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技術 吹付け材料用セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法

出願人 デンカ株式会社
発明者 佐々木崇室川貴光三島俊一谷田直哉
出願日 2016年7月15日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2016-140093
公開日 2018年1月18日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2018-008854
状態 特許登録済
技術分野 トンネルの覆工・支保 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 吹付け用 ノズル手前 圧縮空気量 粉じん 吹付け面 圧送圧 粉塵量 吹付けノズル
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(2018年1月18日)のものです。
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課題

硬化時間が速く、トンネル地山への付着が高く、粉じんの発生を抑え作業者への安全性が高い吹付け材料セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法を提供する。

解決手段

硫酸アルミニウムポリアルキレンオキサイド、及びカルボン酸又はその1価塩を主要構成単量体単位とする重合体を含有してなる吹付け材料用セメント混和剤であり、さらに、ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が、100万〜500万である前記吹付け材料用セメント混和剤であり、カルボン酸又はその1価塩が、アクリル酸メタクリル酸又はマレイン酸である前記吹付け材料用セメント混和剤であり、前記吹付け材料用セメント混和剤を含有してなる吹付け材料であり、セメント100質量部に対して、硫酸アルミニウムを固形分換算で0.1〜5質量部含有してなる前記吹付け材料であり、前記吹付け材料を使用する吹付け工法、である。

概要

背景

従来、トンネル掘削等、露出した地山崩落を防止するために、液体急結剤コンクリートに混合した急結性コンクリート吹付け工法が用いられている。(特許文献1、2、3)
この工法は、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、及び水を計量混合して吹付け用のコンクリートを調製し、それをアジテータ車運搬し、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された急結剤と混合して急結性吹付けコンクリートとし、地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
しかしながら、この工法では、硬化が遅く、次工程に移るまでに時間を要し、経済的に好ましくないという課題があった。
そこで、法面の吹付け工法として、ポリエチレンオキサイドトリスフェノール系縮合物ビスフェノール系縮合物硫酸アルミニウムアルカリ金属珪酸塩を用いた吹付け材料が提案されている。(特許文献4、5、6)
しかしながら、硬化にかかる時間が遅く、また粉じん発生量が高く、作業者の安全性に課題があった。

概要

硬化時間が速く、トンネル地山への付着が高く、粉じんの発生を抑え作業者への安全性が高い吹付け材料用セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法を提供する。硫酸アルミニウム、ポリアルキレンオキサイド、及びカルボン酸又はその1価塩を主要構成単量体単位とする重合体を含有してなる吹付け材料用セメント混和剤であり、さらに、ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が、100万〜500万である前記吹付け材料用セメント混和剤であり、カルボン酸又はその1価塩が、アクリル酸メタクリル酸又はマレイン酸である前記吹付け材料用セメント混和剤であり、前記吹付け材料用セメント混和剤を含有してなる吹付け材料であり、セメント100質量部に対して、硫酸アルミニウムを固形分換算で0.1〜5質量部含有してなる前記吹付け材料であり、前記吹付け材料を使用する吹付け工法、である。なし

目的

本発明は、硬化時間が速く、トンネル地山への付着が高く、粉じんの発生を抑えた吹付け材料用セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

請求項2

ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が、100万〜500万であることを特徴とする請求項1記載の吹付け材料用セメント混和剤。

請求項3

カルボン酸又はその1価塩が、アクリル酸メタクリル酸又はマレイン酸である請求項1記載の吹付け材料用セメント混和剤。

請求項4

セメントと請求項1〜3のうちのいずれか記載の吹付け材料用セメント混和剤を含有してなる吹付け材料。

請求項5

セメント100質量部に対して、硫酸アルミニウムを固形分換算で0.1〜5質量部含有してなる請求項4記載の吹付け材料。

請求項6

請求項4又は5のうちの一項記載の吹付け材料を使用する吹付け工法

技術分野

0001

本発明は、道路鉄道、及び導水路等のトンネルにおいて、露出した地山面急結性セメントコンクリート吹付ける際に使用する吹付け材料セメント混和剤、吹付け材料、及びそれを用いた吹付け工法に関する。

