(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＣ構造体の主鉄筋が介在物を境に分断されたコンクリート構造体であって、
前記ＲＣ構造体と、
前記介在物と、
前記介在物の周囲を連続的に取り囲むように、かつ、前記介在物の周囲に接合されるように設けられた繊維補強セメント系複合材料により形成され、前記介在物の周囲に環状の鉄筋や鋼材が設けられることなく、前記主鉄筋が定着された繊維補強部と、
を備え、
前記ＲＣ構造体が前記繊維補強部に接合されており、
前記ＲＣ構造体が繊維補強された部分を有しないコンクリート構造体。
【請求項２】
前記介在物は杭である請求項１に記載のコンクリート構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
桟橋構造のように鋼管杭の頭部がＲＣ梁等のコンクリート構造体に接合される場合、杭頭部とコンクリート構造体との接合部では、杭頭部の外周部に定着プレートを溶接し、該定着プレートに機械式継手を溶接し、該機械式継手にコンクリート構造体の主鉄筋を結合している（例えば、特許文献１参照）。これにより、杭頭部を境に分断された主鉄筋の力の伝達を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７―２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の杭頭部とコンクリート構造体との接合部を施工する際には、定着プレートを鋼管杭の外周部に突合せて溶接する作業や、機械式継手を定着プレートに溶接する作業等の多くの溶接作業が発生するが、多大な時間を要する等の理由から、溶接作業を減らすことが要望されている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、主鉄筋が杭頭部等の介在物を境に分断されたコンクリート構造体を、分断された主鉄筋の力の伝達が可能であるように構成すると共に、該コンクリート構造体を施工する際の溶接作業を減らすことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るコンクリート構造体は、ＲＣ構造体の主鉄筋が介在物を境に分断されたコンクリート構造体であって、前記ＲＣ構造体と、前記介在物と、前記介在物の周囲を連続的に取り囲むように、かつ、前記介在物の周囲に接合されるように設けられた繊維補強セメント系複合材料により形成され、前記介在物の周囲に環状の鉄筋や鋼材が設けられることなく、前記主鉄筋が定着された繊維補強部と、を備え、前記ＲＣ構造体が前記繊維補強部に接合されており、前記ＲＣ構造体が繊維補強された部分を有しない。
【０００７】
前記コンクリート構造体において、前記介在物は杭であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、主鉄筋が杭頭部等の介在物を境に分断されたコンクリート構造体を、分断された主鉄筋の力の伝達が可能であるように構成すると共に、該コンクリート構造体を施工する際の溶接作業を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るＲＣ梁を示す平断面図（図２の１−１断面図）である。
【図２】図１における２−２断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態に係るＲＣ梁の作用を説明するための平断面図である。
【図４】他の実施形態に係るＲＣ構造体を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る鉄筋コンクリート造の梁（以下、ＲＣ梁という）１０を示す平断面図（図２の１−１断面図）であり、図２は、図１の２−２断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係るＲＣ梁１０は、例えば杭式の桟橋を構成する梁であり、その長手方向の中間部には、鋼管杭１の頭部が埋め込まれている。
【００１１】
ＲＣ梁１０は、上下の複数の主鉄筋１２、１４を備えている。上側の主鉄筋１２は、鋼管杭１の頭部の上側を通るように配筋されている（図２参照）。一方、下側の主鉄筋１４は、鋼管杭１の頭部の高さに配筋されており、鋼管杭１を境に分断されている。また、ＲＣ梁１０には、せん断補強筋１５が配筋されている。
【００１２】
ＲＣ梁１０と鋼管杭１の頭部との接合部には、鋼管杭１の周囲に繊維補強セメント系複合材料により形成された繊維補強部１１が設けられている。この繊維補強部１１は、主鉄筋１４の高さに形成されており、主鉄筋１４の端部が埋設されている。ここで、主鉄筋１４の端部には、機械式定着金具１６が結合されており、当該端部は、繊維補強部１１に定着されている。
【００１３】
本実施形態において繊維補強部１１を形成するのに用いる繊維補強セメント系複合材料は、例えば、特開２０１１−４２５３４号公報に記載されているものを用いることができ、具体的には、セメント、シリカフューム、水、減水剤、細骨材及び高張力繊維を必要な成分として含有している。
【００１４】
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、セメントのＣ３Ａ量は、好ましくは２．３質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量が４０．０質量％未満では圧縮強度及び引張強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えるとセメントの焼成自体が困難になる傾向がある。また、セメントのＣ３Ａ量が２．７質量％以上では引張強度が低くなる。なお、セメントのＣ３Ａ量の下限値は特に限定されないが、０．１質量％程度である。
