JP3740596B2 - 管状エレメント内充填用コンクリート - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管状に形成されて水平方向に延在配置されたエレメントの内部に充填されるのに用いて好適な管状エレメント内充填用コンクリートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、道路、鉄道軌道等の活荷重が作用する場所の下方や、土被り厚を十分に確保することができない部分等を、開削工法を用いずに安全に掘削することのできる各種工法が近年実現している。
【０００３】
このような工法における代表的なものとしては、地盤における掘削対象部分を一度に掘削せずに、小断面の鋼製エレメントごとに掘削し、これら鋼製エレメントを地盤中に連設して、掘削対象部分の輪郭線を囲むように設け、しかる後に、これらエレメントに囲まれた部分を掘削するものが挙げられる。以下に、その概要を示す。
【０００４】
図１０は、鉄道軌道１の下方の地盤Ｇを掘削する場合の例を示したものであり、図中、符号２は、地盤Ｇ中において鉄道軌道１の両側方に設けられた作業用の溝を、３は、溝２の内部に配置された架台を、４は、架台３上において支持された掘進機を示している。
【０００５】
掘進機４からは、地盤Ｇ内部に向けて鋼製エレメント６が水平方向に延出する構成となっている。この鋼製エレメント６は、長尺管状に形成されたものであり、
その内部には、掘進機４から延出するスクリューコンベア８と、スクリューコンベア８の先端に位置して地盤Ｇに到達するように設けられたカッターヘッド９とが配置されている。
【０００６】
地盤Ｇを掘削する際には、カッターヘッド９によって地盤Ｇを掘削していくとともに、スクリューコンベア８によって掘削した土砂を排出する。また、カッターヘッド９による地盤Ｇの掘削と同時に、掘進機４の後方に設けられたジャッキ１０によって、掘進機４を介して鋼製エレメント６を前方に押し出していく。これにより、鋼製エレメント６を地盤Ｇ中に嵌入して、鉄道軌道１を隔てて位置する溝２にまで到達させる。
【０００７】
さらに、上述のようにして設けられた鋼製エレメント６に隣接させて新たに別の鋼製エレメント６を地盤Ｇ中に嵌入させ、これにより、地盤Ｇ中に、鋼製エレメント６，６，…からなる構造体を形成していく。この際、鋼製エレメント６として、例えば、図１１に示すように、隣接する鋼製エレメント６に設けられたフック１２と係合するガイド１３を有するものを用いるようにすれば、鋼製エレメント６同士間の相対位置の精度を確保することができる。
【０００８】
このようにして、地盤Ｇ中の掘削対象部分を囲むように鋼製エレメント６，６，…からなる構造体を形成するとともに、これら鋼製エレメント６の内部にコンクリートを充填して、各エレメントの強度を確保する。さらに、これら鋼製エレメント６，６，…によって形成された構造体の内部を掘削することによって、溝２，２間を貫通する掘削坑を形成する。
【０００９】
この場合、鋼製エレメント６内にコンクリートを充填するにあたっては、通常、図１３に示すように、地盤Ｇの表面から鋼製エレメント６の内部に通じるコンクリート打設孔１５を複数設けておき、鋼製エレメント６の端部６Ａおよびこれらコンクリート打設孔１５から鋼製エレメント６の内部にコンクリートを打設する等の方法が採用されている。
【００１０】
しかしながら、通行車両等の問題により地盤Ｇ上においてコンクリートの打設作業を行うことが困難なことがあること、および、コンクリート打設孔１５を設けることによりコストや労務の上で問題が生じること等の理由により、最近では、高い流動性を有し、これにより、閉鎖空間内に打設した場合に自己充填性を発揮することが可能であるような高流動コンクリートを適用することが検討されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような高流動コンクリートにおいては、ある程度流動距離が長くなると、材料分離が発生し、品質が低下することが指摘されている。したがって、高流動コンクリートを上述のようなエレメントの端部から充填させた場合、エレメントの先端部において粗骨材の分離が発生し、強度・ヤング係数等の硬化後のコンクリートの品質を十分確保できないという問題がある。さらに、この場合、狭隘な閉鎖空間への打設作業であることから、締固め作業が行えないか、あるいは、行えたとしても十分な締固めができず、コンクリートの品質の低下が一層顕著なものとなる。
