JP2007039923A - 耐火パネル - Google Patents

Abstract

【課題】パネル本体と埋設されたナット部材との熱膨張率の相違によりパネル本体に亀裂が生じるのを防止するとともに、動風圧によるナット部材の損傷を防止し、さらに耐汚損機能及び視線誘導機能を持たせる。
【解決手段】無機質材からなるパネル本体１６に埋設するナット部材７をセラミックスにより形成するとともに、ナット部材７の外形形状を曲面状に形成する。又、パネル本体１６における埋設したナット部材７の開口面と反対側の面に琺瑯層１２ｄを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、コンクリート構造物の表面に装着する耐火パネルに係り、例えばシールドトンネル等のトンネルの覆工内面へ装着する耐火パネルに関するものである。

例えば、シールドトンネルにおいては、トンネル内面の覆工材としてコンクリート製のセグメントが一般的に用いられている。また、最近は、この種のシールドトンネルを耐火構造とすることが求められており、その耐火構造としては、セグメント内面に直接耐火材料を吹き付け、塗布して耐火構造とするもの、あるいは耐火パネルを装着するものが知られている。

例えば、耐火パネルを装着するものとしては、特許文献１が知られており、これについて説明すると、図７において、１は既設のシールドトンネルであり、地山の内面に鉄筋コンクリートパネル、あるいは鉄とコンクリートとの合成パネル等からなる一次覆工体（コンクリート構造物、コンクリートセグメント）２を環状に構築して、トンネル内壁が構築されている。一次覆工体２内には床スラブ３が打設されており、床スラブ３の上面が自動車走行用の道路床４となる。又、一次覆工体２の内面には耐火パネル５が配設され、耐火パネル５は断熱材とその内側にボルトにより取り付けられた金属板とにより形成されている。２ａ，５ａは一次覆工体２の目地部及び耐火パネル５の目地部である。

しかし、このように、耐火パネルの取付部材がトンネルの内面側に露出していると、火災時に取付部材が火炎や熱に直接曝され、耐火性の劣化に影響することから、取付部材が表面に露出しないように工夫したものもある。例えば、特許文献２においては、耐火パネルを固定する金属ボルトの頭部を耐火パネル内に埋没して耐火性の目地材で被覆し、金属ボルトの頭部がトンネル内周面に露出しないようにしている。又、特許文献３は、上記のような目地作業を改善したものであり、耐火パネルの取付において取付部材がトンネル内面側に露出しないように、ナット部材がパネル本体に埋設されている。
特開２００２−２０１８９６号公報 特開２００１−３１１３９５号公報 特開２００４−２３８８７３号公報

特許文献３によれば、トンネルの内面側に耐火パネルの取付部材は露出しないが、パネル本体にナット部材を埋設する必要がある。このナット部材の材質や形状については開示されていないが、円筒状で一端に円板状の鍔部を備えた形状から推察すると、金属製であると思われる。一方、耐火パネルのトンネル内面側は、例えば１２００℃に１時間曝されても耐火、耐熱性があることが求められており、次のような課題があった。即ち、加熱されたパネル本体の熱はパネル本体で吸収されるが、熱の一部はナット部材及びボルトを介してセグメント側に伝わる。このため、ナット部材は集中して加熱されることになり、パネル本体と埋設されたナット部材との熱膨張の違いにより、膨張するナット部材によりパネル本体に亀裂が生じる可能性があった。又、ナット部材が角張った形状であることから、トンネル内を通過する車両による動風圧の影響により、パネル本体は振動を繰り返し、ナット部材の埋設力が低下する可能性があった。

そこで、発明者らは、ナット部材を熱膨張率がパネル本体と同程度の材料により形成し、また動風圧の影響による振動の影響を受け難くするために、ナット部材の外形形状を曲面状の滑らかな形状にすることにより、上記課題を解決できることに着目した。即ち、ナット部材をセラミックスにより形成することにより、パネル本体との熱膨張率を近似させることができ、ナット部材の存在によりパネル本体に亀裂が生じるという課題を解決することができ、またナット部材が滑らかな曲面からなる部材であることから、振動による損傷を防止することができることに着目した。

