JP2016172983A

JP2016172983A - 構造物

Info

Publication number: JP2016172983A
Application number: JP2015053276A
Authority: JP
Inventors: 享一前田; Kyoichi Maeda
Original assignee: Act KK
Current assignee: Act KK
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-09-29

Abstract

【課題】巨大地震や大きな衝撃の際にもエネルギー吸収性能を発揮することができ、また、仮に構造体が破壊されたとしても構造体から生じるコンクリート片等の散逸を防止することができる構造物を提供する。
【解決手段】
構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する構造物であって、前記補強材は、前記構造体の補強部位の表面に被覆形成されたプライマリー層と、プライマー層の表面に形成されたビニル樹脂系樹脂層と、ビニル樹脂系樹脂層の表面に形成された補強塗膜とからなる。また、前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなる。好適な補強塗膜は、イソシアネートと、アミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂からなり、ビニル樹脂系樹脂層との協働作用により耐力、靱性ともに格段に高いハイブリッド補強材となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートや金属等から成る構造体を補強する構造物およびこの補強方法に関するものである。

従来、コンクリートや金属等（以下、コンクリートで代表させる）で造られた構造体の耐震補強構造として、支柱に鉄板、或いはシート状に成形した鋼板を巻きつけたり、梁や柱、及びそれらの結合部や壁面にセメントを補充塗布したり、吹き付けたりして構造体と一体化させる構造が知られている。また、別の態様の耐震補強構造としては、炭素繊維シート等の部材からなる補強材を構造体の補強したい部位の表面に貼り付けて構造体と一体化させる構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この耐震補強構造によれば、補強材の剛性によって耐震性能を向上させることができる。

特開平１１−３２４３４３号公報

しかしながら、上記した従来の耐震補強構造において、補強材として鉄板等を巻きつけたものや、セメントを補充塗布等したものでは、構造物が大きな衝撃を受けた場合、その構造体が大変形すると、補強材が破断してエネルギー吸収性能を発揮することができないおそれがある。また、炭素繊維シート等の部材からなる補強材を使用した場合でも、炭素繊維シートの破断伸びが小さいため、巨大地震や大きな衝撃によって構造体が大変形すると、補強材等が破断してエネルギー吸収性能を発揮することができないおそれがあり、巨大地震や大きな衝撃に対応できないという問題がある。

また、仮に巨大地震や大きな衝撃によって橋梁等のコンクリート構造物が破壊されると、内部の鉄筋が破断していなくても破壊されたコンクリート片が崩れ落ちて被害を起す。つまり、コンクリート構造物の躯体表面のコンクリートが剥がれ、このコンクリート片が散逸することとなる。そのため、コンクリート構造物が建物の場合には、散逸するコンクリート片が落下したり、側壁自体の形状が保持できなくなり、側壁の自立性も失われて建物が倒壊するという二次的な被害が発生するという問題があった。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構造体が老朽化した場合や、巨大地震や大きな衝撃の際にもエネルギー吸収性能を発揮することができ、また、仮に構造体が破壊されたとしても構造体から生じるコンクリート片等の剥落や亀裂の拡大を防止することができる構造物およびこの補強方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート構造物では、構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する構造物であって、前記補強材は、前記構造体の補強部位の表面に被覆形成されたプライマリー層と、プライマー層の表面に形成されたビニル樹脂系樹脂層と、ビニル樹脂系樹脂層の表面に形成された補強塗膜とからなるからなり、前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなることを特徴としている。

また、前記補強塗膜は、イソシアネートと、アミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂からなり、ビニル樹脂系樹脂層との協働作用により耐力、靱性ともに格段に高いハイブリッド補強材となるからなることを特徴としている。

本発明では、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなる補強塗膜が、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂である。また、構造体の補強部位の表面に補強繊維シートを貼り付けることで、構造体の耐力を向上させることができる。

特に、イソシアネートと、アミンとの化学反応により化合物であるポリウレア樹脂が実現され、これは構造体の変形が塑性域に達しても、補強塗膜が構造体の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜によって構造体の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、巨大地震や大きな衝撃による荷重に対応することが可能な構造を設けることができる。

