(57)【要約】      （修正有）【課題】高い強度とともに、高い生産性を兼ね備えたケミカルプレストレストコンクリートを用いた軌道スラブ及びその製造方法を提供する。【解決手段】縦長で直方体板状のコンクリート製の軌道スラブ１である。膨張材を添加したセメント内に鉄筋を配置し硬化させて鉄筋に沿ったプレストレスを付与したケミカルプレストレストコンクリートからなり、両主面それぞれの表層近傍に沿って平行配置させた一対の鉄筋を両端部で厚さ方向に屈曲し接続させた環状鉄筋を縦方向及び横方向にそれぞれ所定間隔で格子状に埋入させ膨張材を添加した前記セメントを流し硬化させて軌道スラブを製造する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦長で直方体板状のコンクリート製の軌道スラブであって、
膨張材を添加したセメント内に鉄筋を配置し硬化させて前記鉄筋に沿ったプレストレスを付与したケミカルプレストレストコンクリートからなり、両主面それぞれの表層近傍に沿って平行配置させた一対の鉄筋を両端部で厚さ方向に屈曲し接続させた環状鉄筋を縦方向及び横方向にそれぞれ所定間隔で格子状に埋入させていることを特徴とする軌道スラブ。
【請求項２】
前記所定間隔は前記縦方向及び前記横方向に同間隔であることを特徴とする請求項１記載の軌道スラブ。
【請求項３】
前記所定間隔を２５０ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項２記載の軌道スラブ。
【請求項４】
レール締結金具固定部を有し、前記横方向に沿って配置された前記環状鉄筋は前記レール締結金具固定部の外側にまで延在していることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の軌道スラブ。
【請求項５】
膨張材を添加したセメント内に鉄筋を配置し硬化させて該鉄筋に沿ったプレストレスを付与したケミカルプレストレストコンクリートからなり、縦長で直方体板状のコンクリート製の軌道スラブの製造方法であって、
得られる前記軌道スラブにおいて、両主面それぞれの表層近傍に沿って平行配置させた一対の鉄筋を両端部で厚さ方向に屈曲し接続させた環状鉄筋を縦方向及び横方向にそれぞれ所定間隔で格子状に埋入させるよう、
前記環状鉄筋を型枠内に複数配置し、前記膨張材を添加した前記セメントを流し硬化させることを特徴とする軌道スラブの製造方法。
【請求項６】
前記所定間隔が前記縦方向及び前記横方向に同間隔となるように、前記環状鉄筋を前記型枠内に複数配置することを特徴とする請求項５記載の軌道スラブの製造方法。
【請求項７】
前記所定間隔を２５０ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項６記載の軌道スラブの製造法。
【請求項８】
前記型枠はレール締結金具固定部を与える突起を有し、前記横方向に沿って配置された前記環状鉄筋は前記突起の外側にまで延在していることを特徴とする請求項５乃至７のうちの１つに記載の軌道スラブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート製の路盤上にあってその上にレールを与えられるコンクリート製の軌道スラブ及びその製造方法に関し、特に、ケミカルプレストレストコンクリートを用いた軌道スラブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バラストを用いてレールを固定しまくらぎを支持するバラスト軌道に代わって、コンクリート製の路盤上にコンクリート製の軌道スラブ（スラブ板）を配置しその上にレールを固定するスラブ軌道が多く用いられるようになってきている。スラブ軌道はバラスト軌道に比べ剛性の高い軌道構造となるため、軌道狂いが生じにくく、保守作業を簡略化できる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、コンクリート道床の上にてん充層としてのＣＡモルタルを介して軌道スラブを載置し、この上面にレールをレール締結装置で締結させたスラブ軌道の構造を開示している。工場で製造されたプレキャストコンクリート製品としての直方体板状の軌道スラブ（スラブ板）がスラブ軌道の軌道方向に直列に配置され、隣接する軌道スラブ同士の間にはコンクリート道床から鉄筋を立ち上げて形成された突起が設けられて軌道スラブの水平移動を拘束するようになっている。
