JP5732368B2

JP5732368B2 - 透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法

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Publication number: JP5732368B2
Application number: JP2011228508A
Authority: JP
Inventors: 康祐横関; 正之江頭; 剛取違; 良一芦澤; 小林　聖; 聖小林; 達徳高柳; 健吾関; 康文坂本; 修鎌田; 竜三神下; 雄史山下
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: JP2013087014A

Description

本発明は、ポーラスコンクリートを用いた透水性コンクリート舗装のエフロレッセンスを抑制する舗装工法に関する。

コンクリート舗装は高い耐久性を有することから、路面への負荷が大きい道路や、頻繁な補修を回避したい道路などにおいて採用されている。最近ではポーラスコンクリートを用いて排水性を改善した「透水性コンクリート舗装」が採用されるケースが増えており、歩道や車道の舗装に利用されている。この種の舗装は自動車の走行抵抗や騒音の低減にも有効である。

ただし、透水性コンクリート舗装は、通常のコンクリート舗装と比較してエフロレッセンス（白華現象）が生じやすい。エフロレッセンスは、セメント由来の可溶成分（主として水酸化カルシウム）がセメントマトリクス中に内在する水分あるいは外界からの水分に溶解してコンクリート表面に移動し、それが外界の二酸化炭素と反応して不溶性の炭酸化合物（主として炭酸カルシウム）となり、コンクリート硬化体表面に白い粉状の生成物として現れる現象である。コンクリート舗装においてエフロレッセンスが生じると路面が滑りやすくなり、歩行や自動車等の安全な走行に支障をきたす場合がある。また、透水性コンクリート舗装の場合は生成した炭酸化合物がポーラスコンクリートの空隙を狭め、排水性能を低下させる要因ともなる。

一方、エフロレッセンスの軽減に有効な技術として、エポキシ系樹脂と繊維との混練物を主成分とするバインダーを配合する手法（特許文献１）、焼却溶融スラグスラグを主成分としたバインダーを配合する手法（特許文献２）、ゼオライトを用いたバインダーを配合する手法（特許文献３）が知られている。

特開２００２−２９４６１６号公報特開平１１−２６９８０６号公報特開平７−２３２９５３号公報

上記文献に開示の手法はエフロレッセンスの軽減には有効であるが、ポーラスコンクリートを用いた舗装においては更なるエフロレッセンス軽減効果が望まれる場合が多い。また、特殊なバインダーを採用することによりコストが増大するという欠点もある。さらに、エポキシ系樹脂やゼオライトを配合したコンクリートは表面粗度の低い硬化体となるため、コンクリート自体が滑りやすい特性を有している。したがって、コンクリート舗装において特にすべりに対する抵抗性を重視する場合には、エポキシ系樹脂やゼオライトの配合を制限することが望まれ、更なるエフロレッセンス抑制対策が必要となる。

本発明は、エフロレッセンスを抑止し、すべりに対する抵抗性に優れた透水性コンクリート舗装を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、空隙率１５〜２５％の透水性舗装用ポーラスコンクリートを道路表面に打設したのち、少なくとも材齢２日（４８時間）〜７日の期間、前記コンクリート表面が曝される雰囲気を平均ＣＯ₂濃度１０〜８０％、平均温度２０〜６０℃、平均湿度４０〜６０％とする条件で炭酸化養生を施すことにより、当該ポーラスコンクリートのセメントマトリクス表層（外部に通じる空隙内部の表層を含む）を強制的に炭酸化する、透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法が提供される。その炭酸化の手法として、コンクリート上面を非透気性カバーで覆ってカバー内の空間にＣＯ₂含有ガスを導入する手法が好適に採用できる。以下において上記の「コンクリート表面が曝される雰囲気を平均ＣＯ₂濃度１０〜８０％、平均温度２０〜６０℃、平均湿度４０〜６０％とする条件」を「好ましい炭酸化条件」と言うことがある。

また、別の炭酸化養生の手法として、前記のコンクリート上面に顆粒状ドライアイスを散布して当該ポーラスコンクリート表面の空隙にドライアイス粒子を入り込ませ、その上から非透気性カバーで覆う手法を採用することもできる。

ここで、上記の空隙率は、エフロレッセンスなどにより空隙が狭小化する前の「初期空隙率」を意味する。すなわち、打設後、締め固めを終えた時点の空隙率である。上記の「平均ＣＯ₂濃度」は、コンクリート表面が曝される雰囲気のＣＯ₂濃度（体積％）を材齢２日（４８時間）から７日（２４×７＝１６８時間）まで時間積分した値を、材齢２〜７日間の経過時間（７−２＝５日間）で除することにより求まる値である。上記「平均温度」および「平均湿度」についても同様の考え方が適用される。なお、炭酸化養生の終了時期については、材齢７日を超える時点とすることに制約はない。炭酸化養生は、打設後、材齢１日程度が経過してから開始することが望ましい。

