JPH0531461A - 急結性吹付材の吹付工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】遊離水が多量に存在する壁面への安定な防護壁
の形成を短時間に行なうために特に有効な急結性吹付材
の吹付工法を提供する。 【構成】重合触媒を含有するセメントを主成分とする主
材に、吹付材の噴出孔先端より手前１ｍ以内の位置で送
液管に接続し、主材の送給方向に対して３０〜９０度の
供給角度を有し、かつ延長すると吹付材の送液管内にお
いて交差する管路を有する２個以上の供給管から、（メ
タ）アクリル酸塩水溶液を、0.５〜５０ｍ／秒の線速度
で供給してから吹き付ける。 【効果】本発明の工法は、セメントを含有する主材を１
分以下で硬化させ、かつ下地に強力に付着し、硬化後短
時間で構造物を防護、補強する作用を発揮し、さらに、
跳ね返り率が少なく、噴出孔の閉塞をほとんど生じず、
吹き付けられた材料の均一性に優れるという優れた効果
を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば道路、鉄道、導
水路等のトンネルや貯水池、地下連続壁、床版、橋梁、
橋脚、橋台の補修、一般地盤・岩盤の補強といった、構
造物の断面欠損補修、鉄筋防護、躯体補強・防護等にお
いて、特に湧水、流水などによる遊離水が多量に存在す
る壁面への安定な防護壁の形成を短時間に行なうための
急結性吹付材の効果的な吹付工法に関するものであり、
土木・建築分野において広く利用される工法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物の補修材料としては急結モ
ルタル、エマルション混和型ポリマーセメントモルタ
ル、ポリマーモルタル等がよく知られている。急結モル
タルとは、一般にアルミン酸カルシウム、アルミン酸ア
ルカリ、炭酸アルカリ等を主要成分としたアルカリ性の
セメント添加剤を空練りまたは湿式のモルタルに添加し
て、その凝結を早めたものであるが、添加された成分の
接着性は、ほとんど場合セメント自身の接着力よりも小
さく、耐久性も乏しいものである。ポリマーセメントモ
ルタルは、併用された樹脂により躯体への強力な接着力
を得ているものであるが、硬化が遅いため、短時間で高
い強度が要求される場合や、下地から水が染み出ている
場合には、躯体へ接着しないという問題を有しているも
のである。ポリマーモルタル系の材料は硬化時間が任意
に取れ、躯体への接着力にも優れているが、湿潤面に接
着しないものが多く、たとえ接着するとしても、こて塗
り作業によるため、単位時間当りの作業効率がよくない
ものである。これらの補修材料と異なり、骨材を配合し
たセメントに、急結剤としてのアクリル酸塩またはメタ
クリル酸塩を加えたものは、一般構造物はもちろん、特
に水の滲み出てくる構造物にたいしても短時間で硬化
し、硬化後の強度が大きいという特長を有した補修材と
して賞用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アクリル酸塩またはメ
タクリル酸塩（以下（メタ）アクリル酸塩と言う）を急
結剤として用いた補修材の吹付工法としては、従来汎用
の吹付システム及びノズルを用いて、（メタ）アクリル
酸塩の水溶液を触媒水溶液とともにセメント、骨材又は
それらと水との混合物に添加し、吹き付ける工法が採用
されているが、これら従来の方法では吹付け物の跳ね返
り率が大きくなることがある上、噴出孔内にスケールが
多く生成する場合があり、スケールを取り除く作業に時
間がとられ、作業効率が常に良いとはいい難い。また短
時間に硬化させるために通常、触媒水溶液を急結剤に予
め混合した液剤をセメントに添加して硬化させている
が、急結剤と触媒水溶液の混合液は調合後、数時間で反
応・硬化してしまうので混合液の調合を現地で行なう必
要があり、作業が煩雑になるといる欠点がある。さら
に、劣化、破損した構造物の補修は一般的にあまり時間
を掛けられない場合が多いものである。例えば、鉄道ト
ンネルの場合等に特徴的であるが、最終電車が通り過ぎ
電気が切られた後、翌日の通電開始までに作業を終了
し、電車が通るときには必要強度を発現していなければ
ならないことも多い。従って、短時間に施工でき、かつ
極短時間に躯体に強力に接着し、構造物を短時間で防護
・補修する工法への必要性は大きいが、従来の工法では
単位時間当りの補修面積が満足できない場合があり、ま
た強度発現までにかなりの時間を要する事も多く、必ず
しも常に満足し得るものとは言い難いものである。先
に、本発明者等は、従来工法の持つ上記諸問題点を解決
する一つの提案を行ったが（特願平２−１６１５１
４）、本発明は該提案の方法を更に改良することを目的
としてなされたものであり、技術的、経済的に有利に施
工できる吹付け工法を提案するものであり、本発明方法
は特に補修工事に有効なものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決する吹付工法について鋭意検討の結果、セメントを
含有する主材を１分以下、通常３０秒以下で硬化させ、
かつコンクリート、岩盤、レンガ等の下地に強力に付着
し、硬化後短時間で構造物を防護、補強する作用を発揮
し、さらに、跳ね返り率が少なく、噴出孔の閉塞をほと
んど生じず、吹き付けられた材料の均一性に優れた急結
性吹付け材の吹付工法を見いだし、本発明を完成した。

