【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、吹付施工時の作業性を改善した吹付
材料に関する。
従来、セメントを結合材とする吹付工法として
は、湿式と乾式がある。前者は、セメント、骨材
及び水の材料をミキサで練りまぜした後、圧さく
空気で圧送し、ノズルから吹付するものであり、
後者は、セメントと骨材の空練り混練物及び水を
別々に圧さく空気で送り、ノズルで合流させなが
ら吹付するものであつて、ほとんどのトンネル覆
工に使用されている。その場合、必要強度を早く
確保するため、液状又は粉末状のセメント急結剤
をセメント重量に対し１〜10％添加するのが普通
であり、その主成分は、けい酸ソーダ、アルミン
酸ソーダ、炭酸ソーダ、例えばC3A、C12A7、
C11A7CaF2などのカルシウムアルミネート又はカ
ルシウムアルミネート無定形物などの１種又は２
種以上としたものが用いられている。
しかしながら、湿式工法には、１）セメントミ
ストが多量に発生する。２）セメント急結剤の使
用ができない。３）ダレが生じ、湧水があると付
着しない。といつた欠点があり、また、乾式工法
には、１）粉塵が多く作業環境が悪い。２）骨材
に付着水分が多いと、セメント急結剤とセメント
とが反応し圧送ホース内につまりが生じる。３）
湧水があると付着しにくい。などの欠点があつ
た。
本発明者は、これらの欠点を解決することを目
的として種々検討した結果、高吸水能を有するポ
リマーを含有する吹付材料を使用すればよいこと
を見出し、本発明を完成したものである。
即ち、本発明は、セメント、自重に対して30倍
以上の吸水能力を有するポリマー、骨材及び水を
主成分とする吹付材料である。
以下、詳しく本発明を説明すると、本発明で使
用されるセメント、骨材、水及び必要に応じての
セメント急結剤の各材料は、従来のものが好適に
用いられる。
すなわち、セメントとしては、一般には普通ポ
ルトランドセメントであるが、その他のポルトラ
ンド系セメント、つまり、早強、超早強、中庸
熱、白色のポルトランドセメントや、例えば、シ
リカ、フライアツシユ、高炉スラグを配合した混
合セメントであつてもよく、さらには、急硬セメ
ント、膨張セメント、高炉水砕スラグなどを施工
対象に応じて自由に選択使用する。セメントの使
用量は、通常、250〜400Kg／m3である。
骨材は、粒度の適当なものが使用され、その配
合割合は、モルタル吹付のときはセメントと細骨
材の重量比で１：２〜１：４、コンクリート吹付
のときはセメント、細骨材、粗骨材の重量比で
１：２：１〜１：５：３とするのが一般的であ
る。従来は、乾式吹付工法の場合には、セメント
と骨材との空練り混練物を圧送している関係上、
ホース内のつまりを防止するために、骨材の表面
付着水分を極力少なく、具体的には４重量％程度
以下に調整、管理したものを用いている。本発明
でも、このような骨材は当然使用できるが、むし
ろ、自重に対して30倍以上の吸水能力を有するポ
リマー（以下高吸水能ポリマーという）を添加し
て骨材に対する水量を６〜15重量％程度とするの
が好ましく、それによつて、粉塵発生量を少く、
かつ水セメント比を一定にコントロールしやすい
ので強度発現のバラツキをなくすることができ
る。
水量は、モルタル吹付のときは水セメント比45
〜50％とし、コンクリート吹付のときは40〜45％
とするのが好ましい。また、セメント急結剤を使
用するときは、前述したものが用いられる。
本発明は、以上の材料を適宜混合し、湿式又は
乾式の吹付材料を調合する任意の段階で、高吸水
能ポリマーを添加することを特徴とするものであ
る。すなわち、高吸水能ポリマーは、骨材とあら
かじめ混合してからセメントを加える方法、骨材
とセメントの空練り混合物を調製してから添加す
る方法、セメント急結剤の添加時期に単独又はセ
メント急結剤にあらかじめ混合して添加する方法
等、要するに、吹付材料を調合する任意の過程で
添加することができる。しかし、粉塵発生抑止の
点から骨材とあらかじめ混合してからセメントを
加える方法が望ましい。
本発明でいう高吸水能ポリマーとは、親水性基
を多数もち、しかも、適度に架橋された不溶性の
高分子からなるもので、自重に対して30倍以上の
吸水能力を有するポリマーを意味し、好ましくは
100倍以上とくに300倍以上、最も好ましくは800
倍以上の吸水能力を有し、かつ、セメントの硬化
を実用添加範囲内、具体的には、吹付材料に対し
