JP5670007B2 - ゴムラテックスモルタル複合鋼床版 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板上面とゴムラテックスモルタル層との接合強度が高いゴムラテックスモルタル複合鋼床版に関する。

近年、高架橋や橋桁について、床版構造を有する鋼構造物（鋼床版構造物）の建設が増えている。この構造物は、鋼板製のデッキプレートの上にアスファルトを直接舗装して路床を形成したものである。鋼床版工法がコスト面等でメリットがあるため、広く採用されるようになった。しかし、この鋼床版はアスファルト自体に剛性がないため、鋼板による剛性で構造を保持しているが、経年劣化により疲労亀裂が補強リブなどの溶接部に起こりやすい。この問題は鋼板の厚みを増すことによって低減はできるが、経済性が低下し、また既存物の補修などには適さない。

また、鋼床版に使用されるアスファルトをコンクリートやモルタルなどに変えることによって、溶接部に発生する亀裂を低減する技術が知られている。さらに、コンクリートやモルタルと鋼板製デッキプレートを一体化するために、平滑な鋼板製デッキプレートの上面に補強鋼やスタッドなどの突起物を溶接する工法（特許文献１、２）が知られている。

しかし、突起物を設ける上記工法は、輪荷重や衝撃がモルタルやコンクリートを伝って平滑面にある突起物の溶接部に応力が集中し、モルタルやコンクリートにひび割れを生じさせると云う問題がある。さらに、ひび割れから鋼板へ雨水が浸入し、鋼板の腐食が進行し、耐久性が低下するなどの問題がある。また、補強鋼やスタッドを一つずつ溶接するため施工に時間がかかり、夜間車線規制をして行う補修工事や緊急工事などには好ましくはない。
特開２００５−２５６４６２号公報 特開２００５−３１４９９２号公報

従来の上記問題を解決するため、鋼板上面にゴムラテックスモルタル層を接着したゴムラテックスモルタル複合鋼床版が開発されている。ゴムラテックスモルタルは繰り返し荷重による輪荷重や衝撃によりひび割れなどを発生し難く、衝撃吸収性、応力分散性や防水性に優れているが、従来のゴムラテックスモルタル複合鋼床版はゴムラテックスモルタルと鋼板との接合強度に改善の余地がある。

本発明は、ゴムラテックスモルタルと鋼板との接着性を高めると共に、鋼板の歪みに対するゴムラテックスモルタルの追従性を向上させ、複合鋼床版全体の一体性を高めたゴムラテックスモルタル複合鋼床版（単に複合鋼床版と云うことがある）を提供する。

本発明は、上記課題の解決手段として以下の構成を有するゴムラテックスモルタル複合鋼床版に関する。
〔１〕鋼板上面にゴムラテックスモルタル層が接着されたゴムラテックスモルタル複合鋼床版において、鋼板上面の表面粗さＲｚを７０.３μｍ以上〜１２４.８μｍ以下、ゴムラテックスモルタルのポリマーセメント比（Ｐ／Ｃ）を１２〜２５重量％にすることによって、鋼板とゴムラテックスモルタルが剥離する水平せん断応力を２.２Ｎ／ｍｍ²以上、およびゴムラテックスモルタルの静弾性係数を２０×１０ ³ Ｎ/ｍｍ²以下にしたことを特徴とするゴムラテックスモルタル複合鋼床版。
〔２〕ポリマーセメント比（Ｐ／Ｃ）を１８〜２５重量％、鋼板上面の表面粗さＲｚを９９.６μｍ以上〜１２４.８μｍ以下にすることによって、水平せん断応力を２.５Ｎ／ｍｍ²以上、および静弾性係数を１９.２×１０³〜１６.６×１０³Ｎ/ｍｍ²にした上記[１]に記載するゴムラテックスモルタル複合鋼床版。

本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板とゴムラテックスモルタルとの接合強度が高いので、鋼板の歪みに対して追従性に優れており、またゴムラテックスモルタルによる優れた衝撃吸収性・応力分散性・防水性を有しており、さらに耐久性に優れている。

本発明の複合鋼床版は、具体的には、例えば、鋼板表面にゴムラテックスモルタル層を接着し、曲げ変形にともない鋼板表面とゴムラテックスモルタル層の界面に生じる水平せん断応力が２.０Ｎ／ｍｍ²以上において、モルタル層が鋼板表面から剥離しない接合強度を有する。

