JP2005133307A - 型枠及びコンクリート構造物の製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント系混合材料の自己収縮時の内部応力の発生の防止と、内部の気泡を脱気可能な型枠及びコンクリート構造物の製作方法を提供すること。
【解決手段】板材２と板材２表面に備えた、フィルム層３１１と吸気シート３１２と穴あきフィルム層３１３の三層構造からなる脱気シート３１とからなる型枠１１、又は、板材２と板材２表面に備えた、フィルム層４１と軟質ボード４２からなる変形追随シート４とからなる型枠１２、または板材２と脱気シート３２と変形追随シート４とからなる型枠１３を使用して器を成形し、かかる器内にセメント系混合材料５を充填し、器の天井に型枠１１又は型枠１３を設置してコンクリート構造物６を製作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント系混合材料を型枠内に充填してコンクリート構造物を製作する際に使用する型枠及び該型枠を使用したコンクリート構造物の製作方法に関するものである。

セメント系混合材料の一つである繊維補強セメント系混合材料は、セメント、シリカフューム、ポゾラン系反応粒子、砂などを最密充填理論に基づいて配合設計しているため、水／セメント比が２０〜２２％と非常に少なく、また多量に混入される繊維との分離抵抗を避けるために高い分離抵抗性を保有している。そのため、繊維補強セメント系混合材料を混練りする際には多量のエントラップトエアー、すなわち練混ぜ中に自然に形成される気泡径が大きく不定形であるため、ワーカビリティーの改善に寄与せず、むしろ圧縮強度の低下を招くものである。なお、混練り終了後においてもこれらのエントラップトエアーは残存することとなる。したがって、繊維補強セメント系混合材料を型枠内に打設した後、一次養生（２０〜３０℃で３６〜４８時間）を実施している最中に、材料内部に残存していた空気が上昇して型枠下面に残り、脱型後には部材表面にクレーター状に表面気泡が残ってしまう傾向にある。

また、繊維補強セメント系混合材料はセメントとシリカフュームの混入量が多いために、セメントの水和反応によって凝結が開始され、強度が発現するころに、ひずみで５００〜８００μの自己収縮が発生することが知られている。圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度コンクリートにおいては、かかる自己収縮が大きな問題であった。
自己収縮の材料面からの対策としては、膨張性混和剤を混入したり収縮低減剤を混入するなどの方法が取られてきた。

特許文献１においては、打設後のコンクリートのひび割れを防止する工法として、コンクリートの収縮低減剤を型枠表面に塗布し、かかる塗布面に接してコンクリートを打設する工法が開示されている。
また、特許文献２においては、型枠の転用を可能とすることを目的として、アルカリ分解性物質で形成したフィルムを貼付した型枠に関する発明が開示されている。
特開平１１−２５６８１９号公報 特開平１０−２１７２２３号公報

前記した従来のコンクリート構造物の製作方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞セメント系混合材料の中でも特に繊維補強セメント系混合材料は、水分が非常に少なく凝結に２０時間程度を要し、打設後にコテ均しをおこないながら表面仕上げをすることが困難である。また、表面にできた気泡は型枠下面のみならず打設した均し面においても生じるため、打設面を平坦に均すことが困難である。
＜２＞高強度コンクリートにおいては自己収縮が問題となるが、補強鉄筋や型枠が自己収縮を拘束している場合、セメント系混合材料が硬化して強度が発現する際に自己収縮に対する上記拘束によって引張応力やクラックが発生するといった問題が生じる。
＜３＞自己収縮の材料面からの対策として膨張性混和剤を混入したり収縮低減剤を混入するなどの方法を使用した場合、これらの材料によって生成されるエトリンガイトが圧縮強度を２０〜３０％程度低下させる。さらに、セメント質マトリックスの細孔空隙が増大する傾向になるので、塩分浸透や水分侵入に対する抵抗性が低下して耐久性能が大幅に低下する問題が生じ得る。
＜４＞自己収縮の材料面からの対策として膨張性混和剤を混入したり収縮低減剤を混入するなどの方法を使用した場合、かかる材料費用は高価であり、工事費の高騰の問題が生じる。