【００１５】
また、セメントのＣ２Ｓ量は、好ましくは９．５〜４０．０質量％、より好ましくは１４．０〜３５．０質量％であり、セメントのＣ４ＡＦ量は、好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％である。
【００１６】
以上のようなセメントの鉱物組成の範囲であれば、セメント系組成物の高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。
【００１７】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で８．０質量％未満であり、好ましくは７．０質量％以下であり、より好ましくは６．０質量％以下であり、下限で０．０質量％であり、好ましくは１．０質量％以上であり、より好ましくは２．０質量％以上である。セメントの粒度がこの範囲であれば、高い引張強度を確保でき、また、このセメントを使用して調製したセメントスラリーは適度な粘性があるため高張力繊維が充分に分散する。
【００１８】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではセメント系組成物の強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向がある。
【００１９】
本実施形態におけるセメントの製造にあたっては、通常のセメントと特に異なる操作を行う必要はない。上記セメントは、石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、高炉ダスト等の原料の調合を目標とする鉱物組成に応じて変え、実機キルンで焼成した後、得られたクリンカーに石膏を加えて所定の粒度に粉砕することによって製造することができる。焼成するキルンには、一般的なＮＳＰキルンやＳＰキルン等を使用することができ、粉砕には一般的なボールミル等の粉砕機が使用可能である。また、必要に応じて、２種以上のセメントを混合することもできる。
【００２０】
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、繊維補強セメント系複合材料の高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。
【００２１】
本実施形態における繊維補強セメント系複合材料において、セメントとシリカフュームとの合計量に対するシリカフュームの含有量は、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％である。また、セメントとシリカフュームと細骨材の合計量に対するシリカフュームの含有量は、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％である。
【００２２】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態における繊維補強セメント系複合材料は、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対して、減水剤を好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは２．５〜３．５質量部含む。
【００２３】
また、本実施形態における繊維補強セメント系複合材料において、これらの減水剤と共に消泡剤を併用することが好ましい。消泡剤としては、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、更に好ましくは０．０３〜１．０質量部含む。
【００２４】
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケル細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。本実施形態における細骨材は粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、好ましくは２０〜７０質量％、さらに好ましくは２５〜４５質量％含み、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％、好ましくは５〜１５質量％含む。細骨材の含有量が１５質量％未満では、セメントスラリーの粘性が低すぎるため高張力繊維が十分に分散しないおそれがある。一方、細骨材の含有量が８５質量％を超えると、微粉量が多すぎて粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため強度低下に繋がるおそれがある。なお、微粒分の調整方法は、特に限定されないが、例えば、２種類以上の粒度の異なる細骨材を混ぜ合わせることによって調製可能である。
【００２５】
繊維補強セメント系複合材料中の細骨材量は、好ましくは４００〜１０００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは４３０〜８５０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは５００〜７５０ｋｇ／ｍ３である。
