JP4010472B2 - Reinforcing panel and reinforcing method for concrete structure - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物を補強するための補強パネル及び補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物は、種々の材料的・構造的な要因により、経年劣化が生じて構造耐力が低下するので、必要に応じて補強をする必要がある。
特に寒冷地にあるトンネルにおいては、既設コンクリートにひび割れが発生すると、そのひび割れから生ずる漏水が、トンネル内の天井部で凍結してつらら状になって落下したり、トンネル内の道路の表面に落下し凍結して自動車のスリップの原因になったりと、大変危険な状態となるため、迅速かつ適切な補強をする必要がある。
【０００３】
従来において、コンクリート構造物（既設コンクリート）の補強方法としては、以下のような方法がある。
（１）比較的小規模な補強の場合には、既設コンクリートのひび割れ部をＶカットして導水工（導水パイプ）を設け、その表面に鉄筋コンクリートを２０ｃｍ程度打ち増しする。
（２）比較的大規模な補強の場合には、既設コンクリートをハツリ取って漏水箇所に導水工（導水パイプ）を設け、吹付コンクリートを吹き付けて補強し、その表面にボードを取り付ける。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の各方法においては、以下のような不都合がある。
（１）既設コンクリートをＶカットした後に鉄筋コンクリートを打ち増ししたり、既設コンクリートをハツリ取った後に吹付コンクリートを吹き付けてボードを取り付けたり、という作業が必要であるため、工期が長くかかり、迅速かつ容易な補強には適さない。
（２）特に寒冷地に適用する場合、断熱性が考慮されていないため、既設コンクリートに形成される導水工が凍結し、円滑な排水が阻害されるおそれがある。
（３）特にトンネルに適用する場合、鉄筋コンクリートを２０ｃｍ程度打ち増しするため、トンネルの内空断面が狭くなり、作業時に型枠及び支保工が必要なので車両の通行を妨げる。また、ボードを取り付けるため、トンネルの内空断面が狭くなる。
（４）既設コンクリートをＶカットしたり、既設コンクリートをハツリ取ったり、という作業が必要であるため、作業時にセメント系のほこりが発生して作業環境が悪化し、除去した既設コンクリートの産業廃棄物処理を行う必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、
▲１▼既設コンクリートの表面に薄く施工をするだけで、迅速かつ容易な補強（構造耐力の付加）が可能であり、
▲２▼特に寒冷地においても、既設コンクリートに形成される導水工が凍らないように、断熱性を維持でき、
▲３▼特にトンネルにおいても、内空断面や作業時の車両の通行を確保でき、
▲４▼既設コンクリートをＶカットしたりハツリ取ったりすることなく、作業環境が良好であり、産業廃棄物処理の問題も生じないような、
コンクリート構造物の補強パネル及び補強方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく提供されるものであり、その請求項１に係る発明は（例えば図１（ａ）参照）、『既設コンクリート１の表面に固定してコンクリート構造物（既設コンクリート１）の補強に用いるパネルであって、（１）炭素繊維シート１２をパネル全体に亘ってモルタル１３中に内蔵してなる複合型パネル１１と、（２）ポリウレタンフォーム１５と、（３）を接合し一体化したことを特徴とする、コンクリート構造物の補強パネル（一体化パネル１０）』である。
【０００７】
ここで、▲１▼複合型パネルにおいて、その複合型パネルが炭素繊維シートを内蔵するのは、炭素繊維シートの特徴を利用し、薄膜で構造耐力を得るためであり、その炭素繊維シートをモルタル中に内蔵するのは、施工後に炭素繊維シートが剥がれて落下しないようにするためである。
また、▲２▼ポリウレタンフォームを用いるのは、ポリウレタンフォームの断熱性を利用し、寒冷地においても、既設コンクリートに形成される導水工が凍らないようにするためである。
さらに、▲３▼両者を接合し一体化するのは、複合型パネルをポリウレタンフォームの表面材として用いることにより、ポリウレタンフォームの経年による熱伝導率の劣化をなくすためであり、予め工場で一体化することにより、品質が均一であり、軽量で取扱いが容易なパネルとするためである。
【０００８】
また、その請求項２に係る発明は（例えば図１（ｂ）参照）、『（１）コンクリート構造物の補強に用いるパネルであって、炭素繊維シートをモルタル中に内蔵してなる複合型パネルと、ポリウレタンフォームと、を接合し一体化したことを特徴とする、コンクリート構造物の補強パネルを、既設コンクリートの表面から間隙をおいて、前記ポリウレタンフォーム側を該既設コンクリート側に向けた状態で配置し、（２）間隙Ｓに、モルタル又は繊維混入モルタル３０を充填することを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法』である。
【０００９】
即ち、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のコンクリート構造物の補強パネル（一体化パネル）を用いた、コンクリート構造物の補強方法である。
ここで、一体化パネルの各構成要素は、前記と同様の役割を担うものであるが、その一体化パネルは、ポリウレタンフォーム側を既設コンクリート側に向けた状態で配置されるので、寒冷地においても断熱性を維持でき、既設コンクリートに形成された導水工が凍ることはなく、しかも、複合型パネルがポリウレタンフォームの表面材となるので、ポリウレタンフォームの経年による熱伝導率の劣化がない。
なお、モルタル又は繊維混入モルタルを充填するのは、既設コンクリートと一体化パネルとを接続し、構造耐力を得るためである。
【００１０】
