(57)【要約】  【課題】  制約が少なく簡便且つ安価に製造することができて、ＰＣ鋼棒の劣化が少ないポストコンプレッシングユニットを提供すると共に、これを用いたプレストレストコンクリート構造物の構築方法を提供する。  【解決手段】  コンクリート部材の圧縮側に引張プレストレスを導入するために使用されるコンプレッシングユニット１であって、微小な粒状体を含み且つ硬化遅延性を有するセメント系グラウト材２を鋼管３内に充填した後に、鋼管３内にＰＣ鋼棒４を挿入して形成したものである。【選択図】  図１
2006161496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート部材の圧縮側に引張プレストレスを導入するために使用されるコンプレッシングユニットであって、
微小な粒状体を含み且つ硬化遅延性を有するセメント系グラウト材が管体内に充填されると共に、該管体内にＰＣ鋼棒が挿入されたものであるコンプレッシングユニット。
【請求項２】
前記ＰＣ鋼棒と管体との隙間が実質的に０．７〜３．０ｍｍ以下になるように両部材の寸法を設定し、前記微小な粒状体は、前記隙間に入り込んで該隙間をほぼ均一に維持し得る大きさに形成されたものである請求項１に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項３】
前記セメント系グラウト材は、高ビーライト系ポルトランドセメントと、凝結遅延剤と、分散剤とを含むものである請求項１に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項４】
前記高ビーライト系ポルトランドセメントが、ビーライト（2CaO・SiO2）を40質量％以上含有する請求項３に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項５】
前記凝結遅延剤が、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリオール有機酸誘導体又はこれらの組み合わせである請求項３に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項６】
前記分散剤がポリカルボン酸系高分子化合物、ナフタレンスルホン酸系高分子化合物、アルキルアリルスルホン酸系高分子化合物、メラミンスルホン酸系高分子化合物、アミノスルホン酸系高分子化合物、又はこれらの組み合わせである請求項３に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項７】
前記セメント系グラウト材は、粒径が200μｍ以下の無機質混和材、分離低減剤又はこれらの組み合わせをさらに含み、
前記無機混和材が石粉、シリカフュ−ム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ又はこれらの組み合わせであり、
前記分離低減剤がセルロースエーテル系、アクリルポリマー系、グリコール系、バイオポリサッカライド系、繊維素誘導体ポリマー系若しくは澱粉系の分離低減剤又はこれらの組み合わせである請求項３に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項８】
前記セメント系グラウト材は、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系、ポリエーテル系、アルコール系、低分子量アルキレンオキシド共重合体系若しくはグリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系の有機系収縮低減剤又はこれらの組み合わせである有機系収縮低減剤をさらに含む、請求項３に記載のコンプレッシングユニット。
【請求項９】
微小な粒状体を含み且つ硬化遅延性を有するセメント系グラウト材を管体内に充填した後に、該管体内にＰＣ圧縮鋼棒を挿入して請求項１に記載のコンプレッシングユニットを形成する工程と、該コンプレッシングユニットを型枠内の所定位置に配置する工程と、該型枠内にコンクリートを打設して養生する工程と、該養生終了後に前記ＰＣ鋼棒に圧縮応力を導入してコンクリート部材に定着させる工程とを含むことを特徴とするプレストレストコンクリート構造物の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート部材の圧縮側に引張プレストレスを導入するために使用されるコンプレッシングユニットと、該ユニットを用いたプレストレストコンクリート（以下、単に「ＰＣ」と記載することもある）構造物の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、バイプレストレッシング工法と呼ばれるコンクリート部材の補強工法が実施されている。すなわち、コンクリート部材の引張側に形成した横方向の孔にＰＣ鋼材を挿入し、該ＰＣ鋼材に引張応力を導入した状態で定着し、これによりコンクリート部材に圧縮プレストレスを導入し、同時に、コンクリート部材の圧縮側に形成した横方向の孔にもＰＣ鋼棒を挿入し、該ＰＣ鋼棒に圧縮応力を導入した状態で定着し、これによりコンクリート部材に引張プレストレスを導入する。このようにプレストレスを導入した後、横方向の孔にグラウト材を充填し、ＰＣ鋼材やＰＣ鋼棒の防錆を図っている。
