JP2005188093A - 木質構造物の補強方法および補強装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 木質構造物の接合部の隙間あるいは古い木質構造物に生じたひび割れ、被補強部、亀裂、クラック等の損傷部である被補強部に補強材を注入して被補強部の強度を回復させ、木質構造物の強度を高める補強方法および補強装置を得るものである。
【解決手段】 木質構造物に少なくとも２つ以上の細孔を形成し、その細孔に内視鏡を挿入して前記木質構造部の内部状態を観測し、被補強部を発見したときには、この被補強部に連通する１つの細孔に接続した真空吸引装置で該被補強部内の空気を吸引排出しながら、他の細孔に接続した補強材注入装置によって前記被補強部に補強材を注入することにより、被補強部の強度を回復させ、木質構造物の材質的引っ張り強度を上回る付着力を長時間安定に発揮させることができる。
【選択図】 図３（ａ)

Description

この発明は、木質構造物の接合部（例えば、柱と梁との接合部）の隙間あるいは神社、寺等の古い木質構造物に生じた隙間、ひび割れ、クラック等の被補強部に補強材を注入して木質構造物を補強する補強方法および補強装置に関するものである。

従来のこの種の補強方法および補強装置としては、例えば、コンクリート構造物におけるコンクリートの亀裂、ひび割れ等の空隙部にセメントの微粒子をペースト状にしてグリースポンプにより圧入する補強方法および補強装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２９９２５１号公報

従来は上記のように、コンクリート構造物の補強方法および補強装置はあったが、木質構造物については、柱、梁に対して鉄板巻付け、炭素繊維の巻付け等を行って補強を行なっているのみで、被補強部としての柱と梁の接合部の隙間あるいは古い木質構造物の内部に生じたひび割れ、クラック等の損傷部については具体的な補強方法および補強装置がないのが現状であった。

この発明は、上記の現状に鑑みて、木質構造物の接合部の隙間あるいは古い木質構造物に生じたひび割れ、クラック等の損傷部である被補強部に補強材を注入することにより、その被補強部の強度を回復させ、木質構造物を特に耐震に優れた強度に補強する方法および装置を提供することを目的とする。

この発明に係る木質構造物の補強方法は、木質構造物に少なくとも２つ以上の細孔を形成し、その細孔に内視鏡を挿入して木質構造部の内部状態を観測し、被補強部を発見したときには、この被補強部に連通する１つの細孔に接続した真空吸引装置で該被補強部内の空気を吸引排出しながら、他の細孔に接続した補強材注入装置によって前記被補強部に補強材を注入するものである。

この発明に係る木質構造物の補強のために確実に空隙其の他の劣化部を補強するため空隙中の残留空気抵抗を排除して、完全に空隙を充填補するため外部空気の浸入防止の為、補強作業前に補強材注入を行う木質構造物の表面に真空保持層を形成したものである。

この発明に係る木質構造物の補強方法は、補強材注入後に、真空吸引装置および補強材注入装置の接続を外し新たな細孔を設け内視鏡を挿入して補強材の注入状態を観測するものである。

この発明に係る木質構造物の補強方法は、補強材注入後に補強材注入を行った木質構造物の表面に表面仕上げ層を形成したものである。

この発明に係る木質構造物の補強装置は、木質構造物に形成した細孔に挿入して内部状態を観測する内視鏡と、その観測で発見した被補強部に連通する１つの細孔に接続する真空吸引装置と、前記被補強部に連通する他の細孔に接続する補強材注入装置とを備えたものである。

この発明によれば、木質構造物に少なくとも２つ以上の細孔を形成し、その細孔に内視鏡を挿入して前記木質構造部の内部状態を観測し、被補強部を発見したときには、この被補強部に連通する１つの細孔に接続した真空吸引装置で該被補強部内の空気を吸引排出しながら、他の細孔に接続した補強材注入装置によって前記被補強部に補強材を注入するように構成したので、被補強部への補強材の注入を迅速、且つ、確実に行うことができる。この結果、木質構造物の接合部の隙間あるいはシロアリ、腐食等により古い木質構造物に生じたひび割れ、亀裂、クラック等の損傷部である被補強部の強度の回復を図り、木質構造物を特に耐震に優れた強度に補強することができるという効果がある。

この発明によれば、補強作業前に補強材注入を行う木質構造物の表面に外気の浸入を防ぎ亀裂内圧を零にする真空保持層を形成するように構成したので、被補強部内の空気を吸引排出するときに木質構造物の表面に生じている亀裂等から空気を吸引することを防止することができ、被補強部内の空気の排出を確実に行うとともに該被補強部への補強材注入を迅速且つ確実に行なうことができるという効果がある。

