JP2004316320A - 既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】施工性が良好で、施工者の施工熟練度に拘わらず高品質の補強効果が得られ、しかも、周辺環境の変化に対しても充分な補強効果を確保することが可能な既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法を提供する。
【解決手段】既設のコンクリート構造物の躯体１に対して、敷設後に形成された穿孔１ａの周辺部１ｂを補強する工法であって、穿孔１ａを少なくとも内包する開口１０ａを有し、少なくとも繊維の交差方向が板厚方向中央断面に対して対称となるように積層された繊維層を有する繊維強化プラスチック成形板１０を用い、開口１０ａを穿孔１ａに合わせて、繊維強化プラスチック成形板１０を接着剤を介して周辺部１ｂに貼り付ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設のコンクリート構造物に対して、敷設後に形成された穿孔の周辺部を補強する補強工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
既設のコンクリート構造物に対して、使用状況の変更や付属設備の増設等の理由で、構造物の躯体（壁等）に貫通孔を形成する場合がある。壁等の躯体を敷設後に穿孔すると、孔の周辺部にはせん断力等による局部的な応力集中や断面欠損による躯体耐力の低下が起こるので、これがひび割れの発生原因になる。躯体にひび割れが生じると、それが非構造壁であったとしても、躯体が担保している防火機能，防水機能，防音機能等の機能が損なわれることになるので、ひび割れが発生しないように孔の周辺部を補強することが必要になる。
【０００３】
このような穿孔周辺部の補強としては、従来より、穿孔周辺部の躯体表面の両側に鋼板を接着させる工法が行われている。しかしながら、このような工法によると、重量の大きい鋼板を躯体表面に接着するので、垂直壁等を対象躯体とする場合には、接着剤が硬化するまでアンカー等による架設を必要とし、施工が大掛かりになると共に、接着剤が硬化するまでの養生期間中は架設が邪魔になって周辺部の作業に支障をきたすという問題がある。また、鋼板による補強では、鋼板の厚みやアンカーボルトにより突起物が大きくなり、対象躯体の周辺状況が極度に変わってしまい、外観及び周辺スペースの確保に問題が生じる。
【０００４】
そこで、鋼板よりも軽量の繊維強化プラスチックを用いる工法が提案されている（下記特許文献１参照）。この工法は、コンクリート構造物に開けた、例えば設備配管のための貫通孔の周辺に対して、その表面に下地処理を施した後にエポキシ系の接着剤を塗布し、コンクリート構造物に開けた孔に整合した開口を有するプラスチックシートを貼り付けるというものである。この工法は、一方向に繊維を配列した繊維強化プラスチックシートを、繊維方向が交差するように、施工現場で穿孔周辺部に貼り合わせ、プラスチックシートの貼り付けが完了した後にその表面に硬化剤を塗布して繊維強化プラスチックシートを硬化させるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１２５６０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した繊維強化プラスチックシートを用いる工法では、施工現場で繊維の交差角度等を調整しながら貼り付け作業を行うことになるので、現場での作業が煩雑になり施工性が悪く、また施工者によって品質にばらつきが生じやすいという問題がある。
【０００７】
この問題に対処するためには、予め成形された繊維強化プラスチック板を用いることが考えられる。一般に繊維強化プラスチック板は、力学的特性が繊維の方向によって異なっているので、板の面外方向への曲げ特性を直交する２つの曲げ方向に対して等しくするために、例えば、繊維方向が０°／９０°の２層構造にする等して、最外層の繊維方向が直交するように配列されている。しかしながら、このような曲げ特性に着目して最外層の繊維方向が直交する配列の繊維強化プラスチック板を用いた場合には、一般に繊維の熱膨張係数が軸方向とその直交方向で異なるので、温度変化によって板に反りが生じ易くなる。
【０００８】
