JP2003012356A - 吹付けコンクリ−ト用急結剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カルシウムアルミネ−ト−硫酸塩−アルミン
酸ナトリウム系急結剤であって、急結性を有し、強度を
良好に発現し、かつ、流動性および付着性を改良するこ
とにあり、もって急結剤供給装置における連続定容秤量
およびベ−スコンクリ−ト混練物へ定量的供給を可能に
し、吹付けコンクリ−トの急結性および長期強度の変動
を小さくし品質を安定させること 【解決手段】 カルシウムアルミネ−ト（例：ＣａＯ／
Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．６〜２．５の非晶質）、硫酸
塩（例：無水石膏）およびＮａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル
比）が１．０未満であるアルミン酸ナトリウムを含有す
る急結剤であって、該急結剤中のＮａ₂Ｏ量が２．０〜
１０．０質量％である吹付けコンクリ−ト用急結剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吹付けコンクリ−
ト用急結剤に関し、特に、急結剤供給装置への付着性に
重点を置いて改良した吹付けコンクリ−ト用急結剤に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大断面のトンネル、地下空間など
の建設工事では、掘削した露出面にコンクリ−トを吹き
付けライニングし、岩盤の崩落を防止する方法が広く実
施されている。そのコンクリ−ト吹付け工法は、乾式工
法と湿式工法が知られているが、後者が前者に比べて粉
塵発生量が少ないという利点から、主流となっている。

【０００３】湿式工法は、ミキサ−で予め練り混ぜたベ
−スコンクリ−ト混練物を輸送パイプを通して圧送し、
パイプ先端の吹付けノズルから露出面に吹き付けてライ
ニングする工法である。この場合、圧送途中のベ−スコ
ンクリ−ト混練物に急結剤を添加し混合し吹付け用のコ
ンクリ−トとして吹き付けている。

【０００４】該急結剤は、カルシウムアルミネ−トにア
ルミン酸アルカリおよび／または炭酸アルカリを混合し
たものが従来より広く用いられている。しかしながら、
上記従来の急結剤を混合した吹付けコンクリ−トの硬化
体は、長期強度（材齢；２８日）が無添加の場合（プレ
−ンコンクリ−ト）に比べ３０〜４０％も低下する、と
いう欠点があった。

【０００５】その吹付けコンクリ−トの長期強度（材
齢；２８日）を改良した場合、 ・吹付け厚を小さくできること、 ・吹付けの施工サイクルを短縮できること、 ・吹付け用材料費を低減できること、 などのメリットが考えられることから、該長期強度が改
良された急結剤の開発が要望された。

【０００６】特開平１１−１３０４９８号公報（表４）
には、長期強度（材齢；２８日）が改良されたものとし
て、カルシウムアルミネ−ト、Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モ
ル比）が１．０〜１．３のアルミン酸ナトリウムおよび
硫酸塩を主要構成材料とする急結剤が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】湿式工法では、急結剤
が急結剤供給装置を経由して圧送途中のベ−スコンクリ
−ト混練物へ供給される。該急結剤供給装置には、一定
間隔に開孔（スリット）を有するスリット板を回転させ
るタイプ、一定容積ごとに仕切られたギヤを回転させる
タイプなどが知られている。 急結剤を加圧しながら上
方よりスリット、ギヤなどに投入し、一定容量を通過さ
せ、連続して定容秤量する装置である。秤量された急結
剤は、圧搾空気で輸送されベ−スコンクリ−ト混練物に
添加混合される。

【０００８】一般的に、Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）
が１．０以上の粉末状のアルミン酸ナトリウムは、流動
性が小さく、かつ、付着性が高い。そのようなアルミン
酸ナトリウムを構成材料として含む急結剤を急結剤供給
装置を通して秤量した場合、 ａ）流動性が小さいため、急結剤供給装置での秤量に時
間がかかり、 ｂ）急結剤がスリット、ギヤの壁面に付着して定容秤量
空間を減少させて、秤量不足を生じさせ、さらに、 ｃ）急結剤がスリット板、ギヤなどの上方にア−チを形
成し、急結剤の流入量を低下させ、秤量不足を生じさせ
る、 など、急結剤のベ−スコンクリ−ト混練物への定量供給
を阻害する好ましくない現象が発生する。しかも、壁面
に付着した急結剤、ア−チを形成した急結剤などは、急
結剤供給装置に何らかの衝撃があったとき、急結剤の剥
離、ア−チの崩壊などが瞬間的に生じ、添加量が一時的
に急増する現象が生じる。

