コンクリート舗装版裏込めグラウト材
【課題】 大型航空機の通過による繰り返し重荷重に対しても粉砕されにくく、しかもコンクリート舗装版下の空隙を効率よく埋めることができる流動性を確保し、且つ経済性に大きく影響を与えないコンクリート舗装版裏込めグラウト材の提供。
【解決手段】 セメント、速硬材、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材であって、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に、0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合する。
【解決手段】 セメント、速硬材、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材であって、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に、0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として空港の滑走路や誘導路におけるコンクリート舗装版下の空隙を埋めるためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、軟弱地盤上に構築されるコンクリート舗装は、場所打ちコンクリートによって施工される場合、沈下した舗装表面の高さを元に戻すために、舗装版のみを持ち上げてその下面と路盤との間にできた空隙にセメント系のグラウト材を注入している(例えば特許文献1)。プレキャストコンクリート板を使用して舗装版を構成させる場合は、補修、新規構築の何れの場合も、既設路盤との間の空隙にセメント系のグラウト材が注入されている(例えば特許文献2及び3)。
【0003】
また、コンクリート舗装版下充填用ではなく、コンクリートの補修等に使用されているグラウト材には、繊維を混合して強度を高めたものが知られている(例えば特許文献4)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6‐146213号公報
【特許文献2】特開平5‐270880号公報
【特許文献3】特開平8−290951号公報
【特許文献4】特開2008−24766号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した従来のグラウト材は、航空機のような重荷重が繰り返し載荷される舗装版下にも使用されているが、重荷重の繰り返し載荷による舗装版のたわみによって、その下のグラウト材に亀裂が入り、舗装版の目地部から侵入した雨水によって粉砕・細粒化が促進されるとともに、繰り返し載荷による舗装版のたわみ毎に、雨水に洗い出されて舗装版の目地部から上方に噴出する所謂ポンピング現象が発生し、これによって舗装版下が空洞化するという問題があった。
【0006】
このような問題を解決する方法としては、重荷重に対しても粉砕され難い材料の開発が望まれ、その一方法として上記特許文献4に示すようにグラウト材に繊維を混入して強度を高める方法が考えられる。
【0007】
しかし、コンクリート舗装版下の空隙は数mm程度の空隙しかない場合もあることと、平面的な広がりがあることから、高い流動性が要求され、特許文献4に示されているような従来の繊維入りグラウトモルタルをそのまま使用することはできない。また、繊維を混合すると、その分コスト高となり経済性に問題が生じることが考えられる。
【0008】
本発明は、このような問題に鑑み、大型航空機の通過による繰り返し重荷重に対しても粉砕されにくく、しかもコンクリート舗装版下の空隙を効率よく埋めることができる流動性を確保し、且つ経済性に大きく影響を与えないコンクリート舗装版裏込めグラウト材の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項1に記載の発明の特徴は、セメント、速硬材、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合したことにある。
【0010】
請求項2に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、前記グラウト中に無機系フィラーを混合させたことにある。
【0011】
請求項3に記載の発明の特徴は、請求項1又は2の構成に加え、前記有機短繊維が、ビニロン繊維又はアラミド繊維で、無機短繊維が、炭素繊維であることにある。
【0012】
請求項4に記載の発明の特徴は、請求項1〜3のいずれかの構成に加え、前記粉末混合材におけるセメントはポルトランドセメントであり、無機系フィラーは道路用普通炭酸カルシウム粉末であることにある。
【0013】
請求項5に記載の発明の特徴は、請求項1〜4の何れかの構成に加え、前記粉末混合材に、反応促進剤、刺激剤及び消泡剤が混合されていることにある。
【発明の効果】
【0014】
本発明においては、セメント、速硬材、無機系フィラー、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材であって、これに水を加えて混練し、コンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記粉末材中に0.02〜0.20vol%の割合で混合させたことにより、航空機の走行等によって重荷重が繰り返し載荷されるコンクリート舗装版下の裏込めグラウトにおいて、2mm以上の隙間に対する充填がコスト及び施工性に大きな影響を及ぼすことなくなされ、充填後におけるグラウトの耐破砕性・耐粉砕性も高く、舗装版下の空洞化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に係るグラウトの混合繊維種別、長さ、混合率を選定するためのステップ1試験フロー図である。
【図2】同、ステップ2試験フロー図である。
【図3】ステップ1及び2における供試体を用いた破壊試験装置の側面図である。
【図4】同上のシリーズ1の配合のものに対する破壊試験結果を示す写真である。
【図5】ステップ1におけるシリーズ2の配合の内PVA繊維を使用したものに対する破壊試験結果を示す写真である。
【図6】同PP繊維を使用したものに対する破壊試験結果を示す写真である。
【図7】同上の曲げ試験装置の側面図である。
【図8】図7の曲げ試験における板状供試体の荷重−変位関係を示すグラフである。
【図9】ステップ2における障害物通過試験装置を示すもので(a)は平面図、(b)は縦断面図である。
【図10】同上の装置を使用した配合Gについての障害物通過試験結果を示すもので、(a)は全体写真、(b)は障害物部分の部分拡大写真である。
【図11】同、配合Iについての障害物通過試験結果を示すもので、(a)は全体写真であり、(b)は障害物部分の部分拡大写真である。
【図12】ステップ2における繊維無混入、材齢3時間の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図13】ステップ2における配合G、材齢3時間の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図14】ステップ2における配合I、材齢3時間の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図15】ステップ2における繊維無混入、材齢7日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図16】ステップ2における配合G、材齢7日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図17】ステップ2における配合I、材齢7日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図18】ステップ2における繊維無混入、材齢14日の供試体に対する水中での繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)は同部分拡大写真である。
【図19】ステップ2における繊維無混入、材齢14日の他の供試体に対する水中での繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)は同フローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図20】ステップ2における配合I、材齢14日の供試体に対する水中での繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)は同部分の拡大写真である。
