JP2001288899A - 構造部材の断面修復工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリート構造部材の劣化部分を除去し、
この除去部分を置換材料で修復する場合に、後施工アン
カーなどの煩雑な工程を省略して施工の省力化を図り、
構造部材の寿命を縮めることもなく、既存躯体との一体
性を保持でき剥離事故を防止でき、構造物の耐用年数を
確実に長くできる。 【解決手段】 コンクリート構造物のコンクリート部材
の劣化部分３を除去し、この除去部分５を高靱性の繊維
補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４で置換す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物の柱や梁等の構造部材の劣化部分の断面修復工法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、道路橋・鉄道橋等の橋梁、桟橋
等の港湾構造物、集合住宅等の大規模建築物のコンクリ
ート構造部材が劣化した場合、これを補修する工法には
種々のものがあるが、その一つに構造部材の断面表層部
分の劣化部分を除去し、必要に応じて鉄筋を補強するな
どした後、除去部分を健全な材料で置換する断面修復工
法が一般的なものとして用いられている。

【０００３】この断面修復工法に用いる材料としては、
ポリマーセメントモルタルやポリマーモルタルの樹脂系
材料、またはモルタル等のセメント系材料があり、構造
部材の劣化部分を除去した後の除去部分に型枠などを組
み、該型枠内に前記材料を流し込んで、既存部分と一体
化させることで修復を行っている。

【０００４】または、前記のように型枠を使用せずに材
料にはセメント系材料を用い、これを吹き付けによる工
法で既存部分と一体化させるものもある。この場合、吹
き付けモルタルにはアクリル等の繊維を混合させ、吹き
付け厚さの増加、仕上げ性の向上等を図り、吹き付けの
施工性が改善されるようにするとともに、乾燥収縮ひび
割れの低減を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】置換材料としてポリマ
ー系材料は、材料の強度および遮蔽性が高いという利点
を有するが、材料が高価であること、また、弾性係数や
熱膨張係数が既存躯体のコンクリートと大きく異なるた
め、外力が繰り返し加わると、この外力により既存部分
との間に剥離が生じて剥落しやすい欠点がある。

【０００６】一方、セメント系材料は、安価であるが、
強度、靱性が小さい。そのため、繰り返し外力や鉄筋腐
食によってひび割れが生じて既存躯体との一体性を保持
できなくなり、破壊、剥離のおそれがある。

【０００７】また、工法として、吹き付けによる方法
は、既存部分と新設部分との一体性を保持するために、
既存部分に後打ちアンカーを設置することが必要となる
が、既存部分にアンカーを設置することは、工程が煩雑
化するだけでなく、このアンカー設置部分を傷めること
になり、却って構造部材の寿命を縮めることになる場合
もある。

【０００８】なお、吹き付けモルタルには前記のように
アクリル等の繊維が含まれているが、これは断面修復に
用いる材料の引張強度の機械的な特性の向上を意図した
ものではない。よって、繰り返し載荷疲労や温冷と湿乾
の繰り返しによる過酷な環境下におかれる構造物にあっ
ては、前記繊維がひび割れの防止に貢献することは少な
く、鉄筋の腐食が原因の膨張圧によるひび割れも加わっ
て、断面補修した部分が剥離して落下する事故発生のお
それがある。

【０００９】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、構造部材の劣化部分を除去し、この除去部分を置換
材料で修復する場合に、後施工アンカーなどの煩雑な工
程を省略して施工の省力化を図り、構造部材の寿命を縮
めることもなく、既存躯体との一体性を保持でき剥離事
故を防止でき、構造物の耐用年数を確実に長くできる構
造部材の断面修復工法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、第１に、コンクリート構造物の柱や梁およ
び床版等のコンクリート部材の劣化部分を除去し、この
除去部分を高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性
ＦＲＣ材料）で置換することを要旨とするものである。

【００１１】第２に、高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の
硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示す
クラック分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（Ｐｏ
ｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材
比40％以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０
以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３Ｖ
ｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したことを
要旨とするものである。〔Ｆ１〕 繊維径：40〜50μ
ｍ、繊維長：５〜20ｍｍ、繊維引張強度：1000ＭＰａ〜
1500ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：700 ＭＰａ〜
1000ＭＰａ未満。