【０００９】以上のように、高Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モ
ル比）のアルミン酸ナトリウムを用いた急結剤の場合、
供給量に脈流が生じ定量供給ができないことが生じる。
その結果、吹付けコンクリ−トの特性（例えば；急結
性、強度発現性）が大きく変動し吹付けコンクリ−トの
品質が一定しない、という欠点があった。

【００１０】本発明は、上記欠点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、「カルシウムアルミネ
−ト−硫酸塩−アルミン酸ナトリウム」系急結剤であっ
て、 ・急結性を有し、強度を良好に発現し、かつ、 ・流動性および付着性を改良する ことにあり、もって急結剤供給装置における連続定容秤
量を可能にし、ベ−スコンクリ−ト混練物へ定量的に供
給し、吹付けコンクリ−トの急結性および長期強度の変
動を小さくして品質を安定させることのできる吹付けコ
ンクリ−ト用急結剤を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、急結剤を製造
するための特定の原料および急結剤全体のＮａ₂Ｏ量を
特定することにより、前記目的を達成することのできる
吹付けコンクリ−ト用急結剤を提供することにある。

【００１２】すなわち、本発明（吹付けコンクリ−ト用
急結剤）は、 「・カルシウムアルミネ−ト、 ・硫酸塩、および ・Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．０未満であるア
ルミン酸ナトリウムを含有する急結剤であって、 ・該急結剤中のＮａ₂Ｏ量が２．０〜１０．０質量％で
あること」（請求項１） を要旨とする。

【００１３】また、本発明は、 ・アルミン酸ナトリウムのＮａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル
比）が０．６５〜０．９５であること（請求項２）、 ・急結剤中のＮａ₂Ｏ量が３．０〜７．５質量％である
こと（請求項３）、 ・硫酸塩が石膏であること（請求項４） を特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の吹付けコンクリ−ト用急結剤中の成分Ｎ
ａ₂Ｏは、主原料の一つであるアルミン酸ナトリウムに
含まれるＮａ₂Ｏおよび他の原料が不純物として随伴す
るＮａ₂Ｏからなる。そのＮａ₂Ｏに関連して、特に、 ・急結剤中のＮａ₂Ｏ量の大部分を占めるアルミン酸ナ
トリウムの化学成分比Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）、
および ・急結剤の全Ｎａ₂Ｏ量 の限定をすることによって目的を達成する。

【００１５】本発明は、アルミン酸ナトリウムのＮａ₂
Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．０未満のものを使用す
る。アルミン酸ナトリウムには、一般的傾向として、Ｎ
ａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比） が大きくなるにしたがい吸
湿性が高くなり流動性が低下し付着性が大きくなり、一
方、小さくなるにしたがい急結性が低下する、という性
質がある。Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）の限界は、そ
れら性質を考慮しつつ、その比率が１．０以上の場合、
流動性が低下し付着性が大きくなって前記スリット、ギ
ヤなどの側壁に付着したり、ア−チを形成することを実
験的に確認した。本発明は、流動性、付着性などに基づ
いた吹付けコンクリ−トの品質の不均一を解消するた
め、さらに急結性を考慮して上記限界を設けたのであ
る。付着性、急結性などを勘案して好ましいＮａ₂Ｏ／
Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）の範囲は、０．６５〜０．９５であ
る。

【００１６】さらに、本発明では、急結剤に含有される
Ｎａ₂Ｏの全量が２．０〜１０．０質量％である。Ｎａ₂
Ｏ量が２．０質量％未満の場合、急結性が小さくなり、
逆に、１０．０質量％を超える場合、長期強度の発現性
が低下する。付着性、急結性および強度発現性の観点か
ら、好ましい範囲は３．０〜７．５質量％である。