本発明の構造物およびこの補強方法によれば、老朽化したビルの屋上等のコンクリート構造物の亀裂の拡大やトンネルの内壁の剥落を食い止め、巨大地震や大きな衝撃の際にもエネルギー吸収性能を発揮することができ、仮に構造体が破壊されたとしても、その構造体のコンクリート片の散逸を防ぎ（局所破壊防止）、転倒したり崩壊したりせずに自立した形状を保持（全体破壊防止／形状保持）することができる。そのため、コンクリート片等の散逸に伴う二次的な被害を抑えることが可能となる。

（ａ）本実施の形態における補強材によって構造体を補強する様子を示す斜視図である。（ｂ）前記構造体を補強する作業の終了後のビルの屋上構造物（床面）を示す斜視図である。図１に示す施工作業で得られる補強材の構成を示す部分斜視図である。本実施の形態の塗装装置の外観構成を示す斜視図である。上記塗装装置における塗装材料（樹脂、硬化剤）の供給構成を示すブロック構成図である。上記実施の形態におけるスプレーガンの内部構造を詳細に示す図である。

以下、本発明の実施の形態による補強構造物およびその補強方法について説明する。この実施の形態ではビルの屋上の補修工事を例にとって説明する。図１は本発明の一実施の形態による補強材によって構造体であるビルの屋上を補強或いは補修する手順及び補強されたビルの屋上構造物の構成を示す斜視図である。図１（ａ）は本実施の形態における補強材によって構造体を補強する様子を示す斜視図である。図１（ｂ）は前記構造体を補強する作業の終了後のビルの屋上構造物を示す斜視図である。

図１において、符号１は鉄筋コンクリート造の構造体としてのビルの屋上であり、１０はビルの屋上１を補強する補強材である。補強材１０には常温では液体である樹脂素材と、硬化剤とが用いられ、両者が混合して、図１（ａ）に示されるようにビルの屋上１の床面１ａに吹き付け等の方法で塗布される。補強材１０は、図２に示されるように、ビルの屋上１の床面１ａに下地処理を施して下地処理面１ｂを形成し、その下地処理面１ｂの表面に形成されたプライマー層１０ａと、プライマー層１０ａの表面に形成されたビニル樹脂系樹脂層１０ｂと、ビニル樹脂系樹脂層１０ｂの表面に形成された補強塗膜（吹付け塗装層）１０ｃとからなる３層構造となっている。また別の態様（変形例）として、補強材１０は、上記プライマー層１０ａの表面にエポキシ樹脂を用いて貼り付けられたシート状の炭素繊維シートと、その炭素繊維シートの表面に被覆及び接着されたビニル樹脂系樹脂層１０ｂ及び補強塗膜１０ｃと、からなる４層構造となっていてもよい。補強塗膜１０ｃを形成する樹脂は靭性の高い樹脂である。

補強塗膜１０ｃは、ビルの屋上１の表面全体もしくは補修が必要な部分を所定の塗布厚（例えば２〜５ミリメートル）をもって被覆するように設けられている。

上記した補強塗膜１０ｃは、ビルの屋上１の表面に吹き付けやローラーなどで塗布される樹脂製の塗膜であって、その成分は、化学物質としてイソシアネートが用いられ、硬化剤としてポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方が用いられ、上記イソシアネートと硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる。例えば、補強塗膜１０ｃとしては、イソシアネートとアミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレアを用いることができ、このポリウレアにより形成された補強塗膜１０ｃとビニル樹脂系樹脂層１０ｂとを組み合わせることによりハイブリッド補強材とすることができる。

具体的に補強塗膜１０ｃは、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（靱性及び強度が高く、伸び性能が高い）に優れた合成樹脂からなる。ここで、補強塗膜１０ｃを構成するポリウレア樹脂としては、例えば引張強度が鉄筋の５分の１程度の４０ＭＰａ程度（２０〜４５ＭＰａ）であって、破断伸びが３００％以上の物性を有する樹脂からなり、例えば「ＬＩＮＥ−Ｘ（登録商標：ＬＩＮＥ−ＸＣｏ．Ｌｔｄ．，米国、アラバマ州製」が用いられる。なお、補強塗膜１０ｃの厚さ寸法Ｄは、２ｍｍ程度若しくはそれ以上であることが好ましい。

