JP4050012B2 - 橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，施工が容易で低コスト化を図った橋梁上部工としての合成床版軽量コンクリート構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の橋梁は長大化，大規模化の傾向にあり，特に，自重の影響が卓越するコンクリート橋の場合には，死荷重をいかにして軽減するかが課題となる。このような場合には，軽量コンクリートを適用することが有効である。
【０００３】
しかし，軽量コンクリートを適用する場合には，その高強度化を図るために，使用する軽量骨材自身の高強度化，低吸水率化および高耐久化が要求されることになる。このような要求を満たす軽量骨材が最近開発されつつあるが，高価であるものが多い。
【０００４】
このため，上部工用のコンクリートとして従来から使用されている高強度コンクリートに代わるほどの高強度で且つ軽量なコンクリート構造物を安価に構築することは一般に困難である。
【０００５】
他方，橋梁上部工構造物ではコンクリート露出面が下向きの箇所が必然的に多くなるので，たとえ高強度コンクリートで構成されたものでも，この下向き面からのコンクリート剥落が問題視されることもあり，このようなコンクリート剥落を防止できることも必要となる。
【０００６】
このような問題を解決するものとして，例えば鋼コンクリートサンドイッチ合成床版がある。これは，内部に空洞をもつ鋼板製のパネル状床版（予め工場で製造されたもの）を，橋脚に架け渡したあと，その鋼板製床版の空洞内にコンクリートを充填することによって鋼コンクリートサンドイッチ合成床版を完成するものである。この場合，鋼板製床版の狭い隙間にコンクリートを密に充填することは困難を伴うので，いきおいその空洞の厚みも大きくならざるを得ず，空洞厚みは通常は３００ｍｍを超える。このため，重量増となって死荷重の低減にはあまり寄与できなくなる。
【０００７】
その空洞内に充填するコンクリートとして軽量コンクリートを用いることも考えられるが，軽量コンクリートを前記の狭い内部空洞に密に充填することは必ずしも容易でなく，その成果には未知なところが多い。従来の高流動化した軽量コンクリートを使用する場合には前記のように高価であることから，コトス高とならざるを得ないといった問題も伴う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって，本発明はこのような課題の解決を目的としたものであり，施工が容易でしかも低コストでありながら，厚みが薄く軽量な橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物を得ようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，内部に空洞をもつ鋼板製のパネル状床版を橋脚上に据え付けたあと，硬化後の単位容積質量が２０００Ｋｇ／ｍ³以下となるように軽量骨材を配合し且つスランプフロー５００ｍｍ以上を有するように材料配合した軽量・高流動コンクリートを，前記鋼板製のパネル状床版の空洞内に，自己充填性を利用して全ての空気抜孔からモルタルの流出が確認され未充填部が無いように充填してなる橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物を提供する。
【００１０】
ここで，パネル状床版の空洞内に充填する軽量高流動コンクリートを得るには，粗骨材としてプレウェッティングしたときの表乾密度が１.３〜１.７で最大寸法１５ｍｍの軽量骨材を使用することができ，混和材として密度が２ . １ないし２ . ３のフライアッシュをコンクリート１ｍ ³ あたり２００〜３００Ｋｇ配合する。そして，混和剤として高性能ＡＥ減水剤と増粘剤を配合することができる。また，この合成床版は，上下の鋼板の間に単位容積質量２０００Ｋｇ／ｍ³以下の軽量コンクリートが密に充填された鋼板とコンクリートとのサンドイッチ構造を有し，このサンドイッチ構造の全体の厚みは２００ｍｍ以下，好ましくは１７０ｍｍ以下である。また，鋼板製のパネル状床版の内部空洞は，コンクリート打設口，コンクリート吹出口および空気抜孔以外には開口を持たない閉塞空間とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
