JP4636962B2 - 耐火層の施工方法及び構造物 - Google Patents

Description

本発明は各種材料（例えばコンクリート、モルタル、金属類）からなる構造物の表面に形成される耐火層の施工方法とこれに供される構造物に関する。

シールドトンネルに例示される構造物においては、その表面の覆工材としてコンクリート製やモルタル製または金属製等のセグメントが一般的に用いられている。そして、近年になって、この種の構造物に耐火性が要求されるようになってきた。そこで、前記構造物が耐火性を有するようにするために、例えば特許文献１（特開２００３−２３９６９３）に示された施工方法が採用されている。この方法は補強材が設置されたセグメントの表面に耐火材料を直接吹き付け塗布することにより前記構造物に耐火性を付与させている。

また、前記耐火層の施工の過程では耐火層の厚みが適宜監視されている。例えば特許文献２（特開平１１−４４１９９）や特許文献３（特開平０５−５９８９４）には計測ピンを用いた監視方法が示されている。さらに、特許文献２及び特許文献３にはレーザ光を用いた計装機器を採用した監視方法が開示されている。また、特許文献４〜６に示された施工方法では画像データを用いて監視する方法が採用されている。
特開２００３−２３９６９３ 特開平１１−４４１９９（段落番号０００３及び００１３） 特開平０５−５９８９４（段落番号０００２及び０００９） 特開２００３−１３６９９ 特開２０００−２８３７５６ 特開平１１−４４５２９

構造物に形成される耐火層の厚みは３０ｍｍ程度と薄いことから広範囲に渡って厚み測定管理が必要となり、計測ピンを用いた監視方法では、甚大な工数が必要となり適切ではない。しかも、計測ピンは金属であり熱伝導性はコンクリート素材のものよりも高いので構造物の耐火特性に悪影響を及ぼす場合がある。また、画像データを用いて監視する方法が採用されている場合、耐火層の厚さの測定は耐火層施工後となる。そして、その測定結果が適当でない場合、補修工事が必要となり、結果的に工数が増大する。

本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は耐火層の施工時に耐火層の膜厚を確認できしかも耐火性を低下させることなく効率的な施工を行える耐火層の施工方法及び構造物の提供にある。

そこで、請求項１に記載の耐火層の施工方法は、構造物の表面に耐火物を吹き付け塗膜して設定厚さの耐火層を形成する耐火層の施工方法であって、構造物の耐火層が設けられる表面に当該耐火層を補強する補強材を設け、この補強材には当該耐火層に埋設される耐火性を有する層厚測定手段が備えられており、この層厚測定手段はその設置高さが予め定められた耐火層の厚みと同寸法に設定され、前記吹き付け塗膜時に前記層厚測定手段は前記構造物に形成される耐火層の厚みを示すことを特徴とする。

請求項２記載の耐火層の施工方法は、請求項１記載の耐火層の施工方法において、前記層厚測定手段は複数設けられることを特徴とする。

請求項３記載の耐火層の施工方法は、請求項１または２に記載の耐火層の施工方法において、前記補強材はメッシュ構造を構成する線材からなり、この線材に前記層厚測定手段が装着されたことを特徴とする。

請求項４記載の耐火層の施工方法は、請求項１から３のいずれか1項に記載の耐火層の施工方法において、前記層厚測定手段は耐火層の材料またはこの材料よりも耐火特性を有する材料からなることを特徴とする。

請求項５記載の耐火層の施工方法は、請求項１から４のいずれか１項に記載の耐火層の施工方法において、前記層厚測定手段は断面が円形または多角形のいずれかに形成されたことを特徴とする。

請求項６記載の耐火層の施工方法は、請求項１から５のいずれか1項に記載の耐火層の施工方法において、前記層厚測定手段はその表面が粗面処理されたことを特徴とする。

請求項７記載の耐火構造物は、耐火物が吹き付け塗膜されて耐火層が形成される構造物であって、構造物の耐火層が形成される表面に当該耐火層を補強する補強材を設け、この補強材には当該耐火層に埋設される耐火性を有する層厚測定手段が備えられており、前記層厚測定手段は、その設置高さが予め定められた耐火層の厚みと同寸法に設定され、前記吹き付け塗膜時に形成される耐火層の厚みを示すことを特徴とする。

