JP2016056607A - コンクリート構造物の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ骨材反応などによって亀裂等を生じたコンクリート構造物の補修方法を提供する。【解決手段】アルカリ骨材反応（ＡＳＲ）などによって生じたコンクリート構造物９の割れ目１０に対して、亜硝酸リチウム水溶液７を注入し、次いでエポキシ樹脂注入材規格３種に相当するひび割れ追従性のある湿潤面硬化性エポキシ樹脂注入材７を注入することからなる、ひび割れ１０閉塞とＡＳＲを抑止することを特徴とするコンクリート構造物の補修方法とした。【選択図】図２

Description

本発明はアルカリ骨材反応によって劣化したコンクリート構造物の補修工法に関するものである。

これまでに建設された膨大な量のコンクリート構造物は年月の経過とともに様々な劣化要因による老朽化が進んできており、適切な補修による長寿命化を図ることが急務となっている。特にアルカリ骨材反応（以下、ＡＳＲと称す）はコンクリートの癌と称され、コンクリート全体が数十年という長期間にわたって膨張し続けるという深刻な劣化である。ＡＳＲによってコンクリートに発生する最初の兆候はひび割れ発生であることから、ＡＳＲ補修工法としてひび割れ注入工法が適用される場面は極めて多い。

ひび割れ注入工法とは、コンクリート表面に生じたひび割れにエポキシ樹脂系またはセメント系の注入材を低圧で注入し、ひび割れを閉塞する補修工法である（特許文献１）。注入材および充填材については国土交通省により定められた品質規格があり、特にエポキシ樹脂系注入材は、主に材料の伸び能力に応じて１種、２種、３種の区分が設けられており、ひび割れ状態に応じて適するものが用いられている（国土交通省 総合技術開発プロジェクト 土木補修用エポキシ樹脂注入材）。ＡＳＲは長期にわたってコンクリートの膨張を進行させるため、ひび割れ注入材にもこの膨張に対応できる柔軟性、追従性が要求されることが多く、上記規格のエポキシ樹脂注入材でも十分に対応できるものが求められている。なお、以下の説明において、１種、２種、３種の記載は上記規格に基づくものを示す。

一方、コンクリートの補修材料として近年注目を集めている材料として亜硝酸リチウム水溶液が挙げられる。亜硝酸リチウムにはＡＳＲゲル膨張抑制作用があるため、ＡＳＲゲルの吸水膨張反応に起因するコンクリートの補修材料として有効であることが知られている。亜硝酸リチウムを用いた補修工法の代表的なものとして内部圧入工法が挙げられる。これはコンクリートに小径の削孔を設け、亜硝酸リチウム水溶液をコンクリート内部へ加圧注入する工法であり、亜硝酸リチウムによるＡＳＲ膨張抑制効果を最も積極的に活用した根本的なＡＳＲ補修工法と位置付けられている。

ＡＳＲで劣化したコンクリート構造物を亜硝酸リチウム内部圧入工法にて補修すると以後の再劣化は生じないとされている。しかし、亜硝酸リチウム内部圧入工法にかかる費用は極めて高額であり、また、ＡＳＲにて劣化した構造物に生じるひび割れ等の損傷は単純な形状ではないため、目的とする損傷個所にまで亜硝酸リチウムを浸透させてコンクリートに亜硝酸リチウムが作用するまで構造物内に該水溶液をとどめておくことが難しいという問題があった。そのため、注入面をシート等で覆うなどの方法が提案されている（特許文献２および３）。

一方、注入材や充填材によるひび割れ注入工法はＡＳＲの根本的な抑制にはなり得ず、将来的には再劣化を生じる工法と位置付けられる。ＡＳＲによって発生したひび割れをエポキシ樹脂注入材３種のみにて補修する場合、注入材がひび割れ進展にある程度追従するものの、概ね３〜５年程度で再劣化が顕在化することが多い。

