JP4636995B2 - 複合コンクリート構造体 - Google Patents

Description

本発明はコンクリート層を備えた多層構造の複合コンクリート構造体に関する。

同一の材料または異なる材料からなる多層のコンクリート構造体にあっては、接合一体化される両層の結合状態を強固にするための一般的な手段として前記両層間に埋設される係止部材が採用されている。この種の係止部材は金属部材からなるのが一般的である。

前記コンクリート構造体としては、例えば特許文献１に示された耐火断熱壁が知られている。前記耐火断熱壁はコンクリート層と断熱層と非通水シートとからなる。コンクリート層と断熱層はＬ字型に形成された係止部材が突き刺さった状態で積層されている。

また、特許文献２に示された耐火熱構造体はコンクリート体と耐火耐熱部からなる。前記コンクリート体はセラミックスからなるアンカーを介して前記耐火耐熱部と一体化している。
特開平０６−２５７３４９（図１及び図４） 特開２００２−３５７０９８（図１）

係止部材が埋設される層の厚みが十分で、埋設された金属の係止部材と構造体の外表面までの寸法（かぶり寸法、例えば４５ｍｍ）が十分確保される場合には耐久性に問題ないが、例えば、一方の層が例えば３０ｍｍと薄層である場合には金属製の係止部材を適用することが困難である。この場合には接合界面の表面を粗面加工して接合強度を確保させている。

しかしながら、このように係止部材を用いることなく、多層とした場合には、経年変化により界面強度の劣化を生じさせ、剥離に至る場合がある。

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は薄層のコンクリート層を容易に施工できると共に長時間安定した耐久性のある複合コンクリート構造体の提供にある。

そこで、請求項１に記載の複合コンクリート構造体は、接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材と螺合すると共に少なくとも増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材とを備え、前記接合一体化される両層のうち一方の層側には前記せん断キーが設けられる凹部が形成され、前記凹部内にはもう一方の層を形成させる材料が充填されることを特徴とする。

請求項２に記載の複合コンクリート構造体は、接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材の一端側で螺合すると共に増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材と、前記雄ねじ部材のもう一端で螺合すると共に増し打ちする層内に埋設される雌ねじ部材とを備え、前記接合一体化される両層のうち一方の層側には前記せん断キーが設けられる凹部が形成され、前記凹部内にはもう一方の層を形成させる材料が充填されることを特徴とする。

請求項３に記載の複合コンクリート構造体は、接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材と螺合すると共に少なくとも増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材とを備え、前記接合一体化される両層のうち一方が厚層で他方が薄層の場合には、厚層側に凹部が形成され、この凹部に前記せん断キーを設けられることを特徴とする。

請求項４に記載の複合コンクリート構造体は、接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材の一端側で螺合すると共に増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材と、前記雄ねじ部材のもう一端で螺合すると共に増し打ちする層内に埋設される雌ねじ部材とを備え、前記接合一体化される両層のうち一方が厚層で他方が薄層の場合には、厚層側に凹部が形成され、この凹部に前記せん断キーを設けられることを特徴とする。

請求項５に記載の複合コンクリート構造体は、請求項１または２に記載の複合コンクリート構造体において、前記接合一体化される両層のうち一方が厚層で他方が薄層の場合には、厚層側に前記凹部が形成され、この凹部に前記せん断キーを設けられることを特徴とする。

請求項６に記載の複合コンクリート構造体は、請求項１から５のいずれか１項に記載の複合コンクリート構造体において、前記雄ねじ部材は金属またはセラミックスからなること、及び前記雌ねじ部材はセラミックスまたはコンクリートからなることを特徴とする。
請求項７に記載の複合コンクリート構造体は、請求項１から６のいずれか１項に記載の複合コンクリート構造体において、前記接合一体化される両層のうち少なくともいずれかが炭酸化セメント系材料からなることを特徴とする。

請求項１〜７に記載の複合コンクリート構造体によれば、この複合コンクリート構造体の接合層間に設けられたせん断キーは雄ねじ部材とこの雄ねじ部材と螺合する雌ねじ部材とからなり、また雌ねじ部材は無機質材料で構成されているので、かぶり寸法の確保に有効であり、層間の接合強度を十分に確保できると共に、薄層のコンクリート層の施工であっても、かぶり寸法を容易に確保できる。

したがって、請求項１〜７に記載の複合コンクリート構造体によれば、薄層のコンクリート層を容易に施工できると共に長時間安定した耐久性のある複合コンクリート構造体を提供できる。

特に、請求項７に記載の複合コンクリート構造体によれば、カルシウム成分の溶出抵抗が高く、塩化物や酸の遮蔽効果にも優れる複合コンクリート構造体を提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る複合プレキャスト構造物の断面構造を示した断面図である。