【図21】ステップ2における配合I、材齢14日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図22】有機短繊維の形態選定に関する実験における曲げ載荷状態の説明図である。
【図23】同上の試験における載荷曲線を示すグラフである。
【図24】グラウト材の隙間充填試験例(その2)における充填試験空隙を形成する装置を示すもので、(a)は平面図、(b)は縦断面図である。
【図25】同上のホイールトラッキング試験装置の概略を示す縦断面図である。
【図26】長さ3mmのアラミド繊維0.02vol%混入のグラウトの破砕化抑制効果確認試験結果を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【図27】長さ3mmのアラミド繊維を0.05vol%混入したグラウトの破砕化抑制効果確認試験結果を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【図28】長さ8mmのPVA繊維を0.15vol%混入したグラウトの破砕化抑制効果確認試験結果を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【図29】繊維無混入のグラウトの破砕状態を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
次に本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0017】
本発明は、セメント、速硬材、無機系フィラー、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合したことにものである。
【0018】
尚、前記粉末混合材に、反応促進剤、刺激剤及び消泡剤を混合してもよい。また、無機系フィラーは使用しない場合もある。
【0019】
セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント又は白色セメントが使用できる。
【0020】
速硬材としては、カルシウムアルミネートを主成分とする速硬材であって、例えば三菱マテリアル社製のコーカエーススーパー(商標)が使用できる。
【0021】
無機系フィラーとしては、炭酸カルシウム微粉末、珪石微粉末、石粉、粘土鉱物粉末、製紙スラッジ焼却灰、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末が使用できる。
【0022】
水中不分離剤としては、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)、HEMC(ヒドロキシエチルメチルセルロース)、HMPポリマー(変性アクリルアミドモノマー)、グアーガム誘導体 (ヒドロキシプロピルグアー)が使用できる。
【0023】
凝結調整剤としては、オキシカルボン酸、オキシカルボン酸塩の単独または組合せが使用できる。
【0024】
有機短繊維としては、ビニロン繊維、例えばクラレ社製ビニロン繊維、型番「RECS15×8(繊維長8mm)」、同「RECS7×6(繊維長6mm)、又はユニチカ社製「型番2500T8‐AB(S50)(繊維長8mm)」、アラミド繊維、例えば帝人テクノーラ社製アラミド繊維、テクノーラ(商標)、型番「T−320(繊維長3または6mm)」、無機短繊維としては、炭素繊維、例えば東レ社製炭素繊維、トレカ(商標)、型番T010−060(繊維長6mm)」が使用できる。
【0025】
反応促進剤としては、消石灰、塩化カルシウム、蟻酸カルシウム、シュウ酸カルシウムが使用できる。
【0026】
刺激剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、芒硝、アルミン酸ナトリウムが使用できる。
【0027】
消泡剤としては、酢酸ナトリウム消泡剤、ポリエーテル系消泡剤(例えばサンノプコ社製のSNデフォーマ14HP(商標))が使用できる。
【0028】
グラウト材の隙間充填試験例(その1)(想定充填空隙5mm)
【0029】
次に本発明に係るコンクリート舗装版裏込めグラウト材を舗装版下のグラウト注入隙間が5mmである場合を想定した試験例について説明する。
使用材料
(1)グラウト材
【0030】
従来、空港のコンクリート舗装版下のグラウト材として使用されている粉末混合材であるプレミックスタイプの超速硬性、低弾性の水中不分離型裏込めグラウト材を使用した。その配合を第1表に示す。
第1表
【0031】
このグラウト材の標準物性値は第2表の如くである。
第2表
(2)有機短繊維
【0032】
混合する有機短繊維として、従来コンクリートのひび割れ抑制・剥落防止用として使用されている第3表に示す物性値のビニロン(PVA)繊維及びポリプロピレン(PP)繊維、アラミド繊維を使用した。
第3表
配合:第1表のNo.1
【0033】
(1)グラウト材の水粉末混合材比:50パーセント
【0034】
(2)グラウト材における有機短繊維混入
【0035】
第4表に示すように、シリーズ1として混入率の選定のための配合A〜Fと、シリーズ2として繊維種別と繊維長さの選定のための配合G〜Lの12種類の組合せの試験グラウトを使用した。
【0036】
混練は、水、粉末混合材、繊維の順に攪拌容器に入れ、全量投入後、ハンドミキサーを使用して2分間攪拌(練り混ぜ)した。
第4表
【0037】
試験は、図1に示す試験フロー1(ステップ1)及び図2に示す試験フロー2(ステップ2)に従って実施した。ステップ1は、前述したシリーズ1の配合A〜Fを使用して施工性及び粉砕化抑制効果の観点から適正な繊維混入率を選定し、得られた適正混合値に基づいたシリーズ2の配合G〜Lを使用して施工性及び粉砕化抑制効果及び強度特性の観点から適正な繊維種別及び繊維長さを選定した。ステップ2はステップ1による試験で得られた適正と思われる繊維混入率、繊維種別及び繊維長の適正な配合について、障害物通過試験、充填性試験及び強度分布試験を実施するとともに、繰り返し荷重試験を実施し、効果の確認を行った。
【0038】
次に上記試験フローに示した試験について説明する。
ステップ1試験について、
【0039】
(1) シリーズ1配合についての施工性確認試験
【0040】
配合A〜FについてJAロートを用いた流動性試験を実施し、繊維混入率の違いによる流下時間の変化を測定し、施工性を評価した。結果は、第5表に示す如くであった。
第5表
【0041】
施工性は、繊維無混入に対して+1.0s以下を目安とし、それ以上のものは不適切であると判断した。この第5表から、混入率0.50vol%のものは、閉塞あるいは+1.0s超であったため、不適合とした。混入率0.20vol%以下のものは、流下時間が+1.0s以下であったため適合とした。
【0042】
この結果から施工性に与える影響が少ないのは混入率0.20vol%以下であることが判明した。
【0043】
(2)シリーズ1の配合についての粉砕化抑制効果試験
【0044】
JAロートを用いた流動性試験において、適合であった配合A,B,D,Eについて粉砕化抑制効果試験を行った。この試験では、版状供試体を用いた破壊試験と板状供試体を用いた曲げ試験とを行った。
a. 版状供試体を用いた破壊試験
【0045】
図3に示すように、発泡スチロール板1上に前記配合A〜Fによる供試体2を作製し、その上面を加圧子3によって加圧する破壊試験であり、繊維無混入のものに対する同じ試験によってひび割れが発生した荷重を試験荷重Wとし、材齢3時間の供試体に対し、版中央と版縁部3辺に載荷してひび割れ状況を比較した。結果は図4の写真の如くであった。
b.板状供試体を用いた曲げ試験
【0046】
図7に示すように2支点4,4間に供試体2を跨らせて支持させ、上面の2箇所より加圧する3等分点2線荷重方式にて載荷し、荷重−変位関係を比較した。
【0047】
上記試験の結果から、無混入のものは多数のグラウト片に粉砕されたが、繊維混入率0.15vol%以上のものは、ひび割れは発生するが粉砕し難いという結果が得られた。
【0048】
この結果から、粉砕化抑制効果が期待できるのは、繊維混入率0.15vol%以上であることが判明した。
【0049】
(3)シリーズ2の配合についての施工性確認試験
【0050】
