JP7139197B2 - コンクリートの耐久性向上工法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの養生方法に関し、詳しくは加温養生することでコンクリートの耐久性を向上させる工法についての技術に関する。

コンクリート製の構造物を建造するにあたり、コンクリートを打設した段階で適切に養生することが好ましいことが分かっている。この際に要求される品質を確保するために様々な試みが行われている。

特許文献１には、基礎コンクリートの養生方法に関する技術が開示されている。住宅の基礎型枠にコンクリートを打設し、この基礎型枠をＰＴＣ特性の複数のセラミックス素子を電熱線で繋いで線状としたＰＴＣ線状ヒーターを内蔵した電熱養生シートで覆い、この電熱養生シートを加熱制御してコンクリートを所定温度で養生させる。加熱養生によって、７日間の養生期間中、基礎コンクリートや型枠の温度が１０℃から１５℃程度の温度を維持している。これによって、１．５日間の養生期間でコンクリート強度（圧縮強度）は脱型に必要な５０ｋｇ／ｃｍ^２を超え、養生期間の短縮が可能となる。

この様にコンクリートを加熱養生することにより冬季や寒冷地などで住宅を作るにあたって、打設したコンクリート内部の水分が凍結してコンクリートの圧縮強度が出ないなどといった事態を防ぐことができる。

特許文献２には、高強度コンクリート組成物及び高強度コンクリート硬化体の製造方法に関する技術が開示されている。セメントとシリカヒュームなどの無機質微細粉末と、細骨材と、粗骨材と、減水剤及び消泡剤とを組み合わせ、更に微少な金属微粉末を混入し、コンクリートを打設した上で、１５～２５℃の気中で１日間～５日間養生を行う前養生工程と、２０℃～６０℃の水中または気中で１日間～７日間養生を行う一次養生工程と、８０℃～２００℃の水中または気中で１日間～２１日間養生を行う二次養生工程を経て、高強度コンクリート生成物を得ている。

特開平１０－２２０００５号公報 特開２０１６－９８１４０号公報

しかしながら、コンクリートで橋梁のような大型の構造物を作る場合には特許文献２のような手法を採ることは難しく、より簡易な方法で養生することが望ましい。大型のコンクリート構造物を高温で養生するために、オートクレーブや乾燥機などの装置を用いることは現実的では無く、水中養生を行うこともまた困難である。また、近年、表層コンクリートの緻密性がコンクリートの寿命に影響することが確認されているが、表層品質に対する影響についてはこれまで養生条件に考慮されてこなかった。表層コンクリートの緻密性が高いほど、コンクリートの品質が高くなる傾向にあり、養生条件によってこの緻密性は変化する事が知られている。こうした点を含めてより耐久性を向上可能なコンクリートの養生方法の提供が切望されている。

そこで、本発明はこの様な課題を解決する為に、簡易な養生方法で耐久性の向上が可能なコンクリートの耐久性向上工法の提供を目的とする。

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の耐久性向上工法は、以下のような特徴を有する。

（１）打設されたコンクリートの上面を、該コンクリートの内部に含まれる水分が蒸発することを防ぐ養生手段によって覆い、前記コンクリートの養生を行うコンクリートの耐久性向上工法において、前記養生手段により養生された前記コンクリートの温度を上昇させるための加温手段を備え、前記コンクリートを打設した後、前記養生手段により養生し、前記加温手段によって前記コンクリートの初期養生温度を２０℃以上とし、前記初期養生の期間を過ぎた後は、気中養生を行うこと、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によって、コンクリートの初期養生期間に高温での養生を行うことで、コンクリートの圧縮強度を向上させ、表層品質の改善を図る事ができるので、コンクリートの品質改善に寄与できる。従来、高温養生は初期強度の増進が期待できる一方、長期強度において標準養生（２０℃±３℃の飽和水蒸気中で行う養生）した場合よりも低下するとされていた。しかしながら、例えば養生マットなどの養生手段を用いてコンクリートを養生し、初期養生期間に２０℃以上の温度となるような養生状態を維持し、その後、気中養生を行うことで、コンクリートの圧縮強度を向上させることができる。またその一方で、この様な初期養生を行うことで、コンクリート表層部分における透気係数の上昇を低く抑えることが可能である事が分かった。

これは、コンクリートは水和反応によって硬化することが知られているが、養生初期において２０℃以上の状態を維持することで、打設されたコンクリートの若材齢時に、十分に内部の水和反応が進んで圧縮強度の増進を図る事に繋がったためと考えられるからである。また、一般的に透気係数は材齢と共に高くなる傾向にあるが、初期に高温養生することで水和反応の促進によって表層コンクリートの緻密化が図られ、長期的にも透気係数の変化を抑えられる為だと考えられる。この様に、養生初期における高温養生によって、コンクリートの品質改善に寄与することが可能である。

