JP4617084B2

JP4617084B2 - ポーラスコンクリート舗装の構築方法

Info

Publication number: JP4617084B2
Application number: JP2004009389A
Authority: JP
Inventors: 修関口; 嘉津真浅野; 清文佐藤
Original assignee: 佐藤道路株式会社
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005200964A

Description

本発明はポーラスコンクリート舗装の構築方法に係り、特に高い空隙率を有し、十分な透水性を有し、排水性舗装等に適するポーラスコンクリート舗装の構築方法に関する。

都市部の市街地等において、大部分の道路や舗装部分が舗装等で覆われることによる自然面および社会的な種々の弊害が指摘される中、透水性を備えた各種の舗装構造が開発されてきている。地表面を被覆していた従来の舗装が透水性を備えた舗装に置き換えられることにより、雨水等の水循環の再生、すなわち雨水を地中に浸透させることにより地下水の涵養、湧水の保全回復、植生の保全、ヒートアイランド現象の緩和等の環境保全に対する高い効果が期待されている。

主な透水性舗装構造としては、透水性アスファルト舗装、透水性コンクリート舗装等があるが、適用性、耐久性の観点からポーラスコンクリートを用いた透水性コンクリート舗装が普及してきている。出願人は、すでに樹脂バインダー用いた所定の配合からなる透水性コンクリート構築物の製造方法（特許文献１参照）を確立し、今までに数多くの施工実績を上げてきた。

特公平７−９９００２号公報参照。

ところで、ポーラスコンクリートは、硬化後のコンクリート構造体が高い空隙率を有することが重要である。このため、従来のポーラスコンクリートの配合例では、使用材料として、細骨材の使用量を抑え、実積率の低い粗骨材を多く使用して、空隙率を大きくとる等の工夫がなされている。このとき、ポーラスコンクリートのフレッシュ時性状に着目すると、配合モルタルが固すぎると、粗骨材が均一に被膜されにくく、粗骨材とモルタルの混合物を締め固めるために大きな締固めエネルギーを必要とする。一方、配合モルタルが柔らかすぎると、モルタルがダレて同等の締固めエネルギーで締め固めると、粗骨材同士が密な状態になり、混合物の空隙率が減少し、所定の透水性が確保できなくなる。このように従来の配合設計をポーラスコンクリートに適用した場合、使用粗骨材を基準として締固めエネルギーを考慮した配合設計が行えないため、試験練りを行い、目視により、好ましいモルタルと粗骨材の性状、締固め状態を確認して配合を決定する必要があった。このため、配合決定手順が煩雑で、経験の少ない技術者では配合設計を行うことができなかった。

このように、使用粗骨材の形状、粒度やダスト分の影響から練り上がり後のモルタルは、全く異なった性状（レオロジー）を示すため、その粗骨材との関係においてその性状を適正に評価して考慮することができ、その結果所要の空隙率、透水機能、強度が得られるような信頼性の高い配合設計法の確立が望まれていた。

また、ポーラスコンクリートの特徴は所定の容積を打設した後のコンクリートの骨材間に十分な容積の空隙が残るようにすることを企図しており、配合時や生コンクリート製造時で求める空隙が存在しているものではない。つまり、本発明のポーラスコンクリートは配合設計と施工方法が密接に関連しているもので、この点が通常のコンクリートの施工法と大きく異なることが十分認識されていなかった。たとえばコンクリート１ｍ³配合に空隙を２５％想定した場合の骨材やセメント等の配合要素の容積合計は０．７５m³であり、このコンクリートが打設終了後に１m³であれば空隙が２５％残ったポーラスコンクリートが得られる。したがって打設時の締固めエネルギーが大きければ予定より密実なコンクリートとなって完成後の容積が減少し、すなわち空隙が減少して強度が増加することになる。逆に締固めが不足すると、空隙が増加し、強度が減少するため、所定規格のポーラスコンクリートにはならない。このように、ポーラスコンクリートはその配合と施工方法が密接に関連する点に着目してポーラスコンクリートに導入される締固めエネルギーをキーとして配合設計方法と施工方法とを決定することが必要がある。