【０００３】
しかしながら、このようなグラウト材の充填工程では、現場の作業環境、空隙の状態、グラウト材の練り混ぜ状態等の様々な要因により、充填不良が発生することがあり、グラウトの充填が不完全で空隙が存在していると、鋼材が劣化しやすくなり、ＰＣ構造物の耐久性が損なわれてしまう。このような充填不良は、コンクリート部材の内部で生じるため、これを確認することは、ほとんど不可能である。
またグラウト材充填工程におけるコスト負担では、労務費が最も大きな割合を占めている。すなわち、グラウト材充填前のシース管内の洗浄、グラウト材の練り上げ、グラウト材の注入と排出、グラウトホースの後処理、品質管理などの作業に、煩雑な手間と時間が必要とされるからである。
【０００４】
空隙のないグラウトの充填を可能にする方法として、特開２００１−３０２２６号公報（特許文献１）には、プレグラウティング工法、即ちコンクリートの打設前にシースにグラウトを注入し、充填されたか否かを確認してからコンクリートを打設することを提案している。この場合、ＰＣ鋼材が挿入されたシース内にセメント系グラウトが注入された後、コンクリートの打設及び養生を待ってからＰＣ鋼材に緊張が与えられる。ここで、緊張が与えられる前にグラウトが硬化してしまうと鋼材が固定化され緊張を与えることができなくなるので、プレグラウティング工法においてはコンクリートの打設の工期は非常に短く制約され、施工条件についても様々な制約が課されることになる。
【０００５】
施工管理が容易で且つ安価にプレグラウティング工法を行ないうるグラウトとして、特開２０００−１４５０１８号公報（特許文献２）に記載されるような凝結遅延剤を含むグラウトを用いることが考えられる。特許文献２においては、添加率1.0〜2.0％といった高い配合割合で凝結遅延剤を添加している。
【０００６】
しかしながら、十分な凝結遅延を得るために、このように大量の凝結遅延剤を添加すると、グラウトの材料分離が発生し、ブリーディング等の現象が起こり、結局鋼材を劣化させることになり実用に耐えない。この傾向は、コンクリート硬化の際に発生する温度が95℃程度とより高い場合には一層強まってしまう。
【０００７】
一方凝結遅延剤の添加量を少なくすれば、コンクリートの打設・養生の期間に、かなり硬化してしまう場合が多く、プレグラウティング工法に用いることは実用上非常に困難である。そのため、プレグラウティング工法に容易に用いうるグラウトは、従来得られていないのが実状である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３０２２６号公報
【特許文献２】特開２０００−１４５０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、制約が少なく簡便且つ安価に製造することができて、ＰＣ鋼棒の劣化が少ないポストコンプレッシングユニットを提供すると共に、これを用いたプレストレストコンクリート構造物の構築方法も提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、凝結時間が非常に長く、且つ硬化中の材料分離が少なく、且つ適度な粘性、低収縮率、高圧縮強度といったグラウトに一般的に求められる種々の特性をも兼ね備えたグラウト材が充填されたポストコンプレッシングユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、コンクリート部材の圧縮側に引張プレストレスを導入するために使用されるコンプレッシングユニットであって、微小な粒状体を含み且つ硬化遅延性を有するセメント系グラウト材を管体内に充填した後に、該管体内にＰＣ鋼棒を挿入して形成したことを特徴とするコンプレッシングユニットが提供される。
【００１２】
また本発明では、硬化遅延性を有するセメント系グラウト材を管体内に充填した後に、該管体内にＰＣ圧縮鋼棒を挿入して請求項１に記載のコンプレッシングユニットを形成する工程と、該コンプレッシングユニットを型枠内の所定位置に配置する工程と、該型枠内にコンクリートを打設して養生する工程と、該養生終了後に前記ＰＣ鋼棒に圧縮応力を導入してコンクリート部材に定着させる工程とを含むことを特徴とするプレストレストコンクリート構造物の構築方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、微小な粒状体を含み且つ硬化遅延性を有するセメント系グラウト材を管体内に充填した後に、該管体内にＰＣ鋼棒を挿入してコンプレッシングユニットを形成するので、微小な粒状体がグラウト材と伴に、管体とＰＣ鋼棒との隙間の全長に渡りほぼ均一に分散されて、これら両部材間の隙間をほぼ均一に維持することが可能になり、さらに、グラウト材の充填不良も防止できる。そして、このようなコンプレッシングユニットを使用すれば、制約が少なく簡便且つ安価にプレストレストコンクリート構造物を構築することが可能になる。
