JP2003105910A

JP2003105910A - 永久型枠

Info

Publication number: JP2003105910A
Application number: JP2001305920A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Takizawa; 清滝沢; Mitsuo Mayahara; 光郎馬屋原; Yoshinori Hitomi; 祥徳人見; Toshihiro Hamada; 敏裕浜田
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高靭性水硬性材料抄造成形体からなる永久型枠
を使用することにより柱、橋脚等に靭性を付与する。か
つ靭性を付与するための合理的で安価な永久型枠の製造
方法を提案する。【解決手段】繊度６〜３０ｄｔｅｘ、繊維長６〜２０ｍ
ｍ、強力１００ｃＮ以上、伸度５〜１０％のポリビニル
アルコール系合成繊維を１〜１０重量％／永久型枠含有
する水硬性材料抄造成形体を用いて永久型枠とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、既設新設を問わず、建
築物柱、橋梁および高架橋の橋脚の補強に用いる永久型
枠に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の高性能コンクリートが提案
されている。その多くは高強度を目的としたものである
が、靭性を向上させた高性能コンクリートについてはあ
まり提案がなされていないのが現状である。柱、橋脚等
の補強においては、柱、橋脚の靭性を向上させて地震の
エネルギーが橋脚から上部構造へ伝わらないようにする
ことが重要である。最近、鋼板またはカーボン繊維で覆
い、エポキシ樹脂接着剤などで接着して一体化する補修
方法が提案されている。しかしこの方法は材料が高価で
あり作業も煩雑である。また一般に使用される木枠を型
枠として周囲に構築し、橋脚と型枠の空間に水硬性スラ
リーを流し込む補修方法において、その後の型枠の撤去
は極めて煩雑である。また水硬性スラリーを用いて補修
する場合、水密性、耐中性化等において格段優れていな
ければ補修の意味がなく、その場合高コストになるとい
う欠点があった。

【０００３】従来から、モルタルやコンクリートを使用
した水硬性硬化体を永久型枠として用いる多くの例があ
り、その厚さは３０〜８０ｍｍと比較的厚いものであっ
た。厚い理由はそれ自体が自立する強度をもち型枠内に
打設したコンクリートの内圧に耐えることを目指したも
のであり、また支保工を省略できる利点がある。しかし
ながらその製法がプレキャスト工法によるものであるこ
とから製造コストが高いという欠点があった。一方抄造
方式による永久型枠もわずかであるが実施されているも
のの、材料自体が脆く、耐久性にも問題があるために、
従来の木製パネル板に比べて煩雑な支保工を必要とした
り、板厚の薄い抄造板を複数枚接着せざるを得なかっ
た。また、永久的に外界に曝される永久型枠として用い
るには、凍結融解や中性化などの耐久性に乏しいことか
ら不適であった。この理由は抄造板の多くがアスベスト
を大量に混入したものや、ガラス繊維で補強されたも
の、あるいはパルプで補強されたものであり、強度は優
れているものの、極めて脆いものであるか、耐久性に劣
るものであった。そのため地中埋め込み型枠としての使
用が限定されていた。また靭性が乏しいために構造物全
体の強度を向上させる効果は全く期待できなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特定の補強
短繊維を特定量混入する抄造方式により得られる高靭性
繊維補強水硬性硬化体材料を永久型枠として使用するこ
とにより、表面ひび割れなどがなく、かつ靭性に優れる
補強体を提供するものである。具体的には、本発明は、
柱、橋脚等の補強において、柱、橋脚等の靭性を向上さ
せ、耐震性を付与する合理的で安価な技術を提案するも
のであり、かつ硬化体の変形応力を吸収し、仕上がり形
状の優れた永久型枠を提供するものである。さらに本発
明の永久型枠は既存構築物の補修・補強のみならず新規
の施工においても適用可能である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、建築
土木構造物の補強・補修に際し、建築土木構造物の外側
に型枠を設置し、建築物と型枠の間に水硬性スラリーあ
るいは水硬性ペーストを流し込む補強・補修工法におい
て使用する型枠であって、該型枠が下記１）〜３）を満
足する補強繊維を１〜１０重量％／永久型枠含有する厚
さ６〜１５ｍｍの水硬性抄造成形体からなる永久型枠で
ある。１）該補強繊維がポリビニルアルコール系合成繊維であ
ること、２）該補強繊維の繊度が６〜３０ｄｔｅｘ、繊維長が６
〜２０ｍｍであること、３）該補強繊維の強力が１００ｃＮ以上、伸度が５〜１
０％であること、また本発明は建築土木構造物の構築に際し、建築土木構
造物の基礎構造物の外周に型枠を設置し、型枠で囲まれ
た空間にコンクリートや水硬性スラリーあるいは水硬性
ペーストを流し込む工法において使用する型枠であっ
て、上記補強繊維を１〜１０重量％／永久型枠含有した
厚さ６〜１５ｍｍの水硬性抄造成形体からなる永久型枠
であり、そして、好ましくは繊維配向方向の曲げ強度が
３０ＭＰａ以上かつ繊維配向方向と垂直方向の曲げ強度
が２０ＭＰａ以上であり、且つ繊維配向方向の引張強度
が１０ＭＰａ以上、伸度が０．５％以上である上記の永
久型枠に関する。