て10重量％以内の添加量で、著しく阻害させない
ものである。
高吸水能ポリマーの例をあげれば、一般式RO
（AO）oＨ（式中Ｒはアルキル基、Ａは１種又は２
種のアルキレン基、ｎは整数）で示されるもの、
アクリル酸系重合体であるポリアクリル酸塩系、
グラフト化ポリビニルアルコールや酢酸ビニル系
共重合体ケン化物である変性ポリビニルアルコー
ルなどのポリビニルアルコール系、カルボキシメ
チルセルロースなどのセルロースにアクリロニト
リルやアクリル酸をグラフト重合したグラフト化
セルロースのセルロース系、デンプン・ポリアク
リロニトリルグラフト共重合体ケン化物やデンプ
ン・ポリアクリル酸グラフト共重合体などである
グラフト化デンプンのデンプン系、ビニルアルコ
ール−アクリル酸塩共重合体、ポリアクリロニト
リル加水分解物、非イオンポリマー等である。こ
れらの具体的な商品名をあげれば、製鉄化学工業
(株)「アクアキープ」、三洋化成工業(株)「サンウエ
ツト」、住友化学工業(株)「スミカゲル」、日本エク
スラン工業(株)「エスペツク」、花王石鹸(株)「ワン
ダージエル」、日本バイリーン(株)「KPシート」な
どである。
高吸水能ポリマーの添加量は、骨材中に含まれ
る表面水を吸水できる量を添加すれば最もよい
が、吹付工事では、表面水が４重量％程度まで含
有していても問題はないので、表面水の４重量％
以上の水分をゲル化できる量であれば充分であ
る。その具体的な添加量は、吹付材料に対して
0.001〜10重量％程度であり、強度の面では添加
量の少ないもの程よい。
以上説明した通り、本発明は、湿式又は乾式の
吹付材料を調合する任意の段階で、高吸水能ポリ
マーを添加し吹付施工するものであり、それによ
つて、以下の効果を発揮するものである。
(1) 粉塵発生が極めて少ない。
(2) 骨材の水分が多く含まれていても作業性がよ
く、ホースのつまりがない。
(3) 湧水があつても吹付コンクリートの付着がよ
い。
(4) セメント急結剤の添加量をすくなくすること
ができる。
(5) 骨材の水分を多くできるので、吹付直前で水
を加える必要がなくなり、水セメント比を一定
とすることができる。
(6) 湿式法において、ノズル先端で高吸水能ポリ
マーを添加することにより、吹付コンクリート
の剥離を防止できる。
以下、実施例をあげてさらに説明する。
実施例 １
普通ポルトランドセメント350Kg、表面水８重
量％の川砂1203Kg、表面水４重量％の砂利（最大
寸法10mm）784Kg、及び自重に対して400倍程度の
吸水能力を有し、ポリアクリル酸塩を主成分とす
る市販の高吸水能ポリマー商品名「アクアキー
プ」（製鉄化学(株)製）0.5Kgをバツチヤープラント
で混合した。
この混合物をベルトコンベアで乾式吹付機（ア
リバー(株)製）に送給する途中で、カルシウムアル
ミネートを主成分とする市販のセメント急結剤商
品名「デンカナトミツク」（電気化学工業(株)製）
をセメントに対して５重量％添加し、該吹付機で
圧送した。ノズル先端から80ｍ手前のホース部
で、別送された水と合流させ、直径３ｍのトンネ
ルに吹付施工した。
約８m3のコンクリートを連続吹付したが一度も
圧送ホース内につまらず付着が極めてよかつた。
リバウンド率、圧縮強度、粉塵の測定結果を第１
表に示す。比較のため、「アクアキープ」を添加
せずに同様の試験を行なつたところ、吹付量８m3
で５回のつまりがあつた。
粉塵は、市販の粉塵メーターを用い、吹付量１
m3ごとに測定し平均値を求めた。３時間と１日の
圧縮強度はプルアウト法（ピン引抜き法）によ
り、また28日圧縮強度はコアリングしてそれぞれ
測定した。
The present invention relates to a spraying material with improved workability during spraying construction. Conventional spraying methods that use cement as a binding material include wet and dry methods. The former involves mixing cement, aggregate, and water in a mixer, then compressing the mixture with compressed air and spraying it through a nozzle.
