JP2002242447A - コンクリート構造物の補強および補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、コンクリート構造物に対
し、ＦＲＰを用いて補強および補修を行う場合、ＦＲＰ
の補強繊維として耐アルカリ性にすぐれたガラス繊維を
用いることにより、コンクリートから溶出したアルカリ
が樹脂中に浸透しても強度の劣化が少ない、コンクリー
ト構造物の補強および補修方法を提供することにある。 【構成】 本発明のコンクリート構造物の補強および補
修方法は、熱硬化性樹脂をコンクリート構造物に塗布
し、ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有している耐アルカリ
性ガラス繊維からなるシート状繊維補強材を積層し、こ
の補強材に前記樹脂を含浸し、硬化させることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主としてコンクリー
ト構造物の補強および補修方法に関し、より詳しくは、
耐アルカリ性ガラス繊維補強プラスチックによるコンク
リート構造物の補強および補修に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート構造物は、コンクリートの
中性化や微細クラックからの水の進入などにより、その
中に埋め込まれた鉄筋等の金属に錆が発生すると、その
体積膨張によりクラックが発生したり、破壊したりする
ことがよく知られている。コンクリート中の塩素イオン
濃度が高い場合、その進行は急激に進む。

【０００３】その補修は一般に、下地調整、ひび割れ補
修および断面修復、はく落防止対策の順で行われる。下
地調整には、はつり処理と下地処理工程があり、点検に
よりコンクリート構造物に浮きやはく離等の性状が確認
された箇所に対し、コンクリートのはつり処理が行われ
る。その後、はく落防止材との接着を確保するため、サ
ンドブラストやウォータージェット等による下地処理が
行われる。下地調整が済んだ後、必要に応じて、エポキ
シ樹脂系または無機系注入材によるひび割れ補修および
断面修復が行われ、最後にはく落防止対策が行われる。

【０００４】はく落防止対策に、繊維補強プラスチック
（ＦＲＰ）を貼り付ける方法がある。

【０００５】ＦＲＰによる補強方法は、コンクリート構
造物の部位面に直接熱硬化性樹脂を含浸させたＦＲＰ補
強体を接着したものであるため、ＦＲＰには耐アルカリ
性が要求される。ＦＲＰの補強繊維として一般に使用さ
れているプラスチック補強用のガラス繊維(Ｅガラス)
は、耐アルカリ性を有しておらず、コンクリート構造体
から溶出するアルカリ性物質が樹脂中に浸透することに
より、Ｅガラスが劣化し、ＦＲＰ補強体の強度が低下し
てしまい、充分なはく落防止効果が得られなくなる恐れ
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コン
クリート構造物に対し、ＦＲＰを用いて補強および補修
を行う場合、ＦＲＰの補強繊維として耐アルカリ性にす
ぐれたガラス繊維を用いることにより、コンクリートか
ら溶出したアルカリが樹脂中に浸透しても強度の劣化が
少ない、コンクリート構造物の補強および補修方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のコンクリート構
造物の補強および補修方法は、熱硬化性樹脂をコンクリ
ート構造物に塗布し、ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有し
ている耐アルカリ性ガラス繊維からなるシート状繊維補
強材を積層し、この補強材に前記樹脂を含浸し、硬化さ
せることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明において、コンクリート構造物とはコン
クリート、セメントモルタル、ポリマーセメントモルタ
ル等のセメント系材料で構築された構造物を指し、具体
的には、橋梁、床版、高層から低層の一般建築物の柱・
梁・壁面、地下構造物、トンネル内面等である。

【０００９】本発明のコンクリート構造物の補強および
補修方法は、その表面に接着する補強ＦＲＰの補強材に
耐アルカリ性に優れたガラス繊維を使っているため、樹
脂中にアルカリ性物質が浸透しても、ガラス繊維が浸食
されにくい。したがってアルカリ性物質に接する用途に
おいてもガラス繊維と樹脂との界面の強固な接着が確保
されるとともに、ガラス繊維自体の引張強度の低下が小
さくなり、長期間にわたって、ガラス繊維の補強効果が
維持され、コンクリート構造物の耐久性を著しく高める
ことができる。

