(57)【要約】【課題】耐塩害性に優れている鉄筋コンクリート製品の製造方法を実現する。【解決手段】少なくとも水とセメントとフライアッシュとが混練されている材料を用いて、鉄筋コンクリート製品であるセグメント１０を製造する場合、セメントとフライアッシュとで構成される結合材中、フライアッシュがセメントの内割で１０質量％以上３０質量％以下含まれていること、また、そのセグメント１０の圧縮強度を発現させた後、塩化物イオンに晒されない環境下で、少なくとも３か月間の気中養生を行うようにすれば、耐塩害性に優れているセグメント１０を得ることができる。【選択図】図１
2017209849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水とセメントとフライアッシュとが混練された材料を用いて鉄筋コンクリート製品を製造する方法であって、
前記セメントと前記フライアッシュとで構成される結合材中、前記フライアッシュは前記セメントの内割で１０質量％以上３０質量％以下含まれており、
前記鉄筋コンクリート製品に、塩化物イオンに晒されない環境下で、少なくとも３か月間の気中養生を施すことを特徴とする鉄筋コンクリート製品の製造方法。
【請求項２】
前記材料中、前記結合材の内割で５質量％以上１５質量％以下の膨張材が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場またはそれに準ずる場所で製造する鉄筋コンクリート製品の製造方法であって、耐塩害性に優れる鉄筋コンクリート製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ポルトランドセメント硬化体と比較して、高炉スラグ粉末を含有したセメント硬化体は、耐塩害性に優れていることが知られている。
例えば、高炉スラグ粉末を７０質量％以上含有したセメント系結合材を蒸気養生して、耐塩害セメント硬化体を製造するという技術が周知になっている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６３４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、所定期間の養生を行い圧縮強度を発現させて、所定の品質のコンクリート製品を製造するようにしているが、本発明者らは、コンクリート製品の耐塩害性を高めるには、これまでの養生期間では不十分であるという課題を見出した。
例えば、上記特許文献１では蒸気養生に加え、日本下水道事業団「下水道コンクリート構造物の腐食抑制技術及び防食技術マニュアル」に準じて、セメント硬化体を脱型した後に１４日間、水中養生するということが開示されているが、このような養生であっても耐塩害性を高めるには不十分であった。
【０００５】
本発明の目的は、耐塩害性に優れている鉄筋コンクリート製品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明は、
少なくとも水とセメントとフライアッシュとが混練された材料を用いて鉄筋コンクリート製品を製造する方法であって、
前記セメントと前記フライアッシュとで構成される結合材中、前記フライアッシュは前記セメントの内割で１０質量％以上３０質量％以下含まれており、
前記鉄筋コンクリート製品に、塩化物イオンに晒されない環境下で、少なくとも３か月間の気中養生を施すようにした。
【０００７】
少なくとも水とセメントとフライアッシュとが混練された材料を用いて、鉄筋コンクリート製品を製造する場合、セメントとフライアッシュとで構成される結合材中、フライアッシュがセメントの内割で１０質量％以上３０質量％以下含まれていること、また、その鉄筋コンクリート製品の圧縮強度を発現させた後に、塩化物イオンに晒されない環境下で、少なくとも３か月間の気中養生を行うようにすれば、耐塩害性に優れた鉄筋コンクリート製品を得ることができる。
特に、塩化物イオンに晒されない環境下で気中養生できれば、製造過程で鉄筋コンクリート製品に作用する塩化物イオンの影響を排除できるので、より耐塩害性に優れた鉄筋コンクリート製品を得ることができる。
【０００８】
また、望ましくは、
前記材料中、前記結合材の内割で５質量％以上１５質量％以下の膨張材が含まれているようにする。
こうすることで、混練された材料が硬化する際、収縮によるひび割れを防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐塩害性に優れている鉄筋コンクリート製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】円形断面のシールドトンネルを示す概略図（ａ）と、そのトンネルを構成する鉄筋コンクリート製品であるセグメントの一例を示す説明図（ｂ）である。