【００１２】
一方、このような材料分離を防ぐためには、コンクリートの流動性を低下させるか、あるいは粘性を高めるようにすることが有効であるが、この場合、高流動性コンクリートの自己充填性が失われ、エレメントの先端にまでコンクリートを良好に充填できないという問題が発生する。
【００１３】
上記事情に鑑み、本発明においては、管状エレメント内に対して良好に充填でき、なおかつ、エレメントの先端部において材料分離が発生しないような管状エレメント内充填用コンクリートを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の管状エレメント内充填用コンクリートは、管状に形成されて水平方向に延在配置された長さ２０ｍ〜４０ｍのエレメントの内部に充填されるコンクリートであって、
そのスランプフローの値が５５〜６５cmに設定され、なおかつ、その塑性粘度が６５〜７２Pa・ｓに設定されていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成とされるために、請求項１に係る管状エレメント内充填用コンクリートは、アンダーピンニングや鉄道のアンダーパスを構成する管状エレメントに対して良好に適用することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明における管状エレメント内充填用コンクリートとしては、セメント、水、細骨材、粗骨材および混和材料が混練されたコンクリートであって、管状エレメント内に良好に充填することのできるように流動性が高められ、なおかつ、材料分離抵抗性が付与されたものが用いられる。
【００１８】
この場合、具体的には、セメントとしては、ポルトランドセメントや白色セメント、アルミナセメント、高炉セメントのような公知のセメントが用いられる。また、水としては、例えば水道水が、細骨材としては、例えば、山砂、砕砂等が、粗骨材としては、砕石、玉砂利等が用いられる。
【００１９】
また、コンクリートの流動性を高めるための手段としては、コンクリート中に高性能ＡＥ減水剤を混入することが行われる。この場合、高性能ＡＥ減水剤としては、ポリカルボン酸系、ナフタレン系など、一般に使用されているものを用いることができる。
【００２０】
さらに、コンクリートに対して材料分離抵抗性を付与するための手段としては、例えば、以下の▲１▼から▲３▼に示すようなものが好適に用いられる。
▲１▼ 粉体系分離抵抗性増加方法
この方法は、微粉末の混和材料をコンクリートに混入し、コンクリート中の粉体含有率を高めて水粉体比を低くすることにより、コンクリートの塑性粘度を増加させ、材料分離抵抗性を高めるものである。この方法を採用した場合、コンクリートに対してセメントを増加させることの他に、上記混和材料として、例えば、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、石灰石微粉末等が混入されることとなる。このような混和材料は、コンクリートの練り合わせ時に混合される。
▲２▼ 増粘剤系分離抵抗性増加方法
この方法は、増粘剤を材料の練り合わせ時に添加して高流動コンクリートの塑性粘度を増加させ、材料分離抵抗性を高める方法である。この方法を採用した場合、例えば、増粘剤としては、グリコール系増粘剤、セルロース系増粘剤、その他の増粘剤を好適に用いることができる。
▲３▼ 併用系分離抵抗性増加方法
この方法は、粉体含有率を増加させる粉体法と、増粘剤を添加する増粘剤法とを併用してコンクリートの塑性粘度を増加させる方法である。この方法を採用した場合、▲１▼に示したようにセメントを増加させるか混和材料を混入して粉体量を増加させた上に、▲２▼に示した増粘剤を混入させる。