ここで、ビルの屋上１に補強材１０を被覆する施工方法としては、塗布するコンクリート表面（ここでは、符号１ａで示された表面）を十分に清掃して塵等を取き、下地処理面１ｂを形成し、また下地処理面１ｂの表面にプライマー層１０ａを形成した後、ビニル樹脂系樹脂を塗布し、さらにポリウレア樹脂を所定厚さだけ塗布する。これにより、ビルの屋上１の表面にプライマー層１０ａと、プビニル樹脂系樹脂層１０ｂと、ポリウレア樹脂から成る補強塗膜１０ｃとの３層からなる補強材１０が形成される。

図３及び図４は上述の補強材１０の被覆施工に用いる塗装装置を説明する図である。これらの図のうち、図３は上記塗装装置の外観構成を示す斜視図である。図４は上記塗装装置における塗装材料（樹脂、硬化剤）の供給構成を示すブロック構成図である。図３において符号２０は塗装装置を表す。塗装装置２０は、液状の硬化剤が収容された第１の供給ポンプ２１と、液状の樹脂素材が収容された第２の供給ポンプ２２と、第１及び第２の供給ポンプ２１，２２から供給された硬化剤及び樹脂素材を収集して送出する装置本体２３と、装置本体２３から硬化剤・樹脂素材混合液を導出するホース２４と、ホース２４の先端に取り付けられたスプレーガン２５とから構成される。装置本体２３は、図４に示されるように、硬化剤及び樹脂素材を取り込んで状態調整を行う調整ユニット２６と、調整ユニット２６に装備され硬化剤及び樹脂素材を適温に加熱、維持するヒータ２７と、スプレー用の高圧エアーを生製するコンプレッサ２８と、コンプレッサ２８から送出される高圧エアーを乾燥させるエアードライヤー２９と、上記調整ユニット２６、ヒータ２７、コンプレッサ２８、エアードライヤー２９に電力を供給する発電機３０とを備えている。ホース２４には内部を流れる硬化剤を通す硬化剤通路２４ａと、樹脂素材を通す樹脂素材通路２４ｂと、コンプレッサ２８から送出された高圧エアーを通すエアー通路２４ｃとを有し、また硬化剤及び樹脂素材を適温に加熱、維持するヒータ（図示してない）が備えられている。

図５はスプレーガン２５の内部構造を詳細に示す図である。このスプレーガン２５は、ホース２４に導かれてスプレーガン２５に到達した硬化剤を通す硬化剤通路３１と、樹脂素材を通す樹脂素材通路３２と、高圧エアーを通すエアー通路３３と、エアスプレーを噴射するノズル３４とを有し、各通路３１，３２，３３とノズル３４との接続部分には、硬化剤通路３１と、樹脂素材通路３２と、エアー通路３３の各出口が集中する出会い点３５が形成されている。

上記塗装装置２０による補強材１０の被覆施工動作について説明する。第１の供給ポンプ２１には液状の硬化剤が収容されている。硬貨剤としては、例えばポリオールまたはアミンが用いられる。第２の供給ポンプ２２には液状の樹脂素材が収容されている。樹脂素材としては化学物質であるイソシアネートが用いられる。被覆施工の待機時においては、第１の供給ポンプ２１からの硬化剤及び第２の供給ポンプ２２それぞれからの樹脂素材が装置本体２３の調整ユニット２６へ送られ、ここでヒーター２７によって加熱されてまた第１の供給ポンプ２１及び第２の供給ポンプ２２にそれぞれ戻されるという循環動作を行っている。被覆施工が開始されると、硬化剤及び樹脂素材は調整ユニット２６から方ホース２４に送られ、硬化剤はホース２４の硬化剤通路２４ａを通ってスプレーガン２５へ送られる一方、樹脂素材はホース２４の樹脂素材通路２４ｂを通ってスプレーガン２５へ送られる。またホース２４にはコンプレッサー２８からの高圧エアーも送られ、この高圧エアーはホース２４のエアー通路２４ｃを通ってスプレーガン２５へ送られる。スプレーガン２５へ送られた硬化剤、樹脂素材、高圧エアーは、それぞれ硬化剤通路３１、樹脂素材通路３２、エアー通路３３を通ってノズル３４へ到達する。ノズル３４への到達部分（接続部分）には、出会い点３５があるため、この出会い点３５において硬化剤と樹脂素材とが衝突混合され、さらにその混合体に高圧エアーが供給されることにより３者は混合状態でノズル２５の先端からエアスプレー３６となって射出される（図１（ａ）を参照）。このエアスプレー３６はビルの屋上１の表面１ａに噴きかかりポリウレア樹脂から成る補強塗膜１０ｃが形成される（図２を参照）。

