JP2005138360A - 均し装置及び充填装置及びコンクリート構造物の製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維補強セメント系混合材料中に含有する金属繊維の点錆を防止することができる均し装置及び充填装置及びコンクリート構造物の製作方法を提供すること。
【解決手段】型枠３内に繊維補強セメント系混合材料６１を充填し、仮天端６１１付近を均し装置１を使用して均し、型枠３上に嵩上げ枠４を設置し、充填装置２を使用して仮天端６１１上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料６２を敷き均すように充填し、最終天端６１２付近を均し装置１を使用して均し、板材５１１とフィルム層５１２と吸気シート５１３と穴あきフィルム層５１４の４層構造からなる型枠５１を最終天端６１２面に設置してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法である。
【選択図】図７

Description

本発明は、型枠内に充填したセメント系混合材料の天端付近を均す際に使用する均し装置と、型枠内に充填したセメント系混合材料の天端面に、薄層のセメント系混合材料を敷き均すように充填する際に使用する充填装置、及びかかる均し装置と充填装置を使用してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法に関するものである。

セメント系混合材料の一つである繊維補強セメント系混合材料は、セメント、シリカフューム、ポゾラン系反応粒子、砂などを最密充填理論に基づいて配合設計しているため、水／セメント比が２０〜２２％と非常に少なく、また多量に混入される繊維との分離抵抗を避けるために高い分離抵抗性を保有している。
また、繊維補強セメント系混合材料を混練りする際には上記理由から非常に粘性抵抗が高いため、多量のエントラップトエアー、すなわち好ましくない空気を巻き込んでしまい、混練り終了後においてもこれらの空気は残存することとなる。したがって、繊維補強セメント系混合材料を型枠内に打設した後、一次養生（２０〜３０℃で３６〜４８時間）を実施している最中に、材料内部に残存していた空気が上昇して型枠下面に残り、脱型後には部材表面にクレーター状に表面気泡が残ってしまう傾向にある。

前記した従来のセメント系混合材料、中でも繊維補強セメント系混合材料を型枠内に充填してコンクリート構造物を製作する製作方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞セメント系混合材料として繊維補強セメント系混合材料を使用してコンクリート構造物を製作する場合、繊維補強セメント系混合材料を型枠内に充填後、その天端付近において通常のコテ均しをおこなおうとすると、セメント系マトリックスがコテに水飴のように粘り付き、平坦な仕上げ面をつくることが極めて困難である。また、繊維補強セメント系混合材料は、高性能減水剤を多量に使用しているので凝結が開始するまでに１８〜２０時間程度要し、凝結する前にコテ均しをしようとしても不可能である。
＜２＞セメント系混合材料として繊維補強セメント系混合材料を使用してコンクリート構造物を製作する場合、かかる繊維補強セメント系混合材料には例えば金属繊維が混入しているために構造物表面付近の金属繊維が点錆となってしまう可能性がある。
＜３＞型枠内にセメント系混合材料（繊維補強セメント系混合材料）を充填する場合、材料内に残存している気泡が型枠表面に上昇し、仕上がり面にクレーター状の気泡跡が残ってしまうという問題がある。

上記のような問題を解決するために、本発明の均し装置は、型枠内に充填したセメント系混合材料の天端付近を均す際に使用する均し装置であって、相対する型枠間を跨ぐように該型枠上に設け、該型枠上で一方向に移動可能な均し棒と、前記均し棒に取り付けた振動機と、からなることを特徴とする均し装置である。

また、本発明の充填装置は、型枠内に充填したセメント系混合材料の天端面に、薄層のセメント系混合材料を敷き均すように充填する際に使用する充填装置であって、柱状体の側面において該柱状体の延伸方向に伸びるスリットを備えた中空の柱状体と、セメント系混合材料を投入可能なすり鉢部を備え、前記柱状体の上部に取り付けた容器とからなることを特徴とする充填装置である。

