JP7380164B2

JP7380164B2 - プレキャストコンクリート製品の製造方法

Info

Publication number: JP7380164B2
Application number: JP2019223037A
Authority: JP
Inventors: 高山中; 駿高橋
Original assignee: Cemedine Co Ltd
Current assignee: Cemedine Co Ltd
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: JP2021092068A

Description

本願発明は、シールドトンネル用のコンクリートセグメントなどのプレキャストコンクリート製品の製造に関するものであり、より具体的には、表面にひび割れ防止用の塗膜を具備するプレキャストコンクリート製品を製造する方法に関するものである。

コンクリートは鋼材とともに最も重要な建設材料のひとつであり、ダム、トンネル、橋梁といった土木構造物や、集合住宅、オフィスビルなどの建築構造物をはじめ、様々な構造物に用いられている。コンクリート構造物は、所定の場所（現場）に組み立てられた型枠内に直接コンクリートを打ち込む場所打ち工法や、あらかじめ工場等で製造された部材を所定の場所まで運搬して組み立てるプレキャスト工法によって主に構築される。

場所打ち工法は、ダムや集合住宅など比較的規模が大きな構造物を構築するケースに採用されることが多く、一方のプレキャスト工法は、急速施工が要求されるケースやコンクリートの打込みが困難なほど狭隘空間を条件とされるケースで採用されることが多い。ここで「プレキャスト」とは、工場や製造ヤードなど現場とは異なる場所で、あらかじめ製品や部材を製造しておくことであり、このプレキャストによって製造された部材は「プレキャストコンクリート製品（あるいはコンクリート２次製品）」と呼ばれる。場所打ちコンクリート工法では、型枠設置からコンクート打設、さらには養生期間と、現場において長い施工期間を必要とするが、これに対してプレキャスト工法では、プレキャストコンクリート製品の製造は工場で行われ、しかも容易に設置できるため、現場を占有する期間を著しく短縮できるという特長がある。

プレキャストコンクリート製品としては、例えば橋梁床版や、コンクリート擁壁用ブロック、グラウンドアンカーの受圧板、道路側溝、コンクリートセグメントなどを挙げることができる。このうちコンクリートセグメントは、特にシールド工法によって施工されるトンネルの覆工に用いられる部材であり、シールド工法とは、トンネル切羽の安定を図りつつシールドマシンで地中を掘進、覆工していくことによって、地下に鉄道トンネルや道路トンネル、上下水道用のトンネル、共同溝や電力通信用の大型管渠などを構築する工法である。そして覆工を行うにあたっては、複数のコンクリートセグメントを組み合わせることでトンネル断面形状（通常は円形）を形成し、これを掘進に伴って順次トンネル延長方向に連続させていく。

プレキャストコンクリート製品は、セメントと水、骨材等を練り混ぜた状態のコンクリート（フレッシュコンクリート）を型枠の中に打込み、コンクリートの硬化を待って型枠を外すことで製造される。このようにコンクリートは、時間の経過とともに硬化していく材料であり、より詳しくは、時間の経過に応じてコンクリートの水和反応により内部温度が上昇するとともに、その強度も向上していく材料である。ところで、フレッシュコンクリートから「硬化した状態のコンクリート」になる過程で、あるいは硬化後に製品として供用されている間に、ひび割れが発生することがある。コンクリートのひび割れには、構造物の用途に影響を与えない無害なものもあるが、一方でその用途に重大な影響を及ぼす有害なひび割れもある。そのため、ひび割れが発生する原因や機構については解明されている部分も多い。

ひび割れの種類はその発生原因によって分けられ、さらにコンクリート硬化前の原因と硬化後の原因で大別される。硬化前の原因としては、型枠の移動やセメントの異常凝結によって生じる「初期ひび割れ」、養生中における表面の急速乾燥によって生じる「プラスチック収縮ひび割れ」等が挙げられる。一方、硬化後の原因としては、水分損失に伴うセメントゲルの収縮によって生じる「乾燥収縮ひび割れ」や、鉄筋の腐食やアルカリ骨材反応によって生じる「物理的・化学的なひび割れ」、過大な荷重の作用や構造物の沈下によって生じる「構造ひび割れ」等が挙げられる。そのほか、特に部材厚が大きなコンクリート構造物（いわゆる、マスコンクリート）では温度ひび割れが問題となることもある。