【図２】コンクリート製品の内部に浸透する塩化物イオン濃度を計測する試験方法の説明図（ａ）（ｂ）である。
【図３】コンクリート製品の内部に浸透した塩化物イオン濃度に関するグラフであり、「ＯＰＣ」のテストピースの計測結果（ａ）と、「ＦＡ３０」のテストピースの計測結果（ｂ）である。
【図４】各テストピースに浸透した塩化物イオンの拡散係数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る鉄筋コンクリート製品の製造方法の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１２】
図１（ａ）は、円形断面のシールドトンネルを示す概略図であり、図１（ｂ）は、そのトンネルのセグメントを示す説明図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、鉄道用のトンネルＴは、複数のセグメント１０を繋ぎ合わせて構築されている。
セグメント１０は、鉄筋コンクリート製品であり、コンクリートの内部に鉄筋１１が配設されている。
【００１３】
本実施形態のセグメント１０は、少なくとも水とセメントとフライアッシュとが混練された材料の中に、鉄筋１１が埋設されて形成されている。ここでのセメントは普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）である。
本実施形態では、セメントとフライアッシュとで構成される結合材中、フライアッシュはセメントの内割で１０質量％以上、３０質量％以下含まれているようにした。
このような配合量であることが、セグメント１０の耐塩害性を高めるのに必要な条件である。
なお、セメントの内割でフライアッシュが１０〜３０質量％含まれているものは一般に知られている。
本発明者らは、このような配合量でフライアッシュを用いるとともに、従来よりも長期間の気中養生を施すことで、耐塩害性に優れている鉄筋コンクリート製品が得られることを見出した。
【００１４】
また、混練された材料中、結合材（セメント＋フライアッシュ）の内割で５質量％以上１５質量％以下の膨張材が含まれている。この膨張材の配合量はメーカー推奨の添加量（汎用的）である。
このような膨張材の配合量であれば、混練された材料が硬化する際、収縮によるひび割れを防ぐことができる。
膨張材としては、例えばデンカ株式会社製の「デンカＣＳＡシリーズ」を用いることができる。
【００１５】
なお、セメントやフライアッシュが混練された材料の中に、粗骨材や細骨材などの添加物を適宜配合することが好ましい。
また、結合材と水の比率は、従来公知の一般的な値でよく、例えば、結合材に対し、水が４５％以下であることが好ましい。
【００１６】
そして、上記配合のコンクリート材料を型枠に打設した後、蒸気養生を行い、さらに、脱型後に３日間の水中養生を行った。このような養生によって、成型したセグメント１０の圧縮強度を発現させた。
なお、鉄筋コンクリート製品であるセグメント１０の圧縮強度を発現させる養生は、このような条件であることに限らず任意であり、周知の蒸気養生や水中養生を行うようにすればよい。
【００１７】
特に、セグメント１０の圧縮強度を発現させた後に、少なくとも３か月間の気中養生を行うことで、セグメント１０の耐塩害性を高めるようにした。
具体的には、塩化物イオンに晒されない環境下での気中養生を行って、セグメント１０の耐塩害性を高めるようにした。
ここでいう「塩化物イオンに晒されない環境」とは、例えば海岸線から１．５ｋｍ以上離れた工場（またはそれに準ずる場所）であり、外気がセグメント１０の製造現場に直接入らないよう換気設備が設置されている工場であることが好ましい。
【００１８】
このように、鉄筋１１が埋設されているセグメント１０を製造するにあたり、セメントとフライアッシュとで構成される結合材中、フライアッシュがセメントの内割で１０質量％以上、３０質量％以下含まれているという条件を満たし、更にセグメント１０の圧縮強度を発現させた後、塩化物イオンに晒されない環境下で、少なくとも３か月間の気中養生を行うようにすれば、耐塩害性に優れたセグメント１０を得ることができる。
【００１９】
次に、本実施形態のセグメント１０の耐塩害性が優れていることを確認した試験について説明する。
【００２０】
まず、セメント（ＯＰＣ）１００％の結合材と、セメント（ＯＰＣ）７０％・フライアッシュ３０％配合の結合材を用意した。
そして、それぞれの結合材に内割で８％の膨張材を添加するとともに、結合材に対し４５％以下の水と、所定量の骨材（粗骨材、細骨材）を加えて混練した。
それぞれ混練した材料を、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒形状の型枠に打設して、蒸気養生を行い、さらに、脱型後に３日間の水中養生を行って、コンクリート製品のテストピースを作製した。
