JP2013256835A - コンクリート構造物の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塩害や凍害、輪荷重による疲労などの原因により劣化した床版等のコンクリート構造物の補修方法を提供すること。
【解決手段】コンクリート構造物の劣化部を撤去する第１の工程、劣化部撤去後のコンクリート部分に、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂を塗布する第２の工程、タックコートを塗布する第３の工程、増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルを打設する第４の工程を含むことを特徴とするコンクリート構造物の補修方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、塩害や凍害、輪荷重による疲労などの原因により劣化したコンクリート構造物、例えば、床版、桁、高欄、橋脚、橋台、支承、トンネル、水路、堤防、岸壁、桟橋、スラブ、柱、壁などのコンクリート構造物の補修方法に関するものであり、具体的にはコンクリート構造物の劣化部を撤去したあと、コンクリートやモルタルを打設して補修する補修方法及び補強材に関する。

現在行なわれているコンクリート構造物の補修方法について、床版コンクリートを例にとって、以下に説明する。床版コンクリートの補修方法としては、既設コンクリートの劣化部を撤去した後、上面増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルを打設する方法、あるいはタックコートとして接着剤を塗布した後、断面修復用コンクリート若しくはモルタルを打設する方法がある。
その補修方法の一例が、東日本高速道路株式会社 中日本高速道路株式会社 西日本高速道路株式会社が定めた「構造物施工管理要領」（非特許文献１）に記載された方法であり、そこでは既設コンクリートの劣化部の除去方法としては、ブラスト処理やウォータージェット処理が望ましいとされている。

しかしながら、床版コンクリートに限らず、一般にコンクリート構造物の補修では、実際には、施工部の制約によりハンドブレーカなどの打撃装置によるはつり処理が行われることが多く、その処理によって、コンクリート構造物の健全なコンクリート部にも微細ひび割れや浮石などの脆弱部を発生させ、補修部の再劣化を促進させることが多々あるのが現状である。

コンクリート構造物であるコンクリート床版を例にとると、その具体的な補修方法としては、超速硬セメント、鋼繊維、粗骨材、細骨材を配合したコンクリートを吹き付け工法によりコンクリート床版に吹き付ける工法（特許文献１）、補修・補強すべき鉄筋コンクリート床版面状に、一定ピッチで平行に帯状鋼板を接着剤を用いて貼り付け固定し、さらに取付金具を用いてその帯状鋼板を床版面に固定し、その上に補強用の増厚コンクリートを打設して既設床版と増厚コンクリートを補強一体化する補修・補強工法（特許文献２）、コンクリート床版の上面を目粗しした後、そのコンクリート床版上に特定のヤング係数を有する高弾性の樹脂モルタルで増厚層を形成する床版上面の増厚工法（特許文献３）がある。

しかし、既設コンクリートの劣化部を撤去するためにハンドブレーカなどの打撃装置を用いた場合は、上記の補修方法では、いずれも補修部の再劣化を十分に防止することができず、その改善が求められているところである。
また、補修方法以外では、コンクリート床版の防水対策として、樹脂組成物を用いるコンクリート床版防水施工方法も提案されており、例えば、塗布時の粘度を２０００ｍＰａ・ｓ以下のラジカル硬化性液状樹脂組成物を用いた防水工法がある（特許文献４）。
しかし、この防水工法も、十分な接着強度や防水性を得るためには、さらに、分子内に不飽和二重結合含有石油樹脂などと組合わせることが必要であり、その施工方法が複雑なものとなっており、補修方法に適したものとは言えない。

特開平０８−３９１８号公報 特開平０９−５９９２９号公報 特開２０１１−１４９２４４号公報 特開２００５−３０７５４２号公報

構造物施工管理要領 ３−３事前処理（東日本高速道路株式会社 中日本高速道路株式会社 西日本高速道路株式会社作成）

そこで、本発明は、コンクリート構造物に発生した微細ひび割れや浮石などの脆弱部を短時間に補修することができ、さらに、コンクリート構造物の補修部の再劣化を効果的に防止することができる補修方法及び補強材を提供するものであり、特に床版コンクリートの補修方法及び補強材として好適な補修方法及び補強材を提供するものである。