また、従来、鋼板とゴムラテックスモルタルとの接合強度を高めるために鋼板表面に補強鋼やスタッドなどの突起物を設けることが知られているが、本発明の複合鋼床版は鋼板とゴムラテックスモルタルとの接合強度が高いので突起物などを設ける必要がなく、施工が容易であり、かつ経済性に優れる。なお、スタッドなどの突起物を設けた鋼板表面にゴムラテックスモルタルを設けても良い。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板上面にゴムラテックスモルタル層を一体に接着した複合鋼床版である。
本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、具体的には、鋼板上面にゴムラテックスモルタル層が接着されたゴムラテックスモルタル複合鋼床版において、鋼板上面の表面粗さＲｚを７０.３μｍ以上〜１２４.８μｍ以下、ゴムラテックスモルタルのポリマーセメント比（Ｐ／Ｃ）を１２〜２５重量％にすることによって、鋼板とゴムラテックスモルタルが剥離する水平せん断応力を２.２Ｎ／ｍｍ ² 以上、およびゴムラテックスモルタルの静弾性係数を２０×１０ ³ Ｎ/ｍｍ ² 以下にしたことを特徴とするゴムラテックスモルタル複合鋼床版である。
なお、ゴムラテックスモルタル（以下、単にモルタルと云うことがある）はセメントモルタルにゴムラテックスを混合したものである。

本発明のゴムラテックスモルタルに使用するセメントは、特に限定されず、例えば各種ポルトランドセメント、混合セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、急硬性セメントなどが挙げることができる。このうち急硬性セメントは硬化が早いため緊急工事や補修工事などに好ましい。

本発明のゴムラテックスモルタルに用いるゴムラテックスはスチレンブタジエンゴムが好ましい。他のポリマーの酢酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリクロロピレンなどは鋼板を錆びさせる可能性があるため好ましくない。

本発明は、ポリマーセメント比（Ｐ／Ｃ）が９〜３０重量％、より好ましくは１２〜２５重量％のゴムラテックスモルタルを用いる。Ｐ／Ｃが上記範囲であれば、鋼板の歪みに対してゴムラテックスモルタルの追従性を向上させることができる。一方、Ｐ／Ｃが９重量％未満ではゴムラテックスモルタルの柔軟性が乏しいので、鋼板が荷重を受けて歪んだ場合、ゴムラテックスモルタルの鋼板に対する追従性が悪く接着性も低下する。また、Ｐ／Ｃが１２重量％以上であれば、ゴムラテックスモルタルの材齢２８日における静弾性係数を２００００Ｎ／ｍｍ²以下とすることができるので、鋼板とゴムラテックスモルタルの接合強度をさらに高めることができる。ただし、Ｐ／Ｃが３０重量％を超えるとゴムラテックスの粘性が高くなって施工性が低下するので好ましくない。

本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版において、鋼板の表面粗さ（Ｒｚ）は６０μｍ以上〜１５０μｍ以下である。ゴムラテックスモルタルの鋼板に対する追従性および接着性を向上し、さらに良好な施工性を確保するうえで、鋼板の表面粗さ（Ｒｚ）を上記範囲にするのが好ましい。Ｒｚが６０μｍ未満では鋼板に対するゴムラテックスモルタルの追従性および接着性が低い。一方、Ｒｚが１５０μｍより大きいと、鋼板とゴムラテックスモルタルの接着性は向上するが、この表面粗さにするための施工時間が長くなり投射材を多く使用するため好ましくない。

鋼板の表面粗さ（Ｒｚ）は、好ましくは７０μｍ以上〜１２４.８μｍ以下が適当である。Ｒｚがこの範囲内であれば、鋼板に対するゴムラテックスモルタルの追従性が良く、接着強度も高い。また、この表面粗さ(Ｒｚ)にする施工時間も短くすることができるので好ましい。具体的には、研掃機等を使用して鋼板上面に投射材を投射し、短時間に鋼板の表面粗さ(Ｒｚ)を上記範囲にすることができる。ここで用いる投射材としては、金属粒、セラミックス粒、砂等を用いることができる。

本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版のゴムラテックスモルタルは、本発明の効果を実質的に喪失させない限り前記以外の成分を含むものであってよい。このような成分として、収縮低減剤、繊維、遅延剤、分散剤、各種減水剤、膨張材、保水剤、消泡剤、撥水剤、潜在性水硬性物質、石炭灰やシリカヒューム等のポゾラン反応性物質等挙げることができる。

本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板表面にゴムラテックスモルタル層を接着し、曲げ変形にともない鋼板表面とゴムラテックスモルタル層の界面に生じる水平せん断応力が２.０Ｎ／ｍｍ²以上において、モルタル層が鋼板表面から剥離しない接合強度を有することが好ましく、更に、曲げ変形にともない鋼板表面とゴムラテックスモルタル層の界面に生じる水平せん断応力が２.２Ｎ／ｍｍ²以上において、モルタル層が鋼板表面から剥離しない接合強度を有することがより好ましい。

ここで、曲げ変形にともない鋼板表面とゴムラテックスモルタル層の界面に生じる水平せん断応力（τ）は次式（イ）によって求められる。式中、Ｓは曲げに伴うせん断応力度、Ｑは中立軸まわりの断面一次モーメント、Ｉは中立軸まわりの断面二次モーメント、ｂは着目点の幅を示す。
τ＝（ＳＱ）／（Ｉｂ） ・・・・・・・ （イ）

本発明のゴムラテックスモルタル複合鋼床版は、鋼板表面を粗面化処理して上記範囲の表面粗さ(Ｒｚ)とし、そこに上記Ｐ／Ｃのゴムラテックスモルタルを打設し、締め固めを行なった後に養生して形成することができる。養生の際にゴムラテックスを表面に吹き付けて保護膜を形成すると良い。