【００１４】
本発明のコンプレッシングユニットでは、凝結時間が非常に長く、且つ硬化中の材料分離が少なく、且つ適度な粘性、低膨張率、高圧縮強度といったグラウトに一般的に求められる種々の特性をも兼ね備えたグラウト組成物を使用するので、グラウト材の充填工程を制約が少なく簡便且つ安価に行なうことができ、且つ施工後の鋼材の劣化を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明のコンプレッシングユニットは予め工場などで形成した後に、プレキャストコンクリート部材の製作工場や構造物の構築現場に搬入して使用するものであり、コンクリート部材の圧縮側に埋設し、コンクリートが固化して所定以上の圧縮強度を発現したら、ＰＣ鋼棒に圧縮応力を導入してコンクリート部材に定着し、これによりコンクリート部材に引張プレストレスを導入するためのユニットである。
【００１６】
図１は本発明のコンプレッシングユニット１を部分的に切断して示した断面図である。このコンプレッシングユニット１は、微小な粒状体を含み且つ硬化遅延性を有するセメント系グラウト材２が鋼管３内に充填されると共に、ＰＣ圧縮鋼棒４が鋼管３内に挿入されて成るものである。
【００１７】
ここで、鋼管３は、従来のシースのような凹凸が内周面に形成されていない円筒状のものが使用され、ＰＣ圧縮鋼棒４も異形鋼棒では無く、円形断面のものが使用される。また鋼管３とＰＣ圧縮鋼棒４は、その隙間Ａが実質的に０．７〜３．０ｍｍ以下、さらに好ましくは０．７〜１．２ｍｍ以下になるように寸法が設定される。そして、セメント系グラウト材２には、隙間Ａに入り込んで隙間Ａをほぼ均一に維持し得る大きさ、例えば、粒径０．６〜０．８ｍｍ程度のガラスや石英等からなる粒状体が含有されている。
【００１８】
次に、セメント系グラウト材のうち、ガラスや石英等の粒状体を除いた成分、すなわち、グラウト組成物について説明する。
このグラウト組成物は、高ビーライト系ポルトランドセメントを含む。前記高ビーライト系ポルトランドセメントとしては、ビーライト（2CaO・SiO2）を24質量％以上、好ましくは40質量％以上含有するものを用いることができる。特に、ビーライトを40質量％以上含有するものを用いた場合、凝結時間を大幅に遅延することができ好ましい。また、高ビーライト系ポルトランドセメントは、その比表面積が4000cm2/g以下であることが、水和反応及び自己収縮量を抑制できるため好ましい。
【００１９】
前記グラウト組成物は、凝結遅延剤を含む。前記凝結遅延剤としては、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリオール有機誘導体又はこれらの組み合わせを挙げることができ、特に、ポリオール有機誘導体を用いることが好ましい。
【００２０】
前記グラウト組成物は、分散剤を含む。前記分散剤としては、ポリカルボン酸系高分子化合物、ナフタレンスルホン酸系高分子化合物、アルキルアリルスルホン酸系高分子化合物、メラミンスルホン酸系高分子化合物、アミノスルホン酸系高分子化合物、又はこれらの組み合わせを挙げることができ、特に、ポリカルボン酸系高分子化合物を用いることが、低配合量で流動性等を向上できるため好ましい。
【００２１】
前記グラウト組成物は、任意に、無機質混和材を含むことができる。前記無機質混和材としては、平均粒径200μm以下のものであることが好ましい。前記無機混和材としては、石灰石微粉末等の石粉、シリカフュ−ム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００２２】
前記グラウト組成物は、任意に、分離低減剤を含むことができる。前記分離低減剤としては、プレグラウティング工法におけるコンクリートの硬化熱により加熱された環境下、例えば95℃の高温下においても分離低減効果を維持しうるものが好ましく、具体的にはセルロースエーテル系、アクリルポリマー系、グリコール系、バイオポリサッカライド系、繊維素誘導体ポリマー系若しくは澱粉系の分離低減剤又はこれらの組み合わせを用いることができ、特に、セルロースエーテル系分離低減剤が好ましい。
【００２３】
前記グラウト組成物は、任意に、有機系収縮低減剤を含むことができる。前記有機収縮低減剤としては、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系、ポリエーテル系、アルコール系、低分子量アルキレンオキシド共重合体系若しくはグリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系のもの又はこれらの組み合わせ等を用いることができる。
【００２４】
前記グラウト組成物は、上記の各成分に加え、水、膨張剤、防錆剤及び消泡剤等の各種成分を必要に応じ含むものであってもよい。
【００２５】
