鋼床版補修用コンクリート複合材
【課題】鋼床版舗装におけるコンクリートのひび割れを分散させ、コンクリート中に含まれる潜在水硬性によってひび割れ部に水硬性水和物を有効に充填することができ、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体及び酸素・二酸化炭素などの気体の侵入を防ぐことができる、いわゆるひび割れ自己修復機能有する、鋼床版補修用コンクリート複合材提供する。
【解決手段】鋼床版補修用コンクリート複合材は、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を、汎用コンクリート用細骨材の一部と代替して含む繊維補強超速硬コンクリートにＦＲＰ格子材が配置されている。
【解決手段】鋼床版補修用コンクリート複合材は、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を、汎用コンクリート用細骨材の一部と代替して含む繊維補強超速硬コンクリートにＦＲＰ格子材が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼床版補修用コンクリート複合材に関し、特に、鋼床版の疲労亀裂補強に用いられる自己修復機能を有する鋼床版補修用コンクリート複合材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重交通下におけるグースアスファルト舗装を施された鋼床版では、グースアスファルトの剛性が小さいので鋼床版上面の部材変形により、Ｕリブなどの部材に面外変形や面内応力が発生し、この面外挙動が原因となって鋼床版下面とＵリブなどの部材接合部において疲労亀裂が生じやすく、特にこの現象は、グースアスファルトが軟化し剛性が低下する夏期において顕著となる。
したがって、補強プレートの設置工事などの応急補修を頻繁に行わないと、グースアスファルト舗装を施された鋼床版は供用に支障を来たすことが明らかになってきた。
しかも、補強プレートの設置工事などの応急補修は、その工事の都度に夜間通行止めか片側車線規制などの交通規制を行う必要があり、幹線道路では交通渋滞を招くため、恒久対策工法の確立が必要となっている。
【０００３】
恒久対策工法として、鋼床版上面厚さの増加、疲労設計を配慮した溶接仕上げの精度向上、及び繊維補強コンクリートによる鋼床版との一体化などが挙げられる。
しかしながら、鋼床版上面厚さの増加、及び疲労設計を配慮した溶接仕上げの精度向上などの対策は、鋼床版上面の下にＵリブ材が溶接されている鋼床版において、供用下にあっては採用が不可能である。
【０００４】
一方、繊維補強コンクリートによる鋼床版との一体化は、グースアスファルトに替えて剛性が大きくまた変形抑制効果が大きいコンクリートを、鋼床版上面に接着剤及びジベルにより一体化させるものであり、供用下にある鋼床版において適用できる効果的な補修工法といえる。
ただし、供用下にある鋼床版は交通渋滞を避けるために、補修工事に要する時間の制約を受けることとなる。
そのため、通常のコンクリートに比べて格段に硬化速度の早い超速硬コンクリートを、同様に硬化速度が早い樹脂系の接着剤と組み合わせて用いる必要がある。
【０００５】
繊維補強超速硬コンクリートによる鋼床版の補強効果は、鋼床版とグースアスファルトに替えて打込まれる繊維補強超速硬コンクリートが、接着剤及びジベルによって一体化されることによって初めて補強効果が発揮される。
ジベルは鋼床版上面に溶接されたボルト状の突起物であり、その突起物形状によるせん断抵抗力、及び繊維補強超速硬コンクリートの付着強度により一体化が図られるものである。
したがって、その補強効果はジベルの溶接強度、及び、繊維補強超速硬コンクリートとの付着強度に依存する。
【０００６】
ジベルの溶接強度は、自動溶接システムにより担保される。また、繊維補強超速硬コンクリートの付着強度は、その圧縮強度と密接な関係があるため、繊維補強超速硬コンクリートが所定の圧縮強度を確保することにより担保される。
すなわち、ジベルによる一体化の補強効果は、上記の自動溶接システム、及び繊維補強超速硬コンクリートの圧縮強度の確保により、ほぼ安定したものが得られる。
【０００７】
また、接着剤による鋼床版と繊維補強超速硬コンクリートとの付着強度は、鋼床版の上面の状況、接着剤と繊維補強超速硬コンクリートとの材料特性の相互作用、あるいは温度や湿度などの環境条件の影響も極めて敏感に受けるため、事前に現場条件を再現した試験体等を使用して測定確認する必要がある。
そのため、本発明者らは「付着試験方法及びそれに用いる付着試験用用具」の特許出願を行った（特願２００５−１００７０５）。
【０００８】
このように、近年、繊維補強超速硬コンクリートによる鋼床版疲労亀裂の補強工法が確立されてきている。
しかしながら、繊維補強超速硬コンクリートは、舗装面として直接輪荷重を支持するので、その引張強度を上回る大きな応力が作用する。
また、繊維補強超速硬コンクリートは、材料及び配合面からコンクリートの体積変化を小さく抑えるような配慮がなされているが、実際は、その厚さが約７０ｍｍ程度と比較的薄く、接着剤及びジベルによって約１２ｍｍ程度の鋼床版と一体化されているので、わずかな体積変化が生じても拘束の程度が大きいだけに、体積変化に起因するひび割れが発生しやすい。
【０００９】
補強された繊維補強超速硬コンクリートにひび割れが発生すると、水などの液体、酸素・二酸化炭素など気体など鋼床版に腐食をもたらす因子の侵入を許すことになり、鋼床版の耐久性の低下を招く。
これを防ぐには、ひび割れ部を樹脂などで充填する必要があるが、供用下にある鋼床版において交通規制を行って前述のひび割れ充填などの補修を行う必要があるため、交通渋滞及びそれに伴う周辺環境の悪化などの市民生活への悪影響が避けがたい。
また、ひび割れ充填材の種類によってはそれ自体が収縮し、ひび割れ部を塞いでも、その近傍において新たなひび割れを誘発するおそれがある。
【００１０】
自己修復機能材料として、特開平９−８６９８３号公報には、骨材としてその少なくとも一部に未水和のセメントクリンカーを含むひび割れ自己修復性水和硬化物が、特開平１１−２１７２５１号公報には、セメント、骨材、水及び各種混和材を混練したコンクリートであって、該骨材に替えて、当該骨材と粒度分布がほぼ類似したクリンカーが含まれているコンクリートが開示されている。
更には、特開２００３−２６７７６５号公報には、水、セメント、骨材、膨張材を含むように配合され、打設後に硬化した時点において、セメントを含む粉体の未反応部分が残存するように構成したコンクリートが、特開２００３−２６４６０号公報には、セメント等の隙間充填用材料を、各種樹脂や植物性または動物性細胞膜等の割裂性材料にて被包した粒状体よりなる水和硬化体用混和材料が提案されている。
【００１１】
しかしながら、上記コンクリートは、鋼床版舗装のように直接輪荷重の繰り返しを受ける過酷な条件下においては、体積変化又は輪荷重の繰り返しによって発生するコンクリートのひび割れ幅を有効に制御することが困難であり、鋼床版舗装用のコンクリートとして用いても、前記した繊維補強超速硬コンクリートと同様に、ひび割れに対する自己修復機能を効果的に発揮することは困難である。
【特許文献１】特開平９−８６９８３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１７２５１号公報
【特許文献３】特開２００３−２６７７６５号公報
【特許文献４】特開２００３−２６４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、特に、鋼床版舗装におけるコンクリートのひび割れを分散させ、コンクリート中に含まれる潜在水硬性によってひび割れ部に水硬性水和物を有効に充填することができ、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体及び酸素・二酸化炭素などの気体の侵入を防ぐことができる、いわゆるひび割れ自己修復機能有する、鋼床版補修用コンクリート複合材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明では、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートとＦＲＰ格子材とが組み合わされた複合材からなることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材である。
