(57)【要約】      （修正有）【課題】ダム貯水池に流入する土砂を低減する排砂バイパストンネル構造物に使用される排砂トンネル用コンクリート及び同コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法の技術分野を提供する。【解決手段】ダムの排砂バイパストンネル構造物１０に使用される排砂トンネル用コンクリート１２は、コンクリートの水セメント比を３５％とされ、細骨材率は２５％とされ、銅スラグ細骨材は、コンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダムの排砂バイパストンネル構造物に使用される排砂トンネル用コンクリートであって、
前記コンクリートに銅スラグ細骨材が混入されていることを特徴とする、排砂トンネル用コンクリート。
【請求項２】
排砂トンネル用コンクリートは、水セメント比が３５％、細骨材率が２５％とされ、銅スラグ細骨材は、コンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入されていることを特徴とする、請求項１に記載した排砂トンネル用コンクリート。
【請求項３】
ダムの排砂バイパストンネル構造物の構築方法であって、
コンクリートで形成されたトンネル本体内部の底面に水セメント比が３５％、細骨材率が２５％、銅スラグ細骨材をコンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入した排砂トンネル用コンクリートを打設することを特徴とする、排砂トンネル用コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダム貯水池に流入する土砂を低減する排砂バイパストンネル構造物に使用される排砂トンネル用コンクリート及び同コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法の技術分野に属し、更に云うと、経済的で且つ耐摩耗性を飛躍的に向上する排砂トンネル用コンクリート及び同コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、既存ダムの機能強化を行うダム再開発事業の手法の一つとして、ダム貯水池に大量に流れてくる土砂をダム下流へとバイパスする排砂バイパストンネル構造物が実施されている。
しかし、排砂バイパストンネル構造物を構成するコンクリート体は、そのトンネル内に砂礫を伴う土砂が大量に流れ込むと、その内面の摩耗が著しく、凸凹が激しくなり水の流れ抵抗が大きくなって流量を低下させてしまう。更に、流送砂礫の衝撃によってコンクリート体のモルタル分が先行して流失し、その後骨材が脱落して摩耗が更に進行してしまう現象が生じている。そのため、摩耗したコンクリート部分を定期的に補修する必要があり非常に面倒でコストも嵩んでいる。
【０００３】
上記の点を顧みて、特許文献１には、コンクリートで形成された水路本体の内面に、樹脂系材料、繊維強化プラスティック、耐腐食性鋼材で形成された耐摩耗性パネルを設置する点が記載されている。
また、特許文献２には、コンクリートで形成された水路本体の内面には、耐摩耗性を発揮する改質硫黄と骨材を含む改質硫黄含有層が備えられ、水路本体がコンクリート層と前記改質硫黄含有層とから成る２層構造に形成され、前記改質硫黄含有層に用いられる骨材として銅スラグが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１２９３９号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１は、耐摩耗性パネルをコンクリートで形成された水路本体の内面に設置して耐摩耗性を向上させる点は認められる。しかし、耐摩耗性パネルについては「樹脂系材料、繊維強化プラスティック、耐腐食性鋼材で形成されたものを用いることができるが、その材質については任意である」との記載に止まり、具体的な材質や厚み、構成など非常に曖昧である。したがって、特に摩耗が著しい排砂バイパストンネル構造物に適用して充分な耐摩耗性を発揮させる事は期待できない構成である。仮に、排砂バイパストンネル構造物において耐摩耗性パネルを用いる場合、同トンネルの全長にわたって前記パネルを設置する構築方法になるため、膨大な費用が嵩み経済的ではない。
【０００６】
