JPH0740331A - 耐塩性コンクリート柱状体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンクリートポール等のコンクリート柱状体
において、ひび割れ部分から水が侵入して塩分により鉄
筋が腐食し、遅れ破壊等により強度が低下するのを防止
する。 【構成】 Ｎｉ：０．２５〜０．８％未満にさらにＣ
ｒ：０．３〜２．０％、Ｍｏ：０．１〜０．５％かＢ：
０．０００３〜０．００５０％を含有し、その他Ｃ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ等を規定し、またＣｕを適宜含有する鋼棒を焼
入れ焼戻した材料を軸筋として使用し、前記軸筋とらせ
ん筋とをスポット溶接して鉄筋かごを作製し、軸筋を緊
張しつつコンクリートを打設して柱状体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンクリート柱状体、す
なわちコンクリートポールまたはコンクリートパイルの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートポールまたはコンクリート
パイルは通常プレストレストコンクリートとして製造さ
れる。すなわち複数のＰＣ鋼棒を環状に平行に保持して
おき、これにらせん筋を巻き付けてスポット溶接などの
方法で編成した後、ＰＣ鋼棒に張力を掛けた状態でコン
クリートを打ち柱状体にする。その際コンクリートの強
度発現を促進するため高温高圧蒸気で養生することが多
い。

【０００３】このコンクリート柱状体に使用するＰＣ鋼
棒はＪＩＳ Ｇ３１０９において規定があるが、化学成
分については不純物であるＰ、Ｓ、Ｃｕについてその上
限が規定されているのみである。したがって化学成分に
関しては製造者がそれぞれの考え方で定めているが、成
分の系統としては高炭素鋼（０．８％Ｃ程度）を引き抜
いて加工硬化により強度を出すもの、低中炭素鋼を焼入
れ、焼戻して強度を出すものとがある。これらのうちで
加工硬化により強度を出すものは溶接性が悪く、らせん
筋を巻き付けて編成する際、手で針金を巻き付けて結束
する必要がある。したがってスポット溶接によりらせん
筋との接合ができる焼入れ焼戻しによるものが作業性を
重視する場合用いられている。これは炭素量は０．２５
〜０．４％程度でこれにＳｉ、Ｍｎなどを適量加えて焼
入れによる組織変態を確保して機械的性質を所定のもの
とする。

【０００４】またＰＣ鋼棒に要求される特性として、耐
リラクセーション特性がある。すなわちＰＣ鋼棒にプレ
ストレスを加えつつコンクリートを打設した場合にこの
緊張力が減少する現象が生ずるが、コンクリート自体の
弾性変形など当然に生ずるものに加えてＰＣ鋼棒のリラ
クセーションによるものがある。これは蒸気養生をした
場合に顕著であり、その防止のためＰＣ鋼棒の成分、製
造工程などについてたとえば特公平３−７９４１０号の
ような対策が発表されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記コンクリ
ート柱状体に用いられる鉄筋はコンクリート中において
はｐＨ１２の環境にあり本来腐食は生じないはずであ
る。ところが実際には内部で鉄筋が腐食しコンクリート
柱状体の耐久性を著しく害するという問題が発生してい
る。これはコンクリート柱状体の中でもコンクリートポ
ールで特に問題となっているが、これはＪＩＳ規格にお
いてコンクリートのかぶり厚さの規定ががコンクリート
パイルが３０ｍｍ以上であるのに対し９ｍｍ以上と比較
的薄く、曲げ応力が繰り返されるうちにコンクリートに
ひびが入り水分が鉄筋の部分にまで侵入するためであ
る。コンクリートポールでは上記ＪＩＳ規格において設
計荷重を加えたときに０．２５ｍｍのひび割れを許容し
ており、内部に水分が侵入するのは必然であるともいえ
る。したがってコンクリートの原料の砂に塩分が含まれ
ていた場合や、また海岸近くに設置されるコンクリート
ポールでは大きな問題となっている。

