JP2006207277A - 型枠用鋼板、型枠用鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性に優れ長期間継続して使用することができるコンクリート打設用型枠に用いる型枠用鋼板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 コンクリート打設用型枠の型枠用鋼板１０のコンクリート打設面（型枠面）に対し、ガスプラズマ溶射機によってステンレス粉末材料を溶射する。型枠用鋼板１０の表面に吹き付けられたステンレス粉末材料は型枠用鋼板１０の表面に多くの空隙を含む皮膜層として形成され、表面に多孔性金属層１４を有する型枠用鋼板１０が得られる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コンクリート打設用の型枠に用いる型枠用鋼板に係り、詳しくは表面に多孔性金属層を有する型枠用鋼板及びその製造方法に関する。

従来、コンクリート打設用型枠を用いたトンネル内周面にコンクリートを打設する工事では、トンネル内周面と型枠面との間に形成される打設空間にコンクリートを打設し、コンクリートを硬化させた後に型枠をコンクリートから離型し、型枠をスライド移動させて型枠を新たな打設位置にセットして再びコンクリートを打設するという作業を繰り返す。

そして、硬化したコンクリートから型枠を離型させる際に速やかな離型を可能とするため、コンクリートが直接接触する型枠用鋼板の表面（打設面）に対してセラミック溶射加工を施してセラミックからなる皮膜層を形成する技術が知られている。この型枠用鋼板の打設面に形成された皮膜層はセラミックから構成されるため硬度が高く強度に富んでおり、耐衝撃性に優れている。また、溶射加工により多孔性セラミック層となり層内全体に多数の空隙が形成されることから離型剤等の浸透・保持が容易で離型性にも優れている。なお、コンクリート打設用型枠にセラミック層を形成したものとして以下の特許文献１及び特許文献２がある。
実開昭５９−９８９９７号公報 特開昭６３−６７３７４号公報

ところが、セラミックは硬度が高いという利点があるものの、いわゆる脆いという性質を合わせて備えている。このため、多孔性セラミック層の空隙にコンクリートが流入した状態でコンクリートを硬化させた後に型枠の離型作業を行うと、空隙周辺のセラミック層に局部的に応力がかかり、セラミック層のうち応力が集中しやすい部分は破損してしまうという問題が生ずる。

また、コンクリートを打設した場合にセラミック層の空隙内にコンクリートが流入する場合も多くある。離型の際、通常は空隙内に流入していたコンクリートが空隙から抜け出る形でコンクリートと型枠とが互いに分離される。しかし、例えば空隙の開口部に比して空隙内部が大きい場合、いわゆる間口が狭い場合にはセラミック層の硬さと相まって空隙内に流入したコンクリートが開口部から抜け出ることができず、間口付近でコンクリートが破断し、空隙内がコンクリートによって埋まったままになるという問題がある。

これらの現象は直ちに型枠の性能に影響を及ぼすものではないが、同じ型枠を何度も繰り返して使用することにより前記の現象が繰り返され、セラミック層の部分的破損等が累積され、或いは空隙の埋設が繰り返されて結果的に多孔性セラミック層が奏する所期の性質を発揮し得なくなる場合がある。

また、前記特許文献１、特許文献２に記載された発明では、金属である鋼板の上にセラミックを溶射して両者を結合させている。しかし、金属とセラミックとは本来異なる材質であるため両者を確実に結合させるためには溶射温度などの条件に注意する必要があり、場合によっては鋼板の上にバインディング層を形成した上でセラミック溶射を行ってセラミック層を形成する必要があり、セラミック層の形成に手間を要する場合があった。

以上のような問題点に鑑み、本発明は、耐久性に優れ長期間継続して使用することができるコンクリート打設用型枠に用いる型枠用鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載した発明は、コンクリート打設用型枠の型枠面を構成する鋼板表面に多孔性金属層を有することを特徴とする型枠用鋼板である。
また、請求項２に記載した発明では、前記多孔性金属層は鋼板表面に対してフレーム溶射、アーク溶射又はプラズマ溶射により形成された皮膜層であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明では、前記鋼板には表面から背面に貫通する溝が形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載した発明では、コンクリート打設用型枠の型枠面を構成する鋼板表面に対して金属粉体をフレーム溶射、アーク溶射又はプラズマ溶射することにより、前記鋼板表面に多孔性金属層からなる皮膜層を形成することを特徴とする型枠用鋼板の製造方法である。

