JP6732717B2 - 樹脂材料の品質管理方法及び供試体用型枠 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料の品質管理方法及び供試体用型枠に関するものである。

トンネルの天井や橋桁の下面など、構造物の表面がコンクリートやモルタルによって構成されている場合に、劣化などに伴う表面材料の剥落を防止する目的で、補強塗料を塗布する剥落対策工が知られている（特許文献１，２参照）。

特許文献１，２には、硬化型ポリウレア系樹脂を補強塗料としてスプレーガンで吹き付ける工法が開示されている。補強塗料は、プライマーによって下地処理された上に、吹き付けによって衝突混合される。

同様の剥落対策工として、特許文献３に開示されているように剥落防止アンカーを設置する工法も知られているが、この文献に記載されているように、品質管理のために抜き出し試験が行えるようになっている。

特開２００７−１６４０２号公報 特開２００４−２１８３５２号公報 特開２００５−７６３４４号公報

しかしながら構造物の表面に衝突させることで混合される樹脂材料は、施工時の状況によって品質にバラツキが生じ、充分な引張強度が得られないことがある。

すなわち、吹き付けによる樹脂材料の性能は、施工が行われる温度や湿度、又は下地処理の状態や作業員の施工技能などによって変わることがあるため、施工前に引張強さなどの所望する性能が発揮されているかを簡単に確認できることが望ましい。

そこで、本発明は、樹脂材料を吹き付けることによって作製された供試体を使用して性能試験を施工前に行うことで、品質を安定化させることが可能な樹脂材料の品質管理方法及び供試体用型枠を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の樹脂材料の品質管理方法は、構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料の品質管理方法であって、性能試験用の供試体を作製するために、複数の穴が形成された供試体用型枠を設置する工程と、前記供試体用型枠の穴に、前記構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料と同じ配合の樹脂材料を吹き付ける工程と、前記供試体用型枠を撤去して前記穴の内部に作製された前記供試体を使用して性能試験を行う工程と、前記性能試験の結果に基づいて前記構造物の表面への吹き付けを行うか否かを判定する工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記供試体用型枠の穴は、前記樹脂材料を吹き付ける側から裏面側に向けて広がっている構成とすることができる。また、前記供試体用型枠の穴に樹脂材料を吹き付けることによって形成される供試体は、ダンベル形の引張特性の試験用とすることができる。さらに、前記性能試験は、引張強さと切断時伸びを求める試験とすることができる。

また、供試体用型枠の発明は、構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料の性能試験用の供試体を作製するための供試体用型枠であって、板状部材に複数の穴が形成されており、前記穴は前記樹脂材料の吹き付け側から裏面側に向けて広がっていることを特徴とする。ここで、前記穴は、ダンベル形に形成することができる。

このように構成された本発明の樹脂材料の品質管理方法では、供試体用型枠の穴に、構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料と同じ配合の樹脂材料を吹き付けることによって供試体を作製する。

このように樹脂材料を吹き付けることによって作製された供試体であれば、衝突混合状態も実施工に近い状態になっており、そのような供試体を使用して性能試験を施工前に行って確認することで、品質を安定化させることができる。

また、供試体用型枠の穴が、樹脂材料を吹き付ける側から裏面側に向けて広がっていれば、所望する形状の複数の供試体を、吹き付けによって容易に形成することができる。

例えば供試体は、ダンベル形の引張特性の試験用に成形することができる。また、性能試験としては、引張強さと切断時伸びを求める試験を実施することができる。

本実施の形態の樹脂材料の品質管理方法の工程の流れを説明するフロー図である。 供試体用型枠の表面の構成を示した平面図である。 供試体用型枠の穴の形状を説明する断面図である。 供試体用型枠の穴に向けて吹付け材が吹き付けられた状態を説明する断面図である。 比較用型枠の穴に向けて吹付け材が吹き付けられた状態を説明する断面図である。 ダンベル状試験片の構成を説明する平面図である。 引張強度と破断伸び率の経時変化を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の樹脂材料の品質管理方法の工程の流れを説明するフロー図である。

