JP2004324285A

JP2004324285A - 躯体コンクリートの表面保護工法

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Publication number: JP2004324285A
Application number: JP2003122102A
Authority: JP
Inventors: Masaki Seki; 雅樹関; Tomonori Motokisawa; 知紀元木澤; Hiroshi Iguma; 弘猪熊; Shigeaki Rokugo; 恵哲六郷; Minoru Kunieda; 稔国枝; Noboru Sakata; 昇坂田; Kumiko Suda; 久美子須田; Tetsushi Kanda; 徹志閑田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP4209714B2

Abstract

【課題】コンクリート躯体と同じ無機系のものであり、躯体との一体性を保持でき、しかも、吹き付けをもって施工できるので、施工の省力化を図り、コンクリート躯体に生じるまたは生じた大きな開口幅のひび割れに追従せず、ひび割れを抑制し、有害物質の進入を阻止できる。
【解決手段】躯体コンクリートの表面に目粗しの処理を行い、その上に、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の短繊維補強セメント複合材料であって、所定の条件を満たすＰＶＡ短繊維を、所定の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合した高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）を吹付けにより施工する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道橋のはり等橋梁上部工を初めとして各種コンクリート躯体の表面保護工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄道橋のはりでは、大きな活荷重を負担するもので、過酷な曲げ疲労を受けるため、躯体コンクリートにひび割れが発生し易い。
【０００３】
このような躯体コンクリートのひび割れ対策としては、躯体コンクリートに表面保護工を施すことが考えられ、その保護工には、連続シートをコンクリートの表面に接着してはく落を防ぐ連続繊維シート接着工法、樹脂を吹き付ける塗布工法、専用モルタルをコンクリート表面に吹き付けた後、高密度ポリエチレン樹脂製のシートなどを表面に貼り付けるシートライニング工法、樹脂製の高耐久性防食パネルを埋設型枠として使用する埋設型枠など種々のものがある。
【０００４】
前記工法のうち、塗布工法が施工面では簡単であり、その一例としては下記特許文献がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−０２７４２２号公報「橋梁における橋桁等の対向端面の防水処理方法及びその装置」
【特許文献２】
特開２００３−０２７４２１号公報「橋梁における橋桁等の対向端面の防水処理方法及びその装置」
【０００６】
これら特許文献１、２は、吹付管に供給ホースを通じてウレタン樹脂液等の塗布剤と硬化剤とを供給して管内で混合させ、この混合剤を先端ノズルから橋桁と橋台との対向コンクリート端面に吹き付けることによりコンクリート端面に全面的に塗布剤の吹き付け塗装による防水塗布層を形成するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
表面保護工として樹脂塗料系、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。
【０００８】
特に、樹脂塗では紫外線に弱い場合が多く、また、前記のように有機特有の樹脂特性と無機特有の躯体のコンクリート特性とが異なるため、追随性が悪い。
【０００９】
これに対して、セメント系材料による表面保護工で、吹き付けに適するものの使用を検討するも、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、表面保護工の施工後に、躯体コンクリートともどもひび割れが発生し易く、コンクリートのひび割れが表面保護材を貫通して大きなひび割れ開口を生じて、表面保護工としての機能を失うことが多い。
【００１０】
その結果、表面保護工の再施工を定期的に実施する必要を生じ、維持管理費の増大を招く結果となっている。この場合、生じるひび割れ開口幅はこれまでの経験より０．６ｍｍに達する。
【００１１】
この発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、コンクリート躯体と同じ無機系のものであり、躯体との一体性を保持でき、しかも、吹き付けをもって施工できるので、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、コンクリート躯体に生じるまたは生じた大きな開口幅のひび割れに追従せず、ひび割れを抑制し、有害物質の進入を阻止できる躯体コンクリートの表面保護工法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のこの発明は、前記目的を達成するため、躯体コンクリートの表面に目粗しの処理を行い、その上に、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（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合した高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）を吹付けにより施工することを要旨とするものである。
〔Ｍ１〕
・水結合材比（Ｗ／Ｃ）２５％以上
・砂結合材料重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０．８ｍｍ以下、平均粒径０．４ｍｍ以下、
単位水量２５０ｋｇ／ｍ^３以上４００ｋｇ／ｍ^３以下
高性能ＡＥ減水剤量３０ｋｇ／ｍ^３未満
〔Ｆ１〕
