JP2023068256A

JP2023068256A - 外部拘束型温度ひび割れ防止方法

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Publication number: JP2023068256A
Application number: JP2021179164A
Authority: JP
Inventors: 貴洋酒井; Takahiro Sakai
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2041-11-02
Also published as: JP7674996B2

Abstract

【課題】マスコンクリート構造物において硬化促進剤および硬化遅延剤を用い、工程延長とならずかつ工程管理の自由度が高く、温度応力を低減できる外部拘束型温度ひび割れ防止方法を提供する。
【解決手段】この外部拘束型温度ひび割れ防止方法は、マスコンクリート構造物を、拘束体に接続する下部コンクリートと、下部コンクリート上の上部コンクリートと、に分け、コンクリート打設前に、下部コンクリートに硬化遅延剤を添加し、上部コンクリートに硬化促進剤を添加し、硬化遅延剤の添加量と硬化促進剤の添加量とを調整することで、コンクリート打設後に下部コンクリートのヤング係数と上部コンクリートのヤング係数との間で相対的な差異を生じさせ、マスコンクリート構造物において収縮時の外部拘束による温度応力を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンクリート構造物における外部拘束型温度ひび割れ防止方法に関する。

厚さ80cm以上広がりのあるスラブ状の構造物や下端が拘束された壁状の構造物は、マスコンクリートと定義され、セメントの水和発熱に起因する温度ひび割れの発生が懸念される。かかる温度ひび割れは、躯体内外温度差に起因する内部拘束型温度ひび割れと、躯体収縮時の体積変化が岩盤や既設コンクリート等の拘束体により拘束されることに起因する外部拘束型温度ひび割れに大別される。特に、後者は下端が拘束された壁状の構造物においてひび割れが貫通型となる可能性が高く、構造物の長期的な耐久性を低下させる要因となるため、その発生に充分留意する必要がある。

温度ひび割れの対策としては、コンクリート水和熱を抑制するための低発熱型セメントの使用や打設後のコンクリート温度を下げるためのパイプクーリングの設置等があり（特許文献１，２）、また、誘発目地や膨張材の使用も知られている。また、非特許文献１は、水和熱抑制型超遅延剤を添加したコンクリートを壁体分の下端から400～600mmの部位に打込むことで温度応力を大幅に低減し温度ひび割れを防止する方法を開示する。

特開2015-155881号公報特開2016-89357号公報

日本コンクリート技術株式会社河野一徳「ＮＤリターダー工法」（第６回コンクリート技術交流会～技術発表～平成２８年１１月１８日） http://www.jc-tech.co.jp/html/siryou/paper/contech06_kono.pdf

温度ひび割れはコンクリート打設後の比較的早い段階で発生するため、コンクリート打設計画時に温度応力解析等でその発生を予測するとともに、適切な対策により防止することが求められている。

従来の低発熱型セメントの使用や打設後のコンクリート温度を下げるためのパイプクーリング等による対策は、いずれもコストが嵩むという問題点を有している。外部拘束型温度ひび割れ抑制のために上記方法以外に誘発目地や膨張材の使用があるが、これらの使用は制限を受ける場合が多い。

非特許文献１の方法は、水和熱抑制型超遅延剤を添加したコンクリートを壁体の下端400～600mmの下側部分に打設するが、下側部分の硬化を遅延させるので、壁体全体が硬化するまでの時間が長くなり、工期延長の問題が生じ、また、硬化遅延剤だけの使用であるので、工程管理の自由度が低下してしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、マスコンクリート構造物において、対象範囲に応じて硬化促進剤および硬化遅延剤を用い、工程延長とならずかつ工程管理の自由度が高く、温度応力を低減できる外部拘束型温度ひび割れ防止方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための外部拘束型温度ひび割れ防止方法は、拘束体に対しコンクリート打設により構築される壁状のマスコンクリート構造物がその下端において前記コンクリート打設後の収縮時に前記拘束体により外部拘束されることに起因する外部拘束型温度ひび割れを防止する方法であって、
前記マスコンクリート構造物を、前記拘束体に接続する下部コンクリートと、前記下部コンクリート上の上部コンクリートと、に分け、前記コンクリート打設前に、前記下部コンクリートに硬化遅延剤を添加し、前記上部コンクリートに硬化促進剤を添加し、
前記硬化遅延剤の添加量と前記硬化促進剤の添加量とを調整することで、前記コンクリート打設後に前記下部コンクリートのヤング係数と前記上部コンクリートのヤング係数との間で相対的な差異を生じさせ、前記マスコンクリート構造物において前記収縮時の前記外部拘束による温度応力を低減し温度ひび割れを防止するものである。

