超高強度コンクリート部材の製造方法、及び脱枠手順解析方法
【課題】超高強度コンクリートを養生する際のひび割れ発生を回避し、また、養生期間の短縮化を図る。
【解決手段】超高強度コンクリート３の養生をする際に断熱型枠２を使用する。本発明においては、複数の断熱部材１を積層させて断熱型枠２を構築しておき、これら複数の断熱部材１を順次取り外していく。これらの断熱部材１を取り外していく順序やタイミングは有限要素法による解析にて求める。当初の断熱型枠２の厚みを適正にすることにより、初期ひび割れ（最初の脱枠を行うまでに生じるひび割れ）の発生を回避できる。また、断熱部材１を取り外すタイミングを適正にすることにより、脱枠時のひび割れ発生（つまり、サーマルショックを原因とするひび割れ発生）を回避でき、全ての断熱部材１を取り外すまでの養生期間の短縮化を図ることができる。
【解決手段】超高強度コンクリート３の養生をする際に断熱型枠２を使用する。本発明においては、複数の断熱部材１を積層させて断熱型枠２を構築しておき、これら複数の断熱部材１を順次取り外していく。これらの断熱部材１を取り外していく順序やタイミングは有限要素法による解析にて求める。当初の断熱型枠２の厚みを適正にすることにより、初期ひび割れ（最初の脱枠を行うまでに生じるひび割れ）の発生を回避できる。また、断熱部材１を取り外すタイミングを適正にすることにより、脱枠時のひび割れ発生（つまり、サーマルショックを原因とするひび割れ発生）を回避でき、全ての断熱部材１を取り外すまでの養生期間の短縮化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱型枠を使用して養生を行う超高強度コンクリート部材の製造方法、及び脱枠手順解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮強度が１００ＭＰａ以下のコンクリートや、ダム等の大型構造物に使用されるマスコンクリートにおいては、コンクリートを打設した後にコンクリート表面にひび割れが発生し得ることが知られている。そのようなひび割れが発生する原因は次の通りと考えられる。すなわち、コンクリートを打設するとセメントの水和熱によってコンクリート全体の温度が一律に上昇しようとするが、表面部分及びその近傍部分のコンクリートは熱が外部に放散され易いので、内部のコンクリートとの間で温度差が生じてしまう。このため、温度の高い中心部分のコンクリートと温度の低い表面部分のコンクリートの温度ひずみに差が生じることになるが、両者は一体化しているためにお互いの変形を拘束する。その結果、表面部分のコンクリートには引張応力、中心部分のコンクリートには圧縮応力がそれぞれ作用する。
【０００３】
このようなひび割れを低減する方法としては、養生をする際に断熱型枠を使用してコンクリートを保温し部材内の温度分布を均一にすることにより、中心部分のコンクリートと表面部分のコンクリートの温度差をできるだけ少なくする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＦＥＭ（有限要素法）により各要素の温度応力を解析し、ひび割れ発生箇所を予測する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６２７５４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近は、圧縮強度が１００ＭＰａを超えるような超高強度コンクリートが超高層建物等で使用されている。この超高強度コンクリートでは、使用するセメント量が多く単位セメント量も多くなるので、打設されて硬化する際の水和反応に伴う発熱量が普通のコンクリート（つまり、圧縮強度が１００ＭＰａ未満のコンクリート）に比べて大きくなることや、自己収縮ひずみが大きくなるという特性を持つ。また、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみは打設後に時間経過とともに増進し、かつ水和発熱による高温条件下において、温度が高いほどその増進が大きいことが知られている。そして、このような超高強度コンクリートでは、
・ 断熱型枠を用いずに養生を行った場合
・ 断熱型枠を用いたとしてもその厚みが薄すぎたり厚すぎたりした場合
には、材齢初期（具体的には材齢７日以内程度）にひび割れが発生するという問題があった。また、断熱型枠の厚みが適正であって材齢初期にひび割れが発生しなかったとしても脱枠時にひび割れが発生してしまう場合もあった。以下、それぞれのひび割れ発生及びその他の問題点について説明する。
【０００５】
(1) 断熱型枠の厚みが厚すぎた場合のひび割れ発生
【０００６】
コンクリートを打設するとセメントの水和熱によって温度が上昇しようとするが、断熱型枠の厚みが厚い場合には、コンクリート全体は保温されて温度は一律に上昇し、中心部分のコンクリートと表面部分のコンクリートとの温度差は少なくなる。この場合、超高強度コンクリートを使用したコンクリート部材であっても、部材内部に鉄筋が配置されていない無筋コンクリート部材であれば、表面部分と中心部分のコンクリートの自由ひずみ(すなわち自己収縮ひずみと温度ひずみの合計)の差は非常に小さく、両者がお互いを拘束することに起因するひび割れ発生は抑制される。しかし、超高強度コンクリートを使用したコンクリート部材であって、部材内部に鉄筋が配筋されている鉄筋コンクリート部材の場合は、ひび割れ発生が抑制されない場合がある。コンクリートの発熱に伴い、該鉄筋は熱膨張しようとする。鉄筋とコンクリートの線膨張係数はほぼ同じであるため、該鉄筋に接しているコンクリートの自由ひずみのうち自己収縮ひずみが拘束されて、該部分には引張応力（拘束応力）が発生し、該引張応力が許容応力（引張強度）を超えた時点でひび割れが発生することとなる。なお、他の構造物（周辺構造物）に拘束されることに基づきコンクリート部材の自己収縮ひずみや温度ひずみが拘束される場合も同様であって、該自己収縮ひずみおよび温度ひずみが拘束される部分に引張応力（拘束応力）が発生し、該引張応力が許容応力（引張強度）を超えた時点でひび割れが発生することとなる。柱部材などに代表される鉄筋コンクリート部材は、部材表面付近に多くの鉄筋が配置される場合が多く、このような場合、型枠の厚みが厚すぎると、高温条件下で大きく増進しようとする自己収縮ひずみが鉄筋に拘束され、部材表面にひび割れが発生することとなる。
【０００７】
(2) 断熱型枠を用いなかったり薄い断熱型枠を用いたりした場合のひび割れ発生
【０００８】
コンクリートを打設するとセメントの水和熱によってコンクリート全体の温度が一律に上昇しようとするが、断熱型枠を用いなかったり薄い断熱型枠を用いたりした場合には、表面部分及びその近傍部分のコンクリートは熱が外部に放散され易いので、中心部分のコンクリートとの間で温度差が生じてしまう。ここで、図６(a) は、超高強度コンクリートを使用した鉄筋コンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であって、横軸には、鉄筋コンクリート部材断面の中心線（図２(a)
(b) の符号４参照）からの距離［ｍｍ］を取り（該中心線から右方向を正、左方向を負とした）、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取ったものであるが、引張応力は、中心部分のコンクリートの方が表面部分のコンクリートよりも大きくなり、材齢７日目以降でコンクリートの引張強度よりも高くなっている。これは、材齢初期において、表面部分に比べて温度が高く自己収縮ひずみの増進が大きい中心部分のコンクリートが表面部分のコンクリートに拘束されること、さらに中心部分のコンクリートは温度が高いことからヤング係数の増進が表面部分のコンクリートに比べ大きくなるため、変形が拘束された際に発生する応力(拘束応力)が表面部分に比べ大きくなることによるものと推察でき、部材中心部分には自己収縮に伴うひび割れが発生し得る状態となる。図６(b)
は、部材中心部分の応力変化３２、部材表面部分の応力変化３０、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化３１を経時的に示す模式図であり、横軸には材齢［日］を取り、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取っている。この図によっても、鉄筋コンクリート部材中心部分におけるひび割れ発生を推察することができる。この現象は、部材内に鉄筋が配置されていない無筋コンクリート部材の場合であっても同様である。逆に、このような条件に加え、部材内部（中心部分）に芯鉄筋が配筋されている場合、コンクリートの自由ひずみのうち自己収縮ひずみが該芯鉄筋により拘束されるため、該部分にはより大きな引張応力（拘束応力）が発生し、該引張応力が許容応力（引張強度）を超えた時点でひび割れが発生することとなる。以上のような理由から、超高強度コンクリートを使用したコンクリート部材の初期ひび割れ発生を抑制するためには、断熱型枠の厚み(すなわち熱伝達率)は、厚すぎてもまた薄すぎても(すなわち小さすぎてもまた大きすぎても)好ましくなく、適正な範囲が存在し、それはコンクリート調合や拘束条件、養生条件より部材毎に定まるのである。
【０００９】
(3) 脱枠時のひび割れ発生
【００１０】
ところで、断熱型枠の厚みが適正だった場合にはコンクリートに作用する拘束応力は引張強度を超えることが無く、ひび割れは発生しない。ここで、図７(a) 及び図８(a) は、適正範囲内の厚みの断熱型枠を用いた場合の鉄筋コンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であり、図７(a)
