JP4276527B2

JP4276527B2 - 合成床版構造体

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Publication number: JP4276527B2
Application number: JP2003395670A
Authority: JP
Inventors: 浩三田村; 憲二池田; 久志今野; 昌樹皆川; 昇坂田; 徹志閑田; 久美子須田; 剛紀平石; 一郎福田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: JP2005155187A

Description

本発明は，疲労荷重を受ける鋼床版の剛性の向上と防水性の向上を同時に満たした合成床版構造体に関する。

わが国の主要な橋梁構造形式のひとつである鋼橋の床版では，鋼床版の上に防水層を施したうえ，グースアスファルト層と表層アスファルトを順に施工するのが一般的である。防水層としては，グースアスファルトと鋼床版との接着性のよいウレタン系などが多く用いられている。このような鋼橋の床版では，供用期間中にアスファルト舗装にひび割れが発生することが多く，実橋でも，グースアスファルトまで貫通したひび割れの発生が多く観察され，その下層にある防水層を損傷することが懸念されている。防水層が損傷すると鋼床版の防食目的が達成できなくなる。

とくに，近年では高規格道路の標準舗装構成として透水性舗装が標準化されたが，この透水性舗装では，その透水性により鋼床版への浸水の問題が懸念されると共に，透水性舗装用アスファルトの低弾性係数化により，舗装床版全体の剛性が低下することが指摘されている。したがって，透水性舗装による鋼床版では，鋼床版の防水性の確保と，舗装床版全体の剛性の向上が緊急に解決すべき課題になっている。

上記のような問題に対して，グースアスファルトをより剛性の高い材料，例えば鋼繊維補強コンクリートなどで代替することが考えられる。

特許文献１には，舗装のひび割れを防止して耐久性を高めることを目的として，鋼床版の上に，繊維強化プラスチックからなる板状体を，縦桁の固定面上方を横方向に跨ぐように設置したうえで，舗装工事を行う方法を提案している。
特開平１１−２８６９０１号公報

グースアスファルト層を鋼繊維補強コンクリートなどの剛性の高い材料で代替しても，長期的には疲労荷重によって鋼繊維補強コンクリート層に過大なひび割れを生じて耐荷能力を失うことが懸念される。また，この過大なひび割れから雨水が侵入し鋼床版の腐食を促進することも想定される。

特許文献１のように繊維強化プラスチックからなる板状体を用いる方法では，ウレア防水層のような大きな変形追従性を期待できないので，防水材料としての機能面では耐久性に問題が残こる。

したがって，本発明は，疲労荷重を受ける鋼床版の剛性の向上と防水性の向上を同時に達成できる合成床版構造体を得ることを目的としたものである。

前記の課題を解決すべく，本発明によれば，グースアスファルト層をクラック分散型の繊維補強セメント複合材料で代替し，このクラック分散型複合材料と鋼床版との一体化を樹脂製のジベルを用いて行う。

すなわち本発明は，鋼床版と表層アスファルト層との間に防水層および繊維補強材料層を設けてなる合成床版構造体において，基板の中央部に内部空間を有する凸部を設けてなる樹脂製のジベルが，該凸部を該繊維補強材料層の側にして該鋼床版と該繊維補強材料層の間に介在しており，防水層は「鋼床版と繊維補強材料層との間」および「繊維補強材料層と樹脂製ジベルの凸部を除いた基板との間」に施されており，ジベルの凸部内の空間に繊維補強材料が入り込んで硬化しており，且つ前記の繊維補強材料層として，下記〔Ｍ１〕の条件を満たすセメント調合マトリクスに，下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ（ Poly Vinyl Alcohol ) 短繊維を１vol.％以上３vol.％以下の配合量で配合したクラック分散型の繊維補強セメント複合材料を用いたことを特徴とする合成床版構造体である。
〔Ｍ１〕
水結合材の重量百分比（Ｗ／Ｃ）：２５％以上
細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）：１.５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０.８ｍｍ以下で平均粒径０.４ｍｍ以下
単位水量：２５０〜４５０Ｋｇ／ｍ³
練り上がり直後の空気量：２０％以下（０％を含む）
高性能ＡＥ減水剤：練混ぜ直後のスランプフロー値が４００ｍｍ以上となる量以上，且つ３０Ｋｇ／ｍ³未満
〔Ｆ１〕
繊維径：５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００〜２４００ＭＰａ

本発明に従う合成床版構造体において，その表層アスファルト層は，透水性アスファルト層であることができ，樹脂製のジベルはその基板の裏面が鋼床版に接着剤で接着されるのが好ましい。また防水層としてはウレア系防水層またはウレタン系（ポリウレアおよびポリウレタンを含む）防水層を使用できる。

