JP5194705B2 - コンクリート構造物の補修・補強工法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート構造物の補修・補強工法に関し、特にアルカリ骨材反応により劣化したコンクリート構造物を補修または補強する際に用いられ、アルカリ骨材反応による経年劣化を抑制し、コンクリート構造物に高強度を付与して、耐久性を与えるコンクリート構造物の補修・補強工法に関する。

従来から、コンクリートは、自然環境の下で、時間の経過に従い、次第にその表面から劣化が進行することが広く知られている。
特に、アルカリ骨材反応によるコンクリート構造物の劣化は、コンクリート中に含まれる骨材の種類によってアルカリ骨材反応が生じるためである。

具体的には、コンクリートの骨材には砂利等が使用されているが、これらの骨材の中には、コンクリート中に含まれるナトリウムやカリウム等のアルカリ金属と反応してアルカリ骨材反応を起こす骨材が存在する。
その結果、コンクリート中に含有される水酸化アルカリと砂や砂利などの骨材との間の化学反応によって生成するアルカリ・シリカゲルが、コンクリート中の余剰水を吸水し、それによって徐々にコンクリート内部が膨張し、かかる膨張圧力がコンクリート構造物の表面にひび割れを発生させ、当該ひび割れから、雨水が浸入したり、塩害を招いたりして、結局コンクリート構造物が劣化してしまい、崩壊させるに至る原因となっているのである。

他方、コンクリート構造物の補修・補強工法として、帯状連続繊維と樹脂（接着剤）から構成される連続繊維シートをコンクリート構造物に接着する補強方法が、土木学会「連続繊維シートを用いたコンクリート構造物の補修補強指針」や、以下の特許文献１又は２に開示されている。
さらに、当該文献においては、コンクリート下面に補強材を貼り付ける工法において、コンクリートに滲みこんだ水が、コンクリートと補強材の間に滞留し、長期耐久性を低下させる現象を解決するために、連続繊維シートを格子状に貼り付ける工法も提案されている。
特開２００５−２９９５３号公報 特開２００４−９２１２０号公報

しかしながら、連続繊維シートを格子状に貼り付ける工法では、乾燥条件下では格子の隙間から水分が蒸発し、所要の効果を発揮するが、コンクリート構造物の外部から水分が来た場合には、逆に格子の隙間から水分がコンクリート構造物の内部に浸入し、所要の効果を発揮することができない。
特に、コンクリート構造物がアルカリ骨材反応を生じている場合には、水分供給によってコンクリートが一層膨張し、連続繊維シートが剥離し、補強効果を失ってしまう恐れがある。

本発明が解決しようとする課題は、上述の問題を解消し、コンクリート構造物に浸入する水分や当該構造物から放出される水分を適切に制御し、帯状連続繊維シートを用いた補修・補強効果を長期間に渡り維持することが可能な、コンクリート構造物の補修・補強工法を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、予めコンクリート構造物の補修・補強対象部位に、帯状連続繊維シートを間隔をあけて、該補修・補強対象部位の表面を１０％以上被覆しないように格子状に設置する工程、該格子状に設置された帯状連続繊維シートを含む、前記補修・補強対象部位の上面全てを、透水量が２０ｍｌ／ｍ^２・日以下でかつ透湿量が１５ｇ／ｍ^２・日以上であり、弾性塗膜を使用した被覆材で被覆する工程を含むことを特徴とするコンクリート構造物の補修・補強工法である。

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修・補強工法において、該帯状連続繊維シートは、接着剤を介して該補修・補強対象部位に接合されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修・補強工法において、該被覆材が、ポリマーセメントモルタルであることを特徴とする。

請求項１に係る発明のコンクリート構造物の補修・補強工法は、予めコンクリート構造物の補修・補強対象部位に、帯状連続繊維シートを間隔をあけて格子状に設置する工程、該格子状に設置された帯状連続繊維シートを含む、前記補修・補強対象部位の上面全てを、透水量が２０ｍｌ／ｍ^２・日以下でかつ透湿量が１５ｇ／ｍ^２・日以上である被覆材で被覆する工程を含むことを特徴とするため、被覆材により、コンクリート構造物内の水分が常に適正な状況に維持されるため、帯状連続繊維シートを用いた補修・補強効果を長期間に渡り維持することが可能となる。
また、帯状連続繊維シートは、補修・補強対象部位の表面を１０％以上被覆しないように格子状に設置されるため、被覆材の透水性や透湿性が効果的に寄与し、コンクリート構造物内の水分を常に適正な状況に維持することが可能となる。さらに、被覆材は弾性塗膜を使用しているため、コンクリート構造物にひび割れが生じたとしても有害因子の侵入を阻止することが可能となり、耐久性をさらに高めることが可能となる。

請求項２に係る発明により、帯状連続繊維シートは、接着剤を介して補修・補強対象部位に接合されているため、接着剤の使用により透水性や透湿性が低下した場合であっても、格子状に設置された帯状連続繊維シートと被覆材の相乗効果により、コンクリート構造物内の水分を常に適正な状況に維持することが可能となる。

