JP2003129672A - 構造物の表面補強方法および表面補強構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 その表面にわれや剥がれが生じ難く、かつ、
不燃性を要求される構造物に適用可能な構造物の表面補
強方法および不燃性を有する表面補強構造物を提供す
る。 【解決手段】 構造物１の表面に熱硬化性樹脂と強化繊
維とを用いて補強層２を形成し、上記補強層の表面にそ
の硬化物が不燃性を示す無機シリコーン塗料の塗膜層３
を形成する構造物１の表面補強方法および構造物１の表
面に熱硬化性樹脂と強化繊維とを用いた補強層２を形成
し、上記補強層２の表面にその硬化物が不燃性を示す無
機シリコーン塗料の塗膜層３を形成した不燃性を有する
表面補強構造物。

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
物や鋼構造物等の構造物の表面補強方法および表面補強
構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木・建築分野におけるトンネル、ダ
ム、煙突、橋脚、道路橋床板などの既存の構造物、特に
コンクリート構造物は、長年にわたる使用による老朽・
劣化及び地震などの損傷による強度低下のため、剥落等
の問題が生じており、構造物の表面補強が必要となる例
が増えている。

【０００３】一般的なコンクリート構造物の表面補強方
法としては、炭素繊維やアラミド繊維等の強化繊維にエ
ポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたいわゆるプリ
プレグをコンクリート構造物に接着させて、その後、熱
硬化性樹脂を硬化させて、強化する方法等（特開平３−
２２４９６６号公報、特開平７−３４６７７号公報等参
照）が知られている。

【０００４】ところが、上記、熱硬化性樹脂と強化繊維
とを用いて補強層を形成する表面補強方法は、熱硬化性
樹脂及び強化繊維が可燃性であるため、構造物が不燃で
あることを要求されるトンネル内等の構造物の表面補強
には、適用することができないという問題があった。

【０００５】なお、一般に不燃性を有するモルタル等を
上記補強層の表面に形成することで、不燃化をはかるこ
とも考えられるが、モルタル等はわれや剥がれを起こし
やすいという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたものであり、その表面にわれや剥がれが
生じ難くて、かつ、不燃性を要求される構造物に適用可
能な構造物の表面補強方法および不燃性を有する表面補
強構造物を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の構
造物の表面補強方法は、構造物の表面に熱硬化性樹脂と
強化繊維とを用いて補強層を形成した後、上記補強層の
表面にその硬化物が不燃性を示す無機シリコーン塗料の
塗膜層を形成することを特徴としている。

【０００８】なお、ここで、その硬化物が不燃性を示す
無機シリコーン塗料とは、建築用コンクリートブロック
（ＪＩＳ−Ａ５４０６）を５×１５０×７０ｍｍのコン
クリート板とし、その上面に無機シリコーン塗料を塗布
した後、硬化させて、膜厚が６０μｍの塗膜層を形成
し、その塗膜面を１．０〜１．５ｋＪ／ｈに調整された
ガスコンロ上の炎に１５秒間曝しても燃えることのない
塗膜層を形成する無機シリコーン塗料のことをいうもの
とする。そして、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結
合）を主鎖とし、主にシラノール縮合により硬化して塗
膜層を形成する塗料が、本発明でいう無機シリコーン塗
料である。

【０００９】請求項２に係る発明の構造物の表面補強方
法は、請求項１記載の表面補強構造物において、上記構
造物がコンクリート構造物であることを特徴としてい
る。

【００１０】請求項３に係る発明の構造物の表面補強方
法は、請求項１又は請求項２記載の表面補強構造物にお
いて、上記強化繊維がシート状であることを特徴として
いる。

【００１１】請求項４に係る発明の構造物の表面補強方
法は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面補
強構造物において、上記無機シリコーン塗料が一般式Ｒ
Ｓｉ（ＯＲ）₃ （但し、Ｒは同一又は異種の１価の炭化
水素基を示す）で表される３官能アルコキシシランの加
水分解物を含むことを特徴としている。

【００１２】請求項５に係る発明の構造物の表面補強方
法は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の表面補
強構造物において、上記補強層を形成した後に、上記補
強層と上記塗膜層との中間の位置に接着性を有するプラ
イマー層を形成し、次いで、上記塗膜層を形成すること
を特徴としている。

