JP2017096016A - コンクリート構造物の補修構造及び補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ひび割れ補修機能に加えて補修後の応力状態を比較的簡単に確認する機能を備えたコンクリート構造物の補修構造を提供する。【解決手段】 コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に塗布されて含浸される低粘度の下地材２と、この下地材２の上から塗布される高粘度の接着材３と、この接着材３を介して接着される繊維シート４と、を含んで構成される。ここで、下地材２に、応力の変化を受けて発光する応力発光体１０が配合される。尚、接着材３、あるいは、繊維シート４への上塗り材に、応力発光体１０が配合されてもよい。【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネル、橋梁などのコンクリート構造物のひび割れに対する補修（補強を含む）のための補修構造及び補修方法に関する。

我が国では、高度成長期に整備されたトンネル、橋梁などの社会基盤の多くが今後１０〜２０年の間に耐用年数を迎える。このため、これらの構造物の事故防止や長寿命化に向けた技術、特にコンクリート構造物のひび割れ補修及び管理のための技術へのニーズが急速に高まっている。

コンクリート構造物のひび割れ補修は、特許文献１などに示されるように、コンクリート構造物の表面（ひび割れ発生面）に、下地材（プライマー）を塗布し、その上に接着材を塗布して、繊維シートを貼り付けている。

ところで、ひび割れが発生する原因としては、材料の劣化やひび割れ発生部への過度な応力載荷などがあげられる。つまり、ひび割れが発生した部分は弱部となっており、継続的に点検を行って、安全を確保する必要がある。

従来のひび割れ点検としては、デジタルカメラやクラックスケールを用いて目視でひび割れの状態を把握する目視点検や、ハンマーで叩いて音を確認することによりひび割れの程度を把握する打音検査が、一般的に行われてきた。

また、最近では、レーザー変位計やひずみゲージを用いたモニタリングも実施されている。更に、特許文献２などに示されるように、コンクリート表面に貼付され、ひび割れが発生すると白く変色するシート状のコンクリートひび割れセンサを用いて、ひび割れをモニタリングする技術も提案されている。

特開２０１２−００７２９０号公報 特許第５５６７０５７号公報

しかしながら、最近のモニタリングシステムにおいても、計測領域が点や線に限定されるため、構造物全体の安定性を把握するには多数のセンサが必要であった。

本発明は、このような実状に鑑み、ひび割れ補修機能に加えて補修後の応力状態を比較的簡単に確認する機能を備えたコンクリート構造物の補修構造及び補修方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るコンクリート構造物の補修構造は、コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に接着される補修用の繊維シートと、前記ひび割れ発生箇所と前記繊維シートとの間、又は、前記繊維シートの表面側に塗布される塗布材と、を含んで構成され、前記塗布材に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合されていることを特徴とする。
すなわち、ひび割れ発生箇所と繊維シートとの間の接着用の塗布材に前記応力発光体を配合する構成、又は、繊維シートの表面側の上塗り用の塗布材に前記応力発光体を配合する構成とする。

前記接着用の塗布材は、コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に塗布される下地材（プライマー）と、前記下地材の上から塗布される接着材とから構成される。この場合、前記下地材と前記接着材とのうち、少なくとも一方に、前記応力発光体が配合されているとよい。

本発明に係るコンクリート構造物の補修方法は、コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合された塗布材を塗布する工程と、前記ひび割れ発生箇所に前記塗布材を介して繊維シートを接着する工程と、を含むことを特徴とする。
又は、コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に繊維シートを接着する工程と、前記繊維シートの上に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合された塗布材を塗布する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に繊維シートを接着することで、ひび割れを補修することができる。そして、接着用の塗布材又は上塗り用の塗布材に応力発光体が配合されるので、補修後に応力がかかると、応力発光体が発光することから、補修後の応力状態を容易に把握することができる。従って、「危険の見える化」を図ることができる。

本発明の第１実施形態として、（Ａ）ひび割れ発生、（Ｂ）補修、（Ｃ）応力発光の様子を示す図 本発明の第２実施形態を示す図 本発明の第３実施形態を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示している。先ずこれについて説明する。

