JP2014152445A - コンクリート舗装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とから構成されるコンクリート舗装構造を容易に実現する。
【解決手段】約１２０ミリの下層部８ａを形成し、さらに下層部８上にヒータとしての電熱線９を敷設した後、電熱線９の上から所定量の生コンを流し込み、約６０ミリの上層部８ｂを形成する。上層部８ｂの粗骨材にはけい石砕石を用い、細骨材にはけい石砕砂を用いる。下層部８ａの粗骨材には製鋼スラグを用い、細骨材には製鋼スラグ（水砕）を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート舗装構造に関し、特に融雪効果の高いコンクリート舗装版に関する。

トンネル出口個所、トンネル入口個所、道路傾斜個所、料金所個所、及び交差点個所などの舗装に、耐久性や急速施工等の観点からコンクリート舗装版が用いられることもある。

一方、降雪地域において、道路等に融雪装置を埋設して路面上の雪を融かし、路面の凍結を防止するようにしている。たとえば、コンクリート舗装版の内部に電熱線や温水循環パイプなどの発熱体が埋設される。

さらに、発熱体を挟んで、熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とからなる構成とすることにより、発熱体の熱を路面に効率よく供給することができる（例えば特許文献１）。効率よい路面への熱供給の結果、融雪効果の立ち上がりが速く、より少ない消費電力量で融雪できる。

特開２００８−２９１６０７号公報

従来技術では、コンクリート舗装版を熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とから構成する概念は開示されているが、具体的な構成については開示されていない。

当然ながら、コンクリート舗装版に要求される機能は熱伝導率だけではない。コンクリート舗装版は所定の強度を有する必要がある。一般的な製法を大きく変更すると工場設備等を変更する必要がある。一般的なコンクリート舗装版から材料を変更するとコストが増大する可能性もある。このように、強度、制作手順、コスト等の制約がある。

すなわち、具体的な構成について詳細な検討が必要である。

本発明は上記課題を解決するものであり、熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とから構成されるコンクリート舗装構造の具体的な構成を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、コンクリート体中に発熱体が埋設されてなる舗装構造であって、前記発熱体より上側の個所における前記コンクリート体の粗骨材に石英系粗骨材が用いられる。

上記発明において好ましくは、前記発熱体より下側の個所における前記コンクリート体の粗骨材に多孔質系粗骨材が用いられている。

更に好ましくは、前記石英系粗骨材がけい石である。

更に好ましくは、前記多孔質系粗骨材が、高炉スラグ系粗骨材および製鋼スラグ系粗骨材の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上のものである。

これにより、熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とから構成されるコンクリート舗装構造の具体的な構成を提供することができる。

更に好ましくは、前記コンクリート体がプレキャストコンクリート版であり、前記プレキャストコンクリート版の敷設により舗装構造が構成される。

更に好ましくは、前記発熱体は電熱線であり、前記電熱線への通電により発熱が行われる。

更に好ましくは、本発明は、降雪地域におけるトンネル出口個所、トンネル入口個所、道路傾斜個所、料金所個所、及び交差点個所の群の中から選ばれる一つまたは二つ以上の個所の舗装に用いられる。

更に好ましくは、前記コンクリート体より下側に断熱材が設けられる。

本発明によれば、熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とから構成されるコンクリート舗装構造を容易に実現できる。

すなわち、一般的なコンクリート舗装版の構成から粗骨材および細骨材以外の材料の変更はなく、コストが増大することはない。また、一般的なコンクリート舗装版の製造方法から変更はない。また、所定の強度を確保できる。

コンクリート舗装版の一部破断斜視図 コンクリート舗装版の断面図 熱伝導率の比較

〜構成〜
図１は本発明に係るコンクリート舗装版の一部破断斜視図である。図２は断面図である。コンクリート舗装版４は、路盤(地面)２上に、厚さが約３０ミリの断熱系グラウト材３を介して配置され、道路の一部として機能する。

断熱系グラウト材３は、コンクリート舗装版４に埋設されている電熱線９による熱が路盤２側に逃げるのを遮断する断熱材の役目をなすもので、断熱系グラウト材３に代えて発泡ウレタン系の断熱材を使用する場合等もある。

