JP3790088B2

JP3790088B2 - 構造部材の断面修復工法

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Publication number: JP3790088B2
Application number: JP2000102317A
Authority: JP
Inventors: 徹志閑田; 佳延信田; 眞金氏; 昇坂田; 剛紀平石
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2020-04-04
Also published as: JP2001288899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の柱や梁等の構造部材の劣化部分の断面修復工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、道路橋・鉄道橋等の橋梁、桟橋等の港湾構造物、集合住宅等の大規模建築物のコンクリート構造部材が劣化した場合、これを補修する工法には種々のものがあるが、その一つに構造部材の断面表層部分の劣化部分を除去し、必要に応じて鉄筋を補強するなどした後、除去部分を健全な材料で置換する断面修復工法が一般的なものとして用いられている。
【０００３】
この断面修復工法に用いる材料としては、ポリマーセメントモルタルやポリマーモルタルの樹脂系材料、またはモルタル等のセメント系材料があり、構造部材の劣化部分を除去した後の除去部分に型枠などを組み、該型枠内に前記材料を流し込んで、既存部分と一体化させることで修復を行っている。
【０００４】
または、前記のように型枠を使用せずに材料にはセメント系材料を用い、これを吹き付けによる工法で既存部分と一体化させるものもある。この場合、吹き付けモルタルにはアクリル等の繊維を混合させ、吹き付け厚さの増加、仕上げ性の向上等を図り、吹き付けの施工性が改善されるようにするとともに、乾燥収縮ひび割れの低減を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
置換材料としてポリマー系材料は、材料の強度および遮蔽性が高いという利点を有するが、材料が高価であること、また、弾性係数や熱膨張係数が既存躯体のコンクリートと大きく異なるため、外力が繰り返し加わると、この外力により既存部分との間に剥離が生じて剥落しやすい欠点がある。
【０００６】
一方、セメント系材料は、安価であるが、強度、靱性が小さい。そのため、繰り返し外力や鉄筋腐食によってひび割れが生じて既存躯体との一体性を保持できなくなり、破壊、剥離のおそれがある。
【０００７】
また、工法として、吹き付けによる方法は、既存部分と新設部分との一体性を保持するために、既存部分に後打ちアンカーを設置することが必要となるが、既存部分にアンカーを設置することは、工程が煩雑化するだけでなく、このアンカー設置部分を傷めることになり、却って構造部材の寿命を縮めることになる場合もある。
【０００８】
なお、吹き付けモルタルには前記のようにアクリル等の繊維が含まれているが、これは断面修復に用いる材料の引張強度の機械的な特性の向上を意図したものではない。よって、繰り返し載荷疲労や温冷と湿乾の繰り返しによる過酷な環境下におかれる構造物にあっては、前記繊維がひび割れの防止に貢献することは少なく、鉄筋の腐食が原因の膨張圧によるひび割れも加わって、断面補修した部分が剥離して落下する事故発生のおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、構造部材の劣化部分を除去し、この除去部分を置換材料で修復する場合に、後施工アンカーなどの煩雑な工程を省略して施工の省力化を図り、構造部材の寿命を縮めることもなく、既存躯体との一体性を保持でき剥離事故を防止でき、構造物の耐用年数を確実に長くできる構造部材の断面修復工法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、第１に、既存部分と新設部分との一体化を図るためにアンカーなどを設置する必要がないものとして、コンクリート構造物のコンクリート部材の劣化部分を除去し、内部の梁鉄筋を露出させ、この除去部分を高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）で置換することを要旨とするものである。
【００１１】
第２に、高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材比40％以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したことを要旨とするものである。
〔Ｆ１〕繊維径：40〜50μｍ、繊維長：５〜20ｍｍ、繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1500ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：700 ＭＰａ〜1000ＭＰａ未満。
【００１２】
第３に、高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ２〕のＰＶＡ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材比30％以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したことを要旨とするものである。
〔Ｆ２〕繊維径：70μｍ以下、繊維長：５〜30ｍｍ、繊維引張強度：1500ＭＰａ〜2400ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1800ＭＰａ以下。
【００１３】
第４に、高靭性ＦＲＣ材料による除去部分の置換に先行して、コンクリート部材の既存部分の表面にポリマー系の接着剤を塗布または吹付けることを要旨とするものである。
【００１４】
請求項１記載の本発明によれば、構造部材の劣化部分を除去し、この除去部分を高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）で置換することにより、繰り返し外力が加わったり、鉄筋腐食が生じてもひび割れを微小な幅に抑えることができ、既存部分との一体性を保持できて補修部分の破壊・剥落などの事故発生を防止でき、耐用年数も長くできる。さらに、既存部分との一体化を図るためのアンカー等の設置も不要となり、施工性の向上が図れる。
【００１５】