本発明に適用するポーラスコンクリートとしては、水、セメント、膨張材、細骨材、粗骨材、高性能減水剤、およびセピオライトを含有する混練物を打設したものがより効果的である。

本発明によれば、ポーラスコンクリートを用いた透水性コンクリート舗装において、簡便な手法によりエフロレッセンスを大幅に軽減することが可能となる。これにより従来透水性コンクリート舗装の欠点の一つとされている路面のすべりに対する抵抗性低下の問題が改善される。また、エフロレッセンスに起因するコンクリート空隙の目詰まりが大幅に緩和されるので、優れた排水性を長期にわたって維持することができる。また、炭酸化によるセメントマトリクスの緻密化によって強度および耐摩耗性も向上する。さらに、コンクリート硬化体の表面粗度を小さくする（滑りやすくする）性質を有するエポキシ樹脂やゼオライトなどの混和材料を添加することなくエフロレッセンスを効果的に軽減できるので、それらの混和材料の添加量を抑えた配合のポーラスコンクリートを適用すれば、より一層優れたすべりに対する抵抗性を実現でき、かつ材料コストの低減にも繋がる。

本発明では、空隙率が１５〜２５％の透水性舗装用ポーラスコンクリートを使用する。この空隙率は上述のように「初期空隙率」を意味する。初期空隙率が上記範囲より小さいと十分な排水機能を得ることが難しい。また自動車走行時の騒音防止効果も低くなる。一方、初期空隙率が上記範囲より大きいと、ポーラスコンクリートの強度レベルが低下し、耐久性についてアスファルト舗装に対する優位性が低くなる。初期空隙率は１８〜２０％とすることがより好ましい。

ポーラスコンクリートとしては、従来から透水性舗装用として使用されているものを広く適用することができるが、特に、水、セメント、細骨材、粗骨材、高性能減水剤、および増粘剤としてセピオライトを含有するものが好適な対象となる。

エポキシ系樹脂やゼオライトをバインダー成分として含有させると、前述のようにエフロレッセンス抑制には有効であるが、コンクリート硬化体の表面粗度が平滑化するようになる。したがって、これらの混和材料を多量に添加するとすべりに対する抵抗性の面で不利となる。本発明では、これらの混和材料を無添加とすることができる。

セメントは普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種などを使用することができる。細骨材、粗骨材については従来の透水性舗装用ポーラスコンクリートに使用されているものを適用すればよい。粗骨材の最大寸法は、道路の仕様にもよるが、５〜１２ｍｍ程度の範囲で設定すればよい。

上記のようにエポキシ系樹脂およびゼオライトの含有量を制限する場合には、ポーラスコンクリートのフレッシュ性状を良好に維持するために、それに替わる混和材料によってバインダーの粘性を適性化することが望まれる。発明者らは種々検討の結果、高性能減水剤とセピオライト粉末を複合添加することにより、硬化体の表面粗度を過度に平滑化させることなく、良好なフレッシュ性状を実現させることができた。セピオライトは含水珪酸マグネシウム系粘土鉱物の一種であり、ここでは増粘材として機能する。その配合量はコンクリート混練物における単位水量に対して０.３％以上とすることが効果的である。ただし、セピオライトを過剰に添加すると粘性が増大して施工性が低下するとともに、コスト増大を招く。種々検討の結果、セピオライトの配合量は単位水量に対して２.０％以下の範囲とすることが望ましく、例えば０.５５％以下に管理してもよい。高性能減水剤は公知のものを使用することができる。

高性能減水剤およびセピオライトを添加した本発明に適したポーラスコンクリート混練物は、例えば以下の範囲で配合調整することができる。
水セメント比Ｗ／Ｃ：２７.０〜３２.５％、単位モルタル体積Ｖmに占める単位細骨材体積Ｖsの割合Ｖs／Ｖm：１５.０〜２５.０体積％、単位水量Ｗ：９０〜１２０ｋｇ／ｍ³、単位セメント量：３６０〜４００ｋｇ／ｍ³、単位細骨材量：１００〜２００ｋｇ／ｍ³、単位粗骨材量：１３００〜１５００ｋｇ／ｍ³、単位高性能減水剤量：２.０〜７.０ｋｇ／ｍ³、単位セピオライト量：０.５〜２.５ｋｇ／ｍ³
その他、用途に応じて耐久性を重視する場合には収縮低減剤や膨張剤などの公知の混和剤を添加することができる。また、炭酸化を促進させるため、上記セメントの５０質量％までをγビーライト（γＣ₂Ｓ）、またはγビーライトを含有するスラグなどで置換してもよい。

