JP6017875B2 - トンネル壁面被覆用タイルパネル - Google Patents

Description

本発明はトンネル壁面被覆用タイルパネルに係り、詳しくは、基板にタイルを貼着したタイルパネルがトンネル壁に固定された状態で、タイルが基板から剥落するのを抑制できるようにした壁面被覆用タイルパネルに関するものである。

トンネルの照明を補助する意味で、光沢面のあるタイルがトンネル壁に貼着されることは多い。タイルは適宜のサイズで製作されるが、壁面に一枚ずつ現場で張りつける作業は負担が大きい。そこで、基板に複数のタイルを工場で一括して接着したタイルパネルをトンネル壁に取りつけることが多くなっている。

タイルは焼成品であり、基板は例えば畳大のサイズであって、繊維強化セメント板やそれに類するもの、もしくは薄い金属板が使用される。いずれにしても、タイルパネルはトンネル壁に直接的にボルトなどを介して張りつけられるか、トンネル壁に取りつけた金具により受けて、壁面から数センチメートル浮かした状態で支持される。

前者の直張り工法の場合、トンネル壁が円弧を呈しているときも垂直であるときも、図６の（ａ）や（ｂ）のごとく、上下に配置された何枚かのタイルパネル１１（図示は１枚）が、タイル１２の目地交叉部のスペース１３に立てられたボルト１４を、アンカー１５に螺着させるなどして固定される。後者の浮かし張り工法の場合、図７の（ｂ）に見られるような鉤形の金具１６を介して、基板１７の上下部が係止される。

このようなタイルパネルは例えば後掲する特許文献１に記載され、よく知られたものとなっている。そのパネルのトンネル壁１８への取りつけに関して、一つの提案がなされている。細かい構成を省いて略述すれば、符号１６で表された金具により「浮かし張り」式に支持する構造となっている。受け用の支持金具１６Ａが壁面所定位置のアンカー１５に固定され、これにパネル１１の下縁を支持させる。倒れ止め金具１６Ｂをパネル１１の上縁の隙間に舌片１６ａを差し込むように被せ、壁面の所定位置に固定したアンカー１５に挿入されるボルト１４のヘッドで止めるなどして、パネルがトンネル壁にある程度浮かした状態で取りつけられる。

ところで、トンネル内の環境は厳しいものがある。一つは車両が、他は地盤や気候が原因する。前者による例として、跳ねあげられて舞う粉塵、化学物質を含む排気ガスの浮遊を挙げることができる。後者によるものとしては地下漏水の飛散、入口出口近くでの雨雪の進入や巻き上がり、タイルパネル製作時と異なる温度環境が挙げられる。

いずれも無機物であるタイルや基板（例えば繊維補強コンクリート板）に与える影響はさほど問題とならないが、基板にタイルを張りつけている接着剤は有機物であり、上記の種々なる状況下では劣化や変質は避けられず、これを放置しておくわけにはいかない。タイルが基板から浮いたり剥落などするからである。落下したタイルは通行の安全を阻害するだけでなく、照明灯の反射効果を減殺させる。

タイルの剥落は飛散水や漏水の付着や経時的化学作用による接着力低下が原因となることが多いことから、接着剤として例えばエポキシ系などの耐水性が優れ接着強度の高い樹脂が採用される（特許文献２を参照）。もちろん、工場での接着作業段階の管理は徹底されるが、トンネル壁への施工後に劣化が原因した剥落の見られることがある。なお、タイルを基板に接着するにあたっては、特許文献３の図２からも分かるように、接着剤層がタイル裏面上下に連続して形成するように塗布される。また、左右方向においても原則として途切れないように配慮される。

特開２００１−７３５３１ 特開平１０−２９９１４４号公報 特開２００６−２６５８４７

ところで、タイル、基板、それらの間で層をなす接着剤からなる構成品は物性が同じでないことは当然であるが、工場でタイルが基板に接着されて養生期間を終えた後に、トンネル壁に取り付けられたタイルパネルは、製作時点とは異なる上記した種々な環境に置かれる。その環境が変化するたびに、それぞれが固有な挙動を繰り返すと、タイルと接着剤層や、基板と接着剤層の界面で剥離が生じやすくなる。すなわち、接着剤の熱膨張係数はタイルや基板のそれより約一桁大きいから、固化した接着剤層とタイルとの境界や、固化している接着剤層と基板との界面で伸縮量の違いによる剪断力が生じるからである。