さらに、トンネル内においては、耐火構造の他に、安全な車両走行を確保することを目的として、トンネル下部の内壁面に視線誘導手段が設けられている。即ち、トンネル内には、視線誘導手段として、トンネル内の照明灯、ヘッドライト等による可視光を反射させるために、例えば琺瑯鋼板が設けられ、この琺瑯鋼板は耐汚損性の点からも用いられている。しかし、琺瑯鋼板は視線誘導及び汚損対策には効果的であるが、耐火性には欠けるものであった。
そこで、発明者らは、耐火特性を得るために必須の耐火パネルに、耐汚損機能及び視線誘導機能の両機能を付加することに着目した。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、パネル本体の亀裂の発生を防止することができるとともに、動風圧の影響による振動によりナット部材が損傷するのを防止することができ、さらに耐汚損機能及び視線誘導機能を備えた耐火パネルを得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る耐火パネルは、無機質材からなるパネル本体と、コンクリート構造物の表面側に開口し、かつパネル本体に埋設された複数のナット部材とを備え、コンクリート構造物の表面に装着する耐火パネルであり、ナット部材をセラミックスにより外形形状を曲面状に形成するとともに、パネル本体のナット部材の開口側の反対面側に琺瑯層を設けたものである。

請求項２に係る耐火パネルは、琺瑯層が、琺瑯鋼板の表面に形成されているものである。

請求項３に係る耐火パネルは、パネル本体が、水硬化反応による無機質材からなる結合体であるものである。

請求項４に係る耐火パネルは、ナット部材が、一端が開口するとともに他端が閉鎖した半円筒状であり、軸方向略中央部の外径をＤ、開口側端部の外径をＤ１、閉鎖側端部の外径をＤ２として、Ｄ＞Ｄ１，Ｄ２とし、中央部と両端間を凸曲面状に形成したものである。

請求項５に係る耐火パネルは、ナット部材が、袋ナットであるものである。

以上のようにこの発明によれば、ナット部材をセラミックスにより形成したので、熱膨張率をパネル本体と近似したものとすることができ、パネル本体とパネル本体に埋設したナット部材との熱膨張率の相違により火災時の加熱によりパネル本体に亀裂等が生じるのを防止することができる。又、ナット部材の外形形状を曲面状に形成したので、振動による損傷を防止することができる。さらに、パネル本体においては、ナット部材の開口側即ちトンネルの内表面側（コンクリートセグメント側）の反対面側に琺瑯層を設けており、この琺瑯層によって通常時の排気ガス等による汚損の清掃が容易となって、耐汚損効果を有し、またこの琺瑯層によって可視光を反射させて視線誘導効果が得られる。しかも、火災時には琺瑯層は損傷を受けるが、背後には耐火性のパネル本体を備えているので、背後のコンクリートセグメントに損傷を及ぼすことはなく、従って、通常時及び火災時において安定、安全な耐火パネルを得ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図２（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施最良形態による曲面状の耐火パネルの製造方法の説明図であり、曲面状の耐火パネルはトンネルの内表面である曲面状のコンクリート構造物の表面（内面）に装着される。曲面状の型枠６にはコンクリート構造物の表面側に開口するとともに、パネル本体内に埋設される複数のナット部材７が取り付けられる。図２（ａ）において、６は金属製の中空型枠であり、実際には曲面状に形成され、その上部凸曲面側に複数の耐火原料の圧入口６ａを有する。型枠６は搬送ローラ８により搬入されるが、図２（ｂ）に示すように型枠６は凹面を下部側にして搬送側面ガイド９により案内されて搬送される。次の原料圧入工程においては、型枠６の上部凸面側の原料圧入口６ａから所定の原料素材を混合調合した耐火原料を圧入する。耐火原料は、主成分の骨材と、結合材である水硬性無機質材と、靭性化付与繊維質材とを含む無機質材からなる。骨材としては、コーディエライト等を用い、水硬性無機質材としてはアルミナセメント又は高炉セメント等を用いる。靭性化付与繊維質材は耐アルカリ性の繊維であり、ポリビニルアルコール系繊維等を用いる。そして、これらの各材料を有水下で混練して水硬性混和物を得る。次に、水硬性混和物の圧入中及び圧入後に図２（ｃ）の振動工程においては、型枠６又は搬送側面ガイド９に直接振動を与え、気泡の除去を行い、型枠６内の原料充填を確実に行う。振動を付与するものとしては、コンクリートバイブレータとして一般的に使用されているものを使用する。例えば、特開２０００−２７４４０号公報等により知られているもの又は加振機である。次に、圧入された水硬性混和物の粘性が増大する前に水蒸気養生し、水硬性混和物の自硬化後、脱型して、ナット部材７が埋設されたパネル本体を得る。従って、パネル本体は水硬化反応による無機質材からなる結合体である。

