JP4904071B2 - コンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法及びその評価によるコンクリートの切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート構造物の補修・補強工事などで行われる切削処理よって発生した損傷の度合いを定量的に評価する方法、及びその評価結果に基づいたコンクリートの切削方法に関する。

トンネル構造物、橋梁の床版や橋脚、杭基礎、地下構造物、桟橋や護岸、ダムや堤防等、コンクリート構造物を補修・補強する方法として、コンクリートの劣化部分をはつり（切削）によって除去し、新たに健全なコンクリートや、補修・補強材料を打継ぐといった方法が知られている。前記切削処理には、水圧により切削するウォータージェット工法や、大型の機械に切削装置を取り付けて切削するブレーカ工法やスパイキーハンマー工法、あるいは電動のピックなどを用いた人力による切削作業が採用されている。

上述のような、切削処理の方法いかんによっては、既設のコンクリート構造物にクラックなどの損傷が発生し、既設コンクリート構造物と打ち継いだコンクリートとの付着性状に悪影響を与えてしまう問題が指摘されている（例えば特許文献１参照）。しかし、切削処理により発生した損傷の程度を把握し、打ち継ぎ後の付着性状への影響を定量的に評価することは行われていないのが現状である。
特開２００２−１２１９０１号公報

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、切削による損傷の程度を定量的に評価することができ、ひいては、コンクリートの強度や性質に応じた適切な切削工法を選択するのに有用な根拠となり得る評価方法を提供すると共に、その評価結果に基づいて、損傷の少ないコンクリートの切削方法を提供することにある。

上述の技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明の、コンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法は、既設コンクリートの表面を切削した後、この既設コンクリートの切削箇所のサンプルを採取し、このサンプルを前記既設コンクリートの深さ方向へ切断して形成した平滑な観察面に存在するクラックの特徴量を測定し、その測定データを、評価用データと照合することによって、既設コンクリートの切削による損傷を定量的に評価し、前記評価用データが、上記と同様にして測定されたコンクリート切削箇所のクラックの特徴量と、この切削箇所に打ち継いだ補修・補強材料との付着強度を対応付けて蓄積したものであることを特徴とする。なお、前記補修・補強材料は、例えばコンクリートやモルタルである。

すなわち、コンクリート切削箇所のクラックの特徴量と、この切削箇所に打ち継いだ補修・補強材料の付着強度は、コンクリートの強度や材質（配合成分）等により、対応関係にある。このため、切削により発生するクラックの特徴量と付着強度を対応付けた評価用データを蓄積してデータベース化しておけば、既設コンクリート構造物を補修・補強する工事において、コンクリートの劣化部分を切削除去する際に、まず一部を試験的に切削して、その切削箇所のサンプルを採取し、このサンプルを前記既設コンクリートの深さ方向へ切断して形成した平滑な観察面に存在するクラックの特徴量を測定し、前記評価用データの検索・照合によって、コンクリート表層部の損傷の程度を付着強度との対応関係で定量的に把握できるので、要求される付着強度等を考慮した適切な切削工法を選定するための根拠とすることができる。

本発明の評価方法において、測定するクラックの特徴量は、本数、密度、幅、及び長さのうち１以上とする。また、サンプルの採取は、既設コンクリートの切削面に保護モルタルを塗布して硬化させてから行えば、サンプルの採取、加工、鏡面研磨の際に新たなクラックが発生するのを未然に防止することができ、クラックを測定する際には、観察面を鏡面研磨し、また、観察面に探傷液を塗布することが好ましい。

また、本発明によるコンクリートの切削方法は、既設コンクリートの表面を、上述した評価方法による評価結果に基づいて選択された機械切削工法により適当な深さまで切削し、その後所定の深さまでウォータージェット工法により切削するものである。なお、この場合、選択可能な機械切削工法としてはブレーカ工法、スパイキーハンマー工法、人力による切削工法が挙げられる。また、各工法による切削深さは、クラックの分布状況、数、長さ、進展の程度、影響範囲や、粗骨材の最大寸法などのデータを考慮して算出される。

本発明の評価方法によれば、切削により発生したコンクリート表層部の損傷の程度を、補修・補強材料との付着強度と対応付けて定量的に把握できるので、所望の付着強度を確保するための適切な切削工法、ひいては、既設コンクリートの強度や施工部位、施工コストに合わせた合理的な切削工法を選定することができる。