具体的には、寒冷期のトンネル入口付近では、接着剤層の収縮量が大きくなり、界面でずれようとすると、図８に示す（ａ）の状態から（ｂ）のような剥離１９が誘発される。その後に、接着剤層２０と例えば基板１７との間に生じた隙間へ排気ガス・漏水等が進入すると、接着剤層の劣化が進行して剥離は増長される。甚だしい場合には、ほんの数年内に補修作業や更新作業が余儀なくされる。

本発明は上記した問題に鑑みなされたもので、その目的は、タイルや基板と接着剤に熱膨張係数等の物性に相違があっても、基板に接着されたタイルの剥がれを抑制して、耐用期間を伸ばすことができるようにしたトンネル壁面被覆用タイルパネルを提供することである。

本発明は、複数のタイルが縦横に並べられて基板に接着され、壁面に打設したアンカーに取りつけられた金具を介して、浮かし張り工法により曲面壁に支持されるトンネル壁被覆用タイルパネル、もしくは、直張り工法または浮かし張り工法により平面壁に支持されるトンネル壁被覆用タイルパネルに適用される。その特徴とするところは、図１の（ａ）および（ｂ）を参照して、基板２に塗布された接着剤３はタイル４の裏面においてトンネルの長手方向に沿って延びる複数列の連続的もしくは不連続的な帯状をなし、タイル圧着時に拡幅しても、上方もしくは下方に位置する接着剤帯５に全域で連接されず、その接着剤３はタイルパネル１の耐用期間中、少なくとも２０％の伸縮率を呈する弾性材としていることである。

拡幅した帯状をなす接着剤３の各端は、左もしくは右に隣りあうタイル４との間の目地６にはみ出さず（図３を参照）、各タイルの上縁もしくは下縁に位置する拡幅した帯状をなす接着剤は、上方もしくは下方で隣りあうタイルとの間の目地にもはみ出していないようにしておく。

本発明によれば、基板に塗布された接着剤はタイル裏面においてトンネルの長手方向に沿って延びる複数列の連続的もしくは不連続的な帯状をなし、タイル圧着時に拡幅しても、上方もしくは下方に位置する接着剤帯に全域で連接しないようにされるから、上方に位置する接着剤帯が剥離したとしても、その剥離はその下方に位置する接着剤帯の全部に短期間に伝搬することはない。上下の接着剤帯間には剥離伝搬阻止帯が存在することになるからである。

接着剤は弾性接着剤とされるので、タイルや基板と異なる熱収縮量を呈しても、その伸縮の違いを自らの弾性変形によって吸収する。タイルと接着剤層との境界、基板と接着剤層との界面に発生する剪断力は大きくならず、剥離は起こりにくくなる。その弾性特性はタイルパネル耐用期間中少なくとも２０％の伸縮率を呈するものとしておくから、雰囲気温度の昇降で生じる伸縮量差の吸収に不足をきたすことはない。

拡幅した接着剤帯の各端は左もしくは右に隣りあうタイルとの間の目地にはみ出さず、各タイルの上縁もしくは下縁に位置する拡幅した接着剤帯も、上方もしくは下方で隣りあうタイルとの間の目地にもはみ出さないようにしておくなら、たとえ火炎が襲っても接着剤の露出はないから、防炎性の高いタイルパネルとなる。

