JP7075644B1 - コンクリート構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】維持管理が容易で、かつ、耐久性を飛躍的に向上させたコンクリート構造体、その強化方法、その製造方法、及び、その強度維持方法を提供する。【解決手段】コンクリート構造体１において、コンクリートからなり内部に所定方向へ延びる配筋部材が配置されない構造体本体１０と、所定断面で構造体本体１０を包囲して構造体本体１０と一体的に設けられ構造体本体１０よりも引張強度が大きく構造体本体１０へ外気中の二酸化炭素を供給する孔２１を有する殻体２０と、備え、コンクリートの炭酸化により構造体の強度が向上するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、耐久性を飛躍的に向上させ、かつ、維持管理が容易なコンクリート構造体、その強化方法、その製造方法、及び、その強度維持方法に関する。

鉄筋コンクリートは、コンクリートの内部に鉄筋を配置することで、コンクリート及び鉄筋の互いの長所を活かして強度を向上させるものであり、建築及び土木の分野で極めて一般的な構造体である。コンクリートは、水酸化カルシウムを含み強アルカリ性を示すことから、鉄筋の表面に不働態皮膜が形成され、鉄筋の酸化が防止される。

ところで、鉄筋コンクリートが大気中に存在する場合、二酸化炭素によりコンクリートの水酸化カルシウムが炭酸化される。これにより、コンクリートのアルカリ性が低下する、いわゆる中性化が、鉄筋コンクリートの表面から進行していく。この中性化の領域が鉄筋の配置されている深さまで到達すると、鉄筋が酸化して錆が生じる。そして、錆による体積膨張によりコンクリートにひび割れ等が生じ、鉄筋コンクリートの耐久性が損なわれる。コンクリートの中性化を防止するため、コンクリートの表面に、特定の樹脂からなり、特定物性を有する複数層の塗膜が形成された鉄筋コンクリートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－１９９３５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の鉄筋コンクリートでは、複数層の塗膜を形成する必要があるため、コンクリート硬化後の後処理が極めて面倒である。また、各塗膜の劣化による剥がれによりコンクリートの中性化が進行することから、常に各塗膜の状態を監視しなければならず、この鉄筋コンクリートを使用した構造物の維持管理の負担も極めて大きい。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、維持管理が容易で、かつ、耐久性を飛躍的に向上させたコンクリート構造体、その強化方法、その製造方法、及び、その強度維持方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
コンクリートからなり、内部に所定方向へ延びる配筋部材が配置されない構造体本体と、
所定断面で前記構造体本体を包囲して前記構造体本体と一体的に設けられ、前記構造体本体よりも引張応力度が大きく、前記構造体本体へ外気中の二酸化炭素を供給する孔を有する殻体と、備えたコンクリート構造体が提供される。

このコンクリート構造体によれば、殻体の引張応力度が構造体本体よりも大きいため、殻体によりコンクリート構造体の引張強度、曲げ強度等が補強される。ここで、殻体が構造体本体の外側に配置されているため、配筋部材をコンクリートの内部に配置した場合と比べて、コンクリート構造体に作用する引張応力の殻体による負担量を大きくすることができる。
また、殻体の孔を通じて構造体本体に外気中の二酸化炭素が供給されることにより、構造体本体の表面側からコンクリートの炭酸化が進行し、コンクリートは炭酸カルシウムを主成分とする石材へ変性していく。すなわち、時間の経過とともに、構造体本体の強度及び耐久性が向上していく。

上記コンクリート構造体において、前記構造体本体は、少なくとも表面側に、前記コンクリートが炭酸化して石材へ変性した石化部を有してもよい。

このコンクリート構造体によれば、石化部を有さないものと比べ、構造体本体の強度及び耐久性が向上している。

また、上記目的を達成するため、本発明では、
上記コンクリート構造体の強化方法であって、
前記構造体本体に前記殻体の前記孔を通じて外部から二酸化炭素を供給し、前記構造体本体の少なくとも表面側を炭酸化させて石化部へ変性させるコンクリート構造体の強化方法が提供される。

このコンクリート構造体の強化方法によれば、殻体の孔を通じた構造体本体への二酸化炭素の供給により石化部を形成し、コンクリート構造体を強化することができる。

また、上記目的を達成するため、本発明では、
上記コンクリート構造体の製造方法であって、
前記構造体本体をなす前記コンクリートが充填されない状態で、前記殻体を形成する殻体形成工程と、
前記配筋部材が配置されない状態で、前記殻体にフレッシュコンクリートを充填するコンクリート充填工程と、
前記フレッシュコンクリートの自重の圧密により、前記殻体の前記孔を通じて、前記フレッシュコンクリートから外部へ余剰水を排出する余剰水排出工程と、
前記余剰水が排出された前記フレッシュコンクリートを前記殻体と一体的に硬化させて構造体本体とするコンクリート硬化工程と、を含むコンクリート構造体の製造方法が提供される。

このコンクリート構造体の製造方法によれば、コンクリート構造体の引張強度を負担する殻体を型枠としてフレッシュコンクリートを硬化させることができ、別途型枠を準備する必要はない。また、製造時に型枠の解体作業も不要となり、コンクリート構造体の製造に要する手間、時間等の削減を図ることができる。
また、コンクリート充填工程にて、殻体内に配筋部材が配置されないことから、殻体内でフレッシュコンクリートの流動が配筋部材により阻害されることはなく、配筋部材が配置される場合と比べフレッシュコンクリートへのバイブレータの使用量を減らす、もしくは、バイブレータの作業を不要とすることができる。これにより、フレッシュコンクリート充填時のバイブレータの使用による殻体の孔から流出するノロの量を減らす、もしくは、無くすことができる。
また、余剰水排出工程にて、フレッシュコンクリートの硬化に不要な余剰水が排出されるため、フレッシュコンクリートから殻体に加わる圧力が低減される。これにより、フレッシュコンクリートを殻体内に比較的高く充填することができ、例えば１日あたりの打設効率を上げて工期の短縮を図ることができる。さらに、フレッシュコンクリートの水セメント比が低下するため、コンクリートの緻密性を向上させ、高品質のコンクリートを得ることができる。さらにまた、作業者は、殻体の孔を通じてフレッシュコンクリートの状態を確認することができ、仮にフレッシュコンクリートに空洞等の異常が生じたとしても、速やかに解消することができる。

