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技術 セメントモルタル吹付け工法

出願人 飛島建設株式会社デンカ株式会社
発明者 平間昭信川端康夫望月泰彦山岸隆典相澤一裕宮口克一
出願日 2015年12月15日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-243680
公開日 2017年6月22日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-110354
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生 既存建築物への作業 トンネルの覆工・支保
主要キーワード ケミカルポンプ 電動ピック 高吐出量 吹付け用 アルカリフリー 凝結始発 アムテック 短時間強度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月22日)のものです。
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課題

ポンプ圧送性に優れ、従来の吹付け材料よりも高吐出性が得られ、厚吹き性が向上し、吹付け後から短時間における強度発現性に優れ、左官仕上げ性においても従来の補修材と同等以上であるセメントモルタル吹付け工法を提供する。

解決手段

セメント100質量部に対して、骨材100〜300質量部、急硬材1〜15質量部、収縮低減剤0.1〜8.0質量部、長さ12mm以下の短繊維0.05〜2.0質量部、流動化剤0.02〜1.0質量部、及び凝結遅延剤0.1〜1.0質量部を含有し、水/セメント比が30〜55質量%となるように水を加えて練混ぜ凝結始発までの時間が120〜175分の練混ぜモルタルAを調製し、練混ぜ直後から90分以内にモルタルポンプ1により練混ぜモルタルAをモルタル圧送管2で圧送し、モルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3に圧縮空気Bを導入して練混ぜモルタルをノズル4から吹付ける。

概要

背景

コンクリート構造物は、塩害中性化凍結融解、及び化学的腐食等の作用による劣化経年による劣化で、表面にひび割れや浮きなどが発生する恐れがある。
その対策として、例えば、劣化した部分を打撃検査等で確認し、電動ピック、エアピック、及びウォータージェットなどにより取り除き、そのあとに、補修材料充填し、補修する断面修復工法が広く実施されている。
このような工事では、修復断面積が大きくなると機械化されたシステムを用い、流動性に優れる材料を充填する工法セメントモルタル吹付ける工法を採用するケースが多い。

従来、コンクリート表面仕上げ及び断面修復には、主にセメントモルタルが使用されている。
セメントモルタルは、通常、モルタルミキサーなどで、セメント骨材、及び水を攪拌・混合して製造される。その施工方法としては、コテ塗りつけて仕上げを行うことが多いが、熟練が必要な上、10mm以上の厚塗が困難で、多大な労力がかかるという課題があった。そのため、セメントモルタルをポンプで圧送して吹付ける方法が提案されている(特許文献1〜4)。
しかしながら、吹付けたセメントモルタルが跳ね落ちたり、ダレたりして目的とする施工ができ難いという課題があった。また、合成樹脂エマルジョンなどの粘性によりポンプ圧送性が悪化し、施工性を悪くするという課題もあった。

これまで、吹付けられたセメントモルタルなどが、はがれ落ちないようにするため、粉体急結剤又は液体急結剤が用いられてきた。
粉体急結剤としては、カルシウムアルミネート類アルカリ金属炭酸塩炭酸ナトリウムなど)の混合物、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属アルミン塩(アルミン酸ナトリウムなど)の混合物、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属アルミン塩の混合物、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ金属炭酸塩との混合物、ケイ酸ナトリウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩等の無機塩系といったアルカリ含有粉体急結剤や、カルシウムアルミネート類や硫酸アルミニウムなどのアルカリフリー粉体急結剤が挙げられる。
粉体急結剤としては、非晶質のカルシウムアルミネート粉砕したものが広く用いられているが、吹付け時粉塵が発生し、作業環境上課題があった。また、添加装置も大型になるなど課題があった。さらに、硬化速度が速すぎるため、表面仕上げ時に左官仕上げ作業の時間が確保できないという課題もあった。
液体急結剤としては、アルミン酸ナトリウムなどのアルカリ金属アルミン酸塩やケイ酸ナトリウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩等の無機塩系といったアルカリ含有液体急結剤や、硫酸アルミニウムなどのアルカリフリー液体急結剤が挙げられる。
液体急結剤としては、アルミン酸アルカリ系無機塩等を主成分として、セメントに対して、5〜10質量%が添加されていた。
しかしながら、粉体急結剤と比較するとモルタル内への均一な添加が難しい、低温では析出する、添加機の能力に左右され、モルタルの吐出量が少ない場合には、定量添加が困難となるなどの課題があった。

