JP6956585B2 - 塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版 - Google Patents

Description

本発明は、軽量コンクリート床版に係り、特に低含水状態の軽量粗骨材や軽量細骨材を用いて製造した塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版に関するものである。

従来、普通コンクリートを用いたＲＣ床版、あるいはプレキャストＰＣ床版が一般的に知られている。
しかしながら近年では、前記の床版などについて重量の軽量化が要請されており、各種の軽量対策が講じられている。床版自重の増加に伴う既設鋼主桁や下部工の負担応力の増加による各種の課題が懸念されるからである。

現在では、既設ＲＣ床版に軽量コンクリートが使用されている場合においては、いまだ軽量化による負担応力の増加に対する抑制効果が小さいと考えられおり、特に都市高速では下部工の補強が難しく、より一層の床版軽量化が望まれている。

さらに、ＲＣ床版の劣化は、特に凍結防止剤が散布される積雪寒冷地で多く散見され、例えばＰＣ床版の取り替えや新設に際しては、凍結防止剤に含まれる塩分に対する抵抗性が高い軽量化されたＰＣ床版、すなわち塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版が要望されるに至った。

特開平７−１１９１１９号公報

本発明は、前記従来の要請に鑑みて創案されたものであり、凍結防止剤が散布される積雪寒冷地で行われるＰＣ床版への取り替えや新設工事に際し、凍結防止剤に含まれる塩分に対する抵抗性が高い、すなわち従来の軽量コンクリート床版に比較して高い塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版であり、そのためより耐久性が向上した軽量コンクリート床版を提供することを目的とするものである。

本発明は、
低含水状態の軽量骨材を配合して製造した軽量コンクリート床版であって、前記低含水状態の軽量骨材とは含水率が２．０％以下の軽量骨材である、
ことを特徴とし、
または、
含水率が２．０％以下の粗骨材と、含水率が２．０％以下の細骨材を配合して製造した軽量コンクリート床版である、
ことを特徴とし、
または、
高炉スラグ微粉末やフライアッシュの混和材を配合した、
ことを特徴とし、
または、
前記軽量コンクリート床版は、橋面用の軽量コンクリートＰＣ床版で、製作時にはプレテンション方式により橋軸直角方向にプレストレスが導入され、橋面敷設時にポストテンション方式により橋軸方向のプレストレスを導入する２方向ＰＣ構造の軽量コンクリートＰＣ床版であり、
前記橋面疲労破壊時における梁状化する梁幅を大きくし、かつ床版厚中央に配置した橋軸方向ＰＣ鋼材のはくり耐力により輪荷重の走行による床版の疲労に対する耐久性を向上可能とした、
ことを特徴とするものである。

本発明による軽量コンクリート床版によれば、特に、凍結防止剤が散布される積雪寒冷地で行われるＰＣ床版への取り替えや新設に際し、凍結防止剤に含まれる塩分に対する抵抗性が高い、すなわち従来の軽量コンクリート床版に比較して高い塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版であり、そのためより耐久性が向上するとの優れた効果を奏する。

本発明の概略構成を説明する説明図である。 コンクリートの使用材料を説明する説明図である。 コンクリートの配合を説明する説明図である。 コンクリートの物性値を説明する説明図である。 試験項目、方法と供試体の養生条件を説明する説明図である。 凍結融解試験における相対動弾性係数の変化を説明する説明図である。 乾燥収縮試験結果を説明する説明図である。 塩分浸透性試験結果を示す説明図（ａ）である。 塩分浸透性試験結果を示す説明図（ｂ）である。

以下、本発明による塩分に対する抵抗性を向上させ、高い塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版の構成につき説明する。

一般に、軽量コンクリート床版は、セメント、例えば早強ポルトランドセメント、及び粗骨材、例えば、石灰砕石などの普通粗骨材、人工軽量粗骨材、さらに細骨材、例えば、石灰砕砂などの普通細骨材、人工軽量骨材などの軽量細骨材、そして水、混和剤などの材料が配合されて形成される。

ここで、本件の発明者らは、塩分に対する抵抗性を向上させ、高い塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版を形成すべく、図２、図３に示すように、粗骨材に低含水状態（例えば含水率 ０．２％）の軽量骨材ＧＬを用いて構成した軽量コンクリート１種を形成した。
尚、低含水軽量骨材の仕様としては、一般に含水率２．０％以下のものを低含水軽量骨材と称している。

また、粗骨材のみならず細骨材にも低含水状態（例えば含水率 ０．３％）の軽量骨材ＳＬを使用し、これと普通骨材Ｓを併用して構成した軽量コンクリート２種を形成した。

ところで、一般にコンクリート床版の取り替えに際しては、鋼主桁や下部工に作用する応力の軽減や補強の簡素化、耐震性の向上から求められるコンクリート床版の軽量化が要望されている。

