特開 2024-67180 残存型枠

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024067180

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】残存型枠

(51)【国際特許分類】

   E02D 29/02 20060101AFI20240510BHJP

【ＦＩ】

E02D29/02 309

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022177046

(22)【出願日】2022-11-04

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】320013953

【氏名又は名称】松井建材有限会社

(74)【代理人】

【識別番号】100181571

【弁理士】

【氏名又は名称】栗本 博樹

(72)【発明者】

【氏名】森 有央

【テーマコード（参考）】

2D048

【Ｆターム（参考）】

2D048AA81

(57)【要約】

【課題】間伐材を利用した残存型枠として、木材間からのコンクリートやモルタルの漏れを防ぐとともに、従来のコンクリート製残存型枠に対して、コンクリート部材の量を軽減するとともにコンクリートを木材間の連結に利用する。
【解決手段】未乾燥の木材から生成された複数の略同一寸法の角材若しくはタイコ材に所定の押圧力を加えて着接する板状の連続体と、前記角材若しくはタイコ材の背面側に、長手方向に所定の密度で略等間隔に埋め込まれたジベルと、前記板状の連続体に着接して打設され、前記ジベルによって硬化時に前記板状の連続体と一体になるコンクリート板と、を備えた残存型枠。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリート打設時の型枠のうち、コンクリート硬化後に残存させる残存型枠であって、
未乾燥の木材から生成された複数の略同一寸法の角材若しくはタイコ材を同一方向で、長手方向に並列に並べて、異なる木材間で対峙する長手方向切断面を所定の押圧力によって着接する板状の木材の連続体と、
該板状の木材の連続体の一方の面における角材若しくはタイコ材の切断面に、長手方向に所定の密度で略等間隔に埋め込まれたジベルと、
前記板状の木材の連続体の前記一方の面に打設され、前記ジベルによって硬化時に前記板状の木材の連続体と一体になるコンクリート板と、
を備えた残存型枠。

【請求項2】

前記コンクリート板の重量が前記板状の木材の連続体の重量と比較して、略同一若しくは前記コンクリート板の重量が大きい請求項１の残存型枠。

【請求項3】

前記コンクリート板が前記板状の木材の連続体に着設していない周辺部を有する請求項１若しくは請求項２の残存型枠。

【請求項4】

前記コンクリート板が内部に用心線材を備えた請求項１の残存型枠。

【請求項5】

前記コンクリート板が、前記残存型枠として、打設されるコンクリートと連結のための継鉄筋を備えた請求項１の残存型枠。

【請求項6】

請求項１の残存型枠を用いて、築造されたコンクリート構造物。

【請求項7】

未乾燥の木材から生成された複数の略同一寸法の角材若しくはタイコ材を同一方向で、長手方向に並列に並べて、異なる木材間で対峙する長手方向切断面を所定の押圧力によって着接し、板状の木材の連続体にする過程と、
該板状の木材の連続体の一方の面の角材若しくはタイコ材の切断面に、長手方向に所定の密度で略等間隔にジベルを埋め込む過程と、
前記板状の木材の連続体の前記一方の面上に四方を囲む堰板を設ける過程と、
前記堰板内に生コンクリートを投入する過程と、
を備えた残存型枠の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート構造物を築造する際の型枠の内、コンクリート打設後に残存する型枠に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、コンクリート構造物築造に関して、高品質で均一な出来高の要求や現場における技術者、高度な技能を有する作業員の不足等から、二次製品の活用が頻繁に行われている。一方、集中豪雨によって発生する土砂災害の要因として人工林への間伐等の手入れ不足が指摘されている。間伐材の利用促進として、山留のコンクリート構造物の築造に際して、間伐材を利用し、景観等を配慮した残存型枠が利用されるようになってきている。

【0003】

間伐材を残存型枠として利用する工法としては、所定の木材を横方向に内側に均一な面を形成するように積上げ、縦材を内外何れかに設け、コンクリートを打設することを繰り返し、打設面を上昇させながら構造物を構築するものがある。砂防堰堤などの工法として用いられる。