また、前記充填装置において、前記スリット幅を調整可能な構成とすることもできる。

また、本発明のコンクリート構造物の製作方法は、型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法において、型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填し、その充填の際にできる天端となる仮天端付近を均し、前記型枠上に嵩上げ枠を設置し、前記仮天端の上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均すように充填し、その充填の際にできる天端となる最終天端付近を均すことを特徴とする、コンクリート構造物の製作方法である。

また、本発明のコンクリート構造物の製作方法は、型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法において、型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填し、その充填の際にできる天端となる仮天端付近を請求項１記載の均し装置を使用して均し、前記型枠上に嵩上げ枠を設置し、前記充填装置を使用して前記仮天端上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均すように充填し、その充填の際にできる天端となる最終天端付近を前記均し装置を使用して均すことを特徴とするコンクリート構造物の製作方法を使用することもできる。

さらに、本発明のコンクリート構造物の製作方法は、型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法において、型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填し、その充填の際にできる天端となる仮天端付近を前記均し装置を使用して均し、前記型枠上に嵩上げ枠を設置し、前記充填装置を使用して前記仮天端上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均すように充填し、その充填の際にできる天端となる最終天端付近を前記均し装置を使用して均し、板材とフィルム層と吸気シートと穴あきフィルム層の４層構造からなる型枠、又は板材と吸気シートと穴あきフィルム層の３層構造からなる型枠を前記最終天端面に設置して、前記４層構造からなる型枠又は前記３層構造からなる型枠で薄層の前記繊維を含まないセメント系混合材料を押し付けることを特徴とするコンクリート構造物の製作方法使用することもできる。

本発明の均し装置及び充填装置及びコンクリート構造物の製作方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞繊維を含まないセメント系混合材料の薄層を繊維補強セメント系混合材料の外側に敷き均して両材料を一体化することにより、繊維補強セメント系混合材料中に含有する金属繊維の点錆を防止することができる。さらに、かかる繊維補強セメント系混合材料によって製作されたコンクリート構造物を厳しい海洋環境下に使用した場合でも、塩化物の塩素イオンをはじめ、水、酸素のコンクリート構造物内への侵入を防止することができるため、構造物内部の金属繊維の錆の発生を防止することができる。また、中性化の問題については、１００年程度のオーダーでもセメント系混合材料の薄層よりも構造物内部に進展する可能性は極めて低く、したがって中性化による材料の経年劣化の問題は生じ難い。
＜２＞断面を例えばＶ字状やＵ字状（コンクリート表面と線で接触できるものが好ましい）に成形した均し棒に振動機を取り付けた均し装置を使用することにより、セメント系混合材料の天端付近の均し施工において、かかる均し装置にセメント系混合材料が付着することなく、短時間に表面均しをおこなうことが可能となる。
＜３＞充填装置のスリット幅を容易に調整可能とすることで、セメント系混合材料を薄く敷き均す際に、容易に所定の厚みを確保した敷き均しが可能となる。
＜４＞吸気シートとフィルム層を備えた型枠を仕上げ面に設置することにより、気泡跡のない、平坦かつ高緻密な仕上げ面を備えたコンクリート構造物を製作することができる。また、所定径の穴を備えた穴あきフィルム層に接してセメント系混合材料を充填することにより、材料硬化後の型枠の脱型が容易となり、また型枠の転用を可能とすることができ、経済的である。

＜１＞均し装置（図１）
均し装置１は、型枠３内に充填したセメント系混合材料６の天端付近を均す際に使用する装置である。ここで、均すとは、セメント系混合材料６の天端面をほぼ平坦にすることのほか、天端面を荒く均すいわゆる荒均しをも含んでいる。
均し装置１は、例えば蓋のない箱型に組立てた型枠３において相対する型枠３，３の間を跨ぐように型枠３，３上に設けて型枠３，３上で一方向に移動可能な均し棒１１と、均し棒１１に取り付けた振動機１２とから構成される。ここで、一方向に移動可能とは、型枠３上において任意に決めた一方向に移動できるという意味である。
図６に均し装置１を型枠３，３上で一方向に移動させている状況を示す。