プレキャストコンクリート製品にひび割れが生じ、さらにそのひび割れからの浸水が常態化すると、内部の構造用鉄筋が腐食するおそれがあり、結果的にプレキャストコンクリート製品からなる構造物に重大な損傷を及ぼすこともある。例えばシールドトンネル用のコンクリートセグメントは、掘削後の地山と接していることから、ひび割れが生じるとそこに地山からの地下水が常時供給され、コンクリートセグメントの構造用鉄筋が腐食する結果、シールドトンネルそのものの健全性が損なわれるわけである。

そこで、コンクリートセグメントの表面にライニング材を塗布する技術がこれまでに提案されている。例えば特許文献１では、アルカリ成分に触れた際の塗膜の膨れを防止する目的で、構造物表層用プライマーとライニング材の２層をその表面に塗布するトンネル覆工セグメントの製造方法について提案している。

特開２０１４－２３４４６２号公報

既述したとおりシールドトンネル用のコンクリートセグメント（以下、単に「シールドセグメント」という。）を組み合わせることによって、通常は円形のトンネル断面が生成される。したがって図２に示すように、一般的なシールドセグメントＳＧは側面視が円弧状の部材とされる。このシールドセグメントＳＧは、工場で一度に数多く製造されるが、保管する際にはひび割れを防止するためシールドセグメントＳＧの一つひとつをシートで包んでいた。これに対して表面に塗膜を具備するシールドセグメントＳＧは、塗膜がひび割れ防止機能を有することから、シールドセグメントＳＧをシートで包むことなく保管することが可能であり、その点、大幅に手間や材料（シート）を省くことができる。しかしながら、塗膜を具備するシールドセグメントＳＧの従来の製造方法には、下記に指摘する問題があった。

ここで図３や図４を参照しながら、塗膜を具備するシールドセグメントＳＧの従来の製造方法について説明する。図３は、塗膜を具備するシールドセグメントＳＧの従来の製造方法における主な工程の流れを示すフロー図であり、図４は、このフロー図のうち「水中養生工程」以降の工程を示すステップ図である。図３に示すように、まずは計画された配筋となるよう鉄筋を組立て（Ｓｔｅｐ２０１）、この鉄筋を収めるように型枠をセットし（Ｓｔｅｐ２０２）、所定の配合のコンクリートを型枠内に打ち込み、コテなどを用いてコンクリート表面の仕上げを行う（Ｓｔｅｐ２０３）。

コンクリートを打ち込むと蒸気養生を行い（Ｓｔｅｐ２０４）、型枠を取り外した（Ｓｔｅｐ２０５）後、所定の検査を実施し、蒸気養生後の冷却期間を設ける（Ｓｔｅｐ２０６）。そして検査に合格したコンクリートは、図４（ａ）に示すように水中で一定期間養生される（Ｓｔｅｐ２０７）。水中養生期間を経過すると、コンクリートは水中から引き上げられて図４（ｂ）に示すように工場内やヤード内に配置され、乾燥された（Ｓｔｅｐ２０８）後、例えば作業者によって塗料が塗布される（Ｓｔｅｐ２０９）。表面に塗膜が形成されるとシールドセグメントＳＧが完成し、完成したシールドセグメントＳＧは図４（ｃ）の左側に示すように山積みされた状態で保管され、出荷時には図４（ｃ）の右側に示すように平積みされる（Ｓｔｅｐ２１０）。

上記したとおり従来手法では、蒸気養生後の冷却期間（Ｓｔｅｐ２０６）を設ける必要がある。蒸気養生直後のコンクリートはまだ高温であり、適切に水中養生を行うためある程度コンクリート温度を下げるわけである。通常、検査に係る時間は３０分～１時間程度であり、蒸気養生後の冷却期間は１日程度である。つまり、冷却期間を有効に利用して検査を実施しており、言い換えれば、検査の後は単にコンクリートの温度低下を待つだけといういわば「遊びの時間」である。このように従来手法には、この遊びの時間がクリティカルパスに組み込まれていることになる。

