JP6778986B2 - 貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法 - Google Patents

Description

本発明は、貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法に関する。

従来、池状構造物として、例えば特許文献１に示すような鉄筋コンクリート製の貯水槽が知られている。このような貯水槽においては、大規模地震時に部材が降伏し、貫通ひび割れが発生した場合、貯水機能が失われるが、そのような場合は施設が破壊したとみなし、それでも当面の貯水機能を維持するような対策は施されていない。しかしながら、今後巨大地震が発生する可能性も指摘されており、既設貯水槽のような生活インフラ構造物においては部材が破壊しても当面の機能を維持し、震災後の生活への悪影響をできるだけ小さくする対策が求められていた。通常、大規模地震時に貯水槽の機能を維持するためには、部材を補強してひび割れを防止する方法が採用され、貯水槽のコンクリート厚を増大するコンクリート増厚工法や、炭素繊維シートをコンクリート表面に貼り付けることで、構造的に補強する炭素繊維補強工法などを用いた耐震補強工法も効果的とされている。

また、一般的にはエポキシなどの樹脂材料を貯水槽の内面に塗布または吹き付けにより被覆することで防水機能をもたせることが行われているが、これは常時の内部の液体による腐蝕、経年劣化に対して機能を維持するためのものであり、前述のように大規模地震において部材が破壊したとみなされるような場合のひび割れに対応可能なものではない。

特開平１０−３１４７５３号公報

すなわち、エポキシ等の樹脂材料をコンクリート表面に被覆する方法では、大きな外力が作用することが想定されていないため、部材降伏時のコンクリートのひび割れ等の変形にエポキシ等の樹脂材料が追従できず、コンクリートにひび割れが発生すると同時に樹脂材料が破断してしまい、ひび割れから漏水して、ひび割れが発生したコンクリート構造物において保水性能を維持できないという問題があった。
また、上述したコンクリート増厚工法や炭素繊維補強工法などを用いた耐震補強工法の場合には、工費や工期がかかることから採用され難いという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、貯水槽に大きなひび割れが発生しても、構造物としての保水性を維持することができる貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る貯水槽の保水構造は、内部に液体が貯留されるコンクリート製の貯水槽における液体が接する内面に、樹脂材料を被覆することにより一体に設けて構造物としての保水性を維持する貯水槽の保水構造であって、前記樹脂材料は、 前記貯水槽の止水側の表面に被覆された可撓性を有するプライマー層と、前記プライマー層の上に厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下で被覆されたポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層と、を有し、前記樹脂止水層は、前記プライマー層に密着することで、前記プライマー層の変動を吸収し、前記プライマー層は、ポリブタジエン系ゴムを含む変性ポリウレタン系プライマーから構成され、前記貯水槽に密着した状態で設けられ、前記プライマー層と前記樹脂止水層とは、０．１Ｎ／ｍｍ^２〜０．３Ｎ／ｍｍ^２の水圧を加えた状態で、前記貯水槽における２ｍｍ〜１０ｍｍのひび割れに追従して伸縮することを特徴としている。

また、本発明に係る貯水槽の保水方法は、内部に液体が貯留されるコンクリート製の貯水槽における液体が接する内面に、樹脂材料を被覆することにより一体に設けて構造物としての保水性を維持する貯水槽の保水方法であって、前記貯水槽の止水側の表面に可撓性を有するプライマー層を被覆する工程と、前記プライマー層の上にポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層を厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下で被覆する工程と、 を有し、前記樹脂止水層は、前記プライマー層に密着することで、前記プライマー層の変動を吸収し、前記プライマー層は、ポリブタジエン系ゴムを含む変性ポリウレタン系プライマーから構成され、前記貯水槽に密着した状態で設けられ、前記プライマー層と前記樹脂止水層とは、０．１Ｎ／ｍｍ^２〜０．３Ｎ／ｍｍ^２の水圧を加えた状態で、前記貯水槽における２ｍｍ〜１０ｍｍのひび割れに追従して伸縮することを特徴としている。

