JP4113144B2

JP4113144B2 - ヒューム管の製法

Info

Publication number: JP4113144B2
Application number: JP2004073213A
Authority: JP
Inventors: 芳春渡邉
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005254760A

Description

本発明は、モルタル、コンクリート又はモルタルとコンクリートからなるヒューム管であって、最内層のモルタル又はコンクリートのみに金属繊維を配合して遠心力成型してなる外圧強度をより高めたヒューム管に関する。

従来、ヒューム管の強度を高めるためには、膨張材を使用したコンクリートを用いて遠心力成型していた。これはケミカルプレストレスやケミカルプレス効果により、曲げ強度を増加させて外圧強度を高めるものである。この際、膨張材の膨張力が強すぎると管の端部や外側にひびわれが発生するので外圧強度を高めるにも限界があった。また、高強度混和材を添加したコンクリートを用いて遠心力成型し高外圧強度を得る方法もあるが、圧縮強度の増加に比して曲げ強度の増加には限界があるという課題があった。

特許文献１にはヒューム管の膨張、ひび割れを防止してより外圧強度を高める方法として、遠心力成型方法を二層成型法とし、その外層コンクリートに膨張性の小さいコンクリートを、内層コンクリートに膨張性の大きいコンクリートを用いる方法が提案されている。この方法は、継ぎ目ができないようにコンクリートが締まらない１０Ｇ程度で重ねて投入してから、通常の遠心力成型を行って一体化させるものであり、この際、特許文献１に示すように、コンクリートに添加する混和材として、高強度混和材や鋼繊維が記載されているが、鋼繊維を添加するのは管全体なのか、管の外側なのか、内側なのかは区別されずその配合量も記載されていないものである。

特許文献２には、遠心力成型体の製造方法において、スラッジを発生させないコンクリートを遠心力成型した後に繊維をライニングする技術が開示されている。これは遠心力成型体内面に形成される締まらないモルタル又はペースト層の表面に、急硬性のスラリーを０．２〜１０ｍｍの厚さで遠心力成型によりライニングして内面を平滑にし、且つ、締まらないペースト層の落下を防止するために、スラリーに繊維を添加する方法である。

しかしながら、この場合はあくまでも遠心力成型体のライニング層であって、遠心力成型体自体には繊維を配合していない。しかもこの繊維は太さが４０００デニール（Φ０．６６ｍｍ) 以下、長さが３０ｍｍ以下のカーボン繊維や有機合成繊維、金属繊維の柔軟性があるものと記載されており、急硬性のスラリーを使用することを特徴としている。その目的は外圧強度の増加ではなく、成型直後の運搬時などの振動や衝撃で締まらないペースト層のライニング層が落ちたり、ひびわれが入るのを防止し、乾燥収縮、ひびわれをも低減するというものである。そのために繊維もより柔軟性がある細い３５０デニール（Φ２００μｍ) 以下又は１５デニールの細い繊維が好ましく、その結果、剛性が弱く外圧強度を高める効果は得られないものである。
特開昭６２−１８３３０９号公報特開平１１−２０７７２５号公報

ヒューム管は主に遠心力成型によって製造され、上下水道管路や用水路、通信ケーブルの収容管などとして地下に埋設又は設置される。したがって、土圧が加わるために外圧強度を高くする必要がある。近時、設置するヒューム管の深度も深くなる一方で、土圧もより高くなることから、より高強度のヒューム管が要求されている。
本発明は、金属繊維を特定の部位に配合することによって、少量の金属繊維を用いて高外圧強度のヒューム管を提供することを目的とする。

本発明の構成は、モルタル又はコンクリートを投入して遠心力を加える操作を１回以上行った後、フロー値が２５０ｍｍ以上の高流動モルタルに金属繊維を添加して練混ぜた繊維配合モルタルを投入して最内層を遠心成形し、該最内層を管厚の５ないし７０％とし、繊維配合モルタル中の金属繊維が、０．５ないし６．０容積％であることを特徴とし、或いはスランプフロー値が４０ｃｍ以上の高流動コンクリートに金属繊維を添加して練混ぜた繊維配合コンクリートを投入して最内層を遠心成形し、該最内層を管厚の５ないし７０％とし、繊維配合コンクリート中の金属繊維が、０．５ないし３．０容積％であることを特徴とする。

