JP2019163668A

JP2019163668A - あと施工アンカーの施工方法

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Publication number: JP2019163668A
Application number: JP2018053199A
Authority: JP
Inventors: 重裕安藤; Shigehiro Ando; 努田村; Tsutomu Tamura; 兼吉　孝征; Takamasa Kaneyoshi; 孝征兼吉
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP7125661B2

Abstract

【課題】アンカー筋の引き抜けが生じにくく、かつ、コンクリート構造物のひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されたあと施工アンカーを施工することが可能なあと施工アンカーの施工方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係るあと施工アンカーの施工方法は、コンクリート構造物の表面に直径Ｄ１の孔を穿孔後、該孔の底部に、最大直径Ｄ２の拡底部を形成することにより、拡底孔を穿孔する工程と、前記拡底孔に無機系充填材を充填する工程と、直径Ｄ３の胴部と最大直径Ｄ４の拡底頭部とを備えるアンカー筋を前記拡底孔に挿入する工程と、前記アンカー筋を打ち込んで、前記拡底頭部の最大直径をＤ５に拡張させる工程とを有し、（１）式［Ｄ４−Ｄ３≧４．０ｍｍ］、（２）式［Ｄ５／Ｄ１≧１．１０］、（３）式［Ｄ５／Ｄ２＜１．１０］及び（４）式［Ｄ５／Ｄ３≧１．４０］を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、あと施工アンカーの施工方法に関する。

従来、既設のコンクリート構造物に他の部材を連結する場合、該コンクリート構造物の表面に形成された穿孔内に、鉄筋、ボルト等のアンカー筋を取り付けることにより、該アンカー筋と他の部材とを連結する、あと施工アンカー工法が用いられている。

あと施工アンカー工法としては、例えば、既設のコンクリート構造物の表面に形成された穿孔の内面とアンカー筋との間にセメント等を含む充填材を充填し、該充填材が化学反応によって硬化することにより、前記アンカー筋を前記充填材で固定する接着系アンカー工法が挙げられる。前記充填材としては、無機系充填材及び有機系充填材が使用されている。また、施工方式としては、注入式とカプセル式とがある。

他にも、既設のコンクリート構造物の表面に拡底孔を穿孔し、該拡底孔内でアンカー筋の先端の拡底部を拡張させることにより、該アンカー筋の先端部を前記拡底孔の内面に機械的に固着させる金属拡張アンカー工法が挙げられる。

さらに、前記接着系アンカー工法と前記金属拡張アンカー工法とを組み合わせた工法、すなわち、既設のコンクリート構造物の表面に形成された拡底孔内でアンカー筋の先端の拡底部を拡張させ、さらに、前記拡底孔の内面と前記アンカー筋との間に充填材を充填することにより、あと施工アンカーを施工する工法も報告されている（特許文献１及び２）。

特開２０１７−１７２１６８号公報意匠登録第１１９２８８４号公報

金属拡張アンカー工法において、拡底孔の内面とアンカー筋との間に若干の空隙が生じると、振動の影響を受けやすくなる。その結果、前記アンカー筋の緩みが生じ、該アンカー筋がコンクリート構造物から引き抜けやすくなるという問題があった。そのため、コンクリート構造物の表面には、アンカー筋の形状に合わせて、拡底孔を寸法精度良く穿孔することが求められる。しなしながら、金属拡張アンカー工法において用いられるアンカー筋は、先端に拡底部を有する複雑な形状をしているため、当該形状に合わせて寸法精度で良く拡底孔を穿孔することは困難であった。

従来、拡底孔の内面とアンカー筋との間に充填剤を充填し、振動の影響を低減させることで、アンカー筋の引き抜けを抑制していた。しかしながら、アンカー筋を充填材で固定した後にコンクリート構造物がひび割れした場合、前記アンカー筋の引張耐力が著しく低下するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、アンカー筋の引き抜けが生じにくく、かつ、コンクリート構造物のひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されたあと施工アンカーを施工することが可能なあと施工アンカーの施工方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、コンクリート構造物の表面に形成する拡底孔及び該拡底孔に挿入するアンカー筋の寸法を所定の範囲に調整し、かつ、充填材として無機系充填材を用いてあと施工アンカーを施工することにより、アンカー筋の引き抜けが生じにくく、かつ、コンクリート構造物のひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されたあと施工アンカーが得られることを見出した。本発明の要旨は、以下の通りである。

