(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、平均粒径３〜１０μｍの石英粉、１．５ｍｍ篩通過量が９０重量％以上の骨材粒子、水、及び減水剤を含む配合物の硬化体を有してなる導水路・導水管であって、配合物中の単位セメント量が、５００〜１０００ｋｇ／ｍ３であり、ポゾラン質微粉末量は、セメント１００重量部に対して、５〜５０重量部であり、前記骨材が、全骨材中の８５重量％であって、全骨材が、セメント１００重量部に対して、５０〜２５０重量部であり、配合物に、金属繊維及び／又は有機質繊維を含み、金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維であって、凝結後の硬化体体積の４％未満であり、有機質繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維であって、凝結後の硬化体体積の１０％未満であることを特徴とする耐表面侵食性導水路・導水管。
【請求項２】
少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、平均粒径３〜１０μｍの石英粉、１．５ｍｍ篩通過量が９０重量％以上の骨材粒子、水、及び減水剤を含む配合物の硬化体を有してなる導水路・導水管であって、配合物中の単位セメント量が、５００〜１０００ｋｇ／ｍ３であり、ポゾラン質微粉末量は、セメント１００重量部に対して、５〜５０重量部であり、前記骨材が、全骨材中の８５重量％であって、全骨材が、セメント１００重量部に対して、５０〜２５０重量部であり、配合物に、金属繊維及び／又は有機質繊維を含み、金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維であって、凝結後の硬化体体積の４％未満であり、有機質繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維であって、凝結後の硬化体体積の１０％未満であり、更に配合物に、平均粒径３〜１０μｍの石英粉をセメント１００重量部に対して２０〜３５重量部、及び／又は、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子をセメント１００重量部に対して３５重量部以下、含むことを特徴とする耐表面侵食性導水路・導水管。
【請求項３】
前記セメントが、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントから選ばれた一以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐表面侵食性導水路・導水管。
【請求項４】
前記セメントが、混合セメント、早強ポルトランドセメント、速硬セメントから選ばれた一以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐表面侵食性導水路・導水管。
【請求項５】
導水路・導水管が流速１０ｍ／秒以上の河川構造物に用いられる請求項１乃至４のいずれかに記載の耐表面侵食性導水路・導水管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導水路・導水管、特に急流河川やダム構造物に適用される放水路や排砂路を含む導水路・導水管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
急流河川やダムに構築する放水路や排砂路を含む導水路や導水管は、一般にコンクリートで構築されるが、急流河川底やダムの排砂路は、流下土砂の掃流力が大きく、土石による摩耗や衝撃の損傷を恒常的に受ける。また、ダムにおける放水や導水での水路では高速流水により、キャビテーション（負圧）劣化を生じることが知られている。前記キャビテーション（負圧）劣化は、一般に流水速度が１０〜３０ｍ／秒を越えると発生すると言われている。また、キャビテーション劣化が起こらずとも、土石による摩耗は、流水速度が１〜７ｍ／秒程度でも生じる。この摩耗によるコンクリート補修の手間が大きく、鋼材やセラミックスライニングするなどの対策が採られることもある。しかしながら、鋼材やセラミックスライニングは、施工性や経済性に難点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この発明は、超高強度コンクリート系の硬化体を用いることにより、急流河川やダムに構築し、高速土石流や高速水流による耐摩耗や耐表面侵食に優れた、放水路や排砂路を含む導水路・導水管を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の導水路・導水管によれば、少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材粒子、水、及び減水剤を含む配合物の硬化体を有してなること（請求項１）、配合物に、金属繊維及び／又は有機質繊維を含むこと（請求項２）、金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの綱繊維であること（請求項３）、有機質繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維であること（請求項４）、配合物に、平均粒径３〜２０μｍの石英粉を含むこと（請求項５）、配合物に、平均粒度１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含むこと（請求項６）、及び、導水路・導水管が流速１ｍ／秒以上の河川構造物に用いられること（請求項７）、を特徴とする。以下、この発明を詳しく説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