均し棒１１の延伸方向（型枠３，３を跨ぐ方向）に垂直に切断した断面形状は、例えばＶ字形状（図１参照）、Ｕ字形状のほか、三角形状、少なくとも一箇所の曲率を備えた形状に製作するのが好ましい。多角形の隅角部、曲率部において均し面と線で接する形状とすることで効率のよい均し作業をおこなうことができるからである。また、型枠３天端上にはみ出したセメント系混合材料６を効率よく切り落とすことができるため、短時間で平坦な均し面を施工することができるからである。尤も、上記する断面形状を正方形や矩形とし、均し面と均し棒１１が面で接する構成としてもよい。
均し棒１１は、木製や鋼製材料にて製作することができる。

均し棒１１には、振動機１２を備えて構成するのがよい。均し棒１１の型枠３上での移動時に振動機１２を振動させることにより、均し棒１１を介してセメント系混合材料６の天端付近に振動が伝達され、より効率のよい天端均し施工を実現することができるからである。

＜２＞充填装置（図２）
充填装置２は、型枠３内に充填したセメント系混合材料６の天端面に、薄層のセメント系混合材料６を敷き均す際に使用する装置である。
後述する本発明のコンクリート構造物（例えばコンクリート板材）の製作方法は、型枠３内にセメント系混合材料６として特に繊維補強セメント系混合材料６１を充填して製作するものである。繊維補強セメント系混合材料６１に含有される繊維として鋼繊維（金属繊維）を使用する場合、製作されたコンクリート構造物の表面付近で鋼繊維が点錆となる問題がある。そこで、かかる問題を解消するために、繊維補強セメント系混合材料６１の表面に繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層を敷き均して繊維補強セメント系混合材料６１と一体化するというコンクリート構造物の製作方法を発明者は考案した。充填装置２は、特に、この繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層を鋼繊維を含んだ繊維補強セメント系混合材料６１の上面に敷き均す際に使用するのがよい。

充填装置２は、その延伸方向に一条のスリット２１１を備えた柱状体２１と、かかる柱状体２１の上部に取り付けた容器２２とから構成される。
ここで、柱状体２１は、その延伸方向に垂直な断面形状を正方形や矩形や台形などに製作できるが、少なくともその上部に平坦な面を備えた形状とし、その内部を中空として製作するのがよい。柱状体２１の上部にはセメント系混合材料６（繊維を含まないセメント系混合材料６２）を蓄えて柱状体２１の中空部にセメント系混合材料６を供給するための容器２２を取り付けることから、その取り付けを容易とするためである。
柱状体２１の上部には容器２２の下部（例えば筒体２２２）と連通可能な開口を備えておく。容器２２から供給されたセメント系混合材料６は柱状体２１の中空部で柱状体２１の延伸方向に流れていき、柱状体２１の下端に刻設したスリット２１１から薄層のセメント系混合材料６が充填可能となる。
なお、容器２２は、セメント系混合材料６が下方へ流れていき易いようにすり鉢部２２１を備えて製作するのが好ましい。なお、図２に示す実施例においてはすり鉢部２２１とその上方及び下方に設けた筒体２２３，２２２からなる容器２２を示している。

柱状体２１において、上記するスリット２１１のスリット幅を調整可能とするために、柱状体２１の下端面において、スリット２１１の延伸方向にわたる長さを備え、スリット幅方向にスライド可能なスライド体２１２を備えた構成とすることもできる。かかるスライド体２１２は、電動でスライド可能とすることにより迅速にスリット幅の微調整が可能となる。
スリット幅を調整することで、充填装置２の移動速度に応じて、所望の厚みのセメント系混合材料６の層を敷設することが可能となる。