【００２１】
そして、本発明においては、管状エレメント内に充填されるコンクリートとして、（１）スランプフローの値が５５〜６５cmに調整され、なおかつ、（２）塑性粘度が６５〜７２Pa・ｓの範囲内に調整されたコンクリートが用いられる。なお、この場合、これら（１）および（２）の条件を実現するために、上述したようなコンクリートの流動性を高めるための手段、あるいは、コンクリートの材料分離抵抗性（塑性粘度）を高めるための手段のうちのいずれかが任意に選択される。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳細に説明する。
まず、本実施例において使用したコンクリート材料とその略記号を以下に示す。
【００２３】
［コンクリート材料］
水 （略記号 Ｗ） ：水道水
セメント （略記号 Ｃ） ：高炉セメントＢ種 （比重３．０５）
細骨材 （略記号 Ｓ１）：市原産山砂（比重２．５９）
細骨材 （略記号 Ｓ２）：鳥形山産石灰砕砂（比重２．６５）
粗骨材 （略記号 Ｇ） ：峩朗産石灰砕石（比重２．７０）
高性能ＡＥ減水剤（略記号 ＣＸ）：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
増粘剤 （略記号 ＷＸ）：グリコール系増粘剤
【００２４】
上述のコンクリート材料の配合設計を、前記略記号を用いて表１に示した。なお、表１において、配合No.1は、スランプフローが５０〜５５cmの場合、配合No.2は、スランプフローが５５〜６５cmの場合、配合No.3は、スランプフローが６５〜７０cmの場合を表しており、これらはいずれも、高性能ＡＥ減水剤および増粘剤を混入することにより高流動コンクリートとしての性能を付与されたものである。なお、これらの表において、Ｇmaxは粗骨材の最大粒径を、Ｗ／Ｃは水セメント比を、ｓ／ａは細骨材率を表す。また、％表示は、Ｗ／Ｃ、ＣＸ、ＷＸについては、重量％であり、ｓ／ａについては、体積％である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
［コンクリートの流動実験］
次に、以上のような配合設計とされた高流動コンクリートを用いて、実際の管状エレメントを模擬した実物大の流動実験を行った際の実験結果を示す。
この試験は、長さ19.5ｍおよび39.5ｍの管状エレメントを模擬した型枠内に、上述の配合がなされた高流動コンクリートを打設し、コンクリートの充填状況、粗骨材の分離の程度、および、そのときのフレッシュコンクリートの物性値を調べたものである。
実験水準の組み合わせは以下の通りである。
【００２７】
流動距離：19.5ｍ
配合No.1およびNo.3（スランプフローの範囲50〜55cmおよび65〜70cm）
流動距離：39.0ｍ
配合No.1およびNo.2（スランプフローの範囲50〜55cmおよび55〜65cm）
【００２８】
図１は、長さ19.5ｍの型枠に、その一端から上述の高流動コンクリートを充填させた場合の充填状況を示したグラフであり、（ａ）は、配合No.1のコンクリートを打設した場合、（ｂ）は、配合No.3のコンクリートを打設した場合の結果である。また、図中、横軸は、上記一端からの距離（流動距離）を、縦軸は、型枠底面からの高さ位置を表しており、（ａ）においては、充填開始からのコンクリートの表面の位置をコンクリートを５ｍ³充填するごとに、（ｂ）においては、コンクリートを１０ｍ³充填するごとに示している。また、図中、矢印に沿って示された％の値は、打設されたコンクリートの表面の勾配を表している。これら図中に示すように、配合No.1およびNo.3のいずれの場合においても、コンクリートを型枠の先端まで充填させることができた。
【００２９】
また、図２に、型枠内に打設されたコンクリートから一定量の試料を採取し、その試料中に含まれるコンクリートの単位粗骨材量の測定した際の結果を示す。図中、横軸は、試料の採取された位置の上記一端からの距離（流動距離）を、縦軸は、試料に含まれるコンクリートの単位粗骨材量を表している。この図に示すように、型枠の先端部においては、配合No.3の場合に、粗骨材の分離が著しくなった。
