特許 7605585 コンクリート構造物の施工方法及びコンクリート構造物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】コンクリート構造物の施工方法及びコンクリート構造物

(51)【国際特許分類】

   E04G 21/02 20060101AFI20241217BHJP

   E04G 21/12 20060101ALI20241217BHJP

   E04C 5/07 20060101ALI20241217BHJP

   E04B 1/35 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

E04G21/02 103B

E04G21/02 103Z

E04G21/12 105A

E04C5/07

E04B1/35 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019234097

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021102867

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-10-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】和田 健介

(72)【発明者】

【氏名】小倉 大季

(72)【発明者】

【氏名】田中 博一

(72)【発明者】

【氏名】野澤 剛二郎

(72)【発明者】

【氏名】兼光 知巳

【審査官】齋藤 智也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２１７６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１２８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８６８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３６１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７１９４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｇ ２１／０２

Ｅ０４Ｇ ２１／１２

Ｅ０４Ｃ ５／０７

Ｅ０４Ｂ １／０４

Ｅ０４Ｂ １／３５

Ｂ２９Ｃ ６７／００

Ｂ２８Ｂ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加製造装置の第１射出ノズルから補強材料を射出して補強部材を形成する補強部材形成工程と、
付加製造装置の噴射ノズルからコンクリート流動物を噴射し、前記コンクリート流動物が前記補強部材に接して堆積したコンクリート堆積部を形成するコンクリート堆積部形成工程と、
を交互に、且つ複数回行ってコンクリート構造物を形成し、
前記補強部材は、微小な任意数の多面体を三次元の各方向に連結させたものの全ての辺をなぞるように網状に形成されている、
コンクリート構造物の施工方法。

【請求項2】

前記噴射ノズルから噴射される前記コンクリート流動物の拡散角度は、前記第１射出ノズルから射出される前記補強材料の拡散角度よりも大きい、
請求項１に記載のコンクリート構造物の施工方法。

【請求項3】

付加製造装置の第２射出ノズルから定着材料を射出して定着部材を形成する定着部材形成工程をさらに備え、
前記コンクリート堆積部形成工程において、前記コンクリート流動物を前記定着部材に定着させつつ前記補強部材及び前記定着部材に接して堆積させる、
請求項１または２に記載のコンクリート構造物の施工方法。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一項に記載のコンクリート構造物の施工方法によって形成された、
コンクリート構造物。

【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の施工方法及びコンクリート構造物に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば橋脚等のコンクリート構造物を建築する際には、先ず、足場を組み立てる。その後、基礎に鉄筋を組み立て、鉄筋を囲むように型枠を組み立て、型枠内にコンクリートを打ち込む。コンクリートの養生、硬化後に、型枠を解体する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２１４２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、コンクリート構造物を施工する際の足場の組み立て及び解体は、煩雑な作業であり、コンクリート構造物の建築方法の生産性の向上を妨げる一因であった。また、鉄筋等の従来の補強部材は長尺、大型であり、頑強であるため、施工時の作業効率及びコンクリート構造物の形状の自由度が低下する場合があった。

【0005】

本発明は、上述の事情に鑑みてなされ、生産性及びコンクリート構造物の形状の自由度を高めるコンクリート構造物の施工方法及びコンクリート構造物を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るコンクリート構造物の施工方法は、付加製造装置の第１射出ノズルから補強材料を射出して補強部材を形成する補強部材形成工程と、付加製造装置の噴射ノズルからコンクリート流動物を噴射し、前記コンクリート流動物が前記補強部材に接して堆積したコンクリート堆積部を形成するコンクリート堆積部形成工程と、を交互に、且つ複数回行ってコンクリート構造物を形成し、前記補強部材は、施工面から上方に突出した長尺形状の複数の縦部と、隣り合う前記縦部どうしを接続するように配された複数の横部と、で形成されている。

【0007】

上述のコンクリート構造物の施工方法によれば、補強部材形成工程において補強部材を形成し、補強部材が硬化等によって安定し次第、コンクリート堆積部形成工程を行い、安定した補強部材に接するコンクリート堆積部を形成できる。第１射出ノズルから射出する補強材料の射出量や射出速度を調整し、コンクリート構造物を完成させるまでに補強部材形成工程とコンクリート堆積部形成工程とを交互に行う回数を調整することで、任意の形状のコンクリート構造物を容易に施工できる。また、第１射出ノズルから射出されて施工面又は硬化したコンクリート流動物から突出する補強材料の長さを従来の鉄筋等よりも短くすることができる。このことによって、鉄筋等を用いた従来の施工時のように複数の鉄筋等を互いに束ねる結束具や、長尺の鉄筋等を支える支持具等を用いずに済み、施工時の作業効率が向上する。

【0008】

本発明に係るコンクリート構造物の施工方法では、補強部材は長尺形状を有し、前記補強部材形成工程において、前記補強部材の軸線方向に沿って幅が連続的に変化する前記補強部材を形成してもよい。

【0009】

上述のコンクリート構造物の施工方法によれば、コンクリート構造物の形状に合わせて補強部材の軸線方向の幅を連続的に変化させることができる。例えばコンクリート構造物の補強度を最も高めるべきと思われる位置の補強部材の幅を大きくし、その位置からコンクリート構造物の各位置において求められる補強度に合わせて補強部材の幅を調整できる。

