JP6861190B2 - 鉄筋コンクリート構造物の補強方法 - Google Patents
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Description
(a)前記鉄筋コンクリート構造物の表面にシラン系含浸材を塗布する工程と、
(b)前記シラン系含浸材が塗布された前記鉄筋コンクリート構造物の表面に、シランカップリング剤を含むプライマーを塗布してプライマー層を形成する工程と、
(c)前記プライマー層が形成された前記鉄筋コンクリート構造物の表面に前記繊維シートを接着剤にて接着する工程と、
を有することを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強方法である。
Y−Si−(OX)3 (I)
ここで、
Yは有機材料と反応結合する有機官能基であり、
OXは無機材料と反応する無機官能基である、
有機ケイ素化合物である。ここで、前記有機官能基はアミノ基、メルカプト基、ビニル基、又は、エポキシ基であり、
前記無機官能基はアルコキシ基とすることができる。
R−SiR1 x(O)yR2 z (II)
[式中、
Rは、3〜20個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R1は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R2は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルコキシ基を表すか、またはヒドロキシ基を表し、その際、基R2は、同じか、または異なっていてもよく、
xは、0、1または2であり、
yは、0.0〜1.5であり、
zは、0、1、2または3であり、かつ
(x+2y+z)=3である]のオルガノシランまたはオルガノシロキサンを少なくとも1種またはこれらの混合物、および成分Dとして、HO−CH2−CH2−N(CH3)2またはHO−CH2−CH2−N(C2H5)2またはこれらの混合物を含有し、かつ成分Aと成分Dとは、1:1〜26.2:1のモル比で含有されている。
(i)主剤:主成分としてエポキシ樹脂を含み、接着増強付与剤として、必要に応じてシランカップリング剤等を含むものを使用する。
(ii)硬化剤:主成分としてアミン類を含み、主剤のエポキシ樹脂:硬化剤の各々のアミン当量比は1:1である。
組成とされる。
図1を参照して本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の補強方法の特徴構成を説明すると、本発明によれば、鉄筋コンクリート構造物100は、シラン系含浸材102が塗布含浸された構造物表面101に、プライマー103を塗布してプライマー層104を形成し、更にその上に強化繊維fを含む繊維シート1が樹脂接着剤105で接着されて一体化される。
(a)鉄筋コンクリート構造物100の表面101にシラン系含浸材102を塗布する工程と、
(b)シラン系含浸材102が塗布された鉄筋コンクリート構造物100の表面101に、シランカップリング剤を含むプライマー103を塗布してプライマー層104を形成する工程と、
(c)プライマー層104が形成された鉄筋コンクリート構造物100の表面101に繊維シート1を接着剤105にて接着する工程と、
を有している。
本発明においては種々の形態の繊維シート1を使用することができる。繊維シート1の実施例を具体的に具体例1〜3として説明するが、本発明で使用する繊維シート1の形態は、これら具体例に示すものに限定されるものではない。
図2に、本発明にて使用することのできる繊維シート1の一実施例を示す。繊維シート1は、連続した強化繊維fを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の繊維シート1Aとされる。
また、繊維シート1は、図3に示すように、連続した複数の強化繊維fを一方向に引き揃えた強化繊維シート1、例えば、図2に示すような繊維シート1Aに樹脂Reを含浸し、前記樹脂が硬化された繊維シート(所謂、FRP板)1Bとすることもできる。勿論、この繊維シート1Bは、一方向或いは複数方向に繊維が配列した単層或いは複数層から成る板厚0.5〜10mm程度のFRP板とすることもできる。
更には、図4及び図5に示すように、繊維シート1としては、マトリクス樹脂Rfが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材2を互いに線材固定材3にて固定した繊維シート1Cを使用することもできる。
次に、図7を参照して、本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の補強方法の一実施例について更に詳しく説明する。本発明によれば、前述のようにして製造された繊維シート1を用いて、鉄筋コンクリート構造物の補強が行われる。
