JP2006125050A - 防食材施工型枠、これを用いた鋼管杭の防食構造及び防食方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 その施工条件の適正な設定が容易にでき、施工性と経済性に優れた防食材施工型枠を用いて海水に対する優れた耐食性と衝撃吸収性とを備えた鋼管杭の防食構造を提供する。
【解決手段】 密着積層される複数のプラスチック成形体１２、１３と、プラスチック成形体間の積層面に塗布形成され両者を接着保持するポリマーエマルジョン硬化層１４とを有するように防食材施工型枠１５を構成する。この防食材施工型枠１５を外壁保護部としてその内部に構造物を支持して立設された鋼管杭１１と、防食材施工型枠１５と鋼管杭１１との間の防食材充填間隔に充填硬化されたポリマーセメントモルタルなどからなる防食材と、を有するように鋼管杭の防食構造１０を構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は海水や河川水などによる浸食環境下に晒される鋼管杭や橋脚などに防食材を施工するための防食材施工型枠及び、これを用いた鋼管杭の防食構造、鋼管杭の防食方法に関する。

鋼管杭や橋脚などの水上構造物支持体は、その海水や河川水などによる腐食を防止するためにエポキシ樹脂、フッ素樹脂を用いたコーティング塗装等の防食処理が行われているが、長期間においてはその耐久性が不足し、またその補修加工も困難であるために適用される樹脂の耐食性能により構造物の使用年数が左右されている。このような鋼管杭などの防食処理技術に関連して例えば以下のようなものが知られている。

特許文献１には、それぞれ波形接合部で接合して円筒状を形成するＦＲＰ製などのカバーを鋼管杭の周囲に巻回しの上、生コンクリートやモルタルを充填して硬化させるようにした鋼管杭のコンクリート防食・補強用カバーが記載されている。

特許文献２には、表面に耐海水性絶縁材をコーティングした鋼管杭にチタンまたはチタン合金板を鋼管杭の軸方向の両端部を外側に折曲げて巻き付け、かつ、この折曲げ部をＣ形状に加工してチタンまたはチタン合金板内面に耐海水性絶縁材をコーティングした鋼管杭の防食構造体が記載されている。

特許文献３には、織布又は不織布から形成されたテープ状物にエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂などの水中硬化型防食用樹脂を含浸させた防食テープを、該水中硬化型防食用樹脂が硬化する前に被防食体に巻き付けるか又は貼り付ける海洋鋼構造物の被覆防食方法が記載されている。
特開平５−２５８３５号公報 特開平７−１６６５６８号公報 特開２００４−１３２１１３号公報

しかしながら、前記特許文献に記載の従来の技術のものは以下のような課題があった。
（ａ）特許文献１に記載のＦＲＰ製素材などを用いた鋼管杭のコンクリート防食・補強用カバーでは、その素材自体が海水などに対する耐食性に不足する場合があり、また外部からの打撃などに対する衝撃吸収性に欠け、その破片が周囲に飛び散るおそれがあるという課題があった。
（ｂ）特許文献２に記載の鋼管杭の防食構造体は、用いるチタン合金が加工性に乏しく高価であるために施工性や経済性に欠ける場合があるという課題があった。
（ｃ）特許文献３に記載の水中硬化型防食用樹脂を含浸させた防食テープをその硬化前に被防食体に巻き付けるようにした海洋鋼構造物の被覆防食方法では、樹脂の硬化タイミングを合わせて施工するのでその施工条件の適正な設定が困難であり、しかも、防食テープ自体の耐久性を高めることにも限界があるという課題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、その施工条件の適正な設定が容易にでき施工性と経済性に優れた防食材施工型枠を提供するとともに、この防食材施工型枠を用いて海水に対する優れた耐食性と衝撃吸収性とを備えた鋼管杭の防食構造、及びその防食方法を提供することを目的とする。