【００１３】請求項６に係る発明の表面補強構造物は、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の構造物の表面
補強方法によって、表面補強をしていることを特徴とし
ている。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る構造物の表面
補強方法の実施形態について説明する。

【００１５】本発明の表面補強方法においては、表面が
劣化した構造物の表面に、熱硬化性樹脂と強化繊維から
なる補強層を形成した後、その補強層の表面に、さらに
その硬化物が不燃性を示す無機シリコーン塗料の塗膜層
を形成して、表面が補強された不燃性の表面補強構造物
を得る。

【００１６】本発明の表面補強方法においては、例え
ば、図１に示すように、補強層２は、熱硬化性樹脂と強
化繊維を予め混合し、それを構造物１の表面に塗布した
後、熱硬化性樹脂を硬化させて形成することができる。
熱硬化性樹脂としては、特に限定するわけではないが、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、
メラニン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を用いること
ができるが、特に、２液混合型無溶剤エポキシ樹脂を用
いるのが、常温で硬化でき、収縮がほとんどなく、接着
強度が高いので好ましい。強化繊維としては、炭素繊
維、硝子繊維、アラミド繊維、ビニロン等の有機もしく
無機繊維の単独又は２種以上を組み合わせて用いること
ができる。特に、炭素繊維は、構造物に高強度を与える
ので好ましい。炭素繊維としては、アクリル系炭素繊
維、ピッチ系炭素繊維等があげられ、また、これらの炭
素繊維は、熱硬化性樹脂との親和性を増加させるため
に、表面を活性化させる表面処理が施されてもよい。

【００１７】上記強化繊維としては、シート状であるも
のが、強度が向上する傾向にあるので、より好ましい。
シート状の強化繊維を用いる場合は、図２に示すよう
に、まず、構造物１の表面に、熱硬化性樹脂２ａを塗布
して、次に、シート状の強化繊維２ｂをその塗布面に置
き、さらに、そのシート状の強化繊維２ｂの表面に熱硬
化性樹脂２ａを塗布・硬化して、補強層２を形成する。
その後、その補強層２の表面に、その硬化物が不燃性を
示す無機シリコーン塗料の塗膜層３を形成して、表面が
補強された不燃性の表面補強構造物を得ことができる。

【００１８】シートの形態としては、シートを構成する
繊維糸条が縦方向に配列し、横糸が細い補助糸で織られ
た一方向織物や、繊維糸条が縦方向と横方向に配列した
ニ方向織物であってもよい。また、繊維糸条を一方向に
並列に配列し、メッシュや紙等の支持剤で荷担し、熱硬
化性樹脂で支持剤に接着させた一方向材であってもよ
い。さらに、織物や一方向材に、予め、熱硬化性樹脂を
含浸させたプリプレグ等のシート状の強化繊維であって
もよい。

【００１９】本発明の表面補強方法を適用できる構造物
としては、コンクリート構造物や鋼構造物等が挙げられ
る。特に、中性化やアルカリ骨材反応による表面劣化を
起こしやすい、コンクリート構造物に用いるのが、熱硬
化性樹脂と強化繊維の補強層による補強効果が顕著とな
るので好ましい。

【００２０】本発明の表面強化方法において、その硬化
物が不燃性を示す無機シリコーン塗料とは、建築用コン
クリートブロック（ＪＩＳ−Ａ５４０６）を５×１５０
×７０ｍｍのコンクリート板とし、その上面に無機シリ
コーン塗料を塗布した後、硬化させて、膜厚が６０μｍ
の塗膜層を形成し、その塗膜面を１．０〜１．５ｋＪ／
ｈに調整されたガスコンロ上の炎に１５秒間曝しても燃
えることのない塗膜層を形成する無機シリコーン塗料の
ことをいう。そして、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ
結合）を主鎖とし、主にシラノール縮合により硬化して
塗膜層を形成する塗料が、本発明でいう無機シリコーン
塗料である。この無機シリコーン塗料の塗膜層は、主骨
格にシロキサン結合を有し、架橋もシロキサン結合で結
ばれているため、シロキサン結合が３次元的に構成され
た３次元網目構造をしている。このような構造のもの
は、硝子と同じ構造であるため、側鎖に有機基が存在し
ても、燃えることはなく不燃性となる傾向にある。ま
た、側鎖に有機基を有するため、熱硬化性樹脂とも、良
好な接着性を有する傾向にある。