また従来手法では、水中養生（Ｓｔｅｐ２０７）の後、１日程度の乾燥工程（Ｓｔｅｐ２０８）を経たうえで、塗料の塗布を行う（Ｓｔｅｐ２０９）。水中養生直後のコンクリート表面には水分が付着しており、適切に塗膜を形成するには乾燥工程が必要となるわけである。しかしながらこの乾燥工程も、やはりコンクリートの乾燥を待つだけという「遊びの時間」である。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち全体工程（特にクリティカルパス）からできるだけ「遊びの時間」を排除して従来手法より工期短縮を図ることができるプレキャストコンクリート製品の製造方法を提供することである。

本願発明は、表面にひび割れ防止用の塗膜を具備するプレキャストコンクリート製品を製造するにあたって、水中養生を行う前に塗料の塗布を行う、すなわち塗料が塗布された状態のコンリートを水中に浸漬する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われたものである。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、表面にひび割れ防止用の塗膜を具備するプレキャストコンクリート製品を製造する方法であって、コンクリート打込み工程と１次養生工程、塗布工程、水中養生工程を備えた方法である。このうちコンクリート打込み工程では、型枠内にコンクリートを打ち込み、１次養生工程では、型枠取り外し後のコンクリートを所定期間養生する。また塗布工程では、１次養生工程後にコンクリート表面に塗料を塗布し、水中養生工程では、塗布工程後にコンクリートを水中で養生する。すなわち、コンクリート打込み工程と１次養生工程、塗布工程、水中養生工程を順に行うことによって、プレキャストコンクリート製品を製造する。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、１次養生工程ではコンクリートの蒸気養生を行う方法とすることもできる。この場合、１次養生工程後にコンクリートを冷却しつつ塗布工程を行う。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、シールドトンネル用のコンクリートセグメントを製造する方法とすることもできる。この場合、塗布工程では、トンネル地山側となるコンクリート面に塗料を塗布する。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、水中養生後に０．０５Ｎ／ｍｍ^２以上の付着強さを有する塗料を塗布する方法とすることもできる。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、厚み２５０μｍでのダンベル強度が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上の性能を有する塗料を塗布する方法とすることもできる。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、変成シリコーン系又はシリコーン系の塗料を塗布する方法とすることもできる。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法には、次のような効果がある。
（１）従来技術に比して短い期間で、ひび割れ防止用の塗膜を具備するプレキャストコンクリート製品を製造することができる。
（２）水中養生後に０．０５Ｎ／ｍｍ^２の付着強さを有する塗料や、変成シリコーン系（あるいはシリコーン系）の塗料を用いることによって、水中養生中における塗料の剥がれをより軽減することができる。
（３）厚み２５０μｍでのダンベル強度が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上の性能を有する塗料を塗布することによって、ひび割れの挙動により追従しやすい塗膜を形成することができる。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法の主な工程の流れを示すフロー図。側面視が円弧状のシールドトンネル用のコンクリートセグメントを示す斜視図。塗膜を具備するシールドトンネル用のコンクリートセグメントの従来の製造方法における主な工程の流れを示すフロー図。塗膜を具備するシールドトンネル用のコンクリートセグメントの従来の製造方法における主な工程を示すステップ図。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法の一例を、図１に基づいて説明する。なお便宜上ここでは、プレキャストコンクリート製品がシールドセグメントＳＧ（シールドトンネル用のコンクリートセグメント）の例で説明するが、本願発明は、橋梁床版やコンクリート擁壁用ブロック、グラウンドアンカーの受圧板、道路側溝など様々なプレキャストコンクリート製品を対象として実施することができる。

図１は、本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法の主な工程の流れを示すフロー図である。本願発明によってプレキャストコンクリート製品を製造するには、図１に示すようにまずは計画された配筋となるよう鉄筋を組立てる（Ｓｔｅｐ１０１）。そして、この鉄筋を収めるように型枠をセットし（Ｓｔｅｐ１０２）、所定の配合のコンクリートを型枠内に打ち込み、コテなどを用いてコンクリート表面の仕上げを行う（Ｓｔｅｐ１０３）。コンクリートを打ち込むと、所定期間だけ蒸気養生を行い（Ｓｔｅｐ１０４）、その後、型枠を取り外す（Ｓｔｅｐ１０５）。なお、ここまでは従来手法と同様の手順で進めることができる。