図１（ａ）は図２（ｂ）のＡ部拡大展開断面図を示し、型枠６は一方の上側凸曲面側部分（蓋状部分）６ｂと他方の下側凹曲面側部分（容器状部分）６ｃとをボルト１０により一体化されており、型枠６の一方の上側凸曲面側部分６ｂの内面側にはナット部材７が固定ボルト１１により取り付けられ、型枠６の内部には耐火原料充填空間６ｄが形成されている。パネル本体の脱型（取り出し）に際しては、ボルト１０，１１を取り外して型枠６の一方の上側凸曲面側部分６ｂを除去し、パネル本体に埋設されたナット部材７に吊具を装着し、パネル本体を吊り上げるか又は及び型枠６の他方の下側凹曲面側部分６ｃを下降させ、パネル本体を取り出す。

原料圧入口６ａは図示しない空気孔を有するとともに、図１（ａ）のＢ部拡大図である図１（ｂ）に示すように蝶番６ｅを介して開閉自在な開閉蓋６ｆが設けられ、また開閉蓋６ｆを原料圧入口６ａにロックするロック部６ｇが設けられる。

又、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ部拡大図を示し、型枠６の容器状の他方の下側凹曲面側部分６ｃ内に内装材となる琺瑯鋼板１２を設ける。内装材が不要なトンネルの中・上部に設置する耐火パネルの場合には、琺瑯鋼板１２は不要である。琺瑯鋼板１２は、トンネル内の全面に適用してもよいが、高価となるので、トンネル内の下部（車道に近接した側部の部分）に設置し、排気ガス等の汚損に対する清掃が容易に行えるようにしている。又、トンネル内には、視線誘導効果のために、トンネル内の照明灯、ヘッドライトによる可視光を反射させるために、琺瑯鋼板１２が適用されている。琺瑯鋼板１２はステンレス鋼板１２ａの内面側にステンレス製の金属メッシュ等の固定強化部材１２ｂを点溶接部１２ｃにより溶接した後、ステンレス鋼板１２ａの外面側、即ちナット部材７の開口側の反対面側に琺瑯層１２ｄを施す。固定強化部材１２ｂは、琺瑯鋼板１２と耐火層との結合力を確保するために設ける。固定強化部材１２ｂとしては、金属メッシュに限らず、棒状のアングル材やチャンネル材等でもよい。金属メッシュを使用した場合には、波状に加工して、結合力を一層強固にする。なお、琺瑯層１２ｄをパネル本体に直接設けることも可能である。又、耐汚損性及び視線誘導効果の向上のために、琺瑯鋼板１２を設けたが、琺瑯鋼板１２以外のものを用いてもよい。このように、型枠６の他方の下側凹曲面側部分６ｃの内底面に琺瑯鋼板１２を設けた後、一方の上側凸曲面側部分６ｂに固定ボルト１１によりナット部材７を取り付け、一方の上側凸曲面側部分６ｂを他方の下側凹曲面側部分６ｃにボルト１０により取り付ける。