（２）（１）に記載のコンクリートの耐久性向上工法において、前記初期養生の期間を少なくとも５日とすること、が好ましい。

上記（２）に記載の態様によって、高温養生を行うことで透気係数の上昇を抑えることが可能となる高温養生期間を明確にできる。実際の現場での管理を行うにあたっては、高温養生期間は短期間である事が好ましい。

本実施形態の、コンクリートの養生方法に関する説明する模式図である。 本実施形態の、初期養生期間を５日とした場合の圧縮強度についてのグラフである。 本実施形態の、初期養生期間を１４日とした場合の圧縮強度についてのグラフである。 本実施形態の、初期養生期間を５日とした場合の透気係数についてのグラフである。 本実施形態の、初期養生期間を１４日とした場合の透気係数についてのグラフである。

まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、コンクリートの養生方法に関する説明を模式図にて示す。現場で型枠５０内に打設されたコンクリート３０の表面を、養生マット１０によってコンクリート表面からの水分の出入り、或いは蒸発が無い状態を維持するために覆う。この養生マット１０の上には温水１２が流される。温水１２は、水路１１から供給される。

水路１１には温水供給装置２０が接続されており、一定の温度の温水１２がコンクリート３０の上面に供給できる構造となっている。なお、温水１２は養生マット１０の内部に形成される流路に供給されるような構成であっても良い。要は養生マット１０によって養生されているコンクリート３０の内部温度を、養生期間のうちは所定の温度にコントロールできれば良い。

本実施形態のコンクリートの耐久性向上工法は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

まず、コンクリートの耐久性を向上させることが可能である点が効果として挙げられる。これは、打設されたコンクリート３０の上面を、コンクリート３０の内部に含まれる水分が蒸発することを防ぐ養生手段である養生マット１０によって覆い、コンクリート３０の養生を行うコンクリート３０の耐久性向上工法において、養生マット１０により養生されたコンクリート３０の温度を上昇させるための加温手段となる温水供給装置２０を備え、コンクリート３０を打設した後、養生マット１０により養生し、温水供給装置２０によってコンクリート３０の初期養生温度を２０℃以上とし、初期養生の期間を過ぎた後は、気中養生を行うからである。

こうした高温での初期養生を行うことによって、コンクリート３０の水和反応の促進を行い、コンクリート３０の圧縮強度を高めると共に、コンクリート３０の表層部分における透気係数の上昇を抑えることが可能となる。課題で示したとおり表層コンクリートの緻密性が高くなるほど、コンクリート３０の品質は向上する。透気係数は低いほど表層コンクリートの緻密性が高いことを意味し、初期養生の条件によってこれが変化する。このことは実験によっても確認されている。

次に、圧縮強度に関する実験の手法と結果などについて説明する。この実験では、φ１００ｍｍ×２００ｍｍの大きさのコンクリート片を標準供試体とし、圧縮強度の調査を行っている。この標準供試体は、製作後に２０℃で１日封緘して養生した後、以下に示す条件で養生を行った。なお、使用したコンクリートは、普通ポルトラントセメントを用い、水セメント比は４８．５％、細骨材率は４２．５％としている。これにより、養生条件によって、コンクリート供試体の圧縮強度がどの程度変わるのかが判明した。

次に養生時の条件を列挙する。
（ａ）脱型し、初期養生と後期養生をそれぞれ２０℃水中で行う
（ｂ）初期養生を１０℃封緘で行った後、脱型し、後期養生を２０℃相対湿度６０％で気中養生を行う
（ｃ）初期養生を２０℃封緘で行った後、脱型し、後期養生を２０℃相対湿度６０％で気中養生を行う
（ｄ）初期養生を４０℃封緘で行った後、脱型し、後期養生を２０℃相対湿度６０％で気中養生を行う
（ｅ）脱型し、初期養生と後期養生をそれぞれ２０℃気中で行う
この５つの条件を対象に、初期養生期間を５日と１４日の２パターンで比較し実験を行っている。なお、実験結果については圧縮強度試験について（ａ）～（ｄ）の条件を用い、表層透気試験について（ｂ）～（ｅ）の条件を用いている。（ａ）及び（ｅ）はそれぞれの実験の比較例としている。

図２に、初期養生期間を５日とした場合の圧縮強度についてのグラフを示す。図３に、初期養生期間を１４日とした場合の圧縮強度についてのグラフを示す。圧縮強度試験の結果について、何れの結果も本願で規格値とした３０Ｎ／ｍｍ^２は満足していたが、特に（ｄ）の試験結果が良好で、（ｄ）では（ａ）の水中養生をした場合と同程度の圧縮強度が得られる事が分かった。すなわちこれは、（ｄ）の条件で（ａ）の水中養生をした場合と同じ品質を得られる事を意味する。また、図３に示すように初期養生の期間を長くすると（ｄ）の条件のように高温養生したケースでは、（ａ）の水中養生供試体に対して７％程度圧縮強度が増進していることが分かる。

