JP2013204409A

JP2013204409A - コンクリート打継ぎ構造

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Publication number: JP2013204409A
Application number: JP2012078310A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Yokozeki; 康祐横関; Kazumi Kobayashi; 一三小林; Toshiyuki Sasaki; 敏幸佐々木; Sei Kobayashi; 聖小林
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5930799B2

Abstract

【課題】コンクリートの打継ぎ部において、ひび割れの発生が防止され、止水性能に優れ、かつ接合強度の高い打継ぎ構造を提供する。
【解決手段】上記課題は、既設コンクリートの上部に新設コンクリートを打設した打継ぎ部において、対向する埋設型枠に挟まれた粘土鉱物系打継ぎ材層が前記両コンクリートの間に介在し、かつ両コンクリートに跨って埋設された複数の金属製スタッドにより当該両コンクリートが締結されているコンクリート打継ぎ構造によって達成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、既に硬化した既設コンクリートの上に新たな生コンクリートを打設することによって形成される打継ぎ部（上記両コンクリートの接合部分）の構造であって、特に新たに打設されたコンクリートの打継ぎ部近傍においてひび割れが発生しにくい特殊な打継ぎ構造に関する。

コンクリート構造物の築造に際しては、作業日程の制約などから既に硬化した既設コンクリートの上に新たな生コンクリートを打ち継いでいく工程が避けられない場合がある。この場合、打設された新設コンクリートは硬化するときに既設コンクリートとの接合面から外部拘束力を受け、新設コンクリートの打継ぎ部近傍にひび割れが発生しやすくなる。この種のひび割れは、通常、躯体強度に直ちに悪影響を与えるものではない。しかし、打継ぎ部が水と接触する場合には、ひび割れ部からコンクリート硬化体内部に水が浸入する。浸入した水は漏水を引き起こす要因となるとともに、鉄筋コンクリートの耐久性を低下させる要因ともなる。

また、打継ぎ部では新設コンクリートと既設コンクリート（以下「新旧両コンクリート」ということがある）の間の接合力が不十分となりやすく、せん断強度が低下して問題となることがある。そのため新設コンクリートを打設する前に予め既設コンクリートの表面に接着剤を塗布しておく工法が採用されることも多い。この場合、打継ぎ部には接着剤層が介在することになり、この接着剤層によって新たなコンクリートに生じる外部拘束力は少し緩和される。しかし、ひび割れの発生を完全に防止するための対策としては不十分である。

一方、打継ぎ部は、コンクリート構造物の強度、耐久性に関して弱点となりやすいことから、打継ぎ材として繊維強化を図ったモルタルを新旧両コンクリートの間に介在させる手法も提案されている（特許文献１）。しかしながら、このような高強度モルタルを介在させる手法を採用しても、打継ぎ部近傍でのひび割れの発生を防止する対策としては十分でない。

特開２００１−３２２８５７号公報特開２００９−３５８８５号公報特開２００９−８４０９５号公報特開２００３−１９２４２１号公報

本発明は、既設コンクリートの上に新たな生コンクリートを打設することによって形成される打継ぎ部において、ひび割れの発生が防止され、止水性能に優れ、かつ接合強度の高い打継ぎ構造を提供することを目的とする。

上記目的は、既設コンクリートの上部に新設コンクリートを打設した打継ぎ部において、対向する埋設型枠（「永久型枠」と呼ばれることもある）に挟まれた粘土鉱物系打継ぎ材層が前記両コンクリートの間に介在し、かつ両コンクリートに跨って埋設された複数の金属製スタッドにより当該両コンクリートが締結されているコンクリート打継ぎ構造によって達成される。前記埋設型枠としては、新設コンクリートよりも曲げ強度および引張強度が高いセメント系材料のプレキャスト製品（例えば、鋼繊維やステンレス繊維，有機繊維，カーボン繊維などを混入して引張強度を高め、シリカフュームやフライアッシュを混入して圧縮強度を高めたセメント系材料）を適用することがより好ましい。また、埋設型枠の厚さ（片側あたり）が１０ｍｍ以上であり、かつ埋設型枠の上端位置での新設コンクリートの幅（「打継ぎ部の幅」という）に占める粘土鉱物系打継ぎ材層の幅が３０％以上であるものがより好ましい。