本発明のエフロレッセンス抑制工法においては、透水性舗装用ポーラスコンクリートを道路表面に打設したのち、そのコンクリート上面を非透気性カバーで覆うことによって炭酸化養生を施す。この場合、いわゆるシート養生を適用することができる。すなわち、打設後のコンクリートの上面を非透気性シートで覆う。その際、できるだけ気密状態が保たれるように密閉する。シートとコンクリート上面との間の密閉空間に二酸化炭素を導入し、強制炭酸化を図る。

この炭酸化養生によって、ポーラスコンクリートの舗装面に露出しているコンクリート表面と、外部に繋がる空隙の内部表面において、炭酸化を進行させる。そのとき、セメントマトリクスの表層部に存在していて、本来なら自然環境下で溶出することになる水溶性の成分（主として水酸化カルシウム）が、溶出前に、セメントマトリクス中において強制的に炭酸化され、水に不溶性の反応生成物（主として炭酸カルシウム）がセメントマトリクス表層部に形成される。また、セメントマトリクス表層部が緻密化され、その緻密化層よりさらに内部に存在する水溶性成分の溶出抵抗（物質の透過のしにくさ）が増大する。その結果、長期にわたってセメントマトリクスからの水溶性成分の溶出が顕著に抑制され、それに伴いエフロレッセンスも顕著に抑制される。このことから、反応生成物がセメントマトリクス表面に析出して空隙を狭小化（目詰まり）するような現象は抑止され、高い透水性が維持される。さらに、表層部の緻密化によってコンクリートの強度やすりへり抵抗性も上昇傾向を呈するようになり、耐久性向上にも繋がる。ポーラスコンクリートの舗装断面の全体を炭酸化することが望ましい。

ＣＯ₂の供給方法としては、ＣＯ₂含有ガスを上記の密閉空間に導入する方法が採用できる。ＣＯ₂含有ガスとしては純ＣＯ₂ガスの他、工場の燃焼排ガスなどを利用することも可能である。この場合、炭酸化雰囲気（コンクリート表面が曝されるＣＯ₂含有雰囲気）は、平均ＣＯ₂濃度１０〜８０％、平均温度２０〜６０℃、平均湿度４０〜６０％とする。炭酸化養生の期間中、継続してＣＯ₂濃度１０〜８０％、温度２０〜６０℃、湿度４０〜６０％から外れないように管理することがより好ましい。

また、コンクリート上面にドライアイスを散在させる手法を採用することもできる。例えば、顆粒状のドライアイスをコンクリート上面に散布する手法が採用できる。また、ブロック状のドライアイスをコンクリート表面上に適当な間隔で置いてもよい。いずれの場合も、ドライアイスの昇華によって生じたＣＯ₂ガスがコンクリート表面を覆うので、コンクリート表面の炭酸化が可能である。顆粒状のドライアイスはポーラスコンクリートの空隙内部へ入り込むため、ポーラスコンクリートの空隙の深い位置まで短時間でＣＯ₂が届きやすい点で有利である。

炭酸化養生の開始時期は、打設後、材齢１日程度が経過してからとすることが望ましい。炭酸化養生の開始時期が遅れると水和が進み炭酸化しにくくなり、所望の部材表面の全面を炭酸化することが難しくなる場合がある。炭酸化養生の終了時期は、例えば材齢７〜２８日の範囲で設定することがより効果的である。終了時期が早すぎると、エフロレッセンス抑制効果が不十分となりやすい。

表１に示す材料を用いて、表２に示す配合のポーラスコンクリート混練物を作製した。練混ぜ方法は、ミキサに粗骨材、細骨材、セメント、セピオライトを入れて３０秒撹拌し、高性能減水剤と水を入れて更に９０秒撹拌する方法で行った。なお、表２中のＧvolは粗骨材体積率、Ｖsは単位細骨材体積、Ｖmは単位モルタル体積、Ｖoidはコンクリート硬化体の空隙率である。

この混練物を屋外に打設して道路の舗装を模擬したポーラスコンクリートの水平板状体を作製した。板状体厚さ（舗装厚さ）は１００ｍｍとした。このポーラスコンクリートの上面を６セクションに区分し、それぞれ、打設後４８時間以内に以下に示すＡ〜Ｄのいずれかの条件で養生を開始した。

