JP4035297B2

JP4035297B2 - コンクリート構造物の補強構造および補強方法

Info

Publication number: JP4035297B2
Application number: JP2001207300A
Authority: JP
Inventors: 義行川瀬; 正幸根本; 孝行芦野
Original assignee: Nittetsu Anti Corrosion Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Anti Corrosion Co Ltd
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2021-07-09
Also published as: JP2002155509A

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水中部又は湿潤部を補強する際に、水中にある補強対象物の周囲を排水及び／又は乾燥することなく、補強の施工を行うことのできるコンクリート構造物の補強構造と補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋、高架道路、トンネル、煙突等のコンクリート構造物は、経時的な劣化や耐震基準の見直し等のために、補強・補修が必要となっているものが多い。陸上や地中のコンクリート構造物に関しては、従来から種々の補強・補修の方法が実用化されており、とくに繊維強化樹脂を用いた補強方法が多用されている。これは高強度繊維とくに炭素繊維からなる繊維シートを、コンクリート表面に接着性樹脂により貼り付けて補強するものである。
【０００３】
しかしながら、水中にあるコンクリート構造物においては、かかる補強方法を直接適用することができない。この場合、通常は補強対象物の周囲に止水矢板を打設して、その内側を排水することにより、陸上と同じ作業空間を形成して、補強の施工を行うという手法がとられている。
【０００４】
また、作業空間の形成を容易にするため、特殊な止水ガイドと作業函を用いる方法（例えば特開平９−２４２０８１号公報）や、作業空間を形成することなく既設構造物脚部の補強を行うため、脚部の周囲に所定の間隙を設けて鋼製補強板を配し、この間隙に水中接着性の接着材を注入する方法（例えば特開平１０−１５９０２７号公報）等が提案されている。
しかし、水中にあるコンクリート構造物表面に、排水することなく、繊維強化樹脂層を直接形成するような補強方法は未だ提案されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した作業空間を形成する方法では、施工が複雑になりかつ長期間を要するため、その費用が大きくなる。また、補強面に鋼板を被覆してその間隙に樹脂を注入する方法は、被覆の耐食性に問題があり、かつ柱状でない構造物では鋼板を被覆する施工がしにくいという問題もある。
【０００６】
そこで本発明は、水中に構築されたコンクリート構造物の水中部又は湿潤部を補強するに際して、排水された作業空間を形成することなく、強度と耐食性の優れた繊維強化樹脂の被覆を、水中にて形成しうる手段を提供することを目的とする。これにより、水中部の補強における施工を簡易にし、かつ工期を短縮して、施工コストを大幅に低減することを目的とする。
【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本発明のコンクリート構造物の補強構造は、
水中にあるコンクリート構造物の表面に、水中硬化型樹脂ぺ−ストからなるぺ−スト層が形成され、該ぺ−スト層内に、樹脂を含浸させた強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束からなり、該繊維束の径が０．５〜１５ｍｍであり、かつ繊維束の縦方向及び横方向の間隔が１〜５０ｍｍである複合繊維グリッドを埋め込んでなるコンクリート構造物の補強構造である。
【０００８】
上記の補強構造において、前記樹脂ペーストは、水中硬化型エポキシ樹脂ペースト及び／又は水中硬化型ポリエステル樹脂ペーストであることが好ましい。
【０００９】
また、上記の補強構造において、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の繊維であることが好ましい。
【００１１】
本発明のコンクリート構造物の補強方法の第一は、
水中にあるコンクリート構造物の表面を水中硬化型の樹脂ぺ−ストで被覆してぺ−スト層を形成させた後、強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束に樹脂を含浸させた複合繊維グリッドを、該樹脂が硬化する前に前記ぺ−スト層の表面に貼り付けて、さらにその表面を水中硬化型の樹脂ぺ−ストで被覆することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法である。
