第 24 回 国土技術開発賞 優秀賞受賞

防水層に UFC を用いた
プレキャスト PC 床版

UFC とコンクリートの合成構造である UFC 複合床版
〔受賞者〕 東日本高速道路株式会社／株式会社大林組〔本稿執筆者〕 東日本高速道路株式会社

はやし林

以下に，第 24 回 国土技術開発賞 優秀賞を受賞した「防水層に UFC を用いたプレキャスト床版」を紹介します。

ひでかず

さ さき秀和／株式会社大林組 佐々木

かずなり

一成

ば，工程管理に著しく貢献すると期待される。
そこで，高強度かつ緻密で遮水性に優れる超高強度繊維補強コンクリート（UFC：Ultra HighStrength Fiber Reinforced Concrete）に着目し，前述の目的を達成するために UFC をプレキャス

1.

はじめにト PC 床版の防水層に適用した床版（以下，「UFC複合床版」という）の開発を試みた。

東日本高速道路株式会社（以下，NEXCO 東日本）では，平成 27 年 3 月から高速道路リニュー

2.

UFC 複合床版の概要アルプロジェクトとして，橋梁やトンネルなどの大規模な更新工事を実施している。橋梁の床版取UFC 複合床版の概要を図− 1 に示す。プレキ替では，既設橋の劣化した RC 床版をこれまでよャスト床版のかぶりの一部に UFC を打ち重ねてり耐久性の高い床版に取り替えることとしてお一体化した複合構造で，製造および供用中に想定り，プレストレストコンクリート床版が標準としされる荷重に対してひび割れが生じないように，て採用されている。また，施工中の工事規制の影

床版厚 220 mm のうち，UFC 厚さを 20 ～ 50 mm

響をできる限り最小化するために，プレキャスト床版を広く採用し，工程の短縮に努めている。
こうした中，橋梁の床版取替では，床版のさらなる高耐久化と通行規制時間の短縮が求められている。特に，後者は交通繁忙期（年末年始や大型連休，夏季休暇）を避けた時期に施工時期を設けているため，梅雨や雪氷期の影響を受けやすいことから，天候に左右され，かつ工事終盤に施工する床版防水工が通行規制解除のクリティカルとなってしまう。そのため，人知の及ばない天候の影
響を受ける工種を現場施工から省くことができれ

図− 1

UFC 複合床版の概要図

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で敷設し，これを防水層とした。なお，UFC には常温硬化型のスリムクリートを用いている。
UFC 複合床版に用いた UFC の配合とその力学特性を表− 1，2 にそれぞれ示す。表− 2 は水
温 20℃で養生した材齢 28 日の特性値である。構
成材料は，ポルトランドセメント，ポゾラン材，無機粉体，粒径 5 mm 以下の骨材，鋼繊維，高性能減水剤および水である。反応速度の速いエーライトを含むポルトランドセメントを使用することによって，給熱養生を行わなくても表− 2 に示す圧縮強度などの力学特性が得られる。鋼繊維は直図− 2

透水試験に用いた試験体の概要

径 0.16 mm，長さ 13 mm，引張強度 2,700 N/mm2であり，混入量は 2.0 vol% である。

なひび割れ（以下，「マイクロクラック」という）を水中養生を省略することにより再現した試験体

表− 1

使用した UFC の配合とした。6 章に示すように，UFC 複合床版は硬単位量［kg/m ］

化していない状態のコンクリートに UFC を打ち

3水ポルトランドセメント
ポゾラン材
無機粉体
等

骨材

高性能減水剤

鋼繊維

230

1,830330

32157

重ねて製造することから，両材料間の収縮差の拘束や UFC 層の表面からの乾燥の影響を受けやすいためである。
透水係数の計測は，マイクロクラックが発生し

表ー 2使用した UFC の力学特性（材齢 28 日）た箇所から直径φ100 mm，高さ 100 mm で試験

ひび割れ
圧縮強度 発生強度 引張強度 ヤング係数 ポアソン比［N/mm2］［N/mm2］［N/mm2］［N/mm2］

片を採取して実施した。透水試験はインプット法

1808.08.84.6×1040.2

により，水圧 1 MPa，加圧時間 24 時間で試験片に水を浸透させた。加圧終了後，マイクロクラッ
クに沿って試験片を割裂させて浸透深さを計測し，割裂面の浸透深さから拡散係数を算出し，その値3.

