JP3801726B2

JP3801726B2 - コンクリート既存構造物の補修補強方法

Info

Publication number: JP3801726B2
Application number: JP11588297A
Authority: JP
Inventors: 繁次林; 智雄佐野; 栄牛島; 芳文酒井
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: JPH10306596A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続繊維補強シートをコンクリート面に接着させ、構造物の耐荷力を増加させる補強方法あるいは劣化部を補修する方法に関するものであり、特に連続繊維補強シートのコンクリート面に対する接着力を向上させ、補強及び補修効果を最大限に引き出す方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道や道路の高架橋の桁や床版の曲げ補強や劣化補修に際して、連続繊維補強シートを桁や床版の下面に、又場合によっては上面に貼り付けることが行われている。貼り付け方法は、シートの接着性をよくするためにコンクリート面にマトリクス樹脂と同系のプライマー樹脂を塗布した後、マトリクス樹脂を塗布し、その上にシートを貼り付け、さらにその上からマトリクス樹脂を塗布することによりシート全体にマトリクス樹脂が含浸される方法が採用されている。
【０００３】
しかし、コンクリート面とシート接着面の間にせん断応力が発生した場合、シートが剥離し、補強効果が急激に低下する場合が多い。特にシートの定着面積が十分に確保できない場合、コンクリート面が脆弱化している場合、あるいは表面が緻密で平坦すぎる場合は、シートの剥離が生じ、シートの補強効果を十分発揮できない場合がある。
【０００４】
そこで、特開平６−１９３２８１号公報に示すような止めピンによるアンカー定着による補強方法が採られている。
【０００５】
しかしながら、止めピンによるアンカー定着の場合は、ピン部分に応力が集中するため、シートの繊維間に亀裂が発生したり、シートに開けられた穴部分とピンの間の隙間によりアンカー効果を発揮しない等の問題点が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記事情を鑑みてなされたもので、補強シートを用いてコンクリート既存構造物を補強補修する方法において、補強シートによる補強及び補修効果を最大限に引き出す方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はコンクリート既存構造物の補強補修箇所に連続繊維補強シートを貼り付けるコンクリート既存構造物の補強補修方法において、補強補修箇所に補強繊維の配向方向に直交する方向に幅３〜１０ｍｍ、深さ３〜１０ｍｍ、ピッチ１０〜３０ｍｍの溝を形成し、該溝に樹脂を充填し、ついで補強補修箇所に連続繊維補強シートを貼り付けるコンクリート既存構造物の補強補修方法を要旨とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる補強繊維は、連続繊維であればよく、通常複合材料の補強繊維として用いられるものであればよく、特に限定しないが、炭素繊維、ガラス繊維、ＳｉＣ繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、スチール繊維等の無機補強繊維、アラミド繊維、高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリビニルアルコール繊維等の有機繊維が挙げられる。さらにこれらの補強繊維の中から２種以上を選んで組み合わせて用いても差し支えない。
【０００９】
本発明に用いる連続繊維補強シートとしては、上記連続した補強繊維からなる織布、一方向配列シート、又比較的短い連続補強繊維をランダムに又は一方向に配向したマット、シート等いずれの形態のものでも使用できる。さらに、これらを組み合わせたもの及びこれらの連続繊維補強シートに予め樹脂を含浸したいわゆるプリプレグも使用できる。予め含浸する樹脂としては、後述する補修樹脂と同系統の樹脂が好ましい。補強効果の面から一方向配列シートか好ましく用いられる。