請求項５に記載した発明では、前記溶射の前に鋼板表面に対してブラスト加工を施すことを特徴とする。

本発明によれば、耐久性に優れ長期間継続してコンクリートの打設に使用することができる型枠用鋼板を提供することができる。

以下、本発明を自動車用トンネルの覆工に用いるコンクリート打設用型枠に具体化した実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１はトンネルＴの内周面Ｎ（例えば一次覆工）に沿って配置されたコンクリート打設用型枠１の側面図である。コンクリート打設用型枠１は、トンネルＴ内に打設されるコンクリートＣの内周面形状に沿った略半円筒状をなし、上面用型枠２とその左右両側に連結される側面用型枠３，３と、更に側面用型枠の下部に配置される下面用型枠４，４と、それらの内周側に配置されコンクリート打設用型枠１全体を移動させるトンネル用移動装置５とを主要構成とする。トンネル用移動装置５は油圧ジャッキ６，６等により上面用型枠２、左右の側面用型枠３，３及び下面用型枠４，４を支持しており、同油圧ジャッキ６，６を駆動させることによりトンネル用移動装置５に対する前記上面用型枠２、左右の側面用型枠３，３及び下面用型枠４，４をそれぞれ個別に上下動或いは傾動させることができる。また、トンネル用移動装置５の脚部には図示しない車輪が設置されており、トンネルＴの底部に延設方向に向かって敷設されたレール（図示しない）上を移動可能である。

コンクリート打設用型枠１をトンネル内周面Ｎに沿って配置した状態では、トンネル内周面Ｎとコンクリート打設用型枠１の型枠外周面との間にコンクリート打設用（例えば二次覆工）の空間が形成され、図示しない配管を介して同空間内にコンクリートを導入、打設することが可能である。なお、図１はトンネル内周面Ｎに二次覆工のコンクリートＣを打設した状態の図であり、既に打設空間はない。

図２はコンクリート打設用型枠１のうち左右一方の側面用型枠３の斜視図である。この側面用型枠３は主として、打設するコンクリートＣの内周面に沿うよう円弧状に形成された型枠用鋼板１０と、その背面側に設置され型枠用鋼板１０の周辺部を囲うように配置された縁材１１と、更に型枠用鋼板１０の背面側であって縁材１１内側に縦横に配置された補強用リブ１２とから構成される。この型枠用鋼板１０の円弧状をなす外周面側がコンクリート打設用の型枠面となる（表面或いは打設面という表現を用いる場合もある。）。

また、型枠用鋼板１０の型枠面の反対側となる背面に配置された前記縁材１１及び補強用リブ１２は溶接等により取り付けられて、コンクリート打設時の圧力や打設後のコンクリートの自重に耐えることが可能となる。なお、側面用型枠３の使用時において縦方向に延びる縁材１１には図１に示したトンネル用移動装置５に連接される油圧ジャッキ６を取り付けるためのブラケット１３が形成されている。

図３は、図２に示した側面用型枠３のＡ−Ａ断面の部分拡大図（電子顕微鏡を用いた拡大写真の模式図）である。図中上側が型枠用鋼板１０の表面（打設面）側であり、図中下側が背面側である。側面用型枠３を構成する型枠用鋼板１０の表面には所定の厚みを有する多孔性金属層１４が形成されている。多孔性金属層１４は内部に多数の空隙１５（図３中、黒色で示される部分）が形成されたいわゆるポーラス層であり、多孔性金属層１４の表面にも多数の凹凸が形成されている。

この多孔性金属層１４はプラズマ溶射加工により形成されたものであり、同加工に用いる金属として弾性に富む点からＳＵＳステンレスが好ましいが、これに限られることなく例えばチタン、ニッケル、銅等の金属を用いることもできる。

また、型枠用鋼板１０の表面に形成される多孔性金属層１４の厚みは５０μｍ〜１５０μｍが好ましい。厚みが５０μｍ以下であれば多孔性金属層１４全体として十分な体積の空隙１５を確保することができず、コンクリート打設時に必要な離型剤を十分に型枠に保持させることができなくなる。一方、厚みが１５０μｍ以上では空隙１５の総量は増加するものの空隙１５の増加に見合った効果を期待することはできず、むしろ溶射加工の手間が増加することとなる。なお、プラズマ溶射加工によって形成される多孔性金属層１４の空隙割合（多孔性金属層全体の体積に対する空隙１５の割合であり、気孔率ともいう）は１０％程度であり、これはプラズマ溶射加工における空隙率として一般的な値である。

