JP3971834B2

JP3971834B2 - コンクリート構造物

Info

Publication number: JP3971834B2
Application number: JP05096998A
Authority: JP
Inventors: 聡山口
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: JPH11247134A

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に関し、例えば、高架橋道路のコンクリート床版などに補強構造を施したコンクリート構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築、土木における柱、梁、スラブ、床版、壁などのコンクリート構造物について、耐震などを目的とした補強構造を意図して、従来より、既設部材であるコンクリートの増厚などによる補強構造が採られてきている。一方、近年では高い引張り強度により優れた補強効果を発揮する炭素繊維、アラミド繊維などの連続繊維シートからなる補強構造が採用されている。
【０００３】
この連続繊維シートからなる補強構造として、連続繊維シートを接着材などで巻き付けたり又は貼り付けたりする手法では、安定した所望の強度が得られないので、エポキシ樹脂やＭＭＡ（メチルメタアクリレート）樹脂などの現場反応硬化型の高強度な樹脂に連続繊維シートを含浸させて一体化したＦＲＰ（繊維強化プラスチック）による補強構造が実用化されている。
【０００４】
特に、高架橋道路では、昨今の規制緩和の機運を示す一つとして、走行車両の重量規制が緩和され、高架橋道路の橋桁、橋脚、梁、床版など、従来の設計上の構造では、規制緩和された実状に対して、曲げ強度、剪断強度などの面で満足しきれない点が挙げられる。
【０００５】
そのような補強構造を要する高架橋道路では、例えば、前述したＦＲＰによる補強構造が採用され、その一例として、特開平９−６７９４６号公報に記載されているものがある。特に、高架橋道路において、図３に示すように橋脚１１で支持された橋桁１２を構成するコンクリート床版１（図４参照）では、上部からの加重により、橋脚１１間でコンクリート床版１の下面側に引張り力Ａが発生し、橋脚１１の支点部分でコンクリート床版１の上面側に引張り力Ｂが発生する。
【０００６】
前述した補強構造は、この引張り力が発生する箇所に施工されるが、図４に示すように舗装材からなる表層５を撤去、改修する必要性があることを考慮して、橋脚１１間でコンクリート床版１の下面に前述のＦＲＰからなる補強層１３を形成するようにしている。尚、橋脚１１間でのコンクリート床版１の上面側と橋脚１１でのコンクリート床版１の下面側に発生する圧縮力に対しては、コンクリート床版１が高い強度を持つので補強は不要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように従来の補強構造では、コンクリート床版１に発生する引張り力に対して、エポキシ樹脂やＭＭＡ樹脂などの現場反応硬化型の高強度な樹脂に連続繊維シートを含浸させて一体化したＦＲＰによる補強構造が採られるわけであるが、コンクリート床版１の下面側に施工されているのに対して、コンクリート床版１の上面側に施工することが困難であるというのが実状である。それは、以下に詳述する理由による。
【０００８】
即ち、高架橋道路のコンクリート床版１の上には、通常、舗装材からなる表層５が形成されているが、その表層５が長期的にワダチ掘れ、摩耗、ヒビ割れなどの劣化を生じてくる。この対策のために比較的安価に改修する実際的な工法として、コンクリート床版１は残したまま、表層５の撤去、再舗装を行う工法が一般的に採られている。
【０００９】
表層５を構成する舗装材は、主にアスファルトやセメントをバインダとしたコンクリートである。これらを撤去する際には、大型切削機やクラッシャーと称される削岩機による撤去、或いはコンクリートカッターによるカッティングを行った後にバックホー等での撤去などの手法が採用されている。
【００１０】
この表層５の撤去時には、下地であるコンクリート床版１にも衝撃力やカッティング力が作用するため、仮に、コンクリート床版１の表面を、前述の連続繊維シートを樹脂に含浸させたＦＲＰで補強していたとすると、以下のような問題が生じてくる。
【００１１】
前述のＦＲＰは、高い引張り強度を有するが、圧縮方向の強度が低く、また、繊維と直角方向の剪断力、衝撃力が作用すると非常に脆く、繊維が容易に切断してしまう一般的な傾向があり、引張り方向以外の外力が作用する箇所には不適である。従って、前述したように表層５の撤去時に生じた衝撃力やカッティング力によりＦＲＰの引張り強度が容易に低下してしまい、舗装材からなる表層５だけでなく、コスト的に高いＦＲＰまで再度形成し直す必要性が生じてくる可能性が高い。そのため、所望の引張り強度を確保するための補強構造として、コンクリート床版１の上面側に施工することが困難となっている。
