JP4358202B2 - プレグラウトｐｃ鋼材 - Google Patents

Description

この発明は、コンクリートとの一体化のため充填したプレグラウトに接して、ＰＣ鋼材等の防錆、防食用の保護シースの厚みの間に発熱体を配設し、プレグラウトの加温を行うことができるようにしたプレグラウトＰＣ鋼材に関する。

プレストレストコンクリート（ＰＣ）を形成する従来のポストテンション工法では、コンクリート打設前にコンクリート枠内に保護シースを埋設しておき、この保護シース中にＰＣ鋼材（ＰＣ鋼線，ＰＣ鋼撚線，ＰＣ鋼棒等）等の緊張材を挿入する。そして、コンクリートの硬化後に緊張材を緊張させ、最後に緊張材の防食並びに緊張材とコンクリートの一体化のために、セメントミルクなどのグラウト材を保護シースと緊張材との間に注入するグラウト作業を行っている。

しかし、この方法では、セメントミルクなどを注入するグラウト作業が煩雑で、多くの労力と時間がかかり、コストアップの要因となり、しかも注入が不完全になり易く、緊張材が発錆することもある。このため、あらかじめグラウト材をＰＣ鋼材に塗布し、現場でのグラウト作業を不要とするプレグラウトＰＣ鋼材が注目されている。プレグラウトＰＣ鋼材に用いられる硬化性組成物のグラウトには常温型と湿気硬化型がある。

後者の一例として特許文献１の「プレストレストコンクリート緊張材用硬化性組成物及び緊張材」の組成物が公知である。この硬化性組成物は、エポキシ樹脂を主成分とし、エポキシ樹脂と湿気硬化型硬化剤とを含み、かつ緊張可能時間（粘度３００００Ｐａ・ｓ以下の期間）を長く取る必要があり、そのため硬度２０Ｄに到達するまでに必要な期間として、常温での硬化所要日数が３年程度を必要とする組成物である。

しかし、プレグラウトＰＣ鋼材に使用する硬化性組成物は、化学的な硬化反応を応用しているため、硬化速度にある程度の温度依存性が存在し、そのため低温環境において適用する際には硬化所要日数が当初の常温での設計値より長くなる傾向がある。また、常温環境での使用であっても、硬化所要日数が使用温度環境により自動的に決まるため、緊張作業後などに使用状況を合わせて硬化所要日数を短縮するためには、プレストレストコンクリート構造物のプレグラウトＰＣ鋼材適用部分を全て加熱する必要があり、硬化性組成物をプレグラウト材として使用することは事実上不可能であった。

また、このプレグラウト材は、樹脂製造後に徐々に粘度が増加し、引き続いて硬化が進行するため、緊張が可能な期間はプレグラウト材の硬化程度があまり進んでいない初期のみである。例えば、湿気硬化型プレグラウトＰＣ鋼材では、プレグラウト樹脂粘度３００００Ｐａ・ｓ以下においてのみ緊張可能であり、それ以上では十分な緊張作業の完了は保証できない。

ここで一般的には、プレグラウト材は化学反応を利用しているため、それを取り巻く環境、特に温度等により硬化速度が影響を受ける。よって、コンクリート打設から硬化完了までにどの程度の期間が必要かということに関しては、簡単に決められるものではなく、施工地域、施工の時期、季節、さらにはコンクリート打設時の水和発熱によるコンクリート発熱量等、多くの外的因子を考慮した上で硬化時期を推定する必要がある。一方、全ての外的因子を厳密に測定することはほぼ不可能であり、その結果硬化時期推定には宿命的にある程度の誤差が存在している。

一方、低温時のグラウト材の硬化速度低下を防止するグラウト防凍施工法が特許文献２により公知である。この文献にはプレストレストコンクリートの緊張材を配設するシースの外周に電気ヒータを設け、通電して加熱するグラウトの防凍施工法について記載されている。この工法では、電気ヒータはガラス繊維で絶縁被覆したニクロム線の発熱線をシースにスパイラル状に巻き付けている。そして、この電気ヒータに通電することによりシース内部に充填されたグラウト材を加熱し、これにより冬季などグラウト材の低温による硬化速度の低下を防ぐようにしている。

しかし、このグラウトの防凍施工法では、シース外周に巻き付けたニクロム線により必要な発熱量を得るために、多量のニクロム線を巻き付ける必要があり、防凍を目的とする施工方法としては現実的ではなく、実際に施工する場合は大きなコストが掛かる。また、ニクロム線をシース外周に巻き付けているため、移動時や配設時の接触、さらにコンクリート打設時のコンクリートの流れによりニクロム線が切断され、結果的に加熱することができなくなる虞があった。