【００１７】不純物を通常の範囲で含む原料を用いた場
合、その配合割合は、 ・カルシウムアルミネ−ト；３０〜８０質量％、 ・硫酸塩 ；１０〜６０質量％、および ・アルミン酸ナトリウム ；１０〜３０質量％ である。

【００１８】カルシウムアルミネ−トは３０質量％未満
では急結性が小さくなり、８０質量％を超えると強度発
現性が低下し、いずれも好ましくない。また、硫酸塩は
１０質量％未満では強度発現性が低下し、６０質量％を
超えると急結性が小さくなり、いずれも好ましくない。
さらに、アルミン酸ナトリウムは１０質量％未満では急
結性が小さくなり、３０質量％を超えると強度発現性が
低下し、いずれも好ましくない。急結性および強度発現
性がより良好に発揮する好ましい原料の配合割合は、カ
ルシウムアルミネ−トが４０〜６０質量％、硫酸塩が２
０〜４８質量％およびアルミン酸ナトリウムが１２〜２
０質量％の範囲である。

【００１９】カルシウムアルミネ−トについて説明す
る。カルシウムアルミネ−トは、結晶質、非晶質のいず
れも使用できる。急結性などを考慮した場合、好ましい
ものは、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．６〜２．５
の非晶質カルシウムアルミネ−トである。

【００２０】上記カルシウムアルミネ−トは、ＣａＯ原
料およびＡｌ₂Ｏ₃原料を混合し、混合物を加熱炉（例：
電気炉）を用いて焼成または溶融したのち、冷却し粉砕
すれば得られる。非晶質カルシウムアルミネ−トの製造
は、溶融物を高圧空気で吹き飛ばし急冷して行なう。Ｃ
ａＯ原料としては、生石灰、消石灰、石灰石などの工業
原料が、Ａｌ₂Ｏ₃原料としては、水酸化アルミニウム、
アルミナなどの工業原料がそれぞれ使用される。なお、
これら工業原料には、多くの場合、ＳｉＯ₂，Ｆｅ
₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＭｇＯなどの不純物が含まれている
が、不純物合計が１０質量％以下であれば使用できる。

【００２１】カルシウムアルミネ−トは、ブレ−ン値が
４５００ｃｍ²／ｇ以上であるのが好ましい。カルシウ
ムアルミネ−トは、ブレ−ン値が大きいほど急結性が良
好になる反面、吸湿性が大きくなるので貯蔵期間が長く
なった場合、急結性が低下する。 また、ブレ−ン値は
大きくするほど、生産性が低下しコスト高となる。これ
らの理由から、より好ましいブレ−ン値は、５０００〜
７０００ｃｍ² ／ｇである。なお、４５００ｃｍ²／ｇ
未満では、良好な急結性が得られない場合がある。

【００２２】次に、硫酸塩について説明する。硫酸塩に
は、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなどのアルカリ金属
硫酸塩、硫酸マグネシウム、石膏などのアルカリ土類金
属硫酸塩、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。強度発
現性の点から、好ましいのは石膏である。石膏として無
水・半水・２水石膏またはこれらの混合物が使用できる
が、急結性および強度発現性を考慮すれば、無水石膏を
使用するのが好ましい。

【００２３】硫酸塩の細かさは、特に限定するものでは
ないが、ブレ−ン値３０００ｃｍ²／ｇ以上のものが好
ましい。強度発現性とコストを考慮して、より好ましく
は４０００〜１００００ｃｍ²／ｇである。

【００２４】上記カルシウムアルミネ−ト、硫酸塩およ
びアルミン酸ナトリウムは、前述した割合に配合したの
ち、慣用の混合装置を用いて混合することにより、本発
明の吹付けコンクリ−ト用急結剤を製造することができ
る。混合方法は、本発明において、特に限定するもので
はない。

