JP5064997B2 - コンクリート複合製品 - Google Patents

Description

本発明は、芯材をコンクリートで被覆した複合構造のコンクリート複合製品に関する。

鋼材などの芯材をコンクリートで被覆した複合構造のコンクリート複合製品において、特に、鋼材の外周（外側）面をコンクリートで被覆する方法として、次のものがある。

(1) 鋼材に薄厚のコンクリート（樹脂繊維、鋼繊維、岩綿などを含んだモルタル）を吹付けて鋼材を被覆する。これは、建築の柱・梁などの耐火被覆、または鋼製セグメントの内面被覆などに適用される（例えば特許文献１、２参照）。

(2) 鋼材をコンクリートに埋める方法がある。これは、一般的なＲＣ構造、ＳＲＣ構造に相当する。

(3) 芯材には、鋼材の他に、コンクリート、石、木材などがある。ちなみに、コンクリート管（ヒューム管）の外周を、緊張鋼線と吹付けモルタルで被覆した内圧管は存在する。

ここで、鋼材の外周（外側）面を薄い厚さのコンクリートで被覆する方法において、ひび割れの発生を制御する従来技術は見当たらない。

従来技術（耐火被覆）では、被覆した部分が他の材料で覆われるか外部から見えない空間に置かれるため、ひび割れの発生は問題視されない。

一方、被覆コンクリートが鋼材面積より大きいと、ひび割れの発生は少ないか、それほど目立たない（例えば、SRC構造）。また、コンクリートの収縮が拘束されないケースでは、ひび割れは発生し難い（例えば、既設トンネルの内面被覆）。
特開２００７−１３２０８２号公報（第１頁、図３） 特開２００５−１９４１２４号公報（第１頁）

鋼材の外周（外側）をコンクリート（一般的に使用されている材料として、繊維混入モルタルがある）で被覆する場合、鋼材の質量（面積）に比較して外側コンクリート（モルタル）の質量（面積）が少ないと、鋼材の拘束とコンクリートの自己収縮および乾燥収縮によって、以下の現象が起こる。

外側コンクリート（モルタル）にひび割れが発生する。ひび割れの発生方向は一様でない。特に、外側コンクリート（モルタル）が粉体系の材料（例えば、超高強度繊維補強コンクリート(ＵＦＣ)、高靭性セメント複合材料(ＥＣＣ)）では収縮変形量（自己収縮および乾燥収縮の合計）が大きいため、この収縮変形量に伴うひび割れの発生を使用材料の組合せ（配合）によって抑えた素材であるが、鋼材の拘束によって、ひび割れが入る。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、芯材の周面にコンクリートで成形された被覆材のひび割れを防止できる複合構造のコンクリート複合製品を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、芯材と、この芯材の周面に設けられたコンクリート収縮量を吸収する緩衝材と、この緩衝材を介してその周面にコンクリートで成形された被覆材と、このコンクリートで成形された被覆材の周面に設けられたコンクリート収縮量を吸収する別の緩衝材と、この別の緩衝材を介して被覆したコンクリートで成形された別の被覆材とを具備したコンクリート複合製品である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載のコンクリート複合製品における被覆材および別の被覆材を、超高強度繊維補強コンクリート、高靭性セメント複合材料、繊維混入コンクリート、ポリマーセメントコンクリートおよびポリマーコンクリートのいずれかであるとしたものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載のコンクリート複合製品における緩衝材および別の緩衝材を、弾性あるいは可塑性を備えた塗布あるいは接着可能な材料としたものである。

請求項１に記載された発明によれば、コンクリートで成形された被覆材および別の被覆材が収縮変形しても、緩衝材および別の緩衝材が被覆材および別の被覆材の収縮量を吸収するので、被覆材および別の被覆材のひび割れを防止でき、特に、複層の緩衝材および被覆材により、漏れ防止を重視した産業廃棄物などの格納容器に適した複合構造のコンクリート複合製品を提供できる。

請求項２に記載された発明によれば、被覆材および別の被覆材が、収縮変形量に伴うひび割れの発生を使用材料の組合せ（配合）によって抑えた素材である超高強度繊維補強コンクリートまたは高靭性セメント複合材料などであっても、芯材の拘束によってひび割れが発生するが、緩衝材および別の緩衝材によりコンクリート収縮量を吸収するので、芯材の周面に設けられたこれらの被覆材および別の被覆材のひび割れを防止できる。

請求項３に記載された発明によれば、弾性あるいは可塑性を備えた塗布あるいは接着可能な材料を緩衝材および別の緩衝材とした場合は、芯材に対する施工が容易である。

以下、本発明を、図１および図２に示された前提技術、図３に示された前提技術応用例および図４に示された本発明に係るコンクリート複合製品の一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図１は、複合構造のコンクリート複合製品10を示し、芯材11と、この芯材11の周面に設けられたコンクリート収縮量を吸収する緩衝材12と、この緩衝材12を介してその周面にコンクリートで成形された被覆材13と、この被覆材13の周面に設けられた保護材14とを具備したものである。