本発明によれば、新旧両コンクリート間に生じる打継ぎ部において、外部拘束力による新設コンクリートのひび割れを防止することが可能となる。また、打継ぎ部に生じる材料間の接合界面から水が浸入しても、粘土鉱物系打継ぎ材層の吸水作用および膨潤作用により、躯体内部への漏水が防止される。さらに、新旧両コンクリート間の接合力も十分に確保される。したがって本発明は、特に打継ぎ部が水に濡れる環境に曝されるコンクリート構造物において優れた止水効果を発揮するものである。

従来一般的なコンクリート構造物に見られる打継ぎ部の断面構造を模式的に示す図。新旧両コンクリート間にセメント系打継ぎ材を介在させた場合の打継ぎ部の断面構造を模式的に示す図。本発明の打継ぎ部の断面構造の一例を模式的に示す図。実験に用いた本発明を模擬した打継ぎ構造の断面を模式的に示す図。実験に用いた比較例の打継ぎ構造の断面を模式的に示す図。図４の打継ぎ構造を有する試験体の養生後における外観を模式的に示す図。図５の打継ぎ構造を有する試験体の養生後における外観を模式的に示す図。

図１に、従来一般的なコンクリート構造物に見られる打継ぎ部の断面構造を模式的に示す。既に硬化した既設コンクリート１の上に新たに生コンクリートが打設され、新設コンクリート２の硬化体を形成している。すなわち、既設コンクリート１の上に新設コンクリート２が打ち継がれて、１つのコンクリート構造物が構築されている。本明細書では既設コンクリート１と新設コンクリート２の接合部を「打継ぎ部」と呼び、図中には符号１０で示してある。打継ぎ部１０では新設コンクリート２が乾燥収縮する際に既設コンクリート１から外部拘束力を受けるので、新設コンクリート２の打継ぎ部近傍表面２０にひび割れが発生しやすい。上述のように、この種のひび割れは、通常、直ちに強度上の問題を引き起こすことにはならないが、ひび割れから水が浸入すると漏水やコンクリート劣化の要因となり問題となる場合がある。

また、打継ぎ部１０での新旧両コンクリート（既設コンクリート１と新設コンクリート２コンクリート）の接合力を高めるために、当該両コンクリート間に接着剤を適用することもある。接着剤層によって前記外部拘束力は若干緩和されると考えられるが、前記ひび割れに対する対策とはならない。

図２に、新旧両コンクリート間にセメント系打継ぎ材を介在させた場合の打継ぎ部の断面構造を模式的に示す。既設コンクリート１と新設コンクリート２の間の打継ぎ部１０にはセメント系打継ぎ材層６が介在している。そのセメント系打継ぎ材として繊維強化モルタルなどの高強度セメント系材料を適用することにより、構造物中での弱点になりやすい打継ぎ部１０が補強される。ただし、この場合も新設コンクリート２の乾燥収縮に起因する前記外部拘束力は発生し、打継ぎ部近傍表面２０にひび割れが生じやすい傾向は解消されない。