【０００５】すなわち本発明は、重合触媒を含有するセ
メントを主成分とする主材を吹付材の送液管に送給する
と共に、吹付材の噴出孔先端より手前１ｍ以内の位置で
送液管に接続し、主材の送給方向に対して３０〜９０度
の供給角度を有し、かつ延長すると吹付材の送液管内に
おいて交差する管路を有する２個以上の供給管から、ア
クリル酸塩またはメタクリル酸塩の水溶液からなる急結
剤を、前記送液管内に送給されている主材に0.５〜５０
ｍ／秒の線速度で供給し、その後主材と急結剤を噴出孔
から噴出させることを特徴とする急結性吹付材の吹付工
法に関するものである。

【０００６】以下本発明を詳しく説明する。 ○主材 本発明の主材はセメントを主成分とするものである。 セメント；本発明で用いられるセメントとしては、日本
工業規格（ＪＩＳ）に規定するポルトランドセメント、
高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメン
ト、および市販急結セメント等の公知のもののいずれで
もよいが、最も一般的で低価格な普通ポルトランドセメ
ントで十分である。 骨材；本発明の主材において、増量あるいはセメントの
補強、安定性増加のために骨材が、一般のコンクリート
と同様に添加される。本発明に使用される骨材として
は、直径２５ｍｍ以下の小砂利および小砕石、砂、人工
軽量骨材、フライアッシュ、シリカヒューム、高炉スラ
グ等の一般的なセメント用骨材を挙げることができる。 その他の添加剤；さらに、本発明の主材に鋼繊維、炭素
繊維、ガラス繊維、鉱物繊維、樹脂性繊維等の繊維質を
骨材と併用して使用することもできる。

【０００７】骨材の使用量あるいは骨材と繊維質とを併
用する場合は、セメントに対して６倍重量以下が望まし
い。

【０００８】○急結剤 本発明において用いられる急結剤は（メタ）アクリル酸
塩の水溶液からなるものであり、（メタ）アクリル酸塩
は下地への接着力を著しく向上させる性質を有するもの
であり、（メタ）アクリル酸塩としてはアクリル酸また
はメタクリル酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属
塩、アルミニウム塩が好ましいものとしてあげることが
でき、より好ましくはナトリウム塩、マグネシウム塩、
カルシウム塩、アルミニウム塩である。使用量の管理の
容易さと短時間の硬化のために、（メタ）アクリル酸塩
は水溶液で使用されるものであるが、その際の濃度とし
ては１０重量％以上が好ましく、より好ましくは２０重
量％以上である。（メタ）アクリル酸塩の濃度が１０重
量％より少なくなると、硬化物中の（メタ）アクリル酸
塩の重合物の含有量が過小となり、急結性や接着力を十
分に発揮させることが困難になり、また、硬化後の初期
強度も低下するようになり、目的を達成することが困難
になる。濃度の上限としては、（メタ）アクリル酸塩が
析出しない程度、すなわち飽和水溶液に近いものまで使
用可能である。