また、同耐摩耗性パネルを同水路本体の内面へ設置する方法は、明細書内には「耐摩耗性パネルを型枠として予め設置し、しかる後に耐摩耗性パネルの背面側にコンクリートを打設して水路を構築する、又は同水路の本体にコンクリートアンカー材を用いて耐摩耗性パネルを後付けすると共に、耐摩耗性パネルと水路本体との間にグラウト材を充填する」方法が記載されています。しかし、上記のような作業を排砂バイパストンネル構造物の全長にわたって行うことは、非常に面倒で施工性が甚だ悪いものである。
【０００７】
更に、耐摩耗性パネルの補修又は取り替え作業は必須であり、特に摩耗の激しい排砂バイパストンネルの場合には、補修時期が通常より早くなりメンテナンス作業が大変である。
【０００８】
上記特許文献２は、コンクリートで形成された水路本体の内面に改質硫黄含有層を備えさせた２層構造として、耐摩耗性を発揮する点は認められる。
しかし、２層構造とするには改質硫黄含有層をコンクリート層へ接着させるべく、接着改善手段を設ける点が記載されている。特許文献２で実施される接着改善手段として、明細書内には、同コンクリートの接着面側に複数のアンカー材を埋設しておく方法、同接着面側に凹凸を形成する方法、又は同接着面側の上面に接着剤を付着する方法や所望温度以上に加熱する方法などが記載されている。そして、前記接着手段を設けた面に型枠を設けて溶解改質硫黄含有材料を充填し、その後脱型し冷却すること、又は溶解改質硫黄含有材料を接着手段を設けた面へ直接吹き付けて両者を接着することが記載されている。
しかし、上記作業を排砂バイパストンネル構造物の全長にわたって行うことは、やはり非常に面倒で施工性が甚だ悪いものである。
【０００９】
また、特許文献１と同様に非常に面倒な補修作業が頻繁に必要である点に変わりはない。
上記してきたように、特許文献１、２は、端的に云うと摩耗の激しい排砂バイパストンネル構造物に適合する良好な技術とは云えないものである。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点を解決することであり、排砂バイパストンネル構造物に効果的に適合でき、非常に簡易な構造として施工性を飛躍的に向上でき、経済的で耐摩耗性を安定して発揮して、面倒な補修作業を最小限に抑制できる排砂トンネル用コンクリート及び同コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に排砂トンネル用コンクリートは、
ダムの排砂バイパストンネル構造物に使用される排砂トンネル用コンクリートであって、
前記コンクリートには銅スラグ細骨材が混入されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した排砂トンネル用コンクリートにおいて、
排砂トンネル用コンクリートは、水セメント比が３５％、細骨材率が２５％とされ、銅スラグ細骨材は、コンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載した発明に係る排砂トンネル用コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法は、
ダムの排砂バイパストンネル構造物の構築方法であって、
コンクリートで形成されたトンネル本体内部の底面に水セメント比が３５％、細骨材率が２５％、銅スラグ細骨材をコンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入した排砂トンネル用コンクリートを打設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜３に記載した排砂トンネル用コンクリート及び同コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法は、以下の効果を奏する。
本発明の排砂トンネル用コンクリートは、水セメント比は３５％、細骨材率は２５％とし、銅スラグ細骨材をコンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入する構成とした。
上記の配合率で銅スラグを混入したコンクリートと、銅スラグを混入しない配合のコンクリートとを、ロッド式すり減り試験より耐摩耗性を比較すると、銅スラグを混入したコンクリートの方が耐摩耗性が１．２倍（摩耗量が２０％低減）向上することが確認された。
したがって、特に摩耗の激しい排砂バイパストンネル構造物に効果的に適合するコンクリートである。
【００１５】