本発明に従う合成床版構造体は，鋼床版と表層アスファルト層との間に防水層および繊維補強材料層を設けるものであるが，そのさい，繊維補強材料層としてクラック分散型の繊維補強セメント複合材料を用いる点と，鋼床版とこの複合材料層との一体化のために樹脂製のジベルを使用する点に大きな特徴がある。

まず，繊維補強材料層に使用するクラック分散型の繊維補強セメント複合材料について説明すると，これは，例えば特開２０００−７３９５号公報に記載された材料を合成床版用に改良したものを使用する。該公報には材齢２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型の繊維補強セメント複合材料（以下，高靭性ＦＲＣ材料と言うことがある）が記載されており，このものは，配合するＰＶＡ短繊維の強度，寸法および配合量と，マトリックスの材料配合とを適切に組み合わせることによって，硬化体に初期クラックが生じても，そのクラックに架橋した繊維が引張張力を負担し，その間に別の箇所でクラックが生じ，そのクラックが架橋繊維で伝播が防止されている間に次のクラックが発生するという具合に，繊維で架橋された微細なクラックが順次発生するというメカニズムによって，みかけ上は非常に大きな引張ひずみが生じても（曲げ変形が生じても）荷重に耐えることができるものである。

このような高靭性ＦＲＣ材料の特徴を具備しながら，この材料を床版用に適用するには，前掲の〔Ｍ１〕の条件を満たすセメント調合マトリクスに対し，前記の〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ（ Poly Vinyl Alcohol ) 短繊維を１vol.％以上３vol.％以下の配合量で配合して混練すればよい。

この高靭性ＦＲＣ材料で使用するビニロン短繊維としては，ポリビニールアルコール樹脂を原料として製造されたコンクリートと同等以上の弾性係数を有する短繊維であるのが好ましく，代表的なものとして，引張強度が９０kgf/cm² 級，弾性係数（ヤング率）が２９００kgf/mm² 級で，比重が約1.3 で形状が0.66ｍｍφ×30ｍｍの公知のもの（株式会社クラレ製）が使用できるが，ビニロン短繊維であれば，とくにこの数値にこだわらずに使用できる。ビニロン短繊維の配合量が１vol.％未満では割れ発生後の耐力が十分ではなく剥落防止の目的が十分に達成できない。他方，ビニロン短繊維の配合量が３.０vol.％を超えるような多量となると，施工上必要な流動性を満たすことが困難なる。

また，高靭性ＦＲＣ材料で使用する高性能ＡＥ減水剤としては，ポリカルボン酸系，ポリエーテル系，ナフタレン系，メラミン系，アミノスルホン酸系等のものが使用できる。この中でもポリカルボン酸系またはポリエーテル系のものが好ましい。

この高靭性ＦＲＣ材料を打設するには，練混ぜ直後のスランプフロー値が４００ｍｍ以上，好ましくは４５０〜５５０ｍｍであるのがよい。このようなスランプフロー値を安定して確保するには，３０Ｋｇ／ｍ³未満の高性能ＡＥ減水剤を配合し，練混ぜ直後の空気量を２０％以下とするのがよい。さらにこのような流動性を維持しながら材料分離抵抗を高めるために増粘剤を添加することが好ましい。とくにウエランガムやデュータンガムなどの微生物発酵のバイオポリマーの使用（単位水量に対して０.０１〜０.２％程度を配合する）が有益である。

なお，適度な粒度の粉体量を確保するために，セメントの一部をフライアッシュや高炉スラグ等の混和材で代替し，また骨材としては最大粒径が０.８ｍｍ以下，平均粒径が０.４ｍｍ以下の細骨材を使用するのが好ましい。したがって，前記〔Ｍ１〕の条件として，さらに，細骨材粒径：最大粒径０.８ｍｍ以下，平均粒径０.４ｍｍ以下という要件を加えるのが好ましい。そして，この細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）が１.５以下となるように配合するのがよい。水結合材比（Ｗ／Ｃ）については，充填性を良好にするには２５％以上とすることが必要である。

このようにして得られる高靭性ＦＲＣ材料層は前記の〔Ｆ１〕および〔Ｍ１〕の条件を満たす限りにおいて，材齢２８日の硬化体の引張試験にて引張ひずみ１％以上を示すクラック分散型の高靭性ＦＲＣ材料層となる。このため，そのひび割れ発生のメカニズムが，前記のように，微小なひび割れが無数に生じたものとなり，幅の大きなひび割れには至らない。したがって，表層アスファルトに比較的大きなひび割れが発生した場合でも，その下方に施設した高靭性ＦＲＣ材料層にはそのひび割れが直接的に伝播することはない。