【０００６】本発明の高靭性繊維補強水硬性硬化体材料
からなる永久型枠を構成する補強繊維はポリビニルアル
コール（以下、ＰＶＡと略称す）系合成繊維が使用され
る。本発明に使用されるＰＶＡ系合成繊維は、特定のデ
ィメンジョン、強度、伸度を有する繊維でなければなら
ない。すなわち本発明のＰＶＡ系合成繊維の繊度は６〜
３０ｄｔｅｘ、繊維長６〜２０ｍｍ、強力１００ｃＮ以
上、伸度５〜１０％であることが必要である。用いるＰ
ＶＡ系合成繊維の繊度が６ｄｔｅｘより細くなると、繊
維含有量を通常よりも多く確保しなければならず、その
ため抄造スラリー中にファイバーボールが発生しやすく
なり、急速に抄造性を悪化させる。逆に３０ｄｔｅｘを
超えると濾水が多くなりセメント粒子の定着が不良とな
る。好ましくは７〜１５ｄｔｅｘの範囲である。

【０００７】繊維長は繊度と強力、強度と密接且つ複雑
に関連するが、６〜２０ｍｍの範囲のものが抄造性と硬
化体の補強性から用いられる。長さが６ｍｍより短い場
合、硬化体の破壊時に繊維の素抜けが多くなり曲げ強度
や引張強度が低下する。逆に２０ｍｍより長い場合に
は、抄造中に繊維どうしが絡まりやすく、フロックを生
じ、抄造性を悪化させる。好ましくは６〜１２ｍｍであ
る。なお繊度との関係は繊度が太くなるにしたがって繊
維長を大きくすることが好ましい。

【０００８】繊維の強力（繊維１本あたりの有する引張
破断強力）は１００ｃＮ以上が必要である。これは硬化
体の破壊過程で、繊維とマトリックスとの摩擦力が繊維
に対する引張力として働くが、繊維が容易に破断するこ
となく引張力に抗してスリップするために必要な強力で
ある。特に本発明のＰＶＡ系合成繊維はセメントとの接
着が良いためにスリップする際に次第に摩擦力が増大す
る特徴を有するが、そのために高強力であることが要求
される。強力が１００ｃＮ未満であると繊維は破断しや
すくなり靭性に欠けた硬化体となる。好ましくは１１０
ｃＮ以上である。繊度との関係で見ると、例えば６ｄｔ
ｅｘにおいて強力１００ｃＮ以上とするには強度約１７
ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１０ｄｔｅｘにおいては１０ｃＮ
／ｄｔｅｘ以上、３０ｄｔｅｘにおいては約３．３ｃＮ
／ｄｔｅｘ以上が必要である。

【０００９】繊維の伸度は上記したようなスリップを容
易にするためには、５％以上１０％以下の範囲が好適で
ある。伸度が５％よりも小さい場合、繊維は破断しやす
くなり、逆に伸度が１０％よりも大きいと繊維の弾性率
が低下し、硬化体の破断強度が低下する。好ましくは６
〜９％である。