穿孔周辺部の補強工法において、このように熱的な変形（反り）が生じ易いものを採用した場合は、周囲の温度変化に対して板に反りが生じて接着状態の劣化を招き、充分な補強効果が得られなくなるという問題が生じる。特に、空調施設の吸排気ダクト等を敷設するための孔をコンクリート構造物の躯体に形成する場合には、その周辺にある程度の温度変化が生じることは覚悟せざるを得ないので、板の熱的特性の考慮無しでは充分な補強効果が得られなくなる。また、日中と夜間の気温差が大きい地域や季節的な気温差が大きい地域などで、外壁面に前述の補強を施す場合なども経時的な板の変形によって充分な補強効果が得られなくなる。
【０００９】
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものであって、施工性が良好で、施工者の施工熟練度に拘わらず高品質の補強効果が得られ、しかも、周辺環境の変化に対しても充分な補強効果を確保することが可能な既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法は、以下の各請求項に係る特徴を具備するものである。
【００１１】
請求項１に係る発明は、既設のコンクリート構造物に対して、敷設後に形成された穿孔の周辺部を補強する工法であって、前記穿孔を少なくとも内包する開口を有し、周辺環境変化に対して平坦性を維持する繊維強化プラスチック成形板を用い、前記開口を前記穿孔に合わせて、前記繊維強化プラスチック成形板を接着剤を介して前記周辺部に貼り付けることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、既設のコンクリート構造物に対して、敷設後に形成された穿孔の周辺部を補強する工法であって、前記穿孔を少なくとも内包する開口を有し、少なくとも繊維の交差方向が板厚方向中央断面に対して対称となるように積層された繊維層を有する繊維強化プラスチック成形板を用い、前記開口を前記穿孔に合わせて、前記繊維強化プラスチック成形板を接着剤を介して前記周辺部に貼り付けることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載された既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法において、前記繊維強化プラスチック成形板は偶数の繊維層からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載された既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法において、前記繊維強化プラスチック成形板は３層の繊維層からなり、最外層が同方向に配列された繊維層であり、中央層がそれと異なる方向に配列されると共に繊維量を前記最外層の２倍にした繊維層であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法において、前記繊維強化プラスチック成形板を前記周辺部の片面のみに貼り付けることを特徴とする。
【００１６】
このような特徴を有する各請求項に係る発明によると、以下の作用を得ることができる。
【００１７】
既設コンクリート構造物においては、敷設後の穿孔行為によって躯体に孔を設けた場合には、穿孔周辺部にはせん断力等による局部的な応力集中や断面欠損による耐力の低下が起こり、これがひび割れの発生原因となるが、穿孔周辺部に開口を有する繊維強化プラスチック成形板を接着剤を介して貼り付けることにより、穿孔前に対象躯体が有していた耐力に近い耐力を保持する補強効果が得られる。
【００１８】
そして本発明によると、第１には、周辺環境変化に対して平坦性を維持する繊維強化プラスチック成形板を用いるので、施工現場での作業を簡略化することができ、施工者の熟練度合いに拘わらず高品質の補強効果を得ることができ、また経時的にも安定した補強効果を維持することができる。そして、軽量の繊維強化プラスチック成形板を穿孔の周辺部に貼り付けるので、特にアンカー等の架設を設ける必要が無く、接着剤が硬化する養生期間中にも補強箇所の周辺は開放されており、他の作業を並行して行うことができる。
【００１９】
第２には、少なくとも繊維の交差方向が板厚方向中央断面に対して対称となるように積層された繊維層を有する繊維強化プラスチック成形板を用いるので、熱膨張に対しても成形板の平坦性を維持することができる。これによって前述した作用を得ることができる。
