(57)【要約】【課題】２日以内に脱枠する超高強度プレキャストコンクリート部材は、脱枠時又は脱枠後に、外気温度との温度差又は部材表面と内部の温度差により、ひび割れが生ずる。これを防止すると共に、コンクリートの高温履歴による圧縮強度発現低下を防止する。【解決手段】部材中心部の最高温度が比較例では７４℃（曲線１）であるのを６０℃以下（曲線４）とし、さらに最高温度と部材表面温度との差が１５℃以下となるように、かつ、コンクリート打設後３６時間以内に部材中心部と部材表面との温度差が１５℃以下で、部材表面温度と周囲の環境平均温度と温度差が３０℃以下となるように、パイプクーリングによって部材内部を冷却する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高強度プレキャストコンクリート部材を製造するに当り、部材中心部の最高温度が６０℃以下で、そのときの最高温度と部材表面温度との差が１５℃以下以下となるように、かつ、コンクリート打設後３６時間以内に部材中心部と部材表面との温度差が１５℃以下で、部材表面温度と周囲の環境平均温度と温度差が３０℃以下となるように、部材内部を冷却することを特徴とする超高強度プレキャストコンクリート部材の製造方法。
【請求項２】
前記冷却する手段は、部材内に冷却水パイプを挿通し、該パイプに通水するパイプクーリング手段であることを特徴とする請求項１記載の超高強度プレキャストコンクリート部材の製造方法。
【請求項３】
前記超高強度プレキャストコンクリート部材は、梁、桁、柱その他の構造部材であって、長期圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２超であることを特徴とする請求項１記載の超高強度プレキャストコンクリート部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高強度プレキャストコンクリート部材の製造方法に関する。さらに詳しくは、超高強度プレキャストコンクリート部材の製造方法において、部材内に冷却水パイプを配置し、その非定常伝熱冷却によって、セメントの水和熱に起因する温度上昇量を制御し、ひび割れを防止し、強度発現を増進する製造方法に関するものである。なお、対象とする部材はポストテンション又はプレテンション方式のプレストレストコンクリート部材であってもよい。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築構造物や土木構造物に対する超高層化・大規模化・高耐久化の要求が高まっている。これらに用いる部材は大部分が超高強度プレキャストコンクリート部材となっている。このような超高強度プレキャストコンクリート部材は品質管理の行き届いた工場で製造される。工場生産では、コンクリート打設後、早期に脱枠を行い、一定時間内の製造工程に組み込まれなければならない。
【０００３】
このような超高強度プレキャストコンクリート部材の生産に必要とされる要求事項、例えば強度及び製造工程条件を満足する部材を製造する手段として、超高強度コンクリートが用いられる。
【０００４】
超高強度コンクリートは単位セメント量が極めて多く、富配合のコンクリートである。このため、セメントの水和反応熱に起因するコンクリート温度の上昇が極めて大きく、
▲１▼  脱枠時又は脱枠後における、部材と外気温との温度差によって部材の表面にひび割れが発生する
▲２▼  部材の表面と内部の温度差によって部材全体の温度が常温まで低下する間に、部材の平面保持に伴う内部拘束ひずみの影響を受け、コンクリート部材内部にひび割れが発生する
という現象がよく起こる。
【０００５】
こうしたひび割れ発生は、例えば、超高層建築における部材、高耐久性を要する部材では、要求される性能を確保する観点から好ましくない。
【０００６】
また、コンクリートの圧縮強度は高温履歴を受けた場合は高温履歴を受けない揚合と比較して圧縮強度の低下が生じ、かつ、圧縮強度発現も短期で終了することが知られている。超高強度コンクリートは内部温度が極めて高くなることからこのような圧縮強度低下や強度発現の短期終了が生じる。
【０００７】
このような問題に対処するため、従来、厚手のシートを用いて急激な温度降下を避け熱応力を緩和する方法、低発熱ポルトランドセメントあるいは高ビーライト系セメント等の低発熱系セメント用いてコンクリートの温度上昇量を抑制する方法、又はこれらを併用する方法などが実施されていた。
