JP2005344437A - コンクリートの養生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダム等のマスコンクリート構造物を造成する際に、夏期や冬期によって変化する外気温に応じてひび割れの発生を防止しながらできるだけ短期間で養生することができるマスコンクリートの養生方法を提供する。
【解決手段】 予め、異なる外気温毎に、それぞれの外気温におけるコンクリートの最適な養生温度パターンを実大の模型実験から得られる温度履歴と応力度等に基づいて作成しておき、マスコンクリート構造物を築造する際に、その時の外気温に応じた養生温度パターンのテーブルを選択してその養生温度パターンに基づいて打設したコンクリートの養生を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ダムやケーソンなどのマッシブなコンクリート構造物（以下、マスコンクリート構造物という）を築造する際に、打設したコンクリートがひび割れすることなく短期間で養生を行うことができるコンクリートの養生方法に関するものである。

ダムなどのマスコンクリート構造物を築造する際に、コンクリートにひび割れを発生させることなく打設したコンクリートの養生期間を短くすることができれば、型枠の存置期間を短くすることができ、従って、型枠の転用回数も増大してマスコンクリート構造物の築造を確実に迅速且つ能率よく行うことができる。

上記ひび割れを発生させる要因としては、内部拘束による要因と外部拘束による要因とがあり、内部拘束とは打設したコンクリートが硬化の過程で発生する水和熱によりその中心部の温度が上昇し、この温度と表面部の温度との差により発生する温度応力が硬化中のコンクリートの引張強度を上回った時にひび割れが発生することであり、外部拘束とは先に打設したコンクリート上に次のコンクリートを打設した時に、下側のコンクリートが既に硬化しており、上側の新設コンクリートの下面の収縮が拘束され、その結果、引張応力が生じてひび割れが発生することである。

一般的に、マスコンクリートの養生を行う場合、養生温度に養生日数を乗じた積算温度が高くなる程、コンクリートの強度の増加が早いが、養生温度を上げすぎると、上記のような温度応力によるひび割れが発生する要因となることが知られており、この二つの側面をどのように対処するかが重要な課題となっている。

また、もう一つの大きな外的要因として、外気温の年変化がある。即ち、外気温の高い夏期にコンクリートを打設すると、コンクリートが硬化の過程で発生する水和熱がこの外気温によって一層上昇し、ピーク温度が高くなり、それ以後の温度の低下する過程でコンクリートの強度を越える引張応力（温度応力）が発生してひび割れをする虞れがあり、そのため、養生時のピーク温度に気を付けなければならない。一方、冬期においては外気温が低いために、限られた期間内で所望の積算温度を確保しよとすると養生時間が長くなってしまう。さらにまた、このような外気温以外に、養生区域の密封性やヒータの能力もコンクリートの養生に影響を及ぼす。

季節によって変化する外気温の年周期変動を考慮してコンクリートの養生時に温度を制御することは、例えば、特許文献１に記載されている。即ち、マスコンクリート構造物を築造する年における年間の温度変化を予測して温度変動関数を求める一方、築造すべきマスコンクリート構造物における各コンクリート打設層の位置と応力値との関係から所望位置の打設層の温度影響線関数を求め、これらの関数から各打設層に発生する温度応力を求めることが記載されている。
特許第２６７８８６１号公報

しかしながら、上記コンクリートの打設方法によれば、予め、年間の温度変化を予測して温度変動関数化を行い，これを基にして打設コンクリートの温度制御を行うものであるから、具体的に、どのような温度の場合にどのように制御するのかについては考慮されてなく、従って、マスコンクリート構造物が築造される現場において、その日の外気温に対して適切な養生温度の設定を行うことができず、そのため、コンクリートにひび割れを発生させることなく打設したコンクリートの養生期間をできる限り短縮することが困難である。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、マスコンクリートにおいて、冬期や夏期等の季節によって変化する外気温に応じてひび割れを防止しながら養生期間を短縮することができるように温度制御が可能なコンクリートの養生方法を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のコンクリートの養生方法は、請求項１に記載したように、マスコンクリート構造物を築造する際に、予め、異なる外気温毎にそれぞれの外気温におけるコンクリートの養生温度パターンを設定しておき、この養生温度パターンから現場でのコンクリート打設時の外気温に応じた養生温度パターンを選択し、選択した養生温度パターンに基づいて上記打設されたコンクリートの養生を行うことを特徴とするものである。

