JP5060892B2 - コンクリート部材の接合方法及びプレストレストコンクリート橋梁用床版の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱養生が必要な目地材を用いて二つのコンクリート部材同士を接合する方法及びこの方法を用いてプレストレストコンクリート橋梁用床版を製造する方法に関する。

従来のコンクリート部材は、圧縮強度が高いものの引張強度が低いため、その補強に鉄筋などが使用されている。近年、設計的に引張強度をも負担できる超高強度繊維補強コンクリートが開発され、今後の適用拡大が見込まれている。この超高強度繊維補強コンクリート（Ultra High Strength Fiber Reinforced Concrete、以下、場合により「ＵＦＣ」という。）には、補強用の繊維が配合されている。

ＵＦＣは、一般に、従来のコンクリートと比較して所定の硬化性状が得られるまでに長い養生期間を要する。従って、ＵＦＣからなるプレキャストコンクリート部材を工場で製造する場合、養生期間を短縮するため、８０〜９５℃程度の蒸気による給熱養生が実施される。コンクリートの養生方法としては、例えば、特許文献１〜３に記載の方法が知られている。
特開２００６−８４３１号公報 特開２００２−８７８９２号公報 特開２００２−２４２４３４号公報

ところで、プレキャストコンクリート部材の製造工場において一体として製造できない梁や床版などの大型の構造物をＵＦＣで構築する場合、複数のプレキャストコンクリート部材を工場で製造し、これらを現場で接合する必要がある。この際、プレキャストコンクリート部材間の目地部においてもＵＦＣの硬化物と同等の強度特性が要求される場合には、目地材としてＵＦＣを使用することが望ましい。

しかしながら、ＵＦＣからなる目地材を現場打設した後、一般的なコンクリートと同様の養生方法を行うと、所定の強度特性が得られるまでの養生期間が長くなり、工期の長期化を招来する。そこで、目地部に打設したＵＦＣに対して給熱養生を実施すれば養生期間の短縮化が図れるが、局所的に給熱するとプレキャストコンクリート部材中に急激な温度勾配が生じ、温度応力ひび割れが発生するおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、工期短縮のために目地材に対して給熱養生を実施しても温度応力によるひび割れの発生を十分に抑制できるコンクリート部材の接合方法及びこの接合方法を用いてプレストレストコンクリート橋梁用床版を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明に係るコンクリート部材接合方法は、給熱養生によって二つの部材間の目地部が所定の養生温度となるように目地部を養生箱で覆って加温する養生区間と、養生区間の両側をそれぞれ保温箱又は電熱マットで覆って目地部から遠ざかるにしたがってコンクリート部材の温度が養生温度から段階的に低くなるようにコンクリート部材を加温する１以上の温度遷移区間とを設ける方法であり、目地部に必要とされる強度及び養生期間に応じて前記養生温度を設定する工程と、二つの部材を安定的に加温できるように、養生温度及び外気温並びに部材の部材外縁から最も距離が遠い点と外縁との最短距離に応じて養生区間の幅及び温度遷移区間の幅を設定する工程とを有することを特徴とする。

本発明に係るコンクリート部材接合方法においては、目地材が打設されてなる目地部を所定の養生温度となるように加温することによって、目地材の硬化が促進されるため、工期を短縮できる。また、目地部から遠ざかるにしたがってコンクリート部材の温度が養生温度から徐々に又は段階的に低くなるように設定した温度遷移区間を設けることによって、温度応力によるひび割れの発生を十分に抑制できる。

目地部の養生温度は、養生期間を十分に短縮する観点から、４０℃〜１００℃の範囲であることが好ましい。また、目地材は、強度特性の観点から、繊維補強コンクリートであることが好ましい。また、養生後の目地部の圧縮強度は、１００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。目地材として硬化後の圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上のＵＦＣを使用すると、目地部においてもＵＦＣの硬化物と同等の強度特性が達成され、高い強度特性を有する接合体を製造できる。

また、本発明の接合方法は、二つのコンクリート部材が繊維補強コンクリートの硬化物である場合に好適であり、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上のＵＦＣの硬化物である場合に特に好適である。かかる場合、高い強度特性を有する接合体を製造することができる。