上記のような問題を解決するために、本発明の型枠は、木製又は鋼製又はアルミ合金製又はプラスチック製の板材と、前記板材表面に備えた、フィルム層と吸気シートと穴あきフィルム層の三層構造からなる脱気シートとからなることを特徴とする型枠を使用することができる。

また、木製又は鋼製又はアルミ合金製又はプラスチック製の板材と、前記板材表面に備えた、フィルム層と軟質ボードとからなる変形追随シートとからなることを特徴とする型枠を使用することもできる。

さらに、木製又は鋼製又はアルミ合金製又はプラスチック製の板材と、前記板材表面に備えた、フィルム層と軟質ボードとからなる変形追随シートと、前記変形追随シート表面に備えた、吸気シートと穴あきフィルム層の二層構造からなる脱気シートとからなることを特徴とする型枠を使用することもできる。

また、本発明のコンクリート構造物の製作方法は、木製若しくは鋼製若しくはアルミ合金製若しくはプラスチック製の板材、又は前記型枠を使用し、セメント系混合材料を該板材又は該型枠内に充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法であって、前記板材又は前記型枠を使用してコンクリート構造物を成形する器を構成し、前記器内にセメント系混合材料を充填し、前記型枠を前記器の蓋として設置することを特徴とするコンクリート構造物の製作方法である。

また、本発明のコンクリート構造物の製作方法は、木製若しくは鋼製若しくはアルミ合金製若しくはプラスチック製の板材、又は前記型枠を使用し、セメント系混合材料を該板材又は該型枠内に充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法であって、前記板材又は前記型枠を使用してコンクリート構造物を成形する器を構成し、前記器内にセメント系混合材料を充填し、前記器の上面の前記セメント系混合材料をほぼ平坦になるように均し、前記型枠を前記器の蓋として設置することを特徴とするコンクリート構造物の製作方法を使用することができる。

本発明の型枠及びコンクリート構造物の製作方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞脱気シートを備えた型枠を使用することによって、例えば超高強度の繊維補強セメント系混合材料によるコンクリート構造物の製作において、密実で平滑な仕上がり表面をつくることができる。
＜２＞脱気シートを備えた型枠を使用することによって、仕上がり面を含めて全面を型枠で覆うことができるため、複雑な形状のコンクリート構造物であっても精度のよい製作が可能となる。
＜３＞脱気シートは、例えば繊維補強セメント系混合材料から発生する気泡を取り除くものであり、セメントペーストは穴あきフィルムによって遮断される。したがって、脱気シートがセメント系混合材料内で目詰まりをおこす可能性は極めて低く、かかる脱気シートを備えた型枠は転用が可能で経済的である。
＜４＞変形追随シートを備えた型枠を使用することによって、自己収縮による内部応力の発生を防止することができる。したがって、内部応力による内部欠陥や内部ひび割れなどの発生を防止することが可能となる。
＜５＞変形追随シートは、その表面をフィルムにて保護しているため、変形追随シートを備えた型枠は転用が可能で経済的である。

＜１＞型枠の構成
本発明の型枠１は、板材２と、該板材２の表面に備えた、フィルム層３１１と吸気シート３１２と穴あきフィルム層３１３の三層構造からなる脱気シート３１とから構成される型枠１１である（図１参照）。また、型枠１のその他の実施例として、板材２と、該板材２の表面に備えた、フィルム層４１と軟質ボード４２とからなる変形追随シート４とから構成される型枠１２を製作することもできる（図３参照）。さらに、板材２と、該板材２の表面に備えた、フィルム層４１と軟質ボード４２とからなる変形追随シート４と、該変形追随シート４の表面に備えた、吸気シート３２１と穴あきフィルム層３２２の二層構造からなる脱気シート３２とから構成される型枠１３を製作することもできる（図４参照）。
脱気シート３及び変形追随シート４についてはその詳細を後述する。
板材２は、従来、型枠として使用されている公知のボードであって、木製、鋼製、アルミ合金製、プラスチック製などのボードを使用できる。