請求項３に係る発明により、被覆材が、ポリマーセメントモルタルであるため、透水量が２０ｍｌ／ｍ^２・日以下であり、かつ透湿量が１５ｇ／ｍ^２・日以上となる被覆材を提供でき、さらには、被覆材が持つ弾性によりひび割れ追従性を有するため、被覆材に亀裂が発生することが無く、適正な透水性と透湿性を維持することができる。また、被覆材が難燃性も有しているため、帯状連続繊維シートや接着剤に有機材料を使用しても、火災等から帯状連続繊維シートなどを保護することが可能となり、より一層、長期にわたる耐久性を向上させることができる。

本発明を最良の形態に基づいて、図面を参照しながら以下に説明するが、これらに限定されるものではない。
図１は、本発明に係るコンクリート構造物の補修・補強工法を説明する図である。
本発明のコンクリート構造物の補修・補強工法は、予めコンクリート構造物１の補修・補強対象部位に、帯状連続繊維シート２を間隔をあけて格子状に設置する工程（図１（ｂ）参照）、該格子状に設置された帯状連続繊維シートの上面を、透水量が２０ｍｌ／ｍ^２・日以下でかつ透湿量が１５ｇ／ｍ^２・日以上である被覆材３で被覆する工程（図１（ｃ）参照）を含むことを特徴とする。

図１（ｂ）の帯状連続繊維シート２の格子間隔は、要求補強性能により任意に設定できるが、透湿性能の確保のために、連続繊維シート未貼り付け面積が補修面の１０％以上、より好ましくは２０％以上有することが望ましい。
上記帯状連続繊維シートを構成する繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ）、ガラス繊維等の公知の補強繊維を用いることができる。

帯状連続繊維シートを格子状に配置した後、該繊維シートをコンクリート構造物に接着させるため、該繊維シートに樹脂接着剤を含浸させる。ただし、帯状連続繊維シートを配置しない場所に接着剤が付着すると、透水性や透湿性が低下する原因となるため、このような場所には、接着剤を使用しない。
前記樹脂接着剤としては、エポキシ樹脂、メチルメタクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等を用いることができる。

ここで、上記連続繊維シートをコンクリート構造物に接着させる前に、必要に応じてコンクリート構造物の劣化部分をはつりとったり、洗浄したり、研磨等の前処理を施すことも可能である。
更に、コンクリート構造物の補修・補強箇所に、必要に応じて下地としてプライマーを刷け塗り等で塗布して硬化させ、次いで、凸部を削ったり、凹部にパテ埋めを行ったりして、不陸修正を行ってもよい。

被覆材としては、透水量２０ｍｌ／ｍ^２・日以下、透湿量１５ｇ／ｍ^２・日以上の性能を有する材料が使用可能である。
被覆材は、このような透水量および透湿量の性能を有することにより、格子状に配置された帯状連続繊維シートとによる補強効果に加え、被覆材によりコンクリート構造物の内部水分は外部に放出し、外部水分や有害因子は侵入が阻止されるため、帯状連続繊維シートの接着耐久性が向上する。そして、特に、基材コンクリートがアルカリ骨材反応を引き起こす場合には、その膨張劣化の抑制効果も得られる。

被覆材の透水量については、日本道路公団が提示しているコンクリート塗装材の品質規格において、ひび割れが進行しているコンクリートに対する水透過阻止性として「塗膜の水透過量が２０ｍｌ／ｍ^２・日以下であること。」が規定されている。
また、被覆材の透湿量について、阪神高速道路公団が提示しているコンクリート構造物表面保護要領において、Ｆ種撥水系（塗膜）の透湿性が１５ｇ／ｍ^２・日以上と規定されている。
本発明のコンクリート構造物の補修・補強工法に使用する被覆材の条件として、これらの規定条件を採用している。

このように、連続繊維シートを格子状に貼り付け、遮水性と透湿性を有する被覆材で被覆することにより、従来の工法では乾燥条件下では内部からの水分除去が可能であったが、外部からの水分等有害因子の侵入を阻止できなかった課題が解決し、連続繊維シートによる補強の適用範囲を拡大することができる。

さらに、被覆材にひび割れ追従性を有する弾性塗膜を使用することにより、コンクリート構造物にひび割れが生じたとしても有害因子の侵入を阻止することが可能となり、耐久性をさらに高めることが可能となる。

また、被覆材に難燃性を付与することにより、連続繊維シートや有機系の接着剤の燃焼を抑止し、保護効果を高めることができる。
これら性能を有する被覆材として、アクリル樹脂系ポリマーセメントモルタル等が例示できる。

本発明のコンクリート構造物の補修・補強工法の効果を確認するため、従来の連続繊維シートを格子状に貼り付ける工法などと比較し、本発明の優れた効果を確認した。
以下、具体的な試験方法及び結果について説明する。