【０００９】○重合触媒 本発明に用いられる（メタ）アクリル酸塩は重合、ゲル
化することにより水に不溶性の重合体となり主材に急結
性を付与し、下地と強力に接着するのであり、この重合
を行わせるためには、重合触媒を使用する必要があり、
重合触媒としてはレドックス重合触媒を使用することが
望ましい。 酸化剤；レドックス重合触媒の一成分である酸化剤は、
それ単独でも上記（メタ）アクリル酸塩を重合させるこ
とができるが、より硬化時間を短縮したい場合には、還
元剤を併用する完全レドックス系が好ましい。酸化剤の
具体的な化合物としては、アゾビスシアノイソ吉草酸な
どの水溶性アゾビス化合物や、過酸化水素もしくは過酸
化水素を生成する水溶性の化合物をあげることができ
る。過酸化水素を生成する化合物としては過炭酸ナトリ
ウム、過酸化バリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カ
リウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩が具体的な化合
物として挙げられるが、特に好ましいものは過硫酸塩で
ある。酸化剤は単独で粉末、水溶液、水への懸濁液のい
ずれの状態でも主材に添加することができる。また還元
剤と一緒にまたは別々に添加することも可能である。重
合触媒を添加した組成物を長期間保存するには、酸化剤
単独または還元剤と一緒に骨材のみに先に添加しておく
ことが好ましい。その際は吹き付けた時の粉塵発生を抑
えるため、骨材または主材を急結剤を添加する前に湿ら
せることが望ましい。酸化剤の使用量は（メタ）アクリ
ル酸塩に対して３〜３０重量％が望ましい。３重量％以
下では（メタ）アクリル酸塩の重合反応が不十分とな
り、短時間で硬化させることができない。３０重量％を
越えると（メタ）アクリル酸塩の重合反応が部分的に短
時間に終了してしまうために接着性が低下し、また強度
の増進が鈍い。 還元剤；還元剤としては水溶性であるものが望ましく、
ジエタノールアミン、トリエタノールミン、ヒドラジ
ン、ヒドロキシルアミン、ジメチルアミノプロピオニト
リル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノプロ
パノール、ピペラジン、モルホリン等のアミン類やその
塩、第一鉄塩、亜硫酸アルカリ、ロンガリット等の１種
類以上を用いる。還元剤の使用量は（メタ）アクリル酸
塩に対して、２０重量％以下が望ましい。２０重量％を
越えると（メタ）アクリル酸塩の重合反応が部分的に短
時間に終了してしまい、硬化物の強度が不十分となる。

【００１０】○主材と急結剤の併用割合 主材に対する急結剤の量は、主材に対して（メタ）アク
リル酸塩の重量比で0.０１０〜0.６が好ましく、より好
ましくは0.０１０〜0.５０である。重量比が0.０１０よ
り小さいとセメントや骨材表面を十分接着することが困
難になり、強固な固結体にならない場合が多々生じる。
重量比が0.０６より大きいと、セメント水和物の強度が
有効に発揮されず、強固な固結体を形成し難くなる。

【００１１】○施工方法 主材の送給装置には、汎用の乾式吹付け機が適用でき、
施工機械としてはＮＡＴＭ(New Austrian Tunnering Me
thod )工法とよばれるトンネル築造工法において用いら
れる乾式吹付け機、山岳法面の防護工事において用いら
れる乾式吹付け機等を利用することができる。本発明に
おいては、急結剤は、吹付材の噴出孔先端より手前１ｍ
以内の位置で送液管に接続し、主材の送給方向に対して
３０〜９０度、好ましくは３０〜７０度の範囲内の供給
角度を有し、かつ延長すると吹付材の送液管内において
交差する管路を有する２個以上の供給管から、0.５〜５
０ｍ／秒の線速度で、重合触媒を含有するセメントを主
成分とする主材に供給される。上記における主材の送給
方向に対して管路を延長すると互いに交差する供給角度
とは、第１図に部分の角度Ａを意味する。

【００１２】急結剤の供給管が噴出孔先端から１ｍを越
えて離れた位置にあると、噴出孔が閉塞しやすくなる。
また、主材の送給方向に対する急結剤の供給角度が３０
度未満であると、急結剤の成分である（メタ）アクリル
酸塩と主材との混合が不十分となり、この角度が９０度
よりも大きくなると、主材と（メタ）アクリル酸塩との
接触により形成される硬化物が、供給管出口付近に付着
し易くなるため、噴出孔閉塞の原因となる。

【００１３】また、急結剤の供給速度としては、線速度
として0.５〜５０ｍ／秒であることが必要である。供給
速度が0.５ｍ／秒未満であると、（メタ）アクリル酸塩
と主材の混合が不十分となり、また、５０ｍ／秒を越え
ると噴出孔内面の磨耗が激しくなり大量の吹き付けが困
難になる。