【０００４】
ここで、コンクリート道床に設けられた突起で拘束された軌道スラブはレールからの力を直接受け止めることになるため、軸重量の大きい貨物車両の通過を許容し、また、高速鉄道をより安全に通過させるために、より高い強度が求められる。
【０００５】
ところで、あらかじめ応力を与えて硬化させて強度を高めたプレストレストコンクリート（ＰＣ：Prestressed Concrete）がある。特に、引っ張り応力に対して高い強度を有していることから、建築分野や土木分野、具体的には、橋梁桁などに使用されている。このうち、鉄筋を組んだ配筋の間に膨張材を添加したセメントを流し込み、硬化時のコンクリートの膨張を鉄筋によって拘束して応力（ケミカルプレストレス）を生じさせてその強度を高めた「ケミカルプレストレストコンクリート」が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献２では、膨張材を用いたケミカルプレストレストコンクリートを用いたＰＣまくらぎの施工方法を開示している。ジャッキによる緊張作業でプレストレスを導入する機械式プレストレストコンクリートでは、その緊張作業が繁雑でプレストレスを部分的に不十分とさせやすいが、ＰＣ撚り線やＰＣ鋼棒、支圧板などの拘束体とともにケミカルプレストレストコンクリートを用いる施工工法では、ジャッキによる緊張作業なく、ＰＣまくらぎのような軌道部材を簡易に施工できる。このときのプレストレス量の設計については、拘束体としての鋼材がコンクリートの膨張を拘束する仕事量を算出することで求め得るとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−３６３０３号公報
【特許文献２】特開２０１７−１７２２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プレキャストコンクリート製品である軌道スラブでは、工業製品としてのより高い生産性とともに、高強度化が求められている。そこで、ケミカルプレストレストコンクリートにより高強度化に対応しつつ、生産性にも優れる軌道スラブが期待される。
【０００９】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い強度とともに、高い生産性を兼ね備えたケミカルプレストレストコンクリートを用いた軌道スラブ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による軌道スラブは、縦長で直方体板状のコンクリート製の軌道スラブであって、膨張材を添加したセメント内に鉄筋を配置し硬化させて前記鉄筋に沿ったプレストレスを付与したケミカルプレストレストコンクリートからなり、両主面それぞれの表層近傍に沿って平行配置させた一対の鉄筋を両端部で厚さ方向に屈曲し接続させた環状鉄筋を縦方向及び横方向にそれぞれ所定間隔で格子状に埋入させていることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、環状鉄筋からなる配筋にケミカルプレストレストコンクリートを組み合わせることで、高い強度とともに、高い生産性を兼ね備えた軌道スラブと出来るのである。すなわち、工場で製造され輸送される軌道スラブの規格厚さは薄く、高強度化のためには比較的高い密度で鉄筋を与えるべきところ、鉄筋の密度を高めずとも所定の性能を得られ、生産性を低下させない。
【００１２】
上記した発明において、前記所定間隔は前記縦方向及び前記横方向に同間隔であることを特徴としてもよい。また、前記所定間隔を２５０ｍｍ以上としたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、鉄筋の密度を低くでき、生産性を高め得るのである。すなわち、軌道スラブは、剛性の高いコンクリート道床上に載置されるため、曲げひび割れ幅を低減させるよう鉄筋密度を下げ得るのである。
【００１３】
