膨張性超速硬繊維補強コンクリート コンクリート工学研究室 岩城　一郎

膨張性超速硬繊維補強コンクリートとは？ 首都高速道路における種々の制約条件， 要求性能に合致した床版補強材料および 工法の開発 共同研究体制 首都高速道路における種々の制約条件，　　　要求性能に合致した床版補強材料および　　　　　　　　　　　　　　　　　工法の開発 共同研究体制 　- 材料開発：太平洋セメント㈱ 　- 工法開発：㈱NIPPOコーポレーション 　- 実機（製造装置）の改良：小野田ケミコ㈱ 　- 性能評価：日本大学工学部 　- 施工性の評価：首都高速道路㈱

研究の背景 首都高速道路：供用後30年以上 経過した橋梁が急増（延長の約4割） 重交通下における鋼製橋脚・ 床版の疲労劣化が社会問題 首都高速道路：供用後30年以上　　　　　　　　　　　　　　　　経過した橋梁が急増（延長の約4割） 重交通下における鋼製橋脚・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　床版の疲労劣化が社会問題 首都高における床版補強対策：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　交通規制を必要としない床版　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　下面より実施（桁増設，鋼板接着，　　　　　　　　　　　　　　　　　炭素繊維シート接着）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　→補強効果？→再劣化の報告 路面上からの補強（床版上面増厚）　　　　　　　　　　　　　　　　　か，打換えの選択を迫られている． 図・写真：首都高速道路㈱HPより

従来の床版上面増厚工法 大型重機による硬練りコンクリートの強制振動 通行止めあるいは昼夜間の車線規制下による連続作業 NIPPOコーポレーションHPより

首都高速道路と東北自動車道の違い 首都高：昼間の車線規制，夜間の通行止めによる工事が許されない．→夜間（21時～6時）の一車線規制下での緊急作業のみ許可 首都高：連続した高架橋（路線延長の約82%）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⇔東北道：土工部と単発の橋梁 首都高：画一的な条件がほとんどない　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（縦横断線形，分合流，床版・舗装の状態等）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　→プレキャスト部材がなじまない．

首都高における床版上面増厚の課題 １．夜間の一車線規制下における緊急工事 ・ 近隣住民に配慮した振動・騒音対策 ・ 大型重機の使用不可 ２．連続した高架橋 ・ 施工前後でレベルを一致→増厚厚さ40mm ３．プレキャスト不向き ・ 生コンベース →硬化時間の制約

床版が抱える共通の課題 ひび割れからの水および有害物質（例えば塩化物）の侵入による疲労耐久性の低下（すり磨き，土砂化，鋼材腐食） →新旧コンクリートの一体化と増厚コンクリートのひび割れ制御対策が不可欠 床版上面（土砂化） 床版下面　　　　　　　　　（鋼材腐食）

開発の基本コンセプト 一夜間の緊急施工→超速硬コンクリートの使用 低振動・低騒音対策→コンクリートのワーカビリティーの向上と，高周波バイブレータを搭載した軽量・小型のフィニッシャによる締固め 増厚厚さ40mm→Gmax=13mm，最適配合設計 ひび割れ制御対策→繊維の使用と超速硬　　　　　　　　　　　　　セメントと相性の良い膨張材の使用 膨張性超速硬繊維補強コンクリートの開発 簡易フィニッシャの開発

本材料・工法の要求性能 フレッシュ性状：スランプ5-15cmとし，可使時間30分以上を確保 強度特性：交通開放時（材齢3時間）の圧縮強度24MPa以上，同　新旧コンクリート界面の付着強度1MPa以上 膨張収縮特性：初期の自己収縮を顕著に抑制し，　　　　1週間後も膨張側に移行しないことを目安 騒音：振動締固め時の騒音を従来工法と比較し，顕著に低減（最低80dB以下を目安） 疲労耐久性：輪荷重走行試験による疲労耐久性を，無補強供試体に対して少なくとも10倍以上確保することを目安

主な試験項目 室内試験 スランプの経時変化 圧縮強度試験 付着強度試験 膨張収縮試験 曲げ試験（無筋，RC） 押抜きせん断試験（RC） 実機試験 スランプの経時変化，圧縮強度試験，付着強度試験，膨張収縮試験 施工性試験（騒音測定含む） 輪荷重走行試験

使用材料および配合 ｼﾞｪｯﾄｾｯﾀｰ（専用品） JS 凝結遅延剤 ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸ｴｰﾃﾙ系化合物, 密度：1.04～1.06 g/cm3 SP 高性能減水剤 混和剤 繊維長：30mm, 繊維径：0.62mm,密度：7.85g/cm3 SF 鋼繊維 繊維 最大寸法13mm，表乾密度：2.63g/cm3，絶乾密度：2.60 g/cm3，吸水率：1.01%，単位容積質量：1.51kg/lit.，実積率：58.1%，粗粒率：6.31 G 硬質砂岩砕石 (JIS 6号砕石) 粗骨材 表乾密度：2.61g/cm3，絶乾密度：2.57 g/cm3，吸水率：1.66%，単位容積質量：1.70kg/lit.，実積率：66.2%，粗粒率：2.88，微粒分量：1.38% S 陸砂 細骨材 密度：3.19g/cm3, 比表面積：4520cm2/g EX 早強性膨張材 膨張材 密度：3.01g/cm3, 比表面積：4690cm2/g C 超速硬セメント ｾﾒﾝﾄ --- W 上水道水 水 物性値 記号 使用材料

スランプの経時変化

圧縮強度試験 20℃一定恒温室内での実験結果 冬期は，養生マットによる給熱養生が必要

付着強度試験

膨張収縮試験 鋼繊維および膨張材による収縮拘束・収縮補償効果が顕著に現れている．

曲げ試験（JIS） 繊維の混入により優れたじん性を付与

曲げ試験（RCはり）

押抜きせん断試験 増厚による耐力の増加，変形性能の低下

実機試験 平成19年1月17日@神戸(8℃, 55%R.H.) W/B (%) s/a Air SP (B×%) JS Unit Weight (kg/m3) W C EX S G SF 37.5 52.5 3.0 0.7 0.9 185 473 20 824 760 100

試験結果 3時間圧縮強度：31.9N/mm2 3時間付着強度：1.13N/mm2 騒音測定結果（5m離）：オフレール方式87dB→本工法70-73dB（5m）

輪荷重走行試験（大阪大学にて）

輪荷重走行試験結果の一例

まとめと今後の課題 都市内高速道路に適用するための種々の条件 材料面：フレッシュ性能，力学性能に関する照査 施工面：低振動・低騒音施工を可能にする締固め装置 都市内高速道路において適用可能な床版上面増厚　　材料・工法の開発 疲労耐久性に関する機構解明（輪荷重走行試験の　　　　　　　　　データ蓄積） 製造・施工の合理化・効率化（配合選定，リスク回避） 首都高上での実施工試験に向けた準備