JP5679619B2 - 舗装目地 - Google Patents

Description

本発明は概して、舗装の構築及びそうした舗装に用いられる接合機構に関する。とりわけ本発明は、例えば木の根の侵入や土壌の移動などの面外作用による差動（differential movement）の影響を受けやすく、舗装面の凸凹を許容可能な交通を日常的に支える舗装に用途があるものであって、かかる文脈において本発明をここに説明する。

舗装は、車道、歩道（人道）、運動場、及び保管や駐車のための場所における車両または歩行者の通行を容易にするために用いられている。その任務を上手くこなすため、こうした舗装は比較的平滑且つ平坦であるべきである。経済的理由から、こうした舗装は間に施工目地を置き、しばしばかなりの長さで打設される。しかしながらある形態においては、コンクリートなどの硬化性材料から出来た予成形スラブ、あるいは鋼鉄や木材などの他の硬質材料から舗装が形成されることもある。歩道とは、歩行者や、車椅子、ベビーカー、自転車などの歩行者用車両といった比較的軽く低速の交通を担う舗装である。他の種類の軽荷重舗装としては、自転車用道路、私有道路、運動場などがある。これらの舗装は概して、大重量又は高速の交通を担うためのものほど平滑さや平坦さを求められない。

舗装は直接的作用と間接的作用の両方を蒙る。直接的作用には交通荷重及び土壌や地盤の移動、木の根による力が含まれる。例えば歩道や自転車用道路、私有道路の場合、これらはしばしば樹木に沿って作られており、木の根による隆起作用は珍しくない。隆起又は沈下作用は舗装に対して面外的なものと言える。

間接的作用には乾燥（湿気）及び温度変化が含まれる。舗装がコンクリート製の場合、こうした作用は一時的及び恒久的両方の体積変化を生じ、これは膨張と収縮の形で現れる。乾燥が原因の収縮はこの点で、恒久的収縮の一形態と言える。こうした作用の効果は舗装面で最も顕著である。例えばコンクリートの無拘束状態での乾燥収縮は一般的にほぼ８００マイクロストレイン程度、すなわち１５００ｍｍ長のスラブでは１．２ｍｍである。コンクリートの熱膨張率は一般的に摂氏１度あたりほぼ１２マイクロストレイン程度、すなわち摂氏２０度の温度変化を蒙った１５００ｍｍ長のスラブではおよそ０．４ｍｍである。収縮が制限されると、コンクリートのクラックに繋がるおそれがある。膨張が制限されると、コンクリートの破損や粉砕、舗装の捩れや反りのいずれか又はすべてに繋がるおそれがある。

一般的にコンクリート舗装の収縮への備えは、比較的狭い間隔で収縮目地を設け、舗装を効果的に分割し一連の隣接スラブとすることによってなされる。例えば歩道などの無筋コンクリート舗装の場合、収縮目地は一般的に舗装の厚さの１５〜２０倍の間隔で設けられている。７５ｍｍ厚の舗装の場合、これは１０００〜１５００ｍｍでの目地を意味する。太陽熱に晒されるコンクリート舗装、例えば車道や歩道などの膨張への備えは、一般的に４〜５メートルの比較的広い間隔で膨張目地、別名分離目地を設けることによってなされる。このように屋外舗装は一般的に一連の隣接スラブの形態を取り、収縮目地と膨張目地の組み合わせによって分離され且つ連結されている。

経済的理由から収縮目地は一般的に、生コンクリートにコテで溝をつけるか部分的あるいは完全に固まったコンクリートを切って溝をつけるかしてコンクリートの上面に脆弱な面を作り出すことで形成される。これによりクラックは、見苦しくランダムに生じる代わりに、こうした溝に生じるようになり、悪影響をもたらす２〜３本の大きなクラックの代わりに、たくさんの小さなクラックを生じるのを助ける。実際にはこの方法の有効性は、コンクリートの状態、舗装と土壌、すなわち舗装の乗っている路盤との間の摩擦の程度、出来栄え、気象条件、及びその他の要素に左右され、収縮はしばしば２つ以上のスラブにわたって蓄積され、よってクラックが脆弱な面に生じず、比較的大きいクラックが他の場所に生じてしまう。

木の根による押し上げや土壌の隆起などの局所での直接的作用は、舗装に曲げ応力を生じる。例えば比較的近接した収縮目地を有する無筋コンクリート歩道の場合、木の根による押し上げ作用は大抵、クラックの開口すなわち創出に繋がり、これは押し上げ地点に隣接する収縮目地において歩道上面から広がる。しかしながらこの施工目地のクラックはスラブの曲げ強さを一方向に著しく弱めるだけであって、上述の押し上げは、コンクリートの曲げ強さに対応した押し上げ地点からの距離で、突然且つ制御不可能な歩道の破損に繋がる。さらにクラックが比較的大きいと、押し上げられたスラブは隣との繋がりを失い、その結果、舗装には垂直方向での不連続、すなわち段差が生じる。歩道ではこれがしばしばかなりの高さの段差に繋がり、歩行者用車両の通行を妨害し、歩行者の躓きや転倒を招く。

膨張目地は一般的に舗装の全厚にわたって延びる圧縮材料からなるシートで出来ており、コンクリートの粉砕や破損、舗装の反りや捩れに繋がりかねない舗装を構成するコンクリート内での過度の圧縮応力を招くことなく、舗装を膨張可能とするものである。こうした目地には舗装内で荷重を伝達したり変位量差（differential displacement）を制限する能力はない。

