トンネル覆工コンクリートへの収縮低減型混和剤の適用効果

トンネル覆工コンクリートへの収縮低減型混和剤の適用効果

㈱竹中土木 正会員 ○吉田 邦勝 同 安藤慎一郎 松田 隆文 西尾 泰三

㈱竹中工務店 正会員 三井 健郎 井上 和政

竹本油脂㈱ 正会員 木之下光男 同 齊藤 和秀 稲垣 順司

１．目 的

トンネルにおける二次覆工コンクリートは，巻厚が薄く，側壁 からアーチ下部までを検査窓からの順打ち，クラウン部を吹上げ 打設方式とし，養生時間

12～20

時間程度¹⁾で打設翌日には脱型 する施工サイクルを特徴としている．

筆者らはコンクリートの品質やコストが改めて問われる昨今，

収縮低減型コンクリート混和剤(以下，SR という)を用いた低収 縮コンクリートの検討を進めている．この度，実トンネルの 覆工コンクリートに

SR

を適用する機会を得たので，実測し た収縮低減効果について報告する．

２．実験概要 2.1 目標性能

本検討に用いた低収縮コンクリートの目標性能は，表

2-1

に示す通り，特記仕様書に基づき現行配合と同等以上のフレ ッシュ性状，硬化物性に加え，ひび割れ抑制のために必要な 値として収縮低減率

10～15％の確保とした．

2.2 実施工適用コンクリート配合の試験練り (1)収縮低減型混和剤（SR）の概要

使用した

SR

は減水成分と収縮低減成分の性能を兼ね 備えたハイブリッド混和剤である．高性能

AE

減水剤の 減水成分として実用化されているポリカルボン酸系ポ リマーに，ポリエーテル誘導体から成る収縮低減成分を 加え一液化している²⁾．

(2)使用材料とコンクリート配合および試験方法

試験練りの使用材料を表

2-2

に，検討したコンクリー ト配合を表

2-3

に示す．試験は表

2-4

に示す通りに行っ た．なお低収縮配合では

SR

の収縮低減成分量を変化さ せ，ワーカビリティー及び収縮低減効果の確認を行った．

(3)試験結果

試験練りの結果をまとめて図

2-1

に示す．フレッシュ 性状については①スランプおよび②空気量(注水後

60

分)，硬化物性については③圧縮強度(材齢

18hr(脱型強

度)，4W(設計基準強度))および④乾燥収縮量(乾燥材齢

4W)を，⑤コスト評価を加えて総合評価を行った．乾燥

収縮量については材齢

26W

での

10～15％低減を目標としているため，材齢 4W

時点での判断では

20％以上

の低減（実績より設定）とした．その結果，本試験施工で用いる低収縮コンクリートの配合は「SR 改②」，

或いは「SR改③」が適当と判断されたが，コスト検討を加え「SR改②」配合を選定するものとした．

表

2-1 目標性能

性能項目 単 位 目標性能 コンクリートのタイプ 普通 ・ 低収縮

スランプ cm 15.0±2.5

空気量 ％ 4.5±1.5

フレッシュ性状

塩化物イオン量 kg/m³ 0.30以下 設計基準強度 N/mm² 18.0 強度管理材齢 日 28

18hr脱型強度 N/mm² 3.0

硬化物性

収縮低減率* ％ 10～15 但し，*低収縮配合のみ(乾燥材齢26W)

表

2-2 使用材料

項目 略号 仕様

セメント C 高炉セメントB種 S社製 密度3.02g/cm³ ﾌﾗｲ

ｱｯｼｭ FA ﾌﾗｲｱｯｼｭⅡ種 密度2.33g/cm³ 細骨材 S

表乾密度2.59g/cm³混合質量比S1：S2=3：7 S1：海砂（熊本県八代市産）

S2：海砂（佐賀県唐津市産）

粗骨材 G

表乾密度2.63 g/cm³混合質量比G1：G2=6：4 G1：砕石（熊本県芦北町産）

G2：砕石（熊本県芦北町産）

混和剤 Ad Ad1：AE減水剤（SV）F社製

Ad2：収縮低減型混和剤（SR）T社製

表

2-3

検討コンクリートの配合

単位量(kg/m³) 粉体量B

配 合 No.

