JP6539031B2 - コンクリート部材およびコンクリート部材の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート部材およびコンクリート部材の施工方法に関する。

コンクリートの経年劣化や鉄筋の腐食等に起因して、コンクリート部材の表層部（かぶり部分）に剥落が生じる場合がある。
コンクリート部材の表層部の剥落防止方法としては、コンクリート部材の表面を、樹脂材の塗布（吹き付け）、繊維シートの貼着、アラミド繊維を埋め込む方法等により補強する場合がある。

ところが、樹脂材を塗布する方法は、施工に手間がかかり工期が長くなるとともに、コストが高かった。
また、繊維シートを貼着する方法も、施工に手間がかかり工期が長くなるとともに、コストが高かった。
アラミド繊維を埋め込む方法は、コストは上記の二方法より低くなるが、アラミド繊維の下部にセメントペーストを回り込ませるためには時間をかけて慎重に施工を行う必要がある。また、アラミド繊維を埋め込む方法は、型枠への設置、打設前の掃除にも手間がかかる上に、高圧洗浄機またはハイウォッシャーによる掃除によりアラミド繊維につけられた珪砂の剥落や、鉄筋溶接時にアラミド繊維が溶けられるなどの問題が発生する恐れがある。

また、特許文献１には、コンクリート片の剥落防止を目的として、繊維補強コンクリートを使用することが開示されている。ところが、コンクリート部材全体を繊維補強コンクリートにより構築すると、コストが高くなってしまう。
そのため、コンクリート部材の表層部のみに繊維補強コンクリートを採用することでコストの低減化を図る場合がある。

繊維補強コンクリートは、規定よりもスランプが大きくなるように作成されたフレッシュコンクリートに繊維を投入、撹拌して作成するのが一般的である。これは、フレッシュコンクリートに繊維を混入すると、スランプが著しく小さくなるため、単位水量を増加させることで所要のスランプを確保するためである。また、一般的に、フレッシュコンクリートに繊維を混入すると練混ぜに支障をきたすとともに、コンクリート中への繊維の分散が困難になるため、フレッシュコンクリートの単位水量を予め増加させている。

特開２００４−０２６６１９号公報

一般部のコンクリートと表層部のコンクリートとで単位水量が異なっていると、乾燥収縮量に差が生じるため、一体性が失われるおそれがある。また、配合が異なる２種類のコンクリートの使用は、現場での取扱いに手間がかかる。

このような観点から、本発明は、コンクリートの剥落を防止し、かつ、比較的簡易かつ安価に施工することが可能なコンクリート部材およびコンクリート部材の施工方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のコンクリート部材は、現場打ちコンクリートにより形成されたコンクリート部材であって、普通コンクリートにより形成された本体部と、繊維補強コンクリートにより形成された表層部とを備えており、前記繊維補強コンクリートは、前記普通コンクリートと同等のスランプおよびフレッシュ性状を保持できるように、当該普通コンクリートと同一配合のフレッシュコンクリート、繊維、増粘剤および高性能ＡＥ減水剤を撹拌混合したものであることを特徴としている。

かかるコンクリート部材によれば、本体部を構成するフレッシュコンクリートと、繊維補強コンクリートのフレッシュコンクリートが、同一配合であるため、本体部と表層部との間での一体性を確保することができる。
また、本体部と表層部において同一配合のフレッシュコンクリートを使用しているため、材料の管理が容易である。
なお、繊維とともに増粘剤および高性能ＡＥ減水剤を混入しているため、コンクリートの混練性を確保するとともに、所要のスランプも確保することができる。また、増粘剤成分は、高性能ＡＥ減水剤および繊維の添加により発生したコンクリートの粘性の低下を補う働きをする。

前記増粘剤が、液体であれば、フレッシュコンクリートへの混合が容易となり、施工手間の低減化を図ることができる。

本発明のコンクリート部材の施工方法は、普通コンクリートにより本体部を形成するとともに、繊維補強コンクリートにより表層部を形成するものであって、プラントにおいて普通コンクリートを生成して当該普通コンクリートを前記プラントから場内に搬入する工程と、前記普通コンクリートを打設する工程と、前記プラントにおいて前記普通コンクリートと同一の配合からなるフレッシュコンクリートを生成して当該フレッシュコンクリートを前記プラントから前記場内に搬入する工程と、前記場内において前記フレッシュコンクリート、繊維、増粘剤および高性能ＡＥ減水剤を撹拌混合して、前記普通コンクリートと同等のスランプとフレッシュ性状を有した繊維補強コンクリートを生成する工程と、前記繊維補強コンクリートを打設する工程とを備えることを特徴としている。