概要

ポンプ圧送性に優れ、従来の吹付け材料よりも高吐出性が得られ、厚吹き性が向上し、吹付け後から短時間における強度発現性に優れ、左官仕上げ性においても従来の補修材と同等以上であるセメントモルタル吹付け工法を提供する。セメント100質量部に対して、骨材100〜300質量部、急硬材1〜15質量部、収縮低減剤0.1〜8.0質量部、長さ12mm以下の短繊維0.05〜2.0質量部、流動化剤0.02〜1.0質量部、及び凝結遅延剤0.1〜1.0質量部を含有し、水/セメント比が30〜55質量%となるように水を加えて練混ぜ凝結始発までの時間が120〜175分の練混ぜモルタルAを調製し、練混ぜ直後から90分以内にモルタルポンプ1により練混ぜモルタルAをモルタル圧送管2で圧送し、モルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3に圧縮空気Bを導入して練混ぜモルタルをノズル4から吹付ける。

目的

しかしながら、吹付けたセメントモルタルが跳ね落ちたり、ダレたりして目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

セメント100質量部に対して、骨材100〜300質量部、急硬材1〜15質量部、収縮低減剤0.1〜8.0質量部、長さ12mm以下の短繊維0.05〜2.0質量部、流動化剤0.02〜1.0質量部、及び凝結遅延剤0.1〜1.0質量部を含有してなるセメントモルタル組成物に、水/セメント比が30〜55質量%となるように水を加えて練混ぜ凝結始発までの時間が120〜175分の練混ぜモルタルを調製し、練混ぜ直後から90分以内に、モルタルポンプ1により前記練混ぜモルタルをモルタル圧送管2で圧送し、前記モルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3に圧縮空気を導入して前記練混ぜモルタルをノズル4から吹付けセメントモルタル吹付け工法であって、別途液体ポンプ5により、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6で、濃度15%以上の硫酸アルミニウム水溶液を圧送し、練混ぜモルタル100質量部に対して、硫酸アルミニウム換算で0.5〜3.0質量部の割合となるように、霧状化管7で霧状にして、前記圧縮空気と混合することを特徴とする、吹付け後のセメントモルタルの左官作業可能時間が15分以上確保され、吹付け後から6時間における前記セメントモルタルの圧縮強度が6N/mm2以上であるセメントモルタル吹付け工法。

請求項2

硫酸アルミニウム水溶液にハロゲン化合物を、硫酸アルミニウム水溶液100質量部に対して、1.0〜5.0質量部となるように含有させてなることを特徴とする請求項1記載のセメントモルタル吹付け工法。

請求項3

さらに、硫酸アルミニウム水溶液に凝結遅延剤を含有させてなることを特徴とする請求項1又は2に記載のセメントモルタル吹付け工法。

技術分野

0001

本発明は、主に、土木建築業界の断面修復工法のひとつとして使用されるセメントモルタル吹付け工法に関する。

背景技術

0002

コンクリート構造物は、塩害中性化凍結融解、及び化学的腐食等の作用による劣化経年による劣化で、表面にひび割れや浮きなどが発生する恐れがある。
その対策として、例えば、劣化した部分を打撃検査等で確認し、電動ピック、エアピック、及びウォータージェットなどにより取り除き、そのあとに、補修材料充填し、補修する断面修復工法が広く実施されている。
このような工事では、修復断面積が大きくなると機械化されたシステムを用い、流動性に優れる材料を充填する工法やセメントモルタルを吹付ける工法を採用するケースが多い。

0003

従来、コンクリート表面仕上げ及び断面修復には、主にセメントモルタルが使用されている。
セメントモルタルは、通常、モルタルミキサーなどで、セメント骨材、及び水を攪拌・混合して製造される。その施工方法としては、コテ塗りつけて仕上げを行うことが多いが、熟練が必要な上、10mm以上の厚塗が困難で、多大な労力がかかるという課題があった。そのため、セメントモルタルをポンプで圧送して吹付ける方法が提案されている(特許文献1〜4)。
しかしながら、吹付けたセメントモルタルが跳ね落ちたり、ダレたりして目的とする施工ができ難いという課題があった。また、合成樹脂エマルジョンなどの粘性によりポンプ圧送性が悪化し、施工性を悪くするという課題もあった。

0004

これまで、吹付けられたセメントモルタルなどが、はがれ落ちないようにするため、粉体急結剤又は液体急結剤が用いられてきた。
粉体急結剤としては、カルシウムアルミネート類アルカリ金属炭酸塩炭酸ナトリウムなど)の混合物、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属アルミン塩(アルミン酸ナトリウムなど)の混合物、カルシウムアルミネート類とアルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属アルミン塩の混合物、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ金属炭酸塩との混合物、ケイ酸ナトリウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩等の無機塩系といったアルカリ含有粉体急結剤や、カルシウムアルミネート類や硫酸アルミニウムなどのアルカリフリー粉体急結剤が挙げられる。
粉体急結剤としては、非晶質のカルシウムアルミネート粉砕したものが広く用いられているが、吹付け時粉塵が発生し、作業環境上課題があった。また、添加装置も大型になるなど課題があった。さらに、硬化速度が速すぎるため、表面仕上げ時に左官仕上げ作業の時間が確保できないという課題もあった。
液体急結剤としては、アルミン酸ナトリウムなどのアルカリ金属アルミン酸塩やケイ酸ナトリウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩等の無機塩系といったアルカリ含有液体急結剤や、硫酸アルミニウムなどのアルカリフリー液体急結剤が挙げられる。
液体急結剤としては、アルミン酸アルカリ系無機塩等を主成分として、セメントに対して、5〜10質量%が添加されていた。
しかしながら、粉体急結剤と比較するとモルタル内への均一な添加が難しい、低温では析出する、添加機の能力に左右され、モルタルの吐出量が少ない場合には、定量添加が困難となるなどの課題があった。

