UHPC型枠設計ガイド：圧力、気密性、表面仕上げ、繊維配向、養生、および材料選定

UHPC用型枠に異なる設計アプローチが必要な理由

UHPC用型枠は、部材の外形だけでなく、それ以上の要素を制御します。. また、これは漏れ、表面品質、寸法精度、鋳造速度、繊維配向、硬化条件、および材料の最終的な機械的性能にも影響を及ぼします。.

超高性能コンクリート 高密度のセメント系複合材料である。FHWAは、UHPCを、粒子の充填率が最適化され、水・セメント系材料比が0.25未満である材料と定義しており、, 内部不連続繊維補強, 、150 MPaを超える圧縮強度、およびひび割れ発生後も5 MPaを超える引張強度を維持すること。.

これらの特性は、型枠が最終的な150 MPaの圧縮強度に耐えなければならないことを意味するものではありません。型枠は、打設直後のUHPC、型枠自体の重量、機材の荷重、作業員、および施工中に生じる一時的な荷重を支える役割を担っています。型枠にとっての主な課題は、打設直後の材料に起因するものです。.

UHPCは極めて高い流動性を示すことがあります。通常、非常に微細な粒子を含み、粗骨材はほとんど、あるいはまったく含まれていません。そのため、狭い隙間に入り込み、鉄筋の周囲を流れ、複雑な接合部の細部まで充填することができます。しかし、この流動性ゆえに、型枠が脆弱であったり、密閉性が不十分であったりすると、高い側圧が発生し、深刻な漏水を引き起こす可能性があります。.

山東建邦ファイバーは、UHPC部材の成功は、コンクリートが型枠に打設される前から始まっていることを明らかにしました。施工業者は、型枠、打設経路、鋼繊維システム、脱型工程、および養生計画を、一つの包括的な作業として設計しなければなりません。.

UHPC型枠の主な用途

型枠は、所定の形状を形成し、生コンクリートを正しい位置に保持しなければならない。また、位置合わせを維持し、施工荷重を支えることも求められる。ACIは、型枠を、接触面、支持部材、金物、およびブレースを含む、生コンクリートのための完全な支持システムと定義している。.

UHPCの場合、型枠システムには6つの主な役割があります。.

生コンクリートの圧力に、過度な変形を生じさせることなく耐えなければならない。.

目地から細かいペーストが漏れ出さないようにしなければなりません。.

必要な表面の質感と仕上げを実現しなければならない。.

正確な寸法を保たなければならない。.

空気を閉じ込めることなく、制御された充填が可能でなければならない。.

計画されている硬化および剥離工程に対応していなければならない。.

これらのいずれかの分野に弱点があると、UHPC材料の価値が低下する可能性があります。高強度の配合であっても、目地の漏れ、パネルの変形、繊維配向の不良、あるいは表面の損傷を補うことはできません。.

UHPCの型枠が防水でなければならない理由

漏水防止は、UHPCの型枠に求められる最も重要な要件の一つです。.

FHWAは次のように説明している。 現場打ちUHPC 従来のコンクリートよりも厳密な型枠管理が必要です。その自己締固め特性と微細な粒子構造により、型枠にかかる圧力が大きくなりやすく、適切に密閉されていない型枠からは材料が容易に漏れ出す可能性があります。.

通常のコンクリートなら留まるようなわずかな隙間でも、UHPCペーストはそこから漏れ出す可能性があります。この損失は一見些細なものに見えますが、いくつかの問題を引き起こす可能性があります：

• 目に見える表面の線やくぼみ
• セメントペーストの局所的な欠損
• 鉄筋周囲の被覆厚の減少
• 鋼繊維の堆積 漏れている箇所の近く
• 接続部の充填が不完全
• 有効断面積の変動

請負業者は、すべてのパネル接合部、角部、ボルト穴、配管貫通部、吸気口、通気口、および既存のコンクリートとの接合部を点検しなければならない。.

一般的なシーリング材としては、独立気泡フォームテープ、ゴム製ガスケット、適合する建築用シーラント、スプレーフォーム、および精密にフィットさせたエッジストリップなどが挙げられます。FHWAのプロジェクト指針でも、橋梁工事において、フォームストリップやスプレーフォームを用いて水密性の高い接合部を形成しています。.