【0004】

間伐材を残存型枠に用いることによって、木材の保温、保湿効果などコンクリートの長期養生に繋がり、コンクリート構造物として強度の確保の他、ライフサイクルの長期化や景観形成、間伐材の利用などの治山効果などの優れた効果がある一方で、型枠の組立てに多くの人材を要することや同一品質の材料の確保や縦材を内側に配置した場合の構造物の断面不足が生じるなどの課題がある。

【0005】

上記間伐材を利用した残存型枠の施工法に関しては、図７に示す通りである。
１）床掘１３を実施
２）基礎コンクリート１４を打設、支持部材アンカー１６、縦材１８を設置、支持部材１５の設置
３）横木材１７を積み上げ設置
４）コンクリート１１の打設
５）既存コンクリート１２打設面を上記２）の基礎コンクリート面として、上方への繰返し施工

【0006】

間伐材を利用した残存型枠として、複数の丸太材による型枠ユニットを貫通孔によって連結させた残存型枠に係る発明（特開平０８－２４６４８１）によって、木材を積層する労力は緩和させることができたが、積層する木材間からのモルタルの漏れや高コストで背面側の補強材による断面の不足が課題となる。更に、表面側を丸太化粧面のパネル状にして、現場の作業の省力化を図る残存型枠に関する発明（特開２００４－２６３５４３）が提案されている。複数の太鼓落し材の接面に凹凸によるさねはぎ加工を施し、型枠設置手間の省力化やモルタルの漏れがないなどの改良を加えられているが、高コストや断面の不足が課題となる。
従来工法は、型枠用材料として間伐材を使用することを主眼に置いていた。一方で、上記発明には、型枠の組立てに多くの人材を要することや同一品質の材料の確保などに改善点が認められるが、変形が少なく、モルタルの漏れがない型枠とするためには、使用する木材やその加工などにコストを要するなどの課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平０８－２４６４８１号公報

【特許文献2】特開２００４－２６３５４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

解決しようとする課題は、間伐材を利用した残存型枠として、木材間からのコンクリートやモルタルの漏れを防ぐとともに、従来のコンクリート製残存型枠に対して、コンクリート部材の量を軽減するとともに、コンクリートを木材間の連結に利用する。その結果、複合材料による一体的なパネルとして、コンクリート製の残存型枠と同様な設置手間によって、コンクリート構造物を築造する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

コンクリート打設時の型枠のうち、コンクリート硬化後に残存させる残存型枠であって、
未乾燥の木材から生成された複数の略同一寸法の角材若しくはタイコ材を同一方向で、長手方向に並列に並べて、異なる木材間で対峙する長手方向切断面を所定の押圧力によって着接する板状の木材の連続体と、
該板状の木材の連続体の一方の面における角材若しくはタイコ材の切断面に、長手方向に所定の密度で略等間隔に埋め込まれたジベルと、
前記板状の木材の連続体の前記一方の面に打設され、前記ジベルによって硬化時に前記板状の木材の連続体と一体になるコンクリート板と、
を備えた残存型枠。