特開平１１−１３９８５８号公報 特開２００５−６８６４５号公報 特開２００５−９００５９号公報

コンクリート構造物のＡＳＲによる劣化に対して亜硝酸リチウムを施用するためには、亜硝酸リチウムを水溶液として適用する必要があるが、劣化による亀裂（ひび割れ）が構造物の表面に現れていない場合や表面での亀裂が不十分の場合には、構造物に孔をあけてこの水溶液を注入する方法がとられている。この方法によると亜硝酸リチウムの注入はある程度良好に行われるが、構造物に注入孔やひび割れなどの傷が残るという問題がある。また、ＡＳＲによって膨張した部分が構造物内にそのままの形で残り、構造物の強度が低下する恐れがあるという問題もある。
エポキシ樹脂等の注入材による方法では、ひび割れを塞ぐことはできるが、注入材が亀裂の内部まで入りにくく、また、樹脂によっては硬化時に膨張し、その後収縮するものなどがあり、十分に劣化を防止できないなどの問題がある。

本発明は、ＡＳＲによって生じるＡＳＲゲルを非膨張化にする亜硝酸リチウムと、国土交通省・総合技術開発プロジェクトによって規定されたひび割れ追従性のある土木補修用エポキシ樹脂注入材３種であって湿潤面硬化型の注入材を組み合わせて適用することにより、従来よりも補修効果の高いひび割れ注入工法を提供するものである。
本発明は、ＡＳＲを起こしたコンクリート構造物のひび割れ個所に亜硝酸リチウム水溶液を注入し、次いで上記エポキシ樹脂注入材を注入することからなり、単なるひび割れ閉塞と劣化因子の遮断にとどまらず、ひび割れ周囲のコンクリートのＡＳＲ膨張性を抑止することを特徴とするひび割れ注入工法である。
ＡＳＲによる劣化が構造物の内部であるときは、構造物の対応する個所に孔をあけて亜硝酸リチウム水溶液を注入してもよい。

本発明におけるエポキシ樹脂注入材は、湿潤面硬化型であって、特に亜硝酸リチウム水溶液による湿潤面および該水溶液中で硬化し接着力を示すエポキシ樹脂からなるもので、上記規格の注入材のうち、「エポキシ樹脂注入材３種」に適合するものが好ましい。
エポキシ樹脂注入材としては、主剤としてのエポキシ樹脂としてビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましくは、これに硬化剤として変性ポリアミドアミンとアミドアミンの混合物を配合してなる組成物が挙げられる。したがって本発明は、該組成からなる亜硝酸リチウム水溶液処理コンクリート用エポキシ樹脂組成物をも含むものである。

本発明によって得られる効果としては次の二つが挙げられる。
ＡＳＲゲルを非膨張化にする亜硝酸リチウムと、ひび割れ追従性のある「エポキシ樹脂注入材３種」の規格に適合し且つ亜硝酸リチウム水溶液に対して湿潤面硬化型であるエポキシ樹脂注入材を組み合わせて適用することにより、従来よりも補修効果の高いひび割れ注入工法とすることができる。すなわち、要求性能が単なるひび割れ閉塞と劣化因子の遮断にとどまらず、ひび割れ周囲のコンクリートのＡＳＲ膨張性を低減させることができる。
亜硝酸リチウム処理のみでは、ＡＳＲで膨張した形態が構造物内に残るとか、その後の雨水等の浸透により時間の経過によりＡＳＲが再び起こるなどがみられるが、本発明工法によれば、亜硝酸リチウム処理に続いて上記エポキシ樹脂注入材を注入することによって従来生じていた問題点が解決できる。従来のひび割れ注入工法に比べると経済性は同等のまま耐用年数を７〜９年程度にまで向上させることができる。
また、本発明のもうひとつの効果は、同じ注入器具で亜硝酸リチウムと、エポキシ樹脂注入材を連続して、それも簡単に注入できるので、施工の熟練者を必要とせず、施工も迅速に可能であり、トータルコストの低減につなげることが出来ることである。