シリーズ1についての上記試験によって判明した適性混入率0.15vol%としたシリーズ2の配合G〜Lについて、JAロートを用いた流動性試験を実施し、繊維長及び繊維種別の違いによる流下時間の変化を測定した。結果は、第6表に示す如くであった。
第6表
【0051】
施工性は、前述と同様に繊維無混入に対して+1.0s以下を目安とし、それ以上のものは不適切であると判断した。この結果、配合Hが不適切であることが判明した。
【0052】
(4)シリーズ2の配合についての粉砕化抑制効果試験
【0053】
施工性試験において不適切であった配合Hを除き、前述と同様に版状供試体を用いた破壊試験と板状供試体を用いた曲げ試験とを行った。
a. 版状供試体を用いた破壊試験
【0054】
前述と同様に図3に示す破壊試験によりひび割れ状況を比較した。結果は図5、図6の写真の如くであった。
b.板状供試体を用いた曲げ試験
【0055】
前述と同様に図5に示す曲げ試験機による試験を実施した。結果は図8に示すグラフの如くであった。図8から、配合F,G,Lの粉砕化抑制効果が高いことが判明した。配合Fは繊維混合割合が0.5vol%であり、施工性に問題があるが、この結果から繊維長は3mm〜12mmの範囲が適切であることが判明した。更に好ましくは、種別がPVA繊維、繊維長は8mm〜12mmが適切であると判断できる。
c.圧縮強度・曲げ強度試験
【0056】
繊維無混入のものと、配合G,Iについて供試体を作成し、材齢を違えて圧縮強度及び曲げ強度について試験した。結果は、第7表の如くであった。
第7表
【0057】
この結果、圧縮強度は若材齢時にばらつきがあるものの繊維の混入による影響は少ない。曲げ強度も繊維の混入による影響は少ないものであった。
ステップ2試験について、
(1)施工性確認試験
a.障害物通過試験
【0058】
ステップ1において適正であると判断された配合G,Iについて障害物通過試験を実施した。この試験は図9に示す水平で底面が路盤を想定したベニヤ板を使用した水平方向に広がりのある流入空間5を形成し、その底面上に正方形状の突起6を多数突設した装置を使用し、その一方縁部から配合G,Iのグラウトを流入させた。
【0059】
結果は図10、図11の写真に示す如くであり、何れの配合においても突起の下流側まで裏側まで回り込み、充分な充填がなされた。
b.隙間充填性試験
【0060】
幅50cm、厚さ5mm、長さ500cmの水平な充填試験空隙を、底板をベニヤ板により、天板を透明アクリル板により形成し、その一端側から繊維無添加のグラウト及び配合G,Iのグラウトを自然落下によって注入し、両者の端部到達時間を比較した。
【0061】
結果は第8表に示すとおりであった。無混入のものと繊維混入のものとの到達時間の差は僅かであり施工性の変化は軽微であるとみとめられた。
第8表
(2)粉砕化抑制効果確認試験
【0062】
粉砕化抑制効果確認試験として気中での繰り返し載荷試験と、水中での繰り返し載荷試験を実施した。
a.気中繰り返し載荷試験
【0063】
前述した図3に示すように路盤を想定した発泡スチロール版の上に繊維無添加グラウト、配合G,Iのグラウトによる試験板を形成し、その上に舗装版を想定した鋼板を重ね、その上から繰り返し荷重を載荷した。荷重は鋼板が降伏する大きさとし、材齢3時間、7日の試験板の中央に40000回、偏心A位置に1000回、偏心B位置に1回載荷した。ついで、フローテーブルによる衝撃10回を加えた。
【0064】
結果は、図12〜図17に示す写真のとおりであった。各図において(a)は、繰り返し荷重載荷直後の状態、(b)はその後にフローテーブルによる衝撃を与えた後の状態を示している。この結果から、繊維無添加のものは、細かく分断された破砕片が形成されるのに対し、配合G,Iでは亀裂は入るものの破砕片間が離れずに板状の状態が維持された。
b.水中での繰り返し載荷試験
【0065】
上記気中繰り返し載荷試験と同じ載荷を材齢14日において水中で行った後、フローテーブルによる衝撃を与えた。結果は図18〜図21の写真に示す如くであった。
【0066】
この結果から、繊維無添加のものは、細かく分断された破砕片となると同時に、図18 (b)の拡大写真に示すように各破砕片の角が取れ、粉粒状となって遊離しているのに対し、配合G,Iではこのような現象は見られず、前述の気中試験と同様に亀裂は入るものの破砕片間が離れずに板状の状態が維持された。
【0067】
以上の試験結果から、コンクリート舗装版下の超速硬性、低弾性の水中不分離裏込めグラウトに、直径16μm〜40μm、長さ3mm〜12mmのPVA繊維を、0.15vol%〜0.2vol%混入することが、施工性及び耐破砕性・耐粉砕性及び経済性の観点から好ましいことがわかる。
有機短繊維の形態選定に関する実験
【0068】
本発明において使用する有機短繊維に関し、繊維に集束処理、即ち集束結着剤によって短繊維間を接着させることによって束となしたものの選定に関する実験を行った。
実験1
【0069】
繊維の集束強度の異なる繊維を0.15vol%混入したグラウトを用いて版状試験体を作製し(グラウト材の水粉末混合材比:50パーセント、試験体寸法:幅10cm×長さ40cm×厚み2cm)、材齢7日で曲げ載荷試験を行った。曲げ載荷試験は、図22に示すように3等分点2点載荷とし、図23に示すように、ひび割れ発生時からさらに3mm以上変形するまで荷重を加え、3mm変形量−曲げ荷重曲線で囲まれる部分(網掛部)の面積を曲げ靭性の指標として算出した。曲げ靭性の評価として、300N・mm以上を◎、100〜299N・mmを○、99N・mm以下を×とした。また、同時にグラウト中の繊維の開繊状態を観測した。また、施工性をみるため、グラウトの流動性を測定した。
結果は第9表に示す如くであった。
第9表
実験2
【0070】
集束強度の異なる2種類の繊維を併用して、実験1と同様の試験を実施した。繊維混入量は0.15vol%とした。結果は第10表に示す如くであった。
第10表
実験3
【0071】
集束したビニロン短繊維と粉体を混合時間を変えて、プローシェアーミキサーを使用してプレミックスし、実験1と同様の試験を実施した。繊維は、RECS15×8を使用し、繊維混入量は0.15vol%とした。結果は第11表の如くであった。
第11表
【0072】
以上の実験結果から、混入する有機短繊維には適度の集束処理を施されているものが好ましく、更に好ましくは、集束結着剤付着量が1.0vol%から5.0vol%のものが好ましいことが判明した。
【0073】
集束結着剤付着量が5.0vol%以上では、混練したグラウト材中で繊維の開繊が不十分で、補強効果が十分に発揮されず、集束結着剤付着量が1.0vol%以下では、繊維がグラウト中でダマになり、十分な補強効果が発揮されない。
【0074】
また、集束強度の異なるビニロン繊維を適宜混合することで、より良好な補強効果を得ることができる。
【0075】
また、集束したビニロン短繊維と粉体を、適切な時間プレミックスすることにより、さらに良好な補強効果が発揮されることが判明した。
【0076】
ビニロン繊維(PVA繊維)以外の繊維の適用に関する実験
【0077】
本発明において使用する短繊維に関し、ビニロン繊維(PVA繊維)以外の種類の繊維の適用性について実験を行った。
【0078】
ビニロン繊維以外の有機短繊維として、アラミド繊維およびレーヨン繊維を、又、無機短繊維として炭素繊維を0.10〜0.15vol%混入したグラウトを用いて版状試験体を作製し(グラウト材の水粉末混合材比:50パーセント、試験体寸法:幅10cm×長さ40cm×厚み2cm)、材齢7日で曲げ載荷試験を行った。曲げ載荷試験は、前記と同様に、図22に示すように3等分点2点載荷とし、図23に示すように、ひび割れ発生時からさらに3mm以上変形するまで荷重を加え、3mm変形量−曲げ荷重曲線で囲まれる部分(網掛部)の面積を曲げ靭性の指標として算出した。曲げ靭性の評価として、300N・mm以上を◎、100〜299N・mmを○、99N・mm以下を×とした。また、同時にグラウト中の繊維の開繊状態を観測した。また、施工性をみるため、グラウトの流動性を測定した。
【0079】
アラミド繊維は、帝人テクノーラ社製アラミド繊維「テクノーラ(商標)、型番T−320(繊維長3または6mm)」、レーヨン繊維は、ダイワボウ社製レーヨン「コロナ(商標)、繊維長8mm」無機短繊維として炭素繊維は、東レ社製炭素繊維「トレカ(商標)、型番T010−060(繊維長6mm)」を使用した。
【0080】
