V-488 土木学会第57回年次学術講演会（平成14年9月）石炭灰を用いた吹付けコンクリートの凝結性状・強度発現に関する研究飛島建設技術研究所正会員○岩城圭介飛島建設技術研究所正会員平間昭信飛島建設広島支店正会員渡辺博中国電力土木部正会員齊藤直安野孝生山口県錦川総合開発事務所緒方正則 1. はじめに山岳トンネルの吹付けコンクリートでは，産業副材料セメント C 産物の有効利用の観点から，フライアッシュや石炭灰原粉の適用に関する数多くの検討がなされている．石炭灰 CA 最近では，コスト縮減を目的にセメント置換で石炭灰を用いた適用事例 1) もある．一方，トンネル支保細骨材 S 粗骨材 G 部材である吹付けコンクリートは，セメント置換で急結剤 A 混和材を適用する場合であっても，急結剤の作用に表−1 使用材料材料の諸元 3 普通ポルトランドセメント，密度 3.16 g/cm 2 新小野田火力発電所産，比表面積 3,290 cm /g， 3 密度 2.20 g/cm ，強熱減量 3.7%，活性度指数 82.9%（28 日）95.2%（91 日）岩国市守内蒲江沖産，砕砂・海砂混合砂，粗粒率 2.64 3 密度 2.66 g/cm 3 岩国市守内産，砕石 1505，密度 2.65 g/cm 3 セメント鉱物系，密度 2.70 g/cm 表−2 室内モルタル試験の石炭灰置換率の組合せセメント容積置換率 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 360 324 288 252 216 180 144 0% 0 25 50 75 100 125 150 360 324 288 252 216 180 − 3% 27 52 77 102 127 152 360 324 288 252 216 − − 6% 53 78 103 128 153 360 324 288 252 − − − 9% 79 104 129 154 360 324 288 − − − − 12% 106 129 155 360 324 − − − − − 15% 130 155 360 − − − − − − 18% 155 よる適切な凝結・強度発現性状を有する必要がある．本研究では，配合選定のための資料を得る目的で，石炭灰の添加方法・添加量が吹付けコンクリートの凝結・強度発現性状細骨材容積置換率に与える影響を室内モルタル試験により把握した．また，試験施工で得られた強度試験結果から室内モルタル試験結果の妥当性を検証した． 2. 実験概要使用材料を表−1 に示す．石炭灰は，原粉で JIS A 6201 フライアッシュ規格の II 種に近い品質を有するものである． 3 室内モルタル試験では，単位セメント量 360 kg/m ，W/C 60.0％，s/a 62.0%のコンクリート配合のモルタル部分を対象とし，石炭灰容積置換率の組合せを表−2 に示すように設定した．表中上段：コンクリート換算の単位セメント量(kg/m3) 表中下段：コンクリート換算の単位石炭灰量 (kg/m3) 表中網掛け：長期圧縮強度試験（材齢 7，28 日）実施表中には，試験を行ったモルタル配合に基づくコ表−3 試験施工の配合ンクリート換算の単位セメント量，単位石炭灰量を示す．なお，モルタルのフレッシュ性状は， JIS A 1173 によるモルタルスランプが 65 ± 10 mm の範囲となるように単位水量の調整を行った．単 3 位水量は，コンクリート換算で 216∼228 kg/m の範囲であった．また，急結剤の添加量は，コンク配合 No. 水粉体水ｾﾒﾝﾄｽﾗﾝﾌﾟ比比 (cm) W/P W/C (%) (%) 細骨材率 s/a (%) N CA1 CA2 CA3 61.1 58.9 60.0 52.2 61.7 61.3 61.6 60.0 10 ± 2 3 リート換算で 21.6 kg/m 一定とした．以上のモルタル配合に関し，表−4 に示す凝結時間，圧縮強度の試験 2), 3) を行った．なお，凝結性状は，始発時間を指標とした．一方，試験施工 1) では，表−3 に示す N （一般的な配合），CA1，CA2，CA3（石炭灰添加量，添加方法を変化させた配合）の 4 配合について，表−4 に示す初期強度，長期強度の試験を行った．区分室内モルタル試験試験施工 61.1 84.1 70.6 70.6 水 W 220 212 216 216 3 単位量 (kg/m ) 粉体 P 急結剤ｾﾒﾝﾄ石炭灰 A C CA 360 0 252 108 25.2 306 54 306 108 表−4 試験方法試験方法 JSCE-D 102 凝結時間測定に準拠* JSCE-D 102 圧縮強度試験に準拠* 圧縮強度試験材齢 3, 24 時間, 7, 28 日プルアウト法（JSCE-G 561，JHS 初期強度 702）による．