図３に、本発明の打継ぎ部の断面構造を模式的に例示する。打継ぎ部１０において既設コンクリート１の上に埋設型枠３に挟まれた粘土鉱物系打継ぎ材層４が設けられ、その上に生コンクリートが打設されて新設コンクリート２の硬化体を形成している。また、新旧両コンクリートに跨って埋設された複数の金属製スタッド５により当該両コンクリートが締結されている。埋設型枠３と金属製スタッド５は、打継ぎ部１０の接合強度を高める役割を果たす。特に埋設型枠として新設コンクリートよりも曲げ強度が高いセメント系材料のプレキャスト製品を使用することが効果的である。粘土鉱物系打継ぎ材層４は、新設コンクリート２の乾燥収縮に起因するひずみを吸収し、既設コンクリート１からの外部拘束力を開放する「緩衝材」の役割を呈する。このため、新設コンクリート２の打継ぎ部近傍表面２０に乾燥収縮に起因するひび割れは生じない。また、この粘土鉱物系打継ぎ材層４は、埋設型枠３とコンクリート１または２との隙間から浸入した水を吸収して膨潤し、止水する「止水材」の機能を有する。したがって、本発明の打継ぎ構造は、粘土鉱物系打継ぎ材層４の上記「緩衝材」および「止水材」としての機能によって、コンクリート構造物の打継ぎ部に顕著な防水性能を付与するものである。

既設コンクリートおよび新設コンクリートは、従来から打継ぎを前提としたコンクリート打設工法に適用されているコンクリートをはじめ、種々のコンクリートが対象となる。

埋設型枠は非セメント系材料を適用することもできるが、構造物の強度を負担する部材として活用する上で、圧縮強度の高いセメント系材料とすることが望ましい。特に新設コンクリートよりも曲げ強度および引張強度が高いセメント系材料のプレキャスト製品とすることが効果的である。具体例を挙げると、鋼繊維を用いた超高強度繊維補強セメント系複合材料（特許文献３）、有機系繊維を用いたクラック分散型のセメント系複合材料（特許文献４）、高性能ＡＥ減水剤によって低水セメント比とすることで優れた耐久性を付与し、さらに収縮低減剤としてファイバーを添加することなどにより力学的に優れた機械的強度を付与したセメント系材料（ＡＱフォーム）、γビーライトをセメント１００質量部に対し２０〜８５質量部配合するセメント系硬化体を強制的に炭酸化させて高強度化と組織の緻密化を図ったセメント系材料などが好適な対象となる。

特に上記のクラック分散型のセメント系材料としては、１％以上の引張ひずみを呈するものを採用することが極めて有利となる。すなわち、そのような材料からなる埋設型枠を用いると、地震などにより打継ぎ部に局所的なひずみが付与された際に微細クラックを生成することによって埋設型枠の材料破断を回避することができる。また、その微細クラックから水が浸入しても埋設型枠の内側に充填されている粘土鉱物系打継ぎ材層によって止水される。

なお、これまで上記のような材料からなる埋設型枠を吸水性の粘土鉱物とともに打継ぎ部に適用した例はなく、本発明はこれらの材料の組み合わせによって打継ぎ部で問題となる耐久性と防水性を一挙に改善したものである。

埋設型枠の厚さ（図３中にｔと表示）は１０ｍｍ以上とすることが望ましい。それより薄いと構造物の強度を負担する部材として活用する際には強度不足となりやすい。ただし、過度に厚くすると後述の粘土鉱物系打継ぎ材層による所望の作用が低減するので、後述の「打継ぎ部の幅に占める粘土鉱物系打継ぎ材層の幅」の規定を満たす範囲とすることが望まれる。

粘土鉱物系打継ぎ材層は、吸水性の粘土鉱物を含む固形分と水を配合したものである。粘土鉱物としてはベントナイトや、セピオライトが挙げられる。前記固形分に占める粘土鉱物の割合は５０〜１００質量％であることが好ましい。粘土鉱物以外の固形分としては砂などの骨材、セメントなどが挙げられる。ベントナイト原鉱を使用する場合にはそれ自体が骨材の機能を呈する。粘土鉱物系打継ぎ材層の組成において、下記（１）式で表される含水比が１５〜２５％であることが望ましく、５〜３０％であることがより好ましい。
［含水比］＝（［水の質量］／［固形分の質量］）×１００ …（１）
固形分、水以外の配合成分としては砂などの骨材、セメントなどが挙げられる。ただし、その配合割合は固形分１００質量部に対し５０質量部以下とすることが好ましい。