また、その請求項３に係る発明は（例えば図１（ｃ）参照）、『▲１▼既設コンクリート１の表面に、モルタル又は繊維混入モルタル３１を塗布し、▲２▼塗布されたモルタル又は繊維混入モルタル３１の表面に、ポリウレタン２０を吹き付け、▲３▼吹き付けされたポリウレタン２０の表面から間隙Ｓをおいて、炭素繊維シート１２をモルタル１３中に内蔵してなる複合型パネル１１を配置し、▲４▼間隙Ｓに、モルタル又は繊維混入モルタル３０を充填することを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法』である。
【００１１】
さらに、その請求項４に係る発明は（例えば図１（ｄ）参照）、『▲１▼既設コンクリート１の表面に、ポリウレタン２０を吹き付け、▲２▼吹き付けされたポリウレタン２０の表面から間隙Ｓをおいて、炭素繊維シート１２をモルタル１３中に内蔵してなる複合型パネル１１を配置し、▲３▼間隙Ｓに、モルタル又は繊維混入モルタル３０を充填することを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法』である。
【００１２】
これらにおいて、複合型パネルの各構成要素は、前記と同様の役割を担うものである。また、ポリウレタンは、前記ポリウレタンフォームと同様の役割を担うものである。さらに、充填されたモルタル又は繊維混入モルタルは、吹き付けられたポリウレタンを介して既設コンクリートと複合型パネルとを接続し、構造耐力を得るものである。
即ち、請求項３又は請求項４に係る本発明は、複合型パネルを用いた現場施工による、コンクリート構造物の補強方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコンクリート構造物の補強パネル及び補強方法における好適な実施の形態に関し、図面を参照しつつ詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、各構成要素に関する数値を参考のために記載する場合があるが、本発明は該数値に限定されるものではない。
【００１４】
１．コンクリート構造物の補強パネル（図１（ａ）参照）
本発明に係る補強パネルは、その補強パネルを示す断面図である図１（ａ）に表すように、コンクリート構造物の補強に用いるパネルであって、複合型パネル１１と、ポリウレタンフォーム１５と、を接合し一体化した一体化パネル１０である。
【００１５】
（１）複合型パネル１１
複合型パネル１１は、炭素繊維シート１２をモルタル１３中に内蔵してなるものである。
ここで、炭素繊維シート１２は、その特徴（軽い、錆びない、引張強度が鋼材の７倍程度など）を利用し、薄膜で構造耐力を得るために用いるものである。
また、モルタル１３は、工場において炭素繊維シート１２をサンドイッチ状に挟み込むことにより、炭素繊維シート１２をモルタル１３中に内蔵し、施工後に炭素繊維シート１２が剥がれて落下しないようにするために用いるものである。即ち、炭素繊維シート１２を既設コンクリート１の表面に直接貼り付けた場合と比べて、炭素繊維シート１２の剥離落下をより確実に防止するものである。
【００１６】
（２）ポリウレタンフォーム１５
ポリウレタンフォーム１５は、ポリウレタンフォーム１５の断熱性を利用し、寒冷地においても、既設コンクリート１に形成される導水パイプ４０が凍らないようにするために用いるものである。
このポリウレタンフォーム１５は、熱伝導率が０．０１７ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃であり、熱伝導率が３８．７ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃である鋼材や、熱伝導率が１．８〜３．１ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃であるコンクリートと比べて、断熱性能が極めて良い。
【００１７】
ただし、このポリウレタンフォーム１５は、経年により熱伝導率が劣化し、断熱性能が低下していくものである。これを防ぐためには、ポリウレタンフォーム１５の表面を被覆する表面材を設置することが有効である。そこで、本発明に係る一体化パネル１０では、複合型パネル１１をポリウレタンフォーム１５の表面材として用いている。
図２は、日数の経過に伴うポリウレタンフォームの熱伝導率の変化を示すグラフ及び表である。これによれば、表面材のないポリウレタンフォーム（比較例）の熱伝導率が、日数の経過と共に劣化しているのに対し、表面材として厚さ７ｍｍの複合型パネル１１を用いたポリウレタンフォーム１５（本発明に係る一体化パネル１０）の熱伝導率は、日数が経過しても劣化していないことが分かる。
従って、ポリウレタンフォーム１５は、確実に断熱性能を発揮できるので、寒冷地においても、既設コンクリート１に形成される導水パイプ４０が凍らないようにすることができる。
【００１８】
また、このポリウレタンフォーム１５は、軽量であり取扱いが容易なものでもある。
本発明では、ポリイソシアネートとポリオールとを攪拌・混合し、その密度が４０ｋｇ／ｍ³ 、その厚さが２５ｍｍとなるように、予め工場でパネル状に成形されたポリウレタンフォーム１５としている。
なお、後述する（吹付用）ポリウレタン２０も、（貼付用）ポリウレタンフォーム１５と同様の役割を担うものである。
【００１９】
（３）一体化
複合型パネル１１とポリウレタンフォーム１５とを接合し一体化して一体化パネル１０とするのは、前記の如く、複合型パネル１１をポリウレタンフォーム１５の表面材として用いることにより、ポリウレタンフォーム１５の経年による熱伝導率の劣化をなくすためであり、また、予め工場で一体化することにより、品質が均一であり、軽量で取扱い（運搬や取り付け等）が容易なパネルとするためである。
【００２０】
本発明では、厚さ７〜９ｍｍの複合型パネル１１と、厚さ２５ｍｍのポリウレタンフォーム１５とを、接着剤１４を介して接合し、合計の厚さが３２〜３４ｍｍの一体化パネル１０としている。
ここで、接着剤１４としては、エポキシ樹脂及びウレタンプレポリマーが適している。その他の接着剤として、酢酸ビニル樹脂系、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂系、アクリル樹脂系等の樹脂系接着剤や、クロロプレンゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系等のゴム系接着剤や、セメント系、石膏系等の水・気硬性接着剤を用いることも可能であるが、これらの接着剤は、接着の作業性や接着強度の点で、エポキシ樹脂及びウレタンプレポリマーよりも劣るものである。