繊維径５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下
【００１３】
請求項１記載のこの発明によれば、高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）はそ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ものであり、この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）を表面保護工として用いることで、曲げ荷重や疲労荷重による躯体コンクリートにひび割れが生じても機能を保持する表面保護工を実現できる。
【００１４】
また、躯体コンクリートの表面に目粗しの処理を行い、その上に高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）を吹き付けることで、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。
【００１５】
請求項２記載のこの発明は、前記〔Ｍ１〕の調合マトリクスにおいて、練り上がり時の空気量２０％以上とすることを要旨とするものである。
【００１６】
請求項２記載のこの発明によれば、通常の練り上がり時の空気量は３．５％以上２０％以下であるのを、２０％以上とすることで、ノズルまで空気を抜けにくくして、ポンプ圧送性能を向上させることができ、施工性を上げることができる。また、２０％以上としてもノズル部分でのばらけ易さを惹起しないことが立証できた。
【００１７】
請求項３記載のこの発明は、前記高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）の吹付け厚さは３ｍｍ〜２０ｍｍとすることを要旨とするものである。
【００１８】
請求項３記載のこの発明によれば、適正な表面保護工の厚さを提示するものであり、最適には５ｍｍ程度が望ましい。また、保護材の施工厚さにより、必要に応じて剥落防止用の警備なアンカーを躯体コンクリートに設置するようにしてもよい。
【００１９】
請求項４記載のこの発明は、ひび割れに沿って両側に無付着帯を設置し、高靱性の繊維補強セメント複合材料はその上に吹き付け施工することを要旨とするものである。
【００２０】
請求項４記載のこの発明によれば、表面の凹凸が大きな場合に、躯体コンクリートと表面保護材の付着が上がり過ぎ、躯体コンクリートのひび割れを保護材により微細な多数のひび割れに分散することが難しくなるが、無付着帯をひび割れに沿って両側に設置することで、ひび割れがそのまま延長することを防止して、躯体ひび割れの拡大に対してより追従性を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面についてこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はこの発明の躯体コンクリートの表面保護工法の実施形態を示す説明図で、図中１は躯体コンクリートであり、これは鉄道橋のはり等の、大きな活荷重を負担し、過酷な曲げ疲労を受けるものである。
【００２２】
躯体コンクリート１の表面に、吹き付けにより高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）２を表面保護工として施工する。
【００２３】
この高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）２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（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合した。
〔Ｍ１〕
・水結合材比（Ｗ／Ｃ）２５％以上
・砂結合材料重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０．８ｍｍ以下、平均粒径０．４ｍｍ以下、
単位水量２５０ｋｇ／ｍ^３以上４００ｋｇ／ｍ^３以下
練り上がり時の空気量２０％以上
高性能ＡＥ減水剤量３０ｋｇ／ｍ^３未満
〔Ｆ１〕
繊維径５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下
【００２４】
なお、前記〔Ｍ１〕の調合マトリクスにおいて、練り上がり時の空気量は３．５％以上２０％以下でもよいが、これを２０％以上とすることが好ましい。
【００２５】
空気連行量を増加させるため、高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）２の混和時に、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の空気連行性混和剤が使用され。
【００２６】
使用できる空気連行性混和剤は、セメント配合物に微細な独立気泡を連行できる混和剤であり、直径２５０μｍ以下、好ましくは２０〜２００μｍの独立気泡を３〜６容量％連行できるものが良い。
【００２７】
このような空気連行性混和剤としては、ＪＩＳＡ６２０４（コンクリート用化学混和剤）のＡＥ剤、ＡＥ減水剤若しくは高性能ＡＥ減水剤及びそれらと同等の性能を有する化合物があげられ、市販品を使用することもできる。これらは１種単独で使用してもよく、また２種以上を併用してもよい。
【００２８】
ＡＥ剤としては、例えば、脂肪酸塩、樹脂酸塩、ナフテン酸塩等の石鹸系ＡＥ剤；高級アルコール硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアリールエーテル硫酸エステル塩等の硫酸エステル系ＡＥ剤；ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアリールエーテル等のエーテル系ＡＥ剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル系ＡＥ剤等のノニオン系ＡＥ剤；ベタイン系ＡＥ剤、イミダゾリンベタイン系ＡＥ剤等の両性界面活性剤系ＡＥ剤等が挙げられる。なお、これらの中には、起泡剤としての機能を有するものもある。
【００２９】