本発明に係るあと施工アンカーの施工方法は、コンクリート構造物の表面に直径Ｄ_１の孔を穿孔後、該孔の底部に、最大直径Ｄ_２の拡底部を形成することにより、拡底孔を穿孔する工程と、前記拡底孔に無機系充填材を充填する工程と、直径Ｄ_３の胴部と最大直径Ｄ_４の拡底頭部とを備えるアンカー筋を前記拡底孔に挿入する工程と、前記アンカー筋を打ち込んで、前記拡底頭部の最大直径をＤ_５に拡張させる工程とを有し、下記（１）〜（４）式を満たす。
Ｄ_４−Ｄ_３≧４．０ｍｍ・・・（１）
Ｄ_５／Ｄ_１≧１．１０・・・（２）
Ｄ_５／Ｄ_２＜１．１０・・・（３）
Ｄ_５／Ｄ_３≧１．４０・・・（４）

斯かる構成により、アンカー筋の引き抜けが生じにくく、かつ、コンクリート構造物のひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されたあと施工アンカーを施工することができる。

前記あと施工アンカーの施工方法において、前記無機系充填材は、粒径１ｍｍ以上の細骨材を含有することが好ましい。

斯かる構成により、充填材の硬化により生じる硬化収縮量を小さくすることができ、その結果、充填材のひび割れの発生を抑制することができる。また、骨材のアーチ効果により引張耐力が向上する。

本発明によれば、アンカー筋の引き抜けが生じにくく、かつ、コンクリート構造物のひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されたあと施工アンカーを施工することが可能なあと施工アンカーの施工方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法における各工程を示す側面視の断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、その他の実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法における拡底孔を示す側面視の断面図である。実施例におけるひび割れ付着強度試験に用いた装置を示す概略図である。実施例における繰り返し引張試験に用いた油圧サーボ式試験装置を示す概略図である。各実施例及び各比較例で使用した珪砂の骨粒度分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法における各工程を示す側面視の断面図である。

（拡底孔の穿孔工程）
本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、まず、コンクリート構造物１の表面２に直径Ｄ_１の孔３を穿孔後、該孔３の底部に、最大直径Ｄ_２の拡底部４を形成することにより、拡底孔５を穿孔する工程を行う。

孔３は、底面の直径がＤ_１の円柱形状であり、例えば、ハンマードリル、コアドリル等を用いて穿孔することができる。本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、孔３の直径Ｄ_１を、後述するアンカー筋の拡底頭部の拡張後の最大直径Ｄ_５と前記直径Ｄ_１との比（Ｄ_５／Ｄ_１）が１．１０以上、好ましくは１．２０以上となる値にする。穿孔する孔３の深さは、特に限定されるものではなく、使用するアンカー筋の形状に合わせて適宜変更することができる。

拡底部４とは、孔３の底部に形成され、かつ、該孔３の軸方向に垂直な断面における直径が、孔３の直径Ｄ_１よりも大きい部分をいう。拡底部４において、前記軸方向に垂直な断面における直径のうち最も大きな直径を最大直径Ｄ_２とする。本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、拡底部４の形状が円錐台形状である。この場合、該円錐台の底面の直径が最大直径Ｄ_２となる。

本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、拡底部４の最大直径Ｄ_２を、後述するアンカー筋の拡底頭部の拡張後の最大直径Ｄ_５と前記最大直径Ｄ_２との比（Ｄ_５／Ｄ_２）が１．１０未満、好ましくは１．０未満となる値にする。

