JP2006219901A - 合成床版 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートのひび割れを防ぎ、かつ強度を向上させることができ、しかも施工性も良好な合成床版を提供する。
【解決手段】ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１を桁上を接合部として配置し、これらＲＣまたはＰＣプレキャスト版１上およびこれらの接合部に、圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度１．５Ｎ／ｍｍ^２以上の高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２を打設した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築物や橋梁の床版、或いは、海洋等の構造物の耐圧面構造部材として使用可能な合成床版に関するものである。

橋梁等の床版として、プレキャストコンクリートによる床版やプレキャストコンクリートと現場打設コンクリートとの合成床版が知られてる。

下記特許文献１にその一例を示す。これは、図２に示すように縦梁３または横梁４の間隔に合わせたサイズのプレキャストコンクリート製の床版ユニット１５とし、梁上で隣接する床版ユニット１５を接合して連続版とした。

床版ユニット１５の端部を斜め状端面（イ）に形成し、且つＵ字形の結合鉄筋１６を突出しておき、この床版の端部を縦横梁３、４のフランジ１７上面に配設して隣接する床版の端部同士が略Ｖ字状（逆台形）になるようにしてコンクリートを打設して連続化結合することとした。また、梁のフランジ１７にはスタッドジベル１８を溶接しており、連続化した床版ユニット１５を縦横梁３、４にも結合している。

床版ユニット１５の端部を斜め状端面（イ）に形成し、隣り合う床版ユニット１５の対向する斜め状部（イ）によって略Ｖ字状（逆台形）にしている。このため縦梁３や横梁４のフランジ１７を広げることなく床版ユニット１５を設置できると共に、接合用コンクリート２７の充填性を良好に出来る。
特開２００４−１８３３２４号公報（既設杭桟橋の改修構造および改修工法）

合成床版としては、床版ユニット１５の部分を薄く形成し、その上にコンクリートを打設して、プレキャストコンクリートと現場打設コンクリートとの合成床版とすることも行われる。

前記接合用コンクリート２７や上に打設するコンクリートは、プレキャストコンクリートである床版ユニット１５ともどもひび割れが発生し易く、コンクリートのひび割れが貫通して大きなひび割れ開口を生じてしまうおそれが多い。

その結果、再施工を定期的に実施する必要を生じ、維持管理費の増大を招く結果となっている。この場合、生じるひび割れ開口幅はこれまでの経験より０．６ｍｍに達する。

さらに、ひび割れ発生により劣化因子の浸透量が多くなることから、鉄筋や鋼板の腐食の問題が生じる。また、負曲げ部以外にも、乾燥収縮や温度差によってコンクリートにひび割れが生じ、その部分から水が浸入して床版の疲労耐久性が大幅に低下する。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、打設部分は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版と同じ無機系のものであり、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版との一体性を保持でき、しかも、流し込みをもって施工できるので煩雑な工程を省略して施工の省力化を図かることができ、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版に生じるまたは生じた大きな開口幅のひび割れに追従せず、ひび割れを抑制し、有害物質の進入を阻止できる合成床版を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版を桁上を接合部として配置し、これらＲＣまたはＰＣプレキャスト版上およびこれらの接合部に、圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度１．５Ｎ／ｍｍ^２以上の高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）を打設したことを要旨とするものである。

請求項２記載の発明は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版を桁上を接合部として端部を突合せて配置し、これらＲＣまたはＰＣプレキャスト版上に、圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度１．５Ｎ／ｍｍ^２以上の高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）を打設したことを要旨とするものである。

請求項１または請求項２記載の本発明によれば、コンクリートに替えて、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）をＲＣまたはＰＣプレキャスト版上およびこれらの接合部に打設することにより、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）がひび割れ幅を抑制するため、劣化因子の浸透量が少なくなるため耐久性が向上する。乾燥収縮や温度差によるひび割れも分散するため耐久性が向上する。粗骨材を使用しておらず、かつ準自己充填性を示すため、充填性に優れる。

しかも、このＥＣＣがプレキャストコンクリート合成して引張力を負担するため、断面を小さくできる。

請求項３記載の本発明は、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版上に4〜10ｃｍ程度を打設することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、ＥＣＣがプレキャストコンクリート合成して引張力を負担するため、断面を小さくできる結果として、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版上では４〜１０ｃｍ程度の極めて薄い打設ですむ。また、４〜１０ｃｍ程度の厚さで十分ＥＣＣがＲＣまたはＰＣプレキャスト版のひび割れが上層の舗装まで貫通することを抑制し、舗装耐久性向上が得られる。