かかるコンクリート部材の施工方法によれば、本体部と表層部に使用するコンクリートの配合を同一とすることで、プラントから出荷するコンクリートの配合を一定にできるため、施工管理が容易であるとともに、コスト削減を図ることができる。
また、同一配合のコンクリートを使用することで、本体部と表層部との間での一体化を図ることができる。そのため、後施工による補強を省略あるいは小規模にすることができる。

本発明のコンクリート部材およびコンクリート部材の施工方法によれば、コンクリート片の剥落を防止し、かつ、比較的簡易に施工することが可能となる。

本実施形態のコンクリート部材を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１のコンクリート部材の各施工段階を示す断面図である。

本実施形態では、図１に示すように、ボックスカルバート等のコンクリート構造物１０の上床版１１を構成するコンクリート部材１について説明する。
上床版１１は、側壁１２，１２の上端に横架されている。

なお、コンクリート部材１は、上床版１１に限定されるものではなく、側壁１２や下床版１３であってもよい。
また、コンクリート構造物１０は、ボックスカルバートに限定されるものではない。

本実施形態のコンクリート部材１は、普通コンクリートにより形成された本体部２と、繊維補強コンクリートにより形成された表層部３とを備えている。
本体部２を構成するコンクリートの配合は、適宜設定すればよいが、コンクリート部材１として必要な強度を確保する必要がある。

表層部３は、コンクリート部材１の下側の被り部分を形成しており、本体部２の下面を覆うように形成されている。
本実施形態の表層部３は、繊維補強コンクリートを、コンクリート部材１の鉄筋４を巻き込んだ状態で打設することにより形成されている。すなわち、表層部３は、コンクリート部材１の表面から、鉄筋よりも内側（表面の反対側）までの範囲を形成している。なお、表層部３の厚さは、所定の被り厚さを確保していれば限定されない。

繊維補強コンクリートは、本体部２を構成する普通コンクリートと同一配合のフレッシュコンクリートに、繊維と増粘剤（増粘性高分子化合物）と高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸エーテル系化合物）とを混合したものである。
本実施形態で使用する増粘剤は、予め高性能ＡＥ減水剤と混合された、液状（液体）のものを使用する。なお、増粘剤は、必ずしも予め高性能ＡＥ減水剤と混合されている必要はない。また、増粘剤は、必ずしも液状である必要はなく、粉体であってもよい。また、増粘剤および高性能ＡＥ減水剤の成分は上記のものに限定されない。

フレッシュコンクリートに混合する繊維の量は、必要なコンクリート強度や、コンクリート内での分散性を考慮して設定する。また、フレッシュコンクリートに混合する繊維の種類は限定されるものではなく、鋼繊維、合成繊維、有機戦機、炭素繊維、ガラス繊維、無機質繊維、鉱物質繊維等の中から選択して使用すればよい。
また、フレッシュコンクリートに混合される増粘剤と高性能ＡＥ減水剤の量は、普通コンクリートと同等のスランプとフレッシュ性状（ワーカビリティ、単位水量等）を保持することが可能となるように調整する。

コンクリート部材１の施工は、型枠組立工程と、普通コンクリート生成工程と、繊維補強コンクリート生成工程と、表層部形成工程と、本体部形成工程と、養生工程とを備えている。
型枠組立工程は、図２の（ａ）に示すように、コンクリート部材１の型枠５を組み立てる工程である。

本実施形態では、側壁１２の上端部を利用して型枠５を組み立てるが、型枠５の組み立て方法（支持方法）は限定されない。
また、型枠５の組み立てに伴って、鉄筋４の配筋も行う。

普通コンクリート生成工程は、プラントにおいて普通コンクリート（フレッシュコンクリートを生成する工程である。
プラントにおいてフレッシュコンクリートを生成したら、当該フレッシュコンクリートを場内に搬入する。

繊維補強コンクリート生成工程は、プラントから搬入されたフレッシュコンクリートに繊維、増粘剤および高性能ＡＥ減水剤を混合して繊維補強コンクリートを生成する工程である。
なお、フレッシュコンクリートは、施工現場内に設けられたプラントから搬入してもよいし、施工現場外のプラントからコンクリートミキサー車等の輸送手段により搬入してもよい。