【０００８】
なお、超高強度コンクリートの製造では低発熱系のセメントを用いた揚合においても、部材中心の温度が大きくなり、強度低下が生ずるので、構造体強度を確保するため、水セメント比をさらに小さくする手段がとられてきた。
【０００９】
コンクリートの水和反応熱による温度上昇を抑制してクラックの発生を防止し、欠陥のない高強度マスコンクリートを施工する方法が知られている。
【００１０】
例えば、使用セメントの種類、コンクリートの配合、コンクリート打設時のコンクリート温度からコンクリートの断熱上昇温度を求め、コンクリートの厚さと長さ、打設温度、冷却水量、冷却水温度、および外気温度の条件を与えて、冷却水パイプの配設間隔、直径、および長さを仮定してコンクリート内の各部の各材齢における断熱上昇温度からの温度降下量を演算し、マスコンクリートの温度による引張歪が引張限界歪未満となるようなコンクリート内温度変化を推定し、冷却水パイプを躯体内に配設し、冷却水を通水しつつマスコンクリートを一度に打設する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
また、高強度マスコンクリート躯体内に、コンクリート打設後の水和反応熱を持去る冷却水パイプを配設し、冷却水の出入口温度およびコンクリート躯体内温度をそれぞれ検知するセンサーと、冷却水出入口温度差が一定となるように冷却水量を調節する制御器と、コンクリート躯体内温度が最高温度より一定値降下したとき冷却水閉止弁を閉止する閉止装置とを備えた制御装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特公平２−５２１７号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献２】
実公昭６２−４３０８７号公報（第１−２頁、図２）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
超高強度コンクリートでは、水和反応熱によるコンクリート温度の上昇が極めて大きく、温度差に基づく引張応力が発生し、ひび割れを生ずる。また温度上昇により水和反応が大きくなるが、長期強度の発現が阻害される。また、熱伝導率が小さいので温度差が残り、温度が均一化して常温に達するまでに長時間を要する。一方、プレキャストコンクリートは一定時間内の製造工程に組み入れる必要があり、早期の脱枠が必要である。例えば、コンクリート打設後、２日以内に脱枠することが必要である。
【００１４】
このような条件においては、コンクリート製品の脱枠時又は脱枠後における外気温度との温度差による部材の表面ひび割れの発生や、部材全体の温度が常温に低下する間に、部材の表面と内部の温度差により、部材の平面保持に伴う内部拘束ひずみの影響が生じ、コンクリート部材にひび割れが生ずる。
【００１５】
本発明の課題は、このようなひび割れの発生をなくすると共に、長期にわたる圧縮強度発現を確保し、かつ、高温履歴による圧縮強度低下を極力抑制することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために研究した結果完成したもので、その技術手段は、超高強度プレキャストコンクリート部材を製造するに当り、部材中心部の最高温度が６０℃以下で、そのときの最高温度と部材表面温度との差が１５℃以下以下となるように、かつ、コンクリート打設後３６時間以内に部材中心部と部材表面との温度差が１５℃以下で、部材表面温度と周囲の環境平均温度と温度差が３０℃以下となるように、部材内部を冷却することを特徴とする超高強度プレキャストコンクリート部材の製造方法である。
【００１７】
また、前記冷却する手段は、部材内に冷却水パイプを挿通し、該パイプに通水するパイプクーリング手段とすれば上記方法を容易に達成することができ好ましい。
【００１８】
さらに、前記超高強度プレキャストコンクリート部材は、梁、桁、柱その他の構造部材であって、長期圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２超である。本発明において、超高強度コンクリートとは圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２を超えるコンクリートをいい、好ましくは圧縮強度８０Ｎ／ｍｍ２以上とする。
【００１９】
次に本発明の数値限定理由について説明する。
【００２０】