シーリング材は、打設中に安定した状態を保たなければならない。剥離してUHPC内に混入してはならない。また、予定されている温度および離型工程に耐えられなければならない。.

シール状態を確認するには、試作打設を行うのが最善の方法です。FHWAの施工チェックリストには、打設中および打設後に型枠から漏れがなかったこと、および接合部が所定の水位まで充填されていたことを確認する項目が含まれています。.

吸収性のない接触面を使用する

UHPCは含水率が低い。型枠の表面が、その限られた水分の一部を、まだ固まっていない材料から奪ってしまわないようにする必要がある。.

FHWAは、UHPCと接触する表面には、吸水性のない仕上げ材を使用することを推奨しています。適切な選択肢としては、鋼材や樹脂コーティングされた合板などが挙げられます。オイル処理された合板は、未処理の合板に比べて吸水性が低いですが、それでも表層からある程度の水分が奪われる可能性があります。.

吸水により、UHPCの表面の外観や特性が変化する可能性があります。これにより、次のような現象が生じる場合があります：

• 濃い色と薄い色のバリエーション
• 乾燥している、またはざらざらした表面
• 局所的な流量の低下
• ピンホール
• 細かい質感の再現性が低い
• 後工程の塗装作業における接着性のばらつき

建築用UHPCについては、製造業者はパネル材料、シーラー、離型剤、打設方法、および養生条件のすべての組み合わせについて試験を行うべきである。小規模なモックアップを作成することで、本格生産を開始する前に表面の問題を発見することができる。.

筋力は重要ですが、多くの場合、柔軟性の方がより重要です

成形品は、崩壊を防ぐのに十分な強度を備えていても、高精度なUHPC製品の製造には柔軟性が高すぎる場合があります。.

薄型のUHPCパネル、, 橋梁床版ユニット, 、ファサード部材や建築用シェルは、多くの場合、厳しい寸法公差が求められます。パネルにわずかなたわみが生じると、部材の厚さが変化したり、目に見える波状の歪みが生じたりすることがあります。.

型枠技術者は、以下の点を確認する必要があります：

• パネルの曲げ加工
• スタッドとリブの間隔
• 引き分け
• 接続伝票
• コーナーの開口部
• 和解の支援
• 流入口周辺の局所的な変形
• 振動や動きに伴う変形

設計においては、現実的な生コンクリートの圧縮応力および施工荷重を用いるべきである。設計者は、硬化したUHPCの最終圧縮強度に基づいて型枠の設計を行ってはならない。.

山東建邦ファイバー社は、型枠の過度な変形が内部の繊維系にも影響を及ぼす可能性があることを突き止めた。断面形状の変化により、UHPCの流動経路が変化する。これにより、局所的な速度や方向が変化する可能性がある。 マイクロスチールファイバー.

表面仕上げと離型性能

UHPCは、目に見える建築部材によく用いられます。仕上げ面は、漆喰やタイル、その他の装飾層を施さずに、そのまま露出させたままにすることもあります。.

型枠の表面は、完成したコンクリート表面のネガ像となります。継ぎ目、傷、補修箇所、締結金具、そして質感はすべて、部材の表面に現れる可能性があります。.

研磨済み鋼材、ステンレス鋼、コーティング鋼材、樹脂化粧合板、HDPEライナー、そして丁寧に仕上げられたFRP金型は、いずれも高品質な表面仕上げを実現できます。適切な選択は、生産量、形状、硬化温度、および希望する質感によって異なります。.

離型剤は、UHPCおよびその後の製造工程と適合している必要があります。離型剤の量が多すぎると、変色、気泡、色むら、あるいは後工程の塗膜の密着不良を引き起こす可能性があります。一方、量が少なすぎると、付着やエッジの損傷の原因となります。.

建築部材には、重油系コーティングよりも、水性または特別に開発された離型剤の方が適している場合があります。施工業者は、薄く均一な層になるよう塗布する必要があります。隅に離型剤が溜まらないようにしてください。.

バッチ全体の生産を開始する前に、最初の生産ロットを検査する必要があります。.