【００１４】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、前記セメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材を、超速硬コンクリートに用いる汎用細骨材の一部と代替して用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明では、請求項２記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、超速硬コンクリート１ｍ３あたり６００〜１２００ｋｇ配合する汎用細骨材の１０〜４０質量％を上記セメント粗粉または高炉スラグ粗粉に、該汎用細骨材の２０〜７０質量％を上記高炉スラグ細骨材に代替することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明では、請求項１〜３いずれかの項に記載した鋼床版補修用コンクリート複合材において、繊維補強超速硬コンクリートに含まれる補強用繊維は、鋼繊維、ステンレス繊維、ガラス繊維、炭素繊維及び合成繊維の少なくとも１種類以上含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明では、請求項３又は４記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、更に、上記汎用細骨材の４〜８質量％を人工軽量骨材及び／又は吸水性ポリマーに代替することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明では、請求項１〜５いずれかの項記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、上記ＦＲＰ格子材は、格子状にＦＲＰ補強筋を有し、複合体内部に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の鋼床版補修用コンクリート複合材は、ＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートとが有するひび割れ分散効果、及び粗粉のセメントの長期にわたる水硬性または粗粉の高炉スラグの長期にわたる潜在水硬性、若しくは高炉スラグ細骨材などの潜在水硬性によって、舗装面として直接輪荷重を支持するため荷重による応力に起因するひび割れや、日射や乾燥収縮に影響を直接受けて体積変化に起因するひび割れ発生した場合でも、ひび割れ幅を極力小さく抑制して分散することができるため、ひび割れ部に水和物が充填され、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体、及び酸素・二酸化炭素など気体などの侵入を防ぎ、いわゆるひび割れ自己修復機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００２０】
特に、請求項５記載の鋼床版補修用コンクリート複合材は、上記効果に加えて、補修後に水の供給がない場合であっても、ひび割れ自己修復機能を発現することが可能である。
また、請求項６記載の鋼床版補修用コンクリート複合材は、上記効果に加えて、ひび割れ幅を微細な幅となるように有効に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を以下の好適例を挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。
鋼床版補修用コンクリート複合材は、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートにＦＲＰ格子材が配置されてなるものである。
【００２２】
このように、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む構成とすることにより、これらの潜在水硬性によって、ひび割れ部に水和物が充填され、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体、及び酸素・二酸化炭素など気体などの侵入を防ぎ、いわゆるひび割れ自己修復機能を十分に発揮させることができる。
また、ＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートとを組み合わせる構造であることで、ひび割れ幅を微細とし、ひび割れ分散効果を呈することができる。
【００２３】
以下、本発明の鋼床版補修用コンクリート複合材の好適例として、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートにＦＲＰ格子材が配置されてなる複合材について説明する。
【００２４】
本発明に用いるコンクリートに使用されるセメントとしては、現場での工期の短縮を図るため、超速硬セメントを用いる。
本発明に用いられる超速硬セメントは、密度２．９５〜３．０５ｇ／ｃｍ３の範囲のものであり、エトリンガイトの急速な生成を利用したもので、「１クリンカータイプ」と「２クリンカータイプ」に分類される。
「１クリンカータイプ」の超速硬セメントは、超速硬成分であるカルシウムアルミネートを１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２として、クリンカー中でエーライトと共存させ、これにII型無水石こうと少量の添加物を混合して製造される。
これに対して、「２クリンカータイプ」の超速硬セメントは、超速硬成分であるカルシウムアルミネートを単独で製造し、これにＪＩＳ Ｒ ５２１０規定されるポルトランドセメントと石こう・その他を適量混合したものである。
【００２５】
しかし、現場での工期の短縮を特に考慮する必要がない場合には、セメントの種類は特に限定されず、例えば、ＪＩＳ Ｒ ５２１０規定される普通、早強、中庸熱及び超早強硬等の各種ポルトランドセメント、これらの各種ポルトランドセメントに、フライアッシュを混合したフライアッシュセメント（ＪＩＳ Ｒ ５２１３に規定）及び高炉スラグなどを混合した高炉セメント（ＪＩＳ Ｒ ５２１１規定される）等の各種混合セメントを単独または２種以上で用いることもできる。
【００２６】
また、該セメントには、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定されたフライアッシュ、ＪＩＳ Ａ ６２０７に規定されたシリカヒューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、無水石膏などの公知の混和材を添加することができる。
【００２７】
本発明のコンクリートに配合される汎用細骨材としては、ＪＩＳ Ａ ５００５に規定された砕砂（石灰石起源を含む）、ＪＩＳ Ａ ５３０８ 附属書１に規定された川砂、海砂、山砂、３〜８号珪砂等の汎用細骨材を使用することができる。
その配合割合は、通常、コンクリート１ｍ３あたり６００〜１２００ｋｇ、好ましくは、７００〜９５０ｋｇとすることが望ましい。
【００２８】
本発明においては、密度３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３及びブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を、望ましくは、上記汎用細骨材の１０〜４０質量％、好ましくは１０〜２５質量％を上記セメント粗粉または高炉スラグ粗粉に、及び/又は、該汎用細骨材の２０〜７０質量％、望ましくは３５〜５５質量％を上記高炉スラグ細骨材に置換して用いる。
【００２９】
また、ここで、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉は平均粒径が５０μｍ程度であり、また、ブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉は平均粒径が２５μｍ程度であることが、本発明の効果を奏する上で更に望ましい。
本発明において平均粒径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて、０．９、１．４、１．９、２．８、３．９、５．５、７．８、１１．０、１６．０、２２．０、３１．０、４４．０、６２．０、８８．０、１２５．０、１７６．０、２５０．０、３５０．０、５００．０、７００．０μｍの各粒径における頻度を測定し、累計加積曲線を描き、累積頻度５０％の粒径として求めたものである。
また、ブレーン比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１の７．に規定されているブレーン空気透過装置を用いて測定した値である。