【0010】

前記コンクリート板の重量が前記板状の木材の連続体の重量と比較して、略同一若しくは前記コンクリート板の重量が大きい請求項１の残存型枠。

【発明の効果】

【0011】

一般に、木材は、伐採時の生木を製材し、乾燥させて、構造材、造作材等として用いられる。乾燥過程が必要な理由は、木材の乾燥収縮による変形にある。木材は、概ね含水率３０％以下になると乾燥収縮を起こし、反りや曲げが生じるとされている。一方、コンクリートは、生コンクリートの水和反応によって水分は失われていき、実務上は２８日程度の経過によって所定の強度に達するとされているが、養生期間は、長い程大きな強度を確保できる。また、コンクリートにおいても、硬化段階の自己収縮、その後の乾燥収縮などによって変形は生じるが、木材の乾燥収縮と比較して極めて小さい。木材とコンクリートを複合材として利用した場合、コンクリートと木材の接面付近では、コンクリートの水和反応による水分の消失の進行は比較的遅くなり、一方、木材も硬化中のコンクリートによって乾燥が遅滞する。
本発明の複合材料による残存型枠の木材とコンクリートと接面付近では、製造過程から残存型枠として利用する過程において、木材に変形は生じるが、木材とコンクリートと接面における付着力、木材に埋め込まれたジベル及び製造過程で加えられた所定の押圧力によって、変形は最小限のものとなる。

【0012】

数１によって、木材とコンクリートの複合部材による残存型枠に使用する板状の連続体の木材１本について、本発明の効果を説明する。数１（１）、（５）は、木材とコンクリート板の着接面を表す図である。数１（１）は、単位木材について、長手方向の乾燥収縮を示すものであり、収縮前の状態を実線で示したものに対して、破線は収縮後の状態を示している。木材の乾燥収縮に関しては、一般に、繊維方向の乾燥収縮率は、年輪の半径方向と比較して小さく、数１（１）に記載する収縮率は、間伐材に使用されるスギ、ヒノキを対象に用いられる数値である。本図では、乾燥収縮が生じた状態について、乾燥前の状態に対して仮想的に矢印で示す圧縮力を負荷した状態であることを示すものである。
数１（２）は、この複合部材の断面図であり、断面の下方のハッチ部は、コンクリート板の断面を示している。木材のコンクリート板との着接面では、木材の収縮に対してコンクリートからの付着力は木材に引張力を作用させ、収縮前の長さを維持しようとするが、木材の上面では乾燥収縮によって、数１（２）に示すような反りが生じる。この反りによる変形を軽減するのが数１（３）に示すジベルである。コンクリート板に埋め込まれたジベルは、数１（４）に示すように木材の上部に対して、コンクリート板を基礎にして引張力を木材の中央部に作用させ、変形への抵抗力を生じうる。

【0013】

【数1】

【0014】

数１（５）は、短手方向の乾燥収縮を模式的に示すものである。本例の場合、タイコ材を対象に年輪の半径方向の乾燥収縮率を記載している。この場合も仮想的に短手方向に圧縮力が作用しているのと想定する。この収縮に関して、複数の木材における乾燥収縮の影響として、木材間に生じる間隙の発生やそれに伴うコンクリート板への引張力などが起こり得るが、前記のジベルによって、影響は軽減される。しかし、半径方向の乾燥収縮率は大きく、また短手方向の均等な収縮であれば、数１（６）の状態であるが、木材は、一本の角材であってもその採取され木の部位によって乾燥率が異なり、均等でない収縮が長手若しくは短手方向に生じた場合、数１（７）のような正面から見た反りや曲げが起こり得る。これらに対して、数１（８）に示すように木材の短手方向に圧縮力を作用させた状態で生コンクリートを打設してコンクリート板を製造すると、コンクリート板の脱型当初には短手方向に引張力が作用するが、木材の乾燥が進むに従って木材の引張力は消滅する方向に働く。更に詳細を実施例５で説明する。
以上、木材に埋め込まれたジベルと押圧力によってコンクリート板と着設された木材の板状の連続体によるパネルは、極めて安定した状態の複合材料の残存型枠として利用し得る。安定した状態とは、全体形状の安定性とコンクリート板へのクラック等の発生に対するものである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の木材としてタイコ材を用いた残存型枠に係る説明図である。（実施例１）