コンクリート舗装版４は、横幅が約１７５０ミリ、縦幅が５０００ミリ、厚さ１８０ミリの平板である。自動車等の通行を可能にする一般道路に適用できるように、２０〜５０Ｎ(ニュートン)／ｃｍ２の強度を有する。コンクリート舗装版４を平面状に複数枚敷き並べ、隣り合うコンクリート舗装版４間は継手装置で連結されている。継手装置としては、例えば図示したようなコッター式継手装置６を使用する。

コッター式継手装置６は、対向するコンクリート舗装版４にそれぞれインサートされる受け金具であるＣ型継手金具６ａと、対峙した受け金具の相互に亘って着脱可能な差し込み金具であるＨ型金具６ｂとから構成される。対向するコンクリート舗装版４はコッター式継手装置６により機械的にかつ強固に連結されて、連続した一枚の基盤として形成されている。

コンクリート舗装版４は、現場または工場において、成形型内に、鉄筋７を配置するとともに、所定量の生コンを流し込んで約１２０ミリの下層部８ａを形成し、さらに下層部８上にヒータとしての電熱線９を敷設した後、電熱線９の上から所定量の生コンを流し込み、約６０ミリの上層部８ｂを形成することにより、電熱線９をコンクリート内に埋設して一体化するものである。一体化により、電熱線９の敷設時における耐熱性や耐圧性が不要となり、加えて耐久性も向上してコスト削減に寄与する。

また、コンクリート舗装版４の前後左右の各端面１０ａには、電熱線９を電気接続するための結線部(コネクタ)９ａが露出している。一方、コンクリート舗装版４の上面１０ｂにおける前後左右の各端部には、コッター式継手装置６のＣ型継手金具６ａが対向する様に設けられている。

本発明の特徴的な構成について説明する。

コンクリート舗装版４は、熱伝導率の低い下層部８ａと熱伝導率の高い上層部８ｂとから構成される。これにより、電熱線９による熱を路面に効率よく供給することができる。

上層部８ｂにおいても、下層部８ａにおいても、骨材材質以外には、一般的なコンクリート舗装版の配合設計からの変更はない。

上層部８ｂの粗骨材には５〜２０ｍｍ程度のけい石砕石を用い、細骨材には５ｍｍ未満のけい石砕砂を用いる。下層部８ａの粗骨材には５〜２０ｍｍ程度の製鋼スラグを用い、細骨材には５ｍｍ未満の製鋼スラグ（水砕）を用いる。

〜骨材選定〜
粗骨材および細骨材の材質を変更した配合（Ｎｏ．１〜１２）に係る供試体を作成し、測定および計算により熱伝導率を求めた。表１に各配合の骨材材質を示す。

まず、各配合ごとに直径１５０ミリ、高さ２００ミリの円柱供試体を各３本ずつ作製する。その際、供試体の中心位置に熱電対（計測ポイント）を埋設する。モールドにコンクリートに詰め、所定期間養生する。

測定は、以下の様に行う。供試体を３時間以上恒温水槽（３０℃）で養生する。熱電対により供試体の温度が３０℃であることを確認する。その後、供試体を別の恒温水槽（１５℃）に移す。熱電対により供試体の温度が１５℃になるまでの経時変化を測定する。測定による経時変化曲線に基づき熱拡散率を求め、得られた熱拡散率から熱伝導率を推定した。

表２に試験結果を示す。図３は配合（Ｎｏ．１〜１２）の熱伝導率の平均値を示す。

試験結果について検討する。

粗骨材にけい石砕石を使用し、細骨材にけい石砕砂を使用した配合（Ｎｏ．８）の熱伝導率は３．２ｋｃａｌ／ｍｈ℃となり、最も高かった。一般的なコンクリート舗装版と同じ粗骨材・細骨材を使用した配合（Ｎｏ．５〜６）の熱伝導率と比較するとおおよそ１．５倍程度である。

粗骨材に製鋼スラグを使用し、細骨材に製鋼スラグを使用した配合（Ｎｏ．３〜４）の熱伝導率は１．１ｋｃａｌ／ｍｈ℃および１．２ｋｃａｌ／ｍｈ℃となり、最も低かった。一般的なコンクリート舗装版と同じ粗骨材・細骨材を使用した配合（Ｎｏ．５〜６）の熱伝導率と比較するとおおよそ０．５倍程度である。製鋼スラグの有する多孔質性が寄与しているものと推測される。

