JP3799119B2 - 構造物の補強方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維の素線を平面状に集束して構成される集束繊維シートを構造物の被補強面に貼設することで当該構造物の補強を図る構造物の補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維やアラミド繊維等の強化繊維は、高い引張り強度を有するだけでなく軽量で、しかも腐食の問題がないという特徴を活かしてプレストレスコンクリート構造物の緊張材としての利用や、強化繊維の撚り線を鉄筋の代替品として塩害劣化を受けやすい構造物への利用が検討されている。
【０００３】
また既に、これら強化繊維を柱や橋脚、トンネル等のコンクリート構造物に対する補強材として利用する方法が確立されている。この補強方法は、コンクリート構造物の被補強面に炭素繊維やアラミド繊維等の強化繊維をエポキシ樹脂で集束させた集束繊維シートをエポキシ樹脂接着剤を用いて１層または多層に接着し、硬化させることでコンクリート構造物の曲げ耐力や疲労寿命、変形靱性の向上を図るというものである。このとき使用するエポキシ樹脂接着剤には、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂主剤と硬化剤とからなる二液性のエポキシ樹脂接着剤が使用されている。
【０００４】
ところで、集束繊維シートを使用した従来の補強方法では、構造物の被補強面にエポキシ樹脂接着剤を塗布し、その塗布面に集束繊維シートを貼設した後、この集束繊維シートの上からさらにエポキシ樹脂接着剤を塗布するといった作業を行っている。
上記のような作業を行う場合には、集束繊維シートをヘラで繰り返ししごくなどしてエポキシ樹脂接着剤を強制的に含浸させる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、柱の側面や壁面等に補強を施す場合には、これら切り立った被補強面に対してヘラでしごくなどの強制含浸作業を行わなければならず、作業者に無理な体勢を強いることとなる。
さらに、切り立った被補強面に貼設された集束繊維シートに対してはエポキシ樹脂接着剤が含浸し難いために強制含浸作業により多くの手間が必要となるだけでなく、被補強面の隅々にまで手が届き難いために集束繊維シートに接着剤を均一に含浸させることが困難になる。
加えて、接着剤の含浸状況が目視により確認し難いといった問題がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、集束繊維シートを構造物の表面に貼設することでその補強を図るに際し、接着剤の集束繊維シートへの含浸作業を簡単に行えるようにして補強工事における作業性を向上させ、工期を短縮することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような補強方法を採用する。
まず、集束繊維シートを平坦な作業面に載せ、上面となる一方の面から接着剤をシートの内部に含浸させた後、集束繊維シートを被補強面に貼り付ける。そして、この集束繊維シートの表面からさらに接着剤を塗布してシートに内部に含浸させる。
上記の補強方法によれば、先んじて集束繊維シートの内部に接着剤を含浸させることで、従来行われていた柱の側面や壁面といった被補強面への強制含浸作業を省略することが可能となる。
【０００８】
集束繊維シートの内部への含浸作業は、例えば平坦な作業面を有する専用の作業台を用意し、その上に集束繊維シートを敷き、ローラーブラシ等を使用して上面となる一方の面から接着剤をシートの内部に含浸させるとよい。また、集束繊維シートはあらかじめ被補強面の形状に合わせて裁断しておくことが望ましい。
【０００９】
接着剤としては、エポキシ樹脂主剤と硬化剤、および強化繊維を集束させているエポキシ樹脂を除去すると同時に集束繊維シートに浸透するビニルモノマーとが混練された集束繊維シート接着用組成物を使用する。
この集束繊維シート接着用組成物を使用すれば、集束繊維シートへの接着剤の含浸性が格段に高まるだけでなく、強化繊維を集束しているエポキシ樹脂が除去されることで集束繊維シートを柔らかくして被補強面に貼設し易くすることができる。