は比較的薄い断熱型枠を用いた場合の解析結果であり、図８(a) は比較的厚い断熱型枠を用いた場合の解析結果であるが、いずれの場合も、応力は引張強度を超えず、ひび割れは発生しないことが推察できる。一方、表面部分のコンクリートの温度と外気温とに差ΔＴ（℃）がある時期に脱枠を行うと、外気に曝されることによってコンクリート表面部分の温度が急激に低下し、コンクリートの表面部分と中心部分に温度差が発生する。この結果、温度低下により収縮しようとする表面部分のコンクリートと、温度の高い中心部分のコンクリートとはお互いの変形を拘束し、表面部分のコンクリートには引張応力、中心部分のコンクリートには圧縮応力がそれぞれ作用する。このような現象はサーマルショックと呼ばれ（図７(b)
の符号４０、及び図８(b) の符号４１参照）、ΔＴが大きくなると、表面部分のコンクリートにおいて引張応力(拘束応力)が引張強度を超える箇所が発生しひび割れが発生する場合がある。
【００１１】
(4) その他の問題点
ところで、上述の(1) 〜(3) のようなひび割れを回避するには、断熱型枠の厚みを適正にしておき、サーマルショックによるひび割れすなわち温度差ΔTに起因する引張応力(拘束応力)が引張強度を超えない範囲まで、コンクリート部材の温度が低下した段階で脱枠を行えば良い。ここで、図９(a)
は、断熱型枠の厚みが厚い場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図であり、材齢初期には上述の水和熱によって上昇した温度も時間と共に低下していく様子が示されている。図中には、サーマルショックによるひび割れが起こらない範囲で最も大きいΔＴすなわちΔＴmaxと、ΔＴがΔＴmaxとなる材齢ＤΔTmaxを示している。しかし、このように断熱型枠の厚みが厚いと、ΔＴ≦ΔＴmaxとなる材齢ＤΔTmaxまでに時間が掛かってしまい、養生期間が長くなってしまい、工事工程に支障をきたすことが懸念される。断熱型枠の厚みを薄くすると、図９(b)
に示すように養生期間を短くすることができるが、上記(2) のような初期ひび割れ発生の可能性が残る。したがって、初期ひび割れの発生とサーマルショックによるひび割れの発生を防止し、養生期間を出来るだけ短くする為には、部材全体の温度が下降する速度が速やかであり、かつ脱枠時において、外気温とコンクリート部材表面部分との温度差ができるだけ小さくなるような養生方法が必要となる（同図(c)
参照）。
【００１２】
本発明は、ひび割れ発生を回避すると共に養生期間を短くできる超高強度コンクリート部材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、断熱部材を取り外していく順序やタイミングを簡単かつ適正に求めることができる脱枠手順解析方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、超高強度コンクリートを打設する工程と、
熱伝達率を変更可能な養生材で、前記打設された超高強度コンクリートの表面を覆う工程と、
該超高強度コンクリートを養生している際に、前記養生材の熱伝達率を段階的に変化させる工程と、からなる超高強度コンクリート部材の製造方法に関する。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、互いに重なるように複数の断熱部材（図２(a) (b) の符号１参照）を積層させて前記養生材としての断熱型枠（同図の符号２、１２参照）を構築する工程と、
該構築した断熱型枠（２、１２）に超高強度コンクリート（３）を打設する工程と、
該超高強度コンクリート（３）を養生している際に、前記重なるように積層された複数の断熱部材（１）を順次取り外て前記熱伝達率を段階的に変化させる工程と、からなる超高強度コンクリート部材の製造方法に関する。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記断熱部材（１）を取り外していく順序やタイミングは、有限要素法を用いた脱枠手順解析方法により算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記脱枠手順解析方法は、図１に例示するものであって、コンクリートの温度を解析する温度解析ステップ（Ｓ３）と、コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップ（Ｓ４）と、前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）と、前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）と、コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップ（Ｓ５）と、これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップ（Ｓ８）と、該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップ（Ｓ１０）と、初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ（Ｓ３）、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）、前記温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）、前記材料特性予測ステップ（Ｓ５）及び前記応力解析ステップ（Ｓ８）を実施して断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップ（Ｓ１１）と、超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップ（Ｓ１２）と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、複数の断熱部材（図２(a) (b) の符号１参照）を積層させて構築した断熱型枠（同図の符号２、１２参照）を用いて超高強度コンクリート（同図の符号３参照）を養生する場合の断熱部材（１）を取り外す順序やタイミングを解析する脱枠手順解析方法において、
コンクリートの温度を解析する温度解析ステップ（図１のＳ３）と、
コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップ（Ｓ４）と、
前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）と、
前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）と、
コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップ（Ｓ５）と、
これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップ（Ｓ８）と、
該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップ（Ｓ１０）と、
初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ（Ｓ３）、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）、前記温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）、前記材料特性予測ステップ（Ｓ５）及び前記応力解析ステップ（Ｓ８）を実施して、断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップ（Ｓ１１）と、
超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップ（Ｓ１２）と、
を有することを特徴とする。
【００１９】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び２に係る発明によれば、養生材の初期の熱伝達率（例えば、断熱型枠の厚み）を適正にすることにより初期ひび割れの発生を回避でき、また、熱伝達率の変更条件（例えば、断熱部材を取り外すタイミング）を適正にすることにより脱枠時のひび割れ発生を回避でき、しかも、養生期間を短くすることができる。
【００２１】
請求項３乃至５に係る発明によれば、断熱部材を取り外していく順序やタイミングを、有限要素法により簡単に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１乃至図４に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る脱枠手順解析方法の一例を示すフローチャート図であり、図２(a) (b) は、断熱型枠の構成の一例をそれぞれ示す断面図である。
【００２３】
本発明に係る超高強度コンクリート部材の製造方法は、
・ 超高強度コンクリートを打設する工程と、
・ 熱伝達率を変更可能な養生材で、前記打設された超高強度コンクリートの表面を覆う工程と、
・ 該超高強度コンクリートを養生している際に、前記養生材の熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなることを特徴とする。
【００２４】
ここで、養生材としては、
(イ) 互いに重なるように複数の断熱部材（図２(a)