先行技術

0005

特開平09−012379号公報
特開平09−296453号公報
特開平10−216628号公報
特許第4785359号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、流動性に優れる高流動セメントモルタルを圧送し、硫酸アルミニウム水溶液と混合することにより、ポンプ圧送性に優れ、従来の吹付け材料よりも高吐出性が得られ、厚吹き性が向上し、かつ、吹付け後から短時間における強度発現性に優れ、左官仕上げ性においても従来の補修材と同等以上であるセメントモルタル吹付け工法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
(1)セメント100質量部に対して、骨材100〜300質量部、急硬材1〜15質量部、収縮低減剤0.1〜8.0質量部、長さ12mm以下の短繊維0.05〜2.0質量部、流動化剤0.02〜1.0質量部、及び凝結遅延剤0.1〜1.0質量部を含有してなるセメントモルタル組成物に、水/セメント比が30〜55質量%となるように水を加えて練混ぜ凝結始発までの時間が120〜175分の練混ぜモルタルを調製し、練混ぜ直後から90分以内に、モルタルポンプ1により前記練混ぜモルタルをモルタル圧送管2で圧送し、前記モルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3に圧縮空気を導入して前記練混ぜモルタルをノズル4から吹付けるセメントモルタル吹付け工法であって、別途液体ポンプ5により、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6で、濃度15%以上の硫酸アルミニウム水溶液を圧送し、練混ぜモルタル100質量部に対して、硫酸アルミニウム換算で0.5〜3.0質量部の割合となるように、霧状化管7で霧状にして、前記圧縮空気と混合することを特徴とする、吹付け後のセメントモルタルの左官作業可能時間が15分以上確保され、吹付け後から6時間における前記セメントモルタルの圧縮強度が6N/mm2以上であるセメントモルタル吹付け工法である。
(2)硫酸アルミニウム水溶液にハロゲン化合物を、硫酸アルミニウム水溶液100質量部に対して、1.0〜5.0質量部となるように含有させてなる前記(1)のセメントモルタル吹付け工法である。
(3)さらに、硫酸アルミニウム水溶液に凝結遅延剤を含有させてなる前記(1)又は(2)のセメントモルタル吹付け工法である。

発明の効果

0008

本発明のセメントモルタル吹付け工法により、ポンプ圧送性に優れ、従来の吹付け材料よりも高吐出性が得られ、適度な硬化速度を有し、厚吹き性が向上し、充分な左官仕上げができ、吹付け後から短時間の強度発現性に優れたセメントモルタルを得ることができる。

図面の簡単な説明

0009

図1は、本発明のセメントモルタル吹付け工法の一例を示す説明図である。

0010

図2は、圧縮空気と硫酸アルミニウム水溶液を混合する霧状化管7の説明図である。

0011

本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、特定の吹付け用セメントモルタル組成物を使用し、特定の条件で吹付け施工を行うことにより、吹付け施工時のセメントモルタルの跳ね返り脱落が少なく、効率的な施工が可能となり、比較的小さなシステムで厚塗り性や大断面の施工ができるだけでなく、吹付け後の表面の仕上げ時間も確保でき、さらに、短時間でも充分な強度発現性を有するセメントモルタル吹付け工法を完成するに到った。

0012

以下、本発明を詳しく説明する。
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。

0013

本発明では、セメント、骨材、急硬材、収縮低減剤、短繊維、流動化剤、及び凝結遅延剤を含有してなるセメントモルタル組成物に、水を加えて練混ぜ、練混ぜモルタルAを調製し、図1に示すように、練混ぜモルタルAを、モルタルポンプ1により、モルタル圧送管2で、モルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3まで圧送し、別途、液体ポンプ5により、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6で、硫酸アルミニウム水溶液Cを霧状化管7まで圧送し、硫酸アルミニウム水溶液Cを霧状とし圧縮空気Bと混合し、霧状になった硫酸アルミニウム水溶液Cと圧縮空気Bの混合物を混合管3で練混ぜモルタルAと混合して吹付けモルタルを調製し、ノズル4から吹付ける。

0014

本発明で使用するセメントは特に限定されるものではないが、通常のセメントの使用が可能である。具体的には、普通、早強、又は超早強等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、シリカフュームフライアッシュ、又は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る。使いやすさから、普通ポルトランドセメントが好ましい。