* 設計 基準 強度

Gmax

(mm) W/C

(％) S/a

（%）

水 W セメ

ント C

ﾌﾗｲｱｯ ｼｭ FA

細 骨材

S 粗 骨材

G Ad1 (SV) Ad2

(SR) 収縮低 減成分 1 57.0 44.0 176 309 40 728 1004 3.71 －

2 － 1.5

3 － 2.0

4

21 40

53.7 44.8 160 298 39 787 994

－ 2.5 特

記 18 － 60

以下 － － 270

以上 － － － － －

*No.1：現行配合，No.2～4：低収縮配合SR改①，SR改②，SR改③

表

2-4 試験項目一覧

試験時期 注水後(分) 分

類 試験項目 試験方法 練直

後 30 60

スランプ JIS A 1101 〇 〇 〇

空気量 JIS A 1128 〇 〇 〇

ｺﾝｸﾘｰﾄ温度 温度計 〇 〇 〇

フレッシュ性状

単 位 容積 質 量 JIS A 1116

静置後，人力 攪拌

〇 〇 〇 圧縮強度 JIS A 1108 18hr，1・4W － － 〇

硬化物性 乾燥収縮量

□15，□10cm JIS A 1129 材齢 1，2，3，

4，8，13，26Ｗ － － 〇

キーワード 低収縮コンクリート，収縮低減型混和剤，トンネル覆工，ひずみ実測

連絡先 〒270-1395 千葉県印西市大塚1-5-1 竹中技術研究所 建設技術研究部 材料部門TEL0476-47-1700 FAX0476-47-3080

土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)

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2.3 実施工での計測実験 (1)概 要

実施工での計測実験は，熊本県発注：国道

389

号地域連携推進改築 (下田南

2

号トンネル)工事(延 長=772m，施工場所：天草市天草町下田南)にて行 った．図

2-2

に坑口部の状況を示す．

計測実験は，覆工コンクリート全

74

ブロックの うち，No.45・46の

2

ブロック(CⅠ支保パターン) を対象に行った．

No.45

は現行配合(08/9/30打設)，

No.46

は試験練りにて選定した低収縮配合

SR

改

②(同

10/01

打設)であり，実施工に際して採取した

試料の品質は両配合とも前述の試験練り時と同等 であった．またコンクリートひずみの計測位置 は図

2-3

に示す通りとし，クラウン・アーチの 巻厚方向

3

点(①岩着，②中央，③表面)に埋込み ひずみ計等を設置した(表

2-5

参照)．埋込みひず み計位置の防水シート表面には充填感知センサ を設置してコンクリートの充填を確認し ている．なお計測頻度は打設後１ヶ月：1 時間毎，

2～3

か月：

3

時間毎，

4

ヶ月以降：

6

時間毎とし，計測予定期間は工事完了ま で(09/9/30)を予定した．

(2)計測結果

打設後約

5

ヶ月間の計測結果を表

2-6，図 2-4

に示す．覆工コンクリートひずみは，現行配合：

54～236μに対して低収縮配合 SR

改②：71～

171μであった．収縮低減効果は，巻厚深度方向

で若干異なり①岩着(20.4%)＞③表面(15.0%)＞

②中央(13.1%)の順となっている．適用した

SR

改②配合の試験練りでの結果は

20%程度の低減

率であったが，実施工でもほぼ同等の効果であ ることを確認できた．全体的には

SR

使用によ って均質な収縮ひずみ低減を確認できており，

覆工表面へのひび割れ発生も観察されていない

（09/04/07時点）．

３．おわりに

以上，

SR

の収縮低減成分の添加量を変化させ ることでワーカビリティーの確保とともに一定 の収縮低減効果を確認できた．今後とも調査を 継続し低収縮コンクリートの検討を進める予定 である．

0%

20%

40%

60%

80%

0 5 10 15 20

① ② ③

現行配 合

低収縮 配合

低下率（%）

スランプ(cm)