(b) の符号１参照）を積層させて構築した断熱型枠（同図の符号２、１２参照）や、
(ロ) コンクリートに何重にも巻き付けるように配置したシートや毛布等や、
(ハ) 電気的に温度調整できるようにした発熱体（例えば、電気毛布のようなもの）
(ニ) 或いは、それらを適宜組み合わせたもの（例えば、断熱型枠と水密性のシートとを積層させることにより、乾燥防止効果を付加したもの）
等を挙げることができる。また、熱伝達率を段階的に変化させる方法としては、
(イ) 後述するように、前記重なるように積層された複数の断熱部材１を順次取り外す方法
(ロ) 何重にも巻き付けたシートや毛布を徐々に剥がしていく方法
(ハ) 発熱体の温度を徐々に下げていく方法
等を挙げることができる。
【００２５】
本発明に係る超高強度コンクリート部材の製造方法は、
・ 互いに重なるように複数の断熱部材（図２(a) (b) の符号１参照）を積層させて前記養生材としての断熱型枠（同図の符号２、１２参照）を構築する工程と、
・ 該構築した断熱型枠（例えば、符号２、１２参照）に超高強度コンクリート３を打設する工程と、
・ 該超高強度コンクリート３を養生している際に、前記重なるように積層された複数の断熱部材１を順次取り外して前記熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなることを特徴とする。なお、図２(a) (b) に示す断熱型枠２、１２の場合、全ての部分において複数の断熱部材１が積層されるように構成されているが、もちろんこれに限られるものではなく、
・ 複数の断熱部材１が積層されて構成される部分と、
・ 断熱部材１が積層されずに一層で構成される部分と、
で構成するようにしても良い。なお、養生材としてシート（上記(イ)参照）や毛布（上記(イ)参照）や発熱体（上記(ロ)参照）を用いる場合には、コンクリートを打設する前でなくコンクリートを打設した後にこれらの養生材を配置しても良い。
【００２６】
そして、上述のように断熱部材１を取り外していく順序やタイミングは、図１に例示する方法（つまり、有限要素法を用いた脱枠手順解析方法）によって算出すると良い。以下、該脱枠手順解析方法について、図１に沿って説明する。
【００２７】
この脱枠手順解析方法を実施するに際し、まず、必要なデータを入力する（Ｓ１、Ｓ２参照）。具体的には、
・ コンクリートの調合に関するデータ
・ コンクリート部材の寸法に関するデータ
・ 配筋についてのデータ
・ 施工方法に関するデータ
・ 外部温度環境に関するデータ
・ 目標脱枠日数Ｄｒに関するデータ
・ 拘束条件に関するデータ
・ 熱伝達率条件（型枠の材質、厚み、枚数など）に関するデータ
などを入力する。
【００２８】
次に、入力されたデータに基づいて温度解析ステップを実施し、有限要素法解析によってコンクリート部材内の温度Ｔ（ｔ）を解析する（Ｓ３参照）。続いて、解析した温度に基づいて有効材齢算出ステップを実施してコンクリートの有効材齢te（ｔ）を算出し（Ｓ４参照）、該有効材齢からコンクリートの材料特性（例えば、圧縮強度Ｆｃ（te）や静弾性係数Ｅ（te）や引張強度Ｆｔ（te）やクリープ特性φ（te））を予測する（Ｓ５参照）。また、前記温度Ｔ（ｔ）と前記有効材齢te（ｔ）とに基づき自己収縮ひずみ量予測ステップを実施してコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測し（Ｓ６参照）、前記温度Ｔ（ｔ）に基づき温度ひずみ量予測ステップを実施してコンクリートの温度ひずみ量を予測する（Ｓ７参照）。そして、上述の材料特性や自己収縮ひずみ量や温度ひずみ量等に基づき応力解析ステップを実施してコンクリート部材内の温度応力σｔ（ｔ）を解析する（Ｓ８参照）。
【００２９】
そして、その解析結果に基づいて種々の評価を行う。具体的には、
(1) 内部拘束応力の評価を行って初期ひび割れ（つまり、部分脱枠を開始するまでに生じるひび割れ）の有無を予測し（Ｓ１０）、
(2) 初期ひび割れの発生が無いと予測される場合には、部分脱枠をしたとして熱伝達率（熱境界条件）の設定を変更して応力解析を順次行い、サーマルショックによるひび割れの有無を予測し（Ｓ１１）、
(3) 養生期間が所定の範囲内か否かの評価を行う（Ｓ１２）、
ようになっている。つまり、上記(1) では初期ひび割れ予測ステップを実施して、前記応力解析ステップＳ８で解析した応力σｔ（ｔ）に基づいて部分脱枠開始前に初期ひび割れが発生するか否かの予測をし、該初期ひび割れが発生しないと予測した場合には前記温度解析ステップＳ３、前記自己収縮ひずみ量予測ステップＳ６、前記温度ひずみ量予測ステップＳ７、前記材料特性予測ステップＳ５及び前記応力解析ステップＳ８を実施して断熱部材１を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測し（上記(2) の脱枠時ひび割れ予測ステップ）、上記(3) では養生期間判定ステップを実施して、超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定すると良い。
【００３０】
ところで、上述の温度解析ステップＳ３では次のようにして温度を解析すると良い。すなわち、コンクリート構造物の温度履歴Ｔ（ｔ）は下式（１）のように最終断熱温度上昇量Ｋと断熱温度上昇速度定数αの関数として表されるので、それらの値Ｋ、αから温度履歴Ｔ（ｔ）を算出することができる。これらの値Ｋ、αは下式（２）（３）のように単位セメント量Ｃやコンクリートの打設温度Ｔ０に応じて変化するが、これらの値Ｋ、αは実験により求めておくと良い。
【数１】
【００３１】
また、上述の自己収縮ひずみ量予測ステップＳ６では次のようにして自己収縮ひずみ量を予測すると良い。すなわち、自己収縮ひずみ量εasは、有効材齢teの関数εas＝ｆ４（te）で与えられることとなるので、
・ 温度解析ステップＳ３にて求めた温度履歴Ｔ（ｔ）より有効材齢te (t)を求め、
・ 所定の関係式 εas＝ｆ４（te）
から各要素の自己収縮ひずみ量εasを予測すると良い。
【００３２】
さらに、上述の温度ひずみ量予測ステップＳ７では、
・ 温度解析ステップＳ３にて求めた温度履歴Ｔ（ｔ）と、
・ 所定の関係式 εT＝ｆ５（Ｔ（ｔ））と
から各要素の温度ひずみ量εTを予測すると良い。
【００３３】
また、各要素の圧縮強度Ｆｃは、有効材齢te (t)の関数Ｆｃ（te）＝ｆ６（te）で与えられることとなるので、
・ 温度解析ステップＳ３にて求めた温度履歴Ｔ（ｔ）と、
・ 所定の関係式 Ｆｃ（te）＝ｆ６（te）と
から算出するようにすると良い。さらに、各要素の静弾性係数Ｅ（te）は、
・ 上述のようにして求めた圧縮強度Ｆｃ（te）と、
・ 所定の関係式 Ｅ（te）＝ｆ８（Ｆｃ（te））と
から算出するようにすると良い。また、クリープによる応力緩和を考慮するクリープ係数φ(te)は、
・上述のようにして求めた有効材齢te、圧縮強度Ｆｃ、静弾性係数Ｅ等と、
・所定の関係式 φ(te)＝f(te、Fc(te)、E(te))
とから算出するようにすると良い。
さらに、各要素の引張強度Ｆｔ（te）は、
・ 上述のようにして求めた圧縮強度Ｆｃ（te）と、
・ 所定の関係式 Ｆｔ（te）＝ｆ７（Ｆｃ（te））と
から算出するようにすると良い。
【００３４】
応力解析は、検討する期間を微小区間に区分し、自由ひずみ(すなわち自己収縮ひずみと温度ひずみの合計)および材料特性の経時変化ならびに拘束条件下でのクリープによる応力緩和を考慮した逐次計算により行う。以下に手順を説明する。はじめに、各微小区間において、自由ひずみの増分(すなわち自己収縮ひずみの増分と温度ひずみの増分の合計)を算出する。次に、このようにして求めた自由ひずみ増分に対してあらかじめ設定した拘束条件の中で、解析対象時点およびそれ以前のすべての微小区間で定まる弾性係数やクリープ係数を用い、かつそれぞれの微小区間で決定されるクリープの進展による応力緩和を考慮したつりあい条件より、解析対象時点における拘束応力を算出する。ひび割れの照査は、前述のようにして求めた引張強度と応力解析結果を比較することにより行う。
【００３５】
図３は、上述の応力解析ステップＳ８の解析結果を示す図であって、鉄筋コンクリート部材内の応力分布曲線（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を示す応力分布図であり、図４は、該応力解析ステップＳ８の解析結果（つまり、中心部分のコンクリートの応力変化、表面部分のコンクリートの応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化）を経時的に示す図である。なお、図３の横軸には、コンクリート部材の中心線（図２(a) (b) の符号４参照）からの距離［ｍｍ］を取り（該中心線から右方向を正、左方向を負とした）、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取った。また、図４の横軸には材齢［日］を取り、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取った。これらの解析結果によれば、コンクリートに作用する応力は引張強度を超えておらず、ひび割れは発生しないと予想されるが、本発明者らが解析のときと同じ条件で実際に養生を行ったところ、初期ひび割れもサーマルショックひび割れも発生せず、解析の精度が良いことを確認した。
【実施例１】
【００３６】
本発明の一実施例について図５等を参照して説明する。
【００３７】