本発明では、貯水槽と、ポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる止水性を有する樹脂止水層との間に、貯水槽と樹脂止水層との靭性の差を和らげる中間層として、可撓性を有するプライマー層が設けられている。そして、プライマー層は貯水槽及び樹脂止水層に密着した状態で設けられている。この構成によれば、プライマー層が貯水槽のひび割れ等の変形に追従することで、貯水槽が樹脂止水層を剥がそうとする力が緩和される。それと共に、樹脂止水層がプライマー層の動きに応じて自在に伸縮する、或いは撓ることで、樹脂止水層にプライマー層の変動が適度に吸収される。

これにより、大規模地震時に、貯水槽に大きな外力が加わっても、プライマー層と樹脂止水層が貯水槽のひび割れに順次追従して伸縮し、破断することなく、貯水槽の表面に密着した状態で残存する。従って、樹脂材料によって貯水槽の止水側の表面が被覆された状態が確実に維持され、貯水槽にひび割れが発生している状態であっても構造体としての保水性を確保することができる。

また、従来のように貯水槽自体を補強する耐震補強工法ではなく、樹脂材料を塗布又は吹き付けるといった簡易な方法によって構成することが可能となるので、施工にかかる工費や工期を低減することができる。

本発明の貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法によれば、貯水槽に大きなひび割れが発生しても、構造物としての保水性を維持することができる。

本発明の実施の形態による貯水槽の構成を示す縦断面図である。 図１に示す貯水槽の側壁の一部を破断した斜視図である。 実施例による試験体を使用した水圧試験の状態を部分的に破断した縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態による貯水槽１は、コンクリート構造物２の内面２ａ（止水側の表面）に樹脂材料３を被覆することにより一体に設けて保水性を確保した構造となっている。
貯水槽１は、例えば防火水槽として用いられるものであって、平面視で四角形状をなし、コンクリート構造物２が鉄筋コンクリート造により施工された側壁１１、底壁１２、および天壁（図示省略）からなり、地中に埋設されるとともに、内部に水Ｗが貯留される躯体構造物である。つまり、少なくとも側壁１１および底壁１２の外周面は地盤に接した状態で配置されている。

コンクリート構造物２は、コンクリートを現場打ちによって施工されている。具体的には、コンクリート構造物２の鉄筋を配筋すると共に型枠を建て込み、その後、型枠内にコンクリートを打設することで、コンクリート構造物２が施工される。また、別の方法として、コンクリート構造物２は、例えばプレキャストコンクリート工法によって製造された複数のものを施工箇所に配置して連結することによって貯水槽１を構築する方法であってもよい。

樹脂材料３は、コンクリート構造物２の内面２ａに被覆された可撓性を有するプライマー層３１と、プライマー層３１の上に被覆されたポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層３２と、を有する。

プライマー層３１は、コンクリート構造物２にひび割れが発生しても、そのひび割れによる変形に追従しながらコンクリート構造物２が樹脂止水層３２を剥がそうとする力を緩和させるために設けられている。すなわち、プライマー層３１は、コンクリート構造物２及び樹脂止水層３２との密着性がよく、コンクリート構造物２が樹脂止水層３２を剥がそうとする力を緩和させ得る程度に可撓性を有している。

上記可撓性を有するプライマー層３１を構成するプライマーとしては、ひび割れ追従性（ＪＨＳ ４１０）が１５ｍｍ以上であるものが好ましい。プライマー層３１のひび割れ追従性が前記下限値より小さい場合には、プライマー層３１がコンクリート構造体２の変形に伴って破断される、或いは樹脂止水層３２から剥がれてしまうため、貯水槽１内の水Ｗがコンクリート構造体２のひび割れを介して漏れ出すおそれがあるため、好ましくない。

ひび割れ追従性が大きいプライマーとしては、例えばポリウレタン樹脂プライマー、ブタジエン系樹脂プライマーが挙げられる。

ポリウレタン樹脂は、樹脂止水層３２をなすポリウレア樹脂と同じイソシアネートによって構成されている。また、ブタジエン系樹脂は、ブタジエンとイソシアネートとの架橋反応によって生成されるものである。具体的に、ブタジエン系樹脂プライマーは、例えば常温でポリイソシアネートと混合しても、発熱により高温になることなく、弾性を有するプライマーを形成することが可能なブタジエン系ゴムを含むものが好適である。ブタジエン系ゴムとしては、ポリブタジエン系ゴム、ブタジエンと例えばスチレン、イソブチレン等の他のモノマーやその他のビニル系モノマーとの共重合体等が挙げられる。