第一の面において、本発明は、２つの隣接舗装スラブ間に設けられる舗装目地を提供するものであって、目地は細長で、目地軸方向に延び、剪断キーと少なくとも１つのヒンジを形成する協働ベアリング面を有し、剪断キーと少なくとも１つのヒンジはスラブの少なくとも１つが面外作用を受けたときに作動し、剪断キーが剪断ひずみをスラブ間で伝達し、少なくとも１つのヒンジは、１つのベアリング面の他方に対する動きによって少なくとも一方向において目地軸に対するスラブの角変位を吸収するものである。

明細書の文脈における“舗装”との用語は、とりわけ交通を支える公共区域又は道路の硬質面に関するものである。さらに舗装スラブはいかなる好適な材料からなるものであってもよく、予成形ユニットとして作られてもよいし現場打ちされてもよい。舗装スラブの例は、コンクリートスラブ、コンクリートと似た硬質且つ高剛性の材料、木材製スラブ、引張金網などの金属、あるいはこれらの材料の組み合わせ、を含む。

本発明によれば、スラブの少なくとも１つが木の根の侵入や土壌移動などによる面外作用に影響を受けたときにスラブの垂直差動を抑制する荷重伝達機構を目地が提供する。隣接スラブの垂直差動を減少させることで、歩行者が躓く潜在的危険が減る。これと共に、舗装の補修や取替えの必要がより少なくなるため、使用者にとっては将来的に費用節約となり、資源の無駄遣いが減る。

大まかに言って、この荷重伝達機構は剪断キーによってもたらされる。剪断キーはスラブ間で垂直変位を伝達又は均等化する手段を提供するものであり、この伝達に影響を及ぼすために数多くの様々な形態を取り得る。少なくとも１つのヒンジは目地軸に対する角変位を吸収する手段を提供し、面外作用によって引き起こされた応力を緩和するように舗装が枢動する機構をもたらす。

本発明者らは、木の根などからの局部作用を受けている比較的短いスラブからなる舗装に吸収されるべき角変位の大きさが、車道など他の舗装において要求とされるものとは桁違いであることに気が付いた。例えば木の根が歩道スラブの一端を２５〜５０ｍｍ持ち上げた場合、１５００ｍｍ長のスラブであれば１〜２度の回転を意味する。このレベルの回転は少なくとも１つのヒンジを介して本発明の目地で吸収可能であるが、従来の収縮目地ではこうした回転は吸収不可能であった。ただし当然ながら、面外作用は特定の局部作用以外からも生じ得る。例えばこうした作用は、地盤沈下や、弱い地震などといったより暴力的作用からも生じ得る。

ある実施の形態では、目地はスラブの端面それぞれの相互係合を介して形成される。この構成では、端部が相互係合により剪断キーと少なくとも１つのヒンジを形成する外形とされている。

ある形態では、剪断キーが一方のスラブの端部の少なくとも一部分によってもたらされ、これが他方の端面に形成された凹部内に位置し、剪断ひずみがその連結部で伝達可能となっている。ある形態では、突起−溝連結部が隣接スラブ間に形成される。

目地が少なくとも実質的にこれらスラブ端面の外形から形成される構成においては、角変位を可能とするヒンジに用いられる機構は様々な形態を取り得る。ある実施の形態では、各スラブがその端面に沿ってベアリング面を有し、これらベアリング面の相互係合が目地のヒンジをもたらす。

ベアリング面はスラブの露出端面から形成可能である。あるいは、金属、高分子被膜、フィルムなどの被覆物がその端面を覆ってベアリング面を形成するものであってもよい。こうした被覆物を用いる利点は、ベアリング面の表面特性が向上すること、目地強度が高くなること、または目地の作成が容易となることなどである。

ある形態では、ベアリング面が別のベアリング面内で摺動可能であり、ヒンジ動作が滑り回転（sliding rotation）によるものである。

別の形態では、スラブ端部が歯車歯に似た断面を有し、剪断ひずみを歯車歯式に伝達可能とし、回転を転がり（rolling）によって歯車式に吸収可能とする。

有限厚のスラブが例えば水平面から回転すると、最初平面上の長さが増す。つまりスラブが一端側で持ち上がり隣接スラブを持ち上げると、スラブ間の目地が上面で開き且つ下面で閉じ、このスラブと持ち上がっていない隣接スラブの間の目地は上面で閉じ且つ下面で開く。

設置中には概して、持ち上がったスラブは、その持ち上がっていない隣接スラブによって水平方向への動きを抑制される。このように、この伸長を吸収あるいはその作用を少なくとも最小限に抑える何らかの設備がなければ、上記伸長作用によって、持ち上がったスラブ、持ち上がっていないスラブの両方に圧縮応力が生じる。概してこの伸長は、スラブが角変位する際にそれらの間に締め付け作用を生じることとなる。スラブがコンクリート又は同様な材料から形成されている特定の状況下では、この作用は収縮によって相殺可能である。他の状況下では、スラブの少なくとも１つ以上の破損を招きかねない過度の応力が目地に発生することがないように、スラブ間の目地が伸長作用を吸収する必要がある。

スラブが歯車に似た上述の構成においては、もしもスラブ端部半径が接触面からスラブ回転の支点までの距離が等しくなるように決められていれば、上述の締め付け作用が防がれる。

ある形態では、目地が少なくとも２つのヒンジを有し、一方のヒンジが一方向への目地軸周りの角変位を許容し、他方のヒンジが反対方向への目地軸の角変位を許容する。ある形態では、これらのヒンジがスラブのそれぞれの外面に向けて変位する。ある形態では、これらのヒンジそれぞれが滑り回転のヒンジ動作を利用しており、各ヒンジは一方が他方内部で摺動する弧状の協働ベアリング面で形成されている。

