灰色の壁の背後 – ショットクリートの技術

現在のトンネルや鉱山の壁や屋根をコーティングするおなじみの灰色の物質は何の変哲もないように見えるかもしれませんが、これは1世紀以上にわたる科学研究と製品開発の賜物です。

トンネルや鉱山で最初に使用されたのは1907年のことで、ガナイトとして特許取得済みです。砂、骨材および水の混合液の独自の混合物はたちまち幅広い構造を安定化させるための最適な方法になりました。

対照的に、現在のショットクリートは単純な組み合わせからは遠くかけ離れています。長年にわたって、増加の一途をたどる用途に合わせて慎重に設計された、さまざまな数多くの組成が開発されてきました。同時に、さまざまな複合に適用する必要がある装置が進化して技術的に洗練されたハイテクツールに発展してきました。

このすべてが採鉱業者や建設エンジニアにとって朗報です。採石や建設の後に岩壁を計画された位置に維持することを支援するというショットクリートが果たす主な役割だけではなく、カスタムソリューションの需要も満たすことができるためです。特に、コンクリート吹き付けが高い品質、耐久性、耐水性、健康へのリスクの低さ、環境への悪影響の低さに関する厳しい要件を満たす必要がある用途において証明されました。

現在のトンネルや鉱山で使用されているショットクリート吹き付けには、乾式と湿式という2つの基本タイプがあります。長年にわたって適用されてきた唯一のショットクリート方法は乾式でした。この方法では砂とセメントがあらかじめ混合され、ホッパーにに取り込まれます。その後、この混合物を水が添加されるノズルへとホースを通して運ぶために、圧縮空気が使用されます。

1970年代に導入された湿式方法では、砂、骨材、セメント、水があらかじめ混合され、コンクリート工場で精製されます。この混合物は、ハウジングシステムを通してノズルまでピストンポンプによって運ばれます。ノズルでは、圧縮空気を使用して、岩の表面から1.5 mの場所にノズルを配置するために最適な速度までコンクリートの硬化速度を加速します。吹き付けられたコンクリートの硬化を加速するには、促進剤と呼ばれる特殊な化学物質が頻繁に追加されます。

乾式システムでは使用するトラックが少なく、装置がコンパクトになるため、採掘で幅広く利用される傾向にあります。それに対して、湿式ではより大規模な装置を使用し、一般的に危険性が高いと認識されており、地下建設に適しています。

もう1つの大きな違いは、湿式の場合は即座に使用する必要があり、乾式のコンポーネントは使用する前に数時間も保存できることです。物流面を考慮すると乾式を使用する方が便利ですが、湿式にはその他の大きな利点が多数あります。

ショットクリートの開発における2つの重要な改良点は、乾式でのシリカガス（シリコン金属の 副産物）の導入と、鋼ファイバーまたはポリプロピレンファイバーの補強です。

マイクロシリカとも呼ばれるシリカガスは、セメント水和中に発生する水酸化カルシウムに反応します。この添加剤によって、単純なショットクリートによる混合物の耐圧強度が2倍または3倍になり、非常に強靱で不浸透性の耐久性のあるショットクリートが生成されます。

同様に、補強剤の役割も果たす鋼ファイバーのショットクリートへの追加によって、ショットクリートの引張強度が劇的に向上し、採掘業者やトンネル掘削業者がワイヤーメッシュを敷設する労力を削減できるため、膨大な時間と費用を節約できます。

ショットクリート層の厚さは混合のタイプとプロジェクトの要件に応じて異なりますが、これは通常、1つの経路につき湿式の場合は最大50 mm、乾式の場合は30 mmです。ただし多くの場合、もっと厚くする必要があります。つまり、複数の層を適用する必要があることを意味します。

ショットクリートを複数の用途に利用する場合、多数の重要なパラメータが考慮されます。これには砂/骨材のグレード評価、セメントのタイプと量、混合物の水和コントロール、可塑剤/流動化剤のタイプ、作業能力、促進剤のタイプ、温度、脈流。ノズルシステムなどが含まれます。

当然ながら、トンネル掘削において安全性は主要な考慮事項ですが、速度とコストも重要です。トンネルでの操業は常にできる限り迅速かつ効率的に行う必要があります。請負業者によるショットクリートの適用が迅速であればあるほど、プロジェクト全体のコストを削減でき、請負業者が契約した完了日までに作業を完了できる可能性が高くなります。同様に、ショットクリートの所要時間を短縮できればできるほど、作業を前倒すことができ、トンネル掘削のコストを削減できます。

2016年にアトラスコプコは顧客の需要に対応するために湿式コンクリート吹き付けに特化することを決定しました。

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