【００１０】
前記接着剤を含浸用組成物と接着用組成物とにより構成して、それらを別々の状態で使用するものとし、集束繊維シートに含浸用組成物をシートの内部に含浸させたうえで被補強面に貼り付けた後、この集束繊維シートの表面に接着用組成物を塗布して含浸させるようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る構造物の補強方法の第１の実施形態を図１ないし図３に示して説明する。まず、補強に用いる集束繊維シート、この集束繊維シートを補強すべき対象物に接着するための接着剤および補強を図る対象物について説明する。
【００１２】
〈集束繊維シート〉
図１に示す実施形態の集束繊維シート（以下は単にシートと称する）Ｓは、炭素繊維やアラミド繊維等、強化繊維の素線を同一方向に向けて密に並べ、エポキシ樹脂を付着または含浸させて平面状とした強化繊維の束１と、網状の基盤クロス２と、離型紙３とを重ね合わせて接着したもので、施工の際には補強を施すコンクリート構造物、例えば柱の表面を被補強面の形状に合わせて適切な形状に裁断して使用される。
【００１３】
〈接着剤〉
接着剤には、強化繊維を集束させているエポキシ樹脂を除去すると同時に集束繊維シートに浸透する含浸用組成物と、この含浸用組成物と置換して硬化する接着用組成物とが混練された集束繊維シート接着用組成物を使用する。
この集束繊維シート接着用組成物は、エポキシ樹脂主剤および硬化剤の他に必須成分としてエポキシ樹脂を除去する含浸用組成物としてのビニルモノマーが含有されたものであり、ビニルモノマーを含むエポキシ樹脂主剤と硬化剤とを分けた２液混合型として使用直前に両者を混練して使用する。
【００１４】
〈補強対象物〉
上記の組成物を用いてシートを接着する補強対象物としては、コンクリート面、金属面、ＰＲＰ面、セラミックス面、プラスチックス面などが挙げられる。特に重要な対象物は、
（ａ）橋脚、橋梁の床版、桁、高欄または張出し部、（ｂ）建物の柱、梁、床版、
（ｃ）トンネル、（ｄ）水路、共同溝、（ｅ）煙突、電柱、等のコンクリート構造物である。
【００１５】
次に、補強対象物としてコンクリート製の柱にシートを接着して補強を図る場合の施工手順を以下に示す。
【００１６】
［１．施工条件の確認］
補強工事は、（１）雨天、および（２）強風時を避け、（３）気温５℃以上、（４）湿度８５％以下、等の各条件をすべて満たす日に実施するのが望ましい。これらの条件は、次のような施工上の問題を未然に防ぐために設けるものである。
・被補強面とプライマーとの間、プライマーと接着剤との間、先に塗布した接着剤と後から塗布した接着剤との間に層間剥離が生じる。これは施工面に水分が付着した場合に起こりうる。
・貼り付け作業中にシートがシワになったり、折れ目が付いたりする。これはシートが薄く柔軟であるために貼り付け作業中に風にあおられることによって起こりうる。理想的には上記の各条件を満たす状況であっても補強を図る構造物には風養生を施すことが望ましい。
【００１７】
［２．被補強面素地調整］
被補強面に対して墨出しを行い、補強を実施しない部分との境界にはマスキング養生を行う。
被補強面に付着した油等の汚れをサンドプラスト、高圧水噴射等により洗浄する。水洗浄は施工当日の数日前に行うものとし、その後十分に乾燥させて被補強面に水分が残らないようにする。
被補強面にサンダーがけしてケレンを行う。例えば、図２に示すように柱が捨て型枠で構築されていた場合、型枠どうしの合わせ目にはズレが生じている（図中Ａの部分）ことがあるので、この目違いを少なくとも１ｍｍ以下に修正する。また、クラックは樹脂注入して埋め（図中Ｂの部分）、欠損部はポリマーセメントモルタルで補修し（図中Ｃの部分）、柱のコーナーは滑らかな曲面となるように面取りする（図中Ｄの部分）。
【００１８】
［３．プライマー塗布］
プライマーをローラーブラシを使用して被補強面に均一に塗布する。プライマーとしては例えばエポキシ樹脂を材料とするものを使用する。
【００１９】
［４．不陸部修正］
被補強面をエポキシパテで全面にわたって平滑にならす。このパテ処理は被補強面にできたピンホール部や不陸部が埋ってなくなるまで何回でも行う。パテ処理後は被補強面を全面にわたって再度軽くサンダーがけしてケレンを行う。
