(57)【要約】      （修正有）【課題】排砂バイパストンネル構造物や、ダムの水路など、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物へ耐摩耗性と費用対効果に優れた配合で成る耐摩耗性コンクリートを打設する方法、及び前記方法で構築した耐摩耗性のコンクリート構造物を提供する。【解決手段】コンクリート構造物１０の流送砂礫により摩耗を受ける流水面に、打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定し配合した耐摩耗性コンクリート１２を打設する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法であって、
打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定した配合による耐摩耗性コンクリートを打設することを特徴とする、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法。
【請求項２】
打設する耐摩耗性コンクリートの配合における耐摩耗性指標は、（粗骨材圧縮強度×単位粗骨材体積）＋（モルタル圧縮強度×単位モルタル体積）の式により算出され、ロッド式すり減り試験により算出された複数のコンクリート供試体の各単位摩耗量との相関関係からコンクリートを構成する配合が算定されることを特徴とする、請求項１に記載した流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法。
【請求項３】
耐摩耗性コンクリートは、主としてコンクリート構造物の流送砂礫により摩耗を受ける流水面に打設することを特徴とする、請求項１又は２に記載した流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法。
【請求項４】
打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定し配合された耐摩耗性コンクリートが、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物の主として流水面に打設され構築されていることを特徴とする、耐摩耗性のコンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排砂バイパストンネル構造物や、ダムの水路など、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法、及び前記コンクリート打設方法で構築した耐摩耗性のコンクリート構造物の技術分野に属し、更に云うと、耐摩耗性と費用対効果に優れた配合で成る耐摩耗性コンクリートを打設する方法、及び前記方法で構築した耐摩耗性のコンクリート構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ダム貯水池に大量に流れてくる土砂をダム下流へとバイパスする排砂バイパストンネル構造物や、流水に砂礫を多く含むダム本体の水路において、砂礫を伴う土砂が大量に流れ込むと、その内面（流水面）の摩耗が著しく進み、凸凹が激しくなり、水の流れ抵抗が大きくなって流量を低下させてしまう。更に、流送砂礫の衝撃によってコンクリート中のモルタル成分が先行して流失し、その後骨材が脱落して摩耗が更に進行する現象が生じている。そのため特に衝撃を受ける水路の流水面（インバート面とも云う。）には、耐摩耗性を発揮する配合条件によるコンクリート（耐摩耗性コンクリート）を打設することが肝要である。
ところで、コンクリートに耐摩耗性を発揮させる手法として、圧縮強度を増加させると、すり減り抵抗が大きくなることが従来から知られており、圧縮強度を保持し高めることを試みたコンクリート打設方法が多く開発され開示されている。
【０００３】
特許文献１には、耐摩耗性を発現する要素として、コンクリートの圧縮強度や粗骨材だけでなく、細骨材によっても左右されることを見知したことに伴い、混入する細骨材として砕石、砕砂などの人工骨材やフライアッシュなどの混和材を使用し、各細骨材の適切な配合例が記載されている。
特許文献２には、耐摩耗性を改善するためには、圧縮強度だけでなく、コンクリート自身の剛性（曲げ強度や引張強度）を高める必要があるという見知に基づき、コンクリートの耐摩耗性を圧縮強度に相当する以上に向上させた配合条件とすることが記載されている。具体的には、コンクリート中の単位粗骨材量とそれに対応した最大骨材寸法を限定すること、シリカフュームと２０μｍ以下に分級フライアッシュを特定量併用すること、更に石膏類又は高炉スラグ微粉末などの高強度混和剤を混入することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−８０４４９号公報