したがって、上述の締固めエネルギーを考慮した配合設計に加え、コンクリート施工面でも、所定の空隙率を確保できる締固めエネルギーを導入した締固め作業を行う必要がある。ところが、従来のコンクリート舗装用の締固め機械による締固めを行うと、加えられる締固めエネルギーが大きすぎるため、モルタルで被覆された骨材が過度に締め固められてしまい、所定の空隙が確保できないという問題がある。また、ローラー部分に粗骨材やモルタルが付着してしまい、良好な仕上がり面が得られないという問題があった。

このように、使用する装置の要求性能として、ポーラスコンクリートとしての所要の空隙率を確保できるような締固めエネルギーによる舗設が可能であることが求められている。一方、適正な締固めエネルギーが得られない場合は、時間経過に伴ってセメントペーストの粘性が低下すると、同一の締固めエネルギーによって締固めを行っても、締固め程度が低下し、コンクリート強度や骨材飛散抵抗性が低下する等の弊害も生じることが明らかにされている。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、適正な配合設計を経て十分な空隙率が確保された安定した品質のポーラスコンクリートを製造でき、また配合設計を反映して適切な締固めエネルギーによって舗設することで、耐久性の優れた舗装を実現できるポーラスコンクリート舗装の構築方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は初期単位セメント量、単位粗骨材量、ポリマー系混和材を一定量とし、単位水量を所定範囲で変化させて供試体を作成し、該供試体の質量と該当水セメント比との対応関係を求めるとともに、前記水セメント比と計算配合密度との対応関係を求め、前記各対応関係から一意に得られた水セメント比をもとに、所定空隙率が得られる締固め状態を想定したポーラスコンクリートの配合設計を行い、該配合設計に基づく材料から得られた混合物のうち、単位セメント量は２６０〜３２０kg/m ³ で、前記ポリマー系混和材は前記単位セメント量の１．５〜２．５質量％で、前記水セメント比は２６〜３４％であり、該混合物を、１０〜１００kN/m ² に設定された接地圧のフィニッシャで敷き均して前記空隙率を確保可能な締固めエネルギーを導入して締固めを行うようにしたことを特徴とする。

また、初期単位セメント量、単位粗骨材量、ポリマー系混和材を一定量とし、単位水量を所定範囲で変化させて供試体を作成し、該供試体の質量と該当水セメント比とを対応させた第１の回帰直線と、前記水セメント比と計算配合密度とを対応させた第２の回帰直線とを求め、前記２回帰直線の交点から得られた水セメント比をもとに、所定空隙率が得られる締固め状態を想定したポーラスコンクリートの配合設計を行い、該配合設計に基づく材料から得られた混合物のうち、単位セメント量は２６０〜３２０kg/m ³ で、前記ポリマー系混和材は前記単位セメント量の１．５〜２．５質量％で、前記水セメント比は２６〜３４％であり、該混合物を、１０〜１００kN/m ² に設定された所定接地圧のフィニッシャで敷き均して前記空隙率を確保可能な締固めエネルギーを導入して締固めを行うようにしたことを特徴とする。

上述の構築方法の舗設工程において、前記フィニッシャの接地圧は、１０〜１００kN/m²に設定することが好ましい。

以上に示したように、本発明によれば、透水性を実現するためのポーラスコンクリートの空隙率を確保するために、粗骨材を被覆するモルタルの性状を考慮し、現場に即応した定量的な配合設計を行うことができ、また締固めエネルギーを考慮して適正な空隙率が確保できるように設計された混合物を、現場において適正な締固めエネルギーを導入して舗設を行うようにしたので、締固めされた状態で適正な空隙率が確保され、またコンクリート強度や骨材飛散抵抗性も十分確保されたポーラスコンクリートを実現できるという効果を奏する。

以下、本発明のポーラスコンクリート舗装の構築方法について説明する。
［使用材料］
本発明のポーラスコンクリートを製造するための各種材料に関しては、以下の点を考慮して使用することが好ましい。

使用セメントの種類としては普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントが好適である。単位セメント量は、標準養生後材令７日で強度試験を行ない、決定する。本発明では、単位セメント量は、セメントコンクリート混合物１m³あたり２６０〜３２０kgとした。セメントの量を３２０kgより多くすると強度は大きくなるが空隙率（透水性）が低下する。一方、セメントの量を２６０kgより少ない場合、施工性が低下する。セメントコンクリート混合物１m³とは、セメント、混和剤、水、骨材の混合物および空隙を含む単位体積が１m³の意味であるため、配合設計によって得られた値を用いた計量により、現場で必要とする単位容積質量のポーラスコンクリート混合物を得ることができる。

