JP4564816B2 - 埋設型枠及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば上下水道施設などにおける防食性コンクリート構造物の構築や、既存コンクリート構造物の防食性改築に用いて好適な薄肉埋設型枠、及びその製造方法に関する。

セメントコンクリートは長期耐久性を有する経済的な構造材料として多く用いられていたが、最近になって、下水道施設の構造物に比較的早い時期に腐食が見られ、その原因が下水道中の細菌の働きにより生成された硫酸によることがわかってきた。

これらの腐食を防止する対策として、特に下水道施設などの高腐食性環境下では、コンクリートによる防食層を形成する方法や、塗布型ライニング工法、シートライニング工法などにより、コンクリート構造物表面を保護する方法が実用化されている。

しかしながら、コンクリートによる防食層の形成方法では防食層となるコンクリートそのものが腐食するため、定期的な補修が必要である。加えて必要な構造部材厚に加えて防食層の厚みが必要になるため、構造物厚みが不必要に厚くなり、構造物が大型化する課題があった。

これに対し、塗布型ライニング法や、シートライニング法ではライニングされる材料そのものの防食性は確保される。しかし、使用されている材料は、コンクリートに対して線膨張率が大きく異なっていたり、付着力が低いなど、コンクリートに対するなじみが悪く、これらにより剥離などの問題があり、ピンホールや、接合部などから腐食が進行する課題があった。

また、上水道設備においても、水質浄化のためのオゾン、活性炭によると思われるコンクリートの劣化が生ずることも判明している。

ところで、本発明者らは、硫黄に石油系オレフィンを添加混合した改質硫黄単体、またはこれと無機系添加材との混合物の固化体が、遮水性、耐酸性、耐アルカリ性に優れ、またコンクリートとのなじみが良好であり、コンクリート構造物表面にコーティングすることで、安価かつ強靱な防食性の固化体被膜を形成することを確認した。
特開昭６０−６４０４号公報 特開２０００−２８１４２５号公報

実際の施工において、改質硫黄をその融点以上に加熱すれば流動化し、冷却すれば固化体被膜を形成することができるので、例えば既存構造物に面して型枠を組み立て、その内部に溶融硫黄を流し込んで既存構造物に一体化することはできる。しかし、溶融硫黄を型枠の隅々まで行き渡らせるには、溶融硫黄の移動・投入方法や型枠の温度管理など技術的にかなり難しい面がある。

これに対して溶融硫黄の吹付けによる方法も考えられるが、天候等の環境条件（雨、湿気、気温、風等）に左右されやすいこと、狭い現場では吹付け装置が中に入らない場合もあること、吹付け面が加熱・圧縮された空気で吹き付けられるので平滑な面を確保しにくいこと、温度管理を厳密にした吹付け装置が必要なことなど、現場施工に不向きな点もあった。

本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的は、環境条件に左右されやすい現場施工に頼ること無く、また現場での皮膜に要する工程を短縮できるように、表面に改質硫黄の皮膜を一体化したコンクリート構造物の構築や既存コンクリートの防食性改築を行えるようにした埋設型枠、及びその製造方法を提供するものである。

前記目的を達成するため、本発明は、薄肉の型枠材の表面に、改質硫黄の固化体からなる防食材を薄膜状に付着させたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記改質硫黄は、純硫黄に石油系オレフィンを添加した改質硫黄の単体ないしはこれと無機及び／または有機質添加材との混合物を加熱溶融し、前記型枠材の表面に付着するものであることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２において、前記石油系オレフィンの添加量が硫黄に対して１〜１０wt％であることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項２または３において、前記無機質添加材が平均粒径０．１mm以下であって、改質硫黄を含む全量に対し、０〜８０wt％添加混合するものであることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項２または３において、前記有機質添加材が、改質硫黄全量に対し、０．５〜１．５wt％の範囲で混合分散されるビニロン短繊維であることを特徴とする埋設型枠。