（１）前記従来の課題を解決するためになされた本発明の防食材施工型枠は水上構造物支持体の周囲に防食材充填間隔を有して配置され互いに密着積層される複数のプラスチック成形体と、前記プラスチック成形体間を接着保持するポリマーエマルジョン硬化層と、を有するように構成されている。

（２）本発明は前記（１）において、前記ポリマーエマルジョン硬化層が、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ブタジエン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂の内いずれかのポリマー、もしくはこれらの２種以上を重合又は混合したポリマーを主成分として含むものであることにも特徴を有している。

（３）本発明は前記（１）又は（２）において、前記プラスチック成形体がポリアミド樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂などの樹脂材からなり、円筒を軸方向に分割した分割円筒を組み合わせてその全体が円筒状に構成される。

（４）本発明の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造は、前記（１）〜（３）記載の防食材施工型枠と、前記防食材施工型枠を外壁保護部としてその内部に構造物を支持して立設された鋼管杭と、前記防食材施工型枠と前記鋼管杭との間の防食材充填間隔に充填硬化された防食材とを有する。

（５）本発明の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造は、前記（４）において、前記防食材がアクリル酸エステル共重合体を主成分とする複合ポリマーエマルジョンと、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化鉄を主成分とした主材、又はセメント、砂を主成分としたモルタルとを混合してなるポリマーセメントモルタルであることにも特徴を有している。

（６）本発明の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食方法は、前記（１）〜（３）記載の防食材施工型枠を前水上構造物支持体となる鋼管杭周囲の水面レベル相当位置に覆設する工程と、前記防食材施工型枠と前記鋼管杭との間の前記防食材充填間隔に防食材を充填して硬化させる工程と、を有する。

本発明によれば、水上構造物支持体の周囲に防食材充填間隔を有して配置され互いに密着積層される複数のプラスチック成形体と、前記プラスチック成形体間を接着保持するポリマーエマルジョン硬化層と、を有するので、衝撃吸収性と耐久性とに優れた型枠とすることができる。また、この防食材施工型枠を鋼管杭に適用することにより、その施工条件の設定を容易にして施工性と経済性に優れた防食構造及び防食方法を提供できる。

本実施形態の防食材施工型枠は、構造物を支持する鋼管杭や橋脚などの水上構造物支持体の周囲にポリマーセメントモルタルなどの防食材が充填硬化される防食材充填間隔を有して配置され互いに密着積層される複数のプラスチック成形体と、積層される前記プラスチック成形体間の積層面に塗布形成され両者を接着保持するスチレンブタジエンゴム共重合体エマルジョン、又はアクリル樹脂エマルジョンなどからなるポリマーエマルジョン硬化層と、を有する。この接着性と衝撃吸収性を有するポリマーエマルジョン硬化層によって両サイドのプラスチック成形体を接合保持することによって、積層されたプラスチック成形体が破損してもこの破片が周囲に飛び散ることなく他方のプラスチック成形体の面に保持して防食材施工型枠自体や、この防食施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造の耐久性を高めるとともに、安価な材料を用いてその生産性と汎用性、施工性に優れた鋼管杭の防食方法を提供することができる。

防食施工型枠は円筒状やパネル状のプラスチック成形体をポリマーエマルジョン硬化層を介して積層させた層状構造を備え、海や河などの水際に配置された水上構造物を支持する鋼管杭や橋脚などの水上構造物支持体をその浸食や腐食から保護するためのポリマーセメントモルタルやセメントなどの防食材を施工する型枠となるとともに、かつその施工後は防食材自体を被覆保持してその耐久性を確保するために設置される。