また、密度は３．１０〜３．３５ｇ／ｃｍ３の範囲であり、好ましくは３．１３〜３．２８ｇ／ｃｍ３である。
本件発明における密度とは真密度を意味し、その測定方法はＪＩＳ Ｒ ５２０１の１．に規定されているルシャテリエフラスコを用いた密度試験である。
【００３０】
このように、上記、密度は３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を配合することにより、補強された超速硬コンクリートにおいて荷重による応力、またはコンクリートの体積変化に起因するひび割れが発生しても、超速硬コンクリート中に含まれる粗粉のセメントの長期にわたる水硬性または粗粉の高炉スラグの長期にわたる潜在水硬性、若しくは高炉スラグ細骨材などの微弱な潜在水硬性によってひび割れ部に水和物が充填され、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体及び酸素・二酸化炭素などの気体の侵入を防ぐ、いわゆるひび割れ自己修復機能を有する補修用超速硬コンクリートを提供することができる。
【００３１】
更に、本発明においては、いわゆるひび割れの自己修復機能を有する材料に外部よりの水の供給がない場合、補修用超速硬コンクリートに予め含まれて水を供給する機能を有するように、上記汎用コ細骨材の２〜１０質量％、好ましくは４〜８質量％を、人工軽量骨材及び吸水性ポリマーに置換して配合する。
かかる人工軽量材としては、ＪＩＳ Ａ ５００２に規定される構造用軽量コンクリート骨材の種類のうち人工軽量骨材等が例示でき、また吸水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸、アクリル酸共重合体塩からなるポリマー、ポリビニルアルコール＋ポリアクリル酸塩、イソブチレン＋マレイン酸塩、デンプン＋ポリアクリル酸塩、架橋カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。
【００３２】
例えば、雨水等、外部よりの水の供給がほとんど期待できないダブルデッキ構造の橋梁形式の下段床版において、Ｓｅｌｆ‐Ｃｕｒｉｎｇ作用が期待できる人工軽量骨材及び吸水性ポリマーを、汎用コンクリート用細骨材の４〜８質量％を置換して使用するのがよい。上記のＳｅｌｆ‐Ｃｕｒｉｎｇ作用を期待する材料は、コンクリートの練り混ぜ時に水又は収縮低減剤を含む水溶液で飽和させるものとする。
ここで、収縮低減剤を含む水溶液によりＳｅｌｆ‐Ｃｕｒｉｎｇ作用を期待する材料を飽和させると、ひび割れ発生時の負圧により水溶液が水と同様にひび割れ面に供給され、自己修復機能を有する材料の水和を促進するだけでなく、収縮低減剤の有する収縮低減作用（毛細管力の低減）がひび割れ面に作用し、乾燥収縮によるひび割れ幅の増大を抑制する。
【００３３】
このように、人工軽量材や吸水性ポリマーを配合することで、ひび割れ発生後において、いわゆるひび割れの自己修復機能を有する材料に外部よりの水の供給がない場合であっても、補修用超速硬コンクリートに予め含まれて水を供給する人工軽量骨材及び吸水性ポリマーからの水を活用して自己修復機能を有効に実現させることができる。
【００３４】
また本発明に用いるコンクリートには、ＪＩＳ Ａ ５００５に規定された砕石、ＪＩＳ Ａ ５３０８ 附属書１に規定された川砂利、海砂利、山砂利、等の粗骨材や、ＪＩＳ Ａ ６２０２に規定された膨張材、乾燥収縮低減剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、ＪＩＳ Ａ ６２０５に規定された防錆剤、防凍剤、着色剤等の各種の添加剤を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することができる。
【００３５】
更に、本発明に用いるコンクリートには、補強繊維が含まれる。
このような繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、ガラス繊維、耐アルカリガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維等の合成繊維が例示でき、少なくとも１種以上を用いることができる。
長繊維としては、その長さは、３〜１２ｍｍが好ましく、繊維の長さが短くなるとひび割れ抑止効果が低下し、逆に長くなると水との混練性および施工性が悪化する。
特に好適には、例えば、鋼繊維では直径０．５ｍｍ程度、長さ２５〜６０ｍｍ、有機系繊維では直径数μｍ〜十数μｍのモノフィラメント状のものを１２０００本程度サイジング処理したものを好適に用いることができる。
かかる補強繊維を含むことにより、ひび割れ抵抗性が向上する材料になる。
【００３６】
本発明に用いるコンクリートは、上記材料を適量な水とを添加して混練するが、水は、セメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含有していなければ、水道水や地下水、河川水等の水を用いることができ、例えば、「ＪＩＳ Ａ ５３０８ 付属書９ レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合するものが好ましいが、混和剤に含まれる水を用いることも可能である。
当該水の量は、水／セメント質量比が、０．３〜０．６、好ましくは０．３５〜０．５５となるように添加調整することが、上記効果をより有効に発現させるために好ましい。
【００３７】
本発明に用いるコンクリートは、それぞれの材料を施工時に混合しても、予め一部を混合してもかまわないが、予め粉末成分を混合した材料と水とを混合することが、施工現場での計量手間や計量ミスをなくす点で好ましい。
粉末成分を予め混合する装置としては、均一に混合できるものであれば特に限定されず、既存の任意の装置を使用でき、例えば、ヘンシェルミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサーやナウターミキサー等が挙げられる。
【００３８】
本発明のＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートから成る複合体補強材において、ＦＲＰ格子材は繊維強化樹脂からなる補強筋の幅が好ましくは２〜３０ｍｍ、厚さが２〜３０ｍｍであり、互いに５〜３０ｃｍ離間して格子状に配列されているものである。
例えばＦＲＰ格子材は、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維をビニルエステル樹脂で固めた格子状の補強筋であって、φ７μｍの高強度炭素繊維（ヤング率２．４×１０５Ｎ／ｍｍ２程度）１２，０００本を１束として交互に積層し、格子筋１本当たり４２３本束ねたＦＲＰを、格子間隔を５０ｍｍ×５０ｍｍ〜１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲で用いるものが例示でき、好ましいものである。
かかるＦＲＰ格子材は、本発明の複合体の内部に設置され、例えば図１のように配置されることで、ひび割れ幅を０．１ｍｍ以下と微細になるように制御可能な補修用超速硬コンクリート複合体の実現が可能となる。
【００３９】
従って、ひび割れ幅が０．１ｍｍ以下と微細になるように制御可能な補修用超速硬コンクリートを、鋼床版と接着剤の付着力及び溶接されたスタッドジベルのせん断抵抗力により一体化し、鋼床版とＵリブ付け根から発生する疲労亀裂の進展を阻止し補強する鋼床版の補修用に適用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下に、本発明のＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートからなる鋼床版補修用コンクリート複合材について、実際に試験を行った例について、比較をしながら説明する。
最初に、図１に示すような鋼床版付き試験体を準備した。
模擬鋼板床版として、幅２００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×厚さ９ｍｍの実際の現場で使用される鋼板床板と同じものを準備し、ショットブラスト機（ＳＢ−１０００、株式会社フタミ製）で、鋼板表面にショットブラスト処理（鋼球：スチールショット（異形）、投射密度２５０ｋｇ／ｍ２）を行った。
【００４１】
また、模擬鋼床版と同一の素材で、鋼板床版の側面に沿って４枚の側板を設置し、ねじ込み式皿ボルトで、模擬鋼板床版と側板を固定した。