所定の空隙を確保するために、使用骨材は実積率の低い粗骨材を使用することが好ましい。単一粒度の砕石、具体的な種類として、砕石５号，６号（粒径１３〜５mm），７号（粒径５〜２．５mm）等の道路用砕石が好適であり、さらには砕石６号、７号が好適である。耐久的な粗骨材を用いることが原則であるが、景観性の観点から特定の天然砂利等を用いる場合は、５０％以上砕石を含み、粒径があまり丸みを帯びていない、単粒度の骨材を用いることが好ましい。また、必要に応じて細骨材を使用することも好ましい。細骨材を使用することで、セメントペーストの粘性が高まることでダレを防止でき、また乾燥収縮量の低減、乾湿繰り返しに対する耐久性も向上する。なお、細骨材としては細目砂を使用することが好ましい。

本発明のポーラスコンクリートでは、砕石およびセメント相互間の付着力を増大させて十分な圧縮強度と曲げ強度を確保し、またセメントコンクリートの乾燥収縮を減少させることを目的として、ポリマー系混和剤を用いている。このポリマー系混和剤としては、例えば、天然または合成のゴム、例えばＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）またはＮＢＲ（ブタジエンアクリロニトリルゴム）、あるいはアクリル系樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができ、これらのポリマー系混和剤は、通常、エマルジョンの形で添加される。例えば、このポリマー系混和剤として、商品名パーミファルト（ＳＢＲ系ラテックス）（佐藤道路（株）製）が好適である。その他の混和材料として、ポーラスコンクリートとしての多孔質な構造系の特徴を生かして様々な用途に使用されることを想定して、各種の混和材料を使用することもできる。ポリマー系混和剤の添加量としては、単位セメント量に対して０．８〜４質量％、さらには１．５〜２．５質量％とすることが好ましい。ポリマー系混和剤の添加量が０．８質量％以下の場合、骨材間の所定の引張強度が得られない。一方、４質量％以上の場合、ダレ等による空隙の減少のおそれがある。

［空隙率と透水性の関係］
本発明によってポーラスコンクリートの特徴は、硬化コンクリートにおいて大きな空隙率を確保できることにある。すなわち、本発明のポーラスコンクリートでは、空隙率１５〜３０％、好ましくは２０〜２５％を確保することが求められている。これにより、コンクリート内の空隙によって、透水が極めて速やかに進行し、その結果保水状態は速やかに解消される。このために、本発明ではポーラスコンクリートの配合設計において、モルタル性状と粗骨材とを所定の締固めエネルギーで締め固め、その混合物の密度状態に着目し、適正な空隙率を確保できるような設計を行うようにした。

本発明によるポーラスコンクリートでは、一般に１．０〜１０^-2cm/secのオーダーの透水係数が得られる。空隙率が２０％の場合、１０^-1cm/secのオーダー、空隙率が１５％の場合、１０^-2cm/secのオーダーの透水係数を示す。本発明の透水性セメントコンクリート構築物が上述のように大きな空隙率と透水性を示す一方で、実用に堪えうる十分な強度を持つことが特筆されねばならない。また、設計基準強度として、軽交通舗装の場合、曲げ強度２．５N／mm²程度が確保できる設計となっている。これにより、本発明のポーラスコンクリートは、歩道、駐車場および運動場で有利に適用できるばかりでなく、コンクリート舗装要綱（社団法人日本道路協会編）の交通量区分に示されるＢ交通程度まで十分に耐えられる。また、本発明のポーラスコンクリートを用いた舗装断面でのコンクリート厚は、降雨量、降雨強度、舗装面にかかる荷重強度、舗装体の貯水能力、路床の支持力、それに路床の透水能等を考慮して設定すればよい。一般的には、歩道部は１０cm、駐車場、運動場等は１５cm、軽交通道路は１５〜２０cm程度が好ましい。舗装強化のために、舗装断面に引張強度の強いグラスファイバー製の補強ネット等を介在させることも好ましい。