すなわち、本発明はヒューム管の最内層のみに金属繊維を添加したモルタル又はコンクリートを遠心力成型してなる高外圧強度ヒューム管である。金属繊維を配合したモルタル又はコンクリートがヒューム管の最内層に存在する場合に、ヒューム管の外圧強度が高くなり、より経済的であることを見出して本発明を完成するに至った。

本発明により、ヒューム管の外圧強度が向上し、より深い地下に設置できるようになった。また、反対に、設置した管路の上を道路にする場合などでは車輛と土圧の両方の荷重が加わるため、ヒューム管の設置深さを深くして車輛による荷重や衝撃を軽減していたが、本発明ヒューム管であれば、設置のために掘る管路の深さを浅くすることができる。また、金属繊維はヒューム管の内層のみに配合するので効率よく外圧強度を高めることができる。

本発明で使用する配合割合や添加量を示す部や％は質量基準である。但し、金属繊維の場合はモルタル又はコンクリート１ｍ³当たりの容積％である。
本発明に使用するセメントは、各種ポルトランドセメント、シリカセメントやフライアッシュセメント、高炉スラグセメント等の各種混合セメント及びエコセメントが使用できるが、急硬性セメントは好ましくない。

(1) ヒューム管は、従来、モルタル又はコンクリートを型枠に投入し、遠心力成型して得られるものである。
(2) 具体的には、管径が小さい場合は１回投入で遠心力成型し、ノロが発生した分管厚が薄くなので、ウエットモルタル又はドライモルタルを投入して再度遠心力成型して管厚を調整しながら締め固め、最後に刷毛で水を切りながら刷毛目を付けて仕上げる。また、管径が１０００ｍｍ以上の場合は複数回に分けてモルタル又はコンクリートを投入して、各層毎に遠心力成型して締め固める。なお、発生するノロはその都度廃棄して、新しいモルタル又はコンクリートを投入して繰返し遠心力成型し、最後は上記ウエットモルタル又はドライモルタルを投入して管厚調整と刷毛仕上げを行う。
本発明のヒューム管は、小径で一層成型が可能な場合においても少なくとも２回に分けて成型し、内側の層（２回目の成型）に金属繊維を配合したモルタル又はコンクリートを成型する。又、数回に分けてモルタル又はコンクリートを成型する場合は、最も内側となる層に金属繊維を配合するものである。

(3) すなわち、本発明は最も内側となる層に金属繊維を配合したモルタル又はコンクリートを用いて遠心力成型したヒューム管であり、以下、最も内側となる層を単に内層と称呼する。
(4) なお、仕上げのためにウエットモルタル及びドライモルタルによって、生成した層は最内層から除く。

本発明において、金属繊維は通常モルタル又はコンクリートに使用されるものでよく、その配合量が多いほど順次外圧強度を増大していくが、一定量を超えると強度の増加は頭打ちとなり、且つ、作業性も低下し、ファイバーボールが内面に浮いて仕上げができなくなる。内層がコンクリートの場合は、１ｍ³に対して０．５〜３．０容積％、好ましくは１〜２．５容積％配合される。モルタルの場合は１ｍ³に対して０．５〜６．０容積％、好ましくは１〜５容積％配合される。モルタルの場合は６．０容積％を超える量、コンクリートの場合は３．０容積％を超える量では、高流動モルタル又はコンクリートとした場合でも内面にファイバーボールが発生する。