鉄筋コンクリート構造物100の被補強面、即ち、繊維シート1の被接着面101に対して下地処理を行う(図7(a))。下地処理ではディスクサンダー、サンドブラスト、スチールショットブラスト、ワイヤーブラシ、ウォータジェット、などの研削手段50を使用して、新設の鉄筋コンクリート構造物の場合は、レイタンス、油脂、汚れ等を除去し、また、既設の鉄筋コンクリート構造物の場合には、塗膜、油脂、汚れ等を除去すると共に欠損部や浮き部、過大なひび割れがある場合は、予め補修を行なう。
このようにして下地処理した被補強面101にシラン系含浸材102を、ヘラ、コテ、ローラなどの適当な塗布手段を用いて吹き付け、刷毛塗り、ローラ塗布、ナイフ塗布などにて塗布する。(図7(b))。
本発明にて使用し得るシラン系含浸材(以下、「薬剤」ということもある。)は、成分Aとして一般式(II)
R−SiR1 x(O)yR2 z (II)
[式中、
Rは、3〜20個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R1は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R2は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルコキシ基を表すか、またはヒドロキシ基を表し、その際、基R2は、同じか、または異なっていてもよく、
xは、0、1または2であり、
yは、0.0〜1.5であり、
zは、0、1、2または3であり、かつ
(x+2y+z)=3である]のオルガノシランまたはオルガノシロキサンを少なくとも1種またはこれらの混合物、および成分Dとして、HO−CH2−CH2−N(CH3)2またはHO−CH2−CH2−N(C2H5)2またはこれらの混合物を含有し、かつ成分Aと成分Dとは、1:1〜26.2:1のモル比で含有されている。
R−SiR1 x(O)yR2 z (II)
[式中、
Rは、3〜20個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R1は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R2は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルコキシ基を表すか、またはヒドロキシ基を表し、その際、基R2は、同じか、または異なっていてもよく、
xは、0、1または2であり、
yは、0.0〜1.5であり、
zは、0、1、2または3であり、かつ
(x+2y+z)=3である]のオルガノシランまたはオルガノシロキサンを少なくとも1種またはこれらの混合物を含有する。
R−SiR1 x(O)yR2 z (II)
[式中、
Rは、3〜20個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R1は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R2は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルコキシ基を表すか、またはヒドロキシ基を表し、その際、基R2は、同じか、または異なっていてもよく、
xは、0、1または2であり、
yは、0.0〜1.5であり、
zは、0、1、2または3であり、かつ
(x+2y+z)=3である]
のオルガノシランもしくはオルガノシロキサンを少なくとも1種またはこれらの混合物を含有することである。
R−Si(OR1)3+n(C2H5)NC2H4OH
→R−Si(OR1)3-n[(C2H5)NC2H4O]n+nR1OH
R−Si(OR1)3+nR2COOH
→R−Si(OR1)3-n(R2COO)nR1OH
得られる単相の混合物は通常液状であり、かつ低粘性である(粘度は通常、<10mPas、たとえば<5mPas、特に<1.5mPas)。粘度を調整するために付加的に溶剤を使用することができる。適切な溶剤はたとえばアルコール、有利にはエタノール、メタノールまたはイソプロパノールまたはベンジン炭化水素、たとえば石油ベンジンまたは溶剤燈油である。液状の防止剤混合物はコンクリート表面上に直接塗布するか、または公知の方法により水中油型エマルションとして調製し、かつ水性エマルションの形でコンクリート表面上に塗布する。水性エマルションの場合、低粘性のエマルション以外に高粘性のエマルションもまた適用することができる。高粘性のエマルションが有利な場合もいくつかある。特に適用工程で高い生成物量を塗布すべき場合である。記載の方法にとって重要なことは、十分な作用物質量(溶剤ではなく、エマルション=水の場合、連続相ではない)がコンクリート中に浸入することである。これを達成するために、複数回の塗布が有利であることが証明された。つまり、防止剤調製物をコンクリート表面に複数回塗布することである。この場合、測定される乾燥時間に注意すべきである。次の塗布を開始する前に、表面は少なくとも外観が乾燥していなくてはならない。所望の生成物量が支持体(コンクリート)によって吸収されるまで、この実施法を繰り返す。通常のコンクリートの場合、実地で少なくとも150g/m2の防止剤作用物質の総量を吸収するために、1〜6回の塗布が必要である。個々の塗布の数は、コンクリートの多孔度に依存する。コンクリートが緻密であるほど、個々の塗布が多数必要である。コンクリートのバインダー相の多孔度は、水/セメント比(w/c)により特徴付けられる。w/c比が低いほど、コンクリートのバインダー相は緻密である。200g/m2を上回る作用物質の吸収量が特に有利であり、殊に有利には400g/m2を上回る作用物質吸収量である。