【００１０】耐アルカリ性に優れるガラス繊維の具体的
組成は、質量百分率で、ＳｉＯ₂５４〜６５％、ＺｒＯ₂
１４〜２５%、Ｌｉ₂Ｏ ０〜５％、Ｎａ₂Ｏ １０〜１
７％、Ｋ₂Ｏ ０〜８％、ＲＯ（ただし、ＲはＭｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）０〜１０％、ＴｉＯ₂
０〜７％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜２％であり、より好ましく
は、質量百分率でＳｉＯ₂ ５７〜６４％、ＺｒＯ₂ １
８〜２４％、Ｌｉ₂Ｏ ０．５〜３％、Ｎａ₂Ｏ １１〜
１５％、Ｋ₂Ｏ １〜５％、ＲＯ（ただし、ＲはＭｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）０．２〜８％、ＴｉＯ
₂ ０．５〜５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１％である。

【００１１】このようにガラス繊維の組成を限定した理
由は以下の通りである。

【００１２】ＳｉＯ₂は、ガラスの骨格を構成する成分
であり、耐アルカリ性を向上させる作用を有するが、５
４％より少ないとその効果が小さく、６５％より大きい
とガラスの溶融が困難となるため好ましくない。より好
ましい範囲は５７〜６４％である。

【００１３】ＺｒＯ₂は、ガラスの耐アルカリ性を向上
させる成分であるが、１４％より少ないとその効果が小
さく、２５％より大きいとガラスの溶融が困難となるた
め好ましくない。より好ましい範囲は１８〜２４％であ
る。

【００１４】Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏのアルカリ
金属酸化物は、いずれも融剤として作用し、ガラスの溶
融を促進するとともにガラス繊維の紡糸温度（ＴＦ）を
引き下げ、紡糸を容易にする成分である。しかしなが
ら、Ｌｉ₂Ｏは、原料が非常に高価であるため、５％よ
り多くなると、製品のコストを押し上げるので好ましく
ない。またＮａ₂Ｏが１０％より少なくなると、上記効
果が小さく、１７％より多くなると、ガラスの失透温度
（ＴＬ）が高くなり、紡糸が困難となるため好ましくな
い。さらにＫ２Ｏが８％より多くなると、ＴＬが上昇す
るため好ましくない。なお、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ
₂Ｏを組み合わせることにより、ＴＬを低下させること
が可能であり、これらの各成分のより好ましい範囲は、
Ｌｉ₂Ｏ０．５〜３％、Ｎａ₂Ｏ １１〜１５％、Ｋ₂Ｏ
０．１〜５％である。

【００１５】ＲＯ（アルカリ土類金属酸化物）は、ガラ
スの耐水性を向上させる成分であるが、１０％より多く
なると、ＴＬが上昇するため好ましくない。ＲＯのより
好ましい範囲は、０．２〜８％である。

【００１６】ＴｉＯ₂はＴＬを下げる効果があるが、７
％を越えるとガラスの溶融が困難となるため好ましくな
い。より好ましい範囲は、０．５〜５％である。

【００１７】Ａｌ₂Ｏ₃が多すぎると、ＴＬが著しく上昇
するため、２％以下、好ましくは１％以下とする。

【００１８】また本発明で用いられる熱硬化性樹脂は特
に限定されないが、成形性や材料コスト等を考慮する
と、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル
樹脂が適している。なかでも、耐アルカリ性と耐候性の
よいエポキシ樹脂が最も適している。熱硬化性樹脂に対
するガラス繊維の含有率は、１０〜８０質量％とするこ
とが望ましい、すなわち、ガラス含有率が１０質量％未
満では、ガラス繊維の補強効果が充分に得られず、８０
質量％より多いと、樹脂の含浸性が悪くなり、施工性が
低下するためである。

【００１９】本発明で用いられるシート状繊維補強材と
して、ネット、コンティニアスストランドマット、ペー
パー、チョップドストランドマットなどがあげられる。

【００２０】ネットを用いる場合、その目間隔は、特に
限定されないが、目間隔が１００ｍｍ以上のネットは、
製造が非常に困難であり、かつ、作業時の取り扱いが困
難となるため好ましくない。ネットの織り方について
は、組布や絡み織り等どのようなものであっても使用す
ることが出来る。

【００２１】いずれのシート状繊維補強材を使用する場
合でも、水性ポリマーディスパージョンをシート状繊維
補強材に塗布するなどして目止めされていれば、目ずれ
などがなく取り扱いやすい。その水性ポリマーディスパ
ージョンは使用するエポキシなどの熱硬化性樹脂となじ
みのよいものを使用すると、施工時の樹脂とネットとの
含浸が早くなり好ましい。