ヒューム管の外圧強度をより高めるためには内側に金属繊維を集中すればよく、全管厚の内側から７０％以下の厚さに、金属繊維を配合したモルタル又はコンクリートを遠心力成型するものである。一般的に内層に金属繊維を集中させる方が、管全体に金属繊維を分散させるよりも外圧強度は増大し、かつ、経済的にも好ましいものである。
内層の厚さは管厚の５〜７０％、好ましくは１０〜６０％、より好ましくは２０〜５０％である。内層が７０％よりも厚いと、金属繊維は内側よりも外側に集中し易くなり、外圧強度の増加は小さくなる。また、内層の厚さが５ｍｍ未満では内面にファイバーボールが残り仕上げができなくなり、より多くの金属繊維を添加できないので外圧強度の増加は小さくなる。

ヒューム管を製造するにあたっては、モルタル又はコンクリートを常法により外層( 金属繊維が配合されていないモルタル又はコンクリートによる層) に遠心力成型して締め固めてから、更に、金属繊維を添加したモルタル又はコンクリートを上記厚さの範囲で内層（内層コンクリートという) に遠心力成型して締め固める。次いで、通常行われている内面仕上げ方法で仕上げるものである。また、外層コンクリートと内層コンクリートの境目を無くしたい場合は、外層コンクリートを投入した後に、或いは脱水しない程度に適度に締め固めた後に、内層コンクリートを投入して高速回転して一体化してもよい。要するに、金属繊維を添加した内層のモルタル又はコンクリートが管厚の７０％以下の厚さで形成されていればよい。

外層コンクリートの配合は特に制限はなく、通常ヒューム管製造時に使用されている配合でよく、金属繊維を配合する内層コンクリートも外層コンクリートの配合に金属繊維を添加した配合でもよい。更に、内層のモルタル又はコンクリート配合にも制限はないが、コンクリートの場合は、最大粗骨材寸法は２０ｍｍ以下、１３ｍｍ以下の小さい方が作業性の面より好ましい。モルタルの場合は通常５ｍｍ以下の細骨材が使用される。金属繊維を配合することによる単位水量の増加は遠心力成型により脱水されるので強度的に問題はない。金属繊維の配合量によって延展性（内層コンクリートの延び) などの作業が悪くなるのを改善するために高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤を任意に使用することができる。

より積極的に内層に金属繊維をより多く添加して、より外圧強度を高めるには粘ちょう性の高流動のモルタル又は高流動コンクリートをベースとして使用することが好ましい。金属繊維の添加によってモルタルフローやスランプフローが低下しても、遠心成型時の低速や中速回転の振動でよく動いて遠心力成型性に問題を生ずることはない。モルタルフローはJIS R 5201の抜き上げフローで２５０ｍｍ以上、好ましくは２８０ｍｍ以上、より好ましくは３００ｍｍ以上である。また、コンクリートのスランプフローでは４０ｃｍ以上、好ましくは５０ｃｍ以上、より好ましくは６０ｃｍ以上である。
本発明において、ベースとなる高流動モルタルや高流動コンクリートを製造する際に、通常のヒューム管には使用しないか、使用しても少量である、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤を比較的大量に使用する。

高性能減水剤とはポリアルキルアリルスルホン酸塩系、芳香族アミノスルホン酸塩系、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系のいずれかを主成分とするものであり、これらの一種又は二種以上が使用されるものである。ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤にはメチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、アントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物などがある。市販品としては電気化学工業（株）社商品名「FT-500」とそのシリーズ、花王（株）社商品名「マイティ-100」（粉末）や「マイティ-150」とそのシリーズ、第一工業製薬（株）社商品名「セルフロー110P」（粉末）、竹本油脂（株）社商品名「ポールファイン510N」等、日本製紙（株）社商品名「サンフローPS」とそのシリーズなどが代表的である。芳香族アミノスルホン酸塩系高性能減水剤としては藤沢薬品（株）社商品名「パリックFP200H」とそのシリーズがある。メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水剤には、グレースケミカルズ社商品名「FT-3S 」、昭和電工（株）社商品名「モルマスターF-10」（粉末）や「モルマスターF-20」（粉末）が挙げられる。

