JP2005220280A - 水膨張性シール材、およびシール材を一体化したプレキャストコンクリートとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
プレキャストコンクリートの止水に使用され、内部または外部からの水の浸出を完全に防止するシール材であり、信頼性の高い止水性と簡便な製造方法により得ることができるもの。
【解決手段】
水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られる成型体の前記非膨張性ゴム部をセグメントに埋設する水膨張性シール材において、水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小であることを特徴とする水膨張性シール材である。さらに、水膨張性シール材をコンクリート型枠の溝内部に水膨張性ゴム部を挿入し、かつ、非膨張性ゴム部で前記溝をふさぐように嵌め込み、型枠内にコンクリートを打設し、該コンクリート硬化後型枠を撤去するプレキャストコンクリートの製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、トンネル用セグメント、水路用ボックスカルバートなどのプレキャストコンクリートの止水に使用され、内部または外部からの水の浸出を完全に防止するシール材およびこのシール材を一体したプレキャストコンクリートとその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、水を吸収して膨張する膨張性スポンジをその一部に用いた低膨張圧の複合水膨張シール材に関するものである。

トンネル用セグメント、水路用ボックスカルバートなどプレキャストコンクリートが従来から使用されており、それらの接合面には長尺状の水膨張性シール材が外周に接着剤などで取り付けられたり、溝部に嵌め込んでプレキャストコンクリート間を止水することが一般的に行われている。しかし、水膨張性シール材は比重が大きいので鉛直面に取り付けられた場合、自重で剥がれて脱落するケースがある。そこで、水膨張性シール材の止水機能を保持しながら軽量化する目的で、水膨張性ゴムの一部または全部をスポンジにする技術が特許文献１に開示されている。また、スポンジゴムと水膨張性ゴムとを複合させた止水用シール材については特許文献２に記載がある。
特開平６−２５３８０号公報 特公昭６２−４９４２１号公報

ところが、セグメントやボックスカルバートなどのプレキャストコンクリートを組み立てて土木構造物を施工する工程において、それらを仮組みし位置調整をすることが行われている。この場合プレキャストコンリート同士を密着させながら位置を変えたり、強い結合力で締結するので、シール材に大きな「ずり応力」が集中する。このため接着剤などで止水用シール材を固定した場合や、溝に嵌め込んだだけのシール材は、その位置がずれたり脱落したりする恐れがあり、前述の自重を軽くするというだけではシール材の脱落防止の解決にはならない。

そのため、セグメントやボックスカルバートに予めゴム状シール材を埋設してコンクリートを打設して、一体化させるという方法が提案されている。この技術はプレキャストコンクリートとシール材が一体化されているので、自重で剥がれ落ちたり、応力で剥がれたりするということはない。しかしながら、この場合のシール材は水膨張性の機能がないために高い水圧がかかる場合や長期間に渡って水と接触する場合などの止水には適していないのであまり実用化されていない。

そこで、特許文献３では、水膨張性ゴムと、水で膨張しないゴム（以下、単に非膨張性という）を一体化されたシール材の非膨張性ゴム部をプレキャストコンクリートに打設して予め一体化された水膨張性シール材を開示した。
特開平９−４１８９３号公報

しかしながら、特許文献３のセグメントシール材は製造工程が複雑である。つまり、水膨張性ゴムはコンクリート打設時の水により膨張してしまうため、一体化する場合に水膨張性ゴム部を保護補助材により被覆し、その状態でプレキャストコンクリートの型枠に設置しなければならない。シール材は長尺であるので、その長さ分保護補助材を取り付けなければならず、非常に製造工程が煩雑であるという欠点があった。

さらに、水膨張性シール材は吸水して体積膨張することで止水効果を発揮するが、最近になってシール材の膨張圧による応力でプレキャストコンクリートの締結部やシール部でクラックが生じ、締結力が低下したり、その部分から水が浸透・漏洩する事故が報告されており、適切な止水性があり、かつクラックを生じさせないシール材が望まれている。