プラスチック成形体は、周知の射出成形、圧縮成形、押出成形などの周知のプラスチック成形方法により、プラスチック樹脂素材を用いて円筒状や分割円筒状、楕円断面状、分割楕円断面状、平板状などに成形される。また、他の成形方法としては、液状の樹脂素材を基板上に塗り重ねて積層させ、これを硬化させることで成形体を得ることもできる。これらのプラスチック成形体は接着性を有するポリマーエマルジョンにより積層接着して硬化させることでポリマーエマルジョン硬化層を形成して型枠としている。この防食材施工型枠は鋼管杭などの水上構造物支持体の周囲に所定間隔をおいて配置され、この防食材充填間隔に防食材を充填させてこれを硬化させることで防食施工型枠とすることができるとともに、防食材施工後に型枠を残存させて配置することで防食構造の一部として機能させることもできるようにしている。

ポリマーエマルジョン硬化層の形成方法としては、硬化後に所定の粘弾性と接着性が得られる液状の樹脂をプラスチック成形体の積層面に１回もしくは所定回数塗布して硬化さるか、あるいは予めシート状にしたポリマーエマルジョン硬化シートを積層させるプラスチック成形体間に接着介在させるなどの方法により所定厚さに形成することができる。

また、本実施の形態に係る防食材施工型枠は、前記ポリマーエマルジョン硬化層がアクリル樹脂、スチレン樹脂、ブタジエン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂の内いずれかのポリマー、もしくはこれらの２種以上を重合又は混合したポリマーを主成分として含むものとすることができ、粘弾性を有するポリマーエマルジョン硬化層を層間に介在させることにより型枠が打撃された際などの衝撃吸収性をさらに高めることができ、その耐久性と施工性に優れている。

本実施の形態に係る防食材施工型枠は、前記プラスチック成形体がポリアミド樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂などの樹脂材からなり、円筒を軸方向に分割した分割円筒を組み合わせてその全体を円筒状に構成することができ、経済性と強度などに応じてこれらの材料の中から適正なものを適宜選択することができる上に、分割円筒型としているので施工現場における分解組み立てを容易にして、その施工性にも優れている。

本実施の形態の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造は、防食材施工型枠と、前記防食材施工型枠を外壁保護部としてその内部に構造物を支持して立設された水上構造物支持体となる鋼管杭と、前記防食材施工型枠と前記鋼管杭との間の防食材充填間隔に充填硬化された防食材と、を有するので、防食材施工型枠を防食材の硬化後に、防食構造の一部として機能させることができ、鋼管杭に対する衝撃や浸食への保護機能をさらに高めることができる。

また、前記防食材を、アクリル酸エステル共重合体を主成分とする複合ポリマーエマルジョンと、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化鉄を主成分とした主材、又はセメント、砂を主成分としたモルタルとを混合したポリマーセメントモルタとすることもでき、構造体としての強度と耐久性及び、その防食性能に優れたライニングを鋼管杭に形成することができる。この防食材としては、ポリマーセメントモルタルなどのセメントモルタルなどを適用することができる。ポリマーセメントモルタルは、ポリアクリル酸エステル系複合高分子に主材（セメント＋細骨材）を加えた混合物である。すなわち、アクリル酸エステル共重合体を主成分とする複合ポリマーエマルジョンと、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化鉄を主成分とした主材、又はセメント、砂を主成分としたモルタルとを混合したものであることが好ましい。また、複合ポリマーエマルジョンと主材又はモルタルとの混合割合は例えば１：３〜１０の範囲とすることがその海水などに対する耐食性や鋼管杭に対する接着性、強度維持の観点から望ましい。さらに、モルタルの架橋材成分として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を使用し、また混合助材としてアミノ酸の一つで動物性蛋白質に多く含まれているグリシンを使用するとよい。かかるポリマーセメントモルタルであれば、極めて高い付着力、引張強度、曲げ強度、耐水性、耐疲労性を有し、かつ柔軟性を有するので十分な靭性を付加することができる。また、せん断強度も通常のコンクリートの１．５〜２倍程度とすることができ、薄いライニング厚みでも十分な強度及び耐久性を有するものとなる。

