JP4516550B2 - コンクリート水路補修工法 - Google Patents
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- Aftertreatments Of Artificial And Natural Stones (AREA)
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Description
また、水流内に混在している土砂等の不純物や酸性成分等の有害な物質による劣化、および凍害等によるコンクリート構造物の耐久性の低下、ひび割れによる水路からの漏水等の問題が発生している。
また、一般に水路の劣化は、表面の摩耗だけでなく、コンクリート中からカルシウムが溶脱することによってもおこり、コンクリートの表面から数mm〜数cmの箇所まで強度の低下が認められる。
そのため、劣化したコンクリート水路を補修するにあたり、残存するコンクリートの脆弱層を強化しない場合には、補修材料とコンクリート構造物とが良好に接着したとしても、コンクリート脆弱層部で容易に剥離することとなり、その対策が必要とされる。
しかし、汎用的なポリマーセメントモルタルを用いた従来の補修工法では、1)施工環境条件により既設コンクリートとの十分な接着強度が得られないという問題や、残存するコンクリートの脆弱層部での剥離という問題がある。
また、2)長期にわたり流水条件下に晒されることにより補修したモルタルの表層部分が摩耗し、これにより粗度係数が徐々に上昇し、通水能力が低下するという問題点もある。
このため、ポリマーセメントモルタルも、一般のセメントモルタルにポリマーが添加される配合のため、粗度係数は、一般のセメントモルタルと同様に0.013が妥当と考えられる。
かかる工法は、多湿環境下の施工性等の向上を目的としているが、短期間に作業が完了するため、仕上げ作業を十分に行う時間を確保することが難しく、補修したモルタル表面の粗度係数が大きくなって、通水能力が低下するという問題は解決されていない。
この粗度係数を低減させるためには、モルタル表面にウレタン樹脂などの仕上げ塗装が更に必要となり、結局、煩雑な工法となっている。
かかる工法は、水路補修材料に必要な性能である耐衝撃性、耐摩耗性についてはある程度優れた性能を示すものである。
しかしながら、乾燥にともなう収縮等によってモルタルにひび割れが発生し、それによる遮水性能の低下、透水抑止性能についての問題は解決されていない。また、粗度係数についての問題も解決されていない。
すなわち本発明のコンクリート水路の補修工法は、コンクリート水路を補修するにあたり、エポキシ樹脂系接着剤を塗布する工程、ポリマーセメントモルタルで補修する工程を含み、エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後、セメントを100質量部、平均粒径0.5mm以下の細骨材を50〜400質量部、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル/バーサック酸ビニルエステル、酢酸ビニル/バーサック酸ビニルエステル/アクリル酸エステルからなる群より選ばれるセメント混和用ポリマーを1〜20質量部及び微粉状繊維を0.1〜3.0質量部、水/セメント質量比が0.3〜0.6の割合で配合してなるポリマーセメントモルタルで補修して、該セメントモルタルは補修するコンクリート水路表面を構成することを特徴とする工法である。
そして、当該本発明のコンクリート水路の補修工法は、上記コンクリート水路の補修工法において、エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後、該エポキシ樹脂系接着剤が硬化する前に、ポリマーセメントモルタルで補修するものである。
更に、本発明のコンクリート水路の補修工法は、好適には、上記コンクリート水路の補修工法において、ポリマーセメントモルタル硬化物の粗度係数が0.013未満であることを特徴とする。
更に、本発明のコンクリートのコンクリート水路の補修工法によれば、骨材粒度分布の調整を行っているので、種々の打設厚への適応性を確保することができるとともに、材料の保水性を高めることで、ひび割れ抵抗性、躯体との一体化、耐摩耗性が向上し、耐久性の確保・向上が図られる。
また更に、本発明のコンクリート水路補修工法によれば、補修面の粗度係数(土地改良事業計画設計基準 設計「水路工」 基準書 技術書 平成13年2月 農林水産省農村振興局 P.155 式6.2.2 粗度係数nの値)が小さく、長期間にわたり水流に晒された場合であっても、粗度係数は小さいまま、好適には0.013未満であるため、補修後のコンクリート水路の高い通水能力が維持できるという効果が得られる。