該鋼板の上面に表２に示す接着剤を１リットル／ｍ２の量で塗布し、その上に５０ｍｍ厚みで超速硬コンクリートを打設した。
【００４２】
ＦＲＰ補強筋が５０ｍｍ間隔で設けられているＦＲＰ格子材を、複合材の内部に設置する場合には、図１のように設置し、次いで試験体の表面仕上げを行い、ポリ塩化ビニリデンフィルム（クレラップ、呉羽化学工業株式会社製）で表面を覆い封緘養生を行った。
超速硬コンクリートには、鋼繊維を混入したもの（ＳＦ）と混入しないもの（プレーン）、またそれぞれの場合でＦＲＰ格子材を入れたもの（ＦＲＰ）と入れないものの合計４種類の試験体を作製・準備した（表１）。
【００４３】
【表１】
【００４４】
これらの試験体に使用した各材料を表２に示す。
また、超速硬コンクリートの配合を表３に示す。
更にコンクリート材料の基本性能結果も表４に示すが、圧縮強度及び弾性係数は三つの超速硬コンクリート供試体の平均で表す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３中、Ｗ／Ｃは水セメント比（質量％）、ｓ／ａは細骨材率（質量％）を示し、具体的には、コンクリート中の全骨材量に対する細骨材の絶対容積比を百分率で表した値である。スランプ値は「ＪＩＳＡ １１０１ コンクリートのスランプ試験方法」により測定した値である。
【００４８】
【表４】
【００４９】
（ひび割れ分散効果試験）
次いで、上記試験体を用いて、ひび割れ分散効果を試験する。
図２に示す鋼床版のリブ溶接部の負曲げ試験を模擬するため、図３に示すように、鋼床版を圧縮側に、コンクリートを引張り側になるように試験体をセットした。
載荷は、コンクリート打設７日後の各試験体を用いて、等曲げモーメント区間を有する静的２点曲げとし、大たわみが発生しないように、かつせん断破壊が先行しないようにスパンを定めた。
各試験体両サイドの荷重点に４箇所及び支持部に４箇所、合計８箇所に変位計（東京衡機製造所製の容量３００ｋＮの万能試験機）を取り付け、それぞれの平均値の差を算出し、荷重点の曲げモーメントによる変位（たわみ）とした。
【００５０】
得られた４種類の試験体の荷重−変位曲線を図４に示す。
かかる結果より、鋼繊維を混入することによって、引張側コンクリートにひび割れが発生した後も荷重の増加が認められ、さらにＦＲＰ格子材を挿入することでより大きな荷重の増加が認められた。
【００５１】
図５に各試験体のひび割れ状況の模式図を示す。
これよりＦＲＰ格子材が設置されてない場合（表１中の複合体１及び３）は、試験体中央部１個所にひび割れが発生し、当該ひび割れが成長したが、ＦＲＰ格子材が設置されている場合（表１中の複合体２及び４）は、ひび割れ発生個所が分散し、その間隔はＦＲＰ格子材のピッチ（５０ｍｍ）に相当した。
また、ＦＲＰ格子材と鋼繊維を含むコンクリート（表１中の複合材４）とを組み合わせることによって、変位が５０ｍｍという設計荷重を超えた載荷状況においてもひび割れの分散が図れ、しかもひび割れ幅が大幅に抑制されることが確認された。
その結果を表５に示す。
【００５２】
【表５】
【００５３】
（自己修復機能試験）
上記ひび割れ分散効果試験に用いた、ひび割れ分散効果が大きく、ひび割れ幅の抑制効果が得られたＦＲＰ格子材と鋼繊維補強超速硬コンクリートを組み合わせた複合材（表１中の複合材４）を用いて、鋼板を用いない以外は上記ひびわれ分散効果試験と同一寸法の試験体によって自己修復機能試験を実施した。
具体的には、表３に示す配合割合で配合されたコンクリート中の細骨材の２０質量％をセメント粗粉又は高炉スラグ粗粉に置換したコンクリート、セメント粗粉を細骨材に対して１０質量％及び高炉スラグ細骨材を細骨材に対して５０質量％置換したコンクリート、更には、これらのコンクリートの細骨材の５質量％を、収縮低減剤を含む水溶液（５０％質量濃度溶液）で飽和させた平均粒径が５ｍｍ以下の人工細骨材を配合したコンクリートと配合しないコンクリートとを用いて（表７）、鋼板を用いない以外は上記ひび割れ分散効果試験と同様にして、図１に示す試験体を新たに作製した。
これらのセメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材は、コンクリートに自己修復作用を付与するものである。
当該自己修復機能試験に使用した各材料を、表６に示す。
【００５４】
【表６】
【００５５】
また、比較対象として、自己修復機能を有する上記各材料を混入していない配合から成る試験体も作製した。
表７に示す７つの試験体を、図３と同様に載荷し、除荷後のひび割れ幅が０．１ｍｍ程度となるように、各試験体の側面及び底面を２箇所づつ金属箔のスペーサーによって保持した。
【００５６】
試験体の除荷後のひび割れが０．１ｍｍ程度となるように、上述のごとく金属箔のスペーサーによって保持した後、直ちに収縮低減剤を含む水溶液で飽和させた５ｍｍ以下の人工軽量骨材を含まない４種類の試験体を、２０℃での１ヶ月の水中浸漬の供し、ひび割れ部の閉塞状況を観測した。
一方、収縮低減剤を含む水溶液で飽和させた５ｍｍ以下の人工軽量骨材を含む３種類の試験体は、温度２０℃、湿度７０％の恒温恒湿室に１ヶ月静置し、ひび割れ部の閉塞状況を観測した。それらの結果を表７に示す。
【００５７】
【表７】
【００５８】
７種類の試験体におけるひび割れ部の閉塞状況は、表７に示すとおり、上記比較試験体を除いて、ひび割れ部は水和物によって充填されていた。
すなわち、セメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材材料を配合した場合には、ひび割れの自己修復機能が有効に発現されたことが確認できるとともに、外部よりの水の供給がない場合であっても、補修用超速硬コンクリートに予め含まれて水を供給する人工軽量骨材を使用することで、ひび割れの自己修復機能が有効に発現できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の複合材は、ひび割れの発生を分散することができ、更には、自己修復機能により、水和物が該ひび割れに充填されるため、重交通下におけるグースアスファルト舗装を施された鋼床版の補修に、特に夏季に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る鋼床版付き補修用コンクリート複合材の形状・寸法を模式的に表した図である。
【図２】重交通下における載荷状況を模式的に表した図である。
【図３】図２の載荷状況におけるリブ溶接部の負曲げを模擬するための試験体セッティング図である。
【図４】各試験体の荷重と変位との関係を示す曲線図である。
【図５】各試験体のひび割れ状況の模式図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼床版補修用コンクリート複合材に関し、特に、鋼床版の疲労亀裂補強に用いられる自己修復機能を有する鋼床版補修用コンクリート複合材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重交通下におけるグースアスファルト舗装を施された鋼床版では、グースアスファルトの剛性が小さいので鋼床版上面の部材変形により、Ｕリブなどの部材に面外変形や面内応力が発生し、この面外挙動が原因となって鋼床版下面とＵリブなどの部材接合部において疲労亀裂が生じやすく、特にこの現象は、グースアスファルトが軟化し剛性が低下する夏期において顕著となる。
したがって、補強プレートの設置工事などの応急補修を頻繁に行わないと、グースアスファルト舗装を施された鋼床版は供用に支障を来たすことが明らかになってきた。
しかも、補強プレートの設置工事などの応急補修は、その工事の都度に夜間通行止めか片側車線規制などの交通規制を行う必要があり、幹線道路では交通渋滞を招くため、恒久対策工法の確立が必要となっている。
【０００３】
恒久対策工法として、鋼床版上面厚さの増加、疲労設計を配慮した溶接仕上げの精度向上、及び繊維補強コンクリートによる鋼床版との一体化などが挙げられる。
しかしながら、鋼床版上面厚さの増加、及び疲労設計を配慮した溶接仕上げの精度向上などの対策は、鋼床版上面の下にＵリブ材が溶接されている鋼床版において、供用下にあっては採用が不可能である。
【０００４】
一方、繊維補強コンクリートによる鋼床版との一体化は、グースアスファルトに替えて剛性が大きくまた変形抑制効果が大きいコンクリートを、鋼床版上面に接着剤及びジベルにより一体化させるものであり、供用下にある鋼床版において適用できる効果的な補修工法といえる。
ただし、供用下にある鋼床版は交通渋滞を避けるために、補修工事に要する時間の制約を受けることとなる。
