JP3900498B2 - ゴムラテックスモルタル複合鋼床版 - Google Patents

Description

本発明は、高架橋や橋桁に適用されるゴムラテックスモルタル複合鋼床版に関するものである。

都市内の高架橋等において代表的な床版構造形式として鋼床版が広く採用されている。 図５に示すように、従来の一般的な鋼床版１００は、鋼板製のデッキプレート１０１に複数のＵリブ（補剛材）などの閉断面縦リブ１０２を溶接した構造である。このデッキプレート１０１の上面には密度の高いグースアスファルト１０３（厚さ例えば４０ｍｍ）が舗装され、このグースアスファルト１０３の上面には透水性のある通常のアスファルト１０４（厚さ例えば４０ｍｍ）が舗装される。

デッキプレート１０１に縦リブ１０２を溶接する場合には、両側隅肉溶接や完全溶け込み溶接で施工することが困難であるため片側隅肉で施工される。そのため、輪荷重が走行する際の変形に起因し、溶接ビード部から疲労亀裂が発生しやすく、溶接脚長を大きくして疲労強度を高める等の対策が講じられている。

一方、近年合理化された鋼床版では縦リブ間隔が拡大し、デッキプレートが厚くなる傾向にある。しかし、縦リブ間隔が拡がり輪荷重が縦リブ間に嵌まり込むような寸法諸元が採用されることから、従来の小形Ｕリブ使用時より局部変形による応力が大きくなる傾向がある。このような場合、デッキプレートの板厚をさらに増加することが有効であるが、単にデッキプレートの板厚を増加すると経済性に問題が残る。

上記の鋼床版では、鋼製の床版構造を主体として剛性を確保する構造であるが、鋼床版とその上に打設されるコンクリート層の複合体で剛性を確保する構造とした複合鋼床版も採用されつつある。

特許文献１に記載の合成鋼床版（複合鋼床版）においては、鋼板製基板の上面に、台形断面状の成形板材（縦リブに相当する）を複数並べてシーム部を溶接接合することで連続したコルゲート構造を形成し、そのコルゲート構造を鋼板製基板にボルト結合し、そのコルゲート構造の上面側に金網入りコンクリート層を形成している。この合成鋼床版においては、鋼板製基板と鋼製のコルゲート構造とコンクリート層との複合構造になっている。
特開平１１−２１８１５号公報

前記の特許文献１に記載の合成鋼床版では、コルゲート構造を鋼板製基板にボルト結合するため、縦リブの溶接部疲労強度が不足するという問題は解消する。しかし、金網入りコンクリート層が採用されているものの、コンクリート層と鋼板製基板との密着力を高めにくく、合成鋼床版に輪荷重に起因する大きな曲げモーメントが繰り返し作用するため、コンクリートに多数のクラックが発生する。

その多数のクラックの発生によりコンクリート層の剛性・強度が低下するため、合成鋼床版の剛性・強度が低下し、輪荷重による歪み量が増加したり、振動しやすくなるだけでなく、多数のクラックから内部へ雨水が侵入して鋼板製基板の腐食が進行し、合成鋼床版の耐久性が極端に低下するという問題がある。しかも、従来のコンクリート層には弾性や衝撃吸収能力が少ないため、路面の騒音を低減する機能も、衝撃を吸収する機能も殆ど期待できない。

本発明の目的は、剛性を高め得る複合鋼床版を提供すること、クラックが発生しないモルタル層を備え耐久性、防水、防錆に優れる複合鋼床版を提供すること、騒音低減機能や衝撃吸収機能を有する複合鋼床版を提供すること、耐摩耗性に優れる表面を形成できる複合鋼床版を提供すること、などである。

請求項１のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板製デッキプレートの下面に複数の補剛材を溶接した鋼製床版と、この鋼製床版の上面に固着されたゴムラテックスモルタル層とを備えたゴムラテックスモルタル複合鋼床版であって、車道部においては、前記ゴムラテックスモルタル層の厚さが前記デッキプレートの厚さよりも大きく設定され、且つ前記ゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性が前記鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きく設定されたことを特徴とするものである。