ある形態では、目地はヒンジを一つだけ有し、これはスラブの中立軸上又は周りに設けられている。この位置に設けられたとき、回転時に発生するスラブの相対伸長が吸収される必要がある。ある形態では、スラブの外側端部において目地に十分なサイズのギャップを設け、スラブが所定の角変位（典型的には５度未満、より典型的には３度未満）で回転するのに十分な隙間を許容することでこれが吸収される。ただし、スラブの厚さ次第では必要なギャップが大きくなりすぎ、実際問題として舗装で躓く危険を生じる。よって別の形態では、隣接スラブ間に設置され角変位下でのスラブの伸長を吸収するように配置された圧縮部材を目地が有する。

ある実施の形態では、舗装スラブは予成形され、圧縮部材は設置前のスラブの一方又は両方に固定されるか、それぞれのスラブの相互連結部の目地内に配置される。

ある実施の形態では、舗装目地は目地材を有する。
ある形態では、隣接スラブが現場打ちであり、この目地材は両方の舗装スラブに対して型枠として機能する。ある形態では、目地材は薄鋼板などのシート材から形成され、必要とあらば、１つ以上の圧縮部材など、他の構成要素が取り付けられる。この形態の目地材は、目地材の面とこの目地材が連結される他方のスラブとの係合を介して目地ヒンジが形成されるようにスラブの１つに固定される。

ある形態では、目地の剪断キーが隣接スラブと目地材との相互係合によってもたらされる。ある実施の形態では、目地材はそれぞれのスラブ内部へと延びる対向する側方部を有し、前記目地材を介して隣接スラブに剪断ひずみを伝達可能とするのに十分なだけ目地材をスラブ内に配置する。

ある形態では、側方部の少なくとも１つが弧状のベアリング面を有する外形とされている。この構成では、少なくとも１つの側方部が滑り回転によって作動するヒンジの一部を形成し、弧状面がそのヒンジのベアリング面を形成する。

ある実施の形態では、目地材はコアとコアから外側に伸びて目地軸周りにおよそ１８０度の角度を開けて配置された側方部を有する。この構成により、一方の側方部が一方のスラブ内部へ突出し、他方の側方部が他方のスラブ内部へ突出する。

ある構成では、目地材はまたコアから突出する少なくとも１つのスペーサを有する。少なくとも一つのスペーサは隣接スラブ間に位置し、側方部から目地軸周りに角度を開けて配置されている。

ある実施の形態では、目地材は目地軸周りにおよそ１８０度の角度を開けて配置された２つのスペーサを有する。ある実施の形態では、スペーサが全体的に側方部に対して実質的に垂直な方向へと延びるように目地材が構成されている。ただし当然ながら、スペーサが側方部に対して直角ではないように目地材の外形が変化してもよい。

目地材のスペーサは、少なくとも１つのヒンジ周りでのスラブの角変位に際し、少なくとも１つのスラブの伸長作用を吸収するように設けられている。この場合、この伸長作用を吸収するために少なくともある程度まで圧縮可能な材料からスペーサを形成することができる。

更なる形態では、隣接スラブを完全分離し且つ連結するように目地材が配置される。この構成では、目地材はコアから突出しスラブ外面のそれぞれへと延びる２つのスペーサを有する。この構成では、スペーサが十分に圧縮可能とされ、舗装がスラブの面内膨張を吸収するための膨張目地を提供することができる。

コア、側方部、及び２つのスペーサを備えた目地材の外形は、目地材のベアリング面と当接スラブの端部に形成された対応ベアリング面との間で滑り又は転がり回転のある構成を介して作動するヒンジ作用を有するものとできる。

上述の形態の目地材のある実施の形態では、目地材には複数のベアリング面が形成され、そのそれぞれが対向スラブの対応ベアリング面と協働し、舗装目地内に複数のヒンジを形成する。

ある形態では、目地材の少なくとも１つの面が２つのヒンジベアリング面を有し、これらのベアリング面は、目地材の側方部の末端からスペーサのそれぞれの末端へと延びている。ある形態では、これらのベアリング面は凹面状である。

ある形態では、目地材がその対向面それぞれに上述のタイプのヒンジを一対有する。よってこの構成では、目地材が４つの凹面状ベアリング面を有し、そのそれぞれが目地のヒンジの一部である。

ある実施の形態では、目地材は細長で一定の断面を有する。ある形態では、目地材は長尺に形成され、これは典型的には押し出し法による。

ある形態では、目地材はＰＶＣやＨＤＰＥなどの硬質高分子材料、あるいは硬度の高いゴムから形成される。代わりの実施の形態では、目地材はアルミニウムなどの金属、あるいは鋼鉄で補強された高分子材料などの複合構造からなる。

更なる面において、本発明は、舗装目地用の目地材に関連するものであって、目地材は目地軸を有して隣接舗装スラブ間に配置され、目地材は、使用時にスラブの端面それぞれと対向する第１及び第２の対向する面を含み、第１の面は、その面から外側に突出し且つその対向スラブの端面と相互係合するように配置されてそのスラブから目地材へと剪断ひずみを伝達可能とする側方部と、その対向スラブのベアリング面と係合する少なくとも１つのベアリング面とを有し、これらベアリング面の相互係合が、少なくとも一方向で目地軸に対するスラブの角変位を吸収するための目地の少なくとも１つのヒンジの１つをもたらす。

ある実施の形態では、第２の面もまた、その面から突出し且つその対向スラブと目地材間で剪断ひずみを伝達可能とするようにそのスラブの端面と相互係合可能な側方部を有する。ある形態では、第１及び第２の面は共に、その面上の側方部の両側それぞれに配置された２つのベアリング面を有し、ベアリング面は対向スラブの端面のベアリング面それぞれと係合するように配置され目地の４つのヒンジを形成している。