そのため、本発明では、以下の方法及び補強材を採用するものである。
（１）増厚工法又は断面修復工法によるコンクリート構造物の補修方法であって、
コンクリートの劣化部を撤去する第１の工程、
劣化部撤去後のコンクリート部に、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂を塗布する第２の工程、
打継面にタックコートを塗布する第３の工程、
増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルを打設する第４の工程、を含むことを特徴とするコンクリート構造物の補修方法、

（２）前記コンクリート構造物が、床版コンクリートであることを特徴とする（１）に記載のコンクリート構造物の補修方法、
（３）前記コンクリート構造物の劣化部を撤去する第１の工程が、打撃装置によるはつり処理であることを特徴とする（１）又は（２）のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法、
（４）前記第２の工程で使用する２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂が、無溶剤型のエポキシ樹脂であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法、

（５）前記第２の工程で使用する２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂が、１液型のエポキシ樹脂であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法、
（６）前記第３の工程で使用するタックコートが、２３℃における粘度が５００〜１００，０００ｍＰａ・ｓの常温硬化型エポキシ樹脂であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法、
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法に使用するコンクリート構造物補強材であって、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂組成物からなることを特徴とするコンクリート構造物補強材、である。
上記の補修方法を採用することにより、床版コンクリート等のコンクリート構造物に発生した微細ひび割れや浮石などの脆弱部を補修することができるので、補修部の再劣化を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、これまで放置されていた床版等のコンクリート構造物における微細な
ひび割れや浮石などの脆弱部に、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の低粘度のエポキシ樹脂（以下、単に低粘度エポキシ樹脂とも言う。）が短時間の内に充填され、硬化して脆弱部を補修すると同時に、その脆弱部を補修した施工部にタックコートを塗布することで、増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルとの優れた接着性を発揮する。
その結果、本発明のコンクリート構造物の増厚工法又は断面修復工法は、増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルの優れた耐久性能を発揮することができ、コンクリート構造物補修部の早期劣化が効果的に抑制される。

一般的に使用されるエポキシ樹脂としては、主剤と硬化剤の２種類を練混ぜて使用する２液型のものが一般的である。この２液型の特徴として、物性、可使時間及び硬化時間などの設計が簡易なことやエポキシ樹脂の単価が安いことがあげられるが、主剤と硬化剤の配合量を厳密に管理することが必要であり、配合量を間違えると硬化不良の発生等施工工程の管理に種々の問題が生じる。
したがって、本発明においては一般的な２液型のものではなく、上記の問題が発生しにくいことや可使時間の制約がないことを考慮すると、１液型のエポキシ樹脂の使用が好ましい。

以下の本発明では、コンクリート内部に生じた脆弱部および微細ひび割れの補修材として、１液型エポキシ樹脂を用いて説明する。
本発明の補修に使用する低粘度エポキシ樹脂の大きな特徴としては，タックコート等に用いる他の接着剤樹脂と比較して極めて低粘度であることが挙げられる。その理由としては、多数のエポキシ系樹脂によるコンクリートへの浸透性検証の結果、浸透探さがエポキシ樹脂の粘度に依存していることが判明し、そして、その粘度を下げることは、コンクリートのひび割れ部に浸透しやすくなるだけではなく、コンクリートの脆弱部への浸透もしやすくなることを突き止めたことによる。

その反面、大きなひび割れでは、ひび割れに充壊されたエポキシ樹脂が躯体に浸透し、
ひび割れ部にエポキシ樹脂が残りにくいことから、本発明の補修方法は大きなひび割れには不向きである。
また，極端な低粘度化はエポキシ樹脂の物性を低下させることが一般的に知られている。しかし．本発明が対象としている脆弱部や微細ひび割れ部への接着効果には特に支障がないことから，本発明においては、エポキシ樹脂は，接着性等の物性に影響を及ぼさないことを確認した上で、最大限まで粘度を下げたものを好ましく用いることができる。