【００１０】
本発明に用いる連続繊維補強シートとして炭素繊維を連続繊維として用いる場合には、炭素繊維目付が１００〜８００ｇ／ｍ²とするのが適当であり、１５０〜６００ｇ／ｍ²とすればさらに好ましい。炭素繊維の目付が１００ｇ／ｍ²未満とすると、樹脂の含浸は良好であるが、シートにスリットが発生しやすい傾向にあり、シートとしての取り扱いが低下するし、必要な補強効果を得るのに必要な貼り付け枚数が多くなり作業が煩雑になる。また、逆に８００ｇ／ｍ²を超えると、樹脂の含浸性が悪くなり好ましくない。
【００１１】
本発明で用いる補修樹脂は、補修補強を行う現場において上記の補強シートに含浸が容易な複合材料に適した樹脂であればよく特に限定はしないが、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。中でも、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂と常温硬化型の重合開始剤を組み合わせた常温硬化型樹脂を使用すると工期が短縮され好ましい。樹脂の中に各種充填剤等を混入させ、液だれの防止等の特性を付与することはもちろん構わない。
【００１２】
本発明の補修補強方法においては、まず、連続繊維補強シートの接着面となるコンクリート面に補強繊維の配向方向に直交する方向に幅３〜１０ｍｍ、深さ３〜１０ｍｍ、ピッチ１０〜３０ｍｍの溝を形成する。このとき溝の断面形状は特に限定せず、矩形であっても、Ｕ字であってもよい。溝はコンクリートカッター等により形成することが可能である。
【００１３】
溝の幅が３ｍｍ未満または１０ｍｍを超える場合は、前者は溝を形成する効果が小さく、後者は溝を形成するのに労力を要し、又コンクリート構造物へのダメージを無視できなくなり好ましくない。また、深さが３ｍｍ未満の場合は、十分なアンカー効果を得ることが難しく、１０ｍｍを超えるとコンクリート構造物へのダメージを無視できなくなる。
さらに、溝の間隔が１０ｍｍ未満の場合は、溝と溝の間のコンクリート部分が破壊し易く、３０ｍｍを超えると十分なアンカー効果を得ることが難しくなる。
【００１４】
溝を形成する位置は、コンクリートのシートを貼り付ける面全面であってもよいし、また応力が働く位置のみに部分的に実施しても良く、状況に応じて選択される。
【００１５】
幅が広い床版を補強する場合、補強シートを床版の長手方向と幅方向にそれぞれ連続繊維が配向するように補強シートを２枚以上貼付することが行われているが、この場合は、溝を格子状に形成することが好ましい。溝を格子状に形成する場合、溝の幅、深さは上記の範囲で好ましい結果が得られる。
【００１６】
上記の溝を形成する前に接着面となるコンクリート面の表面をサンドペーパー、ディスクサンダー等を用いて研磨する、いわゆるケレン処理し、表面に付着している剥離剤を除去するとともに表面を荒らすことは好ましいが、ノミなどでチッピングすると、接着面となるコンクリート面に比較的大きな凹凸ができ、補強シートが厚み方向、幅方向にも蛇行することとなり、十分な補強効果が得られず好ましくない。
【００１７】
本発明の補修補強方法では、次に形成した溝に樹脂を充填する。樹脂としては上記の補修樹脂と相性の良いものであれば任意のものを使用することか可能であるが、補修樹脂と同系の樹脂が最も好ましく使用できる。適度の粘性を与え、液だれを防止するなどを目的として、フィラー、骨材等各種充填剤を添加してももちろん構わない。
【００１８】
溝に充填した樹脂が硬化した後、補強シートを貼付する、次の段階に進んでもよいし、硬化前に次の段階に進んでもよい。重要なのは溝に樹脂を充填しておくことであり、次の段階に進んだときに溝の中に樹脂が充填されていることが必要である。
【００１９】
溝に樹脂を充填した後は、特開平３−２２４９０１公報、特開平３−２２４９６６、特開平５−３９６７３、特開平８−１１８５３５号公報等に開示された公知の方法、手順で補修補強を行えばよく、その方法、手順は特に限定しないが、補強シートに補修樹脂を含浸し、コンクリートの補修面に貼付する、あるいはコンクリートの補修面に補強シートを仮留めしておき、その上から補修樹脂を含浸する等の方法が例示できる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