粘土鉱物系打継ぎ材層は前述のように「緩衝材」および「止水材」の機能を発揮する。このうち緩衝材としての機能は、粘土鉱物系打継ぎ材層の幅が広く、厚さが厚いほど効果を増す。
種々検討の結果、埋設型枠の上端位置での新設コンクリートの幅（「打継ぎ部の幅」という；図３の例ではＷ₀に相当）に占める粘土鉱物系打継ぎ材層の幅（図３の例ではＷ₁に相当）が３０％以上であることがより好ましい。すなわち、下記（２）式を満たすことがより好ましい。
（Ｗ₁／Ｗ₀）×１００≧３０ …（２）
打継ぎ部の幅は、対向する埋設型枠の間隔が最も狭い部分の値を採用する。また、対向する埋設型枠の間隔が最も狭い部分において両側の埋設型枠の上端の高さが相違する場合は、高い方の埋設型枠の上端位置での新設コンクリートの幅を採用すればよい。
また、粘土鉱物系打継ぎ材層の平均厚さ（図３の例ではｔ₁に相当）は２〜３０ｍｍの範囲とすることが好ましい。

金属製スタッドは、新旧両コンクリートに跨って埋設されることにより、当該両コンクリートの締結力を担う。直径６〜５１ｍｍ程度の鋼製スタッドボルトが好適に使用できる。頭付きのものがより効果的である。金属製スタッドのコンクリート中への埋設深さは、既設コンクリート中において５０〜１５０ｍｍ程度、新設コンクリート中において５０〜１５０ｍｍ程度とすればよい。金属製スタッドの設置密度は、粘土鉱物系打継ぎ材層の上面の面積（金属製スタッドの存在部分を含む）１ｍ²あたり２〜９本程度とすることが好ましい。また、できるだけ均等に分散させて配置することが望ましい。例えば、粘土鉱物系打継ぎ材層上面の任意の位置から直近の金属製スタッド中心位置までの距離が５０ｍｍ以上となるように管理することがより効果的である。

本発明の打継ぎ構造を構築する手順を簡単に例示する。
１．既設コンクリートの表面の打継ぎ部となる部分を通常の打継ぎ工法の場合と同様に手入れする。
２．金属製スタッドを既設コンクリートの所定箇所に打ち込む。
３．埋設型枠を設置する。通常の型枠設置に準じてセパなどにより対向する埋設型枠の間隔を保持する。
４．新設コンクリート用の鉄筋を配筋する。
５．新設コンクリート用の型枠を設置する。
６．前記の対向する埋設型枠の間に粘土鉱物系打継ぎ材を注入し、所定厚さの粘土鉱物系打継ぎ材層を形成させる。ノズルからの吹き付けにより注入することができる。
７．新設コンクリートを打設する。

粘土鉱物系打継ぎ材を用いた打継ぎ構造による新設コンクリートのひび割れ防止効果を確認するために、既設コンクリートの代わりに鉄板を用いて、その鉄板の熱膨張を利用することにより打継ぎ部を挟んだ両材料間のひずみ差を意図的に拡大させる実験を以下の要領で行った。