【００２１】
このようにして構成された一体化パネル１０を用いて補強したコンクリート供試体の補強性状を、曲げ試験を例に説明する。
図３は、曲げ試験用のコンクリート供試体を示す正面図である。コンクリート供試体ＮＯ．１〜ＮＯ．３は、基材鉄筋コンクリート５１の下面に、本発明に係る一体化パネル１０，１０Ａ，１０Ｂを配置し、両者の間にモルタル５３を充填して構成した。また比較例として、基材鉄筋コンクリート５１のみからなる、無補強のコンクリート供試体ＮＯ．４を用意した。曲げ試験は、各コンクリート供試体の下面の両端を支持し、基材鉄筋コンクリート５１の上面の中央から対称の２点に荷重Ｗを加え、中央変位量ｔを測定することにより行った。
ここで、コンクリート供試体ＮＯ．１に用いられる一体化パネル１０は、継ぎ目のない一枚ものである。また、コンクリート供試体ＮＯ．２に用いられる一体化パネル１０Ａ，１０Ａは、中央に接続部５５が設けられ、その部分に炭素繊維シート１２を貼り付けて接続した二枚ものである。さらに、コンクリート供試体ＮＯ．３に用いられる一体化パネル１０Ｂ，１０Ｂは、中央に接続部５５が設けられ、その部分に炭素繊維シート１２を貼り付けて接続し、かつ基材鉄筋コンクリート５１にアンカー５２で固定した二枚ものである。
【００２２】
図４は、コンクリート供試体の曲げ試験の結果を示すグラフ及び表である。これによれば、無補強のコンクリート供試体ＮＯ．４（比較例）が、約２トン以上の荷重には耐えられないのに対し、本発明に係る一体化パネル１０，１０Ａ，１０Ｂを用いて補強したコンクリート供試体ＮＯ．１〜ＮＯ．３（本発明）は、約４〜５トンの荷重にも耐えられることが分かる。
従って、炭素繊維シート１２を有する一体化パネル１０を用いたコンクリート供試体は、無補強のコンクリート供試体に比べて十分な強度を有する。換言すれば、炭素繊維シート１２を有する一体化パネル１０を用い、既設コンクリート１の表面に薄く施工をするだけで、迅速かつ容易な補強（構造耐力の付加）が可能である。
【００２３】
２．コンクリート構造物の補強方法（図１（ｂ）〜（ｄ）参照）
本発明に係る補強方法は、その補強方法を用いて補強したコンクリート構造物を示す断面図である図１（ｂ）〜（ｄ）に表すように、既設コンクリート１の表面から間隙Ｓをおいてパネルを配置し、その間隙Ｓにモルタル又は繊維混入モルタル３０を充填する方法である。該パネルとして、第一の施工形態では前記の一体化パネル１０が用いられ、第二又は第三の施工形態では前記の複合型パネル１１が用いられる。
【００２４】
それらの施工形態にあたり、以下の前提作業が行われる。
まず、既設コンクリート１の表面の浮きや汚れを、高圧洗浄により除去する。また、既設コンクリート１の表面に導水工である導水パイプ４０を設け、既設コンクリート１のひび割れからの漏水を下部の排水溝（図示外）に流すようにする。
【００２５】
（１）第一の施工形態（図１（ｂ）参照）
第一の施工形態は、一体化パネル１０を用いたコンクリート構造物の補強方法であり、前記の前提作業の後に以下の作業が行われる。
▲１▼一体化パネル１０（厚さ３２〜３４ｍｍ）を現場に運搬し、既設コンクリート１の表面から間隙Ｓ（１５ｍｍ）をおいて、その一体化パネル１０を、ポリウレタンフォーム１５側を既設コンクリート１側に向けた状態で配置し、アンカー２で固定する。
ここで、一体化パネル１０は軽量であるため、運搬や取り付けは容易である。
▲２▼間隙Ｓに、（充填用）モルタル又は繊維混入モルタル３０を充填し、既設コンクリート１と一体化パネル１０とを接続して、補強層Ｈ１を構築する。
これにより、既設コンクリート１の表面に薄く施工をするだけで、迅速かつ容易に補強がなされ、構造耐力を得ることができる。
【００２６】
また、第一の施工形態では、一体化パネル１０が、ポリウレタンフォーム１５側を既設コンクリート１側に向けた状態で配置されるので、寒冷地においても断熱性を維持でき、既設コンクリート１に形成された導水工（導水パイプ４０）が凍ることはなく、しかも、複合型パネル１１がポリウレタンフォーム１５の表面材となるので、ポリウレタンフォーム１５の経年による熱伝導率の劣化がない。
【００２７】
（２）第二の施工形態（図１（ｃ）参照）
第二の施工形態は、複合型パネル１１を用いた現場施工によるコンクリート構造物の補強方法であり、前記の前提作業の後に以下の作業が行われる。この施工形態は、既設コンクリート１の表面劣化が進んでいる場合に適用する。
▲１▼既設コンクリート１の表面に、（塗布用）モルタル又は繊維混入モルタル３１を塗布し（厚さ２〜５ｍｍ）、ポリウレタン２０を吹き付けるための下地とする。
▲２▼塗布されたモルタル又は繊維混入モルタル３１の表面に、ポリウレタン２０を吹き付ける（厚さ２５ｍｍ）。
▲３▼複合型パネル１１（厚さ７〜９ｍｍ）を現場に運搬し、吹き付けされたポリウレタン２０の表面から間隙Ｓ（１５ｍｍ）をおいて、その複合型パネル１１を配置し、アンカー２で固定する。
▲４▼間隙Ｓに、（充填用）モルタル又は繊維混入モルタル３０を充填し、ポリウレタン２０を介して既設コンクリート１と複合型パネル１１とを接続して、補強層Ｈ２を構築する。
これにより、既設コンクリート１の表面に薄く施工をするだけで、迅速かつ容易に補強がなされ、構造耐力を得ることができる。
【００２８】
また、第二の施工形態では、ポリウレタン２０により既設コンクリート１の表面が被覆されるので、寒冷地においても断熱性を維持でき、既設コンクリート１に形成された導水工（導水パイプ４０）が凍ることはなく、しかも、複合型パネル１１がポリウレタン２０の表面材となるので、ポリウレタン２０の経年による熱伝導率の劣化がない。
【００２９】
（３）第三の施工形態（図１（ｄ）参照）
第三の施工形態も、複合型パネル１１を用いた現場施工によるコンクリート構造物の補強方法であり、前記の前提作業の後に以下の作業が行われる。この施工形態は、既設コンクリート１の表面劣化がさほど進んでいない場合に適用する。即ち、下地となる（塗布用）モルタル又は繊維混入モルタル３１の塗布が省略される点を除き、第二の施工形態と同様である。