拡底部４は、例えば、アンダーカッター、拡底用ドリルビット等を用いて形成することができる。なお、拡底部４が形成された孔３を、拡底孔５という。

（充填材の充填工程）
本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、拡底孔の穿孔工程後に、拡底孔５に無機系充填材６を充填する工程を行う。

無機系充填材６としては、例えば、セメント及び細骨材を主成分とし、さらに、保水成分を含有するものを用いることができる。無機系充填材６は、水と混練されることにより硬化する。

前記セメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、超速硬セメント、アルミナセメント等が挙げられる。また、前記ポルトランドセメントにフライアッシュ、高炉スラグ等を混合した各種混合セメントも使用することができる。前記超速硬セメントとしては、例えば、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン元素）、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、カルシウムサルフォアルミネート（アーウィン）等の結晶質若しくは非晶質のカルシウムアルミネートを含有するものが挙げられる。特に、充填時の流動性と充填後の硬化性とのバランスの観点から、前記超速硬セメントを用いることが好ましい。前記セメントの含有量は、前記無機系充填材１００質量部に対して、３０質量部以上であることが好ましく、２５質量部以上であることがより好ましい。また、前記含有量は、６０質量部以下であることが好ましく、５７質量部以下であることがより好ましい。

前記細骨材としては、特に限定されるものではなく、コンクリート又はモルタルに用いられる一般的な細骨材（例えば、天然由来のもの、人工的なもの、再生されたもの等）を用いることができる。前記細骨材は、充填材のひび割れを抑制し、かつ、引張耐力を向上させる観点から、粒径が１．０ｍｍ以上であることが好ましく、３．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、粗粒率が１．００以上であることが好ましく、２．４５以下であることが好ましい。なお、細骨材の粒径及び粗粒率は、ＪＩＳＡ１１０２「骨材のふるい分け試験方法」に規定する方法で測定されるものである。前記細骨材の含有量は、前記セメント１００質量部に対して、７５質量部以上であることが好ましく、９０質量部以上であることがより好ましい。また、前記含有量は、２００質量部以下であることが好ましく、１５０質量部以下であることがより好ましい。また、前記細骨材／前記セメント成分比は、０．７５以上であることが好ましく、２．０以下であることが好ましい。

前記保水成分としては、特に限定されるものではなく、コンクリート又はモルタルに用いられる一般的な保水成分を用いることができる。具体的には、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、又は、これらの２種以上の混合物等が挙げられる。特に、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系の水溶性高分子を用いることが好ましい。

前記無機系充填材６には、その他の成分として、膨張材、ポリマー、収縮低減剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、防錆剤、防凍剤、着色剤等が含有されていてもよい。

（アンカー筋の挿入工程）
本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、充填材の充填工程後に、直径Ｄ_３の胴部７と最大直径Ｄ_４の拡底頭部８とを備えるアンカー筋９を前記拡底孔５に挿入する工程を行う。拡底孔５の内面とアンカー筋９との間の間隔は、特に限定されるものではないが、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、アンカー筋９としては、例えば、高強度鉄筋（鉄筋降伏強度：５８５Ｎ／ｍｍ^２以上）を用いることができる。

胴部７は、底面の直径がＤ_３である円柱形状の部分をいう。胴部７の周方向の表面の一部又は全部には、ねじ切りが施されていてもよい。また、拡底頭部８は、胴部７に接し、かつ、胴部７の軸方向に垂直な断面における直径が、胴部７の直径Ｄ_３よりも大きい部分をいう。拡底頭部８において、胴部７の軸方向に垂直な断面における直径のうち最も大きな直径を最大直径Ｄ_４とする。

本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法において使用するアンカー筋９は、胴部７の直径Ｄ_３と拡底頭部８の最大直径Ｄ_４との差が、４．０ｍｍ以上であり、好ましくは６．０ｍｍ以上であり、より好ましくは８．０ｍｍ以上である。

