JP2022026876A - 合成床版及びそれを用いた鋼橋 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートと鋼材との付着性を改善し劣化を抑制することが可能な合成床版及びそれを用いた鋼橋を提供する。【解決手段】底鋼板１０とコンクリート層３０よりなる合成床版において、底鋼板１０とコンクリート層３０の界面に付着材層２０を設け、付着材層２０のタフネスが５０００Ｎ・ｍ２以上で、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ２以上とし、例えば、付着材層２０に、ポリマーセメント系塗料やクロロプレンゴム系接着剤を塗布して形成することで、付着材層２０の付着性を高めると共に止水性を高め、合成床版及びそれを用いた鋼橋の寿命を延ばすことが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼橋の経年劣化を抑制する技術であって、特に合成床版を用いるような鋼材とコンクリートとの界面での剥離を抑制する技術に関する。

近年、鋼橋など鋼板とコンクリートを用いた構造物において、経年劣化などが問題となり補修や作り直しが必要だとされている。特に車両が通過することによって繰り返し荷重のかかる合成床版においては、合成床版の底鋼板とコンクリートが、その界面で剥離するなどの問題が発生していることが確認されている。これはコンクリートと鋼板の付着強度が小さく界面で剥離しやすいためで、コンクリートに生じた微細なひび割れから浸入した水分や塩分が影響して合成床版の耐久性を低下させている。こうした鋼材とコンクリートの剥離に対応する技術としては、例えば特許文献１や特許文献２の様な技術が提案されている。

特許文献１には、鋼製床版に関する技術が開示されている。鋼製床版は、鉄板などの基板に、カルボキシ変性スチレンブタジエン共重合体と、メタクリル酸シクロヘキシルースチレン共重合体と、脂肪酸石けんとを成分とする複合ポリマーエマルジョンに、酸化ケイ素と、酸化カルシウムと、酸化鉄と、亜鉛華と、グリシンなどを成分とする主剤を混合して得られる塗装剤を塗布することによって５ｍｍ程度の厚みの塗装層が設けられ、これをプライマーとしてその表面に舗装される貼付用アスファルト又はコンクリートとの接着性を増強している。

特許文献２には、合成床版及びそれを用いた橋梁に関する技術が開示されている。合成床版は底鋼板、付着材、コンクリートを備えており、合成床版の上面に付着材が塗布されて、コンクリートが充填されている。付着材の厚さは１０μｍ～１０００μｍ程度で、好ましくは５０μｍ～５００μｍ程度となる様に形成されている。これによって、従来使用されていたスタッドジベルなどに代表されるズレ止めの数を減らすことができ、その結果施工コストの削減を図ることに貢献している。

特開平１１－２２９３０５号公報 特開２０１１－１０６１１７号公報

このように鋼板とコンクリートの間に接着性を発揮する付着材を用いることで鋼板とコンクリートとの接着性を高めているが、特許文献１及び特許文献２に開示される技術では、繰り返し荷重がかかる合成床版の経年による劣化が問題となる。加えて近年は冬季に融雪剤が撒かれるなど、鋼橋の使用環境がより厳しくなっている。出願人は鋼材とコンクリートとの界面に滞水が出来てそこを起点として劣化が進行するケースを確認しており、様々な接着剤等をテストして鋼材とコンクリートとの付着性の改善について実験を行った。その結果、界面における止水性を向上させるためには、界面に形成される付着材層のタフネスが大切であるという知見を見出した。

そこで、本発明はこの様な課題を解決し、コンクリートと鋼材との付着性を改善し劣化を抑制することが可能な合成床版及びそれを用いた鋼橋の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による合成床版は、以下のような特徴を有する。

（１）鋼材とコンクリートよりなる合成床版において、
前記鋼材と前記コンクリートの界面に付着材層を設け、
該付着材層のタフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上で、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であること、
を特徴とする。