請求項２、３記載の本発明によれば、前記作用に加えて、この調合のマトリクスと繊維配合量により、引張ひずみが１％を越えるような高靱性ＦＲＣ材料が得られる。そして、かかる引張ひずみが１％を越える高靱性ＦＲＣ材料を補修材料として用いることで、載荷方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック（マルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現象が生じる。よって、ひび割れを確実に微小な幅に制御できる。
【００１６】
請求項４記載の本発明によれば、高靱性ＦＲＣ材料で除去部分を置換するに先行して、既存部分のコンクリートの表面にポリマー系の接着剤を塗布または吹付けることにより、既存部分と新設の高靱性ＦＲＣ材料による補修部分との一体化をさらに高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図３は本発明の構造部材の断面修復工法の梁に施工した場合の実施形態を示し、工法の基本構成としては、従来周知のように、コンクリート構造物の柱、梁、床、壁など全ての構造部材に対して、その断面表層部分の劣化部分を除去し、必要に応じて鉄筋を補強するなどした後、除去部分を健全な材料で置換する断面修復工法である。図１〜図３に示す実施形態では、修復する対象が梁部材１であり、該梁部材１は凍害等により表面から内部にかけて劣化部分３がある。図中２は梁鉄筋を示す。
【００１８】
本発明では、劣化部分３のコンクリートにウォータージェット工法等によりジェット水を吹き付けて、図２に示すようにこの劣化部分３を除去し、内部の梁鉄筋２を露出させる。
【００１９】
次に、吹き付けまたは左官工法による塗り上げによって高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４をこの除去部分５に吹き付けまたは塗り付けて置換し、断面修復する。
【００２０】
この高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４は、第１例として、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、基本的には下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１．５越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである。
〔Ｍ１〕水結合材比40％以上、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）、セメントの一部をフライアッシュで置換、置換率は全結合材料量に対して重量比で30％以下（０を含む）、乾燥および結合材の硬化に伴う体積収縮を低減するため、膨張性混和材および収縮低減剤を添加。
〔Ｆ１〕繊維径：40〜50μｍ、繊維長：５〜20ｍｍ、繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1500ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：700 ＭＰａ〜1000ＭＰａ未満。
【００２１】
前記膨張性混和材は市販のエトリンガイド系および石灰系が使用可能で、添加比率は結合材料に対して外割で重量比10％以下（０を含む）。
【００２２】
収縮低減剤は市販のアルコール系が使用可能で、添加比率は結合材料に対して外割で重量比７％以下（０を含む）。
【００２３】
前記引張ひずみは、材令28日以上の硬化体の引張試験で得られる応力ー歪み曲線において、最大引張応力値でのひずみ量（％）をいう。実際には、材令２８日での試験体の引張試験（例えば断面30ｍｍ×13ｍｍの試験体を80ｍｍの試験区間で引張試験を行う）における引張ひずみ（％）で代表される。
【００２４】
この引張ひずみが１％以上であることは、載荷方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック（マルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現象が生じていることを意味する。
【００２５】
高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４は、第２例として、高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ２〕のＰＶＡ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、〔Ｍ２〕の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである。
〔Ｍ２〕水結合材比30％以上、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）、セメントの一部をフライアッシュで置換、置換率は全結合材料量に対して重量比で30％以下（０を含む）、乾燥および結合材の硬化に伴う体積収縮を低減するため、膨張性混和材および収縮低減剤を添加。
〔Ｆ２〕繊維径：70μｍ以下、繊維長：５〜30ｍｍ、繊維引張強度：1500ＭＰａ〜2400ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1800ＭＰａ以下。
【００２６】
前記膨張性混和材は市販のエトリンガイド系および石灰系が使用可能で、添加比率は結合材料に対して外割で重量比10％以下（０を含む）。
【００２７】
収縮低減剤は市販のアルコール系が使用可能で、添加比率は結合材料に対して外割で重量比７％以下（０を含む）。
【００２８】
本発明は前記したような高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４で除去部分５を置換するものであるが、この高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４の施工の際に既存部分10と新設の高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４による補修部分６との一体化をさらに高めるためには、高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４の施工に先行して既存部分10のコンクリートを湿潤状態にしたり、あるいは、既存部分10の表面にポリマー系の接着剤を塗布または吹き付けなどする。
【００２９】
また、補修部分６の剥落の危険を完全にのぞくには、図２に示すように梁鉄筋２を全周にわたって露出させる部分を設けることが望ましい。
【００３０】
図４〜図６は鉄筋８が配筋された柱部材７を補修する場合で、梁部材１と同様に例えばウォータージェット工法などによる方法で、図５に示すように劣化部分であるかぶり部分９を除去し、鉄筋８を露出させ、図６に示すようにこの除去部分に高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４を吹き付けまたは塗り付けて断面修復する。