請求項６の発明は、請求項１〜５において、前記型枠材が、下記条件を満足する型枠素材であることを特徴とするものである。
（１）許容曲げ応力度：１３５kgｆ／cm^２以上
（２）ヤング率：７００００kgｆ／cm^２以上
（３）硫黄固化体との付着力：１．０Ｎ／mm^２以上
（４）コンクリートとの付着力：１．０Ｎ／mm^２以上
（５）１４０℃の溶融硫黄が６０分の間に常温に至るまでの間に変質、変形しないこと。

請求項７の発明は、請求項１〜６において、前記型枠材と改質硫黄との接着面及び／または型枠材とコンクリートとの接着面間における型枠材の表面には、凹凸が形成されていることを特徴とするものである。

請求項８の発明は、請求項１〜６において、前記型枠材と改質硫黄との接着面及び／または型枠材とコンクリートとの接着面との間に不織布が介在されていることを特徴とするものである。

請求項９の発明は、請求項１〜６において、前記型枠材とコンクリートとの接着面との間における型枠材には複数のアンカー材が一体に突設されていることを特徴とするものである。

請求項１０の発明は、請求項１〜９に記載の埋設型枠の製造方法であって、前記型枠材の表面に、前記改質硫黄を溶融状態にして吹付き付け、該吹付けられた溶融硫黄を冷却個化させて、前記防食材を薄膜状に付着させることを特徴とするものである。

以上により本発明では、コンクリート構造物の構築と同時にその表面に改質硫黄の固化体皮膜を一体に形成でき、防食性構造物を得ることになる。また既存コンクリート構造物の防食性改築などにも好適である。

請求項２記載の発明では、改質硫黄それ自体が有する機械的強度、遮水性、耐酸性、耐アルカリ性、耐塩性、低吸水率などの特性により、構造物表面を保護し、耐久性を大幅に改善することが可能となる。

請求項３記載の発明では、石油系オレフィンの添加量が硫黄に対して１wt％未満であると十分改質することができず、１０wt％を越えると改質反応が過剰になるが、１〜１０wt％の範囲とすることにより、過剰となることなく十分な改質効果を得ることができる。

請求項４記載の発明では、適正比率の無機質添加材の混合により、型枠材に対する付着力が向上する。

請求項５記載の発明では、ひび割れ抑制効果が高いものとなる。

請求項６記載の発明では、溶融改質硫黄の温度特性に対する耐久性があり、かつ型枠材そのものが改質硫黄及びコンクリートに対する付着性が良好であって、ある程度の厚みとすることで、コンクリートの打設圧力に十分に抗することができる。

請求項７，８の発明では、凹凸や、不織布のアンカー効果により、型枠材と改質硫黄及びコンクリートとの付着性がさらに向上する。

請求項９記載の発明では、型枠材とコンクリート間の付着性が向上する。

請求項１０記載の発明では、請求項１〜９に記載の埋設型枠を製造することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。まず、埋設型枠の成型方法を図１及び図２を用いて説明する。

図１は、吹付け法により改質硫黄を型枠材１に付着（吹付けによる方法のほか、流し込み、或いは塗布等を含む）する方法を示すものであり、（ａ）に示すように、所用の縦横寸法の型枠材１の周囲に硫黄積層厚みｔに応じた厚みの枠材２を取付け、その後型枠材１と所定離間距離離して溶融硫黄の噴射ノズル３を型枠材１上に対置させ、融点である１１０℃以上で変質温度である１６０℃以下に保たれた溶融硫黄を噴射させつつ所定速度で型枠材１上を往復させることにより、型枠材１上に吹付けられた溶融硫黄は冷却固化しつつ順次所定厚みに積層され、その後は枠材２を脱型することにより、（ｂ）に示すように所定厚みの防食材となる改質硫黄層４を一体化した平板状の埋設型枠５に成型される。

以上において、型枠材１は高靱性（スパン２５０mmで、変位量が５mm以上）で厚みは、３〜２０mmの薄板状の板材、ボード、パネル等であり、硫黄層４の吹付け厚みは３〜３０mmに設定される。