（Ａ）そのままコンクリート上面を大気に曝したまま放置した。
（Ｂ）非透気性シートで覆う炭酸化養生を行った。シートとコンクリートの間の密閉空間にＣＯ₂含有ガスを導入して、コンクリート表面が曝される雰囲気をＣＯ₂濃度１０％、温度５０℃、湿度５０％に維持し、材齢７日まで養生した。
（Ｃ）上記Ｂの方法において、コンクリート表面が曝される雰囲気のＣＯ₂濃度を８０％とした。
（Ｄ）コンクリートの上面に顆粒状ドライアイスを散布して当該ポーラスコンクリート表面の空隙にドライアイス粒子を入り込ませ、その上を非透気性シートで覆って密閉して、材齢７日まで養生した。ただし、養生途中でドライアイスが消失する前に新たなドライアイスを補給した。

養生後はポーラスコンクリート上面を材齢６ヶ月まで屋外環境に暴露した。途中、エフロレッセンスが生じやすい環境とするために定期的に散水を行った。６ヶ月経過後のコンクリート上面を目視観察することによりエフロレッセンスの発生状況を調べ、以下の基準で評価し、○評価以上を合格と判定した。
◎：エフロレッセンスによる粉状物は表面に観測されない。
○：エフロレッセンスによる粉状物が一部表面にわずかに観測されるが、すべりに対する抵抗性に悪影響を及ぼす程度ではない。
×：エフロレッセンスによる粉状物が表面に観測され、すべりに対する抵抗性に悪影響を及ぼすと考えられる。

また、６ヶ月経過後のコンクリートのカットサンプルを採取し、曲げ強度、耐摩耗性、透水量を測定した。
曲げ強度はＪＩＳＡ１１０６に準じて測定し、上記（Ａ）の養生条件による試料に対して曲げ強度が増大したものを○表示した。
耐摩耗性は「舗装調査・試験法便覧」（（社）日本道路協会，２００７）に記載されているラベリング試験によりすり減り量を求め、上記（Ａ）の養生条件による試料に対してすり減り量が減少したものを○表示した。
透水量は「舗装調査・設計便覧」（（社）日本道路協会，２００７）記載されている現場透水量試験方法に準じて測定し、上記（Ａ）の養生条件による試料に対して透水量が大きかったものを○表示した。
これらの結果を表３に示す。

表３からわかるように、炭酸化養生を行うことによりエフロレッセンスを抑止することができる。また、炭酸化養生により曲げ強度の増大、耐摩耗性の向上が認められ、透水量も低下しにくいことが確認された。

Claims

空隙率１５〜２５％の透水性舗装用ポーラスコンクリートを道路表面に打設したのち、少なくとも材齢２日（４８時間）〜７日の期間、前記コンクリート表面が曝される雰囲気を平均ＣＯ₂濃度１０〜８０％、平均温度２０〜６０℃、平均湿度４０〜６０％とする条件で炭酸化養生を施すことにより、当該ポーラスコンクリートのセメントマトリクス表層（外部に通じる空隙内部の表層を含む）を強制的に炭酸化する、透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法。
空隙率１５〜２５％の透水性舗装用ポーラスコンクリートを道路表面に打設したのち、そのコンクリート上面を非透気性カバーで覆ってカバー内の空間にＣＯ₂含有ガスを導入する手法を利用して、少なくとも材齢２日（４８時間）〜７日の期間、コンクリート表面が曝される雰囲気を平均ＣＯ₂濃度１０〜８０％、平均温度２０〜６０℃、平均湿度４０〜６０％とする条件で炭酸化養生を施すことにより、当該ポーラスコンクリートのセメントマトリクス表層（外部に通じる空隙内部の表層を含む）を強制的に炭酸化する、透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法。
空隙率１５〜２５％の透水性舗装用ポーラスコンクリートを道路表面に打設したのち、そのコンクリート上面に顆粒状ドライアイスを散布して当該ポーラスコンクリート表面の空隙にドライアイス粒子を入り込ませ、その上から非透気性カバーで覆う手法を利用して、少なくとも材齢２日（４８時間）〜７日の期間、炭酸化養生を施すことにより、当該ポーラスコンクリートのセメントマトリクス表層（外部に通じる空隙内部の表層を含む）を強制的に炭酸化する、透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法。
ポーラスコンクリートは、水、セメント、膨張材、細骨材、粗骨材、高性能減水剤、およびセピオライトを含有する混練物を打設したものである請求項１〜３のいずれかに記載の透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法。
ポーラスコンクリートは、水、セメント、膨張材、細骨材、粗骨材、高性能減水剤、およびセピオライトを含有し、エポキシ系樹脂の含有量が０（無添加）〜０.５ｋｇ／ｍ³、ゼオライトの含有量が０（無添加）〜１０ｋｇ／ｍ³に制限された配合を有する混練物を打設したものである請求項１〜３のいずれかに記載の透水性コンクリート舗装のエフロレッセンス抑制工法。