また、単に銅スラグの混合量などの配合率を設定するのみで耐摩耗性に優れた排砂トンネル用コンクリートを生成でき、トンネル本体内部の底面に、前記コンクリートを打設するのみで、耐摩耗性に優れた排砂バイパストンネル構造物の構築できるので、上記特許文献１、２の２層構造に比して非常に簡易な構築方法となり施工性が飛躍的に向上できる、のみならず、銅スラグは、銅精錬するときに副産物的に生成されるスラグであるため、比較的コストが低く経済的である利点があるし、同副産物の有効利用による処理が図れる。
更に、耐摩耗性を発揮するのは従来の特許文献１、２のようにコンクリート層の上層に設置されたパネル又は改質硫黄含有層のみではなく、排砂バイパストンネルを構成するコンクリート自体であるので、コンクリートの耐久厚みの範囲内であれば、耐摩耗性を安定して発揮することができ、もっては面倒な補修作業を最小限に抑制できるのである。また、前記補修作業も摩耗箇所に上記排砂トンネル用コンクリートを充填するのみであるから非常に単純で作業性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の排砂トンネル用コンクリートのコンクリート供試体の耐摩耗性を計測するロッド式すり減り試験機と、実験の概要を示す図である。
【図２】細骨材率２５％及び３５％において、銅スラグ細骨材混合率（ＣＵＳ混合率）を０〜５０％変化させた際の、単位摩耗量の変化を示すグラフである。
【図３】本発明に係る排砂トンネル用コンクリートを使用した排砂バイパストンネル構造物の構築方法の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、ダムの排砂バイパストンネル構造物に使用される排砂トンネル用コンクリートである。
排砂トンネル用コンクリートは、コンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合の銅スラグ細骨材が混入される構造である。また、コンクリートの水セメント比は３５％とされ、細骨材率は２５％である。
【実施例１】
【００１８】
以下、請求項１、２に記載した排砂トンネル用コンクリートを図示した実施例に基づいて説明する。
本発明の排砂トンネル用コンクリート（以下、単にコンクリートと云う。）は、既存ダムの機能強化を行うダム再開発事業の手法の一つとして実施されている、ダム貯水池の上流と下流を結ぶ排砂バイパストンネル構造物に好適に使用されるものである。この排砂バイパストンネルは上流のダム貯水池へ流入する砂礫を含む大量の土砂を下流へバイパスする目的のコンクリート製水路である。
【００１９】
本発明のコンクリートは、銅精錬するときに副産物的に生成される銅スラグを混入したことを特長としている。
銅スラグは天然骨材と比べて３０−５０％程度密度が大きいためすり減り抵抗が大きく単位容積質量の増加が望ましい構造物への活用に利点がある。この銅スラグをコンクリートに使用するにはＪＩＳ規格で定められた粒度などの規定を満たす必要がある。
上記の点から、コンクリートに銅スラグを使用するには、上記ＪＩＳ規格を満たす５ｍｍ以下の銅スラグ細骨材に置換して使用する必要があり、その容積比（銅スラグ細骨材容積／全細骨材容積）を銅スラグ細骨材混合率（ＣＵＳ混合率）として表す。
本発明のコンクリートの銅スラグ細骨材のＣＵＳ混合率は、３０％とした。
【００２０】
また、排砂バイパストンネル構造物に使用されるコンクリートには、流送砂礫の衝撃によってモルタル分が先行して流出した後、露出した骨材が脱落して摩耗が進行するため、摩耗の初期段階であるモルタルの先行摩耗を抑制することが重要である。したがって、耐摩耗性と相関の大きい水セメント比（Ｗ／Ｃ）と、モルタルの先行摩耗の抑制効果を期待できる細骨材率（ｓ／ａ）が重要な要素である。
そこで、水セメント比（Ｗ／Ｃ）と、細骨材率（ｓ／ａ）及び、銅スラグ細骨材混合率（ＣＵＳ混合率）との配合関係について実験を行った。
以下、その実験と設定値の考察について説明する
本実験において、水セメント比（Ｗ／Ｃ）を３５％とした。
既往の研究から、コンクリートの耐摩耗性は水セメント比（Ｗ／Ｃ）が低くするほど向上するものの、低水セメント比の領域では、耐摩耗性向上の効果は小さいことが知られている。また、低水セメント比のコンクリートは、セメント使用量の増大と、流動性を確保するために混和剤が必要となるためコストがかかる。したがって、本実験においてはある程度の耐摩耗性を確保しつつ経済的な配合率として、水セメント比を３５％に設定した。
また、前記細骨材率に関して、細骨材率の低減によっても耐摩耗性が向上する性質があることから、本実験では細骨材率２５％と３５％の両方を使用して比較した。