本発明に係るトンネル壁面被覆用タイルパネルにおける接着剤の塗布要領部分図、圧着後に拡幅した接着剤帯の平面部分図およびその側面図。 基板の接着剤塗布面の一例平面図。 （ａ）は拡幅接着剤帯の二種の不連接説明図、（ｂ）は不連続接着剤帯の三種の例示図。 タイル裏面においてトンネルの長手方向に沿って延びる複数列の連続的な帯状を縦目地に及ばないようにするマスキングテープの貼着・剥離要領説明図。 複数の接着剤帯を形成する接着剤塗布ノズルの一例の斜視図、上下に不連接な接着剤帯における剥離の曲面壁に適用されたタイルパネルでの進行説明模式図。 直張り用のタイルパネルとそのトンネル壁取付の一例図。 浮かし張り用のタイルパネルとそのトンネル壁取付の一例図。 タイルの上下方向に連続する先行技術例における接着剤層とその剥がれ説明図。

以下に、本発明をその実施の形態を表した図面に基づいて説明する。図２は本発明に係るトンネル壁面被覆用タイルパネル１を構成する基板２に、タイルを貼着する直前の接着剤３の塗布状態の一例を示す。仮想線で描かれている複数の横長タイル４が縦横に並べられて基板２に接着され、壁面に打設したアンカーに取りつけられた金具（図示せず）を介して、図６で述べたごとく直張りにより壁面に、また図７のところで述べたように浮かし張りにより壁面１８に支持される。なお、図示しないが、浮かし張りにより曲面壁に取り付けられることもある。

図１は図２の右上箇所の拡大図であるが、図１（ａ）のごとく、接着剤３はタイル長手方向に（図では左右方向）延びる複数列の連続的な帯状をなすように、基板２に塗布される。その塗布量は、タイル圧着時に拡幅しても、（ｂ）のように上方もしくは下方に位置する接着剤帯５に全域で接近はするものの、連接はしない程度とされる。なお、実際の作業では、横に並ぶタイル４とタイルの目地６（例えば縦目地６Ｔ）に当たる箇所も含めて接着剤帯が形成されるように塗布される（図２を参照）が、少なくとも、個々のタイル４の裏面の大部分においてトンネルの長手方向に沿って延びる複数列の連続的な帯状をなしていればよい。

ちなみに、接着剤３が上下で隣りあう接着剤帯に連接させないといっても、その目的は図１の（ｂ）のようであって、上側の接着剤帯５の挙動が下側の接着剤帯に及ばないようにする後述の「剥離伝搬阻止域」を確保できればよいとの意である。したがって、長手方向において重なり合いが生じたとしても、それは図３の（ａ）のように、部分的にとどまるものにしておけばよい。

このように塗布される接着剤３は、タイルパネル耐用期間中は少なくとも２０％の伸縮率を呈する弾性接着剤としておく。接着剤が弾性材とされているのは、伸び縮みする機能を保有しているとの意味であり、これによってタイル４と接着剤層との間に、もしくはタイルと基板２との間に熱膨張量もしくは熱収縮量に差の生じることがあっても、弾性を発揮する接着剤の縮みもしくは伸びによってその差を吸収させようとするものである。吸収されたなら界面に作用する剪断力は弱められるか発生しなくなり、エポキシ樹脂などの接着剤が固化して塑性化した場合などに生じる界面剥離は回避される。なお、変成シリコーン樹脂系（例えばセメダイン（株）ＰＭ５８２）もしくはそれと同等の弾性接着剤を採用すればよい。

ちなみに、接着剤３の伸縮率は熱伸縮のみを考慮するなら１％もあれば十分である。それにもかかわらず２０％と大きくとっているのは、タイルパネルを曲面壁に直張りする場合のあることをも配慮したからである。詳しくは省くが、トンネル円弧に沿うようにタイルパネルを貼着すると、基板２は曲がるがタイルは曲がらない。したがって、基板２とタイル４との挟まれた空間は薄い三日月状となる。タイルパネルが内装材として使用されるトンネルは半径が５メートル以上、個々のタイル４の高さは約１０センチメートルである場合なので、接着剤層はその形状に馴染むものとなるためには層厚方向に少なくとも２０％の伸縮が許容される必要があるからである。弾性接着剤はその変形特性を利用できるから、タイルパネルを真直な状態で貼着することも、曲面壁に沿わせて貼着することもできることになる。