ＡＥ減水剤としては、例えば、主成分としてリグニンスルホン酸塩若しくはその誘導体、オキシ有機酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオール複合体、高級アルコールのスルホン酸塩等を含む化合物等が挙げられる。また、これらの化合物が主成分であれば、前述したＡＥ剤が一部に含有されていてもよい。
【００３０】
高性能ＡＥ減水剤としては、例えば、主成分としてポリカルボン酸エーテル類、変性リグニンスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、芳香族アミノスルホン酸塩、変性ナフタレンスルホン酸塩、変性メチロールメラミン縮合物、メラミンスルホン酸塩等を含む化合物等が挙げられる。また、これらの化合物が主成分であれば、前述したＡＥ剤又はＡＥ減水剤が一部に含有されていてもよい。
【００３１】
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−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２８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。
【００３２】
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。
【００３３】
この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）２を躯体コンクリート１の表面に吹き付けるに先立ち、躯体コンクリート１の表面に目粗しの処理を行う。この目粗しは、高圧洗浄、サンドブラスト、サンダー等によるものであり、例えば、±１ｍｍ以下の凹凸をつけるものである。
【００３４】
また、躯体コンクリート１の表面に凹凸が大きく、すでに、ひび割れ３を生じている場合には、ひび割れ３に沿って両側にを設置し、高靱性の繊維補強セメント複合材料は２その上に吹き付け施工するものとする。図中４は躯体コンクリート１の鉄筋である。
【００３５】
この無付着帯５の形成は、剥離材を刷毛等で塗布したり、テープを貼り付けることで簡単に形成できる。
【００３６】
図２に吹き付けのシステムを示すと、ミキサ６で前記高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）２を混練成形し、これをホッパー７で受けて、ポンプ８により耐圧ホース９を圧送し、圧搾空気を混入する吹付けガン１０で躯体コンクリート１の表面に吹付ける。
【００３７】
吹き付け厚さは３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下が望ましいが、５ｍｍ、または５ｍｍ程度が最適である。
【００３８】
高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）２では繊維によるクラックの拘束能力が高く、ひび割れの拡大を防ぎ、次のひび割れを発生させる。引き続き、次々と新たな微小なひび割れを数多く発生させるため、見かけ上非常に大きな引張りひずみが生じても荷重に耐えることができる。
【００３９】
また、ひび割れを微小な幅（例えば０．０５ｍｍ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防護でき、共用年数の延長に大きく貢献することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明の躯体コンクリートの表面保護工法は、コンクリート躯体と同じ無機系のものであり、躯体との一体性を保持でき、しかも、吹き付けをもって施工できるので、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、コンクリート躯体に生じるまたは生じた大きな開口幅のひび割れに追従せず、ひび割れを抑制し、有害物質の進入を阻止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の躯体コンクリートの表面保護工法の実施形態を示す説明図である。
【図２】この発明の躯体コンクリートの表面保護工法の吹き付けシステムを示す説明図である。
【符号の説明】
１…躯体コンクリート
２…高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）
３…ひび割れ
４…鉄筋
５…無付着帯
６…ミキサ
７…ホッパー
８…ポンプ
９…耐圧ホース
１０…吹付けガン

Claims

躯体コンクリートの表面に目粗しの処理を行い、その上に、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（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合した高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）を吹付けにより施工することを特徴とする躯体コンクリートの表面保護工法。
〔Ｍ１〕
・水結合材比（Ｗ／Ｃ）２５％以上
・砂結合材料重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下（０を含む）
細骨材の最大粒径０．８ｍｍ以下、平均粒径０．４ｍｍ以下、
単位水量２５０ｋｇ／ｍ^３以上４００ｋｇ／ｍ^３以下
高性能ＡＥ減水剤量３０ｋｇ／ｍ^３未満
〔Ｆ１〕
繊維径５０μｍ以下
繊維長：５〜２０ｍｍ
繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下
前記〔Ｍ１〕の調合マトリクスにおいて、練り上がり時の空気量２０％以上とする請求項１記載の躯体コンクリートの表面保護工法。
前記高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）の吹付け厚さは３ｍｍ〜２０ｍｍとする請求項１または請求項２記載の躯体コンクリートの表面保護工法。
ひび割れに沿って両側に無付着帯を設置し、高靱性の繊維補強セメント複合材料はその上に吹き付け施工する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の躯体コンクリートの表面保護工法。