前記ゴムラテックスモルタル層は、ゴムラテックスを混入したモルタルからなる層であり、ゴムラテックスはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を主剤とするものである。ゴムラテックスを混入する比率は、セメントに対するゴムラテックス中のポリマーの重量比率にて１０〜１５％程度が望ましいが、この混入比率に限定されるものではない。

ゴムラテックスモルタル層は、接着力に優れるためデッキプレートとの密着性もよく、弾性もあるためクラックも発生しないので複合鋼床版の剛性が高まる。それ故、デッキプレートの板厚を増すのと同様の作用が得られる。
車道部においてはゴムラテックスモルタル層の厚さが前記デッキプレートの厚さよりも大きく設定され、且つゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性が鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きく設定されるが、デッキプレートの板厚をｔｓ、ゴムラテックスモルタル層の厚みをｔｍとすると、ゴムラテックスモルタルのヤング率はデッキプレートを構成する鋼のヤング率の約１／７であるので、詳細な計算式は省略して、ｔｍ＞１．９１×ｔｓのようにゴムラテックスモルタル層の厚みｔｍを設定すれば、ゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性が鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きくなる。
こうして、ゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性を前記鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きく設定することで、合成後の複合鋼板として約８倍の板曲げ剛性を得ることができる。例えば、１２ｍｍの板厚の鋼製床版に３０ｍｍ厚さのゴムラテックスモルタル層を形成した複合鋼床版にすることで、２８ｍｍの板厚の鋼製床版に匹敵するものを構成できる。
また、ゴムラテックスモルタル層にクラックが発生しないので、防水性がよく、デッキプレートの防錆に寄与する。ゴムラテックスモルタル層により騒音低減機能、衝撃吸収機能が得られ、ゴムラテックスモルタル層は耐摩耗性にも優れる。

請求項２のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、請求項１の発明において、前記ゴムラテックスモルタル層の上面に打設されたアスファルト層とを備えたことを特徴とするものである。最上層に任意厚さのアスファルト層を設けるため、このアスファルト層により透水性と、車両のタイヤのスリップ防止機能を得ることができる。

請求項３のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、請求項１又は２の発明において、前記ゴムラテックスモルタルはゴムラテックスが混入されたモルタルであり、前記ゴムラテックスの主剤はスチレンブタジエンゴムであることを特徴とする。モルタルに所定の比率のゴムラテックスを混入した流動性のモルタルをデッキプレートに塗布または吹き付けて硬化させればよいので、簡単な施工法によりゴムラテックスモルタル層を形成することができる。

請求項１のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板製デッキプレートの下面に複数の補剛材を溶接した鋼製床版と、この鋼製床版の上面に固着されたゴムラテックスモルタル層とを備えた構成であり、車道部においては、前記ゴムラテックスモルタル層の厚さが前記デッキプレートの厚さよりも大きく設定され、且つ前記ゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性が前記鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きく設定されたので、次の効果を奏する。
ゴムラテックスモルタル層は、接着力に優れるためデッキプレートとの密着性もよく、弾性もあるためクラックも発生しないので複合鋼床版の剛性が高まる。それ故、デッキプレートの板厚を増すのと同様の効果が得られ、デッキプレートの板厚を低減又は板厚の増加を防止して、製作コストの低減又は増加を防止することができる。例えば、１２ｍｍの板厚の鋼製床版に３０ｍｍ厚さのゴムラテックスモルタル層を形成した複合鋼床版にすることで、２８ｍｍの板厚の鋼製床版に匹敵するものを構成できる。
また、ゴムラテックスモルタル層にクラックが発生しないので、防水性がよく、デッキプレートの防錆に寄与する。ゴムラテックスモルタル層により騒音低減機能、衝撃吸収機能が得られ、ゴムラテックスモルタル層は耐摩耗性にも優れる。

請求項２のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、前記ゴムラテックスモルタル層の上面に打設されたアスファルト層とを備えた構成であるので、最上層にアスファルト層を設けるため、このアスファルト層により透水性と、車両のタイヤのスリップ防止機能を得ることができる。

請求項３のゴムラテックスモルタル複合鋼床版によれば、前記ゴムラテックスモルタルはゴムラテックスが混入されたモルタルであり、前記ゴムラテックスの主剤はスチレンブタジエンゴムであるので、モルタルに所定の比率のゴムラテックスを混入した流動性のモルタルをデッキプレートに塗布して硬化させればよいので、簡単な施工法によりゴムラテックスモルタル層を形成することができる。