ところで、繊維補強セメント系混合材料６１としては、例えば、セメント、ポゾラン系反応粒子（例えば、珪石の微粉末、フライアッシュ、高炉スラグ、石灰粉など）、シリカフューム、粒径６ｍｍ以下の珪砂あるいは砂、少なくとも一種類の高性能減水剤、および水から構成されるセメント系マトリックス混合物に、直径が０．０５〜０．３ｍｍで、長さが８〜１６ｍｍの繊維（金属繊維あるいはビニロン繊維などの化学繊維）を容積で１〜４％程度混入して得られる繊維補強セメント系混合材料を使用することができる。
また、繊維を含まないセメント系混合材料６２としては、上記するセメント系マトリックス（ただし、鋼繊維は含まない）からなるセメント系混合材料を使用することで、繊維補強セメント系混合材料６１と繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層を同材質で一体化させることができる。

＜３＞板材フィルム層と吸気シートと穴あきフィルム層からなる型枠（図３）
本発明のコンクリート構造物の製作方法においては、例えば箱型に組立てた型枠３内にセメント系混合材料６（繊維補強セメント系混合材料６１と繊維を含まないセメント系混合材料６２）を充填後、その型枠３の天端に蓋のように型枠５１を設置してコンクリート構造物を製作する。また、上記する箱型に組立てた型枠にも型枠５１を使用することもできる。
型枠５１は、板材５１１と、板材５１１の表面に設けたフィルム層５１２と、フィルム層５１２の表面に設けた吸気シート５１３と、吸気シート５１３の表面に設けた穴あきフィルム層５１４の４層構造から構成される。

板材５１１は、型枠として使用されている公知のボードであって、木製、鋼製、アルミ合金製、プラスチック製などのボードを使用できる。

穴あきフィルム層５１４には、複数の微細な穴５１５を備えて成形する。ここで、穴５１５の径は１０〜１００μｍ程度とし、穴５１５の個数は１０〜２０個／ｃｍ^２程度設けることができる。穴の径を上記数値範囲とするのが好ましい理由は、セメント系混合材料６内の気泡を容易に脱気できることと、セメント系混合材料６が穴５１５内に侵入して脱型し難くなることを防止することなどによるものである。特にセメント系混合材料６として繊維補強セメント系混合材料６１を使用する場合は、かかる数値範囲で穴５１５の径を設定しておくことでセメント径マトリックス混合物が穴５１５内に侵入する可能性は極めて低くなるとともに、セメント径マトリックス混合物内には水量が少ないため、水が穴５１５から脱水する可能性もほとんどないと考えられる。

穴あきフィルム層５１４の表面には吸気シート５１３を貼付する。吸気シート５１３は穴あきフィルム層５１４の穴５１５を通ってきた気泡を吸気するためのシートであり、その材質は空気を吸収し、保持できるものであればよい。吸気シート５１３は、例えば合成繊維を成分とする不織布や紙などによって製作することができる。かかる穴あきフィルム層５１４をセメント系混合材料６と接する面に備えることにより、上記する脱気効果が期待できるほか、型枠５１脱型時に硬化後のセメント系混合材料６から容易に型枠５１を脱型できるという効果も期待できる。穴あきフィルム層５１４が破損することなく脱型できれば、型枠５１の転用も可能となる。
吸気シートの厚みは、例えば０．５〜１．５ｍｍ程度に製作するのが好ましい。吸気性能を確保しながらも、過度の厚みを備えないようにするためである。
穴あきフィルム層５１４は、例えばポリエステル系樹脂などにより製作することができる。

フィルム層５１２は、板材５１１と吸気シート５１３の間に介在させるシートである。かかるフィルム層５１２の材質は穴あきフィルム層５１４と同材質でよい。
脱気量が少ない場合はフィルム層５１２に穴あきを設ける必要はないが、脱気量が多い場合は、例えば５〜１０μｍ程度の穴径を有する複数の穴を備えて製作するのが好ましい。