UHPC用主要型枠材料

型枠の種類	主な利点	主な制限事項	適した用途
スチール	高い剛性、高精度、優れた密閉性、多数の再利用サイクル	重量があり、初期コストが高く、防食対策が必要	橋梁部材、反復生産されるプレキャスト製品、大型構造部材
アルミニウム	軽量、モジュール式、組み立てが迅速、リサイクル可能	局所的な変形リスク、購入コストの高さ	標準化されたパネルおよび中型のプレキャスト部材
プラスチック	軽量、耐食性、滑らか、離型性良好	剛性が低く、耐熱性が限られている	小型製品、ライナー、装飾用プロファイル
FRP複合材	軽量で、耐食性があり、曲げ加工が容易	金型コストの高騰、および修理やリサイクルの困難化	複雑な曲線や特注の建築部材
恒久型枠	ストリッピングは行わず、保護作用や複合作用を発揮できる	設計の複雑化と恒久的な材料費の増加	複合材シェル、固定式パネル、および特殊構造物

この資料では、これら5つのシステムを比較し、あらゆるUHPC部材に対して最適な型枠材料は一つだけというわけではないことを強調している。.

鉄製型枠

UHPCプレキャスト部材の繰り返し生産においては、鋼材が第一の選択肢となることが多い。.

適切に設計された鋼製金型は、高い剛性と安定した形状を実現します。溶接や機械加工による接合部により、良好な気密性を確保できます。また、表面を研磨することで、滑らかな仕上がりを実現することも可能です。.

工場で同一の部品を大量に生産する場合、鋼製金型は経済的に有利です。鋳造サイクル数が増えるにつれて、単位当たりのコストは低下します。.

主な欠点は、重量と腐食です。大型の金型には吊り上げ装置が必要となります。また、保管中は鋼材の表面を洗浄し、保護する必要があります。.

鋼製型枠には、点検しやすい箇所を設ける必要があります。作業員は、鋳造のたびに、角部、目に見えない空洞、ボルト、およびシール部を点検する必要があります。シール面に乾燥したUHPCが付着していると、次の型枠が正しく閉まらなくなる恐れがあります。.

アルミニウム製型枠

アルミニウム製型枠は、重量と剛性のバランスに優れています。作業員は、より少ない吊り上げ機器で、より小さなセクションを移動させることができます。また、モジュール式のアルミニウム製ユニットにより、類似した製品間の切り替えも迅速に行えます。.

設計者は、集中荷重や接合部の詳細について引き続き確認する必要があります。アルミニウムは鋼よりも弾性係数が低いため、同じたわみ限界を達成するには、軽量パネルの場合、リブのピッチを狭くするか、追加の支持部を設ける必要がある場合があります。.

熱も考慮すべき点の一つです。アルミニウムは熱を素早く伝導し、鋼よりも大きく膨張します。金型が加熱硬化システムの一部である場合、設計者は温度の均一性と寸法変化を確認する必要があります。.

アルミニウムは、生産サイクルが管理された標準化された部品に最も適しています。.

プラスチックおよびFRP製型枠

プラスチック金型は、小型部品、細部の複雑な形状、ライナー、および離型が困難な条件において有用です。錆びることがなく、多くのプラスチックは滑らかな表面を実現します。.

主な制限点は剛性の低さです。薄いプラスチック製の金型には、外部に鋼やアルミニウム製のフレームが必要になる場合があります。また、熱によって一部のプラスチックが軟化することもあります。.

FRP金型は、設計の自由度が高いという特徴があります。複曲面や流線形の形状、繰り返し配置されたリブ、そしてカスタマイズされた建築用表面などを再現することが可能です。また、腐食性の強い製造環境でも有用です。.

製造元は、樹脂システムの耐熱性および寸法安定性を確認しなければなりません。安価なFRP金型は、温間硬化時や繰り返し使用の際に変形する可能性があります。.

複雑な製品の場合、適切な解決策は多くの場合、ハイブリッド金型です。鋼製のフレームが剛性を確保し、FRPやプラスチック製のライナーが必要な形状と表面仕上げを実現します。.

UHPC用恒久型枠

完成した構造物には、恒久型枠が残されます。これは、外殻、保護層、建築的表面、あるいは複合構造システムの一部として機能することがあります。.