結果は、第12表の如くであった。アラミド繊維はビニロン繊維以上の靭性を、炭素繊維はビニロン繊維同等の靭性を示し、良好な補強効果を発現した。
第12表
【0081】
グラウト材の隙間充填試験例(その2)(想定充填空隙2mm)
【0082】
次に本発明に係るコンクリート舗装版裏込めグラウト材を、舗装版下の2mmの隙間に充填する場合を想定した試験例について説明する。この試験例では、前述したステップ1の試験を前提とし、2mmの充填空隙内への隙間充填試験と、粉砕化抑制効果確認試験とを実施した。
【0083】
障害物通過試験は、前記グラウト材の隙間充填試験例(その1)に比べて繊維長、混入率とも値が小さく、前述した図9に示す装置を使用した試験結果を利用できるため、省略した。使用するグラウト材は、前述したグラウト材の隙間充填試験例(その1)における第1表、第2表に示されているNo.1の配合及び標準物性値のグラウト材を使用した。
(1)隙間充填性試験
【0084】
a.有機短繊維の種類及びグラウト材における混入率
【0085】
隙間充填性試験における有機短繊維の種類と、そのグラウト材における混入率を第13表に示す。尚、グラウト材の水粉末混合材比は、前述と同様に50パーセントとした。
第13表
b.試験例及び試験装置
【0086】
次の充填空隙例A〜Cを使用した。これらは何れも図24に示すように、底板10、天板11及び両側板12ともベニヤ板を使用して水平な充填試験空隙を形成した。注入口13は全幅に亘って開口したスリット状となし、投入用漏斗14内へ水頭差100cmにて投入した。
【0087】
充填空隙例A−−幅a:60cm、厚さh:全長に亘って2mm、全長L:300cm
【0088】
充填空隙例B−−幅a:60cm、厚さh:注入部L1が4mm、通過部L2が2mm、全長L:300cm
【0089】
充填空隙例C−−幅a:60cm、厚さh:注入部L1が4mm、通過部L2が2mm、全長L:540cm
【0090】
充填空隙例D−−幅a:60cm、厚さh:注入部L1が5mm、通過部L2が2mm、全長L:540cm
【0091】
上記方法によって、隙間充填性試験を実施した。尚、繊維直径は12μmのものを使用した。
結果は、第14表に示す如くであった
第14表
【0092】
この結果から、No.2〜5は、実施工時のグラウト注入口間隔を5mとした場合において、注入部の隙間を4mm以上とすることによって、2mmの隙間に充填することが可能であり、繊維長8mm以下、混入率0.15vol%以下が適当であることが確認された。
(2)粉砕化抑制効果確認試験
【0093】
粉砕化抑制効果確認試験としてホイールトラッキング試験とフローテーブルによる15回落下試験を実施した。
a.ホイールトラッキング試験
【0094】
図25に示すように、舗装版下の路盤を想定した厚さ50mm、一辺が300mmの正方形をした発泡スチロール板20の上に厚さ4mmのグラウト層21を置き、その上に舗装版を想定した厚さ3mmのポリカーボネート板22を置き、その上から走行車輪を想定した直径200mm、設置面積50.6mm×21.4mmのソリッドタイヤからなる載荷ローラー23を、ポリカーボネート板22の表面を転動(トラバース)させながら接地圧0.63MPaにより繰り返し荷重をかけた。この試験水準を第15表に示す。
第15表
【0095】
第15表中の試験No.1〜4についてそれぞれ載荷試験を行った後、フローテーブルによる15回落下試験を実施した。
【0096】
その結果、No1についてのホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図26の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生しているが、グラウトの流出は見られず、粉砕化に対する抵抗性が確認できた。
【0097】
No.2についてのホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図27の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生しているが、グラウトの流出は見られず、粉砕化に対する抵抗性が確認できた。
【0098】
No.3についてのホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図28の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生しているが、グラウトの流出は見られず、粉砕化に対する抵抗性が確認できた。
【0099】
No.4は、繊維を混入しないグラウトについての対象例について同じ試験を実施したものであり、ホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図29の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生し、グラウトが水により流出した。
【0100】
上述した隙間充填試験結果から、繊維長6mm、混入率0.15vol%のものが、隙間2mmの充填隙間に5m以上の充填が可能であり、且つ、充填前後におけるグラウトの状態に大きな変化が見られなかった。従って、長さ6mm以下の繊維を0.15vol%以下の混入率であれば、2mm以上の充填隙間への充填が可能であることが立証された。
【0101】
また、上記粉砕化抑制効果確認試験の結果から、長さ3mmの繊維を0.02vol%の混入した場合において、粉砕化が抑制され水浸状態でのトラバース載荷試験において、グラウトの水による流失が防止されることが確認できた。また、繊維長及び、繊維混入率の値が大きくなることによってその効果が増すものであることから、繊維長が3mm以上、その混入率が0.02vol%以上であれば、グラウトの流失がなされない程度の粉砕化抵抗性が得られることが立証された。
【0102】
これらの結果から、隙間2mm以上の舗装版下のグラウト充填空隙へのグラウトには、その施工性及び粉砕化抵抗性を共に満足させるために、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜6mmの繊維を0.02vol%〜0.15vol%混入することによって所期の目的を達成できることが立証された。
【符号の説明】
【0103】
1 発泡スチロール板
2 供試体
3 加圧子
4 支点
5 流入空間
6 突起
10 底板
11 天板
12 側板
13 注入口
14 投入用漏斗
20 発泡スチロール板
21 グラウト層
22 ポリカーボネート板
23 載荷ローラー
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として空港の滑走路や誘導路におけるコンクリート舗装版下の空隙を埋めるためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、軟弱地盤上に構築されるコンクリート舗装は、場所打ちコンクリートによって施工される場合、沈下した舗装表面の高さを元に戻すために、舗装版のみを持ち上げてその下面と路盤との間にできた空隙にセメント系のグラウト材を注入している(例えば特許文献1)。プレキャストコンクリート板を使用して舗装版を構成させる場合は、補修、新規構築の何れの場合も、既設路盤との間の空隙にセメント系のグラウト材が注入されている(例えば特許文献2及び3)。
【0003】
また、コンクリート舗装版下充填用ではなく、コンクリートの補修等に使用されているグラウト材には、繊維を混合して強度を高めたものが知られている(例えば特許文献4)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6‐146213号公報
【特許文献2】特開平5‐270880号公報
【特許文献3】特開平8−290951号公報
【特許文献4】特開2008−24766号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した従来のグラウト材は、航空機のような重荷重が繰り返し載荷される舗装版下にも使用されているが、重荷重の繰り返し載荷による舗装版のたわみによって、その下のグラウト材に亀裂が入り、舗装版の目地部から侵入した雨水によって粉砕・細粒化が促進されるとともに、繰り返し載荷による舗装版のたわみ毎に、雨水に洗い出されて舗装版の目地部から上方に噴出する所謂ポンピング現象が発生し、これによって舗装版下が空洞化するという問題があった。
【0006】