型枠を取り外すと、所定の検査を実施し（Ｓｔｅｐ１０６）、検査に合格したコンクリートに対して塗料の塗布を行う（Ｓｔｅｐ１０７）。図１に示すように、検査工程（Ｓｔｅｐ１０６）と塗料塗布工程（Ｓｔｅｐ１０７）を行っている期間、コンクリートは冷却されており、すなわち検査工程（Ｓｔｅｐ１０６）～塗布工程（Ｓｔｅｐ１０７）と、コンクリート冷却工程は同時に行うことができる。つまり、コンクリート冷却工程がクリティカルパスを構成しないことから、その分全体工程を短縮できるわけである。

塗料が塗布されたコンクリートは、乾燥工程を設けることなく一定期間水中で養生される（Ｓｔｅｐ１０８）。このように乾燥工程の省略が可能となり、この点においても全体工程を短縮することができる。なお発明者らは、ＪＳＣＥ－Ｋ５３１－１９９９に準拠して測定される、水中養生後の付着強さが０．０５Ｎ／ｍｍ^２以上、より好ましくは０．２Ｎ／ｍｍ^２以上、特に好ましくは０．４Ｎ／ｍｍ^２以上であれば、塗布後すぐに水中に浸してもその塗料が剥離しにくいことを究明している。したがって塗布工程（Ｓｔｅｐ１０７）では、水中養生後に０．０５Ｎ／ｍｍ^２の付着強さを有する塗料を塗布するとよい。また、変成シリコーン系やシリコーン系の塗料は、高湿度下あるいは水中でも硬化し、すなわち水中養生中も剥離しにくい。したがって塗布工程（Ｓｔｅｐ１０７）では、変成シリコーン系やシリコーン系の塗料を採用するとよい。

また発明者らは、ＪＩＳＡ６９０９に準拠して測定される、厚み２５０μｍにおけるダンベル強度が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上、より好ましくは０．５Ｎ／ｍｍ^２以上、特に好ましくは１．０Ｎ／ｍｍ^２以上であれば、コンクリートのひび割れに対する追随性が極めて高いことを究明している。コンクリートのひび割れにはその幅や長さが徐々に拡大していくものもあり、塗料による塗膜がそのひび割れに確実に追随すれば、ひび割れからの浸水を防ぐことができ、すなわちコンクリート内の構造用鉄筋の腐食を防止することができて好適である。したがって塗布工程（Ｓｔｅｐ１０７）では、厚み２５０μｍにおけるダンベル強度が０．１Ｎ／ｍｍ^２以上の性能を有する塗料を採用するとよい。さらに、ダンベル破断時の伸びが２５％以上であることがより好ましく、５０％以上であることが特に好ましい。

塗布工程（Ｓｔｅｐ１０７）では、コンクリート表面全体に塗料を塗布してもよいし、ひび割れが予測される部分、あるいは浸水が想定される部分など、コンクリート表面の一部に塗料を塗布してもよい。例えばシールドセグメントＳＧの場合、トンネル地山側（背面側）となるコンクリート面にのみ塗料を塗布してもよいし、トンネルの内空側となるコンクリート面にも塗料を塗布してもよい。

水中養生（Ｓｔｅｐ１０８）期間を経過するとシールドセグメントＳＧが形成され、このシールドセグメントＳＧは水中から引き上げられて工場内やヤード内に配置される。
このとき、シールドセグメントＳＧ表面にはひび割れ防止用の塗膜が形成されていることから、従来手法のようにシールドセグメントＳＧの一つひとつをシートで包む必要はない。

（評価：平面引張強さ）
権利範囲内の硬化物についてＪＳＣＥ－Ｋ５３１－１９９９に準拠して、付着強さを測定した。測定方法の詳細は、以下の通りである。

まず、塗料（セメダイン（株）製ＰＭ９９０Ｎ又はセメダイン（株）製木工用接着剤）を標準モルタル試験片に２５０μｍの厚みで塗布する。塗布後、２３℃水中にて３日間養生した。養生後、２３℃５０％ＲＨの条件に取り出し、平面引張試験により接着強さを測定した。