この発明の導水路・導水管を構成する硬化体に使用するセメントは、ポルトランドセメント、混合セメント、速硬セメントなどの各種のセメントを使用することができる。ポルトランドセメントは、普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、低熱、白色などの各種ポルトランドセメントがいずれも使用できるが、中庸熱、耐硫酸塩、低熱の各ポルトランドセメントは、アルミネート鉱物（Ｃ3Ａ）の含有量が少なく、流動性が良いので好ましい。フライアッシュセメント、高炉セメント、シリカセメント等の混合セメントは、組成物中のポルトランドセメント分が他のセメントより相対的に少ないので流動性を高める点では好ましい。また、コンクリートの早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく速硬セメントは短時間で硬化するので流動性が早く失われるが、早期に強度の発現を求められる場合には効果的である。
【０００６】
セメントの使用量は、後述するポゾラン質微粉末の使用量と併せて決定されるが、配合物中の単位セメント量が５００〜１０００ｋｇ／ｍ3、好ましくは７００〜８５０ｋｇ／ｍ3 の範囲とすることにより、各種配合物との作用と相俟って、圧縮強度が１５０ＭＰａ以上、特に２００ＭＰａ以上の超高強度用硬化体を得ることができる。単位セメント量が５００ｋｇ／ｍ3 を下回ると、目的とする超強度硬化体を得ることが困難となり、又、セメント使用量が１０００ｋｇ／ｍ3 を超えると、ポゾラン質微粉末の使用と併せて、配合物の練り混ぜが困難となり好ましくない。
【０００７】
次に、ポゾラン質微粉末は、セメントとのポゾラン反応に関与する微粉末であり、シリカヒューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等の平均粒径が１．５μｍ未満のものが用いられる。中でもシリカヒュームは、平均粒径が１．０μｍ以下であり、粉砕する必要がなく、ポゾラン反応に好適である。ポゾラン質微粉末は、そのマイクロフィラー効果及びセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、微粉末の添加量が多くなると単位水量を増大するので、ポゾラン質微粉末量はセメント１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。
【０００８】
この発明において、骨材は通常のコンクリートに使用されている砂、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及びこれらの混合物をを用いることができるが、粒径は２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、好ましくは１．５ｍｍ篩通過量が９０重量％以上、さらに好ましくは１．２ｍｍ篩通過量が９０重量％以上のものを使用する。このような骨材粒子を使用することにより、配合物の流動性および分離抵抗性を高めると共に、硬化体の充填度及び強度を高めることができる。上記骨材の配合量は、セメント１００重量部に対して、５０〜２５０部の範囲、好ましくは８０〜１８０重量部の範囲とすることにより、コンクリートの作業性や分離抵抗性に優れ、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性を保持しつつ、経済的な硬化体を得ることができる。
【０００９】
また、この発明においては、上記骨材に加えて、平均粒径２．０〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍの石英粉を配合することにより、さらに硬化体の充填密度を高めることができる。石英粉としては、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末、あるいは、岩石粉末、高炉スラグ、火山灰、分級フライアッシュ等が使用できる。セメント１００重量部に対して石英粉が５０重量部以下の範囲、好ましくは２０〜３５重量部の範囲で含まれると、流動性が良く、硬化体が強度に優れた緻密な充填構造を形成しやすいものとなる。
【００１０】
次に、この発明は減水剤を併用する。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。中でも、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。この発明においては、従来のコンクリートと比べて硬化体中に占める微粉体の体積が多いことが特徴の一つであるが、この場合においても、減水剤の添加量を適切に調整することにより、コンクリートに所定の流動性を与えることができる。減水剤の添加量（セメントに対して外割）は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、さらにはコスト等から、セメントに対して、固形分換算で、０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜４．０重量％とする。添加量が０．１重量％未満では減水効果が実質上無く、またこれを１０重量％越えて添加しても減水性、流動性の改善効果が頭打ちとなる。
【００１１】
この発明において、水／セメント比は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性等から、１０〜３０重量％が好ましく、１５〜２５重量％がより好ましい。
【００１２】
この発明においては、硬化体の曲げ強度を高める観点から、配合物に金属繊維及び／又は有機質繊維を含ませることが好ましい。金属繊維としては、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維は、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。径が０．０１ｍｍ未満では繊維自身の強度が不足し、張力を受けた際に切れやすくなる。径が１．０ｍｍを超えると、同一配合量での本数が少なくなり、コンクリートの曲げ強度が低下する。長さが３０ｍｍを超えると、混練の際ファイバーボールが生じやすくなる。長さが２ｍｍ未満ではマトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低下する
【００１３】
金属繊維の配合量は凝結後の硬化体体積の４％未満が好ましく、より好ましくは３．５％未満である。金属繊維の含有量は、流動性と硬化体の曲げ強度の観点から定められる。一般に、金属繊維の含有量が多くなると曲げ強度が向上するが、一方、流動性を確保するために単位水量も増大するので、金属繊維の含有量は前記の量が好ましい。
【００１４】