【００２６】
高張力繊維としては、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び高強度ポリエチレン繊維（例えば、東洋紡績株式会社製、商品名「ダイニーマ」）等が挙げられる。金属繊維として、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。高張力繊維の繊維径は０．０５〜１．２０ｍｍが好ましく、０．０８〜０．７０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．３５ｍｍが更に好ましい。高張力繊維の繊維長は３〜６０ｍｍが好ましく、５〜３５ｍｍがより好ましく、７〜２０ｍｍが更に好ましい。高張力繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は４０〜２５０が好ましく、５０〜２００がより好ましく、８０〜１７０が更に好ましい。高張力繊維の引張強度は１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２が好ましく、５００〜５０００Ｎ／ｍｍ２がより好ましく、２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２が更に好ましい。高張力繊維の密度は、１〜２０ｇ／ｃｍ３が好ましく、５〜１０ｇ／ｃｍ３がより好ましい。このような高張力繊維を用いることで、繊維補強セメント系複合材料に高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００２７】
また、本実施形態における繊維補強セメント系複合材料は、繊維補強セメント系複合材料に対して外割りで高張力繊維を好ましくは０．３〜４．０体積％、より好ましくは０．５〜３．０体積％、更に好ましくは１．０〜２．５体積％含む。高張力繊維が０．３体積％未満では擬似ひずみ硬化を示すような高いじん性が得られない場合があり、４．０体積％を超えるとセメントの練り混ぜが困難になる場合がある。
【００２８】
また、本実施形態における繊維補強セメント系複合材料は、有機繊維を更に含むことで高い耐火性能を得ることが可能である。有機繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。
【００２９】
有機繊維の繊度は、１．０〜２０ｄｔｅｘが好ましく、１．５〜１５ｄｔｅｘがより好ましく、２．０〜４．０ｄｔｅｘが更に好ましい。有機繊維の引張強度は１〜６ｃＮ／ｄｔｅｘが好ましく、１．５〜５ｃＮ／ｄｔｅｘがより好ましく、２〜４ｃＮ／ｄｔｅｘが更に好ましい。有機繊維の伸度は４００％以下が好ましく、３００％以下がより好ましく、５０〜２００％が更に好ましい。有機繊維の繊維長は、３〜３０ｍｍが好ましく、４〜２０ｍｍがより好ましく、５〜１５ｍｍが更に好ましい。有機繊維の密度は、０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．８〜１．３ｇ／ｃｍ３がより好ましく、０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ３が更に好ましい。有機繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は、２００〜９００が好ましく、３００〜８００がより好ましく、４００〜７００が更に好ましい。
【００３０】
このような範囲の有機繊維を添加することで、繊維補強セメント系複合材料の高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性に加えて、高い耐火性能を確保できる。
【００３１】
本実施形態における繊維補強セメント系複合材料は、繊維補強セメント系複合材料に対して外割りで有機繊維を好ましくは０．０５〜３体積％、より好ましくは０．１〜２体積％、更に好ましくは０．３〜１体積％含む。有機繊維が０．０５体積％未満では十分な耐火爆裂性が得られない場合があり、３体積％を超えると繊維補強セメント系複合材料中への練り混ぜが困難になる場合がある。
【００３２】
また、本実施形態における繊維補強セメント系複合材料は、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、更に好ましくは１３〜１８質量部含む。繊維補強セメント系複合材料中の単位水量は、好ましくは１８０〜２８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは２００〜２７０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは２１０〜２６０ｋｇ／ｍ３である。
【００３３】
本実施形態における繊維補強セメント系複合材料には、必要に応じて、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
【００３４】
さらに、上記本実施形態における繊維補強セメント系複合材料に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製してもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプ値に応じて適宜変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩に８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