続いて、側面用型枠３を例としてその型枠用鋼板１０に対するステンレス溶射加工方法について説明する。
溶射材料となるＳＵＳステンレスは粉体のもの（いわゆるステンレスパウダー）を用いる。この粉体の大きさは直径が４０〜１００μｍ程度のものを用いるとプラズマスプレイ機への供給が容易であるとともに溶射の際に金属粉体が溶融しやすく、空隙１５に富む（空隙割合が目的範囲となる）多孔性金属層１４が形成されることとなるため好ましい。なお、ステンレスパウダーは各種大きさのものが市販されておりこれを用いればよい。

まず、溶射加工を施すための事前準備を行う。型枠用鋼板１０の背面側に縁材１１及び補強用リブ１２を設置した状態（図２に示す状態）とし、その型枠用鋼板１０表面に製造時の炭素膜が残存している場合などは必要に応じて脱脂処理を施す。続いて、型枠用鋼板１０の溶射加工面となる表面以外の部分をマスキングし、溶射加工面へブラスト加工を施す。このブラスト加工は溶射加工面に対してアルミナ粉末等を吹きつけることにより溶射加工面に微細な凹凸を形成するものであり、溶射加工の際に溶射材料が型枠用鋼板１０の表面に強固に密着することを目的とするものである。なお、このブラスト加工により型枠用鋼板１０の表面がある程度削られるため前述の脱脂処理を行うことなくブラスト加工にて炭素皮膜の除去を兼ねることも可能である。

本実施形態におけるプラズマ溶射加工にはガスプラズマスプレイ機２１を使用する（図４）。このガスプラズマスプレイ機２１は、内部に電極２２とガス供給部２３とを備え、プラズマフレームＦを吹き出す噴射ノズル２４と同噴射ノズル２４に近接して設けられプラズマフレームＦ中に溶射材料を供給する供給ノズル２５とを備えている。

溶射材料であるステンレス粉末はアルゴンガス等のキャリアガスとともに供給管２６を通って供給ノズル２５からプラズマフレームＦ中へと導入される。
プラズマフレームＦは極めて高温（例えば摂氏１００００度程度）であるため、プラズマフレームＦ中へ導入されたステンレス粉末は直ちに溶融し、更に細分化或いは変形しながらプラズマフレームＦの噴流に乗って型枠用鋼板１０の表面に対して吹き付けられ、型枠用鋼板１０の表面上に溶射による皮膜層（多孔性金属層１４）を形成していく。なお、加工時には型枠用鋼板１０の表面に対する溶射位置を連続的に移動しながら繰り返し溶射を行い、型枠用鋼板１０の表面全体に万遍なく多孔性金属層１４を形成させていく。

また、プラズマ溶射加工の際には、型枠用鋼板１０の面に対して直交する方向からプラズマフレームＦを吹き付けるようにするが、型枠用鋼板１０を地面に垂直に立てた状態で行っても或いは型枠用鋼板１０を地面に水平に設置した状態で行ってもよく、ガスプラズマスプレイ機２１の噴射方向や作業時の都合に合わせて設定すればよい。型枠用鋼板１０表面上へのプラズマ溶射加工が終了すると、形成された多孔性金属層１４の粗度（表面粗さ）を調整するための仕上げ加工（ペーパー研磨等）を行い、これにより多孔性金属層１４を備えた側面用型枠３が完成する。

他方の側面用型枠３、上面用型枠２及び下面用型枠４，４に用いる型枠用鋼板１０に対しても同様のプラズマ溶射加工を行うが、型枠用鋼板１０によっては一枚の面積が大きい場合などはいくつかの区域に分割してプラズマ溶射加工を施してもよい。

上記実施形態の多孔性金属層１４を備えた型枠用鋼板１０及びその製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、コンクリート打設用型枠１の型枠面となる型枠用鋼板１０の表面に多孔性金属層１４を形成した。このため、多孔性セラミック層を形成した場合に比して弾性に富み、皮膜層の破損を低減することができ、繰り返しの使用に耐えることができる。

（２）型枠用鋼板１０上にステンレスを材料とする多孔性金属層１４を溶射により形成している。型枠用鋼板１０と多孔性金属層１４のいずれも金属であるため、型枠用鋼板にセラミックを溶射する場合に比してより密着性に優れたものとなり、型枠用鋼板とセラミック層の間に用いる場合があったバインディング層が不要となる。