なお、板材５１を上記する４層構造に製作することのほかに、板材５１１と吸気シート５１３と穴あきフィルム層５１４の３層構造に製作することもできる。

＜４＞繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均した場合の中性化解析結果
高強度（超高強度）の繊維補強セメント系混合材料６１の配合は、基本的に最密充填理論を適用した配合設計が適用されているために、原材料であるセメント、シリカフューム、ポゾラン系反応粒子、砂などの材料粒径分布を考慮した配合になっている。そのため、強度が発現した水和物は緻密構造で空隙がほとんど存在しないために、従来のセメント系混合材料に比較すると塩化物の塩素イオン、水、酸素の浸入が非常に少ない。しかし、セメント系マトリックスに混入された鋼繊維（金属繊維）が表面に露出している場合、あるいは金属繊維の外側にセメント系マトリックスの被りが０．０５〜０．１ｍｍ程度の場合には、点錆が生じ外観的に好ましいとはいえない。また、高強度の繊維補強コンクリートは緻密構造であるために、厳しい海洋環境を除くと表面における金属繊維の錆が内部に進展しないことが理論解析及び室内実験から検証されている。しかし、厳しい海洋環境下に高強度の繊維補強コンクリート構造物が建設される場合には、表面にある金属繊維の錆は１００年間で１ｍｍのオーダーで内部に進展するものと予測されている。
繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層を表層に敷き均してコンクリート構造物を製作する目的は、例えばスプラッシュゾーンなどの厳しい海洋環境下にコンクリート構造物を建設する場合、塩化物の塩素イオンが浸入する構造物の表面に１〜２ｍｍ程度敷き均すことにより、１００年オーダーの長期間にわたって金属繊維の点錆や内部への錆の進展などの材料の経年劣化を防止するものである。

従来の高強度コンクリート（水セメント比が３５％）と繊維を含まないセメント系混合材料６２（水セメント比が２０％）の中性化促進実験をおこない、中性化速度係数を求め、かかる中性化促進実験と同条件で１００年間経過した場合の中性化深さを推定した解析結果を図４に示す。ここで、中性化促進実験の条件は、室温２０℃、湿度６０％、二酸化炭素濃度５％とした。なお、実際の環境下での二酸化炭素濃度は０．３％程度であり、実験条件の１／１０以下である。解析結果より、繊維を含まないセメント系混合材料６２（水セメント比が２０％）の１００年経過後の中性化深さは０．４ｍｍ程度である。したがって、実際の環境下における１００年経過後の中性化深さは０．０４ｍｍ程度であると推定され、中性化による経年劣化は無視できるほど微小であると考えられる。
また、繊維補強セメント系混合材料６１と繊維を含まないセメント系混合材料６２との材料的な不連続性は全くなく、構造的には一体となっていることも構造実験により確認できている（実験結果は省略）。

以下、図５〜図９を参照しながら、本発明のコンクリート構造物の製作方法の実施例について説明する。

型枠３内に繊維補強セメント系混合材料６１を充填する（図５参照）。かかる充填は例えばホッパー７１などを使用するのがよい。なお、繊維補強セメント系混合材料６１の表面には繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層（例えば１〜２ｍｍ程度）を敷き均すため、予め部材の設計厚さから１〜２ｍｍを差し引いた高さに成形した型枠３を使用する。

型枠３の上面付近まで繊維補強セメント系混合材料６１を充填後、均し装置１を使用して仮天端６１１の均し（荒均し）をおこなう（図６参照）。

次に型枠３上に高さ１〜２ｍｍ程度に成形した嵩上げ枠４を設置し、かかる嵩上げ枠４内に充填装置２を使用して繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層を敷き均すように充填する（図７参照）。ここで、嵩上げ枠４としては、例えばゲージプレートなどを使用することができる。