【０００６】この鉄筋の腐食は水素脆性割れによる遅れ
破壊として現われる。このようなコンクリートポールな
どにおける鉄筋の耐食性についてはいままでその対策に
ついて提案がなされていない現状である。本発明はこの
ようなことから耐塩性のコンクリート柱状体を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、重量比でＣ：０．２〜０．６％、Ｓ
ｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎ
ｉ：０．２５〜０．８％未満、Ｃｒ：０．３〜２．０
％、Ｍｏ：０．１〜０．５％を含有し、Ｐ：０．０２０
％以下、Ｓ：０．０１５％以下で、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる鋼棒を焼入れ焼戻した材料を軸筋とし
て使用し、前記軸筋とらせん筋とをスポット溶接して鉄
筋かごを作製し、軸筋を緊張しつつコンクリートを打設
して柱状体とすることを特徴とする耐塩性コンクリート
柱状体の製造方法である。またこの鋼棒はさらに重量比
でＣｕ：０．０５〜１．０％、Ｂ：０．０００３〜０．
００５０％のうちの少なくとも１種を含有するものであ
ることも特徴とする。またここにおいてＢを含有する場
合にはさらにＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒの少なくとも１種をこれ
らの合計量として重量比で０．１％以下含有するもので
あることも特徴とする。

【０００８】また本発明は、重量比でＣ：０．２〜０．
６％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０
％、Ｎｉ：０．２５〜０．８％未満、Ｂ：０．０００３
〜０．００５０％を含有し、Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１５％以下で、残部Ｆｅおよび不可避不純物
からなる鋼棒を焼入れ焼戻した材料を軸筋として使用
し、前記軸筋とらせん鉄筋とをスポット溶接して鉄筋か
ごを作製し、軸筋を緊張しつつコンクリートを打設して
柱状体とすることを特徴とする耐塩性コンクリート柱状
体の製造方法である。またこの鋼棒はさらに重量比でＣ
ｕ：０．０５〜１．０％を含有するものであること、Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｚｒの少なくとも１種をこれらの合計量とし
て重量比で０．１％以下含有するものであることも特徴
とする。またさらに本発明は上記各成分の鋼棒において
前記焼戻しのための加熱中に曲げ歪を付加した後に、強
制冷却した材料を軸筋として使用すること、前記コンク
リート柱状体の製造にさいして軸筋と平行してさらに補
助筋を設けてらせん筋と結合し、鉄筋かごを作製するこ
とも特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明においては前記したようにコンクリート
柱状体のひび割れから塩分等を含んだ水が侵入した場
合、水素脆性割れによる応力腐食割れが生ずることから
これを防止する手段を講ずる。この現象による破壊は腐
食により材料自体が減量して破壊に至るのではなく、腐
食により発生した水素により脆性が生じ、はるかに急速
に破壊に至るものである。この対策としては腐食そのも
のを防止して水素源を絶つこと、鋼材中への水素の拡
散、侵入を生じにくくすることが考えられる。この種の
鋼材でステンレス鋼のように腐食そのものを完全に防止
することはコスト的に困難であるが、腐食をできるだけ
少なくし、水素の拡散、侵入を生じにくくするという両
方の対策をバランスよく講ずることにより遅れ破壊を防
止することができる。また軸筋の材料はスポット溶接性
が良好なことも重要であり、スポット溶接部分の強度、
延性を確保する。

【００１０】本発明のコンクリート柱状体においてはコ
ンクリート中に埋設された鉄筋の塩分による腐食とそれ
による遅れ破壊の防止にＮｉが顕著な効果があることに
着目し、Ｎｉと他の添加元素との組み合わせによりＮｉ
等の添加元素を最小限として、低コストでＰＣ鋼棒とし
ての必要特性を発揮させるべく成分範囲を規定したもの
である。これら元素のうちでＣは焼入れ性を高め強度を
維持するのに必要であり、０．２％以上が必要である。
一方０．６％を超えるとスポット溶接性が低下するので
０．６％以下とする。

【００１１】Ｓｉは脱酸剤として使用されると共に強度
向上に有効な元素であり、０．２％以上を必要とする。
また特にリラクセーション特性の向上に効果があり、こ
のためには１．０％以上添加することが好ましい。一方
２．０％を超えると靱性が低下するので２．０％以下と
する。

【００１２】Ｍｎは焼入れ性を高め強度向上に必要であ
るが、０．２％未満では効果が少ないので０．２％以上
必要である。一方２．０％を超えると延性が低下するの
で２．０％以下とする。