このような問題を解決する方法としては、重荷重に対しても粉砕され難い材料の開発が望まれ、その一方法として上記特許文献4に示すようにグラウト材に繊維を混入して強度を高める方法が考えられる。
【0007】
しかし、コンクリート舗装版下の空隙は数mm程度の空隙しかない場合もあることと、平面的な広がりがあることから、高い流動性が要求され、特許文献4に示されているような従来の繊維入りグラウトモルタルをそのまま使用することはできない。また、繊維を混合すると、その分コスト高となり経済性に問題が生じることが考えられる。
【0008】
本発明は、このような問題に鑑み、大型航空機の通過による繰り返し重荷重に対しても粉砕されにくく、しかもコンクリート舗装版下の空隙を効率よく埋めることができる流動性を確保し、且つ経済性に大きく影響を与えないコンクリート舗装版裏込めグラウト材の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項1に記載の発明の特徴は、セメント、速硬材、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合したことにある。
【0010】
請求項2に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、前記グラウト中に無機系フィラーを混合させたことにある。
【0011】
請求項3に記載の発明の特徴は、請求項1又は2の構成に加え、前記有機短繊維が、ビニロン繊維又はアラミド繊維で、無機短繊維が、炭素繊維であることにある。
【0012】
請求項4に記載の発明の特徴は、請求項1〜3のいずれかの構成に加え、前記粉末混合材におけるセメントはポルトランドセメントであり、無機系フィラーは道路用普通炭酸カルシウム粉末であることにある。
【0013】
請求項5に記載の発明の特徴は、請求項1〜4の何れかの構成に加え、前記粉末混合材に、反応促進剤、刺激剤及び消泡剤が混合されていることにある。
【発明の効果】
【0014】
本発明においては、セメント、速硬材、無機系フィラー、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材であって、これに水を加えて混練し、コンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記粉末材中に0.02〜0.20vol%の割合で混合させたことにより、航空機の走行等によって重荷重が繰り返し載荷されるコンクリート舗装版下の裏込めグラウトにおいて、2mm以上の隙間に対する充填がコスト及び施工性に大きな影響を及ぼすことなくなされ、充填後におけるグラウトの耐破砕性・耐粉砕性も高く、舗装版下の空洞化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に係るグラウトの混合繊維種別、長さ、混合率を選定するためのステップ1試験フロー図である。
【図2】同、ステップ2試験フロー図である。
【図3】ステップ1及び2における供試体を用いた破壊試験装置の側面図である。
【図4】同上のシリーズ1の配合のものに対する破壊試験結果を示す写真である。
【図5】ステップ1におけるシリーズ2の配合の内PVA繊維を使用したものに対する破壊試験結果を示す写真である。
【図6】同PP繊維を使用したものに対する破壊試験結果を示す写真である。
【図7】同上の曲げ試験装置の側面図である。
【図8】図7の曲げ試験における板状供試体の荷重−変位関係を示すグラフである。
【図9】ステップ2における障害物通過試験装置を示すもので(a)は平面図、(b)は縦断面図である。
【図10】同上の装置を使用した配合Gについての障害物通過試験結果を示すもので、(a)は全体写真、(b)は障害物部分の部分拡大写真である。
【図11】同、配合Iについての障害物通過試験結果を示すもので、(a)は全体写真であり、(b)は障害物部分の部分拡大写真である。
【図12】ステップ2における繊維無混入、材齢3時間の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図13】ステップ2における配合G、材齢3時間の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図14】ステップ2における配合I、材齢3時間の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図15】ステップ2における繊維無混入、材齢7日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図16】ステップ2における配合G、材齢7日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図17】ステップ2における配合I、材齢7日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図18】ステップ2における繊維無混入、材齢14日の供試体に対する水中での繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)は同部分拡大写真である。
【図19】ステップ2における繊維無混入、材齢14日の他の供試体に対する水中での繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)は同フローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図20】ステップ2における配合I、材齢14日の供試体に対する水中での繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)は同部分の拡大写真である。
【図21】ステップ2における配合I、材齢14日の供試体に対する繰り返し載荷試験後の状態を示すもので(a)はフローテーブルによる衝撃試験前の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる衝撃試験後の状態を示す写真である。
【図22】有機短繊維の形態選定に関する実験における曲げ載荷状態の説明図である。
【図23】同上の試験における載荷曲線を示すグラフである。
【図24】グラウト材の隙間充填試験例(その2)における充填試験空隙を形成する装置を示すもので、(a)は平面図、(b)は縦断面図である。
【図25】同上のホイールトラッキング試験装置の概略を示す縦断面図である。
【図26】長さ3mmのアラミド繊維0.02vol%混入のグラウトの破砕化抑制効果確認試験結果を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【図27】長さ3mmのアラミド繊維を0.05vol%混入したグラウトの破砕化抑制効果確認試験結果を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【図28】長さ8mmのPVA繊維を0.15vol%混入したグラウトの破砕化抑制効果確認試験結果を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【図29】繊維無混入のグラウトの破砕状態を示すもので、(a)はホイールトラッキング後の状態を示す写真、(b)はフローテーブルによる落下試験後の状態を示す写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
次に本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0017】
本発明は、セメント、速硬材、無機系フィラー、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合したことにものである。
【0018】
尚、前記粉末混合材に、反応促進剤、刺激剤及び消泡剤を混合してもよい。また、無機系フィラーは使用しない場合もある。
【0019】
セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント又は白色セメントが使用できる。
【0020】
速硬材としては、カルシウムアルミネートを主成分とする速硬材であって、例えば三菱マテリアル社製のコーカエーススーパー(商標)が使用できる。
【0021】
無機系フィラーとしては、炭酸カルシウム微粉末、珪石微粉末、石粉、粘土鉱物粉末、製紙スラッジ焼却灰、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末が使用できる。