【0010】

本発明に係るコンクリート構造物の施工方法では、補強部材は長尺形状を有し、前記補強部材形成工程において、前記補強部材の軸線方向に沿って断面形状が連続的に変化する前記補強部材を形成してもよい。

【0011】

上述のコンクリート構造物の施工方法によれば、コンクリート構造物の形状に合わせて補強部材の軸線方向の断面形状を連続的に変化させることができる。コンクリート構造物の各位置において求められる補強度や細かい形状、装飾等に合わせて補強部材の断面形状を変更できる。

【0012】

本発明に係るコンクリート構造物の施工方法では、前記噴射ノズルから噴射される前記コンクリート流動物の拡散角度は、前記第１射出ノズルから射出される前記補強材料の拡散角度よりも大きくてもよい。

【0013】

上述のコンクリート構造物の施工方法によれば、第１射出ノズルから補強材料をコンクリート流動物よりも小さい拡散角度で射出すると共に積層し、噴射ノズルからコンクリート流動物を補強材料よりも大きい拡散角度で噴射することで、補強部材に接し且つ任意の大きさ及び形状を有するコンクリート構造物を容易に形成できる。

【0014】

本発明に係るコンクリート構造物の施工方法では、付加製造装置の第２射出ノズルから定着材料を射出して定着部材を形成する定着部材形成工程をさらに備え、前記コンクリート堆積部形成工程において、前記コンクリート流動物を前記定着部材に定着させつつ前記補強部材及び前記定着部材に接して積層させてもよい。

【0015】

上述のコンクリート構造物の施工方法によれば、定着部材形成工程において定着部材を形成し、コンクリート堆積部形成工程においてコンクリート流動物を定着部材に定着させつつ積層できる。その結果、コンクリート堆積部形成工程において、コンクリート流動物を効率良く積層し、コンクリート構造物を容易に形成できる。

【0016】

本発明に係るコンクリート構造物は、上述のコンクリート構造物の施工方法によって形成されている。
上述のコンクリート構造物によれば、補強部材が従来のように補強部材として定型の鉄筋等を用いた場合に施工するのは難しい形状を有していても、第１射出ノズルからの補強材料の射出量及び射出速度を調整しつつ、所望の形状の補強部材及びこの補強部材を備えたコンクリート構造物を形成できる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、コンクリート構造物の生産性及び形状の自由度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態のコンクリート構造物の側面図である。

【図2】図１に示すコンクリート構造物の断面図であり、図１に示すＺ－Ｚ線で矢視した断面図である。

【図3】図１に示すコンクリート構造物の施工方法を説明するための側面図である。

【図4】図１に示すコンクリート構造物の施工方法を説明するための側面図である。

【図5】本発明の第２実施形態のコンクリート構造物の図であり、図１に示すＺ－Ｚ線で矢視した場合に対応する断面図である。

【図6】図５に示すコンクリート構造物の施工方法を説明するための側面図である。

【図7】図５に示すコンクリート構造物の施工方法を説明するための側面図である。

【図8】図５に示すコンクリート構造物の施工方法を説明するための側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係るコンクリート構造物の施工方法及びコンクリート構造物の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0020】

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る第１実施形態のコンクリート構造物１１の構成及びコンクリート構造物１１の施工方法について説明する。

【0021】

［コンクリート構造物の構成］
図１及び図２に示すように、コンクリート構造物１１は、コンクリート本体２１と、補強部材３０と、を備える。第１実施形態のコンクリート構造物１１は、不図示の土木構造物、建築物等に用いられる柱状体であり、例えば地面や基礎の表面等の施工面Ｐに対して略垂直なＤ１方向に沿って延びている。コンクリート構造物１１は、略角柱状に形成されている。

【0022】

コンクリート本体２１は、付加製造装置の噴射ノズル２０２（図４参照）から噴射されたコンクリート流動物１２１が積層した後に硬化したものである。コンクリート本体２１の材料には、例えば水硬性混合物が用いられる。コンクリート本体２１の材料及びコンクリート流動物１２１は、例えばセメントペースト、モルタル、コンクリート等の種々のセメント系材料と、ジオポリマー組成物等を含んでいる。

【0023】

補強部材３０は、コンクリート本体２１の内部に埋まっており、コンクリート本体２１の芯材の役割を担っている。第１実施形態では、補強部材３０は、複数の縦部３１と、複数の横部３２と、を備える。複数の縦部３１は、施工面Ｐから上方に突出し、Ｄ１方向に沿って延び、Ｄ１方向を軸線方向として長尺形状を有する。複数の横部３２は、Ｄ１方向に交差するＤ２方向及びＤ３方向に沿って延び、Ｄ２方向又はＤ３方向を軸線方向とする長尺形状を有する。

【0024】

Ｄ１方向に沿って平面視すると、複数の縦部３１は、互いに所定の間隔をあけて、コンクリート構造物１１の輪郭よりも内側においてコンクリート構造物１１の輪郭をなぞるように配置されている。以下、Ｄ１方向に沿って見る場合を単に「平面視」と記載し、例えばＤ２方向やＤ３方向から見る場合等のようにＺ方向に交差する方向から見る場合を単に「側面視」と記載する場合がある。