【００２０】
第３には、繊維強化プラスチック成形板を偶数の繊維層からなるものにすることで、積層面を板厚方向中央断面にして簡単に対称の繊維層積層構造を得ることができる。これによって前述した作用を得ることができる。
【００２１】
第４には、繊維強化プラスチック成形板は３層の繊維層からなり、最外層が同方向に配列された繊維層であり、中央層を最外層と異なる方向に配列すると共に繊維量を２倍にした繊維層にしたので、中央層の真ん中の断面を板厚方向中央断面にして対称の繊維層積層構造を得ることができる。これによって前述した作用を得ることができる。
【００２２】
第５には、繊維強化プラスチック成形板を穿孔周辺部の片面のみに貼り付けるので、作業を簡単に行うことができると共に、片面のみでしか作業を行うことができない状況下でも施工が可能であり適用範囲の限定が少なくなる。特に、建物の外壁を対象躯体とする場合には、室外側のみに繊維強化プラスチック成形板を貼り付ければ足りるので、室内に影響なく施工を完了させることができ、また、建物外壁の外側からの作業ができないような場合には、室内側のみに繊維強化プラスチック成形板を貼り付けることで十分な対応が可能になる。そして、対象躯体を穿孔前と同程度の耐力に回復させる補強を目的とした場合には、穿孔周辺部の片面のみに繊維強化プラスチック成形板を貼り付けることで充分達成可能であり、前述した第１乃至第３の特徴と併せることで、有効性の高い補強を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る補強工法の概要を示す説明図である。この実施形態に係る補強工法では、コンクリート構造物の壁等の躯体１に対して、ダイヤモンドコアドリル等を使って穿孔を行い、孔１ａを形成した後に、穿孔周辺部１ｂのひび割れ等を防止するために、躯体１表面片側の穿孔周辺部１ｂに、孔１ｂに合わせた開口１０ａを有する繊維強化プラスチック成形板１０を貼り付けるものである。開口１０ａの大きさは、孔１ｂと合致した大きさであってもよいし、それより大きく、少なくとも孔１ｂを内包する大きさであればよい。
【００２４】
繊維強化プラスチック成形板１０は、予め強化繊維（例えば炭素繊維）に樹脂を含浸させて硬化させた成形板であって、成形後に穿孔予定の孔１ａに応じて機械加工により開口１０ａを形成したものである。このような成形板を用いることで、特に従来の繊維強化プラスチックシートを用いる場合と比較して、施工現場での貼り付け作業が容易になり、施工者による品質のばらつきが少なくなるという利点がある。更には、繊維に含浸させる樹脂量が一定にコントロールされているので、成形後の板厚が一定になっており、成形後に機械加工により予め開口を形成しているので、施工現場で整寸する必要も無い。よって仕上がりの美観が良好であると共に施工性が良好であるという利点もある。
【００２５】
そして、本発明の実施形態における繊維強化プラスチック成形板１０は、周辺環境変化に対して平坦性を維持する構造を採用している。例えば、複数の積層された繊維層を有しており、各繊維層の繊維方向が図２に示すような交差方向に配列されている。
【００２６】
同図（ａ）に示す実施形態では、繊維層Ｓ_０１，Ｓ_０２，Ｓ_０３，Ｓ_０４の４層（偶数層）構造のものを採用しており、各繊維層の繊維配列方向を０°／９０°／９０°／０°にしている。これによって、最外層Ｓ_０１，Ｓ_０４は同方向に配列された繊維層であり、中央の積層境界面Ｏ_０を板厚方向中央断面として、この面に対して繊維配列の交差方向が対称な構造になっている。
【００２７】
このような構造の繊維強化プラスチック成形板１０を用いると、表裏両面が同様の熱膨張特性を示すので、温度変化に対しても反りが生じることがない。したがって、周辺環境変化に対して平坦性を維持する繊維強化プラスチック成形板を得ることができる。
【００２８】
また、このような構造の繊維強化プラスチック成形板１０は、紙面に垂直な軸回りの曲げ（図示矢印方向の曲げ）の曲げ剛性がそれと垂直な方向の曲げ剛性より小さい（１／４〜１／７倍）特性を有している。これによると、図示矢印方向に繊維強化プラスチック成形板１０を曲げることによって簡単に板を湾曲させることができる。これを利用して、繊維強化プラスチック成形板１０を湾曲させた状態で一部を貼り付け、徐々に板を平坦にしながら全体を貼り付けることで、接着剤中の気泡を追い出しながら高品質の貼り付けを行うことが可能になる。
