JP6553347B2 - コンクリート養生方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート製の構造物を建造するにあたって、コンクリートを打設した際に生じるコンクリート表面に発生するひび割れの発生を抑制する技術に関し、具体的にはコンクリートに対する適切な養生期間を判断する技術に関する。

コンクリートを用いた構造物を建造するにあたり、材料のコンクリートを打設した際に、打設したコンクリートが乾燥するにしたがって表面にひび割れが発生することが知られている。これは、打設したコンクリートが水和反応を起すことで発熱して内部が膨張する一方で、コンクリート表面から水分が抜けることでコンクリート表面が収縮するためである。この為、打設したコンクリートの表面が必要以上に乾燥しないようにコンクリートを養生することで、コンクリート表面の温度や湿度をコントロールする試みがなされている。

特許文献１には、コンクリートの温度ひび割れ制御方法及び装置に関する技術が開示されている。コンクリート表面を覆うように流水面を形成し、その流水面の水温、水深、水量の少なくとも何れかを制御することでコンクリートのひび割れ制御を行う。コンクリートの内部の温度を計測或いは予測し、その結果に基づいて温度ひび割れ指数を管理値に維持するように流水面を制御する。流水面を形成する為の管路系と、コンクリートの内部温度を計測或いは予測する測定手段と、その測定結果に基づいて流水面の水温、水深、水量の少なくとも何れかを制御対象として最適制御量を決定する演算手段と、その演算手段による演算結果に基づいて管路系を制御する制御手段とを具備している。

特許文献２には、コンクリートの養生管理装置に関する技術が開示されている。型枠内にコンクリートを打設し、型枠を養生シートで覆い、養生シートで覆われた内部の蒸気による促進養生が可能な養生方法であって、シート内の温度とコンクリート内温度の両方を計測できるように２つのセンサーを備えた表面設置形の温度計測装置を使用する。そして、この計測装置で測定したコンクリートの内部温度と別途設置した供試体養生箱の内部温度を同調させて製品と供試体の温度履歴を一致させることを可能にした供試体温度養生管理装置を備える。そして、必要に応じて促進養生を行うことでコンクリート構造物表面のひび割れを防いでいる。

特開平１０−３２４５８２号公報 特開２０１０−２６４７３４号公報

一般的に、コンクリートの養生期間は発注元の仕様書によって定められる事が多い。そして、仕様書において養生期間は必要最低限の期間が設定される。しかしながら、養生期間は本来、コンクリートが曝される環境によって適宜変化させる必要があるため、必ずしも仕様書の養生期間では十分でない可能性がある。また、コンクリートの骨材などは、基本的には現場近くから調達されるため、性質に地域差が出る。このため、コンクリートの強度発現性が異なる。この結果、必ずしも仕様書の養生期間では十分でない可能性が考えられる。

特許文献１に開示される技術では、打設したコンクリートの養生期間の決定については特に言及されず、定められた期間内で十分な養生ができる様な制御システムを構築していると推測される。同時に、液体コントロール手段など大掛かりな養生手段を必要とし、大型のコンクリート構造物には適さないと考えられる。一方、特許文献２では、やはり蒸気養生などの促進養生を行っているため、大型のコンクリート構造物に適用するのは容易ではない。

このように、橋梁などの大型のコンクリート構造物を養生する際に、促進養生などの方法を用いることは容易ではないと考えられ、また、上述した様に仕様書で定められる養生期間では、天候や外気温など様々な要因から本来必要な養生期間に足りないケースもある。しかし、現場ごとに適切な養生期間は異なるため、最適な養生期間を定めることは困難である。この為、経験や勘を頼りに養生期間を延長するケースもあるが、その養生期間が適切であるかどうかは判断されていない。この様な課題は特許文献１及び特許文献２には開示も示唆もされていない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、適切な養生期間を設定することが可能なコンクリート養生方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様によるコンクリート養生方法は、以下のような特徴を有する。

（１）コンクリートを打設する際に、前記コンクリートの温度又は湿度を管理するコンクリート養生方法において、前記コンクリートの内部に埋め込み内部温度を測定する内部温度計測手段と、前記コンクリートの養生空間の温度を測定する養生空間温度測定手段と、前記養生空間の湿度を測定する養生空間湿度測定手段と、外気温を測定する外気温測定手段と、を備え、前記内部温度、前記養生空間の温度及び湿度、前記外気温を用いて、温度ひび割れ指数を算出し、前記コンクリートの前記ひび割れ指数を基に養生期間を定めること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様により、コンクリートの内部温度や養生空間の温度や湿度、そして外気温などよりひび割れ指数を求め、そのひび割れ指数を基に適切な養生期間の決定が可能となる。温度や湿度の履歴からひび割れ指数を予測することで、適切な養生期間を決定するのである。適切な養生期間を設定できることで、養生期間の適切な管理が実現でき、コンクリート構造物の表面ひび割れの発生を抑制することが可能となる。