上記第2工程にて鉄筋コンクリート構造物100の被補強面101にシラン系含浸材102を塗布した後、例えば、30〜60分経過することにより、シラン系含浸材102が構造物表面101から内部へと浸透すると共に、構造物表面が指触乾燥状態となる。好ましくは、更に、数時間、例えば4時間程度養生した後、この構造物表面101にプライマー103を、ヘラ、コテ、ローラなどの適当な塗布手段を用いて塗布し、プライマー層104を形成する(図7(c))。次に、本発明にて使用するプライマー103について説明する。
本発明にて、プライマー103は、エポキシ樹脂プライマーなどの、主剤としてのエポキシ樹脂と、ジアミン類のような硬化剤とを含む2成分型のエポキシ樹脂系プライマーとされる。更に、本発明のプライマー103は、シランカップリング剤を含み、その含有量は、0.1〜5.0重量%、好ましくは、1.0〜3.0重量%とされる。シランカップリング剤の含有量が5.0重量%を超えると、カップリング剤の効果よりもエポキシ樹脂の硬度低下などに影響を及ぼすため不適である。また、カップリング剤は少量で効果が得られるもののカップリング剤の含有量が0.1重量%未満ではシラン系含浸材102が塗布されたことにより以後において揮発される水分の影響を受け、プライマー103はコンクリートに対する有効な接着性能を示さない。
本発明に使用するプライマー103に混合されるシランカップリング剤は、当業者には周知のものを使用することができる。つまり、シランカップリング剤は、主成分が下記一般式(I)で示され、
Y−Si−(OX)3 (I)
ここで、
Yは有機材料と反応結合する有機官能基であり、アミノ基、メルカプト基、ビニル基、又は、エポキシ基とされ、
OXは無機材料と反応する無機官能基であり、アルコキシ基とされる、
有機ケイ素化合物である。また、必要に応じて、他の成分を含むこともできるが、シランカップリング剤は、純度100%品を使用することもできる。
上記にて理解されるように、シラン系含浸材102は、高分子化し、コンクリート中或いは鉄筋表面の水酸基(−OH)と反応して水分を排出する。本発明によれば、この時生じた水分は、プライマー103中のシランカップリング剤の無機官能基が取り込み、シラノールを生成することとなり、無機材料と反応結合し、且つ、エポキシ樹脂等の接着剤との接着性を改良する。
図7(d)、(e)に示すように、鉄筋コンクリート構造物の被補強面101にプライマー103を塗布することにより、被補強面101にプライマー層104が形成されると、このプライマー層104の上に接着剤105を塗布し、この面に、繊維シート1を押し付けて補強対象コンクリート構造物100の表面101に接着する。
(i)主剤:主成分としてエポキシ樹脂を含み、接着増強付与剤として、必要に応じてシランカップリング剤を含むものを使用する。エポキシ樹脂は、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、特に、靭性付与のためのゴム変性エポキシ樹脂とすることができ、更に、反応性希釈剤及び搖変剤を用途に応じて添加しても良い。
(ii)硬化剤:主成分としてアミン類を含み、必要に応じて、硬化促進剤を含み、添加剤として着色剤を含むものを使用し、主剤のエピクロルヒドリン:硬化剤のアミン当量比は1:1である。アミン類は、例えば、メタキシレンジアミン及びイソホロンジアミンを含む脂肪族アミンとすることができる。
本実験例では、図9に示すように、繊維シート1を接着工法に従ってコンクリート実験供試体100Tに接着し、せん断付着試験を行った。
実験供試体100Tの形状、寸法の概略を図9(a)、(b)、(c)に示す。実験供試体は、施工時のずれの生じにくい一体型(B型試験体)とし、載荷前ノッチ部100T1に打撃を与え、コンクリートを定着側(図9(a)、(b)にて左側)と、試験側(図9(a)、(b)にて右側)分離した。載荷は、インストロン型万能試験機(最大荷重100kN)を用いた。専用の治具で試験体両端のねじ部100T2を締めて固定し、引張荷重を与えることにより載荷し、評価した。
本実験例では、繊維シート1としては、図2を参照して具体例1として説明した構成の、即ち、炭素繊維fが一方向に配列された炭素繊維シート1Aであった。本実験例で使用した繊維シート1は、強化繊維fとしては、平均径7μm、収束本数24000本のPAN系炭素繊維を使用した新日鉄住金マテリアルズ株式会社製の高強度型炭素繊維シート(商品名:トウシート FTS−C1−20)を使用した。繊維目付量は1.0kg/m2であった。