UFC 複合床版の防水性能を用いて透水係数を求めた。実験結果を表− 3 に示す。試験によって得られた透水係数は最大でUFC 複合床版の防水層の要求性能は，高速道路の技術基準 1）における床版防水層（グレードⅡ）1.78×10−14 m/s であり，いずれも 1.0×10−13 m/s以下であることを確認した。と同等以上とし，設計耐用期間は橋の設計供用期間 2）と同じと考え 100 年とした。また，要求水準は透水係数 1.0×10−13 m/s 以下とした 3）。

表− 3UFC 複合床版の透水係数の結果を用い，透水試験にて確認した。図− 2 に試験体最深部
平均浸透 拡散係数 透水係数β02kNo. 深さ Dm
浸透深さ 透水係数［mm］［×10−6 m2/s］ ［m/s］ ［mm］ ［m/s］の概要を示す。UFC は，厚さ 220 mm の UFC 複

12.61
2.21

2.13×10−3 8.17×10−16

11.3

1.78×10−14

20.18
0.00

1.18×10−5 4.53×10−18

4.1

2.35×10−15

3

浸透なし

浸透なし

－

防水性能は，UFC 複合床版を模擬した試験体合床版の上層 20 mm に打ち重ねた。下層に用いたコンクリートは，実構造物を想定した設計基準
強度 50 N/mm2 の早強コンクリートである。また，UFC 層の表面に肉眼では確認できない微細66

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2022/12/26 17:44また，引張疲労および凍結融解の負荷を与えたと UFC，UFC と下層コンクリートである。ま後の防水性能の確認も行った。前述と同様に意図

た，5 章に示すように床版同士の接合部にも現場的にマイクロクラックを再現した試験体を用い，施 工 の UFC を 適 用 す る こ と で， 床 版 全 面 をマイクロクラックが発生した箇所から 100×100UFC で覆う構造でもある。UFC の打継ぎが必要

×400 mm の試験片を採取し，次の試験を実施しとなるため，UFC 同士の一体性の確保も重要とた。

なる。

引張疲労試験は，床版の設計荷重時の引張応力を模擬して UFC 層の最外縁に 4 N/mm2 の引張応⑴アスファルト舗装と UFC の一体性

力 が 作 用 す る よ う に 曲 げ 引 張 を 与 え，0 ～ 4

ア ス フ ァ ル ト 舗 装 と UFC の 一 体 性 は，N/mm2 の応力振幅で 200 万回作用させた。また，NEXCO の技術基準 1）で求めるアスファルト舗装

凍結融解試験は，JIS A 1148「コンクリートの凍とコンクリートに求める一体性の要求水準につい結融解試験方法」【A 法：水中凍結融解試験方法】て検証した。検討の流れを図− 3 に示す。各試験による凍結融解を 300 サイクル作用させた。試験条件において，引張接着試験やせん断接着試験をの組合せは負荷なし，引張疲労のみ，引張疲労を行い，すべてのケースで基準値を満足する結果で与えた後に凍結融解を作用させた合計 3 水準としあった 3）。

た。透水係数の計測は前述と同様に行い，最大で1.48×10−14 m/s であり，いずれも 1.0×10−13 m/s⑵

UFC とコンクリートの一体性
UFC とコンクリートの一体性は，引張接着性以下であることが確認された 4）。

能，せん断接着性能および梁試験体の曲げ載荷試

4.

UFC 複合床版の一体性

験により確認した。梁試験体の曲げ載荷試験では，曲げ破壊型，せん断破壊型の試験体により，UFC 複合床版は，下層の床版コンクリートが破壊時の UFC とコンクリートとの一体性を確認

硬化する前に UFC を打ち重ねるため，これらのした。梁の高さは床版厚を想定した 220 mm，異種材料同士の一体性を確保することが重要であUFC 厚さは 20 mm とし，せん断スパンはそれぞる。ジョイント箇所としては，アスファルト舗装れ 曲 げ 破 壊 型 は 1,000 mm， せ ん 断 破 壊 型 は

図− 3

UFC とアスファルト舗装の接着性の検討の流れ
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写真− 1

曲げ破壊型試験体の破壊状況

500 mm とした。曲げ破壊状況を写真− 1 に示す。曲げ破壊型試験体では一般的なコンクリート
梁 と 同 様 に 引 張 鉄 筋 が 降 伏 し た 後， 最 終 的 に
写真− 3

UFC が圧壊することにより荷重が低下した。

接合部の破壊状況

せん断破壊状況を写真− 2 に示す。せん断破壊型試験体では，引張鉄筋降伏後，最終的に斜めひした（写真− 3）。UFC 同士の打継面の引張強度び割れが UFC を貫通して伸展し，荷重が低下しはひび割れ発生強度以下であったが，打継部を鋸た。いずれの試験体においても，最大耐力に達す歯形状とすることで UFC 母材と同等以上の引張るまで UFC が剥離するような現象は見られなか性能となることを確認した 3）。

ったことから，フレッシュな状態のコンクリートに UFC を打ち重ねても一体性が確保できること

5.