【００３０】
また、図３は、長さ39.0ｍの型枠に、その一端から上述の高流動コンクリートを充填させた場合の状況を示したグラフである。ここに、（ａ）は、配合No.1のコンクリートを打設した場合、（ｂ）は、配合No.2のコンクリートを打設した場合の結果である。この図においても、図１と同様に、横軸は、上記一端からの距離（流動距離）を、縦軸は、型枠底面からの高さ位置を表している。また、これら各図中において、実線で示すものは、充填開始からのコンクリートの表面の位置の時間的経過であり、図中、矢印に沿って示された％の値は、打設されたコンクリートの表面の勾配を、時間（分）の表示は、コンクリートの打設開始からの時間を表している。
【００３１】
図３中に示すように、配合No.1の場合には、コンクリートの流動が28.5ｍの位置で停止し、それ以上コンクリートを供給しても全く先端は流動せず、流動が不可能となった。一方、配合No.2の場合には、コンクリートを型枠先端にまで充填することができた。
【００３２】
また、図４に、配合No.2の場合に、型枠内に打設されたコンクリートからコアを採取し、そのコアの端面を整形した場合のコンクリートの粗骨材面積率を測定した際の結果を示す。図中、横軸は、コアの採取された位置の上記一端からの距離（流動距離）を、縦軸は、コアに含まれるコンクリートの粗骨材面積率を表している。また、図中「上側」および「下側」として示したものは、測定対象のコンクリートが各断面の上部および下部のいずれかにおいて得られたものであるかを表している。この図に示すように、配合No.2の場合、流動のごく先端部分のみは、材料分離が発生し、粗骨材率が減少しているのが認められたが、概ね均質なコンクリートを施工することができた。
【００３３】
以上の流動実験により、流動距離が２０ｍ〜４０ｍに適する長距離流動用コンクリートとしては、配合No.2の場合、すなわち、コンクリートのスランプフローの値が５５〜６５cmのものが好適であることが確認された。
【００３４】
なお、この場合、図５に示すように、コンクリートのスランプフローと降伏値とは略線形関係を有するため、参考値として、降伏値が３５〜７０Paであることを、長距離流動用コンクリートが具備すべき物性であることとした。
【００３５】
さらに、配合No.2の場合において、ロート試験により、長距離流動用コンクリートの粘性についての検討を行った。この試験を行ったのは以下のような理由による。すなわち、コンクリートの粘性は、材料分離に対する抵抗性と大きな関係があり、これが大きいほど材料分離が発生しにくくなる。一方で、粘性が大きくなりすぎると、ポンプの圧力が上昇する等施工性が低下する。したがって、用いるべき長距離流動用高流動コンクリートが、適切な範囲の粘性であることを確認する必要があるためである。
【００３６】
ここでは、ロート試験としてＳロート流下試験およびＶロート流下試験を行った。Ｓロート流下試験は、図６に示すような、φ100mm、長さ800mmの鉛直管にコンクリートを充填し、その流下時間からコンクリートの塑性粘度の概略値を求める方法である。配合No.2のコンクリートにおいては、流下時間の範囲は３秒から４秒であった。これを図７に示すようなＳロートにおけるコンクリートの流下時間とコンクリートの塑性粘度との関係（実験結果）に対応させた場合、配合No.2のコンクリートの塑性粘度は、６５〜７２Pa・ｓであると推定される。
【００３７】
一方、Ｖロート流下試験は、図８に示すような形状および寸法のロート内にコンクリートを投入し、下部の吐出口２０を開いてコンクリートの流下時間を測定するものである。
【００３８】
この試験によれば、配合No.2のコンクリートの流下時間は８〜１０．５秒であり、これを図９に示すようなＶロートにおけるコンクリートの流下時間とコンクリートの塑性粘度との関係（実験結果）にあてはめると、配合No.2のコンクリートの塑性粘度は、６５〜７２Pa・ｓであると推定される。
