JP2020029724A - 地中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】可及的安価な工費にて補修施工を行うことができ、補修構造の剥離や剥落を解消して長期耐久性能を期待することのできる、地中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。【解決手段】地中コンクリート構造物の補修構造６０であって、地中コンクリート構造物の表面の撤去部２０において、撤去部２０の地山側から表面側に向かって順に、緩衝層４０と補修セメント層５０とが積層されている積層体が形成されており、緩衝層４０が、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体である。【選択図】図６

Description

本発明は、地中コンクリート構造物の補修構造及び補修方法に関する。

現在、地中の道路や鉄道、共同溝といった様々な地中コンクリート構造物によるインフラ施設の老朽化が進んでおり、改修工事が各地で行われ、また改修計画が進められている。インフラ施設の多くは鉄筋コンクリート構造物（ＲＣ構造物）や鋼構造物であるが、例えば竣工から４０年以上が経過した地中コンクリート構造物の表面上には、様々な劣化・損傷部が存在している。

従来の地中コンクリート構造物における劣化・損傷部の補修方法の一例として、劣化・損傷部を局所的に取り壊し、吹付けモルタル（ポリマーセメントモルタル）等を充填する方法が挙げられる（所謂、吹付け補修方法）。また、その他、数ｃｍの薄厚のコンクリートパネルや炭素繊維シートをフレキシブルパネルでサンドイッチして形成される補修パネルを、構造物の表層に張り付ける方法がある（所謂、パネル系補修方法）。さらに、炭素繊維シートやアラミドメッシュを、プライマーを介して構造物表面に張り付ける方法がある（所謂、シート系補修方法）。吹付けモルタル等を充填する方法には、ポリウレア、ポリウレタン系の有機材料を用いた吹付け防水工法を応用して、補修を目的としてコンクリート表面に施工する工法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この有機材料を用いた補修方法では、吹付け面が湿潤状態の場合に施工が不可能であることや、紫外線に長期間曝されることによる劣化（有機材料特有の欠点）が懸念され、適用範囲が限定的とならざるを得ない。また、既存の地中コンクリート構造物の表面に吹付けコンクリートを広範囲に施工する場合に、吹付け材料の収縮の影響により、新旧コンクリートの境界面で剥離が発生する恐れがある。特にトンネルの二次コンクリート（二次覆工コンクリート）の内面のように、重力方向に自由度がある地中コンクリート構造物においては、いったん剥離が発生すると大面積の剥落に直結し得ることから、上記するパネル系補修方法やシート系補修方法が適用される傾向にある。しかしながら、これらパネル系補修方法やシート系補修方法はいずれも材料費を含む工費が一般に高く、このことに依拠して覆工全面を大規模に施工した事例が極めて少ないのが実態である。一方、吹付け補修方法を採用する場合は、上記する課題を内包することを理由として局所的な補修に留められているのが実態である。
以上のことから、可及的に工費が安価で、かつ剥離や剥落の危険性のない地中コンクリート構造物の補修構造や補修方法の開発が急務である。

特開２０１５−３１１２５号公報

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、可及的安価な工費にて補修施工を行うことができ、補修構造の剥離や剥落を解消して長期耐久性能を期待することのできる、地中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目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による地中コンクリート構造物の補修構造の一態様は、
前記地中コンクリート構造物の表面の撤去部において、該撤去部の地山側から表面側に向かって順に、緩衝層と補修セメント層とが積層されている積層体が形成されており、
前記緩衝層が、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体であることを特徴とする。

本態様によれば、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合物から形成されている付着強度（もしくは付着引張強度）の高い緩衝層を介して補修セメント層が形成されていることにより、補修セメント層の剥離や剥落を解消して長期耐久性能を有する補修構造を提供することができる。また、パネル系補修方法やシート系補修方法に対して工費が格段に安価になることから、地中コンクリート構造物の広範囲に亘り、可及的安価な工費にて補修構造を形成することができる。パネル系補修方法やシート系補修方法による補修構造に要する単位面積当たりの工費に対して、例えばその３０乃至４０％程度で本態様の補修構造を形成できることが本発明者等による試算により特定されている。本態様の補修構造が適用される地中コンクリート構造物としては、トンネル（山岳トンネル、シールドトンネル、沈埋トンネル等）の他、沈埋函等を含むカルバート、擁壁、建築物の地下室などがある。地中コンクリート構造物の表面の一部もしくは全部において、ひび割れ、白華、遊離石灰、錆汁等の劣化・損傷部を撤去することにより撤去部が形成され、この撤去部において、撤去部の地山側から表面側に向かって順に、緩衝層と補修セメント層とが積層されている積層体が形成される。ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体により形成される緩衝層は、優れた遮水性（水密性）と遮塩性を有する。ここで、補修セメント層には、コンクリート層やモルタル層が含まれる。また、「補修構造」とは、補修前の性能に復旧された構造の他にも、補修前の性能よりも高性能に補強された補強構造も含む意味である。また、本態様において緩衝層を形成させる際には、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末に、所望により水等の溶媒や非水硬性粉末等のバインダを加えてもよい。