更なる面において、本発明は、スラブの少なくとも１つに加わった面外作用下の舗装における隣接スラブの面外差動を隣接スラブ間に舗装目地を有することで抑制する方法を提供するものであって、目地は細長で、それぞれ目地軸方向に延び、剪断ひずみをスラブ間で伝達可能であり、少なくとも一方向で目地軸に対するスラブの角変位を吸収可能である。

更なる面において、本発明は、使用時には隣接舗装スラブと共に目地の一部を形成する少なくとも一つの特殊形状端面を有する舗装スラブに関連するものであって、目地で剪断ひずみを伝達可能であり、スラブの角変位が吸収される。ある形態では、目地材がスラブ間に配置される。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して便宜的に説明する。当然ながら図面の詳細やその関連説明は、先行する本発明についての概説の一般性を損なうものではない。

図１は舗装目地１０１、１０２（図２、３参照）に用いられるべく配された目地材２０を示す。目地材２０は目地１０１、１０２を介して隣接スラブへと剪断ひずみを伝達し、目地軸ＣＡ^１、ＣＡ^２周りのこれらスラブの角変位を吸収可能とする。

目地材２０は、コア２１、及びコアから外側に向って延び且つ軸ＣＡ周りに約１８０度の角度を開けて配置されコアの両側に延びる側方部２２、２３を有する。目地材はまた、コアから突出するスペーサ２４、２５を有する。これらのスペーサ２４、２５もまたコア周りにおよそ１８０度の間隔で配置され、また側方部２２、２３に対してほぼ直角であり、よって目地材２０に幾分十字架に似た断面を付与している。

目地材１０は細長で、典型的には押し出し法で形成される。目地材２０は剛体構造で、ＰＶＣなどの好適な材料から形成される。さらに図示の形態では、目地材が中心空洞２６を有し、これは押し出しを容易にし、必要とあらば、別の押し出しにより充填され、目地材は共押し出し法によって形成されるものであってもよい。

その剛体構造ゆえに目地材は、さもなくば側方部２２、２３に相互角変位を可能ならしめたであろう目地材の屈曲又は変形によって目地軸ＣＡ周りのスラブ角変位を吸収することはできない。目地材２０ではひきかえに、こうした角変位が目地材周りの舗装スラブの相対運動によって吸収される。

こうした動きを可能とするため、目地材２０は複数のベアリング面２７、２８、２９、３０を有する。ベアリング面の２つ２７、２８は目地材２０の片面３１に配置され、一方、ベアリング面の残りの２つ２９、３０は目地材の反対の面３２に配置されている。さらにベアリング面は、いずれの面においても、側方部２２、２３の両側にこれらベアリング面があるように配置されている。この構成により、片面のベアリング面が、対向するスラブの端面上に設けられた対応ベアリング面と相互に係合するように配置される。これら各相互係合面がそれぞれ、舗装目地１０１、１０２にヒンジ（３７、３８、３９、４０）を供する。

図１で最もよく分かるように、各ベアリング面は実質的に、各側方部２２、２３の末端３３、３４からスペーサ２４、２５の末端３５、３６それぞれへと延びている。さらに各ベアリング面は弧状（凹面）である。とりわけ弧状面は、舗装スラブの対応ベアリング面に対するベアリング面の相互係合によって形成された各ヒンジ（３７、３８、３９、４０）の動きが滑り回転の１つとなるように賦形されている。これについては図２、３を参照して以下に詳述する。

図２は隣接スラブ１０３、１０４、１０５から形成され舗装目地１０１、１０２を有するコンクリート舗装１００を示す。舗装目地１０１、１０２は目地材２０を有する。便宜上、これら目地材の符号には上付き文字１又は２が振られており、これら目地材の特徴は同様の呼称を付与されている。

図示の形態では、目地材２０^１、２０^２をわたってのスラブ１０３、１０４、１０５の打設で舗装１００が形成されている。このようにして目地材はスラブ１０３、１０４、１０５を連結し且つ分離する。詳しくは、側方部２２^１、２３^１、２２^２、２３^２が各スラブ１０３、１０４、１０５の端面に埋まり、一方、スペーサ２４^１、２５^１、２４^２、２５^２はスラブ１０３、１０４、１０５を分離し、スペーサは舗装１００の各スラブ面１１０、１１１へと延びている。

図２に示すように、スラブ１０３、１０４、１０５の端面１０６、１０７、１０８、１０９はそれぞれ面３１^１、３２^１、３１^２、３２^２上に打設されており、結果、これら端面それぞれに、目地材２０のベアリング面２７、２８、２９、３０それぞれに対応する弧状ベアリング面１１２、１１３が形成される。

目地材２０のベアリング面はなだらかに湾曲するものとされており、ある形態では、相互係合面の滑り回転により作動するヒンジを形成するようにこの湾曲が一定の半径を有する。この面形状は各ヒンジでの良好且つ均等な個別荷重配分を可能とする。ある形態では、目地材上のベアリング面の形状は半径が変化するものである。この曲率変化の目的は、目地材に対して持ち上がった１つのスラブへと締付け力が加わる作用点が、この面に沿って上下動可能とするものである。例えば、これらの面の曲率は楕円形などの円形以外のもので、全長にわたって変化してもよい。ある形態では、側方部２２、２３の各末端３３、３４からスペーサ２４、２５の末端に向け、半径が漸増する。

一般的に舗装は直接的作用と間接的作用の両方を蒙る。直接的作用には交通荷重及び土壌又は地盤の移動、木の根による力が含まれる。例えば歩道や自転車用道路、私有道路の場合、これらはしばしば樹木に沿って作られており、木の根による隆起作用は珍しくない。隆起又は沈下作用は舗装に対して面外的なものと言える。