【００２５】本発明の吹付けコンクリ−ト用急結剤は、
ベ−スコンクリ−ト混練物に配合されているセメント１
００質量部に対して４〜１０質量部添加するのが好まし
い。添加量が４質量部未満の場合、急結性が小さくなる
ので好ましくない。逆に、１０質量部を超える場合、長
期強度（材齢；２８日）の低下率（％）が大きくなると
共に、コスト高となるので好ましくない。

【００２６】上記ベ−スコンクリ−ト混練物について、
特に限定するものではないが、スランプが５〜２２ｃｍ
のコンクリ−ト、スランプフロ−が４００〜７５０ｍｍ
の高流動コンクリ−トなどを用いるのが好ましい。

【００２７】本発明の吹付けコンクリ−ト用急結剤をベ
−スコンクリ−ト混練物に添加混入する方法は、前記し
た湿式工法で言えば、従来より用いられている装置（吹
付け装置、急結剤供給装置など）および方法をそのまま
踏襲することができる。

【００２８】ベ−スコンクリ−トに使用される材料につ
いて説明する。セメントとしては、普通・早強・中庸熱
・低熱ポルトランドセメントなどのセメント、高炉セメ
ント、フライアッシュセメントなどの混合セメント、都
市ゴミ・下水汚泥焼却灰などの廃棄物を原料として製造
したエコセメントなどが挙げられる。 また、セメント
には、その一部を石灰石粉末、シリカフュ−ムなどで置
換したものも含まれる。細骨材としては、川砂、海砂、
山砂、砕砂およびこれらの混合物が、粗骨材としては、
川砂利、海砂利、砕石およびこれらの混合物がそれぞれ
挙げられる。減水剤としては、アルキルアリルスルホン
酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミンスルホン酸
系、ポリカルボン酸系などの減水剤（ＡＥ減水剤、高性
能減水剤、高性能ＡＥ減水剤も含む）が挙げられ、液状
または粉末状どちらでも使用可能である。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 １．使用材料 １）急結剤の原材料 カルシウムアルミネ−ト：非晶質、ブレ−ン値５００
０ｃｍ²／ｇ ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）＝１．８となるように石灰
石および純アルミナ（日本軽金属（株））を混合し、１
６００℃で溶融し急冷したのち、ボ−ルミルで粉砕して
調製した。不純物として、ＳｉＯ₂；２．７質量％、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃；０．８質量％、ＴｉＯ₂；１．２質量％、Ｍｇ
Ｏ；０．４質量％を含む。 硫酸塩：無水石膏（第一セメント（株）製）、ブレ−
ン値４０００ｃｍ²／ｇ アルミン酸ナトリウム（２種類）： ［Ａ］；Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）＝０．８５（昭
和電工（株）製） ［Ｂ］；Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）＝１．１５（北
陸化成（株）製）

【００３０】２）ベ−スコンクリ−ト用の材料 セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメン
ト（株）製） 高性能減水剤：ポリカルボン酸系（（株）エヌエムビ
−製、商品名「ＮＴ−１０００Ｓ」） 細骨材：砕砂と海砂との混合砂［重量比＝３：７］
（砕砂；北九州市小倉南区産、海砂；長崎県壱岐郡郷ノ
浦沖合産） 粗骨材；砕石６号（北九州市門司区鹿喰産） 水；水道水

【００３１】［実施例１〜７、比較例１〜４］表１に示
す材料を混練してベ−スコンクリ−ト混練物を調製し、
吹付け装置（ＭＥＹＣＯ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（株）製
「ＭＥＹＣＯ Ｓｕｐｒｅｍａ」）を用い約０．２５Ｍ
Ｐａの圧力でポンプ圧送した。一方、表２に示す構成の
急結剤を急結剤供給装置（日本プライブリコ（株）製
「Ｑガン」）を用いて０．３ＭＰａの圧力で圧送し、セ
メント１００質量部に対して７質量部になるように圧送
途中の該ベ−スコンクリ−ト混練物に添加し混合し、吹
付けコンクリ−トを模擬トンネルの壁面に吹き付けた
（吹付け量：１．０ｍ³／回）。比較例４は、プレ−ン
としてベ−スコンクリ−ト混練物のみを測定したもので
ある。