【００１２】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、コンクリート床版上の表層における老朽化などにより、その表層の撤去、改修が必要な場合でも、表層の撤去、改修を支障なく行えるようにし、従来行われていなかったコンクリート床版の上面側の補強構造を容易に実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、以下の点を特徴とする。
(1) コンクリート層と前記コンクリート層の上に表層を有するコンクリート構造物において、コンクリート層の上面側で表層との間に、コンクリート層に作用する引張り力に対する補強層を介設し、補強層と表層との間に、外力を分散させ得る厚み及び外力を緩衝させ得る弾力を有する保護層を介設し、保護層は、ゴム質の弾性力を有し、かつ、硬度が常温時点でショアー硬度ＨＤ＜６０のホットメルト型接着材からなること。
(2) 前述の補強層は、外力を分散させ得る厚み及び外力を緩衝させ得る弾力を有すること。
(3) 前述の補強層は、連続繊維シートを樹脂に含浸させたＦＲＰからなること。
(4) 前述の表層は、加熱されたアスファルト舗装材を敷き詰めることにより形成されたこと。
【００１４】
本発明は、前述した(1)〜(4)の構成に基づいて、例えば高架橋道路などのコンクリート床版の上面側における引張り強度に対する補強を効果的に行えるようにし、補強層が形成されたコンクリート床版を残したまま、その上層に位置する表層の撤去、改修を複数回に亘って可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコンクリート構造物の実施形態を以下に詳述する。
【００１６】
本発明は、例えば、建築、土木における柱、梁、スラブ、床版、壁などのコンクリート構造物について適用可能であり、以下の実施形態では、高架橋道路の橋桁を構成するコンクリート床版の上に舗装材からなる表層を形成したものについて適用した場合を説明する。
【００１７】
補強構造を要する高架橋道路では、橋脚１１で支持された橋桁１２を構成するコンクリート床版において、上部からの加重により、橋脚１１間でコンクリート床版の下面側に引張り力Ａが発生し、橋脚１１の支点部分でコンクリート床版の上面側に引張り力Ｂが発生する（図３参照）。
【００１８】
この補強構造は、この引張り力が発生する箇所に施工されるが、本発明では、コンクリート床版１の上面側で、引張り力Ｂが作用する橋脚１１の支点部分に補強層３を形成する（図１参照）。尚、橋脚１１間では、従来どうり、コンクリート床版１の下面に補強層１３を形成している（図４参照）。また、橋脚１１間でのコンクリート床版１の上面側と橋脚１１でのコンクリート床版１の下面側に発生する圧縮力に対しては、コンクリート床版１が高い強度を持つので補強は不要である。
【００１９】
この補強層３は、高い引張り強度により優れた補強効果を発揮する炭素繊維、アラミド繊維などの連続繊維シート２を、エポキシ樹脂やＭＭＡ（メチルメタアクリレート）樹脂などの現場反応硬化型の高強度な樹脂に含浸させて一体化したＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなる。
【００２０】
更に、表層５の撤去、改修を行う際に補強層３へ衝撃力、剪断力などが直接的に付与されないように前述の補強層３の上に保護層４を形成する。保護層４としては、衝撃力、剪断力を回避できる機能を有することが重要で、外力を分散できるだけの厚み、又は、外力を緩衝できるだけの弾力を有するもの、或いは、前述の厚み及び弾力の両方を有する素材で形成することが有効である。
【００２１】
尚、前述の保護層４としては、補強層３の上に別の層として設けてもよいし、或いは、前述の保護層を補強層３で兼ねることも可能であり、その場合、補強層３を構成する樹脂が前述の厚み又は弾力を有するものとする必要がある。但し、補強層３を構成する樹脂は、エポキシ樹脂やＭＭＡ樹脂であって、繊維の引張り力を伝達するに充分な強度、硬さを保持することが要求されるため、前述した弾力を有するものを使用できない。従って、保護層を補強層３とは別に形成しない場合には、外力を分散できるだけの充分な厚みを持った補強層３とする必要がある。
【００２２】
保護層４を補強層３とは別に形成する場合には、ゴム質などの弾力を持った保護層４とすることが望ましく、一般的に行われているアスファルト系の舗装材からなる表層５に対してはホットメルト型接着材を材質とすることが好適で、硬度が常温時点でショアー硬度ＨＤ＜６０のゴム質の接着材を使用することが好ましい。また、厚みは、衝撃力、剪断力の生じ方によって異なるが、通常は１ｍｍ以上、施工方法に応じて、好ましくは２ｍｍ以上とすればよい。
【００２３】