図１（Ａ）は、コンクリート構造物１、例えばトンネル冠部あるいは橋梁の下面１ａに、ひび割れ（Ｃｒ）が発生した様子を示している。

図１（Ｂ）は、補修構造（及び補修方法）を示している。
コンクリート構造物１のひび割れ発生面１ａに、先ず、下地材（プライマー）２を塗布する。下地材２は、後述する接着材３と同じく、エポキシ、アクリル、又はウレタン系の接着物質で、接着材３と比べ、低粘度である。従って、ひび割れ発生面１ａへの塗布により、コンクリート構造物１の内部、すなわち、ひび割れ部に含浸される。尚、下から塗ったときに亀裂が上方向に延びていても自然としみこんでいく。含浸後は、ひび割れ部内で固化する。

下地材２にはまた、応力の変化を受けて発光する応力発光体１０が配合されている。下地材２そのものは透明又は半透明とするのがよいが、含有する応力発光体１０の発光を視認可能であれば、これに限らない。
応力発光体１０は、粉末状のセラミック粒子であり、個々の微粒子が、力学的エネルギーを光エネルギーに変換するセンサ素子の役割を果たす。

尚、応力発光体材料としては、例えば、下記の（１）〜（５）を挙げることができる。
（１）スピネル構造のＭｇＡｌ₂Ｏ₄及びＣａＡｌ₂Ｏ₄、コランダ構造のＡｌ₂Ｏ₃、及びβ−アルミナ構造のＳｒＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇の中から選ばれた少なくとも１種の金属酸化物又は複合酸化物の母体結晶を用いるもの（特開２０００−１１９６４７号公報参照）
（２）Ｙ、Ｂａ及びＭｇの中から選ばれた少なくとも１種の金属の酸化物とＳｉの酸化物との複合体を少なくとも主成分とする母体材料を用いるもの（特開２０００−３１３８７８号公報参照）
（３）非化学量論的組成を有するアルミン酸塩の少なくとも１種を用いるもの（特開２００１−０４９２５１号公報参照）
（４）特定のアルミノケイ酸塩、アルミン酸塩、ケイ酸塩、タンタル酸塩、又は、ニオブ酸塩などを母体材料として用いるもの（特開２００３−１６５９７３号公報参照）
（５）ウルツ鉱型構造とせん亜鉛鉱型構造との共存構造を有する複合半導体結晶を用いるもの（特開２００４−０４３６５６号公報参照）

コンクリート構造物１のひび割れ発生面１ａには、下地材２の塗布後、接着材３を塗布する。接着材３は、エポキシ、アクリル又はウレタン系の接着物質で、下地材２に比べ、高粘度である。下地材２と接着材３とを同系の物質とすることで、界面での剥離防止を図ることができる。
接着材３は、下地材２中の応力発光体１０の発光を視認可能とするため、光透過性を有するように透明又は半透明とする。

コンクリート構造物１のひび割れ発生面１ａには、下地材２及び接着材３の塗布後、補修・補強用の繊維シート４を貼り付ける。
繊維シート４は、アラミド、カーボン、ポリエステル、ビニロンなどの素材繊維からなり、メッシュ状に形成されている。詳しくは、上記の素材繊維をタテ・ヨコに積層し、その交点を樹脂で接着した２軸積層構造をなしている。従って、繊維シート４はメッシュ状に形成されているゆえ、外部から下地材２中の応力発光体１０の発光を視認できる。

要求される補強の程度が低い場合は、繊維シート４として、ポリエステルやビニロン製の繊維シートを用いることができるが、補強強度が重視される場合は、アラミドやカーボン製の繊維シートを用いるのが好ましい。但し、カーボンの場合は黒色系のため視認性に劣る。
よって、補強強度と視認性の両方が要求される場合は、繊維シート４として、繊維自体が透明又は半透明のアラミド製の繊維シート（アラミド補強シート）を用いるのが好ましい。

