JP2015004256A - 遊間止水材 - Google Patents
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Abstract
Description
この遊間止水材M′は、伸縮装置の遊間の伸縮変位を体積変化で吸収する伸縮フォーム層F′を基材とし、その上表面及び両側面に亘って柔軟な止水シートL′を被覆配備し、さらに、その止水シートL′の上表層面に、連続気泡フォーム材の保護層C′を積層配備するようにしている。
この遊間止水材M′の上表層の波型凹凸変形の繰り返し運動は、遊間止水材M′の上表層に浸入した土砂を、その凹凸溝の一か所に集中堆積させる作用をし、伸縮装置のフェイスプレートと遊間止水材M′の上層面との間に土砂の堆積滞留層を形成し、遊間止水材M′の接着固定部を破壊し、漏水や遊間止水材M′の落下を助長するという問題があった。
すなわち、遊間がせん断変位した場合、遊間止水材M′の止水シートL′は、せん断伸張されており、その状態で遊間の伸縮方向の幅寸法wが伸縮すると、止水シートL′に過剰な伸張力が掛かり、遊間止水材M′の接着界面に剥離応力が作用して、接着剥離による漏水及び接着固定の破壊による止水材の落下要因となる。
そのため、伸縮追随性が低く、その変形応力も高いため、遊間壁の接着固定界面には変形歪応力が集中し、接着界面の破壊を招くという問題があった。
この遊間止水材Eは、硬質で高弾性の空気通過抵抗の低い発泡連続気泡スポンジ材で形成したバックアップ層Bを構成基材とし、その上にバックアップ層Bより軟質で低弾性の気泡間皮膜を破断して形成した皮膜亀裂によって気泡間を連通してなる疎水性発泡連続気泡スポンジ材からなる止水層Qを配備し、さらに、その上に止水層Qよりさらに軟質で低弾性の発泡連続気泡スポンジ材で形成した保護層Cを配備し、全体を接着剤等によって積層、一体化してなるものである。
この遊間止水材Eは、上記第1実施例の遊間止水材Eのバックアップ層Bの遊間壁と対向する側の側面に、吸水ゲル化膨張性連続気泡スポンジ材からなる側面止水層Gを配備し、全体を接着剤等によって一体化してなるものである。
この吸水ゲル化膨張性連続気泡スポンジ材からなる側面止水層Gは、遊間壁の不陸凹凸を吸収し、気密密着接着性を高めるとともに、接着界面に雨水等が浸入した場合、この側面止水層Gを構成する吸水ゲル化膨張性連続気泡スポンジ材が雨水を吸収、ゲル化して遮水し、さらに膨張して雨水浸入隙間を密閉し、接着界面からの浸入水を完全に遮水できる。
この吸水ゲル化膨張性連続気泡スポンジ材は、厚さ3.0mmで、気孔率:89%、吸水膨張率:180%(水中に浸漬後、10分経過時の後の体積/当初の体積)であり、また、引張力:0.16MPa、伸び:250%、湿熱老化(70℃×90%RH×24時間)引張力変化:−7.0%、伸び変化:0(試験方法:JIS K−6400)である。
この疎水性発泡連続気泡スポンジ材は、厚み15mmで、気孔率は90%(スポンジ材の密度から算出)、連続気泡率は75%(50%エタノール水溶液含浸量から算出)であり、また、引張力:0.13MPa、伸び:320%、圧縮応力:0.6×10−2MPa(試験方法:JIS K−6400)である。
また、スポンジ材Aの物理特性(試験方法:JIS K6400−2に準じる。)は、引張力:0.13MPa、100%伸張応力:0.04MPa、伸び:320%、40%圧縮応力:0.6×10−2MPa、最大破壊圧縮率:95%以上であった。
