発電所の耐震補強壁における 乾燥収縮ひび割れ対策の試み 平成２２年６月 長岡高専 岩波 基 報告内容 ・舞鶴発電所の工事概要 ①事前予測解析 ②試験計画 ③要素試験（室内試験） ④モデル試験（現場試験） ⑤実施工予測解析 ⑥対策工の選定 ⑦実施工開始 位置図 工事費（契約）の特徴 z 極めて厳しい予算 z 数量精算なし →要求品質を満足すれば数量減でも 減額されることはない。 →要求品質を満足するために数量が 増えても増額されることがない。 ・構造やコンクリート配合を変更ができない 対策をすべきかの選択 対策工（検討）を実施しても増額はない。 →頑張っても予算を悪化させるだけの可能性がある。 →ｺﾝｸﾘｰﾄがひび割れるのは当たり前、余計な検討で お金を使わなくてよい（施主の意見）。 ［施工者の意見］ ・予算悪化は認めない（補修費＞検討費＋対策費）。 ・いいものを造るために、出来る限りのことをしたい。 検討開始の決定 対象工事の概要 z サイロ増設に伴う既設サイロ架台の耐震対策 （増し壁）←改正建築基準法への適合 z 増し壁厚・・・200～500mm（増設壁含む） z 外壁は大規模・・・Ｈ9.3m×Ｌ37m×t250mm 工事概要 4,000 16,000 300 250 500 37,000 Type1：既設壁に拘束される箇所（h=9.3m） Type2：既設壁＋柱に拘束される箇所（h=7.2m） Type3：既設柱に拘束される箇所（h=7.2m） 500 増し壁の構造例（外壁） 増設壁 既設壁 ２５０ ３００ 鉄筋 D16@250 スタッドジベル D13xL200@1000 増し壁のコンクリート配合 ｺﾝｸﾘｰﾄ の種類 呼び 強度 普通 24 粗骨材の スランプ 最大寸法 (mm) 20 種 (cm) 15 3 単位量(kg/m ) 水 W 180 剤 セメント Ｃ 267 混和材※1 Ｆ 67 細骨材 S 758 剤 Ｗ/ Ｃ＋Ｆ (%) 54 減水剤 粗骨材 G 混和剤※２ Ａ 977 3.34 1.67 検討フロー ①事前予測解析 ②試験計画 ③要素試験（室内試験） ④モデル試験（現場試験） ⑤実施工予測解析 ⑥対策工の選定 ⑦実施工開始 ①事前予測解析 z 温度応力解析・・・ＡSTEA-ＭACS z 乾燥収縮の考慮 ①事前予測解析モデル１ z 外壁（増し打ち）・・・300+250（増し厚） 平 面 図 1 2 3 2 4 5 6 4000 4000 500 500 11200 500 D 4200 C 1 4000 4800 5200 14800 6800 4200 500 TYPE1 B 4800 A 250 500 600 1 200 500 600 500 500 37000 5400 500 600 8000 9000 35800 2 8000 5400 600 500 ①事前予測解析モデル２ ・・・300+500（増し厚） 平 面 図 1 2 3 2 4 5 6 500 500 11200 500 4000 4000 TYPE2 500 D 4200 C 1 4000 4800 5200 14800 6800 4200 B 4800 A 250 1 200 500 500 600 500 500 600 z 内壁（増し打ち） 37000 5400 500 600 8000 9000 35800 2 8000 5400 500 600 ①事前予測解析モデル３ z 内壁（増設）・・・500 平 面 図 1 2 3 2 4 5 6 TYPE3 500 500 11200 500 4000 4000 D 4200 C 1 4000 4800 5200 14800 6800 4200 500 4800 B A 250 500 600 1 200 500 500 600 500 37000 5400 500 600 8000 9000 35800 2 8000 5400 500 600 ①事前予測解析結果 z モデル 最高温度 （℃） 最小指数 乾燥無視 乾燥考慮 １ 32.0～35.8 2.36 0.61 ２ 40.1～43.4 0.67 0.29 ３ 41.1～44.8 3.19 0.74 乾燥収縮を考慮するといづれもひび割れ発生の可能 性が高い ①事前予測解析 ひび割れ指数分布（モデル１） 1.09 ④ﾘﾌﾄ ③ﾘﾌﾄ 1.11 0.83 ②ﾘﾌﾄ 0.61 ①ﾘﾌﾄ 既設 ひび割れ発生確率が高く、貫通ひび割れの可能性もある 施工上の課題 大規模な増設壁 1.