(57)【要約】【課題】合理的かつ経済的設計が可能で、しかも舗装の急速施工を可能にしたコンクリート舗装版、その製造方法およびコンクリート舗装版を使用した舗装工法を提供する。【解決手段】弾性係数の異なる複数層のコンクリート層と鋼材とからなるコンクリート舗装版の製造に際し、上層コンクリート４、下層コンクリート５および上端主筋６と下端主筋７を均一な材料として等価な断面に換算する。コンクリートのひびわれを考慮した曲げ剛性が等価な断面の版として形成する。上層コンクリート４をポーラスコンクリートで形成する。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一または弾性係数の異なる複数のコンクリート層と鋼材とからなるコンクリート舗装版において、前記コンクリート層と鋼材とを均一な材料として等価な断面に換算し、かつコンクリートのひびわれを考慮した曲げ剛性が等価な断面の版として形成されてなることを特徴とするコンクリート舗装版。
【請求項２】
最上層は、ポーラスコンクリートから形成されてなることを特徴とする請求項１記載のコンクリート舗装版。
【請求項３】
コンクリート層は、繊維補強コンクリートから形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート舗装版。
【請求項４】
一または弾性係数の異なる複数のコンクリート層と鋼材とからなるコンクリート舗装版の製造方法において、前記コンクリート層と鋼材とを均一な材料として等価な断面に換算し、かつコンクリートのひびわれを考慮した曲げ剛性が等価な断面の版として形成することを特徴とするコンクリート舗装版の製造方法。
【請求項５】
コンクリート舗装版を使用した舗装工法において、路盤の上に請求項１、２または３記載のコンクリート舗装版を敷設し、次に前記路盤と前記コンクリート舗装版との間にグラウト材を充填することを特徴とするコンクリート舗装版を使用した舗装工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は一層または弾性係数の異なる複数層のコンクリート層と鋼材とからなるコンクリート舗装版、その製造方法およびコンクリート舗装版を使用した舗装工法に関し、特にコンクリート舗装道路の合理的かつ経済的な設計、さらには急速施工をも可能にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート舗装道路の施工方法として、これまで、路盤上に高強度ＲＣプレスキャスト版またはＰＣプレキャスト版などのコンクリート舗装版を敷設する舗装工法が知られている。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６４５０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、鉄筋コンクリート舗装版の断面設計はクラックの発生を前提に行っているのに対し、輪荷重によって生じる曲げモーメント等の応力算定は、特にその算定する技術が確立されていないため、クラックの発生しない断面で行われており、このため版厚と鉄筋量がともに相当嵩む等の理由により合理的で経済的な設計が行われていなかった。
【０００５】
また、コンクリート舗装は、耐久性において非常にすぐれているにもかかわらず、早期施工が困難である、交通騒音が大きい、排水性が悪い等の理由により全舗装の数パーセントしか実施されていない。
【０００６】
本願発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、版の輪荷重によって生じる曲げモーメント等の応力算定および断面設計をクラックの発生を前提に行うことを可能にしたことにより合理的でかつ経済的な設計および急速施工を行うことができるコンクリート舗装版、その製造方法およびコンクリート舗装版を使用した舗装工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のコンクリート舗装版は、コンクリート層と鋼材とを均一な材料として等価な断面に換算し、かつコンクリートのひびわれを考慮した曲げ剛性が等価な断面の版として形成されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
この場合、弾性係数の異なる各コンクリート層と鋼材とからなる断面の諸係数は、それぞれ各コンクリート層と鋼材の弾性係数比とを乗じることにより均一な材料による等価な断面として換算することができる。
【０００９】
また、弾性係数の異なる各コンクリート層と鋼材の弾性係数比は、各コンクリート層および鋼材の弾性係数と基準となる一コンクリート層の弾性係数との除数比として算出することができる。
【００１０】
そして、この換算した等価断面の版に輪荷重を載荷した場合に生じる曲げひびわれが発生した後の曲げ剛性は、鉄筋コンクリート理論によって導くことができる。この曲げひびわれ発生後の剛性を用いることによりウェスターガード式やＦＥＭなどにより求められる曲げモーメントをより正確に評価することができ、かつ各コンクリート層と鋼材に発生する応力を算出することができる。