【００２１】本発明の表面強化方法においては、その硬
化物が不燃性を示す無機シリコーン塗料の塗膜層を用い
ることが重要である。シリコーン系塗料であっても、そ
の硬化物が可燃性となる場合は、本発明の目的を達成す
ることができない。例えば、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ
−Ｓｉ結合）を主鎖とし、主にイソシアネート基やカル
ボニル基等の有機官能基の反応により硬化するシリコー
ン樹脂塗料の塗膜層や有機鎖を主鎖とし、主にシラノー
ル縮合により硬化する変性シリコーン塗料の塗膜層の場
合には、可燃性となる傾向にあるため、本発明では、使
用するシリコーン塗料を無機シリコーン塗料に限定して
いる。

【００２２】具体的な無機シリコーン塗料としては、特
に限定はされないが、例えば、アルコキシシランやクロ
ロシラン等の分解性オルガノシランの加水分解物を構成
材料とする塗料が挙げられる。

【００２３】上記アルコキシシランとしては、１〜４官
能アルコキシシランがあるが、一般式ＲＳｉ（ＯＲ）₃
（但し、Ｒは同一又は異種の１価の炭化水素基を示す）
で表される３官能アルコキシシランの加水分解物を構成
材料とする無機シリコーン塗料は、得られる塗膜層の不
燃性、表面硬度および耐磨耗性がより良好となるので好
ましい。

【００２４】上記３官能アルコキシシランの加水分解物
は、その形態を特に限定されず、例えば、溶液状のもの
でも分散液状のもの等でもかまわない。なお、ここでい
う加水分解物には、部分加水分解物も含んで表現してい
る。

【００２５】上記一般式中のＲは、同一又は異種の１価
の炭化水素基を示し、中でも、入手の容易さ、塗料の調
整のしやすさ等の点から、炭素数１〜８の１価の炭化水
素基が適する。この１価の炭化水素基としては、例え
ば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペン
チル基、へキシル基、ペプチル基、オクチル基等のアル
キル基が挙げられる。上記アルキル基のうち、炭素数が
３以上のものについては、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル
基等のような直鎖状のものであっても良いし、イソピロ
ピル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基等のように分枝を
有するものであっても良い。

【００２６】上記３官能アルコキシシランの加水分解物
の重量平均分子量は特に限定されるものではないが、５
００〜３０００の範囲が好ましい。これは、５００未満
の場合は、加水分解物が不安定になる傾向があり、ま
た、３００００を超える場合は、形成される塗膜の硬度
が不十分な傾向があるためである。

【００２７】無機シリコーン塗料の塗布方法は、特に限
定されるものではなく、例えば、はけ塗り、スプレーコ
ート、浸漬（ディップコート）、ロールコート、フロー
コート、カーテンコート、ナイフコート、スピンコー
ト、バーコート等の通常の方法を適宜選択することがで
きる。

【００２８】無機シリコーン塗料の塗膜層の膜厚として
は、１０〜２００μｍで使用するのが好ましい。１０μ
ｍ未満では、不燃性が十分でない傾向にあり、２００μ
ｍを超えるとわれが生じやすくなる傾向にある。

【００２９】また、無機シリコーン塗料には、顔料やフ
ィラー等を入れてもよい。顔料やフィラーを入れる場合
には、焼成顔料や金属酸化物等を用いる方が、不燃性を
向上できるので好ましい。

【００３０】さらに、汚れの除去性を付与するために、
無機シリコーン塗料の塗膜層に撥水性若しくは親水性を
付与してもよい。撥水性を付与する場合は、シロキサン
結合を主鎖とし、側鎖にアルキル基を、両末端にＯＨ基
を有する直鎖状両末端水酸基含有のジアルキルポリシロ
キサンを添加した無機シリコーン塗料を用いることで得
ることができる。また、親水性を付与する場合は、親水
基を有するフィラーやゾル、薬剤を添加した無機シリコ
ーン塗料を用いることで得ることができる。フィラーと
しては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアとい
った酸化物紛体やこれらのゾル、薬剤としては、シラン
変性界面活性剤や２官能のシランモノマーやオリゴマー
が上げられる。

