都市内高速道路において適用可能な床版

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
ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸ｴｰﾃﾙ系化合物,
密度：1.04～1.06 g/cm3
凝結遅延剤
JS
ｼﾞｪｯﾄｾｯﾀｰ（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
• 平成19年1月17日@神戸(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

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