さらに、上記目的を達成するため、本発明では、
上記コンクリート構造体の製造方法であって、
前記構造体本体をなす前記コンクリートが充填されない状態で、前記殻体を形成する殻体形成工程と、
前記殻体にフレッシュコンクリートを充填するコンクリート充填工程と、
前記フレッシュコンクリートの自重の圧密により、前記殻体の前記孔を通じて、前記フレッシュコンクリートから外部へ余剰水を排出する余剰水排出工程と、
前記余剰水が排出された前記フレッシュコンクリートを前記殻体と一体的に硬化させて構造体本体とするコンクリート硬化工程と、
前記構造体本体に前記殻体の前記孔を通じて外部から二酸化炭素を供給し、前記構造体本体の少なくとも表面側を炭酸化させて石化部へ変性させる変性工程と、を含むコンクリート構造体の製造方法が提供される。

このコンクリート構造体の製造方法によれば、上記作用に加え、二酸化炭素の供給により簡単容易に石化部を形成することができる。このとき、コンクリートの緻密性が向上しているため、良質な石材を得ることができる。

さらに、上記目的を達成するため、本発明では、
上記コンクリート構造体の強度維持方法であって、
前記構造体本体に前記殻体の前記孔を通じて二酸化炭素を供給し、前記構造体本体の表面側の前記コンクリートを石材へ変性させて石化部とし、前記構造体本体の曲げ強度を増大させる本体強度増大工程と、
前記コンクリート構造体の曲げ強度が全体として低下しない範囲で、前記殻体の曲げ強度の低減を許容する殻体強度低減工程と、を含むコンクリート構造体の強度維持方法が提供される。

このコンクリート構造体の強度維持方法によれば、炭酸化により構造体本体の曲げ強度が増大した分だけ殻体の曲げ強度の低減が許容されるので、石化部の形成後は、殻体の経年劣化、破損等による修復作業は強度を損なわない範囲に留めることができ、修復作業の負担を軽減することができる。

上記コンクリート構造体の強度維持方法において、
前記本体強度増大工程にて、前記石化部の曲げ強度が前記殻体の曲げ強度を上回る深さまで、前記構造体本体の表面側を石材へ変性させ、
前記殻体強度低減工程にて、前記殻体の前記構造体本体からの除去を許容してもよい。

このコンクリート構造体の強度維持方法によれば、炭酸化により構造体本体の曲げ強度を十分に増大させた後、殻体を構造体本体からの除去を許容するようにしたので、コンクリートの中性化の進行状態を監視する必要がないことに加え、殻体のメンテナンスも不要となり、コンクリート構造体の維持管理がさらに容易となる。

上記コンクリート構造体の強度維持方法において、
前記本体強度増大工程にて、前記構造体本体の全部を石材へ変性させ、
前記殻体強度低減工程にて、前記殻体の前記構造体本体からの除去を許容してもよい。

このコンクリート構造体の強度維持方法によれば、構造体本体を全て石材へ変性させた後、殻体を構造体本体からの除去を許容するようにしたので、コンクリートの中性化の進行状態を監視する必要がないことに加え、殻体のメンテナンスも不要となり、コンクリート構造体の維持管理がさらに容易となる。また、構造体本体が全て石材へ変性しているので、コンクリート構造体は、石材と同様の強度、耐久性を発揮する。

本発明によれば、コンクリート構造体の維持管理が容易で、かつ、コンクリート構造体の耐久性を飛躍的に向上させることができる。

本発明の第１の実施形態を示すコンクリート構造体の模式断面図である。 コンクリート構造体の正面図である。 殻体の一部平面図である。 殻体の一部断面図である。 コンクリート構造体の製造方法を示すフローチャートである。 コンクリート充填前の殻体の模式断面図である。 フレッシュコンクリートを充填した殻体の模式断面図である。 構造体本体の表面側が石材へ変性したコンクリート構造体の模式断面図である。 石化部を有するコンクリート構造体の製造方法を示すフローチャートである。 コンクリート構造体の強度維持方法を示すフローチャートである。 構造体本体の表面側が石材へ変性し殻体が除去されたコンクリート構造体の模式断面図である。 構造体本体の全部が石材へ変性し殻体が除去されたコンクリート構造体の模式断面図である。 変形例を示す殻体の一部平面図である。 変形例を示す殻体の一部平面図である。 変形例を示す殻体の一部断面図である。 変形例を示す殻体の一部平面図である。 変形例を示す殻体の一部断面図である。 変形例を示す殻体の一部平面図である。 変形例を示す殻体の一部断面図である。 変形例を示す殻体の一部平面図である。 変形例を示す殻体の一部断面図である。 本発明の第２の実施形態を示すコンクリート構造体であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。 殻体内へフレッシュコンクリートを充填する状態を示す説明図である。 変形例を示す枠体の説明図である。 変形例を示すコンクリート構造体の側面図である。 変形例を示すコンクリート構造体であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。

図１から図１２は本発明の第１の実施形態を示し、図１はコンクリート構造体の模式断面図、図２はコンクリート構造体の正面図、図３は殻体の一部平面図、図４は殻体の一部断面図、図５はコンクリート構造体の製造方法を示すフローチャート、図６はコンクリート充填前の殻体の模式断面図、図７はフレッシュコンクリートを充填した殻体の模式断面図、図８は構造体本体の表面側が石材へ変性したコンクリート構造体の模式断面図、図９は石化部を有するコンクリート構造体の製造方法を示すフローチャート、図１０はコンクリート構造体の強度維持方法を示すフローチャート、図１１は構造体本体の表面側が石材へ変性し殻体が除去されたコンクリート構造体の模式断面図、図１２は構造体本体の全部が石材へ変性し殻体が除去されたコンクリート構造体の模式断面図である。ここで、図１、図６、図７、図８、図１１及び図１２の模式断面図は、あくまで説明のためのものであり、実際のコンクリート構造体各部の寸法比、形状等とは異なっている。