特殊な設計において、薄型のUHPCパネルは、通常のコンクリート工事における常設型枠として機能します。この方法により、型枠の解体作業を軽減し、耐久性に優れた外表面を形成することができます。.

しかし、恒久型枠には構造的な調整が必要となる。設計者は、接合部、接続部の詳細、収縮差、熱変位、荷重伝達、耐火性能、および耐久性について評価を行わなければならない。.

これは、単なる取り外し式型枠の代替品として扱うべきではありません。これは最終的な構造物の一部となるものです。.

型枠が鋼繊維の配向に与える影響

型枠は、打設直後のUHPCの流動経路を制御し、その流動経路が鉄筋の配置を決定する 繊維の配向.

UHPCが流動するにつれて、マイクロスチールファイバーは移動・回転します。ファイバーは主流動方向に沿って整列する場合があります。角部、狭い隙間、補強材、急激な断面変化、および長い流動距離により、配向に局所的な差異が生じることがあります。.

ACIの教育資料では、鋳造方法、部材の形状、鉄筋配置、およびUHPCのレオロジーが、繊維配向に重要な影響を及ぼす要因として挙げられている。.

これが重要なのは、ファイバーが予想される亀裂面を横切る場合に、最も強力な亀裂ブリッジング効果を発揮するためです。部品に適切な総ファイバー含有量が含まれていても、ファイバーの大部分が好ましくない方向に配向している場合、局所的な性能が低下してしまう可能性があります。.

したがって、キャスティング計画では、以下の点を明確に定義すべきである：

• UHPCが型に流し込まれる場所
• 流れるべき方向
• 最大流送距離
• 通気口の設置場所
• キャスティングの手順
• 複数のインレットが必要かどうか
• 補強によって流れが妨げられる可能性のある箇所
• 繊維がたまりやすい箇所

チームは、計画なしに配置ポイントを移動することを避けるべきです。無計画に配置すると、本来は同一であるはずの部品間で、ファイバーのパターンに違いが生じる可能性があります。.

山東建邦ファイバーは、次のように明らかにした。 鋼繊維の選定 金型の形状に合わせて調整する必要があります。繊維の長さ、直径、配合量、およびマトリックスの流動性は、部品の最も細い部分に合わせて調整されなければなりません。.

充填、排気、および鋳造方向

UHPCは複雑な空間を埋め尽くすことができますが、空気には依然として逃げ道が必要です。.

密閉型の成形品には、最高点と流路の終端にベントを設ける必要があります。ベントが小さすぎると、ペーストによって詰まってしまう可能性があります。一方、ベントが大きすぎると、漏れや繊維の損失が生じる恐れがあります。.

透明な点検窓があれば、作業員は重要な箇所を観察しやすくなります。また、高価な金型の場合、圧力センサーやレベルセンサーも役立つことがあります。.

上部が開放された型枠の場合、作業員は充填工程をより容易に確認することができます。しかし、露出している上面は、コンクリートを打設した後に保護する必要があります。FHWAのチェックリストでは、特定の橋梁接合部への充填直後に、上部型枠またはカバーを取り付けることが求められています。.

チームは、不必要な乱流を最小限に抑えるように型に充填すべきである。激しい自由落下や繰り返しの位置調整は、繊維の分布を乱す恐れがある。.

UHPCでは、通常、従来の振動処理をほとんど必要としません。具体的な工程は配合によって異なります。充填状況を確認するために、外部からの振動、軽い叩き、または制御された動きを用いることがありますが、過度な振動は繊維の分布を変化させ、表面への堆積を引き起こす可能性があります。.

型枠、温度、および養生

UHPCは、通常の養生条件下でも強度を発現させることができます。また、一部のシステムでは、強度の発現を促進したり、特定の特性を向上させたりするために、熱処理が用いられることもあります。.

FHWAは、約90°C、湿度95%の条件下で少なくとも2日間行う一般的な蒸気処理について説明しています。この処理は、多くの場合、部品が金型から取り外された後に行われます。.