【0025】

複数の横部３２の各々は、互いに隣り合う縦部３１、３１を接続して支持するように形成されている。さらに、複数の横部３２は、Ｄ１方向の互いに異なる位置に、互いに所定の間隔をあけて配置されている。即ち、複数の横部３２の各々は、複数の縦部３１と互いに異なる方向に延び、複数の縦部３１と交差している。

【0026】

補強部材３０の材料は、例えば鉄等の金属材料を含み、必要に応じて所定の条件等により硬化可能な粘着材等をさらに含んでいる。金属材料は、コンクリート構造物１１のコンクリート本体２１を補強し得る主体物であれば、特に限定されない。粘着材は、金属材料を含んだ状態で金属材料を射出ノズルから射出可能な程度に流動させ、且つ所望の形状をなし得るものであることが好ましい。粘着材は、例えば熱可塑性のバインダーや、一定時間以上空気に触れると乾燥により硬化するもの、紫外線が照射されることによって硬化する紫外線硬化樹脂であってもよい。

【0027】

［コンクリート構造物の施工方法］
第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法は、上述のコンクリート構造物１１を施工する方法であり、少なくとも補強部材形成工程と、コンクリート堆積部形成工程と、を備える。

【0028】

先ず、１回目の補強部材形成工程において、施工面Ｐに補強部材３０を形成する。図３に示すように、補強部材形成用の付加製造装置の射出ノズル（第１射出ノズル）２０１から所謂積層方式で補強部材３０の材料（補強材料）ＭをＤ１方向に沿って射出し、複数の縦部３１を所定の配置（図1及び図２参照）に形成する。補強部材形成用の付加製造装置及び射出ノズル２０１として、所謂、金属３Ｄプリンタ及び金属用射出ノズルを適用できる。

【0029】

詳しく説明すると、Ｄ２方向又はＤ３方向（図３ではＤ２方向）で互いに所定の間隔をあけて、且つコンクリート構造物１１の形状に合わせて、射出ノズル２０１から材料Ｍを射出し、射出ノズル２０１を施工面ＰからＤ１方向に沿って上方に移動させ、材料ＭをＤ１方向に積層する。Ｄ１方向に積層された材料Ｍは、一定時間以上空気に触れる等の所定の条件を満たすと硬化すること等によって安定し、複数の縦部３１を形成する。ここで、安定するとは、自重や重力によって変形したり、折れたりしない状態になることを意味する。

【0030】

図３では、材料Ｍが複数の射出ノズル２０１から並列で射出されることによって、Ｄ２方向及びＤ３方向に互いに間隔をあけて並ぶ縦部３１が略同時に形成されている。なお、複数の縦部３１は、１つの射出ノズル２０１から材料Ｍが射出されて逐次形成されてもよい。

【0031】

図３では、複数の射出ノズル２０１の各々から、略一定の射出量及び略一定の射出速度で材料Ｍが射出されている。そのため、Ｄ１方向における縦部３１の幅Ｗ３１は、略一定である。なお、射出ノズル２０１から射出する材料Ｍの射出量及び射出速度を、Ｄ１方向に沿って射出ノズル２０１の射出面を施工面Ｐから上方に移動させる間に増減させてもよい。材料Ｍの射出速度が略一定であれば、材料Ｍの射出量が増大すると、縦部３１の幅Ｗ３１が増加する。材料Ｍの射出量が減少すると、縦部３１の幅Ｗ３１が減少する。材料Ｍの射出量が略一定であれば、材料Ｍの射出速度が増大すると、縦部３１の幅Ｗ３１が減少する。材料Ｍの射出速度が減少すると、縦部３１の幅Ｗ３１が増加する。

【0032】

続いて、図示していないが、補強部材形成用の付加製造装置の射出ノズル２０１から材料ＭをＤ２方向又はＤ３方向に沿って射出し、Ｄ２方向又はＤ３方向で隣り合う縦部３１、３１を接続するように積層し、複数の横部３２を形成する。材料ＭをＤ２方向又はＤ３方向に沿って射出する場合、材料Ｍが射出ノズルの射出口から射出された後に重力の影響を受けても落下しない程度に硬化して安定するまでの時間ｔを考慮して、材料Ｍの射出量及び射出速度を設定する。時間ｔが短くなる程、Ｄ２方向又はＤ３方向の縦部３１、３１の許容間隔を広くすることができる。

【0033】

複数の射出ノズル２０１の各々から、材料Ｍを射出する際に、材料Ｍの射出量、射出速度及び射出口の形状等を連続的に変更することで、縦部３１及び横部３２の各々の断面形状を変化させることができる。

【0034】

次いで、材料Ｍの特性及び安定させるための条件をふまえ、少なくともＤ１方向における長さＨ３１の範囲内の複数の縦部３１及び横部３２を所定の条件で安定させる。例えば、材料Ｍが一定時間空気に触れることで硬化して安定する場合は、材料Ｍの射出量、射出速度、及び、射出ノズル２０１のＺ方向の移動を時間ｔに合わせて調整する。材料Ｍが加熱されることで硬化して安定する場合は、射出ノズル２０１から射出された材料Ｍに対して、必要に応じて側方から熱風を当てる。