図１に示すように、このコンクリート構造体１は、コンクリートからなり断面円形の構造体本体１０と、平面断面で構造体本体１０を包囲して構造体本体１０と一体的に設けられる断面ドーナツ状の殻体２０と、を備えている。図２に示すように、このコンクリート構造体１は、全体として上下へ延びる円柱状に形成され、構造体本体１０は円柱状に、殻体２０は円筒状にそれぞれ形成される。本実施形態においては、コンクリート構造体１の大きさは、直径２０００ｍｍ、高さ７０００ｍｍである。図１に示すように、コンクリートには、セメント、水、粗骨材１１及び細骨材１２が含まれ、構造体本体１０の内部に鉄筋等の所定方向へ延びる配筋部材は配置されていない。セメントの種類は任意であるが、ポルトランドセメントの他、ポルトランドセメントを主体として混合材料を混ぜ合わせた高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、アルミナセメントのような特殊セメントを用いることができる。また、二酸化炭素が封入されたセメントを用いることもできる。さらに、ポルトランドセメント、高炉セメント等のような水硬性セメントの他、気硬性セメントを用いることもできる。本実施形態の粗骨材１１及び細骨材１２の材質は任意であり、砂、砂利、砕砂、砕石、スラグ骨材、人工軽量骨材、石灰石骨材等の各種骨材を適宜用いることができる。また、二酸化炭素が封入された粗骨材１１及び細骨材１２を用いることもできる。尚、粗骨材１１、細骨材１２等の骨材は、必要に応じて省くこともできる。

殻体２０は、構造体本体１０よりも引張応力度が大きく、図１に示すように、構造体本体１０へ外気中の二酸化炭素を供給する複数の孔２１を有している。ここで、引張応力度とは、単位面積あたりに作用する応力をいう。殻体２０の材質は任意であるが、例えば、防錆性を有する金属の他、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、高分子樹脂等やこれらの複合材とすることができる。本実施形態においては、殻体２０は、防錆性を有する金属で構成されている。また、本実施形態においては、殻体２０は、引張応力度のみならず、曲げ応力度及びせん断応力度も構造体本体１０より大きい。

本実施形態においては、殻体２０は、複数の分割ユニット２２から構成される。図３に示すように、殻体２０は全体として板状に形成され、殻体２０の形成面と垂直な方向から見て、正方格子状に形成され各孔２１の外縁をなす格子部２３を有する。また、分割ユニット２２は、格子部２３と一体的に形成され、格子部２３を縦方向及び横方向に仕切る補強リブ２４を有している。本実施形態においては、補強リブ２４は、格子部２３よりも厚く形成され、縦方向及び横方向に等間隔で並んでいる。すなわち、補強リブ２４は、正方格子状に配置されている。縦方向及び横方向の最も外側に位置する補強リブ２４が、分割ユニット２２の外枠をなしている。

図４に示すように、殻体２０は、各分割ユニット２２の外枠をなす補強リブ２４を利用して互いに連結して構成される。本実施形態においては、各補強リブ２４同士の連結に接続金具２５が用いられ、接続金具２５とともに各補強リブ２４が溶接され、殻体２０の表面側に溶接部２６が形成されている。尚、各補強リブ２４の連結方法は任意であり、溶接の他、例えば、締結具を用いて各補強リブ２４を締結する、各補強リブ２４に互いに嵌まり合う部分を設けて各補強リブ２４を嵌合する等の、各種の連結手段を用いることができる。各分割ユニット２２は、殻体２０の形成面と垂直な方向から見て、長方形状に形成される。具体的に、各分割ユニット２２の縦方向寸法は、コンクリート構造体１の高さ寸法と同寸法に設定され、コンクリート構造体１の周方向に複数の分割ユニット２２が連結される。格子部２３及び補強リブ２４の厚さ、孔２１の形状及び大きさ、格子部２３における各孔２１を仕切る部分の太さ等は、用途、目的、要求性能等に応じて適宜設定される。

殻体２０は、後述するフレッシュコンクリート１３の粗骨材１１の流出を抑制するよう孔２１の大きさが設定され、例えば、孔２１の内接円を直径３０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ以下とすることができる。特に、孔２１の内接円を直径２０ｍｍ以下とすると、フレッシュコンクリート１３のセメントペーストに対しても十分な流出抑制効果を得ることができ、直径１０ｍｍ以下とするとさらに好ましい。本実施形態においては、孔２１の内接円の直径は１０ｍｍである。尚、図１に示すように、本実施形態においては、構造体本体１０が円柱状であることから、殻体２０は構造体本体１０の外周に沿って湾曲して形成される。

以上のように構成されたコンクリート構造体１の製造方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、図６に示すように、構造体本体１０をなすコンクリートが充填されない状態で、殻体２０を形成する（殻体形成工程：Ｓ１）。本実施形態においては、各分割ユニット２２を溶接し、円筒状の殻体２０を組み立てて、殻体２０を形成する。殻体２０の組立は、コンクリート構造体１の設置現場で行ってもよいし、予め工場等で行っておいて殻体２０を設置現場へ搬入してもよい。尚、殻体２０を分割せずに構成することも勿論可能で、この場合も、例えば３Ｄプリンタを用いて設置現場で殻体２０を作製してもよいし、予め工場等で殻体２０を作製しておいて設置現場へ搬入してもよい。

次に、後述するコンクリート充填工程Ｓ３において、殻体２０がフレッシュコンクリート１３から付与される圧力に耐えられるように、必要に応じて殻体２０の補強具を設置する（補強具設置工程：Ｓ２）。殻体２０の補強具は任意であるが、例えば、通常の型枠コンクリート工事で使用される、単管、サポート、組立足場等の他、殻体２０の形状に合わせた側圧補強材等の仮設補強材等を用いることができる。尚、殻体２０がフレッシュコンクリート１３の圧力に耐えられる場合は、補強具設置工程Ｓ２を省略することができる。