また、本発明による地中コンクリート構造物の補修構造の他の態様において、前記緩衝層のヤング係数は１０ＭＰａ乃至５００ＭＰａの範囲にあり、前記補修セメント層のヤング係数よりも小さいことを特徴とする。
本態様によれば、１０ＭＰａ乃至５００ＭＰａのヤング係数の緩衝層を介して補修セメント層が付着されることにより、撤去部の表面と補修セメント層の間に、コンクリートの１／２５００〜１／５０程度の変形性能に富む緩衝層を介在させることができる。

また、本発明による地中コンクリート構造物の他の態様は、前記緩衝層とコンクリートとの付着強度が１Ｎ／ｍｍ^２乃至３．５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする。
本態様によれば、撤去部の表面に対して、高い付着強度を有する緩衝層を介して補修セメント層が取り付けられていることにより、補修構造の剥離や剥落を効果的に解消することができる。

また、本発明による地中コンクリート構造物の補修構造の他の態様は、前記補修セメント層の厚みが３ｍｍ乃至１００ｍｍの範囲にあることを特徴とする。
本態様によれば、高い付着強度を有する緩衝層を介して補修セメント層が取り付けられていることにより、３ｍｍ乃至１００ｍｍの広い厚み範囲の補修セメント層が、撤去部の表面に対して剥離や剥落の危険性のない態様にて取り付けられる。尚、緩衝層の厚みは、数ｍｍ程度（２ｍｍ乃至５ｍｍ程度）に設定できる。

また、本発明による地中コンクリート構造物の補修構造の他の態様は、前記地中コンクリート構造物が、地山側から順に、一次コンクリートと、防水シートと、二次コンクリートとが積層されてなるトンネルであり、
前記撤去部の厚みが、前記二次コンクリートにおける厚み方向の一部もしくは全部であることを特徴とする。
本態様によれば、二次コンクリートが無筋コンクリートであれ鉄筋コンクリートであれ、補修構造を形成する緩衝層の有する遮水性により、一次コンクリートもしくは二次コンクリートの浸入水による中性化等を効果的に抑制することができる。また、海岸近くにあるトンネルや積雪地域で融雪剤が散布されるトンネルでは塩害が危惧されるが、遮塩性を有する緩衝層によって塩分（塩化物イオン）の浸入が遮断されることにより、地山側にある一次コンクリートの塩害を抑制することができる。

また、本発明による地中コンクリート構造物の補修方法の一態様は、
前記地中コンクリート構造物の表面において、該地中コンクリート構造物の所定深度までを撤去して撤去部を形成する撤去工程と、
前記撤去部に緩衝層を形成する緩衝層形成工程と、
前記緩衝層の表面に補修セメント層を形成する補修セメント層形成工程と、を有し、
前記緩衝層が、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体であることを特徴とする。

本態様によれば、パネル系補修方法やシート系補修方法に対して格段に安価な工費の下で、しかも長期耐久性能を期待することのできる補修態様にて、地中コンクリート構造物の劣化・損傷部を補修することができる。また、緩衝層形成工程では、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末、所望により水等をさらに加えた混合材料を、刷毛やヘラにて塗布する方法、吹き付ける方法等により、撤去部への混合材料の塗工が行われる。水分を含む混合材料を塗工後、養生を経て混合材料が硬化収縮することにより（例えば厚みが５０％程度になる）、数ｍｍ程度の厚みの緩衝層が形成される。また、補修セメント層形成工程では、緩衝層の表面に対して、コンクリートもしくはモルタルを吹付け等し、養生期間を経て補修セメント層が形成される。補修セメント層の厚みは、既述するように、３ｍｍ乃至１００ｍｍの範囲内で設定できる。この厚みの設定に際しては、所望される水密性や遮塩性、耐火性等の耐久性により規定できる。また、構造解析による耐荷性や耐震性（変形性能を含む）等をも加味して厚みの設定が行われてもよい。