図１は本発明に従うクラック分散型の高靭性ＦＲＣ材料の曲げ性状の例を示したものであるが，約１０Ｎ／ｍｍ²程度の曲げ応力で最初の小さいひび割れが発生しても，それが破断に至るような大きな割れに至ることはなく，別のひび割れが次々に発生し，曲げ中央での変位が約３ｍｍに至るまで耐力を示す。この耐力は，一般的なコンクリートやフアイバーコンクリートの１.５〜２倍程度の高い値を保持する。したがって，表層アスファルトに発生した比較的大きなひび割れも高靭性ＦＲＣ材料層にそのまま伝達されないことはもとより，高靭性ＦＲＣ材料層にひび割れが生じる場合にも，それは微小な割れの集合であるから，その下方の防水層の防水機能に影響を与えることも軽微となる。

次に，本発明においては，鋼床版と高靭性ＦＲＣ材料層との一体性を，基板の中央部に凸部を設けてなる樹脂製のジベルを用いて確保する点に特徴がある。図２は，本発明に従う合成床版の基本的な構造を部分断面で示したものである。図示のように，鋼床版１の表面に樹脂製ジベル２を接着剤３を用いて接着したうえ，さらにウレア系やウレタン等の防水層４を施工し，その上に高靭性ＦＲＣ材料層５を打設する。高靭性ＦＲＣ材料層５の上には表層アスファルト６を舗装して合成床版構造が完成する。

樹脂ジベル２は，図３および図４に示したように，樹脂製の基板７の中央部に，樹脂製の凸部８を設けたものである。図例のジベル２では基板７は円形であり，凸部８も基板７と同心の円筒状を有しており，その円筒の高さは基板７の厚みよりも高くしてあるが，基板７と凸部８の全体の高さは好ましくは１０〜２０ｍｍ程度である。基板７の直径は好ましくは５０〜１００ｍｍ程度，凸部８の外径は基板７の直径の約半分程度である。

円筒状の凸部８の内部は，円筒の中心を通る垂直な板体９の数枚によって複数の空間に分割されている。また，凸部８の上端縁には拡径部10が設けてある。11は，凸部８の外周に放射状に取り付けた三角板状のスティフナであり，このスティフナ11の垂直辺を凸部８の外周面に，その底辺を基板７の上面に固定することにより，基板７に対する凸部８の接合を強固にしてある。

これら基板７，凸部８，拡径部10，スティフナ11は全て樹脂で一体品に成形することができ，板体９も一体品として形成することもできるが，円筒状の凸部８内に嵌め込み式の組み立て品としてもよい。このようにして，樹脂製の基板８の一方の面（表面）の中央部に，多数の小空間を有するように板状体で区切られた比較的背の低い（基板７の直径の半分以下の高さを有する）凸部８を設けることによって，この凸部８の小空間が高靭性ＦＲＣ材料が入り込んでくさび効果を奏し，鋼床版と高靭性ＦＲＣ材料層との間のすべりが効果的に防止される。図５はこの樹脂製ジベル２の取付け状態を示したものである。

図５に示したように，ジベル２の基板７の裏面を鋼床版１の表面に接着剤３を用いて貼着し，凸部８を高靭性ＦＲＣ材料層の側にして鋼床版１の上に配置する。次いで，鋼床版１の表面を防水施工するのであるが，その防水層４を，鋼床版１に貼着されているジベル２の基板表面にも一体的に施す。すなわち，ジベル２の凸部８の部分は除いて，その凸部周辺の基板７の表面にも防水層４を施設する（図５の下段の状態）。この状態で，図２に示したように高靭性ＦＲＣ材料層５を打設すると，防水層４は鋼床版１と高靭性ＦＲＣ材料層５との間および高靭性ＦＲＣ材料層５と樹脂製ジベル２（実際にはその基板７）との間に介在することになる。そのさい，ジベル２の凸部８の部分には防水層４が存在しないので，この凸部８の内部の小空間に高靭性ＦＲＣ材料が入り込んで硬化する。このため，ジベル２と高靭性ＦＲＣ材料層５との間の相対的な変位が抑制されると共に，ジベル２の裏面は鋼床版１に接着剤３で接合されているので，鋼床版１と高靭性ＦＲＣ材料層５との間のすべりがこのジベル２により効果的に防止される。そのさい，凸部８の先端縁の拡径部10は打設された高靭性ＦＲＣ材料の浮き上がりを防止するくさび作用を果たす。また，ジベル２の裏面を粗面化しておくと，接着剤３を介しての鋼床版１との接合強度を一層増大させることができる。