【００２２】シート状繊維補強材の単位面積当たりの質
量（目付）が小さすぎると充分な補強効果が得られず、
積層枚数を増やす必要があり、積層含浸作業に手間がか
かるため、最低でも５０ｇ／ｍ²以上、好ましくは１０
０ｇ／ｍ²以上であるとよい。

【００２３】コンクリート構造物へのＦＲＰの接着は、
一般に、コンクリート下地のプライマー処理、不陸調
整、コンクリートへの熱硬化性樹脂の塗布、シート状繊
維補強材の積層、熱硬化性樹脂の塗布およびシート状繊
維補強材への含浸、仕上げ材の塗布の手順で行われる。

【００２４】プライマー、不陸調整材は、ＦＲＰの充分
な補強効果を得るため、コンクリートおよび使用する熱
硬化性樹脂との接着強度が十分確保できるものを使用す
ることが望ましい。

【００２５】熱硬化性樹脂の塗布方法は、スプレーやロ
ーラー等の一般的な方法でよく、脱泡ローラーやゴムベ
ラなどで均一な厚みにする。

【００２６】コンクリート構造物の補強および補修を行
う箇所は垂直面やコンクリートの下面となることが多
く、硬化前のＦＲＰのずれ落ちや脱落を引き起こす場合
がある。それらを防止するためには、適度な粘度とＪＩ
ＳＡ６０２４（１９９８）に定められたチクソトロピッ
クインデックスを持つ熱硬化性樹脂を選定する必要があ
る。ガラス繊維ネットへの充分な含浸の確保とずれ落ち
や脱落を防止するためには、粘度が５〜２０Ｐａ・Ｓ
で、チクソトロピックインデックスが４〜６である熱硬
化性樹脂を使用するとよい。

【００２７】シート状繊維補強材を熱硬化性樹脂層に埋
め込む際には、その補強効果を最大限に発揮させるた
め、シート状繊維補強材が弛まないように埋め込むのが
好ましい。例えばシート状繊維補強材の相対する２辺ま
たは４隅をシートが弛まないように互いに引っ張りなが
ら熱硬化性樹脂層に押しつけるとよい。また、柱などの
場合は、シート状繊維補強材を１周以上させればよい。

【００２８】非常に大きな面に施工する場合は、シート
状繊維補強材の打ち継ぎ部が発生するが、シートの連続
性を保つため、その重なり部分を最低でも１ｃｍ以上確
保することが望ましい。

【００２９】ＦＲＰ層を形成後仕上げ材または防水材な
どの塗布を行う。熱硬化性樹脂の紫外線による劣化を防
止するため、充分な耐候性、特に紫外線に対する耐久性
のよい材料を使用するとよい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のコンクリート構造
物の補修方法を詳細に説明する。

【００３１】表１、２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．
1〜５）と比較例（試料Ｎｏ．６）をそれぞれ示してい
る。試料Ｎｏ．６は、Ｅガラスの組成を示すものであ
る。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】各試料は、次のようにして作成した。

【００３５】まず、表中の各組成を有するガラス長繊維
を紡糸し、シート状繊維補強材の一例であるネットを作
成するための連続繊維(ロービング)として、そのストラ
ンド番手が１１００ｔｅｘである耐アルカリ性ガラス繊
維を準備した。

【００３６】次いでそのロービングを用い、目付が１９
０ｇ／ｍ²になるようネットを作成した。織り上がった
ネットに対し、固形分で約１５質量％のエポキシ系水性
ポリマーディスパージョンを塗布し、目止め処理を行っ
た。

【００３７】補強対象のコンクリート構造物として、セ
メント、最大粒径５．０ｍｍの細骨材、最大粒径２５ｍ
ｍの粗骨材、混和剤（高性能ＡＥ減水剤）を用いて、セ
メント２６９ｋｇ／ｍ³、細骨材８２０ｋｇ／ｍ³、粗骨
材１０２３ｋｇ／ｍ³、水１７２ｋｇ／ｍ³、混和剤３ｋ
ｇ／ｍ³からなる１５ｃｍ×１５ｃｍ×５３ｃｍのコン
クリート硬化体を作成した。