【００１４】急結剤を供給する供給管は２個以上存在す
ることが必要である。供給管の数が１個の場合は、主材
中の粉塵による噴出孔の閉塞が発生しやすくなり、施工
面からの跳ね返りも多くなる。

【００１５】重合触媒は急結剤が主材に供給される以前
に主材に添加されていることが重要で、吹付け機からノ
ズルへ送給される管路の途中で主材に添加する方法、吹
付け機に主材を投入するのと同時に添加する方法、主材
にあらかじめ添加しておく方法、骨材中に添加しておく
方法などにより、急結剤を主材に添加する前に主材に添
加される。管路の途中で重合触媒を主材に添加する場合
は、触媒の添加位置が急結剤を添加する位置から遠けれ
ば遠いほど、つまり触媒を添加された主材が急結剤を添
加されるまでに通過する管路が長ければ長いほど、触媒
が主材中でより均一に分散するため、本発明にとり好ま
しい方法である。

【００１６】

【作用】重合触媒を急結剤を主材に添加する以前に主材
に添加することと急結剤の主材への添加方法を特定化す
ることにより、跳ね返りが少なく、品質が安定してい
て、噴出孔閉塞等のトラブルが少なく、更には主材に添
加する急結剤の調合の手間が省け、かつ調合した急結剤
が使用前に硬化するトラブルを無くすことができた。

【００１７】

【実施例】以下実施例を挙げて本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例１ 表１に示すコンクリート配合の主材を用いて吹付け試験
を行なった。セメントは普通ポルトランドセメント、骨
材には矢作川産の粗粒率2.５０の川砂とコンクリート用
砕石１５０５に適合する鳥羽産の砕石を用いた。骨材の
含水率はいずれも３％程度であった。主材は各材料をミ
キサーで一度に攪拌混合した後、吹付け機に投入した。
急結剤としてアクリル酸マグネシウムとアクリル酸カル
シウムを４対１で混合した３０重量％水溶液を用いた。
重合触媒としては酸化剤である過硫酸アンモニウムの顆
粒状粉末を用いた。吹付け機にはアリバ２４０（アリバ
ー株式会社製）を用い、内径５０mmでフレキシブルなコ
ンクリート用ホース１００ｍを用い、空気圧６ kgf／cm
² 、空気量１０ｍ³ ／分として主材を送給した。ポンプ
で急結剤を送給し、ノズルの先端より５０cm手前の位置
で４ケ所に設けた添加孔より急結剤を主材に添加混合
し、５ｍ³ のコンクリートを急勾配法面に吹き付けた。
吹付け初めから最後までノズルの閉塞およびノズル内へ
のスケールの付着は全く無かった。また吹付けられたコ
ンクリート硬化物はどの部分も密実で見かけ比重が2.２
以上あり、吹付け１時間後の曲げ強さはいずれの部分も
２０kgf／cm² を越えており、２日後の曲げ強さはいず
れの部分も４０ kgf／cm² を越えていた。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例２ 表２に示すモルタル配合の主材を用いて吹付け試験を行
なった。セメントは実施例１と同じ、川砂には大井川産
の川砂を用いた。急結剤としてはアクリル酸マグネシウ
ムの３５重量％水溶液を、重合触媒としては酸化剤とし
て過硫酸ナトリウムの顆粒状粉末、還元剤としてエリソ
ルビン酸ナトリウムと亜硫酸ナトリウムを１対１で混合
した粉末を用いた。吹付け機にはＳＯＶＡ−III （クッ
クソンプライブリコ社製）を用い、内径３８mmでフレキ
シブルなモルタル用ホース４０ｍを用い、空気圧３ kgf
／cm² 、空気量７ｍ³ ／分として主材を送給した。酸化
剤、還元剤はあらかじめ砂に混ぜておき、粉塵抑制のた
め砂に対し４％の水を添加した後、他の材料と混合して
主材を調整し、吹付け機で送給した。急結剤はプランジ
ャーポンプを用いて送給し、ノズルの先端から２５cm手
前の位置に設けた２つの添加孔から主材に添加混合し、
のべ１８時間でレンガ製壁面３００ｍ² へ厚み５cmで吹
き付けた。吹付け初めから最後までノズルの閉塞による
作業中断は起こらず３日間で１８時間の作業を終えた。
またいずれの部分から採取したコアサンプルも密実で見
かけ比重が2.２以上あり、吹付け１時間後の曲げ強さは
２０ kgf／cm² を越えており、２日後の曲げ強さはいず
れの部分も４０kgf／cm² を越えていた。