【００１１】
本願発明は、次の４つの仮定により成り立つ。
▲１▼弾性係数の異なる材料の断面は、弾性係数比を用いることによって同一材料を用いたときの断面に換算できる。
▲２▼ひずみは中立軸からの距離に比例する。
▲３▼コンクリートの引張り応力は無視する。
▲４▼版の縦方向、横方向は均質な材料で形成する。
【００１２】
図１と図２は、弾性係数の異なる二層のコンクリート層と鉄筋とからなるコンクリート舗装版の一例を示し、また図２（ｂ）は輪荷重による曲げモーメントが発生したときの応力状態を示し、ＲＣ舗装版を形成している上層コンクリート、中立軸より上部の下層コンクリートおよび鉄筋を、すべて上層コンクリートと同じ材質としたときの中立軸に対する換算断面二次モーメントＩｉ  は、下式により算出できる。
【００１３】
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ここに、
Ｉｉ    ；換算断面二次モーメント
ｂ    ；版の単位幅
ｄ    ；版の上端から下端筋までの距離
ｄ１    ；版の上端から上端筋までの距離
ｈ    ；版の高さ
ｈ１    ；上層コンクリートの高さ
Ａｓ  ；下端鉄筋断面積
Ａｓ１  ；上端鉄筋断面積
ｎｃ    ；上層コンクリートと下層コンクリートの弾性係数比
ｎｓ    ；上層コンクリートと鉄筋の弾性係数比
Ｘ    ；換算断面の上端から中立軸までの距離
したがって、換算した版の仮想高さ（厚さ）ｈ０  は、換算断面二次モーメントより次式によって表すことができる。
【００１４】
ｈ０  ＝（１２・Ｉｉ  ＊  ／ｂ）１／３  
ここに、
ｈ０    ；換算した版の仮想高さ（厚さ）
ｂ    ；版の単位幅
Ｉｉ  ＊    ；ひびわれの伸展を考慮した換算断面二次モーメント
Ｉｉ  ＊  ＝α・Ｉｉ  
α＝Ｉｉ  ／Ｉｉ  〜Ｉ／Ｉｉ  
Ｉｉ    ；中立軸位置までひび割れを考慮した場合の換算断面二次モーメント
Ｉ    ；ひび割れ発生前の断面二次モーメント
なお、鋼材としては鉄筋やＰＣ鋼材、あるいは鉄筋およびＰＣ鋼材の両方を用いることができる。
【００１５】
本願発明により製造された舗装版は、特に耐久性が求められる高速道路料金所付近の舗装に適し、またアスファルト系排水性舗装の適用が困難で急速施工が要求されるような交差点付近の舗装やバスストップ等の舗装にも適用が期待できるものである。
【００１６】
請求項２記載のコンクリート舗装版は、請求項１記載のコンクリート舗装版において、最上層をポーラスコンクリートで形成することを特徴とするものであり、最上層を特にポーラスコンクリートで形成することにより、蒸気養生が可能なだけでなく、すべり抵抗や界面の付着強度を充分に確保することができ、さらに版の設計、急速施工などが可能となり、このことにより高耐久性の排水性舗装版を形成することができる。
【００１７】
なお、この場合の最上層のポーラスコンクリートの厚さは施工場所などによっても異なるが、一般に２〜７ｃｍが適当である。また、ポーラスコンクリートは空隙が１８％程度あるために、コンクリート舗装に要求されている所定の配合曲げ強度以上を確保することが困難であることから、高性能減水剤を用いて施工可能な範囲で水・結合材比を小さくし、シリカフューム、フライアッシュ等の強度を高める効果のある混和材を配合するのが望ましい。
【００１８】
またポーラスコンクリートは、モルタルが硬いことから表面のモルタルが磨耗しにくく骨材面が現れにくいのですべり抵抗が小さい。このため、舗装表面のモルタル分を適度に洗い流すの望ましい。
【００１９】
請求項３記載のコンクリート舗装版は、請求項１または２記載のコンクリート舗装版において、コンクリート層を繊維補強コンクリートで形成することを特徴とするものである。この場合の補強繊維としては、カーボン繊維、鋼繊維、アラミド繊維などを用いることができる。
【００２０】
コンクリート層を上述するような繊維補強コンクリート（特にカーボン繊維補強コンクリート）で形成することで、電磁波の乱反射を防ぐことができるため、高速道路料金所のＥＴＣ（自動料金システム）にも対応することができる。
【００２１】
請求項４記載のコンクリート舗装版の製造方法は、コンクリート層と鋼材とを均一な材料として等価な断面に換算し、かつコンクリートのひびわれを考慮した曲げ剛性が等価な断面の版として形成することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項５記載のコンクリート舗装版を使用した舗装工法は、路盤の上に請求項１、２または３記載のコンクリート舗装版を敷設し、次に前記路盤と前記コンクリート舗装版との間にグラウト材を充填することを特徴とするものである。本願発明は、特にコンクリートの養生期間が不要なためコンクリート舗装道路の急速施工が可能である。なお、路盤としてセメント安定処理路盤をあらかじめ施工するのがよい。また、各コンクリート舗装版間にタイバーとダウエルバーを設置し、後処理としてタイバーとダウエルバーの周囲にモルタル等のグラウト材を充填する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、コンクリート舗装版によるコンクリート舗装の一例を示し、図において、セメント安定処理路盤１の上にグラウト材層２が所定の厚さに形成され、このグラウト材層２の上にコンクリート舗装版３が敷設されている。