請求項４記載の本発明は、接合部では、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版から突出させた鉄筋同士を重ね継手で接続することを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）を、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版から突出させ、重ね継手で接続した鉄筋との合成部材とすることができる。

請求項５記載の本発明は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版と高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）の境界面には無付着帯を設けることを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版を桁上を接合部として端部を突合せて配置する場合に、無付着帯を設置することで、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版の収縮量をこの無付着帯で吸収することができる。

請求項６記載の本発明は、桁上では、桁とＲＣまたはＰＣプレキャスト版間に配設したシール部材相互間に無収縮モルタルを敷いて設置床部を形成し、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版はこの設置床部に載置したことを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、このような設置床部を形成することにより、シール性を高めることができ、

請求項７記載の本発明は、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）は、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合してなることを要旨とするものである。
〔Ｍ１〕
・水結合材比（Ｗ／Ｃ）２５％以上
・砂結合材料重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０．８ｍｍ以下、平均粒径０．４ｍｍ以下、
単位水量２５０ｋｇ／ｍ３以上４００ｋｇ／ｍ３以下
高性能ＡＥ減水剤量３０ｋｇ／ｍ３未満
〔Ｆ１〕
繊維径５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下

請求項７記載の本発明によれば、前記作用に加えて、高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）はその調合のマトリクスと繊維配合量により、引張ひずみが１％を越えることで、載荷方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック（マルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現象が生じる。よって、ひび割れを確実に微小な幅に制御できるものである。

以上述べたように本発明の合成床版は、コンクリートのひび割れを防ぎ、かつ強度を向上させることができ、しかも施工性も良好なものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の合成床版の１実施形態を示す縦断正面図で、ＲＣ（鉄筋コンクリート）またはＰＣ（プレキャストコンクリート）プレキャスト版１を鉄骨による縦梁３または横梁４の桁のフランジ上を接合部として配置した。

このようにＲＣまたはＰＣプレキャスト版１を桁上に配設するに際して、桁とＲＣまたはＰＣプレキャスト版１間にシール部材としてシールスポンジ５を配設し、このシールスポンジ５相互間に無収縮モルタル６を敷いて設置床部７を形成し、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１はこの設置床部７の上に載置した。

また、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１から接合鉄筋８を突出させ、この接合鉄筋８鉄筋同士を重ね継手で接続する。なお、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１相互の接合はこれに限定されるものではなく、その他、種々の方法を選択でき、例えばＵ字形の結合鉄筋を突出しておき、これにより鉄筋の結合を行うようにしてもよい。

このように、桁間の間隔に合わせたサイズのプレキャストコンクリート製の床版ユニットであるＲＣまたはＰＣプレキャスト版１を接合して連続版とするが、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１は端部上角部をテーパー面によるハンチ１ａとして，接合部における開口を広げるようにした。

他の実施形態として、図５に示すように、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１を鉄骨による縦梁３または横梁４の桁のフランジ上を接合部として端部を突合せて配置してもよい。

そして、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１上およびこれらの接合部に、圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度１．５Ｎ／ｍｍ^２以上、弾性係数１５０００Ｎ／ｍｍ^２以上の高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２を打設して、本発明の合成床版を形成した。

なお、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１上に4〜10ｃｍ程度を打設するものとする。

前記図５に示すように、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１を端部を突合せて配置する場合には、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１と高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）の境界面には無付着帯１０を設ける。この無付着帯１０の形成は、剥離材を刷毛等で塗布したり、テープを貼り付けることで簡単に形成できる。

この無付着帯１０の設置は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版１の上面側のみでもよいが、下記程度の長さがあればよい。

ＰＣａ版の長さをL、無付着帯の長さをｌ₂とすると、
ＰＣａ版の収縮量を、無付着帯で吸収する。

ε_ＰＣａ：プレキャス版の収縮ひずみ、ε_ＥＣｃ：ＥＣＣの許容引張ひずみ（１％程度）
例えば、L =６ｍ、ε_ＰＣａ=500×10^-6、ε_ＥＣｃ=１％と仮定すると、
ｌ₂(mm)=Ｌ×ε_ＰＣａ／ε_ＥＣｃ=6,000×0.05／１=３００mm
３０cm程度あれば良い。