背景技術

0002

従来、トンネル掘削等、露出した地山崩落を防止するために、液体急結剤コンクリートに混合した急結性コンクリートの吹付け工法が用いられている。(特許文献1、2、3)
この工法は、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、及び水を計量混合して吹付け用のコンクリートを調製し、それをアジテータ車運搬し、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された急結剤と混合して急結性吹付けコンクリートとし、地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。
しかしながら、この工法では、硬化が遅く、次工程に移るまでに時間を要し、経済的に好ましくないという課題があった。
そこで、法面の吹付け工法として、ポリエチレンオキサイドトリスフェノール系縮合物ビスフェノール系縮合物硫酸アルミニウムアルカリ金属珪酸塩を用いた吹付け材料が提案されている。(特許文献4、5、6)
しかしながら、硬化にかかる時間が遅く、また粉じん発生量が高く、作業者の安全性に課題があった。

先行技術

0003

特許第3600155号公報
特許第3960590号公報
特許第4037160号公報
特開2001−335352号公報
特開2001−335353号公報
特開2001−335350号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は、硬化時間が速く、トンネル地山への付着が高く、粉じんの発生を抑えた吹付け材料用セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法を提供する。

課題を解決するための手段

0005

即ち、本発明は、(1)硫酸アルミニウム、ポリアルキレンオキサイド、及びカルボン酸又はその1価塩を主要構成単量体単位とする重合体を含有してなる吹付け材料用セメント混和剤、(2)さらに、ポリアルキレンオキサイドの平均分子量が、100万〜500万である(1)の吹付け材料用セメント混和剤、(3)カルボン酸又はその1価塩が、アクリル酸メタクリル酸又はマレイン酸である(1)又は(2)の吹付け材料用セメント混和剤、(4)(1)〜(3)のうちのいずれかの吹付け材料用セメント混和剤を含有してなる吹付け材料、(5)セメント100部に対して、硫酸アルミニウムを固形分換算で0.1〜5部含有してなる(4)の吹付け材料、(6)(4)又は(5)のいずれかの吹付け材料を使用する吹付け工法、である。

発明の効果

0006

本発明の吹付け材料用セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法により、硬化時間が速く、トンネル地山への付着が高く、粉じんの発生を抑え作業者への安全性が高く、工期が短縮できるなどの効果を奏する。

0007

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明で云う部は特に規定のないかぎ質量基準である。
また、本発明で云うセメントコンクリートとは、モルタルやコンクリートを総称するものである。

0008

本発明で使用する硫酸アルミニウムは、セメントコンクリートと混合することでスランプを低下し、吹付け直後におけるセメントコンクリートのダレずり落ちを防止するものであり、ポリアルキレンオキサイド、及びカルボン酸またはその1価塩を主要構成単量体単位とする重合体と併用することで、これらをそれぞれ単独で用いた場合より吹付け直後におけるセメントコンクリートのダレやずり落ちを防止する効果を大きくするものである。
硫酸アルミニウムは、粉末状として無水物と含水物があり、また、水に溶解して水溶液としたものがあり、いずれも使用可能であるが、このうち、セメントコンクリートとの混合性が良好な面から水溶液として使用するのが好ましい。
硫酸アルミニウムの使用量は、セメント100部に対して、固形分換算(無水物)で0.1〜5部が好ましく、0.5〜3部がより好ましい。0.1部未満ではセメントコンクリートの付着が小さい場合があり、5部を越えるとセメントコンクリートの凝結・硬化が促進され過ぎ、リバウンド率が高くなる場合がある。

0009

本発明で使用するポリアルキレンオキサイド(以下、PAOという)は、カルボン酸又はその1価塩を主要構成単量体単位とする重合体との相互作用によりセメントコンクリートに粘性を与え、吹付け直後におけるセメントコンクリートのダレやずり落ちを防止するものである。
PAOとしては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びポリブチレンオキサイド等が挙げられるが、これらの中では効果が大きい面でポリエチレンオキサイドが好ましい。PAOの平均分子量は100万〜500万が好ましい。100万未満ではダレやずり落ちを防止する効果が小さい場合があり、500万を越えるとセメントコンクリートの圧送性が低下する場合がある。
PAOの使用量は、セメント100部に対して、0.001〜0.5部が好ましく、0.005〜0.3部がより好ましい。0.001部未満ではセメントコンクリートの粘性が小さく、吹付けたときにダレが生じ、セメントコンクリートが斜面から流れ落ちる場合があり、0.5部を越えるとセメントコンクリートの粘性が大きくなり、圧送性に支障が生じたり、粉じん量が大きくなる場合がある。