【００１０】本発明で用いられるＰＶＡ系合成繊維を製
造する場合には、製造工程性、コスト等の点から湿式紡
糸又は乾湿式紡糸により繊維を製造するのが好ましく、
具体的には、特開２０００−０５３４５５号公報に記載
のＰＶＡ系合成繊維の製造方法を用いることが好まし
い。

【００１１】上記補強繊維として用いるＰＶＡ系合成繊
維の条件は、抄造セメント板で砂を含有しない独特な組
成と養生前に高圧プレスを行う加工方式の結果得られる
マトリックス成分に対応したものである。すなわちマト
リックスと補強繊維との相互作用（摩擦抵抗、引抜き抵
抗）は、補強繊維の条件が上記した範囲で好適に維持さ
れるとき、最大の補強効果をもたらす。本発明のＰＶＡ
系合成繊維の含有量は１〜１０重量％／永久型枠が好適
である。該繊維の含有量が１重量％／永久型枠未満であ
ると靭性が不十分であり、逆に１０重量％／永久型枠を
超えると繊維の分散性が極めて悪くなり、抄造性が悪化
する。好ましくは２．５〜５重量％／永久型枠である。

【００１２】本発明のＰＶＡ系合成繊維を使用した抄造
板を永久型枠として使用する厚さは６〜１５ｍｍであ
る。厚さが６ｍｍよりも薄い場合は打設したコンクリー
トの側圧により撓みが生じやすく、それを防ぐために支
保工を密にする対策が必要となり、工事に煩雑さをもた
らす。逆に厚さが１５ｍｍよりも厚い場合は、コスト高
になることと、構造物全体のサイズが大きくなると不都
合が生じる場合がある。好ましくは６〜１２ｍｍであ
る。本発明の抄造板は比較的簡便な支保工による施工を
可能とすると同時に耐久性が良いので長期にわたって構
造物本体の劣化を防止する。さらには構築物本体の靭性
強化による補強が可能となる。例えば地震や継続的な振
動が構造物にクラックを発生させ、その後クラック幅が
次第に増大し応力集中により破壊に至るが、本発明の場
合は高靭性型枠に極めて細かいミクロなひび割れが多数
発生することでエネルギーを吸収し、内部の本体へのク
ラック発生を大幅に遅らせることにより構造物の寿命を
長くすることが期待できる。

【００１３】また抄造板においては繊維が配向しやす
く、繊維配向方向において高い曲げ強度を示すが、型枠
として使用されるためには、繊維配向方向と垂直方向の
曲げ強度もある程度以上となることが好ましい。本発明
の型枠において、抄造板の繊維配向方向の曲げ強度は３
０ＭＰａ以上が好ましく、より好ましくは４０ＭＰａ以
上である。一方、繊維配向方向に対して垂直方向の曲げ
強度は相対的に小さくなるが、２０ＭＰａ以上が好まし
く、より好ましくは３０ＭＰａ以上である。２０ＭＰａ
を下回る場合、コンクリートを打設した時に膨らみが生
じる場合があり、好ましくない。また上記したＰＶＡ系
合成繊維を使用した抄造板は繊維配向方向において、従
来の材料にない高伸度を示すが、このことが構造体本体
を地震などの破壊エネルギーから保護する効果をもたら
す。具体的にこの効果が十分に得られるのは繊維配向方
向の引張強度が１０ＭＰａ以上、好ましくは１２ＭＰａ
以上であり、伸度が０．５％以上、好ましくは１．０％
以上である。

【００１４】本発明の型枠の材料には抄造方式による成
形板を使用する。抄造とは、セメント粒子などを水媒体
に縣濁させた粥状のものをメッシュに濾し取り成形する
ものである。その過程で薄い膜状としたものを順次積層
して所望の厚みの成形板とする丸網方式（ハチェック
法）や長網方式、濃厚縣濁液を用いて１回ないし数回
で、ある程度の厚みを確保するフローオン方式等があ
る。抄造方式は機械的に連続的、バッチ式で量産される
もので、均一で安定した性能が得られる利点があり、ま
た２〜３０ｍｍ、より一般的には４〜２０ｍｍの比較的
板厚の薄い材料を製造することができる。このような薄
板の製造は抄造以外の通常のモルタル流し込みでは極め
て困難である。