また、本発明による地中コンクリート構造物の補修方法の他の態様は、前記撤去工程と前記緩衝層形成工程の間において、前記撤去部の表面に水や吸湿防止材料を噴霧する先湿し工程を有することを特徴とする。
本態様によれば、撤去工程において発生し、撤去面の凹部内に入り込んでいる撤去粉（斫り粉、削り粉）を先湿し（プレウェット）によって洗浄することにより、撤去粉が凹部に残ることに依拠した、撤去部表面と緩衝層との間の付着強度の低下を解消することができる。なお、撤去工程によるコンクリートの撤去面の凹部は、ｍｍオーダーの深さを有している。また、先湿しにより、形成された撤去部に吹付け等された、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合材料が十分に撤去部に馴染む前に、混合材料中の水分が撤去部に吸水されることを防止できる。このことにより、混合材料の流動性の喪失防止を図ることができ、撤去部の凹部内に混合材料を効果的に浸透させることを可能にする。さらに、先湿しにより、撤去部の表面にある微細な穴を水分や吸湿防止材料にて塞ぐことができ、ピンホールの発生を防止することが可能になる。尚、撤去部の表面にある穴が水分や吸湿防止材料にて満たされていない場合、空気は膜に穴をあけて逃げようとする。また、混合材料が早強セメントを含有している場合は、先湿しによる水分や吸湿防止材料を混合材料に提供することにより、早強セメントの初期強度発現に寄与できる。

また、本発明による地中コンクリート構造物の補修方法の他の態様は、前記先湿し工程に続いて、前記撤去部の表面に下地処理用のモルタルや樹脂系のパテを塗工する不陸調整工程を有し、該不陸調整工程に続いて前記緩衝層形成工程を行うことを特徴とする。
本態様によれば、撤去工程により形成された撤去部の表面の凹凸が大きい際に、不陸調整工程によるモルタル層や樹脂系のパテ層により、撤去部の表面を可及的に平滑にすることができる。ここで、平滑な表面とは、撤去部形成後の表面の凹凸が例えばｍｍオーダーであるのに対して、μｍオーダーの凹凸を有する表面である。このように、可及的に平滑な表面を有するモルタル層や樹脂系のパテ層を形成し、このモルタル層や樹脂系のパテ層の上に緩衝層を形成することにより、緩衝層を全体として厚み分布のない態様で形成することができ、ひずみ分布の可及的に少ない緩衝層の形成に繋がる。また、ｍｍオーダーの凹凸表面に緩衝層を形成する場合と比べて、結果的に混合材料の使用量を低減することが可能となり、工費の削減に繋がる。

本発明の地中コンクリート構造物の補修構造及び補修方法によれば、可及的安価な工費にて補修施工を行うことができ、補修構造の剥離や剥落を解消して長期耐久性能を期待できる地中コンクリート構造物の補修構造を提供することができる。

実施形態に係る地中コンクリート構造物の補修方法の一例を示す工程図である。 （ａ）は、図１に続いて地中コンクリート構造物の補修方法を示す工程図であり、（ｂ）は図２（ａ）のｂ方向の矢視図である。 （ａ）は、図２に続いて地中コンクリート構造物の補修方法を示す工程図であり、（ｂ）は図３（ａ）のｂ方向の矢視図である。 （ａ）は、図３に続いて地中コンクリート構造物の補修方法を示す工程図であり、（ｂ）は図４（ａ）のｂ方向の矢視図である。 （ａ）は、図４に続いて地中コンクリート構造物の補修方法を示す工程図であり、（ｂ）は図５（ａ）のｂ方向の矢視図である。 （ａ）は、図５に続いて地中コンクリート構造物の補修方法を示す工程図であって地中コンクリート構造物の補修構造を共に示した図であり、（ｂ）は図６（ａ）のｂ方向の矢視図である。 モルタル基板と緩衝層の間の、材齢と付着引張強度の関係に関する実験結果を示す図である。 緩衝層の材齢とショアＡ硬度・含水率の関係に関する実験結果を示す図である。 緩衝層の材齢と厚さ・含水率の関係に関する実験結果を示す図である。 緩衝層の材齢と引張付着強度・含水率の関係に関する実験結果を示す図である。 既設コンクリートと新設コンクリートの接合構造の種類に応じた、引張ひずみ、耐荷性能、及び特徴を説明する比較図である。