【００３１】補強層と塗膜層との中間には、図３に示す
ように、補強層２及び塗膜層３の双方に高い接着性を有
するプライマー層４を設けてもよい。プライマー層４を
形成させるために使用する、プライマー塗料としては、
特に限定するわけではないが、エポキシ塗料、アクリル
シリコーン塗料、ウレタン塗料等が用いられる。なかで
も、エポキシ塗料に金属アルコラートを含有する塗料を
用いるのが、より強固な接着性を有するので好ましい。
プライマー層の膜厚としては、１〜５００μｍが好まし
い。１μｍ未満だと接着力が弱い傾向にあり、５００μ
ｍより大きいとクラックが入る傾向がある。

【００３２】次に、本発明に係る表面補強構造物の実施
形態について説明する。

【００３３】本発明に係る表面補強構造物は、上記で詳
しく説明した構造物の表面補強方法によって形成された
表面補強構造物であるので、不燃化された表面補強構造
物を得ることができる。

【００３４】

【実施例】次に、具体的な実施例を示し、さらに詳しく
説明する。

【００３５】（実施例１）建築用コンクリートブロック
（ＪＩＳ−Ａ５４０６）を５×１５０×７０ｍｍのコン
クリート板にし、その上面にエポキシ樹脂［アルファ工
業（株）製商品名「アルファテック５４０」］を５００
ｇ／ｍ²となるようにローラーで塗布した。次に、炭素
繊維シート［東レ（株）製「トレカ」］（「トレカ」は
登録商標、以下同じ）を塗布面に置き、炭素繊維シート
の上面に、シート内に空気が噛まないように空気を押し
出しながら、エポキシ樹脂を５００ｇ／ｍ²となるよう
にローラーで塗布・硬化して、補強層を形成した。その
後、一般式ＲＳｉ（ＯＲ）₃（但し、Ｒは同一又は異種
の１価の炭化水素基を示す）で表される３官能アルコキ
シシランの加水分解物を含む無機シリコーン塗料である
松下電工（株）製の「フレッセラＮ」（「フレッセラ」
は登録商標、以下同じ）をローラーで塗布し、これを室
温で２４時間乾燥させて、膜厚が６０μｍの無機シリコ
ーン塗料の塗膜層を形成してサンプル１を作成した。

【００３６】なお、ここで、上記コンクリート板の上面
に「フレッセラＮ」のみを塗布した後、硬化させて、膜
厚が６０μｍの塗膜層を形成し、その塗膜面を１．０〜
１．５ｋＪ／ｈに調整したガスコンロ上の炎に１５秒間
曝しても燃えないことを確認した。

【００３７】（実施例２）実施例１において、炭素繊維
シートに代え、ビニロンシートを用いる以外は、実施例
１と同様にしてサンプル２を作成した。

【００３８】（実施例３）実施例１において、一般式Ｒ
Ｓｉ（ＯＲ）₃ （但し、Ｒは同一又は異種の１価の炭化
水素基を示す）で表される３官能アルコキシシランの加
水分解物を含む無機シリコーン塗料に、松下電工（株）
製「フレッセラＤ」を用いる以外は、実施例１と同様に
してサンプル３を作成した。

【００３９】なお、ここで、上記コンクリート板の上面
に「フレッセラＤ」のみを塗布した後、硬化させて、膜
厚が６０μｍの塗膜層を形成し、その塗膜面を１．０〜
１．５ｋＪ／ｈに調整したガスコンロ上の炎に１５秒間
曝しても燃えないことを確認した。

【００４０】（実施例４）実施例１において、一般式Ｒ
Ｓｉ（ＯＲ）₃ （但し、Ｒは同一又は異種の１価の炭化
水素基を示す）で表される３官能アルコキシシランの加
水分解物を含む無機シリコーン塗料に松下電工（株）製
「フレッセラＲ」を用いる以外は、実施例１と同様にし
てサンプル４を作成した。

【００４１】なお、ここで、上記コンクリート板の上面
に「フレッセラＲ」のみを塗布した後、硬化させて、膜
厚が６０μｍの塗膜層を形成し、その塗膜面を１．０〜
１．５ｋＪ／ｈに調整したガスコンロ上の炎に１５秒間
曝しても燃えないことを確認した。

【００４２】（実施例５）実施例１において、補強層を
形成した後に、補強層と塗膜層の中間の位置に、プライ
マー塗料［松下電工(株)製「フレッセラプライマー
Ｋ」］をローラーで塗布し、膜厚８０μｍのプライマー
層を形成して、次いで、塗膜層を形成する以外は、実施
例１と同様にしてサンプル５を作成した。