【００１２】
本発明のコンクリート構造物の補強方法の第二は、
水中にあるコンクリート構造物の表面を水中硬化型の樹脂ぺ−ストで被覆してぺ−スト層を形成させた後、強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束に樹脂を含浸させた複合繊維グリッドを、該樹脂が硬化する前に前記ぺ−スト層の表面に貼り付け、さらにその後前記グリッドを囲う型枠を取り付けて、型枠内面と前記グリッドとの間隙に水中硬化型の樹脂ぺ−ストを充填することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法である。
【００１３】
上記第一及び第二の補強方法において、前記樹脂ペーストが、水中硬化型エポキシ樹脂ペースト及び／又は水中硬化型ポリエステル樹脂ペーストであり、かつ前記強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の繊維であることが好ましい。
【００１４】
また、上記のいずれの補強方法においても、その繊維束の径が０．５〜１５ｍｍであり、かつ繊維束の縦方向及び横方向の間隔が１〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のコンクリート構造物の補強構造の説明図である。この補強構造は、コンクリート構造物の補強しようとする部位の表面（補強面）１に、水中硬化型の樹脂ぺーストからなるぺースト層２が形成され、その内部に複合繊維グリッド３を埋め込んでなるもので、補強面１が水中にある又は湿潤したコンクリートの表面であることを特徴とする。
【００１６】
この補強構造は、水中での強度と耐食性に富み、かつ吸水して劣化することがないため、耐久性に優れる。また、この補強構造は、排水された作業空間を形成することなく、容易に水中の補強面に被覆の施工を行いうるという利点を有する。
【００１７】
ぺースト層２を構成する樹脂ペーストは、水中硬化型のものであればよいが、水中硬化型エポキシ樹脂ペースト、水中硬化型ポリエステル樹脂ペーストがとくに好適であり、これらの樹脂ペーストを単独で用いても、併用してもよい。
【００１８】
複合繊維グリッド３は、図２に示すように、強化繊維の縦方向の繊維束４及び横方向の繊維束５を所定の間隔で格子状に編み上げたものを用い、これに予め（地上で）樹脂を含浸させておき、この樹脂が完全硬化する前に、すなわち水中硬化型の樹脂ぺーストとの接着性が失われないうちに、ぺースト層に貼り付ける施工を行う。
【００１９】
本発明において、複合繊維グリッド３の強化繊維は、強度が大きく、かつ吸湿して劣化する懸念がない繊維であればよいが、とくに炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好適であり、これらのうちの１種を単体で用いても、２種以上を併用してもよい。複合繊維グリッド３に予め樹脂を含浸させる理由は、強化繊維を互に接着させることによりその曲げ強度を増大させること、繊維束が容易にぺースト層に貼り付くようにすること、そして複合繊維グリッドの可撓性を確保することを狙いとするものである。
【００２０】
格子状の複合繊維グリッドを用いる理由は、水中で貼付けを行う際に、繊維束とぺースト層の間に水が残留しないように、水の排出を容易にするためである。また、この格子間でぺーストが自由に移動しうるようにして、初めに形成したぺースト層と後から被覆するぺーストが一体に接着されるようにするためである。
【００２１】
本発明において、複合繊維グリッド３の縦方向の繊維束４及び横方向の繊維束５は、ともにその径が０．５〜１５ｍｍであり、かつ縦方向の繊維束間の間隔及び横方向の繊維束間の間隔が、ともに１〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
縦方向又は横方向の繊維束の径が０．５ｍｍ未満では、格子の間隔が大きくなった時に強度が不十分となり、径が１５ｍｍを越えると、これをぺーストで被覆する施工がしにくくなるためである。また、縦方向又は横方向の繊維束の間隔が１ｍｍ未満では、粘土状のぺーストがこの間を自由に移動することが難しくなり、これが５０ｍｍを越えると、繊維束の径が小さい時に強度が不十分になるためである。
【００２３】
なお補強部の強度を確保するためには、強化繊維の目付量が１００〜１０００ｇ／ｍ²であることが好ましく、この条件が維持されるように、繊維束の径に応じて、適切な間隔を選定することが好ましい。
さらに、繊維束に含浸させる樹脂としては、ポリウレタン樹脂もしくはポリエステル樹脂を用いることが好ましい。
【００２４】
