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JP-2026077879-A - 吹付コンクリートを打設するためのシステムと方法

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Abstract

【課題】レディーミクストコンクリートの利用効率が高く、かつ、大量の二酸化炭素の固定が可能な吹付工法を実現するためのシステムと方法を提供すること。 【解決手段】このシステムは、輸送ポンプ、二酸化炭素供給源、および急結剤添加装置を含む。輸送ポンプは、レディーミクストコンクリートをデリバリホースを介してノズルへ搬送するように構成される。二酸化炭素供給源は、二酸化炭素含有ガスを供給するように構成される。急結剤添加装置は、急結剤をデリバリホースまたはノズルに供給するように構成される。 【選択図】図１

Inventors

  • 藤倉 裕介
  • 三河内 永康

Assignees

  • 株式会社フジタ

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260227

Claims (11)

  1. レディーミクストコンクリートをデリバリホースを介してノズルへ搬送するための輸送ポンプ、 二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給源、および 急結剤を前記デリバリホースまたは前記ノズルに供給する急結剤添加装置を含む、吹付コンクリートを打設するためのシステム。
  2. 前記二酸化炭素供給源に接続され、前記二酸化炭素含有ガスを圧縮して前記デリバリホースと前記ノズルの少なくとも一方に供給する第１のコンプレッサをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度は、４００ｐｐｍより高く、１００％以下である、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記デリバリホースに圧縮空気を供給する第２のコンプレッサをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記二酸化炭素含有ガスの温度を調整する温度コントローラをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記二酸化炭素含有ガスの湿度を調整する加湿器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
  7. レディーミクストコンクリートをデリバリホースを介してノズルに供給すること、 前記デリバリホースまたは前記ノズル内の前記レディーミクストコンクリートに急結剤を添加すること、および 前記デリバリホースおよび前記ノズルの少なくとも一方の中の前記レディーミクストコンクリートに対し、圧縮された二酸化炭素含有ガスを供給することを含む、吹付コンクリートの打設方法。
  8. 前記二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度は、４００ｐｐｍより高く、１００％以下である、請求項７に記載の打設方法。
  9. 前記デリバリホース中の前記レディーミクストコンクリートに圧縮空気を供給することをさらに含む、請求項７に記載の打設方法。
  10. 温度コントローラを用いて前記二酸化炭素含有ガスの温度を制御することをさらに含む、請求項７に記載の打設方法。
  11. 加湿器を用いて前記二酸化炭素含有ガスの湿度を制御することをさらに含む、請求項７に記載の打設方法。