請求項１〜７記載の耐火層の施工方法及び請求項８記載の耐火構造物によれば、構造物に対する耐火層の被り状態すなわち耐火層の厚みを監視しながらの耐火物の吹き付け塗膜作業を行えるようになる。また、前記層厚測定手段は耐火層によって埋設されるので、耐火層が形成された後の前記層厚測定手段の撤去は必要なくなり、構造物の施工に費やされる工数が低減する。さらに、前記層厚測定手段は、耐火性を有するので、構造物の耐火特性を維持させることができる。また、耐火層に埋設される補強材が設けられたことで耐火層の強度が高まり、さらに、この補強材に層厚測定手段が設けられたことで当該層厚測定手段の脱落が防止されると共に耐火層の強度が維持される。

特に、請求項２記載の耐火層の施工方法によれば、請求項１記載の耐火層の施工方法に係る作用に加え、形成される耐火層の層厚がより一層均等なものとなる。

また、請求項４の耐火層の施工方法によれば、請求項１〜３の耐火層の施工方法に係る作用に加え、耐火層の耐火特性を維持及び向上させることができる。

さらに、請求項５の耐火層の施工方法によれば、請求項１〜４の耐火層の施工方法に係る作用に加え、前記層厚測定手段の表面積が広くなり、耐火層のとの接着強度が高まる。

また、請求項６の耐火層の施工方法によれば、請求項１〜５の耐火層の施工方法に係る作用に加え、前記層厚測定手段の表面積がより一層広くなり、耐火層のとの接着強度がより一層高まる。

以上のように請求項１〜６記載の耐火層の施工方法と請求項７記載の構造物によれば、耐火層の形成と同時に耐火層の膜厚管理を行えるので、効率的に信頼性の高い耐火層の形成を実現できる。また、構造物の耐火特性に悪影響を及ぼすことなく、安定した信頼性の高い耐火構造物を提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施する形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る構造物を採用したトンネルの断面を示した概略図である。

トンネル１は、トンネル構造を形成させる複数のコンクリート製の構造物であるセグメント２と、これらのセグメント２の表面に形成される耐火層３とからなる。

セグメント２は現場に応じて既知のコンクリート成分からなり略板状に形成されている。本実施形態では複数のセグメント２が端面で互いに接合することにより前記トンネル構造が形成されている。セグメント２の形状は本実施形態のような略板状のものに限定されず例えば管状に形成してもよい。

耐火層３は耐火性を有する既知の材料からなる。例えば特開２００３−３００７８３に開示されものが挙げられる。より具体的には、水硬性混合物を自硬化したもので、コーディライト等に例示される骨材と、アルミナセメントや高炉セメント等に例示される水硬性無機質材と、ポリビニールアルコール系繊維等の耐アルカリ性の繊維質材とを主成分とするものが例示される。

図２（ａ）は本実施形態に係る構造物であるセグメントに形成された耐火層の構成を示した断面図である。図２（ｂ）は前記耐火層に有する補強材を前記セグメントに取り付ける取り付け手段の一実施形態を示した断面図である。図２（ｃ）は前記セグメントに対する耐火層の被り厚を示す層厚測定部の一実施形態を示した平面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は層厚測定部の実施形態を例示列挙した断面図である。

耐火層３は図２（ａ）に示したようにセグメント２を覆うように設けられる。耐火層３は、耐火層３の材料がセグメント２の表面に吹き付け塗膜されることにより、セグメント２に設けられる。セグメント２に対する耐火層３の被り（層厚）は現場に応じて所定の値（例えば３０ｍｍ）に適宜設定される。

耐火層３には補強材５を含ませてもよい。補強材５は取り付け手段６によってセグメント２の表面に取り付けられる。補強材５及び取り付け手段６としては既知のものを採用すればよい。例えば、補強材５としては実公平４−４２３９５号公報、特開平８−１２８１５４号公報、特開２００３−１５５８９９、特開２００３−２３９６９３等に開示された補強材が挙げられる。