【0035】

次いで、１回目のコンクリート堆積部形成工程において、図４に示すように、縦部（補強部材）３１及び図示略の横部（補強部材）３２に接するコンクリート堆積部８０を形成する。コンクリート堆積部形成工程では、コンクリート噴射用の付加製造装置の噴射ノズル２０２から、縦部３１及び横部３２に向けて所謂吹付け方式でコンクリート流動物１２１を噴射する。噴射されたコンクリート流動物１２１は、縦部３１及び横部３２を埋めつつ、施工面Ｐから概ね長さＨ３１と同じ高さまで堆積し、コンクリート堆積部８０を形成する。

【0036】

コンクリート噴射用の付加製造装置及び噴射ノズル２０２として、公知の噴射ノズルを適用でき、例えばトンネルの内壁等の補強に用いられる吹き付け装置等を適用できる。噴射ノズル２０２から噴射されるコンクリート流動物１２１の進行方向の中心に対してなす拡散角度θ２は、射出ノズル２０１から射出される材料Ｍの進行方向の中心に対してなす拡散角度θ１よりも大きい。噴射ノズル２０２には、複数の噴射口が互いに間隔をあけて形成されている。噴射ノズル２０２の噴射口の各々は、射出ノズル２０１の射出口よりも小さい。

【0037】

１回目のコンクリート堆積部形成工程の後、又は１回目のコンクリート堆積部形成工程と同時に、２回目の補強部材形成工程を行う。２回目の補強部材形成工程では、図４に示すように、既に安定した複数の縦部３１の各々の上端部に、射出ノズル２０１から材料（補強材料）ＭをＤ１方向に沿って射出する。また、補強部材形成用の付加製造装置の射出ノズル２０１から材料ＭをＤ２方向又はＤ３方向に沿って射出し、Ｄ２方向又はＤ３方向で隣り合う縦部３１、３１を接続するように積層し、複数の横部３２を形成する。

【0038】

次いで、２回目のコンクリート堆積部形成工程において、１回目のコンクリート堆積部形成工程で形成したコンクリート堆積部８０の上、且つ２回目の補強部材形成工程で形成した縦部３１及び横部３２に向けて、噴射ノズル２０２からコンクリート流動物１２１を噴射する。このことによって、２回目の補強部材形成工程で形成した縦部（補強部材）３１及び図示略の横部（補強部材）３２に接するコンクリート堆積部８０を１回目のコンクリート堆積部形成工程で形成したコンクリート堆積部８０の上に堆積させる。

【0039】

この後、上述の補強部材形成工程と、コンクリート堆積部形成工程とを交互に且つＫ回（Ｋは２以上の自然数）行う。「交互に」とは、射出ノズル２０１から射出された材料Ｍのうち少なくとも安定して形成された複数の縦部３１及び横部３２に接するコンクリート堆積部８０を複数回にわたって段階的に形成することを意味する。１回の「補強部材形成工程」は、Ｄ１方向、Ｄ２方向及びＤ３方向における所定の範囲内に複数の縦部３１や横部３２（範囲の大きさに応じて横部３２は含まれない場合がある）を形成することを意味する。そのため、射出ノズル２０１からの材料Ｍの射出は中断せずに連続して行い、射出された材料Ｍのうち所定の範囲内で安定してなる複数の縦部３１や横部３２に噴射ノズル２０２からコンクリート流動物１２１を噴射し、複数の縦部３１や横部３２に接するコンクリート堆積部８０を射出ノズル２０１の移動方向に沿って断続的に形成する場合も、補強部材形成工程とコンクリート堆積部形成工程とを交互に且つ複数回行うことに含まれる。即ち、ｋ回目（ｋは、１以上Ｋ以下の自然数）の補強部材形成工程として、（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部形成工程の後、又は（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部形成工程と同時に、射出ノズル２０１から材料Ｍを（ｋ－１）回目の補強部材形成工程で形成した複数の縦部３１及び複数の横部３２につなげて射出し、積層する。このことによって、（ｋ－１）回目の複数の縦部３１及び複数の横部３２に連結するｋ回目の複数の縦部３１及び複数の横部３２を形成する。

【0040】

続いて、ｋ回目のコンクリート堆積部形成工程として、ｋ回目の補強部材形成工程後に安定した縦部３１及び横部３２に向けて、コンクリート噴射用の付加製造装置の噴射ノズル２０２からコンクリート流動物１２１を噴射し、（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部形成工程で形成したコンクリート堆積部８０にコンクリート流動物１２１を堆積させる。このことによって、ｋ回目の複数の縦部３１及び複数の横部３２に接し且つ（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部８０と一体であるｋ回目のコンクリート堆積部８０を形成する。

【0041】

補強部材形成工程とコンクリート堆積部形成工程とを交互に且つＫ回行うことによって、１回目からＫ回目までの複数の縦部３１及び横部３２は補強部材３０を構成し、１回目からＫ回目までのコンクリート堆積部８０はコンクリート本体２１を構成し、コンクリート構造物１１が完成する。