Description

本発明の実施形態の一つは、トンネル内壁や崖面、法面などに吹付コンクリートを打設するためのシステムと方法に関する。 トンネルの内壁や崖面、法面を覆う工法として、吹付工法が用いられる。吹付工法は、急結剤が添加されたレディーミクストコンクリートに圧縮空気を加え、ノズル先端からレディーミクストコンクリートを掘削面、崖面、法面などにスプレーし、急速に硬化させる工法である。（特許文献１から８参照）。吹付工法を利用することで、トンネル掘削後の岩盤、地山、法面などの崩壊を防ぐことができる。 特開２０１８－１６８０２６号公報特開２０１９－０４３８１３号公報特開２０１９－０４４３４１号公報特開２０２０－０３３７２３号公報特開２０２０－１９６２１７号公報特開２０２１－０２１２２４号公報特開２０２１－１２３９６３号公報特開２０２１－１６０９７２号公報 本発明の実施形態の一つである、吹付コンクリートを打設するためのシステムのブロック図。本発明の実施形態の一つである吹付コンクリートの打設方法を利用してトンネル内に吹付コンクリートを打設する工程を説明する模式図。本発明の実施形態の一つである吹付コンクリートの打設方法を利用してトンネル内に吹付コンクリートを打設する工程を説明する模式図。本発明の実施形態の一つである吹付コンクリートの打設方法を利用してトンネル内に吹付コンクリートを打設する工程を説明する模式図。本発明の実施形態の一つである吹付コンクリートの打設方法を利用してトンネル内に吹付コンクリートを打設する工程を説明する模式図。 以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。 本明細書では、コンクリートとは、原料の一つであるセメントが水と反応して生成する水和物が硬化し、流動性を示さない硬化物を指す。コンクリートには直径が５ｍｍ以下の細骨材および直径が５ｍｍを超える（例えば、５ｍｍよりも大きく２０ｍｍ以下、または１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下）粗骨材を含んでもよい。一方、硬化前のコンクリート、すなわち、セメントと水を含む混合物が完全に硬化せずに流動性を有する状態のコンクリートをレディーミクストコンクリート（生コンクリートとも呼ばれる）と呼ぶ。レディーミクストコンクリートは、セメント、水、および骨材の他、ＡＥ剤（気泡分散剤）流動化剤、増粘剤などの添加剤を含んでもよい。 １．吹付コンクリートを打設するためのシステム 本発明の実施形態の一つに係る、吹付コンクリートを打設するためのシステム（以下、単に打設システムと呼ぶ。）１００の構成のブロック図を図１に示す。図１に示すように、打設システム１００は、レディーミクストコンクリートを貯留するタンク１０２、レディーミクストコンクリートを圧送する輸送ポンプ１０４、輸送ポンプ１０４を介してタンク１０２と接続される耐圧性のデリバリホース１０６、デリバリホース１０６の先端に接続されるノズル１０８、および二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給源１３０を備える。打設システム１００はさらに、二酸化炭素含有ガスを圧縮してデリバリホース１０６またはノズル１０８に供給する一つまたは複数のコンプレッサ１３２を備えてもよい。打設システム１００はさらに、急結剤を添加するための急結剤添加装置１２０を含む。 打設システム１００では、タンク１０２に貯留されたレディーミクストコンクリートがノズル１０８を介してトンネルの掘削面、崖面、法面などにスプレーされる。レディーミクストコンクリートは、吹付コンクリートが打設される現場付近のレディーミクストコンクリート製造プラントから直接タンク１０２に供給されてもよく、あるいは、任意のレディーミクストコンクリート製造プラントからアジテータ車でレディーミクストコンクリートを運搬し、タンク１０２に供給してもよい。 輸送ポンプ１０４はタンク１０２内のレディーミクストコンクリートをデリバリホース１０６に圧送するための装置である。輸送ポンプ１０４としては、ピストン式ポンプ、揺動弁（スイングバルブ）方式ポンプ、シリンダ揺動式ポンプなどの任意のポンプを利用することができる。図１では、タンク１０２と輸送ポンプ１０４は異なる構成として示され ているが、これらの構成の機能を併せ持つコンクリートポンプを用いてもよい。図示しないが、コンクリートポンプは、レディーミクストコンクリートを投入するためのホッパー、レディーミクストコンクリートを圧送するための一つまたは複数のポンプ、レディーミクストコンクリートをデリバリホース１０６に注入するための圧送シリンダなどによって構成される。 レディーミクストコンクリートをより効率的にスプレーするため、圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１１０を設けてもよい。コンプレッサ１１０は、レシプロ式でもよく、ロータリー式でもよい。コンプレッサ１１０は、図１に示すようにデリバリホース１０６に接続されてもよいが、コンプレッサ１１０をさらにノズル１０８に接続し、ノズル１０８内で圧縮空気とレディーミクストコンクリートが混合されるように打設システム１００を構成してもよい。 デリバリホース１０６は輸送ポンプ１０４（またはコンクリートポンプ。以下同様。）を介してタンク１０２に接続され、輸送ポンプ１０４から圧送されるレディーミクストコンクリートをノズル１０８に輸送する。デリバリホース１０６は、可撓性と耐圧性を併せ持つホースであり、例えば内径が３０ｍｍから６５ｍｍ程度、外径が４５ｍｍから９０ｍｍ程度であり、芳香族ポリアミドやポリイミドなどの合成繊維を含むホースが例示される。