さらに、本発明で使用する低粘度エポキシ樹脂は、無溶剤形とすることで，自己収縮を小さくすることができ、塗布後のエポキシ樹脂のひび割れを生じにくくなることから、無溶剤形のエポキシ樹脂を好ましく用いることができる。
施工面でも、エポキシ樹脂の粘度を下げることで塗布作業が簡易になり、特殊な道具を用いずに刷毛、ローラおよびエアースプレーを使用して施工が可能となるなどの効果も発揮する。
本発明の処理方法では、低粘度エポキシ樹脂を塗布するに当たって、外部圧力を利用したコンクリート内部への注入に頼ることなく、自己浸透力のみでコンクリート内部に浸透できることも特徴である。

本発明に用いられる低粘度エポキシ樹脂は、平均して１分子当たり２個以上のエポキシ基を有する液状又は固形状樹脂であれば何でも良く、更にこれらを混合したものでも良い。
例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＤ、カテコール、レゾ
ルシノール等の多価アルコールとエピクロルヒドリンを反応させて得られるポリグリシジルエーテル、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸の様なヒドロキシルカルボン酸とエピクロルヒドリンを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル、フタル酸、テレフタル酸の様なポリカルボン酸とエピクロルヒドリンを反応させて得られるポリグリシジルエステル、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂更にはエポキシ化ポリオレフィン、脂環式エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、本発明に用いるポリアミン系硬化剤として例えば、脂肪族ポリアミンであるジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミンや脂環式アミンであるＮ−アミノエチルピペラジン、ラロミンＣー２６０（ＢＡＳＦ）、メンセンジアミン、イソフォロンジアミン、１，３ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス（４−アミノ３−メチルシクロヘキシル）メタン、ジアミノシクロヘキシルメタン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）２，４，８，１０テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン、芳香環を含む脂肪族アミンのｍ−キシリレンジアミン、芳香族アミンであるメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等が使用できる。また、これらのエポキシアダクト反応物、マンニッヒ反応物、シアノエチル化物、マイケル反応物、ケチミン化物などの変性アミンも使用できる。

本発明の低粘度エポキシ樹脂には、エポキシ樹脂とポリアミン系硬化剤のほかに、希釈剤、可塑剤、接着性付与剤などの添加剤などを使用してもよい。

本発明の低粘度エポキシ樹脂の粘度は、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満であり、自己浸透性を有し、補強効果を有する範囲であればよく、粘度範囲に下限は特にないが、好ましくは、２３℃における粘度が１０〜８０ｍＰａ・ｓである。
また、ひび割れ部や脆弱部に塗布する低粘度エポキシ樹脂の塗布量は、通常１００ｇ／ｍ^２〜１０００ｇ／ｍ^２であり、好ましくは２００ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２である。

本発明におけるタックコートとは、既存のコンクリート構造物と増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルとの接着性を確保するために、下地層に塗布した低粘度エポキシ樹脂層の上に重ねて塗布する樹脂である。このタックコートは、本発明の低粘度エポキシ樹脂を塗布した後に、コンクリート内部に生じた脆弱部および微細ひび割れなどに浸透するだけの時間が経過することを待ってから塗布することが重要であって、特に塗布間隔に限定されない。低粘度エポキシ樹脂の粘度によって、塗布好ましい塗布間隔は異なるが、常識的には低粘度エポキシ樹脂とタックコートを同時に塗布しなければよい。好ましくは、１分以上７日以内であり、低粘度エポキシ樹脂が硬化する前にタックコートを塗布することが特に好ましい。
このタックコートの使用においては、タックコートが固化する前に、コンクリートやモルタルを打設する必要がある。タックコートとしては、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられ、中でも接着性の面、補修部で使用する低粘度エポキシ樹脂との馴染みやすさから、エポキシ樹脂を好ましく使用することができる。