細骨材に製鋼スラグ（水砕）を使用した配合（Ｎｏ．３）の熱伝導率と細骨材に製鋼スラグ（徐冷）を使用した配合（Ｎｏ．４）の熱伝導率とを比較すると、僅かながら配合（Ｎｏ．３）の熱伝導率の方が低い。

粗骨材に砂岩を使用し、細骨材に川砂を使用した配合（Ｎｏ．１）の熱伝導率は２．３ｋｃａｌ／ｍｈ℃となった。粗骨材に石灰石を使用し、細骨材に石灰石砂を使用した配合（Ｎｏ．７）の熱伝導率は２．２ｋｃａｌ／ｍｈ℃となった。一般的なコンクリート舗装版と同じ粗骨材・細骨材を使用した配合（Ｎｏ．５〜６）の熱伝導率と比較すると同程度であった。

粗骨材の影響について検討した。粗骨材を使用せず、細骨材に川砂を使用した配合（Ｎｏ．２）の熱伝導率は１．９ｋｃａｌ／ｍｈ℃となった。配合（Ｎｏ．１）と比較すると、０．８倍程度であり、粗骨材の影響が大きいことが推測される。

配合（Ｎｏ．９〜１２）において、配合（Ｎｏ．１）と比較し、細骨材の影響について検討した。

粗骨材に砂岩を使用し、細骨材に製鋼スラグを使用した配合（Ｎｏ．９〜１０）の熱伝導率は１．８ｋｃａｌ／ｍｈ℃および１．９ｋｃａｌ／ｍｈ℃となった。粗骨材に砂岩を使用し、細骨材に川砂を使用した配合（Ｎｏ．１）の熱伝導率と比較するとおおよそ０．８倍程度である。細骨材のみを製鋼スラグに変更するだけでも、熱伝導率を低くできる。

細骨材に製鋼スラグ（水砕）を使用した配合（Ｎｏ．９）の熱伝導率と細骨材に製鋼スラグ（徐冷）を使用した配合（Ｎｏ．１０）の熱伝導率とを比較すると、僅かながら配合（Ｎｏ．９）の熱伝導率の方が低い。

粗骨材に砂岩を使用し、細骨材にフィロニッケルスラグを使用した配合（Ｎｏ．１１）の熱伝導率は２．４ｋｃａｌ／ｍｈ℃となった。粗骨材に砂岩を使用し、細骨材に川砂を使用した配合（Ｎｏ．１）の熱伝導率と比較するとおおよそ１．１倍程度である。細骨材のみをフィロニッケルスラグに変更するだけでも、熱伝導率を高くできる。

粗骨材に砂岩を使用し、細骨材に銅スラグを使用した配合（Ｎｏ．１２）の熱伝導率は１．７ｋｃａｌ／ｍｈ℃となった。粗骨材に砂岩を使用し、細骨材に川砂を使用した配合（Ｎｏ．１）の熱伝導率と比較するとおおよそ０．７倍程度である。細骨材のみを銅スラグに変更するだけでも、熱伝導率を低くできる。

以上の検討に基づき、上層部８ｂの粗骨材にはけい石砕石を用い、細骨材にはけい石砕砂を用い、下層部８ａの粗骨材には製鋼スラグを用い、細骨材には製鋼スラグ（水砕）を用いることが好ましいとの結論に至った。

ただし、上層部８ｂの細骨材については、けい石砕砂に替えてフィロニッケルスラグを用いてもよい。

また、下層部８ａの細骨材については、製鋼スラグ（水砕）に替えて製鋼スラグ（徐冷）や銅スラグを用いてもよい。

なお、標準偏差および変動係数も求め、試験精度が充分であることも確認した。

〜その他の検討〜
上層部８ｂの粗骨材にはけい石砕石を用い、細骨材にはけい石砕砂を用い、下層部８ａの粗骨材には製鋼スラグを用い、細骨材には製鋼スラグ（水砕）を用いる以外は、一般的なコンクリート舗装版と同様なコンクリート舗装版を製作し、強度試験をし、所定の強度を有することを確認した。