（２）（１）に記載の合成床版において、
前記付着材層は、ポリマーセメント系又はクロロプレンゴム系の塗料又は接着剤を用いて形成されていること、
が好ましい。

（３）（１）又は（２）に記載の合成床版において、
前記鋼材が底鋼板であり、後に打設される前記コンクリートと前記底鋼板の間に付着材層が形成されていること、
が好ましい。

（４）（１）又は（２）に記載の合成床版において、
前記鋼材が側鋼板であり、後に打設される前記コンクリートと前記側鋼板の間に付着材層が形成されていること、
が好ましい。

上記（１）に記載の態様によって、鋼材とコンクリートの界面に形成された付着材層は、タフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上でせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上となるように形成されることで、鋼材とコンクリートとの付着性を改善して劣化を抑制することができる。これは、例えば（２）に示すようなポリマーセメント系塗料やクロロプレンゴム系接着剤を用いることで、付着材層のタフネスと止水性を高めることが出来る。出願人の実験によれば、ポリマーセメント系塗料やクロロプレンゴム系接着剤を用いて付着材層を構成し、タフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上であり、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上となる付着材層を形成することで、長期間にわたって界面の付着切れを抑制でき、界面に滞水ができることを防ぐ事が期待出来ることが分かった。

このような付着材層は、上記（３）又は（４）の態様に示すように底鋼板の上面や側鋼板の壁面に使うことができ、それぞれ合成床版の寿命を延ばすことに貢献できる。そして、付着材層に要求されるのは、タフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上であり、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上となる性能であり、付着材層を形成するのはこうした性能を満足しうる接着剤又は塗料であることが好ましい事を確認した。これにより、結果的に合成床版の寿命を延ばすことが可能となる。

また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様による鋼橋は、以下のような特徴を有する。

（５）鋼材とコンクリートよりなる合成床版を有する鋼橋において、
前記鋼材と前記コンクリートの界面に付着材層を設け、
該付着材層のタフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上で、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であること、
を特徴とする。

（６）（５）に記載の鋼橋において、
前記付着材層は、ポリマーセメント系又はクロロプレンゴム系の塗料又は接着剤を用いて形成されていること、
が好ましい。

上記（５）に記載の態様によって、（１）に記載の合成床版を鋼橋に採用することとなり、結果的に鋼橋の寿命を延ばすことに貢献することが可能である。また、合成床版における鋼材とコンクリートとの界面には、（６）に記載の態様のように、ポリマーセメント系又はクロロプレンゴム系の塗料又は接着剤を用いることで、付着材層のタフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上でせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上となることを確認しており、そうして形成された付着材層の寿命を延ばすことで、結果的に鋼橋の寿命の延長に貢献することが可能となる。

本実施形態の、合成床版の模式図である。 本実施形態の、合成床版の拡大断面図である。 （ａ）本実施形態の、供試体の概要について説明する模式側面図である。（ｂ）本実施形態の供試体の概要について説明する模式断面図である。 本実施形態の、試験方法に関する模式図である。 本実施形態の、せん断強度とタフネスに関する相関図である。 本実施形態の、せん断弾性係数の比較図である。

まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、合成床版の模式図を示す。図２に、合成床版の拡大断面図を示す。合成床版１００は、鋼橋９０に用いられる複数の主桁５０の上に配置された底鋼板１０と、リブ１１と、この底鋼板１０の上面に塗布されて形成された図２に示される付着材層２０と、この付着材層２０の上に充填され打設されたコンクリート層３０とを備える。コンクリート層３０の上には防水層３５と舗装４０が設けられている。

底鋼板１０の表面はスタッドシベル１２等が設けられており、その表面には無機ジンクリッチプライマーか無機ジンクリッチペイントが施されている。その上面に塗布される付着材層２０は、ポリマーセメント系塗料又はクロロプレンゴム系接着剤が用いられていることが好ましい。付着材層２０は８００～１０００ｇ／ｍ^２程度の量の吹き付けによる施工が好ましいが、その素材の特性応じて塗布量を増量することができる。なお、付着材層２０の形成において刷毛やローラーを用いた施工を用いる事を妨げない。また、図２には示していないが壁高欄７０を構成する側鋼板６０とその内側に形成された壁面コンクリート６５の間にも付着材層２０を設けることを妨げない。

