JP2022001708A

JP2022001708A - 土系材料から成る構造物の構築方法

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Publication number: JP2022001708A
Application number: JP2020106625A
Authority: JP
Inventors: 隆祥平田; Takayoshi Hirata; 弘安片岡; Hiroyasu Kataoka; 彩西澤; Aya Nishizawa; 浩一杉本; Koichi Sugimoto; 匠小嶋; Takumi Kojima; さくら掛札; Sakura Kakefuda
Original assignee: Obayashi Corp; Obayashi Road Corp
Current assignee: Obayashi Corp; Obayashi Road Corp
Priority date: 2020-06-20
Filing date: 2020-06-20
Publication date: 2022-01-06
Anticipated expiration: 2040-06-20
Also published as: JP7455680B2

Abstract

【課題】従来型の土系材料から成る構造物よりも、高い強度、優れた施工性や耐久性を備える、土系材料から成る構造物の構築方法を提供する。【解決手段】水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤と、非水溶性エポキシ化合物とを混合して水分環境硬化型樹脂を製造するステップと、土系材料と前記水分環境硬化型樹脂とを混合して構造材を製造するステップと、前記構造材を構造物の構築箇所に均すステップと、均された前記構造材に散水して水締めするステップと、を少なくとも有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、土や砂などの土系材料から成る構造物の構築方法に関する。

従来から、土系材料によって構築される構造物として、河川の堤防などがあるが、土系材料の強度や変形性の点から、勾配が緩やかな法部を形成する必要がある。また、土系材料によって鉛直構造物を構築する技術として、ジオテキスタイル工法などの補強工法があるが、やはり土系材料の強度や変形性の点から、盛土内に補強材を埋設し、さらに壁面部材にコンクリート等から成る補強部材を接続することにより、壁面部材にかかる土圧を軽減して鉛直の壁体を構築している。

また、建築分野においては、従来工法として、竹小舞を藁縄で編んで土が付着し易い下地を作り、ワラやツタを混ぜて発酵させた粘りのある土を塗るという土壁がある。近年では特許文献１に示されるような木摺下地に土を塗り、鉛直の土壁を構築する方法も提案されている。

特開２００９−１２１１０５号公報

しかしながら、上記した竹小舞を設置した従来工法による土壁は、土壁の乾燥に２〜３年を要し、上記木摺下地を使用した工法においても、約２〜３ヶ月の土壁の乾燥期間が必要となる。さらに、これら従来工法は左官職人による塗りを基本としていることから、職人による熟練した技術が必要であり、それ故、技能により品質が左右され、相当の施工手間や施工期間も必要となる。加えて、ワラやツタを混ぜて発酵させた土壁用の土系材料は強度が低く、耐震性や耐久性に問題がある。

そこで、本発明は、上記した問題点に鑑み、従来型の土系材料から成る構造物よりも、高い強度、優れた施工性や耐久性を備える、土系材料から成る構造物の構築方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤と、非水溶性エポキシ化合物とを混合して水分環境硬化型樹脂を製造するステップと、土系材料と前記水分環境硬化型樹脂とを混合して構造材を製造するステップと、前記構造材を構造物の構築箇所に均すステップと、均された前記構造材に散水して水締めするステップと、を少なくとも有することを特徴とする土系材料から成る構造物の構築方法である。

上記請求項１に係る発明によれば、土系材料と水分環境硬化型樹脂とを混合し、構造物の構築箇所に均すとともに、散水して水締めするという特徴的な構築方法を有している。これにより、型枠内にむらなく隅々まで土系材料からなる構造材を打ち込むことが可能となり、密実な構造物を構築することが可能となる。

請求項２に係る発明は、前記構造材を製造するステップでは、前記水分環境硬化型樹脂が乾燥した土系材料の質量比で３〜２０％の範囲で添加される請求項１又は２に記載の土系材料から成る構造物の構築方法である。

上記請求項２に係る発明によれば、水分環境硬化型樹脂を、乾燥した土系材料の質量比で３〜２０％の範囲で添加することにより、強度や耐久性を備える構造物を得ることが可能となる。

請求項３に係る発明は、前記構造材を製造するステップには、繊維材料を混合するステップを含む請求項１又は２に記載の土系材料から成る構造物の構築方法である。

上記請求項３に係る発明によれば、構造材に繊維材料を混合することにより、繊維材料の種類に応じた機能的な構造物を得ることが可能となる。

請求項４に係る発明は、前記構造物は、壁構造物である請求項１乃至３のいずれかに記載の土系材料から成る構造物の構築方法である。

上記請求項４に係る発明によれば、建築分野、土木分野を問わず、壁構造物に適用することが可能である。これにより、例えば、従来工法による土壁に替えて本発明を適用することが可能となり、左官職人による熟練技術に頼ることなく土系材料による壁などの構造物を構築することが可能となる。