【図2】図２は、本発明の木材として角材を用いた残存型枠に係る説明図である。詳細説明図である。（実施例２）

【図3】図３は、本発明の残存型枠を用いたコンクリート構造物の施工方法に係る説明図である。（実施例３）

【図4】図４は、本発明の残存型枠に係る連結具及び継鉄筋の説明図である。（実施例３）

【図5】図５は、板状の連続体の周辺部にコンクリート板が着接していない残存型枠の説明図である。（実施例４）

【図6】図６は、本発明の残存型枠の製造方法係る説明図である。（実施例５）

【図7】図７は、従来の間伐材を用いたコンクリート構造物の築造に係る説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明において、木材に関し、角材とは、概ね７．５ｃｍ以上の厚みと幅を有する製材である。タイコ材とは、丸太の芯から略同じ位置の２つの平行な切断面（以下、タイコ落とし面ともいう。）を有する製材であり、本発明において用いられるタイコ材はタイコ落とし面に長手方向に垂直に切断面を有する製材を用いている。特にその切断面が木材の芯付近であると、一本の丸太から２本の同規格のタイコ材を確保でき、無駄なく効率的に木材を利用できる。本発明において、残存型枠に用いられる複合材として、正面側は木材の連続体側であり、背面側はコンクリート板側であって、現場で打設するコンクリートと一体となって機能する。従って、前記タイコ材の場合、正面側には、丸太面が現れ、背面側にはタイコ落とし面に対して垂直な切断面が現れる。本発明に関する実施例は、木材の長手方向を水平方向にした残存型枠として、使用されているが、長手方向は水平方向に限定されるものではない。

【0017】

本発明において、未乾燥の木材とは、通常建築材料等として用いられる含水率１５％から２０％の製材に対して、切り出して間もない生木を含めて、含水率２０％以上の木材で、主として土木・建築材料としてほぼ使用されることのない含水率３０％以上の木材をいう。含水率については、（木材重量－乾燥時重量）／（乾燥時重量）で計算される乾燥後の重量に対してどの程度の水分を含んでいるかの示す指標である。木材中に残留する水分には、細胞間に存在する自由水と細胞壁内に存在する結合水があり、木材の乾燥は、自由水の脱水から始まり、細胞壁内の結合水が失われる過程による。細胞壁内には約３０％程度の含水率に相当する水分が存在するとされていて、細胞壁内の水分が失われることによって、乾燥収縮が起こり、割れ、反りが生じる。前記未乾燥の木材とは、建築材料等として用いられる程度に達していない乾燥段階の木材であり、含水率が３０％以上の木材とは、乾燥収縮前の木材である。

【0018】

本明細書においては、木材の比重について、間伐が必要になる樹木として、スギやヒノキが代表であり、その乾燥時の比重は０．４（スギ：０．３８、ヒノキ：４．１）前後とされているが、生木は、１．０程度とされている。従って、本明細書における重量計算に用いる未乾燥の木材については、比重は、１．０としている。一方、コンクリートの比重に関しては、無筋のコンクリートとして一般に用いられる２．３を用いる。

【実施例0019】

図１は、木材としてタイコ材２１を用いた実施例を示している。図１（１）は正面図で、生コンクリートを投入する型枠としては、コンクリート投入面の反対側の面を示すものである。図１（２）は、右側面図であり、図１（３）は、背面図である。図１（４）が（２）のＡ－Ａの位置で木材の連続体２とコンクリート板３の接面を背面側から示し、図１（５）が（４）に示すＣ－Ｃの位置の右側断面図を表し、図１（６）が（２）に示すＢ－Ｂの背面断面を表している。
図１（１）及び（２）に示す通り、木材は、先述の一本の丸太から２本確保できる同規格のタイコ材を用い、最上段と最下段のタイコ材を除き、隣接するタイコ材とタイコ落とし面の両面を接する状態で連続体を形成している。本例では、７本のタイコ材を用いて連続体を形成している。構造図では、表わせないが、図上の最上段の上面及び最下段の下面からは、圧縮力を作用させた状態で生コンクリートを硬化させて製造されたパネルであるが、詳細は実施例５で示す。

