JP4578827B2 - 鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋が、過度の荷重負荷やアルカリ骨材反応により破断した際に、破断箇所を復旧するために行われる補修溶接方法に関し、特に酸化金属とアルミニウムとの化学反応で生成させた高温の溶融金属を使用することにより短時間で溶接補修を可能とする鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法に関する。

例えば、図６に示すような鉄筋コンクリート構造物１００の表面にひび割れ２００が存在し、鉄筋コンクリート構造物１００中の鉄筋３００が、過度の荷重負担やアルカリ骨材反応により破断箇所４００が生じた場合に行われる復旧方法としては、鉄筋コンクリート構造物１００を外側からハツリ取って鉄筋３００の全体又は一部を露出５００させて（図７参照）、この露出箇所について、破断した鉄筋３００と新しい鉄筋６００をアーク溶接で補修溶接７００した後、鉄筋コンクリート構造物１００を元の形にするために型枠を組み上げて、そこにコンクリートを再充填することが行われている（図８参照）。

また、図９（ａ）（ｂ）に示すように、鉄筋コンクリート構造物１００の外周に補強用の鋼板８００を取り付ける補修方法もある。図９中、図６乃至図８と同じ構成をとる部分については同一符合を付している。

上述の前者の補修方法であると、鉄筋コンクリート構造物１００を外側からハツリ取って鉄筋３００の全体又は一部を露出５００させるので、多量のコンクリートをハツリ取るために多くの時間を要し、コンクリートの再充填に際しては、元の形状に復元するために多量のコンクリートが必要となる。

後者の補修方法であると、鉄筋コンクリート構造物１００の外周に補強用の鋼板８００を取り付けるため、構造物自体が大きくなり、隣り合う構造物がある場所には取り付けることが困難である。また、補強用の鋼板８００を用意し取り付けるため、補修に際して多くの時間と費用が必要となる。

すなわち、上述した補修方法はいずれも長時間の工期を要し、また、後者の例では鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋が破断した状態のままであるため強度不足となる可能性もあり、鉄筋コンクリート自体が破壊する恐れが生じた場合の緊急復旧方法にはならないという問題点があった。
このため、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋に破断が起きた場合に、短時間で応急復旧が出来、且つ、強度が十分な緊急復旧方法となり得る補修溶接の開発が望まれていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、鉄筋コンクリート構造物内部の鉄筋に破断が生じた場合に、コンクリートを外側からハツリ取ることなく、短時間で強度を十分確保した状態で補修できる鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１は、坩堝内に酸化金属とアルミニウムの化学反応（テルミット剤５によるテルミット反応）で高温の溶融金属を生成し、底部に形成された孔部（自動出口２）から送り出される溶融金属で鉄筋コンクリート構造物６の補修溶接を行う方法であって、前記鉄筋コンクリート構造物において、内部で破断している破断鉄筋（破断部９）が露出するまで前記鉄筋コンクリート構造物にその表面から前記孔部（自動出口２）の径より大きい径の穴８を穿孔する穴加工工程と、 前記穴８に前記溶融金属１１を流し込むことで露出した破断鉄筋（破断部９）の周囲を鋳込んで破断鉄筋同士を溶接する溶接工程とを具備することを特徴としている。

請求項２は、請求項１の鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法において、穴加工工程後に、鋳込み後に容易に取り壊せる材料で形成された筒体１３を前記穴８に挿入配置する筒体挿着工程を設けたことを特徴としている。
筒体挿着工程を設けることにより、溶融金属１１の鋳込み後に筒体１３を取り壊すことにより、テルミット反応により生成される溶融金属の一部であるアルミニウム酸化物１２を容易に取り除くことが可能となる。

本発明の鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法によれば、酸化金属とアルミニウムとの化学反応（テルミット反応）で生成された溶融金属を使用するので、溶接機及びその電源を必要とすることなく、少量から多量の高温の溶融金属を短時間で生成でき、簡単且つ迅速な補修溶接を行うことができる。

また、鉄筋コンクリート構造物の表面から、破断した鉄筋に達する最小限の穴を加工するだけで鉄筋の溶接ができるので、鉄筋コンクリート構造物の強度に影響を与えることなく、短時間で経済的な補修溶接を行うことができる。

本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法の実施の形態の一例について、図１乃至図５を参照しながら説明する。
本発明は、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋に破断が生じた際に、これを補修するための補修溶接方法であり、図１（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート構造物６に対して坩堝１を設置した状態で破断箇所の溶接が行われる。

坩堝１は、マグネシア、珪砂、黒鉛等の耐火材料で作製された円錐状、円柱状若しくは方柱状の容器より構成されている。坩堝１の底部中央には自動出口２が形成され、坩堝蓋４で筒状内部を塞ぐとともに、筒状内部にはテルミット剤が充填されている。
坩堝１の内部でテルミット剤５と呼ばれる酸化金属とアルミニウムの混合物を化学反応させると、図１（ｂ）に示すように、鉄などの有用金属から成る高温の溶融金属１１と、アルミ酸化物等の溶接には使用しない溶融金属１２が生成される。