【0022】
水中不分離剤としては、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)、HEMC(ヒドロキシエチルメチルセルロース)、HMPポリマー(変性アクリルアミドモノマー)、グアーガム誘導体 (ヒドロキシプロピルグアー)が使用できる。
【0023】
凝結調整剤としては、オキシカルボン酸、オキシカルボン酸塩の単独または組合せが使用できる。
【0024】
有機短繊維としては、ビニロン繊維、例えばクラレ社製ビニロン繊維、型番「RECS15×8(繊維長8mm)」、同「RECS7×6(繊維長6mm)、又はユニチカ社製「型番2500T8‐AB(S50)(繊維長8mm)」、アラミド繊維、例えば帝人テクノーラ社製アラミド繊維、テクノーラ(商標)、型番「T−320(繊維長3または6mm)」、無機短繊維としては、炭素繊維、例えば東レ社製炭素繊維、トレカ(商標)、型番T010−060(繊維長6mm)」が使用できる。
【0025】
反応促進剤としては、消石灰、塩化カルシウム、蟻酸カルシウム、シュウ酸カルシウムが使用できる。
【0026】
刺激剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、芒硝、アルミン酸ナトリウムが使用できる。
【0027】
消泡剤としては、酢酸ナトリウム消泡剤、ポリエーテル系消泡剤(例えばサンノプコ社製のSNデフォーマ14HP(商標))が使用できる。
【0028】
グラウト材の隙間充填試験例(その1)(想定充填空隙5mm)
【0029】
次に本発明に係るコンクリート舗装版裏込めグラウト材を舗装版下のグラウト注入隙間が5mmである場合を想定した試験例について説明する。
使用材料
(1)グラウト材
【0030】
従来、空港のコンクリート舗装版下のグラウト材として使用されている粉末混合材であるプレミックスタイプの超速硬性、低弾性の水中不分離型裏込めグラウト材を使用した。その配合を第1表に示す。
第1表
【0031】
このグラウト材の標準物性値は第2表の如くである。
第2表
(2)有機短繊維
【0032】
混合する有機短繊維として、従来コンクリートのひび割れ抑制・剥落防止用として使用されている第3表に示す物性値のビニロン(PVA)繊維及びポリプロピレン(PP)繊維、アラミド繊維を使用した。
第3表
配合:第1表のNo.1
【0033】
(1)グラウト材の水粉末混合材比:50パーセント
【0034】
(2)グラウト材における有機短繊維混入
【0035】
第4表に示すように、シリーズ1として混入率の選定のための配合A〜Fと、シリーズ2として繊維種別と繊維長さの選定のための配合G〜Lの12種類の組合せの試験グラウトを使用した。
【0036】
混練は、水、粉末混合材、繊維の順に攪拌容器に入れ、全量投入後、ハンドミキサーを使用して2分間攪拌(練り混ぜ)した。
第4表
【0037】
試験は、図1に示す試験フロー1(ステップ1)及び図2に示す試験フロー2(ステップ2)に従って実施した。ステップ1は、前述したシリーズ1の配合A〜Fを使用して施工性及び粉砕化抑制効果の観点から適正な繊維混入率を選定し、得られた適正混合値に基づいたシリーズ2の配合G〜Lを使用して施工性及び粉砕化抑制効果及び強度特性の観点から適正な繊維種別及び繊維長さを選定した。ステップ2はステップ1による試験で得られた適正と思われる繊維混入率、繊維種別及び繊維長の適正な配合について、障害物通過試験、充填性試験及び強度分布試験を実施するとともに、繰り返し荷重試験を実施し、効果の確認を行った。
【0038】
次に上記試験フローに示した試験について説明する。
ステップ1試験について、
【0039】
(1) シリーズ1配合についての施工性確認試験
【0040】
配合A〜FについてJAロートを用いた流動性試験を実施し、繊維混入率の違いによる流下時間の変化を測定し、施工性を評価した。結果は、第5表に示す如くであった。
第5表
【0041】
施工性は、繊維無混入に対して+1.0s以下を目安とし、それ以上のものは不適切であると判断した。この第5表から、混入率0.50vol%のものは、閉塞あるいは+1.0s超であったため、不適合とした。混入率0.20vol%以下のものは、流下時間が+1.0s以下であったため適合とした。
【0042】
この結果から施工性に与える影響が少ないのは混入率0.20vol%以下であることが判明した。
【0043】
(2)シリーズ1の配合についての粉砕化抑制効果試験
【0044】
JAロートを用いた流動性試験において、適合であった配合A,B,D,Eについて粉砕化抑制効果試験を行った。この試験では、版状供試体を用いた破壊試験と板状供試体を用いた曲げ試験とを行った。
a. 版状供試体を用いた破壊試験
【0045】
図3に示すように、発泡スチロール板1上に前記配合A〜Fによる供試体2を作製し、その上面を加圧子3によって加圧する破壊試験であり、繊維無混入のものに対する同じ試験によってひび割れが発生した荷重を試験荷重Wとし、材齢3時間の供試体に対し、版中央と版縁部3辺に載荷してひび割れ状況を比較した。結果は図4の写真の如くであった。
b.板状供試体を用いた曲げ試験
【0046】
図7に示すように2支点4,4間に供試体2を跨らせて支持させ、上面の2箇所より加圧する3等分点2線荷重方式にて載荷し、荷重−変位関係を比較した。
【0047】
上記試験の結果から、無混入のものは多数のグラウト片に粉砕されたが、繊維混入率0.15vol%以上のものは、ひび割れは発生するが粉砕し難いという結果が得られた。
【0048】
この結果から、粉砕化抑制効果が期待できるのは、繊維混入率0.15vol%以上であることが判明した。
【0049】
(3)シリーズ2の配合についての施工性確認試験
【0050】
シリーズ1についての上記試験によって判明した適性混入率0.15vol%としたシリーズ2の配合G〜Lについて、JAロートを用いた流動性試験を実施し、繊維長及び繊維種別の違いによる流下時間の変化を測定した。結果は、第6表に示す如くであった。
第6表
【0051】
施工性は、前述と同様に繊維無混入に対して+1.0s以下を目安とし、それ以上のものは不適切であると判断した。この結果、配合Hが不適切であることが判明した。
【0052】
(4)シリーズ2の配合についての粉砕化抑制効果試験
【0053】
施工性試験において不適切であった配合Hを除き、前述と同様に版状供試体を用いた破壊試験と板状供試体を用いた曲げ試験とを行った。
a. 版状供試体を用いた破壊試験
【0054】
前述と同様に図3に示す破壊試験によりひび割れ状況を比較した。結果は図5、図6の写真の如くであった。
b.板状供試体を用いた曲げ試験
【0055】
前述と同様に図5に示す曲げ試験機による試験を実施した。結果は図8に示すグラフの如くであった。図8から、配合F,G,Lの粉砕化抑制効果が高いことが判明した。配合Fは繊維混合割合が0.5vol%であり、施工性に問題があるが、この結果から繊維長は3mm〜12mmの範囲が適切であることが判明した。更に好ましくは、種別がPVA繊維、繊維長は8mm〜12mmが適切であると判断できる。
c.圧縮強度・曲げ強度試験
【0056】
繊維無混入のものと、配合G,Iについて供試体を作成し、材齢を違えて圧縮強度及び曲げ強度について試験した。結果は、第7表の如くであった。
第7表
【0057】
この結果、圧縮強度は若材齢時にばらつきがあるものの繊維の混入による影響は少ない。曲げ強度も繊維の混入による影響は少ないものであった。
ステップ2試験について、
(1)施工性確認試験
a.障害物通過試験
【0058】
ステップ1において適正であると判断された配合G,Iについて障害物通過試験を実施した。この試験は図9に示す水平で底面が路盤を想定したベニヤ板を使用した水平方向に広がりのある流入空間5を形成し、その底面上に正方形状の突起6を多数突設した装置を使用し、その一方縁部から配合G,Iのグラウトを流入させた。
【0059】
結果は図10、図11の写真に示す如くであり、何れの配合においても突起の下流側まで裏側まで回り込み、充分な充填がなされた。
b.隙間充填性試験
【0060】
幅50cm、厚さ5mm、長さ500cmの水平な充填試験空隙を、底板をベニヤ板により、天板を透明アクリル板により形成し、その一端側から繊維無添加のグラウト及び配合G,Iのグラウトを自然落下によって注入し、両者の端部到達時間を比較した。
【0061】