次に、図７に示すように、殻体２０にフレッシュコンクリート１３を充填する（コンクリート充填工程：Ｓ３）。本実施形態においては、円筒状の殻体２０の上端が開放されているので、殻体２０の上端を充填孔として、フレッシュコンクリート１３を充填すればよい。そして、フレッシュコンクリート１３の自重の圧密により、殻体２０の各孔２１を通じて、フレッシュコンクリート１３から外部へ余剰水を排出する（余剰水排出工程：Ｓ４）。この後、余剰水が排出されたフレッシュコンクリート１３を殻体２０と一体的に硬化させて構造体本体１０とする（コンクリート硬化工程：Ｓ５）。そして、コンクリートの強度が自立可能となったところで、殻体２０の補強具を撤去する（補強具撤去工程：Ｓ６）。尚、補強具設置工程Ｓ２が省略された場合は、補強具撤去工程Ｓ６も省略される。

本実施形態のコンクリート構造体１の製造方法によれば、コンクリート構造体１の引張強度を負担する殻体２０を型枠としてフレッシュコンクリート１３を硬化させることができ、別途型枠を準備する必要はない。また、製造時に型枠の解体作業も不要となり、コンクリート構造体１の製造に要する手間、時間等の削減を図ることができる。

また、コンクリート充填工程Ｓ３にて、殻体２０内に配筋部材が配置されないことから、殻体２０内でフレッシュコンクリート１３の流動が配筋部材により阻害されることはなく、配筋部材が配置される場合と比べフレッシュコンクリート１３へのバイブレータの使用量を減らす、もしくは、バイブレータの作業を不要とすることができる。これにより、フレッシュコンクリート充填時のバイブレータの使用による殻体２０の各孔２１から流出するノロの量を減らす、もしくは、無くすことができる。

また、余剰水排出工程Ｓ４にて、フレッシュコンクリート１３の硬化に不要な余剰水が排出されるため、フレッシュコンクリート１３から殻体２０に加わる圧力が低減される。これにより、フレッシュコンクリート１３を殻体２０内に比較的高く充填することができ、例えば１日あたりの打設効率を上げて工期の短縮を図ることができる。さらに、フレッシュコンクリート１３の水セメント比が低下するため、コンクリートの緻密性を向上させ、高品質の構造体本体１０を得ることができる。さらにまた、作業者は、殻体２０の各孔２１を通じてフレッシュコンクリート１３の状態を確認することができ、仮にフレッシュコンクリート１３に空洞等の異常が生じたとしても、速やかに解消することができる。

また、殻体２０の各孔２１が、フレッシュコンクリート１３の粗骨材１１の流出を抑制する大きさであるので、余剰水の排出時に粗骨材１１が外部へ流出することはない。また、フレッシュコンクリート１３のセメントペーストは粘性を有することから、セメントペーストが過度に外部へ流出することはない。ただし、セメントペーストについては、各孔２１から僅かに流出して各孔２１内外にわたって硬化する場合がある。

さらに、殻体２０の格子部２３が正方格子状に形成されているので、殻体２０がその形成面内において特定の方向に変形しやすいということはなく、殻体２０の形状を維持しつつフレッシュコンクリート１３からの圧力に的確に抗することができる。さらにまた、本実施形態においては、格子部２３が比較的剛性の高い補強リブ２４により仕切られているため、フレッシュコンクリート１３の圧力による格子部２３の殻体２０の形成面に垂直な方向への変形が抑制される。

また、本実施形態のコンクリート構造体１によれば、殻体２０の引張応力度が構造体本体１０よりも大きいため、殻体２０によりコンクリート構造体１の引張強度、曲げ強度等が補強される。ここで、殻体２０が構造体本体１０の外側に配置されているため、配筋部材をコンクリートの内部に配置した場合と比べて、コンクリート構造体１に作用する引張応力の殻体２０による負担量を大きくすることができる。また、殻体２０内にコンクリートが充填されているので、面状体である殻体２０の座屈は抑制される。特に、コンクリートのセメント分が各孔２１内外にわたって硬化している場合は、殻体２０の面座屈を効果的に抑制することができる。

また、殻体２０の各孔２１を通じて構造体本体１０に外気中の二酸化炭素が供給されることにより、構造体本体１０の表面側からコンクリートの炭酸化が構造体本体１０の内部へ進行し、コンクリートは粗骨材１１及び細骨材１２を礫とする石材へ変性していく。これにより、図８に示すように、構造体本体１０が表面側に石化部１４を有するコンクリート構造体１０１となる。このコンクリート構造体１０１は、石化部１４を有さないものと比べ、構造体本体１０の強度及び耐久性が向上している。すなわち、時間の経過とともに、コンクリート構造体１は、構造体本体１０の強度及び耐久性が向上していく。また、余剰水排出工程Ｓ４にてコンクリートの緻密性を向上させているため、良質な石化部１４を得ることができる。尚、フレッシュコンクリートに二酸化炭素が封入されたセメントを用いた場合、コンクリートが所定の割合で炭酸化された状態となるが、その場合も、コンクリートの炭酸化されてない部分が、構造体本体１０の表面側から漸次炭酸化されていく。すなわち、所定割合で炭酸化されたコンクリートであっても、時間の経過とともに、コンクリート構造体は、構造体本体の強度及び耐久性が向上していく。

石化部１４を有するコンクリート構造体１０１を製造するには、図９に示すように、前述の殻体形成工程Ｓ１、コンクリート充填工程Ｓ３、余剰水排出工程Ｓ４、コンクリート硬化工程Ｓ５に続いて、構造体本体１０に殻体２０の各孔２１を通じて外部から二酸化炭素を供給し、構造体本体１０の少なくとも表面側を炭酸化させて石化部１４へ変性させる変性工程Ｓ７を含めればよい。本実施形態においては、構造体本体１０への二酸化炭素の供給は、コンクリート構造体１を大気に曝すことによって行われる。尚、炭酸化を促進するために、コンクリート構造体１を二酸化炭素の濃度が大気よりも高い空間に設置したり、二酸化炭素をコンクリート構造体１へ定常的に吹き付けるようにしてもよい。

また、本実施形態のコンクリート構造体１によれば、殻体２０の強度を維持し続ければ、コンクリート構造体１の強度は向上していくが、コンクリート構造体１の強度が所定の要求性能を満たせば、必ずしも殻体２０の強度を維持し続ける必要はない。ここで、本実施形態のコンクリート構造体の強度維持方法を図９のフローチャートを参照して説明する。