自動出口２は、薄金属板に形成された開口穴を圧縮紙で塞ぐように構成することで、圧縮紙と薄金属板とを組み合わせて作製されたもので、坩堝１の底部に設けた孔部に装着されて構成されている。したがって、坩堝１内に化学反応により溶融金属１１，１２が生成された後、高温により圧縮紙が燃焼して排除されることにより、前記孔部を介して溶融金属が坩堝１の外部に自動的に送り出される構造となっている。自動出口２の出口径は、例えば約２０ｍｍに設定されている。

坩堝蓋４は、テルミット剤の化学反応の際に発生する火花が外部に飛散しないように設置されるものである。

続いて、上記構造を使用して鉄筋コンクリート構造物の補修を行う手順について、図１乃至図３を参照しながら説明する。
鉄筋コンクリート構造物６の外面にヒビ割れが見つかり、検査した結果、内部に破断部（破断鉄筋）９を有する鉄筋７が発見された際、鉄筋コンクリート構造物６の表面から、鉄筋７の破断部９が露出するまでコンクリートドリル等で穴８を穿孔する機械加工を行う（穴加工工程）。

機械加工する穴８の大きさは、２０ｍｍ以上、鉄筋径の１倍以上、若しくは、鉄筋７の破断開口長の１倍以上、のいずれか大きい寸法が必要である。
これは、自動出口２の出口径が約２０ｍｍに設定されているので、穴８の大きさがこれより小さい場合は、自動出口２と鉄筋コンクリート構造物６の境で溶解金属１１、１２が溢れて外部に流れ出すことになり不都合であるとの理由による。また、鉄筋７の径より小さいと、溶融金属が鉄筋７に接触する面積が小さくなり溶融に必要な熱量を鉄筋７に伝達することができないからである。

鉄筋コンクリート構造物６に穿孔する穴８の形状は、図２に示すように、鉄筋７の破断の種類により、鉄筋７の表面だけが露出した状態（図２（ａ））、鉄筋７の全体が露出した状態（図２（ｂ））、鉄筋７の全体が露出し、更にその下までコンクリートを除去した状態（図２（ｃ））、鉄筋７自体を穴径の大きさだけ除去した状態（図２（ｄ））、鉄筋７自体を穴径の大きさだけ除去し、更にその下までコンクリートを除去した状態（図２（ｅ））があるが、使用するテルミット剤５の量を増減することによりいずれの場合においても鉄筋７の溶接が可能となる。
なお、穴８の加工後は、穴８の穿孔する際に生じ穴底に蓄積するコンクリート粉等を吸引機で取り除いておく。

加工した穴８の内部に水分があると、高温の溶融金属１１を鋳込んだ際に水分が急膨張して溶融金属１１が飛散する場合があるので、穴内部が湿っていたり水で濡れている場合は、バーナーによる穴８内部の加熱乾燥、若しくは、棒状の加熱ヒーターを穴８の内部に挿入し加熱乾燥を行う（乾燥工程）。この乾燥は、水分を取るために行うもので、内部温度が１００℃になれば目的を達するものである。
すなわち、乾燥工程を設けることにより、加工した穴８の内部の水分を除去し、高温の溶融金属１１を鋳込んだ際に水分が急膨張することによる溶融金属の飛散を防止できる。

穴８の周囲壁面に幅１ｍｍ以上のコンクリートのひび割れが開口しているような場合には、ひび割れ部にヘラ等で市販の耐火粘土等を上述した乾燥工程前に充填しておく。

次に、鉄筋コンクリート構造物６の補修箇所の穴８に対して、穴８と自動出口２が合致するように坩堝１を配置する。坩堝１の内部に穴８の形状に相当する所定量のテルミット剤５を充填し、市販の点火剤を使用してテルミット剤５を１２００℃以上に加熱すると自動的に化学反応が始まり、坩堝１内に鉄等の溶融金属１１とアルミニウム酸化物である溶融金属１２が生成される。ここで、鉄等の溶融金属１１の比重は約７g／立方センチメートル以上、アルミニウム酸化物である溶融金属１２の比重は約２g／立方センチメートルであるので、化学反応後にはこの比重差により坩堝１の下方には鉄等の溶融金属１１が溜まり、その上にアルミニウム酸化物である溶融金属１２が溜まる。このため、自動出口２から最初に流出するのは鉄等の溶融金属１１で、それに引き続いてアルミニウム酸化物である溶融金属１２が流出する。

すなわち、溶融金属が生成された時点で、流路を塞いでいた圧縮紙が高温である溶融金属１１に接触することで燃焼して除去されて自動出口２が自動的に開口し、鉄等の溶融金属１１がコンクリートに設けられた穴８に鋳込まれる。鋳込まれた鉄等の溶融金属１１は、穴８底部の鉄筋７を溶融すると同時に鉄筋７の破断部９を溶接する。引き続いて鋳込まれるアルミニウム酸化物である溶融金属１２は、溶融金属１１の上に堆積するので、鉄筋７に接触することはない。