部材中心部の最高温度を６０℃以下としたのは、コンクリート打設後、セメントの水和反応の過程で部材中心部が最も高温となり、その最高温度が６０℃を越えると、到達温度が高すぎ、強度の上昇が停止し、長期強度の向上による高強度の発現が期待できないこととなるからである。
【００２１】
部材中心部が最高温度の時に部材表面との温度差を１５℃以下に制限するのは、この温度差が大きいと温度降下後もこの温度差が維持され、内部に引張り歪を生じ、クラック発生の原因となるので、制限する。部材寸法との関連もあるが、温度差が１５℃以下であれば安全である。
【００２２】
次に、部材表面温度と環境の平均温度との温度差を一定値以下にするための時間を３６時間以内に定めたのは、工場製作のプレキャストコンクリートではコンクリート打設後２日以内に脱枠するので、脱枠時までに温度差を一定値以下にし、脱枠後のコンクリート表面ひび割れ等の発生を防止するために必要だからである。通常、超高強度プレキャストコンクリート部材の製造サイクルでは、コンクリート打設後３６時間程度で脱枠すると円滑な作業工程となるので、３６時間以内に温度差を一定値以下にし、障害を生じないようにすると工程上好ましい。
【００２３】
部材表面と環境平均温度との温度差を３０℃以下に限定するのは、３０℃を越える温度差を有する状態で脱枠した後、部材が外気により冷却されると部材の内外温度差に伴う熱応力が生じ、引張応力や引張歪が大きくなり、部材表面のひび割れの原因となるのでこれを避けるためである。なお、環境条件によっては、脱枠後、コンクリート部材をシート等で覆って冷却速度が小さくなるように処置する。
【００２４】
次に、上記温度条件を得るために採る技術手段としては、部材の寸法、強度、その他の条件に応じてコンクリート打設後のコンクリート内部の温度上昇を求めておき、これに基いて所要冷却量を計算し、適切な冷却水パイプの大きさ、配列、冷却水流量、冷却期間等を定める。また冷却工程中に、部材内の温度を実測し、必要に応じて冷却条件を変更することにより達成することができる。
【００２５】
なお、夏冬の季節変動、昼夜の温度変化、周囲環境の変化等に応じて冷却条件の設定や変更、部材の被覆その他の決定を行うことはもちろんのことである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明は、高品質の超高強度プレキャストコンクリート部材の製造における、ひび割れの発生防止及び長期的な圧縮強度の伸びを助長するために、コンクリート部材の中心部に適切な間隔に配置した適切な径を有する冷却水パイプに一定量の水を通すことにより、コンクリートの水和反応に伴う発熱量の一部を取り去るパイプクーリングを行うものである。また、通水時間は計画及び実測のコンクリート温度履歴から最適となる時間を定める。さらに、温度コントローラにより通水する水の温度を適正に調整し、水量調整と合わせて抜熱量を調整する。
【００２７】
以上のコンクリート部材の冷却を行うことにより、プレキャストコンクリート部材のコンクリート内部温度の上昇を抑え、表面と内部の温度差および全体的な温度上昇を低減することが可能である。
【００２８】
【実施例】
図４に示すような、幅９５０ｍｍ×高さ１２００ｍｍ×長さ６２００ｍｍの超高強度プレキャストコンクリート部材１０を、本発明方法によって製造した。断面の中心を挟む上下に、２５．４ｍｍφの薄肉鋼管１１を、パイプ中心間隔３２０ｍｍ離して部材の長手方向に沿って挿入し、コンクリート１２を打設した。コンクリート１２は、強度目標値８０Ｎ／ｍｍ２、単位セメント量８４２ｋｇ／ｍ３、水セメント比１９％とし、セメントの種類はシリカフュームを混入した高ビーライトセメントとした。
【００２９】
コンクリート練り上がり温度は２０℃、外気温（製造作業環境温度）は日平均で１５℃であった。コンクリート打設直後からパイプクーリングの冷却水として、１５℃の水道水１６リットル／分を通水した。通水時間は部材内部の温度を測定しながら３５時間行った。コンクリート打設後３６時間経過後に部材の脱枠を行った。冷却水通水終了後、冷却水パイプ１１にはモルタルを充填した。
【００３０】
図５にコンクリート温度測定位置を示した。測定点はすべてコンクリート部材１０の長手方向中央横断面中に存在し、第１の測定点２１は、部材の中心位置（２本の冷却水パイプの中間）、第２の測定点２２は、上側の冷却水パイプ１１の横でパイプ中心から２００ｍｍ横に離れた位置、第３の測定点２３は、部材外表面近傍とし、冷却水パイプ１１の鉛直上方でコンクリート部材１０の上表面１３から５０ｍｍコンクリート内部に入った位置とした。