0015

本発明で使用する骨材は、絶乾比重が2.0g/cm3以上で、最大粒径が4mm以下の骨材であり、天然産出する川砂砕石、及び珪砂等が挙げられる。
骨材は、あらかじめセメントと混合しておいても良く、また、現場で各材料を練混ぜる時に混合してもよい。あらかじめセメントと混合するときは、乾燥させた骨材を使用する。
骨材の使用量は、セメント100部に対して、100〜300部であり、150〜250部が好ましい。100部未満ではモルタルの粘性が強くなり左官作業性が難しくなり、300部を超えると短時間での強度発現性が劣る恐れがある。

0016

本発明で使用する急硬材は特に限定されるものではないが、カルシウムアルミネート、カルシウムアルミネートとセッコウを含有するもの、及びアルミナセメントなどが使用でき、そのうちカルシウムアルミネートとセッコウを含有するものが好ましい。

0017

カルシウムアルミネートには、結晶質、非晶質(無定形)のものがあるが、非晶質の使用が急硬性の点で好ましい。
カルシウムアルミネートの具体例としては、3CaO・Al2O3、CaO・Al2O3、及び12CaO・7Al2O3で表される成分割合からなるものや、これらにハロゲン元素が固溶した11CaO・7Al2O3・CaF2、11CaO・7Al2O3・CaCl2、及び3CaO・3Al2O3・CaF2で表される成分割合からなるものがある。これらのうち、12CaO・7Al2O3で表される成分割合からなるものが好ましい。

0018

セッコウには、無水セッコウ半水セッコウ、及び二水セッコウがあり、これらを単独又は併用して用いることができるが、無水セッコウ、なかでもII型無水セッコウが強度発現性の点で好ましい。
セッコウは、カルシウムアルミネートを使用する際に、セメントの凝結を正常化させて強度発現を高め、多量のエトリンガイトを生成させて、その機械的強度を高める役割を果たす。
カルシウムアルミネートとセッコウの配合割合は、通常、カルシウムアルミネート100部に対して、セッコウ50〜300部が好ましい。

0019

カルシウムアルミネートとセッコウの粉末度は、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で1,000cm2/g以上が好ましく、4,000〜6,000cm2/gがより好ましい。

0020

カルシウムアルミネートとセッコウからなる急硬材の使用量は、セメント100部に対して、1〜15部であり、5〜10部が好ましい。1部未満では短時間の強度発現が劣ることがあり、15部を超えると適切な左官作業時間が確保できなくなることがある。

0021

本発明で使用する収縮低減剤は特に限定されるものではないが、アルキレンオキサイド付加物主体としたものや、ポリオキシアルキレン化合物が使用できる。
収縮低減剤の使用量は、セメント100部に対して、0.1〜8.0部であり、0.5〜5.0部が好ましい。0.1部未満では収縮低減効果が得られず、8.0部を超えると強度が低下する場合がある。

0022

本発明では、吹付けたモルタルの耐久性に悪影響を与えるひび割れ発生を低減させることを目的に短繊維を配合して使用することができる。
繊維の種類としては、ビニロン繊維ポリプロピレン繊維、及びナイロン繊維に代表される高分子繊維類や、鋼繊維ガラス繊維、及び炭素繊維に代表される無機繊維類が挙げられる。
短繊維の長さは、12mm以下である。12mmを超えるとファイバーボールを形成し、吹付けノズルでモルタルが詰まる危険性がある。
短繊維の使用量は、セメント100部に対して、0.05〜2.0部であり、0.1〜1.0部が好ましい。0.05部未満では耐久性に悪影響を与えるひび割れが発生してしまう場合があり、2部を超えるとモルタルの流動性に悪影響を与える場合がある。

0023

本発明で使用する流動化剤は特に限定されるものではないが、メラミン系流動化剤、ナフタレン系流動化剤、リグニン系流動化剤、及びポリカルボン酸系流動化剤が挙げられ、モルタルの流動性の調整に使用される。
流動化剤の使用量は、セメント100部に対して、0.02〜1.0部であり、0.05〜0.5部が好ましい。0.02部未満では、流動性の改善効果が発揮されない場合があり、1.0部を超えると流動性が良過ぎて、吹付けたときにダレや跳ね返りが多くなる恐れがある。

0024

本発明に係る凝結遅延剤は特に限定されるものではないが、クエン酸酒石酸等のオキシカルボン酸系凝結遅延剤が挙げられる。
凝結遅延剤の使用量を調整することにより、セメントモルタルの凝結始発までの時間を120〜175分に調整する。凝結開始までの時間が120分未満の場合、吹付け後のモルタルの左官作業時間が充分に確保できない可能性があり、175分を超えると、吹付け後のモルタルの短時間強度が充分に得られない可能性がある。
これらの凝結開始までの時間を確保するために必要な凝結遅延剤の使用量は、セメント100部に対して、0.1〜1.0部である。