【００１２】第３に、高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の
硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示す
クラック分散型であって、下記〔Ｆ２〕のＰＶＡ（Ｐｏ
ｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材
比30％以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０
以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏ
ｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したことを要
旨とするものである。〔Ｆ２〕 繊維径：70μｍ以下、
繊維長：５〜30ｍｍ、繊維引張強度：1500ＭＰａ〜2400
ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1800
ＭＰａ以下。

【００１３】請求項１記載の本発明によれば、構造部材
の劣化部分を除去し、この除去部分を高靱性の繊維補強
セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）で置換すること
により、繰り返し外力が加わったり、鉄筋腐食が生じて
もひび割れを微小な幅に抑えることができ、既存部分と
の一体性を保持できて補修部分の破壊・剥落などの事故
発生を防止でき、耐用年数も長くできる。さらに、既存
部分との一体化を図るためのアンカー等の設置も不要と
なり、施工性の向上が図れる。

【００１４】請求項２、３記載の本発明によれば、前記
作用に加えて、この調合のマトリクスと繊維配合量によ
り、引張ひずみが１％を越えるような高靱性ＦＲＣ材料
が得られる。そして、かかる引張ひずみが１％を越える
高靱性ＦＲＣ材料を補修材料として用いることで、載荷
方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック（マ
ルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現象が
生じる。よって、ひび割れを確実に微小な幅に制御でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面について本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１〜図３は本発明の構造部
材の断面修復工法の梁に施工した場合の実施形態を示
し、工法の基本構成としては、従来周知のように、コン
クリート構造物の柱、梁、床、壁など全ての構造部材に
対して、その断面表層部分の劣化部分を除去し、必要に
応じて鉄筋を補強するなどした後、除去部分を健全な材
料で置換する断面修復工法である。図１〜図３に示す実
施形態では、修復する対象が梁部材１であり、該梁部材
１は凍害等により表面から内部にかけて劣化部分３があ
る。図中２は梁鉄筋を示す。

【００１６】本発明では、劣化部分３のコンクリートに
ウォータージェット工法等によりジェット水を吹き付け
て、図２に示すようにこの劣化部分３を除去し、内部の
梁鉄筋２を露出させる。

【００１７】次に、吹き付けまたは左官工法による塗り
上げによって高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱
性ＦＲＣ材料）４をこの除去部分５に吹き付けまたは塗
り付けて置換し、断面修復する。

【００１８】この高靱性の繊維補強セメント複合材料
（高靱性ＦＲＣ材料）４は、第１例として、材令28日の
硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示す
クラック分散型であって、基本的には下記〔Ｆ１〕のＰ
ＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維
を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１．５越え３Ｖｏ
ｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものであ
る。 〔Ｍ１〕 水結合材比40％以上、かつ、砂セメント比
（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）、セメントの一部
をフライアッシュで置換、置換率は全結合材料量に対し
て重量比で30％以下（０を含む）、乾燥および結合材の
硬化に伴う体積収縮を低減するため、膨張性混和材およ
び収縮低減剤を添加。 〔Ｆ１〕 繊維径：40〜50μｍ、繊維長：５〜20ｍｍ、
繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1500ＭＰａ未満、みかけの
繊維引張強度：700 ＭＰａ〜1000ＭＰａ未満。

【００１９】前記膨張性混和材は市販のエトリンガイド
系および石灰系が使用可能で、添加比率は結合材料に対
して外割で重量比10％以下（０を含む）。

【００２０】収縮低減剤は市販のアルコール系が使用可
能で、添加比率は結合材料に対して外割で重量比７％以
下（０を含む）。

【００２１】前記引張ひずみは、材令28日以上の硬化体
の引張試験で得られる応力ー歪み曲線において、最大引
張応力値でのひずみ量（％）をいう。実際には、材令２
８日での試験体の引張試験（例えば断面30ｍｍ×13ｍｍ
の試験体を80ｍｍの試験区間で引張試験を行う）におけ
る引張ひずみ（％）で代表される。