図４に、本発明を模擬した打継ぎ構造の断面を模式的に示す。既設コンクリートの代わりに厚さｔ：１０ｍｍの鉄板７を使用した。金属製スタッド５として、頭付きの鋼製スタッド（１０ｍｍ径）を用意した。鉄板７の所定位置に金属製スタッド５を溶接にて取り付けた。スタッドの設置密度は、粘土鉱物系打継ぎ材層４の上面の面積（スタッドの存在部分を含む）１ｍ²あたり９本とした。埋設型枠３として鋼繊維を用いた超高強度繊維補強モルタル（商品名；サクセム）からなる厚さ３０ｍｍの板状体を使用した。対向する埋設型枠の間隔Ｗ₁は１５０ｍｍとした。セパにより当該間隔を保持した。新設コンクリート２を打設するための型枠（図示せず）を設け、その後、以下の組成を有する粘土鉱物系打継ぎ材を吹き付けにより埋設型枠３の間に注入し、平均厚さｔ₁：１０ｍｍの粘土鉱物系打継ぎ材層４を形成した。次いで、２０℃に管理された環境下で以下の配合を有する新設コンクリート２を打設した。金属製スタッドの新設コンクリート中への埋設深さは５０ｍｍとした。

〔粘土鉱物系打継ぎ材の配合〕
固形分；ベントナイト９０質量部、砂１０質量部
上記固形分以外の成分；水
前記（１）式で表される含水比２１％

〔新設コンクリートの配合〕
使用セメント；普通ポルトランドセメント
使用混和剤；ＡＥ減水剤
粗骨材最大粒径；２０ｍｍ
水セメント比；５５％
細骨材率；４５％
単位水量；１６８ｋｇ／ｍ³
単位セメント量；３０６ｋｇ／ｍ³
単位細骨材量；８２２ｋｇ／ｍ³
単位粗骨材量；１００４ｋｇ／ｍ³
単位混和剤量；０.７６５ｋｇ／ｍ³

新設コンクリート２を打設後、材齢２８日の時点で新設コンクリート２の周囲の型枠を外し、試験体を得た。この試験体について、周囲の環境温度を２０℃から６０℃まで２０℃／ｈで昇温し、６０℃で２ｈ保持し、２０℃まで２０℃／ｈで降温するという温度パターンで養生した。この温度パターンによって新設コンクリート２が昇温時に膨張し、降温時に収縮することにより、鉄板７と、コンクリート２との体積変化率の相対的な差が、実際の打継ぎに発生する拘束を模擬している。

比較のため、図５に示す断面構造を有する試験体を作製し、上記の温度パターンにて養生を行った。この場合の実験条件は、新設コンクリート２を鉄板７の上に直接打設したことを除き、上記のものと共通である。

図４および図５のＡ方向から見た養生後の試験体外観をそれぞれ図６および図７に模式的に示す。対向する埋設型枠３に挟まれた粘土鉱物系打継ぎ材層４、および金属製スタッド５を用いた打継ぎ構造を採用した試験体においては、打継ぎ部における新設コンクリート２のひび割れは観測されなかった（図６）。これに対し、鉄板７上に直接新設コンクリート２を打設した試験体では、新設コンクリート２の打継ぎ部近傍表面（図５中に符号２０で表示）には接合面からの外部拘束力に起因するひび割れ（図７中に符号８で表示）が数多く観測された。

１既設コンクリート
２新設コンクリート
３埋設型枠
４粘土鉱物系打継ぎ材層
５金属製スタッド
６セメント系打継ぎ材層
７鉄板
８ひび割れ
１０打継ぎ部
２０打継ぎ部近傍表面

Claims

既設コンクリートの上部に新設コンクリートを打設した打継ぎ部において、対向する埋設型枠に挟まれた粘土鉱物系打継ぎ材層が前記両コンクリートの間に介在し、かつ両コンクリートに跨って埋設された複数の金属製スタッドにより当該両コンクリートが締結されているコンクリート打継ぎ構造。
埋設型枠は、新設コンクリートよりも曲げ強度および引張強度が高いセメント系材料のプレキャスト製品である請求項１に記載のコンクリート打継ぎ構造。
埋設型枠の厚さ（片側あたり）が１０ｍｍ以上であり、かつ埋設型枠の上端位置での新設コンクリートの幅（「打継ぎ部の幅」という）に占める粘土鉱物系打継ぎ材層の幅が３０％以上である請求項１に記載のコンクリート打継ぎ構造。