0025

本発明に係るセメントモルタルの水/セメント比は30〜55%であり、35〜45%が好ましい。30%未満では、ポンプ圧送に充分な流動性が得られず、ホース内の圧力が上がり圧送性が著しく低下し、さらには、ホース内で閉塞する可能性があり、55%を超えると、モルタル圧送中にホース内で材料分離を起こし閉塞する可能性があり、また、吹付け後のモルタルの短時間強度が充分に得られない可能性がある。

0026

本発明では、高吐出性を得るために、練混ぜモルタルの流動性を良好とすることが必要であり、JISフロー値で、180〜200mmのフローが好ましい。
例えば、ポリマーエマルジョンを併用したポリマーセメントモルタルでは、粘性が高く、モルタル圧送時にホース内面への付着力が強いため、モルタル吐出量は0.1〜0.9m3/時間が通常であるが、本発明の練混ぜモルタルや吹付けモルタルは、ホース内面への付着力が小さく、0.3〜1.7m3/時間という高吐出量で吹付けが可能であり、高吐出性が得られる。

0027

本発明のセメントモルタル組成物は、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

0028

本発明では、以上の特定の条件で練混ぜた練混ぜモルタルAを、練混ぜ直後から90分以内に吹付けることを特徴とする。90分より後に吹付けると、吹付け後のモルタルの左官作業可能時間が充分に確保できない可能性がある。
また、練混ぜモルタルAには凝結遅延剤を含んでおり、硫酸アルミニウム水溶液を混合した後でも、凝結遅延剤の効果により、左官作業可能時間が確保でき、凝結遅延剤の使用量により、左官作業可能時間の延長は可能になる。

0029

本発明では、モルタルポンプ1により、練混ぜモルタルAをモルタル圧送管2でモルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3まで圧送し、混合管3で圧縮空気Bと硫酸アルミニウム水溶液Cの混合物と混合して吹付けモルタルを調製し、ノズル4から吹付けモルタルを吹付けるが、硫酸アルミニウム水溶液は、液体ポンプ5により、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6で、霧状化管7まで圧送し、濃度15%以上の硫酸アルミニウム水溶液を、練混ぜモルタルA100部に対して、硫酸アルミニウム換算で0.5〜3.0部の割合となるよう混合することを特徴とする。

0030

本発明で使用する硫酸アルミニウム水溶液の濃度は15%以上である。15%未満では、吹付け後のモルタルのダレが大きくなり、左官作業が困難になる場合がある。市販品として、硫酸アルミウニウム[Al2(SO4)3]濃度26.8〜27.4%のものがあり、本発明では市販品を使用することも可能である。
硫酸アルミニウム水溶液の使用量は、練混ぜモルタル100部に対して、硫酸アルミニウム換算で、0.5〜3.0部である。0.5部未満では、吹付け後のモルタルのダレが大きくなり、左官作業が困難になる場合がある。また、3.0部を超えると、吹付け後のモルタルの左官作業可能時間が充分に確保できない可能性がある。

0031

これらの特徴を兼ね備えることで、本発明では、吹付け後のモルタルの左官作業可能時間が15分以上確保され、かつ、吹付け後から6時間におけるモルタルの圧縮強度が6N/mm2以上であるセメントモルタル吹付け工法が得られる。

0032

本発明では、硫酸アルミニウム水溶液に、さらにハロゲン化合物を混合することによって、短時間で高い強度を得ることができる。

0033

ハロゲン化合物は特に限定されものではないが、氷晶石(Na3AlF6)や蛍石(CaF2)の粉末を用いることが好ましい。
硫酸アルミニウム水溶液に対するハロゲン化合物の混合割合は、短時間強度増進効果や吹付け後のモルタルの左官作業可能時間確保の点から、硫酸アルミニウム水溶液100部に対して、1.0〜5.0部が好ましい。

0034

本発明では、硫酸アルミニウム水溶液に、さらに凝結遅延剤を混合することによって、吹付け後のモルタルに良好な左官作業可能時間を確保することが可能となる。
凝結遅延剤は特に限定するものではないが、クエン酸や酒石酸等のオキシカルボン酸系のものが挙げられる。
硫酸アルミニウム水溶液に対する凝結遅延剤の混合割合は、左官作業可能時間確保や短時間強度発現性の点から、硫酸アルミニウム水溶液100部に対して、0.1〜1.0部が好ましい。

0035

本発明では、本発明の目的を阻害しない範囲で、必要に応じて、防錆剤消泡剤防凍剤抗菌剤撥水剤軽量骨材、及び高分子エマルジョンなどのセメント混和材や、ベントナイトなどの粘土鉱物ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等の各種添加剤高炉水砕スラグ微粉末高炉徐冷スラグ微粉末石灰石微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームなどの混和材料等からなる群のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。