ポリウレタン樹脂プライマーやブタジエン系樹脂プライマーのコンクリートに対する密着性は比較的高く、ポリウレタン樹脂プライマーやブタジエン系樹脂プライマーのコンクリートに対する変形追従性は極めて良好である。上記説明した各プライマーの組成に起因して、ポリウレタン樹脂プライマーやブタジエン系樹脂プライマーのポリウレタン樹脂及びポリウレア樹脂に対する密着性は、非常に高い。従って、コンクリート構造物２と樹脂止水層３２の双方に密着し、コンクリート構造物２の大きな変形に追従しながら、コンクリート構造物２が樹脂止水層３２を剥がそうとする力を充分に緩和させる点から、プライマー層３１はポリウレタン樹脂プライマーやブタジエン系樹脂プライマーから構成されていることが好ましい。特に液剤等の調合が容易である点から、プライマー層３１は、ポリウレタン樹脂を主成分とする溶剤系プライマー或いは無溶剤系プライマーから構成されている、又は、ポリブタジエン系ゴムを含む変性ポリウレタン系プライマーであることが好ましい。ポリウレタン樹脂を主成分とする溶剤系プライマー或いは無溶剤系プライマーには、例えば市販のサンシラールスーパー（ＡＧＣポリマー建材株式会社製）がある。ポリブタジエン系ゴムを含むプライマー層３１の材料には、例えば市販のスワエールＢ−５００Ｍ（三井化学産資株式会社製）がある。

コンクリート構造物２に対してプライマー層３１を被覆する施工方法としては、コンクリート構造物２の内面２ａを十分に清掃して塵等を取り除いた後、コンクリート構造物２の内面２ａにプライマー層３１を構成するプライマーを所定の厚み寸法で塗布又は吹き付ける方法が挙げられる。

樹脂止水層３２は、コンクリート構造物２の大きな変形に対して自身が柔軟に伸縮する、或いは撓ることで、コンクリート構造物２のひび割れＰを保持するために設けられている。すなわち、樹脂止水層３２は、非常に高い靭性を有するものであり、せん断付着力及び曲げ引張強度が高く、かつ、強度及び伸び等の力学的特性に優れた合成樹脂から構成されている。樹脂止水層３２を構成する合成樹脂の引張強度は２０ＭＰａ程度（１０〜２５ＭＰａ）であり、合成樹脂の破断伸びは２００％以上であればよい。樹脂止水層３２の厚さ寸法は、良好な力学的特性が得られる点や被覆厚の均一性の点から、２ｍｍ以上であることが好ましい。

樹脂止水層３２は、力学的特性等に優れたポリウレタン樹脂或いはポリウレア樹脂から構成されている。ポリウレア樹脂は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物である。このようなポリウレア樹脂には、例えばスワエールＡＲ−１００（登録商標：三井化学産資株式会社製）がある。

プライマー層３１の上に樹脂止水層３２を被覆する施工方法としては、プライマー層３１の表面を清浄した後、プライマー層３１の表面に樹脂止水層３２の材料を所定の厚み寸法で塗布する方法が挙げられる。

上述のように本実施の形態による貯水槽１および貯水槽の保水方法では、図１及び図２に示すように、コンクリート構造物２の内面２ａに可撓性を有するプライマー層３１を被覆し、その後、プライマー層３１の上にポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層３２を被覆することにより、コンクリート構造物２に一体に設けて保水性を確保することができる。