この発明によれば、補強材注入後に、真空吸引装置および補強材注入装置の接続を外した後新たな細孔を設けて内視鏡を挿入して補強材の注入状態を観測するように構成したので、補強材の注入が確実に完了しているかを観測することができ、補強を失敗なく確実に行なうことができるという効果がある。

この発明によれば、補強材注入後に補強材注入を行った木質構造物の表面に表面仕上げ層を形成するように構成したので、被補強部の表層面及び周辺層面にひび割れ等が発生したときは、このひび割れの影響で硬い表層仕上げ膜にもひび割れが発生し、被補強部の表層面及び周辺層面にひび割れ等が発生したことを目視により早期に発見することができるという効果がある

この発明によれば、木質構造物に形成した細孔に挿入して内部状態を観測する内視鏡と、その観測で発見した被補強部に連通する１つの細孔に接続する真空吸引装置と、前記被補強部に連通する他の細孔に接続する補強材注入装置とで構成したので、内視鏡による観測データに基づいて補強材の種類、注入量等を決定することができる。そして、その決定した補強材を被補強部内の空気を吸引排出しながら該被補強部へ迅速且つ確実に注入することができ、被補強部を所望の強度に回復させることができるという効果がある。

実施の形態１．
図1はこの発明の木質構造物の補強方法を適用した実施の形態１を示すもので、木質構造物の接合前の柱と梁を示す斜視図であり、柱1には梁２の端部を挿入するための結合穴３が形成されていると共に、その結合穴３の周囲の柱表面には真空保持層４が形成されている。この真空保持層４は、被補強部内に対する空気の出入りを防ぎ、真空排出を妨げることを防止する。一方、梁２の挿入端部には、その上面、端面、下面に連続してΦ５〜１０ｍｍの被補強部としての細孔５が形成されている。

そこで、図２に示すように、柱１の結合穴３に梁２の端部を挿入し、その端部に形成されている細孔５に内視鏡を挿入する。図４は内視鏡９の１例を示す斜視図であり、この内視鏡９には、光源９ａ、カメラ９ｂが付属しており、被補強部である柱１と梁２との接合部の内部状態を写真に記録することができる。また、テレビ画面で観測することも可能である。得られた映像や写真などのデータにより補強材の種類、注入量を求める。

図５は、注入機械の１例を示す外観斜視図であり、注入ホース６ａと吸引ホース６ｂを備え、注入ホース６ａ側は移送ポンプ６ｃを介して補強材の供給源（補強材注入装置）に接続され、吸引ホース６ｂ側は吸引ポンプ６ｄを介して真空吸引源（真空吸引装置）に接続されている。

以下、この発明の補強方法を図５に示す工程図について説明する。先ず、補強材注入の開始前に、被補強部である柱１と梁２との接合部内に外気が入るのを防止のための養生を行う。この養生として、柱１の結合穴３の周囲の柱表面に例えば速乾モルタル等のシール材を貼り付けて真空保持層４を形成する（図３ａ）。次いで、端部に例えば口径５〜１０ｍｍの細孔５を形成した梁２の該端部を柱１の結合穴３に挿入する（図３ｂ）。そして、細孔５の一方の外部開口端にパッカ７を取り付け、他方の外部開口端にパッカ８を取り付ける（図３ｃ）。パッカ７には注入ホース６ａを介して補強材の供給源としての移送ポンプ６ｃ（補強材注入装置）を接続し、パッカ８には吸引ホース６ｂを介して真空吸引源としての吸引ポンプ６ｄ（真空吸引装置）を接続する（図３ｄ）。

この構成において、パッカ７、吸引ホース６ｂを介して被補強部である柱１と梁２との隙間内の空気を吸引排出すると同時に、補強材注入装置から移送ホース６ａ、パッカ８を介して細孔５から補強剤を注入する。この結果、隙間への補強材の注入が迅速に、かつ、確実に行われる（図３ｄ）。この場合、必要に応じて、補強材注入前に細孔５に流れ易い液状材料を注入しておけば、補強材注入がより円滑に行われる。

補強材注入後、適当ヶ所に細孔を明け内視鏡９を挿入して補強材注入状態を観測し、その補強材注入が確実に完了しているかを観測する（図３ｅ）。

なお、図示例は、接合前の梁２の端部に予じめ細孔５を形成した場合を示したが、既設の木質構造物の接合部においては、その接合部に少なくとも２以上の細孔を柱の結合孔底に達するように明ける。このようにすると、柱の結合孔底と梁端面との隙間を介して２以上の細孔が連通し、上記の細孔５と同様な状態となり、上記と同様にして被補強部である隙間に補強材を注入して、柱１と梁２の接合部を補強することができる。