内部に空洞をもつ鋼板製のパネル状床版を予め製作し，その空洞内にコンクリートを充填してなる鋼板とコンクリートとのサンドイッチ合成床版（以下，単に“鋼板／コンクリート合成床版”と呼ぶことがある）を橋梁上部工に採用するさいには，その施工性と作業性を考慮すると，内部空洞をもつ鋼板製床版を工場で製作し，これを現場に搬入して橋脚に据え付けてから，この鋼板製床版の上面に設けた注入口から内部空洞内にコンクリートを注入するという施工順序を採用することが有利である。この場合，床版内部の空洞はコンクリート注入口，空気抜孔およびコンクリート吹出口などを有する以外は，開口を持たない閉塞空間となるから，バイブレータ等での締め固めはできない。このため，注入するコンクリートは，内部空洞の隅々までコンクリートが流動して充填する自己充填性の高流動コンクリートでなければならない。
【００１２】
しかし，軽量骨材を用いた軽量コンクリートに流動性を付与したとしても，このような鋼製床版内部の狭い閉塞空間内に密に且つ材料分離を起こすことなく充填できるか否かは未知な点が多い。軽量骨材が内部で分離すると部分的に重量が異なることになり，構造上問題を生ずることになる。
【００１３】
軽量骨材はその比重と吸水率が一般骨材とは大きく異なることから，高流動化すると材料分離を起こし易くなり，また軽量骨材の気泡に浸入した水分によって凍結融解抵抗が低くなるという周知の現象がある。本発明者らは，これまでも軽量骨材を用いた高流動コンクリートの開発を手掛けてきたが，独立気泡型の軽量骨材（例えば，真珠岩系の軽量骨材）を使用することによって凍結融解抵抗を高め，また適切な混和材や混和剤を使用することによって，材料分離を抑制しながら高流動化を図ることができることを知ったが，その分，費用が嵩むことは否めない。したがって，これまでの高流動・軽量コンクリートでは，コストの面で，橋梁上部工に鋼板／コンクリート合成床版を使用する場合の最大のメリットであるコスト縮減の目的が損なわれることにもなりかねない。
【００１４】
本発明によれば，安価な軽量骨材として知られている通常の連続気泡型の軽量骨材例えば膨張頁岩系のメサライトやアサノライト等を用いても，配合を適切にすれば，橋梁上部工としての鋼板／コンクリート合成床版を有利に製作できることがわかった。以下にその内容を説明する。
【００１５】
通常の連続気泡型の軽量骨材は，プレウエッティングあるいはプレソーキングした場合の表乾密度が１.３〜１.７，好ましくは１.４〜１.６程度である。鋼板／コンクリート合成床版では，鋼板で囲まれた閉塞空間にコンクリートが打設されているので凍結融解作用を受けることはないから，凍結融解抵抗性を高めた高価な独立気泡型の高性能軽量骨材を使用する必要はなく，前記のような表乾密度をもつ連続気泡型の軽量骨材の使用が可能であるが，これを粗骨材として使用した場合に，軽量骨材とモルタルとの密度差が大きいと，軽量骨材が浮き上がる分離を生じ，特に空洞内を長距離にわたって流動させると，その傾向がより顕著となる。そこで，本発明によれば，まず，モルタルの密度を小さくするために混和材として安価なフライアッシュを比較的多量に使用する。具体的には密度が２.１ないし２.３のフライアッシュをコンクリート１ｍ³あたり２００〜３００Ｋｇ程度配合する。
【００１６】
そのうえ，材料分離抵抗性を更に向上させるために混和剤として増粘剤を配合する。増粘剤としてはＭＣ（メチルセルロース），ＨＰＭＣ（ヒドロキシプロピルメチルセルロース），ＨＥＣ（ヒドロシキエチルセルロース）等のセルロースエーテル類が使用できるが，ウエランガムやデュータンガムなどのバイオガムの使用が特に好ましい。ウエランガムの場合，その配合量はコンクリートの単位水量に対して０.０１〜０.２重量％が適当である。デュータンガムの場合には，コンクリートの単位水量に対して０.００５〜０.１重量％が適当である。