本発明者は上述の問題点を解決すべく鋭意検討の結果本発明を至るに至った。すなわち、本発明は、水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られる成型体の前記非膨張性ゴム部をセグメントに埋設する水膨張性シール材において、水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小であることを特徴とする水膨張性シール材である。

また、前記水膨張性シール材の非膨張性ゴムは係止部が設けられていることが好ましく、さらに、水膨張性シール材が未加硫ゴムからなる組成物と、未加硫ゴム、水吸収剤、発泡剤からなる組成物を同時押し出し成形し、次いで加熱することにより、発泡しながら共加硫するものであるものがさらに好ましい形態である。

また、第２の発明は、水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られ、前記水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小である水膨張性シール材の前記非膨張性ゴムの部分を埋設したことを特徴とするシール材を一体化したプレキャストコンクリートである。

さらに、第３の発明は、水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られ、前記水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小である水膨張性シール材を前記水膨張性スポンジの略同形状の溝が形成されたコンクリート型枠の該溝内部に前記水膨張性シール材の水膨張性ゴム部を挿入し、かつ、非膨張性ゴム部で前記溝をふさぐように嵌め込み、次いで、型枠内にコンクリートを打設し、該コンクリート硬化後型枠を撤去することを特徴とするプレキャストコンクリートの製造方法である。

本発明の水膨張性シール材は水膨張性スポンジと非膨張性ゴムが共加硫されたものである。水膨張性スポンジと非膨張性ゴムはともに接合した状態で同時押し出し成形される。それぞれを押し出し成形したあとに、両者を重ね合わす方法では密着力が不十分であり、異なる原料を同一ノズルで接合しながら押し出し成形できる成型機で行うことが必要である。この状態で、加熱加硫することによりお互いが密着して界面から剥がれることはない。また、押し出し成型時には両組成物は未加硫なのであるが、水膨張性スポンジは加硫時に発泡してスポンジ状に形成することが好ましい。

ここで、本発明のいう非膨張性ゴムとは水に接触しても体積膨張しないゴムのことをいい、水膨張性ではないという意味で非膨張性と称している。そのため、有機溶剤や油分に接触したときに体積膨張しないという意味ではない。

非膨張性ゴムの組成としてはＥＰＤＭ、クロロプレンゴム、天然ゴム、ウレタンエラストマー、ブチルゴムなどの土木用止水に使用されるシール材に使われるゴムであれば特に限定されない。これらゴムには加硫剤、補強充填剤、が含有され、所望により老化防止剤、着色剤等が含有される。

水膨張性スポンジの組成としてはＥＰＤＭ、クロロプレンゴム、天然ゴム、ウレタンエラストマー、ブチルゴムなどのエラストマー成分に、水吸収物質、発泡剤が添加される。水吸収物質としてはポリウレタン樹脂、部分ケン化ポリ酢酸ビニル樹脂、部分ホルマ一ル化ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル酸樹脂・ポリアルキレングリコール樹脂があげられ、発泡剤としてはアゾカーボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル・ジニトロペンタメチレンテトラミン、p一トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ，ｐ，−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)などがあげられる。これらエラストマー成分には加硫剤、補強充填剤、が含有され、所望により老化防止剤、着色剤等が含有される。

水膨張性スポンジの水と接触したときの体積膨張率は１．５〜３．０である必要がある。ここで、体積膨張率とは水膨張性スポンジを水中に浸漬し、それ以上体積が膨張しないまで充分に浸漬した時の体積値を水と接触していない乾燥状態の体積値で除したものである。体積膨張率を決定するものは水膨張性スポンジ組成物に添加する水吸収性物質の添加量、種類、また、エラストマー成分の架橋密度などに依存し、適宜決定される。さらに、本発明の水膨張性シール材はシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であることが必要であり、好ましくは１．１〜２．０である。接面応力とはシール材を厚み方向に４０％挟んだときの反発力である。変化率は水により体積膨張したときの反発力値を乾燥状態で挟み込んだときの初期応力値で除したものである。接面応力変化率が１．０より小さいと止水効果が無く、２．０より大きいとプレキャストコンクリートがクラックを起こす恐れがある。