上記した発明において、レール締結金具固定部を有し、前記横方向に沿って配置された前記環状鉄筋は前記レール締結金具固定部の外側にまで延在していることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、かぶり量を必要限度内で小さくし鉄筋の密度を低くし得て、生産性を高め得るのである。
【００１４】
また、本発明による軌道スラブの製造方法は、膨張材を添加したセメント内に鉄筋を配置し硬化させて該鉄筋に沿ったプレストレスを付与したケミカルプレストレストコンクリートからなり、縦長で直方体板状のコンクリート製の軌道スラブの製造方法であって、得られる前記軌道スラブにおいて、両主面それぞれの表層近傍に沿って平行配置させた一対の鉄筋を両端部で厚さ方向に屈曲し接続させた環状鉄筋を縦方向及び横方向にそれぞれ所定間隔で格子状に埋入させるよう、前記環状鉄筋を型枠内に複数配置し、前記膨張材を添加した前記セメントを流し硬化させることを特徴とする。
【００１５】
かかる発明によれば、環状鉄筋からなる配筋にケミカルプレストレストコンクリートを組み合わせることで、高い強度とともに、高い生産性を兼ね備えた軌道スラブを得ることが出来るのである。すなわち、工場で製造され輸送される軌道スラブの規格厚さは薄く、高強度化のためには比較的高い密度で鉄筋を与えるべきところ、鉄筋の密度を高めずとも所定の性能を得られ、生産性を低下させない。
【００１６】
上記した発明において、前記所定間隔が前記縦方向及び前記横方向に同間隔となるように、前記環状鉄筋を前記型枠内に複数配置することを特徴としてもよい。また、前記所定間隔を２５０ｍｍ以上としたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、鉄筋の密度を低くでき、生産性を高め得るのである。すなわち、軌道スラブは、剛性の高いコンクリート道床上に載置されるため、曲げひび割れ幅を低減させるよう鉄筋密度を下げ得るのである。
【００１７】
上記した発明において、前記型枠はレール締結金具固定部を与える突起を有し、前記横方向に沿って配置された前記環状鉄筋は前記突起の外側にまで延在していることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、かぶり量を必要限度内で小さくし鉄筋の密度を低くし得て、生産性を高め得るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】軌道スラブを用いた軌道の斜視図である。
【図２】本発明による軌道スラブとそのコンクリートを透視した配筋の斜視図である。
【図３】（ａ）曲げ試験の供試体の側面図、及び、（ｂ）ひび割れ間隔について説明する断面図である。
【図４】曲げ試験によるひび割れ幅を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による軌道スラブ及びその製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２０】
図１に示すように、軌道スラブ１は、縦長な長方形の主面を有した略直方体板状のコンクリート製の軌道スラブである。軌道スラブ１は、コンクリート道床９の上にＣＡモルタル９２を介して設置されるとともに、その上側の主面に締結金具２を介して長手方向に延びるレール３を取り付けられ、スラブ軌道１０を構成する。本実施例において、軌道スラブ１は、その長手方向端部の中央に上面視で半円状の切り欠き１２を備え、コンクリート道床９と一体で上方に突出するよう形成された円柱状の突起９１の側面に切り欠き部１２を当接させることで、その水平面内の移動を制限される。
【００２１】
また、図２に示すように、軌道スラブ１は、そのコンクリートの内部に軌道スラブ１の長手方向に延びる縦鉄筋１１ａ及び横方向に延びる横鉄筋１１ｂを埋入している。縦鉄筋１１ａ及び横鉄筋１１ｂはそれぞれ複数を所定間隔で並べた格子状の配置とされる。特に、鉄筋１１（縦鉄筋１１ａ、横鉄筋１１ｂ）は、軌道スラブ１の両主面の表層近傍に沿って平行配置された一対の鉄筋を両端で厚さ方向に屈曲し互いに接続させた形状を有する環状鉄筋とされている。
【００２２】