本実施の形態の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食方法は、防食材施工型枠を前記水上構造物支持体となる鋼管杭周囲の水面レベル相当位置に覆設する工程と、前記防食材施工型枠と前記鋼管杭との間の前記防食材充填間隔に防食材を充填して硬化させる工程と、を有するので、海水などによる浸食作用がもっとも大きくなる鋼管杭の部分を効果的に保護することができるとともに、鋼管杭における防食構造の現場施工作業を容易かつ確実に行なうことができる。

（実施例）
以下、図面を参照しながら本発明の実施例に係る防食材施工型枠についてさらに具体的に説明する。図１（ａ）は本発明の実施例に係る防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造を示す正面断面図であり、図１（ｂ）はその図２は同防食構造の平面断面図である。図１において、１０は実施例に係る防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造、１１は海洋構造物などを基礎となる地盤上で支持する水上構造物支持体の一例である鋼管杭、１２、１３は鋼管杭１１周囲の海水面相当位置において防食材充填間隔を有して配置され互いに密着積層される２枚のプラスチック成形体、１４は積層される分割円筒状のプラスチック成形体１２、１３間の積層面に塗布形成され両者を接着保持するスチレンブタジエンゴム共重合体エマルジョン、又はアクリル樹脂エマルジョンなどからなるポリマーエマルジョン硬化層、１５はポリマーエマルジョン硬化層１４を介して積層されたプラスチック成形体１２、１４からなる防食材施工型枠、１６は分割円筒状に分割された防食材施工型枠１５を接合して円筒状に結合するためのプラスチック成形体円周面に形成されたフランジ、１７は鋼管杭１１と防食材施工型枠１５との間の防食材充填間隔に充填されるポリマーセメントモルタルなどの防食材、１８は防食材充填間隔上方の開口分からホースやノズルなどを介して充填される防食材１７を封止するためのゴムパッキンである。

プラスチック成形体１２、１３は半割状に分割され、この分割円筒状分が円周上に形成されたフランジ１６を介してボルトにより締結されて全体が略円筒状や楕円断面の筒状などに配置されるようになっている。プラスチック成形体１２、１３は鋼管杭の施工現場又は別の工場施設においてポリマーエマルジョン硬化層を介して積層されて防食材施工型枠となる。ここでは、図１の部分拡大図などに示されるように、そのプラスチック成形体１２、１３積層面の片側又は両側にスチレンブタジエンゴム共重合体エマルジョンやアクリル樹脂エマルジョンからなる接着性と硬化後に所定の粘弾性を有する接着剤成分を塗布して圧着させ、これを所定時間保持して硬化させ、プラスチック成形体１２、１３がポリマーエマルジョン硬化層１４を介した二層構造として衝撃吸収性と接着保持性に優れた防食材施工型枠１５となるようにしている。

図２は防食構造の使用形態を示す模式図である。防食材施工型枠１５を用いる鋼管杭の防食方法においては、図２に示ように地盤Ｇ上に立設される鋼管杭１１における海面Ｓの最大海面位置と最小海面位置とを含む範囲を被覆するように防食材施工型枠１５が配置される。つぎに、その底分がドーナツ状のゴムパッキン１８により封止された防食材施工型枠１５と鋼管杭１１との間の防食材充填間隔にポリマーセメントモルタルなどの防食材１７を上方から充填して硬化させる。なお、防食材充填間隔内に水が侵入した場合には、ポンプなどを介して内部を予め排水したり、あるいは、防食材搬送ノズルの先端をその底部に配置して防食材を搬送して内部の水を押し出したりすることもできる。

また、ポリマーセメントモルタルとして、その硬化時における収縮率の小さい無収縮材やグラウト材の成分を用いることにより、収縮時におけるひずみの発生を抑制して施工作業の安定化と設置工事の精密化とを図ることができるので好ましい。こうして、海水などによる浸食作用がもっとも大きくなる鋼管杭の部分を効果的に保護することができるとともに、鋼管杭における防食構造の現場施工作業を容易かつ確実に行なうことができる。