なお、型枠材１の両面には（ｂ）の一部に拡大して示すように、例えば、金網等を用いて形成される、深さを０．５mm程度、目の粗さを１〜３mm程度としたメッシュ状などの凹凸１ａが形成され、これによって、前記硫黄層４に対する接合効果を増すとともに、後述するコンクリートと一体化した状態でのコンクリートに対する接合効果も向上させるようになっている。

型枠材１は、通常木製型枠として用いる合板と同程度の曲げ強度とヤング率を備え、具体的には許容曲げ応力度（ＪＩＳ Ａ １４０８ 「建築用ボード類の曲げ及び衝撃試験法」）：１３５kgf／cm^２以上、ヤング率（ＪＩＳ Ａ １４０８ 「建築用ボード類の曲げ及び衝撃試験法」）：７００００kgf／cm^２以上のものであって、これに加えて硫黄固化体との付着力（「建研式接着力試験」）：１．０Ｎ／mm^２以上、コンクリートとの付着力（「建研式接着力試験」）：１．０Ｎ／mm^２以上、１４０℃の溶融硫黄が６０分の間に常温に至るまでの間に変質、変形しない条件の材質から選択される。

このような条件を満たすものとして、建築の内・外装材として用いられるスレートボード、繊維強化石膏板、珪酸カルシウム板、埋設用型枠材として開発された繊維強化セメントボードが掲げられるほか、表面処理した耐熱性プラスチック板、ＦＲＰ板なども使用可能である。

吹付けに用いられる硫黄材は、石油精製過程で副生物として回収される硫黄または天然産の純硫黄にオレフィン系ポリマー等の石油系オレフィンを添加した改質硫黄の単体ないしはこれと無機または有機質添加材との混合物を加熱溶融したものである。

石油系オレフィンとしては、例えば、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）、テトラハイドロインデン（ＴＨＩ）、若しくはシクロペンタジエンと、そのオリゴマー（２〜５量体混合物）、ジペンテン、ビニルトルエン、ジシクロペンテン等のオレフィン化合物類の１種又は２種以上の混合物などが挙げられる。石油系オレフィンの使用割合は、硫黄と石油系オレフィンとの合計量に対して、通常０．０１〜３０質量％、特に、０．１〜２０質量％の割合が好ましい。

無機質添加材としては、例えば、石炭灰、硅砂などの骨材があり、これら添加材の平均粒径０．１mm以下であって、改質硫黄を含む全量に対し、２０〜８０wt％添加混合することが型枠材に対する付着性を向上させるために好ましい。

この限定理由は、添加材の配合割合が２０％を上回った状態で型枠材１に対する付着性が、断面修復材（モルタル工）の品質規格や、標準状態における防食被覆工法品質規格値を十分上回っているからである。

また、配合比が２０％より、増すにつれ付着強度は増すが、上限値である８０％を上回る配合比では逆に付着力が低下傾向を示す。
したがって、以上の配合比とするが、好ましくは２５〜６０％の範囲で前記品質規格値を上回り、特に改質硫黄５０％に対し添加材５０％が最も高い付着性を示す。

有機質添加材としては、例えば、ポリピロピレン、炭素、アラミド、ポリエチレン、ビニロン等があり、特に、改質硫黄全量に対し、０．５〜１．５wt％の範囲で混合分散されるビニロン短繊維を用いることが好ましい。このような短繊維の混合により、硫黄層４のひび割れ現象を未然に防止できる。

図２は、埋設型枠５の製造方法の他の実施形態を示す。この方法は溶融硫黄の流し込みによる成型方法であって、この方法では、（ａ）に示すように設置マウント６上に電源に接続された面状ヒータ７を敷き、その上面に電熱用の鉄板８を設置し、その上面に型枠材１を設置し、その周囲を枠材２で囲い、ホース９を通じて５０℃〜１４０℃に暖めた粒状ないしは溶融状態の改質硫黄材を型枠材１上に均一に撒きだし、その後（ｂ）に示すようにマウント６、ヒータ７、鉄板８をクランプ１０を介してバイブレータ１１に接続し、横振動を加えつつ加熱することで、硫黄は溶融しつつ平均厚みに平滑化され、薄肉の改質硫黄層４を形成する。その後、冷却し、枠材２を脱型することにより、（ｃ）に示すように、図１と同様な組成の埋設型枠５を得ることができる。