【００３１】
比較例として同一仕様の超高強度プレキャストコンクリート部材を、冷却を行うことなく、従来の製造方法により作製した。温度の測定点は実施例と同一位置とした。
【００３２】
図１〜３にコンクリート温度測定結果を示した。図１は第１の測定点のデータ、図２は第２の測定点のデータ、図３は第３の測定点のデータを示すチャートである。曲線１、２、３は、比較例のデータ、曲線４、５、６は実施例のデータ、曲線７は環境平均温度を示すものである。
【００３３】
図１に示すように、第１の測定点２１（部材の中心部）では、比較例は、曲線１に示すように最大温度は７４℃に達していたが、実施例では曲線４で示すように、最高温度が５０℃となり、６０℃以下に制限した。
【００３４】
図２の第２の測定点２２では、比較例の温度上昇は曲線２で示すように最大６９℃に達していたが、実施例では、曲線５で示すように、最高温度は５８℃となっていた。
【００３５】
図３の第３の測定点２３では、比較例は曲線３で示すように、コンクリート表面温度の最大値は６０℃であった。実施例では、曲線６に示すように、コンクリート表面の最高温度は５６℃を示している。
【００３６】
実施例のコンクリート温度上昇最大時における、最高温度とそのときの表面温度との差は図１、図３から１４℃となっている。なお、この値は比較例においても、ほぼ１４℃となっている。
【００３７】
脱枠時の部材内部温度と部材表面温度との温度差は、実施例では図１の曲線４及び図３の曲線６から分かるように、１℃であった。比較例では、１５℃となっている。
【００３８】
実施例の脱枠時の部材表面温度と環境平均温度との温度差は、図３の曲線６及び曲線７から分かるように、２９℃であった。比較例では、４５℃となっている。
【００３９】
表面付近と内部のコンクリートの最大温度との差は、パイプクーリングを実施した場合、第１の測定点２１で約２０℃のコンクリート温度低減が認められ、第２の測定点２２で約１０℃、第３の測定点２３で約５℃であった。
【００４０】
実施例と比較例のコンクリート部材の観察の結果、実施例にはひび割れは認められなかったが、比較例では表面にひび割れが見られた。
【００４１】
次に、実施例及び比較例の部材の中央部分からそれぞれコアを抜き取り、材齢２８日及び５６日の圧縮強度を測定した。圧縮強度は、表１に示すように、パイプクーリングを行わない比較例の部材に比べて、パイプクーリングを行った実施例の部材では、材齢２８日強度も大きく、また、材齢５６日でも圧縮強度が増進している。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
以上の結果から、コンクリート内部温度の上昇を抑え、かつ、表面と内部との温度差および脱型時の部材表面と環境平均温度を適正な範囲に押さえることによって、優れた超高強度コンクリート部材を得ることが可能となった。すなわち、本発明により、超高強度コンクリートにおいて、ひび割れのない高強度、高耐久なプレキャスト部材を製造することができた。
【００４４】
【発明の効果】
超高強度コンクリートでは、水和反応熱によるコンクリートの温度上昇により、ひび割れを生じたり、長期強度の発現が損なわれる問題がある。
【００４５】
本発明によれば、ひび割れの発生をなくすると共に、長期圧縮強度発現を確保し、かつ、高温履歴による圧縮強度低下を極力抑制することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例のコンクリート温度の推移を示すチャートである。
【図２】実施例及び比較例のコンクリート温度の推移を示すチャートである。
【図３】実施例及び比較例のコンクリート温度の推移を示すチャートである。
【図４】コンクリート部材の冷却水パイプの配管説明図である。
【図５】温度測定点を示す配置図である。
【符号の説明】
１〜７    曲線
１０    高強度プレキャストコンクリート部材
１１    冷却水パイプ
１２    コンクリート
１３    上表面
２１    第１の測定点（中心部）
２２    第２の測定点（内部）
２３    第３の測定点（表面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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