コンクリート構造体１の構造体本体１０に殻体２０の各孔２１を通じて二酸化炭素を供給し、図８に示すように構造体本体１０の表面側のコンクリートを石材へ変性させて石化部１４とし、構造体本体１０の曲げ強度を増大させる（本体強度増大工程：Ｓ１１）。そして、コンクリート構造体１０１の曲げ強度が全体として低下しない範囲で、殻体２０の曲げ強度の低減を許容する（殻体強度低減工程：Ｓ１２）。

このコンクリート構造体１０１の強度維持方法によれば、炭酸化により構造体本体１０の曲げ強度が増大した分だけ殻体２０の曲げ強度の低減が許容されるので、石化部１４の形成後は、殻体２０の経年劣化、破損等による修復作業は強度を損なわない範囲に留めることができ、修復作業の負担を軽減することができる。本実施形態以外にも、殻体に引張応力が作用するコンクリート構造体に、この強度維持方法は有効である。

また、本体強度増大工程Ｓ１１にて、石化部１４の曲げ強度が殻体２０の曲げ強度を上回る深さまで構造体本体１０の表面側を石材へ変性させ、殻体強度低減工程Ｓ１２にて、図１０に示すように、殻体２０を構造体本体１０からの除去を許容することもできる。この場合、コンクリートの中性化の進行状態を監視する必要がないことに加え、殻体２０のメンテナンスも不要となり、コンクリート構造体１０１の維持管理がさらに容易となる。殻体強度低減工程Ｓ１２で除去が許容された後の殻体２０の取扱いは自由であり、例えば、殻体２０を積極的に解体してもよいし、劣化等を監視することなく殻体２０を存置しておいてもよい。殻体２０を存置する場合は、殻体２０の外面がコンクリート構造体１の意匠面をなすことから、適宜、殻体２０の表面に化粧等を施してもよい。

さらに、本体強度増大工程Ｓ１１にて、図１１に示すように、構造体本体１０の全部を石材へ変性させ、殻体強度低減工程Ｓ１２にて、殻体２０を構造体本体１０からの除去を許容することもできる。この場合、構造体本体１０が全て石材へ変性しているので、コンクリート構造体２０１は、石材と同様の強度、耐久性を発揮する。すなわち、構造体本体１０の全てが石化部１４へ変性したコンクリート構造体２０１には、遺跡等の石造建築物と同様の、１０００年以上の耐久性が付与される。

尚、前記実施形態においては、コンクリート構造体１が円柱状のものを示したが、例えば、角柱状や直方体状であってもよく、コンクリートからなる構造体本体と、所定断面で構造体本体を包囲し構造体本体よりも少なくとも引張応力度が大きく構造体本体へ外気中の二酸化炭素を供給する孔を有する殻体と、備えたものであれば、コンクリート構造体の形状は任意である。

また、前記実施形態においては、殻体２０が補強リブ２４を有するものを示したが、例えば、図１３に示すように、補強リブ２４を有さないものとすることもできる。さらに、前記実施形態においては、殻体２０が正方格子状の格子部２３を有するものを示したが、格子部２３を正三角格子状としても、殻体２０の形状の維持に好適である。さらに、各殻体２０の孔２１の形状は任意であり、例えば、正方形、正三角形以外の多角形状、円形状等でもよいし、複数の孔２１の形状がまちまちのいわゆる不定形状とすることもできる。

また、例えば、図１４及び図１５に示すように、殻体の各孔２１の形状を菱形としてもよい。図１４及び図１５の殻体は金属の板材からなり、千鳥状に切れ目を入れながら押し広げて各孔２１を菱形としている。格子部２３は、縦方向一方（図１４中上方）へ向かって横方向一方（図１４中右方）へ傾斜して延びる第１傾斜部２３ａと、縦方向一方へ向かって横方向他方（図１４中左方）へ傾斜して延びる第２傾斜部２３ｂと、により構成される。この殻体においては、前記実施形態の補強リブは形成されておらず、格子部２３の外縁が分割ユニットの外縁をなしている。図１４及び図１５の殻体では、各分割ユニットは格子部２３の横方向端部で接続される。具体的に、第１傾斜部２３ａと第２傾斜部２３ｂにより形成される横方向一方の頂点２３ｃと、第１傾斜部２３ａと第２傾斜部２３ｂにより形成される横方向他方の頂点２３ｄと、がスポット溶接により接続され、殻体に溶接部２６が形成される。

また、例えば、図１５及び図１６に示すように、各孔２１ａ，２１ｂをスリット状としてもよい。図１５及び図１６の殻体は金属の板材からなり、パンチングプレスの金型を利用して各孔２１ａ，２１ｂが形成される。図１５及び図１６の殻体では、縦方向（図１５中上下方向）へ延びる孔２１ａと、横方向（図１５中左右方向）へ延びる孔２１ｂと、が縦方向及び横方向に交互に並べられる。各孔２１ａ，２１ｂの周囲には、パンチング時に形成された傾斜面２１ｃが形成される。このように傾斜面２１ｃを形成して殻体を厚くすることにより、殻体の断面係数を増大させることができる。尚、このようなパンチングプレスにより作製される殻体において、孔２１ａ，２１ｂの形状は任意に変更することができ、プレス曲げ補強によりさらなる強化を図ることもできる。

また、例えば、図１８及び図１９に示すように、殻体を、孔１２１が形成された面状のカーボンクロス１２３と、カーボンクロス１２３よりも厚く形成された骨格部材１２４と、を有するものとすることもできる。図１８に示すように、骨格部材１２４は、縦方向及び横方向に等間隔で並び、正方格子状に配置されている。本実施形態においては、図１９に示すように、カーボンクロス３２３の表側及び裏側に分割して配置され、カーボンクロス１２３を挟み込んでいる。骨格部材１２４は、縦方向及び横方向の交点でビス１２７により固定される。また、前記実施形態と同様に分割ユニットの外枠をなす骨格部材１２４同士が、接続具１２５を用いて連結され、殻体の表面側に溶接部１２６が形成される。尚、骨格部材１２４の材質は任意であり、例えばプラスチックとすることができる。