以下、実施形態に係る地中コンクリート構造物の補修方法と補修構造について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［実施形態に係る地中コンクリート構造物の補修方法及び補修構造］
はじめに、図１乃至図６を参照して、実施形態に係る地中コンクリート構造物の補修方法と補修構造の一例について説明する。ここで、図１乃至図６は順に、実施形態に係る地中コンクリート構造物の補修方法を示す工程図であり、図６はさらに実施形態に係る地中コンクリート構造物の補修構造の一例を共に示す図である。以下、地中コンクリート構造物として、一次コンクリートと二次コンクリートから形成されるトンネルとして山岳トンネルを取り上げて説明するが、本実施形態に係る補修方法や補修構造の対象である地中コンクリート構造物は、山岳トンネル以外の様々なコンクリート構造物が対象である。例えば、山岳トンネル以外にも、コンクリート製セグメントが適用されるシールドトンネルや、コンクリート函体が適用される沈埋トンネル等のトンネルの他、コンクリート製の沈埋函等を含むコンクリートカルバート、コンクリート擁壁、鉄筋コンクリート製建築物の地下室などが挙げられる。

図１に示すように、地山Ｇ内において、所定寸法で所定の断面形状の既設の山岳トンネル１０が造成されている。尚、図１乃至図６は、山岳トンネル１０を途中位置で縦方向に破断してその内面の一部を視認できるようにした図である。山岳トンネル１０は、所定延長の孔壁内に不図示の鋼製のアーチ支保工が所定間隔にて設置され、孔壁の保護が図られている。このアーチ支保工を巻き込むようにしてコンクリートの吹付けが行われることにより、図示するように所定厚み（例えば５ｃｍ乃至２５ｃｍ程度）の一次コンクリート１１（吹付けコンクリート）が施工されている。一次コンクリート１１は、地山Ｇ側に取付けられている金網（図示せず）を介して地山Ｇに対して吹付けコンクリートが施工されることにより、地山Ｇに対して吹付けコンクリートが付着されている。一次コンクリート１１の内側から地山Ｇに向かってロックボルト（図示せず）が設置されてもよい。ロックボルトは、例えば３ｍ乃至４ｍ程度の棒状鋼材からなり、地山Ｇのトンネル側へ向かう変形に起因する引張力をボルトに負担させ、トンネル孔壁の変形を抑制するものである。ロックボルトは、トンネル孔壁の軸方向に直交する面内において径方向に設置されてもよいし、トンネル孔壁の削孔方向に向かう斜め方向に設置されてもよい。このように、地山Ｇに造成された孔壁に対して吹付けコンクリートによる一次コンクリート１１が形成され、必要に応じてロックボルトが形成されるＮＡＴＭ工法（NATM：New Austrian Tunneling Method）により、既設の山岳トンネル１０の一次コンクリート１１が形成されている。一次コンクリート１１の内側には、防水シート１２が敷設されている。この防水シート１２としては、耐薬品性と耐衝撃性に優れたＥＶＡ樹脂（EVA: ethylene-vinylacetate copolymer、エチレン・酢酸ビニル共重合体）製の防水シートが適用される。また、ＥＶＡ樹脂の裏面（一次コンクリート１１側）には、排水性のある不織布等からなる透水層もしくは裏面緩衝層が配設されてもよい。一次コンクリート１１と防水シート１２の間に不織布等から形成される透水層が介在することにより、排水型トンネルの場合はこの透水層を介してトンネル下方に配設されている集水管への集水が行われる。また、ウォータータイトトンネルの場合は、透水層を介して水をトンネルの全周に行き渡らせることができ、可及的均一な水圧をトンネルに付与することができる。防水シート１２の内側には、二次覆工である二次コンクリート１３が形成されている。二次コンクリート１３は、一次コンクリート１１と同程度の厚みであってもよいし、二次コンクリート１３（二次覆工）に例えば大地震に対する耐震性が要求される場合は、数ｃｍ乃至１ｍ程度の厚みを有してもよい。また、山岳トンネル１０により、二次コンクリート１３が無筋コンクリートにより形成される形態と、鉄筋コンクリートにより形成される形態がある。

既設の山岳トンネル１０の内面には、図示例のひび割れＣＬをはじめとして、白華や遊離石灰、錆汁等の劣化・損傷部が存在している。そこで、この劣化・損傷部ＣＬを補修対象エリアＨに指定し、補修対象エリアＨに対する補修方法を以下で説明する。この補修対象エリアＨは、例えば２ｍ×２ｍ程度に設定できる。尚、図示例は、山岳トンネル１０の内面の一部にのみ要補修のひび割れＣＬが集中し、このひび割れＣＬが集中した平面視矩形のエリアを補修対象エリアＨに指定した例であるが、山岳トンネル１０の内面の全面が要補修の劣化・損傷部を有する場合は、内面全面を補修対象エリアとして補修することになる。この場合、図示例のような所定寸法の補修対象エリアＨを複数設定してもよいし、山岳トンネル１０の内面の全面を補修対象エリアに設定してもよい。