間接的作用には乾燥（湿気）及び温度変化が含まれる。舗装がコンクリート製の場合、こうした作用は一時的及び恒久的両方の体積変化を生じ、これは膨張と収縮の形で現れる。乾燥が原因の収縮はこの点で、恒久的収縮の一形態と言える。こうした作用の効果は舗装面で最も顕著である。例えばコンクリートの無拘束状態での乾燥収縮は一般的にほぼ８００マイクロストレイン程度、すなわち１５００ｍｍ長のスラブでは１．２ｍｍである。コンクリートの熱膨張率は一般的に摂氏１度あたりほぼ１２マイクロストレイン程度、すなわち摂氏２０度の温度変化を蒙った１５００ｍｍ長のスラブではおよそ０．４ｍｍである。収縮が制限されると、コンクリートのクラックに繋がるおそれがある。膨張が制限されると、コンクリートの破損や粉砕、舗装の捩れや反りのいずれか又はすべてに繋がるおそれがある。

一般的にコンクリート舗装の収縮への備えは、比較的狭い間隔で収縮目地を設け、舗装を効果的に分割し一連の隣接スラブとすることによってなされる。例えば歩道などの無筋コンクリート舗装の場合、収縮目地は一般的に舗装の厚さの１５〜２０倍の間隔で設けられている。７５ｍｍ厚の舗装の場合、これは１０００〜１５００ｍｍでの目地を意味する。太陽熱に晒されるコンクリート舗装、例えば車道や歩道などの膨張への備えは、一般的に４〜５メートルの比較的広い間隔で膨張目地、別名分離目地を設けることによってなされる。このように屋外舗装は一般的に一連の隣接スラブの形態を取り、収縮目地と膨張目地の組み合わせによって分離され且つ連結されている。

図２に示す実施形態では、目地１０１、１０２が舗装１００の収縮目地を形成している。しかし従来の収縮目地とは異なり、目地１０１、１０２は一般に木の根の侵入や土壌隆起が原因の面外作用を吸収可能であり、スラブの垂直差動を抑制できる。この作用を目地が吸収するメカニズムを図３を参照して詳述する。

図３について言えば、舗装１００は面外作用Ｐが加わることで変位した状態で示されており、これはスラブ１０４の下に木の根が侵入することなどで起こる。

スラブ１０４に力Ｐが加わった後、このスラブへの荷重は各目地１０１、１０２を介してスラブ１０３、１０５の両者へと伝達される。とりわけ目地１０１に関して言えば、スラブ１０３は矢印ｐ^１で示されるようにベアリング面２７^１を介して目地材２０^１へと荷重を加え、反力ｐ^２が他方のスラブ１０３によって対角のベアリング面２９^１に生じる。このように、目地材２０^１は目地１０１を挟んでスラブ１０３、１０４間で剪断ひずみを伝達する。

さらに、荷重Ｐが十分に大きければスラブ１０４が持ち上がる。この持ち上げ作用は荷重の大きさを減らし、よってこのスラブは平衡位置となるまで持ち上がり続ける。この持ち上げ作用は平面的なものでなく、スラブ１０４の回転をもたらす目地１０１、１０２に組み込まれたヒンジ機構を介して吸収される。さらにこのように、とりわけ剪断ひずみが隣接スラブへと伝達可能であるため、スラブ１０４が持ち上がるためのしきい荷重は、その一部が目地１０１、１０２を介した回転での抵抗に応じるものであり、個々のスラブは他から独立して持ち上がり自在ではない。

スラブ１０４が回転（図３に示すように時計回り）を介して持ち上がるように、ヒンジ３９^１、３９^２が作動し、スラブ１０４のベアリング面１１３^１、１１２^２がベアリング面２７^１、２９^２を動く。この動きにより、スラブ１０３のベアリング面１１２^１にも対応した動きが起き、ベアリング面２９^１を動く。

この動きにより、図３に示すように、ベアリング面１１２^１と２９^１は分離しようとする。本発明者らは角変位が増加する際、目地材２０が実際に“フリップ（flip）”し、これにより、図３の実施の形態で見れば、ベアリング面２７^１がスラブ１０４のベアリング面１１３^１と非接触状態となり、ベアリング面２９^１がスラブ１０３のベアリング面１１２^１と接触するように移動することを見出した。この動作により目地材２０はロッカー（rocker）として機能する。

この回転の際、スラブ１０４が実質上伸長する。この回転は、目地１０１下端ではスラブ１０３、１０４間のギャップを閉じ、目地１０２上端ではスラブ１０４、１０５間のギャップを閉じる。逆に、目地１０１上端のギャップは開き、目地１０２下端のギャップは閉じる。

このスラブ間ギャップ距離の変化が、スラブが目地材を締め付ける際の目地１０１、１０２での剪断ひずみの伝達補助に利用される。さらに、この“締め付け力”の大きさ及び方向は各ベアリング面の曲率半径によって変更可能である。この締め付け力は概ね、スラブや目地材にダメージを与えかねぬレベルを超えない程度に設定される。

したがってこの動作下では、舗装１００は、面外作用を吸収するように各目地で効果的に枢動する。この枢動により、隣接スラブ間の目地１０１、１０２での垂直差動が最小となる。この面外作用Ｐによって引き起こされる応力を効果的に緩和する回転が目地１０１、１０２で吸収可能であるため、スラブ損傷の可能性は著しく減少する。