前記高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の打設は流し込みによるものであり、ミキサで前記高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２を混練成形し、これをホッパーで受けて、ポンプにより流し込む。なお、吹き付けも可能である。

この高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２は、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合した。
〔Ｍ１〕
・水結合材比（Ｗ／Ｃ）２５％以上
・砂結合材料重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０．８ｍｍ以下、平均粒径０．４ｍｍ以下、
単位水量２５０ｋｇ／ｍ³以上４００ｋｇ／ｍ³以下
練り上がり時の空気量３．５％以上２０％以下
高性能ＡＥ減水剤量３０ｋｇ／ｍ³未満
〔Ｆ１〕
繊維径５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下

なお、前記〔Ｍ１〕の調合マトリクスにおいて、練り上がり時の空気量は２０％以上でもよい。

前記引張ひずみは、材令２８日以上の硬化体の引張試験で得られる応力−歪み曲線において、最大引張応力値でのひずみ量（％）をいう。実際には、材令２８日での試験体の引張試験（例えば断面３０ｍｍ×１３ｍｍの試験体を８０ｍｍの試験区間で引張試験を行う）における引張ひずみ（％）で代表される。

この引張ひずみが１％以上であることは、載荷方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック（マルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現象が生じていることを意味する。

〔Ｆ１〕の条件を満たすビニロン短繊維としては，ポリビニールアルコール樹脂を原料として製造されたコンクリートと同等以上の弾性係数を有する短繊維であるのが好ましく，代表的なものとして繊維長１２ｍｍ、繊維径０．０４ｍｍ、引張強度１６９０Ｎ／ｍｍ^２の高強度ビニロン繊維を使用する。

高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２を構成する材料は、セメント・混和材・細骨材・繊維・水であり、練り混ぜ量を６０Ｌとした場合の割合は下記表１の通りである。

下記表２に示す計１８ケースの室内試験結果を基に、以下に高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の硬化物性について記す。なお、ケースの要因は、セメント種類と練上り温度とした。

１）圧縮強度および曲げ強度
圧縮強度試験は、JIS A 1108に準拠し、φ100×200mmの供試体を用いて行った。曲げ強度試験は、JIS R 5201に準拠し、40×40×160mmの試験体を用いて行った。両試験とも、各ケース３体ずつ試験を行い、全データの平均、標準偏差、変動係数および本データより算出される、５％不良率を許容する信頼区間の下限値(m‐1.645σ)を求めた。なお、試験材齢は２８日とし、それまで温度２０℃の環境で封かん状態にて養生を行った。

試験結果を前記表３に示す。圧縮強度の平均値は44.2Ｎ/mm²であり．標準偏差5.0N/mm²、変動係数11.4％であった。曲げ強度の平均は12.2N/mm²であり、標準偏差1.5N/mm²、変動係数11.8％であった。５％不良率を許容する信頼区間の下限値（m−1.645σ）は、圧縮強度で36.0N/mm²、曲げ強度で9.9N/mm²である。

２）引張強度および引張ひずみ
引張試験方法を図３に示す。直接引張試験については、その試験方法が規格化されていないため、ダンベル型の供試体（測定区間長80mm、幅30mm、厚さ113mm）を用いた直接引張試験を抹用した。試験材齢は２８日とし、それまで温度２０℃の環境で封かん状態にて養生を行った。

試験時の載荷速度は0.5mm／分とし、供試体３５の両側に取り付けた２本の変位計３６の平均で引張ひずみを評価した。図中、３７は変位計ホルダ、３８はホルダ固定用ボルトである。

なお、1ケースの試験件数は５体として試験を行い、二次曲げの影響を排除する目的で、一方のひずみ計の変位が他方の２倍以上となったデータについては、不良データとして扱い、採用しないこととした。

高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の応力−ひずみ関係の一例を図４に示す。通常のセメント系材料とは異なり、初期ひび割れ発生以降、引張ひずみの増加に伴い応力か徐々に増加する擬似ひずみ硬化特性を示すことかわかる。ここで高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の引張降伏強度および引張終局ひずみを図４に示すとおり定義する。つまり、引張降伏強度は、金属材料の下降伏点に相当する値として定義し、引張終局ひずみは、引張降伏強度を確保できる最大のひずみとして定着した。このように高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の引張側の応力ひずみ曲線を完全弾塑性モデルとして定義することで、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の引張特性を設計に利用することも可能になる。