従来、軽量コンクリート床版の製造に際しては、吸水率の高い軽量骨材を湿潤状態で用いている。そのため、普通コンクリートに比べて耐凍結融解性が劣るとされていた。

そこで、軽量骨材を含水率約２．０％以下の低含水状態で用いることで耐凍結融解性が改善することを確認した。特に、プレキャストＰＣコンクリート床版への適用を目的とする、粗骨材および細骨材とも軽量骨材を低含水状態で使用する軽量コンクリート２種については、耐凍結融解性、及び塩分浸透抵抗性など本発明の優れた材料特性が確認できた。

（試験条件）
（１）コンクリートの種類と性能目標
コンクリートの種類としては、前述したように、粗骨材に低含水状態の軽量粗骨材ＧＬを用いる軽量コンクリート１種と、細骨材にも低含水状態の軽量骨材ＳＬを用い、これに普通の細骨材Ｓを併用する軽量コンクリート２種を形成し、一部の試験では比較のため、普通骨材を用いる普通コンクリートを形成し（図２、図３参照）、それぞれのコンクリートの特性を確認した。

まず、各コンクリートは圧縮強度を同等とし、工場で製造される設計基準強度50N/mm²のプレキャストＰＣ床版への使用を想定して、蒸気養生１日で35 N/mm²以上、材齢28日で57 N/mm²程度となるよう配合を設計した。前記のように、コンクリートの使用材料は図２に、また、それらの配合は図３に示す。

そして、材齢２８日における物性値を図４に示す。ここで、引張強度はJIS A1113による割裂引張強度であり、せん断強度はJSCE-G533を参考とした二面せん断試験によるものである。

（試験項目と試験方法）
材料特性の確認には、耐凍結融解性、乾燥収縮特性および塩分浸透性について確認するものとした。試験方法と供試体の養生条件を図５に示す。

（コンクリートの材料特性）
（１）耐凍結融解性
凍結融解試験における軽量コンクリート１種、軽量コンクリート２種の相対動弾性係数の変化を図６に示す。ここでは、参考として表乾状態の軽量細骨材を同じ単位容積で使用した軽量コンクリート２種の結果も示している。コンクリートの種類、および軽量コンクリート２種に用いる軽量細骨材の含水状態によらず相対動弾性係数の低下は微小である。従来の研究にあるように軽量コンクリートの耐凍結融解性に与える影響の支配的要因は軽量粗骨材の含水率であり、軽量コンクリート２種で用いる軽量細骨材の含水率の影響は小さいものと考えられた。

（２）乾燥収縮特性
乾燥収縮試験の結果を図７に示す。軽量コンクリート１種の乾燥収縮量は普通コンに対して約１．４倍、軽量コンクリート２種は約１.２倍であった。軽量骨材を表乾状態で使用する一般的な軽量コンクリートは、骨材の含水率が高いため普通コンに比べて乾燥が遅く、初期の乾燥収縮が緩やかに進行するため、最終的な乾燥収縮量は普通コンに比べて小さいとされている。

これに対して軽量骨材を低含水状態で使用した場合、普通コンクリートと乾燥の速度に差異がなく、比較として示す普通コンクリートに使用した普通骨材が、一般に乾燥収縮が小さいとされる石灰砕石であるため、乾燥収縮量が大きくなったものと考えられ、乾燥材齢２６週における乾燥収縮量−５００μは一般的な普通コンクリートと同等である。また、軽量コンクリート１種と軽量コンクリート２種の乾燥収縮量の差は、低含水状態の軽量骨材がコンクリート練混ぜ時に生じる瞬間的な吸水により、軽量細骨材の含水量が普通細骨材に対して多くなり、乾燥の速度に差異が生じたことによるものと考えられる。

（３）塩分浸透性
電気泳動法による塩分浸透性試験の結果を図８（ａ）、（ｂ）に示す。軽量コンクリートの塩化物イオンの浸透に対する抵抗性は普通コンクリートに対して高く、また、軽量コンクリート２種は軽量コンクリート１種に対して抵抗性が高い結果となった（図８（ｂ）参照）。

従来では、コンクリート中の塩化物イオンの拡散は水分を移動媒体とするため、骨材の含水状態が大きく影響するとされている。低含水状態の軽量骨材は間隙水が少なく、塩化物イオンは骨材中を移動せず、モルタルやセメントペースト中を移動する（図１参照）。今回の試験では、各コンクリートの圧縮強度を同一としており、W/Cは普通コンクリート、軽量コンクリート１種、軽量コンクリート２種の順に小さい（図３参照）。W/Cが小さいほどセメントペーストの細孔構造は緻密であり、軽量コンクリート２種の塩化物イオンの浸透に対する抵抗性が最も高くなったものと考えられる。