【００２２】この引張ひずみが１％以上であることは、
載荷方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック
（マルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現
象が生じていることを意味する。

【００２３】高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱
性ＦＲＣ材料）４は、第２例として、高靱性ＦＲＣ材料
は、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが
１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ２〕
のＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊
維を、〔Ｍ２〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．
％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである。 〔Ｍ２〕 水結合材比30％以上、かつ、砂セメント比
（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）、セメントの一部
をフライアッシュで置換、置換率は全結合材料量に対し
て重量比で30％以下（０を含む）、乾燥および結合材の
硬化に伴う体積収縮を低減するため、膨張性混和材およ
び収縮低減剤を添加。 〔Ｆ２〕 繊維径：70μｍ以下、繊維長：５〜30ｍｍ、
繊維引張強度：1500ＭＰａ〜2400ＭＰａ未満、みかけの
繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1800ＭＰａ以下。

【００２４】前記膨張性混和材は市販のエトリンガイド
系および石灰系が使用可能で、添加比率は結合材料に対
して外割で重量比10％以下（０を含む）。

【００２５】収縮低減剤は市販のアルコール系が使用可
能で、添加比率は結合材料に対して外割で重量比７％以
下（０を含む）。

【００２６】本発明は前記したような高靱性の繊維補強
セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４で除去部分５
を置換するものであるが、この高靱性の繊維補強セメン
ト複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４の施工の際に既存部
分10と新設の高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱
性ＦＲＣ材料）４による補修部分６との一体化をさらに
高めるためには、高靱性の繊維補強セメント複合材料
（高靱性ＦＲＣ材料）４の施工に先行して既存部分10の
コンクリートを湿潤状態にしたり、あるいは、既存部分
10の表面にポリマー系の接着剤を塗布または吹き付けな
どする。

【００２７】また、補修部分６の剥落の危険を完全にの
ぞくには、図２に示すように梁鉄筋２を全周にわたって
露出させる部分を設けることが望ましい。

【００２８】図４〜図６は鉄筋８が配筋された柱部材７
を補修する場合で、梁部材１と同様に例えばウォーター
ジェット工法などによる方法で、図５に示すように劣化
部分であるかぶり部分９を除去し、鉄筋８を露出させ、
図６に示すようにこの除去部分に高靱性の繊維補強セメ
ント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４を吹き付けまたは
塗り付けて断面修復する。

【００２９】こうして、高靱性の繊維補強セメント複合
材料（高靱性ＦＲＣ材料）４による補修部分６で既存部
分10の全周面を包むように閉じる。よって、柱部材７の
補修の場合は、補修部分６の剥落のおそれは少なく、梁
部材１の梁鉄筋２の場合のように水平方向及び垂直方向
の梁鉄筋２の全てを全周にわたって露出させる必要はな
いもので、前記のようにかぶり部分９だけを除去して水
平方向の鉄筋８の外側だけを露出すれば足りる。

【００３０】図７〜図９は鉄筋８が配筋された床版11を
補修する場合で、前記梁部材１や柱部材７と同様にウォ
ータージェット工法などによる方法で、図７、図８に示
すように劣化部分を除去し、鉄筋８を露出させ、図９に
示すようにこの除去部分５に高靱性の繊維補強セメント
複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４を吹き付けまたは塗り
付けて断面修復する。こうして、高靱性の繊維補強セメ
ント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）による補修部分６を
既存部分10に一体化する。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構造部材の断
面修復工法は、柱、梁、床、壁等の構造部材の劣化部分
を断面修復する場合に、置換材料として鋼材に匹敵する
ひずみ能力を有する高靱性ＦＲＣ材料を用いるので、外
力や温度変化の繰り返しによって構造部材が変形しても
大きなひび割れ幅を生じることなく耐えることができ、
過大にひび割れに起因する鉄筋腐食を抑制することがで
きる。