【特許文献２】特開２００７−７６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１、２には、コンクリートの耐摩耗性を発揮させる要素として、コンクリートの圧縮強度の他に、細骨材の種類や配合、更には粗骨材最大寸法を限定してコンクリートの剛性を高めることにより摩耗量を低下させる技術的思想が認められる。
しかし、上記いずれの技術も、打設する対象のコンクリート構造物は、道路用の舗装コンクリートや場所打ちコンクリートであり、流送砂礫による衝突を受けるコンクリート構造物に対応できる程度の耐摩耗性を発揮するコンクリートの打設方法とは言えない内容である。
つまり、上記特許文献１、２には、コンクリート配合条件として勘案される耐摩耗性指標は、細骨材や粗骨材の配合要因のみを指標として耐摩耗量を算出している。
しかし、１９９４年に発表された電力土木の論文「排砂路耐摩耗材の実験的研究」の中で、衝突による摩耗量は各コンクリート材料の強度と相関があることが記載されている。流送砂礫の衝突を受けるコンクリート構造物の耐摩耗性を表すには、圧縮強度と、粗骨材や細骨材の配合要因のみならず、衝突による摩耗量を考慮に入れる必要があることが証明されている。
その点、上記特許文献１、２の技術は、そもそも流送砂礫の衝突を受けるコンクリート構造物に打設することを前提にしていないため、そのコンクリート配合は、衝突に対する摩耗量を考慮に入れていない算定方法に基づいている。その上、衝突に対する耐摩耗性を判別する指標となるロッド式すり減り試験さえ行っていない。
したがって、特許文献１、２記載の発明は、端的に云うと、流送砂礫の衝突を受けるコンクリート構造物に、確実に耐摩耗性を発揮できる適切な配合の耐摩耗性コンクリートを打設する技術内容とは云えないものである。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点を解決することであり、流送砂礫の衝突を受けるコンクリート構造物において、コンクリートの圧縮強度のみならず、衝突による摩耗量を考慮に入れた正確な耐摩耗性指標に基づいて、費用対効果の優れた良好な耐摩耗性コンクリートの配合を容易に算定でき、確実に且つ安定した耐摩耗性を発揮する耐摩耗性のコンクリート構造物を構築できる、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法と、及び前記打設方法で構築した耐摩耗性のコンクリート構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法は、
流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法であって、
打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定した配合による耐摩耗性コンクリート１２を打設することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法において、
打設する耐摩耗性コンクリート１２の配合における耐摩耗性指標は、（粗骨材圧縮強度×単位粗骨材体積）＋（モルタル圧縮強度×単位モルタル体積）の式により算出され、ロッド式すり減り試験により算出された複数のコンクリート供試体１の各単位摩耗量との相関関係からコンクリートを構成する配合が算定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法において、
耐摩耗性コンクリート１２は、主としてコンクリート構造物１０の流送砂礫により摩耗を受ける流水面に打設することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載した発明に係る耐摩耗性のコンクリート構造物は、
流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物であって、
打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定し配合された耐摩耗性コンクリート１２が、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物１０の主として流水面に打設され構築されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１〜３に記載した流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法、及び前記打設方法で構築した請求項４に記載の耐摩耗性のコンクリート構造物は、以下の効果を奏する。
本発明は、打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、従来は耐摩耗性を表す指数として考えられていなかった各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定し配合した耐摩耗性コンクリート１２を打設して、耐摩耗性に優れたコンクリート構造物１０を構築することを特徴としている。