本発明のコンクリート構造物の補強方法の第一は、水中にある又は湿潤したコンクリート構造物の補強面を水中硬化型の樹脂ぺーストで被覆してぺースト層を形成させた後、強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束に樹脂を含浸させた複合繊維グリッドを、該樹脂が硬化する前に前記ぺースト層の表面に貼り付けて、さらにその表面を水中硬化型の樹脂ぺーストで被覆することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の補強方法の第二は、上記と同様にぺースト層を形成し、上記と同様の複合繊維グリッドをこのぺースト層の表面に貼り付けた後、このグリッドを囲う型枠を取り付けて、型枠内面とグリッドとの間隙に水中硬化型の樹脂ぺーストを充填することを特徴とする。
【００２６】
なお、上記第一及び第二の補強方法においても、樹脂ぺーストとして水中硬化型エポキシ樹脂ペースト及び／又は水中硬化型ポリエステル樹脂ペーストを用い、かつ強化繊維として、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の繊維を用いることが好ましい。
【００２７】
以下、本発明の補強方法についてさらに詳しく説明する。
補強面１には、必要に応じて下地処理を行う。下地処理の内容は、主に損傷部の補修と付着物の除去である。損傷部の補修は、コンクリートの劣化層がある場合はこれを除去し、亀裂や凹部に、必要に応じて水中硬化型のモルタルやぺーストを充填すればよい。付着物には、藻類や微生物等の非固着性の付着物とフジツボや貝類等の固着物がある。前者は、ブラッシングや水ジェット等により除去すれば良い。
【００２８】
本発明において、補強面を樹脂ぺーストで被覆するに際しては、ぺーストを補強面に押し付けて、その間に介在する水を排出する必要があり、そのためには、ある程度の変形抵抗を有する粘土状の樹脂ぺーストを用いる。また、このぺーストは水中で接着し硬化する必要があるが、かかる樹脂ぺーストは従来より市販されており、エポキシ樹脂ぺーストの場合、例えば日本シーカ社製のシーカガード６９４Ｈ等を用いれば良い。
【００２９】
また、補強面を樹脂ぺーストで被覆する施工の方法は、とくに限定することを要せず、例えば手のひらやコテでぺーストを押し付けて、表面が略平坦なぺースト層が形成されるようにすればよい。あるいは、予め地上で適当な大きさの平板状のぺーストのシートを作成し、これを水中の補強面に押し付けて接着させるような方法によってもよい。
【００３０】
ぺースト層の表面に貼り付ける前記のグリッドの形状及び大きさは、とくに限定を要しないが、例えば、柱状の構造物の場合には、帯状のグリッドを巻き付けるような方法によればよく、平面状の壁面の場合には、適当な大きさに分割された、矩形のグリッドを隙間無く並べて貼り付けるような方法によればよい。
【００３１】
このグリッドをぺースト層に貼り付けるには、とくに接着の手段を購ずる必要はなく、これをぺースト層に押し付けるだけで、その縦方向及び横方向の繊維束がぺースト層内に一部貫入し、介在する水も排除されて、貼付け状態を維持することができる。この際、繊維束に含浸した樹脂は、ぺースト層と繊維束を馴染ませて、両者の接着性を良好にする機能をする。また、必要に応じて、グリッドを局所的に、打鋲等の方法で仮止めしてもよい。
【００３２】
さらに、本発明の第一の補強方法において、複合繊維グリッドを貼り付けた後、その表面を樹脂ぺーストで被覆する方法は、補強面に初めにぺースト層を形成する方法と同様にすればよい。被覆後に、グリッドがほぼ完全にぺーストの内部に埋め込まれた状態になっていればよく、被覆の厚みもとくに限定を要しない。上記の被覆を終えた後、樹脂ぺーストを養生硬化させれば補強の施工が完了する。
【００３３】
また、本発明の第二の補強方法においては、複合繊維グリッドを貼り付けた後、その表面を囲って型枠を配し、この型枠内面とグリッドとの間隙に樹脂ぺーストを充填することにより、グリッドをぺーストで被覆する。
【００３４】
型枠と複合繊維グリッドとの間隔は、このグリッドを被覆するに十分な、一様な厚みのぺースト層が形成され、かつぺーストを容易に充填しうる程度とすればよい。通常この型枠は、ぺーストを充填した後取り外して再使用する。型枠の材質、大きさ、取り付けの方法等は、施工の便を考慮して適宜選定すればよい。
【００３５】
なお、上記の第一及び第二の補強方法においても、繊維束の径を０．５〜１５ｍｍとし、その縦方向及び横方向の間隔を１〜５０ｍｍとするのが好ましいことは、前記と同様である。
【００３６】
本発明の補強方法は、水中に立設された橋脚、海洋構造物の支柱、岸壁下部、桟橋の支柱や床板等のコンクリート構造物を補強するに際して、水中部は潜水具を装着して作業することができ、また気中の湿潤部は、必要に応じて波浪等に対する簡単な対策をとるのみで作業することができる。そのため、大がかりな機械器具を必要とせず、その工期も従来より大幅に短縮しうる。
【００３７】
また、本発明の補強構造は、陸上構造物におけると同様に、曲げ耐力や剪断耐力を向上させることによって、耐震性を大幅に向上させることができる。さらにこの補強構造は、耐食性が高いため、鋼製材料を用いる場合よりも耐久性に優れている。なお、本発明の補強構造および補強方法は、トンネルの漏水箇所のような、陸上のコンクリート構造物の湿潤部にも適用しうることは云うまでもない。