本発明で用いる注射器型の容器からなる注入器の一例の側面図。 亜硝酸リチウムおよびエポキシ樹脂注入材の注入方法を示す断面図。

亜硝酸リチウムは、鉄筋防錆効果とＡＳＲ膨張抑制効果を併せ持つ薬剤で、亜硝酸リチウムの成分のうち，亜硝酸イオンは鉄筋表面の不動態被膜を再生する効果があり、塩害や中性化などの鉄筋腐食に起因する劣化に対する補修作用があるとされており、一方，リチウムイオンはアルカリシリカゲルを非膨張化する効果があり，ＡＳＲ劣化に対する補修効果があるものとされている。亜硝酸リチウムは、水、エタノールに可溶な白色固体であり、本発明では主として水溶液として使用する。亜硝酸リチウムは、亜硝酸イオンとリチウムイオンの作用を利用することから、工業用品として市販されている規格のものを使用することができる。性能的には浸透性、拡散性に優れているものが良い。

国土交通省・総合技術開発プロジェクトによるひび割れ用土木補修用エポキシ樹脂注入材には３種類が規定されており、その違いは主に材料の伸びにある。１種は伸びがなく、２種から３種になるほど伸びが大きい。その使い分けはまず、コンクリート構造物に生じたひび割れが進行しているか進行していないかによる。進行していない場合は１種もしくは２種を用いる。進行している場合は、伸びが大きく、クラックの進行に追従する性能を有する注入材３種を使用することが必要になっている。しかしながら、従来の注入材３種は亜硝酸リチウム水溶液による湿潤面に対しては十分な接着力を示していない。

本発明者らは、上記３種類のエポキシ樹脂注入材について種々検討した結果、土木補修用エポキシ樹脂注入材３種の規格に適合するものであって、湿潤面でも硬化するもの、特に、亜硝酸リチウム水溶液に対して湿潤面硬化型であるエポキシ樹脂注入材が本発明において優れた補修効果を示すことを見出した。注入材は常温で硬化が可能でコンクリートに接着性のものが使用される。以下の説明において、エポキシ樹脂注入材はこの記載に適合するものと理解されたい。
エポキシ樹脂注入材としては、無溶剤型エポキシ樹脂組成物が好ましい。ひび割れ閉塞性と追従性のあることが望まれ、亜硝酸リチウム水溶液の液中または水と接した状態でも硬化し、コンクリート面に接着する性質を有するものが好ましい。

エポキシ樹脂注入材は、エポキシ樹脂（主剤）と変性ポリアミドアミン等の硬化剤からなる二液型またはこれらが一体となった一液型のいずれも使用できる。二液型のものは使用時に混合して一液として使用する。硬化速度や浸透性等を調整するために硬化促進剤、反応性希釈剤等を配合してもよい。
エポキシ樹脂としてはビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましく、これに硬化剤として変性ポリアミドアミンとアミドアミンの混合物を配合してなる組成物が使用できる。硬化剤は、変性ポリアミドアミン：アミドアミン＝１：９〜９：１の範囲、好ましくは３：７〜７：３の範囲で、コンクリート面の状態および亜硝酸リチウム水溶液による湿潤の程度などに応じて選択、使用される。
エポキシ樹脂注入材には、必要に応じて、注入後の注入材の定着性、チクソトロピー性等の付与を目的として、硅石粉、炭酸カルシウム、超微粉シリカ等の微粉末等を加えてもよい。