次に、透気係数などの比較について実験を行った。図４に、初期養生期間を５日とした場合の透気係数についてのグラフを示す。図５に、初期養生期間を１４日とした場合の透気係数についてのグラフを示す。長さと幅は３００ｍｍで厚さが６０ｍｍのコンクリート片を平面供試体とし、Ｔｏｒｒｅｎｔ法によって表面透気係数（ｋＴ値）の計測を行っている。養生条件は、（ｂ）～（ｅ）に示す通りであり、初期養生期間を５日と１４日の２パターンで比較している。

表層透気試験の結果について、透気係数は材齢と共に高くなる傾向があることが確認された。初期養生期間を５日とした図４では、（ｂ）～（ｅ）のいずれも初期には良好であっても材齢が進むと徐々に透気係数が高くなることが確認されている。一方で、初期養生期間を１４日とした図５では、（ｂ）の透気係数が一気に高くなっている様子が分かる。これは、初期養生温度が低いために、養生期間中に生じる水和反応が不十分であり、その後の気中養生では表層コンクリートの緻密性が回復に至らなかったためと考えられる。

この事に対して、高温で封緘養生した場合には材齢が進んでも透気係数は変化しにくいことが確認された。図４及び図５の（ｄ）の条件は４０℃で初期養生を行っているが、（ｅ）の２０℃気中養生の条件と同じような結果になっており、より詳しく見ると、５日間養生より１４日間養生の方が良い結果になっていることが分かる。このことから、より高温で初期養生した方がコンクリート３０の表層の緻密度が高くなる傾向が確認された。

よって、これらの試験結果から、２０℃以上で５日間以上の封緘養生を行うことで、良好なコンクリートの性状が得られる事が確認された。ただし、現場施工において特に橋梁のような大型構造物に封緘養生を行う事は困難であるため、型枠５０にコンクリート３０を打設した後、養生マット１０を利用して、コンクリート３０の表面から水分の蒸発を防ぎながら養生をする。この際に、温水供給装置２０を利用することにより、コンクリート３０の初期養生期間における温度を例えば２０℃以上で、より好ましくは４０℃程度と高く設定することで、この実験条件に近い初期養生が可能となる。

また、その条件であれば上の実験結果に示される様に透気係数も低く抑えることが可能となるので、コンクリート３０の耐久性の向上を図ることが可能である。また、４０℃で１４日の気中養生を行うと、より圧縮強度を高めることが可能となる。この様な結果から、水中養生でなくとも２０℃以上の気中養生を少なくとも５日間程度行うことで、コンクリート３０の品質向上が期待でき、耐久性の向上を図ることが可能であるといえる。

この実験結果より、現場では困難であるコンクリート３０の水中養生を行ったのと、同等の圧縮強度の向上や表層部の緊密化が、養生マット１０や温水供給装置２０を利用して高温養生を行うことで、実現出来ることが分かる。この効果は、初期養生期間を少なくとも５日行うことで得られるため、現場で行うのに無理がない範囲でのコンクリートの耐久性向上が期待できる。

以上、本発明に係るコンクリートの耐久性向上工法に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本実施形態では養生マット１０を用いて養生を行っているが、コンクリート３０の表面からの水分の出入りを防ぐ機能があれば良いので、素材を限定するものでは無いし、マット状のものに限らず利用が可能である。また、加温手段について、水路１１と温水供給装置２０を組み合わせた事例を紹介しているが、コンクリート３０の養生温度を維持できれば良いので、電気ヒーターを用いるなど、別の加温手段を利用することを妨げない。

１０ 養生マット
１１ 水路
１２ 温水
３０ コンクリート
５０ 型枠

Claims (2)

1. 打設されたコンクリートの上面を、該コンクリートの内部に含まれる水分が蒸発することを防ぐ養生手段によって覆い、前記コンクリートの養生を行うコンクリートの耐久性向上工法において、
   前記養生手段により養生された前記コンクリートの温度を上昇させるための加温手段を備え、
   前記コンクリートを打設した後、前記養生手段により養生し、
   前記加温手段によって前記コンクリートの初期養生温度を２０℃以上に維持し、
   前記初期養生の期間を過ぎた後は、２０℃以上で気中養生を行うことで、前記コンクリートの表層の緻密化を図ること、
   を特徴とするコンクリートの耐久性向上工法。
2. 請求項１に記載のコンクリートの耐久性向上工法において、
   前記初期養生の期間を少なくとも５日とすること、
   を特徴とするコンクリートの耐久性向上工法。

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