補強材としては、カーボ・リス・フレックス（Ｃａｒｂｏｌｉｔｈ Ｆｌｅｘ：ドイツ ＣＡＢＯＴＥＣＨ社商品名）を用いるもので、この補強剤注入によって柱１と梁２の接合部は、木材の剪断力３０Ｋｇ／ｃｍ²、圧縮応力１００Ｋｇ／ｃｍ²と同じ剪断強度を得ることができる。

上記カーボ・リス・フレックスは、保存時は硬化せず、混合時に硬化する二液混合型硬化剤であり、Ａ液としてケイ酸ナトリウム、Ｂ液としてポリウレタンポリマ−を使用する。両液が反応すると、溶液Ａはケイ酸塩を生成し始め、溶剤Ｂは硬いポリウレタンプラスチックを生成し、その結果、これ等２物質の混合物は、硬く弾性のある液体有機性鉱物（ケイ酸塩、またはシリコン）を作る。両溶液が十分に混合されると、生成される粘性のある乳濁液は水とは混和せず、例えば、周辺土壌や岩層からの如何なる水も吸収しない。水よりも重量があるため、よく浸透する。

他の二液反応硬化樹脂として、カーボ・リス（Ｃａｒｂｏｌｉｔｈ：ドイツ ＣＡＢＯＴＥＣＨ社商品名）を使用することができる。この二液反応硬化樹脂は、Ａ液としてケイ酸ナトリウムと添加物の混合物、Ｂ液である硬化剤液として４．４−ジフェニルメタン・ジイソシアネート基のポリイソシアネートを使用する。反応中に、ポリウレア・マスが形成されると同時に不発泡性の有機鉱物樹脂（シリケイト樹脂）を形成する。両溶液を互いに混合すると、その結果生じる粘性のある乳濁液はそれ以上水を吸収せず、水と混じることもない。

また、他の二液反応硬化樹脂として、例えば、ポリエステルポリオールやポリエールポリオールからなる主剤溶液と４．４−ジフェニルメタン・ジイソシアネート成分を含有する硬化剤溶液からなる二液反応形ポリウレタン樹脂や、ビスフェール型液状エポキシ樹脂からなる主剤溶液とポリアミドアミンや変性ポリアミン等の成分を含有する硬化剤溶液からなる二液反応型エポキシ樹脂等が挙げられる。

上記の二液反応硬化樹脂を使用する場合は、専用の攪拌・注入機械の活用が可能である。
不圧領域はコンプレッサーや電動吸引機と周辺絶縁枠付き面状アタッチメントを組み合わせれば、容易に作成可能である。そして、目的に応じて注入、時間コントロールが可能な材料を選択できる。使用材料は、配合成分の違いで硬化時間にも差があり、目的に応じて選択が可能である。

なお、補強材としては、上記の二液混合型硬化剤に限定されるものではなく、他のものも使用可能である。また、二液混合型硬化剤を好適に使用できるが、単独液や三液以上の混合硬化剤を使用することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、被補強部に補強材を迅速、且つ確実に注入することができ、その注入した補強材が接合部の隙間に浸透して硬化反応後は、木質構造物の材質的引っ張り強度を上回る付着力を長時間安定に発揮し、かつ、木質構造物の圧縮強度を常時上回り、接合部を完全に密着させ、地震力に耐え得る木質構造物とすることができる。また、目的に応じて強度の選択も可能である。さらに、薬剤の採用によって、上記の力学的耐久性以外の諸々の耐久性に関する諸条件に対しても欠陥を生じさせないものである。

なお、図１，２は、柱１と梁２の接合として大入れ接合を例示したが、この接合は、他の傾き大入れ接合、蟻接合、鎌接合、ほぞ差し接合、大留め接合等のように従来から知られている如何なる接合であっても、この発明の補強方法は上記と同様に適用することができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による木質構造物の補強方法を説明する図である。既設の家屋や古い木質構造物（例えば、神社、お寺）において、柱１や基礎の老朽化に伴い、内部にひび割れ、亀裂、クラック等の損傷部が生じ、木質構造物の強度が低下する（図６ａ）。そこで、木質構造物が老朽化した場合は、補強すべき箇所にΦ５〜１０ｍｍの細孔１０を明け（図６ｂ)、その細孔１０に内視鏡９を挿入して木質構造物内の状態を観測し、被補強部である損傷部１１があることがわかると、この損傷部１１の他端側に該損傷部に達するように細孔１０を明ける（図６ｃ)。この場合、細孔１０はΦ５〜１０ｍｍであり、この細孔１０を明けても、補強すべき木質構造物に対しダメージを与えることはない。