【0042】

回数Ｋ及びｋ回目の縦部３１及び横部３２の各々の長さは、コンクリート構造物１１の形状を勘案して適宜設定する。例えば、予備実験等により１回ごとの縦部３１のＤ１方向の好適な長さＨｄが予めわかっていれば、Ｄ１方向の全長がＨｔのコンクリート構造物１１を、補強部材形成工程とコンクリート堆積部形成工程とを交互に且つ凡そ（Ｈｔ／Ｈｄ）回行うことによって形成できる。

【0043】

また、ｋ回目の縦部３１及び横部３２の各々の長さは、１回目からＫ回目まで一定であってもよく、一定ではなくてもよい。例えば、射出ノズル２０１から材料ＭをＤ２方向又はＤ３方向やＤ１方向及び水平方向に交差する任意の方向に射出する場合、材料Ｍは、特に安定するまでの間、施工面Ｐに脱落する方向に重力を受ける。そのため、例えば横部３２のように、射出ノズル２０１から材料Ｍを水平方向の成分を含む任意の方向に射出する場合には、縦部３１のように射出ノズル２０１から材料ＭをＤ１方向のみに射出する場合よりも１回ごとに射出して安定させる材料Ｍの長さを短くすることができる。

【0044】

以上説明した第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、補強部材形成工程において補強部材３０の一部の縦部３１及び横部３２を形成し、縦部３１及び横部３２が硬化等によって安定し次第、コンクリート堆積部形成工程において前述の縦部３１及び横部３２に接するコンクリート堆積部８０を形成できる。第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、射出ノズル２０１から射出する材料Ｍの射出量や射出速度、補強部材形成工程及びコンクリート堆積部形成工程を行う回数Ｋ、及び１回ごとの縦部３１及び横部３２の各々の長さ等を調整することで、任意の形状のコンクリート構造物１１を容易に施工できる。

【0045】

射出ノズル２０１から射出されて施工面Ｐ又は（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部８０から所定の方向に突出するｋ回目の縦部３１や横部３２の各々の長さを従来のコンクリート構造物の施工方法等に用いられる鉄筋等の補強部材よりも短く且つ自由に設定できる。そのため、ｋ回目の縦部３１及び横部３２は、自立し易くなる。このことによって、鉄筋等を用いた従来の施工時のように、複数の鉄筋等を互いに束ねる結束具や、長尺の鉄筋等を支える支持具等を用いずに済み、コンクリート構造物１１の施工時の作業効率が向上する。

【0046】

また、従来のコンクリート構造物の施工時のように、事前に足場を組み立てる必要もコンクリート構造物１１の完成後に足場を解体する必要もなく、コンクリート構造物１１の生産性を高めることができる。さらに、付加製造装置又は射出ノズル２０１、噴射ノズル２０２をロボット装置や自動走行装置に接続し、自動的に作業可能とすることで、作業者が休む夜間や、作業者が作業し難い場所、環境等でもコンクリート構造物１１を施工可能にし、コンクリート構造物１１の生産性をより一層高めることができる。したがって、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、コンクリート構造物１１の生産性及び形状の自由度を高めることができる。

【0047】

また、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法の補強部材形成工程において、補強部材３０が形成されるＤ１方向（軸線方向）での縦部（補強部材）３１や、Ｄ２方向又はＤ３方向（軸線方向）での横部（補強部材）３２の幅を軸線方向に沿って連続的に変化させることができる。第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、コンクリート構造物１１の形状に合わせて補強部材３０の縦部３１や横部３２の幅を連続的に変化させ、例えばコンクリート構造物１１において補強度を最も高めるべきと思われる位置の補強部材３０の幅を大きくし、その位置から周辺に向かって補強部材３０の幅を減じることができる。即ち、コンクリート構造物１１の各位置において求められる補強度に合わせて補強部材３０の幅を調整できる。

【0048】

また、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法の補強部材形成工程において、Ｄ１方向での縦部３１の断面形状やＤ２方向又はＤ３方向での横部３２の断面形状を軸線方向に沿って連続的に変化させることができる。第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、コンクリート構造物１１の各位置において求められる補強度や細かい形状、装飾等に合わせて補強部材３０の断面形状を軸線方向で容易且つ自在に変更できる。

【0049】

また、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法において、噴射ノズル２０２から噴射されるコンクリート流動物１２１の拡散角度θ２は、射出ノズル２０１から射出される材料Ｍの拡散角度θ１よりも小さい。第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、材料Ｍを射出ノズル２０１からコンクリート流動物１２１よりも狭い拡散角度で射出すると共に所定の方向に積層できる。噴射ノズル２０２からコンクリート流動物１２１を材料Ｍの幅よりも広い拡散角度で噴射することで、縦部３１及び横部３２に接し且つ任意の大きさのコンクリート堆積部８０を円滑に形成できる。