芯材11としては、鋼材が代表的であるが、コンクリート製品などを用いてもよい。また、図１に示された芯材11の形状は円形であるが、他の形状でもよく、例えば多角形をなした形状の芯材でもよい。

芯材11を被覆する被覆材13は、超高強度繊維補強コンクリート（ＵＦＣ）、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）、繊維混入コンクリート（ＦＲＣ、ＦＲＭ）、ポリマーセメントコンクリート（ＰＣＣ、ＰＣＭ）およびポリマーコンクリート（ＰＣ、ＰＭ）のいずれかが望ましいが、鉄筋あるいは樹脂繊維を平面状あるいは立体状に配置して膨張剤を混入したコンクリート、または樹脂を含浸させたコンクリートなどを用いてもよい。

コンクリート複合製品10における緩衝材12は、硬化後に弾性あるいは可塑性を備えた材料、例えば弾性あるいは可塑性樹脂材料、無機質発泡体を含んだ弾性あるいは可塑性樹脂材料（シート状に加工したもの）、無機質発泡体を含んだ遮熱材料（シート状に加工したもの）、無機質発泡体を含んだ断熱材料（シート状に加工したもの）などで、塗布可能な材料あるいは接着可能な材料（シート状に加工したもの）が望ましいが、瀝青材料（アスファルト）、ゴム、紙、フェルトなどを用いてもよい。

保護材14としては、塗布可能な材料、浸透性能を備える材料、樹脂系材料で接着する繊維シートなどの材料が望ましいが、被覆材13のまま、あるいは外型枠に用いた材料（例えば、鋼管、樹脂管、ドラム缶、樹脂容器）などをそのまま保護材14として用いてもよい。なお、この保護材14は無くてもよい。

そして、図２に示されるように、（ａ）芯材11を用意し、（ｂ）この芯材11の周面に、コンクリート収縮量を吸収する緩衝材12を塗布あるいは巻付け、（ｃ）この緩衝材12を介してその周面に被覆材13を成形して所要の養生を経た後、（ｄ）被覆材13の周面に保護材14を設ける。この保護材14は、被覆材13を成形する際の外型枠をそのまま用いてもよいし、無くてもよい。

このようにして、芯材11の外周（外側）をコンクリートで成形された被覆材13で被覆して複合構造とする製作手段において、芯材11と外側の被覆材13との間にコンクリートの収縮量を吸収する緩衝材12を設けることで、外側の被覆材13の表面での「ひび割れ」の発生を防止できるコンクリート複合製品10を提供する。

次に、図１および図２に示された前提技術の作用効果を説明する。

コンクリートで成形された被覆材13が自己収縮および乾燥収縮により収縮変形しても、緩衝材12が被覆材13の収縮量を吸収するので、被覆材13のひび割れを防止できる。

被覆材13が、収縮変形量に伴うひび割れ発生を抑えた性能の超高強度繊維補強コンクリート(ＵＦＣ)または高靭性セメント複合材料(ＥＣＣ)の場合であっても、芯材11の拘束効果によって被覆材13表面には微細なひび割れが入ることから、緩衝材12によりコンクリート収縮量を吸収するので、芯材11の周面に設けられたこれらの被覆材13のひび割れを防止できる。

保護材14は、被覆材13を成形して所要の養生を経た後に設ける保護層で、コンクリート複合製品の耐久性を向上させることができるが、被覆材13を成形する製造あるいは施工段階において外型枠（例えば、鋼管、樹脂管、ドラム缶、樹脂容器など）として使用した部材であって、取り外す必要のない場合では、そのまま保護材14とすることもできる。

弾性あるいは可塑性を備えた材料を塗布して所定の養生を経て、または弾性あるいは可塑性を備えたシート状に加工した材料を接着して、緩衝材12とした場合は、芯材11に対する施工が容易である。

次に、図３は、図１および図２に示された前提技術の応用例であり、水中に施工された複合構造のコンクリート複合製品10aを示し、コンクリート柱体などの芯材11の表面に被覆材13を部分的に適用する例であり、水面または海面の浸食作用を受け易い範囲の芯材周面に、緩衝材12を介してコンクリートで成形された被覆材13を設ける。

次に、図４は、本発明に係るコンクリート複合製品の一実施の形態を表わす多層コンクリート複合製品10bを示し、コンクリートで成形された被覆材13の表面すなわち外周面を、さらに同一素材あるいは他の素材からなる別の緩衝材12aを介して別の被覆材13aで被覆した例であり、この多層コンクリート複合製品10bを容器とする場合は、外側の保護材14を芯材11〜被覆材13aの上面より上方へ突出させ、この保護材14の内部に蓋体15を挿入するようにして芯材11〜被覆材13a上に蓋体15を被嵌する。