【００１３】Ｎｉは本発明の目的とする耐塩性向上に必
要な元素であり、耐食性を向上すると共に水素の拡散、
侵入を減少して遅れ破壊を防止する。他の遅れ破壊特性
向上のための元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｕと共存さ
せる場合でもその効果を発揮させるためには０．２５％
以上必要であり、一方コスト的な面より前記他の元素の
量とのバランスを考慮して０．８％未満とする。

【００１４】Ｃｒは焼入性を高め強度を上げるための元
素であり、Ｍｏと共に添加するが、その効果を発揮させ
るためには０．３％以上必要である。一方２．０％を超
えると経済的に不利となるので２．０％以下とする。

【００１５】Ｍｏは焼入れ性を高め遅れ破壊特性を向上
させる。添加量は０．１％未満では効果が小さく、０．
５％を超えると効果が飽和して不経済であるため０．１
％以上０．５％以下の添加量とする。

【００１６】Ｂは遅れ破壊特性を向上させると共に焼入
れ性も向上させる。Ｃｒ、Ｍｏを添加しない場合は必
ず、それ以外の場合は選択的に添加する。０．０００３
％未満では効果が少なく、０．００５０％を超えるとか
えって焼入れ性を低下させるので０．０００３％以上
０．００５０％以下とする。なお、Ｂを添加する場合、
Ｔｉを添加することにより鋼中のＮを固定してＢによる
焼入性向上の効果を増大させるのが好ましい。Ｔｉの添
加量は０．０２％程度でよく、またＮｂ、Ｚｒも同様の
効果がある。いずれにしてもこれらの少なくとも１種以
上を合計で０．１％以下の範囲で添加することによりそ
の効果を得られる。

【００１７】Ｐ、Ｓは不純物として避けられないが、鋼
棒の靱性を劣化させると共に、遅れ破壊特性にも悪影響
があるので、それぞれ０．０２０％以下、０．０１５％
以下とする。

【００１８】Ｃｕは耐食性を向上し遅れ破壊に対しても
有効であり、必要に応じ添加されるがその効果を発揮さ
せるには０．０５％以上必要である。一方１．０％を超
えると熱間割れの原因となるので１．０％以下とする。

【００１９】上記成分の鋼材は熱間圧延で棒鋼とした
後、冷間でダイスやローラーダイスで引き抜いて所定の
寸法にして焼入れ焼戻しを行なう。焼戻しは通常３５０
〜５００℃の範囲で行なうがこのとき加熱状態で３％以
下の繰り返し曲げによる微小歪を与えた後強制冷却する
と、リラクセーション値をさらに向上させることができ
る。これは焼戻し温度またはその付近に保持した状態で
加工歪により転位の移動を妨げることによりリラクセー
ションを改善するものである。焼戻し温度付近で加工歪
を導入した後はその効果を消滅させないよう強制冷却た
とえば水冷で常温に冷却するのが好ましい。また上記繰
り返し曲げ工程は材料表面に圧縮残留応力を与え、遅れ
破壊防止にも効果がある。

【００２０】このようにして焼入れ焼戻しされたＰＣ鋼
棒は軸筋として円周位置に平行に複数本保持し、らせん
筋を巻きつけ、これとの間を固定することにより鉄筋か
ごを作製する。また必要に応じ軸筋と平行してその中間
に補助筋をつけ加える。図１は鉄筋のかご編製の状況を
示す図で（ａ）はコンクリート柱状体の軸方向から見た
図、（ｂ）はこれと直角方向から見た図である。図中１
が軸筋、２が補助軸、３がらせん筋であり、補助筋が軸
筋より太い例を示している。補助筋はこの図のように軸
筋の間すべてに、つまり軸筋と同じ本数設けることもあ
れば、もっと少ない本数のこともある。また長さもすべ
ての補助筋が同じものではなく長短混ぜて設けることも
ある。軸筋や補助筋とらせん筋との結合はスポット溶接
によるのが作業能率上好ましい。ただし補助筋について
は太さが軸筋より太い場合溶接機の能力上スポット溶接
が難しい場合があり、また上記のように本数自体が少な
い場合もあるので状況に応じて針金による結束を行って
もよい。