【0050】

第１実施形態のコンクリート構造物１１は、コンクリート本体２１と、コンクリート本体２１に埋まっている補強部材３０と、を備え、上述のコンクリート構造物の施工方法によって形成される。上述のコンクリート構造物１１の施工方法によれば、補強部材３０が従来のように補強部材として定型且つ長尺の鉄筋等を用いた場合に施工するのは難しい形状を有していても、射出ノズル２０１からの材料Ｍの射出量及び射出速度を調整しつつ、所望の形状の補強部材３０を形成できる。上述のコンクリート構造物１１の施工方法によれば、噴射ノズル２０２からのコンクリート流動物１２１の噴射量及び噴射速度、噴射角度等を調整しつつ、所望の形状のコンクリート堆積部８０を形成できる。したがって、第１実施形態のコンクリート構造物１１によれば、施工時の生産性及び形状の自由度を高めることができる。

【0051】

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態のコンクリート構造物の構成及びコンクリート構造物の施工方法について説明する。なお、以下の第２実施形態のコンクリート構造物の構成及びコンクリート構造物の施工方法の説明では、第１実施形態のコンクリート構造物１１の構成及びコンクリート構造物の施工方法とは異なる内容について説明し、第１実施形態のコンクリート構造物１１の構成及びコンクリート構造物の施工方法と重複する内容は省略する。また、以下の第２実施形態のコンクリート構造物において、第１実施形態のコンクリート構造物１１の構成と共通する構成については同一の符号を用いる。

【0052】

［コンクリート構造物の構成］
図５に示すように、本発明に係る第２実施形態のコンクリート構造物１２は、コンクリート本体２１と、補強部材３０に加えて、定着部材４０を備える。コンクリート構造物１２は、不図示の土木構造物、建築物等に用いられる柱状体であり、施工面Ｐに対して略垂直なＤ１方向に沿って延びている。コンクリート構造物１２は、略角柱状に形成されている。

【0053】

定着部材４０は、少なくとも補強部材３０とは異なる位置に配置され、第２実施形態では平面視で補強部材３０に囲まれた領域内に配置されている。定着部材４０は、図５に示すようにＤ２方向に沿って一直線上に延びており、図示していないが縦部３１と同様に施工面ＰからＤ１方向に沿って上方に延びている。

【0054】

定着部材４０は、コンクリート噴射用の付加製造装置の噴射ノズル２０２から噴射されたコンクリート流動物１２１を自身に定着させる部材である。「自身に定着させる」とは、噴射ノズル２０２から定着部材４０に向けて噴射されたコンクリート流動物１２１の少なくとも一部が先ず定着部材４０の表面等に付着し、表面等に付着したコンクリート流動物１２１に対して続いて噴射ノズル２０２から噴射されたコンクリート流動物１２１が積層され得ることを意味する。

【0055】

定着部材４０は、後述する射出ノズル（第２射出ノズル）２０３（図６参照）から定着材料Ｑが所望の形状を描くように射出され、硬化等することによって安定することで形成されている。所望の形状は、例えば、Ｄ１方向及びＤ２方向を含む面内で構成される２次元の網状や、２次元の網状がＤ３方向に拡がった３次元の網状、２次元もしくは３次元の格子状等であってもよい。定着部材４０には、複数の孔が形成されていることが好ましい。孔の面積は、Ｄ２方向又はＤ３方向で互いに隣り合う縦部３１、３１とＤ１方向で互いに隣り合う横部３２、３２とに囲まれる隙間の面積よりも小さい。孔が形成されている場合、前述のように噴射ノズル２０２から噴射された初期のコンクリート流動物１２１が孔を通過しつつ、コンクリート流動物１２１の定着部材４０の表面への付着によって孔の面積が徐々に縮小し、噴射ノズル２０２から噴射された中期以降のコンクリート流動物１２１が孔の外周部に効率良く定着する。定着部材４０の形状は、噴射ノズル２０２から噴射されたコンクリート流動物１２１を自身に定着させることができる形状であれば、特に限定されない。

【0056】

定着部材４０の材料（定着材料）Ｑは、補強部材３０の材料Ｍと同じ材料であってもよい。材料Ｑが材料Ｍと同じである場合、定着部材４０は、コンクリート構造物１２の補強部材としても機能する。材料Ｑは、例えば、コンクリート流動物１２１に対する定着力を発現可能な粗骨材、或いは樹脂、或いは石膏等の母材と、必要に応じて所定の条件等により硬化可能な粘着材等と、を含んでいる。粘着材は、母材を含んだ状態で母材を射出ノズル２０３から射出可能な程度に流動させ、且つ所望の形状をなし得るものであれば、特に限定されない。粘着材は、例えば熱可塑性のバインダーや、一定時間以上空気に触れると乾燥により硬化するもの、紫外線が照射されることによって硬化する紫外線硬化樹脂であってもよい。

【0057】

［コンクリート構造物の施工方法］
第２実施形態のコンクリート構造物の施工方法は、上述のコンクリート構造物１２を施工する方法であり、少なくとも第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法と同様の補強部材形成工程と、コンクリート堆積部形成工程に加え、定着部材形成工程を備える。

【0058】

定着部材形成工程は、コンクリート堆積部形成工程と交互に複数回、又はコンクリート堆積部形成工程の前に行われる。第２実施形態では、定着部材形成工程は、補強部材形成工程と略同時に、コンクリート堆積部形成工程と交互に複数回行われるものとする。第２実施形態では、定着部材４０が平面視で補強部材３０に囲まれた領域内に形成されることを考慮し、射出ノズル２０３の移動のしやすさを確保するため、Ｄ１方向において定着部材形成工程を補強部材形成工程よりもやや先行させる。