図４（ａ）は補強材の一実施形態を示した斜視図で，図４（ｂ）は前記補強材がセグメントに固定された状態を示した平面図で，図４（ｃ）は前記補強材がセグメントに固定された状態を示したＡ−Ａ断面図である。

補強材５０は図４（ａ）に示されたように複数の縦線材５３と複数の横線材５４とからなるメッシュ構造を形成している。前記メッシュ構造は平網状でもよいが図示されたように波状に加工してもよい。補強材５０の強度が高くなると共に補強材５０をセグメント２に固定し易くなるからである。縦線材５３と横線材５４の材料は特開２００３−２３９６９３に開示されている周知のものを採用すればよい。縦線材５３と横線材５４の線材径は例えば０．８〜３．０ｍｍに設定される。前記メッシュ構造の目開き径としては例えば２００〜５００ｍｍに設定される。

前記メッシュ構造は補強部５１と固定部５２とを形成させている。補強部５１は耐火層３を補強するための部位である。固定部５２は取り付け手段６によってセグメント２に固定される部位である。補強部５１と固定部５２は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されたように、横線材５４において所定の間隔で曲げ加工が施された部位に二本の縦線材５３が設置されることにより形成されている。固定部５２における縦線材５３の間隔は、取り付け手段６を取り付けできるように取り付け手段６の軸の外径よりも広く且つ取り付け手段６に装着された座金６０の外径によりも狭く設定される。

取り付け手段６としては特開２００３−２３９６９３に開示されたアンカーや図２（ｂ）に示されたものが例示される。図２（ｂ）に示された取り付け手段６は、セグメント２に埋設される埋設部６１と、この埋設部６１に装着されるアンカーボルト６２とからなる。図示省略されているが取り付け手段６にはアンカーボルト６２に締め付けられて縦線材５３を押さえ付ける座金が装着される。一方、埋設部６１の上端にはアンカーボルト６２に締め付けられる図示省略したパッキンが載置される。埋設部６１は、アンカーボルト６２と螺合する筒状のスリーブ６１１と、このスリーブ６１１の下端部に接続される略樽状のインサート６１２からなる。埋設部６１は、このようにスリーブ６１１とインサート６１２の形状を異にすることにより、セグメント２からの脱落を防止させている。また、インサート６１２の側面の一部には適宜に切り欠き部６１３が形成されることにより前記脱落防止機能をより一層効果的なものにしている。

埋設部６１の施工要領を図５（ａ）〜図５（ｃ）に示した。先ず、図５（ａ）に示したようにセグメント２の型枠６０に埋設部６１が仮固定ボルト６３によって装着される。仮固定ボルト６３は図５（ｂ）に示したように型枠６０の孔６０１に挿通される芯出し部６３１を備えている。型枠６０と埋設部６１との間にはパッキン６０２が介在される。この状態で型枠６０にセグメント２の成分が流し込まれる。セグメント２の成分が固化した後に型枠６０を撤去すると共にパッキン６０２を外すと、図５（ｃ）に示したように埋設部６１を備え且つ定型されたセグメント２が出来上がる。

また、本実施形態では、図２（ａ）に示されたように、セグメント２が耐火層３の形成作業時に耐火層３の被り厚を示す層厚測定手段４を備えることにより、前記作業時にセグメント２に対する耐火層３の被り状態（層厚）を監視できるようになっている。

層厚測定手段４は耐火層３と同じ材料またはこれよりも耐火性の高い材料からなる。前記耐火性の高い材料としては例えばアルミナ、ムライト、コーディエライト等のセラミックスが挙げられる。層厚測定手段４はセグメント２の表面から突起するように設けられ、その突起の高さは予め定められた耐火層３の厚さと同じ寸法に設定される。また、耐火層３に補強材５０を含ませる場合、層厚測定手段４は図２（ｃ）に示したように補強材５０の縦線材５３及び横線材５４と緩衝しないように設けられる。さらに、層厚測定手段４は単一のセグメント２において所定の間隔（例えば２００〜５００ｍｍ）で複数設けるとよい。これにより、セグメント２に形成される耐火層３の厚さがより一層均等に確保される。