［配合設計］
配合設計は、以下の手順で試験練りを経て行うものとする。
(1)単位粗骨材量の決定から行う。単位粗骨材量は、使用骨材の単位容積質量に対して９５〜１００％の範囲で補正係数を乗じて用いるものとする。この補正係数は、骨材の性状試験から実積率を考慮して求める。具体的には、砕石６号で９７％、砕石７号で９８％に設定することが好ましい。
(2)単位セメント量、単位粗骨材量および混和剤を一定とし、単位水量を変化させ、試し練りを行う。たとえば単位セメント量：２８０kg/m³、単位粗骨材量（砕石６号）：単位容積質量×０．９７およびポリマー系混和剤量：６kg/m³を一定とし、単位水量を６５〜１１０kg/m³程度の範囲で変化させて試し練りを行う。
(3)試し練りから圧縮供試体（φ１００×２００mm）を作製する。作製した供試体の供試体密度を得て、水セメント比−密度回帰直線を作成する。計算から得られる配合密度について同様の回帰直線を書き加える。
(4)２本の回帰直線において、配合計算から得られる密度と作製した供試体密度との交点が適正粘度を有したセメントペーストであり、決定される水セメント比（２６〜３４％）になることを確認する。なお、決定される水セメント比が上記範囲にない場合は、再度(1)から補正係数を変えて試し練りを行う。
(5)決定した水セメント比をもとに理論上の空隙率が２０〜３０％程度になるセメント量を算出し、試し練りを行う。単位セメント量の範囲は、２６０〜３２０kg/m³程度となることが好ましい。
(6)試し練りから供試体を作製し、強度と空隙率の関係を得て単位セメント量の評価を行い、示方配合を決定する。なお、単位セメント量は耐久性の観点から２６０kg/m³以上とすることが好ましい。

［ポーラスコンクリートの製造］
ポーラスコンクリートの製造に関しては、以下の手順に沿って行う。
（計量、混練り）
ストックヤードにおける骨材のロスを見込んだ数量分の骨材を搬入する。その際、試料を採取し、搬入骨材の表面水（含水比と吸水量の差）を測定する。決定した現場配合に基づいて各材料を計量し、ミキサに投入する。混和剤は、水の計量槽またはミキサに直接投入する。ミキサの型式は、レディーミクストコンクリート工場の混合性能に優れている強制練りミキサ（パン型）や２軸強制練りミキサが好ましい。また、現場での機動性を考慮した場合、運搬用のアジテータ車に搭載されたミキサによる混練りするも可能である。材料の投入順序は、２軸強制練りミキサの場合は通常のコンクリートと同様であるが、強制練りミキサ（パン型）の場合は、骨材とセメントを投入後に水と混和剤を投入する。なお、現場配合において単位水量は、気象条件および運搬時間を考慮して決定することが好ましい。練混ぜ時間は、事前試験によって定めることが好ましいが、使用ミキサ種類に応じた材料投入手順、混練り時間を設定することが好ましい。フレッシュなポーラスコンクリート混合物のコンシステンシーの確認は、ミキサ内の材料の練混ぜ程度を目視し、あるいは公知の測定手段を用いてで行うことが好ましい。なお、材料のうちのポリマー系混和材については、混練り時にミキサに投入するのが原則であるが、舗設直前にミキサに一部を後添加したり、舗設直後の舗装面に噴霧、散布等して空隙内に浸透させることも可能である。

［舗設作業］
（運搬、搬入）
運搬には、施工規模や製造から打込みまでの時間を考慮し、所定の大きさのダンプトラックを使用することが好ましい。また、アジテータ車も使用できる。

(1)敷き均し・締固め
ポーラスコンクリートの敷き均し・締固めは、所定の強度、透水機能を確保し、均質な性状が得られるよう、施工方法および施工機械を選定し、乾燥が生じないよう作業は迅速かつ的確に行う。敷き均し・締固め方法の手順を以下に示す。
ポーラスコンクリートは、ダンプトラックから舗設対象の直接路盤上に荷卸しする。施工条件によってはタイヤショベルやキャリーダンプ等を介することも好ましい。本発明では、配合設計で想定した空隙率を確保し、所定のコンクリート強度、骨材の剥離飛散抵抗性が確保できるような締固めエネルギーが導入できる施工装置として、敷き均し、締固めを実現できるアスファルトフィニッシャを用いることが好ましい。このときフィニッシャの接地圧は敷き均し、締固めの連続工程において１０〜１００kN/m²に設定することが好ましい。舗設面の表面仕上げは、締固め後のポーラスコンクリート表面に浮いた骨材の飛散を防止するために速やかに行う。
(2)養生
コンクリート表面が乾燥すると、水分の不足によって硬化作用が不十分になり、乾燥収縮ひび割れも生じやすい。これらの弊害を防ぐために舗設後速やかに養生を行う。養生期間は、設計の交通荷重に応じた所定の期間にわたり行うこととする。
(3)目地工
ポーラスコンクリートの乾燥収縮や膨張によるひび割れの発生を抑制するために、収縮目地や膨張目地等を設けることが好ましい。