板材２に後述する脱気シート３１を貼付して構成された型枠１１を使用する主な目的は、型枠１１によって構成される器内（又は型枠１１及び板材２から構成される器内）に充填されたフレッシュなセメント系混合材料５内部の気泡７を効果的に脱気するためである。
一方、板材２に後述する変形追随シート４を貼付して構成された型枠１２を使用する主な目的は、型枠１２によって構成される器内（又は型枠１２及び板材２から構成される器内）に充填されたフレッシュなセメント系混合材料５が自己収縮する際に、かかる変形追随シート４の変形によって該セメント系混合材料５の拘束を緩和してクラックの発生を制御することである。
さらに、板材２に後述する変形追随シート４及び脱気シート３２を貼付して構成された型枠１３を使用する主な目的は、セメント系混合材料５内部の気泡７を効果的に脱気することと、セメント系混合材料５の自己収縮によって生じ得るクラックの制御の双方をおこなうことを可能とすることである。
使用するセメント系混合材料５が例えば高強度セメント系混合材料であったり繊維補強セメント系混合材料である場合、その自己収縮に対する補強鉄筋や型枠などの拘束による引張応力の発生、それに起因するクラックの発生が大きな問題であった。本発明は、従来の型枠をかかる問題に対処可能な構成としたあらたな型枠１を提供するものである。

本発明の型枠１によって構成された器内に充填するセメント系混合材料５としては、普通セメントのほか、高強度セメント、高流動セメント、繊維補強セメント系混合材料など多岐にわたる。中でも、繊維補強セメント系混合材料を使用する場合に、型枠１の性能が効果的に発揮される。
ここで、繊維補強セメント系混合材料としては、例えば、セメント、ポゾラン系反応粒子（例えば、珪石の微粉末、フライアッシュ、高炉スラグ、石灰粉など）、シリカフューム、粒径６ｍｍ以下の珪砂あるいは砂、少なくとも一種類の高性能減水剤、および水から構成されるセメント系マトリックス混合物に、直径が０．０５〜０．３ｍｍで、長さが８〜１６ｍｍの繊維（金属繊維あるいはビニロン繊維などの化学繊維）を容積で１〜４％程度混入して得られる繊維補強セメント系混合材料を使用することができる。

＜２＞脱気シート
脱気シート３は、図１に示すようにフィルム層３１１と吸気シート３１２と穴あきフィルム層３１３から構成される場合と、図４に示すように吸気シート３２１とフィルム層３２２から構成される場合がある。尤も、吸気シート３２１とフィルム層３２２から構成される脱気シート３２は、型枠構成要素として変形追随シート４が付加されている場合に使用するのがよい。
以下、フィルム層３１１と吸気シート３１２と穴あきフィルム層３１３の三層構造からなる脱気シート３１について説明する。

穴あきフィルム層３１３には、複数の微細な穴３３を備えて成形する。ここで、穴３３の径は１０〜１００μｍ程度とし、穴３３の個数は１０〜２０個／ｃｍ^２程度設けることができる。穴の径を上記数値範囲とするのが好ましい理由は、セメント系混合材料５内の気泡７を容易に脱気できることと、セメント系混合材料５が穴３３内に侵入して脱型し難くなることを防止することなどによるものである。特にセメント系混合材料５として繊維補強セメント系混合材料を使用する場合は、かかる数値範囲で穴３３の径を設定しておくことでセメント径マトリックス混合物が穴３３内に侵入する可能性は極めて低くなるとともに、セメント径マトリックス混合物内には水量が少ないため、水が穴３３から脱水する可能性もほとんどないと考えられる。
なお、図２にセメント系混合材料５内の気泡７が穴３３から脱気している状況を示す。