なお、本実施形態では、ポリマーセメント系塗料には、大日本塗料株式会社製のエバーコンを用いている。また、クロロプレンゴム系接着剤には、ＤＩＡＢＯＮＤ社製ダイアボンドＣＫ３７０シリーズのうちスプレータイプを使用している。もちろん、発明の趣旨の範囲内でこれ以外の塗料や接着剤を用いることを妨げない。

このような付着材層２０を設けることによって得られる効果について検証した実験概要について、次に説明する。図３（ａ）に、供試体の概要について説明する模式側面図を示す。（ｂ）に供試体の概要について説明する模式断面図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ断面を示している。

供試体２００は、略羽子板状に加工された鋼板１１０と、その上に形成されたコンクリート体１３０と、その間に形成されている付着材層１２０よりなる。供試体２００は４種類用意され、弾性型水性アクリルエマルジョン系塗料を塗布することで付着材層１２０を形成した第１供試体２００Ａ、ポリマーセメント系塗料を塗布することで付着材層１２０を形成した第３供試体２００Ｃ、クロロプレンゴム系接着剤を塗布することで付着材層１２０を形成した第４供試体２００Ｄ、そして基準となる付着材層１２０を設けていない第２供試体２００Ｂである。

したがって、第２供試体２００Ｂのみ付着材層１２０を有してはいない。なお、特に区別せず供試体２００とした場合には、第１供試体２００Ａ乃至第４供試体２００Ｄのいずれも、或いはいずれか１つを指すものとする。

これらの供試体２００のうち、第２供試体２００Ｂを除く第１供試体２００Ａ、第３供試体２００Ｃ、第４供試体２００Ｄの製作手順について説明する。

略羽子板状に加工された鋼板１１０は、一般構造用圧延板ＳＳ４００を採用して、その表面をＩＳＯＳａ２．５のグレードでブラスト処理したものを用いている。ブラスト処理後の鋼板１１０上には、凸部１１０ａを避けた所定の場所に、前述した塗料又は接着剤をそれぞれ刷毛で塗布することで付着材層１２０を形成した後、室温２０℃、相対湿度６０％の条件で１週間室内養生を行った。

その後に、鋼板１１０上に水セメント比５０％の普通コンクリートを打設してコンクリート体１３０を形成する。その後、２０℃、相対湿度６０％の条件で封かん養生を行い、赤色の染料で色を付けた色水の中に材齢２８日まで浸漬した。その後、２０℃、相対湿度６０％の室内で１４日間気中養生して供試体２００としている。なお、第２供試体２００Ｂは、塗料又は接着剤を塗布して養生を行う行程を省いて作成している。

図４に、試験方法に関する模式図を示す。供試体２００は、略コの字断面の治具３１０の内部に配置される。治具３１０の内部にはベース３１１と隙間板３１２が設けられており、ベース３１１の上に供試体２００を配置し、その上に支圧板３１５を配置している。他方、供試体２００の側方にはジャッキ機構３２０が配置され、供試体２００に対して側方から位置調整が出来る構造となっている。

支圧板３１５の両端部分は、治具３１０の上部に引っかかる構造となっている。また、支圧板３１５にはその中央に供試体２００の鋼板１１０が貫通する孔が設けられ、治具３１０内に配置された際に、供試体２００の鋼板１１０の凸部１１０ａが挿通されて、凸部１１０ａの上部から５０ｋＮの万能試験機によって引っ張り上げられるような力がかかる構成となっている。