具体的には、上記板状素材を、必要に応じて、60〜80℃に加熱しながら、例えば、周速1〜10m/minで等速回転する2本のロールを備えたロール機を用い、ロール間隙を25mmに設定して1回〜数回程度通過させることにより圧縮処理を施すことで、独立気泡1を隔てる気泡間皮膜S0を亀裂破断(予備破断)させて、皮膜亀裂Vを予備形成する。
次に、上記皮膜亀裂Vの予備形成処理を行った板状素材を、50%エチルアルコール処理溶液に浸漬し、処理溶液を板状素材中に含浸させるようにする。
この状態の板状素材を、2枚の面状の圧縮板を備えたプレス機を用い、例えば、圧縮速度100〜1000mm/minで、含浸させた処理溶液を絞り出させるように圧縮処理を行う。
圧縮処理は、例えば、60〜80%圧縮を1回〜数回程度、80〜90%圧縮を1回〜数回程度、加圧と除圧を繰り返すことで、独立気泡1を隔てる気泡間皮膜S0を亀裂破断させて、皮膜亀裂Vを形成する。
なお、圧縮処理を行ったスポンジ材Aは、必要に応じて、脱水、乾燥処理を行うようにする。
これにより、気泡2の内面が撥水剤で処理されることとなり、気泡2内に水が浸入することを阻止し、止水性をさらに向上することができる。
また、独立気泡1を含む全気泡の体積率を85〜95%とすることにより、気泡の体積率が高いことで、変形方向性がより自由となり、より変形量が大きく、変形応力が低く、伸縮対応性が高いものとなる。
また、全気泡に対する皮膜亀裂によって連通された気泡2の割合を70%以上とすることにより、伸縮変移に対して自身の体積変化で追随し、その変形応力は低く、大きな変形量で自由変形方向に追随するものとなる。
これらによって、スポンジ材Aは、止水材として、図3に示すような複雑な動的方向や振幅量の異なる2物体の間隙を含む動的隙間等に挿入することによって、動的隙間等の動的変移に容易に追随し、かつ、動的隙間等への水の浸入や動的隙間等からの漏水を防止することができる。
そして、この発泡連続気泡スポンジ材は、具体的には、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDMゴム)からなるスポンジ材で、気孔率:85%(スポンジ材の密度から算出。)、引張力:0.40MPa、伸び:160%、圧縮応力:0.5×10−2MPa(試験方法:JIS K−6400)である。
このスポンジ材Dは、保護層Cとして適用した場合に、完全連通気泡3には容易に雨水が浸入するが、浸入した雨水は、各気泡個々の中に滞留しており、例えば、寒冷低温環境では凍結するが、気泡個々内に浸入している雨水の凍結であり、単独粒状凍結となるため、伸縮変位に対して追随することができる。すなわち、遊間止水材Eは寒冷地においても伸縮遊間止水材として機能する。
この遊間止水材Eに、図5−1に示すように圧縮変形を与えると、その圧縮過程において、構成する連続気泡個々が、遊間止水材Eの外側面から順次圧縮変形され、外側部からスポンジ材の密度を高くし、高弾性化するとともに、バックアップ層Bの外側面(接着界面の幅(=バックアップ層Bの厚さh))から順次内部に向かって圧縮弾性エネルギf1、f2が蓄積して行く。さらに、遊間止水材Eに圧縮変形が加わると、外側部からの圧縮弾性エネルギf1、f2は大きくなり、中央部のスポンジ材の密度や弾性エネルギが高くなり、バックアップ層Bの圧縮弾性エネルギf1、f2が中央で衝突し、両側の圧縮弾性エネルギf1、f2が均衡状態となる。この両側の均衡した圧縮弾性エネルギf1、f2の分布が、バックアップ層Bの接着界面の幅の水平上面側と下面側においてバランスがとれていると、遊間止水材Eは正常な形態を堅持する。