そのため、通常のコンクリートに比べて格段に硬化速度の早い超速硬コンクリートを、同様に硬化速度が早い樹脂系の接着剤と組み合わせて用いる必要がある。
【０００５】
繊維補強超速硬コンクリートによる鋼床版の補強効果は、鋼床版とグースアスファルトに替えて打込まれる繊維補強超速硬コンクリートが、接着剤及びジベルによって一体化されることによって初めて補強効果が発揮される。
ジベルは鋼床版上面に溶接されたボルト状の突起物であり、その突起物形状によるせん断抵抗力、及び繊維補強超速硬コンクリートの付着強度により一体化が図られるものである。
したがって、その補強効果はジベルの溶接強度、及び、繊維補強超速硬コンクリートとの付着強度に依存する。
【０００６】
ジベルの溶接強度は、自動溶接システムにより担保される。また、繊維補強超速硬コンクリートの付着強度は、その圧縮強度と密接な関係があるため、繊維補強超速硬コンクリートが所定の圧縮強度を確保することにより担保される。
すなわち、ジベルによる一体化の補強効果は、上記の自動溶接システム、及び繊維補強超速硬コンクリートの圧縮強度の確保により、ほぼ安定したものが得られる。
【０００７】
また、接着剤による鋼床版と繊維補強超速硬コンクリートとの付着強度は、鋼床版の上面の状況、接着剤と繊維補強超速硬コンクリートとの材料特性の相互作用、あるいは温度や湿度などの環境条件の影響も極めて敏感に受けるため、事前に現場条件を再現した試験体等を使用して測定確認する必要がある。
そのため、本発明者らは「付着試験方法及びそれに用いる付着試験用用具」の特許出願を行った（特願２００５−１００７０５）。
【０００８】
このように、近年、繊維補強超速硬コンクリートによる鋼床版疲労亀裂の補強工法が確立されてきている。
しかしながら、繊維補強超速硬コンクリートは、舗装面として直接輪荷重を支持するので、その引張強度を上回る大きな応力が作用する。
また、繊維補強超速硬コンクリートは、材料及び配合面からコンクリートの体積変化を小さく抑えるような配慮がなされているが、実際は、その厚さが約７０ｍｍ程度と比較的薄く、接着剤及びジベルによって約１２ｍｍ程度の鋼床版と一体化されているので、わずかな体積変化が生じても拘束の程度が大きいだけに、体積変化に起因するひび割れが発生しやすい。
【０００９】
補強された繊維補強超速硬コンクリートにひび割れが発生すると、水などの液体、酸素・二酸化炭素など気体など鋼床版に腐食をもたらす因子の侵入を許すことになり、鋼床版の耐久性の低下を招く。
これを防ぐには、ひび割れ部を樹脂などで充填する必要があるが、供用下にある鋼床版において交通規制を行って前述のひび割れ充填などの補修を行う必要があるため、交通渋滞及びそれに伴う周辺環境の悪化などの市民生活への悪影響が避けがたい。
また、ひび割れ充填材の種類によってはそれ自体が収縮し、ひび割れ部を塞いでも、その近傍において新たなひび割れを誘発するおそれがある。
【００１０】
自己修復機能材料として、特開平９−８６９８３号公報には、骨材としてその少なくとも一部に未水和のセメントクリンカーを含むひび割れ自己修復性水和硬化物が、特開平１１−２１７２５１号公報には、セメント、骨材、水及び各種混和材を混練したコンクリートであって、該骨材に替えて、当該骨材と粒度分布がほぼ類似したクリンカーが含まれているコンクリートが開示されている。
更には、特開２００３−２６７７６５号公報には、水、セメント、骨材、膨張材を含むように配合され、打設後に硬化した時点において、セメントを含む粉体の未反応部分が残存するように構成したコンクリートが、特開２００３−２６４６０号公報には、セメント等の隙間充填用材料を、各種樹脂や植物性または動物性細胞膜等の割裂性材料にて被包した粒状体よりなる水和硬化体用混和材料が提案されている。
【００１１】
しかしながら、上記コンクリートは、鋼床版舗装のように直接輪荷重の繰り返しを受ける過酷な条件下においては、体積変化又は輪荷重の繰り返しによって発生するコンクリートのひび割れ幅を有効に制御することが困難であり、鋼床版舗装用のコンクリートとして用いても、前記した繊維補強超速硬コンクリートと同様に、ひび割れに対する自己修復機能を効果的に発揮することは困難である。
【特許文献１】特開平９−８６９８３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１７２５１号公報
【特許文献３】特開２００３−２６７７６５号公報
【特許文献４】特開２００３−２６４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、特に、鋼床版舗装におけるコンクリートのひび割れを分散させ、コンクリート中に含まれる潜在水硬性によってひび割れ部に水硬性水和物を有効に充填することができ、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体及び酸素・二酸化炭素などの気体の侵入を防ぐことができる、いわゆるひび割れ自己修復機能有する、鋼床版補修用コンクリート複合材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明では、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートとＦＲＰ格子材とが組み合わされた複合材からなることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材である。
【００１４】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、前記セメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材を、超速硬コンクリートに用いる汎用細骨材の一部と代替して用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明では、請求項２記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、超速硬コンクリート１ｍ３あたり６００〜１２００ｋｇ配合する汎用細骨材の１０〜４０質量％を上記セメント粗粉または高炉スラグ粗粉に、該汎用細骨材の２０〜７０質量％を上記高炉スラグ細骨材に代替することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明では、請求項１〜３いずれかの項に記載した鋼床版補修用コンクリート複合材において、繊維補強超速硬コンクリートに含まれる補強用繊維は、鋼繊維、ステンレス繊維、ガラス繊維、炭素繊維及び合成繊維の少なくとも１種類以上含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明では、請求項３又は４記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、更に、上記汎用細骨材の４〜８質量％を人工軽量骨材及び／又は吸水性ポリマーに代替することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明では、請求項１〜５いずれかの項記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、上記ＦＲＰ格子材は、格子状にＦＲＰ補強筋を有し、複合体内部に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の鋼床版補修用コンクリート複合材は、ＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートとが有するひび割れ分散効果、及び粗粉のセメントの長期にわたる水硬性または粗粉の高炉スラグの長期にわたる潜在水硬性、若しくは高炉スラグ細骨材などの潜在水硬性によって、舗装面として直接輪荷重を支持するため荷重による応力に起因するひび割れや、日射や乾燥収縮に影響を直接受けて体積変化に起因するひび割れ発生した場合でも、ひび割れ幅を極力小さく抑制して分散することができるため、ひび割れ部に水和物が充填され、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体、及び酸素・二酸化炭素など気体などの侵入を防ぎ、いわゆるひび割れ自己修復機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００２０】
特に、請求項５記載の鋼床版補修用コンクリート複合材は、上記効果に加えて、補修後に水の供給がない場合であっても、ひび割れ自己修復機能を発現することが可能である。