▲１▼既設コンクリート１の表面に直接、ポリウレタン２０を吹き付ける（厚さ２５ｍｍ）。
▲２▼複合型パネル１１（厚さ７〜９ｍｍ）を現場に運搬し、吹き付けされたポリウレタン２０の表面から間隙Ｓ（１５ｍｍ）をおいて、その複合型パネル１１を配置し、アンカー２で固定する。
▲３▼間隙Ｓに、（充填用）モルタル又は繊維混入モルタル３０を充填し、ポリウレタン２０を介して既設コンクリート１と複合型パネル１１とを接続して、補強層Ｈ３を構築する。
これにより、既設コンクリート１の表面に薄く施工をするだけで、迅速かつ容易に補強がなされ、構造耐力を得ることができる。
【００３０】
また、第三の施工形態でも、ポリウレタン２０により既設コンクリート１の表面が被覆されるので、寒冷地においても断熱性を維持でき、既設コンクリート１に形成された導水工（導水パイプ４０）が凍ることはなく、しかも、複合型パネル１１がポリウレタン２０の表面材となるので、ポリウレタン２０の経年による熱伝導率の劣化がない。
【００３１】
これらの施工形態において用いられる（充填用）モルタル又は繊維混入モルタル３０は、既設コンクリート１とパネルとの間隙に充填され、両者を接続して、構造耐力を得るためのものである。
このモルタル又は繊維混入モルタル３０は、その種類は特に限定されず、従来の一般的なモルタルでもよい。ただし、パネルをアンカー２で設置した状態で充填するものであることから、ブリーディングの無い無収縮の、かつ早強性のモルタルが最適である。また、特に強度が求められる場合（例えば大きな荷重を受け持つ構造壁に適用する場合）には、繊維混入モルタルが好ましい。ここで繊維は、ポリプロピレン、ビニロン、アラミド、スチールファイバー、ガラスなど、いかなるものでもよい。
なお、（充填用）モルタル又は繊維混入モルタル３１も、その種類は特に限定されない。
【００３２】
これらの施工形態により構築される補強層Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、例えば図５に表すように、内部に既設コンクリート１が巻き立てられてなるコンクリート構造物であるトンネルＴにおいて、その既設コンクリート１を補強するために適用される。これらの補強層Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、全体として薄く施工されるので、トンネルＴの内空断面を確保でき、しかもパネルはアンカーにより設置するので、大がかりな型枠や支保工を必要とせず、作業時の車両の通行を確保できる。
【００３３】
また、これらの施工形態は、いずれも現状の汎用機械・器具で施工することができるので、特殊な機械・器具を必要としない。
さらに、既設コンクリートをＶカットしたりハツリ取ったりすることがないので、作業環境が良好であり、産業廃棄物処理の問題も生じない。
なお、本発明は、トンネルへの適用に限定されるものではなく、種々のコンクリート構造物の補強に適用できるものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明のように構成される本発明に係るコンクリート構造物の補強パネル及び補強方法は、以下のような顕著な効果を奏する。
▲１▼炭素繊維シートを内蔵してなるパネルを用いるので、既設コンクリートの表面に薄く施工をするだけで、迅速かつ容易な補強（構造耐力の付加）が可能である。
▲２▼ポリウレタンフォーム又はポリウレタンを用いるので、特に寒冷地においても、既設コンクリートに形成される導水工が凍らないように、断熱性を維持できる。しかも、それらの表面材としてパネルを用いるので、それらの経年による熱伝導率の劣化を無くすことができる。
▲３▼薄く迅速に補強するので、特にトンネルにおいても、内空断面や作業時の車両の通行を確保できる。
▲４▼既設コンクリートをＶカットしたりハツリ取ったりすることがないので、作業環境が良好であり、産業廃棄物処理の問題も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る補強パネルを示す断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は本発明に係る補強方法を用いて補強したコンクリート構造物を示す断面図である。
【図２】日数の経過に伴うポリウレタンフォームの熱伝導率の変化を示すグラフ及び表である。
【図３】本発明に係る補強パネルを用いて補強した曲げ試験用のコンクリート供試体を示す正面図である。
【図４】本発明に係る補強パネルを用いて補強したコンクリート供試体の曲げ試験の結果を示すグラフ及び表である。
【図５】本発明に係る補強方法を用いて補強したトンネルを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 既設コンクリート（コンクリート構造物）
２ アンカー
１０ 一体化パネル（補強パネル）
１１ 複合型パネル
１２ 炭素繊維シート
１３ モルタル
１４ 接着剤
１５ （貼付用）ポリウレタンフォーム
２０ （吹付用）ポリウレタン
３０ （充填用）モルタル又は繊維混入モルタル
３１ （塗布用）モルタル又は繊維混入モルタル
４０ 導水パイプ（導水工）
５１ 基材鉄筋コンクリート
５２ アンカー
５３ モルタル
５５ 接続部
Ｓ 間隙
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３ 補強層
Ｗ 荷重
ｔ 中央変位量
Ｔ トンネル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reinforcing panel and a reinforcing method for reinforcing a concrete structure.
[0002]
[Prior art]
A concrete structure deteriorates with age due to various material and structural factors, and thus structural strength decreases. Therefore, it is necessary to reinforce the concrete structure as necessary.