上記外部拘束型温度ひび割れ防止方法によれば、下部コンクリートの硬化遅延剤の添加量と上部コンクリートの硬化促進剤の添加量とを調整して、コンクリート打設後に下部コンクリートのヤング係数と上部コンクリートのヤング係数との間で相対的な差異を生じさせることで、コンクリート構造物において収縮時の外部拘束による温度応力を低減でき、温度ひび割れを防止できる。また、下部コンクリートの硬化遅延剤の添加量と上部コンクリートの硬化促進剤の添加量とを調整できるので、調整の自由度が高く、工程管理の自由度が高くなり、また、下部コンクリートにだけ硬化遅延剤を添加するときよりも下部コンクリートの硬化完了時間を短縮することができ、工程延長の問題は生じない。

上記外部拘束型温度ひび割れ防止方法において、前記下部コンクリートの打設から前記ヤング係数の上限点に到達するまでの時間と前記上部コンクリートの打設から前記ヤング係数の上限点に到達するまでの時間との時間差が所定時間以上となるように前記硬化遅延剤の添加量と前記硬化促進剤の添加量とを調整することが好ましい。

すなわち、前記上限点に到達前の前記下部コンクリートの膨張が前記上部コンクリートに拘束されることで前記時間差に応じた圧縮応力が前記下部コンクリートに導入されて前記温度応力が低減する。また、前記時間差内において前記上部コンクリートにおける前記収縮時における拘束応力が低減する。

本発明によれば、コンクリート構造物において、硬化促進剤および硬化遅延剤を用いることで、下部コンクリートにだけ硬化遅延剤を添加するときよりも下部コンクリートの硬化完了時間を短縮でき、工程延長とならず、かつ、工程管理の自由度が高く、温度応力を低減できる外部拘束型温度ひび割れ防止方法を提供することができる。

本実施形態による外部拘束型温度ひび割れ防止方法が適用可能なコンクリート構造物を概略的に示す斜視図である。図１のコンクリート構造物をコンクリート打設した後の上部コンクリートおよび下部コンクリートにおける温度履歴曲線とヤング係数の時間変化を概略的に示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による外部拘束型温度ひび割れ防止方法が適用可能なコンクリート構造物を概略的に示す斜視図である。図２は、図１のコンクリート構造物をコンクリート打設した後の上部コンクリートおよび下部コンクリートにおける温度履歴曲線とヤング係数の時間変化を概略的に示すグラフである。

図１に示すように、マスコンクリート構造物１０は、下部コンクリート１１と、上部コンクリート１２とから一体的に壁状に構成され、下部コンクリート１１が既設のコンクリート構造物Ｓに接続するようにして既設のコンクリート構造物Ｓ上に構築される。下部コンクリート１１の高さは、上部コンクリート１２の高さよりも短く、たとえば、50cm～1m程度の範囲内である。マスコンクリート構造物１０は、その厚さｗが少なくとも80cmであり、コンクリート打設後に既設のコンクリート構造物Ｓが拘束体になって、躯体収縮時にマスコンクリート構造物１０の下端を外部拘束することで、マスコンクリート構造物１０が外部拘束型温度ひび割れを生じる可能性があるが、かかる温度ひび割れの抑制を本実施形態では次のようにして達成している。

図１の下部コンクリート１１をコンクリート硬化遅延剤が添加されたコンクリートの打設により構築し、続いて、上部コンクリート１２をコンクリート硬化促進剤が添加されたコンクリートの打設により構築する。このとき、生コン工場でセメント、骨材、水等を混練するコンクリート製造時にさらに硬化遅延剤を添加したコンクリートまたは硬化促進剤を添加したコンクリートを製造するので、施工現場において特に負担を要せず、特別な工程が発生しない。

図２を参照して温度ひび割れの抑制について説明する。下部コンクリート１１の構築のため硬化遅延剤添加のコンクリートを打設すると、コンクリートがセメントによる水和反応により発熱し、図２の破線で示す温度履歴曲線ａのように、下部コンクリート温度が時間とともに上昇し、ピーク温度ａ１に達した後、冷却に転じ、次第に低下する。この温度変動に合わせてコンクリートは膨張し収縮するとともに、コンクリートのヤング係数は、図２の太実線ｂのように、時間とともにほぼ直線的に増加し、ピーク温度ａ１に達すると、上限点ｂ１の近傍で上限に達し、ほぼ一定の上限値となる。