繊維を含まないセメント系混合材料６２の薄層を敷き均した後、かかる敷き均しにてできた最終天端６１２を均し装置１にて均し施工する（図８参照）。

均し施工後、型枠５１を最終天端６１２面に設置し、養生後に脱型してコンクリート構造物を製作することができる。

本発明の均し装置の実施例を示した斜視図。 本発明の充填装置の実施例を示した斜視図。 板材と吸気シートと穴あきフィルム層からなる型枠を示した斜視図。 中性化解析結果を示した説明図。 型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填している状況を説明した斜視図。 均し装置で天端付近を均している状況を説明した斜視図。 嵩上げ枠を設置後、充填装置で薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均している状況を説明した斜視図。 均し装置で天端付近を均している状況を説明した斜視図。 板材と吸気シートと穴あきフィルム層からなる型枠を天端に設置している状況を説明した斜視図。

符号の説明

１・・・・均し装置
１１・・・均し棒
１２・・・振動機
２・・・・充填装置
２１・・・柱状体
２１１・・スリット
２２・・・容器
２２１・・すり鉢部
３・・・・型枠
４・・・・嵩上げ枠
５１・・・型枠
５１１・・板材
５１２・・フィルム層
５１３・・吸気シート
５１４・・穴あきフィルム層
６・・・・セメント系混合材料
６１・・・繊維補強セメント系混合材料
６２・・・繊維を含まないセメント系混合材料

Claims (6)

1. 型枠内に充填したセメント系混合材料の天端付近を均す際に使用する均し装置であって、
   相対する型枠間を跨ぐように該型枠上に設け、該型枠上で一方向に移動可能な均し棒と、
   前記均し棒に取り付けた振動機と、からなることを特徴とする、
   均し装置。
   
2. 型枠内に充填したセメント系混合材料の天端面に、薄層のセメント系混合材料を敷き均すように充填する際に使用する充填装置であって、
   柱状体の側面において該柱状体の延伸方向に伸びるスリットを備えた中空の柱状体と、
   セメント系混合材料を投入可能なすり鉢部を備え、前記柱状体の上部に取り付けた容器と、からなることを特徴とする、
   充填装置。
   
3. 前記スリット幅を調整可能な構成としたことを特徴とする、
   請求項２記載の充填装置。
   
4. 型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法において、
   型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填し、その充填の際にできる天端となる仮天端付近を均し、
   前記型枠上に嵩上げ枠を設置し、
   前記仮天端の上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均すように充填し、その充填の際にできる天端となる最終天端付近を均すことを特徴とする、
   コンクリート構造物の製作方法。
   
5. 型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法において、
   型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填し、その充填の際にできる天端となる仮天端付近を請求項１記載の均し装置を使用して均し、
   前記型枠上に嵩上げ枠を設置し、
   請求項２又は３の充填装置を使用して前記仮天端上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均すように充填し、
   その充填の際にできる天端となる最終天端付近を請求項１記載の均し装置を使用して均すことを特徴とする、
   コンクリート構造物の製作方法。
   
6. 型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法において、
   型枠内に繊維補強セメント系混合材料を充填し、その充填の際にできる天端となる仮天端付近を請求項１記載の均し装置を使用して均し、
   前記型枠上に嵩上げ枠を設置し、
   請求項２又は３の充填装置を使用して前記仮天端上面に薄層の繊維を含まないセメント系混合材料を敷き均すように充填し、
   その充填の際にできる天端となる最終天端付近を請求項１記載の均し装置を使用して均し、
   板材とフィルム層と吸気シートと穴あきフィルム層の４層構造からなる型枠、又は板材と吸気シートと穴あきフィルム層の３層構造からなる型枠を前記最終天端面に設置して、前記４層構造からなる型枠又は前記３層構造からなる型枠で薄層の前記繊維を含まないセメント系混合材料を押し付けることを特徴とする、
   コンクリート構造物の製作方法。

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