また、水膨張性スポンジの幅は非膨張性ゴムの幅より小さく形成することが必要である。この理由は後ほど詳しく説明する。

本発明は水膨張性スポンジと非膨張性ゴムが共加硫により一体化されていることによりそれぞれが剥がれることが無く、特に、水膨張時に界面から剥がれることが無い。また、本発明の水膨張性シール材は体積膨張率が１．５〜３．０であり、接面応力変化率が１．０〜２．０であるため、水膨張時に非膨張性ゴムが応力を緩和することができ、必要以上にプレキャストコンクリートに応力をかけないため、クラックが生じることがない。

また、本発明の構成により水膨張性シール材が一体化されたプレキャストコンクリートを保護補助部材などの特殊な治具を使用することがなく、単に型枠内の溝部に嵌め込み、その後コンクリートを打設すると行った簡易な方法により製造することができ、製造効率がよい。

本発明の第１の実施の形態を図１により説明する。１はコンクリートで形成されたプレキャストコンクリート、２は水膨張性シール材である。図２は図１のＡＡ’の断面図をＸ方向から見た断面図である。図２中、２１は水膨張性スポンジ、２２は非膨張性ゴムである。このように水膨張性シール材２は水膨張性スポンジ２１と非膨張性ゴム２２とが一体化された構造となっている。なお、これらは上述したとおり、同時押し出し成形されたものを共加硫されている。

非膨張性ゴム２１はプレキャストコンクリート端部に打設時に埋設され、一体化されている。非膨張性ゴムのコンクリート中に埋設されている部分には係止部２３が設けられ、コンクリートから抜け落ちないようにされている。係止部２３は突起状または羽根状が好ましいが、プレキャストコンクリートから抜け落ちないように係止となるものであれば特に限定されない。例えば、図３に示すような形状であればよい。

次に、図４〜図５により水膨張性シール材２をプレキャストコンクリート１に一体化する方法を説明する。図４は図２に記載される水膨張性シール材２が一体化されたプレキャストコンクリート１を製造する工程を図１と同視点の断面図で表したものである。図４中３はプレキャストコンクリート２を製造するための型枠３であり、該型枠には溝部３１が形成されている。溝部３１は水膨張性スポンジ２１と略同型、略同寸法に形成されている。もしくは溝部３１は水膨張性スポンジ２１の寸法よりもやや小さくても良い。

まず、該溝に水膨張性シール材２の水膨張性スポンジ部２１を嵌め込む。このとき非膨張性ゴムが型枠に密着するように嵌め込む。この状態を図５に示す。すなわち図中接触部３２と接触部２５が密着し、隙間が生じないように注意する必要がある。水膨張性スポンジはコンクリート打設時の水と接触すると膨張してしまう。そのため非膨張性ゴムが水と接触しないように本発明の構成すなわち、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小さいという構成が必要なのである。非膨張性ゴム２２が水膨張性スポンジ２１よりも幅が大きいことにより非膨張性ゴムは溝部３１の周辺を完全に覆い、型枠の接触部３２，２５はシール効果を呈し、溝部３１にコンクリート打設時の水が侵入しない構成となる。その結果、水膨張性スポンジ２１に水が接触することなく安定した製造が可能なのである。従来の技術では、水と接触させないために保護補助部材が必要であったが本発明ではそれらを使用する必要がなく、単に水膨張性シール材２２を型枠に嵌め込むのみで、水との接触を防ぐことができるのである。水膨張性スポンジ２１は圧縮変形しやすいため、溝部３１の方がやや寸法が小さい場合であっても容易に嵌め込むことができる。

また、本発明の水膨張性スポンジ２１の幅が非膨張性ゴム２２の幅より小さいという構成はさらに、別の作用効果をも生む。それは、使用時に水と接触して水膨張性スポンジ２１が膨張したときにその応力を非膨張性ゴム２２の弾性で緩和し、必要以上にプレキャストコンクリートにかかるのを防止するというものである。そのため、水膨張性シール材２全体として接面応力変化率を小さなものにすることができるのである。