【００２０】

【表２】

【００２１】実施例３ 表３にしめすモルタル配合の主材を用いて吹付け試験を
行なった。材料及び吹付け機類は実施例２と同じものを
用いた。酸化剤の２０重量％水溶液をノズルの先端から
３０ｍ手前で４ケ所に接地した孔から添加し、さらにノ
ズル先端から５０cm手前で急結剤を添加し、コンクリー
ト壁面へ２ｍ³ のモルタルを吹き付けた。主材へ投入す
る水量は酸化剤水溶液中の水分だけ差し引いた。硬化時
間は実施例１、２よりも若干長かったが吹付け途中での
閉塞による中断はなかった。硬化物も密実で、見かけ比
重はどの部分も2.２以上あり、吹付け１時間後の曲げ強
さは２０ kgf／cm² を越えており、２日後の曲げ強さは
いずれの部分も４０ kgf／cm² を越えていた。

【００２２】

【表３】

【００２３】比較例１ 表４に示すコンクリート配合の主材を用いて比較試験を
行なった。使用した材料は実施例１に同じで酸化剤は濃
度２０％の水溶液にして急結剤に混合して用いた。使用
した水分量を実施例１に揃えるため、川砂はほぼ乾燥状
態のものを用いた。吹付け機、吹付け条件は実施例１と
同じにして吹付け試験を行なった。吹き付けられた硬化
物は、全体としては硬化しているが未硬化部分が所々に
見られ、見かけ比重は採取部分によっては2.１を下回る
ことがあり、その部分の吹付け１時間後の曲げ強さは１
５ kgf／cm² 未満であり、２日後の曲げ強さも２０ kgf
／cm² であった。

【００２４】

【表４】

【００２５】比較例２ 表５に示すモルタル配合の主材を用いて比較試験を行な
った。使用した材料、吹付け装置類は実施例２に同じと
した。酸化剤は２０％水溶液とし急結剤にあらかじめ混
合してポンプで送給した。川砂に投入する水は酸化剤水
溶液中の水分を差し引いた2.５％とし、実施例２と同じ
のべ１８時間レンガ製壁面へ吹き付けた。吹付け途中で
ノズルが閉塞気味になることがあった。また吹き付けら
れた硬化物に未硬化部分は無かったが、見かけ比重2.１
以下の部分が所々にあり、その部分の曲げ強さは２０ k
gf／cm² 以下であった。

【００２６】

【表５】

【００２７】

【発明の効果】（メタ）アクリル酸塩とセメントによる
硬化物は、短時間に下地に強力に接着し躯体を保護する
ので、構造物の補修材料として有用であり、本発明によ
れば、跳ね返りが少なく、品質が安定していて、噴出孔
閉塞等のトラブルが少なく、主材に添加する急結剤の調
合の手間が省け、かつ調合した急結剤が使用前に硬化す
るトラブルを生ずることなく短時間で効率的に構造物の
補修を行なうことができるため、本発明が、土木建設、
特に補修工事に寄与すること大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】吹付機の吹付材送液管において、（メタ）アク
リル酸塩の水溶液からなる急結剤をセメント主材に添加
する際の模式図であり、１は噴出孔、２は噴出孔の先
端、３は急結剤の供給管、４は管路の延長を示す矢印、
Ａは供給角度を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 重合触媒を含有するセメントを主成分
   とする主材を吹付材の送液管に送給すると共に、吹付材
   の噴出孔先端より手前１ｍ以内の位置で送液管に接続
   し、主材の送給方向に対して３０〜９０度の供給角度を
   有し、かつ延長すると吹付材の送液管内において交差す
   る管路を有する２個以上の供給管から、アクリル酸塩ま
   たはメタクリル酸塩の水溶液からなる急結剤を、前記送
   液管内に送給されている主材に0.５〜５０ｍ／秒の線速
   度で供給し、その後主材と急結剤を噴出孔から噴出させ
   ることを特徴とする急結性吹付材の吹付工法。