評価は、接着強さが０．２Ｎ／ｍｍ^２以上である場合を「◎」、０．０５Ｎ／ｍｍ^２以上０．２Ｎ／ｍｍ^２未満である場合を「○」、０．０５Ｎ／ｍｍ^２未満の場合を「×」とした。その結果、表１に示すように「セメダイン（株）製ＰＭ９９０Ｎ」の平面引張強さは２．２Ｎ／ｍｍ^２が測定され、すなわち０．２Ｎ／ｍｍ^２以上であるから「◎」と評価される。

（評価：引張強さ（ダンベル強度））
権利範囲内の硬化物についてＪＩＳＡ６９０９に準拠し、最大引張強さを測定した。測定方法の詳細は、以下のとおりである。

まず、塗料（セメダイン（株）製ＰＭ９９０Ｎ又はセメダイン（株）製木工用接着剤）を厚み２５０μｍの型枠に均一に充填し、２３℃水中で３日間養生した後、ＪＩＳＫ６２５１に規定するダンベル状２号形試験片を採取した。得られた試験片を、２３℃５０％ＲＨ条件下で、引張速度を２００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、試験片が破断するまで加力した場合における最大引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。

上記にて得られた測定結果について、硬化物の物性を評価した。評価基準は、最大引張強さが０．２Ｎ／ｍｍ^２以上である場合を「◎」、０．０５Ｎ／ｍｍ^２以上０．２Ｎ／ｍｍ^２未満である場合を「○」、０．０５Ｎ／ｍｍ^２未満の場合を「×」とした。その結果、表１に示すように「セメダイン（株）製ＰＭ９９０Ｎ」の引張強さは２．０Ｎ／ｍｍ^２が測定され、すなわち０．２Ｎ／ｍｍ^２以上であるから「◎」と評価される。

（評価：透水試験）
権利範囲内の硬化物についてＪＩＳＡ６９０９に準拠し、透水試験を実施した。測定方法の詳細は、以下のとおりである。

まず、塗料（セメダイン（株）製ＰＭ９９０Ｎ又はセメダイン（株）製木工用接着剤）をスレート板に５００μｍの厚みで塗布する。塗布後、２３℃水中にて３日間養生した。養生後、２３℃５０％ＲＨ環境下に取り出し、漏斗を取り付ける。透水試験器具の水頭が２５０ｍｍになるようにメスピペットに水を注入し、２４時間放置し、そのときの水頭の高さと２４時間後の水頭の高さとの差を測定した。

上記にて得られた測定結果について、防水性能を評価した。評価基準は、透水量が０．５ｍｌ以下である場合を「○」、０．５ｍｌより大きい場合は「×」とした。

本願発明のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、地下に構築される道路トンネルのほか、鉄道トンネルや、上下水道用のトンネル、共同溝や電力通信用のトンネルなど様々なシールドトンネルの構築に際して利用することができる。またシールドセグメントのほか、橋梁床版や、コンクリート擁壁用ブロック、グラウンドアンカーの受圧板、道路側溝など種々のプレキャストコンクリート製品にも利用することができる。本願発明によれば短期間でプレキャストコンクリート製品を提供できる、ひいては社会基盤（社会インフラストラクチャ）を迅速に構築することができることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

ＳＧシールドセグメント

Claims

表面にひび割れ防止用の塗膜を具備するプレキャストコンクリート製品を製造する方法であって、
型枠内にコンクリートを打ち込むコンクリート打込み工程と、
型枠取り外し後のコンクリートを所定期間、蒸気養生を行う１次養生工程と、
前記１次養生工程後に、コンクリートを冷却するコンクリート冷却工程と、
前記コンクリート冷却工程を行っている間に、０．０５Ｎ／ｍｍ ^２以上の付着強さを有するとともに厚み２５０μｍでのダンベル強度が０．１Ｎ／ｍｍ ^２以上の性能を有する塗料を、コンクリート表面に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程後に、コンクリートを水中で養生する水中養生工程と、
を行うことによって、前記プレキャストコンクリート製品を製造する、
ことを特徴とするプレキャストコンクリート製品の製造方法。
前記プレキャストコンクリート製品が、シールドトンネル用のコンクリートセグメントであり、
前記塗布工程では、トンネル地山側となるコンクリート面に塗料を塗布する、
ことを特徴とする請求項１記載のプレキャストコンクリート製品の製造方法。