層厚測定手段４の形状は突起方向の断面形状が図３（ａ）に示された膜層測定部４２のように台形状のものに限定されない。例えば同図に示された層厚測定部４３は突起方向の断面形状が蒲鉾型に形成されている。同図に示された層厚測定部４４は突起方向の断面形状が半円形となっている。また、図３（ｂ）に示された層厚測定部は突起方向の断面形状が円形状または多角形状のものに形成されている。すなわち、層厚測定部４５は突起方向の断面形状が円形状となっている。層厚測定部４６は突起方向の断面形状が四角形状となっている。層厚測定部４７は突起方向の断面形状が六角形状となっている。

層厚測定手段４は図３（ａ）に示されたように層厚測定部４１のようにセグメント２との一体成形されるか、または同図に示された層厚測定部４２，４３，４４のように固定手段４０によってセグメント２に設置される。固定手段４０としては接着剤、両面テープ、粘土等が例示される。前記接着剤としては土木建築に用いられている既知の接着剤を使用すればよい。

層厚測定手段４をセグメント２に固定するための他の手段としては図６（ａ）に示したような補強材５０の縦線材５３または横線材５４に装着する形態がある。縦線材５３または横線材５４に装着される層厚測定手段４の実施形態としては図６（ｂ）に例示された層厚測定部７１，７２がある。層厚測定部７１は円柱形状に形成されている。層厚測定部７２は略樽形状に形成されている。耐火層３の層厚を規定する層厚測定部７１，７２の最大外径は予め定められた耐火層３の厚さと同じ寸法に設定される。
層厚測定部７２の側面の曲率はセグメント２の表面の曲率によって定まる。

層厚測定部７１の構成と装着要領について説明する。図７（ａ）は層膜厚測定部の構成を示した分解平断面図で，図７（ｂ）は層厚測定部の一実施形態を示した断面図で，図７（ｃ）は層厚測定部の他の一実施形態を示した断面図で、図７（ｄ）は補強材に層厚測定部が装着された状態を示した断面図である。

層厚測定部７１は図７（ａ）に示したように外筒部７１１とこれに挿通される内筒部７１２とからなる。外筒部７１１の外径は予め定められた耐火層３の厚みと同寸法に設定される。外筒部７１１と内筒部７１２の全長は同一であるが、内筒部７１２の全長は、必ずしも外筒部７１１の全長と一致させる必要はない。例えば図７（ｃ）に示した内筒部７１６のように外筒部７１１の全長よりも短小のものに設定してもよい。内筒部７１６は外筒部７１１の両端付近に挿通される。このような内筒部７１６を採用することで層厚測定部７１の軽量化が図れる。尚、図６（ｂ）に示した層厚測定部７２にも以上の構成に準拠すればよい。

外筒部７１１は耐火層３の表面近傍の位置に埋設されるので、その構成成分としてはセラミックスや耐火層３を構成する材料等の耐火性の高い無機質材料が例示される。層厚測定部７１が耐火層３に埋設されたとき内筒部７１２は外筒部７１１を介して耐火層３と離間するので、内筒部７１２の構成成分は特に限定しない。例えば、前述の外筒部７１１の構成成分と同じもの、またはゴム類、プラスチック類等が挙げられる。内筒部７１２の中心軸には縦線材５３または横線材５４が挿通される貫通孔７１５が形成されている。また、外筒部７１１には縦線材５３または横線材５４を導入するためのスリット７１３が形成されている。内筒部７１２においても縦線材５３または横線材５４を導入するためのスリット７１３が形成されている。スリット７１３とスリット７１４の幅は縦線材５３または横線材５４の径に基づいて定まる。尚、図６（ｂ）に示した層厚測定部７２及び図７（ｃ）に示した層厚測定部７１にも以上の構成成分を適用すればよい。