【0059】

図６に示すように、１回目の定着部材形成工程において、定着材料射出用の付加製造装置の射出ノズル２０３から所謂積層方式で材料Ｑを射出し、材料Ｑを安定させ、定着部材４０を形成する。例えば、定着部材４０は、定着部材４０の設置領域内で、微小な任意数の多面体（図６では正四面体）をＤ１方向、Ｄ２方向、Ｄ３方向の各方向に連結させたものとする。射出ノズル２０３は、前述の多面体の全辺をなぞるように移動しつつ、材料Ｑを射出し、安定させることができる。安定した材料Ｑは、定着部材４０を構成する。このような形状を有する定着部材４０では、前述の多面体の各面にあたる部分に孔が形成されている。

【0060】

次いで、図７に示すように、材料ＱがＤ１方向にある程度の長さ（高さ）積層されたところで、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法と同様に１回目の補強部材形成工程を行い、Ｄ１方向の概ね長さＨ３１を有する複数の縦部３１を形成する。図示していないが、補強部材形成用の付加製造装置の射出ノズルから材料ＭをＤ２方向又はＤ３方向に沿って射出し、複数の横部３２を適宜形成してもよい。

【0061】

次いで、図８に示すように、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法と同様に１回目のコンクリート堆積部形成工程を行う。第２実施形態のコンクリート堆積部形成工程では、コンクリート噴射用の付加製造装置の噴射ノズル２０２から、定着部材４０（即ち、安定した材料Ｑ）に向けてコンクリート流動物１２１を噴射する。噴射ノズル２０２から噴射されたコンクリート流動物１２１は、定着部材４０の前述の孔を通過しつつ、多面体の辺に相当する部分に徐々に積層される。コンクリート流動物１２１の積層によって孔の面積が徐々に縮小し、噴射ノズル２０２から噴射されたコンクリート流動物１２１は、孔の外周部に効率良く積層され、全体として定着部材４０に定着する。このことによって、定着部材４０の少なくとも下端部に接するコンクリート堆積部８０が形成される。

【0062】

さらに、噴射ノズル２０２から、定着部材４０に向けてコンクリート流動物１２１を噴射し、１回目の補強部材形成工程で形成した縦部３１及び横部３２を埋めつつ、施工面Ｐから概ね長さＨ３１と同じ高さまで堆積させ、コンクリート堆積部８０を形成する。即ち、第２実施形態の１回目のコンクリート堆積部形成工程では、噴射ノズル２０２から噴射したコンクリート流動物１２１を定着部材４０に定着させつつ、縦部３１や横部３２（即ち、補強部材３０）及び定着部材４０に接するように積層させる。

【0063】

次いで、上述の定着部材形成工程及び補強部材形成工程と、コンクリート堆積部形成工程とを交互に且つＫ回行う。即ち、ｋ回目の定着部材形成工程及び補強部材形成工程として、（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部形成工程の後、又は（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部形成工程と同時に、射出ノズル２０３から材料Ｑを（ｋ－１）回目の定着部材形成工程での形成後に安定した材料Ｑにつなげて射出し、Ｄ１方向に定着部材４０を延ばす。また、射出ノズル２０１から材料Ｍを（ｋ－１）回目の補強部材形成工程で形成した縦部３１及び複数の横部３２につなげて射出し、積層する。

【0064】

続いて、ｋ回目のコンクリート堆積部形成工程として、ｋ回目の定着部材形成工程でＤ１方向に延ばして形成した定着部材４０に向けてコンクリート噴射用の付加製造装置の噴射ノズル２０２からコンクリート流動物１２１を噴射し、（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部形成工程で形成したコンクリート堆積部８０にコンクリート流動物１２１を堆積させる。このことによって、ｋ回目の定着部材形成工程で形成した定着部材４０に定着し、ｋ回目の複数の縦部３１及び複数の横部３２に接し且つ（ｋ－１）回目のコンクリート堆積部８０と一体であるｋ回目のコンクリート堆積部８０を形成する。

【0065】

定着部材形成工程及び補強部材形成工程とコンクリート堆積部形成工程とを交互に且つＫ回行うことによって、安定した材料Ｑの形成範囲が延びて定着部材４０が構成され、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法と同様に、補強部材３０及びコンクリート本体２１が構成され、コンクリート構造物１２が完成する。

【0066】

以上説明した第２実施形態のコンクリート構造物１２及びコンクリート構造物の施工方法によれば、第１実施形態のコンクリート構造物１１及びコンクリート構造物の施工方法と同様の構成を備えることで、第１実施形態のコンクリート構造物１１及びコンクリート構造物の施工方法と同様の作用効果が得られる。

