膨張性超速硬繊維補強コンクリート
コンクリート工学研究室
岩城 一郎
1
膨張性超速硬繊維補強コンクリートとは?
• 首都高速道路における種々の制約条件,
要求性能に合致した床版補強材料および
工法の開発
• 共同研究体制
-
材料開発:太平洋セメント㈱
工法開発:㈱NIPPOコーポレーション
実機(製造装置)の改良:小野田ケミコ㈱
性能評価:日本大学工学部
施工性の評価:首都高速道路㈱
2
研究の背景
• 首都高速道路:供用後30年以上
経過した橋梁が急増(延長の約4割)
• 重交通下における鋼製橋脚・
図・写真:首都高速道路㈱HPより
床版の疲労劣化が社会問題
• 首都高における床版補強対策:
交通規制を必要としない床版
下面より実施(桁増設,鋼板接着,
炭素繊維シート接着)
→補強効果?→再劣化の報告
• 路面上からの補強(床版上面増厚)
か,打換えの選択を迫られている.
3
従来の床版上面増厚工法
• 大型重機による硬練りコンクリートの強制振動
• 通行止めあるいは昼夜間の車線規制下による
連続作業
NIPPOコーポレーションHPより
4
首都高速道路と東北自動車道の違い
• 首都高:昼間の車線規制,夜間の通行止めに
よる工事が許されない.→夜間(21時~6時)の
一車線規制下での緊急作業のみ許可
• 首都高:連続した高架橋(路線延長の約82%)
⇔東北道:土工部と単発の橋梁
• 首都高:画一的な条件がほとんどない
(縦横断線形,分合流,床版・舗装の状態等)
→プレキャスト部材がなじまない.
5
首都高における床版上面増厚の課題
1.夜間の一車線規制下における緊急工事
・ 近隣住民に配慮した振動・騒音対策
・ 大型重機の使用不可
2.連続した高架橋
・ 施工前後でレベルを一致→増厚厚さ40mm
従 来
都市内高速道路
3.プレキャスト不向き
・ 生コンベース
→硬化時間の制約
施工後
施工前
施工後
80
防水層
防水層
床版切削(10mm)
床版切削(10mm)
既設床版
既設床版
増厚床版
既設床版
6
既設床版
30
20
50
増厚床版
アスファルト
舗装
アスファルト
表層
アスファルト
アスファルト
基層
舗装
40
アスファルト
舗装
60
80
20
施工前
床版が抱える共通の課題
• ひび割れからの水および有害物質(例えば塩化
物)の侵入による疲労耐久性の低下(すり磨き,
土砂化,鋼材腐食)
→新旧コンクリートの一体化と増厚コンクリートの
ひび割れ制御対策が不可欠
床版上面
(土砂化)
床版下面
(鋼材腐食)
7
開発の基本コンセプト
• 一夜間の緊急施工→超速硬コンクリートの使用
• 低振動・低騒音対策→コンクリートのワーカビリ
ティーの向上と,高周波バイブレータを搭載した
軽量・小型のフィニッシャによる締固め
• 増厚厚さ40mm→Gmax=13mm,最適配合設計
• ひび割れ制御対策→繊維の使用と超速硬
セメントと相性の良い膨張材の使用
• 膨張性超速硬繊維補強コンクリートの開発
• 簡易フィニッシャの開発
8
本材料・工法の要求性能
• フレッシュ性状:スランプ5-15cmとし,可使時間30
分以上を確保
• 強度特性:交通開放時(材齢3時間)の圧縮強度
24MPa以上,同 新旧コンクリート界面の付着強度
1MPa以上
• 膨張収縮特性:初期の自己収縮を顕著に抑制し,
1週間後も膨張側に移行しないことを目安
• 騒音:振動締固め時の騒音を従来工法と比較し,
顕著に低減(最低80dB以下を目安)
• 疲労耐久性:輪荷重走行試験による疲労耐久性を,
無補強供試体に対して少なくとも10倍以上確保す
ることを目安
9
主な試験項目
室内試験
• スランプの経時変化
• 圧縮強度試験
• 付着強度試験
• 膨張収縮試験
• 曲げ試験(無筋,RC)
• 押抜きせん断試験(RC)
実機試験
• スランプの経時変化,圧縮強度試験,付着強度試験,