ノズル１０８はデリバリホース１０６の先端に設けられる金属製のチューブ状部材であり、レディーミクストコンクリートの供給量、スプレー面積などに応じてスプレーガン形式やリングガン形式を採用することができる。 二酸化炭素供給源１３０は、大気よりも高い濃度、具体的には４００ｐｐｍより高く１００％以下の濃度で二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスを供給するように構成される。二酸化炭素含有ガスには、窒素や酸素などの大気の主要成分が含まれてもよく、あるいはアルゴンなどの希ガスを含まれてもよい。さらに、二酸化炭素含有ガスには水（水蒸気）が含まれてもよい。二酸化炭素供給源１３０は二酸化炭素が充填されたボンベでもよい。ボンベを用いる場合には、ボンベに取り付けられるレギュレータによって圧力が調整された二酸化炭素含有ガスが利用される。吹付コンクリートが打設される現場付近に二酸化炭素を大量に排出する施設（化学プラント、ゴミ焼却施設、火力発電所、その他各種工場など）が既設されている場合には、これらの施設を二酸化炭素供給源１３０として利用してもよい。後者の場合、施設の排出ガス、または排出ガスに対して脱塵、脱硫、脱硝などを行うことで得られる精製されたガスを二酸化炭素含有ガスとして利用してもよい。このように、施設からの排出ガスを利用することにより、二酸化炭素含有ガスを運搬するためのコストが削減され、運搬に伴う二酸化炭素の排出が防止される。 一つまたは複数のコンプレッサ１３２は、二酸化炭素供給源１３０から供給される二酸化炭素含有ガスを圧縮し、デリバリホース１０６およびノズル１０８の少なくとも一方に供給するように構成される。コンプレッサ１３２もレシプロ式でもよく、ロータリー式でもよい。二酸化炭素供給源１３０とコンプレッサ１３２を設けることで、高圧の二酸化炭素含有ガスがデリバリホース１０６および／またはノズル１０８内でレディーミクストコンクリートと混合される。その結果、ノズル１０８からレディーミクストコンクリートをスプレーするための圧力が得られるとともに、二酸化炭素とレディーミクストコンクリートとの反応、例えば、レディーミクストコンクリート中の水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応による炭酸カルシウムの生成反応を引き起こすことができる。その結果、後述するように、掘削面、崖面、法面などに対して効率よくレディーミクストコンクリートをスプレーすることができる。なお、二酸化炭素供給源１３０としてボンベを用いる場合には、コンプレッサ１３２を設けず、レギュレータによって調圧された二酸化炭素含有ガスを直接デリバリホース１０６またはノズル１０８に供給してもよい。 なお、任意の構成として、図１に示すように、レディーミクストコンクリートと混合される二酸化炭素含有ガスの温度を制御するための温度コントローラ１３４や、湿度を制御するための加湿器１３６を二酸化炭素供給源１３０とデリバリホース１０６またはノズル１０８の間、二酸化炭素供給源１３０とコンプレッサ１３２の間、コンプレッサ１３２とデリバリホース１０６の間、および／またはコンプレッサ１３２とノズル１０８の間に設けてもよい。この場合には、二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素濃度、温度、湿度を測定するための濃度計１３８、温度計１４０、湿度計１４２を適宜打設システム１００に設けてもよい。濃度計１３８や温度計１４０、湿度計１４２は通信機能を備えてもよい。具体的には、それぞれバッテリを搭載し、随時または定期的に二酸化炭素濃度や温度、湿度を測定し、その情報を二酸化炭素供給源１３０や温度コントローラ１３４、加湿器１３６などへ無線または有線で送信するように構成されてもよい。二酸化炭素濃度、温度、湿度が制御された二酸化炭素含有ガスをレディーミクストコンクリートと混合させることで、二酸化炭素とレディーミクストコンクリートとの反応速度を制御することが可能となり、後述するように、ノズル１０８から噴射されるレディーミクストコンクリートの粘性の制御、リバウンド現象の抑制、二酸化炭素の効率的な固定をより精密に制御することができる。 急結剤添加装置１２０は、デリバリホース１０６またはノズル１０８に接続され、デリバリホース１０６またはノズル１０８に対して急結剤を供給するように構成される。急結剤としては、例えばアルカリ金属の炭酸塩やケイ酸塩、アルミン酸ナトリウム、カルシウムアルミネートなどの固体状急結剤、および水を含む溶液または懸濁液を使用することができる。急結剤添加装置１２０から供給される急結剤がレディーミクストコンクリートと混合することで、レディーミクストコンクリートの水和反応が促進され、レディーミクストコンクリートの粘性が増大するとともに、スプレーされたレディーミクストコンクリートを短時間で凝固・固化することができる。その結果、リバウンド現象を効果的に抑制することができる。 任意の構成として、打設システム１００は、急結剤添加装置１２０に接続されるコンプレッサ１２２をさらに含んでもよい。コンプレッサ１２２を設けることで、急結剤をより高速でデリバリホース１０６またはノズル１０８に供給することができる。なお、コンプレッサ１２２に替わり、あるいはコンプレッサ１２２とともに、二酸化炭素含有ガスを圧縮するコンプレッサ１３２を急結剤添加装置１２０とデリバリホース１０６の間または急結剤添加装置１２０とノズル１０８の間に接続してもよい（図１参照。）。あるいは、二酸化炭素供給源１３０としてボンベを用いる場合には、レギュレータによって調圧された二酸化炭素含有ガスを急結剤添加装置１２０に供給するように打設システム１００を構成してもよ