ここで、セメント（ＯＰＣ）１００％の結合材を用いたテストピースを「ＯＰＣ」と称し、セメント７０％・フライアッシュ３０％配合の結合材を用いたテストピースを「ＦＡ３０」と称する。
【００２１】
次いで、塩化物イオンに晒されない環境下で、それぞれのテストピースの気中養生を行った。
「ＯＰＣ」のテストピースでは、２８日間の気中養生、３か月間の気中養生、６か月間の気中養生の３パターンを行った。
「ＦＡ３０」のテストピースでは、２８日間の気中養生、３か月間の気中養生の２パターンを行った。
そして、それぞれのテストピースの気中養生後、両端部を２５ｍｍずつ切断して、直径１００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円筒形状のテストピース１とし、そのテストピース１の底面を除く周面にエポキシ樹脂塗装２を施して、図２（ａ）に示すように、テストピース１の底面を塩水３に浸漬した。具体的には、室温が２０℃の実験室内に濃度１０％の塩水３を蓄え、その塩水３にテストピース１の底面側（下側）を浸漬した。
【００２２】
次いで、２８日後にテストピース１を取り出し、塩水３に浸漬された底面（浸漬面）からの距離毎に、テストピース１中に浸透した塩化物イオンの濃度を計測した。
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、底面から０，１０，２０，３０，５０，７０，９０ｍｍの位置の試料を採取し、蛍光Ｘ線装置にて塩化物イオンの濃度を計測した。
その計測結果を図３に示す。図３（ａ）が「ＯＰＣ」のテストピースでの計測結果であり、図３（ｂ）が「ＦＡ３０」のテストピースでの計測結果である。
【００２３】
次いで、この計測結果に基づいて、各テストピースに浸透した塩化物イオンの拡散係数を求めた。テストピース毎の塩化物イオンの見かけの拡散係数Ｄａ［ｃｍ２／年］を図４に示す。
図４に示すように、２８日間気中養生した「ＯＰＣ」のテストピースの拡散係数が９．７［ｃｍ２／年］であり、２８日間気中養生した「ＦＡ３０」のテストピースの拡散係数が２．４［ｃｍ２／年］であった。このように２８日間の気中養生では、「ＦＡ３０」のテストピースの拡散係数は「ＯＰＣ」の約４分の１となった。換言すれば、「ＯＰＣ」のテストピースよりも「ＦＡ３０」のテストピースの方が約４倍、塩化物イオンが浸透し難くなった。
また、３か月間気中養生した「ＯＰＣ」のテストピースの拡散係数が８．０［ｃｍ２／年］であり、３か月間気中養生した「ＦＡ３０」のテストピースの拡散係数が１．０［ｃｍ２／年］であった。このように３か月間の気中養生では、「ＦＡ３０」のテストピースの拡散係数は「ＯＰＣ」の８分の１となった。換言すれば、「ＯＰＣ」のテストピースよりも「ＦＡ３０」のテストピースの方が８倍、塩化物イオンが浸透し難くなった。
【００２４】
このように、セメント（ＯＰＣ）１００％の結合材よりも、フライアッシュが３０％含まれている結合材を使用したコンクリート製品の方が、塩化物イオンが浸透し難くなることが確認できた。
ここで、３か月間の気中養生によって「ＦＡ３０」は「ＯＰＣ」の８倍、塩化物イオンが浸透し難くなったことから、フライアッシュが３０％含まれている結合材を使用したコンクリート製品に、少なくとも３か月間の気中養生を施すことで、優れた遮塩効果が発現することがわかる。
これは、６か月間気中養生した「ＯＰＣ」のテストピースの拡散係数が４．８［ｃｍ２／年］であるのに対し、３か月間気中養生した「ＦＡ３０」のテストピースの拡散係数が１．０［ｃｍ２／年］であることからもわかる。
【００２５】
次に、本発明に係る技術を鉄筋コンクリート製品（セグメント１０）の設計に適用する試計算について説明する。
例えば、コンクリート製品に浸透する塩化物イオンの予測値Ｃ（x,t）［ｋｇ／ｍ３］は、Ｆｉｃｋの拡散法則に基づき、下記の式（１）によって求めることができる。
Ｃ（x,t）［ｋｇ／ｍ３］は、浸透距離ｘ［ｃｍ］、供用期間ｔ［年］において測定される全塩化物イオン濃度である。なお、Ｃ（x,t）は１．２［ｋｇ／ｍ３］以下である。
【００２６】
【数１】
2017209849.tif 000003
【００２７】
ｘ［ｃｍ］は、コンクリート製品の暴露面（表面）からの浸透距離であり、設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）に相当する。
ｔ［年］は、コンクリート製品の供用期間である。
Ｃｉ［ｋｇ／ｍ３］は、コンクリート製品の初期含有全塩化物イオン濃度である。
Ｃ０Ｓ［ｋｇ／ｍ３］は、コンクリート製品表面の全塩化物イオン濃度である。
Ｄａ［ｃｍ２／年］は、コンクリート製品における塩化物イオンの見かけの拡散係数である。
【００２８】