複合プレキャスト構造物１は、予め強制炭酸化処理が施された炭酸化セメント系材料からなるセメント層２と、このセメント層２に増し打ちされると共に強制炭酸化処理が施されていないコンクリート層４とからなる。

セメント層２とコンクリート層４は図１に示したように界面５を介して接しており、その接合部には係止部材としてせん断キー６を設けられている。界面５は両部材の付着性を高め、水等の侵入を避けるために凹凸形状となっている。また、コンクリート層４側にはせん断キー６が設けられる凹部７が形成され、凹部７内にはセメント層２を形成させる材料が充填される。

一般的な桟橋、道路橋、鉄道橋の床版に使用する場合、この複合プレキャスト構造物１の形状は厚さが１００〜２５０ｍｍ程度のスラブとすることができる。床版として敷設した際に床版背面への水等の侵入を防ぐため、このスラブにはアンカー設置等のための貫通した孔は設けていない。

セメント層２は図１に示されたように複合プレキャスト構造物１の上面を構成しており、塩分や酸に対する床版の耐久性向上を担っている。セメント層２は炭酸化セメント系材料からなる。この炭酸化セメント系材料からなるセメント層はＣａＯとＳｉＯとを主成分とするダイカルシウムシリケートを増大させたセメント混練物を硬化させた後に炭酸ガスを含む雰囲気に曝して炭酸化養生することにより得られる。前記ダイカルシウムシリケートとしてはγ型のビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）が例示される。γ型のビーライトには２ＣａＯ・ＳｉＯ₂の他、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ₃、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ₂、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ等の酸化物が不純物として固溶している場合があるが、このような鉱物を固溶したγ型のビーライトもセメント層２に係るγ型のビーライトに包括される。

前記強制炭酸化処理されているセメント層２の表層部は顕著に緻密化されている。また、この表層部はＣａの溶出抵抗が非常に高く、塩化物や酸の遮蔽効果にも優れる。そして、この効果を十分に得るために、セメント１００重量部に対して８〜７０重量部好ましくは２０〜５０重量部のγ型のビーライトを含むセメント混練物を硬化させ、その後、強制炭酸化養生を行うとよい。これにより炭酸化領域の空隙率が減少し、Ｃａの溶出が抑制されると共に、塩害、スケーリング、凍結融解、中性化、透水に対する抵抗力が顕著に向上する。

セメント層２の厚さはせん断キー６を設ける箇所の近傍でせん断キー６の形状に合わせた厚さを確保する必要があるが、それ以外の場所では、平均厚さ１０ｍｍ以上を確保することが望ましく、一般的には平均厚さ２０〜５０程度に設定するとよい。例えば板厚２００ｍｍのスラブにおいて、せん断キー６の周囲で厚さ８３ｍｍに設定され、それ以外の部分での平均の厚さは３０ｍｍに設定される。

コンクリート層４は既知のコンクリート材料からなる。コンクリート層４には図１に示されたように鉄筋３が埋設されているが、鉄筋３に代えて、補強用に使用される繊維を埋設してもよい。セメント層２とコンクリート層４の接合には前述のようにせん断キー６が用いられる。また、複合プレキャスト構造物１には現場での設置作業を考慮して吊具が適宜設定される。このようにして、塩分等に対する優れた耐久性と床版に必要な強度性とを兼ね備えた２層構造の複合プレキャスト構造物１が提供される。

図２〜図４はせん断キーの一実施形態を示した断面図である。

図２に示されたせん断キー６は、雄ねじ部材であるボルト６１と、このボルト６１と螺合する雌ねじ埋設部材６２とからなる。ボルト６１はコンクリート層４に設置される。雌ねじ埋設部材６２はセメント層２に埋設される。

ボルト６１は雌ねじ埋設部材６２と螺合する部分を露出させた状態でコンクリート層４に形成された凹部７の底面に設置される。ボルト６１としては例えば金属製またはセラミックス製の六角頭付きボルトが挙げられる。

雌ねじ埋設部材６２は、ボルト６１と螺合する雌ねじを形成した略樽状の成形体からなり、その外径はボルト６１の外径よりも大きめに設定される。雌ねじ埋設部材６２の側面の一部には廻り止めのための切り欠き部６２１が形成されることにより、コンクリート層４からのセメント層２の埋設接合強度がより一層高まる。

ボルト６１及び雌ねじ埋設部材６２はセメント層２及びコンクリート層４を構成する材料よりも強度を呈する材料で構成するとよい。ボルト６１の材料としては既知のボルトに採用されている金属材料またはセラミックスが例示される。前記セラミックスとしては例えばアルミナ、ジルコニアが挙げられる。雌ねじ埋設部材６２の材料としてはコンクリートまたはセラミックスが例示される。前記セラミックスとしては例えばアルミナ、ムライトが挙げられる。