既設壁・柱の拘束作用によるひび割れ発生 →機能障害：耐久性・美観 2.フライアッシュ（Ⅱ種）の収縮特性が不明確 →事前に把握する必要あり（文献により見解が 分かれる） ①事前予測解析のまとめと ②試験計画の基本方針 乾燥ひび割れの発生が避けられない 対策案 1.膨張材・混和剤などの添加 2.表面養生剤などの塗布 3.施工方法の工夫（湿潤養生など） 実験的アプローチ 1.実際に使用するコンクリート特性の把握 2.対策案効果の定量化 ②試験計画（試験項目） （室内試験） z 圧縮強度試験 z 割裂引張強度試験 z 長さ変化試験 ～ 基本物性試験 ～ 収縮ひずみ測定 z 質量変化測定 ～ 水分減少率測定 （現場試験） z ひび割れ抑制効果確認試験 ～ モデル試験 (添加剤2種類＋塗布材3種類) ②試験計画（室内試験） 圧縮強度・静弾性係数 割裂引張強度試験 コンクリートの種類 試験材齢 長さ変化試験 普通，膨張剤添加，混和剤添加 ３日，７日，２８日 ２８日まで毎日測定 ②試験計画 z ひび割れ対策リスト（効果確認） 添加材料系 材料種別 材料名称 説明 混和材 デンカ パワーCSAタイプS 収縮量補填の膨張材 混和剤 ポゾリスNo.100R 遅延効果によるひび割れ抑制効果 養生剤(被覆系) バーティキュア (パラフィン系)被覆保護膜による乾 燥防止 養生剤(含浸系) クラックセイバー 保水効果の高い含浸系保護剤 補修・保護材 アドバンテージ工法 クラックの補修を兼ねた保護材 塗布系 ②試験計画 概略試験工程 z モデル試験第1リフト 2月1日打設 z 基本物性試験用供試体作成 z モデル試験第2リフト 3月5日打設 z 追加基本物性試験用供試体作成 z 計測・管理 ： 3月5日～5月7日 ③要素試験 室内試験状況 ④モデル試験 現場試験 モデル１ z 添加剤系（無対策・膨張剤・混和剤） → ひずみ発生状況観察 ④モデル試験 状況 ④モデル試験 現場試験 モデル２ z 塗布剤系（無対策・塗布３種） →経過観察 ③要素試験 結果 ③要素試験 圧縮強度試験結果 平均圧縮強度（N/mm2） ３日 ７日 ２８日 標準 標準養生 10.2 21.4 31.6 膨張剤 標準養生 17.8 24.8 35.4 混和剤 標準養生 15.2 23.4 33.9 ③要素試験 圧縮強度試験結果 40 35 NH 25 2 圧縮強度（N/mm ） 30 BH 20 ■ ： 膨張材 PH ● ： 遅延剤 BH NH 15 PH 10 ◆ ： 無対策 5 0 0 5 10 15 材齢（日） 20 25 30 ③要素試験 引張強度試験結果 2 平均割裂引張強度（N/mm ） 標準 標準養生 膨張剤 標準養生 混和剤 標準養生 ３日 ７日 ２８日 1.52 1.49 2.08 1.81 1.89 1.94 1.85 2.01 1.83 ③要素試験 引張強度試験結果 2.50 2 引張強度（N/mm ） 2.00 1.50 NH ■ ： 膨張材 1.00 BH PH NH ● ： 遅延剤 0.50 BH PH ◆ ： 無対策 0.00 0 5 10 15 材齢（日） 20 25 30 ③要素試験 弾性係数 2 弾性係数（N/mm ） ３日 ７日 ２８日 標準 標準養生 17648 21728 29475 膨張剤 標準養生 22643 - 31798 混和剤 標準養生 19440 26113 34181 ③要素試験 弾性係数変化 40000 35000 25000 2 弾性係数（N/mm ) 30000 N 20000 ■ ： 膨張材 B P 15000 N ● ： 遅延剤 B 10000 P ◆ ： 無対策 5000 0 0 5 10 15 材齢（日） 20 25 30 ③要素試験 乾燥収縮ひずみ 700 ▲ ： 無対策 B B推定値 N N推定値 P P推定値 600 ● ： 遅延剤 500 ◆ ： 膨張材 ひずみ 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 材齢（日） 10 12 14 ③要素試験 乾燥収縮ひずみ z 乾燥収縮ひずみの最終値は、要素試験に よって同定された値を使用 種別 ε’sh 