Especially in tunnels in cold regions, when cracks occur in the existing concrete, the water leaking from the cracks freezes at the ceiling of the tunnel and falls into icicles or falls on the road surface in the tunnel. If it freezes and causes slipping of the automobile, it becomes a very dangerous state, so it is necessary to reinforce it quickly and appropriately.
[0003]
Conventionally, as a method for reinforcing a concrete structure (existing concrete), there are the following methods.
(1) In the case of relatively small-scale reinforcement, V-cut the cracked portion of the existing concrete to provide a water guide (water guide pipe), and add about 20 cm of reinforced concrete to the surface.
(2) In the case of relatively large-scale reinforcement, scrape the existing concrete, install a water guide (water guide pipe) at the location of leakage, spray and reinforce the sprayed concrete, and attach a board to the surface.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the above methods has the following disadvantages.
(1) Since it is necessary to add reinforced concrete after V-cutting the existing concrete, or to spray the sprayed concrete and attach the board after removing the existing concrete, it takes a long period of time and is quick and easy. It is not suitable for special reinforcement.
(2) Especially when applied to cold districts, heat insulation is not taken into consideration, so the water conduit formed on the existing concrete may freeze and smooth drainage may be hindered.
(3) Especially when applied to tunnels, the reinforced concrete is struck by about 20 cm, so the cross-section of the tunnel is narrowed, and formwork and support work are required during work, thus hindering vehicle traffic. In addition, because the board is attached, the inside cross section of the tunnel becomes narrow.
(4) Since it is necessary to V-cut existing concrete or to remove existing concrete, cement-based dust is generated during the work and the working environment deteriorates. It is necessary to perform processing.
[0005]
Therefore, the present invention provides
(1) Quick and easy reinforcement (addition of structural strength) is possible simply by thinly constructing the surface of existing concrete.
(2) Heat insulation can be maintained, especially in cold regions, so that the water conduits formed on the existing concrete are not frozen,
▲ 3 ▼ Especially in tunnels, it is possible to secure the cross section of the interior and traffic of the vehicle during work.
(4) The working environment is good without causing V-cutting or chipping of the existing concrete, and there is no problem of industrial waste disposal.
It is an object of the present invention to provide a reinforcing panel and a reinforcing method for a concrete structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is provided to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 (see, for example, FIG. 1 (a)) is “ a concrete structure fixed to the surface of existing concrete 1 (existing It is a panel used for reinforcement of concrete 1), and (1) a composite panel 11 in which a carbon fiber sheet 12 is incorporated in a mortar 13 over the entire panel, (2) polyurethane foam 15, and (3) Is a reinforcing panel (integrated panel 10) of a concrete structure, characterized by joining and integrating.
[0007]
Here, (1) in the composite panel, the composite panel incorporates the carbon fiber sheet in order to obtain structural strength with a thin film by utilizing the characteristics of the carbon fiber sheet. The reason why it is built in is to prevent the carbon fiber sheet from being peeled off after construction.
(2) The reason why polyurethane foam is used is to use the heat insulating property of polyurethane foam so that the water conduit formed on the existing concrete is not frozen even in cold regions.
Furthermore, (3) the two are joined and integrated to eliminate deterioration of the thermal conductivity of the polyurethane foam over time by using a composite panel as the polyurethane foam surface material. This is because the panel is uniform in quality, lightweight and easy to handle.
[0008]
In addition, the invention according to claim 2 (see, for example, FIG. 1B), “ (1) A panel used for reinforcing a concrete structure, in which a carbon fiber sheet is incorporated in a mortar. And a polyurethane foam bonded and integrated, a reinforcing panel for a concrete structure, with a gap from the surface of the existing concrete, with the polyurethane foam side facing the existing concrete side (2) A method of reinforcing a concrete structure characterized by filling the gap S with mortar or fiber-mixed mortar 30 ”.
[0009]
That is, the invention according to claim 2 is a method for reinforcing a concrete structure using the reinforcing panel (integrated panel) of the concrete structure according to claim 1.
Here, each component of the integrated panel plays the same role as described above, but since the integrated panel is arranged with the polyurethane foam side facing the existing concrete side, in a cold region However, heat insulation can be maintained, the water conduits formed on the existing concrete will not freeze, and the composite panel will be the surface material of the polyurethane foam, so there will be no deterioration in the thermal conductivity due to the aging of the polyurethane foam.
The reason why the mortar or the fiber-mixed mortar is filled is to connect the existing concrete and the integrated panel to obtain structural strength.
[0010]
The invention according to claim 3 (see, for example, FIG. 1 (c)), “(1) A mortar or fiber-containing mortar 31 is applied to the surface of the existing concrete 1, and (2) the applied mortar or fiber. The polyurethane 20 is sprayed on the surface of the mixed mortar 31, and the composite panel 11 in which the carbon fiber sheet 12 is built in the mortar 13 is disposed with a gap S from the surface of the polyurethane 20 sprayed. {Circle around (4)} A concrete structure reinforcing method characterized by filling the gap S with mortar or fiber-mixed mortar 30.
[0011]
Further, the invention according to claim 4 (see, for example, FIG. 1 (d)), “(1) polyurethane 20 is sprayed on the surface of the existing concrete 1, and (2) a gap S is formed from the sprayed polyurethane 20 surface. The composite panel 11 in which the carbon fiber sheet 12 is built in the mortar 13 is disposed, and (3) the gap S is filled with the mortar or the fiber-containing mortar 30. Reinforcement method ”.
[0012]
In these, each component of the composite panel plays the same role as described above. Polyurethane plays the same role as the polyurethane foam. Furthermore, the filled mortar or the fiber-mixed mortar connects the existing concrete and the composite panel through the sprayed polyurethane to obtain structural strength.