図７を参照しながら縦線材５３または横線材５４への層厚測定部７１の装着手順について説明する。先ず、内筒部７１２を外筒部７１１に挿通させた後、縦線材５３または横線材５４をスリット７１３及びスリット７１４を介して内筒部７１２の貫通孔７１５内に導入する。そして、図７（ｄ）に示したようにスリット７１３とスリット７１４の開口部の位置をずらせば、図７（ｂ）に示したように層厚測定部７１が縦線材５３または横線材５４に装着される。この際、必要に応じて接着剤で内筒部７１２と外筒部７１１を接着させてもよい。尚、層厚測定部７２及び図７（ｃ）に示した層厚測定部７１にも以上の装着手順を適用すればよい。

また、層厚測定手段４の他の実施形態としては図８に示した層厚測定部７３が挙げられる。図８（ａ）及び図８（ｂ）は層厚測定部７３の構成を示した分解断面図で、図８（ｃ）は層厚測定部７３の構成要素である固定部の一実施形態を示した断面図である。

層厚測定部７３は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されたように、略円柱状に形成された本体部７３１と、この本体部７３１の中心軸に挿通された縦線材５３または横線材５４を封止するための封止部７３２とからなる。本体部７３１は中心軸に縦線材５３または横線材５４を導入させるスリット７３２が形成されている。スリット７３２の幅は縦線材５３または横線材５４の径に基づいて定まる。前記線材が導入されたスリット７３２には封止部７３２が図８（ａ）及び図８（ｂ）に示した矢印方向に挿入され固定される。この固定手段の一実施形態として図８（ｃ）に示された封止部７３２の適所に複数設けられるストッパー７３４が例示される。ストッパー７３４としてはゴム類やプラスチック類等の弾性変形機能を有する材料からなるものがある。

次に図９を参照しながら層厚測定手段４の製造方法の一例について説明する。

ステップＳ１の原料混合の工程では、主成分となる例えば酸化アルミニウム（アルミナ）に焼結を助けるための副成分すなわち焼結助剤が添加されさらに純水が加えられものがボールミルにより１０時間混合粉砕される。尚、前記アルミナの純度としては例えば６０重量％程度に設定される。

ステップＳ２の連続押出し成形の工程では、ステップ１によりスラリー状態となっている原料が、ポリビニールアルコール等の有機バインダと分散剤としてのポリカルボン酸アンモニウム塩が添加された後に、押出成形機に供されて加熱乾燥されながら例えば図３及び図６に示された形態や図７や図８に例示列挙されたようなスリットを有する形態で連続押出成形される。このようにして得られた成形体９１は、耐火層３との接合やなじみの効果を高めるために、必要に応じてサンドブラスト処理または凹凸ローレット処理手段に供されて表面の一部部分が適宜に粗面加工される。この粗面処理はステップＳ４での切断処理の後に行ってもよい。

ステップＳ４の焼成の工程では、成形体９１がピアノ線等を用いたワイヤ切断機によって所定の長さに切断されて仮成形される。前記仮成形によって得られた成形体９２はバッチタイプのガス炉に連続的に供されて１０００〜１５００℃の焼成保持温度のもと２時間焼成される。

ステップＳ５の完成の工程では、前記焼成処理された成形体９２が１００℃／時の降温速度の冷却処理に供されることにより層厚測定手段４が完成する。層厚測定手段４の表面は粗面処理すると、耐火層２に埋設された場合に耐火層２との接着強度を高めることができる。前記粗面処理はサンドプラスト処理、凹凸ローレット処理で行ってもよい。

以上の実施形態の説明から明らかなように、層厚測定手段４は、耐火層３の施工の過程で、セグメント２に形成される耐火層３の厚みを示すことができる。したがって、セグメント２に対する耐火層３の被り状態すなわち耐火層３の厚みを監視しながらの耐火物の吹き付け塗膜作業を行えるようになる。また、層厚測定手段４は耐火層３によって埋設されるので、耐火層３が形成された後の層厚測定手段４の撤去は必要なくなり、耐火層３を備えたセグメント２の施工に費やされる工数が低減する。さらに、層厚測定手段４は耐火性を有するので、セグメント２の耐火特性を維持させることができる。尚、本実施形態に係る耐火層３の施工方法は、コンクリート製のセグメント２に限定されず、モルタル製や金属製のものにも適用できる。