The latter is used for most tunnel linings, in which a dry mixture of cement and aggregate and water are separately compressed and sent with air, and then combined with a nozzle and sprayed. In that case, in order to quickly obtain the required strength, it is common to add a liquid or powdered cement quick-setting agent in an amount of 1 to 10% based on the weight of the cement, and its main components are sodium silicate, sodium aluminate, Soda carbonate, e.g. C 3 A, C 12 A 7 ,
One or two types of calcium aluminate or calcium aluminate amorphous substances such as C 11 A 7 CaF 2
Seeds and larger species are used. However, in the wet construction method, 1) a large amount of cement mist is generated; 2) Cement quick setting agent cannot be used. 3) It will sag and will not stick if there is spring water. The dry construction method has the following drawbacks: 1) There is a lot of dust and the working environment is poor. 2) If there is a large amount of moisture attached to the aggregate, the cement quick setting agent and cement will react, causing clogging in the pressure feed hose. 3)
It is difficult to adhere if there is spring water. There were drawbacks such as: As a result of various studies aimed at solving these drawbacks, the present inventors have found that it is sufficient to use a spray material containing a polymer having high water absorption capacity, and have completed the present invention. That is, the present invention is a spray material whose main components are cement, a polymer having a water absorption capacity of 30 times or more relative to its own weight, aggregate, and water. Hereinafter, the present invention will be described in detail. As the cement, aggregate, water, and optional cement quick-setting agent used in the present invention, conventional materials are suitably used. In other words, the cement is generally ordinary Portland cement, but other Portland cements, such as early-strength, ultra-early-strength, medium-strength, white Portland cement, as well as silica, fly ash, and blast furnace slag, may be mixed. Furthermore, rapid hardening cement, expansion cement, granulated blast furnace slag, etc. may be used freely depending on the construction target. The amount of cement used is usually 250-400Kg/ m3 . Aggregates with appropriate particle size are used, and the mixing ratio is 1:2 to 1:4 by weight of cement and fine aggregate for mortar spraying, and cement and fine aggregate for concrete spraying. Generally, the weight ratio of coarse aggregate is 1:2:1 to 1:5:3. Conventionally, in the case of the dry spraying method, an air-mixed mixture of cement and aggregate was pumped;
In order to prevent clogging in the hose, the amount of water adhering to the surface of the aggregate is as low as possible, specifically adjusted and controlled to about 4% by weight or less. Although such aggregates can of course be used in the present invention, it is preferable to add a polymer having a water absorption capacity of 30 times or more to its own weight (hereinafter referred to as a high water absorption polymer) to reduce the amount of water to the aggregate by 6 to 15 times. It is preferable to set it to about % by weight, thereby reducing the amount of dust generated.
In addition, since it is easy to control the water-cement ratio to a constant level, variations in strength development can be eliminated. When spraying mortar, the amount of water is 45% of the water-cement ratio.