図３に示されたせん断キー８は、雄ねじ部材であると共にコンクリート層４に設置されるボルト８１と、このボルト８１の一端側で螺合する雌ねじ部材であると共にセメント層２に埋設される雌ねじ埋設部材８２と、ボルト８１のもう一端側で螺合する雌めじ部材であると共にコンクリート層４に埋設される雌ねじ埋設部材８３とからなる。ボルト８１は金属製またはセラミックス製の両ねじボルトが採用されている。ボルト８１は雌ねじ埋設部材８２と螺合する部分を露出させた状態でコンクリート層４に形成された凹部７の底面に設置される。ボルト８１及び雌ねじ埋設部材８２，８３は、図２に示されたボルト６１及び雌ねじ埋設部材６２と同様に、セメント層２及びコンクリート層４を構成する材料よりも強度を呈する材料で構成するとよい。尚、雌ねじ埋設部材８２，８３の側面の一部には雌ねじ埋設部材６２と同様に適宜に切り欠き部８２１，８３１が形成される。

図４に示されたせん断キー９は、雄ねじ部材であると共にセメント層２に埋設されるボルト９１と、このボルト９１と螺合する雌ねじ部材であると共にコンクリート層４に埋設される雌ねじ埋設部材９２とからなる。ボルト９１としては図示されたように例えばセラミックス製の六角頭付きボルトが採用される。

ボルト９１は六角頭部９３を露出させた状態でコンクリート層４に形成された凹部７の底面に設置される。ボルト９１及び雌ねじ埋設部材９２も、図２に示されたボルト６１及び雌ねじ埋設部材６２と同様に、セメント層２及びコンクリート層４を構成する材料よりも強度を呈する材料で構成するとよい。尚、雌ねじ埋設部材９２の側面の一部には雌ねじ埋設部材６２と同様に適宜に切り欠き部９２１が形成される。

せん断キーの施工手順を含めて複合プレキャスト構造物の製造手順について図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照しながら説明する。ここではせん断キー６を施工する場合について説明するが、せん断キー６，８，９も以下と同様の要領で施工される。図５（ａ）に示したようにコンクリート層４の型枠４０にボルト６１が凹部形成型部材４１を介して装着される。凹部形成型部材４１は固定ボルト４２によって型枠４０に固定されている。また、型枠４０内にはコンクリート層４に埋設される鉄筋３が組まれている。そして、この型枠４０にコンクリート層４の成分が流し込まれる。コンクリート層４の成分が固化した後に、固定ボルト４２が外されて型枠４０が撤去される。次いで、図５（ｂ）に示したように、コンクリート層４の表面がはつり作業により粗面加工される。そして、凹部形成型部材４１が撤去された後、コンクリート層４に形成された凹部７の底面において露出されたボルト６１に雌ねじ埋設部材６２が装着される。次いで、図５（ｃ）に示したように、コンクリート層４に設けられたセメント層２の型枠４２内にセメント層２の成分が流し込まれる。そして、セメント層２の成分が固化した後に型枠４２が撤去されると、定型された複合プレキャスト構造物１が出来上がる。

その他の実施形態に係る複合プレキャスト構造物としては、図６に示されたようなせん断キー８を備えた複合プレキャスト構造物１０がある。複合プレキャスト構造物１０は薄層のセメント層２にこれよりも厚層のコンクリート層４が打設されてなる。複合プレキャスト構造物１０の製造手順について説明する。先ず、雌ねじ埋設部材８２及びボルト８１の部分を露出させた状態でせん断きー８を備えた凸部２１が形成されるようにセメント層２が打設される。このセメント層２の表面ははつり作業により粗面加工される。そして、このセメント層２にコンクリート層４の型枠が設けられ、この型枠内にコンクリート層４の成分が流し込まれる。コンクリート層４の成分が固化した後に前記型枠が撤去されると、コンクリート層７に形成された凹部７（凸部２１と相似形状に形成されている）にせん断キー８が設けられた状態の複合プレキャスト構造物１０が得られる。

次に複合プレキャスト構造物を用いた床版補修工法を以下に例示する。

図７は本発明の実施形態に係る複合プレキャスト構造物を用いた床版補修工法を適用している道路橋の概略を示した側面図である。

この道路橋は橋脚１１と梁１２と既設床版１３とを備えてなるコンクリート構造物である。既設床版１３は既に上面の劣化箇所を含む部分がはつり取られている。このはつり作業はツインヘッダー、ウォータージェット等により行うことができ、手ばつりを行ってもよい。はつり厚さは、既設床版の厚さ、上面の劣化状況、構造耐力等に応じて決定されるが、一般的には１００〜２００ｍｍ程度が最適である。上面がはつり取られた既設床版１３上には不陸調整治具１４が設置される。不陸調整治具１４の設置位置は、橋脚１１の上部位置と、必要に応じて梁１２の上部位置としている。