第１実施形態の、システム構成概念図である。 第１実施形態の、養生期間の決定フローである。 第１実施形態の、ひび割れ指数とひび割れ発生確率の相関関係を表すグラフである。 第２実施形態の、システム構成概念図である。 第３実施形態の、システム構成概念図である。

まず、本発明の第１の実施形態であるコンクリート構造物の橋梁１００の養生期間を設定する方法について、つまり、コンクリート構造物の製造・施工方法について図面を用いて説明する。

図１に、第１実施形態の、システム構成概念図を示す。コンクリート構造物である橋梁１００は、鉄筋を配筋して型枠内にコンクリートを打設して形成される。図１では、第１実施形態の床版１２０の形成について説明している。以下、床版１２０のコンクリート打設の際にどのような養生を行うかについて説明を行う。

床版１２０のコンクリートを形成する際には、鋼製梁１４３の上に配置した耐水合板１４１を主桁上フランジ１４４に固定して、型枠を作りコンクリートを打設する。耐水合板１４１は、根太梁１４７の上に配置される桟木１４８と支持材１４６にて支持されており、根太梁１４７は鋼製梁１４３の上に配置される。鋼製梁１４３は支保工取付け用吊金具１４２に取付けられた吊ボルト１４５により支持されている。なお、図１では鉄筋は省略されている。打設した際に、図１に示すように床版１２０の上面を、養生シート１３０等を用いて養生する。

養生シート１３０には濡れマット、湿布、濡れムシロ等様々な覆いを用いることが考えられるが、季節や環境によって適切に判断される。床版１２０と養生シート１３０との間には空間が設けられており、その空間は養生空間１４０となる。床版１２０の内部には内部温度計測手段として内部温度計２０が接続される熱電対２１が埋め込まれている。養生空間１４０は、養生空間温度測定手段である養生空間温度計３０と養生空間湿度測定手段である養生空間湿度計４０によって、温度及び湿度が計測されている。又、外気温は、外気温測定手段である外気温度計５０によって計測される。

図２に、養生期間の決定フローを示す。Ｓ１０で、ひび割れ指数の決定をする。第１実施形態では、仮にひび割れの発生をできるだけ制限する値である１．４５としている。よりひび割れが発生しても良ければ、もう少し小さな値を、できるだけひび割れを抑制したい場合には大きな値を設定する。Ｓ１１で、養生期間の設定をする。Ｓ１２で、コンクリートの打設及び養生をする。第１実施形態では床版１２０のコンクリート打設を行い、養生シート１３０によって養生を行っている。Ｓ１３で、温度及び湿度の測定をする。温度及び湿度の測定は、内部温度計２０、養生空間温度計３０、養生空間湿度計４０及び外気温度計５０で行っている。

Ｓ１４で、ひび割れ指数の計算を行う。図３に、ひび割れ指数とひび割れ発生確率の相関関係を表すグラフを示す。ひび割れ指数は後述するように図３に示される様なひび割れ発生確率との相関関係を示しており、時間や温湿度に依存するため、算出が可能である。Ｓ１５では、Ｓ１４で求めたひび割れ指数が、Ｓ１０で設定したひび割れ指数以上であるかどうかを判断する。Ｓ１０で設定した値以下であれば、Ｓ１７で養生続行となり、Ｓ１３に移行、Ｓ１０で設定した値以上であればＳ１６で養生終了の判断となる。

次に、ひび割れ指数の算出及び養生期間の決定について説明する。数式１に、ひび割れ発生確率を計算する数式を示す。数式２にひび割れ指数を計算する数式を示す。ひび割れ発生確率Ｐ（Ｉ_ｃｒ（ｔ））は、数式１に示される通りひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）の関数であり、ひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）は数式２に表される通りである。