~50%, and 40-45% when spraying concrete
It is preferable that Moreover, when using a cement quick setting agent, the one mentioned above is used. The present invention is characterized in that the above-mentioned materials are appropriately mixed and a super absorbent polymer is added at any stage of preparing a wet or dry spray material. In other words, super absorbent polymers can be mixed with aggregate in advance and then added to cement, or added after preparing a dry mix of aggregate and cement, or used alone or added to cement at the time of adding a cement quickening agent. In short, it can be added in any process of preparing the spraying material, such as by adding it by pre-mixing it with the binder. However, from the viewpoint of preventing dust generation, it is preferable to mix it with aggregate before adding cement. The term "highly absorbent polymer" as used in the present invention refers to a polymer that has many hydrophilic groups and is composed of moderately crosslinked insoluble polymers, and has a water absorption capacity of 30 times or more relative to its own weight. ,Preferably
100 times or more, especially 300 times or more, most preferably 800 times
It has more than double the water absorption capacity and does not significantly inhibit the hardening of cement within the practical addition range, specifically, within 10% by weight of the spraying material. An example of a polymer with high water absorption capacity is the general formula RO
(AO) o H (in the formula, R is an alkyl group, A is one or two
alkylene group of species, n is an integer),
Polyacrylate-based, which is an acrylic acid-based polymer,
Polyvinyl alcohol-based products such as modified polyvinyl alcohol, which is a saponified product of grafted polyvinyl alcohol and vinyl acetate-based copolymers, cellulose-based products such as grafted cellulose obtained by graft polymerizing acrylonitrile or acrylic acid to cellulose such as carboxymethyl cellulose, and starch/polyacrylonitrile grafts. These include starch-based grafted starches such as saponified copolymers and starch/polyacrylic acid graft copolymers, vinyl alcohol-acrylate copolymers, polyacrylonitrile hydrolysates, and nonionic polymers. The specific product names of these products are Steel Chemical Industry Co., Ltd.
``Aqua Keep'' Co., Ltd., ``Sunwet'' by Sanyo Chemical Industries, Ltd., ``Sumikagel'' by Sumitomo Chemical Co., Ltd., ``Espetsku'' by Nihon Exlan Kogyo Co., Ltd., ``Wondergel'' by Kao Soap Co., Ltd., ``Wondergel'' by Nippon Vilene. Examples include KP Sheet Co., Ltd. It is best to add the superabsorbent polymer in an amount that can absorb the surface water contained in the aggregate, but in spraying work, there is no problem even if the surface water contains up to 4% by weight. , 4% by weight of surface water
An amount that can gel the above amount of water is sufficient. The specific amount of addition is to the spraying material.
The amount is about 0.001 to 10% by weight, and the smaller the amount added, the better in terms of strength. As explained above, according to the present invention, a highly water-absorbing polymer is added and sprayed at any stage of preparing a wet or dry spraying material, thereby achieving the following effects. . (1) Very little dust generation. (2) Workability is good even if the aggregate contains a lot of water, and there is no clogging of the hose. (3) Shotcrete adheres well even in the presence of spring water. (4) The amount of cement quick setting agent added can be reduced. (5) Since the moisture content of the aggregate can be increased, there is no need to add water immediately before spraying, and the water-cement ratio can be kept constant. (6) In the wet method, spalling of shotcrete can be prevented by adding a highly water-absorbing polymer at the nozzle tip. The present invention will be further explained below with reference to Examples. Example 1 350Kg of ordinary Portland cement, 1203Kg of river sand with 8% surface water by weight, 784Kg of gravel (maximum dimension 10mm) with 4% surface water by weight, and polyacrylate having a water absorption capacity of about 400 times its own weight. 0.5 kg of a commercially available super water-absorbing polymer product name "Aqua Keep" (manufactured by Tetsu Seikagaku Co., Ltd.) containing as the main component was mixed in a batcher plant. While this mixture was being conveyed to a dry spraying machine (manufactured by Alibar Co., Ltd.) on a belt conveyor, a commercially available cement quick-setting agent containing calcium aluminate as a main component, brand name "Denka Tomitsuku" (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) )
was added in an amount of 5% by weight based on the cement, and the mixture was pumped using the sprayer. At the hose section 80m before the nozzle tip, the water was combined with the separately delivered water and sprayed into a tunnel 3m in diameter. Approximately 8 m 3 of concrete was continuously sprayed, but it never got stuck inside the pressure hose and was extremely sticky.
The results of the rebound rate, compressive strength, and dust measurements are the first.