せん断付着力試験体及び曲げ試験用コンクリート試験体を以下のようにして作製し、これら試験体のせん断付着力及び曲げ強度を測定した。
【００２１】
ーせん断付着力試験体の作製とせん断付着力の測定ー
せん断付着力試験体を作製するために、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×幅４００ｍｍの大きさのコンクリート片を準備した。該コンクリート片は既存構造物のコンクリートを模したものである。
【００２２】
（表面処理）
前記コンクリート片の表面を、次に示す表面処理法１〜５の５通りに処理した。
表面処理法１；コンクリートを打設したままのもの。
表面処理法２；補強シートを接着しようとする面をサンダーを用いてケレン処理。
表面処理法３；表面処理法２のケレン処理をした後、ノミを用いてチッピング処理。
表面処理法４；表面処理法２のケレン処理をした後、コンクリートカッターを用い、幅５ｍｍ、深さ５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの溝を形成。
表面処理法５；表面処理法２のケレン処理をした後、コンクリートカッターを用い、幅５ｍｍ、深さ５ｍｍ、ピッチ２７ｍｍの溝を形成。
【００２３】
図２の（ａ）〜（ｅ）は、前記の表面処理１〜５を施したコンクリート表面の状態を示す断面図である。図２（ａ）に示すようにコンクリート打設品は平坦な表面を有し、図２（ｂ）に示すようにケレン処理品は前記打設品よりも表面粗であり、図２（ｃ）に示すようにノミによるチッピング処理品は更に表面粗であり、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように表面処理４、５を施したコンクリート片は深さの大きい溝１０をその表面に有していた。
【００２４】
（補強シート）
引張強度４５０ｋｇ／ｍｍ²、引張弾性率２４ｔ／ｍｍ²の三菱レイヨン株式会社製炭素繊維パイロフィルＴＲ３０Ｇを目付が３００ｇ／ｍ²となるように一方向に引き揃えて配向（配列）させたものに、ガラス繊維の表面に熱融着性の低融点ナイロン繊維を配置した特殊ガラス繊維をピッチ５ｍｍで平織した後、熱融着して固定した一方向炭素繊維クロスを用意した。
【００２５】
（補修樹脂）
三菱レイヨン社製メチルメタクリレート系樹脂（アクリシラップＸＤ−３９１）を用意した。
【００２６】
（貼り付け方法）
せん断付着力試験体は、表面処理法１〜５のコンクリート片のそれぞれの表面処理面にプライマーとして上記補修樹脂と同系統の三菱レイヨン株式会社製メチルメタクリレート系樹脂（アクリシラップＤＲ−８０）を約２００ｇ／ｍ²目安で塗布し、該プライマー樹脂を硬化させた後、補強シートを補修樹脂ＸＤ−３９１を用いて貼付することにより作製した。
表面処理法４〜５に係わるせん断付着力試験体は、溝にプライマー樹脂を十分充填し、硬化させ、硬化するのを待って補強シートを貼付した。
また、前記のプライマー樹脂及び補修樹脂とも、重合開始剤の混合後、常温（２０゜Ｃ）で約３５分で硬化した。
なお、これらのせん断付着力試験体は、引張方向（図１、３に太い矢印で示す）と補強繊維軸の方向（炭素繊維の配列方向）が一致するように補強シートを１層貼り付けた。
【００２７】
図１は、溝が形成されたコンクリート面に補強シートを貼り付けた例、具体的には、表面処理法５のコンリート片に補強シートを貼り付けたせん断付着力試験体の接着部を示す図であって、図１（ａ）は接着部の断面図、（ｂ）はその正面図である。該試験体は、コンクリート２の表面に補強シート１を貼り付けたものであって、コンクリート２の表面に補強繊維（炭素繊維）の配向方向（図中に矢印で示す）に直交する方向に幅５ｍｍ、深さ５ｍｍ、ピッチ２７ｍｍの溝１０を形成し、溝１０に樹脂１１を充填し常温で硬化させ、さらにコンクリート２の樹脂１１の硬化した面に連続繊維補強シート１を補修樹脂ＸＤ−３９１を用いて貼り付け常温で硬化したものである。
【００２８】
なお、せん断付着力試験体を作製する際、コンクリートの端部の影響を避けるため、図１（ｂ）に示すように、両端部の幅ｅ＝１０ｍｍを除いたＬ＝８０ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍの形状で補強シート１を貼り付けた。