【００２１】補助筋はプレストレスを加えないので強度
は軸筋より低いもので、たとえば引張り強さ４９０Ｎ／
ｍｍ² クラスの材料でも使用しうる。また引張り応力を
加えた状態におかれるわけではないので遅れ破壊の対策
は不要であるが、耐食性の優れた本発明における軸筋と
同じ成分の材料を使用することは好ましい。なおらせん
筋については普通鉄線でも十分である。

【００２２】上記にようにしてかご編成した鉄筋は型枠
に入れ軸筋を緊張してコンクリートを注入し遠心成型し
て内部が中空の柱状体とする。その後養生をしてコンク
リートの強度を発現させるが高温高圧の水蒸気中で行な
うオートクレーブ養生を行なうことでその時間を短縮で
きる。この場合軸筋としては特に高温リラクセーション
が小さいものが適しており、前記焼戻し工程中において
曲げ歪を付加したものが特に好ましい。

【００２３】

【実施例】表１に示す各成分の鋼材について直径８ｍｍ
の丸棒に圧延し、これをらせん状の溝を有する直径７．
４ｍｍの異形棒鋼に引き抜いた。これを８７０〜１０２
０℃に加熱して焼入れし、焼戻しを行なった。また一部
の材料については焼戻し加熱中に加工率１．５％の繰り
返し曲げを加えた。焼戻し温度は引張り強さ１４２０Ｎ
／ｍｍ² 以上になるような温度で行ない、冷却は水冷で
行なった。なお加熱手段は焼入れ、焼戻しとも高周波加
熱である。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記鋼棒について引張り試験を行ない、降
伏応力、引張り強さ、伸びを測定した。また常温と高温
のリラクセーション値も測定した。常温における測定は
ＪＩＳ Ｇ３１０９の方法で行ない、高温での測定は９
９０Ｎ／ｍｍ² の応力（規格引張り強さの７０％）を付
加し、４時間で７５℃に昇温し、５時間保持した後炉内
冷却し、２３時間後の荷重変化量を測定し、初期荷重と
の比を求めた。

【００２６】またさらに耐食性に関する特性のうち、遅
れ破壊についても試験を行なった。すなわち上記鋼棒と
直径３．２ｍｍの普通鉄線（ＳＷＲＭ）の断片とを交叉
させて重ねてスポット溶接を行ない、９９０Ｎ／ｍｍ²
の引張り応力を付加して５０℃に加熱した２０％ＮＨ₄
ＳＣＮ溶液中に浸漬して破断時間を測定した。

【００２７】これらの結果を表２に示すが、本発明の成
分の材料は上記各特性いずれも良好である。試料の番号
のあとにＡのついたものはその番号の成分の材料につい
て焼戻し温度に加熱中に繰り返し曲げ歪を付加したもの
であるが、リラクセーション特性がさらに良好になって
いる。一方、比較例である番号１６、１８、１９はＮｉ
が低いため遅れ破壊特性が悪くなっている。また１７、
２０、２１はＣｒ、Ｍｏのいずれかまたは両方が欠けて
いるためやはり遅れ破壊特性が悪い。また２２はＳｉが
低いため遅れ破壊特性、リラクセーション値とも悪く、
２３はＳｉが高過ぎるため遅れ破壊特性が悪い。

【００２８】

【表２】

【００２９】上記材料のうちの一部の種類のものを軸筋
として使用し、コンクリートポールを製造した。すなわ
ち上記材料を６本使用して軸筋とし、さらに同じ材料を
６本補助筋とし、２．７ｍｍ径の普通鉄線（ＪＩＳ Ｓ
ＷＲＭ）をらせん筋としてスポット溶接により図１に示
すようにかご編成した。これを型枠に入れコンクリート
を打設して軸筋に張力を加えつつ回転して遠心力を加え
て中空円筒体とした。円柱の径は３５０ｍｍで、長さは
７ｍであり、軸筋に加えたプレテンションは９９０Ｎ／
ｍｍ² である。またコンクリートのかぶり厚さは内外と
も１５ｍｍである。