本発明の接合方法においては、目地部の養生温度を測定する工程と、この測定温度に追従するように水温が調整された水と共に水槽中に収容され、目地材と同一の材料からなる試料の圧縮強度を測定する工程と、を備えることが好ましい。試料の圧縮強度を適宜測定することで、その結果が所定値以上となった時点を養生終了時と判断することができる。また、その結果が想定値から著しく離れているような場合にあっては、この圧縮強度の測定結果に基づいて養生温度を変更する工程を更に備えることが好ましい。これにより、適切な温度管理が可能となり、高い接合強度を有する接合体を製造できる。

本発明に係るプレストレストコンクリート橋梁用床版の製造方法は、給熱養生によって目地材を硬化させて複数のコンクリート部材を接合してなるプレストレストコンクリート橋梁用床版を製造する方法であって、隣接する二つのコンクリート部材間の目地部を硬化させる接合工程と、この接合工程を経て得られた接合体に引張応力が付与された鋼材を定着して前記接合体に圧縮応力を生じさせるプレストレス導入工程とを備えることを特徴とする。上記接合工程は、二つの部材間の目地部が所定の養生温度となるように目地部を養生箱で覆って加温する養生区間と、養生区間の両側をそれぞれ保温箱又は電熱マットで覆って目地部から遠ざかるにしたがってコンクリート部材の温度が養生温度から段階的に低くなるようにコンクリート部材を加温する１以上の温度遷移区間とを設ける工程であり、目地部に必要とされる強度及び養生期間に応じて養生温度を設定する工程と、二つの部材を安定的に加温できるように、養生温度及び外気温並びに部材の部材外縁から最も距離が遠い点と外縁との最短距離に応じて養生区間の幅及び温度遷移区間の幅を設定する工程とを有する。

本発明に係るプレストレストコンクリート橋梁用床版の製造方法によれば、工期短縮のために目地材に対して給熱養生を実施しても温度応力によるひび割れの発生を十分に抑制でき、現場において効率的にプレストレストコンクリート橋梁用床版を製造することができる。

本発明によれば、工期短縮のために目地材に対して給熱養生を実施しても温度応力によるひび割れの発生を十分に抑制できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本発明に係るコンクリート部材接合方法の好適な実施形態について、プレストレストコンクリート橋梁用床版を架設現場にて構築する場合を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る接合方法によって隣接する二つのコンクリート部材同士を接合している状態を示す断面図である。同図に示すように、二つのコンクリート部材１，２の間には、目地部５が形成されている。コンクリート部材１，２は、超高強度繊維補強コンクリートの硬化物からなり、工場で製造され、架設現場に搬入されたプレキャストコンクリートである。また、目地部５は超高強度繊維補強コンクリートを打設して形成したものである。

図１に示すように、本実施形態に係る接合方法では、目地部５を含む領域、すなわち、目地部５及びその周辺のコンクリート部材１，２の一部が養生箱１１で囲われている。この養生箱１１は、断熱材（厚さ１０〜２００ｍｍ）と、これを支持する補強材とによって構成されており、その内部の空間は熱風機（図示せず）からの熱風が循環し、目地部５全体が所定の養生温度Ｔ_１以上となるように加温されている。

目地部５を含む領域を熱風によって加温する給熱養生を行うことで、目地部５の外縁及び加温されたコンクリート部材１，２の端面から目地部５へと熱が供給される。そのため、目地部５全体を十分均一に加温することができ、養生後においては目地部５の高い接合強度を達成することができる。養生後の目地部５の圧縮強度は、１００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましく、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上であることがより好ましく、１８０Ｎ／ｍｍ^２以上であることが更に好ましい。

本発明者らは、養生後の圧縮強度１８０Ｎ／ｍｍ^２以上を達成できる超高強度繊維補強コンクリートを調製し、養生温度Ｔ_１と養生期間の関係について試験を行った。その結果を表１に示す。この試験では、圧縮強度が１８０Ｎ／ｍｍ^２以上となった時点を養生終了とした。