本発明のコンクリート水路の補修工法は、コンクリート水路の損傷部分を補修するにあたり、エポキシ樹脂系接着剤を塗布する工程と、その上に特定のポリマーセメントモルタルを用いて補修する工程とを含む工法であり、エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後、セメントを100質量部、平均粒径0.5mm以下の細骨材を50〜400質量部、セメント混和用ポリマーを1〜20質量部及び微粉状繊維を0.1〜3.0質量部の割合で配合されてなるポリマーセメントモルタルで補修する工法である。
このような工法を採用することで、上記効果が有効に発現でき、特に粗度係数が小さく、長期間にわたり水流に晒された場合であっても補修後のコンクリート水路の高い通水能力が維持できる。
ここで、粗度係数とは、土地改良事業計画設計基準 設計「水路工」 基準書 技術書 平成13年2月 農林水産省農村振興局 P.155 式6.2.2 粗度係数nの値をいうものとする。
コンクリート水路、特に底版や側版は、長期間の使用により、水流の影響で表面摩耗や混在する砂利・砂等による摩耗・欠損が生じたり、その表面が脆弱化して粗となり、通水量も低下し、また水中に混在している土砂等の不純物や酸性成分等の有害な物質による劣化、及び凍害等によるコンクリート構造物の耐久性の低下、ひび割れによる水路からの漏水等の問題が発生していることから、望ましくは、補修をするにあたり、エポキシ樹脂系接着剤を塗布する前に、劣化コンクリートの脆弱化部分を予めはつりとることが望ましい。
本発明のコンクリート水路の補修工法は、コンクリート体の脆弱化部分での剥離の危険性を少なくすることができる工法である。
エポキシ樹脂系接着剤は、コンクリートの脆弱層部の強化、打ち継ぎモルタルとの一体化及び接着耐久性能を併せ持つものである。
コンクリートの脆弱化部分を完全に除去できなくても、エポキシ樹脂系接着剤が脆弱層に浸透して固化することにより、補修モルタルとの接着性に優れ、かつ、長期間にわたり水流に晒されても、汎用の水系接着剤のように接着強度が低下することがない。
このようなエポキシ樹脂系接着剤としては、例えば、液状のエポキシ樹脂組成物を主成分とする主剤と、液状のアミン化合物や酸無水物などを主成分とする硬化剤を混合して得られるエポキシ樹脂系接着剤等が好適に用いられることができるが、市販されている少なくとも1種の任意のコンクリート打ち継ぎ用エポキシ樹脂系接着剤を用いることができる。
例えば、ビフェニル、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールSなどとエピクロルヒドリンを反応させて得られるビスフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂などやこれらを水添化あるいは臭素化したエポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ウレタン結合を有するウレタン変性エポキシ樹脂、メタキシレンジアミンやヒダントインなどをエポキシ化した含窒素エポキシ樹脂、ポリブタジエンあるいはNBRを含有するゴム変性エポキシ樹脂などを単独で又は混合して使用できる。
エポキシ樹脂系接着剤を塗布後直後から硬化前までの間に、好ましくは塗布直後にモルタル施工を行うため、塗布量が多すぎると壁面施工においては、上部に塗布するモルタルがズレ落ちる可能性があり、エポキシ樹脂系接着剤の塗布量としては、例えば200〜1200g/m2が好ましい。
かかるポリマーセメントモルタルは、エポキシ樹脂系接着剤を塗布したその直後から該エポキシ樹脂系接着剤が硬化する前までに、塗布した該エポキシ樹脂系接着剤の上に塗布して、補修するものである。
具体的に、本発明に用いるポリマーセメントモルタルに使用されるセメントとしては、現場の施工条件等を考慮して選定することができ、特に限定されず、例えば普通、早強、中庸熱及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらの各種ポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグなどを混合した高炉セメント等の各種混合セメント、速硬セメント等を、単独または2種以上で用いることができる。
特に安価で早期強度を発現することから、早強セメントを用いることが好ましい。
その配合割合は、上記セメント100質量部に対して、好ましくは50〜400質量部、特に好ましくは、100〜250質量部とすることが望ましい。
これは、かかる配合比で細骨材を混合することより、本発明において、更に、作業性が良く、実用的な強度発現性を有し、良好な耐摩耗性が得られる。また、仮に摩耗した場合であっても、粗度係数は0.013未満であり、高い通水能力が維持される。