膨張収縮試験
• 施工性試験(騒音測定含む)
• 輪荷重走行試験
10
使用材料および配合
使用材料
記号
物性値
---
水
上水道水
W
セメント
超速硬セメント
C
密度:3.01g/cm3, 比表面積:4690cm2/g
膨張材
早強性膨張材
EX
密度:3.19g/cm3, 比表面積:4520cm2/g
細骨材
陸砂
S
表乾密度:2.61g/cm3,絶乾密度:2.57 g/cm3,吸水率:1.66%,単位容
積質量:1.70kg/lit.,実積率:66.2%,粗粒率:2.88,微粒分量:1.38%
粗骨材
硬質砂岩砕石
(JIS 6号砕石)
G
最大寸法13mm,表乾密度:2.63g/cm3,絶乾密度:2.60 g/cm3,吸水
率:1.01%,単位容積質量:1.51kg/lit.,実積率:58.1%,粗粒率:6.31
繊維
鋼繊維
SF
繊維長:30mm, 繊維径:0.62mm,密度:7.85g/cm3
高性能減水剤
SP
ポリカルボン酸エーテル系化合物,
密度:1.04~1.06 g/cm3
凝結遅延剤
JS
ジェットセッター(専用品)
混和剤
W /B
(%)
SF100
SF80
V F15
N onF
40.5
s/a
(%)
W
C
412
412
55 175
412
412
U nit C ontent(kg/m 3)
Ex S G Fiber SP
20 935 808 100 10.34
20 938 811 80 10.34
20 937 810 15 10.34
20 954 825 0 10.34
JS
6.48
6.48
6.48
6.4811
スランプの経時変化
25
S F100
S F80
V F15
N onF
スランプ (cm )
20
15
10
5
0
0
10
20
30 40 50 60
経過時間 (m in)
70
80
90
12
圧縮強度試験
3時間
7日
28日 90
80
90
80
60
2
f' c (N/mm )
50
40
30
20
10
No.1
No.2
Ave.
70
60
2
f'c (N /m m )
70
20℃一定恒温室内での実験結果
50
40
30
20
要求圧縮強度
10
0
0
SF100
SF80
VF15
N onF
0
24
48
72 96 120
材齢 (hour)
144
• 冬期は,養生マットによる給熱養生が必要
13
168
付着強度試験
100mm
超速硬繊維補強
コンクリート
1.5
変位計:容量25mm,精度1/1000mm
1.0
ロ-ドセル
センターホール
型ジャッキ
:容量30kN
データロガ-
1
0.5
2
要求付着強度
油圧式加圧機
0.0
SF100
SF80
VF15
N onF
N o.3
N o.2
N o.1
N o.4
N o.3
N o.2
N o.1
N o.4
N o.3
N o.2
N o.1
N o.2
ユニバーサルジョイント
N o.1
ft(
N /m m 2)
既設コンクリート
40mm
2.0
40mm
2.5
供
試
体
14
テンションバー
膨張収縮試験
200
200
Ex20-SF100
Ex0-SF100
Ex20-SF100
Ex0-NonF
Ex0-SF100
Ex0-N onF
100
0
TY PE
始発時間 終結時間
Ex20-SF100 44分
60分
Ex0-SF100
57分
66分
Ex0-N onF
63分
73分
0
-100
ひずみ (μ)
ひずみ(μ)
100
-100
気中養生
-200
-300
-200
-400
-300
0
6
12
18
注水からの材齢(時間)
24
-500
0
5
10
15
20
25
注水からの材齢 (日)
30
35
• 鋼繊維および膨張材による収縮拘束・収縮補償
効果が顕著に現れている.