目地部５の養生温度Ｔ_１は、使用する目地材の組成などによって適宜設定すればよいが、養生温度Ｔ_１の下限は４０℃であることが好ましく、６０℃であることがより好ましく、８０℃であることが更に好ましい。養生温度Ｔ_１が５０℃未満であると長期の養生期間を確保する必要がある。他方、養生温度Ｔ_１の上限は、養生箱１１の加温性能の観点から、１００℃であることが好ましく、９５℃であることがより好ましく、９０℃であることが更に好ましい。

養生箱１１の両側には、養生箱１１と同様の構成の保温箱１２ａ，１２ｂが養生箱１１と隣接して設置されている。保温箱１２ａ，１２ｂによってコンクリート部材１，２の一部が囲まれている。これらの保温箱１２ａ，１２ｂ内の空間は熱風機（図示せず）からの熱風が循環し、養生温度Ｔ_１よりも低い温度Ｔ_２に加温されている。

養生箱１１に隣接する領域を保温箱１２ａ，１２ｂで囲い、その内部の空間に熱風を供給することで、コンクリート部材１，２の当該部分を十分均一に加温することができる。従って、コンクリート部材１，２の養生箱１１で覆われた部分と保温箱１２ａ，１２ｂで覆われた部分との間に安定的に所望の温度差をつけることができる。

コンクリート部材１，２の保温箱１２ａ，１２ｂよりも更に外側は、電熱マット１３ａ，１３ｂが巻かれている。これらの電熱マット１３ａ，１３ｂに電気を供給することによって当該部分は第２の養生箱１２ａ，１２ｂ内の温度よりも低い温度Ｔ_３にそれぞれ加温される。電熱マット１３ａ，１３ｂと断熱材とを併用した場合、２０〜４０℃の範囲の温度を安定的に維持できる。

更に、コンクリート部材１，２の電熱マット１３ａ，１３ｂが巻かれた部分の更に外側は、断熱材１４ａ，１４ｂが巻かれている。これらの断熱材１４ａ，１４ｂは、当該部分に外気温の影響などによって急激な温度勾配が生じることを防止している。

本実施形態に係る接合方法においては、目地部５から遠ざかるにしたがってコンクリート部材１，２の温度が養生温度Ｔ_１から温度Ｔ_２及び温度Ｔ_３を経て外気温Ｔ_４へと段階的に低くなるように、養生箱１１、保温箱１２ａ，１２ｂ、電熱マット１３ａ，１３ｂ及び断熱材１４ａ，１４ｂが設けられる。かかる構成を採用することによって、養生期間を短くすることができると共に、温度応力によるひび割れの発生を十分に抑制できる。

次に、図２を参照しながら、養生箱１１、保温箱１２ａ，１２ｂ及び電熱マット１３ａ，１３ｂを設置する区間を温度応力解析に基づいて決定する方法について説明する。ここではコンクリート部材１，２及び目地部５からなる接合体１０は目地部５の位置を中心に左右対称であるものとし、コンクリート部材１側についてのみ説明する。

図２に示す養生区間Ｚ_１は、養生箱１１で囲われたコンクリート部材１の区間を意味する。一方、第１温度遷移区間Ｚ_２は、保温箱１２ａで囲われたコンクリート部材１の区間を意味し、第２温度遷移区間Ｚ_３は、電熱マット１３ａが巻かれたコンクリート部材１の区間を意味する。区間Ｚ_４は、加温されないコンクリート部材１の区間を意味し、断熱材１４ａが巻かれた区間及びその更に外側の区間を意味する。

養生区間Ｚ_１は、下記式（１）で算出される最小幅Ｗ_１（ｍｍ）以上とすることが好ましい。養生区間Ｚ_１が最小幅Ｗ_１未満であると、目地部５全体を養生温度Ｔ_１以上とすることが困難となる傾向にある。また、第１温度遷移区間Ｚ_２は下記式（２）で算出される最小幅Ｗ_２（ｍｍ）以上とすることが好ましく、同様に、第２温度遷移区間Ｚ_３は下記式（２）で算出される最小幅Ｗ_３（ｍｍ）以上とすることが好ましい。第１温度遷移区間Ｚ_２が最小幅Ｗ_２未満であると、コンクリート部材１中に急激な温度勾配が生じやすく、温度応力ひび割れが発生しやすくなる。第２温度遷移区間Ｚ_３が最小幅Ｗ_３未満の場合も同様である。