ところで、拡幅した接着剤帯５の各端は、左もしくは右に隣りあうタイル４との間の目地６にはみ出さず、各タイルの上縁もしくは下縁に位置する拡幅した接着剤帯５も、上方もしくは下方で隣りあうタイル４との間の目地６にはみ出させないように処置することができる。図１の（ｂ）や図３の（ａ）はまさにそのような状態にあるが、このようしておけば、トンネル火災などで火炎が襲っても接着剤層は露出した状態にないから、防炎性の高いタイルパネルとなる。目地を目地剤で埋める必要がなければ、目地幅を狭くしておくこともでき、光沢面の均一さ向上も図られる。言うまでもなく目地剤の消費も回避されることになる。

このようなトンネル壁面被覆用タイルパネルによれば、基板に塗布された接着剤はタイル裏面において長手方向に延びる複数列の連続的な帯状をなし、タイル圧着時に拡幅しても、上方もしくは下方に位置する接着剤帯に全域で連接しないようにされる。すなわち、接着剤は全域で連接しない程度の塗布量とされているので、上方に位置する接着剤帯が剥離したとしても、その剥離はその下方に位置する接着剤帯の全部に短期間に伝搬することはない。すでに述べたように、上下の接着剤帯間には接着剤不存在域が残され、これが剥離伝搬阻止帯として機能するからである。

下方に位置する接着剤帯が剥離するまでの時間も、上方に位置する接着剤帯が剥離したまでとほぼ同じ時間を要するから、タイル４が剥落するほどに接着剤帯の多くが劣化をきたすには時間の積み重ねが強いられ、結局はタイルパネルの耐用性が高いものとなる。ちなみに、非接着帯すなわち剥離伝搬阻止帯は僅かな面積に留まるから、全面接着の最低基準とされる７５％を大きく上回った接着面積が確保され、全面接着仕様上特に問題となることはない。

接着剤は弾性接着剤であり、トンネル入口付近で一年を通じて寒風・熱風等交互に曝されることによってタイルや基板と異なる熱収縮が発生しても、その伸縮量の違いは自らの弾性伸縮変形によって吸収される。したがって、タイルと接着剤層との界面、基板と接着剤層との界面に発生する剪断力は大きくならず、剥離は起こりにくくなる。

接着剤帯の弾性特性はタイルパネル耐用期間中少なくとも２０％の伸縮率を呈するものであるから、雰囲気温度の昇降で生じる伸縮量差の吸収は十二分にカバーされることは上ですでに触れた。少し補足すると、タイル３の高さ（幅）を１００ミリメートルとし、仮に接着剤層が左右全域で上下に連接させたとすると、接着剤層の上下長さも１００ミリメートルとみなすことができる。タイルパネル製作時から４０℃の違いある境遇に置かれたとすると、タイル３の縮みと接着剤層のそれとの差は例えば８０ミクロンメートル生じる。一方、０．０８％の圧縮引張が可能な弾性接着剤の許容伸縮量は、８０ミクロンメートルとなる。したがって、接着剤は２０％もの伸縮が可能であれば熱膨張係数の違いにより生じる伸縮量は何ら問題なく吸収されることになる。なお、少なくとも２０％の伸縮を必要としている理由は上で述べた。

図４は、基板２に塗布された接着剤３をタイルの裏面部のみにおいて、長手方向に延びる複数列の連続的な帯状をしたものに形成する要領を示したものである。縦目地６Ｔに相当する箇所にマスキングテープ７を基板２に張りつけておき、その上に図１の要領で接着剤帯５を形成するように塗布すればよい。横目地６Ｙについても完全に接着剤の進出を阻止しておくなら、横目地に相当する箇所にもマスキングテープを張りつけておけばよい。いずれも、塗布後にマスキングテープを剥がし、図２の場合も同様であるが、タイル４の全枚をその上に一斉に置くなどして、その後圧着すればよい。なお、接着剤３は図５の（ａ）に斜視的に示す多列ノズル８の移動によって塗着し、帯体を形成するようにすればよい。図中の８ａは接着剤を収容しているトラフである。