鋳込まれる溶融金属１１，１２の温度は２０００〜２２００℃なので、穴８内面のコンクリートの表層をわずかに溶融させる。このため、図３に示すように、予め鋳込み後に容易に取り壊せる珪砂製の鍔部を有する筒体１３を鍔部を上にして穴８に挿入して装着（筒体挿着工程）し、その上部に坩堝１を載置して鋳込みを行えば、穴８内面のコンクリートの表層を溶融させずに、且つ、鋳込み後に珪砂製の筒体１３を取り壊すことでアルミニウム酸化物１２を容易に取り除くことができる。

上述した鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法では、水平面に位置する鉄筋コンクリートに対して上方から溶融金属を鋳込むようにしたが、他の方向から鋳込むようにしてもよい。
例えば、鉛直方向に位置する鉄筋コンクリート構造物６に対して横方向から鋳込む場合には、図４に示すように、坩堝１の自動出口２に対して直角に折曲する流路を有する横方向鋳込み湯道１４を使用すれば、容易に横方向からの鋳込みを行うことができ、鉄筋コンクリート構造物６内の破断した鉄筋７の溶接が可能となる。

また、水平方向に位置する鉄筋コンクリート構造物６に対して下方向から鋳込む場合には、図５に示すように、坩堝１の自動出口２に対してコ字型に折曲する流路を有する下方向鋳込み湯道１５を使用すれば、容易に下方向からの鋳込みを行うことができ、鉄筋コンクリート構造物６内の破断した鉄筋７の溶接が可能となる。

上述した横方向鋳込み湯道１４及び下方向鋳込み湯道１５は、下方からの支え冶具１６の上に載せるだけで容易に装着できるように構成している。また、図４及び図５において、図１と同様の構成部分については同一符合を付している。
なお、鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法において溶融金属を鋳込む方向は、上述した上方向、横方向、下方向だけでなく、必要に応じて斜め上方向、斜め下方向等、全方向から行うことができるものである。また、上記した鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法によれば、鉄筋の中間部、角部等あらゆる場所の破断部について、補修溶接を行うことが可能である。

上述の鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法によれば、鉄筋コンクリート構造物外面にひび割れが発見されたり、検査の結果、内部の鉄筋破断が発見された時に、当該箇所の鉄筋コンクリート構造物６の表面から鉄筋コンクリート内で破断した鉄筋７が露出するまでコンクリートドリル等で穴８を穿孔する機械加工を行い、前記穴８にテルミット反応で生成された高温の溶融金属１１を鋳込むことにより、破断した鉄筋７の溶接を短時間で補修することが可能となる。

また、鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法によれば、強度を確保したままでの補修溶接を行うことができるので、鉄筋７の破断部９が生じることで鉄筋コンクリート構造物６の強度が低下して鉄筋コンクリート構造物自体が破壊するおそれが生じた場合の緊急復旧工法として適用することができる。

本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法の実施の形態の一例を示すもので、（ａ）は上方向からの鋳込みを説明するための概略構成説明図、（ｂ）はテルミット反応後に生成される溶融金属を説明するための概略構成説明図である。 （ａ）乃至（ｅ）はそれぞれ鉄筋コンクリート構造物に穴を穿孔した状態を示す側面説明図である。 鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法において筒体を使用した場合の一例を示す概略構成説明図である。 鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法において横方向から鋳込みを行う場合の一例を示す概略構成説明図である。 鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法において下方向から鋳込みを行う場合の一例を示す概略構成説明図である。 鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋が破断している状態を示す断面説明図である。 鉄筋コンクリート構造物内の破断した鉄筋を補修する前に行われるコンクリートのハツリ取りの断面説明図である。 鉄筋コンクリート構造物内の破断した鉄筋を補修溶接する場合の断面説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は鉄筋コンクリート構造物の外周に補強剤を取り付けて補修する場合を示す断面説明図である。

符号の説明

１ 坩堝
２ 自動出口
４ 坩堝蓋
５ テルミット剤
６ 鉄筋コンクリート構造物
７ 鉄筋
８ 穴
９ 破断部（破断鉄筋）
１１ 溶融金属（鉄等）
１２ 溶融金属（アルミニウム酸化物）
１３ 筒体
１４ 横方向鋳込み湯道
１５ 下方向鋳込み湯道
１６ 支え冶具
１００ 鉄筋コンクリート構造物
２００ ひび割れ
３００ 鉄筋
４００ 破断箇所

Claims (2)

1. 坩堝内に酸化金属とアルミニウムの化学反応で高温の溶融金属を生成し、底部に形成された孔部から送り出される溶融金属で鉄筋コンクリート構造物の補修溶接を行う方法であって、
   前記鉄筋コンクリート構造物において、内部で破断している破断鉄筋が露出するまで前記鉄筋コンクリート構造物にその表面から前記孔部の径より大きい径の穴を穿孔する穴加工工程と、
   前記穴に前記溶融金属を流し込むことで露出した破断鉄筋の周囲を鋳込んで破断鉄筋同士を溶接する溶接工程とを具備する
   ことを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法。
2. 穴加工工程後に、鋳込み後に容易に取り壊せる材料で形成された筒体を前記穴に挿入配置する筒体挿着工程を設けた請求項１に記載の鉄筋コンクリート構造物の補修溶接方法。

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