標準 1,790 膨張材 765 混和剤 1,000 乾燥収縮予測式 z 下記の乾燥収縮予測式を適用 εｃb(t､t0)＝［1-exp｛-0.108（t-to）0.56｝］･ε’sh ε’sh＝-50+78［1-exp(RH/100)］+38logeW– loge(V/S/10)]2 ここに、 ε’sh：収縮ひずみの最終値（×10-5） RH ：相対湿度（45%≦RH≦80%） W ：単位水量（kg/m3）（130≦W≦230） V/S ：体積表面積比(mm) （25≦V/S≦300） z 相対湿度は屋外65%を仮定 ④モデル試験 ④モデル試験１ ひび割れ発生状況 z 添加なしと混和剤添加：ヘアークラック、50mm間隔 z 膨張剤添加：規則的なひび割れなし 無対策 型枠との隙 間0.6ｍｍ 膨張材 型枠との隙 間0.2ｍｍ 混和剤 型枠との隙 間0.6ｍｍ ④モデル試験２ 結果 無対策 バーティキュアー クラックセ イバー ④モデル試験２ 結果 アドバンテ ージ工法 ④モデル試験２ ひび割れ発生状況（塗布系：無対策） 端部にごくわずかなひ び割れ（本数は多い） ④モデル試験２ 質量減少率 0.00% ×：クラックセイバー 最初の質量に対する減少率 N平均 A平均 V平均 C平均 ▲：バーティキュアー -0.50% ◆：無対策 -1.00% ■：アドバンテージ工法 -1.50% -2.00% -2.50% 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 時間(day) 12.0 14.0 16.0 18.0 ⑤実施工予測解析 ⑤実施工予測解析施工条件 z １週間の型枠養生 z 脱型後、１週間の散水養生 z 膨張材の添加 ⑤実施工予測解析 同定に使用した式 z 弾性係数・圧縮・引張強度特性等は試験によっ て同定された値を使用 a)圧縮強度の算定式 fc(t)＝｛t/(a＋bt)｝×d(28) fck b)引張強度の算定式 ft(t)＝ａｆｃｂ (N/mm2) c) 弾性係数算定式 Ec(t)＝ψ×4700×√fc(t) (N/mm2) ⑤実施工予測解析 同定された定数一覧表 項 目 ａ ｂ ｄ（ｉ） 標準 5.40 0.960 1.15 膨張剤添加 3.84 0.973 減水剤添加 5.00 0.970 ｆ’c(91) ｃ γ ｇ α 31.800 0.37 0.50 3400 0.62 1.05 37.000 0.40 0.47 4900 0.53 1.15 34.000 0.53 0.40 3300 0.66 2 （N/mm ） ⑤実施工予測解析 打設方法（リフト分割） 外壁部ﾘﾌﾄ割 内壁部ﾘﾌﾄ割 （B=500） 内壁部ﾘﾌﾄ割 （B=200） 200 2200 2400 3600 2400 ① ③ ② ① 7200 ② ④ 2400 200 3400 ② ｸﾞﾗｳﾄﾓﾙﾀﾙ ③ 7200 2100 2400 ③ 9300 ④ 2400 ｸﾞﾗｳﾄﾓﾙﾀﾙ ① ⑤実施工予測解析 乾燥収縮ひずみの評価 700 B B推定値 N N推定値 P P推定値 600 500 養生期間後の収縮 ひずみを評価 ひずみ 400 300 200 100 0 0 2 4 湿潤養生期間 6 8 材齢（日） 10 12 14 ⑤実施工予測解析結果（無対策） 1リフト 2リフト 3リフト 4リフト ⑤実施工予測解析結果（膨張材） 1リフト 2リフト 3リフト 4リフト ⑤実施工予測解析結果（混和剤） 1リフト 2リフト 3リフト 4リフト ひび割れ指数算定結果 無対策 膨張剤 混和剤 １リフト 0.24 0.44 0.26 ２リフト 0.39 0.67 0.41 ３リフト 0.57 0.95 0.6 ４リフト 0.58 0.91 0.61 考察 z 膨張材の効果が最も高い。 z それでも、第1リフトのひび割れ指数は、 0.44と非常に小さく、ひび割れの発生は避 けがたい。 