なお、上記実施の形態では舗装の舗装スラブ１０３、１０４、１０５が現場打ちとされているが、当然ながらこれらスラブを予成形材としてもよい。

図４は据え付け時の目地材２０の側面図を示す。目地材２０は空隙３７を有し、目地材２０の空隙３７が型枠５００の空隙５０１、５０２と整列するように型枠５００の面に当っている。この時、釘９０が整列した穴に挿入可能である。釘９０は、整列した型枠の空隙と目地材の空隙に位置する爪９１、９２を有する。釘はコンクリート注入中に目地材が動かないように安定させ、支持するものである。コンクリート養生時には釘が外され、型枠が取り去られ、目地材によって隣接スラブが連結され且つ分離された状態とする。

打設時に目地材を支持するのには、当然ながら他の方法も利用可能である。例えば：
ａ．鋼鉄製釘を使用し、目地材に予め穿孔された略垂直穴に通す。目地材は掘削溝内に配置可能であり、釘は地面に打ち込まれ目地材を所定位置に保持する、
ｂ．“ノッチ付きインサート具（notched inserter tool）”を使用し、目地材の頂部に渡し、湿潤コンクリート中に目地材を浸ける、あるいは
ｃ．“インサート具（inserting tool）”を使用し、目地材上に適合・固定された多数の“カム”によって目地材頂部を捕まえ、目地材を所定位置に保持する。

図５は目地材２０の更なる実施の形態を示す。図５に示す目地材４５は目地材２の特徴の多くを共有するものであり、同様な特徴には同様な参照番号が振られている。

目地材４５は軟質端部４６、４７を有する。これらは施工時の圧縮を吸収するのに十分なだけ柔らかく、ギャップの形成は、ギャップ形成時の軟質端部の膨張に繋がり、よってシールを維持する。このようにしてギャップへの岩屑の侵入を減らす。さらに下端では、軟質端部が圧縮膜を作り、目地軸周りの角変位に際し目地材にスラブの伸長作用をより吸収しやすくする。

これらの軟質端部４６、４７は、クリップ４８、４９のような機械的係合を用いて装着することができる。あるいは接着剤、溶着を用いて軟質端部を目地材４５に接合してもよい。ある実施の形態では、端部と目地材が共押し出しされ、目地材と端部の異なる材料間に継ぎ目なしの接合部をもたらす。

図６は更なる実施の形態の目地材５０を示すものであり、目地材はさらに剛性を増すため、軟質被覆物５２で包まれた硬質コア５１を有している。ｕＰＶＣ、鋼鉄などからなる硬質コア５１は、施工及び剪断力抵抗に必要な剛性をもたらすものであり、ゴム、ポリプロピレン、ＨＤＰＥなどからなる外側の被覆物は、目地材が変位を伝達する際にコンクリートに確実なグリップをもたらす。

図７、８は目地材２０の代わりの実施の形態を示し、これらは舗装の隣接スラブ間に膨張目地及び施工目地を供するよう改変されたものである。上述したように、コンクリートスラブの熱膨張及び熱収縮を可能とするためには、舗装に所定間隔で膨張目地を設置することが一般的である。動きによって水平面にギャップが現れないように、膨張目地はスラブ間に、スラブ平面内での動きに対するガスケット効果を有する。図７、８に示す目地材６０、６５はこの機能を付与するように目地材２０を改変したものである。とは言っても部材６０、６５は先の実施形態２０の特徴の多くを有するものであり、同様な特徴には同様な参照番号が振られている。特に目地材６０、６５は、側方部２２と、部材片面３２にベアリング面２７、２８を有する。

目地材６０、６５はほぼ平坦な第２の面６２、６７を有し、よってさらに施工一時休止用の部分止め（partial stops）として機能可能である。舗装の部分注入を行う場合には、翌日、あるいはその後数ヵ月といった後の時点で継ぎ目なしで施工を続けることが望ましい。作業を円滑に続けるには、新たな目地材がフィット可能なようにスラブの自由端を所望の形状にすることが有効である。

図７は、隣接スラブあるいは相補的膨張目地に当る膨張部６１を有する目地材６０を示す。膨張部は端部止めとしての機能のために剛体構造を有するものであってもよいし、隣接スラブに対する膨張目地としての機能のためにＥＰＤＭなどの軟質材料からなるものであってもよい。

図８は、膨張目地特性を有する同様な目地材６５を示す。この実施の形態では、膨張部６６が第２の面に接合されている。ある形態では、膨張部は発砲フォームから形成される。同様に膨張部は隣接スラブあるいは相補的膨張目地に当って機能する。

さらに、目地１０１、１０２の変形例及び対応する目地材が図９〜１３に示されている。これらの図面に示された舗装構造は先の実施の形態の特徴の多くを共有するものであり、同様な特徴には同様な参照番号が振られている。

図９に示す実施の形態では、目地１０１、１０２がほぼ円柱状の目地材７０を有し、これは各目地に対向するスラブの端面に埋まっている。各目地はまた、円柱状目地材７０から舗装１００の外面１１０、１１１へと延びる圧縮部材７１、７２を有する。

図９の実施の形態では、円柱状目地材７０^１、７０^２を介して目地１０１、１０２を剪断ひずみが伝達可能である。さらに目地材は、外面７３^１、７３^２が目地のベアリング面として機能した状態で両方の目地周りを回転可能である。回転したスラブの実質的伸長は圧縮材７１、７２によって吸収される。

図１０の実施の形態では、特定の目地材７０を有する代わりに目地１０１、１０２に突起−溝構造７５、７６が設けられていることを除けば、図１０に関して多少類似した構成が開示されている。この構成により、スラブ１０３、１０４、１０５の一方の端面は溝７５を有し、他方の端面は突起７６を有する。さらに圧縮材７１、７２がスラブ間に設けられ、突起−溝連結部から舗装の外面１１０、１１１へと延びる。突起と溝は連結部周りのスラブの回転を許容する弧状の係合面をもたらしている。