【００３８】
【実施例】
本発明の補強方法による被覆の施工を、模擬的に水槽内にて行い、被覆の剥離性及び強度を評価した。
試験に供したコンクリート基材（コンクリートの圧縮強度は２１０ｋｇｆ／ｃｍ²）は、外径３０ｃｍの円筒で、これを水槽内に水没直立させ、水面下０〜５０ｃｍの範囲に、本発明の方法により被覆施工した。まず、水槽内に供試コンクリート材を一昼夜水没放置した後、その表面をブラッシングで洗浄し、日本シーカ社製シーカガード６９４Ｈエポキシ樹脂ぺーストを約２ｍｍの厚みに被覆した。この際、コテでぺーストをコンクリート面に十分押し付けるとともに、その表面が略平坦になるように調整した。
【００３９】
複合繊維グリッドとしては、径約２０μｍの炭素繊維のモノフィラメントを３０００本程度束ねた径約１．５ｍｍの炭素繊維束を、縦方向及び横方向ともに約３０ｍｍの格子間隔で編み上げて、帯状のグリッドを形成したものを使用した。このグリッドにコグニスジャパン社製ポリウレタン樹脂を含浸させ、含浸後約７２時間放置した後、水中の供試円筒のぺースト層の上に巻き付けた。
【００４０】
グリッドが一部ぺースト層内に貫入する程度に押し付けて、巻き付け状態を維持し、その表面にさらに前記と同じエポキシ樹脂ぺーストを約２ｍｍの厚みに被覆した。被覆後約７日間水中で放置して、ぺーストを硬化させた後、供試円筒を引上げて、以下の剥離試験及び強度試験を行なった。
【００４１】
剥離試験としては、建研式プルオフ法により（ＪＩＳＫ５４００に基いて）行い、被覆の曲げ強度を、ＣＣＡ協議会の炭素繊維シートで実施している３点曲げ法により測定した。
【００４２】
その結果、剥離性に関しては、４０ｋｇｆ／ｃｍ²以上のコンクリート基材の凝集破壊であり、曲げ強度は、４０ｋｇｆ／ｃｍ²以上であった。これらの数値は、前記の施工を気中で行なった場合の剥離性や強度値にほぼ匹敵するものであり、本発明の方法により、水中においても、気中におけると同様の密着性と強度を有する被覆の形成が可能なことが確められた。
【００４３】
【発明の効果】
本発明により、水中のコンクリート構造物の表面に、強度と耐食性の優れた繊維強化樹脂の被覆を、水中で施工して形成することが可能になった。これにより、コンクリート構造物の水中部の補強の工期を短縮することができ、施工コストを大幅に節減することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリート構造物の補強構造の説明図である。
【図２】本発明に用いる複合繊維グリッドの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１補強面
２ぺースト層
３複合繊維グリッド
４縦方向の繊維束
５横方向の繊維束

Claims

水中にあるコンクリート構造物の表面に、水中硬化型の樹脂ぺ−ストからなるぺ−スト層が形成され、該ぺ−スト層内に、樹脂を含浸させた強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束からなり、該繊維束の径が０．５〜１５ｍｍであり、かつ繊維束の縦方向及び横方向の間隔が１〜５０ｍｍである複合繊維グリッドを埋め込んでなるコンクリート構造物の補強構造。
前記樹脂ペーストが、水中硬化型エポキシ樹脂ぺ−スト及び／又は水中硬化型ポリエステル樹脂ぺ−ストである請求項１記載のコンクリート構造物の補強構造。
前記強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の繊維である請求項１又は２記載のコンクリート構造物の補強構造。
水中にあるコンクリート構造物の表面を水中硬化型の樹脂ぺ−ストで被覆してぺ−スト層を形成させた後、強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束に樹脂を含浸させた複合繊維グリッドを、該樹脂が硬化する前に前記ぺ−スト層の表面に貼り付けて、さらにその表面を水中硬化型の樹脂ぺ−ストで被覆することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
水中にあるコンクリート構造物の表面を水中硬化型の樹脂ぺ−ストで被覆してぺ−スト層を形成させた後、強化繊維の縦方向及び横方向の繊維束に樹脂を含浸させた複合繊維グリッドを、該樹脂が硬化する前に前記ぺ−スト層の表面に貼り付け、さらにその後前記グリッドを囲う型枠を取り付けて、型枠内面と前記グリッドとの間隙に水中硬化型の樹脂ぺ−ストを充填することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
前記樹脂ペーストが、水中硬化型エポキシ樹脂ぺ−スト及び／又は水中硬化型ポリエステル樹脂ぺ−ストであり、かつ前記強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維よりなる群から選ばれた１種又は２種以上の繊維である請求項４又は５記載のコンクリート構造物の補強方法。