穴あきフィルム層３１３の表面には吸気シート３１２を貼付する。吸気シート３１２は穴あきフィルム層３１３の穴３３を通ってきた気泡７を吸気するためのシートであり、その材質は空気を吸収し、保持できるものであればよい。吸気シート３１２は、例えば合成繊維を成分とする不織布や紙などによって製作することができる。かかる穴あきフィルム層３１３を型枠１１のセメント系混合材料５と接する面に備えることにより、上記する脱気効果が期待できるほか、型枠１１脱型時に硬化後のセメント系混合材料５から容易に型枠１１が脱型できるという効果も期待できる。穴あきフィルム層３１３が破損することなく脱型できれば、型枠１１の転用も可能となる。
吸気シート３１２の厚みは、例えば０．５〜１．５ｍｍ程度に製作するのが好ましい。吸気性能を確保しながらも、過度の厚みを備えないようにするためである。
穴あきフィルム層３１３は、例えばポリエステル系樹脂などにより製作することができる。

フィルム層３１２は、板材２と吸気シート３１２の間に介在させるシートである。かかるフィルム層３１２の材質は穴あきフィルム層３１３と同材質でよい。
脱気量が少ない場合はフィルム層３１２に穴あきを設ける必要はないが、脱気量が多い場合は、例えば５〜１０μｍ程度の穴径を有する複数の穴を備えて製作するのが好ましい。

＜３＞変形追随シート
変形追随シート４は、フィルム層４１と軟質ボード４２とから構成される。板材２と変形追随シート４の一体化は、板材２の表面に軟質ボード４２を貼付し、軟質ボード４２の表面にフィルム層４１を貼付しておこなう。
軟質ボード４２は、例えばポリスチレン製材料にて、その厚さを５〜１０ｍｍ程度に製作することができる。なお、かかる軟質ボード４２の厚さ（ｔ）は、製作しようとするコンクリート構造物６の自己収縮すると想定される範囲長さ（Ｌ）と自己収縮による歪み（ε）より、ｔ＝（５〜１０）×Ｌ×εにて算定することができる。
軟質ボード４２の表面にフィルム層４１を設けることにより、セメント系混合材料５として繊維補強セメント系混合材料を使用する場合、金属繊維が軟質ボード４２に刺さるなどして損傷を与えることを防止することができる。

変形追随シート４は、セメント系混合材料５の自己収縮を拘束すると想定されうる板材２のすべての箇所に貼付することにより、自己収縮により発生する拘束応力を変形追随シート４にて緩和して、セメント系混合材料５の一次養生中に生じ得るひび割れを制御することが可能となる。

以下、図６〜図９を参照しながら、本発明の型枠を使用した実施例について説明する。

本実施例では、コンクリート構造物６として箱型断面橋梁桁を示す（図６参照）。かかる箱型断面構造物を製作する場合、その外枠となる板材２によってセメント系混合材料５が拘束されたとしても、内枠に変形追随シート４を備えた型枠１２を設けることによって内部応力の発生を微小なものとできる。ここで、箱型断面の底版の内枠には変形追随シート４及び脱気シート３２を備えた型枠１３を設けるのが好ましい。底版部の気泡７を脱気する必要があるからである。一方、箱型断面の上床版の上枠には脱気シート３１を備えた型枠１１を設けることにより、箱型断面の側壁部の気泡７及び上床版の気泡７を脱気することが可能となる。

本発明の型枠１を使用してコンクリート構造物を製作する製作方法にかかる実施例を示す。
製作にあたり、板材２又は型枠１を使用してコンクリート構造物６を成形する器を構成する。かかる器は、製作する構造物の形状によって多様であり、実施例１に示す多角形状のほか、矩形、円柱形などが想定される。使用する型枠１及び板材２の組合せは、上記するように脱気が必要な箇所と変形追随必要箇所を勘案して決定するのがよい。
器内にセメント系混合材料５を上からホースなどのトレミーパイプを介して充填する場合は、器の天井は開放された状態となる。そこで、成形した器内にセメント系混合材料５を充填し、器の天井は少なくとも脱気シート３１，３２を備えた型枠１１又は型枠１３を蓋として設置する。なお、図５に器の天井に型枠１１を設置した場合に気泡７が天井に向かって移動している状況を示す。