一方、図5−2に示すように、遊間壁に接着固定する両側面の接着幅の上下面の圧縮弾性エネルギf1、f2が伸縮軸平面に対して並行バランスを崩すと、圧縮弾性エネルギf1、f2は遊間の伸縮方向の中央を起点とした屈折回転モーメントMに転換し、圧縮座屈変形を起こす。この両側部の圧縮弾性エネルギf1、f2の上下伸縮軸面並行バランスの崩れによる屈折回転モーメントMへの転換は、遊間止水材Eの伸縮方向の幅寸法wと遊間壁との接着界面の幅(=バックアップ層Bの厚さh)との寸法比率によって、難易度が異なり、遊間止水材Eの伸縮方向の幅寸法wに対して、接着界面の幅が小さくなると上下の圧縮弾性エネルギf1、f2の並行バランスの崩れが容易に屈折回転モーメントMに転換する。
図3及び図4に示す第1及び第2実施例の遊間止水材Eはこれを防止するために、遊間止水材Eのバックアップ層Bの厚さhを、遊間止水材Eの遊間の伸縮方向の幅寸法wを基準として、0.35w以上とすることで、座屈変形を阻止するようにしている。
より具体的には、バックアップ層Bの中央部B2と両側部B1の2種類の縦並行配列とし、その配備構成比は、中央部B2の伸縮方向の幅寸法w2は遊間止水材Eの伸縮方向の幅寸法wの0.5w(0.4〜0.6w)とし、また両側部B1の伸縮方向の幅寸法w1は遊間止水材Eの伸縮方向の幅寸法wの0.25w(0.2〜0.3w)とし、かつ中央部B2の弾性は、その表層に配備する止水層Qと同等又はそれ以上とし、また、両側部B1の弾性は中央部B2よりさらに高弾性の硬質スポンジ材とする。ここで、遊間止水材Eの伸縮方向の幅寸法wを210mmとした場合には、バックアップ層Bの両側部B1の伸縮方向の幅寸法w1=52.5mm、中央部B2の伸縮方向の幅寸法w2=105mmとする。両側部B1及び中央部B2を構成する発泡連続気泡スポンジ材は、エーテル系ウレタンスポンジ材からなり、両側部B1は、気孔率:75%(スポンジ材の密度から算出。)、40%圧縮応力:1.01×10−2MPa(試験方法:JIS K−6400)であり、中央部B2は、気孔率:68%(スポンジ材の密度から算出。)、40%圧縮応力:0.60×10−2MPa(試験方法:JIS K−6400)である。
この遊間止水材Eに、図6−2に示すように圧縮変形を与えると、遊間止水材Eに圧縮変形を与えると、その初期一次過程でバックアップ層Bの高弾性の両側部B1は変形せず、低弾性の中央部B2が先に圧縮変形し、両側部B1との境界面を起点とし、中央部B2が外側から順次内部に向かって、圧縮弾性エネルギf1、f2が発生し、中央部に伝達されて蓄積し、中央部が高密度高弾性部B2′を形成する。すなわち、この遊間止水材Eの初期一次圧縮過程での圧縮変形系の形状構造設計は、伸縮幅がw2(=0.5w)で、バックアップ層Bの外側面(接着界面の幅(=バックアップ層Bの厚さh))との関係で、h≧0.35wの構造系での伸縮変位となり、これを座屈変形対策安全設計基準に適用して解析すると、伸縮幅のw2に対してh≧0.7wの伸縮系構造設計となり、圧縮弾性エネルギf1、f2の屈折回転モーメントMに転換されにくく、この初期圧縮時点で座屈変形することはない。
また、この初期一次圧縮時点で中央部の高密度高弾性部B2′の状態は、図6−2に示すように、伸縮方向の幅寸法w2がw2′に圧縮され、高密度の圧縮弾性エネルギf1″、f2″が蓄積される。
さらに、図6−2に示すような遊間止水材Eに、図6−3に示すように追加二次圧縮を与える時点では、バックアップ層Bの両側部B1において、中央部の高密度高弾性部B2′は中央部壁部として作用し、各々その外側遊間壁接着界面と中央部の高密度高弾性部B2′は遊間壁との境界面の両側面を起点として、バックアップ層Bの両側部B1に、その層の幅中央に向かって順次圧縮が進行し、圧縮弾性エネルギf1″、f2″が蓄積し、密度の高い、高弾性のB1′層が形成される。