通常のノンブリーディング型グラウトの水粉体比は40〜45質量％であるが、前記グラウト組成物においては、水粉体比即ち高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計に対する水の質量比は、40％以下とすることが好ましい。但し、前記グラウト組成物は、プレミックス、即ち水以外の成分を予め配合したものをも包含する。即ち、前記グラウト組成物をプレミックスとして調製し、袋詰めなどの形態で施工現場に供給し、施工現場でミキサを用いて水と練り混ぜて使用することができる。一方、プレミックスを行なわず、各成分を施工現場で配合したものも、前記グラウト組成物に包含される。
【００２６】
前記グラウト組成物では、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との質量比は、30：70〜95：5とすることが好ましい。この配合とすることにより、グラウトの硬化遅延時間を十分に長くすることができ、自己収縮量を低減することができる。
【００２７】
前記分散剤の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計100質量部に対し0.05〜1.5質量部とすることができる。この配合とすることにより、グラウト注入施工に必要な流動性を十分に確保することができる。
【００２８】
前記凝結遅延剤の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計100質量部に対し0.15〜1.0質量部とすることができる。この配合とすることにより、数日間以上といった長期にわたる硬化遅延性を得ることができる。
【００２９】
前記分離低減剤の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計100質量部に対して0.05〜0.5質量部であることが好ましい。この配合とすることにより、例えば95℃程度の高温となるコンクリート養生時の温度条件においても、また数ヶ月間といった長期間の硬化期間においても、ブリーディングを十分に抑制することができる。
【００３０】
前記有機系収縮低減材の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計100質量部に対して0.1〜2.0質量部とすることが好ましい。この配合とすることにより、グラウトの自己収縮を十分に低減することができる。
【００３１】
前記グラウト組成物の製造方法は、特に限定されず、工場又は施工現場で、プレミックス又は水をも含んだ組成物となるよう、各成分を配合し、混合することにより調製することができる。
【００３２】
前記グラウト組成物は、長い凝結時間及び低いブリーディング率を有するものとすることができる。具体的には、下記の特性を有するものとすることができる：
（１）グラウトの凝結時間（JIS R 5201-97に準拠）：3日間〜6ヶ月間
（２）グラウトのブリーディング率（JSCE-F532-1999に準拠、但し、試験温度が5〜80℃）：０％
（３）流動性（JSCE-F531-1999に準拠）：６秒以上
（４）膨張率（JSCE-F532-1999に準拠）：-0.5〜＋0.5％
（５）圧縮強度（JSCE-G531-1999に準拠）：凝結後28日で30N/mm2以上
【００３３】
前記プレストレストコンクリート構造物の構築方法は、硬化遅延性を有するセメント系グラウト材が管体内に充填されると共に、該管体内にＰＣ圧縮鋼棒が挿入された上記記載のコンプレッシングユニットを形成する工程と、該コンプレッシングユニットを型枠内の所定位置に配置する工程と、該型枠内にコンクリートを打設して養生する工程と、該養生終了後に前記ＰＣ鋼棒に圧縮応力を導入してコンクリート部材に定着させる工程とを含む。
【００３４】
より具体的には、型枠等を設け、型枠内に本発明のコンプレッシュンユニット、ＰＣ材挿入管及び必要に応じて鉄筋等を設け、ＰＣ材挿入管に引張ＰＣ鋼材を挿入し、ＰＣ材挿入管内にもコンプレッシュンユニットと同様なグラウト組成物を注入し、コンクリートを打設し養生してから、その後まだグラウト組成物が硬化しないうちに、ＰＣ引張鋼材は緊張してコンクリートに定着させる一方で、ＰＣ圧縮鋼棒には圧縮応力を導入してコンクリートに定着させる。
【００３５】
本発明のプレストレストコンクリート構造物の構築方法の態様は、工程の一部又は全部を工場で行なう構造物の製造、及び施工現場での施工における構造物の製造の両方を包含する。
【００３６】
ダクトに鋼材及び本発明のグラウト組成物を注入した後、コンクリートを打設する前に、必要に応じてダクト内にグラウト組成物が空隙なく充填されたか否かを検査することが好ましい。検査方法は特に限定されないが、具体的には例えばダクトとしてポリエチレン製又は塩化ビニル製等の、目視可能な透明度を有するものを採用し、目視により確認することができる。また、ダクトとして従来の工法において用いられている透明でないものを用いた場合でも、各種の非破壊的な検査を行なうことができる。コンクリート打設前の検査であるので、いずれの検査方法を用いても、従来の工法に比べて遥かに容易且つ確実な検査を行なうことができる。さらに、空隙が発見された場合、必要に応じて、グラウトの再注入等の方法により空隙を除去することができる。
【００３７】
以下に本発明に用いられるグラウト組成物について、実施例を参照してより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例１】