亜硝酸リチウムは水溶液の状態であり、材料性質上、エポキシ樹脂と混合して使用する
ことはできない。よって、亜硝酸リチウム水溶液を先行して注入し、その後エポキシ樹脂注入材を本注入する施工手順とする。ここで、現在実用化されているエポキシ樹脂注入材３種の多くは乾燥面に対して適用される製品であり、湿潤面に適用した場合には硬化性状や付着性能の劣るものがある。本発明では、水湿潤面、水中でも硬化し、付着性能も確保できるエポキシ樹脂注入材３種を使用するため、亜硝酸リチウム水溶液を先行注入した後のひび割れ内部は必ず湿潤状態となっているので、樹脂の注入と硬化が十分に行われる。
本発明方法では、亜硝酸リチウム施用面をエポキシ樹脂が被覆するので、樹脂の硬化後は従来法のように注入孔またはひび割れ面をシート等で長期間覆う必要がない。
施用個所への注入は、注射器型の注入器を使用して行う。亜硝酸リチウム水溶液を先行して注入したのち、同じ注入器にエポキシ樹脂注入材を充填して注入することもできる。注入器としては、例えば図１に示す特開２０１３−８３０７７号公報に記載のものが例示できる。

以下、実施例をもって本発明を説明する。本発明はこれらの例に限られるものでない。

図１は本発明で用いる注入器具の一例を示す側面図である。この注入器は樹脂により成型された注射器状の注入器で、注入器本体はシリンジ（１）とピストン（２）から構成されている。シリンジ（１）の射出側先端部には取り付け台座（３）に嵌合するノズル（４）が取り付けられており、ピストン（２）の先端部には、シリンジ内壁をシールするためのエラストマー製パッキン（５）をはめ込むことが可能である。また、シリンジ（１）の先端部側面及びピストン（２）の後端部には、スプリングまたは輪ゴムなどの収縮性の弾性体（８）を掛け渡すためのフック（６）、（６）が突設してあり、このフック（６）、（６）の間に掛け渡した弾性体（８）によってピストン（２）を押圧してシリンジ（１）内の亜硝酸リチウムまたはエポキシ注入材（７）を押し出すように構成されている。この注入器具は以下の実施例で使用される。
図２は注入器の使用状態を示す断面図である。図中、９はコンクリート構造物、１０はひび割れを示す。

本実施例の注入施工について順を追って説明する。まず下地準備として、ひび割れ面のシール材とコンクリート表面との付着性を高めるため、コンクリート表面に付着しているホコリ、遊離石灰、油脂類、塩分などを、シンナー拭き、ワイヤーブラシ、ディスクサンダー、高圧洗浄等によって除去する。
次に速乾性エポキシ樹脂接着剤を用いて、ひび割れに沿ってプラスティック座金（注入口）を取り付ける。本例では、座金の間隔は２５０mm（４個/ｍ）を標準とした。このとき、座金の中心がひび割れ上に位置するように留意する。

次に座金から注入した材料がひび割れから漏れないように、ウレタン系シーリング材や、エポキシ系接着剤を用いてひび割れ面をシールする。シール材は幅７５mm、厚み２mmのものを用いた。このとき、ひび割れから枝分かれしている微細なひび割れやジャンカなどもシールする。
シール材が十分硬化したのを確認した後、図１の注入器具を用いて亜硝酸リチウム水溶液（以下、単に亜硝酸リチウムと略記する。）を先行注入する。
構造物のひび割れ面が、垂直または斜め方向のひび割れの場合は割れの最下部より、水平方向のひび割れには左右いずれかの端から順次注入を行う。このとき、ある座金位置から注入して、隣の座金から水溶液が流出するのを確認しながら、１つ１つ確実に注入する。
先行注入の目的は次の通りである。
１）ひび割れ内部のコンクリートに亜硝酸リチウムを十分浸透させる。
２）ひび割れ内部に存在する泥・コケなどの注入阻害物質を流し出す。