【００３２】また、ひび割れを微小な幅（例えば0.05ｍ
ｍ以下）に制御できるので、ひび割れからの水の浸透を
防ぐことも可能である。ひび割れからの全ての浸透を防
ぐことができない場合でも、浸透量はひび割れ幅の３乗
に比例すると言われており、ひび割れ幅を制御できるこ
とは浸透量を大きく制限することができることになる。
そして、ひび割れからの水の浸透を防ぐことにより、水
に溶解してコンクリートに浸入しコンクリートを劣化さ
せる硫酸塩や酸等の物質から構造部材を防護でき、特に
過酷な環境にある港湾構造物などにおける補修部材の共
用年数の延長に大きく貢献することができる。

【００３３】なお、補修後の構造部材でもマクロセルの
形成などにより鉄筋の腐食がさらに進行することが予想
されるが、かかる場合、補修材料に高い変形能力を有し
ている高靱性ＦＲＣ材料を用いるので、鉄筋の腐食膨張
による膨張圧に抵抗しこれを著しく緩和して、破壊・剥
落を防止し、さらにはひび割れ幅も微小な値に制限する
ことができる。

【００３４】さらに高靱性ＦＲＣ材料を既存のコンクリ
ート上に後打設した場合の界面の挙動は、靱性に富み、
かつ、高い面内剪断力に耐えることができるものである
ことから、高靱性ＦＲＣ材料を既存のコンクリート構造
物の構造部材の断面補修材料とすることで、既存部分と
新設部分との一体化をより強固なものにできる。

【００３５】そして、既存部分と新設部分との一体化を
図るためにアンカーなどを設置する必要がないから、既
存躯体を傷めるおそれもなく、構造物の耐用年数をかえ
って短くすることもないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構造部材の断面修復工法を梁部材に実
施した場合の補修前の梁部材の横断平面図である。

【図２】本発明の構造部材の断面修復工法を梁部材に実
施した場合の劣化部分を除去した状態の梁部材の横断平
面図である。

【図３】本発明の構造部材の断面修復工法を梁部材に実
施した場合の補修後の梁部材の横断平面図である。

【図４】本発明の構造部材の断面修復工法を柱部材に実
施した場合の補修前の柱部材の横断平面図である。

【図５】本発明の構造部材の断面修復工法を柱部材に実
施した場合の劣化部分を除去した状態の柱部材の横断平
面図である。

【図６】本発明の構造部材の断面修復工法を柱部材に実
施した場合の補修後の柱部材の横断平面図である。

【図７】本発明の構造部材の断面修復工法を床版に実施
した場合の補修前の床版の縦断側面図である。

【図８】本発明の構造部材の断面修復工法を床版に実施
した場合の劣化部分を除去した状態の床版の縦断側面図
である。

【図９】本発明の構造部材の断面修復工法を床版に実施
した場合の補修後の床版の縦断側面図である。

【符号の説明】

１…梁部材 ２…梁鉄筋 ３…劣化部分 ４…高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ
材料） ５…除去部分 ６…補修部分 ７…柱部材 ８…鉄筋 ９…かぶり部分 10…既存部分 11…床版

フロントページの続き (72)発明者 金氏 眞 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 坂田 昇 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 平石 剛紀 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 2D059 BB15 GG01 GG40 2E176 AA03 AA04 BB01 BB27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート構造物のコンクリート部材
   の劣化部分を除去し、この除去部分を高靱性の繊維補強
   セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）で置換すること
   を特徴とする構造部材の断面修復工法。
2. 【請求項２】 高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体
   の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラッ
   ク分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖ
   ｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材比40％
   以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下
   （０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３Ｖｏ
   ｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものであ
   る請求項１記載の構造部材の断面修復工法。 〔Ｆ１〕 繊維径：40〜50μｍ、繊維長：５〜20ｍｍ、
   繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1500ＭＰａ未満、みかけの
   繊維引張強度：700 ＭＰａ〜1000ＭＰａ未満。
3. 【請求項３】 高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体
   の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラッ
   ク分散型であって、下記〔Ｆ２〕のＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖ
   ｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材比30％
   以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下
   （０を含む）の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％
   の配合量で、３次元ランダムに配合したものである請求
   項１記載の構造部材の断面修復工法。 〔Ｆ２〕 繊維径：70μｍ以下、繊維長：５〜30ｍｍ、
   繊維引張強度：1500ＭＰａ〜2400ＭＰａ未満、みかけの
   繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1800ＭＰａ以下。