図５は、上述の脱枠手順解析方法を実施するための装置（脱枠手順解析装置）の構成の一例を示すブロック図である。図中の符号２１は、図１のＳ１〜Ｓ８に従って温度応力を解析する応力解析手段を示し、符号２２は、型枠を部分撤去するまでに初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測手段を示し、符号２３は、前記初期ひび割れ予測手段２２がひび割れ発生無しと予測した場合に断熱型枠の熱伝達率を変更する熱伝達率変更手段を示し、符号２４は、サーマルショックによるひび割れの有無を予測する脱枠時ひび割れ予測手段を示し、符号２５は、全ての断熱部材が取り外されたか否かを確認する脱枠確認手段を示し、符号２６は、断熱型枠構築から型枠完全撤去までに必要な期間（養生期間）を算出する養生条件算出手段を示し、符号２７は、脱枠の手順や養生期間を一時的に記憶する脱枠方法メモリー手段を示し、符号２８は、該脱枠方法メモリー手段２７に保存されている種々のデータから適正なデータを抽出する適正データ抽出手段を示す。
【００３８】
以下、上述の装置を用いた解析方法の一例について説明する。
【００３９】
まず、応力解析手段２１に種々のデータを入力すると（図１のＳ１、Ｓ２）、該応力解析手段２１は図１のＳ３〜Ｓ８の各ステップを実行して温度応力を解析する。次に、初期ひび割れ予測手段２２が初期ひび割れの有無を予測し（図１のＳ１０）、初期ひび割れの発生が無いと予測される場合には、部分脱枠をしたとして熱伝達率経時変化の設定を熱伝達率変更手段２３が変更する（図１のＳ９）。そして、前記応力解析手段２１が温度応力解析を行い（図１のＳ３〜Ｓ８）、該解析結果に基づき、部分脱枠時にサーマルショックによるひび割れが発生するかの予測を前記脱枠時ひび割れ予測手段２４が行う（図１のＳ１１）。その部分脱枠の際にひび割れが生じないと予測される場合には、さらなる部分脱枠をしたとして熱伝達率経時変化の設定を熱伝達率変更手段２３が変更する（図１のＳ９）。そして、上述と同様に、前記応力解析手段２１が温度応力の解析を行い（図１のＳ３〜Ｓ８）、前記脱枠時ひび割れ予測手段２４が、サーマルショックによるひび割れの有無を予測する（図１のＳ１１）。このような解析は全ての断熱部材が取り外されるまで何度も行うが、全ての断熱型枠が脱枠されたかどうかの判断は前記脱枠確認手段２５が行い、全ての脱枠が完了したと判断した場合には、前記養生条件算出手段２６が養生期間を算出し、前記脱枠方法メモリー手段２７が、脱枠の手順や養生期間を一時的に記憶する。断熱型枠が多数の断熱部材にて構成されている場合、断熱部材を取り外す順序や枚数には何通りものパターンがあるので、上述のような解析を各パターンについて行って、脱枠の手順や養生期間を前記脱枠方法メモリー手段２７に一括保存しておき、前記適正データ抽出手段２８によって適正なデータを抽出するようにすると良い。例えば、養生期間が一番短くなるような脱枠パターンのデータ（脱枠手順や養生期間）を該適正データ抽出手段２８によって抽出し、そのデータに従って実際の脱枠を行うと良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明に係る脱枠手順解析方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２】図２(a) (b) は、断熱型枠の構成の一例をそれぞれ示す断面図である。
【図３】図３は、図１中に示す応力解析ステップＳ８の解析結果を示す図であって、コンクリート部材内の応力分布曲線（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を示す応力分布図である。
【図４】図４は、前記応力解析ステップＳ８の解析結果を経時的に示す図である。
【図５】図５は、脱枠手順解析方法を実施するための装置（脱枠手順解析装置）の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６(a) は、コンクリート部材内の応力分布を模式的に示す応力分布図であり、図６(b)は、中心部分のコンクリートに作用する応力変化、表面部分のコンクリートに作用する応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化を経時的に示す模式図である。
【図７】図７(a) は、適正範囲内の厚みの断熱型枠を用いた場合のコンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であり、図７(b) は、中心部分のコンクリートに作用する応力変化、表面部分のコンクリートに作用する応力変化、コンクリート表面部分の応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化を経時的に示す模式図である。
【図８】図８(a) は、適正範囲内の厚みの断熱型枠を用いた場合のコンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であり、図８(b) は、中心部分のコンクリートに作用する応力変化、表面部分のコンクリートに作用する応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化を経時的に示す模式図である。
【図９】図９(a) は、断熱型枠の厚みが厚い場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図であり、図９(b)は、断熱型枠が薄い場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図であり、図９(c) は、断熱型枠の厚みが適正な場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 断熱部材
２ 断熱型枠
３ 超高強度コンクリート
１２ 断熱型枠
Ｓ３ 温度解析ステップ
Ｓ４ 有効材齢算出ステップ
Ｓ５ 材料特性予測ステップ
Ｓ６ 自己収縮ひずみ量予測ステップ
Ｓ７ 温度ひずみ量予測ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱型枠を使用して養生を行う超高強度コンクリート部材の製造方法、及び脱枠手順解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮強度が１００ＭＰａ以下のコンクリートや、ダム等の大型構造物に使用されるマスコンクリートにおいては、コンクリートを打設した後にコンクリート表面にひび割れが発生し得ることが知られている。そのようなひび割れが発生する原因は次の通りと考えられる。すなわち、コンクリートを打設するとセメントの水和熱によってコンクリート全体の温度が一律に上昇しようとするが、表面部分及びその近傍部分のコンクリートは熱が外部に放散され易いので、内部のコンクリートとの間で温度差が生じてしまう。このため、温度の高い中心部分のコンクリートと温度の低い表面部分のコンクリートの温度ひずみに差が生じることになるが、両者は一体化しているためにお互いの変形を拘束する。その結果、表面部分のコンクリートには引張応力、中心部分のコンクリートには圧縮応力がそれぞれ作用する。
【０００３】
このようなひび割れを低減する方法としては、養生をする際に断熱型枠を使用してコンクリートを保温し部材内の温度分布を均一にすることにより、中心部分のコンクリートと表面部分のコンクリートの温度差をできるだけ少なくする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＦＥＭ（有限要素法）により各要素の温度応力を解析し、ひび割れ発生箇所を予測する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６２７５４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近は、圧縮強度が１００ＭＰａを超えるような超高強度コンクリートが超高層建物等で使用されている。この超高強度コンクリートでは、使用するセメント量が多く単位セメント量も多くなるので、打設されて硬化する際の水和反応に伴う発熱量が普通のコンクリート（つまり、圧縮強度が１００ＭＰａ未満のコンクリート）に比べて大きくなることや、自己収縮ひずみが大きくなるという特性を持つ。また、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみは打設後に時間経過とともに増進し、かつ水和発熱による高温条件下において、温度が高いほどその増進が大きいことが知られている。そして、このような超高強度コンクリートでは、
・ 断熱型枠を用いずに養生を行った場合
・ 断熱型枠を用いたとしてもその厚みが薄すぎたり厚すぎたりした場合
には、材齢初期（具体的には材齢７日以内程度）にひび割れが発生するという問題があった。また、断熱型枠の厚みが適正であって材齢初期にひび割れが発生しなかったとしても脱枠時にひび割れが発生してしまう場合もあった。以下、それぞれのひび割れ発生及びその他の問題点について説明する。
【０００５】
(1) 断熱型枠の厚みが厚すぎた場合のひび割れ発生
【０００６】