亜硝酸リチウムの注入完了後、エポキシ樹脂注入材を注入する。
エポキシ樹脂注入材（以下、エポキシ注入材という。）の注入の要領は先行注入と同様で、ある座金位置から注入して、隣の座金から注入材が流出するのを確認しながら、一つ一つ確実に注入する。
エポキシ注入材の注入完了後、注入材が十分硬化するまで注入器具を取り付けたまま養生を行う。このとき、注入器具に振動や衝撃を与えないように留意する。
エポキシ注入材が硬化した後、注入器具を取り外し、座金およびシール材を撤去する。これらを撤去した後のコンクリート表面をディスクサンダー等で平滑に仕上げて完了となる。

本実施例で用いたエポキシ注入材は表１に示す注入材３種の品質規格に適合するものを用いた。
本発明のエポキシ注入材は二液タイプの無溶剤型注入材で、エポキシ樹脂としてＹＤ−１１５Ｇ（新日鉄住金化学社製、ビスフェノール型エポキシ樹脂）を主成分として用い、変性ポリアミドアミン＋アミドアミン系硬化剤を配合したものを用いた。比較例として、同じエポキシ樹脂に硬化剤として変性アミドアミンを配合したエポキシ注入材（従来品）を用いた。

なお、実施例で用いたエポキシ樹脂注入材について、コンクリート湿潤面ならびに亜硝酸リチウムで湿潤しているコンクリート面に対する接着力試験を行った。結果を表２に示
す。

上記実施例のほかに補修効果を証するために「曲げ載荷試験」を行った。
試片として 鉄棒を挿入したコンクリートブロック（１００×１００×長さ４００mm）を用い、これを載荷試験機で二つに割ったのち、これらを突き合わせてできた割れ目に亜硝酸リチウムを注入し、次いで、上記のエポキシ注入材を注入して両者を接合した。
この接合した試片を７日間養生後に載荷試験機にて接合した割れ目の付着強度と破壊状況を確認した結果、接合面に異常のないことが認められた。

１：シリンジ、 ２：ピストン、
３：台座、 ４：ノズル、５：パッキン、６：フック
７：亜硝酸リチウムまたはエポキシ注入材、８：弾性体、
９：コンクリート構造物、１０：ひび割れ

Claims (7)

1. アルカリ骨材反応（ＡＳＲ）を起こしたコンクリート構造物に対して、亜硝酸リチウムと、ひび割れ追従性のあるエポキシ樹脂注入材（国土交通省・総合技術開発プロジェクト規格 土木補修用エポキシ樹脂注入材３種規格適合品）を組み合わせて適用することからなる、ひび割れ閉塞とＡＳＲを抑止することを特徴とするコンクリート構造物の補修方法。
2. エポキシ樹脂注入材が、請求項１に記載の規格に適合する湿潤面硬化型の無溶剤型エポキシ樹脂注入材である請求項１記載のコンクリート構造物の補修方法。
3. エポキシ樹脂注入材が、亜硝酸リチウム水溶液中でも硬化し、コンクリート面に接着する性質を有するものである請求項２に記載のコンクリート構造物の補修方法。
4. アルカリ骨材反応によって劣化したコンクリート構造物に亜硝酸リチウム水溶液を注入したのち、エポキシ樹脂注入材を注入することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンクリート構造物の補修方法。
5. アルカリ骨材反応によって劣化したコンクリート構造物に亜硝酸リチウムとエポキシ樹脂注入材を適用するにあたり、注射器型の注入器に亜硝酸リチウム水溶液を入れて射出注入したのち、該注入器にエポキシ樹脂注入材を充填して射出注入することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンクリート構造物の補修方法。
6. エポキシ樹脂注入材が、ビスフェノール型エポキシ樹脂に硬化剤として変性ポリアミドアミンとアミドアミンの混合物を配合して成る組成物であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のコンクリート構造物の補修方法。
7. ビスフェノール型エポキシ樹脂を主剤とし、硬化剤として変性ポリアミドアミンとアミドアミンとの混合物を配合してなる亜硝酸リチウム水溶液処理コンクリート用エポキシ樹脂組成物。
   
   

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