本実施の形態で管理対象となる樹脂材料は、ポリウレア系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂などの吹き付けに使用される硬化性組成物である。例えば、トンネルのアーチ部や橋梁の桁下面のコンクリートの剥落防止のために、ポリウレア系樹脂又はポリウレタン系樹脂が吹き付けられる。

続いて吹き付けによる剥落対策工の一例を説明する。トンネルの覆工などのコンクリート構造物の表層に、引張強度が1MPa以上のエポキシ樹脂プライマー層と、引張強度が5MPa以上、引張破断伸びが50-800%である厚みが0.8-4mmのポリウレア系樹脂又はポリウレタン系樹脂の吹付け層とを設ける。

下地処理によって下地層を形成する際には、コンクリート表層に浸透してコンクリート及び吹付け層と強固に接着可能な物性を有するプライマーが使用される。一例として、コンクリートの表面が乾燥状態にあるときに、例えばエポキシ系樹脂のプライマーを塗布する。このエポキシ樹脂プライマーとしては、例えば指触乾燥時間が10-200分の範囲にあるものを使用することができる。

本実施の形態の樹脂材料の品質管理方法では、剥落対策工の実施工を行うのと同じ環境下及び条件によって、性能試験を行うための供試体を、供試体用型枠１を使用して作製する。

図２及び図３Ａは、供試体用型枠１の構成を説明するための図である。この供試体用型枠１は、引張強さや切断時伸びなどの引張特性の性能試験を行うための供試体を作製する型枠である。

引張特性の性能試験は、加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの引張特性の求め方の日本工業規格であるJIS K 6251に基づく試験を行う。この試験で使用される供試体は、図４に示すようなダンベル状試験片４である。ダンベル状試験片４には、ダンベル状１号形、２号形、３号形、５号形、６号形、７号形及び８号形のサイズが異なる７種類がある。

ダンベル状試験片４は、中央の括れた部分が試験対象となる平行部４１となり、その両側に拡幅端部４２，４２が形成される。また、試験を開始する際には、平行部４１の両端付近に標線４３，４３を付け、標線４３，４３間の間隔を標線間距離Ｌとする。

このようなダンベル状試験片４を作製する供試体用型枠１は、図２の表面１ａ側の平面図に示すように、プラスチックなどの合成樹脂製又は発泡スチロール製の長方形の板状部材に、複数の穴１０，・・・が形成される。例えば、20cm×30cm程度の長方形の板状部材を、供試体用型枠１とすることができる。

この図では、縦２段×横４列の８個の穴１０，・・・が穿孔されている。供試体用型枠１に設けられる穴１０は、図３Ａに示すように、吹き付け側となる表面１ａ側が狭い幅狭開口１１となり、裏面１ｂ側が広い幅広開口１２となる。

すなわちこの穴１０は、幅狭開口１１から幅広開口１２に向けて広がる断面台形状に成形されている。ここで、供試体用型枠１の厚さは5mm程度とする。
この供試体用型枠１は、プラスチック板２などの平滑面に裏面１ｂを接触させて設置される。そして、ポリウレア系樹脂などの樹脂材料である吹付け材３は、表面１ａ側から幅狭開口１１に向けて吹き付けられる。

図３Ｂは、供試体用型枠１に対して吹付け材３，３Ａが吹き付けられた状態を示している。吹付け材３は表面１ａに付着するとともに、穴１０の内部でプラスチック板２に吹き付けられた吹付け材３Ａは、幅広開口１２の幅に至るまで広がって、ダンベル状試験片４に形成される。

これに対して、図３Ｃに示すように、垂直な壁面の穴ａ１が形成された比較用型枠ａは、穴ａ１に向けて吹付け材３が吹き付けられると、穴底部のプラスチック板２に吹き付けられた吹付け材３Ｂが、穴ａ１の両側面に形成された吹付け材３Ｃ，３Ｃを介して表面ａ２の吹付け材３，３と連続してしまう。

図３Ｂに示すように、ダンベル状試験片４となる吹付け材３Ａと表面１ａ側の吹付け材３との縁が切れて不連続となっていれば、ダンベル状試験片４をプラスチック板２に付着させた状態で容易に供試体用型枠１を撤去（脱型）することができる。これに対して、図３Ｃに示すように、供試体とすべき吹付け材３Ｂが表面ａ２側の吹付け材３と連続してしまうと、比較用型枠ａを撤去する際に吹付け材３Ｂも剥がれてしまい、容易に供試体を作製することができない。