また、例えば、図２０及び図２１に示すように、殻体の骨格部材１２４に、カーボンクロス１２３を接着して固定してもよい。図２０及び図２１の殻体では、カーボンクロス１２３の裏面側に骨格部材１２４を配置し、カーボンクロス１２３に裏面側へ延びる延長部１２３ａを形成し、延長部１２３ａを骨格部材１２４の表面に全面的に接着固定している。また、分割ユニットの外枠をなす骨格部材１２４同士は、接続用のカーボンクロス１２３ｂが巻きつけられて接続固定される。尚、骨格部材１２４の材質は任意であり、例えば所定の合金とすることができる。

また、前記実施形態においては、コンクリート構造体１の上面が殻体２０に覆われてないものを示したが、例えば図２２に示すように、コンクリート構造体３０１の上面が殻体３２０に覆われるようにすることもできる。図２２は、本発明の第２の実施形態を示すコンクリート構造体であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。

図２２（ａ）に示すように、このコンクリート構造体３０１は、上側水平延在部３０２と、下側水平延在部３０３と、上側水平延在部３０２及び下側水平延在部３０３を連結する垂直延在部３０４と、から構成される。本実施形態においては、コンクリート構造体３０１は橋脚構造体であり、上側水平延在部３０２は桁受部、下側水平延在部３０３は基礎部、垂直延在部３０４は柱脚部をなす。下側水平延在部３０３は、上側を部分的に切り欠いた直方体状に形成され、図２２（ｃ）に示すように、垂直延在部３０４は、平面視にて下側水平延在部３０３の中央に配置される。図２２（ａ）に示すように、下側水平延在部３０３は、上面の左右方向内側が垂直延在部３０４との接続部分から外側へ向かって下方へ傾斜して形成され、左右方向外側が水平に形成される。本実施形態においては、垂直延在部３０４は、円柱状に形成される。上側水平延在部３０２は、下側を部分的に切り欠いた扁平な直方体状に形成される。具体的に、上側水平延在部３０２は、図２２（ｂ）に示すように、前後寸法が垂直延在部３０４の直径と同寸法であり、図２２（ｃ）に示すように、平面視にて、垂直延在部３０４から左右方向へ突出した長方形状に形成される。また、図２２（ａ）に示すように、上側水平延在部３０２は、底面が垂直延在部３０４との接続部分から左右方向外側へ向かって上方へ傾斜して形成され、上下寸法が左右中央から左右外側へ向かって徐々に短くなるよう形成されている。本実施形態において、コンクリート構造体３０１の大きさは、上側水平延在部３０２の外形について前後方向１０７２５ｍｍ、左右方向２５００ｍｍ、高さ方向２２５０ｍｍであり、下側水平延在部３０３について前後方向７５００ｍｍ、左右方向７５００ｍｍ、高さ方向２０００ｍｍであり、垂直延在部３０４について直径２５００ｍｍ、高さ７２５０ｍｍである。

本実施形態のコンクリート構造体３０１は、コンクリートからなる構造体本体と、構造体本体を覆う殻体３２０と、を備えている。本実施形態においては、殻体３２０は、コンクリート構造体３０１を正面断面、平面断面、側面断面等の全ての断面にて、上側水平延在部３０２、下側水平延在部３０３及び垂直延在部３０４を包囲し、上側水平延在部３０２を包囲する。コンクリート構造体３０１の構造体本体の内部には、鉄筋等の所定方向へ延びる配筋部材は配置されていない。殻体３２０は、構造体本体よりも引張応力度が大きく、構造体本体へ外気中の二酸化炭素を供給する複数の孔を有している。本実施形態においても、殻体３２０は、引張応力度のみならず、曲げ応力度及びせん断応力度も構造体本体より大きい。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、殻体３２０は、複数の分割ユニットから構成される。本実施形態においては、殻体３２０に孔の大きさの異なる２種類の格子部が使用される。第１の格子部は、前記実施形態と同様に、フレッシュコンクリートの粗骨材の流出を抑制するよう孔の大きさが設定される。第１の格子部の孔の大きさは任意に設定できるが、例えば、孔の内接円を直径２０ｍｍ以下とすることができる。一方、第２の格子部は、フレッシュコンクリートを送出するためのホース３３０が挿通されるよう孔の大きさが設定される。殻体３２０の第１の格子部及び第２の格子部は、それぞれ、構造体本体よりも引張応力度が大きい。第２の格子部の孔の大きさは任意であるが、例えば、孔の内接円を直径５０ｍｍ以上１５０ｍｍとすることができる。殻体３２０のうち、上側水平延在部３０２の上面の全部分と、下側水平延在部３０３の上面における水平部分を覆う部分に第２の格子部が使用され、それ以外の部分に第１の格子部が使用される。

以上のように構成されたコンクリート構造体３０１も、第１の実施形態と同様の工程を経て製造される。コンクリート構造体３０１の製造方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、構造体本体をなすコンクリートが充填されない状態で、殻体３２０を形成する（殻体形成工程：Ｓ１）。本実施形態においても、分割ユニットを組み合わせて殻体３２０を組み立てる。殻体３２０の組立は、コンクリート構造体１の設置現場で行ってもよいし、予め工場等で行っておいて殻体３２０を設置現場へ搬入してもよい。尚、殻体３２０を分割せずに構成することも勿論可能で、この場合も、例えば３Ｄプリンタを用いて設置現場で殻体３２０を作製してもよいし、予め工場等で殻体３２０を作製しておいて設置現場へ搬入してもよい。そして、必要に応じて殻体の補強具を設置する（補強具設置工程：Ｓ２）。

次に、殻体３２０にフレッシュコンクリートを充填する（コンクリート充填工程：Ｓ３）。具体的には、殻体３２０のうち、第２の格子部から構成された上側水平延在部３０２の上面の孔にホース３３０を挿通させ、複数のホース３３０を用いてフレッシュコンクリートを殻体３２０内へフレッシュコンクリートを送り込むことにより、フレッシュコンクリートを充填する。尚、ホース３３０は、１本であってもよい。本実施形態においては、複数のホース３３０を用いて、殻体３２０の下側からフレッシュコンクリートを充填していく。尚、必要に応じて、上側水平延在部３０２の上面に加え、第２の格子部から構成された下側水平延在部３０３の上面の水平部分からも、殻体３２０内へフレッシュコンクリートを送り込んでもよい。さらには、第１の格子部に開口部を設けてフレッシュコンクリートの送出に利用し、当該開口部からのフレッシュコンクリートの送出が完了した後に当該開口部を塞ぐようにしてもよい。