そして、両方の細孔１０にパッカ１２、１３を挿入し、一方のパッカ１２には注入ホース６ａを介して補強材の供給源としての移送ポンプ６ｃ（補強材注入装置）を接続し、他方のパッカ１３には吸引ホース６ｂを介して真空吸引源としての吸引ポンプ６ｄ（真空吸引装置）を接続する（図６ｄ）。

この構成において、上記内視鏡９の観測により得られた補強材の種類、注入量を、補強材注入装置から移送ポンプ６ｃ、パッカ１２を介して損傷部１１に注入すると同時に、パッカ１３、吸引ポンプ６ｄを介して損傷部１１の空気を吸引排出する。この結果、損傷部１１への補強材の注入が迅速に、かつ、確実に行われる（図６ｄ）。補強材注入後、その注入が完了しているかを、細孔１０からパッカ７を取り外した後、別に注入部に明けた細孔に内視鏡９を挿入して補強材注入状態を観測する（図６ｅ）。観測終了後は細孔１０に補強材を注入する。

以上のように、実施の形態２によれば、老朽化した木質構造物の柱１、梁２の内部状態を観察して、ひび割れ、亀裂、クラック等の損傷部１１を発見したときは、その観察データに基づいて適切な補強材の種類、注入量を決定し、これを真空吸引を併用して損傷部１１に注入するので、この注入を迅速、且つ確実に行うことができる。そして、注入した補強材により、損傷部１１を補強し、老朽化した木質構造物の強度に木材と同様な、剪断力３０Ｋｇ／ｃｍ²、圧縮応力１００Ｋｇ／ｃｍ²と同じ剪断強度に回復させることができる。

実施の形態３
実施の形態１、２により、木質構造物の接合部、損傷部等の被補強部の表層面及び周辺層面に、紫外線劣化等を防止する目的と補強以後のひび割れ発生等の不具合を早期に発見する目的で、無機質系のセラミック材をスプレーで吹き付けるか、塗る等の手法を施して、硬い表層仕上げ膜を形成する。

以上のように、実施の形態３によれば、被補強部の表層面及び周辺層面に硬い表層仕上げ膜を形成したことにより、被補強部の表層面及び周辺層面にひび割れ等が発生したときは、このひび割れの影響で硬い表層仕上げ膜にもひび割れが発生し、被補強部の表層面及び周辺層面にひび割れ等が発生したことを目視により早期に発見することができる。

現在の国交省支持により、地方自治体における昭和５６年以前の建築物に対する木質及びコンクリート構造物に対しては耐震改修の指示がなされているが、木質及びコンクリート構造物に対して充分な耐震補強ができるものと考えられる。

この発明における木質構造物の補強方法を適用する前の柱と梁との斜視図である。 この発明における木質構造物の補強方法を適用した後の柱と梁との斜視図である。 実施の形態１におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態１におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態１におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態１におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態１におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 内視鏡を示す斜視図である。 注入装置を示す斜視図である。 実施の形態２におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態２におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態２におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態２におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。 実施の形態２におけるこの発明の木質構造物の補強方法を説明する工程図である。

符号の説明

１ 柱
２ 梁
３ 結合穴
４ 真空保持層
５ 細孔
６ａ 注入ホース
６ｂ 吸引ホース
６ｃ 移送ポンプ
６ｄ 吸引ポンプ
７ パッカ
８ パッカ
９ 内視鏡
９ａ 光源
９ｂ カメラ
１０ 細孔
１１ 損傷部（被補強部）
１２ パッカ
１３ パッカ

Claims (5)

1. 木質構造物に少なくとも２つ以上の内部状態観測用の細孔を形成し、その細孔に内視鏡を挿入して前記木質構造部の内部状態を観測し、被補強部を発見したときには、この被補強部に連通する１つの細孔に接続した真空吸引装置で該被補強部内の空気を吸引排出しながら、被補強部に設けた他の細孔に接続した補強材注入装置によって前記被補強部に補強材を注入することを特徴とする木質構造物の補強方法。
2. 補強作業前に、補強材注入を行う木質構造物の表面に外部空気の浸入を防ぎ真空保持層を形成しておくことを特徴とする請求項１記載の木質構造物の補強方法。
3. 補強材注入後に、真空吸引装置および補強材注入装置の接続を外した後新たな細孔を明け内視鏡を挿入して補強材の注入状態を観測することを特等とする請求項１記載の木質構造物の補強方法。
4. 補強材注入後に、補強材注入を行った木質構造物の表面に表面仕上げ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の木質構造物の補強方法。
5. 木質構造物に形成した細孔に挿入して内部状態を観測する内視鏡と、その観測で発見した被補強部に連通する１つの細孔に接続する真空吸引装置と、前記被補強部に連通する他の細孔に接続する補強材注入装置とを備えた木質構造物の補強装置。

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