次に、本実施の形態の樹脂材料の品質管理方法、並びに樹脂材料の品質管理方法及び供試体用型枠の作用について説明する。

まず、図１の工程の流れを説明するフロー図に示したように、ステップＳ１では、上述した供試体用型枠１をプラスチックで製作し、トンネルの剥落対策工の施工対象区間に置かれたプラスチック板２上に設置する。

一方、剥落対策工の実施工を行う構造物（トンネルの覆工など）に対しては、表面の清掃をし、プライマーを塗布できる状態にしておく。

続いてステップＳ２では、プラスチック板２上に設置された供試体用型枠１の穴１０の幅狭開口１１に向けて、実施工で使用するのと同じ配合のポリウレア系樹脂を吹付け材３として吹き付ける。

供試体用型枠１は、吹付け材３の硬化後に脱型により撤去する。この脱型は、図３Ｂに示すように、吹付け材３Ａが穴の中で周囲の吹付け材３からは分離した不連続の状態で存在しているため、容易に行うことができる。

供試体用型枠１を撤去した後のプラスチック板２上には、複数のダンベル状試験片４，・・・が露出することになる。これらのダンベル状試験片４，・・・は、実施工の吹付け層と同じ環境及び条件で作製されたことになる。

そのため、ダンベル状試験片４，・・・を使用して行われる性能試験は、実際の剥落対策工となる吹付け層の品質を、的確に表していると言える。そこで、ダンベル状試験片４を使用した性能試験を、実施工を行う前に実施する。

ステップＳ４では、吹き付けによって作製されたダンベル状試験片４に、図４に示すように、平行部４１の両端付近に標線４３，４３を印として付ける。標線間距離Ｌは、ダンベル状試験片４のサイズによって異なるが、例えばダンベル状３号形であればＬ＝20mm、ダンベル状５号形であればＬ＝25mmにする。
一方、平行部４１の中央及び標線４３，４３付近の位置において、厚さ計を用いて厚さと幅を測定し、３つの測定値の中央値を使用して断面積を算出する。

そして、ダンベル状試験片４を使用した引張試験を実施し、硬化直後の早期引張強度（引張強さ）と早期破断伸び率（切断時伸び）を確認する（ステップＳ４）。ここで、「引張強さ」は、試験片を切断するまで引っ張ったときに記録される最大の引張力を試験片の試験前の断面積で除した値となる。また、「切断時伸び」は、試験片が切断したときの伸びを試験前の試験長さ（標線間距離Ｌ）に対する比率（％）で表した値となる。

供試体用型枠１への吹付け材３の吹き付けから、吹付け材３の硬化、脱型を経て上記引張試験を実施するまでの時間は、5分程度あれば完了させることができる。

図５は、養生時間を変えたダンベル状試験片４に対して引張試験を実施した結果を示している。グラフでは、引張強さを「引張強度」とし、切断時伸びを「破断伸び率」として示している。

また図５には、最終（7日後（養生時間10,080分））の引張強度(25.0N/mm²)を１点鎖線で示し、最終（7日後（養生時間10,080分））の破断伸び率(264%)を破線で示した。この最終の引張強度及び破断伸び率と、経時変化で示した初期の引張強度及び破断伸び率との関係を見ると、初期の引張強度や破断伸び率の結果から最終の引張強度や破断伸び率を推定できると言える。

そこでステップＳ５では、早期引張強度及び早期破断伸び率を、図５に示したような基準となる経時変化を示した試験結果と比較して、最終的な品質が設計値などの求められる引張特性を満たすことができるか否かを判断する。

そして、試験結果で得られた初期性能によって品質不良が推定される場合は、実施工を行わず、吹付け材３の配合や施工環境や施工条件などの、品質が低下する原因を究明する（ステップＳ７）。

これに対して、試験結果で得られた初期性能によって品質が良好であると推定された場合は、ステップＳ６で実施工に移行し、トンネルのアーチ部などの施工対象となる箇所への吹き付けを行う。すなわち構造物の表面に対して、下地処理としてエポキシ樹脂系プライマーを塗布して、下地層を形成する。さらに、その下地層の表面には、ポリウレア系樹脂を吹付け材３としてスプレーガンで吹き付けて、吹付け層を形成する。