本実施形態のコンクリート舗装版の製法は、上層部８ｂと下層部８ａに分け、間に電熱線９を配設する以外は、一般的なコンクリート舗装版と同様であり、既存の工場設備を利用できる。工程が著しく複雑になることもない。

けい石および製鋼スラグは一般的な材料であり、入手も容易である。材料変更によりコストが増加するおそれもない。なお、製鋼スラグは、環境負荷低減材料として国や自治体から積極的に使用することを推奨されている。

このように、熱伝導率の高い上層部と熱伝導率の低い下層部とから構成されるコンクリート舗装版を容易に実現できる。

〜試算〜
本実施形態では、効率よい路面への熱供給の結果、融雪効果の立ち上がりが速く、より少ない消費電力量で融雪できる。

本実施形態を降雪地域のトンネルの出入口の２１０ｍ２の範囲に適用することを想定した。本実施形態を一般的なコンクリート舗装版に電熱線を埋設した場合と比較して、冬季シーズンにおける消費電力量を試算した。表３は消費電力量の比較である。さらに、電力料金について、消費電力量と電力会社の料金体系に基づいて試算した。表４は電力料金の比較である。

一般的なコンクリート舗装版に比較して、本実施形態では消費電力量を２〜３割削減できる。これを電力料金の差額に換算するとトンネルの出入口あたり、２〜８万円のコスト削減になる。

〜変形例〜
本実施形態は、コンクリート体として、プレキャスト製のコンクリート舗装版を用いたが、現場打ちのコンクリートに適用してもよい。

石英系骨材の一例としてけい石を用いて説明したが、他の石英系骨材でもよい。

粗骨材や細骨材に、製鋼スラグに替えて高炉スラグを用いてもよい。併用してもよい。

電熱線９に替えて、温水循環パイプを埋設してもよい。

上層部８ｂの細骨材の変形例としてフィロニッケルスラグを示したが、フィロニッケルスラグを粗骨材として用いてもよい。

下層部８ａの細骨材の変形例として銅スラグを示したが、銅スラグを粗骨材として用いてもよい。

〜補足〜
発明者は、本発明の前提として、種々の検討を行い、下記の知見を得た。
・水セメント比を変更しても、熱伝導率へ影響は少ない。
・セメントの種類を変更しても、熱伝導率へ影響は少ない。
・添加材料を変更しても、熱伝導率へ影響は少ない。
・一方、水セメント比やセメントの種類や添加材料を変更すると、強度への影響は大きい。強度が低下するおそれもある。
上記知見に基づき、熱伝導率の高い粗骨材および細骨材、熱伝導率の低い粗骨材および細骨材の選定に着目するに至った。

２ 路盤
３ 断熱系グラウト材
４ コンクリート舗装版
６ コッター式継手装置
７ 鉄筋
８ａ 下層部
８ｂ 上層部
９ 電熱線
１０ａ 端面
１０ｂ 上面

Claims (8)

1. コンクリート体中に発熱体が埋設されてなる舗装構造であって、
   前記発熱体より上側の個所における前記コンクリート体の粗骨材に石英系粗骨材が用いられてなる
   ことを特徴とする舗装構造。
2. 前記発熱体より上側の個所における前記コンクリート体の粗骨材に石英系粗骨材が用いられ、かつ、前記発熱体より下側の個所における前記コンクリート体の粗骨材に多孔質系粗骨材が用いられてなる
   ことを特徴とする請求項１の舗装構造。
3. 前記多孔質系粗骨材が、高炉スラグ系粗骨材および製鋼スラグ系粗骨材の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上のものである
   ことを特徴とする請求項２の舗装構造。
4. 前記石英系粗骨材がけい石である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの舗装構造。
5. 前記コンクリート体がプレキャストコンクリート版であり、
   前記プレキャストコンクリート版の敷設により舗装構造が構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの舗装構造。
6. 前記発熱体は電熱線であり、
   前記電熱線への通電により発熱が行われるよう構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの舗装構造。
7. 降雪地域におけるトンネル出口個所、トンネル入口個所、道路傾斜個所、料金所個所、及び交差点個所の群の中から選ばれる一つまたは二つ以上の個所の舗装に用いられてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかの舗装構造。
8. 前記コンクリート体より下側に断熱材が設けられてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７いずれかの舗装構造。

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