軌道スラブ１は、また、上記したように鉄筋１１をコンクリートに埋入することで、コンクリートに圧縮応力を付与するようにされている。かかる圧縮応力の付与のため、軌道スラブ１は、以下のような方法で製造される。すなわち、まず、型枠内に縦鉄筋１１ａ及び横鉄筋１１ｂを上記したように所定間隔で並べた格子状に配筋する。次いで、膨張材を添加したセメントを型枠内に流し（打ち込み）、硬化させるのである。膨張材としては、例えば生石灰系の膨張材など公知のものを用い得る。
【００２３】
ここで、軌道スラブ１は、硬化したコンクリートの膨張によって埋入した環状の縦鉄筋１１ａ及び横鉄筋１１ｂに引張応力を与え、相対的に縦鉄筋１１ａ及び横鉄筋１１ｂから特に主面に沿った方向の圧縮応力をコンクリートに付与させる。つまり、縦鉄筋１１ａ及び横鉄筋１１ｂのそれぞれに沿った方向の圧縮応力を付与したケミカルプレストレストコンクリートとするのである。特に、縦鉄筋１１ａ及び横鉄筋１１ｂは環状とされて厚さ方向へ屈曲された端部を有することで、コンクリートに対して滑ることなく確実に圧縮応力を付与できる。このように、環状鉄筋からなる配筋にケミカルプレストレストコンクリートを組み合わせることで、高い強度とともに、高い生産性を兼ね備えた軌道スラブ１を得ることが出来る。
【００２４】
特に、軌道スラブは、工場で製造され輸送されるためその規格厚さは薄く、従来の軌道スラブであれば高強度化のためには比較的高い密度で鉄筋を与える、すなわち高い密度の配筋とする必要があった。ところが、上記した軌道スラブ１であれば、配筋の密度を高めずとも所定の性能を得られ、生産性を低下させない。例えば、縦鉄筋１１ａ同士及び横鉄筋１１ｂ同士の間隔を同間隔としてもよい。また、従来の軌道スラブにおいて、例えば鉄筋によって形成される格子のピッチを２００ｍｍ程度とすべきところ、ケミカルプレストレストコンクリートによる軌道スラブ１とすることで、かかるピッチを２５０ｍｍ以上に、例えば３００ｍｍとすることができる。つまり、軌道スラブ１によれば、鉄筋１１を配筋する密度を低くできて、所定の性能が得られるとともに高い生産性を得ることができる。
【００２５】
また、横鉄筋１１ｂは、その端部を締結金具２よりも外側に位置させることが好ましい。つまり、軌道スラブ１は、締結金具２を取り付ける固定部よりも外側に横鉄筋１１ｂの端部を位置させる。これによって横鉄筋１１ｂを長くし得て、コンクリートのかぶり量（かぶり厚さ）を必要限度内で小さくでき、鉄筋１１による配筋の密度を低くし得る。なお、この締結金具２の固定部は、製造時に型枠に設けた突起によって形成される。
【００２６】
軌道スラブ１は、上記したように規格厚さを薄くすることから、反りを生じやすい。反りを生じた場合に平坦なコンクリート道床９の上に設置することで曲げを負荷されることがある。このような場合であっても、コンクリートに圧縮応力を付与することによって、外部からコンクリートに負荷される曲げによる表面の曲げひび割れの発生を抑制するとともに、主面に発生するひび割れ間隔（ひび割れ同士の間隔）を小さくしてひび割れ幅（ひび割れの開口幅）を小さくできる。
【００２７】
曲げひび割れについてのひび割れ幅は、設計的に算定することもできる。例えば、曲げによる引張側の表面近傍の鉄筋のかぶり量をｃ（ｍｍ）、曲げにおける引張側と圧縮側の鉄筋同士の中心間隔をｃｓ（ｍｍ）、鉄筋の直径をφ（ｍｍ）、コンクリートの収縮及びクリープの影響等によるひび割れ幅の増加を考慮するための数値をε’ｃｓｄ、鉄筋の位置のコンクリートの応力度を０とする状態からの鉄筋の応力度の増加量をσｓｅ（Ｎ／ｍｍ２）、鉄筋のヤング係数をＥｓ（Ｎ／ｍｍ２）とすると、以下の式（１）によってひび割れ幅ｗｄを表すことができる。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
ここで、ｋ１〜ｋ４はそれぞれ係数である。ｋ１は鉄筋の表面形状によるものであり、ｋ２はコンクリートの設計圧縮強度によるものであり、ｋ３は引張側の鉄筋の段数によるものであり、ｋ４は曲げひび割れの変動を考慮するものである。そして、波括弧（｛  ｝）で囲まれた部分がひび割れ間隔に関する項であり、角括弧（［  ］）で囲まれた部分が鉄筋の歪みに関する項である。例えば、配筋の密度を低くして鉄筋の間隔ｃｓを大きくすると、ひび割れ間隔に関する項の値が大きくなって、ひび割れ幅ｗｄを大きくする傾向にあることが判る。これに対し、ケミカルプレストレストコンクリートとした場合に、曲げを付与する前であれば鉄筋の位置のコンクリートには圧縮応力がかかっているから、曲げを一定量付与したときに「鉄筋の位置のコンクリートの応力度を０とする状態」となり、同状態からさらに曲げを付与したときの鉄筋の応力度の増加量σｓｅを小さくする。つまり、この場合には鉄筋の歪みに関する項を小さくして、ひび割れ幅ｗｄを小さくする傾向にあることが判る。