この圧縮変形系の形状構造設計は、伸縮幅がw1(=0.25w)で、バックアップ層Bの外側面(接着界面の幅(=バックアップ層Bの厚さh))との関係で、h≧0.35wの構造系での伸縮変位となり、これを座屈変形対策安全設計基準に適用して解析すると、伸縮幅のw1に対してh≧1.4wでの伸縮系構造設計となり、圧縮弾性エネルギf1′、f2′の屈折回転モーメントMへの転換が全く発生しない、安全率が高い設計となる。
すなわち、図6−1の構造の遊間止水材Eは、伸縮変形で全く座屈変形しない遊間止水材Eとなる。
遊間止水材Eの伸縮方向の幅寸法wを80mmとし、最大遊間70mmにこの遊間止水材Eを長さ750mmで製作して挿入セットし、その両端部250mmを約45°に折り曲げ、中央に水を溜め、伸縮速度を200mm/min、最大圧縮70%、最小遊間:24mmで360回伸縮漏水試験を行った。
その結果、表層面に波型凹凸溝の発生や湾曲変形も発生せず、また、遊間止水材E本体や、接着界面からの漏水も認められなかった。10%圧縮セットで伸縮スピードを200mm/minとし、55%伸縮量で300回の伸縮漏水試験を行い、漏水は認めなかった。
・遊間止水材Eは、図3及び図4に示す第1及び第2実施例のように、そのすべてが発泡連続気泡スポンジ材で構成されており、外力による変形は自身の構成気泡の変形で追随する。これにより、自由伸縮変形方向性を持ち、低変形応力で大きな伸縮変位に追随でき、また、表層土砂堆積の要因となる圧縮変形による遊間止水材Eの表層に波型凹凸溝が発生しない。また、遊間止水材Eを挿入、接着固定した側面の変形歪皺の発生を阻止し、接着界面の気密性を堅持して界面漏水を防止する。さらに、伸縮変形を自身が体積変化で追随できることで、遊間止水材Eを挿入、接着固定した固定部に伸縮変形による界面歪応力集中がなく、耐久性及び止水性の高い接着固定を可能とする。
・そのすべてが発泡連続気泡スポンジ材で構成された遊間止水材Eが伸縮変形した場合、スポンジ材の気泡内の空気は出入する。このとき、遊間止水材Eの保護層Cに雨水等が接している状態で伸縮変形すると、保護層C、止水層Q及びバックアップ層Bの大気接触面に内部減圧吸引力が作用するが、雨水等は止水層Qの疎水性による水の表面張力と構成気泡の亀裂皮膜による弁体機能で止水層Q内には容易に吸引されることはなく、一方、バックアップ層Bの下面大気接触側からは大気は容易に吸入され、内部減圧状態は解除されて遊間止水材Eが伸縮止水機能を堅持する。
・遊間止水材Eの高弾性のバックアップ層Bは、遊間止水材Eの上層に配備される他の低弾性で柔軟、低変形応力の止水層Qやさらに低弾性の保護層Cの支持材となり、遊間止水材Eを容易に伸縮装置遊間内に、正常で安定な状態に挿入接着固定することができる。また、これにより、遊間止水材Eの伸縮変形において、各構成材は高弾性のバックアップ層Bに他の軟質低弾性材が追随して変形することとなり、軟質材の表層に波型凹凸変形や伸縮座屈変形が発生することを阻止し、遊間内の浸入土砂堆積を抑止する。また、保護層Cは浸入する土砂等から止水層Qを保護している。
・保護層Cは、スポンジ材を構成する発泡気泡が、気泡間皮膜S0が発泡ガス通過孔Uによって気泡間連結された完全連通気泡3と独立気泡1の気泡間皮膜S0が皮膜亀裂Vで連通された気泡2及び一部の独立気泡1の3種の気泡構成で形成されている。そして、完全連通気泡3には容易に雨水が浸入するが、浸入した雨水は、各気泡個々の中に滞留しており、例えば、寒冷低温環境では凍結するが、気泡個々内に浸入している雨水の凍結であり、単独粒状凍結となるため、伸縮変位に対して追随することができる。すなわち、遊間止水材Eは寒冷地においても伸縮遊間止水材として機能する。