図１および図２に示すように、本実施の形態では、補強塗膜１０ｃが、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂であるため、ビルの屋上１の耐力、及び変形に対する粘り強さを補強塗膜１０ｃで行うことができる。そのため、ビルの屋上１の変形が塑性域に達しても、補強塗膜１０ｃがビルの屋上１の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜１０ｃによってビルの屋上１の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、ビルの屋上１が或る程度老朽化していても、床面の亀裂の発生や拡大、或いはビルの側壁における剥落などの事故は回避できる。また、巨大地震や大きな衝撃による荷重にも対応することが可能である。よって、仮に上記巨大地震などの荷重を受けることによりビルの屋上１の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜１０ｃは伸びることはあっても破断せず、補強塗膜１０ｃによってビルの屋上１の表面が被覆された状態が維持される。

以上、本発明による構造物およびこの補強方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施の形態では構造体としてビルの屋上の鉄筋コンクリート構造を事例対象としているが、これに限定されることはなく、他の形態の板状構造に適用することも可能である。例えば、高層ビル、橋梁高欄、桟橋などのコンクリート製の構造体を適用対象とすることができる。

なお、上記実施の形態の変形例として、補強材１０は、上記プライマー層１０ａの表面にエポキシ樹脂を用いて貼り付けられたシート状の炭素繊維シートと、その炭素繊維シートのさらに表面に被覆及び接着されたビニル樹脂系樹脂層１０ｂ及び補強塗膜１０ｃと、からなる４層構造とする例に言及した。しかしながら、本発明において実現される補強塗膜１０ｃは強度、靱性において格段の高さ性能を有し、ビニル樹脂系樹脂層１０ｂは柔軟な被覆層或いは防水層として機能するため、炭素繊維シートを用いたことによる追加の性能向上は顕著には表れない。

本発明によるコンクリート構造物によれば、構造体が老朽化した場合や、巨大地震や大きな衝撃の際にもエネルギー吸収性能を発揮することができ、また、仮に構造体が破壊されたとしても構造体に生じる亀裂の発生や拡大、或いは側壁からのコンクリート片等の剥落を防止することができ、有用である。

１ビルの屋上（構造体）
１ａ表面
１ｂ下地処理面
１０ａプライマー層
１０ｂビニル樹脂系樹脂層
１０ｃ補強塗膜（吹付け塗装層）
２０塗装装置
２１第１の供給ポンプ
２２第２の供給ポンプ
２３装置本体
２４ホース
２４ａ、３１硬化剤通路
２４ｂ、３２樹脂素材通路
２４ｃ、３３エアー通路
２５スプレーガン
２６調整ユニット
２７ヒータ
２８コンプレッサ
２９エアードライヤー
３０発電機
３４ノズル
３５出会い点
３６エアスプレー

Claims

構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する構造物であって、
前記補強材は、
前記構造体の補強部位の表面に被覆形成されたプライマリー層と、
プライマー層の表面に形成されたビニル樹脂系樹脂層と、
ビニル樹脂系樹脂層の表面に形成された補強塗膜とからなり、
前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなることを特徴とする構造物。
前記補強塗膜は、前記イソシアネートと前記アミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の構造物。