このようにコンクリート構造物２と、ポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる止水性を有する樹脂止水層３２との間に、コンクリート構造物２と樹脂止水層３２との靭性の差を和らげる中間層として、可撓性を有するプライマー層３１が設けられている。そして、プライマー層３１はコンクリート構造物２及び樹脂止水層３２に密着した状態で設けられている。この構成によれば、プライマー層３１がコンクリート構造物３２のひび割れ等の変形に追従することで、コンクリート構造物２が樹脂止水層３２を剥がそうとする力が緩和される。それと共に、樹脂止水層３２がプライマー層３１の動きに応じて自在に伸縮する、或いは撓ることで、樹脂止水層３２にプライマー層３１の変動が適度に吸収される。

これにより、大規模地震時に、コンクリート構造物２に大きな外力が加わっても、プライマー層３１と樹脂止水層３２がコンクリート構造物２のひび割れに順次追従して伸縮し、破断することなく、コンクリート構造物２の内面２ａに密着した状態で残存する。従って、樹脂材料３によってコンクリート構造物２の内面２ａが被覆された状態が確実に維持され、コンクリート構造物２にひび割れが発生している状態であっても構造体としての保水性を確保することができる。

また、従来のようにコンクリート構造物２自体を補強する耐震補強工法ではなく、樹脂材料３を塗布又は吹き付けるといった簡易な方法によって構成することが可能となるので、施工にかかる工費や工期を低減することができる。

次に、上述した実施の形態による貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

（実施例）
本実施例では、図３に示すように、上述した実施の形態の貯水槽１を模擬した保水性能試験体（以下、単に試験体１０という）を製造し、水圧試験機１７を使用して水圧試験を行い、試験体１０としての効果を確認した。試験体１０は、大規模地震（Ｌ２レベルの地震）により、水圧が作用した状態で貯水槽に大きなひび割れが発生した場合を想定して貯水槽の防水性能を確認する際に使用する。

試験体１０は、コンクリート構造物として、縦７０ｍｍ、横７０ｍｍ、厚さ３５ｍｍの無筋コンクリート板１１、１２を２つ作成し、それぞれにケミカルアンカー１３を使用して反力板１４を固定して製作した。そして、これら２つの無筋コンクリート板１１、１２を互いに突き合わせた状態でサンダー等を用いたケレンによる下地処理を行い、樹脂材料１５を被覆する。つまり、無筋コンクリート板１１、１２上にプライマー層を刷毛等を使用して塗布した後、樹脂止水材（樹脂止水層）を吹き付けによって被覆する。その後、反力板の貫通穴にねじボルトを挿通させ、反力板の両側からナットで固定した。ここで、プライマーとしては、２液無溶剤型、変性ポリウレタン系プライマーを使用し、塗布量は０．５ｋｇ／ｍ^２とした。樹脂止水材（吹付け材）としては、厚さ２．０ｍｍ または４．０ｍｍの２液無溶剤型、ポリウレア樹脂を使用し、スプレーにより吹き付け施工とした。
そして、樹脂材料１５（プライマーおよび樹脂止水材）を塗布した状態で、試験体１０の内側のナットを回転させることにより反力板１４が左右に移動し、見開きを発生させることにより、２つの無筋コンクリート板１１、１２に任意のひび割れに相当する隙間１６（幅が数ｍｍ〜数１０ｍｍ）を発生させる。具体的に、隙間１６の条件として、隙間幅が２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍの５種類を作成した。

この試験体１０を透水試験機１７にセットする。具体的には、隙間１６を形成した試験体１０の上面および下面に中央に開口１７ａが形成されたゴム製のガスケット１７Ａ、１７Ｂを取り付け、その下側に蓋体１７Ｃを固定するとともに、上側に有頂筒状の水圧作用体１７Ｄを設置する。水圧作用体１７Ｄの下端１７ｂを上側のガスケット１７Ａに密着させた状態で内部に水を注水して所定の水圧に作用させる構成となっている。