・遊間止水材Eのバックアップ層Bの両側接着界面に、吸水ゲル化膨張性連続気泡スポンジ材からなる側面止水層Gを配備した場合には、側面止水層Gが遊間壁の不陸凹凸を吸収し、気密密着接着性を高めるとともに、接着界面に雨水等が浸入した場合、側面止水層Gが雨水を吸収し、ゲル化して遮水し、さらに膨張して雨水浸入隙間を密閉し、接着界面からの浸入水を完全に遮水できる。
・道路橋伸縮装置の遊間に挿入、固定した遊間止水材Eが伸縮変形により、図5−2に示すように伸縮幅方向で座屈湾曲変形すると、伸縮装置のフェイスプレートと止水材表層面間に隙間が発生し、土砂が堆積滞留し、止水材接着固定部を破壊し、漏水及び止水材脱落を招くが、遊間止水材Eは、そのすべてが発泡連続気泡スポンジ材で構成されており、その構成材の高弾性部材であり遊間止水材Eの主構成基材であるバックアップ層Bに、他の軟質構成部材は追随して伸縮変形が行われる。
この場合、遊間止水材Eの遊間の伸縮方向と直交する長手方向の寸法Lは、数mm〜数十mm程度の任意の寸法に設定することができる。
これにより、遊間止水材Eを、幅員の大きな遊間に適用する場合に、現場に分割して構成した遊間止水材Eを搬入し、分割して構成した遊間止水材E、E同士を、現場で接着剤等を用いて接続部材Jを介して接続することができ、作業性及び施工精度を向上することができる。
これにより、隣接して配設した分割して構成した遊間止水材E、E同士の上下方向のずれを接続部材Jで吸収して、止水層Qによる止水性能を維持することができる。
B バックアップ層
B1 両側部(バックアップ層)
B2 中央部(バックアップ層)
Q 止水層
C 保護層
G 側面止水層
J 接続部材
Claims (7)
- 発泡連続気泡スポンジ材からなる保護層と、気泡間皮膜を破断して形成した皮膜亀裂によって気泡間を連通してなる疎水性発泡連続気泡スポンジ材からなる止水層と、発泡連続気泡スポンジ材からなるバックアップ層とを、一体に積層してなることを特徴とする遊間止水材。
- 保護層、止水層及びバックアップ層を構成する発泡連続気泡スポンジ材の弾性を、保護層、止水層、バックアップ層の順に高くなるように設定してなることを特徴とする請求項1記載の遊間止水材。
- バックアップ層の遊間壁と対向する側の側面に、吸水ゲル化膨張性連続気泡スポンジ材からなる側面止水層を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の遊間止水材。
- バックアップ層の厚さhを、遊間止水材の遊間の伸縮方向の幅寸法wを基準として、0.35w以上としたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の遊間止水材。
- バックアップ層を構成する発泡連続気泡スポンジ材を伸縮方向に分割して構成し、発泡連続気泡スポンジ材の弾性を、遊間の伸縮方向の側より外側が高くなるように設定してなることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の遊間止水材。
- 遊間止水材を遊間の伸縮方向と直交する長手方向に分割して構成し、該分割して構成した遊間止水材同士を、遊間止水材と同じ層構成からなる接続部材を介して接続したことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の遊間止水材。
- 接続部材の止水層の厚さを、遊間止水材の止水層の厚さより大きく設定してなることを特徴とする請求項6記載の遊間止水材。
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