That is, the present invention according to claim 3 or claim 4 is a method for reinforcing a concrete structure by on-site construction using a composite panel.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a reinforcing panel and a reinforcing method for a concrete structure according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description, numerical values related to each component may be described for reference, but the present invention is not limited to the numerical values.
[0014]
1. Reinforcement panel for concrete structures (see Fig. 1 (a))
The reinforcing panel according to the present invention is a panel used to reinforce a concrete structure as shown in FIG. 1A, which is a cross-sectional view showing the reinforcing panel, and is a composite panel 11, polyurethane foam 15, It is the integrated panel 10 which joined and integrated.
[0015]
(1) Composite panel 11
The composite panel 11 has a carbon fiber sheet 12 built in a mortar 13.
Here, the carbon fiber sheet 12 is used to obtain structural strength with a thin film by utilizing its characteristics (light, not rusting, tensile strength is about 7 times that of steel).
In addition, the mortar 13 is used in order to prevent the carbon fiber sheet 12 from being peeled off after construction by inserting the carbon fiber sheet 12 into the mortar 13 by sandwiching the carbon fiber sheet 12 in a sandwich at a factory. It is. That is, as compared with the case where the carbon fiber sheet 12 is directly attached to the surface of the existing concrete 1, the carbon fiber sheet 12 is more reliably prevented from being peeled and dropped.
[0016]
(2) Polyurethane foam 15
The polyurethane foam 15 is used to prevent the water guide pipe 40 formed on the existing concrete 1 from freezing even in a cold region by utilizing the heat insulating property of the polyurethane foam 15.
This polyurethane foam 15 has a thermal conductivity of 0.017 kcal / m · h · ° C., a steel material having a thermal conductivity of 38.7 kcal / m · h · ° C., and a thermal conductivity of 1.8 to 3. Insulation performance is extremely good compared to concrete with 1 kcal / m · h · ° C.
[0017]
However, this polyurethane foam 15 has a thermal conductivity that deteriorates over time, and its heat insulation performance decreases. In order to prevent this, it is effective to install a surface material that covers the surface of the polyurethane foam 15. Therefore, in the integrated panel 10 according to the present invention, the composite panel 11 is used as the surface material of the polyurethane foam 15.
FIG. 2 is a graph and table showing changes in the thermal conductivity of polyurethane foam with the passage of days. According to this, while the thermal conductivity of the polyurethane foam without the surface material (comparative example) deteriorates with the passage of days, the polyurethane foam 15 using the composite panel 11 having a thickness of 7 mm as the surface material. It can be seen that the thermal conductivity of the (integrated panel 10 according to the present invention) has not deteriorated even after days.
Therefore, since the polyurethane foam 15 can reliably exhibit the heat insulation performance, the water guide pipe 40 formed on the existing concrete 1 can be prevented from freezing even in a cold region.
[0018]
The polyurethane foam 15 is lightweight and easy to handle.
In the present invention, the polyisocyanate and the polyol are stirred and mixed, and the polyurethane foam 15 is formed into a panel shape in advance at a factory so that the density is 40 kg / m ³ and the thickness is 25 mm.
In addition, the polyurethane 20 (for spraying) mentioned later also plays the role similar to the polyurethane foam 15 (for sticking).
[0019]
(3) The integrated composite panel 11 and the polyurethane foam 15 are joined and integrated to form the integrated panel 10 by using the composite panel 11 as a surface material of the polyurethane foam 15 as described above. This is to eliminate deterioration of the thermal conductivity due to the aging of the foam 15, and to make the panel uniform in quality, light in weight and easy to handle (transport and install) by integrating in advance at the factory. is there.
[0020]
In the present invention, the composite panel 11 having a thickness of 7 to 9 mm and the polyurethane foam 15 having a thickness of 25 mm are joined via the adhesive 14 to form the integrated panel 10 having a total thickness of 32 to 34 mm. .
Here, as the adhesive 14, an epoxy resin and a urethane prepolymer are suitable. Other adhesives include vinyl acetate resin, ethylene vinyl acetate copolymer resin, acrylic resin, etc., rubber adhesives such as chloroprene rubber, styrene / butadiene rubber, cement, It is possible to use a water / air-hard adhesive such as gypsum, but these adhesives are inferior to epoxy resins and urethane prepolymers in terms of adhesion workability and adhesion strength.
[0021]
The reinforcement property of the concrete specimen reinforced by using the integrated panel 10 configured as described above will be described by taking a bending test as an example.
FIG. 3 is a front view showing a concrete specimen for a bending test. Concrete specimen NO. 1-NO. 3 is configured by arranging the integrated panels 10, 10 </ b> A, 10 </ b> B according to the present invention on the lower surface of the base reinforced concrete 51 and filling a mortar 53 between them. As a comparative example, an unreinforced concrete specimen NO. 4 was prepared. The bending test was performed by supporting both ends of the lower surface of each concrete specimen, applying a load W to two symmetrical points from the center of the upper surface of the base reinforced concrete 51, and measuring the center displacement t.
Here, concrete specimen NO. The integrated panel 10 used for 1 is a seamless one piece. In addition, concrete specimen NO. The integrated panels 10A and 10A used for No. 2 are two panels in which a connecting portion 55 is provided in the center, and the carbon fiber sheet 12 is attached to and connected to that portion. Furthermore, concrete specimen NO. The integrated panels 10B and 10B used in the No. 3 are two panels in which a connecting portion 55 is provided at the center, the carbon fiber sheet 12 is attached to the portion, and the two are fixed to the base reinforced concrete 51 with an anchor 52. is there.
[0022]
FIG. 4 is a graph and a table showing the results of a bending test of a concrete specimen. According to this, the unreinforced concrete specimen NO. 4 (comparative example) cannot withstand a load of about 2 tons or more, whereas a concrete specimen NO. 4 reinforced with the integrated panels 10, 10A, 10B according to the present invention is used. 1-NO. It can be seen that 3 (invention) can withstand loads of about 4-5 tons.