本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板製デッキプレートの下面に複数の補剛材を溶接した鋼製床版と、この鋼製床版の上面に固着されたゴムラテックスモルタル層とを備え、車道部においては、前記ゴムラテックスモルタル層の厚さが前記デッキプレートの厚さよりも大きく設定され、且つ前記ゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性が前記鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きく設定されたものである。

以下、本発明の実施例について説明する。
図１〜図２に示すように、本実施例は高架高速道路の橋桁１に、ゴムラテックスモルタル複合鋼床版２を適用した場合の一例である。この高架高速道路の橋桁１は、ゴムラテックスモルタル複合鋼床版２（以下、単に複合鋼床版という場合もある）と、この複合鋼床版２の下面の両端付近部に固着されて橋軸方向に延びる主桁３と、複合鋼床版２の下面に橋軸方向に所定間隔おきに橋桁の幅方向（橋軸方向と直交する方向）へ延びるように配設されて複合鋼床版２に固着された複数の横桁４と、主桁３と横桁４の連結部に設けられた複数のブラケット５とを有する。

ゴムラテックスモルタル複合鋼床版２は、車道部Ａと歩道部Ｂに亘る鋼製床版６と、車道部におけるゴムラテックスモルタル層７とアスファルト層８と、車道部Ａの両端側部分の歩道部におけるゴムラテックスモルタル層９と均しコンクリート層１０とアスファルト層１１と、鋼製床版６の両端部に立設された鉄筋コンクリート製の高欄１２とを有する。 鋼製床版６は、鋼板製のデッキプレート１２（例えば厚さ１２ｍｍ）と、このデッキプレート１２の下面に橋軸方向へ延びるように配設され且つ橋軸と直交する幅方向に所定間隔おきに配設されてデッキプレート１２に溶接されデッキプレート１２と閉断面を形成する逆台形状の複数の補剛材１３とで構成されている。

鋼製床版６の上面に形成されるゴムラテックスモルタル層７，９、アスファルト層８，１１、コンクリート層１０などの構造は次のとおりである。
車道部Ａにおいては、デッキプレート１２の上面にゴムラテックスモルタル層７（例えば、厚さ２０〜３０ｍｍ）が形成されてデッキプレート１２に一体的に固着され、このゴムラテックスモルタル層７の上面に通常の透水性のアスファルト層８（例えば厚さ５０ｍｍ）が打設されてゴムラテックスモルタル層７と一体的に固着されている。

歩道部Ｂにおいては、デッキプレート１２の上面にゴムラテックスモルタル層９（例えば厚さ５〜１０ｍｍ）が形成されてデッキプレート１２と一体的に固着され、このゴムラテックスモルタル層９の上に均しコンクリート層１０（例えば厚さ１５０〜２００ｍｍの金網状の細い鉄筋入りコンクリート層である）が打設されてゴムラテックスモルタル層９と一体的に固着され、この均しコンクリート層１０の上面にはアスファルト層１１（例えば厚さは３０ｍｍ）が打設されて均しコンクリート層１０と一体的に固着されている。

次に、ゴムラテックスモルタル層７，９について説明する。
ゴムラテックスは、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を主剤とするセメントモルタル混和用乳剤である。水で希釈でき、セメントペースト又はモルタル混和時に水と混和するタイプの接着増強剤である。車道部Ａにおいては、厚さ３０ｍｍのゴムラテックスモルタル層７の板曲げ剛性が厚さ１２ｍｍの鋼板製のデッキプレート１２の板曲げ剛性よりも大きく設定され、ゴムラテックスモルタル層７の厚さがデッキプレート１２の厚さよりも大きく設定されている。ここで、上記のように、厚さ１２ｍｍのデッキプレート１２に厚さ３０ｍｍのゴムラテックスモルタル層７を形成して複合化した複合デッキプレートにすることで、厚さ２８ｍｍの鋼製デッキプレートに匹敵するものを構成することができる。