【００１７】
そして，適量の高性能ＡＥ減水剤を添加することにより，スランプフローを５００ｍｍ以上にすることで自己充填性に優れ且つ軽量骨材の分離が殆んど生じない軽量・高流動性コンクリートが得られる。この軽量・高流動コンクリートは前記の鋼板製床版の空洞に良好に充填することができることがわかった。例えば後記の実施例に示すように，コンクリートを充填するための空洞の厚さが１５０ｍｍ程度の狭い空間で且つ流動距離が５ｍ以上の施工条件下でも密に充填することができる。これにより，鋼板／コンクリート合成床版の全体の厚さ自体も２００ｍｍ以下，場合によっては１７０ｍｍ以下，さらには１５０ｍｍ程度まで薄くすることが可能となり，死荷重の低減に大きく寄与できると共に，施工性よく橋梁上部工の鋼板／コンクリート合成床版を安価に製作できるようになった。前記の高性能ＡＥ減水剤としては，ポリカルボン酸系，ポリエーテル系，ナフタレン系，メラミンスルホン酸系，アミノスルホン酸系等のものが使用できるが，とくにポリカルボン酸系もしくはナフタレン系のものが好ましい。
【００１８】
実際の施工にあたっては，橋梁の床面積を複数のブロックに区分けし，単位ブロックの面積を満たす大きさの鋼製ユニットを必要数製作し，そのユニットの必要数を橋脚（桁）上に連接して据え付けることによって必要な床面積を橋脚の上で確保するのが便宜である。そして，工場製作の段階で，各ユニットごとにコンクリート打設口，空気抜孔およびコンクリート吹出口以外には開口を持たない閉塞空間を形成しておき，現場に据え付けられた各ユニットの該閉塞空間に，コンクリート打設口から，前記の軽量・高流動コンクリートを注入打設すればよい。
【００１９】
コンクリート打設口はユニットの大きさに応じて必要数作製するが，コンクリートの流動距離が４〜１０ｍ程度となるようにすればよい。コンクリート吹出口は，鋼製ユニットの上面鋼板に適当な大きさの孔（直径１００〜２００ｍｍ程度）をほぼ等ピッチで複数個形成しておき，各孔に高さが３０〜８０ｃｍ程度の縦パイプを立ち上げる構成とするのがよい。この縦パイプを立ち上げておくことにより，吹出口から吹出すコンクリートに対してヘッドをかけることができ，このヘッドを付与することで空洞内部ではより密実な充填が達成できる。空気抜孔も該ユニットの上面鋼板の適切な位置に複数設けておくが，この空気抜孔は粗骨材（軽量骨材）寸法より小さめの口径（例えば１０〜１５ｍｍ程度）とし，各孔にも前記同様に縦パイプを立ち上げておくのがよい。
【００２０】
コンクリートの注入打設にさいしては，コンクリート打設口にポンプ筒先を直結して前記の軽量・高流動コンクリートを注入し，コンクリート吹出口や空気抜孔から打設したコンクリートが流出してくるのを確認してから，各孔を閉塞して注入を完了する。
【００２１】
【実施例】
厚みが６ｍｍのＳＳ４００の鋼板によって，図１の（Ａ）に示したように，幅２５００ｍｍ×長さ８４００ｍｍで，厚みが１６２ｍｍの中空床版（空洞の厚み１５０ｍｍ）を６枚工場製作し，これを現場に搬入し，図１の（Ｂ）に示すように，２列に長手方向に３枚づつ連接した状態で（Ａ〜Ｆの合計６ブロックとして）橋長２６ｍ（桁長２５.６ｍ），幅員５ｍの単純桁橋に設置した。
【００２２】
各ブロックの中空床版には，図１（Ａ）の平面図に示した位置に, 直径１２０ｍｍの２ヵ所の打設口（縦パイプ） A-1と A-2が設けられ，コンクリート吹出口（短い縦パイプ取付用）の同径の孔が９００ｍｍピッチで合計８個，そして空気抜（同縦パイプ取付用）の直径１２ｍｍの孔が同ピッチで同数設けられている。また各ブロックとも多数の貫通ボルトを用いて上下板および側板が強固に支持されている。
【００２３】
各ブロックの空洞内に打設したコンクリートの仕様を表１に，使用材料の明細を表２に，コンクリートの配合を表３に，そして，製造したコンクリートの試験結果を表４に示した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【表３】

【００２７】