【0020】

図１（４）及び（５）に示す通り、それぞれのタイコ材２１の短手方向の中央部には、長手方向に略等間隔に埋め込まれたジベル４がある。ジベルの両先端位置は、木材及びコンクリート板３の中央部より深くなっており、木材とコンクリートとの一体性を強いものにしている。ジベルの配置に関しては、本例ではタイコ材１本に４箇所で、概ね２８箇所／ｍ^２の配置となっている。
図１（６）に示すコンクリート板３の内部に配置されたものは、メッシュ状に鉄線を組んだコンクリート板内補強線材３１であり、コンクリート板内の用心鉄筋の役割を有する。図１（１）、（３）、（６）に示すコンクリート板上面に設置されたものは、吊り具３２であり、現場において、この型枠を吊り上げ、クレーン等によって所定の位置に載置するためのものである。本例においては、吊り具のアンカーとして、コンクリート板内補強線材に連結させている。図の吊り具は、残存型枠１を釣っている状態を示すものであるが、残存型枠の製作時、運搬時、設置後においては、図１（６）に示す、凹みに収まるよう設計されている。
図1（３）の残存型枠の上部及び下部にもうけられた連結受具３４は、残存型枠間を連結する連結具３３に対するもので、詳細は実施例３で説明する。

【0021】

本実施例における諸元を示すと、木材部分は、長さ１．０ｍ、幅１４ｃｍ、平均厚さ９．１ｃｍのタイコ材２１を７本用い、１．０ｍ×０．９８ｍで上下に凹凸のある表面を形成する木材の板状の連続体２である。長さ１．０ｍの両端部には、木口が現れ、０．９８ｍ幅の両端部には長手方向の切断面で板目が現れ、ジベルを設置する背面には、柾目が現れる連続体である。背面側のコンクリート板３は、厚さ６ｃｍで１８Ｎ／ｍｍ^２の無筋コンクリートを用いている。ジベルとして、直径６ｍｍ×長さ１１０ｍｍのビスを２８本用いている。コンクリート板内補強線材３１については、直径６ｍｍの鉄線を１５ｃｍ～１７ｃｍの間隔のメッシュとした。吊り具３２等については、実施例２で説明する。

【実施例0022】

図２に木材として角材２２を用いた実施例を示す。図２（１）の正面図では、長さ１．０ｍ、幅９ｃｍの角材を１１本用いて連接した木材の連続体２の状況を示している。図２（２）の底面図では、厚さ７．５ｃｍの角材と厚さ６ｃｍのコンクリート板３の着接状況が確認できる。ジベル４として、直径６ｍｍ×長さ９０ｍｍのビスをジベル４として３３本用いている。図２（１）（２）の左右端部の隅切り部に関しては、隅角の弱点保護、型枠として曲線施工を容易にするための加工である。

【0023】

本発明における木材の連続体２とコンクリート板３の複合部材について、仮設材料として、吊り工程が不可欠で且つ吊り具３２をコンクリート板に設置していることに勘案した制約条件に関して数２及び数３に示す。残存型枠１として、木材の長手方向を水平方向にして用いるか、鉛直方向にするかによって異なる。水平方向の場合で検討する。数２（１）は、木材の連続体とコンクリート板の重心における重力と吊り具からの引張力の関係を模式的表示したものである。数２（１）におけるＷ_１とＷ_２は、それぞれの重心に作用する重力であり、ｅ_１×Ｗ_１とｅ_２×Ｗ_２は、吊り具による引張力Ｆの作用線と両部材の重心を結ぶ線分の交点を支点にしたモーメント示すもので、ｅ_１×Ｗ_１＜ｅ_２×Ｗ_２の場合の木材の連続体とコンクリート板の状況を数２（２）に示し、ｅ_１×Ｗ_１＞ｅ_２×Ｗ_２の場合を数２（３）に示している。木材の含水率が高い場合、木材に埋め込まれたジベルの剪断抵抗及び付着面における剪断抵抗は、一定程度見込むことができるのに対して、木材に埋め込まれたジベルの引張抵抗及び木材とコンクリート板の付着面における引張抵抗は極めて低く、吊り工程において数２（２）の状態を維持できるようにすることが望ましい。木材の単位体積重量はコンクリートと比較して小さいため、コンクリート板の内部に引張力の作用線が存在する場合、必ずｅ_１＞ｅ_２であり、ｅ_１×Ｗ_１＜ｅ_２×Ｗ_２を確保するためＷ_１＜Ｗ_２は必要条件である。特に、含水率に関しては、後記の数３に示すように、最大１７８％になり、ジベルと木材繊維による抵抗力に関して、剪断抵抗は想定されるが、引張抵抗の低いことは、先述の通りである。従って、本発明のパネルに関して、型枠としての設置時における安全性を考慮して、木材の連続体の重量は、コンクリート板の重量以下とする。