また、請求項６記載の鋼床版補修用コンクリート複合材は、上記効果に加えて、ひび割れ幅を微細な幅となるように有効に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を以下の好適例を挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。
鋼床版補修用コンクリート複合材は、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートにＦＲＰ格子材が配置されてなるものである。
【００２２】
このように、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む構成とすることにより、これらの潜在水硬性によって、ひび割れ部に水和物が充填され、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体、及び酸素・二酸化炭素など気体などの侵入を防ぎ、いわゆるひび割れ自己修復機能を十分に発揮させることができる。
また、ＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートとを組み合わせる構造であることで、ひび割れ幅を微細とし、ひび割れ分散効果を呈することができる。
【００２３】
以下、本発明の鋼床版補修用コンクリート複合材の好適例として、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートにＦＲＰ格子材が配置されてなる複合材について説明する。
【００２４】
本発明に用いるコンクリートに使用されるセメントとしては、現場での工期の短縮を図るため、超速硬セメントを用いる。
本発明に用いられる超速硬セメントは、密度２．９５〜３．０５ｇ／ｃｍ３の範囲のものであり、エトリンガイトの急速な生成を利用したもので、「１クリンカータイプ」と「２クリンカータイプ」に分類される。
「１クリンカータイプ」の超速硬セメントは、超速硬成分であるカルシウムアルミネートを１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２として、クリンカー中でエーライトと共存させ、これにII型無水石こうと少量の添加物を混合して製造される。
これに対して、「２クリンカータイプ」の超速硬セメントは、超速硬成分であるカルシウムアルミネートを単独で製造し、これにＪＩＳ Ｒ ５２１０規定されるポルトランドセメントと石こう・その他を適量混合したものである。
【００２５】
しかし、現場での工期の短縮を特に考慮する必要がない場合には、セメントの種類は特に限定されず、例えば、ＪＩＳ Ｒ ５２１０規定される普通、早強、中庸熱及び超早強硬等の各種ポルトランドセメント、これらの各種ポルトランドセメントに、フライアッシュを混合したフライアッシュセメント（ＪＩＳ Ｒ ５２１３に規定）及び高炉スラグなどを混合した高炉セメント（ＪＩＳ Ｒ ５２１１規定される）等の各種混合セメントを単独または２種以上で用いることもできる。
【００２６】
また、該セメントには、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定されたフライアッシュ、ＪＩＳ Ａ ６２０７に規定されたシリカヒューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、無水石膏などの公知の混和材を添加することができる。
【００２７】
本発明のコンクリートに配合される汎用細骨材としては、ＪＩＳ Ａ ５００５に規定された砕砂（石灰石起源を含む）、ＪＩＳ Ａ ５３０８ 附属書１に規定された川砂、海砂、山砂、３〜８号珪砂等の汎用細骨材を使用することができる。
その配合割合は、通常、コンクリート１ｍ３あたり６００〜１２００ｋｇ、好ましくは、７００〜９５０ｋｇとすることが望ましい。
【００２８】
本発明においては、密度３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３及びブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を、望ましくは、上記汎用細骨材の１０〜４０質量％、好ましくは１０〜２５質量％を上記セメント粗粉または高炉スラグ粗粉に、及び/又は、該汎用細骨材の２０〜７０質量％、望ましくは３５〜５５質量％を上記高炉スラグ細骨材に置換して用いる。
【００２９】
また、ここで、密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉は平均粒径が５０μｍ程度であり、また、ブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉は平均粒径が２５μｍ程度であることが、本発明の効果を奏する上で更に望ましい。
本発明において平均粒径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて、０．９、１．４、１．９、２．８、３．９、５．５、７．８、１１．０、１６．０、２２．０、３１．０、４４．０、６２．０、８８．０、１２５．０、１７６．０、２５０．０、３５０．０、５００．０、７００．０μｍの各粒径における頻度を測定し、累計加積曲線を描き、累積頻度５０％の粒径として求めたものである。
また、ブレーン比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１の７．に規定されているブレーン空気透過装置を用いて測定した値である。
また、密度は３．１０〜３．３５ｇ／ｃｍ３の範囲であり、好ましくは３．１３〜３．２８ｇ／ｃｍ３である。
本件発明における密度とは真密度を意味し、その測定方法はＪＩＳ Ｒ ５２０１の１．に規定されているルシャテリエフラスコを用いた密度試験である。
【００３０】
このように、上記、密度は３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を配合することにより、補強された超速硬コンクリートにおいて荷重による応力、またはコンクリートの体積変化に起因するひび割れが発生しても、超速硬コンクリート中に含まれる粗粉のセメントの長期にわたる水硬性または粗粉の高炉スラグの長期にわたる潜在水硬性、若しくは高炉スラグ細骨材などの微弱な潜在水硬性によってひび割れ部に水和物が充填され、鋼床版に腐食をもたらす水などの液体及び酸素・二酸化炭素などの気体の侵入を防ぐ、いわゆるひび割れ自己修復機能を有する補修用超速硬コンクリートを提供することができる。
【００３１】
更に、本発明においては、いわゆるひび割れの自己修復機能を有する材料に外部よりの水の供給がない場合、補修用超速硬コンクリートに予め含まれて水を供給する機能を有するように、上記汎用コ細骨材の２〜１０質量％、好ましくは４〜８質量％を、人工軽量骨材及び吸水性ポリマーに置換して配合する。
かかる人工軽量材としては、ＪＩＳ Ａ ５００２に規定される構造用軽量コンクリート骨材の種類のうち人工軽量骨材等が例示でき、また吸水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸、アクリル酸共重合体塩からなるポリマー、ポリビニルアルコール＋ポリアクリル酸塩、イソブチレン＋マレイン酸塩、デンプン＋ポリアクリル酸塩、架橋カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。
【００３２】
例えば、雨水等、外部よりの水の供給がほとんど期待できないダブルデッキ構造の橋梁形式の下段床版において、Ｓｅｌｆ‐Ｃｕｒｉｎｇ作用が期待できる人工軽量骨材及び吸水性ポリマーを、汎用コンクリート用細骨材の４〜８質量％を置換して使用するのがよい。上記のＳｅｌｆ‐Ｃｕｒｉｎｇ作用を期待する材料は、コンクリートの練り混ぜ時に水又は収縮低減剤を含む水溶液で飽和させるものとする。
ここで、収縮低減剤を含む水溶液によりＳｅｌｆ‐Ｃｕｒｉｎｇ作用を期待する材料を飽和させると、ひび割れ発生時の負圧により水溶液が水と同様にひび割れ面に供給され、自己修復機能を有する材料の水和を促進するだけでなく、収縮低減剤の有する収縮低減作用（毛細管力の低減）がひび割れ面に作用し、乾燥収縮によるひび割れ幅の増大を抑制する。
【００３３】
このように、人工軽量材や吸水性ポリマーを配合することで、ひび割れ発生後において、いわゆるひび割れの自己修復機能を有する材料に外部よりの水の供給がない場合であっても、補修用超速硬コンクリートに予め含まれて水を供給する人工軽量骨材及び吸水性ポリマーからの水を活用して自己修復機能を有効に実現させることができる。