また、本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法は、胴部７の直径Ｄ_３を、後述するアンカー筋の拡底頭部の拡張後の最大直径Ｄ_５と前記直径Ｄ_３との比（Ｄ_５／Ｄ_３）が１．４０以上、好ましくは１．６０以上、より好ましくは１．８０以上となる値にする。

（アンカー筋の打ち込み工程）
本実施形態に係るあと施工アンカーの施工方法では、アンカー筋の挿入工程後に、アンカー筋９を打ち込んで、拡底頭部８の最大直径をＤ_５に拡張させる工程を行う。

アンカー筋９の打ち込みは、コンクリート構造物１の表面２から外方に突出しているアンカー筋９の胴部７の一部を、例えば、アンカー用打込み棒等を用いて叩くことにより行う。アンカー筋９の拡底頭部８が拡底孔５の底部に接触することにより、拡底頭部８は外側に押し広げられて、拡底孔５の拡底部４の内面に固着する。

上述の施工方法により、アンカー筋の引き抜けが生じにくく、かつ、コンクリート構造物のひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されたあと施工アンカーを施工することができる。

本実施形態では、孔３の拡底部４の形状が円錐台形状である。しかしながら、孔３の拡底部４の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、図２（ａ）に示すように孔３の軸方向に垂直な断面の直径がＤ_２の円柱形状であってもよいし、図２（ｂ）に示すように２つの円錐台を、最大直径Ｄ_２を有する底面同士が接するように上下に組み合わせた形状であってもよい。

本実施形態では、拡底孔の穿孔工程の後に充填材の充填工程を行い、その後、アンカー筋の挿入工程を行う。しかしながら、本発明に係るあと施工アンカーの施工方法は、このような順序に限定されるものではなく、拡底孔の穿孔工程の後にアンカー筋の挿入工程を行い、その後、充填材の充填工程を行ってもよい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（あと施工アンカーの作製）
鋼管に埋め込んだコンクリート構造物（強度：σＢ＝２４Ｎ／ｍｍ^２）の表面に、直径Ｄ_１の孔を穿孔後、該孔の底部に、最大直径Ｄ_２の拡底部を形成することにより、拡底孔を穿孔した。次に、前記拡底孔に無機系充填材を充填した。その後、直径Ｄ_３の胴部と最大直径Ｄ_４の拡底頭部とを備える鉄筋（材質：ＳＷＣＨ１０Ｒ）を前記拡底孔に挿入し、拡底頭部の最大直径がＤ_５に拡張するまで前記鉄筋を打ち込んだ。その際、前記鉄筋の有効埋め込み長さは５４ｍｍ（４．５ｄａ）であった。各実施例及び各比較例の施工方法におけるＤ_１〜Ｄ_５の値を表１に示す。なお、比較例５の施工方法では、無機系充填材を充填しなかった。

無機系充填材としては、下記に示す成分及び配合量のものを用いた。
（成分）
・セメント：超速硬セメント（住友大阪セメント社製、マイルドジェットセメント）
・細骨材：珪砂（実施例４については、５号砂、６号砂及び７号砂を２：１：１で配合。それ以外の実施例及び比較例については、３号砂，４号砂，５号砂，６号砂，７号砂をＪＩＳ砂の粒度分布と同等になるように配合。各珪砂の骨粒度分布を図５に示す。）
・保水成分：メチルセルロース系増粘剤（２％水溶液、粘度：４０００ｍＰａ・Ｓ）（信越化学工業社製、ハイメトローズ９０）
（配合量）
・セメントの細骨材に対する配合比＝１：１
・保水成分のセメントに対する配合量＝０．０５％
・水セメント比＝４０％