試験材齢 3，24 時間コアの圧縮強度（JSCE-F 561，JIS 長期強度 A 1107），試験材齢 7，28，91 日試験項目凝結時間 *モルタル先練り，急結剤後添加による湿式練混ぜ方式 3) キーワード：吹付けコンクリート，石炭灰，置換方法，凝結性状，強度発現飛島建設技術研究所〒270-0222 千葉県東葛飾郡関宿町木間ヶ瀬 5472 TEL: 04-7198-7559 FAX: 04-7198-7586 -975- V-488 土木学会第57回年次学術講演会（平成14年9月） 3. 試験結果および考察 2.2 2.0 3 メント量 C (kg/m )，粉体水比 P/W，石炭灰の対粉体添加率 CA/P (%) 1.8 始発時間 (m in) 室内モルタル試験で得られた凝結・圧縮強度の試験結果を単位セなどの配合要因と関連づけた．試験結果と配合要因の組合せのうち， 1.6 顕著な関連が認められた組合せを図−1∼図−4 に示す．なお，凡例 1.4 の LT は室内モルタル試験，FT は試験施工を表す． 1.2 3.1 凝結性状図−1 に示すように，CA/P が大きいほど始発時間が 1.0 遅れる傾向を示し，特に，CA/P が 30%を越える範囲で極端な始発時 0.8 0 間の遅延を示した．始発時間の遅れは，急結性不足による壁面に吹 14 3.2 初期強度室内モルタル試験の材齢 24 時間圧縮強度については， 12 図−2 に示すように，単位セメント量 C が多いほど強度が高くなる 10 が比較的大きいことが指摘されており 4) ，一般的な初期強度の管理 2 圧縮強度 (N/m m ) 設定における CA/P は，30%以下が望ましいと考えられる．る値を示した．初期強度の範囲では，急結剤の作用により品質変動 20 30 40 50 60 図−1 石炭灰の対粉体添加率と始発時間の関係き付けた後のダレや剥がれを誘発する可能性がある．よって，配合 3 2 傾向であり，C が 250 kg/m 程度を越える範囲では，6 N/mm を越え 10 石炭灰の対粉体添加率 C A/P (%) LT 3 hr LT 24 hr FT 3hr FT 24hr 8 6 4 2 2 3 基準である材齢 24 時間 5 N/mm を満足するには，C 250 kg/m 以上 0 を確保する必要があると考えられる．なお，室内モルタル試験の材 100 150 200 250 300 350 400 3 単位セメント量 C (kg/m ) 齢 3 時間強度は，配合要因との明確な関連を示さない結果であった．図−2 単位セメント量と初期強度の関係また，試験施工の初期強度は，材齢 3 時間，24 時間とも，室内モル 35 タル試験に比べて高い値であった． 4 に示すように，単位セメント量 C，粉体水比 P/W との関連がそれぞれ認められた．すなわち，C が多いほど，また，P/W が高いほど材齢 7 日，28 日とも圧縮強度が高くなる傾向を示した．一方，試験施工の長期強度は，材齢 28 日，91 日で P/W との相関が認められる 2 圧縮強度 (N/m m ) 3.3 長期強度室内モルタル試験の長期圧縮強度については，図−3，が，C との明確な関連を示さない結果であった．また，強度レベル LT 7 d LT 28 d FT 7 d FT 28 d FT 91 d 30 25 20 15 10 に関しては，室内モルタル試験の材齢 7 日，28 日に対し，試験施工 150 4. まとめ石炭灰を用いた吹付けコンクリートでは，1) 石炭灰の対粉体添加 3 率 CA/P を 30%以下とすること，2) 単位セメント量 C を 250 kg/m 以上とすること，3) 長期強度に基づき粉体水比 P/W を選定することにより，適切な凝結性状，強度発現を確保できると考えられる． 2 圧縮強度 (N/m m ) 吹付けによる締固め効果なども影響したと考えられる． 350 400 35 計基準強度を確保する配合選定に際しては，P/W と長期強度の関係に相違を生じた．これは，急結剤添加量や養生条件の違いに加え， 300 図−3 単位セメント量と長期強度の関係似する結果であった．以上から，一般的に材齢 28 日で設定される設なお，室内モルタル試験と試験施工では，材齢に応じた強度発現 250 3 単位セメント量 C (kg/m ) の材齢 28 日，91 日がそれぞれ符合し，P/W との関係もそれぞれ類を利用することが合理的であると考えられる． 200 LT 7 d LT 28 d FT 7 d FT 28 d FT 91 d 30 25 20 15 10 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 粉体水比 P/W 図−4 粉体水比と長期強度の関係［参考文献］1) 山本他：石炭灰を用いた吹付けコンクリートの現場適用について，土木学会第 57 回年次学術講演会 VI（投稿中）， 2002. 2) 平間他：急結剤を添加したモルタルの凝結性状に関する基礎的実験，土木学会第 51 回年次学術講演会 V-236，1996. 3) 寺村他：各種急結剤と吹付けモルタルの特性に関する基礎的研究，土木学会論文集，No.634/V-45，pp.91-101，1999. 4) 平間他：高強度吹付けコンクリートの品質変動について，土木学会第 50 回年次学術講演会 V-71，1995. -976-