次いで、複合プレキャスト構造物１がフォークリフトまたはクレーン等によって不陸調整治具１４上に並べて設置される。この際、セメント層２が上面になるように設置される。隣り合う複合プレキャスト構造物１同士は鋼材等による連結は行わず、不陸調整治具１４により水準を合わせて独立させたまま設置することが可能である。尚、複合プレキャスト構造物１同士を連結する場合は耐腐食性のセラミックス継ぎ手等が用いられる。

また、複合プレキャスト構造物１と既設床版１３との隙間には充填材が充填される。具体的には例えば複合プレキャスト構造物１と既設床版１３との間隔が３０ｍｍに設定され、この隙間が蒸気噴霧により湿潤された後に複合プレキャスト構造物１同士の目地から水頭圧のみよって充填材が自己充填される。前記充填材としては、収縮して空隙が生じることを防止すために、無機系無収縮モルタルまたは高流動モルタルと膨張材を併用したものが使用される。複合プレキャスト構造物１同士の目地は目地材によって充填される。充填材の硬化後には、敷設した複合プレキャスト構造物１の上で次のプレキャスト床版の設置作業を実施することが可能である。

以上のようにして効率的に床版の補修が実施でき、その後、長期にわたって優れた耐久性が発揮される。

本発明の一実施形態に係る複合プレキャスト構造物の断面構造を示した断面図。 せん断キーの一実施形態を示した断面図。 せん断キーの一実施形態を示した断面図。 せん断キーの一実施形態を示した断面図。 （ａ）〜（ｃ）せん断キーの施工手順を示した説明図。 せん断キーの一実施形態を示した断面図。 本発明の一実施形態に係る複合プレキャスト構造物を用いた床版補修工法を適用している道路橋の概略を示した側面図。

符号の説明

１…複合プレキャスト構造物
２…セメント層
３…鉄筋
４…コンクリート層
５…界面
６，８，９…せん断キー
７…凹部
２１…凸部
６１，８１，９１…ボルト
６２，８２，９２…雌ねじ埋設部材
９３…六角頭部
６２１，８２１，８３１，９２１…切り欠き部
１１…橋脚，１２…梁，１３…既設床版，１４…不陸調整治具

Claims (7)

1. 接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、
   このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材と螺合すると共に少なくとも増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材とを備え、
   前記接合一体化される両層のうち一方の層側には前記せん断キーが設けられる凹部が形成され、
   前記凹部内にはもう一方の層を形成させる材料が充填されること
   を特徴とする複合コンクリート構造体。
2. 接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、
   このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材の一端側で螺合すると共に増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材と、前記雄ねじ部材のもう一端で螺合すると共に増し打ちする層内に埋設される雌ねじ部材とを備え、
   前記接合一体化される両層のうち一方の層側には前記せん断キーが設けられる凹部が形成され、
   前記凹部内にはもう一方の層を形成させる材料が充填されること
   を特徴とする複合コンクリート構造体。
3. 接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、
   このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材と螺合すると共に少なくとも増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材とを備え、
   前記接合一体化される両層のうち一方が厚層で他方が薄層の場合には、厚層側に凹部が形成され、
   この凹部に前記せん断キーを設けられること
   を特徴とする複合コンクリート構造体。
4. 接合一体化される両層間に埋設されるせん断キーを備え、
   このせん断キーは、前記両層に埋設される雄ねじ部材と、この雄ねじ部材の一端側で螺合すると共に増し打ちされる層内に埋設される無機質材からなる雌ねじ部材と、前記雄ねじ部材のもう一端で螺合すると共に増し打ちする層内に埋設される雌ねじ部材とを備え、
   前記接合一体化される両層のうち一方が厚層で他方が薄層の場合には、厚層側に凹部が形成され、
   この凹部に前記せん断キーを設けられること
   を特徴とする複合コンクリート構造体。
5. 前記接合一体化される両層のうち一方が厚層で他方が薄層の場合には、厚層側に前記凹部が形成され、
   この凹部に前記せん断キーを設けられること
   を特徴とする請求項１または２に記載の複合コンクリート構造体。
6. 前記雄ねじ部材は金属またはセラミックスからなること
   前記雌ねじ部材はセラミックスまたはコンクリートからなること
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の複合コンクリート構造体。
7. 前記接合一体化される両層のうち少なくともいずれかが炭酸化セメント系材料からなること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の複合コンクリート構造体。

Images