【００３０】このコンクリート柱について強制発錆試験
を行なった。すなわち図２に示すように７ｍの長さの上
記コンクリートポール１０に平行にＨ形鋼の架台１１を
設け、中央部をストッパー１２で支持して両端をクラン
プ１３、１４で押さえ、中央部に２．７ｔの荷重を加え
た。コンクリートの表面にひび割れ１５が生じた状態で
この部分に２％ＭｇＣｌ₂ の溶液をホース１６により滴
下した。このようにして１２ケ月間試験を行い、ひび割
れ部分からの発錆状況を観察した。またこのコンクリー
ト柱の曲げ試験を行ない鉄筋の内部腐食や応力腐食割れ
による強度低下の状況を調べた。その結果、表３に示す
ように本発明のコンクリート柱は比較例に比べて強度低
下が小さく発錆も比較的少ない。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】本発明のコンクリート柱状体はコンクリ
ートにひび割れができても腐食に起因する遅れ破壊が生
じないのでコンクリート柱状体の強度低下が防止でき
る。また鉄筋のリラクセーション特性、スポット溶接性
も良好であり、この面からも強度、信頼性の高いコンク
リート柱状体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄筋のかご編成の状況を示す図で（ａ）は軸方
向から見た図、（ｂ）はこれと直角方向から見た図

【図２】コンクリートポールの強制発錆試験方法を示す
図

【符号の説明】

１ 軸筋 ２ 補助筋 ３ らせん筋 １０ コンクリートポール １１ 架台 １２ ストッパー １３、１４ クランプ １５ ひび割れ １６ ホース

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比でＣ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：
   ０．２５〜０．８％未満、Ｃｒ：０．３〜２．０％、Ｍ
   ｏ：０．１〜０．５％を含有し、Ｐ：０．０２０％以
   下、Ｓ：０．０１５％以下で、残部Ｆｅおよび不可避不
   純物からなる鋼棒を焼入れ焼戻した材料を軸筋として使
   用し、前記軸筋とらせん筋とをスポット溶接して鉄筋か
   ごを作製し、軸筋を緊張しつつコンクリートを打設して
   柱状体とすることを特徴とする耐塩性コンクリート柱状
   体の製造方法。
2. 【請求項２】 鋼棒はさらに重量比でＣｕ：０．０５〜
   １．０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％のうちの
   少なくとも１種を含有するものであることを特徴とする
   請求項１記載の耐塩性コンクリート柱状体の製造方法。
3. 【請求項３】 鋼棒はＢを含有する場合にはさらにＴ
   ｉ、Ｎｂ、Ｚｒの少なくとも１種をこれらの合計量とし
   て重量比で０．１％以下含有するものであることを特徴
   とする請求項２記載の耐塩性コンクリート柱状体の製造
   方法。
4. 【請求項４】 重量比でＣ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：
   ０．２５〜０．８％未満、Ｂ：０．０００３〜０．００
   ５０％を含有し、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１
   ５％以下で、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼棒
   を焼入れ焼戻した材料を軸筋として使用し、前記軸筋と
   らせん筋とをスポット溶接して鉄筋かごを作製し、軸筋
   を緊張しつつコンクリートを打設して柱状体とすること
   を特徴とする耐塩性コンクリート柱状体の製造方法。
5. 【請求項５】 鋼棒はさらに重量比でＣｕ：０．０５〜
   １．０％を含有するものであることを特徴とする請求項
   ４記載の耐塩性コンクリート柱状体の製造方法。
6. 【請求項６】 鋼棒はさらにＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒの少なく
   とも１種をこれらの合計量として重量比で０．１％以下
   含有するものであることを特徴とする請求項４または５
   記載の耐塩性コンクリート柱状体の製造方法。
7. 【請求項７】 焼戻しのための加熱中に曲げ歪を付加し
   た後に、強制冷却した材料を軸筋として使用することを
   特徴とする請求項１ないし６記載の耐塩性コンクリート
   柱状体の製造方法。
8. 【請求項８】 軸筋と平行してさらに補助筋を設けてら
   せん筋と結合し、鉄筋かごを作製することを特徴とする
   請求項１ないし７記載の耐塩性コンクリート柱状体の製
   造方法。