ゴムラテックスモルタル層７を有効活用して、デッキプレート１２とゴムラテックスモルタル層７との複合板曲げ剛性を高める為には、ゴムラテックスモルタル層７の板曲げ剛性を鋼板製のデッキプレート１２の板曲げ剛性よりも大きく設定する。この条件は、ゴムラテックスモルタル層７の厚さをｔｍ、鋼製デッキプレートの板厚をｔｓ、ゴムラテックスモルタル層７のヤング率が鋼のヤング率の１／７であるとして、概算により、ｔｍ＞１．９１×ｔｓとなる。

次に、ゴムラテックスモルタルの圧縮強度について説明する。セメント４００ｇ、砂１２００ｇ、ゴムラテックス８９．１ｇ、水１００ｇのゴムラテックスモルタル供試体（材令２８日）について圧縮強度試験を行った結果から、平均圧縮強度は３４．９Ｎ／ｍｍ² であり、普通モルタル以上の強度を発揮できることが確認され、引張強度は普通モルタルの約５倍であることが確認された。

次に、ゴムラテックスモルタルの耐衝撃性について説明する。
ゴムラテックスモルタルは、普通モルタルに比較して弾性に富み、重量や圧力の吸収度が大きく、衝撃吸収性能が高い、水とゴムラテックスの配合比を変化させ、ポリマーセメント比Ｐ／Ｃ（セメント重量に対するゴムラテックス中のポリマー重量の比）をパラメータとした耐衝撃性を調査するため、６７Ｋｇ鋼球落下による衝撃吸収度試験を実施した。 普通モルタルの破壊時の落下高さを１００とした場合の各配合供試体の指数を表１に示す。この表１より、ゴムラテックスの比率を増すと、衝撃吸収性能が向上していくことがわかる。

ゴムラテックスモルタルは、普通モルタルに比べてゴム混入の特性を発揮し、振動や歪みの大きい鋼材から剥離しにくく追従性がある。前記の圧縮強度試験供試体と同じ配合供試体で曲げ試験を行った結果から、曲げ引張強度は１０．３Ｎ／ｍｍ² であり、普通モルタルの３倍を有することがわかった。

他方、表面処理していない酸化被膜付き鋼板に、ゴムラテックスモルタルを約１０ｍｍ形成し、支点間距離を１０００ｍｍとして、鋼板の塑性変形領域までの曲げ剥離試験を行った結果から、ゴムラテックスモルタルと鋼板との密着性（固着性）は非常に高く、ゴムラテックスモルタルは鋼板に対する高い追従性を発揮することがわかった。

次に、ゴムラテックスモルタルの耐摩耗性について説明する。
水とゴムラテックスの配合比を変化させて、テーパー試験機による摩耗輪１０００回走行当たりの試料の摩擦損失量（テーパー指数）を調査した結果（表２参照）から、ゴムラテックスモルタルは普通モルタルと比べて３％程度しか摩耗せず、高い耐摩耗性と防塵効果があることがわかった。

ゴムラテックスは、モルタル内部の空隙を固形ゴムによって充填して水の侵入を防止し、優れた防水性を発揮するため、塗料に代わる防錆材としても活用可能である。水とゴムラテックスの配合比を変化させて、透水試験（ＪＩＳＡ１４０４）を実施した結果（表３参照）から、ゴムラテックスモルタルは普通モルタルに比べてかなり高い防水性能を発揮することがわかった。ゴムラテックスを５０％（Ｐ／Ｃ＝１１％）用いた場合は全く水を透さないことになる。

ゴムラテックスを混入する比率は、セメントに対するゴムラテックス中のポリマーの重量比率（ポリマーセメント比Ｐ／Ｃ）にて１０〜１５％程度が望ましいが、この混入比率に限定されるものではない。１０％未満では、ゴムラテックスを混入したことによる性能向上をあまり期待できず、また１５％以上では、高価なゴムラテックスのため製作コストが高価になり経済性が悪化してしまう。

ゴムラテックスモルタル層７，９は、接着力に優れるためデッキプレート１２との密着性もよく、弾性もあるためクラックも発生しないので複合鋼床版６の剛性が高まる。それ故、前述のようにデッキプレート１２の板厚を増すのと同様の作用が得られる。ゴムラテックスモルタル層７，９にクラックが発生しないので、防水性に優れ、デッキプレート１２の防錆に寄与する。ゴムラテックスモルタル層７，９により騒音低減機能、衝撃吸収機能が得られ、ゴムラテックスモルタル層７，９は耐摩耗性にも優れる。