【００３８】２０℃、６０％ＲＨで２週間養生後のコン
クリート硬化体に対し、粘度９Ｐｓ・Ｓ、チクソトロピ
ックインデックス４の常温硬化型のエポキシ樹脂と表１
に示すガラス組成を有するネットによる補強を行った。
コンクリート硬化体の５３×１５ｃｍの１面をサンダー
により下地処理し、エポキシ系プライマーを塗布した
後、上記のエポキシ樹脂を５０ｇ塗布し、表１に示すガ
ラス組成を持ったネットを２枚積層し、溝付の脱泡ロー
ラーによりエポキシ樹脂を含浸させ、その上からエポキ
シ樹脂４０ｇを塗布、含浸させ、ＦＲＰ層を形成し、Ｆ
ＲＰ補強コンクリートを得た。

【００３９】常温において１週間保存したＦＲＰ補強コ
ンクリートと補強前のコンクリート硬化体に対し、曲げ
スパン４５０ｍｍの三等分点曲げ試験を行った。なお、
載加速度は２ｍｍ／ｍｉｎ、試験体数はｎ＝３で行っ
た。ＦＲＰ補強コンクリートはＦＲＰを接着した面を下
にして載荷を行った。

【００４０】上記試験において使用したネットの元糸と
して使用したロービングとエポキシ樹脂を用い、ガラス
繊維含有率６５質量％のＦＲＰロッドを作製した。作製
したロッドを５５０mmに切断し、両端を木綿糸で結ぶこ
とにより、歪が３％になるようにアーチ型に曲げた。こ
のＦＲＰロッドの先端を６０℃、２０質量％水酸化ナト
リウム溶液に浸漬し、ロッドが折れるまでの時間を測定
した。

【００４１】補強前のコンクリートの曲げ強度は２．５
ＭＰａであったが、表１、２に示すように、Ｅガラスを
使用した比較例も含め、曲げ強度は大幅に向上している
ことがわかる。しかしながら、コンクリートを補強した
ＦＲＰと全く同じ材料を使用して作成したＦＲＰロッド
の耐アルカリ性に大きな差が見られた。Ｅガラスを使用
した比較例は、アーチ型に曲げたロッドを６０℃、２０
質量％水酸化ナトリウム溶液に浸漬したとき、３０時間
でロッドが折れたのに対し、全ての実施例では、１７０
時間浸漬してもロッドの破損はなく、耐アルカリ性にも
すぐれていることがわかる。

【００４２】全ての実施例は、Ｅガラスを使用した比較
例のＦＲＰ補強コンクリートと同程度の補強効果を有
し、その耐アルカリ性はＥガラスを使用したＦＲＰより
も優れていることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明のコンクリート構
造物の補強および補修方法は、コンクリートを補強する
ＦＲＰの補強材として耐アルカリ性に優れたガラス繊維
を使用しているため、コンクリート構造物などからアル
カリ性物質が樹脂中に浸透しても、強度の低下が少な
く、コンクリート構造物の耐久性を著しく高める。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂をコンクリート構造物に塗
   布し、ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有している耐アルカ
   リ性ガラス繊維からなるシート状繊維補強材を積層し、
   この繊維補強材に前記樹脂を含浸し、硬化させることを
   特徴とするコンクリート構造物の補強および補修方法。
2. 【請求項２】 ガラス繊維の組成が、質量百分率で、Ｓ
   ｉＯ₂ ５４〜６５％、ＺｒＯ₂ １４〜２５%、Ｌｉ₂Ｏ
   ０〜５％、Ｎａ₂Ｏ １０〜１７％、Ｋ₂Ｏ０〜８％、
   ＲＯ（ただし、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表
   す）０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜７％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜
   ２％を含有し、耐アルカリ性に優れていることを特徴と
   するシート状繊維補強材を使用した請求項１記載のコン
   クリート構造物の補強および補修方法。
3. 【請求項３】 ガラス繊維の組成が、質量百分率で、Ｓ
   ｉＯ₂ ５７〜６４％、ＺｒＯ₂ １８〜２４％、Ｌｉ₂
   Ｏ ０．５〜３％、Ｎａ₂Ｏ １１〜１５％、Ｋ₂Ｏ １
   〜５％、ＲＯ（ただし、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、
   Ｚｎを表す）０．２〜８％、ＴｉＯ₂ ０．５〜５％、
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１％を含有し、耐アルカリ性に優れてい
   ることを特徴とするシート状繊維補強材を使用した請求
   項１記載のコンクリート構造物の補強および補修方法。