0010

本発明で使用するカルボン酸又はその1価塩を主要構成単量体単位とする重合体(以下、重合体という)は、PAOと反応した瞬間にセメントコンクリートに可塑性を与え、吹付け直後の吹付け面からのセメントコンクリートのダレを防止し、リバウンド率を低減するものである。カルボン酸又はその1価塩(以下、「不飽和カルボン酸( 塩)」という。)を主要構成単量体単位とするものであり、不飽和カルボン酸(塩)の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸フマル酸イタコン酸シトラコン酸及びケイヒ酸並びにその一価塩などが挙げられる。これらの不飽和カルボン酸(塩)の内、二種以上を併用してもよい。本発明においては、アクリル酸(塩)、メタクリル酸(塩)、マレイン酸(塩)を用いることが好ましく、アクリル酸(塩)を用いることが特に好ましい。
重合体の重量平均分子量は3000以上であり、25000 以下の低分子量重合体が好ましい。3000より低いと可塑が十分でない場合があり、25000を超えると圧送性が低下する場合がある。
重合体の使用量は、セメント100部に対して、0.1〜10部が好ましく、0.5〜5部がより好ましい。0.1部未満ではセメントコンクリートの粘性が小さく、吹付けたときにダレが生じ、セメントコンクリートが斜面から流れ落ちる場合があり、10部を越えるとセメントコンクリートの粘性が大きくなり、圧送性に支障が生じる場合がある。

0011

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く、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグフライアッシュ石灰石微粉末、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、アルミナセメント膨張セメントコロイドセメントエコセメントなどのいずれも使用可能である。

0012

本発明では、前記各材料や、砂や砂利などの骨材の他に、減水剤AE剤、繊維、凝結促進剤及び微粉等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。

0013

本発明において、減水剤は、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物等が使用可能である。AE剤はセメントコンクリートの凍害を防止するものである。繊維は特にアンカー部のひび割れ防止に有効なものである。
本発明において、凝結促進剤は、フッ素アルカリ金属アルカノールアミングリセリン珪酸塩アルミン酸アルカリ消石灰石膏カルシウムアルミネート類カルシウムサルホアルミネート類などが挙げられ、これらを併用することも可能である。
また、微粉は空隙を埋めて緻密構造を形成し、高強度化を図るものであり、シリカフューム等が使用可能である。

0014

本発明において、セメント、骨材、及び水等を混合する装置としては、既存の撹拌装置が使用でき、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、V型ミキサ、ヘンシェルミキサ、及びナウタミキサ等が使用可能である。

0015

本発明において、セメントコンクリート中のセメントの使用量は、330〜500kg/m3が好ましく、水セメント比は40〜65%が好ましい。

0016

本発明の吹付け工法としては、乾式吹付け工法湿式吹付け工法が可能である。乾式吹付け工法は、例えば、セメント、骨材を混合して空気圧送し、水と液状急結剤合流混合して吹付ける工法である。湿式吹付け工法は、例えば、予め、セメント、骨材、及び水を混合してセメントコンクリートとし、これをポンプ圧送、又は空気搬送して液状急結剤を合流混合して吹付ける工法である。このうち、乾式吹付け工法では粉塵量が多くなる場合があるため、湿式吹付け工法を用いることが好ましい。

0017

本発明の吹付け工法においては、従来の吹付け設備等が使用可能である。吹付け設備は吹付けが充分に行われれば特に限定されるものではなく、例えば、セメントコンクリートの圧送にはシンテック製のコンクリートポンプ等が使用可能であり、液状急結剤の圧送にはオカサン機工製のスクイズポンプ等が使用可能である。

0018

本発明において、セメントコンクリートの圧送速度は4〜20m3/hが好ましく、セメントコンクリートのポンプ圧送圧力は2〜6MPaが好ましい。

0019

本発明の吹付け材料用セメント混和剤を圧送してセメントコンクリートに添加混合する圧縮空気量は、セメントコンクリートが混和剤圧送管内に侵入し、圧送管内が閉塞するのを防ぐ点で、4〜10m3/minが好ましい。