即ち、上記衝突による摩耗量を考慮に入れた上記耐摩耗性指標と、様々なコンクリート配合の供試体１でロッドすり減り試験を行って算出した単位摩耗量との間に一定の相関関係を発見できた。したがって、コンクリートの単位摩耗量を評価する際に、単位摩耗量の推定や、配合設計における耐摩耗性の比較を非常に正確に、且つ容易に行うことができる。そのため、耐摩耗性に優れる適切なコンクリート配合を容易に算定して、確実に且つ安定して耐摩耗性を発揮する耐摩耗性コンクリート１２を打設することができる。
また、上記したように相関関係から費用対効果やランニングコストも鑑みた耐摩耗性コンクリート１２の配合も正確に行うことができ汎用性が高い耐摩耗性コンクリート１２を、コンクリート構造物１０の流送砂礫による摩耗を特に受ける流水面に打設するので、コンクリート構造物１０の全体に耐摩耗性コンクリートを打設することに比して、非常に経済的且つ効果的であり、且つ補修作業も容易となる。
【００１２】
上記のように、本発明は、衝突に対する摩耗量を考慮に入れて、耐摩耗性に優れた配合の耐摩耗性コンクリート１２を要所へ打設するので、面倒な補修作業を最小限に抑制し、経済性と安全性及び効果の高い耐摩耗性のコンクリート構造物１０を確実に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のコンクリート打設方法を実施する耐摩耗性コンクリートの供試体と、その耐摩耗性を計測するロッド式すり減り試験機の概要を示す説明図である。
【図２】耐摩耗性指標と単位摩耗量の相関関係を示すグラフである。
【図３】本発明のコンクリート打設方法を排砂バイパストンネルに実施した耐摩耗性のコンクリート構造物の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法である。
コンクリート構造物１０のうち、流送砂礫により摩耗を受ける流水面に、打設コンクリートを構成する各配合材料の圧縮強度と、各配合材料の衝突確率である体積との割合の和により算出した耐摩耗性指標に基づいて算定し配合した耐摩耗性コンクリート１２を打設する。
【実施例１】
【００１５】
以下、請求項１〜４に記載した流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物のコンクリート打設方法、及び前記コンクリート打設方法で構築した耐摩耗性のコンクリート構造物を図示した実施例に基づいて説明する。
本発明の流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物１０とは、例えば図３に記載した排砂バイパストンネルである。同排砂バイパストンネル１０は、上流のダム貯水池へ流入する砂礫を含む大量の土砂を下流へバイパスする目的のコンクリート製水路である。また、ダム本体の水路も流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物１０に含まれる。ダム本体の水路には急勾配や湾曲部など流送砂礫による衝突と衝撃力を受ける箇所が多く、耐摩耗性コンクリート１２を打設することが求められている。本発明は前記箇所に好適に実施されるものである。
即ち、本発明では、上記コンクリート構造物１０において、流送砂礫による摩耗が激しい流水面である底面及び側壁面に上記耐摩耗性コンクリート１２を打設して前記流水面１１を構築することを特徴としている。但し、コンクリート構造物１０であるダム本体の水路の全体を耐摩耗性コンクリート１２で構築した構成で実施することもできる。
【００１６】
上記のような流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物１０に打設される耐摩耗性コンクリート１２は、以下のような考えと手法で算出されたコンクリート配合で製造したものが使用される。
上記耐摩耗性コンクリート１２の配合を行うため、本実施例では、表１に示すように水セメント比、細骨材率、粗骨材寸法などを変化させた１６種類のコンクリート供試体１…を用意した。これを内面に直径２ｃｍ、高さ４ｃｍの鋼棒３を２ｋｇ入れたロッド式すり減り試験機２で耐摩耗量を測定して、耐摩耗性指標を比較する手法を用いた。ロッド式すり減り試験は、流送砂礫による衝突を受ける排砂バイパストンネルやダム水路の耐摩耗性を計測するのに最適な方法である。
本発明で用いる耐摩耗性指標としては、コンクリートの圧縮強度だけでなく、衝突に対する影響を考慮した耐摩耗性指標を用いた。