本発明で使用するタックコートの粘度は特に限定されないが、好ましくは、２３℃における粘度が５００〜１００，０００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは、１，０００〜２０，０００ｍＰａ・ｓであり、低粘度エポキシ樹脂の粘度とは大きく異なる。
また、タックコートの塗布量は、通常２００ｇ／ｍ^２〜２，０００ｇ／ｍ^２であり、好ましくは４００ｇ／ｍ^２〜１，２００ｇ／ｍ^２である。

縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ１０ｃｍのコンクリート板に２０ｋｇ級のハンドブレーカで５ｃｍ程度はつり処理を施したコンクリート板を旧コンクリートとした。その旧コンクリー卜試験体に鋼繊維補強超速硬コンクリートを打継ぎ、付着強度の確認を行なった。
本実施例では打継界面の条件として、（１）粘度１５ｍＰａ・ｓ／２３℃の低粘度エポキシ樹脂のみ：塗布量５００ｇ／ｍ^２、（２）一般的なタックコート用エポキシ樹脂のみ：塗布量１０００ｇ／ｍ^２、（３）粘度１５ｍＰａ・ｓ／２３℃の低粘度エポキシ樹脂：塗布量５００ｇ／ｍ^２に一般的なタックコート用エポキシ樹脂：塗布量８００ｇ／ｍ^２を組み合わせた方法（本発明方法）の３つの補修方法について試験を行った。

（評価法）
付着強度の評価方法として、打継ぎコンクリートの材齢３日でφ１００ｍｍ×高さ１００ｍｍのコア試験体を採取した後，材齢７日で直接引張試験により付着強度を求めた。
なお，試験体は打継ぎ界面が試験体の中央になるように試験体を整形している。付着強度試験の載荷速度は０．０６±０．０４ＭＰａ／秒とし，評価は各５本の最大値と最小値を除いた３本の平均値を用いて評価を行った。

１．ハンドブレーカによる試験板の損傷確認
ハンドプレーカを用いてはつり処理を行った試験体に、どの程度の微細ひび割れや脆弱部が生じているのかを確認した。確認方法は、はつり処理を施したコンクリート板からφ７５ｍｍのコアを採取し，蛍光エポキシ樹脂を低真空脱泡により強制的に微細ひび割れに充填した。その後、蛍光エポキシ樹脂が硬化した後、コンクリートカッターを用いて切断し，紫外線ライトを照射し目視にて確認を行った。目視観察の結果、表層から１５ｍｍ程度まで所々に脆弱部が確認でき、表層部の粗骨材周囲には微細なひび割れが確認できた。
このことから、本実施例で用いたコンクリート板（旧コンクリート）は、ハンドブレーカによる微細ひび割れ及び脆弱部が発生した試験体であることが確認できた。

２．試験板への浸透性確認試験
本発明方法の特徴である、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の低粘度エポキシ樹脂をハンドブレーカによりはつり処理を行なった試験体に刷毛で５００ｇ／ｍ^２塗布し、コンクリート内部への浸透状況を確認した。その結果、粗骨材周りの微細ひび割れに低粘度エポキシ樹脂が充填されていることが確認できた。

また、コンクリート表層部に生じていた脆弱部に、最大１６．８ｍｍまで低粘度エポキシ樹脂が浸透していた。このことから、本発明で使用する２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の低粘度エポキシ樹脂が、ハンドブレーカのはつり処理で生じた微細ひび割れ及び脆弱部に浸透・充填され、コンクリートを補強していることが確認できた。

３．新旧コンクリートにおける付着強度
新旧コンクリート界面の補強効果を確認する目的で、前述の（１）粘度１５ｍＰａ・ｓ／２３℃の低粘度エポキシ樹脂のみ：塗布量５００ｇ／ｍ^２、（２）一般的なタックコート用エポキシ樹脂のみ：塗布量１０００ｇ／ｍ^２、（３）粘度１５ｍＰａ・ｓ／２３℃の低粘度エポキシ樹脂：塗布量５００ｇ／ｍ^２に一般的なタックコート用エポキシ樹脂：塗布量８００ｇ／ｍ^２を組み合わせた方法の３つの補修方法について試験を行った。