コンクリートを打設するとセメントの水和熱によって温度が上昇しようとするが、断熱型枠の厚みが厚い場合には、コンクリート全体は保温されて温度は一律に上昇し、中心部分のコンクリートと表面部分のコンクリートとの温度差は少なくなる。この場合、超高強度コンクリートを使用したコンクリート部材であっても、部材内部に鉄筋が配置されていない無筋コンクリート部材であれば、表面部分と中心部分のコンクリートの自由ひずみ(すなわち自己収縮ひずみと温度ひずみの合計)の差は非常に小さく、両者がお互いを拘束することに起因するひび割れ発生は抑制される。しかし、超高強度コンクリートを使用したコンクリート部材であって、部材内部に鉄筋が配筋されている鉄筋コンクリート部材の場合は、ひび割れ発生が抑制されない場合がある。コンクリートの発熱に伴い、該鉄筋は熱膨張しようとする。鉄筋とコンクリートの線膨張係数はほぼ同じであるため、該鉄筋に接しているコンクリートの自由ひずみのうち自己収縮ひずみが拘束されて、該部分には引張応力（拘束応力）が発生し、該引張応力が許容応力（引張強度）を超えた時点でひび割れが発生することとなる。なお、他の構造物（周辺構造物）に拘束されることに基づきコンクリート部材の自己収縮ひずみや温度ひずみが拘束される場合も同様であって、該自己収縮ひずみおよび温度ひずみが拘束される部分に引張応力（拘束応力）が発生し、該引張応力が許容応力（引張強度）を超えた時点でひび割れが発生することとなる。柱部材などに代表される鉄筋コンクリート部材は、部材表面付近に多くの鉄筋が配置される場合が多く、このような場合、型枠の厚みが厚すぎると、高温条件下で大きく増進しようとする自己収縮ひずみが鉄筋に拘束され、部材表面にひび割れが発生することとなる。
【０００７】
(2) 断熱型枠を用いなかったり薄い断熱型枠を用いたりした場合のひび割れ発生
【０００８】
コンクリートを打設するとセメントの水和熱によってコンクリート全体の温度が一律に上昇しようとするが、断熱型枠を用いなかったり薄い断熱型枠を用いたりした場合には、表面部分及びその近傍部分のコンクリートは熱が外部に放散され易いので、中心部分のコンクリートとの間で温度差が生じてしまう。ここで、図６(a) は、超高強度コンクリートを使用した鉄筋コンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であって、横軸には、鉄筋コンクリート部材断面の中心線（図２(a)
(b) の符号４参照）からの距離［ｍｍ］を取り（該中心線から右方向を正、左方向を負とした）、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取ったものであるが、引張応力は、中心部分のコンクリートの方が表面部分のコンクリートよりも大きくなり、材齢７日目以降でコンクリートの引張強度よりも高くなっている。これは、材齢初期において、表面部分に比べて温度が高く自己収縮ひずみの増進が大きい中心部分のコンクリートが表面部分のコンクリートに拘束されること、さらに中心部分のコンクリートは温度が高いことからヤング係数の増進が表面部分のコンクリートに比べ大きくなるため、変形が拘束された際に発生する応力(拘束応力)が表面部分に比べ大きくなることによるものと推察でき、部材中心部分には自己収縮に伴うひび割れが発生し得る状態となる。図６(b)
は、部材中心部分の応力変化３２、部材表面部分の応力変化３０、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化３１を経時的に示す模式図であり、横軸には材齢［日］を取り、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取っている。この図によっても、鉄筋コンクリート部材中心部分におけるひび割れ発生を推察することができる。この現象は、部材内に鉄筋が配置されていない無筋コンクリート部材の場合であっても同様である。逆に、このような条件に加え、部材内部（中心部分）に芯鉄筋が配筋されている場合、コンクリートの自由ひずみのうち自己収縮ひずみが該芯鉄筋により拘束されるため、該部分にはより大きな引張応力（拘束応力）が発生し、該引張応力が許容応力（引張強度）を超えた時点でひび割れが発生することとなる。以上のような理由から、超高強度コンクリートを使用したコンクリート部材の初期ひび割れ発生を抑制するためには、断熱型枠の厚み(すなわち熱伝達率)は、厚すぎてもまた薄すぎても(すなわち小さすぎてもまた大きすぎても)好ましくなく、適正な範囲が存在し、それはコンクリート調合や拘束条件、養生条件より部材毎に定まるのである。
【０００９】
(3) 脱枠時のひび割れ発生
【００１０】
ところで、断熱型枠の厚みが適正だった場合にはコンクリートに作用する拘束応力は引張強度を超えることが無く、ひび割れは発生しない。ここで、図７(a) 及び図８(a) は、適正範囲内の厚みの断熱型枠を用いた場合の鉄筋コンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であり、図７(a)
は比較的薄い断熱型枠を用いた場合の解析結果であり、図８(a) は比較的厚い断熱型枠を用いた場合の解析結果であるが、いずれの場合も、応力は引張強度を超えず、ひび割れは発生しないことが推察できる。一方、表面部分のコンクリートの温度と外気温とに差ΔＴ（℃）がある時期に脱枠を行うと、外気に曝されることによってコンクリート表面部分の温度が急激に低下し、コンクリートの表面部分と中心部分に温度差が発生する。この結果、温度低下により収縮しようとする表面部分のコンクリートと、温度の高い中心部分のコンクリートとはお互いの変形を拘束し、表面部分のコンクリートには引張応力、中心部分のコンクリートには圧縮応力がそれぞれ作用する。このような現象はサーマルショックと呼ばれ（図７(b)
の符号４０、及び図８(b) の符号４１参照）、ΔＴが大きくなると、表面部分のコンクリートにおいて引張応力(拘束応力)が引張強度を超える箇所が発生しひび割れが発生する場合がある。
【００１１】
(4) その他の問題点
ところで、上述の(1) 〜(3) のようなひび割れを回避するには、断熱型枠の厚みを適正にしておき、サーマルショックによるひび割れすなわち温度差ΔTに起因する引張応力(拘束応力)が引張強度を超えない範囲まで、コンクリート部材の温度が低下した段階で脱枠を行えば良い。ここで、図９(a)
は、断熱型枠の厚みが厚い場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図であり、材齢初期には上述の水和熱によって上昇した温度も時間と共に低下していく様子が示されている。図中には、サーマルショックによるひび割れが起こらない範囲で最も大きいΔＴすなわちΔＴmaxと、ΔＴがΔＴmaxとなる材齢ＤΔTmaxを示している。しかし、このように断熱型枠の厚みが厚いと、ΔＴ≦ΔＴmaxとなる材齢ＤΔTmaxまでに時間が掛かってしまい、養生期間が長くなってしまい、工事工程に支障をきたすことが懸念される。断熱型枠の厚みを薄くすると、図９(b)
に示すように養生期間を短くすることができるが、上記(2) のような初期ひび割れ発生の可能性が残る。したがって、初期ひび割れの発生とサーマルショックによるひび割れの発生を防止し、養生期間を出来るだけ短くする為には、部材全体の温度が下降する速度が速やかであり、かつ脱枠時において、外気温とコンクリート部材表面部分との温度差ができるだけ小さくなるような養生方法が必要となる（同図(c)
参照）。
【００１２】
本発明は、ひび割れ発生を回避すると共に養生期間を短くできる超高強度コンクリート部材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、断熱部材を取り外していく順序やタイミングを簡単かつ適正に求めることができる脱枠手順解析方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、超高強度コンクリートを打設する工程と、
熱伝達率を変更可能な養生材で、前記打設された超高強度コンクリートの表面を覆う工程と、
該超高強度コンクリートを養生している際に、前記養生材の熱伝達率を段階的に変化させる工程と、からなる超高強度コンクリート部材の製造方法に関する。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、互いに重なるように複数の断熱部材（図２(a) (b) の符号１参照）を積層させて前記養生材としての断熱型枠（同図の符号２、１２参照）を構築する工程と、
該構築した断熱型枠（２、１２）に超高強度コンクリート（３）を打設する工程と、
該超高強度コンクリート（３）を養生している際に、前記重なるように積層された複数の断熱部材（１）を順次取り外て前記熱伝達率を段階的に変化させる工程と、からなる超高強度コンクリート部材の製造方法に関する。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記断熱部材（１）を取り外していく順序やタイミングは、有限要素法を用いた脱枠手順解析方法により算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記脱枠手順解析方法は、図１に例示するものであって、コンクリートの温度を解析する温度解析ステップ（Ｓ３）と、コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップ（Ｓ４）と、前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）と、前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）と、コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップ（Ｓ５）と、これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップ（Ｓ８）と、該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップ（Ｓ１０）と、初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ（Ｓ３）、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）、前記温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）、前記材料特性予測ステップ（Ｓ５）及び前記応力解析ステップ（Ｓ８）を実施して断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップ（Ｓ１１）と、超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップ（Ｓ１２）と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、複数の断熱部材（図２(a) (b) の符号１参照）を積層させて構築した断熱型枠（同図の符号２、１２参照）を用いて超高強度コンクリート（同図の符号３参照）を養生する場合の断熱部材（１）を取り外す順序やタイミングを解析する脱枠手順解析方法において、