本実施形態では、「プラントから搬入されたフレッシュコンクリート」、「繊維」および「増粘剤と高性能ＡＥ減水剤との混合体」を、アジテーターに投入し、撹拌混合することで、繊維補強コンクリートを生成する。

表層部形成工程は、図２の（ｂ）に示すように、型枠５内に繊維補強コンクリートを打設することで表層部３を形成する工程である。
本実施形態では、コンクリート部材１の下側の鉄筋４を巻き込むように（鉄筋４が埋まるように）、繊維補強コンクリートを打設する。

本体部形成工程は、図２の（ｃ）に示すように、型枠５内に普通コンクリート（フレッシュコンクリート）を打設することにより本体部２を形成する工程である。
本実施形態では、表層部３の上面に普通コンクリートを打設することにより行う。

なお、普通コンクリートの打設は、繊維補強コンクリートが硬化する前に実施する。 本体部２用のフレッシュコンクリートは、表層部３（繊維補強コンクリート）用のフレッシュコンクリートと同一の配合からなり、同一のプラントにおいて生成したものを使用する。

養生工程は、本体部２の普通コンクリートと、表層部３の繊維補強コンクリートの養生を行う工程である。
コンクリートに所定の強度が発現したら、型枠を撤去する。

本実施形態のコンクリート部材１によれば、本体部２を構成するフレッシュコンクリートと、表層部３を構成する繊維補強コンクリートのフレッシュコンクリートとが、同一配合であるため、本体部２と表層部３との間での一体性を確保することができる。
また、表層部３と本体部２とをフレッシュコンクリートが硬化する前に積層するため、より確実に一体性を確保することができる。

また、本体部２と表層部３において同一配合のフレッシュコンクリートを使用しているため、材料の管理が容易である。プラントから出荷するコンクリートの配合を一定にすることで、プラントおよび施工現場における管理が容易となる。

また、繊維とともに増粘剤および高性能ＡＥ減水剤を混入しているため、コンクリートの混練性を確保するとともに、所要のスランプとフレッシュ性能を確保することができる。
また、同一のフレッシュ性能を有しているため、本体部２と表層部３との境界部において単位水量の違いに起因する長期的な影響が生じるおそれがない。

増粘剤が、液体であれるため、フレッシュコンクリートへの混合が容易となり、施工の手間の低減化を図ることができる。
また、表層部３（被り部分）のみに繊維補強コンクリートを使用しているため、コンクリート部材１の全体を繊維補強コンクリートにより形成する場合に比べて経済的である。

表層部３を繊維補強コンクリートとし、本体部２との一体性を確保しているため、後施工による補強工を省略あるいは簡略にすることができ、したがって、補強工に必要な費用や手間を削減することができる。

本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、コンクリート部材が鉄筋コンクリート部材の場合について説明したが、コンクリート部材は、無筋コンクリート部材であってもよいし、鉄骨鉄筋コンクリート部材であってもよい。

また、表層部形成工程と、本体部形成工程との施工順序は限定されるものではなく、本体部形成工程の後に表層部形成工程を実施してもよいし、本体部形成工程と表層部形成工程を同時に実施してもよい。この場合には、本体部形成工程と同時あるいは本体部形成工程の前に繊維補強コンクリート生成工程を実施してもよい。

前記実施形態では、表層部の上面に本体部の普通コンクリートを直接打設する場合について説明したが、表層部と本体部との境界に仕切り板を設置した状態でコンクリートを打設し、表層部と本体部のコンクリート打設後に仕切り板を撤去してもよい。

前記実施形態では、コンクリート部材の下面のみに表層部を形成する場合について説明したが、表層部の形成箇所は、コンクリート部材の表面であれば限定されるものではなく、例えば上面や側面であってもよい。

コンクリート部材に配筋される鉄筋のピッチ等は限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、シングル配筋の場合について説明したが、ダブル配筋であってもよい。

また、前記実施形態では、現場においてフレッシュコンクリートに繊維と増粘剤等を混合して繊維補強コンクリートを製造する場合について説明したが、繊維補強コンクリートを製造する場所は限定されない。

以下、本実施形態のコンクリート構造物について行った実証実験の結果について説明する。
まず、繊維とともに増粘剤とＡＥ減水剤を混合することによる繊維補強コンクリートのフレッシュ性能の確保について確認した。