【００１５】抄造板は上記したように丸網、長網、フロ
ーオンなどの方式によって製造されるが、その材料構成
は水硬性材料、補強用繊維、その他添加剤などである。
スラリーの調製方法は特に限定されないが、固体成分が
均一に分散されたスラリーを得る点からは、水を張った
攪拌機にパルプを投入して攪拌し、次いで補強用繊維、
水硬性材料、他の添加剤（無機物質等）を順次添加する
のが好ましい。本発明において、水硬性材料としてはポ
ルトランドセメントが好適に使用される。補強用繊維は
前述したように本発明のＰＶＡ系合成繊維が使用され
る。その他添加剤としては高炉スラグやフライアッシ
ュ、炭酸カルシウム、シリカヒューム、セピオライト、
アタパルジャイト、マイカ、ワラストナイトなどの無機
物質等が好適に使用される。これらは硬化体の物性を向
上させる効果、例えば耐凍結融解性の向上、腐食性物質
（塩素、炭酸ガス、硫酸イオンなどの各種有機酸）の侵
入抑制、補強繊維とマトリックスとの接着性の改善、縣
濁液の粘性を適度に調節して抄造効率を上げる効果や、
抄造体の乾燥収縮制御を行う効果、硬化体の強度向上効
果が発現する。特にシリカヒューム、セピオライト、ア
タパルジャイトなどは縣濁液の粘性を適度に調節して抄
造効率を上げる効果をもたらす材料なので本発明におい
て好適である。

【００１６】本発明ではその他に有機質繊維として叩解
パルプを使用するのが好ましい。叩解パルプは叩解度が
ＣＳＦ値で７０〜１３０ｍｌが好ましい。これらパルプ
の使用量は水硬性材料に対して２〜６重量％が好適であ
り、３〜４重量％がより好ましい。使用量が２重量％未
満であると特に丸網（ハチェック）方式において縣濁液
におけるセメント粒子の捕捉が不十分となり、セメント
粒子が濾し取られ難くなって抄造効率が悪くなると同時
に抄造物中のセメント混合率が低下し、硬化体の強度性
能が低下する。一方パルプの使用量が６重量％を超える
と硬化体の耐水性や腐食性物質（塩素、炭酸ガス、硫酸
イオンなどの各種有機酸）の侵入抑制効果が損なわれ
る。

【００１７】本発明のＰＶＡ系合成繊維を使用した抄造
板からなる型枠は強度および靭性に優れたものとなる。
例えば、曲げ標準試験法における最大強度をＰ（ＭＰ
ａ）、そのときの撓みをδ（ｃｍ）とするとき、従来の
アスベスト補強抄造板や従来のＰＶＡ系合成繊維を１．
５重量％／成形体程度使用したいわゆるノンアスベスト
抄造板はＰ×δが１０程度であり、さらに従来よりも高
強力であるが、強力が１００ｃＮ未満のＰＶＡ系合成繊
維を２重量％／成形板を用いた高強度抄造板であっても
Ｐ×δが２５程度が限度であり、その場合も撓みが１ｃ
ｍ未満であるのに対し、本発明のＰＶＡ系合成繊維を用
いた場合には容易にＰ×δが３０を超え、かつ撓みも１
ｃｍを超える、靭性に優れた抄造板が得られる。また一
軸引張標準試験法においては破断伸度が１０〜１５ＭＰ
ａ、伸度が０．５％以上を示す。従来品の伸度は０．０
１％程度である。

【００１８】本発明で得られる型枠は、部材が薄く軽量
であるので、構築物の軽量化が得られることである。型
枠の厚みは６ｍｍから製造可能であり、最大１５ｍｍの
型枠の製造が可能である。通常のセメント系材料でこの
ような薄い厚みの型枠を得ることは非常に困難である。