コンクリート引張強度特性ｆ_ｔｋ（ｔ）は、材齢（ｔ）におけるコンクリート引張強度の特性値を示す。コンクリート最大引張応力度σ_ｔ（ｔ）は解析又は計算によって算出される。コンクリート最大引張応力度σ_ｔ（ｔ）の値は、コンクリートの材齢ｔ日における有効ヤング率Ｅ_ｅ（ｔ）に、有効材齢ｔ_ｅにおける全ひずみε_ｉｊを乗じて算出する。この計算に用いるひずみεには、「温度差によるひずみ（内部拘束によるひずみ＋外部拘束によるひずみ）」「自己収縮ひずみ（膨張剤によるひずみを別途控除する）」「クリープひずみ」「乾燥収縮ひずみ（養生完了後に考慮）」などが考慮される。そして、ひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）は安全係数γ_ｃｒ以上であることが望ましく、１．０〜１．８程度と設定されている。そして、コンクリート引張強度特性ｆ_ｔｋ（ｔ）は時間や温湿度に依存するので、養生空間の温度、湿度をパラメータとして算出することが可能である。

このコンクリート引張強度特性ｆ_ｔｋ（ｔ）を用いて、前述したようなひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）の算出が可能であり、例えば、ひび割れの発生をできるだけ制限するひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）≧１．４５と設定する。この結果、橋梁１００のひび割れは図３に示すように十数％程度となる。ひび割れ発生確率Ｐ（Ｉ_ｃｒ（ｔ））とひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）との関係は数式１に示される。したがって、内部温度計２０、養生空間温度計３０、養生空間湿度計４０、及び外気温度計５０の情報を用いてひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）を算出し、１．４５以上を満足するように養生期間を定めることで、ひび割れを抑制可能な最適な養生期間を設定可能である。これは、コンクリートの温度管理を行っているため、温度の計測結果から今後の温度変化を予測する事ができ、この予測からひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）を算出する事ができるためである。すなわち、温度計測結果からひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）を予測することで養生期間を設定可能である。

第１実施形態の橋梁１００の養生期間決定方法は、上記構成である為以下に説明するような作用及び効果を奏する。

第１実施形態の床版１２０の養生方法は、床版１２０のコンクリートを打設する際に、床版１２０の温度又は湿度を管理するコンクリート養生方法において、床版１２０の内部に埋め込み内部温度を測定する内部温度計測手段としての内部温度計２０、床版１２０の養生空間１４０の温度を測定する養生空間温度測定手段としての養生空間温度計３０、養生空間１４０の湿度を測定する養生空間湿度測定手段としての養生空間湿度計４０、外気温を測定する外気温測定手段としての外気温度計５０、を備え、内部温度、養生空間の温度及び湿度、外気温を用いて、ひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）を算出し、床版１２０のひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）を基に養生期間を定めるものである。

つまり、橋梁１００の置かれた環境、床版１２０の内部温度や養生空間の温度、湿度、及び外気温の変化に対して、ひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）は逐次変動し、その状況に応じた養生期間を設定することが可能となる。そして、床版１２０の置かれた環境に対して適切な養生期間を定められるので、最適な養生期間が可視化できる。この結果、床版１２０の表面や内部へのひび割れの発生を抑制する事が可能となる。このような養生期間の決定を行う場合、養生空間１４０の温度や湿度を積極的に変更するといった大掛かりな設備は不要となり、施工コストを抑えることが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の構成と類似しているが、床版１２０の養生の管理ではなく壁高欄１１０の養生の管理を行う場合について説明する。

図４に、第２実施形態の、システム構成概念図を示す。第１実施形態と同様に内部温度計２０、養生空間温度計３０、養生空間湿度計４０及び外気温度計５０を用いる点は変わらないが、施工の終わった床版１２０の上にコンクリート打設する壁高欄１１０の養生をする点で異なる。壁高欄１１０のコンクリートを形成する際には、外側型枠１５１と内側型枠１５２に挟まれた空間にコンクリートを流し込んで打設する。打設した際に、外側型枠１５１及び内側型枠１５２に挟まれた空間の上面を、養生シート１３０等を用いて壁高欄１１０を養生する。なお、実際には壁高欄１１０の内部に鉄筋や鉄骨が配置されているが、図４では省略している。

養生シート１３０には濡れマット、湿布、濡れムシロ等様々な覆いが考えられるが、季節や環境によって適切に判断される。壁高欄１１０と養生シート１３０との間には空間が設けられており、その空間は養生空間１４０となる。壁高欄１１０の内部には内部温度計測手段として内部温度計２０が接続される熱電対２１が埋め込まれている。養生空間１４０は、養生空間温度測定手段である養生空間温度計３０と養生空間湿度測定手段である養生空間湿度計４０によって、温度及び湿度が計測されている。又、外気温は、外気温測定手段である外気温度計５０によって計測される。そして、第１実施形態同様に養生期間が管理される。