Therefore, the concrete specimen using the integrated panel 10 having the carbon fiber sheet 12 has sufficient strength compared to the unreinforced concrete specimen. In other words, simply using the integrated panel 10 having the carbon fiber sheet 12 and thinly constructing the surface of the existing concrete 1 enables quick and easy reinforcement (addition of structural strength).
[0023]
2. Reinforcing method for concrete structures (see FIGS. 1B to 1D)
The reinforcing method according to the present invention is a cross-sectional view showing a concrete structure reinforced using the reinforcing method, with a gap S from the surface of the existing concrete 1 as shown in FIGS. This is a method in which a panel is disposed and the gap S is filled with mortar or fiber-containing mortar 30. As the panel, the integrated panel 10 is used in the first construction form, and the composite panel 11 is used in the second or third construction form.
[0024]
The following preconditions are performed for these construction forms.
First, floating and dirt on the surface of the existing concrete 1 are removed by high-pressure cleaning. Moreover, the water guide pipe 40 which is a water guide is provided in the surface of the existing concrete 1, and the water leakage from the crack of the existing concrete 1 is made to flow into the lower drainage groove (not shown).
[0025]
(1) First construction form (see FIG. 1 (b))
The first construction form is a method for reinforcing a concrete structure using the integrated panel 10, and the following work is performed after the above-mentioned preparatory work.
(1) Transport the integrated panel 10 (thickness of 32 to 34 mm) to the site, leave a gap S (15 mm) from the surface of the existing concrete 1, and place the integrated panel 10 on the polyurethane foam 15 side with the existing concrete 1 It is arranged in a state facing toward the side, and is fixed with the anchor 2.
Here, since the integrated panel 10 is lightweight, transportation and attachment are easy.
{Circle around (2)} The gap S is filled with mortar (for filling) or fiber-mixed mortar 30, and the existing concrete 1 and the integrated panel 10 are connected to construct the reinforcing layer H1.
Thereby, simply by thinly constructing the surface of the existing concrete 1, reinforcement can be made quickly and easily, and structural strength can be obtained.
[0026]
Further, in the first construction mode, the integrated panel 10 is arranged with the polyurethane foam 15 side facing the existing concrete 1 side, so that the heat insulation can be maintained even in a cold region and is formed in the existing concrete 1. In addition, the water guide (water guide pipe 40) does not freeze, and the composite panel 11 serves as the surface material of the polyurethane foam 15. Therefore, the thermal conductivity of the polyurethane foam 15 does not deteriorate due to aging.
[0027]
(2) Second construction mode (see FIG. 1 (c))
The second construction form is a method for reinforcing a concrete structure by on-site construction using the composite panel 11, and the following work is performed after the above-described preparatory work. This construction form is applied when the surface deterioration of the existing concrete 1 is progressing.
(1) A mortar (for application) or a fiber-containing mortar 31 is applied to the surface of the existing concrete 1 (thickness 2 to 5 mm) to serve as a base for spraying the polyurethane 20.
(2) The polyurethane 20 is sprayed on the surface of the applied mortar or fiber-containing mortar 31 (thickness 25 mm).
(3) The composite panel 11 (thickness 7 to 9 mm) is transported to the site, and the composite panel 11 is arranged with a gap S (15 mm) from the surface of the sprayed polyurethane 20 and fixed with the anchor 2. To do.
(4) The gap S is filled with mortar (for filling) or fiber-containing mortar 30, and the existing concrete 1 and the composite panel 11 are connected via the polyurethane 20 to construct the reinforcing layer H2.
Thereby, simply by thinly constructing the surface of the existing concrete 1, reinforcement can be made quickly and easily, and structural strength can be obtained.
[0028]
Moreover, in the 2nd construction form, since the surface of the existing concrete 1 is coat | covered with the polyurethane 20, heat insulation can be maintained also in a cold region, and the water guide (water guide pipe 40) formed in the existing concrete 1 freezes. Moreover, since the composite panel 11 becomes the surface material of the polyurethane 20, there is no deterioration in the thermal conductivity of the polyurethane 20 over time.
[0029]
(3) Third construction mode (see Fig. 1 (d))
The third construction form is also a method for reinforcing a concrete structure by on-site construction using the composite panel 11, and the following work is performed after the above-described preparatory work. This construction form is applied when the surface deterioration of the existing concrete 1 has not progressed so much. That is, it is the same as the second construction mode except that the application of the mortar serving as a base (for application) or the fiber-containing mortar 31 is omitted.
(1) The polyurethane 20 is sprayed directly on the surface of the existing concrete 1 (thickness 25 mm).
(2) The composite panel 11 (thickness 7 to 9 mm) is transported to the site, and the composite panel 11 is arranged with a gap S (15 mm) from the surface of the sprayed polyurethane 20 and fixed with the anchor 2 To do.
(3) The gap S is filled with mortar (for filling) or fiber-mixed mortar 30, and the existing concrete 1 and the composite panel 11 are connected via the polyurethane 20 to construct the reinforcing layer H3.
Thereby, simply by thinly constructing the surface of the existing concrete 1, reinforcement can be made quickly and easily, and structural strength can be obtained.
[0030]
Moreover, since the surface of the existing concrete 1 is coat | covered with the polyurethane 20 also in a 3rd construction form, heat insulation can be maintained also in a cold region, and the water guide (water guide pipe 40) formed in the existing concrete 1 freezes. Moreover, since the composite panel 11 becomes the surface material of the polyurethane 20, there is no deterioration in the thermal conductivity of the polyurethane 20 over time.
[0031]
The mortar (for filling) or fiber-containing mortar 30 used in these construction forms is for filling the gap between the existing concrete 1 and the panel and connecting them to obtain structural strength.
