 (72)発明者 荒木 昭俊 新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地 電気化学工業株式会社青海工場内 Ｆターム(参考） 2D055 AA01 AA02 AA04 DA00 KA08 LA16 4G012 MB06 MB13 MB23 MB26 PB08 PB10 PB11 PB12 PB17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 急硬成分、石膏、及び酸性物質を含有し
   てなる急硬材と、水／セメント比が３５〜６５％である
   セメントコンクリートとを含有してなる急硬性セメント
   コンクリート。
2. 【請求項２】 さらに、急硬材が凝結調整剤を含有して
   なる請求項１記載の急硬性セメントコンクリート。
3. 【請求項３】 セメントコンクリートの細骨材率が４０
   〜６５％である請求項１又は２記載の急硬性セメントコ
   ンクリート。
4. 【請求項４】 急硬成分がカルシウムアルミネート類で
   ある請求項１〜３のうちの１項記載の急硬性セメントコ
   ンクリート。
5. 【請求項５】 急硬材が粉末状急硬材である請求項１〜
   ４のうちの１項記載の急硬性セメントコンクリート。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちの１項記載の急硬性
   セメントコンクリートを型枠内に連続して流し込むこと
   を特徴とする場所打ちライニング工法。