上記コンクリートの養生方法において、養生温度パターンは養生温度の上昇、維持、下降の順で構成され、この養生温度パターンにおける維持時の温度は、請求項２に記載したように、外気温と養生区域の密封度とヒータの最大能力とから設定されることを特徴とする。

さらに、上記養生温度パターンにおける養生温度を維持する時間は、請求項３に記載したように、型枠を解体可能なコンクリート強度を得るために必要な積算温度から設定されることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、マスコンクリート構造物に要求されるコンクリートの表面部及び中央部のひび割れ指数を、実験または解析により求められるコンクリート表面部及び中央部の温度の経時変化から算出される応力と、実験又は解析により求められる積算温度とコンクリート強度との関係から算出される引張強度とから設定することを特徴とする。

本発明のコンクリートの養生方法によれば、予め、異なる外気温毎にそれぞれの外気温におけるコンクリートの養生温度パターンを設定しておくので、マスコンクリート構造物の築造現場において打設したコンクリートの養生を行う際に、その日の外気温に応じた養生温度パターンによってコンクリートの養生を行うことができ、従って、夏期においては、コンクリートの硬化の過程において発生する水和熱がこの外気温によって必要以上に上昇することなく、そのため、硬化時のコンクリートの強度を越えるような温度応力を発生させることなく養生を行うことができ、冬期においては、できる限り短い期間内で所定の積算温度を確保しながら養生時間を短くすることができ、マスコンクリート構造物の築造を確実に且つ能率よく行うことができる。

上記コンクリートの養生方法において養生温度パターンは、請求項２及び請求項３に記載したように、養生温度の上昇、維持、下降の順で構成され、且つ、維持時の温度を、外気温と養生区域の密封度とヒータの最大能力とから設定するので、現場において打設コンクリートの養生に使用した型枠を覆っている密封用シートの密封状態や密封範囲及びこの密封用シート内の養生温度を決定するヒータの能力に応した養生温度でもってひび割れを生じさせることなく正確に効率よく養生を行うことができ、養生期間をできる限り短縮することができる。さらに、維持する時間は、型枠が解体可能なコンクリート強度を得るために必要な積算温度から設定されるので、コンクリートにひび割れを生じさせることなく最短時間で硬化させることができる養生温度の維持時間を設定することができ、従って、型枠の存置期間を短くすることができてその転用回数も増大し、マスコンクリート構造物の築造が円滑に能率よく行うことができる。

また、請求項４に係る発明によれば、マスコンクリート構造物に要求されるコンクリートの表面部及び中央部のひび割れ指数を、実験または解析により求められるコンクリート表面部及び中央部の温度の経時変化と、実験又は解析により求められる積算温度とコンクリート強度との関係とから設定するので、季節によって変化する外気温度の年周期変動に応じてコンクリートの表面部及び中央部のひび割れ指数の最小値が許容範囲内となるように正確に設定することができ、ひび割れが生じなく且つ脱型期間を短縮することができる精度のよい養生温度パターンを作成することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を築造すべきコンクリート構造物がケーソンである場合について説明する。図１はポルトランドセメントコンクリート製のオープンケーソン１の簡略縦断面図であって、外径が19ｍ、壁厚が２ｍ、躯体長（高さ）が74.52 ｍであり、このオープンケーソン１を築造する際に、全長を13ロットに分割して下側のロットから型枠を組み立てたのち、コンクリートを打設し、該コンクリートの打設後、型枠を解体して次の上側のロットに該型枠を組立てたのち、コンクリートを打設するという手順を順次行うことにより築造される。なお、このオープンケーソン１においては、下側の二つのロット以外のロットの高さ（長さ）は6.27ｍである。

図２はこのオープンケーソン１を築造する際のフローチャート図で、まず、１ロット分のコンクリートの打設を行う時期における外気温を測定したのち、この外気温に応じた養生温度パターンのテーブルを選択し、選択したテーブルの養生温度パターンに基づいてコンクリートの養生を行う。この場合、養生温度パターンの選択は、１ロット分のコンクリートの打設後であっても打設前であってもよい。