高性能ＡＥ減水剤は、通常、ポリカルボン酸塩系減水剤と呼称され、不飽和カルボン酸モノマーを一成分として含む共重合体又はその塩であり、例えば、ポリアルキレングリコールモノアクリル酸エステル、ポリアルキレングリコールモノメタクリル酸エステル、無水マレイン酸及びスチレンの共重合体やアクリル酸やメタクリル酸塩の共重合体及びこれらの単量体と共重合可能な単量体から導かれた共重合体などを挙げることができる。（株）エヌエムビー社商品名「レオビルドSP８N 」シリーズ、藤沢薬品工業（株）社商品名「パリックFP100S,300S 」シリーズ、竹本油脂（株）社商品名「チュポールHP8,11」シリーズ、グレースケミカルズ（株）社商品名「ダーレックススーパー100、200、300,1000」シリーズ、その他が市販されている。これらの使用量は目的とする遠心力成型性や外圧強度が得られれば特に制限はない。

本発明の遠心力成型方法は特に限定はなく、通常行われている方法でよい。手順の一例を示すと、外層となるモルタル又はコンクリートを張り付く程度の低速回転で投入し、投入後、これより少し高い回転でモルタル又はコンクリートを延ばしてから、１５Ｇ程度で数分間回転させ締め固めて、次いで、３０Ｇ以上で高速回転（数分間) して強く締め固める。その後、内層となる金属繊維を配合したモルタル又はコンクリートを同様の手順で締め固めてから、内面仕上げは常法により湿式モルタル又はドライモルタルを用いて行う。また、前記したように外層コンクリートと内層コンクリートを一体化するような遠心力成型方法も適宜採用可能である。

セメント混和材としては、通常使用されている膨張材や石こう及びシリカフュームなどの高強度を発現する混和材や、流動性を改善する分級した球形のフライアッシュなどの一種又は二種以上が使用可能であり、外層コンクリート、内層コンクリートのいずれにも混和できる。
本発明のヒューム管の養生方法は、特に制限はなく、空気中養生、標準養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等、周知のいずれも可能である。
金属繊維を添加したモルタル又はコンクリートの練り混ぜ方法も、特に制限はなく、ファイバーボールを生成させないためには、先にモルタル又はコンクリートを練り混ぜてから、更に、ミキサの撹拌を継続しながらその中に金属繊維を添加する方法が好ましい。

以下の実施例及び比較例において使用する材料と、測定方法をまとめて示す。
＜使用材料＞
セメント：電気化学工業社製：普通ポルトランドセメント、密度３．１６ｇ／ｃｍ³
砂：新潟県姫川産川砂（５ｍｍ下）、密度２．６２ｇ／ｃｍ³
砕石：新潟県姫川産砕石（１０〜５ｍｍ）、密度２．６４ｇ／ｃｍ³
フライアッシュ (FA20) ：四国電力社製、20μｍ以下に分級したもの、
密度２．４４ｇ／ｃｍ³
金属繊維：東京製綱社製、「ダイパック」鉄製、幅０．９ｍｍ、（厚さ０．３４ｍｍ）× 長さ３０ｍｍ、密度８．００ｇ／ｃｍ³
減水剤：高性能減水剤（ＷＲＡ）、電気化学工業社製「ＦＴ−５００」

＜測定方法＞
モルタルのフロー：ＪＩＳＲ５２０１による抜き上げフロー
コンクリートのスランプフロー：コンクリートのスランプフローはＪＩＳＡ１１０１に準じ、スランプコーンを抜き上げたときのコンクリートの横の広がり（ｃｍ）をフロー値として測定した。

遠心力成型体の外圧強度の測定：外径２０ｃｍ×長さ３０ｃｍの円筒型枠に外層となるモルタル又はコンクリートを遠心力成型してノロを排出してから、金属繊維を添加した内層モルタル又はコンクリートを投入して遠心力成型した。この際、全管厚を５０ｍｍとなるようにして、外層コンクリートと内層コンクリートの厚さを任意に変えるために、それぞれ投入量を調節した。遠心力成型方法はそれぞれ、初速１．５Ｇ×２分間、低速３Ｇ×５分間、中速I：８Ｇ×１分間、中速II：１５Ｇ×２分間、高速３０Ｇ×３分間の条
件で遠心力成型した。内層コンクリートが締まらない場合は高性能減水剤を１／２に希釈して０．０５ｇ／ｃｍ²の割で低速回転させながら散布した後、高速に上げて脱水させて締め固めた。