【００３０】
＜曲げ試験＞
次に、鉄筋を配したケミカルプレストレストコンクリートによる梁体を供試体として製作し、曲げ試験によって生成されたひび割れを調査した結果について説明する。なお、比較例として同寸法で同様に鉄筋を配したがプレストレスの付与されていない普通コンクリートによる梁体を製作し、同じく曲げ試験によって生成されたひび割れを併せて調査した。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、供試体２０は、厚さ１９０ｍｍ、奥行き３６０ｍｍの角柱状の梁体であり、長さ方向（紙面左右方向）に１８００ｍｍの間隔を有する２つの支点２１によって下側面を支持された。この供試体２０の中央に４００ｍｍの間隔を有する２つの載荷点２２から荷重を付与し、下側に凸となるよう供試体２０を曲げて下面に発生したひび割れＣを観察した。
【００３２】
ここでケミカルプレストレストコンクリートは、セメントと膨張材との合計重量に対して水を３５％の配合（重量比で、水／（セメント＋膨張材）＝０．３５）として製造され、普通コンクリートはセメントに対して水を３５％の配合（重量比で、水／セメント＝０．３５）として製作された。
【００３３】
また、鉄筋はＪＩＳ  Ｇ３１１２規格のＳＤ３４５によるＤ１３（公称直径１２．７ｍｍ）の鉄筋を用い、上面側に２本、下面側に２本、それぞれ長さ方向に延ばすようにして互いに平行に配置された。これによって、膨張材を含んだセメントによって製作した供試体はケミカルプレストレストコンクリートによる梁体となる。
【００３４】
曲げ試験では、供試体に対して載荷点２２の変位を所定の値とするまで荷重を付与して平均のひび割れ間隔を計測した。
【００３５】
図３（ｂ）に示すように、ひび割れ間隔は、３つ並んだひび割れＣ１〜Ｃ３について、ひび割れＣ１とＣ２との距離Ｌ１、ひび割れＣ２とＣ３との距離Ｌ２をそれぞれ測定し、Ｌ１の１／２及びＬ２の１／２の和をひび割れ間隔Ｌとして記録した。つまり、Ｌ＝Ｌ１／２＋Ｌ２／２である。このようにして測定した供試体のひび割れ間隔の平均値は、普通コンクリートは２００ｍｍであったのに対し、ケミカルプレストレストコンクリートでは１５５．６ｍｍであった。つまり、ケミカルプレストレストコンクリートとすることでひび割れ間隔の平均値は小さくできる。
【００３６】
また、図４に示すように、曲げ試験では、ひび割れ幅（ひび割れの開口幅）も測定した。ひび割れ幅の測定では、まずひび割れが発生するまで載荷点２２に荷重を付加し、荷重を除去（除荷）した。その後、載荷点２２の変位を７ｍｍとして除荷、１５ｍｍとして除荷、２０ｍｍとして除荷、２５ｍｍとして除荷し、各変位を与えたときと除荷したときのそれぞれでひび割れ幅を測定した。その結果、普通コンクリートに比べ、ケミカルプレストレストコンクリートの場合にひび割れ幅が小さくなった。
【００３７】
以上のように、本実施例による軌道スラブ１であれば、環状鉄筋からなる配筋にケミカルプレストレストコンクリートを組み合わせたことでひび割れ幅を小さくできる。つまり、配筋の密度を高めずとも所定の性能を得られて生産性を低下させない。換言すれば、ひび割れ幅を大きくせずに配筋の密度を低くすることができて、生産性を高めることもできる。すなわち、所定の性能を得られるとともに高い生産性を兼ね備えた軌道スラブとすることができる。
【００３８】
以上、本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００３９】
１    軌道スラブ
２    締結金具
３    レール
１１ａ  縦鉄筋（環状鉄筋）
１１ｂ  横鉄筋（環状鉄筋）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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