車道部Ａにおいては、ゴムラテックスモルタル層７の上面に所定の厚さのアスファルト層８を設けるため、このアスファルト層８により透水性と、車両のタイヤのスリップ防止機能を得ることができる。ゴムラテックスモルタル層７の板曲げ剛性をデッキプレート１２の板曲げ剛性よりも大きく設定したため、デッキプレート１２の板厚を低減して或いはデッキプレート１２の板厚の増大を防止して、製作コストを低減することができる。

ゴムラテックスモルタルはゴムラテックスが混入されたモルタルであり、前記ゴムラテックスの主剤はスチレンブタジエンゴムであるので、モルタルに所定の比率のゴムラテックスを混入した流動性のモルタルをデッキプレートに塗布して硬化させればよいので、簡単な工程によりゴムラテックスモルタル層７，９を形成することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
（１）前記の橋桁１の構造は一例を示すものに過ぎず、主桁３や横桁４等の構造としては種々のものを採用可能である。また、ゴムラテックスモルタル複合鋼床版２の構造も一例に過ぎず、鋼製床版６におけるデッキプレート１２以外の縦リブ等の補剛材１３としては、種々の構造のものを採用可能である。例えば、補剛材１３は道路の幅方向に延びるように配設される場合もある。

（２）車道部Ａのゴムラテックスモルタル層７の厚さ２０〜３０ｍｍは一例に過ぎず、この厚さよりも小さな厚さ又は大きな厚さに設定可能である。但し、ゴムラテックスモルタル層７の厚さをデッキプレート１２の厚さよりも大きく設定し、ゴムラテックスモルタル層７の板曲げ剛性をデッキプレート１２の板曲げ剛性よりも大きく設定するものとする。 歩道部Ｂのゴムラテックスモルタル層９の厚さ５〜１０ｍｍも一例に過ぎず、この厚さよりも小さな厚さ又は大きな厚さに設定可能であり、ゴムラテックスモルタル層７，９の厚さを等しくしてもよい。
（３）車道部Ａのアスファルト層８の厚さも一例であって種々の厚さに設定可能であり、歩道部Ｂの均しコンクリート層１０の厚さも一例であって種々の厚さに設定可能であり、歩道部Ｂのアスファルト層１１の厚さも一例であって種々の厚さに設定可能である。

（４）本実施例のコンクリートモルタル複合鋼床版２は、高架高速道路以外に種々の橋桁にも適用可能である。
（５）その他、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

本発明の実施例に係る橋桁の断面図である。 前記橋桁の要部の斜視図である。 車道部のデッキプレートとゴムラテックスモルタル層とアスファルト層を示す斜視図である。 歩道部のデッキプレートとゴムラテックスモルタル層と均しコンクリート層とアスファルト層を示す斜視図である。 従来技術に係る鋼床版の要部斜視図である。

符号の説明

２ ゴムラテックスモルタル複合鋼床版
６ 鋼製床版
７ ゴムラテックスモルタル層
８ アスファルト層
９ ゴムラテックスモルタル層
１０ 均しコンクリート層
１１ アスファルト層
１２ デッキプレート
１３ 補剛材

Claims (3)

1. 鋼板製デッキプレートの下面に複数の補剛材を溶接した鋼製床版と、この鋼製床版の上面に固着されたゴムラテックスモルタル層とを備えたゴムラテックスモルタル複合鋼床版であって、
   車道部においては、前記ゴムラテックスモルタル層の厚さが前記デッキプレートの厚さよりも大きく設定され、且つ前記ゴムラテックスモルタル層の板曲げ剛性が前記鋼板製デッキプレートの板曲げ剛性よりも大きく設定された、
   ことを特徴とするゴムラテックスモルタル複合鋼床版。
2. 前記ゴムラテックスモルタル層の上面に打設されたアスファルト層とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のゴムラテックスモルタル複合鋼床版。
3. 前記ゴムラテックスモルタルはゴムラテックスが混入されたモルタルであり、前記ゴムラテックスの主剤はスチレンブタジエンゴムであることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムラテックスモルタル複合鋼床版。