【表４】

【００２８】
コンクリートの製造は，レデイーミクストコンクリート工場の強制二軸式ミキサ（容量３.０ｍ³）を用いて行い，１バッチの練混ぜ量を２.２５ｍ³として２バッチ分４.５ｍ³を１台のアジテータ車に積載した。練混ぜ時間はモルタル先練り３０秒，粗骨材（軽量骨材）を投入してさらに１５０秒とした。
【００２９】
コンクリートの打ち込みは，最大理論吐出圧力７Ｎ／ｍｍ²のコンクリートポンプにより，各ブロックに設けられた打設口（縦パイプ）にホース筒先を接続して行った。そのさい，各ブロックのコンクリート吹出口や空気抜孔から充填状況を確認しながら筒先を A-1から A-2に移動した。コンクリートの最大流動距離は約８ｍであった。この打ち込みによって，設置した全ての吹出口（縦パイプ）の孔から材料分離が生じていない均質なコンクリートが溢れ出した。また全ての空気抜（縦パイプ）からモルタルの流出が確認され，良好な充填性が得られた。なお，１ブロック（３.２ｍ³）の打ち込みに要したピストン稼働時間は平均１５分であり，圧送速度は１３ｍ³／ｈであった。
【００３０】
施工後，打音検査とコア抜き検査により鋼板とコンクリートの一体性を検証した。その結果，未充填部が皆無であること，鋼板とコンクリートが完全に一体化していること，粗骨材（軽量骨材）の分布が均一であることが確認された。すなわち，表４のように単位容積質量が２０００Ｋｇ／ｍ³以下の軽量コンクリートであっても隙間が１５０ｍｍの狭い空洞内に良好に充填され，軽量で薄い高品質の鋼板／コンクリート合成床版が作業性良く施工できた。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると，厚みが薄く且つ軽量な橋梁上部工用の鋼板／コンクリート合成床版が作業性よく施工できる。そして，使用する軽量骨材も安価な連続気泡型のものが使用できるので材料コストも低廉となり，厚みが薄いことから全体のコスト低減と荷重低減に大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いた鋼板／コンクリート合成床版の鋼製床版の形状と寸法を示す図である。

Claims (4)

1. 内部に空洞をもち，上面鋼板に複数の空気抜孔を設けた鋼板製のパネル状床版を橋脚上に据え付けたあと，硬化後の単位容積質量が２０００Ｋｇ／ｍ³以下となるように軽量骨材を配合し，混和材として密度が２.１ないし２.３のフライアッシュをコンクリート１ｍ³あたり２００〜３００Ｋｇ配合し，且つスランプフロー５００ｍｍ以上を有するように材料配合した軽量・高流動コンクリートを，前記鋼板製のパネル状床版の空洞内に，自己充填性を利用して全ての空気抜孔からモルタルの流出が確認され未充填部が無いように充填してなる橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物。
2. 軽量高流動コンクリートは，粗骨材としてプレウェッティングしたときの表乾密度が１.３〜１.７で最大寸法１５ｍｍの軽量骨材が使用され，混和剤として高性能ＡＥ減水剤と増粘剤が配合されたものである請求項１に記載の橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物。
3. 合成床版は，上下の鋼板の間に単位容積質量２０００Ｋｇ／ｍ³以下の軽量コンクリートが密に充填された鋼コンクリートサンドイッチ構造を有し，該合成床版の全体の厚みが２００ｍｍ以下である請求項１または２に記載の橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物。
4. 前記鋼板製のパネル状床版の内部空洞は，コンクリート打設口，コンクリート吹出口および空気抜孔以外には開口を持たない閉塞空間であり，この閉塞空間に前記のコンクリート打設口から軽量・高流動コンクリートを注入する請求項１ないし３のいずれかに記載の橋梁上部工の合成床版軽量コンクリート構造物。

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