【００３９】
これらの試験により、２０〜４０ｍ程度の流動距離に適用する高流動コンクリートとして、塑性粘度の範囲が６５〜７２Pa・ｓのものが好適であることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の管状エレメント内充填用コンクリートにおいては、そのスランプフローを５５〜６５cmの範囲とするとともに、その塑性粘度を６５〜７２Pa・ｓとしたため、流動距離が数十ｍの長距離にわたる場合においても、エレメント内に良好に打設することが可能であり、また、コンクリートの流動中に材料分離が生じ、硬化後のコンクリートの品質が低下することを防ぐことができる。したがって、本発明の管状エレメント内充填用コンクリートは、各種工事における管状エレメントの施工に良好に適用でき、有害な材料分離の発生を防止して、施工品質を確保することが可能である。
【００４１】
さらに、このような管状エレメント内充填用コンクリートは、エレメントの長さが２０〜４０ｍの場合に特に好適であり、この場合、エレメントを各種工事への良好に適用することが可能である。さらに、この場合、エレメント内へのコンクリートの充填作業が容易に実行できるため、従来に比較して施工性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の効果を確認するために行ったコンクリートの流動実験の結果を示す図であって、（ａ）は、長さ19.5ｍの型枠に、スランプフローが５０〜５５cmのコンクリートを充填した場合、（ｂ）は、長さ19.5ｍの型枠に、スランプフローが６５〜７０cmのコンクリートを充填した場合の例を示す図である。
【図２】 図１に結果を示したコンクリートの流動実験におけるコンクリートの流動距離と単位粗骨材量との関係を示す図である。
【図３】 本発明の効果を確認するために行ったコンクリートの流動実験の結果を示す図であって、（ａ）は、長さ39.5ｍの型枠に、スランプフローが５０〜５５cmのコンクリートを充填した場合、（ｂ）は、長さ39.5ｍの型枠に、スランプフローが５５〜６５cmのコンクリートを充填した場合の例を示す図である。
【図４】 図３（ｂ）に結果を示したコンクリートの流動実験におけるコンクリートの流動距離と粗骨材面積率との関係を示す図である。
【図５】 図３（ｂ）に結果を示したコンクリートの降伏値の範囲を、コンクリートのスランプフローと関連づけて示したグラフである。
【図６】 本発明の効果を確認するために行ったコンクリートの流動試験に用いられたコンクリートの粘性を試験するために用いられたＳロートの形状を示す斜視図である。
【図７】 図６に示したＳロートを用いて行われた試験結果をコンクリートの塑性粘度と関連づけて示したグラフである。
【図８】 本発明の効果を確認するために行ったコンクリートの流動試験に用いられたコンクリートの粘性を試験するために用いられたＶロートの形状および寸法を示す斜視図である。
【図９】 図８に示したＶロートを用いて行われた試験結果をコンクリートの塑性粘度と関連づけて示したグラフである。
【図１０】 本発明の従来の技術を示す図であって、鉄道軌道下方の地盤を掘削して鋼製エレメントを当該地盤内に嵌入する際に用いられる工法を概略的に示した立断面図である。
【図１１】 図１０に示した工法において用いられる鋼製エレメントの立断面図である。
【図１２】 図１０に示した工法によって地盤中に鋼製エレメントを嵌入した後に、当該鋼製エレメントにコンクリートを打設するためにコンクリート打設孔を設けた際の状況を示す立断面図である。

Claims (1)

1. 管状に形成されて水平方向に延在配置された長さ２０ｍ〜４０ｍのエレメントの内部に充填されるコンクリートであって、
   そのスランプフローの値が５５〜６５cmに設定され、なおかつ、その塑性粘度が６５〜７２Pa・ｓに設定されていることを特徴とする管状エレメント内充填用コンクリート。

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