配 合 スランプ

練直後 注水30分後 注水60分後 練直後 注水30分後 注水60分後

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

0.0  1.0  2.0  3.0  4.0  5.0  6.0 

① ② ③

現行配 合

低収縮 配合

低下率（%）

空気量(%)

配 合 空気量

練直後 注水30分後 注水60分後 練直後 注水30分後 注水60分後

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 10 20 30 40 50

① ② ③

現行配 合

低収縮 配合

1 2 3 4

発現率（%）

圧縮強度(N/mm2)

配 合 圧縮強度

18 時間 7 日(1W) 28 日(4W) 18 時間 7 日(1W) 28 日(4W)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 100 200 300 400 500

□100 □150 □100 □150 □100 □150 □100 □150

① ② ③

低減率（%）

乾燥収縮量(μ)

配 合 乾燥収縮量

7 日(1W) 14 日(2W) 21 日(3W) 28 日(4W) 7 日(1W) 14 日(2W) 21 日(3W) 28 日(4W)

図

2-1 試験練り結果まとめ

中央部 縦断方向 10.5m 0.3m

ｸﾗｳﾝ

円周方向

12.0m

①岩盤

②中央 ｱｰﾁ ③表面

中央部 縦断方向 10.5m 0.3m

ｸﾗｳﾝ

円周方向

12.0m

①岩盤

②中央 ｱｰﾁ ③表面

図

2-3 実施工計測装置設置位置

-300 -200 -100 0 100 200

コンクリートひずみ（μ）

現行配合（Ｎｏ．４５）

45ク岩円 45ク岩軸 45ク中円 45ク中軸 45ク中厚 45ク表円 45ク表軸 45ア岩円 45ア岩軸 45ア中円 45ア中軸 45ア中厚 45ア表円 45ア表軸

-300 -200 -100 0 100 200

コンクリートひずみ（μ）

低収縮配合②（Ｎｏ．４６）

46ク岩円 46ク岩軸 46ク中円 46ク中軸 46ク中厚 46ク表円 46ク表軸 46ア岩円 46ア岩軸 46ア中円 46ア中軸 46ア中厚 46ア表円 46ア表軸

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2008/9/25 2008/9/30 2008/10/5 2008/10/10 2008/10/15 2008/10/20 2008/10/25 2008/10/30 2008/11/4 2008/11/9 2008/11/14 2008/11/19 2008/11/24 2008/11/29 2008/12/4 2008/12/9 2008/12/14 2008/12/19 2008/12/24 2008/12/29 2009/1/3 2009/1/8 2009/1/13 2009/1/18 2009/1/23 2009/1/28 2009/2/2 2009/2/7 2009/2/12 2009/2/17 2009/2/22 2009/2/27 2009/3/4 2009/3/9

湿度（％RH）

日 時

天草下田２号トンネル（Ｎｏ．４５，４６）坑内環境

%RH ﾟC 多項式 (%RH) 多項式 (ﾟC)

温度（℃）

図

2-4 実施工計測結果

表

2-6 計測ひずみ比較

巻厚位置 現行配合

(平均) 低収縮配合

(平均)

低減率収縮 (％) 岩着 ① 135～186

(161) 122～133 (128) 20.4 中央 ② 116～236

(176) 135～171 (153) 13.1 表面 ③ 54～159

(107) 71～111 (91) 15.0

図

2-2 下田南 2

号トンネル 表

2-5 計測器設置

項 目 位置 数量 摘要 埋込み型ひずみ計 ①② 20 ひずみゲージ ③ 8 無応力計 ② 2 ｺﾝｸﾘｰﾄ表面温度計 ③ 4 温湿度計 ③ １ ｺﾝｸﾘｰﾄ充填感知ｾﾝｻ ① 18

自動 計測

風速計 ③ 1 手動

〔参考文献〕

1)土木学会；山岳トンネル覆工の現状と対策，pp58

2)木之下ほか；ハイブリッド高性能ＡＥ減水剤を用いた耐久性改善コン クリートの性質，土木学会第63回年次講演会，5-243，pp485-486

土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)

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