【００２４】
コンクリート舗装版３は、ポーラスコンクリートからなる上層コンクリート４と鉄筋コンクリートからなる下層コンクリート５とから形成され、上層コンクリート４と下層コンクリート５はプレキャスト版として一体に形成されている。なお、下層コンクリート５内には補強鉄筋として中立軸の上側と下側に上端主筋６と下端主筋７がそれぞれ配筋されている。
【００２５】
施工に際しては、最初にセメント安定処理路盤１を施工する。次に、このセメント安定処理路盤１の上に複数のコンクリート舗装版３を敷設する。版を敷設する際、後付けの版を先付けの版に充分に引き寄せる。
【００２６】
次に、各版と版との間にタイバー（図省略）とダウエルバー（図省略）をそれぞれ設置し、後処理としてタイバーとダウエルバーの周囲にグラウト材を充填する。また、各コンクリート舗装版３とセメント安定処理路盤１との間に裏込めグラウト材を充填する。
【００２７】
なお、タイバーおよびダウエルバーの設置方法としては、タイバーの中心にマーキングを行い、版間にマーキングがくるように各版を設置した後、コンクリート舗装の縦断方向をつなぐダウエルバーを連結する。
【００２８】
また、各版にあらかじめ形成されたグラウト材充填孔（図省略）から流動性に優れたグラウト材をグラウトポンプで圧送することにより、タイバーとダウエルバーの周囲にグラウト材を確実に充填することができる。
【００２９】
このような構成において、上層コンクリート４、下層コンクリート５および上端主筋６，下端主筋７の弾性係数と断面二次モーメントとしてそれぞれ、全断面を上層コンクリート４に換算した断面に曲げひびわれを考慮した弾性係数と断面二次モーメントを用い、かつ版の高さ（版の厚さ）ｈ０  が仮想高さ換算係数αによって修正された矩形断面の版として、輪荷重を載荷した場合に発生する曲げモーメントをウェスターガード式やＦＥＭによって求め、この値から各コンクリート層および鉄筋に発生する応力をＲＣ理論を用いて算定する。
【００３０】
表１は、表２に示した設計条件と図３に図示したコンクリート舗装版の仮定断面のもとで、本願発明の製造方法と従来の製造方法との実施結果を示したものであり、表１からも明らかなように、本願発明の製造方法によれば、従来の製造方法に比べて下記の通り、非常に合理的でかつ経済的な断面設計を行うことができることがわかった。
▲１▼．コンクリート舗装版の厚さｈは、（２５０−２３０）／２５０×１００＝８％）の式から、最大で８％薄くできた。
▲２▼．鉄筋量は、（５１．１−４０．８８）／５１．１×１００＝２０％の式から、最大で２０％低減できた。
【００３１】
【表１】
2004176330.tif 000004
【００３２】
【表２】
2004176330.tif 000005
【００３３】
【発明の効果】
本願発明は以上説明したとおりであり、一または弾性係数の異なる複数のコンクリート層と鋼材とからなるコンクリート舗装版の製造方法に際し、各コンクリート層と鋼材とを均一な材料として換算し、かつコンクリートの曲げひびわれを考慮した曲げ剛性が等価な矩形断面の版として設計することで、ひび割れを考慮した設計が可能となり、このことにより版の厚さを薄くしたり、鉄筋量を低減したりすることが可能になり、合理的かつ経済的な設計のできる舗装工法を提供できる。
【００３４】
また、表層部の一定厚さをポーラスコンクリートで形成することで、急速施工が可能となり、しかも高耐久性の排水性舗装を提供することができる。さらに、カーボン繊維などの補強繊維をコンクリート内に練り込むことにより、電磁波の乱反射を防ぐ機能を付加することができ、ＥＴＣ（自動料金システム）への対応も可能な舗装を提供することができる。また、既設舗装の修繕も急速施工で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート舗装の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）はコンクリート舗装版の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の版に作用する応力図、（ｃ）は換算したコンクリート舗装版の一例を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）の版に作用する応力図である。
【図３】（ａ），（ｂ）はコンクリート舗装版の仮定断面図、（ｃ），（ｄ）は（ｂ）の版に作用する応力図である。
【符号の説明】
１  セメント安定処理路盤（路盤）
２  グラウト材の層
３  コンクリート舗装版
４  上層コンクリート
５  下層コンクリート
６  上端主筋
７  下端主筋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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