【００２９】
同図（ｂ）に示す実施形態では、繊維層Ｓ_１１，Ｓ_１２，Ｓ_１３の３層構造のものを採用しており、各繊維層の繊維配列方向を０°／９０°／０°にしていると共に中央の繊維層Ｓ_１２の繊維量αを最外層Ｓ_１１，Ｓ_１３の２倍（２α）に設定している。これによって、最外層Ｓ_１１，Ｓ_１３は同方向に配列された繊維層であり、中央の繊維層Ｓ_１２の中央断面Ｏ_１を板厚方向中央断面として、この面に対して繊維配列の交差方向及び繊維量が対称な構造になっている。
【００３０】
また、同図（ｃ）に示す実施形態では、繊維層Ｓ_２１，Ｓ_２２，Ｓ_２３，Ｓ_２４，Ｓ_２５，Ｓ_２６，Ｓ_２７，Ｓ_２８の８層（偶数層）構造のものを採用しており、各繊維層の繊維配列方向を０°／０°／９０°／９０°／９０°／９０°／０°／０°にしている。これによって、最外層Ｓ_２１，Ｓ_２８は同方向に配列された繊維層であり、中央の積層境界面Ｏ_２を板厚方向中央断面として、この面に対して繊維配列の交差方向が対称な構造になっている。
【００３１】
これらの実施形態によっても、前述の実施形態と同様に、表裏両面が同様の熱膨張特性を示すので、温度変化に対しても反りが生じることがなく、また、図示矢印方向に繊維強化プラスチック成形板を曲げることによって簡単に板を湾曲させることができるので、接着剤中の気泡を追い出しながら高品質の貼り付けを行うことが可能になる。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態に係る補強工法の作業手順を示すフローである。図１の記載と併せて作業手順を説明する。穿孔（コア抜き）工事は、コンクリート構造物内の鉄筋探知を行った後、鉄筋の無い部分を選択し、ダイヤモンドコアドリル等を使用して対象躯体に貫通孔を開ける（Ｐ_０）。そして、穿孔周辺部１ｂのコンクリート表面（下地）をサンダーケレン等により平滑で脆弱部や汚れのない状態に下地処理する（Ｐ_１）。その後、繊維強化プラスチック成形板１０の貼り付け位置を墨だしし、繊維強化プラスチック成形板１０の接着面に接着剤（エポキシ樹脂接着剤等）を均一厚さ塗布し、更に、下地の墨だし位置に、接着剤（エポキシ樹脂接着剤等）を均一厚さに塗布する（Ｐ_２）。次に、繊維強化プラスチック成形板１０を湾曲させた状態で、端の一部を下地に貼り付け、除去に平坦に戻しながら全体を下地上に貼り付ける（Ｐ_３）。この際、接着剤から気泡を押し出すように貼り付けることで、接着層内に空間ができるのを防ぐことができる。その後は、接着剤が硬化するまで養生を行い（Ｐ_４）、施工周辺部の清掃等を行って作業を完了する（Ｐ_５）。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の更に具体的な実施例を説明する。
【００３４】
［繊維強化プラスチック成形板］炭素繊維強化プラスチック板（ＣＦＲＰ板）をオートクレーブ成形法で成形し、繊維層の配列を０°／９０°／９０°／０°（図２（ａ）参照）とした。成形板の仕様としては、繊維目付け１５０ｇ／ｍ^２、樹脂含有率３５ｗｔ％、板厚０．６ｍｍとした。外径寸法は４００ｍｍ×４００ｍｍで、開口径は、第１例では穿孔径１２５φに合わせて１２５φとし、第２例では穿孔径１２５φに対してこれを内包する２００φとした。
【００３５】
［接着剤］接着剤としては、臭気が気にならない、樹脂だれが少ない（グリース状）、硬化時間が短いものが適する。これらを満足する接着剤として、主剤：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，硬化剤：変性脂環式ポリアミンからなるエポキシ樹脂接着剤（製品名：トーホーダイトＣＰ４７１）を採用することができる。
【００３６】
［性能試験］コンクリート構造物の試験片（コンクリート調合強度１８Ｎ／ｍｍ^２，縦：６００ｍｍ×横：６００ｍｍ×厚さ：１５０ｍｍ，シングル配筋３本）を用い、穿孔形成する場合には、中央の鉄筋を切断した状態で１２５φの孔を形成し、表１の各試験体に対して、３本の鉄筋を支持してロードセルによる引張荷重試験を行った。試験結果を表２及び図４に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