なお、バイブレータ１１に替えて、設置マウント６を加振器上に設置し、加振器を駆動しつつ加熱を行う方法も採用できる。

次に、以上の埋設型枠５を用いた防食性コンクリート構造物の成型方法を図３〜７を用いて説明する。

図３は、両面に防食性を施したコンクリート構造物の施工例を示すものであり、（ａ）に示すように、一対のそれぞれ改質硫黄層４を外面に向けて配置した埋設型枠５を複数のセパレータ２０を介して所定間隔離して枠組し、両型枠５間に図示しない鉄筋などを介してコンクリートを打設することで、（ｂ）に示すように、コンクリート躯体２１の両側部に埋設型枠５を一体化した防食性のコンクリート構造物２２が構築される。
この場合において、コンクリート面と接する型枠材１は前述のごとく、コンクリートに対する付着性が良好である上に、凹凸が形成されているため（図１（ｂ）の拡大図参照）、強固な付着性を得ることができる。

図４は、前記埋設型枠５とコンクリート躯体２１との付着性をさらに強化した一例を示すものであり、型枠材１のコンクリートに接する面には、予め不織布２３が貼着されている。
この例においては打設されたコンクリートが不織布２３内に含浸することによるからみつき効果により、コンクリート躯体２１に対する埋設型枠５の付着性を向上させることができる。

図５は、付着性強化の他の例を示すものであり、型枠材１のコンクリートに接する面には適宜間隔で型枠材の緊結に用いるアンカー体２４（例えばレジコンＺ：岡部社製）が配置され、これらアンカー体２４のアンカー効果により、コンクリート躯体２１に対する埋設型枠５の付着性を向上させることができる。

図６は、片面にのみ防食性を付与したコンクリート構造物の施工例を示すものであり、（ａ）に示すように防食性を必要とする片面側には前記埋設型枠５を配置し、防食性を必要としない面には普通型枠２５を配置して、これら型枠間を複数のセパレータ２０を介して枠組みし、両型枠５，２５間に図示しない鉄筋を介してコンクリートを打設することで、（ｂ）に示すようにコンクリート躯体２１の片面に埋設型枠５を一体化した防食性構造物２６が構築される。なお、普通型枠２５は、養生後脱型する。

図７は、既存コンクリート構造物の表面修復に適用した施工例を示すものであり、（ａ）に示すように、既存コンクリート構造物３０の表面腐食部分を所定深さｄまではつり取り、次いで、一端を構造物３０内にアンカーされた複数のセパレータ２０を介して埋設型枠５を構造物３０の表面に空間を設けて配置し、その後、（ｂ）に示すように、構造物３０と埋込型枠５間にコンクリートを打設することで、構造物３０の表面を修復できると同時に、防食性改築がなされる。

以上の各施工例において、通常の場合には型枠は脱型されるが、埋設型枠５の場合はセパレータ２０を結合したままの状態で構造物に一体化されるため、セパレータ２０の埋設型枠５からの突出端の後処理が必要となる。

図８は、その処理手順を示すものであり、（ａ）に示すように、埋設型枠５の背面に接するＰコン４０の外側にネジ結合した鋼棒を外し、（ｂ）に示すように埋設型枠５に形成された貫通孔５ａの周囲における硫黄層４を大きく切取り、（ｃ）に示すように、ビス４１をＰコン４０にねじ込んでセパレータ２０に結合し、その後ビス４１の頭部周縁に溶融硫黄４２を充填することにより、セパレータ跡の孔を完全に閉塞できる。

また隣合う埋設型枠５同士の接合端の処理は、例えば図９（ａ）に示すように、隣合う硫黄層４を断面Ｖ字形にカットし、（ｂ）に示すように、カットされた内部に溶融状態の改質硫黄４２を充填するか、図１０（ａ）に示すように断面矩形状にカットし、（ｂ）に示すようにカットされた内部に溶融状態の改質硫黄４２を充填すれば、隙間は完全に閉塞されることになる。