有機質繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機質繊維は、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。有機質繊維の含有量は、凝結後の硬化体体積の１０％未満が好ましく、７％未満がより好ましい。なお、この発明においては、金属繊維と有機質繊維を併用することは差し支えない。
【００１５】
この発明においては、硬化体の靱性を高める観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度とはその最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではその長さ）である。繊維状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、コンクリートの流動性、硬化体の強度や靱性等から、セメント１００重量部に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部がより好ましい。なお、繊維状粒子においては、硬化体の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が３以上のものを用いるのが好ましい。
【００１６】
尚、以上説明した配合成分のほかに、この発明は、通常、コンクリートにおいて用いられる急硬・急結材、高強度混和剤、水和促進剤、凝結調整剤などの各種コンクリート混和材料も使用できる。
【００１７】
また、前記各成分の混合及び混練方法に制限は無く、均一に混合混練できれば良く、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等、各種のミキサを使用することができる。さらに、配合成分の添加順序にも特に制限されるものではない。尚、配合物の成形及び養生は、通常のコンクリートにおける各種の成形方法及び養生方法が適用可能であり、流し込み成形のほか、管状体にあっては遠心成形等も適用でき、常温養生、高温養生、常圧蒸気養生、高温高圧養生のいずれの方法も採用でき、必要ならば、これらの組合わせを行ってより超高強度硬化体とすることができる。
【００１８】
上述した配合物を含む硬化体は、これをそのまま板状体やトンネル状体のプレキャスト製品としてこの発明の導水路・導水管に適用し、急流河川やダム構造物に構築することができるほか、通常のコンクリート製や鉄製の導水路・導水管の少なくとも土砂流や高速水流と接触する部分の一部として構築しても良い。また、既存の放水路や排砂路を含む導水路・導水管の少なくとも土石流や高速水流と接触する部分にライニングする等の補修用に適用しても良い。尚、この発明は、プレキャスト製品のほか、現場打ちで構築できることは言うまでもなく、高速土石流や高速水流による耐摩耗や耐表面侵食に優れた導水路・導水管であり、また、流速１０ｍ／秒以上のキャビテーション（負圧）劣化を生じる河川構造物に用いられても好適な導水路・導水管とすることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を挙げてこの発明を説明する。
（使用材料）
セメント：低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
ポゾラン質微粉末：シリカヒューム（平均粒径０．７μｍ）
骨材：珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）混合品（２ｍｍ篩通過量が１００重量％）
金属繊維：鋼繊維（直径：０．２ｍｍ、長さ：１５ｍｍ）
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
水：上水道水
石英粉（平均粒径７μｍ）
繊維状粒子：ウォラストナイト（平均長さ０．３ｍｍ、長さ／直径の比４）
【００２０】
実施例１
低熱ポルトランドセメント１００重量部、シリカヒューム３２．５重量部、骨材１２０重量部、高性能ＡＥ減水剤をセメントに対して１．０重量％（固形分）、水／セメント比２２重量％の条件で各材料を、二軸練りミキサに一括投入して混練りした。次いで、前置き（２０℃）４８時間後、９０℃で４８時間蒸気養生して、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱（圧縮試験用）、及び幅４０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの棒状（曲げ試験用）成形品を得た。得られた成形品の圧縮強度は、２１０ＭＰａ、曲げ強度は２５ＭＰａであった。尚、混練物のフロー値は２７０ｍｍであった。
【００２１】
実施例２
鋼繊維を配合物中の体積の２％を加えたほかは実施例１と同様にして成形品を得た。得られた成形品の圧縮強度は、２１０ＭＰａ、曲げ強度は４７ＭＰａ、混練物のフロー値は２５０ｍｍであった。
【００２２】
実施例３
実施例２の配合物に石英粉を３０重量部、ウォラストナイトを２４重量部を加えたほかは実施例１と同様にして成形品を得た。尚、得られた成形品の圧縮強度は、２３０ＭＰａ、曲げ強度は４７ＭＰａ、混練物のフロー値は２５０ｍｍであった。
【００２３】
比較例
セメントとして普通ポルトランドセメント、骨材として細骨材１２０重量部（山形産砕砂）、粗骨材１００重量部（秩父産砕石）を用いたほかは実施例１と同様に成形品を得た。得られた成形品の圧縮強度は１１０ＭＰａ、曲げ強度は１０ＭＰａ、混練物のフロー値は１００ｍｍであった。
【００２４】
実施例1〜３、及び比較例で得た成形品を用いて耐摩耗及び耐衝撃試験を行った。耐摩耗試験はピンオンディスク法により摩耗後重量を測定し、また、耐衝撃試験は、シャルピー法で行った。測定結果は、実施例１の成形品摩耗後重量を１００とすると、実施例2、３のそれは１１０、１１０であり、比較例では８０であった。
【００２５】
【発明の効果】
この発明により、圧縮強度を２００ＭＰａ以上とした超緻密な硬化体とすることが可能であり、高速土石流や高速水流に対して耐摩耗や耐表面侵食に極めて優れ、耐用期間、補修期間の長い導水路・導水管とすることができる。また、この発明によれば、その超高強度特性により、部材寸法を薄く、軽量化できるほか、乾燥収縮が小さく、寸法制度も優れ、導水路・導水管の構築に当たって、極めて施工性が優れるものである。