鋼板１１０のコンクリート体１３０との接触する面積、すなわち付着材層を形成するために塗料又は接着剤を塗布する面積は１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲とした。これにあわせてコンクリート部１３０の大きさは、一辺が１００ｍｍの立方体となるような大きさに設定されている。また、ポリマーセメント系塗料の塗布量は１０００ｇ／ｍ^２とし、弾性型水性アクリルエマルジョン系塗料は１３５０ｇ／ｍ^２とし、クロロプレンゴム系接着剤は８００ｇ／ｍ^２としている。

このような治具３１０を用いて供試体２００の鋼板１１０とコンクリート体１３０とのずれ量を測定することで、供試体２００の一面せん断強度（Ｎ／ｍｍ^２）及びタフネス（Ｎ・ｍ^２）を求めている。ここでタフネスとは、供試体２００に対してかかる荷重と変形量の積から求められる数値であり、供試体２００が完全に破壊されるまでに吸収するエネルギー量のことである。また、同時にコンクリート体１３０と鋼板１１０の界面止水性について、封かん養生時に用いた色水の浸透状況を確認している。図５に、せん断強度とタフネスに関する相関図を示す。図６に、せん断弾性係数の比較を示す。図５及び図６の凡例は共通した記号を使用している。三角は第１供試体２００Ａ、丸形が第２供試体２００Ｂ、菱形は第３供試体２００Ｃ、四角は第４供試体２００Ｄの結果を示している。

これによると、クロロプレンゴム系接着剤を用いた第４供試体２００Ｄが図５に示すようにせん断強度もタフネスも最も高い結果を示している。また、図６に示すようにせん断弾性係数に関しても最も高かった事を示している。次に優れた結果を示したのがポリマーセメント系塗料を用いた第３供試体２００Ｃである。これらは比較のために用意した、付着材層１２０を備えない第２供試体２００Ｂと比べて何れも良好な結果を示しており、一方でせん断強度及びタフネス共に低かったのは弾性型水性アクリルエマルジョン系塗料を用いた第１供試体２００Ａであった。

また、止水性については、目視による色水の着色状況から、弾性型水性アクリルエマルジョン系塗料を用いた第１供試体２００Ａの界面の端部付近の着色量が多く、止水性が低いことがうかがえた。一方で、第２供試体２００Ｂ、第３供試体２００Ｃ、及び第４供試体２００Ｄは何れも殆ど着色が確認できず、止水性が確認できた。したがって、ポリマーセメント系塗料やクロロプレンゴム系接着剤を用いた付着材層２０によって、底鋼板１０とコンクリート層３０との良好な界面状態を維持することが期待できる。

本実施形態の合成床版１００又は鋼橋９０は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

まず、本実施形態の効果として、底鋼板１０とコンクリート層３０との付着性を向上させることが可能であり、繰り返し荷重のかかる鋼橋９０に用いた合成床版１００における劣化を抑制できる点が挙げられる。これは、底鋼板１０とコンクリート層３０よりなる合成床版１００において、底鋼板１０とコンクリート層３０の界面に塗布されて形成された付着材層２０を設け、付着材層２０に、タフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上でせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上となるような塗料又は接着剤（ポリマーセメント系塗料又はクロロプレンゴム系接着剤）を用いること、を特徴とするためである。

例えばクロロプレンゴム系接着剤を８００～１０００ｇ／ｍ^２程度吹き付ける施工によって付着材層２０を形成し、養生後にその上にコンクリート層３０を打設することで、コンクリート層３０と底鋼板１０との付着性を向上することが可能となる。そして、上述した実験によって止水性が確認され、付着材層２０を形成しない場合よりも高いせん断強度及びタフネスが得られることで、繰り返し荷重のかかる合成床版１００での界面における付着切れを防ぐことが期待できる。

具体的には、図５に示すように、供試体を作ってテストをした場合に、タフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上で、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２を満足できる塗料又は接着剤を用いて形成した付着材層２０を用意できることが望ましい。特にタフネスが高くなるほど底鋼板１０とコンクリート層３０とのせん断ずれに対して粘り強く抵抗し、止水性を確保することが期待出来る。