また、早期引張強度及び早期破断伸び率の結果では、結果にバラツキがある場合もあるため、ステップＳ８では、１日後、７日後にも、ダンベル状試験片４を使用して引張試験を実施し、所定の性能を満たしているかを確認する。

このように構成された本実施の形態の樹脂材料の品質管理方法では、供試体用型枠１の穴１０に、構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料と同じ配合の樹脂材料を吹き付けることによってダンベル状試験片４を作製する。

このように樹脂材料を吹き付けることによって作製されたダンベル状試験片４であれば、衝突混合状態も実施工に近い状態になっており、そのようなダンベル状試験片４を使用して性能試験を施工前に行うことで、品質を安定化させることができる。すなわち、温度や湿度などの施工環境の基準だけで行われる従来の品質管理では防ぐことが難しい施工不良箇所の発生を未然に防ぎ、実際に施工される樹脂材料の品質を高い精度で管理することができる。

また、性能試験用に作製されたダンベル状試験片４を使用して試験を行うため、剥落対策工となっている吹付け層に試験のための切り込みなどの損傷を与えなくても良く、試験箇所の補修作業も不要にできる。
さらに、検査員の手が届きやすい場所に設置されたプラスチック板２に設けられたダンベル状試験片４であれば、容易に性能試験を実施することができる。

また、供試体用型枠１の穴１０は、吹付け材３を吹き付ける表面１ａ側から裏面１ｂ側に向けて広がっているため、表面１ａに付着する吹付け材３と、穴１０の中に形成されるダンベル状試験片４となる吹付け材３Ａとを分離させることができる。
このため、脱型が容易となる供試体用型枠１を使用して、多くのダンベル状試験片４，・・・を、吹き付けによって一度に容易に設けることができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば前記実施の形態では、ダンベル状試験片４を作製して、引張試験を実施する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、別の性能試験によっても、樹脂材料の品質を管理することができる。ここで、別の性能試験を行う場合は、その性能試験に適した形状の供試体が作製できる供試体用型枠を使用すればよい。

また、前記実施の形態では、主にトンネルに剥落対策工を施工する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば高架橋の桁下面を吹付け施工領域として剥落対策工を施工する場合にも適用することができる。

さらに、前記実施の形態では、引張強度と破断伸び率の両方を使用して品質を管理する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方又は別の性能を示す試験結果によって品質管理を行う場合にも、本発明を適用することができる。

１ 供試体用型枠
１ａ 表面（吹き付け側）
１ｂ 裏面
１０ 穴
１１ 幅狭開口
１２ 幅広開口
３ 吹付け材（樹脂材料）
４ ダンベル状試験片（供試体）

Claims (6)

1. 構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料の品質管理方法であって、
   性能試験用の供試体を作製するために、複数の穴が形成された供試体用型枠を設置する工程と、
   前記供試体用型枠の穴に、前記構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料と同じ配合の樹脂材料を吹き付ける工程と、
   前記供試体用型枠を撤去して前記穴の内部に作製された前記供試体を使用して性能試験を行う工程と、
   前記性能試験の結果に基づいて前記構造物の表面への吹き付けを行うか否かを判定する工程とを備えたことを特徴とする樹脂材料の品質管理方法。
2. 前記供試体用型枠の穴は、前記樹脂材料を吹き付ける側から裏面側に向けて広がっていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂材料の品質管理方法。
3. 前記供試体用型枠の穴に樹脂材料を吹き付けることによって形成される供試体は、ダンベル形の引張特性の試験用であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂材料の品質管理方法。
4. 前記性能試験は、引張強さと切断時伸びを求める試験であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹脂材料の品質管理方法。
5. 構造物の表面に吹き付けられる樹脂材料の性能試験用の供試体を作製するための供試体用型枠であって、
   板状部材に複数の穴が形成されており、前記穴は前記樹脂材料の吹き付け側から裏面側に向けて広がっていることを特徴とする供試体用型枠。
6. 前記穴は、ダンベル形に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の供試体用型枠。