【００３４】
また本発明に用いるコンクリートには、ＪＩＳ Ａ ５００５に規定された砕石、ＪＩＳ Ａ ５３０８ 附属書１に規定された川砂利、海砂利、山砂利、等の粗骨材や、ＪＩＳ Ａ ６２０２に規定された膨張材、乾燥収縮低減剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、ＪＩＳ Ａ ６２０５に規定された防錆剤、防凍剤、着色剤等の各種の添加剤を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することができる。
【００３５】
更に、本発明に用いるコンクリートには、補強繊維が含まれる。
このような繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、ガラス繊維、耐アルカリガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維等の合成繊維が例示でき、少なくとも１種以上を用いることができる。
長繊維としては、その長さは、３〜１２ｍｍが好ましく、繊維の長さが短くなるとひび割れ抑止効果が低下し、逆に長くなると水との混練性および施工性が悪化する。
特に好適には、例えば、鋼繊維では直径０．５ｍｍ程度、長さ２５〜６０ｍｍ、有機系繊維では直径数μｍ〜十数μｍのモノフィラメント状のものを１２０００本程度サイジング処理したものを好適に用いることができる。
かかる補強繊維を含むことにより、ひび割れ抵抗性が向上する材料になる。
【００３６】
本発明に用いるコンクリートは、上記材料を適量な水とを添加して混練するが、水は、セメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含有していなければ、水道水や地下水、河川水等の水を用いることができ、例えば、「ＪＩＳ Ａ ５３０８ 付属書９ レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合するものが好ましいが、混和剤に含まれる水を用いることも可能である。
当該水の量は、水／セメント質量比が、０．３〜０．６、好ましくは０．３５〜０．５５となるように添加調整することが、上記効果をより有効に発現させるために好ましい。
【００３７】
本発明に用いるコンクリートは、それぞれの材料を施工時に混合しても、予め一部を混合してもかまわないが、予め粉末成分を混合した材料と水とを混合することが、施工現場での計量手間や計量ミスをなくす点で好ましい。
粉末成分を予め混合する装置としては、均一に混合できるものであれば特に限定されず、既存の任意の装置を使用でき、例えば、ヘンシェルミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサーやナウターミキサー等が挙げられる。
【００３８】
本発明のＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートから成る複合体補強材において、ＦＲＰ格子材は繊維強化樹脂からなる補強筋の幅が好ましくは２〜３０ｍｍ、厚さが２〜３０ｍｍであり、互いに５〜３０ｃｍ離間して格子状に配列されているものである。
例えばＦＲＰ格子材は、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維をビニルエステル樹脂で固めた格子状の補強筋であって、φ７μｍの高強度炭素繊維（ヤング率２．４×１０５Ｎ／ｍｍ２程度）１２，０００本を１束として交互に積層し、格子筋１本当たり４２３本束ねたＦＲＰを、格子間隔を５０ｍｍ×５０ｍｍ〜１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲で用いるものが例示でき、好ましいものである。
かかるＦＲＰ格子材は、本発明の複合体の内部に設置され、例えば図１のように配置されることで、ひび割れ幅を０．１ｍｍ以下と微細になるように制御可能な補修用超速硬コンクリート複合体の実現が可能となる。
【００３９】
従って、ひび割れ幅が０．１ｍｍ以下と微細になるように制御可能な補修用超速硬コンクリートを、鋼床版と接着剤の付着力及び溶接されたスタッドジベルのせん断抵抗力により一体化し、鋼床版とＵリブ付け根から発生する疲労亀裂の進展を阻止し補強する鋼床版の補修用に適用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下に、本発明のＦＲＰ格子材と繊維補強超速硬コンクリートからなる鋼床版補修用コンクリート複合材について、実際に試験を行った例について、比較をしながら説明する。
最初に、図１に示すような鋼床版付き試験体を準備した。
模擬鋼板床版として、幅２００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×厚さ９ｍｍの実際の現場で使用される鋼板床板と同じものを準備し、ショットブラスト機（ＳＢ−１０００、株式会社フタミ製）で、鋼板表面にショットブラスト処理（鋼球：スチールショット（異形）、投射密度２５０ｋｇ／ｍ２）を行った。
【００４１】
また、模擬鋼床版と同一の素材で、鋼板床版の側面に沿って４枚の側板を設置し、ねじ込み式皿ボルトで、模擬鋼板床版と側板を固定した。
該鋼板の上面に表２に示す接着剤を１リットル／ｍ２の量で塗布し、その上に５０ｍｍ厚みで超速硬コンクリートを打設した。
【００４２】
ＦＲＰ補強筋が５０ｍｍ間隔で設けられているＦＲＰ格子材を、複合材の内部に設置する場合には、図１のように設置し、次いで試験体の表面仕上げを行い、ポリ塩化ビニリデンフィルム（クレラップ、呉羽化学工業株式会社製）で表面を覆い封緘養生を行った。
超速硬コンクリートには、鋼繊維を混入したもの（ＳＦ）と混入しないもの（プレーン）、またそれぞれの場合でＦＲＰ格子材を入れたもの（ＦＲＰ）と入れないものの合計４種類の試験体を作製・準備した（表１）。
【００４３】
【表１】
【００４４】
これらの試験体に使用した各材料を表２に示す。
また、超速硬コンクリートの配合を表３に示す。
更にコンクリート材料の基本性能結果も表４に示すが、圧縮強度及び弾性係数は三つの超速硬コンクリート供試体の平均で表す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３中、Ｗ／Ｃは水セメント比（質量％）、ｓ／ａは細骨材率（質量％）を示し、具体的には、コンクリート中の全骨材量に対する細骨材の絶対容積比を百分率で表した値である。スランプ値は「ＪＩＳＡ １１０１ コンクリートのスランプ試験方法」により測定した値である。
【００４８】
【表４】
【００４９】
（ひび割れ分散効果試験）
次いで、上記試験体を用いて、ひび割れ分散効果を試験する。
図２に示す鋼床版のリブ溶接部の負曲げ試験を模擬するため、図３に示すように、鋼床版を圧縮側に、コンクリートを引張り側になるように試験体をセットした。
載荷は、コンクリート打設７日後の各試験体を用いて、等曲げモーメント区間を有する静的２点曲げとし、大たわみが発生しないように、かつせん断破壊が先行しないようにスパンを定めた。
各試験体両サイドの荷重点に４箇所及び支持部に４箇所、合計８箇所に変位計（東京衡機製造所製の容量３００ｋＮの万能試験機）を取り付け、それぞれの平均値の差を算出し、荷重点の曲げモーメントによる変位（たわみ）とした。
【００５０】
得られた４種類の試験体の荷重−変位曲線を図４に示す。
かかる結果より、鋼繊維を混入することによって、引張側コンクリートにひび割れが発生した後も荷重の増加が認められ、さらにＦＲＰ格子材を挿入することでより大きな荷重の増加が認められた。
【００５１】
図５に各試験体のひび割れ状況の模式図を示す。
これよりＦＲＰ格子材が設置されてない場合（表１中の複合体１及び３）は、試験体中央部１個所にひび割れが発生し、当該ひび割れが成長したが、ＦＲＰ格子材が設置されている場合（表１中の複合体２及び４）は、ひび割れ発生個所が分散し、その間隔はＦＲＰ格子材のピッチ（５０ｍｍ）に相当した。
また、ＦＲＰ格子材と鋼繊維を含むコンクリート（表１中の複合材４）とを組み合わせることによって、変位が５０ｍｍという設計荷重を超えた載荷状況においてもひび割れの分散が図れ、しかもひび割れ幅が大幅に抑制されることが確認された。
その結果を表５に示す。
【００５２】
【表５】
【００５３】
（自己修復機能試験）
上記ひび割れ分散効果試験に用いた、ひび割れ分散効果が大きく、ひび割れ幅の抑制効果が得られたＦＲＰ格子材と鋼繊維補強超速硬コンクリートを組み合わせた複合材（表１中の複合材４）を用いて、鋼板を用いない以外は上記ひびわれ分散効果試験と同一寸法の試験体によって自己修復機能試験を実施した。