その結果、（１）低粘度エポキシ樹脂のみ：塗布量５００ｇ／ｍ^２の試験では、新旧コンクリートの付着強度が平均０．３４ＭＰａ（標準偏差０．０９）であり、新旧コンクリートの一体性が得られなかった。また、破壊界面を確認した結果，全ての試験体でエポキシ樹脂と打継コンクリート（新コンクリート）の界面破壊であることが確認できた。
このことから、低粘度エポキシ樹脂によるフレッシュコンクリートの接着効果は小さいことが確認できた

（２）一般的なタックコート用エポキシ樹脂のみ：塗布量１０００ｇ／ｍ^２の試験では、平均付着強度が１．４５ＭＰａ（標準偏差０．５４）であった。破壊位置は、旧コンクリートであり、打継界面から１５ｍｍ程度の場所で破壊していた。この破壊箇所は、ハンドブレーカによる脆弱部および微細ひび割れの位置と一致する結果となった。付着強度としては、良好な強度を有しているが、付着強度の結果にばらつきが大きかった。このばらつきの理由は、ハンドプレーカで生じた微細ひび割れ及び脆弱部がコンクリー卜板に均一に生じていないためと考えられる。

したがって、微細ひび割れ及び脆弱部が多い場所が、付者強度の低い結果をもたらすことになったと考えられる。このことから、付着強度が大きい試験体を除けば、付着強度は約１．０ＭＰａとなる。また、新旧コンクリートの一体性にばらつきが生じることが懸念される。この結果から、タックコート用エポキシ樹脂は、コンクリート内部に生じた微細ひび割れ及び脆弱部の補強効果は有していないと言えるが、フレッシュコンクリートとの接着効果は高いことが確認できた。

（３）低粘度エポキシ樹脂：塗布量５００ｇ／ｍ^２に一般的なタックコート用エポキシ樹脂：塗布量８００ｇ／ｍ^２を組み合わせた方法の試験では、平均付着強度は１．９６ＭＰａ（標準偏差０．１８）であった。破壊位置は、旧コンクリートであり、打継界面から２０ｍｍ程度の場所で破壊していた。この例が３つの試験条件の中で、最も付着強度が大きくなり、尚且つ標準偏差も小さい結果が得られた。このことから、ハンドブレーカによるはつり処理で生じた微細ひび割れ及び脆弱部に低粘度エポキシ樹脂が浸透・充填し補強することにより付着強度のばらつきを小さくし、さらに、タックコート用エポキシ樹脂で、フレッシュコンクリートとの付着強度を確保できることが確認でき、本発明の補修方法の有効性が確認できた。

本発明は、高速道路等において、塩害や凍害、輪荷重による疲労などの原因により劣化した床版等のコンクリート構造物の補修方法に関するものであり、例えば、高速道路等の床版上面の既設コンクリートに対して、その劣化部を撤去した後、コンクリートやモルタルを打設して補修する補修方法及び補強材に用いることができる。

Claims (7)

1. 増厚工法又は断面修復工法によるコンクリート構造物の補修方法であって、
   コンクリートの劣化部を撤去する第１の工程、
   劣化部撤去後のコンクリート部に、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂を塗布する第２の工程、
   打継面にタックコートを塗布する第３の工程、
   増厚用コンクリート若しくはモルタル又は断面修復用コンクリート若しくはモルタルを打設する第４の工程、を含むことを特徴とするコンクリート構造物の補修方法。
2. 前記コンクリート構造物が、床版コンクリートであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造物の補修方法。
3. 前記コンクリート構造物の劣化部を撤去する第１の工程が、打撃装置によるはつり処理であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法。
4. 前記第２の工程で使用する２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂が、無溶剤型のエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法。
5. 前記第２の工程で使用する２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂が、１液型のエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法。
6. 前記第３の工程で使用するタックコートが、２３℃における粘度が５００〜１００，０００ｍＰａ・ｓの常温硬化型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のコンクリート構造物の補修方法に使用するコンクリート構造物補強材であって、２３℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の常温硬化型エポキシ樹脂組成物からなることを特徴とするコンクリート構造物補強材。