ここで、式中、Ｌ_０は、図３に図示したようにコンクリート部材１の端面Ｆ_０において、外縁から最も距離が遠い点Ｐ_０と外縁との最短距離（ｍｍ）を示し、ΔＴ_１は、養生区間Ｚ_１の設定温度Ｔ_１（℃）と第１温度遷移区間Ｚ_２の設定温度Ｔ_２（℃）との温度差（Ｔ_１−Ｔ_２）を示す。

ここで、式中、ｎは、２又は３を示し、Ｌ_ｉは、区間Ｚ_ｉと区間Ｚ_ｉ＋１との境界面と交差するコンクリート部材１の断面Ｆ_ｉにおいて、外縁から最も距離が遠い点Ｐ_ｉと外縁との最短距離を示し、ΔＴ_ｉは、区間Ｚ_ｉの設定温度Ｔ_ｉと区間Ｚ_ｉ＋１の設定温度Ｔ_ｉ＋１との温度差（Ｔ_ｉ−Ｔ_ｉ＋１）を示す。なお、ｉは１又は２である。

上記式（１），（２）はコンクリート部材１の温度応力解析によって得られたものであり、加温のための消費エネルギーをなるべく少なくするには、養生区間Ｚ_１は、上記式（１）で算出される最小幅Ｗ_１に設定すればよい。同様に、第１温度遷移区間Ｚ_２及び第２温度遷移区間Ｚ_３は、下記式（２）でそれぞれ算出される最小幅Ｗ_２及び最小幅Ｗ_３に設定すればよい。この場合、コンクリート部材１の内部の温度は、目地部５から遠ざかるにしたがって養生温度Ｔ_１から連続的に低くなる。なお、区間Ｚ_１〜Ｚ_３を上記式（１），（２）で算出される最小幅Ｗ_１〜Ｗ_３よりも長く設定すると、コンクリート部材１の内部の温度は、目地部５から遠ざかるにしたがって養生温度Ｔ_１から段階的に低くなる。

例えば、冬季（外気温Ｔ_４：１０℃）にあっては、養生温度Ｔ_１、温度Ｔ_２及び温度Ｔ_３は、６０℃、４５℃及び３０℃程度に設定することができる。この場合、養生区間Ｚ_１、第１温度遷移区間Ｚ_２及び第２温度遷移区間Ｚ_３は、例えば、５００ｍｍ、１０００ｍｍ及び１０００ｍｍ程度に設定すればよい。

本実施形態に係る接合方法においては、養生終了の時点を表１に示したような養生温度Ｔ_１と養生期間の関係から判断することもできるが、温度追従養生槽内に目地材と同様の組成からなる試料を複数収容しておき、その試料の圧縮強度を測定することで養生終了の時点を判断することが好ましい。

この温度追従養生槽は、水と共に上記試料を収容する収容槽と、目地部５の内に先端が挿入されて目地部５の温度を測定する熱電対と、収容槽内の水の温度が熱電対で測定された温度と同じになるように水を加温するヒータとを備えている。温度追従養生槽から取り出した試料の圧縮強度を適宜測定し、その結果が想定値から著しく離れているような場合には、養生区間Ｚ_１や温度遷移区間Ｚ_２，Ｚ_３の温度設定を養生期間の途中で適切なものに変更できるという利点がある。

上記のような接合工程を複数の接合箇所についてそれぞれ実施し、複数のコンクリート部材の端面同士を接合することでプレストレストコンクリート橋梁の床版をなす接合体が得られる。この接合体にプレストレスを導入することによってプレストレストコンクリート橋梁用床版を現場で構築することができる。プレストレス導入工程は、引張応力が付与されたプレストレス鋼材をコンクリート部材の接合体に定着し、圧縮応力を生じさせる工程である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、養生箱１１、保温箱１２ａ，１２ｂ及び電熱マット１３ａ，１３ｂを使用する場合を例示したが、例えば、保温箱１２ａ，１２ｂの代わりに電熱マットを使用したり、電熱マット１３ａ，１３ｂの代わりに保温箱を使用したりしてもよい。また、電熱マットをコンクリート部材表面に敷設し、その出力を調整するなどして温度遷移区間を設けてもよい。ただし、所定の区間を十分均一に加温する観点からは、接合体の外縁に直接接して加温する電熱マットのような接触加熱手段単独よりも、高温の空気（熱風）によって加温する養生箱１１や保温箱１２ａ，１２ｂのような非接触型加温手段を採用することが好ましい。