【００３２】なお、前記の各急結剤の原材料は、宝工機
（株）製「マイクロスピ−ドミキサ」で混合し、ベ−ス
コンクリ−トの各材料は、２軸強制練りミキサ−（１．
０ｍ ³）に一括投入し、９０秒間運転して混練した。

【００３３】

【表１】

【００３４】急結剤および吹付けコンクリ−トの特性お
よび測定は、次のとおりであり、得られた結果を表２に
記載した。 １）急結剤の付着性：吹付け終了後、急結剤供給装置
「Ｑガン」内を目視観察した。そして、スリット板への
付着、ア−チの形成などの有無によって、それらが認め
られない場合を『○』、認められた場合を『×』と判定
した。 ２）吹付けコンクリ−トの急結性；吹付け直後のコンク
リ−トを採取し、握り潰せるか否かで急結性を測定し
た。握り潰せない場合を『○』、握り潰せる場合を
『×』と判定した。 ３）吹付けコンクリ−トの圧縮強度：３０×４０×２０
ｃｍの木箱に吹付けコンクリ−トを吹き付け、φ５×１
０ｃｍの供試体を採取し、２０℃で湿空養生したのち、
「ＪＩＳ Ａ １１０８（コンクリ−トの圧縮強度試験
方法）」に準じて圧縮強度（材齢；１日および２８日）
を測定した。なお、圧縮強度は、３本の供試体の平均値
とした。

【００３５】

【表２】

【００３６】実施例１〜７（表２）から明らかなよう
に、本発明の吹付けコンクリ−ト用急結剤は、急結剤供
給装置を通過させてもスリット板への急結剤の付着、ア
−チの形成などが認められなかった。また、該急結剤が
混合された吹付けコンクリ−トは、急結性が良好であ
り、かつ、強度発現性も良好であった。一方、Ｎａ₂Ｏ
／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．０を超えるアルミン酸ナト
リウムを使用した急結剤は、スリット板への付着が認め
られた（比較例１）。また、Ｎａ₂Ｏ量が２．０質量％
未満の急結剤を添加した場合、急結性が低下し（比較例
２）、１０．０質量％を超える場合、長期強度（材齢；
２８日）が急激に低下した（比較例３）。

【００３７】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明の吹付けコ
ンクリ−ト用急結剤は、流動性、付着性などに優れてい
るため、急結剤供給装置内のスリット板やギヤへの付
着、ア−チの形成などが生じない、という効果を奏す
る。その結果、ベ−スコンクリ−ト混練物へ該急結剤を
定量的に供給できるので、吹付けコンクリ−トの急結性
および長期強度の変動を小さくし品質を安定させること
ができる。さらに、本発明は、原材料として特定のもの
を選択使用すればよく、周辺技術の開発も特別の設備も
必要としないので、即座に実施できる、というメリット
を有する。

フロントページの続き (72)発明者 杉山 彰徳 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ ント株式会社中央研究所内 (72)発明者 山本 盛男 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ ント株式会社中央研究所内 (72)発明者 西 和紀 東京都中央区日本橋本町４−８−15 太平 洋マテリアル株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 DB00 KA08 4G012 MB00 MB12 MB23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カルシウムアルミネ−ト、硫酸塩及びＮ
   ａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃（モル比）が１．０未満であるアルミ
   ン酸ナトリウムを含有する急結剤であって、該急結剤中
   のＮａ₂Ｏ量が２．０〜１０．０質量％であることを特
   徴とする吹付けコンクリ−ト用急結剤。
2. 【請求項２】 アルミン酸ナトリウムのＮａ₂Ｏ／Ａｌ₂
   Ｏ₃（モル比）が０．６５〜０．９５である請求項１記
   載の吹付けコンクリ−ト用急結剤。
3. 【請求項３】 急結剤中のＮａ₂Ｏ量が３．０〜７．５
   質量％である請求項１記載の吹付けコンクリ−ト用急結
   剤。
4. 【請求項４】 硫酸塩が石膏である請求項１、２または
   ３記載の吹付けコンクリ−ト用急結剤。