【００３８】
表１に示す材料を混合し、表１の配合1〜12に示す組成のグラウト組成物を調製した。なお、表中に示す、使用した材料及びその略号はそれぞれ以下の通りである。
【００３９】
（使用材料）
I.セメント
・低熱ポルトランドセメント（略号：LC)：ビーライト含有率＝54％、密度＝3.22（太平洋セメント（株）製）
・普通ポルトランドセメント（略号：NC)：ビーライト含有率＝24％、密度＝3.15（太平洋セメント（株）製）
【００４０】
II.粉末状セメント分散剤
・粉末状ポリカルボン酸系セメント分散剤（略号：PC)：市販品（商品名：コアフローNF-100、太平洋マテリアル(株)製)
・ナフタレンスルホン酸系セメント分散剤（略号：N)：市販品（商品名：マイティー１００、花王（株）製）
【００４１】
III.無機質混和材
・シリカフューム (略号：SF)：密度＝2.2、比表面積＝200,000cm2/g、市販品（商品名：マイクロシリカ940U、エルケム社製）
・石灰石微粉末（略号：LSP)：密度＝2.67、比表面積＝3840cm2/g、市販品（商品名：工業用タンカル、吉澤石灰工業（株）製）
【００４２】
IV.粉末状セメント凝結遅延剤
・オキシカルボン酸系セメント凝結遅延剤（略号：OR）：市販品(商品名：パリックT、エフ・ピーケー(株)製)
・ポリオール有機誘導体系セメント凝結遅延剤（略号：PR）：市販品(商品名:TA-1、ホ゜リオール系有機酸誘導体、竹内技術研究所製）
【００４３】
V.粉末状分離低減剤
・セルロースエーテル系分離低減剤（略号：V）：市販品（商品名：マーポローズ、松本油脂製薬（株）製）
【００４４】
VI.有機系収縮低減剤
・粉末状有機系収縮低減剤（略号：TG）：低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系（太平洋セメント（株）製）
【００４５】
VII.練混ぜ水
水道水
【００４６】
【表１】
2006161496.tif 000003
【実施例２】
【００４７】
実施例１で得られた配合1〜12のグラウト組成物について、下記の通りの各種試験を実施した。結果を表２に示す。なお、養生の際の周囲温度は、練り混ぜ後１日目は図１に示す養生パターンに従い、その後は20℃とした。
【００４８】
（試験の方法）
I.流動性：コンクリート標準示方書「PCグラウトの流動性試験方法（JSCE-F531-1999）」に準拠し、JPロートの流下時間で測定した。
【００４９】
II.ブリーディング：コンクリート標準示方書「PCグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）（JSCE-F532-1999）」に準拠し測定した。
【００５０】
III.凝結時間：JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠し測定した。
【００５１】
IV.膨張率：コンクリート標準示方書「PCグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）（JSCE-F532-1999）」に準拠し測定した。
【００５２】
V.圧縮強度：コンクリート標準示方書「PCグラウトの圧縮強度試験方法（JSCE-G531-1999）」に準拠し測定した。
【００５３】
【表２】
2006161496.tif 000004
【００５４】
表２に示す試験の結果より、本発明に使用するグラウト組成物は、凝結の始発時間が非常に遅延されているにもかかわらず、凝結に際しブリーディングを起こさず、プレグラウティング工法に非常に適したグラウト組成物であることが分かる。
【００５５】
特に、配合2と配合3との対比より、ビーライト含有割合が高いLCをセメントとして用いた場合には、凝結の始発時間をさらに遅延させうることが分かる。また、配合1と配合2との対比より、ポリオール有機誘導体系の凝結遅延剤を用いた場合にも、凝結始発時間を遅延させうることが分かる。配合3と配合4との対比より、PC型の分散剤を用いた場合、より少量の使用で凝結始発時間の遅延の効果が得られることが分かる。また、配合6〜12の結果より、無機混和材及び分離低減剤をさらに添加することにより、大幅に凝結始発時間を遅延させながら、膨張率が低く、且つブリーディングのない、理想的なプレグラウティング工法用のグラウト組成物とし得ることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のコンプレッシングユニットを部分的に切断して示した断面図である。
【図２】実施例２における、練り混ぜ後１日目の養生の周囲温度のパターンを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１  コンプレッシングユニッ
２  セメント系グラウト材
３  鋼管（管体）
４  ＰＣ圧縮鋼棒（ＰＣ鋼棒）
Ａ  鋼管とＰＣ鋼棒の隙間
【図１】
2006161496.tif 000005
【図２】
2006161496.tif 000006