Shown in the table. For comparison, a similar test was conducted without adding Aqua Keep, and the spray volume was 8 m 3
It got clogged 5 times. For dust, use a commercially available dust meter, spraying amount 1
Measurements were taken every m 3 and the average value was calculated. The 3-hour and 1-day compressive strengths were measured by the pull-out method (pin pulling method), and the 28-day compressive strengths were measured by coring.
【表】
次に、同様に調合した吹付材料を湧水部に吹付
けしたところ、きわめて良好に付着した。これ
は、従来法では、湧水部の吹付施工の場合、セメ
ント急結剤の使用量を増やす必要があつたが、本
発明ではその必要はなかつた。
さらに、セメント急結剤の使用量を25％少くし
て同様に試験したところ、粉塵量は0.5mg／m3、
リバウンド率と圧縮強度はそれぞれ比較例と同等
程度の値であつた。
実施例 ２
「アクアキープ」0.8Kg、実施例１と同一の骨
材、及び水55を混合した。数分後に水分はゲル
状となり骨材に分散した状態であつた。この混合
物にセメント350Kgを配合し、吹付機で20ｍ圧送
し水を加えずにそのままトンネルに施工した。そ
の際、マイクロクリート（技術資源(株)製）にてセ
メントに対し4.5重量％の「デンカナトミツク」
を空気圧送し、吹付ノズル５ｍ前でＹ字管により
合流させた。
８m3吹付後、実施例１と同様な試験をした。そ
の結果、粉塵量0.1mg／m3、リバウンド率８％、
３時間、１日、28日の圧縮強度はそれぞれ45Kg／
cm2、152Kg／cm2、365Kg／cm2であつた。
比較のため、「アクアキープ」を添加せずに同
様の試験を行なつたが、乾式吹付機ではまつたく
圧送できず、ホース、吹付機に付着した。
比較例
「アクアキープ」の代わりに、ポリビニルアル
コールとメチルセルロースをそれぞれ使用したこ
と以外は実施例１と同様に吹付試験を行つた。そ
の結果、ポリビニルアルコールを使用したコンク
リートも、メチルセルロースを使用したコンクリ
ートも粘性が上がり、ホース内にコンクリートが
付着し圧送しにくくなり、また、吹付コンクリー
トの中に気泡が多量混入し、実用困難なコンクリ
ートとなつた。[Table] Next, when the spraying material prepared in the same manner was sprayed onto the spring water area, it adhered extremely well. This is because in the conventional method, it was necessary to increase the amount of cement quick-setting agent used when spraying a spring area, but this was not necessary in the present invention. Furthermore, when the same test was conducted using 25% less cement quick setting agent, the amount of dust was 0.5 mg/m 3 ,
The rebound rate and compressive strength were respectively comparable to those of the comparative example. Example 2 0.8 kg of "Aqua Keep", the same aggregate as in Example 1, and 55 kg of water were mixed. After several minutes, the water became a gel and was dispersed in the aggregate. 350kg of cement was added to this mixture, and the mixture was pumped 20m using a sprayer to construct the tunnel without adding water. At that time, Microcrete (manufactured by Gijutsu Shizuo Co., Ltd.) was used to add 4.5% by weight of "Denka Tomikku" to the cement.
were pneumatically fed and merged through a Y-shaped pipe 5 m in front of the spray nozzle. After spraying 8 m 3 , the same test as in Example 1 was conducted. As a result, dust amount was 0.1 mg/m 3 , rebound rate was 8%,
The compressive strength for 3 hours, 1 day, and 28 days is 45 kg/each.
cm2 , 152Kg/ cm2 , and 365Kg/ cm2 . For comparison, a similar test was conducted without adding Aqua Keep, but the dry sprayer could not pump it out properly and it adhered to the hose and sprayer. Comparative Example A spraying test was conducted in the same manner as in Example 1, except that polyvinyl alcohol and methylcellulose were used instead of "Aqua Keep". As a result, both concrete made with polyvinyl alcohol and concrete made with methyl cellulose become viscous, causing concrete to adhere to the inside of the hose and making it difficult to pump.In addition, large amounts of air bubbles get mixed into the shotcrete, making the concrete difficult to put into practical use. It became.