0036

本発明は、図1に示すように、モルタルポンプ1で調製した練混ぜモルタルAを、モルタル圧送管2を用いて圧送し、混合管3で、圧縮空気Bと霧状になった硫酸アルミニウム水溶液Cの混合物を混合し、ノズル4から吹付けモルタルを吹付けるものである。

0037

練混ぜに使用するミキサーとしては、底部が球状曲面形状を持つボールを有するモルタルミキサー、オムニミキサーパン型ミキサー、パン型で自転する羽根を有するダマカットミキサー、及びコンクリートの練混ぜで使用する二軸ミキサーなどが使用できる。

0038

練混ぜモルタルを圧送するモルタル圧送管2としては、ケミカルホース耐圧性金属メッシュ入りホース耐圧ホース)、及び金属製の配管使用可能である。通常は、ケミカルホースや耐圧ホースが使用され、その前後は金属管を使用することが好ましい。
圧送管の長さは特に限定されるものではなく、施工状況により、使用される長さは変わってくるが、通常、5〜30mのものが使用される。
圧送管の直径は、圧送性や、耐圧ホースの取り扱いなどの作業性の点から、1〜2インチのものが通常使用される。

0039

練混ぜモルタルを圧送するモルタルポンプ1は特に限定されるものではないが、プランジャーポンプスクイズポンプ、及びスネークポンプなどの、一定の圧力により水溶液を圧送して、戻りがないケミカルポンプが使用できる。

0040

練混ぜモルタルの圧送条件は、施工対象規模により決定され、通常、圧力4MPa、流量0.8m3/minの圧縮空気を導入し、例えば、1箇所当たりの施工が、50×50cmで、厚さが30mm程度の小さい規模の場合は、0.3m3/時間程度であり、10×10m、厚さ100mm程度の大きい規模の場合は、1.0m3/時間程度の高吐出量となる。
また、従来のポリマーセメントを使用した配合の場合、フロー値が140〜210mmの吐出量は、0.1〜0.9m3/時間であるが、本発明では、0.3〜1.7m3/時間と高吐出量で吹付けが可能であり、高吐出性が得られる。

0041

モルタル圧送管2とノズル4の間を連結する混合管3は、練混ぜモルタルAと、霧状になった硫酸アルミニウム水溶液Cを混合した圧縮空気Bを混合するもので、シャワリング管が通常使用される。

0042

さらに、本発明では、圧縮空気Bを練混ぜモルタルAと混合する前に、霧状化管7で、圧縮空気Bと霧状にした硫酸アルミニウム水溶液Cを混合する。

0043

硫酸アルミニウム水溶液Cは、液体ポンプ5で、内径5mm程度の硫酸アルミニウム水溶液圧送管6を用いて圧送する。

0044

硫酸アルミニウム水溶液Cを霧状にする方法は、硫酸アルミニウム水溶液Cが霧状になれば特に限定されるものではないが、例えば、霧状化管7で、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6を縮径して、圧縮空気Bと硫酸アルミニウム水溶液Cを混合する図2に示すような方法や、圧縮空気Bと硫酸アルミニウム水溶液Cの混合部で、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6の外周に、圧縮空気Bの流れとは直角方向に、多数の細孔を開け、その細孔より硫酸アルミニウム水溶液Cを吐出して圧縮空気Bと混合して、霧状にする方法、混合部で、硫酸アルミニウム水溶液圧送管6の先端を閉塞し、先端に、多数の細孔を開口して混合する方法、及びこれらを組み合わせた方法等が使用可能である。
硫酸アルミニウム水溶液を霧状で、練混ぜモルタルに混合することで、モルタルの可塑性が向上し、厚付け性が良好となる。

0045

本発明で使用するノズル4としては、モルタル圧送管2の先端の混合管3に連結されるもので、連続的に縮径しているものや、縮径後に急結性の吹付けモルタルを整流する直管をつけたものなどが使用可能である。
ノズルの長さは、吹付けモルタルと硫酸アルミニウム水溶液との混合性付着性粉じん低減性、及び圧送性の点から、15〜145cm程度が好ましく、25〜75cmがより好ましい。
ノズルは、金属製のものやセラミックス製のものが使用可能であり、ゴム素材でできたノズルの配管内面にセラミックスや金属でライニングされたものやこれらのチップ状のものを埋め込んだものが使用可能である。

0046

以下、具体的に実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。

0047

実験例1
セメント100部、表1に示す骨材、急硬材A10部、収縮低減剤A1.0部、短繊維A1.0部、流動化剤A0.5部、及び凝結遅延剤A0.5部を計量混合してモルタル組成物を調製し、下記に示すような吹付け施工システムを用い、骨材の配合割合を変化させて、練混ぜモルタルの凝結始発時間(以下、単に「凝結始発時間」という)、吹付け後のモルタルの左官作業可能時間(以下、単に「左官作業可能時間」という)、及び吹付け後から6時間におけるモルタルの圧縮強度(以下、単に「圧縮強度」という)を測定した。結果を表1に示す。