本実施形態においては、殻体３２０における下側水平延在部３０３に対応する部分は、上面の左右方向内側が垂直延在部３０４との接続部分から外側へ向かって下方へ傾斜して形成されていることから、下側水平延在部３０３の上面が垂直延在部３０４と垂直に形成されている場合と比べ、フレッシュコンクリートを殻体３２０の表面形状に沿って的確に充填させていくことができる。また、殻体３２０における上側水平延在部３０２に対応する部分も、底面の左右方向内側が垂直延在部３０４との接続部分から外側へ向かって上方へ傾斜して形成されていることから、上側水平延在部３０２の底面が垂直延在部３０４と垂直に形成されている場合と比べ、フレッシュコンクリートを殻体３２０の表面形状に沿って的確に充填させていくことができる。また、本実施形態においても、殻体３２０内に配筋部材が配置されないことから、フレッシュコンクリート充填時のバイブレータの使用による殻体３２０の各孔から流出するノロの量を減らす、もしくは、無くすことができる。

そして、フレッシュコンクリートの自重の圧密により、殻体３２０の各孔を通じて、フレッシュコンクリートから外部へ余剰水を排出する（余剰水排出工程：Ｓ４）。本実施形態においても、第１の格子部の各孔は、フレッシュコンクリートの粗骨材の流出を抑制する大きさであるので、粗骨材が外部へ流出することはない。また、フレッシュコンクリートを殻体３２０内に比較的高く充填することができ、例えば１日あたりの打設効率を上げて工期の短縮を図ることができる。また、フレッシュコンクリートの水セメント比が低下するため、コンクリートの緻密性を向上させ、高品質のコンクリートを得ることができる。さらに、作業者は、殻体３２０の各孔を通じてフレッシュコンクリートの状態を確認することができ、仮にフレッシュコンクリートに空洞等の異常が生じたとしても、速やかに解消することができる。特に、上側水平延在部３０２の上面の全部分と、下側水平延在部３０３の上面における水平部分を覆う部分の各孔が大きく形成されているので、これらの上面部分に異常が生じた際に、各孔を点検口として利用することができる。尚、各孔とは別に、各孔より大きな点検口を別途形成してもよい。さらにまた、殻体３２０の格子部が正方格子状に形成されているので、殻体３２０の形状を維持しつつフレッシュコンクリートからの圧力に的確に抗することができる。さらに、格子部が比較的剛性の高い外枠部に支持されるため、フレッシュコンクリートの圧力による格子部の殻体３２０の形成面に垂直な方向への変形が抑制される。

この後、余剰水が排出されたフレッシュコンクリートを殻体３２０と一体的に硬化させて構造体本体とする（コンクリート硬化工程：Ｓ５）。そして、コンクリートの強度が自立可能となったところで、補強具を使用した場合は、殻体３２０の補強具を撤去する（補強具撤去工程：Ｓ６）。本実施形態においては、各水平延在部３０２，３０３及び垂直延在部３０４を一体としたコンクリートの打設が可能となり、橋脚構造体の工期を大幅に短縮することができる。

また、本実施形態のコンクリート構造体３０１によれば、殻体３２０の引張応力度が構造体本体よりも大きいため、殻体３２０によりコンクリート構造体３０１の引張強度、曲げ強度等が補強される。また、殻体３２０が構造体本体の外側に配置されているため、配筋部材をコンクリートの内部に配置した場合と比べて、コンクリート構造体３０１に作用する引張応力の殻体３２０による負担量を大きくすることができる。さらに、上側水平延在部３０２、下側水平延在部３０３及び垂直延在部３０４を打ち継ぐことなく形成できることから、打ち継ぎを有する従来のもののように、構造体の設計時に脆弱となる打ち継ぎの箇所を考慮する必要はなく、設計自由度が飛躍的に向上する。

また、各殻体３２０の各孔を通じて構造体本体３１０に外気中の二酸化炭素が供給されることにより、構造体本体３１０の表面側からコンクリートの炭酸化が進行し、コンクリートは骨材を礫とする石材へ変性していく。すなわち、時間の経過とともに、橋脚構造物としてのコンクリート構造体３０１の強度及び耐久性が向上していく。本実施形態においても、余剰水排出工程Ｓ４にてコンクリートの緻密性を向上させているため、良質な石化部が形成される。

また、石化部の引張強度が殻体３２０の引張強度を上回る深さまで各構造体本体の表面側を石材へ変性させ、殻体３２０を構造体本体から除去してもよい。この場合、コンクリートの中性化の進行状態を監視する必要がないことに加え、殻体３２０のメンテナンスも不要となり、橋脚構造体の維持管理がさらに容易となる。また、構造体本体の全部を石材へ変性させることにより、石材と同様の強度、耐久性を発揮させることができ、遺跡等の石造建築物と同様に、橋脚構造体の１０００年以上の使用が可能となる。

尚、第２の実施形態において、図２４に示すように、殻体３２０の垂直延在部３０４に対応する部分を上側及び下側に延長させた延長部３２０ａを形成してもよい。この場合、図２４に示すように、上側の延長部３２０ａが上側水平延在部３０５の上面に対応する部分と連結され、下側の延長部３２０ａが下側水平延在部３０３の底面に対応する部分と連結されることが、コンクリート構造体３０１の強度上望ましい。また、各延長部３２０ａの孔径を大きくし、各延長部３２０ａでフレッシュコンクリートの流動が阻害されないようにすることが好ましい。また、図２５に示すように、上側水平延在部３０２の底面を側面視で円曲面又は放物線状に形成することが、コンクリート構造体３０１の強度上及び経済上望ましい。