細骨材の平均粒径が、0.5mmを超えた場合には、長期間流水下に晒され場合には、摩耗によって粗度係数が大きくなり、通水能力が低下して、補修した水路の耐久性が劣ったものになる。
M=(Σfi・mi)/100
ここで、miは相隣するふるい目の大きさの平均値、fiはmiを求めるふるい間に残留する粒子の質量百分率である。
また、最大粒径とは、質量で骨材の90%以上が通るふるいのうち、最小寸法のふるいの呼び寸法で示される骨材の寸法をいう。
特に、耐水性等の耐久性が要求される部材に用いる場合には、ポリアクリル酸エステル系の使用が好ましく、施工現場での計量手間や計量ミスを少なくすることを考慮すると、再乳化型粉末樹脂の使用が好ましい。
再乳化形粉末樹脂の再乳化液としては、最低造膜温度が0℃以上であることが望ましい。
最低造膜温度が0℃以上であることにより、コンクリートとの付着性向上及びポリマーセメントモルタルの表面硬度が硬く、早期強度発現性に優れることとなる。
これは、かかる配合比で、セメント混和用ポリマー、好ましくは再乳化形粉末樹脂を混合することより、水中浸漬状態においてポリマーセメントモルタルの硬化体からカルシウムの溶脱量を低減させることができる。
当該ポリマーがセメントに対して1質量部未満では、モルタルの遮水性能が小さくなり、また、20質量部を超えると、ポリマーセメントモルタルの流動性や強度が低下し、コンクリート構造物の補修材料としての性能に支障が発生する恐れがあり、作業性が劣るものとなる場合があるからである。
微粉状繊維としては、耐アルカリガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維等の微粉状のものが例示でき、更にこれらの少なくとも1種以上を用いることができ、チクソ性を付与できるものであれば、その長さ及び直径は特に限定されるものではない。
ポリマーセメントモルタルに、適度なチクソ性がないと、モルタルを側壁に施工した場合には、ダレを生じ、良好な施工が困難となる。
また、微粉状繊維を混和しない場合は、耐摩耗性が劣った材料になる。
当該水の量は、水/セメント質量比が、0.3〜0.6、好ましくは0.35〜0.55となるように添加調整することが、上記効果をより有効に発現させるために好ましい。
なお、上記ポリマーディスパージョンとして水を用いた場合には、かかる水も含めて、水/セメント質量比を考慮するものとする。
粉末成分を予め混合する装置としては、均一に混合できるものであれば特に限定されず、既存の任意の装置を使用でき、例えば、ヘンシェルミキサー、オムニミキサー、V型ミキサーやナウターミキサー等が挙げられる。
コテ均しは、セメントモルタルの表面を水や養生剤等を使用して行うことで、平滑性を更に良好にすることが可能となる。
更にまた、本発明のコンクリート水路補修工法によれば、補修面の平滑性が良く、長期間に流水に晒されてもコンクリート水路の通水性能が高いという効果も得られる。
更に、本発明のコンクリート水路の補修工法を適用した補修後のコンクリート水路は、後述するテーバー摩耗試験(摩耗輪H22、錘1kg、回転数1,000回転)による摩耗質量が5g未満であり、優れた耐摩耗性を有するものである。
A.使用材料
以下の材料を使用して、実施例及び比較例を実施した。
1)接着剤
表1に示す接着剤を用いた。
表2に示す各材料を用い、表5に示す配合割合で混合して、JIS A 1171に準じて均一に攪拌・混練することにより、コンシステンシーがほぼ同一になるように調整した各セメントモルタルを調製した。
但し、表2中の粒度調整珪砂(細骨材)としては、表3に示す粒度分布(ふるい残量分を表す)の細骨材を表4に示す割合で配合したものを用いた。
また、これらの珪砂は、すべて日瓢砿業社製のものを用いた。
得られた各粒度調整珪砂の平均粒径も表4に示す。
M=(Σfi・mi)/100
ここで、miは相隣するふるい目の大きさの平均値、fiはmiを求めるふるい間に残留する粒子の質量百分率である。
接着性能試験には、下記表5に示す組み合わせ及び配合比で、コンクリート用接着剤及び各補修用セメントモルタルを用いて、コンクリートの補修工法を実施した。
接着性能試験は、下地板として300×300×60mmのJIS A 5371普通平板を、0.1Nの塩酸に6時間浸漬して、当該平板の表面を脆弱化し、その後3ヶ月間、通水量0.1m3/分の水流下に静置し、表面を当該水流により摩耗させた。
次いで20℃湿度60%にて7日以上乾燥させた当該平板に、表5に示すように実施例1〜2、比較例1、比較例3〜10の各接着剤を、刷毛を用いて塗布量200g/m2で薄く塗布し、塗布直後、すなわち接着剤が固化しないうちに、厚み1cmで各ポリマーセメントモルタルをコテで一様に塗付して、28日間20℃湿度60%で養生(乾燥養生強度)して、補修を実施し、各試験体を得た。