請求項５に係る発明は、さらに、前記構造物の内部位置に、補強材を設けるステップを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の土系材料から成る構造物の構築方法である。

上記請求項５に係る発明によれば、鉄筋や竹筋、炭素繊維ロッドなど、補強材を構造物内部に設置することにより、さらに構造物の強度や耐久性を向上させることが可能となる。

本発明における実施例として、既存壁に土壁を構築する際の施工手順を説明するための斜視図である。本発明における実施例として、既存壁に土壁を構築する際の施工手順を示したフロー図である。本発明における実施例として、壁材の混練り手順を示したフロー図である。水締めの有無による強度への影響についての検証結果を示した図である。である。本発明における別実施例として、藁を混合した壁材の混練り手順を示したフロー図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の土系材料から成る構造物の構築方法の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本出願人及び発明者らが発明（特開２０１９−２１８２３７号公報）した、水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤及び非水溶性エポキシ化合物を使用（以下、「水分環境硬化型樹脂」と称する。）したものであり、これまで明らかとなっていなかった土系材料から成る構造物の構築方法に関する発明である。

（構築方法の実施形態）
本発明の土系材料から成る構造物の一例として、図１（ａ）には、既存壁１０の側面に、構造物として土壁１を構築した場合の斜視図が図示されている。そして、図２には、土壁１（実施例では、高さ６０ｃｍ、幅２ｍ、厚さ６ｃｍの土壁１を構築している。）を構築する際の施工手順がフロー図で示されている。

まず、既存壁１０の土壁１との接続面に対して、土壁１との一体性を確保し、土壁１が転倒することがないように、不図示の引き金物（例えば、アンカーボルトなど）を設置する（Ｓ１００）。続いて、既存壁１０に対して、構築する土壁１の型枠を組み立てる（Ｓ１１０）。

型枠の組み立てが完了すると、脱型を容易に行えるように型枠材に剥離剤を塗布する（Ｓ１２０）。続いて、既存壁１０の接続面に対し、土壁１との付着力を向上させるため、プライマーの塗布を行う（Ｓ１３０）。そして、土壁１の壁材の打込み前の準備が完了すると、壁材の混練りを行う。

なお、本実施例における土壁１の壁材は、真砂土と水分環境硬化型樹脂を混ぜ合わせた材料であり、図３には、本実施例における壁材の混練り手順がフロー図で示されているが、予め、水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤と、非水溶性エポキシ化合物とを混ぜ合わせて水分環境硬化型樹脂を準備しておく。

続いて、ミキサに真砂土を投入し（Ｓ２００）、攪拌しながら水分環境硬化型樹脂をミキサに投入し（Ｓ２１０）、３分間程度の攪拌を行う（Ｓ２２０）。このようにして混練りが行われた土壁１の壁材は、可使時間が概ね１時間であるので、速やかに型枠内に打ち込む。なお、本実施例の壁材は、含水比８％の真砂土を使用し、添加される水分環境硬化型樹脂は乾燥した真砂土の質量比で８％としている。

なお、上記した水分環境硬化型樹脂の乾燥した真砂土に対する質量比については、種々の割合で供試体を作製して検証した結果、３〜２０％の範囲で使用が可能であり、より好ましくは５〜１０％である。このような検証結果から、本実施例では水分環境硬化型樹脂の添加量を８％としている。また、水分環境硬化型樹脂は粘性を有している。したがって、支障なく壁材の混練りを行うためには粘度のコントロールが必要である。試験施工による検証の結果、水分環境硬化型樹脂の粘度は、少なくとも４０００ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは５００ｍＰａ・ｓ以程度の粘度とすることで、混練りし易く、施工性も向上させることができる。

続いて、混練りが完了した土壁１の壁材を型枠内に打ち込む（Ｓ１４０）。壁材の打込みは、図１（ｂ）に示されるように、投入した壁材を水平方向へと均し、水締めを行いながら上方へと順次打ち込む。すなわち、上記した配合割合からもわかるように、土壁１の壁材はコンクリートのような流動性を有しない。そこで、水締めしながら複数の層ごとに壁材を打ち込む（図１（ｂ）の１ａは１層目の壁材を示している。）ことにより、型枠内にむらなく隅々まで壁材を打ち込むことが可能となる。