【００２０】
［５．被補強面への接着剤塗布］
素地調整の済んだ被補強面に、接着剤を浸したローラーブラシを使用して接着剤を塗布する。ところで、接着剤は２液混合型であるため各工程において使用する分量をその都度混練して作成することが望ましい。
【００２１】
［６．シートへの接着剤含浸］
シートを被補強面の割り付け寸法に合わせて裁断する。通常、シートは帯状に加工され、ロールされた状態にあるので、柱であればこれを周方向の長さよりもやや長く切断し、周方向に巻き付けるようにして貼設する。
裁断したシートを施工現場に隣接して設置した平坦な作業台の上に敷き、接着剤を浸したローラーブラシを使用して接着剤をシートにその上面から均一に含浸させる。
【００２２】
［７．シートの貼設］
接着剤の塗布作業後、約１０分程度の間にシートの内部への含浸状況の確認および不足分の充填を行ったうえで、シートを被補強面に貼り付ける。シートは接着剤がその内部にまで含浸されたことでより柔軟になっているので、割り付け寸法が大きい場合には複数の人数でシートに撚れや折り目が付かないように丁寧に扱いながら被補強面に貼り付ける。このとき、図３に示すように、１枚のシートについて強化繊維の配設方向の両端のラップ長は１０ｃｍ程度とするが（図中Ｉの部分）、個々のシートについて強化繊維の配設方法に交叉する方向には必ずしもラップさせる必要はなく、多少の間隔を空けるようにしてもよい（図中ＩＩの部分）。
貼り付けたシートを離型紙の上からゴムベラでしごき、被補強面とシートとを密着させると同時にこれらの間にできた空気の泡をシートの端に寄せるようにして脱泡を行う。
【００２３】
［８．貼設後のシートへの接着剤塗布］
シートから離型紙を剥がし取り、この離型紙の下に隠れていた基盤クロスの上からシートの表面に先と同様にローラーブラシを使用して接着剤を塗布する。
【００２４】
［９．脱泡処理］
シートの表面を直接ゴムベラでしごき、塗布した接着剤の含浸を促すとともに再度脱泡を行う。
【００２５】
［１０．貼設後のシートへの接着剤含浸（仕上げ）］
仕上げとして、シートの表面に先と同様にローラーブラシを使用して再々度接着剤を塗布する。
【００２６】
［１１．養生］
シートの表面ににじみ出た接着剤が乾燥するまで時間をおいて養生する。養生期間中はシートの表面にゴミが付着しないよう対策を講じておく。
【００２７】
以上の工程を実施して被補強面にシートを貼設してその補強を図る。
シートを２プライ以上積層させる場合には、上記の工程のうち、［６．シートへの接着剤含浸］から［１１．養生］までの工程を所望の積層数に等しい回数繰り返し実施する。この場合、養生期間については、接着剤の乾燥状態を目安としてシートの表面を指で触っても接着剤が指につかない程度になるまで時間を経過させることが望ましい。
【００２８】
上記のようにしてコンクリート製の柱に対して補強を図れば、以下のような効果が得られる。
シートへの接着剤の含浸作業を施工現場に隣接して設置した作業台で先に行っておき、接着剤が含浸されたシートを被補強面に貼設するので、作業者に無理な体勢での作業を強いることがない。また、シートを作業台の上に敷き、接着剤をシートの表面に上方から含浸させることで接着剤の含浸性が高まるので、含浸作業を円滑に行うことができる。さらに、上方から含浸作業を行うので、シートの上面から内部の隅々に致るまで接着剤を均一に含浸させることができ、しかもシートへの接着剤の含浸状況を目視により確認することも容易くなる。これらのことから、接着剤の集束繊維シートへの含浸作業が簡単に行えるようになるので、補強工事における作業性を向上させて工期の短縮を図ることができる。
【００２９】
ところで、上記第１の実施形態においては、接着剤としての集束繊維シート接着用組成物を使用直前に混練して使用するものとしたが、この接着剤を構成する成分であるエポキシ樹脂を除去すると同時に集束繊維シートに浸透するビニルモノマーを主とした含浸用組成物と、この含浸用組成物と置換して硬化するエポキシ樹脂主剤と硬化剤とが混練された接着用組成物とを別々の状態で使用して柱の補強を図ることも可能である。そこで、本発明に係る構造物の補強方法の第２の実施形態としてその施工手順の概要を以下に示す。
【００３０】
［１．施工条件の確認］から［４．不陸部修正］までの工程は上記の実施形態と全く同じである。