コンクリートの温度を解析する温度解析ステップ（図１のＳ３）と、
コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップ（Ｓ４）と、
前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）と、
前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）と、
コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップ（Ｓ５）と、
これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップ（Ｓ８）と、
該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップ（Ｓ１０）と、
初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ（Ｓ３）、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ（Ｓ６）、前記温度ひずみ量予測ステップ（Ｓ７）、前記材料特性予測ステップ（Ｓ５）及び前記応力解析ステップ（Ｓ８）を実施して、断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップ（Ｓ１１）と、
超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップ（Ｓ１２）と、
を有することを特徴とする。
【００１９】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び２に係る発明によれば、養生材の初期の熱伝達率（例えば、断熱型枠の厚み）を適正にすることにより初期ひび割れの発生を回避でき、また、熱伝達率の変更条件（例えば、断熱部材を取り外すタイミング）を適正にすることにより脱枠時のひび割れ発生を回避でき、しかも、養生期間を短くすることができる。
【００２１】
請求項３乃至５に係る発明によれば、断熱部材を取り外していく順序やタイミングを、有限要素法により簡単に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１乃至図４に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る脱枠手順解析方法の一例を示すフローチャート図であり、図２(a) (b) は、断熱型枠の構成の一例をそれぞれ示す断面図である。
【００２３】
本発明に係る超高強度コンクリート部材の製造方法は、
・ 超高強度コンクリートを打設する工程と、
・ 熱伝達率を変更可能な養生材で、前記打設された超高強度コンクリートの表面を覆う工程と、
・ 該超高強度コンクリートを養生している際に、前記養生材の熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなることを特徴とする。
【００２４】
ここで、養生材としては、
(イ) 互いに重なるように複数の断熱部材（図２(a)
(b) の符号１参照）を積層させて構築した断熱型枠（同図の符号２、１２参照）や、
(ロ) コンクリートに何重にも巻き付けるように配置したシートや毛布等や、
(ハ) 電気的に温度調整できるようにした発熱体（例えば、電気毛布のようなもの）
(ニ) 或いは、それらを適宜組み合わせたもの（例えば、断熱型枠と水密性のシートとを積層させることにより、乾燥防止効果を付加したもの）
等を挙げることができる。また、熱伝達率を段階的に変化させる方法としては、
(イ) 後述するように、前記重なるように積層された複数の断熱部材１を順次取り外す方法
(ロ) 何重にも巻き付けたシートや毛布を徐々に剥がしていく方法
(ハ) 発熱体の温度を徐々に下げていく方法
等を挙げることができる。
【００２５】
本発明に係る超高強度コンクリート部材の製造方法は、
・ 互いに重なるように複数の断熱部材（図２(a) (b) の符号１参照）を積層させて前記養生材としての断熱型枠（同図の符号２、１２参照）を構築する工程と、
・ 該構築した断熱型枠（例えば、符号２、１２参照）に超高強度コンクリート３を打設する工程と、
・ 該超高強度コンクリート３を養生している際に、前記重なるように積層された複数の断熱部材１を順次取り外して前記熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなることを特徴とする。なお、図２(a) (b) に示す断熱型枠２、１２の場合、全ての部分において複数の断熱部材１が積層されるように構成されているが、もちろんこれに限られるものではなく、
・ 複数の断熱部材１が積層されて構成される部分と、
・ 断熱部材１が積層されずに一層で構成される部分と、
で構成するようにしても良い。なお、養生材としてシート（上記(イ)参照）や毛布（上記(イ)参照）や発熱体（上記(ロ)参照）を用いる場合には、コンクリートを打設する前でなくコンクリートを打設した後にこれらの養生材を配置しても良い。
【００２６】
そして、上述のように断熱部材１を取り外していく順序やタイミングは、図１に例示する方法（つまり、有限要素法を用いた脱枠手順解析方法）によって算出すると良い。以下、該脱枠手順解析方法について、図１に沿って説明する。
【００２７】
この脱枠手順解析方法を実施するに際し、まず、必要なデータを入力する（Ｓ１、Ｓ２参照）。具体的には、
・ コンクリートの調合に関するデータ
・ コンクリート部材の寸法に関するデータ
・ 配筋についてのデータ
・ 施工方法に関するデータ
・ 外部温度環境に関するデータ
・ 目標脱枠日数Ｄｒに関するデータ
・ 拘束条件に関するデータ
・ 熱伝達率条件（型枠の材質、厚み、枚数など）に関するデータ
などを入力する。
【００２８】
次に、入力されたデータに基づいて温度解析ステップを実施し、有限要素法解析によってコンクリート部材内の温度Ｔ（ｔ）を解析する（Ｓ３参照）。続いて、解析した温度に基づいて有効材齢算出ステップを実施してコンクリートの有効材齢te（ｔ）を算出し（Ｓ４参照）、該有効材齢からコンクリートの材料特性（例えば、圧縮強度Ｆｃ（te）や静弾性係数Ｅ（te）や引張強度Ｆｔ（te）やクリープ特性φ（te））を予測する（Ｓ５参照）。また、前記温度Ｔ（ｔ）と前記有効材齢te（ｔ）とに基づき自己収縮ひずみ量予測ステップを実施してコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測し（Ｓ６参照）、前記温度Ｔ（ｔ）に基づき温度ひずみ量予測ステップを実施してコンクリートの温度ひずみ量を予測する（Ｓ７参照）。そして、上述の材料特性や自己収縮ひずみ量や温度ひずみ量等に基づき応力解析ステップを実施してコンクリート部材内の温度応力σｔ（ｔ）を解析する（Ｓ８参照）。
【００２９】
そして、その解析結果に基づいて種々の評価を行う。具体的には、
(1) 内部拘束応力の評価を行って初期ひび割れ（つまり、部分脱枠を開始するまでに生じるひび割れ）の有無を予測し（Ｓ１０）、
(2) 初期ひび割れの発生が無いと予測される場合には、部分脱枠をしたとして熱伝達率（熱境界条件）の設定を変更して応力解析を順次行い、サーマルショックによるひび割れの有無を予測し（Ｓ１１）、
(3) 養生期間が所定の範囲内か否かの評価を行う（Ｓ１２）、
ようになっている。つまり、上記(1) では初期ひび割れ予測ステップを実施して、前記応力解析ステップＳ８で解析した応力σｔ（ｔ）に基づいて部分脱枠開始前に初期ひび割れが発生するか否かの予測をし、該初期ひび割れが発生しないと予測した場合には前記温度解析ステップＳ３、前記自己収縮ひずみ量予測ステップＳ６、前記温度ひずみ量予測ステップＳ７、前記材料特性予測ステップＳ５及び前記応力解析ステップＳ８を実施して断熱部材１を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測し（上記(2) の脱枠時ひび割れ予測ステップ）、上記(3) では養生期間判定ステップを実施して、超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定すると良い。
【００３０】