【0067】

また、第２実施形態のコンクリート構造物の施工方法は、第１実施形態のコンクリート構造物の施工方法の各工程に加え、定着部材射出用の付加製造装置の射出ノズル２０３から材料Ｑを射出して定着部材４０を形成する定着部材形成工程をさらに備える。第２実施形態のコンクリート構造物の施工方法では、コンクリート堆積部形成工程において、噴射ノズル２０２から噴射されたコンクリート流動物１２１を定着部材４０に定着させつつ、縦部３１及び横部３２に接するように積層させる。第２実施形態のコンクリート構造物の施工方法によれば、コンクリート堆積部形成工程において、コンクリート流動物１２１を定着部材４０に定着させて効率良く積層し、コンクリート構造物１２を容易に形成できる。

【0068】

以上、本発明に係る実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されない。特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、本発明の種々の変更が可能である。

【0069】

例えば、本発明に係るコンクリート構造物の形状は、コンクリート構造物１１、１２のように四角柱状（角柱状）に限定されず、三角柱状、六角柱状や円柱状でもよく、付加製造技術で造形し得る複雑曲面や任意の非平面等を有する複雑な形状であってもよい。また、本発明に係るコンクリート構造物は、柱状体に限定されず、例えば梁や壁部材であってもよく、コンクリートで形成可能な構造物を広く含む。

【0070】

本発明に係るコンクリート構造物の補強部材の形状は、縦部３１及び横部３２のみで構成される形状に限定されない。補強部材３０の自立性等を高める目的で、補強部材３０は、縦部３１及び横部３２に加え、図１に二点鎖線で示す傾斜部３３を備えてもよい。傾斜部３３は、Ｄ３方向から見るとＤ２方向と重なり、且つ側面視でＤ１方向に交差する傾斜方向を軸線方向とする長尺形状を有する。傾斜部３３は、Ｄ２方向又はＤ３方向で互いに隣り合う縦部３１、３１とＤ１方向で互いに隣り合う横部３２、３２とに囲まれる隙間を側面視で対角線状に横断して隙間の対角にある縦部３１及び横部３２の交差位置同士を接続する。また、補強部材は、定着部材に関して説明したように、微小な任意数の多面体をＤ１方向、Ｄ２方向、Ｄ３方向の各方向に連結させたものの全ての辺をなぞるように網状に形成されてもよい。また、補強部材は、例えば三角形を基本単位としてその集合体で構成されるトラス形状、トラス構造を有してもよい。補強部材がトラス形状を有することで、基本単位の三角形が含まれる面方向で負荷が良好に分散され、コンクリート構造物の形状保持能力が向上する。

【0071】

図示していないが、例えば、補強部材形成工程において、射出ノズル２０１から材料Ｍを鉛直方向及び水平方向に交差する斜め方向（方向）に沿って射出し、補強部材の自立性を高めてもよい。また、補強部材は、射出ノズル２０１から積層方式で射出された材料Ｍで形成可能であれば任意の形状を有してよく、例えば曲線を有してもよく、螺旋状に形成されてもよい。本発明に係るコンクリート構造物は、コンクリート本体２１と、コンクリート本体２１に埋まり、斜め方向に延びる直線状又は曲線状に延びる補強部材３０と、を備えてもよい。

【0072】

噴射ノズル２０２から噴射された後に硬化したコンクリート流動物１２１の表面がコンクリート構造物に求められる程度よりも荒くなる場合は、噴射ノズル２０２の噴射孔よりも小さい複数の噴射口が形成された仕上げ用噴射ノズルを用いてコンクリート流動物１２１を吹付けた部分を追ってコンクリート流動物１２１の外表面に新たにコンクリート流動物を細かく吹き付けてもよい。

【0073】

上述の各実施形態において、補強材料射出用の付加製造装置、コンクリート流動物噴射用の付加製造装置、及び定着材料射出用の付加製造装置の各ノズルは互いに異なるノズルである。しかしながら、補強部材形成工程、コンクリート堆積部形成工程及び定着部材形成工程の各々で説明した内容のように材料Ｍ、Ｑの射出やコンクリート流動物１２１の吹き付けを実施できれば、同一のノズルで補強部材３０、コンクリート堆積部８０、定着部材４０を形成してもよい。例えば、同一のノズルとして、ノズルからの出射物の進行方向から見て、ノズルの出射面の略中央に材料Ｍ，Ｑの射出口が形成され、出射面において射出口の周囲に射出口よりも小径のコンクリート流動物の噴射口が形成されているノズルが考えられる。

【0074】

本発明に係るコンクリート構造物の補強部材の材料は、各種金属材料に限定されず、連続繊維或いは繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）等であってもよい。なお、補強部材の材料は、所定の強度、コンクリート流動物１２１に対する定着性を発現する等の好適な条件を満たせば、特に限定されない。

【0075】

また、上述の射出ノズル２０１、２０３及び噴射ノズル２０２の各々は、ロボット装置のロボットアームや自動走行装置に装着されている場合に限らず、例えば門形クレーン、バックホウや各種建設機械のアタッチメントに装着されてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１１、１２ コンクリート構造物
３０ 補強部材
４０ 定着部材
８０ コンクリート堆積部
２０１ 射出ノズル（第１射出ノズル）
２０２ 噴射ノズル
２０３ 射出ノズル（第２射出ノズル）
１２１ コンクリート流動物
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 方向（軸線方向）
Ｍ 材料（補強材料）
Ｑ 材料（定着材料）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】