この区別は重要です。UHPCの供給業者が蒸気養生について言及しているからといって、工場が自動的に高温金型を選択すべきではありません。生産チームはまず、その材料を養生するかどうかを決定しなければなりません：

• 金型内部
• 初期のストリッピングの後
• 断熱カバーの下で
• 別の蒸気室で
• 内蔵ヒーター付き
• 通常の環境条件下では

部品が金型内に留まっている状態で熱を加える場合、型枠は、変形、軟化、コーティングの剥離、または継ぎ目の開裂を生じることなく、その温度に耐えられなければならない。.

温度センサーは、低温域と高温域を特定することができます。加熱・冷却速度を制御することで、温度勾配を低減することができます。.

同一条件下で養生された試験体は、剥離強度やその後の性能を確認するのに役立ちます。FHWAは、現場打ちUHPCの養生挙動を評価するために試験体を使用する場合、同一条件下での養生を推奨しています。.

BIM、CNC、およびデジタル型枠設計

BIMを活用することで、構成部品、型枠、鉄筋、吊りアンカー、インサート、流入点、および支持システム間の連携を向上させることができます。.

デジタルモデルを使用すれば、製造開始前に干渉を検出することができます。また、金型部品の切断や機械加工用のCNCデータを作成することも可能です。.

これは特に次のような場合に役立ちます：

• 曲面ファサードパネル
• 薄い殻
• 繰り返されるブリッジ要素
• 複雑なリブ
• 隠し収納ポケット
• 多くの組み込み部品を含むコンポーネント

デジタルワークフローは、トレーサビリティの向上にもつながります。工場では、各金型バージョンを、その生産ロット、検査記録、繊維の種類、鋳造方向、硬化履歴、および最終的な部品番号と関連付けることができます。.

カスタムコンポーネントの場合、3Dプリントによる金型やマスター金型を使用することで、金型製作期間を短縮できます。ただし、プリントされた材料は、十分な剛性、気密性、表面品質、および耐熱性を備えている必要があります。.

鋳造前の品質管理

UHPCの型枠検査では、一般的な清浄度だけでなく、それ以上の項目を点検すべきである。.

チームは以下の点を確認する必要があります：

点検項目	求められる結果
寸法	承認済みの図面および公差に合致すること
アライメント	支えと金型面が正しく配置されている
補強	すべてのブレースとタイは取り付け済みで、しっかりと固定されています
接合部	目に見える隙間がなく、完全に密閉されている
接触面	清潔で、乾燥しており、吸水性がない
離型剤	薄型で、均一、かつ互換性がある
入り江	十分な大きさで、適切な場所に設置されている
通気口	開放的で、高台に位置している
補強	所定の流れ経路から外れ、障害物がない状態
インサート	適切な位置に配置され、保護されている
温度単位系	試験済みのセンサーおよび加熱装置
トライアルキャスティング	形状や工程が新規である場合に完了した

打設前には、UHPCの流動性も確認する必要があります。FHWAでは、モルタル流動試験法を用いて、混合物のコンシステンシーおよび打設への適合性を評価しています。.

UHPCの型枠工事でよくあるミス

最初の過ちは、最終圧縮強度のみに基づいて型枠を設計することです。型枠の設計は、生コンの圧縮強度と仮設工事時の荷重に基づいて行われます。.

2つ目の間違いは、わずかな目地の隙間を無害だと見なしてしまうことです。UHPCペーストは、従来のコンクリートであれば留まるような隙間からも漏れ出てしまうことがあります。.

3つ目の間違いは、UHPCに未処理の吸水性木材を直接接触させることです。.

4つ目の間違いは、離型剤を塗りすぎることだ。.

5つ目の間違いは、鋳造方向と鋼繊維の配向を無視してしまうことです。.

6つ目の間違いは、密閉型や複雑な金型に通気口を設けないことです。.

7つ目の間違いは、すべてのUHPC混合物に同じ振動方法が適用できると想定してしまうことです。.

8つ目の間違いは、硬化温度を確認せずにプラスチックやFRPの型を使用することです。.

9つ目の間違いは、実証済みの初期強度ではなく、経過時間だけに基づいて剥がし作業を行うことです。.

10番目の過ちは、試作鋳造を行わずに本格生産を開始してしまうことです。.