【0024】

【数2】

【0025】

数３において、木材の含水率と木材の単位体積重量の関係について示す。数４において、本発明におけるコンクリート板に要求されるコンクリートの引張強度に関する検討を示す。数３に示す通り、「００１７」記載の含水率は、木材に含む水分重量を乾燥時の木材重量で除した値である。そこで、「００１８」記載の通り、木材の乾燥時の比重（単位体積重量と同値とする。）０．４とし、生木の比重１．０とする。木材重量は、変化することなく、木材の乾燥時の体積である０．９５は、数１に記載の乾燥収縮率である長手方向０．２～０．３％、短手方向２～３％から算出したものである。含水率３０％以下で、含水率に応じた直線的な変化とし、含水率３０％以上では、体積は変化しないものとしている。数３の表では、含水率３０％で木材の体積を１としている。

【0026】

【数3】

【0027】

【数4】

【0028】

前記の１８Ｎ／ｍｍ^２の無筋コンクリートとは、許容圧縮応力度が１８Ｎ／ｍｍ^２である。本発明に係る残存型枠である複合パネルは、仮設時に吊り工程があり、実施例１及び２では、吊り金具からの引張力がコンクリート板に作用する。数４（１），（２）については、木材の連続体の平均厚さである９．１ｃｍ、幅１ｍ、高さ１ｍで、数３の想定される最大重量の比重1の木材の連続体に対して、コンクリート板の厚さ６ｃｍと４ｃｍの場合における幅１ｍ、高さ１ｍのコンクリート板に生じる最大引張応力を、コンクリート板の幅×厚さの断面に均等に作用するものとして算出したものである。木材の連続体としては、高さ１ｍの場合、６ｃｍ厚さのコンクリート板の場合、３７ｋＮ／ｍ^２で、４ｃｍ厚さのコンクリート板の場合、４５ｋＮ／ｍ^２である。所定強度に達したコンクリートの許容引張応力に関しては、一般に圧縮応力度の１／１０程度とする場合もある。本例の場合、未乾燥木材との複合部材であり、コンクリートの水和反応が遅れることも想定され、仮設材料として規格強度に達していない場合もあるため、仮に所定強度の１／１００程度であるとして、試算したのが、短期の許容引張応力度で１８０ｋＮ／ｍ^２であり、数４（１），（２）の場合では十分な断面力を有すると推定される。また、数４（３），（４）については、木材及びコンクリート厚さが数４（１），（２）と同じ正方形の複合パネルについて、高さの限界について試算したものである。厚さ６ｃｍのコンクリート板の場合、４．８ｍであり、厚さ４ｃｍのコンクリート板の場合、４ｍである。この高さ限界の試算は、正方形パネルでの試算であるが、断面力の算定であり、幅１ｍの矩形パネルでの高さ限界も同じである。このような、材料として生じる引張力については、複合パネルとして脱型の時期、養生期間、出荷時期等、更に実証が必要である。
また、「００２３」に示すように、本発明のパネルに関して、型枠としての設置時における安全性を考慮して、木材の連続体の重量は、コンクリート板の重量以下とする。このことに関しては、数４（２）、（４）に示すように本例の木材の連続体に関しては、比重１の場合、コンクリート厚さは概ね４ｃｍ以上が必要になる。