0048

<吹付け施工システム>
吹付け施工システムは、あらかじめ水以外の材料を計量したモルタル組成物をミキサ投入し、計量した水を投入(水/セメント比45%)し、2分間練混ぜ、練混ぜモルタルを調製し、ホッパーに落とし、すぐに1時間あたり1m3の吐出量となるように調整したモルタルポンプ1にて圧送した。練混ぜモルタルのフロー値は190mmであった。直径40mm、長さ50mの耐圧ホースのモルタル圧送管2で練混ぜモルタルを、モルタル圧送管2に連結する混合管3に圧送し、別途、エアコンプレッサーから圧力4MPa、流量0.8m3/minの圧縮空気を導入し、濃度20%の硫酸アルミニウム水溶液が練混ぜモルタル100部に対して、硫酸アルミニウム換算で1部の混合割合となるように調整したプランジャーポンプの液体ポンプ5を用いて圧送した硫酸アルミニウム水溶液を、霧状化管7で霧状にして、混合管3で、練混ぜモルタルに混合し、吹付けモルタルを調製した。セメントモルタルの練混ぜから吹付けまでに要した時間は5分であった。

0049

使用材料
セメント:普通ポルトランドセメント、デンカ社製、ブレーン値2,500cm2/g
骨材A :最大粒径1.2mmの石灰石骨材
骨材B :最大粒径4mmの石灰石骨材
骨材C :最大粒径4mmの珪砂
急硬材A :12CaO・7Al2O3(以下、C12A7という。試薬1級の炭酸カルシウム酸化アルミニウムモル比で12対7の割合で混合し、1,350℃で3時間焼成する工程を2回繰り返して合成したもの)100部とII型無水石こう100部とを混合粉砕したもの、ブレーン値5,000cm2/g
収縮低減剤A:ポリオキシアルキレン化合物、特殊ノニオン系粉末収縮低減剤、商品名「アデカセムサーフ」、アデカ社製
短繊維A :ビニロン繊維、商品名「RECS7×6mm」、長さ6mm、クラレ社製
流動化剤A:粉末型ポリカルボン酸系減水剤、商品名「MELFLUXAP101」、BASF社製
凝結遅延剤A:試薬特級の酒石酸
硫酸アルミニウム水溶液:試薬特級の硫酸アルミニウムを純水に溶解し、濃度20%となるように調整したもの
水 :上水道水

0050

試験方法
凝結始発時間:20℃室内において、JIS A 1147「コンクリートの凝結時間試験方法」に準拠し、ミキサで練混ぜた練混ぜモルタルについて、練混ぜ開始から凝結始発までの時間を計測した。
左官作業可能時間:吹付け後のモルタルの左官作業可能時間、20℃室内において表面をサンドブラストした500×1,000mmのコンクリート板に厚み3cmで吹付けモルタルを吹付け、コテ塗り作業を実施し、吹付け直後からコテ塗り作業が困難になるまでの時間を測定した。
圧縮強度:モルタルを、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠し、40×40×160mmの型枠に直接吹付けて供試体を作製し、吹付け後から6時間における圧縮強度を測定した。脱型は圧縮強度測定試験開始の10分前に行った。

0051

0052

実験例2
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、急硬材の配合割合及び種類を変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表2に示す。

0053

<使用材料>
急硬材B :C12A7100部とII型無水石こう50部とを混合粉砕したもの。ブレーン値5,000cm2/g
急硬材C :C12A7100部とII型無水石こう300部とを混合粉砕したもの。ブレーン値5,000cm2/g
急硬材D :アルミナセメント、デンカ社製、CaO・Al2O3を主成分とする。ブレーン値5,000cm2/g

0054

0055

実験例3
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるように配合し、収縮低減剤の配合割合及び種類を変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表3に示す。

0056

<使用材料>
収縮低減剤B:特殊ポリオキシアルキレン系粉末収縮低減剤、商品名「シュドックス」、日油社製
収縮低減剤C:特殊エチレンオキサイド液体収縮低減剤、商品名「エスケガード」、デンカ社製

0057

0058

実験例4
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、短繊維の配合割合及び種類を変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定し、加えて施工後のモルタルを外部暴露し、耐久性に影響のあるひび割れの発生有無調査した。結果を表4に示す。

0059

<使用材料>
短繊維B :ポリプロピレン繊維、商品名「グレースマイクロファイバー」長さ12mm、グレースケミカルズ社製
短繊維C :ナイロン繊維、商品名「タフバインダー」長さ10mm、東レ・アムテックス社製
短繊維D :ナイロン繊維、商品名「タフバインダー」長さ15mm、東レ・アムテックス社製