そこで、本発明者等は、上記問題に対処する方法を試行錯誤により種々検討の結果、プレグラウトＰＣ鋼材の構成の中に発熱体を組み込み、プレグラウト材を加熱することができ、任意の時期に発熱体に通電してプレグラウト材を中から加熱することができるようすると、発熱体周辺のプレグラウト材を急速に硬化加速することが可能であることを見出した。
特開２００２−０６０４６５号公報 特開２００２−３３２７４６号公報

この発明は、上記の問題に留意して、低温環境下でも硬化速度の低下を防止でき、或いはプレグラウトＰＣ鋼材の製造後の任意のタイミングで硬化促進を可能とし、かつプレストレストコンクリート構造物の施工の際に、ＰＣ鋼材の移動時や配設作業時に接触等の外力による発熱体の切断事故を防止することが可能なプレグラウトＰＣ鋼材を提供することを課題とする。

この発明は、上記課題を解決する手段として、樹脂製保護シースとその内腔に配置されたＰＣ鋼材とを備え、樹脂製保護シースとＰＣ鋼材との間隙に硬化性組成物を充填し、前記樹脂製保護シースに通電により発熱する発熱体を埋め込んだプレグラウトＰＣ鋼材において、
前記発熱体を、前記樹脂製保護シース内の周方向にほぼ一定間隔になるように複数配置し、かつ、プレグラウトＰＣ鋼材の軸に対し平行又はジグザグ状に配置したのである。

上記構成のプレグラウトＰＣ鋼材は、予めＰＣ鋼材とその被覆保護シースとの隙間に、遅硬化性のプレグラウト材を工場にて充填したもので、施工現場にて配置、鋼材周囲にコンクリート打設、ＰＣ鋼材の緊張作業といった一連の工程の後、一定期間を経てプレグラウト材が硬化して周囲のコンクリートと一体化する機能を持ったＰＣ鋼材の一種であるが、樹脂製保護シース内に発熱体を含む点で従来のプレグラウトＰＣ鋼材と異なる。このプレグラウトＰＣ鋼材に用いられる樹脂製保護シースは、ポリエチレンやポリプロピレンなど一般的に入手可能なもので、押出成型によりパイプ状に成型可能な樹脂材料であればよい。

発熱体としては、電気抵抗値の温度係数が小さいことや、強度が大きいこと、価格等を勘案すれば、ニッケル−クロム系合金が最も好ましい。一方、面状発熱体を用いる場合には、チタン系、炭素系などから適宜選択する。また、前述の線状発熱体や面状発熱体の狭幅形状のものなどを網組構成した筒状の発熱体も利用可能である。また、線状発熱体を使用する場合、周方向にほぼ一定間隔になるように配置するとよい。

保護シースとＰＣ鋼材との間隙に充填される硬化性組成物としては、無機系のものと有機系のものを使用できる。例えば無機系のものとしては、セメントモルタルを主成分とし、硬化遅延剤を適量添加した遅延硬化型セメントグラウト材、一方有機系硬化性組成物としては、硬化所要時間を比較的長く設定でき、十分な緊張可能期間を確保できる潜在硬化型樹脂組成物、酸素硬化型樹脂組成物などを用いることが出来る。

上記プレグラウトＰＣ鋼材は、施工現場にて配置、鋼材周囲にコンクリート打設、ＰＣ鋼材の緊張作業といった一連の工程の後、発熱体の両端に通電装置のコードが接続され、通電装置から通電されることにより保護シースから伝熱されて、プレグラウトが加熱される。これにより、プレグラウトの硬化速度の低下が防止され、或いは任意のタイミングで加熱されて硬化所要日数が短縮される。

この発明のプレグラウトＰＣ鋼材は、樹脂製保護シースとその内腔に配置されたＰＣ鋼材とを備え、保護シースとＰＣ鋼材との間隙に硬化性組成物を充填され、保護シースに通電により発熱する発熱体を埋め込んだ構成としたから、通電による発熱体の発熱により硬化性組成物の硬化速度低下を防止することが出来、もしくは任意のタイミングに硬化性組成物を硬化することで、硬化所要日数を常温での設計日数から短縮することが可能となるという利点が得られる。