上記製作方法において、セメント系混合材料５を充填後、型枠１１又は型枠１３を蓋として設置する前に、器天井付近のセメント系混合材料５をほぼ平坦になるように均すのがよい。
セメント系混合材料５として繊維補強セメント系混合材料を使用した場合、その天井表面をコテ仕上げするのは極めて困難である。したがって、繊維補強セメント系混合材料の打設が所定レベルまで達した際に、その表面をほぼ平坦となるように荒均しをおこない、荒均し後に型枠１１又は型枠１３を蓋として設置する。
なお、上記する繊維補強セメント系混合材料の打設の所定レベルとは、型枠１１又は型枠１３の蓋をした際に該型枠１１，１３下面が繊維補強セメント系混合材料に接するような高さである。したがって、型枠１１又は型枠１３の蓋を繊維補強セメント系混合材料の上に設置した際に、該型枠１１，１３の上面に重しを置くなどして型枠１１，１３の平坦面が均等に繊維補強セメント系混合材料に接触するようにすることで、脱気シート３１，３２を介して気泡７が抜け易くなり、平坦な仕上がり面をつくることができる。
ここで、荒均しに際しては、図示しないが、その断面がＶ字状あるいはＵ字状の均し棒に振動機を取り付けた均し装置を使用するのが効果的である。かかる均し装置を使用することにより、短時間に表面仕上げをおこなうことが可能となる。

本発明の型枠の実施例を示した斜視図。 セメント系混合材料内の気泡が穴あきフィルムの穴を通って吸気シートに吸収されている状況を説明した断面図。 本発明の型枠の実施例を示した斜視図。 本発明の型枠の実施例を示した斜視図。 セメント系混合材料を器内に充填後、本発明の型枠を蓋として設置した状況を説明した説明図。 コンクリート構造物の実施例を示した断面図。 図６のＡ部を拡大した断面図。 図６のＢ部を拡大した断面図。 図６のＣ部を拡大した断面図。

符号の説明

１・・・・型枠
２・・・・板材
３・・・・脱気シート
３１・・・脱気シート
３１１・・フィルム層
３１２・・吸気シート
３１３・・穴あきフィルム層
３２・・・脱気シート
３２１・・吸気シート
３２２・・穴あきフィルム層
４・・・・変形追随シート
４１・・・フィルム層
４２・・・軟質ボード
５・・・・セメント系混合材料
６・・・・コンクリート構造物

Claims (5)

1. 木製又は鋼製又はアルミ合金製又はプラスチック製の板材と、
   前記板材表面に備えた、フィルム層と吸気シートと穴あきフィルム層の三層構造からなる脱気シートと、からなることを特徴とする、
   型枠。
   
2. 木製又は鋼製又はアルミ合金製又はプラスチック製の板材と、
   前記板材表面に備えた、フィルム層と軟質ボードとからなる変形追随シートと、からなることを特徴とする、
   型枠。
   
3. 木製又は鋼製又はアルミ合金製又はプラスチック製の板材と、
   前記板材表面に備えた、フィルム層と軟質ボードとからなる変形追随シートと、
   前記変形追随シート表面に備えた、吸気シートと穴あきフィルム層の二層構造からなる脱気シートと、からなることを特徴とする、
   型枠。
   
4. 木製若しくは鋼製若しくはアルミ合金製若しくはプラスチック製の板材、又は請求項１乃至３のいずれかに記載の型枠を使用し、セメント系混合材料を該板材又は該型枠内に充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法であって、
   前記板材又は前記型枠を使用してコンクリート構造物を成形する器を構成し、
   前記器内にセメント系混合材料を充填し、
   請求項１又は３に記載の型枠を前記器の蓋として設置することを特徴とする、
   コンクリート構造物の製作方法。
   
5. 木製若しくは鋼製若しくはアルミ合金製若しくはプラスチック製の板材、又は請求項１乃至３のいずれかに記載の型枠を使用し、セメント系混合材料を該板材又は該型枠内に充填してコンクリート構造物を製作するコンクリート構造物の製作方法であって、
   前記板材又は前記型枠を使用してコンクリート構造物を成形する器を構成し、
   前記器内にセメント系混合材料を充填し、
   前記器の上面の前記セメント系混合材料をほぼ平坦になるように均し、
   請求項１又は３に記載の型枠を前記器の蓋として設置することを特徴とする、
   コンクリート構造物の製作方法。

Images