【００３１】
こうして、高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４による補修部分６で既存部分10の全周面を包むように閉じる。よって、柱部材７の補修の場合は、補修部分６の剥落のおそれは少なく、梁部材１の梁鉄筋２の場合のように水平方向及び垂直方向の梁鉄筋２の全てを全周にわたって露出させる必要はないもので、前記のようにかぶり部分９だけを除去して水平方向の鉄筋８の外側だけを露出すれば足りる。
【００３２】
図７〜図９は鉄筋８が配筋された床版11を補修する場合で、前記梁部材１や柱部材７と同様にウォータージェット工法などによる方法で、図７、図８に示すように劣化部分を除去し、鉄筋８を露出させ、図９に示すようにこの除去部分５に高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）４を吹き付けまたは塗り付けて断面修復する。こうして、高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）による補修部分６を既存部分10に一体化する。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の構造部材の断面修復工法は、柱、梁、床、壁等の構造部材の劣化部分を断面修復する場合に、置換材料として鋼材に匹敵するひずみ能力を有する高靱性ＦＲＣ材料を用いるので、外力や温度変化の繰り返しによって構造部材が変形しても大きなひび割れ幅を生じることなく耐えることができ、過大にひび割れに起因する鉄筋腐食を抑制することができる。
【００３４】
また、ひび割れを微小な幅（例えば0.05ｍｍ以下）に制御できるので、ひび割れからの水の浸透を防ぐことも可能である。ひび割れからの全ての浸透を防ぐことができない場合でも、浸透量はひび割れ幅の３乗に比例すると言われており、ひび割れ幅を制御できることは浸透量を大きく制限することができることになる。そして、ひび割れからの水の浸透を防ぐことにより、水に溶解してコンクリートに浸入しコンクリートを劣化させる硫酸塩や酸等の物質から構造部材を防護でき、特に過酷な環境にある港湾構造物などにおける補修部材の共用年数の延長に大きく貢献することができる。
【００３５】
なお、補修後の構造部材でもマクロセルの形成などにより鉄筋の腐食がさらに進行することが予想されるが、かかる場合、補修材料に高い変形能力を有している高靱性ＦＲＣ材料を用いるので、鉄筋の腐食膨張による膨張圧に抵抗しこれを著しく緩和して、破壊・剥落を防止し、さらにはひび割れ幅も微小な値に制限することができる。
【００３６】
さらに高靱性ＦＲＣ材料を既存のコンクリート上に後打設した場合の界面の挙動は、靱性に富み、かつ、高い面内剪断力に耐えることができるものであることから、高靱性ＦＲＣ材料を既存のコンクリート構造物の構造部材の断面補修材料とすることで、既存部分と新設部分との一体化をより強固なものにできる。
【００３７】
そして、既存部分と新設部分との一体化を図るためにアンカーなどを設置する必要がないから、既存躯体を傷めるおそれもなく、構造物の耐用年数をかえって短くすることもないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造部材の断面修復工法を梁部材に実施した場合の補修前の梁部材の横断平面図である。
【図２】本発明の構造部材の断面修復工法を梁部材に実施した場合の劣化部分を除去した状態の梁部材の横断平面図である。
【図３】本発明の構造部材の断面修復工法を梁部材に実施した場合の補修後の梁部材の横断平面図である。
【図４】本発明の構造部材の断面修復工法を柱部材に実施した場合の補修前の柱部材の横断平面図である。
【図５】本発明の構造部材の断面修復工法を柱部材に実施した場合の劣化部分を除去した状態の柱部材の横断平面図である。
【図６】本発明の構造部材の断面修復工法を柱部材に実施した場合の補修後の柱部材の横断平面図である。
【図７】本発明の構造部材の断面修復工法を床版に実施した場合の補修前の床版の縦断側面図である。
【図８】本発明の構造部材の断面修復工法を床版に実施した場合の劣化部分を除去した状態の床版の縦断側面図である。
【図９】本発明の構造部材の断面修復工法を床版に実施した場合の補修後の床版の縦断側面図である。
【符号の説明】
１…梁部材２…梁鉄筋
３…劣化部分
４…高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）
５…除去部分６…補修部分
７…柱部材８…鉄筋
９…かぶり部分 10…既存部分

Claims

既存部分と新設部分との一体化を図るためにアンカーなどを設置する必要がないものとして、コンクリート構造物のコンクリート部材の劣化部分を除去し、内部の梁鉄筋を露出させ、この除去部分を高靱性の繊維補強セメント複合材料（高靱性ＦＲＣ材料）で置換することを特徴とする構造部材の断面修復工法。
高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材比40％以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである請求項１記載の構造部材の断面修復工法。
〔Ｆ１〕繊維径：40〜50μｍ、繊維長：５〜20ｍｍ、繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1500ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：700 ＭＰａ〜1000ＭＰａ未満。
高靱性ＦＲＣ材料は、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記〔Ｆ２〕のＰＶＡ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）短繊維を、水結合材比30％以上で、かつ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３Ｖｏｌ．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである請求項１記載の構造部材の断面修復工法。
〔Ｆ２〕繊維径：70μｍ以下、繊維長：５〜30ｍｍ、繊維引張強度：1500ＭＰａ〜2400ＭＰａ未満、みかけの繊維引張強度：1000ＭＰａ〜1800ＭＰａ以下。
高靭性ＦＲＣ材料による除去部分の置換に先行して、コンクリート部材の既存部分の表面にポリマー系の接着剤を塗布または吹付ける請求項１記載の構造部材の断面修復方法。