（３）ステンレスはセラミックに比して融点が低いため、プラズマ溶射加工が容易である。また、プラズマ溶射加工では多孔性金属層１４の表面粗さが小さくなり、溶射後に行う仕上げ加工（ペーパー研磨等）が容易になる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ コンクリート打設用型枠１の外板として使用する型枠用鋼板１０に表面から背面に貫通する細幅の溝１６を形成しても良い。

多数の上記溝１６を形成した型枠用鋼板１０の表面（図５（ａ））に対してプラズマ溶射加工を施すと、溝１６を覆う形で多孔性金属層１４が形成される（図５（ｂ））。
このように形成された型枠用鋼板１０を用いたコンクリート打設用型枠１は、表面側と背面側とが多孔性金属層１４の空隙１５及び型枠用鋼板１０に形成された溝１６を介して連通することとなる。このためコンクリート打設時にはコンクリートの打設圧及び自重によりコンクリート内の水分のみが多孔性金属層１４の空隙１５及び溝１６を介して型枠の背面側から漏出する。特に、溝１６は多孔性金属層１４によって覆われているため、多孔性金属層１４がコンクリート中の水のみを通すフィルターとして機能することとなり、打設されたコンクリートの仕上がり面はなめらかなものとなる。

なお、溝１６の幅は１００μｍ〜３００μｍの範囲が好ましい。これより細い幅ではプラズマ溶射加工を行う際に溶射材料（ステンレス粉末）によって溝１６が更に埋まってしまい製品として排水効率が悪くなる。また、逆に溝１６の幅が広いとプラズマ溶射加工の際に溶射材料である金属粉体が溝１６を通り抜けてしまい溝１６を覆うように多孔性金属層１４を形成することが困難となる。

また、溝１６の長さや形状更に設置数等についての制限は特にないが、溝１６を形成することにより型枠の強度を低下させることにもなるためコンクリート打設用型枠１としての強度を維持することができる程度に抑えることも必要となる。

○ 上記実施形態では型枠用鋼板１０の背面に縁材１１、補強用リブ１２等を取り付けた状態でプラズマ溶射加工を行っているが、縁材１１、補強用リブ１２等を取り付ける前にプラズマ溶射加工を行い、その後に背面へのこれらの部材の取り付け作業を行ってもよい。

○ 上記実施形態ではトンネルＴのコンクリート打設用型枠１について説明したが、トンネル以外に用いるコンクリート打設用型枠、例えばダム、橋脚、高層建築物等に用いる型枠用鋼板に対して多孔性金属層１４を形成してもよい。

○ 上記実施形態では、溶射加工としてプラズマ溶射加工を行っているが、その他にフレーム溶射或いはアーク溶射加工により多孔性金属層を形成してもよい。これらの方法によっても型枠用鋼板１０に多孔性金属層１４を形成させることができる。

本発明の一実施形態のコンクリート打設用型枠の正面図。 側面用型枠の型枠用鋼板の斜視図。 図２のＡ−Ａ断面の拡大図。 プラズマ溶射機の概略図。 他の実施形態の型枠用鋼板の正面図、（ａ）は溶射加工を施す前、右は左図のＢ−Ｂ断面拡大図、（ｂ）は溶射加工を施した後、右は左図のＢ−Ｂ断面拡大図。

符号の説明

１・・コンクリート打設用型枠、３・・側面用型枠、１０・・型枠用鋼板、１４・・多孔性金属層、１５・・空隙、１６・・溝、Ｔ・・トンネル。

Claims (5)

1. コンクリート打設用型枠の型枠面を構成する鋼板表面に多孔性金属層を有することを特徴とする型枠用鋼板。
2. 前記多孔性金属層は鋼板表面に対してフレーム溶射、アーク溶射又はプラズマ溶射により形成された皮膜層であることを特徴とする請求項１に記載の型枠用鋼板。
3. 前記鋼板には表面から背面に貫通する溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の型枠用鋼板。
4. コンクリート打設用型枠の型枠面を構成する鋼板表面に対して金属粉体をフレーム溶射、アーク溶射又はプラズマ溶射することにより、前記鋼板表面に多孔性金属層からなる皮膜層を形成することを特徴とする型枠用鋼板の製造方法。
5. 前記溶射の前に、鋼板表面に対してブラスト加工を施すことを特徴とする請求項４に記載の型枠用鋼板の製造方法。

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