従って、本実施形態の補修方法は、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に応力発光体１０が配合された下地材２を塗布して含浸させる工程と、下地材２の上から接着材３を塗布する工程と、接着材３の上に繊維シート４を貼り付ける工程と、を含む。

かかる補修構造によれば、接着用の塗布材（下地材２及び接着材３）のうち、低粘度の下地材２は、コンクリート構造物１の内部、すなわち、ひび割れ部に含浸され、この後に固化するので、ひび割れ部を補修することができる。また、ひび割れ発生面１ａを高粘度の接着材３を介して繊維シート４により覆うことで、ひび割れ発生面１ａを補修でき、コンクリート塊の剥落を繊維シート４によって阻止することができる。

図１（Ｃ）は、補修後の応力発光について示している。尚、本図では、発光を黒塗りで示している。
応力発光体１０を配合した下地材２はひび割れ部に含浸されて固化されているので、補修後、例えば車両が通過する毎などに、ひび割れ部に応力（引張応力又は圧縮応力）がかかると、下地材２中の粉末状の応力発光体１０が発光する。また、既存のひび割れ部から離れた表面側に応力がかかった場合、下地材２の層状部で応力発光体１０が同様に発光する。従って、外部から、メッシュ状の繊維シート４、透明又は半透明の接着材３の層を介して、発光を確認することができる。従って、発光により大きな荷重を受けている箇所を知ったり、発光をコンクリート塊の剥落の予兆ととらえたりするなど、補修後の応力状態を容易に把握することができる。

従って、本実施形態によれば、コンクリート構造物の状態監視を極めて簡易に行うことができ、コンクリート構造物の現場での変状の発生・進展、あるいは危険度の増大を簡単に検知することができる。

また、本実施形態では、接着用の塗布材として、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に塗布される下地材２と、下地材２の上から塗布される接着材３とを用い、下地材２と接着材３とのうち、下地材２に応力発光体１０を配合している。
これによれば、コンクリート構造物１及びそのひび割れ部に近い下地材２の側に応力発光体１０を配合することで、応力がほとんど吸収されることなく応力発光体１０に伝わり、応力状態に見合った発光を得ることができる。

また、本実施形態では、接着用の塗布材として、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に塗布される下地材２と、下地材２の上から塗布される接着材３とを用い、下地材２は、接着材３に比べ、低粘度としている。
言い換えれば、接着用の塗布材として、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に塗布されて含浸される低粘度の下地材２と、下地材２の上から塗布される高粘度の接着材３とを用いている。
これによれば、下地材２のひび割れ部への含浸性を高めることができ、補修機能の向上を図ることができる。また、下地材２への応力発光体１０の配合と併用することで、ひび割れ部の応力状態把握機能の向上を図ることができる。

より具体的には、下地材２及び接着材３の粘度は、次のようにするとよい。
下地材２の粘度：１００〜１０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは、１００〜５００ｍＰａ・ｓ
接着材３の粘度：５００ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは、１０００ｍＰａ・ｓ以上

また、本実施形態によれば、繊維シート４として、アラミド繊維を使用することによって、十分な補強機能と、応力発光体に対する、より十分な視認機能とを確保することができる。

図２は本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態の説明に際し、第１実施形態と対応する要素には同一符号を付して、説明を簡略化する。
本実施形態では、接着用の塗布材として、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に塗布される下地材２と、下地材２の上から塗布される接着材３とを用い、下地材２と接着材３とのうち、接着材３に応力発光体１０を配合している。

従って、本実施形態の補修方法は、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に下地材２を塗布して含浸させる工程と、下地材２の上から応力発光体１０が配合された接着材３を塗布する工程と、接着材３の上に繊維シート４を貼り付ける工程と、を含む。

本実施形態では、補修後に、コンクリート構造物１に応力がかかると、これが下地材２の層を介して、接着材３の層に伝わり、含有する応力発光体１０が発光する。

本実施形態の効果は次の通りである。
下地材２に応力発光体１０を配合する場合、接着材３に高い光透過性（透明性）が求められる。
これに対し、本実施形態のように、接着材３に応力発光体１０を配合する場合は、接着材３からの発光を視認できればよく、接着材３そのものに求められる光透過性のレベルは低くてもよい。従って、材料選択の幅を広げることができる。
尚、下地材２及び接着材３の両方に応力発光体１０を配合するようにしてもよい。