（ひび割れ付着強度試験）
各実施例及び各比較例の施工方法で作製したあと施工アンカーについて、まず、コンクリートにひび割れを生じさせることなく、付着強度試験を行った。次に、各実施例及び各比較例の施工方法で作製したあと施工アンカーの鋼管の側面から加力することにより、コンクリートにひび割れを生じさせた。πゲージで測定したひび割れ幅は、０．３ｍｍであった。ひび割れを生じさせたあと施工アンカーについても同様に、付着強度試験を行った。なお、付着強度試験では、ＪＣＡＡ（日本建築あと施工アンカー協会）の「あと施工アンカー試験方法」に基づき、付着強度（アンカー材をコンクリート構造物から引き抜く力）を測定した。コンクリートへのひび割れ導入及び付着強度試験は、図３示す装置を用いて行った。測定した最大耐力、及び、該最大耐力から算出した耐力残存率の値を表２に示す。なお、耐力残存率の判定は、６５％以上を合格とした。

（繰り返し引張試験）
各実施例及び各比較例の施工方法で作製したあと施工アンカーについて、繰り返し引張試験を行った。繰り返し引張試験は、図４に示す油圧サーボ式試験装置を用いて、載荷上限荷重を最大耐力の４０％、下限荷重を５ｋＮ、周波数を１０ｋＨｚ、波形をｓｉｎ波、繰り返し回数を最大２００万回として行った。破断時の繰り返し回数及び破断状況を表２に示す。なお、破断状況の判定は、鉄筋破断したものを合格、付着破壊したものを不合格とした。

表２の結果から分かるように、本発明の要件をすべて満たす実施例１〜４の施工方法で作製したあと施工アンカーは、ひび割れ付着強度試験において耐力残存率が６５％以上となることから、ひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されていることが分かる。特に、実施例１〜３の施工方法で作製したあと施工アンカーは、粒径１ｍｍ以上の細骨材を含有する無機系充填材を用いているため、ひび割れ付着強度試験において耐力残存率が７０％以上となり、ひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下がより抑制されていることが分かる。

また、本発明の要件をすべて満たす実施例１〜４の施工方法で作製したあと施工アンカーは、繰り返し引張試験において、破断時の繰り返し回数が大きく、また、鉄筋破断により破壊されることから、アンカー筋の引き抜けが生じにくいことが分かる。

一方、比較例１及び２の施工方法で作製したあと施工アンカーは、本発明で規定する（１）式の要件を満たさないため、ひび割れ付着強度試験において耐力残存率が６５％未満となり、ひび割れによって生じるアンカー筋の引張耐力の低下が抑制されていないことが分かる。

また、比較例２〜４の施工方法で作製したあと施工アンカーは、本発明で規定する（２）〜（４）式のいずれか一つ以上の要件を満たさないため、繰り返し引張試験において、破断時の繰り返し回数が小さく、また、付着破壊により破壊されることから、アンカー筋の引き抜けが生じやすいことが分かる。

さらに、比較例５の施工方法で作製したあと施工アンカーは、無機系充填材を含まないため、繰り返し引張試験において、破断時の繰り返し回数が小さく、また、付着破壊により破壊されることから、アンカー筋の引き抜けが生じやすいことが分かる。

１コンクリート構造物
２表面
３孔
４拡底部
５拡底孔
６無機系充填材
７胴部
８拡底頭部
９アンカー筋

Claims

コンクリート構造物の表面に直径Ｄ_１の孔を穿孔後、該孔の底部に、最大直径Ｄ_２の拡底部を形成することにより、拡底孔を穿孔する工程と、
前記拡底孔に無機系充填材を充填する工程と、
直径Ｄ_３の胴部と最大直径Ｄ_４の拡底頭部とを備えるアンカー筋を前記拡底孔に挿入する工程と、
前記アンカー筋を打ち込んで、前記拡底頭部の最大直径をＤ_５に拡張させる工程とを有し、
下記（１）〜（４）式を満たす、あと施工アンカーの施工方法。
Ｄ_４−Ｄ_３≧４．０ｍｍ・・・（１）
Ｄ_５／Ｄ_１≧１．１０・・・（２）
Ｄ_５／Ｄ_２＜１．１０・・・（３）
Ｄ_５／Ｄ_３≧１．４０・・・（４）
前記無機系充填材が、粒径１ｍｍ以上の細骨材を含有する、請求項１に記載のあと施工アンカーの施工方法。