その理由は、上記衝突を鑑みたロッド式すり減り試験において、コンクリート供試体１の表面は前記鋼棒３が衝突することにより摩耗する。このコンクリートの材料構成を、粗骨材とモルタルの二つに分けて考えると、鋼棒３がそれぞれの材料に衝突する確率は、各材料の体積の割合による。上記した既往の研究で、衝突による摩耗力は、各材料の強度と相関があることが知られている。したがって、コンクリートの摩耗量は、各材料の強度と衝突確率の和との相関であると考えられる。これを耐摩耗性指標Ｉとして表すと、以下の［数１］のようになる。
【数１】
2014095253.tif 000003
因みに粗骨材強度は、岩石の圧縮強さ試験（ＪＩＳ  Ｍ  ０３０２）による値である。
単位粗骨材体積は、コンクリート１ｍ３あたりの粗骨材絶対容積値である。
モルタル強度は、材齢、セメント種類、水セメント比から圧縮強度の標準評価式（下記の［数２］、日本コンクリート工学協会、マスコンクリート指針）によって求められる値である。
単位モルタル体積は、（１−単位粗骨材体積）ｍ３である。
【００１７】
上記供試体１は、幅１５ｃｍ、厚さ６ｃｍ、奥行き３０ｃｍである。この供試体１を、１配合につき６個用意し、図１に示すようにドラム缶の内周に対して六角形となる配置に設置した。ドラムを回転させながら、注水と鋼製ロッドを毎分８０回転させ、実験開始から２１時間経過した時点で、供試体の重量を測定し、試験前の重量差と密度から単位体積あたりの摩耗体積、すなわち単位摩耗量を算出する。この試験を１６種類のコンクリート供試体１…すべてに行った。その結果を下記の表１に記載する。
【表１】
2014095253.tif 000004
【００１８】
上記表１の耐摩耗性指標と単位摩耗量との関係を図２のグラフに示した。
このグラフにより、耐摩耗性指標Ｉと単位摩耗量との間に一定の相関関係を確認することができた。したがって、コンクリートの耐摩耗性を評価するに際して、この耐摩耗性指標Ｉを用いて単位摩耗量を推定することができ、配合設計における耐摩耗性の比較を容易に行うことができる。
【００１９】
次に、表１及び図２のグラフから流送砂礫により摩耗を受けるコンクリート構造物に最適な耐摩耗性コンクリート１２の配合を算定する手順の実施例を説明する。              ここでは、ロッド式すり減り試験を２１時間経過した後の単位摩耗量を１０００ｃｍ２／ｍｍ３程度、すなわち耐摩耗性指標Ｉ＝１０３ｍ３・Ｎ／ｍｍ２となるようなコンクリート配合Ａを設計することを目的とする。
コンクリート中の粗骨材量は、一般的に使用する混和剤やスランプによって決まる。ここでは配合Ａの単位粗骨材体積を０．４０ｍ３／ｍ３とする。また、粗骨材の強度は１５３Ｎ／ｍｍ２とする。
耐摩耗性指標Ｉの計算式は、下記の通りである。
Ｉ＝（１５３Ｎ／ｍｍ２×０．４０ｍ３／ｍ３）＋（モルタル強度×０．６０ｍ３）
よって、Ｉ＝１０３ｍ３・Ｎ／ｍｍ２を得るために必要なモルタル強度は、６９．７Ｎ／ｍｍ２となる。
水セメント比とモルタル強度の関係式である下記の［数２］により、配合Ａの水セメント比は３３％と計算される。
以上の手順により、目標とする耐摩耗性を有する配合設計を行うことが可能である。
【数２】
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上記［数２］中の係数ａ、ｂは、セメントの種類および管理材齢に応じて、また係数Ｓｆは、セメントの種類に応じて下記の［表２］より求めるのを標準とする。また、係数ｆ’ｃ（ｔｎ）は、セメント水比に応じて下記の［表３］より求めるのを標準とする。
セメント水比は水セメント比の逆数である。
【表２】
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【表３】
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【００２０】
上記してきたように本発明のコンクリート打設方法及び同方法で打設したコンクリート構造物は、流送砂礫の衝突に対する摩耗量を考慮に入れた正確な耐摩耗性指標に基づいて算定して配合された耐摩耗性コンクリート１２を打設して構築するので、面倒な補修作業は最小限に抑制でき、経済性と安全性の高い耐摩耗性のコンクリート構造物１０となる。
【００２１】
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例の構成に限定されない。その目的と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。
【符号の説明】
【００２２】
１      コンクリート供試体
２      ロッド式すりへり試験機
１０    コンクリート構造物（排砂バイパストンネル）
１１    耐摩耗性コンクリートによる流水面
１２    耐摩耗性コンクリート
【図１】
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【図２】
2014095253.tif 000009
【図３】
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