【００３５】
本実施形態における繊維補強セメント系複合材料の製造方法は、特に限定されないが、水、減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜ、セメントを製造した後、更に繊維材料をミキサに入れて練り混ぜる。セメントの練り混ぜに使用するミキサは特に限定されず、セメント用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
【００３６】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態に係るＲＣ梁１０の作用を示す平面図であり、鋼管杭１の梁長さ方向の片側の部分を示している。図３（Ａ）に示すように、ＲＣ梁１０の鋼管杭１との接合部には、鋼管杭１が中央部を貫通した繊維補強部１１が形成されており、この繊維補強部１１における梁長手方向（図中左右方向）の両側に主鉄筋１４の端部が定着されている。このため、主鉄筋１４に引張力が作用すると、図３（Ｂ）に示すように、繊維補強部１１における梁長手方向の両側の部位Ａは、中央部（主鉄筋１４の端部の位置）に荷重Ｐ１〜Ｐ４が作用し、両端（図中上下端）に反力Ｒ１、Ｒ２が作用する梁のような構造になる。従って、当該部位Ａにおける鋼管杭１側には曲げ圧縮応力が生じ、その反対側には曲げ引張応力が生じる。
【００３７】
また、主鉄筋１４に引張力が作用すると、繊維補強部１１における梁幅方向（図中上下方向）の両側の部位Ｂにも梁長手方向の引張応力が生じる。
【００３８】
ここで、繊維補強部１１は、繊維補強セメント系複合材料で形成されており、繊維補強部１１における梁長手方向の両側の部位Ａは、含有する高張力繊維により梁幅方向の引張耐力を高められることにより、十分な梁幅方向の引張耐力を備えることなる。また、繊維補強部１１における梁幅方向の両側の部位Ｂも、梁長手方向の引張耐力を十分に高められている。従って、ＲＣ梁１０に引張力が作用すると、一方の主鉄筋１４から繊維補強部１１を介して他方の主鉄筋１４に引張力が伝達される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係るＲＣ梁１０では、鋼管杭１の頭部の周囲に繊維補強セメント系複合材料により繊維補強部１１を形成し、該繊維補強部１１に主鉄筋１４を定着させることにより、鋼管杭１を境に分断された主鉄筋１４の力の伝達を可能にした。従って、ＲＣ梁１０と鋼管杭１の頭部との接合部を施工する際における溶接作業を不要にでき、施工性を向上させることができる。
【００４０】
図４は、他の実施形態に係る鉄筋コンクリート造の構造体（以下、ＲＣ構造体という）１００を示す平断面図である。この図に示すように、ＲＣ構造体１００では、ＲＣ梁１０１とＲＣ梁１０２とが直交し、これらの交差部に鋼管杭１の頭部が埋め込まれており、ＲＣ梁１０１の下側の主鉄筋１４が鋼管杭１を境に図中左右に分断され、ＲＣ梁１０２の下側の主鉄筋１４が鋼管杭１を境に図中上下に分断されている。
【００４１】
ここで、ＲＣ構造体１００では、鋼管杭１を囲むように繊維補強部１１が形成され、図中左右に分断されたＲＣ梁１０１の主鉄筋１４の端部と、図中上下に分断されたＲＣ梁１０２の主鉄筋１４の端部とが、繊維補強部１１に定着されている。従って、鋼管杭１を境に図中左右に分断されたＲＣ梁１０１の主鉄筋１４の力の伝達が可能になると共に、鋼管杭１を境に図中上下に分断されたＲＣ梁１０２の主鉄筋１４の力の伝達が可能になる。
【００４２】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、ＲＣ梁やＲＣ梁が十字状に交差したＲＣ構造体を例に挙げて本発明を説明したが、ＲＣ造のスラブ等の他のコンクリート構造体にも本発明を適用できる。
【００４３】
また、上述の実施形態では、介在物として鋼管杭が埋め込まれたＲＣ構造体を例に挙げて本発明を説明したが、介在物としては、場所打ち杭等の他の杭や柱や壁やブロック等の他のものも挙げられる。また、上述の実施形態では、鋼管杭１を鉛直に設けた場合を例に挙げて本発明を説明したが、鋼管杭１を斜めに設けた場合でも本発明を適用できる。特に、鋼管杭１を斜めに設けた場合には、鉛直に設けた場合に比して難易度の高い溶接作業が必要になるため、その溶接作業が不要になることの効果は大きい。
【００４４】
さらに、上述の実施形態では、主鉄筋１４の端部に機械式定着金具を設けることにより、主鉄筋１４の端部を繊維補強部１１に定着させたが、主鉄筋１４の端部にフック等の他の定着部を設けることにより、主鉄筋１４の端部を繊維補強部１１に定着させてもよく、また、主鉄筋１４の端部が繊維補強部１１に定着した状態を維持できるのであれば、フック等を設けずに直筋にて定着させてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  鋼管杭（介在物）、１０  ＲＣ梁（コンクリート構造体）、１１  繊維補強部、１２、１４  主鉄筋、１５  せん断補強筋、１６  機械式定着金具、１００  ＲＣ構造体（コンクリート構造体）、１０１、１０２  ＲＣ梁（コンクリート構造体）
【図１】
0006295019.tif 000002
【図２】
0006295019.tif 000003
【図３】
0006295019.tif 000004
【図４】
0006295019.tif 000005