この様に、壁高欄１１０を形成する際にも第１実施形態同様の方法を用いることで、最適な養生期間が可視化でき、壁高欄１１０の表面や内部へのひび割れの発生を抑制することが可能となる。第１実施形態では、床版１２０の養生を説明したために、開口部は大きなものであったが、壁高欄１１０の養生の場合には、その開口部の面積は狭くなる。しかしながら、こうしたケースでも養生期間が適切に管理できることから、壁高欄１１０の品質を高めることに寄与することができる。また、大掛かりな設備が不要なことから、施工コストを抑えることにも貢献することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態は第２実施形態の橋梁１００（壁高欄１１０）に対する養生方法に加えて、供試体を用いた温度追従養生システムを用いている。第２実施形態と異なる部分に関して説明を行う。

図５に、第３実施形態の温度追従養生システムの概要を表す図を示す。温度追従養生システム２００は、制御盤２１０と、温度制御装置２２０と、水槽２３０とを備えている。制御盤２１０は、熱電対２１１を備えており、熱電対２１１は橋梁１００の壁高欄１１０の内部に埋め込まれており、内部温度を計測する。この熱電対２１１で測定される内部温度を制御盤２１０に取り込み、制御盤２１０は温度制御装置２２０の制御を行う。温度制御装置２２０はヒーター又は冷却装置であり、水槽２３０の内部に蓄えられた水の温度を調節する。

水槽２３０には図示しない供試体が設置され、壁高欄１１０の発現強度を再現するのに用いられる。そして、水槽２３０内に設置された供試体の強度を確認しつつ第１実施形態に説明するように壁高欄１１０の養生期間を予測する。つまりコンクリート最大引張応力度σ_ｔ（ｔ）を適切に補正する事が可能となる。この結果、より適切な養生期間を設定することが可能となる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、第１実施形態では床版１２０の養生期間について、第２実施形態では壁高欄１１０の養生期間について説明を行っている。しかし、コンクリート構造物であれば本発明は適用が可能であり、壁高欄１１０や床版１２０に限定せずにビルなどの様々なコンクリート構造物に本発明を利用することが可能である。また、例示したひび割れ指数Ｉ_ｃｒ（ｔ）の目標値は、対象物や施工環境に合わせて適宜選定されるべきである。また、第３実施形態は第２実施形態をベースに説明しているが、同発明を第１実施形態に適用することも可能である。

２０ 内部温度計
２１ 熱電対
３０ 養生空間温度計
４０ 養生空間湿度計
５０ 外気温度計
１００ 橋梁
１１０ 壁高欄
１２０ 床版
１３０ 養生シート
１４０ 養生空間
２００ 温度追従養生システム
２１０ 制御盤
２１１ 熱電対
２２０ 温度制御装置
２３０ 水槽

Claims (2)

1. コンクリートを打設し、前記コンクリートの表面を養生シートで覆って養生空間を形成して養生するコンクリート養生方法において、
   前記コンクリートの内部に埋め込み内部温度を測定する内部温度計測手段と、
   前記コンクリートの前記養生空間の温度を測定する養生空間温度測定手段と、
   前記養生空間の湿度を測定する養生空間湿度測定手段と、
   外気温を測定する外気温測定手段と、を用い、
   前記内部温度計測手段と、前記養生空間温度測定手段と、前記養生空間湿度測定手段と、前記外気温測定手段から測定データを受け取り、計算する計算手段が、前記内部温度、前記養生空間の温度及び湿度、前記外気温を用いて、温度ひび割れ発生確率との相関関係のもと温度ひび割れ指数を算出して算出温度ひび割れ指数とし、前記算出温度ひび割れ指数と、事前に設けられた指定温度ひび割れ指数を比較し、前記算出温度ひび割れ指数が前記指定温度ひび割れ指数を超えたかで、養生期間を終了するかを判断すること、
   を特徴とするコンクリート養生方法。
2. 請求項１に記載されるコンクリート養生方法において、
   前記計算手段と接続される温度制御装置で水温が調整される水槽の内部に供試体を配置し、
   前記水温を、前記測定データを元に前記コンクリートの前記内部温度にあわせて調節して維持し、
   前記供試体の強度を確認することで、前記コンクリートの最大引張応力を補正し、前記養生期間を定めること、
   を特徴とするコンクリート養生方法。

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