（まとめ）
例えば、プレキャストＰＣ床版への適用を目的として軽量骨材を低含水状態で使用する軽量コンクリート２種の材料特性が確認できた。
軽量コンクリートの耐凍結融解性に影響を与える支配的要因は軽量粗骨材の含水率であり、軽量細骨材を低含水状態での使用の耐凍結融解性向上への効果はそれほど高くはなかった。しかしながら、一方で、塩化物イオンの骨材中の移動が抑えられることで、コンクリートの塩化物イオンの浸透に対する抵抗性が著しく向上することが確認された。

さらに、高炉スラグ微粉末やフライアッシュなどの混和材を使用すれば、軽量コンクリート２種の塩分浸透に対する抵抗性をさらに向上させることができると考えられる。

ところで、工場での製作時にプレテンション方式により橋軸直角方向にプレストレスを導入したＰＣ床版を現場で架設後、ポストテンション方式により橋軸方向のプレストレスを導入する２方向ＰＣ構造を本件発明者らは創案した。

すなわち、橋軸方向にプレストレスを導入することで、疲労破壊時における梁状化する梁幅が大きくなることに加え、床版厚中央に配置した橋軸方向ＰＣ鋼材のはくり耐力により輪荷重の走行に対する疲労耐久性が向上することが確認できた。

床版取替工事では橋軸方向をＰＣ構造としてプレストレスを導入する場合とＲＣ構造としてプレストレスを導入しない場合があるが、特に、床版の荷重に対する押抜きせん断耐力が低いとされる軽量コンクリートを用いた床版では、橋軸方向にプレストレスを導入する必要性が高いことを本件発明者らは創案したものである。

以上、本件発明者らは、軽量骨材を低含水状態で使用することにより塩化物イオンが骨材中を移動できず、塩分浸透に対する抵抗性が向上した軽量コンクリート床版を開発することに成功した。

まず、軽量細骨材の含水状態（含水率の大小）がコンクリートの凍結融解の抵抗性に与える影響は小さく、細骨材の含水状態によらず軽量粗骨材を低含水状態で使用することで、本発明による軽量コンクリート２種でも凍結融解に対する抵抗性を確保できることが確認した。

また、軽量コンクリートの乾燥収縮量が普通コンクリートに対して小さいのは、軽量骨材が普通骨材に比べて含水量が多く乾燥が緩やかに進行するためであり、骨材を低含水状態で使用した軽量コンクリートの乾燥収縮量は、普通コンクリートと同等であることを確認した。

そして、軽量骨材を低含水状態で使用した軽量コンクリートでは、前述のごとく塩化物イオンが骨材内部を移動できずセメントペースト内部を移動するのみである。よって、本発明による軽量コンクリート２種は、普通コンクリートに比べて所要の圧縮強度を得るためのＷ／Ｃが小さく、セメントペーストの細孔構造は緻密なため、同程度の圧縮強度を有する普通コンクリートに対して高い塩分浸透性に対する抵抗性を有することが確認できたのである。

この様に、軽量骨材を低含水状態で使用した軽量コンクリート２種は、凍結融解や塩分浸透に対する極めて高い抵抗性を有している。
さらに、従来の軽量コンクリートを用いたコンクリート床版では、押抜きせん断耐力や疲労耐久性が低下するとされていたが、プレキャストＰＣ床版の製造に際し、橋軸方向にプレストレスを導入することにより疲労耐久性が大きく向上することが確認された。

よって、本発明による軽量コンクリートを用いて製造したプレキャストＰＣ床版は、軽量化が求められる都市高速路とともに、凍結防止剤の散布による塩害劣化が顕著な積雪寒冷地における床版新設工事や床版取替工事においても大きな適用性を有することが証明された。

Claims (4)

1. 低含水状態の軽量骨材を配合して製造した軽量コンクリート床版であって、前記低含水状態の軽量骨材とは含水率が２．０％以下の軽量骨材である、
   ことを特徴とする塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版。
   
2. 含水率が２．０％以下の粗骨材と、含水率が２．０％以下の細骨材を配合して製造した軽量コンクリート床版である、
   ことを特徴とする塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版。
   
3. 高炉スラグ微粉末やフライアッシュの混和材を配合した、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の軽量コンクリート床版。
   
4. 前記軽量コンクリート床版は、橋面用の軽量コンクリートＰＣ床版で、製作時にはプレテンション方式により橋軸直角方向にプレストレスが導入され、橋面敷設時にポストテンション方式により橋軸方向のプレストレスを導入する２方向ＰＣ構造の軽量コンクリートＰＣ床版であり、
   前記橋面疲労破壊時における梁状化する梁幅を大きくし，かつ床版厚中央に配置した橋軸方向ＰＣ鋼材のはくり耐力により輪荷重の走行による床版の疲労に対する耐久性を向上可能とした、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３載の塩分浸透抵抗性を有する軽量コンクリート床版。
   

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