以下、この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は実施形態のプレグラウトＰＣ鋼材の（ａ）縦断面図、（ｂ）外観斜視図である。図示のプレグラウトＰＣ鋼材Ｎは、従来と同様に、樹脂製保護シース１とその内腔に配置された複数のＰＣ鋼撚り線２からなるＰＣ鋼材とを備えている。そして、上記保護シース１とＰＣ鋼撚り線２のＰＣ鋼材との間隙に硬化性組成物３が充填されており、このようなプレグラウトＰＣ鋼材Ｎにおいて、保護シース１の適宜厚さ方向の位置に通電により発熱する発熱体１’が埋め込まれている。

上記プレグラウトＰＣ鋼材Ｎは、予めＰＣ鋼材とその保護シース１との隙間に、遅硬化性のプレグラウト材を工場にて充填したものであり、施工現場にて配置、鋼材周囲にコンクリート打設、ＰＣ鋼材の緊張作業といった一連の工程の後、一定期間を経てプレグラウト材として予め充填された硬化性組成物３が硬化して周囲のコンクリートと一体化する機能を持ったＰＣ鋼材の一種であるが、樹脂製保護シース１内に発熱体１’を含む点で従来のプレグラウトＰＣ鋼材と異なる。樹脂製の保護シース１は、ポリエチレンやポリプロピレンなどが適しているが、使用条件等に応じて適宜他の樹脂を用いることも可能であり、押出成型によりパイプ状に成型可能な樹脂材料であれば、一般的に入手可能なものを使用することが出来る。

発熱体１’として、図示の場合、線状に延伸した線状発熱体を使用し、保護シース１内の周方向にほぼ一定間隔になるように複数本配置する。この線状発熱体の材質は、鉄−クロム−アルミ系、ニッケル−クロム系、白金系、モリブデン系、タンタル系、タングステン系など、抵抗発熱体であれば一般的に入手可能なものを選択することが出来る。但し、
電気抵抗値の温度係数が小さいことや、強度が大きいこと、価格等を勘案すれば、ニッケル−クロム系合金が最も好ましい。勿論、このほかの材質のものも使用環境に応じて適宜選択することが出来る。又、線状発熱体を絶縁性樹脂等で被覆したものも使用可能である。

発熱体１’として、線状発熱体ではなく、面状発熱体を用いることも出来る。この場合には、チタン系、炭素系などから適宜選択することが出来る。また、前述の線状発熱体や面状発熱体の狭幅形状のものなどを網組構成した筒状の発熱体１’も利用可能である。この場合、網組のパターン、ピッチについては、特に指定するものではなく、保護シース１や発熱体１’の形状、サイズ、用途等の必要とされる条件に応じて適したものを選択する。

なお、発熱体１’の配置については、樹脂製保護シース１の内面から外面の間の厚み方向のどこに位置させてもよい。勿論、面状発熱体の場合は、厚み方向に１層のみでなく、
２層、３層といった多層構造にすることも可能である。また、上記発熱体１’を配置する場合、長手方向については、図示省略しているが、プレグラウトＰＣ鋼材の軸に対し平行、或いはジグザグ状に配置する。

この場合、絶縁被覆されていない複数の線状発熱体を、長手方向、周方向、厚み方向の中で、他の線状発熱体と直接接触するように配置した構成、或いは各要素が絶縁被覆されていない面状発熱体で筒状網組発熱体の構成とするのが好ましい。これは、各発熱要素が二次元的に連結しているため、長手方向の一部で発熱体を含む樹脂製保護シース１の周方向の一部が万一損傷された場合でも、当該損傷部以外の部分に影響が及ばないためである。

保護シースとＰＣ鋼材との間隙に充填される硬化性組成物としては、大きく分類して無機系のものと有機系のものを使用することが可能である。例えば無機系のものとしては、セメントモルタルを主成分とし、硬化遅延剤を適量添加した遅延硬化型セメントグラウト材を用いることが出来る。一方、有機系硬化性組成物としては、硬化所要時間を比較的長く設定でき、十分な緊張可能期間を確保できるものが好ましく、現在利用可能なものとしては、例えば潜在硬化型樹脂組成物、酸素硬化型樹脂組成物などが挙げられる。ただし、有機系硬化性組成物も左記に限定されるものではなく、技術の進展に伴い最適なものを適宜選択することが可能である。

有機系硬化性組成物の一例を挙げれば、潜在硬化型樹脂組成物としてはジシアンジアミド及びその誘導体、ケチミン系化合物、アミンアダクト類、ジアミノマレオ二トリル及びその誘導体、ジヒドラジド類、２−メチルイミダゾール及びその誘導体などを配合してなるエポキシ系樹脂組成物が挙げられる。又、同様に酸素硬化型樹脂組成物としては、金属触媒、例えばナフテン酸コバルト、ナフテン酸ジルコニウムなどのナフテン酸塩や、オクチル酸コバルト、オクチル酸ジルコニウムなどのオクチル酸塩などを配合してなるアルキド系樹脂組成物が挙げられる。