上記養生温度パターンのテーブルの作成方法を説明する。まず、脱型までの期間は１ロット分に相当するコンクリートの打設後から脱型までに要求される強度と、この強度に必要な積算温度、即ち、養生温度に養生日数（材齢）を乗じた温度とから決定されるが、この場合、養生温度を上げると養生日数が減少して脱型までの期間が短縮される。しかしながら、養生温度を過度に上げると、上述した外部要因により温度応力が硬化中のコンクリートの引張強度を上回ってひび割れが発生することになる。従って、このようなひび割れを発生させることなく脱型までの期間をできる限り短縮し且つその脱型時には所定の強度に達しているように養生温度パターンを作成する必要がある。

この養生温度パターンは、図３に示すように、型枠内へのコンクリートの打設当初においては、水和の初期に温度を上げると粗な水和物が生成されるため、養生を行わない前置時間(d) が必要であり、この前置時間は外気温の高低に関係なく通常６時間に設定されている。この前期時間の経過後、型枠内に配設している配管内にヒータによって加熱された蒸気を供給して配管から噴出させることにより蒸気養生を開始するものであり、その養生温度はある勾配(b) でもって外気温に応じたピーク温度の最大値(e) にまで上昇させる。この際、ピーク温度の最大値(e) までの蒸気養生温度の上昇は通常、６時間かけて行われる。

このピーク温度の最大値(e) の維持時間(f) は外気温に応じて必要な積算温度(g) （図においてハッティングで示した面積）から決定され、維持時間(f) の経過後、蒸気養生温度を緩やかに降下させて養生を終了する。なお、この降下温度の勾配を急勾配にすると、ひび割れ指数が小さくなってひび割れが生じる虞れがあるので、通常24時間をかけて緩やかに降下させる。このように、養生温度パターンは、養生温度の上昇、維持、下降の順で構成されている。

このような養生温度パターンは、冬期と夏期等において異なる外気温の高低によって変化するものであり、この外気温に応じた養生温度パターンの具体的な作成方法を上記図３を参照して図４に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、型枠内にコンクリートを打設する時の外気温を設定する。次に、打設直後のコンクリート温度(a) を設定する。このコンクリート温度(a) は、通常は外気温＋５℃である。打設コンクリートはこの温度下で上述したように養生温度を与えることなく前置時間(d) （６時間）だけ放置される。この前置時間（d)と養生開始時における養生温度の上昇時間、及び、養生終了時における養生温度の降下時間は上述したようにそれぞれ６時間と24時間に設定する。なお、本例の場合、施工期間をできるだけ短縮する必要から、打設後、３日で脱型し、その時に必要な圧縮強度は5.0 N/mm² と設定した。

また、上記蒸気を発生させるヒータの最大能力と養生区域の密封度（これらは使用するヒータと型枠の内外に配設するシートによって定まる）とから温度上昇勾配(b) が定まると共に、上記コンクリート温度(a) とこの温度上昇勾配(b) 、 上記前置時間(d) 及び温度下降勾配(c) とから養生温度のピーク温度の最大値を求め、このピーク温度の最大値がひび割れを発生させることなく且つ養生時間、即ち、そのピーク温度の維持時間(f) をできる限り短縮することができる温度となるように設定する。この維持時間(f) は、型枠が解体可能なコンクリート強度を得るために必要な積算温度から設定される。

打設したコンクリートの強度の発現と、ひび割れ防止を図るための積算温度と期間の設定は、実大規模の模型実験から温度履歴を測定し、解析と組み合わせることによって行われる。即ち、温度履歴と発生する応力度を解析するために上記ケーソン躯体の軸対象解析モデルを作成し、この解析モデルによるコンクリートの温度と強度の解析値を求める。図５は、実大規模実験における材齢（日）と温度（℃）との関係線図で、実線は中心部の温度変化を、点線は表面の温度変化をそれぞれ示している。図６は−10℃以上を基準とする温度と日数を掛けた積算温度と圧縮強度との関係線図、図７は図５の温度履歴と図６の関係線図とを用いて上述した解析モデルにより解析された強度発現履歴である。

上記図５から内部拘束によるひび割れと外部拘束によるひび割れの原因となるひずみ量（位置の温度差×線膨脹係数で求まる）が計算により求めることができ、図７に示す圧縮強度から所定の関係式に基づいてコンクリートのヤング係数と引張強度を求めることができる。そして、これらのひずみ量とヤング係数及び引張強度とから応力とひび割れ指数を求出することができる。即ち、応力はひずみ×ヤング係数から求めることができ、ひび割れ指数は引張強度を応力で除した値によって求めることができ、その値が小さい程、ひび割れが起きやすいことになる。解析結果に基づく、材齢とひび割れ指数の関係の一例を図８に示す。