型枠の天端まで壁材を打ち込んだ後、水締めを行って天端のコテ仕上げを行う（Ｓ１５０）。そして、所定期間の養生の後、脱型する（Ｓ１６０）。

（水締めによる効果確認）
前述した実施例のように、本発明の土系材料から成る構造物の構築方法によれば、水分環境硬化型樹脂を添加した構造材を水締めしながら打ち込むことにより、土系材料から成る構造物を構築することが可能となる。図４には、従来型の樹脂材料を比較対象とし、水締めによる一軸圧縮強度への影響について、その検証結果が表によって示されている。

検証結果は、含水比８％の真砂土に、乾燥した真砂土の質量比で８％の水分環境硬化型樹脂を添加した円柱供試体（φ５ｃｍ×１０ｃｍ）と、従来から舗装等に使用されていた一般的なエポキシ樹脂を添加した円柱供試体とを作製し、さらに、それぞれ、水締めして作製した供試体と、水締めせずに一般的な突き固め方法で作製した供試体を使用して、一軸圧縮試験を行ったものである。

図４に示されるように、水分環境硬化型樹脂、従来からある一般的なエポキシ樹脂、共に、水締めすることによって圧縮強度が低下することが判るが、特に、従来型の樹脂を使用した供試体にあっては、大幅な強度低下を引き起こし、構造物として機能させることは困難な状態であることが判る。一方、水分環境硬化型樹脂を用いて水締めした供試体は、強度が低下するものの、水締めを行わない従来型の樹脂と同等以上の圧縮強度を得ていることが判る。

すなわち、本発明の土系材料から成る構造物の構築方法として、水分環境硬化型樹脂を添加しつつ、構造材の打込み時に水締めすることにより、密実で強度の高い構造物を構築することが可能となる。

（その他の実施形態）
前述の実施例では、真砂土に水分環境硬化型樹脂を添加して壁材を混練りし、水締めしながら壁材を打ち込む土壁１の構築方法について詳細に説明した。しかし、本発明の土系材料から成る構造物の構築方法は、前述した土壁１に必ずしも限定されるものではなく、以下に示す種々の変形が可能である。

例えば、別実施例として、従来工法の藁が混合された土壁のように、土壁１の壁材として、真砂土と藁、水分環境硬化型樹脂を混ぜ合わせた材料とすることが可能であり、図５には、当該別実施例における壁材の混練り手順がフロー図で示されている。まず、ミキサに長さ３ｃｍ程度に切断された湿潤状態の藁（以下、「湿潤藁」と称する。）を投入する（Ｓ３００）。

湿潤藁は、乾燥藁を１日水に浸漬し、その後、ランマー（転圧機械）を利用したり、ハンマーで叩くなどして繊維質を露出させ、可能な範囲で節を取り除いたものを使用している。このようにすることで、水分環境硬化型樹脂が湿潤藁によく絡み、真砂土との付着をより良好にすることができる。

続いて、必要量の半分の量の水分環境硬化型樹脂を攪拌ミキサに投入し（Ｓ３１０）、湿潤藁に混ぜ合わせる（Ｓ３２０）。水分環境硬化型樹脂はミキサへの投入前に、水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤と、非水溶性エポキシ化合物とを混ぜ合わせておく。

続いて、真砂土を投入し（Ｓ３３０）、攪拌しながら残りの水分環境硬化型樹脂をミキサに投入し（Ｓ３４０）、３分間程度の攪拌を行う（Ｓ３５０）。このようにして混練りが行われた土壁１の壁材は、可使時間が概ね１時間であるので、速やかに型枠内に打ち込む。なお、別実施例における壁材も、含水比８％の真砂土を使用し、添加される水分環境硬化型樹脂は乾燥した真砂土の質量比で８％としている。また、藁の配合割合は、容積比で真砂土：藁を２：１としている。その後、前述した実施例と同様に、混練りが完了した土壁１の壁材を型枠内に打ち込む（Ｓ１４０）。

壁材の打込みは、図１（ｂ）に示されるように、投入した壁材を水平方向へと均し、水締めを行いながら上方へと順次打ち込む。すなわち、上記した配合割合からもわかるように、土壁１の壁材はコンクリートのような流動性を有しない。そこで、水締めしながら複数の層ごとに壁材を打ち込む（図１（ｂ）の１ａは１層目の壁材を示している。）ことにより、型枠内にむらなく隅々まで壁材を打ち込むことが可能となる。