図２に示すように、補修対象エリアＨにおいて、山岳トンネル１０の内面から所定深度までを撤去して撤去部２０を形成する。尚、この所定深度は、二次コンクリート１３の厚さの一部もしくは全部に設定できる。ここで、撤去方法としては、劣化・損傷部ＣＬを斫る方法、削る方法が挙げられる。斫る方法には、電動ハンマーやタガネ、ブレーカー、コンクリートドレッサー等による斫り施工が挙げられる。また、削る方法には、ウォータージェット切断、サンドブラスト切断等が挙げられる（以上、撤去工程）。

撤去工程では、撤去部２０の撤去面（もしくは斫り面）において一般に粗い凹凸（凸部２１と凹部２２）が残り、凹部２２には撤去時に発生して除去し切れなかった撤去粉２３が入り込んでいる。図２（ｂ）に示すように、凸部２１の高さｔ１（凸部２１と凹部２２の段差）は一般にｍｍオーダーである。

次に、図３に示すように、撤去部２０の表面に水を噴霧して先湿し（プレウェット）を行う（先湿し工程）。尚、水以外にも、吸湿防止材料が適用されてもよい。この撤去部２０に対する先湿しにより、図２に示す凹部２２内に入り込んでいた撤去粉２３を除去すると共に、撤去部２０の表面に水分を提供する。

先湿し工程に次いで、図４に示すように、撤去部２０の表面に下地処理用のモルタルを塗工し、モルタル層３０を形成する（不陸調整工程）。尚、モルタル以外にも、樹脂系のパテを塗工してパテ層を形成してもよい。撤去工程により形成された撤去部２０の表面の凹凸が大きい（凸部２１の高さｔ１が高い）際に、不陸調整工程により形成されるモルタル層３０により、撤去部２０の表面を可及的に平滑な表面にすることができる。ここで、平滑な表面とは、撤去部２０形成後の表面の凹凸がｍｍオーダーであるのに対して、図４（ｂ）の拡大図に示す凸部３１と凹部３２において、凸部３１の高さｔ２がμｍオーダーである表面である。尚、撤去工程により形成された撤去部２０の表面の凹凸が小さい場合は、不陸調整工程を省略することができる。

不陸調整工程に次いで、図５に示すように、撤去部２０のモルタル層３０の表面に緩衝層４０を形成する（緩衝層形成工程）。緩衝層４０は、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合物（ＢＡＳＦジャパン株式会社製の「マスターシール３４５」）、所望により水などがさらに加えられた混合物から形成される。塗装防水層形成工程では、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合物を、刷毛やヘラにて塗布する方法、吹き付ける方法により、緩衝層４０を施工する。尚、このような乾式工法により、緩衝層４０の厚みが４ｍｍ乃至５ｍｍ程度となるように施工し、養生後に、厚みが２ｍｍ乃至３ｍｍ程度の緩衝層４０が形成される。ここで、水硬性粉末とは、水硬性を有する無機の粉末を意味し、セメント、スラグ、シリカフューム、消石灰、生石灰、石膏、アルミナ、カルシウムアルミネートまたはカルシウムサルホアルミネート等が例示される。ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合物により形成される緩衝層４０のヤング係数は、１０ＭＰａ乃至５００ＭＰａの範囲にある。

撤去工程において発生し、撤去面の凹部２０内に入り込んでいる撤去粉２３を先湿しによって洗浄することにより、モルタル層を形成しないケースにおいては、撤去粉２３が凹部２２内に残存することに依拠した、撤去部２０の表面と緩衝層３０との間の付着強度の低下を解消することができる。また、同様にモルタル層を形成しないケースにおいては、先湿しにより、形成された撤去部２０に吹付け等された、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合材料が十分に撤去部２０に馴染む前に、混合材料中の水分が撤去部２０に吸水されることを防止できる。このことにより、混合材料の流動性の喪失防止を図ることができ、撤去部２０の凹部２２内に混合材料を効果的に浸透させることができる。さらに、先湿しにより、撤去部２０の表面にある微細な穴を水分にて塞ぐことができ、ピンホールの発生を防止することができる。仮に撤去部２０の表面にある穴が水分にて満たされていない場合、空気は膜に穴をあけて逃げようとする。また、混合材料が早強セメントを含有している場合は、先湿しによる水分を混合材料に提供することにより、早強セメントの初期強度発現に寄与できる。