【００４３】（比較例１）実施例１において、塗膜層を
設けない以外は、実施例１と同様にしてサンプル６を作
成した。

【００４４】（比較例２）実施例１において、無機シリ
コーン塗料を塗布する代わりに、アクリルシリコーン塗
料［イサム塗料（株）製「ネオシリカ＃５０００ＧＳク
リア」］をローラーで塗布し、その後硬化させて、膜厚
６０μｍの塗膜層を形成する以外は、実施例１と同様に
してサンプル７を作成した。

【００４５】（比較例３）実施例１において、無機シリ
コーン塗料を塗布する代わりに、標準モルタル（普通ポ
ルトラントセメント：ＩＳＯ標準砂：水＝１：３：０．
５）を金ゴテで塗布する以外は、実施例１と同様にして
サンプル８を作成した。

【００４６】（燃焼試験）得られたサンプルの燃焼試験
は、各サンプルの塗膜層の面を１．０〜１．５ｋＪ／ｈ
に調整したガスコンロ上の炎に、着火後１５秒間曝し
て、その後、目視にて観察した。

【００４７】（促進耐候性試験）促進耐候性試験は、Ｊ
ＩＳ―Ｋ−５４００．９．８規格に準拠して、サンシャ
インスーパーロングライフウェザーメーター［スガ試験
機（株）製「型番ＷＥＬ−ＳＵＮ−ＨＣ」］を用い、２
０００時間後の塗膜層のクラック及び剥離の有無につい
て、目視にて観察した。

【００４８】（結果）各サンプルの作成条件及び評価結
果を表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】実施例１〜５は、いずれも燃焼性試験の結
果は、不燃性を示し、また、促進耐候性試験では、いず
れもクラック及び剥離は認められなかった。

【００５１】一方、塗膜層を有さない比較例１は、燃焼
試験で燃焼による表面炭化が起こり、塗膜層にアクリル
シリコン塗料の塗膜層を用いた比較例２は、燃焼試験
で、塗膜層の燃焼が起こった。また、塗膜層にモルタル
を用いた比較例３は、燃焼試験においては、不燃性を示
したものの、促進耐候性試験においては、クラックおよ
び剥離が観察された。

【００５２】

【発明の効果】請求項１〜５に係る発明の構造物の表面
補強方法は、構造物の表面に熱硬化性樹脂と強化繊維と
を用いて補強層を形成し、上記補強層の表面にその硬化
物が不燃性を示す無機シリコーン塗料の塗膜層を形成す
るようにしているので、その表面にわれや剥がれが生じ
難くて、かつ、不燃性を有する表面補強構造物を得るこ
とができる。

【００５３】請求項６に係る発明の表面補強構造物は、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の構造物の表面
補強方法によって、表面補強をしているので、不燃性を
有する表面補強構造物となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を説明する説明図

【図２】本発明の別の実施の形態を説明する説明図

【図３】本発明のさらに別の実施の形態を説明する説明
図

【符号の説明】

１ 構造物 ２ 補強層 ２ａ 熱硬化性樹脂 ２ｂ シート状の強化繊維 ３ 塗膜層 ４ プライマー層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2E176 AA01 AA07 BB29 4J038 CG002 DB002 DG002 DL031 PA07 PC02 PC04 PC10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の表面に熱硬化性樹脂と強化繊維
   とを用いて補強層を形成した後、上記補強層の表面にそ
   の硬化物が不燃性を示す無機シリコーン塗料の塗膜層を
   形成することを特徴とする構造物の表面補強方法。
2. 【請求項２】 上記構造物がコンクリート構造物である
   ことを特徴とする請求項１記載の構造物の表面補強方
   法。
3. 【請求項３】 上記強化繊維がシート状であることを特
   徴とする請求項１又は請求項２記載の構造物の表面補強
   方法。
4. 【請求項４】 上記無機シリコーン塗料が一般式ＲＳｉ
   （ＯＲ）₃ （但し、Ｒは同一又は異種の１価の炭化水素
   基を示す）で表される３官能アルコキシシランの加水分
   解物を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のい
   ずれかに記載の構造物の表面補強方法。
5. 【請求項５】 上記補強層を形成した後に、上記補強層
   と上記塗膜層との中間の位置に接着性を有するプライマ
   ー層を形成し、次いで、上記塗膜層を形成することを特
   徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の構造
   物の表面補強方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   の構造物の表面補強方法によって、表面補強をしている
   表面補強構造物。