【００２１】
（１）上記の点からコンクリート配合率として、水セメント比（Ｗ／Ｃ）３５％、細骨材率（ｓ／ａ）を２５％とし、銅スラグ細骨材混合率（ＣＵＳ混合率）を０〜５０％に変化させたコンクリート供試体を６個用意し、内面に直径２ｃｍ、高さ４ｃｍの鋼棒３を２ｋｇを入れたロッド式すりへり試験機２で耐摩耗性を測定した。
（２）また、コンクリート配合率として、水セメント比（Ｗ／Ｃ）３５％、細骨材率（ｓ／ａ）を３５％に変えて、同様に銅スラグ細骨材混合率（ＣＵＳ混合率）を０〜５０％に変化させたコンクリート供試体を６個用意し、上記ロッド式すりへり試験機２で耐摩耗性を測定した。
前記供試体は幅１５ｃｍ、厚さ６ｃｍ、奥行き３０ｃｍであり、この供試体を１配合につき６個用意し、図１に示すようにドラム缶の内周に対して六角形となる配置に設置して、ドラムを回転させながら、注水と鋼製ロッドを毎分８０回転、３時間行って実水流における摩耗現象を再現して、（１）、（２）における耐摩耗性を計測した。単位摩耗量は次式による。
単位摩耗量（ｍｍ３／ｃｍ２）＝摩耗損失体積（ｍｍ３）／供試体面積（ｃｍ２）
【００２２】
上記（１）、（２）において銅スラグ混合率０〜５０％に変化させた際の、単位摩耗量の変化を図２のグラフに示した。
グラフから明らかなように、上記（２）に相当する細骨材率３５％として銅スラグ細骨材を順に置換した配合では、耐摩耗性の効果は殆ど現れていない。
対して、上記（１）に相当する細骨材率２５％として銅スラグ細骨材を順に置換した配合においては、銅スラグ細骨材率が３０％の時に単位摩耗量が最小値になり耐摩耗性が最も発揮されており、３０％を超えると単位摩耗量が増加するという現象が見られた。
そして、ＣＵＳ混合率３０％の供試体は、グラフ左端のＣＵＳ混合率０％（銅スラグを混合せず、単に細骨材が２５％の場合）に比して耐摩耗性が１．２倍（摩耗量が２０％低減）向上している。
上記の実験結果から、コンクリートの水セメント比は３５％、細骨材率は２５％の時、銅スラグ細骨材はコンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入されて形成されたコンクリートが耐摩耗性を飛躍的に発揮でき、且つ経済的であることが分かった。
【００２３】
したがって、上記配合により形成されたコンクリート体を、摩耗の激しい排砂バイパストンネルに使用することで、経済的且つ耐摩耗性を充分に発揮させることができる。また、コンクリートの耐摩耗性は、コンクリートの耐久厚さの範囲内で発揮されるため、面倒な補修やメンテナンス作業を最小限に抑えることができる。
【００２４】
次に、請求項３に記載した上記排砂トンネル用コンクリートを用いて排砂バイパストンネル構造物を構築する方法について、図３から簡単に説明する。
排砂バイパストンネル構造物１０の構築方法は、先ずダムの低部に堆積した砂礫を排出するためのコンクリート製のトンネル本体１１を構築する。
そして、上記砂礫の排出時に摩耗力が集中するトンネル本体１１内部の下方側面を含む底部に、上記排砂トンネル用コンクリート１２を打設して、耐摩耗性に優れた排砂バイパストンネル構造物１０を構築することができる。
また、排砂バイパストンネル構造物１０の上記トンネル本体１１を補修する際にも、摩耗の激しい箇所に本発明の排砂トンネル用コンクリート１２を打設すれば良い。
この排砂トンネル用コンクリート１２は、上記したように、水セメント比が３５％、細骨材率が２５％、銅スラグ細骨材をコンクリートの細骨材体積のうち３０％の割合で混入して生成したコンクリートである。
【００２５】
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例の構成に限定されない。その目的と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。例えば、本実施例では、水セメント比を３５％として算出したが、通常配合の４５％〜５５％として、略同様に実施できることを付言する。
【符号の説明】
【００２６】
１      コンクリート供試体
２      ロッド式すりへり試験機
１０    排砂バイパストンネル構造物
１１    トンネル本体
１２    排砂トンネル用コンクリート
【図１】
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【図２】
2013159548.tif 000004
【図３】
2013159548.tif 000005