また、上記実施形態においては、コンクリート部材１，２に２つずつの温度遷移区間Ｚ_２，Ｚ_３を設ける場合を例示したが、外気温や養生温度に応じて１つずつ又は３つ以上の温度遷移区間をコンクリート部材１，２に設けてもよい。

更に、上記実施形態においては、本発明に係る接合方法を用いてプレストレストコンクリート橋梁用床版を製造する場合を例示したが、本発明に係る接合方法は各種の用途に使用されるコンクリート部材接合体の製造する際に適用できることは言うまでもない。また、本発明に係る接合方法は、プレキャストコンクリート部材同士の接合に限定されず、例えば、現場で打設して製造されたコンクリート部材同士の接合にも適用できる。

本発明の実施形態に係る接合方法によってコンクリート部材同士を接合している状態を示す断面図である。 図１に示したコンクリート部材１の断面図である。 養生区間及び温度遷移区間を設定する際に使用するパラメータを説明する図である。

符号の説明

１，２…コンクリート部材、５…目地部、１１…養生箱、１２ａ，１２ｂ…保温箱、１３ａ，１３ｂ…電熱マット。

Claims (8)

1. 給熱養生によって目地材を硬化させて二つのコンクリート部材同士を接合する方法であって、
   前記二つの部材間の目地部が所定の養生温度となるように前記目地部を養生箱で覆って加温する養生区間と、前記養生区間の両側をそれぞれ保温箱又は電熱マットで覆って前記目地部から遠ざかるにしたがって前記コンクリート部材の温度が前記養生温度から段階的に低くなるように前記コンクリート部材を加温する１以上の温度遷移区間とを設ける方法であり、
   前記目地部に必要とされる強度及び養生期間に応じて前記養生温度を設定する工程と、
   前記二つの部材を安定的に加温できるように、前記養生温度及び外気温並びに前記部材の部材外縁から最も距離が遠い点と外縁との最短距離に応じて前記養生区間の幅及び前記温度遷移区間の幅を設定する工程と、
   を有することを特徴とするコンクリート部材の接合方法。
2. 前記目地部の養生温度は、４０℃〜１００℃の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記目地材は、繊維補強コンクリートであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 養生後の前記目地部の圧縮強度は、１００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記二つのコンクリート部材は、繊維補強コンクリートの硬化物であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記目地部の養生温度を測定する工程と、この測定温度に追従するように水温が調整された水と共に水槽中に収容され、前記目地材と同一の材料からなる試料の圧縮強度を測定する工程と、を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 圧縮強度の測定結果に基づいて前記養生温度を変更する工程を更に備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 給熱養生によって目地材を硬化させて複数のコンクリート部材を接合してなるプレストレストコンクリート橋梁用床版の製造方法であって、
   隣接する二つの前記コンクリート部材間の目地部を硬化させる接合工程と、
   前記接合工程を経て得られた接合体に引張応力が付与された鋼材を定着して前記接合体に圧縮応力を生じさせるプレストレス導入工程と、
   を備え、
   前記接合工程は、前記二つの部材間の目地部が所定の養生温度となるように前記目地部を養生箱で覆って加温する養生区間と、前記養生区間の両側をそれぞれ保温箱又は電熱マットで覆って前記目地部から遠ざかるにしたがって前記コンクリート部材の温度が前記養生温度から段階的に低くなるように前記コンクリート部材を加温する１以上の温度遷移区間とを設ける工程であり、前記目地部に必要とされる強度及び養生期間に応じて前記養生温度を設定する工程と、前記二つの部材を安定的に加温できるように、前記養生温度及び外気温並びに前記部材の部材外縁から最も距離が遠い点と外縁との最短距離に応じて前記養生区間の幅及び前記温度遷移区間の幅を設定する工程とを有することを特徴とするプレストレストコンクリート橋梁用床版の製造方法。

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