図１１は、図１０に開示のものと同様な実施の形態を示す。目地１０１はまたも突起−溝連結部７５、７６を有し、圧縮材７１、７２が隣接スラブ１０３、１０４、１０５間に設けられている。図１１の実施の形態では、スラブの端面の少なくとも１つにシート被覆物が設けられている。図１１の実施の形態では、このシート被覆物は鋼鉄製であり、スラブの一端面の打設用に恒久的型枠を提供する。さらにこのシート被覆物７７は打設スラブに埋まり、所定位置に固定されている。さらに必要とあらば、圧縮部材７１、７２をシート被覆物７７の外面に設けることもできる。もちろん、図１１の構成をさらに改変し、両面がシート被覆物を有するものとし、突起−溝連結部内のベアリング面がシート被覆物表面の相互係合によってもたらされるものとすることも可能である。

図１２は、図１０、１１に開示されたような簡易版の目地１０１、１０２を示す。特に図１２の構成では、目地１０１、１０２が突起−溝連結部７５、７６のみから形成される。図１５の実施の形態ではさらに、部材は各スラブの限られた角変位を考慮に入れたギャップ７８を有する。

図１３は、目地１０１、１０２の更なる構成を開示している。図１３の実施の形態では、各スラブ１０３、１０４、１０５の端面が歯車歯状の形状とされ、剪断ひずみを歯車歯式に伝達可能とし、回転を転がりによって歯車式に吸収可能とする。図１３の実施の形態の目地１０１において比較的小さい角度（典型的には５度未満）を吸収するのに必要な回転量として、１つのスラブ１０４の端面は１つの歯車歯７９を有し、スラブ１０３の対向端面は対向する肩状部８０、８１を有する外形とされ、歯車歯７９が限られた角変位で肩状部８０、８１間をロールできるようにしている。

便宜上、舗装目地の実施の形態の１つの動作について以下の非制限的実施例を参照して説明する。

実施例
実物大の試作コンクリート歩道をオーストラリア、メルボルン、ＲＭＩＴ大で製作した。この試作品は長さ５ｍ、幅１．５ｍ、厚さ７５ｍｍであった。これは鋼鉄製の枠組み上に打設され、下から型枠が取り外し可能で、木の根の侵入や土壌の膨張／移動といったさまざまな筋書きをシミュレートするために試作品がほぼいかなる地点でもジャッキアップ可能なように作られていた。硬質ＰＶＣ製の４つの目地材が歩道に設置された。これらは互いに１．５ｍ間隔に置かれ、よって歩道を１．５ｍ長の３つのスラブ、さらに２５０ｍｍ長の２つの末端スラブに分割していた。歩道の両端は山形鋼で規制されていた。目地材の断面形状は実質的に図１のものと同一であった。

試作品は呼び強度４０ＭＰａのコンクリートを用いて打設された。打設の前に、コンクリートのスランプ値が９０ｍｍで測定された。全ての試験はスラブのコンクリートのシリンダー強度が２０ＭＰａを超えた後で行われた。コンクリートの７日平均圧縮強度は２２．９ＭＰａであった。

集中荷重と分布荷重の両方を０〜４９０ｋｇの範囲で様々な場所に加えて試作品に対して一連の試験を行い、スラブ間の変位量差を測定した。

まず長い一枚板、木材パッカー（packer）、水圧ジャッキを用いてスラブを下から持ち上げた。スラブは最大でおよそ５０ｍｍまでジャッキアップされ、中央目地で測定された。この時点ではスラブに他の荷重は加えなかった。各スラブの自重は約４００ｋｇであった。その後、２００ｋｇ、４００ｋｇ、４９０ｋｇの均一分布荷重がスラブ１へと加えられた。テストのレイアウトを図１４に示す。

スラブがジャッキアップされる際の位置Ｇ３〜Ｇ６での変位量をＬＶＤＴで記録した。位置Ｇ１、Ｇ２、Ｇ７、Ｇ８での変位量はごくわずかであった。スラブに追加荷重無しでの最大変位量差は０．７３ｍｍであった。スラブ１に４９０ｋｇの分布荷重を与えた際の最大変位量は２．０３ｍｍであった。

“最悪の事態”として、位置Ｇ６近傍でスラブ２をジャッキアップし、位置Ｇ４近傍でスラブ１へと２００ｋｇの集中荷重を加えた。位置Ｇ６での最大変位量差は２．４９ｍｍであった。

スラブがジャッキアップされ追加荷重が舗装に加わっていないとき、目地材は持ち上がったスラブに取り付けられているかのように機能した。ある地点に荷重が加えられると、目地材は他方のスラブへと弾かれた。これは目地材がロッカー、すなわち回転範囲が小さく局部応力を良好に分散させる複式ヒンジとして機能することを示すものと思われる。
上述の試験のいずれにおいてもコンクリートに損傷は見当たらなかった。

このように本発明は、スラブのうち少なくとも１つが面外作用の影響を受けたときにこれらスラブの垂直差動を抑制する荷重伝達機構をもたらす舗装目地、目地材、及び特殊形状スラブを提供するものである。この荷重伝達機構は、スラブ間で垂直変位を伝達又は均等化するための手段を供する剪断キーによってもたらされる。さらに１つあるいは複数のヒンジが目地内に設けられ、目地軸に対する角変位を吸収する手段を提供し、面外作用によって引き起こされた応力を緩和するように舗装が枢動する機構をもたらす。目地は、隣接スラブ間に位置する目地材を有するか、あるいはスラブ自体の外形によって形成される。