このように、複層の緩衝材12，12aおよび被覆材13，13aにより形成した多層コンクリート複合製品10bは、漏れ防止を重視した産業廃棄物などの格納容器に適する。そして、そのような場合は、芯材11〜被覆材13aの上面に接着剤15aを用いて蓋体15を接着するとよい。

鋼材（寸法変化はないものと仮定）の外周に設けるコンクリート（繊維混入モルタル）の自己収縮および乾燥収縮量は、最大で1000μである。例えば、外径994mmの鋼材外周に、３mm厚の緩衝材層を設け、さらにその外側に厚さ25mmのコンクリートで成形された被覆材層を設けたとする。

この被覆材層が均等に周方向に収縮すると、円周長さは約3.14mm縮む。これは、コンクリート層の内径（直径）が約１mm縮んだことになる。したがって、緩衝材層が0.5mmの変位吸収能力を備えていれば、コンクリート層には収縮の影響が出ることはなく、ひび割れは発生しない。ちなみに、緩衝層の厚さは、3.0mmから2.5mmに圧縮される。

一方、図５に示されたコンクリート複合製品10cのように、芯材11（直径600mmおよび長さ1.0ｍの鋼管）に、コンクリートで成形された被覆材13（厚さ25mmの超高強度繊維補強コンクリート(ＵＦＣ)）を直接被覆した試験体の場合は、軸方向のひび割れ16（幅0.15mm程度）が４本観察された。なお、周方向のひび割れは観察されなかった。

また、図６に示されたコンクリート複合製品10dのように、芯材11（直径600mmおよび長さ3.0ｍの鋼管）に、コンクリートで成形された被覆材13（厚さ25mmの高靭性セメント複合材料(ＥＣＣ)）を直接被覆した試験体の場合は、発生方向は一様ではないが、軸方向のひび割れ16および周方向のひび割れ17（共に幅0.1mm程度）が観察される。

これに対し、図１に示されるように、芯材11（直径600mmおよび長さ1.0ｍの鋼管）の外周に、緩衝材12（1.5mm厚×２層の無機質発泡体を含んだ遮熱シート）を介して、被覆材13（25mm厚の超高強度繊維補強コンクリート（ＵＦＣ））を被覆した実験では、被覆材13の表面に、軸方向および周方向のひび割れが共に観察されなかった。

これは、緩衝材12により、被覆材13の周方向の変位（自己収縮および乾燥収縮による収縮変形）を吸収できるとともに、緩衝材12の表面において被覆材13が長さ方向（鋼管軸方向）に滑るあるいは弾性変形する性質を付与させることによって、軸方向の変位（自己収縮および乾燥収縮による収縮変形）も吸収できるものと思われる。

本発明は、芯材の外周を超高強度繊維補強コンクリート(ＵＦＣ)、高靭性セメント複合材料(ＥＣＣ)などで被覆した複合構造のコンクリート複合製品に利用可能である。

本発明に係るコンクリート複合製品の前提技術を示す断面図である。 同上コンクリート複合製品の製造工程を示す工程図であり、（ａ）は芯材を示す斜視図、（ｂ）はシート状に加工した緩衝材を巻付ける状態を示す斜視図、（ｃ）はコンクリートで被覆材を成形した状態を示す斜視図、（ｄ）は被覆材の周面に保護材を設けた状態を示す斜視図である。 同上コンクリート複合製品の施工例を示す側面図である。 同上コンクリート複合製品を多層状容器に施工した本発明に係るコンクリート複合製品の一実施の形態を示す断面図である。 従来のコンクリート複合製品の第１試験例を示す斜視図である。 従来のコンクリート複合製品の第２試験例を示す斜視図である。

10b コンクリート複合製品
11 芯材
12 緩衝材
12a 別の緩衝材
13 被覆材
13a 別の被覆材

Claims (3)

1. 芯材と、
   この芯材の周面に設けられたコンクリート収縮量を吸収する緩衝材と、
   この緩衝材を介してその周面にコンクリートで成形された被覆材と、
   このコンクリートで成形された被覆材の周面に設けられたコンクリート収縮量を吸収する別の緩衝材と、
   この別の緩衝材を介して被覆したコンクリートで成形された別の被覆材と
   を具備したことを特徴とするコンクリート複合製品。
2. 被覆材および別の被覆材は、超高強度繊維補強コンクリート、高靭性セメント複合材料、繊維混入コンクリート、ポリマーセメントコンクリートおよびポリマーコンクリートのいずれかである
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート複合製品。
3. 緩衝材および別の緩衝材は、弾性あるいは可塑性を備えた塗布あるいは接着可能な材料である
   ことを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート複合製品。

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