続いて、下部コンクリート１１の上に、上部コンクリート１２の構築のため硬化促進剤添加のコンクリートを打設すると、同じく水和反応により発熱し、図２の破線で示す温度履歴曲線ｃのように、上部コンクリート温度が時間とともに上昇し、ピーク温度ｃ１に達した後、冷却に転じ、次第に低下する。この温度変動に合わせてコンクリートは膨張し収縮するとともに、コンクリートのヤング係数は、図２の実線ｄのように、時間とともにほぼ直線的に変化し、ピーク温度ｃ１に達すると、上限点ｄ１の近傍で上限に達し、ほぼ一定の上限値となる。

なお、下部コンクリート１１および上部コンクリート１２の硬化期間は、図２のヤング係数の増加期間と対応し、下部コンクリート１１および上部コンクリート１２の硬化は、ヤング係数の上限点ｂ１，ｄ１の近傍でほぼ完了する。

図２から分かるように、下部コンクリート１１のヤング係数は、硬化遅延剤を添加したので、比較的緩やかに増加する一方、上部コンクリート１２のヤング係数は、硬化促進剤を添加したので、比較的急激に増加する。このため、上部コンクリート１２のヤング係数は、下部コンクリート１１よりも短時間で上限点ｄ１に達し、下部コンクリート１１のヤング係数は、上部コンクリート１２に対し時間差Ａだけ遅れて上限点ｂ１に達する。すなわち、上部コンクリート１２のヤング係数が上限点ｄ１に到達するまでの間に、下部コンクリート１１のヤング係数と上部コンクリート１２のヤング係数との間に相対的な差異が生じる。時間差Ａは下部コンクリート１１のピーク温度ａ１までの到達時間と上部コンクリート１２のピーク温度ｃ１までの到達時間との差に対応する。

上部コンクリート１２が早期に硬化し収縮すると、下部コンクリート１１は図２の時間差Ａ内ではまだ硬化せずヤング係数が小さく比較的柔らかいため、既設のコンクリート構造物Ｓによる外部拘束の程度が小さく拘束応力が低減されるとともに、上部コンクリート１２において収縮時における下部コンクリート１１からの拘束が小さくなるため、上部コンクリート１２における温度ひび割れの発生が抑制される。

また、下部コンクリート１１においては、時間差Ａ内の膨張過程において上部コンクリート１２が硬化し収縮しているため、下部コンクリート１１の膨張が上部コンクリート１２に拘束されて時間差Ａに応じた圧縮応力が導入されて温度応力が低減することで、温度ひび割れの発生が抑制される。

図２における時間差Ａは、上部コンクリート１２における温度応力の低下および下部コンクリート１１における圧縮応力の導入に関係し、ある程度長い時間が必要となる。このため、上部コンクリート１２における硬化促進剤の添加量を調整し、上部コンクリート１２のヤング係数が上限点ｄ１に到達するまでの到達時間を調整するとともに、下部コンクリート１１における硬化遅延剤の添加量を調整し、上部コンクリート１１のヤング係数が上限点ｄ１に到達するまでの到達時間を調整することで、時間差Ａの長短を調整できる。

すなわち、上部コンクリート１２のヤング係数の上限点ｄ１までの到達時間は、硬化促進剤の添加量に依存し、添加量大が短時間、添加量小が長時間となり、逆に、下部コンクリート１１のヤング係数の上限点ｂ１までの到達時間は、硬化遅延剤の添加量に依存し、添加量大が長時間、添加量小が短時間となるので、硬化促進剤の添加量の大小、硬化遅延剤の添加量の大小により、時間差Ａを調整できる。このような時間差Ａの調整は、上部コンクリート１２に硬化促進剤のみを添加する場合、または、下部コンクリート１１に硬化遅延剤のみを添加する場合よりも、時間差Ａの調整の自由度が高く、工程管理の自由度が高まる。