このホットメルト型接着材は、その成分がベースポリマー、ブロック防止剤、タッキファイヤー、可塑剤、酸化防止剤、充填剤などから構成されているが、可塑剤、酸化防止剤、充填剤は必要に応じてベースポリマーやタッキファイヤーに合わせて使用すればよい。尚、ベースポリマーはフェノキシ樹脂、フェノール樹脂、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソブチレン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリビニルエーテル、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、エチレン酢酸ビニル共重合体、又はエチレン−アクリル酸エステル共重合体などの熱可塑的樹脂なら何でもよい。また、単独使用よりも二種類以上適宜混合する方がより優れた接着性能などを発揮することができる。更に、ブロック防止剤はパラフィンやワックス類であり、タッキファイヤーは石油樹脂、ロジン又はテルペン樹脂などである。
【００２４】
このホットメルト型接着材を使用するのは、その下地となる補強層３の構成材料であるＦＲＰのうち、炭素繊維、アラミド繊維などの連続繊維シート２を含浸させたエポキシ樹脂やＭＭＡ樹脂などの樹脂が硬化する前に、接着材を補強層３の上に散布することができて作業時間を短縮することができ、また、アスファルト系の舗装材からなる表層５をこのホットメルト型接着材からなる保護層４の上に舗装する際に、打設時の温度（１５０〜１８０℃）によってホットメルト型接着材とアスファルト系舗装材が溶融一体化し、充分な接着力を確保できる点でより好ましいからである。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
図１の基本構造図に示すようにコンクリート床版１上に、カーボン繊維シート２（繊維重量３００ｇ／ｍ²、設計厚み０．１６７ｍｍ）をエポキシ樹脂に含浸させて補強層３を形成した。次にエポキシ樹脂の硬化後、ホットメルト型接着材を固定するためのエポキシ樹脂の接着層（図示せず）を塗布し、その直後にホットメルト型接着材を４〜５ｋｇ／ｍ²の割合で散布して保護層４を形成した。そして、前述の接着層のエポキシ樹脂が硬化した後に、舗装材であるアスファルトコンクリートを保護層４の上に打設して表層５を形成した。
【００２６】
（実施例２）
図１の基本構造図に示すようにコンクリート床版１上に、カーボン繊維シート２（繊維重量３００ｇ／ｍ²、設計厚み０．１６７ｍｍ）をエポキシ樹脂に含浸させて補強層３を形成し、続いてホットメルト型接着材を固定するためのエポキシ樹脂を余分に塗布（補強層３に含ませてその補強層３を増厚）し、この補強層３がゲル化する前にホットメルト型接着材４を４〜５ｋｇ／ｍ²の割合で散布して保護層４を形成した。そして、前述の補強層３のエポキシ樹脂が硬化した後に、舗装材であるアスファルトコンクリートを保護層４の上に打設して表層５を形成した。
【００２７】
（比較例）
実施例１と同様、図２の基本構造図に示すようにコンクリート床版１上に、カーボン繊維シート２（繊維重量３００ｇ／ｍ²、設計厚み０．１６７ｍｍ）をエポキシ樹脂に含浸させて補強層３を形成した。そして、この補強層３のエポキシ樹脂が硬化した後に、保護層４（図１参照）を設けずに、舗装材であるアスファルトコンクリートを補強層３の上に打設して表層５を形成した。
【００２８】
尚、実施例１、実施例２、比較例ともに、表層５の厚みは約８ｃｍとした。また、効果確認のため、コンクリート床版１と補強層３との間、及び、実施例１では、補強層３とホットメルト型接着材を固定するためのエポキシ樹脂の接着層（図示せず）との間、また、実施例２では、保護層４と表層５との間、また、比較例では、補強層３と表層５との間に、それぞれ離型フィルムとしてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを部分的に挟み込んで接着、打設を行った。
【００２９】
また、実施例２では繊維に対する樹脂含浸が不十分であってはいけないので、一旦充分な樹脂含浸をＰＥＴフィルムを上乗せした状態で行い、樹脂含浸が充分であることを目視で確認してから、エポキシ樹脂の余分な塗布を行った。尚、ブランクとしての供試体も用意した。
【００３０】
このようにして製作された各供試体について表層５の撤去作業を行った。撤去はクラッシャーによる破砕作業で、できるだけ下地の補強層３に届かないレベルまでの深層破砕を行った。
【００３１】
次に、保護層４の補強層３の強度に対する保護効果に関して、各供試体について、ＰＥＴフィルムによりサンドイッチしておいた部分の補強層３を取り出し、引張り試験を実施することで初期の引張り強度を保有しているか否かで確認試験を行った。
【００３２】
この確認試験は、各供試体から取り出した部分を、ＪＩＳＫ７１１３に記載する短冊状に成形し、引張り試験を行った。但し、実施例２においては保護層４が一体的に接着しているので、補強層３の繊維に影響を及ぼさないように可能な限りカッターナイフで切除した。引張り強度の比較を下記に示す。数値はＪＩＳＫ７１１３に準じて、ｎ＝３０で算出したものである。
【００３３】