実施例として、本発明のポーラスコンクリートの配合設計例を以下に示す。
［単位粗骨材量］
単位粗骨材量は、砕石６号の場合は単位容積質量に対して９７％として、単位粗骨材量は、骨材の単位容積質量にこの補正係数を乗じて下式のように算出できる。
単位粗骨材量＝骨材の単位容積質量×０．９７（砕石６号の補正係数）
＝１５１６kg/m³
［水セメント比］
水セメント比は、その値を変えて試し練りを行い、各供試体における密度と配合上の密度が一致する水セメント比を求める。このとき単位セメント量は、本実施例では２８０kg/m³一定とする。また、パーミファルト量は６kg/m³一定とする。水セメント比を変化した試し練り配合を表−１、試験結果を表−２、水セメント比と密度の関係を図−１に示す。

ここで、配合密度とは水、セメント、粗骨材およびポリマー系混和剤の混合物１m³当たりの合算量（単位容積質量）で、理論密度とは配合密度に対して空隙率を０％とした時の単位容積質量をいう。この結果、図−１より本実施例において施工上、適正なレオロジーが得られる水セメント比が３２％と求まる。
［単位セメント量の評価］
決定した単位粗骨材量および水セメント比に基づいて、目標空隙率を変化（単位セメント量の変化）させた配合について試し練りを行ない、引張供試体を作製し、上述の単位セメント量の評価を行う（表−３、表−４参照）。

引張供試体は標準養生後材令７日で強度試験を行ない、強度と空隙率との関係から引張強度１．３Ｎ/mm²を満足することを確認する。図−２に単位セメント量と引張強度のと関係を示した。
図−２の回帰直線から明らかなように、引張強度１．３Ｎ/mm²を満足するための単位セメント量は、
１．３＝０．００５×Ｘ−０．０９８３
Ｘ＝２８０＞２６０kg/m³
よって、単位セメント量として２８０kg/m³を用いればよいことが確認された。

図１は水セメント比と密度との関係を示したグラフ。図２は単位セメント量と引張強度との関係を示したグラフ。

Claims

初期単位セメント量、単位粗骨材量、ポリマー系混和材を一定量とし、単位水量を所定範囲で変化させて供試体を作成し、該供試体の質量と該当水セメント比との対応関係を求めるとともに、前記水セメント比と計算配合密度との対応関係を求め、前記各対応関係から一意に得られた水セメント比をもとに、所定空隙率が得られる締固め状態を想定したポーラスコンクリートの配合設計を行い、該配合設計に基づく材料から得られた混合物のうち、単位セメント量は２６０〜３２０kg/m ³ で、前記ポリマー系混和材は前記単位セメント量の１．５〜２．５質量％で、前記水セメント比は２６〜３４％であり、該混合物を、１０〜１００kN/m ² に設定された接地圧のフィニッシャで敷き均して前記空隙率を確保可能な締固めエネルギーを導入して締固めを行うようにしたことを特徴とするポーラスコンクリート舗装の構築方法。
初期単位セメント量、単位粗骨材量、ポリマー系混和材を一定量とし、単位水量を所定範囲で変化させて供試体を作成し、該供試体の質量と該当水セメント比とを対応させた第１の回帰直線と、前記水セメント比と計算配合密度とを対応させた第２の回帰直線とを求め、前記２回帰直線の交点から得られた水セメント比をもとに、所定空隙率が得られる締固め状態を想定したポーラスコンクリートの配合設計を行い、該配合設計に基づく材料から得られた混合物のうち、単位セメント量は２６０〜３２０kg/m ³ で、前記ポリマー系混和材は前記単位セメント量の１．５〜２．５質量％で、前記水セメント比は２６〜３４％であり、該混合物を、１０〜１００kN/m ² に設定された所定接地圧のフィニッシャで敷き均して前記空隙率を確保可能な締固めエネルギーを導入して締固めを行うようにしたことを特徴とするポーラスコンクリート舗装の構築方法。