Ecocretefiber™がUHPCの生産をどのように支えているか

山東建邦化学繊維株式会社は、以下の製品を供給しています。 Ecocretefiber™ マイクロスチールファイバー UHPC、RPCについては、, プレキャストコンクリート, 、補修材、およびその他の高性能セメント系システム。.

マイクロスチールファイバーは、UHPCに持続的な引張強度および亀裂発生後の挙動をもたらす内部亀裂架橋システムを形成しています。FHWAは、UHPCの性能は以下に大きく依存すると指摘しています。 繊維の種類、量、分散状態、および配向.

山東建邦ファイバー社は、繊維の選定は型枠や打設工程に適合していなければならないことを明らかにしています。長繊維は個々のブリッジング強度を高めることができますが、断面が狭い箇所では均一に分散させることが難しくなる可能性があります。一方、より細く短い繊維は1キログラムあたりの繊維本数を増やすことができますが、マトリックスがそれらを均一に分散させ続ける必要があります。.

UHPCプロジェクトについては、発注者は以下の点を確認する必要があります：

• 繊維長
• 繊維径
• アスペクト比
• 引張強さ
• 表面コーティング
• 体積による投与量
• 混合方法
• 流量要件
• 部品の厚さ
• 想定されるキャスティングの方向性

Ecocretefiber™は、施工業者、プレキャスト工場、UHPCメーカー、販売業者、およびインフラ購入者に対し、仕様選定、試用注文の計画、梱包、OEMサービス、および施工に関する情報提供を通じてサポートいたします。.

UHPC繊維および型枠の試験実施に向けた購入者チェックリスト

質問	なぜ重要なのか
最も断面が狭い部品はどこですか？	これにより、適切な繊維の長さと流れ路が制限されます。.
UHPCは型のどこに流し込まれるのでしょうか？	流入口は、流量と繊維の配向を制御します。.
最大流送距離はどれくらいですか？	流路が長いと、配向の違いが生じる可能性があります。.
そのフォームは完全に防水になっていますか？	リークにより、表面の品質や局所的な組成が変化する。.
接触面は吸水性がないのでしょうか？	水分の損失は、UHPCの表面を損傷させる恐れがあります。.
繊維はどのくらいの量を使用するのでしょうか？	投与量によって流動性と補強密度が変化する。.
どの程度の流量が必要ですか？	混合物は、偏析を起こさずに形状全体を満たさなければならない。.
熱硬化は、ストリッピングの前に行われるのでしょうか、それとも後に行われるのでしょうか？	その答えによって、金型の材質選定が決まります。.
その表面は建築的なものなのでしょうか？	表面仕上げと離型剤の管理が極めて重要となる。.
試作モデルは鋳造されるのでしょうか？	試験の結果、漏れ、流量、繊維、および放出に関する問題が明らかになった。.

結論

UHPC用型枠は、単に生コンクリートを収容する容器というだけではありません。形状、漏水、表面品質、打設方向、繊維の配向、養生、そして生産の一貫性を制御する役割も果たします。.

山東建邦ファイバーは、最も重要な要件として、十分な剛性、水密性のある接合部、吸水性のない接触面、正確な寸法、制御された放出、および計画的な充填経路を挙げています。.

鋼製型枠は、繰り返し行われる高負荷の生産に適しています。アルミニウム製は軽量化を図り、モジュール式の組み立てを迅速化します。プラスチックやFRP製の型枠は、小型または複雑な形状の成形においてコストパフォーマンスに優れています。恒久型枠は、特殊な複合構造物の支持に役立ちます。.

また、型枠システムはマイクロスチールファイバーシステムと連携して機能する必要があります。打設方向や形状はファイバーの配向に影響を与えます。ファイバーの配向は、亀裂のブリッジングや亀裂発生後の性能に影響を及ぼします。つまり、製造開始前に、型枠設計者、UHPC供給業者、ファイバー供給業者、プレキャスト製造業者、および施工業者が連携を図る必要があります。.

山東建邦化学繊維有限公司. 用品 Ecocretefiber™ マイクロスチールファイバーソリューション UHPCおよびRPCのプロジェクトにおいて。適切に選定された繊維と、適切に設計された型枠システムにより、材料のひび割れ抑制、表面品質、寸法精度、および生産の信頼性を向上させることができます。.