【００３４】
本発明による実施例１、実施例２では、保護層４を設けなかった比較例に比して、充分な補強層３の引張り強度の維持能力（保護能力）を有していた。また、実施例１，２の引張り強度データは、ばらつき（３σ）こそブランクのものよりも大きかったが、これはアスファルト打設時の熱によるアフターキュアを受けることにより、引張り強度の向上がアフターキュアによるものと考えられる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、従来行われていなかった高架橋道路などのコンクリート床版の上面側に補強層を形成したことにより、コンクリート床版の上面側における引張り強度に対する補強を効果的に行え、しかも、コンクリート床版上に位置する舗装材からなる表層が老朽化などにより劣化して撤去、改修を必要とする状況となった場合でも、表層の撤去、改修を何の支障もなく容易に行える。
【００３６】
即ち、大型切削機やクラッシャーと称される削岩機の使用や、コンクリートカッターによるカッティングを行った後のバックホー撤去などのように従来からの撤去方法を用いても、その下地の補強層を損傷させてしまうことがないので引張り強度に関する補強を低減させることがなく、健全に補強されたコンクリート床版を残存させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンクリート構造物の実施形態（実施例１，２）を示す断面図
【図２】図１の実施例１，２に対する比較例を示す断面図
【図３】高架橋道路を構成する橋桁及びその橋桁を支持する橋脚を示す概略構成図
【図４】従来のコンクリート構造物の補強構造を示す断面図
【符号の説明】
１コンクリート層（コンクリート床版）
２連続繊維シート
３補強層
４保護層
５表層

Claims

コンクリート層と前記コンクリート層の上に表層を有するコンクリート構造物において、前記コンクリート層の上面側で前記表層との間に、前記コンクリート層に作用する引張り力に対する補強層を介設し、前記補強層と前記表層との間に、外力を分散させ得る厚み及び前記外力を緩衝させ得る弾力を有する保護層を介設し、前記保護層は、ゴム質の弾性力を有し、かつ、硬度が常温時点でショアー硬度ＨＤ＜６０のホットメルト型接着材からなることを特徴とするコンクリート構造物。
前記補強層は、外力を分散させ得る厚み及び前記外力を緩衝させ得る弾力を有することを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物。
前記補強層は、連続繊維シートを樹脂に含浸させたＦＲＰからなることを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリート構造物。
前記表層は、加熱されたアスファルト舗装材を敷き詰めることにより形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のコンクリート構造物。