結果は第8表に示すとおりであった。無混入のものと繊維混入のものとの到達時間の差は僅かであり施工性の変化は軽微であるとみとめられた。
第8表
(2)粉砕化抑制効果確認試験
【0062】
粉砕化抑制効果確認試験として気中での繰り返し載荷試験と、水中での繰り返し載荷試験を実施した。
a.気中繰り返し載荷試験
【0063】
前述した図3に示すように路盤を想定した発泡スチロール版の上に繊維無添加グラウト、配合G,Iのグラウトによる試験板を形成し、その上に舗装版を想定した鋼板を重ね、その上から繰り返し荷重を載荷した。荷重は鋼板が降伏する大きさとし、材齢3時間、7日の試験板の中央に40000回、偏心A位置に1000回、偏心B位置に1回載荷した。ついで、フローテーブルによる衝撃10回を加えた。
【0064】
結果は、図12〜図17に示す写真のとおりであった。各図において(a)は、繰り返し荷重載荷直後の状態、(b)はその後にフローテーブルによる衝撃を与えた後の状態を示している。この結果から、繊維無添加のものは、細かく分断された破砕片が形成されるのに対し、配合G,Iでは亀裂は入るものの破砕片間が離れずに板状の状態が維持された。
b.水中での繰り返し載荷試験
【0065】
上記気中繰り返し載荷試験と同じ載荷を材齢14日において水中で行った後、フローテーブルによる衝撃を与えた。結果は図18〜図21の写真に示す如くであった。
【0066】
この結果から、繊維無添加のものは、細かく分断された破砕片となると同時に、図18 (b)の拡大写真に示すように各破砕片の角が取れ、粉粒状となって遊離しているのに対し、配合G,Iではこのような現象は見られず、前述の気中試験と同様に亀裂は入るものの破砕片間が離れずに板状の状態が維持された。
【0067】
以上の試験結果から、コンクリート舗装版下の超速硬性、低弾性の水中不分離裏込めグラウトに、直径16μm〜40μm、長さ3mm〜12mmのPVA繊維を、0.15vol%〜0.2vol%混入することが、施工性及び耐破砕性・耐粉砕性及び経済性の観点から好ましいことがわかる。
有機短繊維の形態選定に関する実験
【0068】
本発明において使用する有機短繊維に関し、繊維に集束処理、即ち集束結着剤によって短繊維間を接着させることによって束となしたものの選定に関する実験を行った。
実験1
【0069】
繊維の集束強度の異なる繊維を0.15vol%混入したグラウトを用いて版状試験体を作製し(グラウト材の水粉末混合材比:50パーセント、試験体寸法:幅10cm×長さ40cm×厚み2cm)、材齢7日で曲げ載荷試験を行った。曲げ載荷試験は、図22に示すように3等分点2点載荷とし、図23に示すように、ひび割れ発生時からさらに3mm以上変形するまで荷重を加え、3mm変形量−曲げ荷重曲線で囲まれる部分(網掛部)の面積を曲げ靭性の指標として算出した。曲げ靭性の評価として、300N・mm以上を◎、100〜299N・mmを○、99N・mm以下を×とした。また、同時にグラウト中の繊維の開繊状態を観測した。また、施工性をみるため、グラウトの流動性を測定した。
結果は第9表に示す如くであった。
第9表
実験2
【0070】
集束強度の異なる2種類の繊維を併用して、実験1と同様の試験を実施した。繊維混入量は0.15vol%とした。結果は第10表に示す如くであった。
第10表
実験3
【0071】
集束したビニロン短繊維と粉体を混合時間を変えて、プローシェアーミキサーを使用してプレミックスし、実験1と同様の試験を実施した。繊維は、RECS15×8を使用し、繊維混入量は0.15vol%とした。結果は第11表の如くであった。
第11表
【0072】
以上の実験結果から、混入する有機短繊維には適度の集束処理を施されているものが好ましく、更に好ましくは、集束結着剤付着量が1.0vol%から5.0vol%のものが好ましいことが判明した。
【0073】
集束結着剤付着量が5.0vol%以上では、混練したグラウト材中で繊維の開繊が不十分で、補強効果が十分に発揮されず、集束結着剤付着量が1.0vol%以下では、繊維がグラウト中でダマになり、十分な補強効果が発揮されない。
【0074】
また、集束強度の異なるビニロン繊維を適宜混合することで、より良好な補強効果を得ることができる。
【0075】
また、集束したビニロン短繊維と粉体を、適切な時間プレミックスすることにより、さらに良好な補強効果が発揮されることが判明した。
【0076】
ビニロン繊維(PVA繊維)以外の繊維の適用に関する実験
【0077】
本発明において使用する短繊維に関し、ビニロン繊維(PVA繊維)以外の種類の繊維の適用性について実験を行った。
【0078】
ビニロン繊維以外の有機短繊維として、アラミド繊維およびレーヨン繊維を、又、無機短繊維として炭素繊維を0.10〜0.15vol%混入したグラウトを用いて版状試験体を作製し(グラウト材の水粉末混合材比:50パーセント、試験体寸法:幅10cm×長さ40cm×厚み2cm)、材齢7日で曲げ載荷試験を行った。曲げ載荷試験は、前記と同様に、図22に示すように3等分点2点載荷とし、図23に示すように、ひび割れ発生時からさらに3mm以上変形するまで荷重を加え、3mm変形量−曲げ荷重曲線で囲まれる部分(網掛部)の面積を曲げ靭性の指標として算出した。曲げ靭性の評価として、300N・mm以上を◎、100〜299N・mmを○、99N・mm以下を×とした。また、同時にグラウト中の繊維の開繊状態を観測した。また、施工性をみるため、グラウトの流動性を測定した。
【0079】
アラミド繊維は、帝人テクノーラ社製アラミド繊維「テクノーラ(商標)、型番T−320(繊維長3または6mm)」、レーヨン繊維は、ダイワボウ社製レーヨン「コロナ(商標)、繊維長8mm」無機短繊維として炭素繊維は、東レ社製炭素繊維「トレカ(商標)、型番T010−060(繊維長6mm)」を使用した。
【0080】
結果は、第12表の如くであった。アラミド繊維はビニロン繊維以上の靭性を、炭素繊維はビニロン繊維同等の靭性を示し、良好な補強効果を発現した。
第12表
【0081】
グラウト材の隙間充填試験例(その2)(想定充填空隙2mm)
【0082】
次に本発明に係るコンクリート舗装版裏込めグラウト材を、舗装版下の2mmの隙間に充填する場合を想定した試験例について説明する。この試験例では、前述したステップ1の試験を前提とし、2mmの充填空隙内への隙間充填試験と、粉砕化抑制効果確認試験とを実施した。
【0083】
障害物通過試験は、前記グラウト材の隙間充填試験例(その1)に比べて繊維長、混入率とも値が小さく、前述した図9に示す装置を使用した試験結果を利用できるため、省略した。使用するグラウト材は、前述したグラウト材の隙間充填試験例(その1)における第1表、第2表に示されているNo.1の配合及び標準物性値のグラウト材を使用した。
(1)隙間充填性試験
【0084】
a.有機短繊維の種類及びグラウト材における混入率
【0085】
隙間充填性試験における有機短繊維の種類と、そのグラウト材における混入率を第13表に示す。尚、グラウト材の水粉末混合材比は、前述と同様に50パーセントとした。
第13表
b.試験例及び試験装置
【0086】
次の充填空隙例A〜Cを使用した。これらは何れも図24に示すように、底板10、天板11及び両側板12ともベニヤ板を使用して水平な充填試験空隙を形成した。注入口13は全幅に亘って開口したスリット状となし、投入用漏斗14内へ水頭差100cmにて投入した。
【0087】
充填空隙例A−−幅a:60cm、厚さh:全長に亘って2mm、全長L:300cm
【0088】
充填空隙例B−−幅a:60cm、厚さh:注入部L1が4mm、通過部L2が2mm、全長L:300cm
【0089】
充填空隙例C−−幅a:60cm、厚さh:注入部L1が4mm、通過部L2が2mm、全長L:540cm
【0090】
充填空隙例D−−幅a:60cm、厚さh:注入部L1が5mm、通過部L2が2mm、全長L:540cm
【0091】
上記方法によって、隙間充填性試験を実施した。尚、繊維直径は12μmのものを使用した。
結果は、第14表に示す如くであった
第14表
【0092】
この結果から、No.2〜5は、実施工時のグラウト注入口間隔を5mとした場合において、注入部の隙間を4mm以上とすることによって、2mmの隙間に充填することが可能であり、繊維長8mm以下、混入率0.15vol%以下が適当であることが確認された。
(2)粉砕化抑制効果確認試験
【0093】
粉砕化抑制効果確認試験としてホイールトラッキング試験とフローテーブルによる15回落下試験を実施した。
a.ホイールトラッキング試験