さらに、ポリマーセメントモルタルには、エトリンガイト系膨張材を用いた膨張材添加モルタルを適用することもできる。エトリンガイトは、化学式3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2Oで表され、セメントが水和する時、セメント中のアルミネート相と石膏との反応で水和初期に針状結晶として析出する。このエトリンガイトの析出により、セメント硬化体を膨張させる。これによって、防食材施工型枠と水上構造物支持体との間の防食材充填間隔に施工されるポリマーセメントモルタルに、その硬化時における所定の強度を発現させることができる。なお、前記エトリンガイト系膨張材にアルミナを膨張材として添加混合したり、アルミナを単独で膨張材として用いたりすることもできる。

また、ポリマーセメントモルタルは多数の親水基を有するアクリル酸エステルを主成分とする複合ポリマーエマルジョンと無機質素材とが混和されているので、その相互作用により固体表面への吸着性能が大きく、耐水性、耐環境性に優れた接着層を形成して、強力な付着力を生じさせることができる。
しかも、セメント成分の強アルカリ環境にあるので、鋼管杭１１表面で発生しやすい錆を、不動酸化物の一種である酸化皮膜（黒錆）に変性させて腐食を防止することができ、防食材施工型枠１５による防食補強効果を長期間維持させることができる。

また、ポリマーセメントモルタルは環境に対する有害成分を含まず、なおかつ引火、爆発、中毒のおそれがなく、施工時の安全性及び施工後の使用時についても安全性を確保することができる。また、構造体としては鋼管杭のみならず、柱、梁、床など、様々なコンクリート構造体に適用が可能であり、しかも、既設コンクリート躯体である壁体にポリマーセメントモルタルを一体化させるだけでなく、新設することも可能である。

実施例の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造の模式断面図である。 同防食構造の使用形態を示す模式図である。

符号の説明

１０ 実施例の防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造
１１ 鋼管杭（水上構造物支持体）
１２、１３ プラスチック成形体
１４ ポリマーエマルジョン硬化層
１５ 防食材施工型枠
１６ フランジ
１７ 防食材
１８ ゴムパッキン

Claims (6)

1. 水上構造物支持体の周囲に防食材充填間隔を有して配置され互いに密着積層される複数のプラスチック成形体と、前記プラスチック成形体間を接着保持するポリマーエマルジョン硬化層と、を有することを特徴とする防食材施工型枠。
2. 前記ポリマーエマルジョン硬化層が、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ブタジエン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂の内いずれかのポリマー、もしくはこれらの２種以上を重合又は混合したポリマーを主成分として含むものであることを特徴とする請求項１記載の防食材施工型枠。
3. 前記プラスチック成形体がポリアミド樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂などの樹脂材からなり、円筒を軸方向に分割した分割円筒を組み合わせてその全体が円筒状に構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の防食材施工型枠。
4. 請求項１乃至３の内何れか１項に記載の防食材施工型枠と、前記防食材施工型枠を外壁保護部としてその内部に構造物を支持して立設された鋼管杭と、前記防食材施工型枠と前記鋼管杭との間の防食材充填間隔に充填硬化された防食材と、を有することを特徴とする防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食構造。
5. 前記防食材がアクリル酸エステル共重合体を主成分とする複合ポリマーエマルジョンと、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化鉄を主成分とした主材、又はセメント、砂を主成分としたモルタルとを混合してなるポリマーセメントモルタルであることを特徴とする請求項４記載の鋼管杭の防食構造。
6. 請求項１乃至３の内何れか１項に記載の防食材施工型枠を前記水上構造物支持体となる鋼管杭周囲の水面レベル相当位置に覆設する工程と、前記防食材施工型枠と前記鋼管杭との間の前記防食材充填間隔に防食材を充填して硬化させる工程と、を有することを特徴とする防食材施工型枠を用いた鋼管杭の防食方法。
   
   

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