本発明の一実施形態に係る構造物を採用したトンネルの断面を示した概略図。 （ａ）本発明の一実施形態に係る構造物であるセグメントに形成された耐火層の構成を示した断面図，（ｂ）耐火層に有する補強材を前記セグメントに取り付ける取り付け手段の一実施形態を示した断面図，（ｃ）層厚測定部の一実施形態を示した平面図。 （ａ）層厚測定部の実施形態を例示列挙した断面図（ｂ）層厚測定部の実施形態を例示列挙した断面図。 （ａ）補強材の一実施形態を示した斜視図，（ｂ）前記補強材がセグメントに固定された状態を示した平面図，（ｃ）前記補強材がセグメントに固定された状態を示したＡ−Ａ断面図。 （ａ）取付手段の埋設部を備えたセグメントの施工要領の一例を示した断面図，（ｂ）前記施工要領に供する仮固定ボルトの一実施形態を示した断面図，（ｃ）前記固定手段がセグメントに設置された状態を示した断面図。 （ａ）本発明の一実施形態に係る構造物であるセグメントに形成された耐火層の構成を示した断面図，（ｂ）前記耐火層の被り厚を示す層厚測定部の一実施形態を示した断面図。 （ａ）層膜厚測定部の構成を示した分解平断面図，（ｂ）層厚測定部の一実施形態を示した断面図，（ｃ）層厚測定部の他の一実施形態を示した断面図，（ｄ）補強材に層厚測定部が装着された状態を示した断面図。 （ａ）及び（ｂ）は層厚測定部の構成を示した分解断面図，（ｃ）は層厚測定部の構成要素である固定部の一実施形態を示した断面図である。 層厚測定部の作成工程を示したフローチャート。

符号の説明

１…トンネル
２…セグメント
３…耐火層
４…層厚測定手段
５，５０…補強材
６…取り付け手段
４０…固定手段
４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７…層厚測定部
５１…補強部、５２…固定部、５３…縦線材、５４…横線材
６１…埋設部、６１１…スリーブ、６１２…インサート、６１３…切り欠き部
６２…アンカーボルト
７１，７２，７３…層厚測定部
７１１，７３１…外筒部、７１２，７１６…内筒部、７１３，７１４，７３３…スリット、７１５…貫通孔、７３２…封止部、７３４…ストッパー

Claims (7)

1. 構造物の表面に耐火物を吹き付け塗膜して設定厚さの耐火層を形成する耐火層の施工方法であって、
   構造物の耐火層が設けられる表面に当該耐火層を補強する補強材を設け、
   この補強材には当該耐火層に埋設される耐火性を有する層厚測定手段が備えられており、
   この層厚測定手段はその設置高さが予め定められた耐火層の厚みと同寸法に設定され、前記吹き付け塗膜時に前記層厚測定手段は前記構造物に形成される耐火層の厚みを示すこと
   を特徴とする耐火層の施工方法。
2. 前記層厚測定手段は複数設けられることを特徴とする請求項１記載の耐火層の施工方法。
3. 前記補強材はメッシュ構造を構成する線材からなり、この線材に前記層厚測定手段が装着されたことを特徴とする請求項１または２記載の耐火層の施工方法。
4. 前記層厚測定手段は耐火層の材料またはこの材料よりも耐火特性を有する材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の耐火層の施工方法。
5. 前記層厚測定手段は断面が円形または多角形のいずれかに形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の耐火層の施工方法。
6. 前記層厚測定手段はその表面が粗面処理されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の耐火層の施工方法。
7. 耐火物が吹き付け塗膜されて耐火層が形成される構造物であって、
   構造物の耐火層が形成される表面に当該耐火層を補強する補強材を設け、
   この補強材には当該耐火層に埋設される耐火性を有する層厚測定手段が備えられており、
   前記層厚測定手段は、その設置高さが予め定められた耐火層の厚みと同寸法に設定され、前記吹き付け塗膜時に形成される耐火層の厚みを示すこと
   を特徴とする構造物。

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