有効な試験結果が得られた全８４試験体の結果から算出した引張降伏強度と引張終局ひずみを下記表４に示す。

引張降伏強度の平均値は3.8N/mm²であり、標準偏差0.4N/mm²、変動係数10.5％であった。引張終局ひずみの平均は3.0％であり、標準偏差1.1％、変動係数37.8％であった。５％不良率を許容する信頼区間の下限値（m−1.645σ）は、引張降伏強度で3.1N/mm²、引張終局ひずみで1.1％である。

なお、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２の引張終局ひずみは、鋼材の降伏レベルでのひずみ（0.2％程度）を大きく上回る値である。

以上のように、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）１２では繊維によるクラックの拘束能力が高く、ひび割れの拡大を防ぎ、次のひび割れを発生させる。引き続き、次々と新たな微小なひび割れを数多く発生させるため、見かけ上非常に大きな引張りひずみが生じても荷重に耐えることができる。

また、ひび割れを微小な幅（例えば０．０５ｍｍ以下）に制御できるので、ひび割れからの水の浸透を防ぐことも可能である。ひび割れからの全ての浸透を防ぐことができない場合でも、浸透量はひび割れ幅の３乗に比例すると言われており、ひび割れ幅を制御できることは浸透量を大きく制限することができることになる。

そして、ひび割れからの水の浸透を防ぐことにより、水に溶解してコンクリートに浸入しコンクリートを劣化させる硫酸塩や酸等の物質から防護でき、共用年数の延長に大きく貢献することができる。

本発明の合成床版の第１実施形態を示す縦断正面図である。 従来例を示す斜視図である。 直接引張試験方法を示す説明図である。 引張性能を示すグラフである。 本発明の合成床版の第２実施形態を示す縦断正面図である。

符号の説明

１…ＲＣまたはＰＣプレキャスト版
１ａ…ハンチ
３…縦梁
４…横梁
５…シールスポンジ
６…無収縮モルタル
７…設置床部
８…接合鉄筋
１０…無付着帯
１２…高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）
１５…床版ユニット
１６…結合鉄筋
１７…梁のフランジ
１８…スタッドジベル
２７…接合用コンクリート
３５…供試体
３６…変位計
３７…変位計ホルダ
３８…ホルダ固定用ボルト

Claims (7)

1. ＲＣまたはＰＣプレキャスト版を桁上を接合部として配置し、これらＲＣまたはＰＣプレキャスト版上およびこれらの接合部に、圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度１．５Ｎ／ｍｍ^２以上の高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）を打設したことを特徴とする合成床版。
2. ＲＣまたはＰＣプレキャスト版を桁上を接合部として端部を突合せて配置し、これらＲＣまたはＰＣプレキャスト版上に、圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度１．５Ｎ／ｍｍ^２以上の高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）を打設したことを特徴とする合成床版。
3. 高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）は、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版上に４〜１０ｃｍ程度を打設する請求項１または請求項２記載の合成床版。
4. 接合部では、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版から突出させた鉄筋同士を重ね継手で接続する請求項１または請求項３記載の合成床版。
5. ＲＣまたはＰＣプレキャスト版と高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）の境界面には無付着帯を設ける請求項２または請求項３に記載の合成床版。
6. 桁上では、桁とＲＣまたはＰＣプレキャスト版間に配設したシール部材相互間に無収縮モルタルを敷いて設置床部を形成し、ＲＣまたはＰＣプレキャスト版はこの設置床部に載置した請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の合成床版。
7. 高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）は、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合してなる請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の合成床版。
   〔Ｍ１〕
   ・水結合材比（Ｗ／Ｃ）２５％以上
   ・砂結合材料重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下（０を含む）
   細骨材の最大粒径０．８ｍｍ以下、平均粒径０．４ｍｍ以下、
   単位水量２５０ｋｇ／ｍ^３以上４００ｋｇ／ｍ^３以下
   高性能ＡＥ減水剤量３０ｋｇ／ｍ^３未満
   〔Ｆ１〕
   繊維径５０μｍ以下
   繊維長：５〜２０ｍｍ
   繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下

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