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NETIS登録 膨張材の使用量決定方法日本車両が提案するコンクリート技術 Vol.2
膨張材の使用量決定方法   〜合成床版のひび割れ抑制〜 

合成床版のひび割れ抑制  〜膨張材の使用量は〜

鋼・コンクリート合成床版は、鋼材量が多いため、コンクリートの体積変化 (膨張・収縮)に起因するひび割れが発生しやすい特徴があります。そのため、膨張材を使用した収縮補償コンクリート(膨張ひずみ:150×10⁻⁶〜250×10⁻⁶)として、収縮ひずみに抵抗します。しかし、橋梁の床版の場合、支点支持条件や打設順序など外的な要因によって、引張応力度が増加して収縮補償コンクリートにおいてもひび割れが発生するリスクがあります。 収縮補償コンクリートの場合、膨張材によってコンクリート内にケミカルプレストレス(CP)が導入され、外的な要因によってもたらされる引張応力度に抵抗することができますが、その効果は材料依存性が高く、事前にひび割れ抵抗性を確認することが困難でした。そのため、膨張材の標準使用量20kg/㎥では、十分なひび割れ抵抗性が確保できないこともあります。

 

●ケミカルプレストレス(CP)とは

膨張コンクリートを使用し、コンクリートの膨張が鉄筋や鋼材などに拘束されることにより、コンクリートに発生する圧縮力のことであり、コンクリートに生じる引張応力を相殺します。

 

ケミカルプレストレス算出グラフによる膨張材使用量の決定方法

  合成床版コンクリートの品質管理を圧縮強度だけでなく、ひび割れ抵抗性も含めて行うことが可能に。

鋼とコンクリートの複合モデルを考慮できる断面解析により、膨張材によって導入される床版上面のケミカルプレストレス量が算出できます。(ケミカルプレストレス算出グラフ)これによって、合成床版のひび割れ抵抗性が、膨張率を変数としたシミュレーションによって検討できるため、より一層、ひび割れを抑制できる膨張材の使用量を決定できます。


膨張材の使用量決定方法@

収縮補償コンクリートとして使用する場合

            膨張率を収縮補償の範囲(150×10⁻⁶以上250×10⁻⁶ 以下)として使用する場合

 

 

膨張材の使用量決定方法A

膨張材の使用量を収縮補償の範囲を超えて使用する場合

 

参考資料

実験値と解析値の比較

JIS A 6202 A法で得られた膨張率を使用して解析した結果と実物大を参考とした大型試験体とで、ひずみ値を比較しました。次のグラフから、両者に相関があることがわかります。

合成床版のひずみ分布とケミカルプレストレス分布

合成床版のコンクリート中に発生するひずみ分布を断面解析によって算出しました。合成床版は、下面が鋼板のため、強い拘束力を持っています。そのため、ひずみ分布は、図のように床版下面から上面に行くに従い増加します。
このひずみ分布を基に、膨張コンクリートの仕事量一定則の概念を用いて、床版断面に対するケミカルプレストレス
分布が算出可能となります。

膨張材を使用しない場合のひずみ分布は、収縮側にあり、膨張材を増量するごとに膨張側にひずみが分布します。
また、鋼材の拘束の弱い橋軸方向側より、橋軸直角方向側の方がケミカルプレストレスが高くなります。
ケミカルプレストレスは、ひずみと逆の分布となり、拘束力の強い下面側から上面側に向かって小さくなります。
床版コンクリートのひび割れは、表面に発生しますので、膨張材の効果によって導入される床版表面のケミカルプレストレス量を評価して、ひび割れない合成床版を目指すことができます。