本発明の切削方法によれば、まず既設コンクリートに与える損傷は大きいが低コストである機械切削を行った後で、高コストではあるが既設コンクリートへの損傷が小さいウォータージェット工法を採用することによって、最終的に切削面の損傷を少なくし、しかも工期の長期化やコストの高騰を抑えることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明における作業の流れを示すフローチャート、図２は、既設のコンクリート構造物の一部を示す断面図、図３は、既設のコンクリート構造物の表面を切削（はつり）処理した状態を示す断面図、図４は、既設のコンクリート構造物の切削箇所から採取したサンプルを示す断面図、図５は、図４のサンプルを示す斜視図、図６は、既設のコンクリート構造物の切削面に補修・補強材料を打ち継いだ状態を示す断面図、図７は、付着強度の測定方法を示す説明図、図８は、切削工法を選択する方法を示す説明図である。

まず図２において、参照符号１は、セメント及び砂によるコンクリートペースト１１と粗骨材１２からなる修復対象の既設コンクリート構造物、１１ａは、コンクリートペースト１１の表層部に生じた劣化又は損傷による不健全部である。

この既設コンクリート構造物１の表層部における不健全部１１ａは、まずウォータージェット工法、ブレーカ工法、スパイキーハンマー工法等から任意に選択された工法により切削（はつり）し、除去する（ステップＳ１）。そしてこのような切削処理によって、コンクリート構造物１の表層部には、図３に示されるように、切削面１ａから、クラック１ｂが発生している。

次に、コンクリート構造物１の切削面１ａに保護モルタル１３を塗布する（ステップＳ２）。この保護モルタル１３は、後述のサンプル採取、加工、鏡面研磨の際に新たなクラック等の損傷が発生するのを未然に防止する目的で塗布するものである。また、この保護モルタル１３を使って、後述の付着強度試験を実施することも可能である。

次に、切削によるコンクリート表層部の損傷の程度を把握するため、切削後のコンクリート表層部の一部を図３に破線で示されるように切断して、図４に示されるようなサンプル１０を採取する（ステップＳ３）。この場合、コアボーリングによって、φ100mm程度の円柱状のコアサンプルや、コンクリートカッタにより一辺が100mm程度の立方体状のサンプルを採取することが望ましい。なお、切削面１ａには、上述のようにあらかじめ保護モルタル１３を塗布してあるが、サンプル１０を採取するためのコンクリート表層部の切断作業に際しては、これによる新たなクラックが発生するようなことのないように、切断速度等を適切に設定することが望ましい。

採取したサンプル１０は、図５に示されるように半割り（割裂）することによって、平坦な観察面１０ａを形成する（ステップＳ４）。なお、図５は、円柱状のコアサンプルを半割りしたものである。サンプル１０の観察面１０ａは、観察が容易なように鏡面研磨し、表面凹凸をなくす（ステップＳ５）。観察面１０ａの鏡面研磨は、観察精度や信頼性を向上させるのにきわめて有効である。なお、前記半割り作業や、研磨作業の際にも、観察面１０ａに損傷を与えないように注意し、切断速度や研磨速度を適切に設定することは勿論である。

次に、観察面１０ａに探傷液を塗布する（ステップＳ６）。探傷液の塗布は、目視不可能な微細なひび割れ（マイクロクラック）にしみ込んで、このマイクロクラックを鮮明化させるので、観察精度や信頼性を向上させるのにきわめて有効である。

次に、観察面１０ａを、不図示の顕微鏡を用いて50〜100倍程度で観察し、切削面１ａ近傍に発生したクラック（マイクロクラックを含む）１ｂの本数、幅、長さ（進展深さ）を測定する（ステップＳ７）。

さらに、図６に示されるように、既設コンクリート構造物１の切削面１ａにモルタル等の補修・補強材料２を打ち継ぎ、所定の養生期間の経過後、既設コンクリート構造物１との付着強度を測定し（ステップＳ８）、ステップＳ７で測定したクラック１ｂの状況と付着強度とを対応付けた評価用データとして、不図示のパソコンのデータベースに蓄積する（ステップＳ９）。