次いで、型枠内にコンクリートを打設する。前述したとおり、生コンクリートの水分水膨張性スポンジには到達せず、非膨張性ゴム部２２を埋設した状態で打設することができる。その後、コンクリートを養生し、硬化させる。硬化後、型枠を解体することにより図２で示される水膨張性ゴムを一体化したプレキャストコンクリートを得ることができるのである。前述したとおり、非膨張性ゴムには係止があるため、プレキャストコンクリートから抜け落ちることはない。

以上、本発明の水膨張性シール材とプレキャストコンクリートを一体化する方法を述べたが、プレキャストコンクリートは図６のようなセグメントコンクリートに適した形状でも良い。

このような構成により水膨張性スポンジ部のみがプレキャストコンクリートから露出し、非膨張性ゴム部はコンクリート内部に埋設したものとなる。

本発明の水膨張性シール材がこのような低膨張圧の特徴を保有する理由は、独立発泡スポンジに水膨張性の機能を付与したことによる。水膨張ゴムをスポンジ状にして柔らかくしたので、体積膨張倍率が３と大きくても接面応力変化率は２以下と低い低膨張圧を得ることができるのである。.

表１は本発明の水膨張性シール材の水膨張性スポンジと従来の水膨張性ゴムの吸水による体積膨張と水膨張性シール材の接面応力変化率を比較したデータである。

表１に示した本発明の水膨張性シール材を水路用ボックスカルバートに適用し、止水効果を確認したところ、９０日間、水が漏洩することはなかった。一方、表１の従来の水膨張性ゴムを同じく水路用ボックスカルバートに適用し、止水効果を確認したところ９０日間、水が漏洩することはなかったが、コンクリートの締結部にクラックが生じていた。本発明の水膨張性シール材を適用した水路用ボックスカルバートはクラックが生じることはなかった。

本発明は水路用ボックスカルバートなどのプレキャストコンクリートの止水用途に適用される。

本発明の水膨張性シール材を一体化したプレキャストコンクリートの斜視図 同、断面図 水膨張性シール材の例の断面図 プレキャストコンクリートの型枠の断面図 プレキャストコンクリートに水膨張性シール材を挿入した時の断面図 本発明の別の形態のプレキャストコンクリートの断面図

符号の説明

１ プレキャストコンクリート
２ 水膨張性シール材
２１ 水膨張性スポンジ
２２ 非膨張性ゴム
２３ 係止部
２５ 接触部
３ 型枠
３１ 溝部
３２ 接触部

Claims (5)

1. 水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られる成型体の前記非膨張性ゴム部をセグメントに埋設する水膨張性シール材において、水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小であることを特徴とする水膨張性シール材。
2. 前記水膨張性シール材の非膨張性ゴムは係止部が設けられている請求項１に記載の水膨張性シール材。
3. 前記水膨張性シール材が未加硫ゴムからなる組成物と、未加硫ゴム、水吸収剤、発泡剤からなる組成物を同時押し出し成形し、次いで加熱することにより、発泡しながら共加硫するものである請求項１または請求項２に記載の水膨張性シール材。
4. 水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られ、前記水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小である水膨張性シール材の前記非膨張性ゴムの部分を埋設したことを特徴とするシール材を一体化したプレキャストコンクリート。
   
5. 水膨張性スポンジと水で膨張しない非膨張性ゴムを同時押し出し成形した後、共加硫することにより得られ、前記水膨張性スポンジの水による体積膨張倍率が１．５〜３．０であってシール材全体の接面応力変化率が１．０〜２．０であり、かつ、水膨張性スポンジの幅が非膨張性ゴムの幅より小である水膨張性シール材を前記水膨張性スポンジの略同形状の溝が形成されたコンクリート型枠の該溝内部に前記水膨張性シール材の水膨張性ゴム部を挿入し、かつ、非膨張性ゴム部で前記溝をふさぐように嵌め込み、次いで、型枠内にコンクリートを打設し、該コンクリート硬化後型枠を撤去することを特徴とするプレキャストコンクリートの製造方法。