また、撤去工程により形成された撤去部２０の表面の凹凸が大きい際に、不陸調整工程により表面が可及的に平滑なモルタル層３０を形成し、このモルタル層３０の表面に緩衝層４０を形成することにより、緩衝層４０を全体として厚み分布のない態様で形成することができ、ひずみ分布の可及的に少ない緩衝層４０の形成に繋がる。また、ｍｍオーダーの凹凸表面に緩衝層４０を形成する場合と比べて、結果的に混合材料の使用量を低減することが可能となり、工費の削減に繋がる。

緩衝層形成工程に次いで、図６に示すように、緩衝層４０の表面に補修セメント層５０を形成することにより、撤去部２０の地山側から表面側に向かって順に、モルタル層３０と緩衝層４０と補修セメント層５０とが積層されている積層体により構成される補修構造６０が施工される（補修セメント層形成工程）。補修セメント層４０には、コンクリート層やモルタル層が含まれる。補修セメント層５０は、その厚みが３ｍｍ乃至１００ｍｍの範囲に設定されている。

１０ＭＰａ乃至５００ＭＰａのヤング係数の緩衝層４０を介して補修セメント層５０が付着されることにより、例えばコンクリート（設計基準強度：Ｆｃが２４Ｎ／ｍｍ^２＝２４ＭＰａ）のヤング係数（２５０００Ｎ／ｍｍ２＝２５ＧＰａ）に対して、１／２５００〜１／５０程度の変形性能に富む緩衝層４０を介在させることができる。また、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合材料により形成される緩衝層４０とコンクリートとの付着強度（付着引張強度）は、１Ｎ／ｍｍ^２乃至３．５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることが本発明者等により特定されている。従って、撤去部２０の表面（図示例では、モルタル層３０の表面）に対して、高い付着強度を有する緩衝層４０を介して補修セメント層５０が取り付けられていることにより、補修構造６０の剥離や剥落を効果的に解消することができる。

また、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体により形成される緩衝層４０は、優れた遮水性（水密性）と遮塩性を有する。二次コンクリート１３が無筋コンクリートであれ鉄筋コンクリートであれ、補修構造６０を形成する緩衝層４０の有する遮水性により、一次コンクリート１１もしくは二次コンクリート１３の浸入水による中性化等を効果的に抑制することができる。ここで、浸入水には、山岳トンネル１０の背面の地山Ｇから一次コンクリート１１内に浸入する地下水と、山岳トンネル１０の内壁面から二次コンクリート１３内に進入する水分がある。いずれの水分ともに、遮水性を有する緩衝層４０によって水分の浸入が遮断されることから、例えば一次コンクリート１１側から浸入してくる水分による二次コンクリート１３の中性化、二次コンクリート１３側から浸入してくる水分による一次コンクリート１１の中性化の双方を抑制することができる。また、山岳トンネル１０内には、金属製の付帯設備（図示せず）が存在することから、仮に二次コンクリート１３が無筋コンクリートであっても、中性化の進行によって付帯設備の腐食の原因となり得る。本実施形態の補修構造６０では、遮水性を有する緩衝層４０によって浸入する水分が遮水され、コンクリートの中性化が抑制されることにより、二次コンクリート１３内の鉄筋や山岳トンネル１０内にある付帯設備の腐食が抑制される。また、山岳トンネル１０が海岸近くにある場合や、積雪地域で融雪剤が頻繁に散布される場合には塩害が危惧されるが、遮塩性を有する緩衝層４０によって塩分（塩化物イオン）の浸入が遮断されることにより、補修構造６０の地山Ｇ側にある一次コンクリート１１の塩害を抑制することができる。以上のことより、補修構造６０を含む山岳トンネル１０の長期耐久性能を期待することができる。

［モルタル基板と緩衝層の間の付着引張強度を検証した実験］
本発明者等は、モルタル基板と緩衝層の間の付着引張強度を検証する実験を行った。以下、実験方法、実験結果の順に詳説する。