既設コンクリート構造物１と、その切削面１ａに打ち継いだモルタル等の補修・補強材料２の付着強度の測定方法としては、図７に示されるように、既設コンクリート構造物１から採取したサンプル１０における切削面１ａに、補修・補強材料２を適当な層厚で塗布し、これに鋼製の治具３を接合し、前記補修・補強材料２に、サンプル１０の表層部に達する一定の大きさ（例えばφ40mm）の切り込みＣを入れ、治具３を介して引張荷重Ｐを与える。

上述のようにして蓄積されたデータを分析すると、図８（Ａ）に示されるように、どのような切削工法を採用するかによって、切削面の近傍に発生するクラック（マイクロクラックを含む）の本数（及び幅や進展深さ）が異なり、また、発生したクラックが多いほど、切削による損傷が大きく、すなわち補修・補強材料の打ち継ぎ後の付着強度は、クラックが多いほど低下し、既設コンクリート１の引張強度を下回る傾向にあることがわかる。また、クラックの幅や進展深さについても同様の傾向がある。

したがって、図８（Ｂ）に示されるように、要求される付着強度ｓを確保するには、既設コンクリートへの損傷度合が小さい切削工法Ｄ又は切削工法Ｅを選択することが適切であると判断される。

しかしながら、例えばウォータージェット工法の場合、既設コンクリートに与える損傷が少ない点では優れているが、切削に大量の水を使用し、セメントを含む切削水の処理を行う必要があるなど、コストが著しく上昇する。したがって、切削深さに対して、損傷が大きくなると予想される部分以外については、容易かつ経済的な工法で切削を行い、残りの切削を、高コストであっても損傷の少ない工法で行う方法を採用する、というように、切削に必要なトータルコストを加味した合理的な切削工法の組み合わせを選択することが好ましい。

下の表１は、既設コンクリートと補修・補強材料の付着強度を、先に説明した図７の方法で測定試験を行った結果の一例を、人力による切削作業のコストを１とした場合の比率と共に示すものである。

したがって、上記試験結果から、切削による損傷を小さくして、高い付着強度を確保すると共に、コストを抑制するには、切削深さを100mmとした場合、例えば80mmまでをＢ工法により行い、残りの20mmをＣ工法で実施することが好適である。これは、一般に、粗骨材の最大寸法が約20mmで、マイクロクラックの発生が表面の粗骨材の近傍に限定されているからである。また、1.0Ｎ/mm^２以上の付着強度を確保する場合は、コストの抑制を考えなければ、切削深さ100mmをＢの工法により実施することが好適である。

本発明における作業の流れを示すフローチャートである。 既設のコンクリート構造物の一部を示す断面図である。 既設のコンクリート構造物の表面を切削（はつり）処理した状態を示す断面図である。 既設のコンクリート構造物の切削箇所から採取したサンプルを示す断面図である。 図４のサンプルを示す斜視図である。 既設のコンクリート構造物の切削面に補修・補強材料を打ち継いだ状態を示す断面図である。 付着強度の測定方法を示す説明図である。 切削工法を選択する方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 既設コンクリート構造物
１ａ 切削面
１ｂ クラック
１０ サンプル
１０ａ 観察面
１１ コンクリートペースト
１２ 粗骨材
２ 補修・補強材料

Claims (6)

1. 既設コンクリートの表面を切削した後、この既設コンクリートの切削箇所のサンプルを採取し、このサンプルを前記既設コンクリートの深さ方向へ切断して形成した平滑な観察面に存在するクラックの特徴量を測定し、その測定データを、評価用データと照合することによって、既設コンクリートの切削による損傷を定量的に評価し、前記評価用データが、上記と同様にして測定されたコンクリート切削箇所のクラックの特徴量と、この切削箇所に打ち継いだ補修・補強材料との付着強度を対応付けて蓄積したものであることを特徴とするコンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法。
2. 測定するクラックの特徴量は、本数、密度、幅、及び長さのうち１以上であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法。
3. サンプルの採取を、既設コンクリートの切削面に保護モルタルを塗布して硬化させてから行うことを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法。
4. 観察面は、鏡面研磨を行うことを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法。
5. クラックを測定する際に、観察面に探傷液を塗布することを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの切削処理により発生した損傷の評価方法。
6. 既設コンクリートの表面を、請求項１〜４のいずれかの方法による評価結果に基づいて選択された機械切削工法により適当な深さまで切削し、その後所定の深さまでウォータージェット工法により切削することを特徴とするコンクリートの切削方法。

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