UFC 複合床版の接合部が確認できた 。
3）UFC 複合床版同士の接合部には現場施工に適した常温硬化型の UFC を用いた工法を採用し，上層は図− 4 に示す鋸歯形状とした。これは前述のとおり，UFC 同士の鉛直打継面の引張性能がひび割れ発生強度以下であるため，打継面に角度
写真− 2

せん断破壊型試験体の破壊状況を持たせることによって作用する応力を低減させ，ここが弱点とならないようにするためであ⑶

UFC 同士の一体性
UFC 同士の一体性は，UFC 同士の鉛直打継ぎ部を設けた試験体を作製し，一軸引張試験により，打継面の引張性能を確認した。引張強度の平均値は 6.78 N/mm2 で，UFC のひび割れ発生強度 8 N/mm2 を下回る結果であったため，鉛直打継部に作用する引張応力を打継ぎ引張強度よりも

図− 4

UFC 複合床版同士の接合部小さくする配慮が必要となることがわかった。
また，接合部の梁試験体の曲げ載荷試験も実施した。試験体は，5 章に示すとおり UFC 同士の打継部を鋸歯形状とし，打継部が引張となるよう，UFC 層 が 下 面 に な る よ う に 載 荷 し た。 なお，試験体は⑵と同様の寸法とし，せん断スパンは 1,000 mm とした。UFC の打継ぎ部でひび割れが拡大せず，一体打ちした UFC の箇所で破壊

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図− 5

鋸歯部に作用する応力2023 年 1 月号

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る。図− 5 に示すように UFC 同士の界面を引張一定時間経過後，金ごてによる表面のならしをとせん断で抵抗させ，界面が破壊のクリティカル行い，養生マットで覆った UFC の上面を湛水養にならないように照査を行う 。

生しながら，床版全体には蒸気養生を施した。蒸4）

現場施工では，接合部と同時にこの鋸歯形状に気養生完了後，コンクリートが所定の強度に達しUFC を打ち込むことで橋面全体が覆われ，床版たことを確認し，床版にプレストレスを導入しの防水性能を発揮する。

た。その後，7 日間の水中養生を施した。

6.

UFC 複合床版の製造

7.

おわりにUFC 複合床版は，一般のプレキャスト PC 床UFC 複合床版は，本稿で紹介した他にもさま版を製作している工場で製作した。UFC 複合床

ざまな検討を行い，東北自動車道 宮城白石川橋

版ではコンクリートと UFC の一体性が重要であ（上り線）で初適用し，その後 4 橋で施工を行った。

り，下層のコンクリートが硬化する前に UFC 層本技術の開発により，高耐久かつ橋面全体に防を打ち重ねる必要がある。そのため，下層のコン水機能を有するプレキャスト床版を実現することクリート打込みから約 30 分経過した段階で UFCができた。また，床版防水工が不要となるため，層の打重ねを開始し（写真− 4），コンクリート通行規制期間の短縮や天候不順による工程遅延リ打込み後 2 時間以内で UFC の打重ね作業が完了スクの回避も可能となった。今後は本技術を有効するように時間管理を徹底しながら作業した。な活用するため，床版取替事業において標準化を目お，UFC を打ち重ねる面となるコンクリート表指していきたいと考えている。

面は木ごて仕上げである。
【参考文献】
1） 東・中・西日本高速道路株式会社：設計要領第一集
舗装（2020.7）
2） 公益社団法人日本道路協会：道路橋示方書・同解説
1 共通編（2017.11）
3） 塩畑英俊，平野勝彦，川西貴士，佐々木一成：防水層に UFC を用いた複合プレキャスト PC 床版の開発，コンクリート工学，Vol.59，No.7，pp.574 ～ 581（2021.7）
4） 塩畑英俊，安川義行，本間淳史，大場誠道，佐々木一成：防水層に UFC を用いた複合プレキャスト PC
床版の実用化に向けた検証，橋梁と基礎，pp.31 ～ 36（2021.10）

写真− 4

UFC の打重ね

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