また、別途、上記28日間20℃湿度60%での養生に代えて、7日間20℃湿度60%養生後、更に28日間20℃の静水中に浸漬養生(水中養生強度)して、補修を実施し、各試験体を得た。
上記測定の評価として、強度保持率(水中養生強度/乾燥養生強度)90%以上でかつ接着強度が1.5N/mm2以上を「○」、強度保持率90%未満でかつ接着強度が1.5N/mm2未満を「×」として評価し、その結果を表6に示す。
上記実施例1〜2、比較例3〜10の表5に示す各セメントモルタルを用いて、φ100mm×200mmの円柱体をそれぞれ作成し、20℃湿度60%で28日間養生後、打設面(供試体上部面)より厚さ10mmで切り出したものを、各試験体とした。
前記切り出した厚さ10mmの試験体の打設面を、下記摩耗試験面として、耐摩耗性を評価した。
摩耗輪 H−22
荷重 1000g
回転数 1000回転
上記測定の評価として、5g未満を「○」、5g以上6g未満を「△」、6g以上を「×」として評価し、その結果を表6に示す。
上記実施例1〜2、比較例3〜10の表5に示す各セメントモルタルを用いて、横296mm×縦142mm×高さ60mmの寸法体をそれぞれ作成し、20℃水中で28日間養生じたものを、各試験体とした。表面粗さ保持性は、試験体表面(横296mm×縦142mm)のうち、試験体中心部の摩耗範囲(横50mm×縦50mm)で評価した。
表面粗さの保持性の測定は、水流摩耗試験による促進摩耗試験(特開2005−283416号公報に記載されている「摩耗試験装置およびその方法」に該当する試験;試験装置は、上記各試験体6体を回転ドラム内部に設置し、ドラム中心部より噴射される高圧水(最大噴射圧力4.9Mpa、最大噴射水量24.1L/分)を、設置した6体の試験体が均等に受けることができるように、一定の速度(30rpm)で回転する試験体回転装置部と高圧水噴射装置部とで構成される。)を行ない、試験時間と表面粗さとの関係を調べた。
表面粗さの指標としては、図2に示すように、Ln/50にて定義した。
Ln/50は、試験開始後n日における試験体中心部の摩耗範囲(横50mm×縦50mm)の凹凸を横5mm間隔、縦1mm間隔でレーザー変位計(製品名;KEYENCE LK−500、株式会社キーエンス製)で測定し、試験体表面上の距離Ln(mm)を測定区間距離50(mm)で除した値で、表面の凹凸の程度が小さいほど1に近い値となり、凹凸の程度が大きいほど大きな値となる。
上記測定の評価として、28日後Ln/50が1.07未満を「○」、1.07以上を「×」として評価し、その結果を表6に示す。
粗度係数の測定は、延長9,300mm、幅260mm、水路勾配(水平)の実験模型水路を用い、水路壁に各接着剤を、刷毛を用いて塗布量200g/m2で薄く塗布し、塗布直後、すなわち接着剤が固化しないうちに、上記実施例1〜2、比較例3〜4の各セメントモルタルを用いて、模型水路内壁に10mm厚さで塗布施工し、1日間室温で養生後、表面を水圧5N/mm2の水流で表層部分のセメントペースト層を洗い落とし、28日間、室温で養生後、粗度係数の測定を行った。
各ケースにつき3箇所の水深を計測し、不等流の基礎方程式(土地改良事業計画設計基準設計(水路工)基準書のP.155 式6.2.2)から粗度係数を算出し、粗度係数は、10ケースの平均値で示した。
上記測定の評価として、0.013未満を「○」、0.013以上を「×」として評価し、その結果を表6に示す。
Claims (2)
- コンクリート水路を補修するにあたり、エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後、該エポキシ樹脂系接着剤が硬化する前にポリマーセメントモルタルで補修する工程を含み、エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後、セメントを100質量部、平均粒径0.5mm以下の細骨材を50〜400質量部、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル/バーサック酸ビニルエステル、酢酸ビニル/バーサック酸ビニルエステル/アクリル酸エステルからなる群より選ばれるセメント混和用ポリマーを1〜20質量部及び微粉状繊維を0.1〜3.0質量部、水/セメント質量比が0.3〜0.6の割合で配合されてなるポリマーセメントモルタルで補修して、該セメントモルタルは補修するコンクリート水路表面を構成することを特徴とする、コンクリート水路の補修方法。
- 請求項1記載のコンクリート水路の補修工法において、ポリマーセメントモルタルの粗度係数が0.013未満であることを特徴とする、コンクリート水路の補修工法。
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