図４は、同図（ａ）に試験体Ａ，試験体Ｂ，試験体Ｃの測定結果を示しており、同図（ｂ）に試験体Ｄの試験結果を示している。これらの結果から明らかなように、試験体Ａと試験体Ｃとの比較では、穿孔と合致した開口を有する炭素繊維強化プラスチック成形板を貼ることによって、初期ひび割れ発生荷重が４５％向上し、また、補強を施さない試験体Ｃでは、初期ひび割れ発生後９５ｋＮ付近で鉄筋の降伏点に達した（Ｃ２）のに対して、補強を施した試験体Ａでは、１３９ｋＮまで耐力を保持することができる（Ａ２）。また、試験体Ｂと試験体Ｃとの比較では、穿孔に対してこれを内包するような若干大きい開口を有する繊維強化プラスチック成形板を貼ることによっても同様の補強効果が得られることがわかる。
【００４０】
そして、穿孔に対して補強を施した場合（試験体Ａ，試験体Ｂ）には、穿孔を形成しなかった場合（試験体Ｄ）と比較しても、初期ひび割れ発生荷重が８５〜９０％くらいまで回復していることが分かる。この際比較対象の試験体Ｄでは、鉄筋の切断が為されていないので、両者に差が生じるのは当然であるが、初期ひび割れ発生の防止という観点では充分な補強効果が得られていることが確認できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明はこのように構成されるので、施工性が良好で、施工者の施工熟練度に拘わらず高品質の補強効果が得られ、しかも、周辺環境の変化に対しても充分な補強効果を確保することが可能な既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る補強工法の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る繊維強化プラスチック成形板を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る補強工法の作業手順を示すフローである。
【図４】実施例の試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 躯体
１ａ 孔
１ｂ 穿孔周辺部
１０ 繊維強化プラスチック成形板
１０ａ 開口

Claims (5)

1. 既設のコンクリート構造物に対して、敷設後に形成された穿孔の周辺部を補強する工法であって、
   前記穿孔を少なくとも内包する開口を有し、周辺環境変化に対して平坦性を維持する繊維強化プラスチック成形板を用い、前記開口を前記穿孔に合わせて、前記繊維強化プラスチック成形板を接着剤を介して前記周辺部に貼り付けることを特徴とする既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法。
2. 既設のコンクリート構造物に対して、敷設後に形成された穿孔の周辺部を補強する工法であって、
   前記穿孔を少なくとも内包する開口を有し、少なくとも繊維の交差方向が板厚方向中央断面に対して対称となるように積層された繊維層を有する繊維強化プラスチック成形板を用い、前記開口を前記穿孔に合わせて、前記繊維強化プラスチック成形板を接着剤を介して前記周辺部に貼り付けることを特徴とする既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法。
3. 前記繊維強化プラスチック成形板は偶数の繊維層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載された既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法。
4. 前記繊維強化プラスチック成形板は３層の繊維層からなり、最外層が同方向に配列された繊維層であり、中央層がそれと異なる方向に配列されると共に繊維量を前記最外層の２倍にした繊維層であることを特徴とする請求項１又は２に記載された既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法。
5. 前記繊維強化プラスチック成形板を前記周辺部の片面のみに貼り付けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された既設コンクリート構造物に対する穿孔周辺部補強工法。

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