クロロプレンゴム系接着剤を用いた付着材層２０は、上述した実験結果における界面の破壊形態がコンクリート体１３０の一部凝集破壊であった。このことは、鋼板１１０とコンクリート体１３０の界面における付着性の高さを示しており、破断までの抵抗が強く、付着材層１２０が粘りを有していることからせん断ずれに対する追従性も高いと考えられる。ポリマーセメント系塗料を用いた場合にも良好な結果を得られたことから、このいずれかの接着剤を用いて付着材層２０を形成することで、結果的に鋼橋９０の寿命を長くすることが期待出来る。また、付着材層２０の形成にあたっても、刷毛塗りや吹き付け塗装による施工が可能である為、施工性も良好である。

ポリマーセメント系塗料及びクロロプレンゴム系接着剤について，複数の試験を行った結果、全般的な傾向として付着材層２０のせん断強度が高くてもタフネスに欠ける結果となる接着剤や、タフネスに富んでいてもせん断強度が弱い結果となる接着剤では、鋼橋９０の変形に伴ってコンクリート層３０と底鋼板１０とが剥離する懸念がでてくることが分かった。したがって、よりタフネスに富み、せん断強度を高くできる塗料又は接着剤を採用することが望ましい。そして、タフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上でせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上となるような塗料又は接着剤であれば、付着材層２０の寿命を伸ばすことが期待出来ることが好ましい。

以上、本発明に係る合成床版１００及びそれを用いた鋼橋９０に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、付着材層２０の形成にあたって、刷毛塗りや吹き付けによる施工としているが、これ以外の方法を用いることを妨げない。例えば、刷毛の代わりにローラーなどを用いて塗布する方法でも良い。また、付着材層２０にはポリマーセメント系塗料やクロロプレンゴム系接着剤を用いることを推奨しているが、ポリマーセメント系接着剤やクロロプレンゴム系塗料を用いても良いし、よりせん断弾性係数が高くタフネスが高い塗料又は接着剤を用いることを妨げない。或いはガラス繊維などを追加してせん断係数やタフネスを高くすることを妨げない。

また、本実施形態では底鋼板１０及び側鋼板６０の両方を採用している構成を示しているが、側鋼板６０を用いていない合成床版に本発明を適用することを妨げない。

１０ 底鋼板
２０ 付着材層
３０ コンクリート
９０ 鋼橋
１００ 合成床版

Claims (6)

1. 鋼材とコンクリートよりなる合成床版において、
   前記鋼材と前記コンクリートの界面に付着材層を設け、
   該付着材層のタフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上で、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であること、
   を特徴とする合成床版。
2. 請求項１に記載の合成床版において、
   前記付着材層は、ポリマーセメント系又はクロロプレンゴム系の塗料又は接着剤を用いて形成されていること、
   を特徴とする合成床版。
3. 請求項１又は請求項２に記載の合成床版において、
   前記鋼材が底鋼板であり、後に打設される前記コンクリートと前記底鋼板の間に付着材層が形成されていること、
   を特徴とする合成床版。
4. 請求項１又は請求項２に記載の合成床版において、
   前記鋼材が側鋼板であり、後に打設される前記コンクリートと前記側鋼板の間に付着材層が形成されていること、
   を特徴とする合成床版。
5. 鋼材とコンクリートよりなる合成床版を有する鋼橋において、
   前記鋼材と前記コンクリートの界面に付着材層を設け、
   該付着材層のタフネスが５０００Ｎ・ｍ^２以上で、せん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ^２以上であること、
   を特徴とする鋼橋。
6. 請求項５に記載の鋼橋において、
   前記付着材層は、ポリマーセメント系又はクロロプレンゴム系の塗料又は接着剤を用いて形成されていること、
   を特徴とする鋼橋。

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