実際の施工においては、下部コンクリート１１の打設完了から上部コンクリート１２の打設完了までの間には工程上時間差Ｂが生じ、その工程上時間差Ｂだけ図２の上部コンクリートの温度履歴曲線ｃとヤング係数の変化線ｄは全体に右にずれるが、事前に、硬化促進剤と硬化遅延剤の想定添加量による各コンクリートを同時に打設した場合の時間差Ａを確認し、上部コンクリート１２の打設量に応じた打設完了までに要する時間を考慮して工程上時間差Ｂを確認し、当該工程上時間差Ｂを考慮して当該時間差Ａが確保できるように硬化促進剤と硬化遅延剤の各添加量を決めるとともに、上部コンクリートの打設開始時期を決めることが望ましい。かかる工程上時間差Ｂを考慮した時間差Ａの確保は、硬化促進剤のみの添加や硬化遅延剤のみの添加よりも硬化促進剤の添加と硬化遅延剤の添加とにより確実に実現することができる。

また、下部コンクリート１１に硬化遅延剤を添加すると、工程延長の問題が生じる場合は、硬化遅延剤の添加量を工程延長の問題が生じない程度に少なくし、その分の時間変化を相殺するように上部コンクリート１２の硬化促進剤の添加量を増やすことで、工程延長の問題に対処可能である。このように、本実施形態によれば、下部コンクリートにだけ硬化遅延剤を添加する場合よりも下部コンクリート１１の硬化完了時間を短縮できる。

なお、本実施形態において硬化遅延剤および硬化促進剤は各種のものを使用可能であるが、硬化促進剤は、硝酸化合物を取り除いたものがマスコンクリート構造物の長期耐久性の観点から好ましい。

また、強度発現速度がセメントの種類により異なるので、使用するセメントの種類に応じて硬化遅延剤・硬化促進剤の適切な各添加量を事前に実験等により確認しておくことが好ましい。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、厚さが少なくとも80cmである各種構造のマスコンクリート構造物に本発明を適用することで外部拘束型温度ひび割れ防止を図ることができる。また、図１では、拘束体を既設のコンクリート構造物Ｓとして説明したが、拘束体は、これに限定されず、たとえば、硬い岩盤等であってもよい。

本発明によれば、マスコンクリート構造物において硬化促進剤および硬化遅延剤を用い、工程延長とならずかつ工程管理の自由度が高く、温度応力を低減できるので、従来のコストが嵩む低発熱型セメントの使用やパイプクーリングによらずに、さらに、誘発目地や膨張材を使用せずに、低コストで効率的に外部拘束型の温度ひび割れを防止できる。

１０マスコンクリート構造物
１１下部コンクリート
１２上部コンクリート
Ｓ既設のコンクリート構造物、拘束体
ａ下部コンクリートの打設後の温度履歴曲線
ｂ下部コンクリートのヤング係数の変化線
ｃ上部コンクリートの打設後の温度履歴曲線
ｄ下部コンクリートのヤング係数の変化線
ａ１，ｃ１ピーク温度
ｂ１，ｄ１上限点

Claims

拘束体に対しコンクリート打設により構築される壁状のマスコンクリート構造物がその下端において前記コンクリート打設後の収縮時に前記拘束体により外部拘束されることに起因する外部拘束型温度ひび割れを防止する方法であって、
前記マスコンクリート構造物を、前記拘束体に接続する下部コンクリートと、前記下部コンクリート上の上部コンクリートと、に分け、前記コンクリート打設前に、前記下部コンクリートに硬化遅延剤を添加し、前記上部コンクリートに硬化促進剤を添加し、
前記硬化遅延剤の添加量と前記硬化促進剤の添加量とを調整することで、前記コンクリート打設後に前記下部コンクリートのヤング係数と前記上部コンクリートのヤング係数との間で相対的な差異を生じさせ、前記マスコンクリート構造物において前記収縮時の前記外部拘束による温度応力を低減し温度ひび割れを防止する、外部拘束型温度ひび割れ防止方法。
前記下部コンクリートの打設から前記ヤング係数の上限点に到達するまでの時間と前記上部コンクリートの打設から前記ヤング係数の上限点に到達するまでの時間との時間差が所定時間以上となるように前記硬化遅延剤の添加量と前記硬化促進剤の添加量とを調整する請求項１に記載の外部拘束型温度ひび割れ防止方法。
前記上限点に到達前の前記下部コンクリートの膨張が前記上部コンクリートに拘束されることで前記時間差に応じた圧縮応力が前記下部コンクリートに導入されて前記温度応力が低減する請求項２に記載の外部拘束型温度ひび割れ防止方法。
前記時間差内において前記上部コンクリートにおける前記収縮時の拘束応力が低減する請求項２または３に記載の外部拘束型温度ひび割れ防止方法。