0020

本発明の吹付け材料用セメント混和剤とセメントコンクリートとの合流点は、混合性を良くするために、管の形状や内壁らせん状や乱流状態になりやすい構造とすることが可能である。

0021

以下、本発明の実験例に基づいて説明する。

0022

「実験例1」
単位セメント量455kg/m3 、W/C=45%、及びs/a=70%とした吹付けコンクリートを調製し、これをコンクリート圧送機「アリバー280」により4m3/hrの圧送速度、0.4MPaの圧送圧力で空気圧送した。
コンクリート中のセメント100部に対して、表1に示すPAOをコンクリートにあらかじめ混合した。なお、コンクリートはスランプが20cm程度になるように減水剤の使用量を調整した。
また、重合体Aと硫酸アルミニウムを同時にポンプで圧送し、コンクリート中のセメント100部に対して、それぞれ1.5部、1部(固形分換算)となるようにノズル手前取付け分岐管に圧送空気とともに圧入してコンクリートに混合し吹付けを行った。結果を表1に併記する。

0023

使用材料
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材標準砂、セメント協会、比重2.64
減水剤:ポリカルボン酸系高性能減水剤、市販品
水:水道水
硫酸アルミニウム:粉末硫酸アルミニウム14水塩、市販品
PAO(1):ポリエチレンオキサイド、平均分子量200万、市販品
PAO(2):ポリエチレンオキサイド、平均分子量100万、市販品
PAO(3):ポリエチレンオキサイド、平均分子量500万、市販品
PAO(4):ポリエチレンオキサイド、平均分子量50万、市販品
PAO(5):ポリエチレンオキサイド、平均分子量550万、市販品
PAO(6):ポリプロピレンオキサイド、平均分子量200万、市販品
重合体A:ポリアクリル酸、平均分子量1.5万、市販品

0024

測定方法
ダレ:吹付けノズルを一定高さで保ちながら厚み3cmとなるように水平に、地山に均一に吹き付けダレの有無を確認し、ダレた長さを測定し付着性指標とした。
硬化時間:吹付け材料を吹き付けてから、指触により凹みがなくなるまでの時間を測定し付着性の指標とした。
粉じん量:吹付け5分後に吹付け場所より5mの定位置で測定。測定装置は、柴田科学社製デジタル粉じん計P−5Lを使用した。

0025

0026

表1より、本発明において、PAOを所定量混入することでより付着性がよく、粉じん量が抑えられることが判った。

0027

「実験例2」
コンクリート中のセメント100部に対して、PAOを0.01部混合し、表2に示す重合体を用いたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
また、比較として、重合体の代替としてトリスフェノール系縮合物やビスフェノール系縮合物を添加したものも表2に示す通り実施した。

0028

0029

<使用材料>
重合体A:ポリアクリル酸、平均分子量1.5万、市販品
重合体B:ポリアクリル酸ナトリウム、平均分子量1.5万、市販品
重合体C:マレイン酸、平均分子量1.5万、市販品
重合体D:メタクリル酸、平均分子量1.5万、市販品
トリスフェノール系縮合物:4−アミノベンゼンスルホン酸、平均分子量2万、市販品
ビスフェノール系縮合物:ビスフェノールS、平均分子量2万、市販品

0030

表2より、本発明において、重合体を所定量混入することでより付着性がよく、粉じん量が抑えられることが判った。

0031

「実験例3」
コンクリート中のセメント100部に対して、PAOを0.01部混合し、重合体Aを1.5部と表3に示す硫酸アルミニウム(固形分換算)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に併記する。
また、比較として、硫酸アルミニウムの代替としてアルカリ金属珪酸塩を添加したものも表3に示す通り実施した。

0032

0033

<使用材料>
アルカリ金属珪酸塩:3号水ガラス、市販品

実施例

0034

表3より、本発明において、硫酸アルミニウムを所定量混入することでより付着性がよく、粉じん量が抑えられることが判った。

0035

本発明の吹付け材料用セメント混和剤、吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法により、トンネルの吹付けコンクリートを施工する際、硬化時間が速く、トンネル地山への付着が高く、粉じんの発生を抑え作業者への安全性が高く、さらに工期が短縮できるなどの効果を奏する。

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