0060

<試験方法>
ひび割れ:20℃室内において表面をサンドブラストした500×1,000mmのコンクリート板に厚み3cmでモルタルを吹付け、コテ塗り作業を実施し、翌日より新県糸川市の屋外暴露し、1年後に0.2mm以上の幅のひび割れの有無を確認した。

0061

0062

実験例5
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、流動化剤の配合割合及び種類を変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表5に示す。

0063

<使用材料>
流動化剤B:粉末型メラミン系減水剤、商品名「シーカメントFFパウダー」、日本シーカ社製
流動化剤C:粉末型ナフタレンスルホン酸系減水剤、商品名「マイティ100」、花王社製

0064

0065

実験例6
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、凝結遅延剤の配合割合及び種類を変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表6に示す。

0066

<使用材料>
凝結遅延剤B:試薬特級のクエン酸
凝結遅延剤C:試薬特級のグルコン酸ナトリウム

0067

0068

実験例7
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、水/セメント比を各種変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表7に示す。

0069

0070

実験例8
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、練混ぜから吹付けまでの時間を各種変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表8に示す。

0071

0072

実験例9
モルタル中の骨材を骨材Aとし、セメント100部に対して、250部の割合となるようにし、練混ぜモルタル100部に対する硫酸アルミニウム水溶液の混合割合、濃度、及び種類を変化させたこと以外は実験例1と同様に実験し、凝結始発時間、左官作業可能時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表9に示す。

0073

<使用材料>
硫酸アルミニウム水溶液A:試薬特級の硫酸アルミニウムを純水に溶解し、濃度20%となるように調整したもの
硫酸アルミニウム水溶液B:試薬特級の硫酸アルミニウムを純水に溶解し、濃度15%となるように調整したもの
硫酸アルミニウム水溶液C:試薬特級の硫酸アルミニウムを純水に溶解し、濃度10%となるように調整したもの
硫酸アルミニウム水溶液D:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、氷晶石の粉末を1部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液E:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、氷晶石の粉末を3部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液F:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、氷晶石の粉末を5部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液G:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、蛍石の粉末を3部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液H:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、試薬特級の酒石酸を0.1部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液I:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、試薬特級の酒石酸を0.5部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液J:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、試薬特級の酒石酸を1部溶解させたもの
硫酸アルミニウム水溶液K:硫酸アルミニウム水溶液A100部に対して、氷晶石の粉末を3部及び試薬特級の酒石酸を0.5部溶解させたもの

0074

0075

実験例10
実験No.1- 4において、濃度20%の硫酸アルミニウム水溶液が練混ぜモルタル100部に対して、硫酸アルミニウム換算で1部の混合割合となるように調整したプランジャーポンプを用いて霧状化管7で霧状にして圧縮空気と混合し、その混合物を混合管3で、練混ぜモルタルと混合し、実験例1と同様の評価を行った。さらに左官作業性について評価を行い、吹付け厚の測定も行った。
比較例として、実験No.1- 4と同じ混合割合で、濃度20%の硫酸アルミニウム水溶液を圧縮空気とY字管合流混合して試験を行った。これを実験No.10-1として、実験例1と同様の評価を行った。さらに左官作業性について評価を行い、吹付け厚の測定も行った。

0076

測定方法
左官作業性:コテを使用した左官作業性について以下の評価内容で評価した。良好な左官作業性を示し、容易に平滑面が得られる場合を「優」、左官作業の際、コテにモルタルが残るが左官作業は可能な場合を「良」、モルタルが硬く、モルタル表面がまばらに硬化し、良好な左官作業による平滑面が得られない場合を「可」とした。
吹付け厚:スケールを吹付けたモルタルに差し込んで測定

0077

0078

実験例11
水以外の配合は実験例1- 4と同様にし、水の量を変え、表11に示すフロー値の練混ぜモルタルを調製し、JISフローを測定し、ノズルを取り付けず、圧縮空気も導入せず、圧送して、吐出量を測定した。
比較として、セメントの代わりにポリマーセメントを使用して同様に試験を行った。結果を表11に示す。

0079

<測定方法>
フロー値:JIS A 5201に準じて測定
吐出量:練混ぜモルタルの1分間当たりの吐出量を計量して、1時間当たりの吐出量に換算

実施例

0080

0081

本発明のセメントモルタル吹付け工法により、適度な硬化速度を有し、充分な左官仕上げができ、短時間強度の発現性に優れたセメントモルタルを得ることができるので、例えば、鉄道トンネル補修工事で、毎日列車運行に全く支障を与えることなく、夜間の数時間で、所定区間の補修が完了可能等、土木・建築分野に好適である。

0082

1モルタルポンプ
2モルタル圧送管
3混合管
4ノズル
5液体ポンプ
6硫酸アルミニウム水溶液圧送管
7 霧状化管
A練混ぜモルタル
B圧縮空気
C 硫酸アルミニウム水溶液

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