z 最大ひび割れ幅予測 → 0.3～0.4mm （鉄筋比0.4%） ⑥対策工の選定 ⑥対策工の選定 ここで考えていた対策工 z 膨張材添加→プラントで人力投入 z １週間の型枠養生＋天端湛水養生 z 脱型後、１週間の散水養生 z 直射日光を避けるためのシート養生 対策工の見直し ③’ 再要素試験 追加対策 z 初期養生が重要なため、型枠養生期間を 最低2週間確保し、効果を実験で確認 z 脱枠後も高湿度確保 z 施工目地の工夫によるひび割れの低減 z 膨張材添加量を２０kg/m3から２５kg/m3 ③’ 再要素試験（養生期間延長） 長さ変化試験 コンクリートの種類 膨張剤添加 乾燥開始材齢 ２日，４日，７日，１４日，２８日 ③’ 再要素試験（養生期間延長） 600 ２日養生 ４日養生 ７日養生 １４日養生 ２８日養生 500 乾燥ひずみ 400 300 200 100 0 0 20 40 60 材齢（日） 80 100 120 ③’ 再要素試験（養生期間延長） 乾燥開始材齢 2 4 7 14 28 最終ひずみ量 700 630 605 580 500 最終ひずみ量 800 最終乾燥ひずみ 700 600 500 400 300 200 最終ひずみ量 100 0 0 5 10 15 養生日数 20 25 30 ③’ 再要素試験（周辺高湿度確保） 自動散水設備 外気温・湿度の計測 ③’ 再要素試験（周辺高湿度確保） z 自動散水システムを脱枠後も稼働し、 工事シートで周辺を仕切ることで湿度 ７７％を確保 施工目地概要（目地の工夫、打設幅の低減） z 外壁面に誘発目地設置 既設柱部 • 鉄筋は連続 • 10mm壁を増厚 • エキスパンドメタル＋ 既設壁 化粧目地による誘発目地 エキスパンドメタル 鉄筋 （先行ﾌﾞﾛｯｸ） （後行） （先行ﾌﾞﾛｯｸ） 10×10mm(化粧目地) 設計厚 （200mm） 増し厚 （10mm） ⑤’ 再実施工予測解析 ⑤’ 再実施工予測解析（外壁） z 予測解析時と再予測解析時の違い 予測解析時 再予測解析時 相対湿度 65% 77% 養生期間 打設後１週間 打設後2週間 最終ひずみ 310μ 47～72μ 9.0m（柱中心間 7.8m（施工目地間 モデルサイズ ） ） 膨張材配合 20kg/m3 25kg/m3 ⑤’ 再実施工予測解析（外壁モデル１） 最小ひび割れ指数分布 実施工予測解析 再実施工予測解析 ⑤’ 再実施工予測解析（外壁モデル１） ひび割れ指数算定結果 リフト番号 予測解析 再解析 １リフト 0.4 6.0 ２リフト 0.7 5.8 ３リフト 1.0 5.4 ４リフト 0.9 1.5 ⑤’ 再実施工予測解析（内壁） 乾燥収縮ひずみの補正 z 予測解析時と再予測解析時の違い 相対湿度 予測解析 50% 養生期間 打設後４日 最終ひずみ 310μ 膨張材配合 20kg/m3 再予測解析 70% １リフト４日 その他１週間 モデル2 69～94μ モデル3 138～163μ 25kg/m3 1.2m 0.2m 3.6m 1.2m 3.2m 1ﾘﾌﾄ 既設 2ﾘﾌﾄ 3ﾘﾌﾄ 既設 最小ひび割れ指数分布モデル2 既設 増 壁 既 1 2m 4.0m 1.2m 予測解析 再予測解析 1.2m 0.2m 3.6m 1.2m 3.2m 1ﾘﾌﾄ 既設 2ﾘﾌﾄ 3ﾘﾌﾄ 既設 最小ひび割れ指数分布モデル３ 既設 増 壁 既 1 2m 4.0m 1.2m 予測解析 再予測解析 ひび割れ指数算定結果 内壁（モデル2） 内壁（モデル3） 予測解析 再予測解析 予測解析 再予測解析 １リフト 0.7 0.9 0.7 1.3 ２リフト 1.9 1.2 0.8 1.5 ３リフト 0.5 1.4 0.4 1.5 ⑥’対策工の再選定 ⑥’対策工の再選定 z 膨張剤添加→プラントで人力投入 z 直射日光を避けるためのシート養生 z 初期養生が重要なため、型枠養生期間を 最低2週間確保（自動散水システム）し、効 果を実験で確認 z 脱枠後も高湿度確保 z 施工目地の工夫によるひび割れの低減 z 膨張材添加量を２０kg/m3から２５kg/m3 その他の工夫 ①開口部ひび割れ防止 →ﾋﾞｯｸﾞﾚﾝを設置 ⑦実施工開始 外壁施工完了 ひび割れ無し ひび割れ発生状況モデル2 4200 0.2 ひび割れ発生状況モデル３ 裏面 4000 0.15 まとめと今後の課題 z 再予測の解析結果は，ある程度現実のひび われ状況と一致 z 養生期間を長くすることは有効 z 平均相対湿度約70％以上を確保することに よる影響が大 z 水分移動を考慮した解析でのフィッティング を実施中 ありがとうございました
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