図１（ｄ）は図１（ａ）のＤ部拡大図、図１（ｅ）はさらにその一部拡大図を示し、型枠６の一方の上側凸曲面側部分６ｂの内壁面には断面蟻溝状の凹部穴６ｈが設けられるとともに、一方の上側凸曲面側部分６ｂの上側から凹部穴６ｈに貫通するボルト貫通孔６ｉが設けられ、凹部穴６ｈには断面台形状のゴムパッキン１３を嵌合するとともに、両者の間を接着剤１４で接着し、ゴムパッキン１３の脱落を防止する。ゴムパッキン１３は流動性がある耐火原料がナット部材７内に浸入するのを防止するためのシール部材である。ゴムパッキン１３には、例えば、硬度７０〜９０°のＳＢＲ（スチレン・ブタジェン・ラバー）を使用する。ナット部材７はアルミナセラミックス焼結体により外径形状を曲面状に形成する。又、ナット部材７は一端が開口するとともに、他端が閉鎖した半円筒状の袋ナットに形成し、軸方向略中央部の外径をＤ、開口側端部の外径をＤ１、閉鎖側端部の外径をＤ２として、Ｄ＞Ｄ２≧Ｄ１とし、中央部と両端間を凸曲面状に形成する。ナット部材７の外周には切欠した回り止め７ａを設け、固定ボルト１１を型枠６のボルト貫通孔６ｉ及びゴムパッキン１３の挿通孔１３ａに挿通し、ナット部材７に螺合して、ナット部材７を型枠６の一方の上側凸曲面側部分６ｂの内壁面に取り付け、型枠６の一方の上側凸曲面側部分６ｂと他方の下側凹曲面側部分６ｃとをボルト１０により接合し、耐火原料充填空間６ｄに耐火原料を充填固化する。

図７に示すように、耐火パネル５は一次覆工体２であるコンクリートセグメントの内面に取り付けられるので、ナット部材７の型枠６に対する取付位置は、基本的にはコンクリートセグメントとの関係で決まる。又、琺瑯鋼板１２を設置している場合には、固定強化部材１２ｂの存在によりナット部材７の埋設効果が影響を受けないように、固定強化部材１２ｂとの干渉を避ける必要がある。固定強化部材１２ｂが金属メッシュの場合には、図１（ａ）に示すように、波状の金属メッシュ１２ｂとの距離が離れた位置、即ち波の谷に対向する部分に取り付ける。又は、図３に示すように金属メッシュ１２ｂのメッシュ線間の中央部分に取り付ける。
図４（ａ）は上記のようにして製造された耐火パネル１５の一例を示し、曲面状に形成されたパネル本体１６は、曲率半径が５５５０ｍｍ、幅が１５５０ｍｍ、高さが１１５０ｍｍ、厚さが２７ｍｍであり、ナット部材７は二個一組で計６箇所に埋設する。又、図４（ｂ）はシールドトンネル１を水平に切断した場合の一次覆工体（コンクリートセグメント）２に対する耐火パネル１５の取付構造を示し、一次覆工体２にもセラミックス製で、かつナット部材７と相似形で大きいナット部材１７を埋設し、このナット部材１７に固定金具１８をボルト１９により取り付ける。一方、耐火パネル１５の一組のナット部材７間に取付金具２０をボルト２１により取り付ける。図５（ａ）は固定金具１８の斜視図を示し、コ字状の本体部１８ａの端部から上下に折曲して突出した係合部１８ｂが設けられるとともに、本体部１８ａの中央部にボルト１９の挿通孔１８ｃが設けられ、この挿通孔１８ｃに挿通したボルト１９を一次覆工体２のナット部材１７に螺着することにより固定金具１８を一次覆工体２に取り付ける。固定金具１８の係合部１８ｂは下側の方が長い。

図５（ｂ）はシールドトンネル１を縦に切断した場合の一次覆工体２に対する耐火パネル１５の取付構造を示し、上部側の耐火パネル１５に取り付けた取付金具２０及び下部側の耐火パネル１５に取り付けた取付金具２０に固定金具１８の上下の係合部１８ｂを挿入するとともに、耐火パネル１５と固定金具１８の係合部１８ｂとの間に板ばね２２を挿入して、金具１８，２０間を固定する。