＜実験方法＞
（実験に用いたモルタル基板）
ＢＡＳＦジャパン株式会社製の「マスターエマコＳ９９０」を使用してモルタル基板を製作した。マスターエマコＳ９９０は、セメント、砂、粉末ポリマー等の必要成分を予め調整混合したプレミックスタイプのポリマーセメントモルタル材である。マスターエマコＳ９９０は、吹付け工法及び左官工法による施工が可能であり、吹付け工法により、天井面２０ｍｍ、垂直面４０ｍｍの施工が可能であり、左官工法により、天井面１０ｍｍ、垂直面２０ｍｍの施工が可能である。また、ポンプ圧送性に優れ、跳ね返りや粉じんの発生が少ない吹付け施工が可能である。また、ポリマー成分の作用によりコンクリートとの付着性に優れ、硬化収縮が小さいポリマーセメントモルタルであり、プレミックス製品のために取扱いが容易で品質が安定している。

（実験に用いた緩衝層）
マスターシール３４５を材料に用いてモルタル基板上に吹付け施工を行うことにより、緩衝層を形成した。マスターシール３４５（以下、「ＭＳ３４５」と略記）は、速硬性の紛体系材料であり、プレミックスタイプのために水を加えるだけで取扱いが容易であり、簡単な機械で吹付け施工が可能である。また、−２０℃乃至２０℃の温度範囲での弾性は８０乃至１４０％であり、有毒成分は一切含まれておらず、柔軟性に富む。

（試験体の製作方法）
試験体の下地材であるモルタル基板を、マスターエマコＳ９９０を使用して、３００ｍｍ×３００ｍｍ×６０ｍｍの寸法の直方体に製作した。下地処理の方法として、モルタル基板の表面を平滑に仕上げたコテ仕上げと、吹付け面を模したホウキ目仕上げの試験体、の２種類を製作した。

ワイヤーホイップ羽根を取り付けたホバートミキサで混合したＭＳ３４５をコテでモルタル基板の表面に塗り付けた。尚、塗り付け厚さを約３ｍｍとし、ＭＳ３４５の水紛体比は塗り付けの状態を考慮して５０％とした。ＭＳ３４５をモルタル基板の表面に塗り付けた試験体を、室温２３℃、湿度５０％にて気中養生とした。その後、ＪＳＣＥ−Ｋ ５３１−２０１３の表面被覆材の付着強さ試験方法（案）に準拠して試験を実施した。

＜実験結果その１：付着引張強度について＞
試験体において、付着強さ試験（片引き、片面接着）の結果を、以下の表１と図７に示す。

材齢２１日において、コテ仕上げ、ホウキ目仕上げのいずれにおいても、２．７Ｎ／ｍｍ^２以上で同程度の付着引張強度が得られることが実証されている。

＜実験結果その２：ショアＡ硬度、含水率、厚さの経時変化について＞
ＭＳ３４５のショアＡ硬度、含水率、厚さの経時変化を確認した結果を、以下の表２、図８乃至図１０に示す。

ショアＡ硬度はＭＳ３４５の表面と裏面にて測定した。これは、気中環境で乾燥状態にある表面と、基盤側で非乾燥状態にある裏面の表面硬度をそれぞれ測定することを目的としたものである。より具体的には、予めコテでＭＳ３４５を約３ｍｍ塗布したモルタル基板（実験１と同じもの）を、平たんで堅固な面に置き、デュロメータの加圧板がＭＳ３４５の試験片の表面に平行に維持され、かつ、押針がＭＳ３４５の表面に対して直角になるようにデュロメータを保持し、衝撃を与えないように、加圧板を前記試験片に接触させた。その後、ＪＩＳ Ｋ ６２５３−３に準拠してＭＳ３４５の表面硬度を測定したもの（表２中で「表」と表記）、及び、別途ＥＶＡ樹脂シート上にＭＳ３４５を約３ｍｍ塗布し硬化させた後、所定の材齢にて前記ＭＳ３４５を剥離させ、乾燥せぬよう速やかに、ＥＶＡ樹脂シートに接着していた面（裏面）について、同様にＪＩＳ Ｋ ６２５３−３に準拠して表面硬度を測定したもの（表２中で「裏」と表記）である。含水率は測定日に切り取って採取した試験片の質量を測定し、すぐに１０５℃の乾燥器で恒量になるまで乾燥させ、乾燥後の質量を測定し、算定した。厚さはコンクリート平板に塗布した試験体に三針式膜厚計を材齢１日に設置して測定後、ダイヤルゲージの計測針を接触させない状態で固定したまま残置し、各測定の際に固定を解除して確認した。

表２と図８より、材齢１４日程度において、表、裏のいずれにおいても、ショアＡ硬度８０と同程度のショアＡ硬度が得られたため、ＭＳ３４５が硬化し、補修セメント層等の施工が可能であると判断された。