このジベル２を構成するための材質としては，所定の強度を有すると共にセメント系材料に対する耐アルカリ性を有し，且つセメントの硬化反応時の発熱によって材質劣化や寸法変化を生じないものであるのが望ましく，実際には，引張強さ８０Ｎ／ｍｍ²以上，曲げ強さ１３０Ｎ／ｍｍ²以上，曲げ弾性率４５０Ｎ／ｍｍ²以上のガラス繊維強化ナイロンを用いてこのジベル２を製作するのがよい。そのほか，ＡＢＳ系樹脂やポリアミド系樹脂等の高強度プラスチックを用いてもよい。

鋼床版とその上に打設される舗装材料とのすべり止めとして，従来から金属製のスタッドジベルを鋼床版に溶接することが通常行われていたが，このよう金属製のスタッドジベルを用いると，長期的には疲労荷重により打設層に過大なひび割れを生じ，またこのひび割れから雨水が侵入し，金属製スタッドジベルおよび鋼床版を腐食するおそれがあるが，本発明に従う樹脂製ジベルではこのような問題が回避されると共に，スタッドジベルでは困難であったジベル施工後の重機の使用が容易となる。例えば，本発明に従うジベル施工後の高靭性ＦＲＣ材料の流し込み施工も床版上に直接コンクリートミキサー車を乗り入れて行うことが可能となる。

高靭性ＦＲＣ材料を打設したあとは図２に示したように表層アスファルト６を敷設するが，表層アスファルト６としては，透水性アスファルトであってもよい。透水性アスファルトでは，その下層の高靭性ＦＲＣ材料層５まで透水するが，高靭性ＦＲＣ材料層５が舗装床版全体の剛性を確保することができるので，鋼床版の防水が充分に行われる。すなわち，本発明によれば，最上層に透水性舗装アスファルトを施工しても，合成床版全体の靭性と鋼床版の防水性が確保できる点で，従来のものにはない有利な効果を奏する。

本発明に従うクラック分散型の繊維補強セメント複合材料を曲げ試験に供したときの曲げ応力−曲げ中央変位の関係図である。本発明に従う合成床版構造の例を示す部分断面図である。本発明に従う樹脂製ジベルの斜視図である。図３のジベルの縦断面図である。本発明に従う樹脂製ジベルを鋼床版に接合する状態を示す工程図である。

符号の説明

１鋼床版
２樹脂製ジベル
３接着剤
４防水層
５クラック分散型の繊維補強セメント複合材料層（高靭性ＦＲＣ材料層）
６表層アスファルト
７ジベルの基板
８ジベルの凸部

Claims

鋼床版と表層アスファルト層との間に防水層および繊維補強材料層を設けてなる合成床版構造体において，基板の中央部に内部空間を有する凸部を設けてなる樹脂製のジベルが，該凸部を該繊維補強材料層の側にして該鋼床版と該繊維補強材料層の間に介在しており，防水層は「鋼床版と繊維補強材料層との間」および「繊維補強材料層と樹脂製ジベルの凸部を除いた基板との間」に施されており，ジベルの凸部内の空間に繊維補強材料が入り込んで硬化しており，且つ前記の繊維補強材料層として，下記〔Ｍ１〕の条件を満たすセメント調合マトリクスに，下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ（ Poly Vinyl Alcohol ) 短繊維を１vol.％以上３vol.％以下の配合量で配合したクラック分散型の繊維補強セメント複合材料を用いたことを特徴とする合成床版構造体。
〔Ｍ１〕
水結合材の重量百分比（Ｗ／Ｃ）：２５％以上
細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）：１.５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０.８ｍｍ以下で平均粒径０.４ｍｍ以下
単位水量：２５０〜４５０Ｋｇ／ｍ³
練り上がり直後の空気量：２０％以下（０％を含む）
高性能ＡＥ減水剤：練混ぜ直後のスランプフロー値が４００ｍｍ以上となる量以上，且つ３０Ｋｇ／ｍ³未満
〔Ｆ１〕
繊維径：５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００〜２４００ＭＰａ
表層アスファルト層は，透水性アスファルト層である請求項１に記載の合成床版構造体。
樹脂製のジベルは，その基板の裏面が鋼床版に接着剤で接着されている請求項１または２に記載の合成床版構造体。