フレッシュコンクリートとして、スランプが１２ｃｍの配合を選定した。
次に繊維を添加することによるスランプの低下量を確認した。このとき繊維混入率は、ＮＥＸＣＯの施工指針に従い、０．３ｖｏｌ％とした。
表１に、普通コンクリートと繊維補強コンクリートの配合とスランプ値を示す。

表１に示すように、本実施形態の繊維補強コンクリートは普通コンクリートと同等のスランプ値となった。

次に、本実施形態のコンクリート部材の試験体を作成し、押抜き試験を実施して、剥落防止効果の確認を行った（実施例）。
なお、試験体は、６００×７００×２００ｍｍの平板状を呈しており、本体部と表層部の厚さをそれぞれ１００ｍｍと１００ｍｍとした。

また、比較例として、６００×７００×２００ｍｍの平板状を呈した普通コンクリートの試験体に繊維シートを貼り付けたもの（比較例Ａ）、同形状の普通コンクリートの試験体にウレタン樹脂を塗り付けたもの（比較例Ｂ）、同形状の普通コンクリートの試験体の表面にアラミド繊維を埋設したもの（比較例Ｃ）についても押抜き試験を実施した。比較例の各試験体の形状も実施例と同様とする。

押抜き試験は、「試験法４２４−２０１１ はく落防止の押抜き試験方法」（ＮＥＸＣＯ試験方法第４編構造関係試験方法 平成２４年７月 東日本高速道路株式会社・中日本高速道路株式会社・西日本高速道路株式会社編）に準拠して、３回ずつ行った。
試験結果を表２に示す。

表２に示すように、本実施形態のコンクリート部材（実施例１〜３）は、全ての試験体の変位１０ｍｍの荷重が剥落防止の性能照査の基準値である１．５ｋＮを超えており（「構造物施工管理要領」東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会社、西日本高速道路株式会社）、コンクリートの剥落の抑制効果が得られることが確認できた。
また、本実施形態のコンクリート部材（実施例１〜３）は、変位１０ｍｍの荷重の平均値が３．３１ｋＮとなり、同じく全ての試験体の変位１０ｍｍの荷重が基準値（１．５ｋＮ）を超えている比較例Ａ（Ａ−１〜Ａ−３）の平均値（２．０１ｋＮ）よりも大きく、信頼性が高い。

一方、比較例Ｂ（Ｂ−１〜Ｂ−２）は、変位１０ｍｍの荷重の平均値が０．８２ｋＮとなり、基準値（１．５ｋＮ）以下であるため、コンクリートの剥落の抑制効果が得られない結果となった。
また、比較例Ｃ（Ｃ−１〜Ｃ−３）は、変位１０ｍｍの荷重の平均値（２．０６ｋＮ）は基準値（１．５ｋＮ）を超えているものの、最小値が０．５４ｋＮしかなく、コンクリートの剥落の抑制効果が得られないおそれがある。

１ コンクリート部材
２ 本体部
３ 表層部
４ 鉄筋
５ 型枠

Claims (3)

1. 普通コンクリートにより形成された本体部と、
   繊維補強コンクリートにより形成された表層部と、を備える現場打ちコンクリートにより形成されたコンクリート部材であって、
   前記繊維補強コンクリートは、前記普通コンクリートと同等のスランプおよびフレッシュ性状を保持できるように、当該普通コンクリートと同一配合のフレッシュコンクリートと、繊維と、増粘剤と、高性能ＡＥ減水剤とを撹拌混合したものであることを特徴とする、コンクリート部材。
2. 前記増粘剤が、液体であることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート部材。
3. 普通コンクリートにより本体部を形成するとともに、繊維補強コンクリートにより表層部を形成するコンクリート部材の施工方法であって、
   プラントにおいて普通コンクリートを生成して当該普通コンクリートを前記プラントから場内に搬入する工程と、
   前記普通コンクリートを打設する工程と、
   前記プラントにおいて前記普通コンクリートと同一の配合からなるフレッシュコンクリートを生成して当該フレッシュコンクリートを前記プラントから前記場内に搬入する工程と、
   前記場内において前記フレッシュコンクリート、繊維、増粘剤および高性能ＡＥ減水剤を撹拌混合して、前記普通コンクリートと同等のスランプとフレッシュ性状を有した繊維補強コンクリートを生成する工程と、
   前記繊維補強コンクリートを打設する工程と、を備えることを特徴とする、コンクリート部材の施工方法。

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