上記の構成としたプレグラウトＰＣ鋼材Ｎには、上記所定の現場作業の終了後、硬化性組成物を硬化させたい任意の時期に、樹脂製保護シース１内の発熱体１’の両方の端部に電気接続端子（コネクター）４が接続され、この接続端子４に図１の（ａ）図に示す通電装置７が接続される。この通電装置７は、図示の例では接続コード５を介して交流電源６を接続しているが、直流電源を接続してもよい。また、この通電装置７は、上述したように、樹脂製保護シース１内にグラウト材３を充填した状態で、外気温度が氷点下においても硬化性組成物３の硬化に適する温度に保持するに必要な電力を供給することが出来るものである。

なお、上記実施形態では、樹脂製保護シース１は樹脂製であるが、樹脂製であるが故に、例えば水分、酸素、塩素といった鉄鋼にとって発錆因子となり得る物質の透過性を有している。このため、１００年、２００年の超長期での防錆硬化の持続性を要求する場合や、厳しい腐食環境下で使用する場合には、この点について配慮する必要が生じる。これに対し、金属は基本的にこうした物質に対する透過性を持たないため、樹脂製保護シース１の内、外面に金属補強層を設けるとよい。

上記金属補強層は、継ぎ目のない金属製の平板を湾曲させ、対向する辺を溶接接合して長手方向及び周方向に継ぎ目のない筒状に成型した金属補強層を形成する（図示省略）ことにより、筒の内腔にできる空間と筒の外部空間との筒側面からの物質の移動を遮断することが出来る。また、金属の材質としては、鉄鋼、ステンレス、アルミ合金など使用状況に応じて選択することが可能である。ただし、一般的に入手が容易であることや、強度が高いこと、安価な点などを勘案した場合、鉄鋼が最も好ましい。

このように形成した金属補強層を前述の樹脂製保護シースの内面又は外面、或いはその両方に沿って配置することにより、外部から発錆因子が超長期間に亘って内部に侵入することを遮断することが出来、長期防錆性能を要求される場合や厳しい腐食環境下において使用することができる。この場合、金属補強層自体の防錆のため、金属補強層の外面に別途樹脂製防錆被覆層を設ける、或いは樹脂被覆層を塗布してもよい。
なお、上記各種実施形態のプレグラウトＰＣ鋼材は、さらに種々の変形例が考えられるが、この発明の趣旨の範囲内でその全てを本願発明は含むものとする。

この発明のプレグラウトＰＣ鋼材は、樹脂製保護シースとその内腔に配置された複数のＰＣ鋼撚り線との間隙に硬化性組成物が充填され、保護シース１の適宜厚さ方向の位置に通電により発熱する発熱体を埋め込んだものであり、任意のタイミングで加熱し、硬化を促進し得るＰＣ鋼材として広く利用され得る。

第１実施形態のプレグラウトＰＣ鋼材の（ａ）縦断面図、（ｂ）ＰＣ鋼材の外観斜視図

符号の説明

１ 樹脂製保護シース
１’ 発熱体
２ ＰＣ鋼撚り線
３ 硬化性組成物
４ 電気接続端子（コネクター）
５ 接続コード
６ 電源
７ 通電装置
Ｎ ＰＣ鋼材

Claims (4)

1. 樹脂製保護シースとその内腔に配置されたＰＣ鋼材とを備え、前記樹脂製保護シースとＰＣ鋼材との間隙に硬化性組成物を充填し、前記樹脂製保護シースに通電により発熱する発熱体を埋め込んだプレグラウトＰＣ鋼材において、
   前記発熱体を、前記樹脂製保護シース内の周方向にほぼ一定間隔になるように複数配置し、かつ、プレグラウトＰＣ鋼材の軸に対し平行又はジグザグ状に配置したことを特徴とするプレグラウトＰＣ鋼材。
2. 前記樹脂製保護シースの内面又は外面、もしくはその両方に金属補強層を有することを特徴とする請求項１に記載のプレグラウトＰＣ鋼材。
3. 前記硬化性組成物を樹脂系硬化性組成物としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレグラウトＰＣ鋼材。
4. 前記樹脂系硬化性組成物をエポキシ樹脂系硬化性組成物としたことを特徴とする請求項３に記載のプレグラウトＰＣ鋼材。

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