また、第２の実施形態においては、橋脚構造体に本発明を適用した例を示したが、例えば図２６に示すように水平延在部及び垂直延在部が連結された他の建造物に適用することも可能であり、コンクリート構造体の形状等も任意に変更することができる。図２６のコンクリート構造体４０１は、擁壁を兼ねた橋脚構造体であり、上側水平延在部４０２と、下側水平延在部４０３と、上側水平延在部４０２及び下側水平延在部４０３を連結する７本の垂直延在部４０４と、から構成され、殻体４２０により全面的に覆われる。

また、第２の実施形態においては、上側水平延在部３０２と、下側水平延在部３０３と、垂直延在部３０４とを現場で一体的に打設するものを示したが、前記実施形態の製造方法により分割して下側から順に打設してもよい。また、例えば、上側水平延在部３０２を前記実施形態の製造方法により工場で予め打設しておき、搬送された上側水平延在部３０２を、現場で打設された下側水平延在部３０３及び垂直延在部３０４に組み付けることも可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ コンクリート構造体
１０ 構造体本体
１１ 粗骨材
１２ 細骨材
１３ フレッシュコンクリート
１４ 石化部
２０ 殻体
２１ 孔
２１ａ 孔
２１ｂ 孔
１０１ コンクリート構造体
１２１ 孔
２０１ コンクリート構造体
３０１ コンクリート構造体
３２０ 殻体
４０１ コンクリート構造体
４２０ 殻体
Ｓ１ 殻体形成工程
Ｓ２ 補強具設置工程
Ｓ３ コンクリート充填工程
Ｓ４ 余剰水排出工程
Ｓ５ コンクリート硬化工程
Ｓ６ 補強具撤去工程
Ｓ７ 変性工程
Ｓ１１ 本体強度増大工程
Ｓ１２ 殻体強度低減工程

Claims (4)

1. コンクリートからなり、内部に所定方向へ延びる配筋部材が配置されない構造体本体と、
   所定断面で前記構造体本体を包囲して前記構造体本体と一体的に設けられ、前記構造体本体よりも引張応力度が大きく、前記構造体本体へ外気中の二酸化炭素を供給する孔を有する殻体と、備え、
   前記構造体本体は、少なくとも表面側に、前記コンクリートが炭酸化して石材へ変性した石化部を有するコンクリート構造体の製造方法であって、
   前記構造体本体をなす前記コンクリートが充填されない状態で、前記殻体を形成する殻体形成工程と、
   前記配筋部材が配置されない状態で、前記殻体にフレッシュコンクリートを充填するコンクリート充填工程と、
   前記フレッシュコンクリートの自重の圧密により、前記殻体の前記孔を通じて、前記フレッシュコンクリートから外部へ余剰水を排出する余剰水排出工程と、
   前記余剰水が排出された前記フレッシュコンクリートを前記殻体と一体的に硬化させて構造体本体とするコンクリート硬化工程と、
   二酸化炭素をコンクリート構造体へ吹き付けることなく、前記コンクリート構造体を大気に曝すことによって、前記構造体本体の少なくとも表面側を炭酸化させて石化部へ変性させる変性工程と、を含み、
   前記殻体の前記孔は、内接円の直径が２０ｍｍより大きく３０ｍｍ以下であり、他の部材で覆われておらず、
   前記余剰水排出工程にて、前記殻体の前記孔を通じて前記フレッシュコンクリートの状態が確認され、
   前記余剰水排出工程にて、前記殻体の前記孔から前記フレッシュコンクリートのセメントペーストが流出し、
   前記コンクリート硬化工程にて、前記フレッシュコンクリートのセメントペーストが前記孔の内外にわたって硬化し、
   前記殻体は、複数の前記孔の外縁をなす格子部を有する複数の板状の分割ユニットから構成され、
   前記殻体形成工程にて、前記各分割ユニットを組み合わせて前記殻体を組み立て、
   前記各分割ユニットは、前記格子部を縦方向及び横方向に仕切り縦方向及び横方向に等間隔で並ぶ複数の補強リブを有し、縦方向及び横方向の最も外側に位置する前記補強リブが前記各分割ユニットの外枠をなし、
   前記殻体は、前記各分割ユニットの前記外枠をなす前記補強リブを互いに連結して構成され、
   前記コンクリート構造体は、上側水平延在部と、下側水平延在部と、上側水平延在部及び下側水平延在部を連結する垂直延在部と、を有し、
   前記殻体は、前記上側水平延在部と、前記下側水平延在部と、前記垂直延在部と、を包囲し、
   前記殻体は、前記孔の大きさが異なる２種類の前記格子部が使用され、
   ２種類の前記格子部のうち第１の格子部は、前記フレッシュコンクリートの粗骨材の流出を抑制するよう前記孔の大きさが設定され、
   ２種類の前記格子部のうち第２の格子部は、前記フレッシュコンクリートを送出するためのホースが挿通されるよう前記孔の大きさが設定され、
   前記上側水平延在部の上面は、水平に形成され、
   前記殻体における前記上側水平延在部及び前記下側水平延在部の上面における水平部分を覆う部分に第２格子部が使用され、それ以外の部分に第１格子部が使用され、
   前記コンクリート充填工程にて、前記殻体における前記上側水平延在部の上面における前記第２格子部の前記孔に前記ホースを挿通させ、前記ホースを用いて前記フレッシュコンクリートを前記殻体内へ送り込むコンクリート構造体の製造方法。
2. 前記コンクリート充填工程にて、前記殻体における前記上側水平延在部の上面に加え、前記殻体における前記下側水平延在部の上面における前記第２格子部の前記孔にもホースを挿通させ、前記上側水平延在部及び前記下側水平延在部の上面から前記フレッシュコンクリートを前記殻体内へ送り込む請求項１に記載のコンクリート構造体の製造方法。
3. 前記殻体は、前記垂直延在部に対応する部分を上側及び下側へ延長させた延長部を有する請求項１または２に記載のコンクリート構造体の製造方法。
4. 上側の前記延長部は、前記殻体における前記上側水平延在部の上面に対応する部分と連結され、
   下側の前記延長部は、前記殻体における前記下側水平延在部の底面に対応する部分と連結される請求項３に記載のコンクリート構造体の製造方法。

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