（第１試験：コンクリートバーの促進養生）
供試体としてコンクリートバーを用意し、次の５種類の試験体を準備した。
（１）ブランク：コンクリートバー自体
（２）シート全面：アラミド繊維シートをエポキシ樹脂系接着剤（商品名：ＡＥ，ショーボンド建設株式会社製）でコンクリートバーの全面に接着したもの
（３）格子状・被覆材なし：アラミド繊維シートをエポキシ樹脂系接着剤（商品名：ＡＥ，ショーボンド建設株式会社製）でコンクリートバーに格子状に接着したもの
（４）格子状・不透湿被覆材：上記（３）のものにエポキシ樹脂系塗料（商品名：ネオライナー＃１００，ショーボンド建設株式会社製）を被覆したもの
（５）格子状・透湿被覆材：上記（３）のものにアクリル樹脂系ポリマーセメントモルタル（商品名：レックス２０００Ｎ，住友大阪セメント株式会社製）を被覆したもの

試験体を、温度４０℃、湿度１００％の環境に置き、促進養生を８週間行った。その間のコンクリートバーの膨張率を図３に示す。
図３を見ると、本発明の実施例に相当する上記（５）の膨張率は、８週間後の結果として、何も処理を施さない上記（１）の３分の１、繊維シートを格子状に配置した上記（３）の半分程度であり、本発明の工法を施したものが、如何に膨張率が低いかが理解される。

（第２試験：コンクリートバーの屋外暴露養生）
第１試験と同じ試験体を準備し、雨水のかかる屋外に放置し、８週間の養生を行った。８週間後のコンクリートバーの膨張率を図４に示す。
図４を見ると、繊維シートを全面に接着した上記（２）が最も膨張率が低いが、その次に膨張率が低いのは、本発明の工法を施した上記（５）の試験体であった。

（第３試験：コンクリートブロックの屋外暴露養生）
図２に示すように、実大暴露供試体として、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×奥行き１５０ｍｍのコンクリートブロック４を形成し、５は背面水を想定した上下方向の貫通孔、６はホイットモアポイントを設けた。

コンクリートブロックの供試体を用いて、次の３種類の試験体を作成した。
（ａ）ブランク：ブロックの正面・裏面には何も施さず、側面及び上下面にエポキシ樹脂を塗布したもの
（ｂ）格子状・透湿被覆材：アラミド繊維シートをエポキシ樹脂系接着剤（商品名：ＡＥ，ショーボンド建設株式会社製）を用いてブロックの正面及び裏面に格子状に接着し、側面及び上下面にエポキシ樹脂を塗布したもの
（ｃ）シート全面：アラミド繊維シートをエポキシ樹脂系接着剤（商品名：ＡＥ，ショーボンド建設株式会社製）を用いてブロックの正面及び裏面の全面に接着し、側面及び上下面にエポキシ樹脂を塗布したもの

試験体を、雨水のかかる屋外に置き、屋外暴露による８週間の養生を行った。その間のコンクリートブロックの膨張率を図５に示す。
図５を見ると、本発明の実施例に相当する上記（ｃ）の膨張率は、８週間後の結果として、何も処理を施さない上記（ａ）、繊維シートを全面に配置した上記（ｃ）と比較し、極めて膨張率が低いことが容易に理解される。

以上のように、本発明によれば、コンクリート構造物に浸入する水分や当該構造物から放出される水分を適切に制御し、帯状連続繊維シートを用いた補修・補強効果を長期間に渡り維持することが可能な、コンクリート構造物の補修・補強工法を提供することが可能となる。

本発明のコンクリート構造物の補修・補強工法を説明する図である。 本発明の効果試験に使用したコンクリートブロックの斜視図である。 第１試験の結果を示すグラフである。 第２試験の結果を示すグラフである。 第３試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ コンクリート構造物
２ 帯状連続繊維シート
３ 被覆材
４ コンクリートブロック
５ 貫通孔
６ ホイットモアポイント

Claims (3)

1. 予めコンクリート構造物の補修・補強対象部位に、帯状連続繊維シートを間隔をあけて、該補修・補強対象部位の表面を１０％以上被覆しないように格子状に設置する工程、
   該格子状に設置された帯状連続繊維シートを含む、前記補修・補強対象部位の上面全てを、透水量が２０ｍｌ／ｍ^２・日以下でかつ透湿量が１５ｇ／ｍ^２・日以上であり、弾性塗膜を使用した被覆材で被覆する工程を含むことを特徴とするコンクリート構造物の補修・補強工法。
2. 請求項１に記載のコンクリート構造物の補修・補強工法において、該帯状連続繊維シートは、接着剤を介して該補修・補強対象部位に接合されていることを特徴とするコンクリート構造物の補修・補強工法。
3. 請求項１又は２に記載のコンクリート構造物の補修・補強工法において、該被覆材が、ポリマーセメントモルタルであることを特徴とするコンクリート構造物の補修・補強工法。

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