【００１９】本発明の永久型枠を用いた建築土木構造物
は建築物柱、橋梁および高架橋の橋脚に用いることがで
きる。

【００２０】

【実施例】以下実施例によって本発明を説明するが、本
発明はこれら実施例により何等限定されるものではな
い。なお本発明において繊維繊度、繊維強力、繊維強
度、繊維伸度、叩解パルプの濾水度、成形体の最大曲げ
強度（Ｐ）、最大曲げ強度Ｐを示す撓み（δ）、引張強
度、引張伸度は以下の測定方法により測定されたものを
意味する。

【００２１】［繊度ｄｔｅｘ］得られた繊維状物の一
定試長の重量を測定して見掛け繊度をｎ＝５以上で測定
し、平均値を求めた。なお、一定糸長の重量測定により
繊度が測定できないもの（細デニール繊維）はバイブロ
スコープにより測定した。

【００２２】［繊維強力ｃＮ、強度ｃＮ／ｄｔｅｘ、
伸度％］予め温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下
で２４時間繊維を放置して調湿したのち、単繊維を試長
１０ｃｍ、引張速度５ｃｍ／分としてインストロン試験
機「島津製作所製オートグラフ」にて繊維強力を測定
し、該強力を繊度で除して強度を求めた。伸度は、単繊
維破断（ｃｍ）／把持長（ｃｍ）×１００により算出し
た。なお繊維長が１０ｃｍより短い場合は、そのサンプ
ルの可能な範囲での最大長さを把持長として測定するこ
ととした。

【００２３】［濾水度（ＣＳＦ）ｍｌ］パルプの濾水
度試験方法ＪＩＳＰ８１２１−１９７６のカナダ標準
型に準じて測定し、スラリー濃度０．４重量％、温度２
０℃に補正した平均値をＣＳＦとして評価した。

【００２４】［最大曲げ強度（Ｐ）ＭＰａ、最大曲げ
強度Ｐを示す撓み（δ）ｃｍ］水硬性材料スラリーを
下記の標準抄造法により標準成形体を製造し、ポリエチ
レンシートに包んで５０℃、飽和湿度条件下で２４時間
予備養生し、次いで２０℃、飽和湿度条件下で２７日養
生した材齢２８日後の試験体を幅４５ｍｍ、長さ２２０
ｍｍの長方形に切り出し２０℃６５ＲＨ％の室内で７日
間放置して調湿し、以下の条件で３等分点曲げ試験によ
る曲げ試験を行い、最大荷重発生時の曲げ応力を最大曲
げ強度、荷重−撓み曲線において該最大曲げ強度を示す
撓みをδとして評価した。標準抄造法：ハチェックによる丸網抄造法により成形
し、養生、調湿後の厚みが７ｍｍ±０．５ｍｍとなるよ
うに抄造シート１４枚をメーキングローラーに巻き取
り、５ＭＰａの圧力でプレス搾液する。曲げ試験：装置島津オートグラフＡＧ５０００−Ｂ試料幅４５ｍｍ、厚さ７ｍｍ、長さ２２０ｍｍの大き
さに、抄造方向を長さ方向として切り出したもの試験速度（載荷ヘッドスピード）２ｍｍ／分３等分点曲げスパン１８ｃｍ

【００２５】［標準引張試験法］上記と同様な方法で厚
さ７ｍｍの板を抄造し養生する。該抄造板から幅４０ｍ
ｍ、長さ３３０ｍｍの試料を切り出し、調湿を行う。引張試験：装置インストロン５５６６（島津製作所製）試料幅４０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、長さ３３０ｍｍの大き
さに、抄造方向を長さ方向として切り出したもの把持長２００ｍｍ試験速度０．５ｍｍ／分