15
40
曲げ試験(JIS)
12
25
20
15
10
5
0
0
2
6
4
Displacement (mm)
8
10
8
6
4
2
0
SF100
SF80
VF15
SF100
SF80
VF15
12
2
Load (kN)
30
2
35
10
曲げ強度 (N/mm )
SF100-No.1
SF100-No.2
SF100-No.3
SF80-No.1
SF80-No.2
SF80-No.3
VF15-No.1
VF15-No.2
VF15-No.3
曲げ靱性係数 (N/mm )
40
10
8
6
4
2
0
• 繊維の混入により優れたじん性を付与
16
曲げ試験(RCはり)
TYPE
160 40
SFRC-Ex
G max W/B
( mm) ( %)
13 37.5
BASE
3
W
185
Unit Content(kg/m )
Ex
S
G
SF
20
824 760 100
C
473
SFRC-Ex
D16
50
s/a
( %)
52.5
50 75
1900
SP
6.41
JS
7.89
30
80
70
荷重 (kN)
60
50
40
30
Over Lay-0
20
Over Lay-40
10
Over Lay-60
0
0
10
20
30
40
50
中央変位 (mm)
60
70
80
17
押抜きせん断試験
700
Over Lay-0
荷重 (kN)
600
Over Lay-40
500
Over Lay-60
400
300
200
100
0
• 増厚による耐力の増加,変形性
能の低下
0
5
10
15
20
中央変位 (mm)
25
18
30
実機試験
• [email protected](8℃, 55%R.H.)
Unit Weight (kg/m3)
W/B
(%)
s/a
(%)
Air
(%)
SP
(B×%)
JS
(B×%)
W
C
EX
37.5
52.5
3.0
0.7
0.9
185
473
20
S
G
SF
824 760 100
19
試験結果
150
ひずみ(μ)
スランプ(
cm )
20
15
100
50
10
0
0
2
4
6
5
8 10 12 14 16 18 20 22 24
時間
150
0
10
20
30
時間(
分)
40
50
60
ひずみ(μ)
0
100
50
• 3時間圧縮強度:31.9N/mm2
• 3時間付着強度:1.13N/mm2
• 騒音測定結果(5m離):オフレール方式 0
87dB→本工法70-73dB(5m)
0
24
48
72
96
時間
120
144
20
168
輪荷重走行試験(大阪大学にて)
3000
160
・h-i
6-7・i
・h-i
5・h-i
6-7・h
0-1´・i
2-3・i
4-5・i
´・h-i
3・h-i
4-5・h
0-1・i
2-3・h
H3
1・h-i
0-1´・h
2000
0-1・h
0・g-h
5
H1
7
6
0・e-f
H2
4
8
0・c-d
:ひずみゲージ(コンクリート表面)
:ひずみゲージ(下側主鉄筋)
(単位:mm)
表-10
図-13 供試体概要図
輪荷重走行試験載荷プログラム
供試体
137.2kN
走行回数(回)
117.6kN 147kN 176.4kN
205.8kN
無補強 RC 床版
-
400,000
180,000
74,600
-
膨張性超速硬繊維補強コンクリート
上面増厚補強床版
50,000(注 1
200,000
400,000
400,000
447,400
(注 1 上面増厚補強施工前の荷重走行回数
21
床版中央活荷重たわみ(mm,98kN換算)
輪荷重走行試験結果の一例
2.5
無補強RC床版
上面増厚補強床版
2.0
1.5
1.0
0.5
上面増厚補強後
上面増厚補強前
0.0
100
101
N eq  Pi / Po  ni
m
102
103
104
105
106
107
等価繰返し荷重走行回数(×104回,98kN換算)
22
まとめと今後の課題
都市内高速道路に適用するための種々の条件
• 材料面:フレッシュ性能,力学性能に関する照査
• 施工面:低振動・低騒音施工を可能にする締固め装置
• 都市内高速道路において適用可能な床版上面増厚
材料・工法の開発
• 疲労耐久性に関する機構解明(輪荷重走行試験の
データ蓄積)
• 製造・施工の合理化・効率化(配合選定,リスク回避)
• 首都高上での実施工試験に向けた準備
23
ダウンロード

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