遠心力成型した供試体は、２時間後から１５℃／時間の速度で２０℃〜７５℃まで上げて、そのまま４時間保持して蒸気養生を終了し、そのまま養生槽で徐々に自然冷却して翌日脱型し、ひび割れが発生する外圧荷重を測定して曲げ引張強度を算出した。
また、モルタル又はコンクリートの練り混ぜは、セメント、混和材、細骨材、粗骨材を３０秒間空練りした後、水に減水剤を溶解した練り混ぜ水を添加して３分間オムニミキサで練り混ぜた。金属繊維を添加する場合は、前記したようにモルタル又はコンクリートを練り混ぜた後、撹拌を止めないで少しづつ金属繊維を添加してから、更に３分間練り混ぜた。なお、ベースモルタル又はコンクリートを軟らかくしたために金属繊維を添加しても単位水量は変えないで行った。
表１にベースモルタル又はコンクリートの配合を、表２に強度試験結果を示した。

（注１）ＷＲＡ：高性能減水剤を水に内割り溶解する。
（注２）Ａ、Ｂの Flow の単位はｃｍであるが、Ｃの Flow の単位はｍｍである。

表２の実験Ｎｏ．１−３〜１−８に示すように、金属繊維の添加量を２．０容積％と一定にして、内層コンクリートの厚さを薄くなる方向へ変えてゆくと、内層が薄くなるほど曲げ引張強度は向上する。曲げ引張強度は内層の厚さが管厚の６０％程度から顕著になり、２５％で最大値が示される。更に、内層を薄くして、薄い内層に金属繊維を集中しても曲げ引張強度の向上は頭打ちとなる。

実験Ｎｏ．1-9 〜1-13に示すように、内層コンクリートの厚さを一定として、金属繊維の添加量を変えた場合では、内層がコンクリートの場合は０．５容積％以上から添加量が多くなるほど曲げ引張強度は向上するが、１容積％以上でより顕著となり、３．５容積％では内層面に、部分的に金属繊維が延びずにボール状となったファイバーボールが発生し、仕上げが困難となることが判明した。
実験Ｎｏ．1-14〜1-21に示すように、内層がモルタルの場合も０．５容積％以上から添加量が多くなるほど曲げ引張強度は向上するが、１．０容積％でより顕著となり、６．５容積％では内層面に、部分的に金属繊維が延びずにボール状となったファイバーボールが発生し、仕上げが困難となることが判明した。

実験Ｎｏ．1-22〜1-32に示すように、内層のモルタル厚さをより薄くした場合では、ファイバーボールが発生する金属繊維の添加量が少なくなることが示され、厚さによって金属繊維の添加量に限界値があることが判明した。

Claims

モルタル又はコンクリートを投入して遠心力を加える操作を１回以上行った後、フロー値が２５０ｍｍ以上の高流動モルタルに金属繊維を添加して練混ぜた繊維配合モルタルを投入して最内層を遠心成形し、該最内層を管厚の５ないし７０％とすることを特徴とするヒューム管の製法。
繊維配合モルタル中の金属繊維が、０．５ないし６．０容積％であることを特徴とする請求項１記載のヒューム管の製法。
モルタル又はコンクリートを投入して遠心力を加える操作を１回以上行った後、スランプフロー値が４０ｃｍ以上の高流動コンクリートに金属繊維を添加して練混ぜた繊維配合コンクリートを投入して最内層を遠心成形し、該最内層を管厚の５ないし７０％とすることを特徴とするヒューム管の製法。
繊維配合コンクリート中の金属繊維が、０．５ないし３．０容積％であることを特徴とする請求項３記載のヒューム管の製法。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載された製法で製造されたことを特徴とするヒューム管。