ところで、上述の温度解析ステップＳ３では次のようにして温度を解析すると良い。すなわち、コンクリート構造物の温度履歴Ｔ（ｔ）は下式（１）のように最終断熱温度上昇量Ｋと断熱温度上昇速度定数αの関数として表されるので、それらの値Ｋ、αから温度履歴Ｔ（ｔ）を算出することができる。これらの値Ｋ、αは下式（２）（３）のように単位セメント量Ｃやコンクリートの打設温度Ｔ０に応じて変化するが、これらの値Ｋ、αは実験により求めておくと良い。
【数１】
【００３１】
また、上述の自己収縮ひずみ量予測ステップＳ６では次のようにして自己収縮ひずみ量を予測すると良い。すなわち、自己収縮ひずみ量εasは、有効材齢teの関数εas＝ｆ４（te）で与えられることとなるので、
・ 温度解析ステップＳ３にて求めた温度履歴Ｔ（ｔ）より有効材齢te (t)を求め、
・ 所定の関係式 εas＝ｆ４（te）
から各要素の自己収縮ひずみ量εasを予測すると良い。
【００３２】
さらに、上述の温度ひずみ量予測ステップＳ７では、
・ 温度解析ステップＳ３にて求めた温度履歴Ｔ（ｔ）と、
・ 所定の関係式 εT＝ｆ５（Ｔ（ｔ））と
から各要素の温度ひずみ量εTを予測すると良い。
【００３３】
また、各要素の圧縮強度Ｆｃは、有効材齢te (t)の関数Ｆｃ（te）＝ｆ６（te）で与えられることとなるので、
・ 温度解析ステップＳ３にて求めた温度履歴Ｔ（ｔ）と、
・ 所定の関係式 Ｆｃ（te）＝ｆ６（te）と
から算出するようにすると良い。さらに、各要素の静弾性係数Ｅ（te）は、
・ 上述のようにして求めた圧縮強度Ｆｃ（te）と、
・ 所定の関係式 Ｅ（te）＝ｆ８（Ｆｃ（te））と
から算出するようにすると良い。また、クリープによる応力緩和を考慮するクリープ係数φ(te)は、
・上述のようにして求めた有効材齢te、圧縮強度Ｆｃ、静弾性係数Ｅ等と、
・所定の関係式 φ(te)＝f(te、Fc(te)、E(te))
とから算出するようにすると良い。
さらに、各要素の引張強度Ｆｔ（te）は、
・ 上述のようにして求めた圧縮強度Ｆｃ（te）と、
・ 所定の関係式 Ｆｔ（te）＝ｆ７（Ｆｃ（te））と
から算出するようにすると良い。
【００３４】
応力解析は、検討する期間を微小区間に区分し、自由ひずみ(すなわち自己収縮ひずみと温度ひずみの合計)および材料特性の経時変化ならびに拘束条件下でのクリープによる応力緩和を考慮した逐次計算により行う。以下に手順を説明する。はじめに、各微小区間において、自由ひずみの増分(すなわち自己収縮ひずみの増分と温度ひずみの増分の合計)を算出する。次に、このようにして求めた自由ひずみ増分に対してあらかじめ設定した拘束条件の中で、解析対象時点およびそれ以前のすべての微小区間で定まる弾性係数やクリープ係数を用い、かつそれぞれの微小区間で決定されるクリープの進展による応力緩和を考慮したつりあい条件より、解析対象時点における拘束応力を算出する。ひび割れの照査は、前述のようにして求めた引張強度と応力解析結果を比較することにより行う。
【００３５】
図３は、上述の応力解析ステップＳ８の解析結果を示す図であって、鉄筋コンクリート部材内の応力分布曲線（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を示す応力分布図であり、図４は、該応力解析ステップＳ８の解析結果（つまり、中心部分のコンクリートの応力変化、表面部分のコンクリートの応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化）を経時的に示す図である。なお、図３の横軸には、コンクリート部材の中心線（図２(a) (b) の符号４参照）からの距離［ｍｍ］を取り（該中心線から右方向を正、左方向を負とした）、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取った。また、図４の横軸には材齢［日］を取り、縦軸には引張応力［Ｎ／ｍｍ２］を取った。これらの解析結果によれば、コンクリートに作用する応力は引張強度を超えておらず、ひび割れは発生しないと予想されるが、本発明者らが解析のときと同じ条件で実際に養生を行ったところ、初期ひび割れもサーマルショックひび割れも発生せず、解析の精度が良いことを確認した。
【実施例１】
【００３６】
本発明の一実施例について図５等を参照して説明する。
【００３７】
図５は、上述の脱枠手順解析方法を実施するための装置（脱枠手順解析装置）の構成の一例を示すブロック図である。図中の符号２１は、図１のＳ１〜Ｓ８に従って温度応力を解析する応力解析手段を示し、符号２２は、型枠を部分撤去するまでに初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測手段を示し、符号２３は、前記初期ひび割れ予測手段２２がひび割れ発生無しと予測した場合に断熱型枠の熱伝達率を変更する熱伝達率変更手段を示し、符号２４は、サーマルショックによるひび割れの有無を予測する脱枠時ひび割れ予測手段を示し、符号２５は、全ての断熱部材が取り外されたか否かを確認する脱枠確認手段を示し、符号２６は、断熱型枠構築から型枠完全撤去までに必要な期間（養生期間）を算出する養生条件算出手段を示し、符号２７は、脱枠の手順や養生期間を一時的に記憶する脱枠方法メモリー手段を示し、符号２８は、該脱枠方法メモリー手段２７に保存されている種々のデータから適正なデータを抽出する適正データ抽出手段を示す。
【００３８】
以下、上述の装置を用いた解析方法の一例について説明する。
【００３９】
まず、応力解析手段２１に種々のデータを入力すると（図１のＳ１、Ｓ２）、該応力解析手段２１は図１のＳ３〜Ｓ８の各ステップを実行して温度応力を解析する。次に、初期ひび割れ予測手段２２が初期ひび割れの有無を予測し（図１のＳ１０）、初期ひび割れの発生が無いと予測される場合には、部分脱枠をしたとして熱伝達率経時変化の設定を熱伝達率変更手段２３が変更する（図１のＳ９）。そして、前記応力解析手段２１が温度応力解析を行い（図１のＳ３〜Ｓ８）、該解析結果に基づき、部分脱枠時にサーマルショックによるひび割れが発生するかの予測を前記脱枠時ひび割れ予測手段２４が行う（図１のＳ１１）。その部分脱枠の際にひび割れが生じないと予測される場合には、さらなる部分脱枠をしたとして熱伝達率経時変化の設定を熱伝達率変更手段２３が変更する（図１のＳ９）。そして、上述と同様に、前記応力解析手段２１が温度応力の解析を行い（図１のＳ３〜Ｓ８）、前記脱枠時ひび割れ予測手段２４が、サーマルショックによるひび割れの有無を予測する（図１のＳ１１）。このような解析は全ての断熱部材が取り外されるまで何度も行うが、全ての断熱型枠が脱枠されたかどうかの判断は前記脱枠確認手段２５が行い、全ての脱枠が完了したと判断した場合には、前記養生条件算出手段２６が養生期間を算出し、前記脱枠方法メモリー手段２７が、脱枠の手順や養生期間を一時的に記憶する。断熱型枠が多数の断熱部材にて構成されている場合、断熱部材を取り外す順序や枚数には何通りものパターンがあるので、上述のような解析を各パターンについて行って、脱枠の手順や養生期間を前記脱枠方法メモリー手段２７に一括保存しておき、前記適正データ抽出手段２８によって適正なデータを抽出するようにすると良い。例えば、養生期間が一番短くなるような脱枠パターンのデータ（脱枠手順や養生期間）を該適正データ抽出手段２８によって抽出し、そのデータに従って実際の脱枠を行うと良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明に係る脱枠手順解析方法の一例を示すフローチャート図である。
【図２】図２(a) (b) は、断熱型枠の構成の一例をそれぞれ示す断面図である。
【図３】図３は、図１中に示す応力解析ステップＳ８の解析結果を示す図であって、コンクリート部材内の応力分布曲線（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を示す応力分布図である。
【図４】図４は、前記応力解析ステップＳ８の解析結果を経時的に示す図である。
【図５】図５は、脱枠手順解析方法を実施するための装置（脱枠手順解析装置）の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６(a) は、コンクリート部材内の応力分布を模式的に示す応力分布図であり、図６(b)は、中心部分のコンクリートに作用する応力変化、表面部分のコンクリートに作用する応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化を経時的に示す模式図である。
【図７】図７(a) は、適正範囲内の厚みの断熱型枠を用いた場合のコンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であり、図７(b) は、中心部分のコンクリートに作用する応力変化、表面部分のコンクリートに作用する応力変化、コンクリート表面部分の応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化を経時的に示す模式図である。
【図８】図８(a) は、適正範囲内の厚みの断熱型枠を用いた場合のコンクリート部材内の応力分布（材齢１日目、３日目、７日目、１４日目のもの）を模式的に示す応力分布図であり、図８(b) は、中心部分のコンクリートに作用する応力変化、表面部分のコンクリートに作用する応力変化、並びに該中心部分と該表面部分との間の中間部分における応力変化を経時的に示す模式図である。