例えば、供用期間を１００年（ｔ＝１００［年］）としたとき、Ｃ（x,t）＝１．１７［ｋｇ／ｍ３］、Ｃｉ＝０．５［ｋｇ／ｍ３］、Ｃ０Ｓ＝０．８［ｋｇ／ｍ３］であると仮定する。
このとき、コンクリート製品の拡散係数Ｄａが９．７［ｃｍ２／年］であると、式（１）から設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）はｘ＝９［ｃｍ］と試算できる。これより、２８日間気中養生した「ＯＰＣ」の場合、供用期間とした１００年後には、コンクリート製品の表面から９［ｃｍ］の深さまで塩化物イオンが浸透することを予測することができる。
また、コンクリート製品の拡散係数Ｄａが１．０［ｃｍ２／年］であると、式（１）から設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）はｘ＝３［ｃｍ］と試算できる。これより、３か月間気中養生した「ＦＡ３０」の場合、供用期間とした１００年後には、コンクリート製品の表面から３［ｃｍ］の深さまで塩化物イオンが浸透することを予測することができる。
【００２９】
こうして、拡散係数Ｄａが９．７［ｃｍ２／年］である、２８日間気中養生した「ＯＰＣ」を使用して、供用期間を１００年とする鉄筋コンクリート製品（セグメント１０）を設計する場合には、設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）を９ｃｍにする必要があることがわかる。
また、拡散係数Ｄａが１．０［ｃｍ２／年］である、３か月間気中養生した「ＦＡ３０」を使用して、供用期間を１００年とする鉄筋コンクリート製品（セグメント１０）を設計する場合には、設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）を３ｃｍにする必要があることがわかる。
このように、予めコンクリート製品の拡散係数Ｄａが得られていると、所望する供用期間に応じた設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）を試算して予測できるので、鉄筋のかぶり厚が無駄に厚い鉄筋コンクリート製品（セグメント１０）を設計したり製造したりしなくて済む。
【００３０】
そして、例えば、２８日間気中養生した「ＯＰＣ」と、３か月間気中養生した「ＦＡ３０」とを、供用期間を１００年とした上述の設定条件で比較した場合、設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）に６ｃｍの差が生じるので、セグメント１０のような鉄筋コンクリート製品の場合には表裏方向に１２ｃｍの差が生じる。
つまり、鉄筋コンクリート製品（セグメント１０）を設計する場合には、設計かぶり（鉄筋のかぶり厚）をより小さくできる材料を採用するようにすれば、製品コストを抑えることができる。
特に、シールドトンネルに使用するセグメント１０の場合、片面６ｃｍ（両面１２ｃｍ）のサイズダウンであっても、掘削土量を大幅に削減することができ、施工コストを大幅に削減することが可能になる。
【００３１】
以上のように、少なくとも水とセメントとフライアッシュとが混練されている材料を用いて、鉄筋コンクリート製品であるセグメント１０を製造する場合、セメントとフライアッシュとで構成される結合材中、フライアッシュがセメントの内割で１０質量％以上、３０質量％以下含まれていること、また、そのセグメント１０の圧縮強度を発現させた後、塩化物イオンに晒されない環境下で、少なくとも３か月間の気中養生を行うようにすれば、耐塩害性に優れているセグメント１０を得ることができる。
【００３２】
そして、耐塩害性に優れているセグメント１０であれば、従来の鉄筋コンクリート製品よりも、鉄筋のかぶり厚を小さくすることができるので、製品コストを抑えることができる。
特に、シールドトンネルに使用するセグメント１０の場合、掘削土量を大幅に削減することが可能になり、施工コストを大幅に削減することができる。
【００３３】
なお、以上の実施の形態においては、鉄筋コンクリート製品としてシールドトンネル用のセグメント１０を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉄筋コンクリート製品は、その他の任意のコンクリート部材であってよい。
【００３４】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    セグメント（鉄筋コンクリート製品）
１１    鉄筋
Ｔ      トンネル
【図１】
2017209849.tif 000004
【図２】
2017209849.tif 000005
【図３】
2017209849.tif 000006
【図４】
2017209849.tif 000007