そして、試験体１０のセットが完了した後、０．１Ｎ／ｍｍ^２（１０ｍ水頭）の水圧を１時間にわたって作用させることにより、上述した５種類のひび割れ（隙間１６）が発生した無筋コンクリート板１１、１２に樹脂材料１５を被覆させた試験体１０の保水性能を確認した。なお、圧力の作用時間は、建築用セメント防水材の試験方法 （ＪＩＳ−Ａ１４０４）の透水試験に準じて１時間に設定している。
なお、本実施例による試験体１０では、上述した水圧、作用時間としているが、この水圧作用条件に限定されず、例えば水圧０．１Ｎ／ｍｍ^２〜０．３Ｎ／ｍｍ^２程度を１〜１６８時間で作用させることが可能である。

表１は、本実施例による試験結果を示しており、５種類の隙間１６のそれぞれにおいて、ひび割れ面（隙間１６）からの漏水、樹脂止水材の過大な変形、隅角部における局部変形（亀裂）などは観測されず、良好な結果が得られた。
さらに、１週間程度まで防水性確認実験を続行し、時間に伴う経過（経過時間１．０時間、２４時間（１日）、４８時間（２日）、１２０時間（５日）、１６８時間（７日））を観察した結果も、上述した隙間１６からの漏水、樹脂止水材の過大な変形、隅角部における局部変形が見られず、良好であることが確認された。

以上、本発明による貯水槽の保水構造および貯水槽の保水方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、コンクリート構造物として貯水槽１を対象としているが、他のコンクリート製の水槽構造物であってもかまわない。また、コンクリート構造物の形状は、とくに制限されるものではなく、本実施の形態のように平面視で四角形状に限らず、例えば平面視で円形、六角形などの形状であってもよい。

また、コンクリート構造物として、本実施の形態のように鉄筋コンクリートに限らず、無筋コンクリートやプレストレスコンクリートであってもよい。

さらに、本実施の形態では、プライマー層３１とポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層３２とからなる樹脂材料３をコンクリート構造物２に被覆する効果としてひび割れが発生したコンクリート構造物２における保水性を挙げているが、この他の効果として、コンクリート構造物２自体のひび割れの防止あるいは伸展を抑制する機能も有している。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 貯水槽
２ コンクリート構造物
２ａ 内面（止水側の表面）
３ 樹脂材料
３１ プライマー層
３２ 樹脂止水層
Ｗ 水

Claims (2)

1. 内部に液体が貯留されるコンクリート製の貯水槽における液体が接する内面に、樹脂材料を被覆することにより一体に設けて構造物としての保水性を維持する貯水槽の保水構造であって、
   前記樹脂材料は、
   前記貯水槽の止水側の表面に被覆された可撓性を有するプライマー層と、
   前記プライマー層の上に厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下で被覆されたポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層と、
   を有し、
   前記樹脂止水層は、前記プライマー層に密着することで、前記プライマー層の変動を吸収し、
   前記プライマー層は、ポリブタジエン系ゴムを含む変性ポリウレタン系プライマーから構成され、前記貯水槽に密着した状態で設けられ、
   前記プライマー層と前記樹脂止水層とは、０．１Ｎ／ｍｍ^２〜０．３Ｎ／ｍｍ^２の水圧を加えた状態で、前記貯水槽における２ｍｍ〜１０ｍｍのひび割れに追従して伸縮することを特徴とする貯水槽の保水構造。
2. 内部に液体が貯留されるコンクリート製の貯水槽における液体が接する内面に、樹脂材料を被覆することにより一体に設けて構造物としての保水性を維持する貯水槽の保水方法であって、
   前記貯水槽の止水側の表面に可撓性を有するプライマー層を被覆する工程と、
   前記プライマー層の上にポリウレタン樹脂、或いはポリウレア樹脂からなる樹脂止水層を厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下で被覆する工程と、
   を有し、
   前記樹脂止水層は、前記プライマー層に密着することで、前記プライマー層の変動を吸収し、
   前記プライマー層は、ポリブタジエン系ゴムを含む変性ポリウレタン系プライマーから構成され、前記貯水槽に密着した状態で設けられ、
   前記プライマー層と前記樹脂止水層とは、０．１Ｎ／ｍｍ^２〜０．３Ｎ／ｍｍ^２の水圧を加えた状態で、前記貯水槽における２ｍｍ〜１０ｍｍのひび割れに追従して伸縮することを特徴とする貯水槽の保水方法。

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