また、表２と図９より、材齢５日程度において、含水率は１０％程度に落ち着くことが実証されている。

さらに、表２と図１０より、材齢５日程度において、厚さ２．３５乃至２．４ｍｍ程度に落ち着くことが実証されている。

［既設コンクリートと新設コンクリートの接合構造の種類に応じた、引張ひずみ、耐荷性能、及び特徴に関する一考察］
本発明者等はさらに、既設コンクリートと新設コンクリートの接合構造の種類に応じた、引張ひずみ、耐荷性能、及び特徴に関する考察を試みた。本考察に当たり、３種類のモデルを作成した。ケース１のモデルは重ね梁モデルであり、既設コンクリートと新設コンクリートの間に、例えば防水シート等の縁切り材が介在したモデルである。一方、ケース２のモデルは緩衝層有りモデルであり、既設コンクリートと新設コンクリートの間にＭＳ３４５等の緩衝層が介在する本実施形態の補修構造を模擬している。さらに、ケース３のモデルは合成梁モデルであり、既設コンクリートと新設コンクリートが密着して全断面が外力に対して一体に抗するモデルである。

ケース１の重ね梁モデルの場合、引張ひずみは小さくなる一方、耐荷性能も小さくなるという特徴がある。また、ケース３の合成梁モデルの場合、耐荷性能が大きくなることに依拠して引張ひずみも大きくなるという特徴がある。これらに対して、ケース２の緩衝層有りモデルの場合、耐荷性能を適度に有し、新設コンクリートのひび割れを抑制できる程度の引張ひずみに留めることができるといった特徴がある。これら３ケースを比較すると、ケース２の緩衝層有りモデルが総合的に優れていると考えられる。

なお、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本発明はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：山岳トンネル（地中コンクリート構造物）、１１：一次コンクリート、１２：防水シート、１３：二次コンクリート（二次覆工）、２０：撤去部、２１：凸部、２２：凹部、２３：撤去粉、３０：モルタル層、３１：凸部、３２：凹部、４０：緩衝層、５０：補修セメント層、６０：補修構造（地中コンクリート構造物の補修構造）、Ｇ：地山、Ｈ：補修対象エリア、ＣＬ：ひび割れ（劣化・損傷部）

Claims (8)

1. 地中コンクリート構造物の補修構造であって、
   前記地中コンクリート構造物の表面の撤去部において、該撤去部の地山側から表面側に向かって順に、緩衝層と補修セメント層とが積層されている積層体が形成されており、
   前記緩衝層が、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体であることを特徴とする、地中コンクリート構造物の補修構造。
2. 前記緩衝層のヤング係数は１０ＭＰａ乃至５００ＭＰａの範囲にあり、前記補修セメント層のヤング係数よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の地中コンクリート構造物の補修構造。
3. 前記緩衝層とコンクリートとの付着強度が１Ｎ／ｍｍ^２乃至３．５Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の地中コンクリート構造物の補修構造。
4. 前記補修セメント層の厚みが３ｍｍ乃至１００ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地中コンクリート構造物の補修構造。
5. 前記地中コンクリート構造物が、地山側から順に、一次コンクリートと、防水シートと、二次コンクリートとが積層されてなるトンネルであり、
   前記撤去部の厚みが、前記二次コンクリートにおける厚み方向の一部もしくは全部であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の地中コンクリート構造物の補修構造。
6. 地中コンクリート構造物の補修方法であって、
   前記地中コンクリート構造物の表面において、該地中コンクリート構造物の所定深度までを撤去して撤去部を形成する撤去工程と、
   前記撤去部に緩衝層を形成する緩衝層形成工程と、
   前記緩衝層の表面に補修セメント層を形成する補修セメント層形成工程と、を有し、
   前記緩衝層が、ＥＶＡ樹脂の粉末と水硬性粉末との混合体であることを特徴とする、地中コンクリート構造物の補修方法。
7. 前記撤去工程と前記緩衝層形成工程の間において、前記撤去部の表面に水や吸湿防止材料を噴霧する先湿し工程を有することを特徴とする、請求項６に記載の地中コンクリート構造物の補修方法。
8. 前記先湿し工程に続いて、前記撤去部の表面に下地処理用のモルタルや樹脂系のパテを塗工する不陸調整工程を有し、該不陸調整工程に続いて前記緩衝層形成工程を行うことを特徴とする、請求項７に記載の地中コンクリート構造物の補修方法。

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