【００２６】［実施例１〜４、比較例１〜２］予備攪拌
機に水５００リットルを投入して攪拌機を攪拌させ、針
葉樹パルプ（ＣＳＦ１００ｍｌ）１．５ｋｇ（固形分
中で３重量％）を添加し、次いでセメント８７〜８９重
量％、シリカヒューム５重量％、セピオライト１重量％
を順次添加し、最後に表１に記載の条件のＰＶＡ系合成
繊維を２〜４重量％添加し、攪拌した後に得られた濃度
１０重量％のスラリーをチェストに移送した。次いでフ
ィードタンクから丸網部にスラリーを供給し、希釈水
（白水）によって濃度５重量％とし、ミニハチェックマ
シンを用いて抄造を行った。次いで得られたシート１５
〜１７枚をメーキングローラーに巻き取り、５ＭＰａの
圧力でプレス搾液し、ポリエチレンシートに包み５０
℃、飽和湿度条件下で２４時間養生し、さらに２０℃、
飽和湿度条件下の環境下に開放状態で調湿した。得られ
た成形体は厚さ６．８〜７．２ｍｍ、密度１．６２〜
１．６８ｇ／ｃｍ^３のスレート板であった。かかる成形
体の性能を表２に示す。なお普通セメントは「秩父小野
田製普通ポルトランドセメント」、シリカヒュームは
エルケム社製「エルケム９４０Ｕ」、セピオライトは昭
和工業社製「ミルコンＳＳ」を用いた。補強繊維の種別
と量およびその他の材料について表２に、硬化体の物性
とともに一覧として示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例１〜４、および比較例１，２のシー
ト（幅５０ｃｍ、長さ１００ｃｍ）を５０℃で２４時
間、飽和湿度条件下で養生し、次いで２０℃で２７日
間、飽和湿度条件下で養生したものから１５０ｍｍ×５
３０ｍｍの長方形を切り出し、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ
×５３０ｍｍの鉄製型枠の底に敷き、次いでその上から
表３の配合のコンクリートを流し込んだ、２４時間後に
脱型して水中での養生を２７日間行った。これを島津万
能試験機を使用して抄造板が試験体の底になるように配
置し、スパン４５０ｍｍとして、３等分曲げ試験を行
い、クラック発生後の応力低下の有無を測定した。その
結果を表４に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】

【発明の効果】本発明のＰＶＡ系合成繊維を補強繊維と
して含有した型枠は、従来のＰＶＡ系合成繊維を補強繊
維として用いた型枠に比べて曲げ強度、曲げ靭性（撓
み）、引張強度、引張伸度に優れる。また本発明の型枠
と一体化したものは全て第一クラック発現後も応力が減
少することなく、極めて良好な靭性を示し、コンクリー
トの脆さが改善される。したがって本発明の永久型枠
は、単独で施工した場合に本体（橋脚や柱）の強化、特
に靭性向上に寄与することが大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜田敏裕岡山県岡山市海岸通１丁目２番１号株式会社クラレ内Ｆターム(参考） 2D059 AA03 BB39 DD16 GG02 GG40 GG61 2E176 AA01 BB29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建築土木構造物の補強・補修に際し、建
築土木構造物の外側に型枠を設置し、建築物と型枠の間
に水硬性スラリーあるいは水硬性ペーストを流し込む補
強・補修工法において使用する型枠であって、下記１）
〜３）の条件を満足する補強繊維を１〜１０重量％／永
久型枠含有する厚さ６〜１５ｍｍの水硬性抄造成形体か
らなる永久型枠。１）該補強繊維がポリビニルアルコール系合成繊維であ
ること、２）該補強繊維の繊度が６〜３０ｄｔｅｘ、繊維長が６
〜２０ｍｍであること、３）該補強繊維の強力が１００ｃＮ以上、伸度が５〜１
０％であること、
【請求項２】建築土木構造物の構築に際し、建築土木
構造物の基礎構造物の外周に型枠を設置し、型枠で囲ま
れた空間にコンクリートや水硬性スラリーあるいは水硬
性ペーストを流し込む工法において使用する型枠であっ
て、請求項１に記載の補強繊維を１〜１０重量％／永久
型枠含有する厚さ６〜１５ｍｍの水硬性抄造成形体から
なる永久型枠。
【請求項３】繊維配向方向の曲げ強度が３０ＭＰａ以
上かつ繊維配向方向に対して垂直方向の曲げ強度が２０
ＭＰａ以上であり、且つ繊維配向方向の引張強度が１０
ＭＰａ以上、引張伸度が０．５％以上である請求項１ま
た請求項２の永久型枠。