シラン系含浸材102としては、主成分としてイソブチルトリエトキシシランとジエタノールアミンを含むエボニック デブサ ゲーエムベーハー製(ドイツ国)(商品名:「プロテクトシルCIT」)のシラン系含浸材を使用した。
本実験例では、プライマー103としては、エポキシ樹脂プライマーである新日鉄住金マテリアルズ株式会社製の湿潤面用エポキシ樹脂(商品名:FP−Si7)を使用した。このエポキシ樹脂プライマーは、主剤としてのエポキシ樹脂と、脂肪族アミンとされる硬化剤とを含む2成分型のエポキシ樹脂プライマーとされ、シランカップリング剤を3重量%、フィラーとして平均粒子径16μmの酸化チタン粉末を8重量%含有するものであった。
先ず、本実験例では、供試体100Tの被接着面101をディスクサンダーを使用して下地処理を行い被接着面101に付着している油膜、汚れ等を除去した。この供試体100Tの表面101に、シラン系含浸材102をローラ塗布にて0.528kg/m2塗布した。
本実験例では、本発明に従って補強されたコンクリート構造物100と繊維シート1との接着性能の評価試験を、JIS A 6909に規定する建研式試験に準拠して行った。
100 鉄筋コンクリート構造物
100T 実験供試体
101 被補強面
102 シアン系含浸材
103 プライマー
104 プライマー層
105 接着剤
Claims (19)
- 強化繊維を含む繊維シートを接着して一体化する鉄筋コンクリート構造物の補強方法において、
(a)前記鉄筋コンクリート構造物の表面にシラン系含浸材を塗布する工程と、
(b)前記シラン系含浸材が塗布された前記鉄筋コンクリート構造物の表面に、シランカップリング剤を含むプライマーを塗布してプライマー層を形成する工程と、
(c)前記プライマー層が形成された前記鉄筋コンクリート構造物の表面に前記繊維シートを接着剤にて接着する工程と、
を有することを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強方法。 - 前記プライマーの前記シランカップリング剤の含有量は、0.1〜5.0重量%であることを特徴とする請求項1に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記プライマーは、更に、粉状フィラーを0.1〜10重量%含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シランカップリング剤は、主成分が下記一般式(I)で示され、
Y−Si−(OX)3 (I)
ここで、
Yは有機材料と反応結合する有機官能基であり、
OXは無機材料と反応する無機官能基である、
有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。 - 前記有機官能基はアミノ基、メルカプト基、ビニル基、又は、エポキシ基であり、
前記無機官能基はアルコキシ基である、
ことを特徴とする請求項4に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。 - 前記シランカップリング剤は、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、又は、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シラン系含浸材は、成分Aとして一般式(II)
R−SiR1 x(O)yR2 z (II)
[式中、
Rは、3〜20個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R1は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を表し、
R2は、1〜4個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分枝鎖状のアルコキシ基を表すか、またはヒドロキシ基を表し、その際、基R2は、同じか、または異なっていてもよく、
xは、0、1または2であり、
yは、0.0〜1.5であり、
zは、0、1、2または3であり、かつ
(x+2y+z)=3である]のオルガノシランまたはオルガノシロキサンを少なくとも1種またはこれらの混合物、および成分Dとして、HO−CH2−CH2−N(CH3)2またはHO−CH2−CH2−N(C2H5)2またはこれらの混合物を含有し、かつ成分Aと成分Dとは、1:1〜26.2:1のモル比で含有されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。 - 前記シラン系含浸材は、成分Aとして、n−C3H7Si(OCH3)3、n−C3H7Si(OC2H5)3、i−C3H7Si(OCH3)3、i−C3H7Si(OC2H5)3、n−C4H9Si(OCH3)3、n−C4H9Si(OC2H5)3、i−C4H9Si(OCH3)3、i−C4H9Si(OC2H5)3、n−C5H11Si(OCH3)3、n−C5H11Si(OC2H5)3、i−C5H11Si(OCH3)3、i−C5H11Si(OC2H5)3、n−C6H13Si(OCH3)3、n−C6H13Si(OC2H5)3、i−C6H13Si(OCH3)3、i−C6H13Si(OC2H5)3、n−C8H17Si(OCH3)3、n−C8H17Si(OC2H5)3、i−C8H17Si(OCH3)3、i−C8H17Si(OC2H5)3、n−C10H21Si(OCH3)3、n−C10H21Si(OC2H5)3、i−C10H21Si(OCH3)3、i−C10H21Si(OC2H5)3、n−C16H33Si(OCH3)3、n−C16H33Si(OC2H5)3、i−C16H33Si(OCH3)3、i−C16H33Si(OC2H5)3または前記のアルキルアルコキシシラン1種以上からなる部分縮合物または前記のアルキルアルコキシシランからなる混合物、部分縮合物からなる混合物またはアルキルアルコキシシランと部分縮合物とからなる混合物を含有することを特徴とする請求項7に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シラン系含浸材は、成分Cとしてジノニルナフタリンスルホン酸またはこれらのアルカリ土類金属塩またはこれらの混合物を含有することを特徴とする請求項7又は8に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シラン系含浸材は、成分Aに対して成分Cを0〜50質量%の量で含有することを特徴とする請求項9に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シラン系含浸材は、成分Aに対して成分Cを0.01〜10質量%の量で含有することを特徴とする請求項10に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シラン系含浸材は、成分Aに対して成分Cを0.5〜5質量%の量で含有することを特徴とする請求項11に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記シラン系含浸材は、付加的な成分として、ジイソトリデシルアジペート、鉱油、ベンジン炭化水素、アルコール、レオロジー助剤、増粘剤またはこれらの混合物を含有することを特徴とする請求項7〜12のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記(b)工程にて使用する接着剤は、常温硬化型エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、MMA樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、光硬化型樹脂であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記(b)工程にて使用する接着剤は、常温硬化型エポキシ樹脂とされ、このエポキシ樹脂接着剤は、主剤、硬化剤の2成分型により提供され、
(i)主剤:主成分としてエポキシ樹脂を含み、接着増強付与剤として、必要に応じてシランカップリング剤等を含むものを使用する。
(ii)硬化剤:主成分としてアミン類を含み、主剤のエポキシ樹脂:硬化剤の各々のアミン当量比は1:1である。
組成とされることを特徴とする請求項1〜14のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。 - 前記繊維シートは、一方向に引き揃えた連続した強化繊維を互いに線材固定材にて固定した繊維シートであることを特徴とする請求項1〜15のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記繊維シートは、連続した強化繊維に樹脂が含浸され、前記樹脂が硬化された繊維シートであることを特徴とする請求項16に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記繊維シートは、強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され、硬化された連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、線材を互いに線材固定材にて固定した繊維シートであることを特徴とする請求項1〜15のいずれかの項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
- 前記繊維シートは、前記繊維強化プラスチック線材間に樹脂が含浸され、前記樹脂が硬化された繊維シートであることを特徴とする請求項18に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強方法。
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