【００２９】
表面処理法１〜５のせん断付着力試験体を、図３に示す様に、固定ジグ３にて試験台上に固定し、接着面と平行方向に補強シート１の端部を１ｍｍ／分で引張るせん断付着力試験を実施した。その測定結果を、曲げ試験結果とともに表１に示す。
【００３０】
ー曲げ試験用コンクリート試験体の作製と曲げ強度の測定ー
図４は曲げ試験方法を示す図であって、（ａ）は曲げ試験用コンクリート試験体の正面図、（ｂ）は該試験体に貼り付けられている補強シートを示す。この曲げ試験体を次のようにして作製した。
コンクリート工学年次論文報告集Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２，ｐｐ．１４４５（１９９６）と同様にして１８００×９００×１５０ｍｍの鉄筋コンクリート製曲げ試験体を、まず作製した。
この鉄筋コンクリート製曲げ試験体の表面を前述の表面処理法２（ケレン処理）の表面処理をし、該表面処理面に補強シートを２枚貼り付けることにより、試験例２の曲げ験用コンクリート試験体（曲げ試験体）を１体作製した。
一方、別の鉄筋コンクリート製曲げ試験体の面を前記表面処理法２（ケレン処理）の後更にシート貼り付け面の両端から５００ｍｍ即ちＰ／２地点までは表面処理法４の表面加工（溝形成）を幅方向（後述する１ｂの方向）に施し、該表面処理面に補強シートを２枚貼り付けることにより、試験例４の曲げ試験体を１体作製した。
【００３１】
なお、これらの曲げ試験体を作製する際、図４（ｂ）に示すように、１層目の補強シート１の炭素繊維の配向方向１ａは試験体の長手方向になるように、２層目の補強シート１の炭素繊維の配向方向１ｂは幅方向になるように貼り付けた。また、曲げ試験体５の作製のため用いた補強シートの種類、補修樹脂の種類、補修樹脂の塗布方法等は、前記のせん断付着力試験体の作製に用いたものと同じとした。
【００３２】
（曲げ試験方法）
図４に示すように、貼り付けられた補強シート１を下面側とし、上方より荷重をかけることにより実施した。この測定結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１から判るように、コンクリート面に形成された溝１０に樹脂１１を充填し、補強シート１を貼り付けた試験例４及び５は、コンクリート打設面を接着面とする試験例１、ケレン処理表面を接着面とする試験例２、ノミによるチッピング処理表面を接着面とする試験例３に比較して、剪断付着力が大であった。
また、試験例４は試験例２に比較して曲げ強度が大であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、コンクリートの連続繊維補強シート接着面に形成された溝に、接着剤等の樹脂を充填後、シートを樹脂により接着することにより、シートと樹脂が一体化し、せん断キーが形成され、コンクリート面とシート接着面の間に発生するせん断応力に面で対抗するので、シートの補強効果が最大限発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】溝が形成されたコンクリート面に補強シートを貼り付けた例を示す図であって、（ａ）は接着部の断面図、（ｂ）は接着部の正面図である。
【図２】コンクリートの表面状態を示す断面図であって、（ａ）はコンクリート打設後、（ｂ）はケレン処理後、（ｃ）はノミによるチッピング処理後、（ｄ）、（ｅ）は溝を形成した後、の状態を示す。
【図３】せん断付着力試験の方法を示す図である。
【図４】曲げ試験の方法を示す図であって、（ａ）は曲げ試験体の正面図、（ｂ）は貼り付けられている補強シートを示す。
【符号の説明】
１・・補強シート、２・・コンクリート、３・・固定ジグ、４・・接着部、５・・曲げ試験用コンクリート試験体、１０・・溝、１１・・樹脂

Claims

コンクリート既存構造物の補強補修箇所に連続繊維補強シートを貼り付けるコンクリート既存構造物の補強補修方法において、補強補修箇所に補強繊維の配向方向に直交する方向に幅３〜１０ｍｍ、深さ３〜１０ｍｍ、ピッチ１０〜３０ｍｍの溝を形成し、溝に樹脂を充填し、ついで補強補修箇所に連続繊維補強シートを貼り付けるコンクリート既存構造物の補強補修方法。