目地は各種舗装に広く適用可能である。こうした舗装は、現場打ちされた、あるいは予成形材を用いて、あるいは両者の組み合わせで作られたスラブから形成される。この舗装は歩道や人道といった軽荷重の交通に使用可能であり、又は車道などにおける、より大荷重の交通環境において使用してもよい。

以下の請求項及び上述の発明の説明においては、その明白な言葉や必要な含意により文脈が例外を求めた場合を除き、“含む（comprise）”との用語、あるいは“含む（comprises）”や“含んでいる（comprising）”などの変体は包含的意味で使われ、すなわち、言及された特徴の存在を条件付けるものの、本発明の種々の実施例への更なる特徴の存在あるいは追加を除外するものではない。

本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、先に説明した部分に対して変更や改変を加えることも可能である。

第１の実施の形態の目地材の斜視図、 図１の目地材を組み込んだ目地を有する舗装の概略立面図、 面外作用に晒された図２の舗装、 図１の目地材の連結部の詳細についての拡大概略図、 図１の目地材の変形例、 図１の目地材の更なる変形例、 図２の舗装に用いられる膨張目地の断面図、 図７の膨張目地の変形例、 第２の実施の形態の目地を組み込んだ舗装目地の立断面図、 更なる実施の形態の舗装目地の立断面図、 図１０の目地の変形例、 更なる実施の形態の舗装目地の立断面図、 図１２の舗装目地の変形例、及び 舗装試験リグの概略平面図。

Claims (17)

1. それぞれの端面が対向関係にある隣接する２つの舗装スラブ間に設けられる舗装目地であって、目地はさらに、
   舗装スラブの対向する端面間に配置され、且つ目地軸方向に延びる細長の目地材を有し、目地材は、スラブの端面それぞれと対向する第１及び第２の対向する面を有し、第１及び第２の面は、それぞれ外方向に突出し、且つそれぞれのスラブ端面と相互係合するよう配置されて、目地材を介して隣接スラブ間で剪断ひずみを伝達可能とする剪断キーを提供する側方部を有し、この各面はさらに、その面の側方部の上下に位置する２つの弧状ベアリング面を有し、この弧状ベアリング面は凹面であり、スラブ端面と係合し、弧状ベアリング面とスラブ端面の間の滑り回転により機能する複数のヒンジを形成するものであり、
   剪断キーとヒンジは、スラブの少なくとも１つが面外作用を受けたときに作動し、剪断キーが剪断ひずみをスラブ間で伝達して、その結果スラブ間の垂直変位を伝達又は均等化する手段を提供し、
   剪断キーの上側に位置するヒンジは目地軸周りの舗装スラブの角変位を一方向で吸収し、剪断キーの下側に位置するヒンジは目地軸周りの舗装スラブの角変位を反対方向で吸収して、ヒンジが目地軸に対する舗装スラブの角変位を吸収して、面外作用によって引き起こされた応力を緩和することを特徴とする舗装目地。
2. スラブは中立軸を有し、複数のヒンジは中立軸から間隔を開け、その両側に設けられている請求項１記載の舗装目地。
3. 舗装スラブの少なくとも１つは硬化性材料から形成されており、目地材はその舗装スラブの端面に成型されている請求項１又は２に記載の舗装目地。
4. ベアリング面は一定の半径を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の舗装目地。
5. 曲率半径がベアリング面にわたって変化する請求項１〜３のいずれか１項に記載の舗装目地。
6. 目地材の各面のベアリング面が、側方部から目地材の各末端へと延びる請求項１〜５のいずれか１項に記載の舗装目地。
7. 各面のベアリング面の曲率半径が、側方部から目地材の各末端に向けて大きくなる請求項５に記載の舗装目地。
8. 目地材は、目地軸に垂直な一定の断面を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の舗装目地。
9. 目地材は高分子材料から形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の舗装目地。
10. 舗装目地用の目地材であって、目地材は目地軸を有して隣接舗装スラブ間に配置され、目地材は、使用時にスラブの端面それぞれと対向する第１及び第２の対向する面を含み、第１の面は、その対向スラブの端面と相互係合するように配置されて、そのスラブから目地材へと剪断ひずみを伝達可能とし、その結果スラブ間の垂直変位を伝達又は均等化する手段を提供する側方部と、側方部の上下に位置する２つの弧状ベアリング面とを有し、弧状ベアリング面は対向する舗装スラブの端面のそれぞれのベアリング面と係合して目地の２つのヒンジを形成可能であり、目地材の弧状ベアリング面は断面が凹面であり、相互係合したベアリング面によって形成されたヒンジの動作は滑り回転によるものであり、スラブへの面外作用によって引き起こされた応力を緩和し、１つのヒンジは目地軸周りの舗装スラブの角変位を一方向で吸収し、もう１つのヒンジは目地軸周りの舗装スラブの角変位を反対方向で吸収する目地材。
11. 第２の面が側方部を有し、第１及び第２の面の側方部は、それぞれのスラブの端面と相互係合し、目地材を介して隣接スラブ間で剪断ひずみを伝達可能とする剪断キーを提供する請求項１０に記載の目地材。
12. 第１及び第２の面は共に、その面上の側方部の両側それぞれに配置された２つのベアリング面を有し、ベアリング面は対向する舗装スラブの端面のそれぞれのベアリング面と係合して目地の４つのヒンジを形成している請求項１１に記載の目地材。
13. ベアリング面は一定の半径を有する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の目地材。
14. 曲率半径がベアリング面にわたって変化する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の目地材。
15. ベアリング面の曲率半径が、側方部から目地材の末端に向けて大きくなる請求項１４に記載の目地材。
16. 目地材は、目地軸に垂直な一定の断面を有する請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の目地材。
17. 目地材は高分子材料から形成されている請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の舗装目地。

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