また、壁材に混合される材料は藁に限定されず、他の繊維材料を混合することが可能であり、高強度の炭素繊維やアラミド繊維などを混合することで、構造物全体の強度を高めることが可能となる。また、保水性や吸水性の高い材料を混合することにより、湿潤状態を維持することが可能な構造物を構築することも可能であり、熱環境を改善する効果を期待することができる。もちろん、本発明の土系材料から成る構造物は、前述の藁や繊維材料などを混合しないものも含むものである。

また、真砂土の粒度を調整して使用することも可能であり、例えば、微粒分を除去することによって、透水性や通気性の高い構造物を構築することが可能である。このようにして、例えば、建築物の壁体を構築すれば、室内の湿気を効果的に除湿することが可能であり、併せて混合される繊維材料との相乗効果によって、壁体に調湿機能を付加することが可能となる。

また、本発明の土系材料から成る構造物の内部に、竹小舞や鉄筋、炭素繊維ロッドなどの補強材を設けることも可能であり、これにより、構造物としての強度、耐久性を向上させることが可能となる。

また、本発明の土系材料から成る構造物は、壁体構造物に限定されるものではなく、車両や歩行者用の道路、通路を含み、水締めしながら転圧することによって密度の高い舗装構造物を得ることが可能となる。加えて、前述した繊維材料や保水材料などによって、機能的な舗装を構築することが可能となる。

また、本発明の土系材料から成る構造物は、壁体構造物に限定されるものではなく、堤防や護岸を含み、例えば、堤防や護岸の表層部において、土系材料から成る構造物を水締めしながら転圧することにより、浸食等に対して高い耐久性を有する構造物を構築することが可能となる。

また、本発明の土系材料は、真砂土や砂に限定されるものではなく、他の土やその混合物を使用することができ、施工現場近くで採取される任意の土を利用することも可能である。さらに、混合される複合材料として、前述した藁や繊維材料の他、破砕ガラスやウッドチップ、金属繊維、セメント、スラグ、貝殻、ゴムチップ、破砕廃材、骨材（再生骨材等を含む）、アスファルトなどを使用することも可能である。

また、前述した各実施例では、水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤と、非水溶性エポキシ化合物とを、ミキサへの投入前に混合した。しかし、このような手順に限定されるものではなく、予め、非水溶性エポキシ化合物のみをミキサへ投入して真砂土又は、真砂土及び藁と混練りし、壁材の打込み前に上記硬化剤をミキサへ投入して混練りするようにしてもよい。このような混練り手順とすることで、上記硬化剤と非水溶性エポキシ化合物とを予め混合しておくという手間を削減することが可能となる。加えて、上記硬化剤及び非水溶性エポキシ化合物を、必要量だけミキサへ投入すればよいので、材料ロスを抑制することが可能となる。

また、前述した各実施例では、図１に図示されるように、既存壁１０に対して鉛直構造物となる土壁１の構築方法について説明したが、必ずしもこのような構造部に限定されるものではない。例えば、既存壁１０に接続することなく土壁１を単独で構築することも可能である。この場合、土壁１の背面に１：０．５（つまり、高さ１に対して転びが０．５）以上の勾配を付けるようにしてもよい。このように構成することで、土壁１をより安定して構築することが可能である。さらに、土壁１の前面は鉛直面としてもよいし、勾配を付けるようにしてもよい。なお、上記の勾配は必ずしも１：０．５に限定されるものではなく、任意の勾配を付けることが可能である。

以上、本発明の実施例及び他の変形例について説明したが、本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。また、上記実施例に記載された具体的な材質、寸法形状等は本発明の課題を解決する範囲において、変更が可能である。

１土壁
１０既存壁

Claims

水に溶け出す有機体窒素濃度が４５００ｍｇ／Ｌ以下の有機アミン系硬化剤と、非水溶性エポキシ化合物とを混合して水分環境硬化型樹脂を製造するステップと、
土系材料と前記水分環境硬化型樹脂とを混合して構造材を製造するステップと、
前記構造材を構造物の構築箇所に均すステップと、
均された前記構造材に散水して水締めするステップと、を少なくとも有する
ことを特徴とする土系材料から成る構造物の構築方法。
前記構造材を製造するステップでは、前記水分環境硬化型樹脂が乾燥した土系材料の質量比で３〜２０％の範囲で添加される
請求項１に記載の土系材料から成る構造物の構築方法。
前記構造材を製造するステップには、繊維材料を混合するステップを含む
請求項１又は２に記載の土系材料から成る構造物の構築方法。
前記構造物は、壁構造物である
請求項１乃至３のいずれかに記載の土系材料から成る構造物の構築方法。
さらに、前記構造物の内部位置に、補強材を設けるステップを有する
請求項１乃至４のいずれかに記載の土系材料から成る構造物の構築方法。