【0094】
図25に示すように、舗装版下の路盤を想定した厚さ50mm、一辺が300mmの正方形をした発泡スチロール板20の上に厚さ4mmのグラウト層21を置き、その上に舗装版を想定した厚さ3mmのポリカーボネート板22を置き、その上から走行車輪を想定した直径200mm、設置面積50.6mm×21.4mmのソリッドタイヤからなる載荷ローラー23を、ポリカーボネート板22の表面を転動(トラバース)させながら接地圧0.63MPaにより繰り返し荷重をかけた。この試験水準を第15表に示す。
第15表
【0095】
第15表中の試験No.1〜4についてそれぞれ載荷試験を行った後、フローテーブルによる15回落下試験を実施した。
【0096】
その結果、No1についてのホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図26の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生しているが、グラウトの流出は見られず、粉砕化に対する抵抗性が確認できた。
【0097】
No.2についてのホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図27の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生しているが、グラウトの流出は見られず、粉砕化に対する抵抗性が確認できた。
【0098】
No.3についてのホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図28の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生しているが、グラウトの流出は見られず、粉砕化に対する抵抗性が確認できた。
【0099】
No.4は、繊維を混入しないグラウトについての対象例について同じ試験を実施したものであり、ホイールトラッキング後の状態及び落下試験後の状態は、図29の写真に示すとおりであった。この結果から、ひび割れが多数発生し、グラウトが水により流出した。
【0100】
上述した隙間充填試験結果から、繊維長6mm、混入率0.15vol%のものが、隙間2mmの充填隙間に5m以上の充填が可能であり、且つ、充填前後におけるグラウトの状態に大きな変化が見られなかった。従って、長さ6mm以下の繊維を0.15vol%以下の混入率であれば、2mm以上の充填隙間への充填が可能であることが立証された。
【0101】
また、上記粉砕化抑制効果確認試験の結果から、長さ3mmの繊維を0.02vol%の混入した場合において、粉砕化が抑制され水浸状態でのトラバース載荷試験において、グラウトの水による流失が防止されることが確認できた。また、繊維長及び、繊維混入率の値が大きくなることによってその効果が増すものであることから、繊維長が3mm以上、その混入率が0.02vol%以上であれば、グラウトの流失がなされない程度の粉砕化抵抗性が得られることが立証された。
【0102】
これらの結果から、隙間2mm以上の舗装版下のグラウト充填空隙へのグラウトには、その施工性及び粉砕化抵抗性を共に満足させるために、直径12μm〜40μm、長さ3mm〜6mmの繊維を0.02vol%〜0.15vol%混入することによって所期の目的を達成できることが立証された。
【符号の説明】
【0103】
1 発泡スチロール板
2 供試体
3 加圧子
4 支点
5 流入空間
6 突起
10 底板
11 天板
12 側板
13 注入口
14 投入用漏斗
20 発泡スチロール板
21 グラウト層
22 ポリカーボネート板
23 載荷ローラー
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント、速硬材、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、
直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合したことを特徴としてなるコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項2】
前記グラウト中に無機系フィラーを混合させてなる請求項1に記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項3】
前記有機短繊維は、ビニロン繊維又はアラミド繊維で、無機短繊維は、炭素繊維である請求項1又は2に記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項4】
前記粉末混合材におけるセメントはポルトランドセメントであり、無機系フィラーは道路用普通炭酸カルシウム粉末である請求項1〜3の何れかに記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項5】
前記粉末混合材に、反応促進剤、刺激剤及び消泡剤が混合されている請求項1〜4の何れかに記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項1】
セメント、速硬材、水中不分離剤及び凝結調整剤が混合された粉末混合材からなり、該粉末混合材に水を加えて混練したグラウトとしてコンクリート舗装版下の隙間に流し込むためのコンクリート舗装版裏込めグラウト材において、
直径12μm〜40μm、長さ3mm〜12mmの有機短繊維又は無機短繊維を、前記グラウト中に0.02〜0.20vol%の割合で混合されるように配合したことを特徴としてなるコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項2】
前記グラウト中に無機系フィラーを混合させてなる請求項1に記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項3】
前記有機短繊維は、ビニロン繊維又はアラミド繊維で、無機短繊維は、炭素繊維である請求項1又は2に記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項4】
前記粉末混合材におけるセメントはポルトランドセメントであり、無機系フィラーは道路用普通炭酸カルシウム粉末である請求項1〜3の何れかに記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【請求項5】
前記粉末混合材に、反応促進剤、刺激剤及び消泡剤が混合されている請求項1〜4の何れかに記載のコンクリート舗装版裏込めグラウト材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図7】
【図8】
【図9】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図4】
【図5】
【図6】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図2】
【図3】
【図7】
【図8】
【図9】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図4】
【図5】
【図6】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【公開番号】特開2011−144103(P2011−144103A)
【公開日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−277821(P2010−277821)
【出願日】平成22年12月14日(2010.12.14)
【出願人】(501241911)独立行政法人港湾空港技術研究所 (84)
【出願人】(000112196)株式会社ピーエス三菱 (181)
【出願人】(000006264)三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年12月14日(2010.12.14)
【出願人】(501241911)独立行政法人港湾空港技術研究所 (84)
【出願人】(000112196)株式会社ピーエス三菱 (181)
【出願人】(000006264)三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Fターム(参考)】
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