図３は本発明の第３実施形態を示している。第３実施形態の説明に際しても、第１実施形態と対応する要素には同一符号を付して、説明を簡略化する。
本実施形態では、補修用の繊維シート４の表面側に、上塗り用の塗布材として、上塗り材５を塗布している。そして、この上塗り材５に、応力発光体１０を配合している。

従って、本実施形態の補修方法は、コンクリート構造物１のひび割れ発生箇所に下地材２を塗布して含浸させる工程と、下地材２の上から接着材３を塗布する工程と、接着材３の上に繊維シート４を貼り付ける工程と、繊維シート４の上に応力発光体１０が配合された上塗り材５ｗを塗布する工程と、を含む。

本実施形態では、補修後に、コンクリート構造物１に応力がかかると、これが下地材２、接着材３及び繊維シート４の層を介して、上塗り材５の層に伝わり、含有する応力発光体１０が発光する。

また、補修後にコンクリート構造物１に応力がかかり、コンクリートに破壊が発生した後、コンクリート片等の剥落が発生しても繊維シート４がコンクリート片等の荷重を受けて、応力発光体１０が発光する。実際に破壊が発生した後であって、下地材２、接着材３が破壊されている場合であっても、上塗り材５に配合された応力発光体１０が発光するので、剥落等の破損箇所を把握することができる。

本実施形態によれば、補修の最終段階で応力発光体１０を入れ込むことができ、後付けも可能になるという効果が得られる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ コンクリート構造物
１ａ ひび割れ発生面
２ 下地材（プライマー）
３ 接着材
４ 繊維シート
５ 上塗り材
１０ 応力発光体

Claims (9)

1. ひび割れを生じたコンクリート構造物の補修構造であって、
   コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に接着される補修用の繊維シートと、
   前記ひび割れ発生箇所と前記繊維シートとの間に塗布される塗布材と、
   を含んで構成され、
   前記塗布材に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合されていることを特徴とする、コンクリート構造物の補修構造。
2. 前記塗布材は、前記コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に塗布される下地材と、前記下地材の上から塗布される接着材とから構成され、
   前記下地材と前記接着材とのうち、少なくとも前記下地材に、前記応力発光体が配合されていることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート構造物の補修構造。
3. 前記塗布材は、前記コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に塗布される下地材と、前記下地材の上から塗布される接着材とから構成され、
   前記下地材と前記接着材とのうち、少なくとも前記接着材に、前記応力発光体が配合されていることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート構造物の補修構造。
4. 前記下地材は、前記接着材に比べ、低粘度であることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載のコンクリート構造物の補修構造。
5. ひび割れを生じたコンクリート構造物の補修構造であって、
   コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に接着される補修用の繊維シートと、
   前記繊維シートの表面側に塗布される塗布材と、
   を含んで構成され、
   前記塗布材に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合されていることを特徴とする、コンクリート構造物の補修構造。
6. 前記繊維シートは、アラミド繊維からなることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のコンクリート構造物の補修構造。
7. ひび割れを生じたコンクリート構造物の補修方法であって、
   コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合された塗布材を塗布する工程と、
   前記ひび割れ発生箇所に前記塗布材を介して繊維シートを接着する工程と、
   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。
8. 前記塗布材を塗布する工程は、コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に下地材を塗布して含浸させる工程と、前記下地材の上から接着材を塗布する工程とを含み、
   前記下地材と前記接着材とのうち、少なくとも一方に、前記応力発光体が配合されていることを特徴とする、請求項７記載のコンクリート構造物の補修方法。
9. ひび割れを生じたコンクリート構造物の補修方法であって、
   コンクリート構造物のひび割れ発生箇所に繊維シートを接着する工程と、
   前記繊維シートの上に、応力の変化を受けて発光する応力発光体が配合された塗布材を塗布する工程と、
   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。