なお、前記実施形態では埋設型枠５を平板状のパネルとしたが、曲面形状のパネルにも形成できることは勿論であり、このような曲面形状のものは例えばコンクリート製ヒューム管の内外周面に一体化するなど各種防食用途に用いることが可能である。

（ａ），（ｂ）は埋設型枠の成型例を示す説明用断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は埋設型枠の成型例の他の例を示す説明用断面図である。 （ａ），（ｂ）同埋設型枠を用いて両面に防食層を形成したコンクリート構造物の施工例を示す説明用断面図である。 コンクリートと埋設型枠との間に接合強化用の不織布を介在させた場合を示す説明用断面図である。 同アンカーを介在させた場合を示す説明用断面図である。 （ａ），（ｂ）は片面に防食層を形成したコンクリート構造物の施工例を示す説明用断面図である。 （ａ），（ｂ）は既存コンクリートの防食補強に適用した場合の施工例を示す説明用断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はセパレータ貫通位置の処理手順を示す要部断面説明図である。 （ａ），（ｂ）は隣合う埋設型枠間の接合部の処理を示す要部断面説明図である。 （ａ），（ｂ）は隣合う埋設型枠間の接合部の処理の他の例を示す要部断面説明図である。

符号の説明

１ 型枠材
１ａ 凹凸
４ 改質硫黄層（防食材）
５ 埋設型枠
２１ コンクリート躯体
２２ 防食性コンクリート構造物
２３ 不織布
２４ アンカー

Claims (10)

1. 薄肉の型枠材の表面に、改質硫黄の固化体からなる防食材を薄膜状に付着させたことを特徴とする埋設型枠。
2. 請求項１において、前記改質硫黄は、純硫黄に石油系オレフィンを添加した改質硫黄の単体ないしはこれと無機及び／または有機質添加材との混合物を加熱溶融し、前記型枠材の表面に付着するものであることを特徴とする埋設型枠。
3. 請求項２において、前記石油系オレフィンの添加量が硫黄に対して１〜１０wt％であることを特徴とする埋設型枠。
4. 請求項２または３において、前記無機質添加材が平均粒径０．１mm以下であって、改質硫黄を含む全量に対し、０〜８０wt％添加混合するものであることを特徴とする埋設型枠。
5. 請求項２または３において、前記有機質添加材が、改質硫黄全量に対し、０．５〜１．５wt％の範囲で混合分散されるビニロン短繊維であることを特徴とする埋設型枠。
6. 請求項１〜５において、前記型枠材が、下記条件を満足する型枠素材であることを特徴とする埋設型枠。
   （１）許容曲げ応力度：１３５kgf／cm^２以上
   （２）ヤング率：７００００kgf／cm^２以上
   （３）硫黄固化体との付着力：１．０Ｎ／mm^２以上
   （４）コンクリートとの付着力：１．０Ｎ／mm^２以上
   （５）１４０℃の溶融硫黄が６０分の間に常温に至るまでの間に変質、変形しないこと
7. 請求項１〜６において、前記型枠材と改質硫黄との接着面及び／または型枠材とコンクリートとの接着面間における型枠材の表面には、凹凸が形成されていることを特徴とする埋設型枠。
8. 請求項１〜６において、前記型枠材と改質硫黄との接着面及び／または型枠材とコンクリートとの接着面との間に不織布が介在されていることを特徴とする埋設型枠。
9. 請求項１〜６において、前記型枠材とコンクリートとの接着面との間における型枠材には複数のアンカー材が一体に突設されていることを特徴とする埋設型枠。
10. 請求項１〜９に記載の埋設型枠の製造方法であって、
    前記型枠材の表面に、前記改質硫黄を溶融状態にして吹付き付け、該吹付けられた溶融硫黄を冷却個化させて、前記防食材を薄膜状に付着させることを特徴とする埋設型枠の製造方法。
    
    

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