The type of the mortar or fiber-containing mortar 30 is not particularly limited, and may be a conventional general mortar. However, since the panel is filled with the anchor 2 installed, a non-shrinking and fast-strength mortar without bleeding is optimal. In addition, when strength is required (for example, when applied to a structural wall having a large load), fiber-mixed mortar is preferable. Here, the fiber may be any material such as polypropylene, vinylon, aramid, steel fiber, and glass.
The type of the mortar (for filling) or the fiber-mixed mortar 31 is not particularly limited.
[0032]
Reinforcing layers H1, H2, and H3 constructed by these construction modes are, for example, as shown in FIG. 5, in the tunnel T that is a concrete structure in which the existing concrete 1 is wound up, the existing concrete 1 is Applied to reinforce. Since these reinforcing layers H1, H2, and H3 are thinly constructed as a whole, the inner cross section of the tunnel T can be secured, and the panels are installed by anchors, so no large formwork or support work is required. Vehicle traffic during work can be secured.
[0033]
Moreover, since these construction forms can be constructed with the existing general-purpose machines and instruments, no special machines or instruments are required.
Furthermore, since the existing concrete is not V-cut or scraped, the working environment is good and the problem of industrial waste disposal does not occur.
In addition, this invention is not limited to the application to a tunnel, It can apply to reinforcement of various concrete structures.
[0034]
【The invention's effect】
The reinforcing panel and reinforcing method for a concrete structure according to the present invention configured as described above have the following remarkable effects.
(1) Since a panel including a carbon fiber sheet is used, quick and easy reinforcement (addition of structural strength) is possible only by thinly constructing the surface of existing concrete.
{Circle around (2)} Since polyurethane foam or polyurethane is used, heat insulation can be maintained so that a water conduit formed on existing concrete is not frozen, even in cold regions. In addition, since panels are used as the surface material, it is possible to eliminate deterioration of thermal conductivity due to their aging.
{Circle around (3)} Since the reinforcement is thin and quick, it is possible to ensure the cross section of the interior and the passage of the vehicle during the operation, especially in the tunnel.
(4) Since the existing concrete is not V-cut or scraped, the working environment is good and the problem of industrial waste disposal does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a reinforcing panel according to the present invention, and FIGS. 1B and 1D are cross-sectional views showing a concrete structure reinforced using the reinforcing method according to the present invention.
FIG. 2 is a graph and table showing changes in thermal conductivity of polyurethane foam over time.
FIG. 3 is a front view showing a concrete specimen for bending test reinforced with a reinforcing panel according to the present invention.
FIG. 4 is a graph and table showing the results of a bending test of a concrete specimen reinforced with a reinforcing panel according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a tunnel reinforced using the reinforcing method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Existing concrete (concrete structure)
2 Anchor 10 Integrated panel (Reinforcement panel)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Composite type panel 12 Carbon fiber sheet 13 Mortar 14 Adhesive 15 (For sticking) Polyurethane foam 20 (For spraying) Polyurethane 30 (For filling) Mortar or fiber mixed mortar 31 (For application) Mortar or fiber mixed mortar 40 Water guide pipe ( Water guide)
51 Base reinforced concrete 52 Anchor 53 Mortar 55 Connection part S Gap H1, H2, H3 Reinforcement layer W Load t Center displacement T Tunnel

Claims (4)

既設コンクリートの表面に固定してコンクリート構造物の補強に用いるパネルであって、
炭素繊維シートをパネル全体に亘ってモルタル中に内蔵してなる複合型パネルと、ポリウレタンフォームと、を接合し一体化したことを特徴とする、コンクリート構造物の補強パネル。 A panel that is fixed to the surface of existing concrete and used to reinforce a concrete structure,
A reinforcing panel for a concrete structure, wherein a composite panel in which a carbon fiber sheet is incorporated in a mortar over the entire panel and a polyurethane foam are joined and integrated. コンクリート構造物の補強に用いるパネルであって、炭素繊維シートをモルタル中に内蔵してなる複合型パネルと、ポリウレタンフォームと、を接合し一体化したことを特徴とするコンクリート構造物の補強パネルを、既設コンクリートの表面から間隙をおいて、前記ポリウレタンフォーム側を該既設コンクリート側に向けた状態で配置し、
前記間隙に、モルタル又は繊維混入モルタルを充填することを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法。 A panel for reinforcing a concrete structure, comprising a composite panel in which a carbon fiber sheet is embedded in a mortar and a polyurethane foam are joined and integrated. And placing the polyurethane foam side facing the existing concrete side with a gap from the surface of the existing concrete ,
A method for reinforcing a concrete structure, wherein the gap is filled with mortar or fiber-mixed mortar. 既設コンクリートの表面に、モルタル又は繊維混入モルタルを塗布し、
塗布された前記モルタル又は繊維混入モルタルの表面に、ポリウレタンを吹き付け、
吹き付けされた前記ポリウレタンの表面から間隙をおいて、炭素繊維シートをモルタル中に内蔵してなる複合型パネルを配置し、
前記間隙に、モルタル又は繊維混入モルタルを充填することを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法。Apply mortar or fiber mixed mortar to the surface of existing concrete,
Spray polyurethane on the surface of the applied mortar or fiber-mixed mortar,
A gap between the surface of the sprayed polyurethane and a composite panel in which a carbon fiber sheet is built in mortar is disposed,
A method for reinforcing a concrete structure, wherein the gap is filled with mortar or fiber-mixed mortar. 既設コンクリートの表面に、ポリウレタンを吹き付け、
吹き付けされた前記ポリウレタンの表面から間隙をおいて、炭素繊維シートをモルタル中に内蔵してなる複合型パネルを配置し、
前記間隙に、モルタル又は繊維混入モルタルを充填することを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法。Spray polyurethane on the surface of existing concrete,
A gap between the surface of the sprayed polyurethane and a composite panel in which a carbon fiber sheet is built in mortar is disposed,
A method for reinforcing a concrete structure, wherein the gap is filled with mortar or fiber-mixed mortar.

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