【図９】図９(a) は、断熱型枠の厚みが厚い場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図であり、図９(b)は、断熱型枠が薄い場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図であり、図９(c) は、断熱型枠の厚みが適正な場合のコンクリート部材各部の温度変化を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 断熱部材
２ 断熱型枠
３ 超高強度コンクリート
１２ 断熱型枠
Ｓ３ 温度解析ステップ
Ｓ４ 有効材齢算出ステップ
Ｓ５ 材料特性予測ステップ
Ｓ６ 自己収縮ひずみ量予測ステップ
Ｓ７ 温度ひずみ量予測ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高強度コンクリートを打設する工程と、
熱伝達率を変更可能な養生材で、前記打設された超高強度コンクリートの表面を覆う工程と、
該超高強度コンクリートを養生している際に、前記養生材の熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなる超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項２】
互いに重なるように複数の断熱部材を積層させて前記養生材としての断熱型枠を構築する工程と、
該構築した断熱型枠に超高強度コンクリートを打設する工程と、
該超高強度コンクリートを養生している際に、前記重なるように積層された複数の断熱部材を順次取り外して前記熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなる請求項１に記載の超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項３】
前記断熱部材を取り外していく順序やタイミングは、有限要素法を用いた脱枠手順解析方法により算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項４】
前記脱枠手順解析方法は、コンクリートの温度を解析する温度解析ステップと、コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップと、前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップと、前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップと、コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップと、これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップと、該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップと、初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ、前記温度ひずみ量予測ステップ、前記材料特性予測ステップ及び前記応力解析ステップを実施して断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップと、超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップと、を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項５】
複数の断熱部材を積層させて構築した断熱型枠を用いて超高強度コンクリートを養生する場合の断熱部材を取り外す順序やタイミングを解析する脱枠手順解析方法において、
コンクリートの温度を解析する温度解析ステップと、
コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップと、
前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップと、
前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップと、
コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップと、
これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップと、
該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップと、
初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ、前記温度ひずみ量予測ステップ、前記材料特性予測ステップ及び前記応力解析ステップを実施して、断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップと、
超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップと、
を有することを特徴とする脱枠手順解析方法。
【請求項１】
超高強度コンクリートを打設する工程と、
熱伝達率を変更可能な養生材で、前記打設された超高強度コンクリートの表面を覆う工程と、
該超高強度コンクリートを養生している際に、前記養生材の熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなる超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項２】
互いに重なるように複数の断熱部材を積層させて前記養生材としての断熱型枠を構築する工程と、
該構築した断熱型枠に超高強度コンクリートを打設する工程と、
該超高強度コンクリートを養生している際に、前記重なるように積層された複数の断熱部材を順次取り外して前記熱伝達率を段階的に変化させる工程と、
からなる請求項１に記載の超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項３】
前記断熱部材を取り外していく順序やタイミングは、有限要素法を用いた脱枠手順解析方法により算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項４】
前記脱枠手順解析方法は、コンクリートの温度を解析する温度解析ステップと、コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップと、前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップと、前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップと、コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップと、これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップと、該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップと、初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ、前記温度ひずみ量予測ステップ、前記材料特性予測ステップ及び前記応力解析ステップを実施して断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップと、超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップと、を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の超高強度コンクリート部材の製造方法。
【請求項５】
複数の断熱部材を積層させて構築した断熱型枠を用いて超高強度コンクリートを養生する場合の断熱部材を取り外す順序やタイミングを解析する脱枠手順解析方法において、
コンクリートの温度を解析する温度解析ステップと、
コンクリートの有効材齢を算出する有効材齢算出ステップと、
前記温度及び前記有効材齢からコンクリートの自己収縮ひずみ量を予測する自己収縮ひずみ量予測ステップと、
前記温度からコンクリートの温度ひずみ量を予測する温度ひずみ量予測ステップと、
コンクリートの材料特性を予測する材料特性予測ステップと、
これらの自己収縮ひずみ量、温度ひずみ量及び材料特性から応力を解析する応力解析ステップと、
該解析した応力に基づいて脱枠前に初期ひび割れが発生するか否かを予測する初期ひび割れ予測ステップと、
初期ひび割れが発生しないと予測した場合に前記温度解析ステップ、前記自己収縮ひずみ量予測ステップ、前記温度ひずみ量予測ステップ、前記材料特性予測ステップ及び前記応力解析ステップを実施して、断熱部材を取り外した際にひび割れが発生するか否かを予測する脱枠時ひび割れ予測ステップと、
超高強度コンクリートの打設から脱枠までの養生期間を判定する養生期間判定ステップと、
を有することを特徴とする脱枠手順解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−５２２６８（Ｐ２００９−５２２６８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９３９３（Ｐ２００７−２１９３９３）
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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