以下、本発明を実施例によって具体的に示す。
〔ゴムラテックスモルタルの調製〕
下記材料と水をモルタルミキサに投入し、２０℃の温度下で３分間混練し、表１に示すＰ／Ｃのゴムラテックスモルタルを調製した。
基本配合
セメント：骨材＝１００：３００
水／セメント＝３２％
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製品）
スチレンブタジエン系ポリマーディスパージョン（固形分４５重量％、太平洋マテリアル株式会社製品）
骨材（珪砂）

〔鋼板の表面粗さの調整〕
下記鋼板に対して、研掃機を使い、投射材の量を調整し鋼板の表面を処理し、表１および表２に示す表面粗さの鋼板とした。
鋼板：材質ＳＳ４００、８００×１００×９ｍｍ
研掃機：ショットブラストＳＭＢ−２００ＦＲＣ
投射材：鋳鉄：平均粒子径１.４ｍｍ

〔複合鋼床版〕
表１に示すＰ/Ｃ値のゴムラテックスモルタルを、表１に示す表面粗さの鋼板上面に２ｃｍ打設し、図１、２に示す試験試料のゴムラテックスモルタル複合鋼床版を製造した。図中、１は複合鋼床版、２はゴムラテックスモルタル、３は鋼板、Ｇはゲージである。

〔評価試験〕
３点曲げ試験：材齢２８日のゴムラテックスモルタル複合鋼床版について、モルタル上面のセンターに荷重を加えて最大載荷重と最大歪みを測定した。なお、支持点はセンターから両サイドへ２５０ｍｍ離れたところに設置した。３点曲げ試験の概要の模式図を図２に示した。試験結果を以下の記号によって表１に示した。

〔水平せん断応力〕
３点曲げ試験の最大荷重時において、モルタルと鋼板の界面に生じる水平せん断応力を上記式（イ）により求めて表１および表２に示した。この水平せん断応力は、鋼鈑とゴムラテックスモルタルとの剥離に対する限界水平せん断応力を示す。
◎：鋼板とゴムラテックスモルタルとが剥離する水平せん断応力は２.３Ｎ／ｍｍ²以上であり、剥離抵抗性が大幅に高く、剥離しない。
○：鋼板とゴムラテックスモルタルとが剥離する水平せん断応力は２.０Ｎ／ｍｍ²以上〜２.３Ｎ／ｍｍ²未満であり、剥離抵抗性が十分に高く、剥離し難い。
×：鋼板とゴムラテックスモルタルとが剥離する水平せん断応力は２.０Ｎ／ｍｍ²未満であり、剥離抵抗性が低く、剥離し易い。

〔静弾性係数試験〕
規格（JHS307‐1999 コンクリートの静弾性係数試験方法）に準じ、材齢２８日のゴムラテックスモルタル複合鋼床版のゴムラテックスモルタルについて測定した。
○：２４０００Ｎ/ｍｍ²以下の場合は、微弾性体であるために応力分散や耐衝撃性に優れ、複合鋼床版として一体化していると評価した。
◎：２００００Ｎ/ｍｍ²以下の場合は、応力分散や耐衝撃性が上記○印の場合よりも優れており、複合鋼床版としてより一層一体化している。
×：２４０００Ｎ/ｍｍ²を超える場合は、応力を分散させずに衝撃を鋼板に伝えるため、ゴムラテックスモルタルと鋼板が剥離したり、ゴムラテックスモルタル亀裂が生じ、鋼板が荷重によって劣化を起こす。

３点曲げ試験に用いた複合鋼床版の平面図 ３点曲げ試験の概要を示す模式図

符号の説明

１−複合鋼床版、２−ゴムラテックスモルタル、３−鋼板、Ｇ−ゲージ

Claims (2)

1. 鋼板上面にゴムラテックスモルタル層が接着されたゴムラテックスモルタル複合鋼床版において、鋼板上面の表面粗さＲｚを７０.３μｍ以上〜１２４.８μｍ以下、ゴムラテックスモルタルのポリマーセメント比（Ｐ／Ｃ）を１２〜２５重量％にすることによって、鋼板とゴムラテックスモルタルが剥離する水平せん断応力を２.２Ｎ／ｍｍ²以上、およびゴムラテックスモルタルの静弾性係数を２０×１０ ³ Ｎ/ｍｍ²以下にしたことを特徴とするゴムラテックスモルタル複合鋼床版。
2. ポリマーセメント比（Ｐ／Ｃ）を１８〜２５重量％、鋼板上面の表面粗さＲｚを９９.６μｍ以上〜１２４.８μｍ以下にすることによって、水平せん断応力を２.５Ｎ／ｍｍ²以上、および静弾性係数を１９.２×１０³〜１６.６×１０³Ｎ/ｍｍ²にした請求項１に記載するゴムラテックスモルタル複合鋼床版。

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