一次覆工体２に対する耐火パネル１５の取付作業について図６により改めて説明すると、図６において、下部側の耐火パネル１５の下部は既に覆工体２側の固定金具１８及びたいかパネル１５側の取付金具２０を介して覆工体２側に固定されている。ここで、下部側の耐火パネル１５の上部にボルト２１により取り付けた取付金具２０に覆工体２に取り付けた固定金具１８の下部の係合部１８ｂを挿入し、耐火パネル１５と下部の係合部１８ｂとの間に板ばね２２を挿入して、金具１８，２０を固定し、下側の耐火パネル１５を固定する。次に、上部側の耐火パネル１５の下部に取り付けた取付金具２０に覆工体２側の固定金具１８の上部の係合部１８ｂを挿入し、耐火パネル１５と上部側の係合部１８ｂとの間に板ばね２２を挿入して、金具１８，２０間を固定し、上部の耐火パネル１５の下部を固定する。以後、同様にして、覆工体２の内壁に順次、耐火パネル１５を取り付ける。

以上のように、上記実施最良形態においては、パネル本体１６に埋設したナット部材７をセラミックスにより形成したので、熱膨張率を無機質材からなるパネル本体１６と近似したものとすることができ、パネル本体１６とナット部材７との熱膨張率の相違により火災時の加熱によりパネル本体１６に亀裂等が生じるのを防止することができる。又、ナット部材７の外形形状を曲面状に形成したので、振動による損傷を防止することができる。さらに、パネル本体１６においては、ナット部材の開口側即ちトンネルの内表面側（コンクリートセグメント側）の反対面側に琺瑯層１２ｄを設けており、この琺瑯層１２ｄによって通常時の排気ガス等による汚損の清掃が容易となって、耐汚損機能を有し、またこの琺瑯層１２ｄによって可視光を反射させて視線誘導効果が得られる。しかも、火災時には琺瑯層１２ｄは損傷を受けるが、背後には耐火性のパネル本体１６を備えているので、背後のコンクリートセグメントに損傷を及ぼすことはなく、従って、通常時及び火災時において安定、安全な耐火パネル１５を得ることができる。

図２（ｂ）のＡ部拡大展開断面図、図１（ａ）のＢ部拡大図、Ｃ部拡大図、Ｄ部拡大図及びその一部拡大図である。 この発明の実施最良形態による耐火パネルの製造方法の説明図である。 この発明の実施最良形態によるナット部材の金属メッシュに対する配置関係の説明図である。 この発明の実施最良形態による耐火パネルの斜視図及び一次覆工体に対する耐火パネルの取付構造の横断平面図である。 この発明の実施最良形態による固定金具の斜視図及び一次覆工体に対する耐火パネルの取付構造の縦断正面図である。 この発明の実施最良形態による一次覆工体に対する耐火パネルの取付作業の説明図である。 特許文献１に示されたシールドトンネルの斜視図である。

符号の説明

１…シールドトンネル
２…一次覆工体
６…型枠
７…ナット部材
１１…固定ボルト
１２…琺瑯鋼板
１２ｄ…琺瑯層
１５…耐火パネル
１６…パネル本体

Claims (5)

1. 無機質材からなるパネル本体と、コンクリート構造物の表面側に開口し、かつパネル本体に埋設された複数のナット部材とを備え、コンクリート構造物の表面に装着する耐火パネルであり、ナット部材をセラミックスにより外形形状を曲面状に形成するとともに、パネル本体のナット部材の開口側の反対面側に琺瑯層を設けたことを特徴とする耐火パネル。
2. 琺瑯層は、琺瑯鋼板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の耐火パネル。
3. パネル本体は、水硬化反応による無機質材からなる結合体であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐火パネル。
4. ナット部材は、一端が開口するとともに他端が閉鎖した半円筒状であり、軸方向略中央部の外径をＤ、開口側端部の外径をＤ１、閉鎖側端部の外径をＤ２として、Ｄ＞Ｄ１，Ｄ２とし、中央部と両端間を凸曲面状に形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の耐火パネル。
5. ナット部材は、袋ナットであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の耐火パネル。

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