このひび割れ指数の最小値が許容範囲内となるように養生温度パターンを設定する。即ち、最小ひび割れ指数は表１に示すように、要求される品質に応じて異なるが、本例では1.0 を用いた。

そして、解析結果から求めた最小ひび割れ指数が許容値以上となるように上記養生温度のピーク温度を決定する。具体的には以下の通りである。まず、設定しうる最大のピーク温度から最小ひび割れ指数を求出する。この指数値が許容値以上ならば、これをピーク温度とするが、許容値以下ならピーク温度を少し下げてこれで再度最小ひび割れ指数を求め、許容値と比較し、上記操作を行う。これらの手順を最小ひび割れ指数が許容値以下となるまで繰り返し、養生期間が短く且つひび割れが生じない最適なピーク温度が設定される。そして、このピーク温度を維持したまま所定の強度発現に至るまでの維持期間(f) を積算温度から求める。

こうして、ある設定外気温における養生温度パターン、即ち、経過時間毎の養生区域の温度を定めたものが決定される。そして、上記一連の操作を各種設定外気温毎に行い、予め各設定外気温毎の養生温度ハターンを決定しておく。こうして得られた蒸気養生温度パターンのテーブルを図９〜図12に示す。図９は外気温が25℃〜30℃の範囲内にある夏期にマスコンクリート構造物を築造する場合に使用する蒸気養生温度パターンのテーブルであり、図10は外気温が５℃〜15℃の範囲内にある冬期にマスコンクリート構造物を築造する場合に使用する蒸気養生温度パターンのテーブル、図11は外気温が−10℃〜５℃の範囲内にある厳冬期にマスコンクリート構造物を築造する場合に使用する蒸気養生温度パターンを示している。

なお、図12は厳冬期において、型枠の密封性が悪くて漏気したり、或いは、蒸気ボイラ（ヒータ）の能力不足が生じた場合に使用する蒸気養生温度パターンのテーブルで、この場合には打設したコンクリートが所定の強度を発現するために必要な積算温度を確保するには、養生期間が３日では不足するので、養生期間を１日延ばしている。本発明が適用されるマスコンクリートに使用されるセメントとしては、種々のものが採用可能であるが、好ましくは、低熱ポルトランドセメントを使用することが望ましい。なお、養生方法は上記養生に限定されることはない。

築造すべきコンクリート構造物の簡略縦断面図。 築造する際のフローチャート図。 作成するための養生温度パターン図。 養生温度パターンを作成するためのフローチャート図。 材齢−温度線図。 積算温度−圧縮強度線図。 強度発現履歴線図。 材齢−ひび割れ指数線図。 夏期に使用される養生温度パターン図。 冬期に使用される養生温度パターン図。 厳冬期に使用される養生温度パターン図。 厳冬期において漏気やヒータの能力不足が生じた場合に使用する養生温度パターン図。

Claims (4)

1. マスコンクリート構造物を築造する際に、予め、異なる外気温毎にそれぞれの外気温におけるコンクリートの養生温度パターンを設定しておき、この養生温度パターンから現場でのコンクリート打設時の外気温に応じた養生温度パターンを選択し、選択した養生温度パターンに基づいて上記打設されたコンクリートの養生を行うことを特徴とするコンクリートの養生方法。
2. 養生温度パターンは、養生温度の上昇、維持、下降の順で構成され、維持時の温度は、外気温と養生区域の密封度とヒータの最大能力とから設定されることを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの養生方法。
3. 養生温度パターンは、養生温度の上昇、維持、下降の順で構成され、維持する時間は、型枠を解体可能なコンクリート強度を得るために必要な積算温度から設定されることを特徴とする請求項１、請求項２に記載のコンクリートの養生方法。
4. マスコンクリート構造物に要求されるコンクリートの表面部及び中央部のひび割れ指数を、実験または解析により求められるコンクリート表面部及び中央部の温度の経時変化と、実験又は解析により求められる積算温度とコンクリート強度との関係とから設定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの養生方法。

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