具体的には、表３に示す配合割合で配合されたコンクリート中の細骨材の２０質量％をセメント粗粉又は高炉スラグ粗粉に置換したコンクリート、セメント粗粉を細骨材に対して１０質量％及び高炉スラグ細骨材を細骨材に対して５０質量％置換したコンクリート、更には、これらのコンクリートの細骨材の５質量％を、収縮低減剤を含む水溶液（５０％質量濃度溶液）で飽和させた平均粒径が５ｍｍ以下の人工細骨材を配合したコンクリートと配合しないコンクリートとを用いて（表７）、鋼板を用いない以外は上記ひび割れ分散効果試験と同様にして、図１に示す試験体を新たに作製した。
これらのセメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材は、コンクリートに自己修復作用を付与するものである。
当該自己修復機能試験に使用した各材料を、表６に示す。
【００５４】
【表６】
【００５５】
また、比較対象として、自己修復機能を有する上記各材料を混入していない配合から成る試験体も作製した。
表７に示す７つの試験体を、図３と同様に載荷し、除荷後のひび割れ幅が０．１ｍｍ程度となるように、各試験体の側面及び底面を２箇所づつ金属箔のスペーサーによって保持した。
【００５６】
試験体の除荷後のひび割れが０．１ｍｍ程度となるように、上述のごとく金属箔のスペーサーによって保持した後、直ちに収縮低減剤を含む水溶液で飽和させた５ｍｍ以下の人工軽量骨材を含まない４種類の試験体を、２０℃での１ヶ月の水中浸漬の供し、ひび割れ部の閉塞状況を観測した。
一方、収縮低減剤を含む水溶液で飽和させた５ｍｍ以下の人工軽量骨材を含む３種類の試験体は、温度２０℃、湿度７０％の恒温恒湿室に１ヶ月静置し、ひび割れ部の閉塞状況を観測した。それらの結果を表７に示す。
【００５７】
【表７】
【００５８】
７種類の試験体におけるひび割れ部の閉塞状況は、表７に示すとおり、上記比較試験体を除いて、ひび割れ部は水和物によって充填されていた。
すなわち、セメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材材料を配合した場合には、ひび割れの自己修復機能が有効に発現されたことが確認できるとともに、外部よりの水の供給がない場合であっても、補修用超速硬コンクリートに予め含まれて水を供給する人工軽量骨材を使用することで、ひび割れの自己修復機能が有効に発現できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の複合材は、ひび割れの発生を分散することができ、更には、自己修復機能により、水和物が該ひび割れに充填されるため、重交通下におけるグースアスファルト舗装を施された鋼床版の補修に、特に夏季に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る鋼床版付き補修用コンクリート複合材の形状・寸法を模式的に表した図である。
【図２】重交通下における載荷状況を模式的に表した図である。
【図３】図２の載荷状況におけるリブ溶接部の負曲げを模擬するための試験体セッティング図である。
【図４】各試験体の荷重と変位との関係を示す曲線図である。
【図５】各試験体のひび割れ状況の模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートとＦＲＰ格子材とを組み合わせた複合材からなることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項２】
請求項１記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、前記セメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材を、超速硬コンクリートに用いる汎用細骨材の一部と代替して用いることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項３】
請求項２記載の鋼床版補修用複合材において、超速硬コンクリート１ｍ３あたり６００〜１２００ｋｇ配合する汎用細骨材の１０〜４０質量％を、上記セメント粗粉または高炉スラグ粗粉に、該汎用コンクリート用細骨材の２０〜７０質量％を上記高炉スラグ細骨材に代替することを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかの項に記載した鋼床版補修用複合材において、繊維補強超速硬コンクリートに含まれる補強用繊維は、鋼繊維、ステンレス繊維、ガラス繊維、炭素繊維及び合成繊維の少なくとも１種類以上含むことを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項５】
請求項３又は４記載の鋼床版補修用複合材において、更に、上記汎用細骨材の４〜８質量％を人工軽量骨材及び／又は吸水性ポリマーに代替することを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかの項記載の鋼床版補修用複合材において、上記ＦＲＰ格子材は、格子状にＦＲＰ補強筋を有し、複合体内部に配置されることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項１】
密度が３．１０〜３．２５ｇ／ｃｍ３であってブレーン比表面積が５００〜２０００ｇ／ｃｍ２のセメント粗粉及び／又はブレーン比表面積が５００〜３０００ｇ／ｃｍ２の高炉スラグ粗粉及び／又はＪＩＳ Ａ ５０１１に規定される粒度が５ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材を含む繊維補強超速硬コンクリートとＦＲＰ格子材とを組み合わせた複合材からなることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項２】
請求項１記載の鋼床版補修用コンクリート複合材において、前記セメント粗粉、高炉スラグ粗粉及び高炉スラグ細骨材を、超速硬コンクリートに用いる汎用細骨材の一部と代替して用いることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項３】
請求項２記載の鋼床版補修用複合材において、超速硬コンクリート１ｍ３あたり６００〜１２００ｋｇ配合する汎用細骨材の１０〜４０質量％を、上記セメント粗粉または高炉スラグ粗粉に、該汎用コンクリート用細骨材の２０〜７０質量％を上記高炉スラグ細骨材に代替することを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかの項に記載した鋼床版補修用複合材において、繊維補強超速硬コンクリートに含まれる補強用繊維は、鋼繊維、ステンレス繊維、ガラス繊維、炭素繊維及び合成繊維の少なくとも１種類以上含むことを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項５】
請求項３又は４記載の鋼床版補修用複合材において、更に、上記汎用細骨材の４〜８質量％を人工軽量骨材及び／又は吸水性ポリマーに代替することを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかの項記載の鋼床版補修用複合材において、上記ＦＲＰ格子材は、格子状にＦＲＰ補強筋を有し、複合体内部に配置されることを特徴とする、鋼床版補修用コンクリート複合材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１６２４１７（Ｐ２００７−１６２４１７Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６３１４８（Ｐ２００５−３６３１４８）
【出願日】平成１７年１２月１６日（２００５．１２．１６）
【出願人】（０００１８１３５４）鹿島道路株式会社 (46)
【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１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１６日（２００５．１２．１６）
【出願人】（０００１８１３５４）鹿島道路株式会社 (46)
【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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