［５．被補強面への接着剤塗布］の工程を実施する際、接着剤に代えて接着用組成物を使用する。
［６．シートへの接着剤含浸］の工程を実施する際、接着剤に代えて含浸用組成物を使用する。
［７．シートの貼設］を経て［８．シートへの接着剤含浸］の工程を実施する際、接着剤に代えて接着用組成物を使用する。
［９．脱泡処理］を経て［１０．シートへの接着剤含浸（仕上げ）］の工程を実施する際にも、接着剤に代えて接着用組成物を使用する。
【００３１】
そもそも接着用組成物は、被補強面や基盤クロス面の凹凸を埋めるべくある程度の厚みをもって施工することが望ましいため、高い粘性を備えるものが適している。また、含浸用組成物は、強化繊維の微細な間隙に浸透させるため、低い粘性を備えるものが適している。
【００３２】
そこで、上記のように含浸用組成物と接着用組成物とを別々の状態で使用するようにすれば、接着用組成物の粘性を高くし、含浸用組成物の粘性を低くすることが可能である。これにより、先にも述べたように接着用組成物によって被補強面や基盤クロス面の凹凸をより平滑に埋めることができ、しかも含浸用組成物をシートにすばやく含浸させることができるようになり、補強工事の精度が向上するとともに作業性が向上して工期の短縮が可能になる。
【００３３】
それだけでなく、接着用組成物の粘性を高めることで接着力が高まるため、より厚手のシートを使用することが可能になる。これは、同じ強度を持たせる場合でもシートの積層数を少なくすることを可能にするものであり、積層にかかる工数を削減して工期を短縮することができる。
【００３４】
なお、上記第１、第２の実施形態ではコンクリート製の柱に補強を施す場合について説明してきたが、本発明の補強方法は、先にも述べたように、その他あらゆる構造物を補強するのに好適な技術である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構造物の補強方法によれば、強化繊維の素線をエポキシ樹脂により平面状に集束した集束繊維シートを構造物の被補強面に貼設するに際し、その接着剤として、エポキシ樹脂主剤と硬化剤およびビニルモノマーを成分とする集束繊維シート接着用組成物を用いて、集束繊維シートへの接着剤の含浸作業を、被補強面でなく作業が楽に行える場所で先に行っておき、接着剤が含浸された集束繊維シートを被補強面に貼設するので、作業者に無理な体勢での作業を強いることがない。また、集束繊維シートを平坦な作業台の上に敷き、接着剤を集束繊維シートの表面に含浸させることで接着剤の含浸性が高まるので、含浸作業を円滑に行うことができる。さらに、集束繊維シートの隅々にまで接着剤を含浸させることができ、集束繊維シートへの接着剤の含浸状況を目視により確認することも容易くなる。
以上のように、接着剤の集束繊維シートへの含浸作業が簡単に行えるようになり、補強工事における作業性を向上させて工期の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る構造物の補強に用いる集束繊維シートの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】 本発明に係る構造物の補強方法の一実施形態を示す図であって、補強を図るコンクリート製の柱を示す断面図である。
【図３】 同じく、集束繊維シートが貼設される柱を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｓ 集束繊維シート
１ 集束繊維の束
２ 基盤クロス
３ 離型紙

Claims (1)

1. 強化繊維の素線をエポキシ樹脂により平面状に集束した集束繊維シートを構造物の被補強面に貼設することで補強を図る構造物の補強方法であって、
   前記集束繊維シートの上面から接着剤をシートの内部に含浸させたうえで前記被補強面に貼り付け、さらにその表面に接着剤を塗布してシート内部に含浸させるべく、
   前記接着剤として、エポキシ樹脂主剤と硬化剤およびビニルモノマーを成分とする集束繊維シート接着用組成物を用いることを特徴とする構造物の補強方法。

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