タイルパネルにはトンネル壁からしばしば漏水の液滴が及ぶ。漏水は、車両の排気ガス成分を吸収したり巻き上げ粉塵を取り込んだりもする。これが接着層に至ると層の劣化を早めまた付着力の低下をきたして剥離の進行も促す。図５の（ｂ）に示すように、タイル上縁に位置する接着剤帯５ａに液滴９が原因して剥がれ１０が生じても、実質的に縁の切れている下方の接着剤帯５ｂ，５ｃ・・・へは、劣化や剥がれを伝播させない。下方の接着剤帯５ｂは上方の接着剤帯５ａが全壊してはじめて漏水攻撃を受けることになるからである。上下連続した接着面が形成されている場合に起こる剥がれの下方進行や、接着層の根こそぎ的進展はなくなり、タイルパネルの耐用性が向上する。なお、この図は曲面壁にタイルパネルを貼着した場合のタイル一つ分の箇所を示している。

圧縮により接着剤帯に生じた縮みが下隣の接着剤帯に影響しないうえに、引張により接着剤帯に生じた伸びの影響を上または下隣の接着剤帯に及ぼすこともない。一つのひとつの接着剤帯には同じ向きのほとんど同じ大きさの荷重が作用するだけであるから層内分布応力は均等化されており、他層の影響を受けずに各層の挙動の安定が保たれる。

ちなみに、基板２としては繊維強化セメント板としたが、押出成形セメント板など他の板材とすることも、トンネル壁に沿わせやすい材料（例えば鋼板）とすることも差し支えない。また、基板に塗布された接着剤はタイル裏面においてトンネルの長手方向に沿って延びる複数列の連続的な帯状をなしていると説明してきたが、図３の（ｂ）のごとく不連続的なものであってもよい。要するに、タイル圧着時に拡幅しても、上もしくは下に位置する接着剤帯５に全域で連接しなければよい。

このようなトンネル壁面被覆用タイルパネルは、新規トンネルを構築する場合のみならず、既設のトンネルにおける壁面のリニューアル工事においても適用することができる。いずれの例においても、接着層が弾性接着剤により形成されているから、それ相応の荷重負荷に耐えながらも弾力性が発揮される。基板の熱膨張収縮がタイルのそれより大きいのが通常であるが、タイル圧着環境温度とタイルパネル設置環境温度に差が大きい場合、接着層に剪断力が生じる。このような事態に到っても、界面ずれは柔軟な接着層の変形により吸収されることになる。したがって、接着剤が非弾性材の場合に起こる接着層破壊はきたさず、これが原因のタイルの剥落も回避される。

１…タイルパネル、２…基板、３…接着剤、４…タイル、５…接着剤帯、６…目地、６Ｔ…縦目地、６Ｙ…横目地、７…マスキングテープ、１０…剥がれ。

Claims (2)

1. 複数のタイルが縦横に並べられて基板に接着され、壁面に打設したアンカーに取りつけられた金具を介して、浮かし張り工法により曲面壁に支持されるトンネル壁被覆用タイルパネル、もしくは、直張り工法または浮かし張り工法により平面壁に支持されるトンネル壁被覆用タイルパネルにおいて、
   前記基板に塗布された接着剤はタイル裏面においてトンネルの長手方向に沿って延びる複数列の連続的もしくは不連続的な帯状をなし、タイル圧着時に拡幅しても、上もしくは下に位置する接着剤帯にタイル長手方向全域で連接されず、該接着剤はタイルパネル耐用期間中少なくとも２０％の伸縮率を呈する弾性接着剤とされていることを特徴とするトンネル壁面被覆用タイルパネル。
2. 拡幅した帯状をなす接着剤の各端は、左もしくは右に隣りあうタイルとの間の目地にはみ出さず、各タイルの上縁もしくは下縁に位置する拡幅した帯状をなす接着剤は、上もしくは下に隣りあうタイルとの間の目地にもはみ出していないことを特徴とする請求項１に記載されたトンネル壁面被覆用タイルパネル。