JP5137565B2 - 水理構造物の補修工法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートで構築された水路などの水理構造物の表面を補修する工法に関する。

水路などのコンクリート製水理構造物は、そのコンクリート躯体の表面が流砂や水流などによる摩耗によって経年劣化するので、定期的な補修が必要となる。補修においてはプレキャストコンクリートパネルを設置し、躯体とパネルの間に裏込め充填材を注入して躯体とパネルを一体化させる工法（パネル設置工法）がとられる場合がある。ここで、水理構造物は、水路構造物、治水構造物、利水構造物、河川構造物、岸構造物、港湾構造物、海洋構造物などを意味する。

特開平５−４４２０８号公報 特開２０００−２３０２２６号公報

パネル設置工法に適用される充填材としては、コンクリート、モルタル、セメントペーストなどの一般的なセメント系材料の他に、ポリマーが混入されたセメント系材料や、樹脂系接着剤が挙げられる。しかし、水理構造物の場合は充填材の注入時に注入箇所が濡れていたり、一部浸水していたりするため、一般的な充填材を使用した注入方法では、注入時に水と混合して所定の硬化性状が得られなかったり、パネルや躯体と充填材との界面に水の層ができて良好な付着性状が得られなかったりすることがある。また、パネル設置工法の場合、硬化前までの過程で充填材に沈下や収縮が生じた場合、補修前のコンクリート躯体表面あるいはプレキャストコンクリートパネルと、充填材との間で肌離れを起こすことがあり、健全な補修ができないことがある。

本発明は、補修時に水濡れしている可能性が高いコンクリート製水理構造物を対象に、パネル設置工法によって安定して優れた接着強度を実現できる水理構造物の補修工法を提供しようというものである。

上記目的は、水理構造物のコンクリート躯体表面上に空隙を介してプレキャストコンクリートパネルを設置し、その空隙に充填材を注入して躯体とパネルを一体化させる補修工法において、充填材として、セメント１００質量部に対しＡｌ粉末０.００２〜０.０２質量部および水１００質量部に対し水中不分離性混和剤０.３〜１.５質量部を含有するセメント系充填材を使用する水理構造物の補修工法によって達成される。

充填材は、水セメント比３５〜６０％の範囲であり、モルタルフローが３００±５０ｍｍに調整されたものが特に好適な対象となる。充填材とコンクリートパネルの付着力を１Ｎ／ｍｍ ² 以上とすることができる。

また、上記の水理構造物の補修工法において特に、充填材を前記空隙の端部近傍あるいは最下部近傍に設けた充填材注入口から注入し、空隙内部を埋めていく充填材によって空隙内に存在する空気と、水分が存在する場合はその水分を押しのけていき、充填材が最後に到達する位置に設けた排出口あるいは空隙上部から前記空気あるいはさらに水分を押し出す手法が好適に採用できる。

本発明によれば、補修時に水濡れしている可能性が高いコンクリート製水理構造物の表面に、補修前の躯体との接合強度の高い健全な構造の「充填材層＋コンクリートパネル」からなる補修層を安定して形成することができる。したがって、本発明は水路等の定期的な補修に適している。

図１に、本発明の補修工法をコンクリート製水路の底版に適用する場合の施工方法を模式的に例示する。補修前の底版の上に空隙を介してプレキャストコンクリートパネルを設置し、充填材注入口と排出口を除き妻型枠を利用して空隙を封鎖する。プレキャストコンクリートパネルの厚さは例えば１０〜１００ｍｍ程度、底版（補修前の躯体表面）とプレキャストコンクリートの距離すなわち空隙の厚さは例えば１〜２００ｍｍ程度とすることができる（図２、図３の場合において同様）。排出口は充填材が最後に到達する位置に設置する。空隙内に注入口から充填材を注入して、空隙内に存在する空気および水を押しのけていき、排出口から空隙外に排出する。このようにして空隙内部に空気および水が残らないように充填材で充填していく。注入した充填材と同品質のものが排出口から排出されたことを確認した後、排出口を閉鎖し、その区間の施工を終了する。この充填材は空隙の隅々まで行きわたるとともに、後述のようにＡｌ粉末による膨張作用を呈し、底版とプレキャストパネルの間の密着性（接着力）が十分に確保される。なお、底版の施工では、充填中に充填材と空隙内の水が混ざりやすいので、水中不分離性混和剤を配合した充填材を使用することが好ましい。

図２に、本発明の補修工法をコンクリート製水路の側壁に適用する場合の施工方法を模式的に例示する。補修前の側壁の表面に空隙を介してプレキャストコンクリートパネルを設置するが、この場合は施工区間の最下部から充填材を充填することによって、上部より空気や水分を排出すればよい。側壁の施工では水と充填材の密度差から、底版部と比較して水と充填材は混ざりにくい。このため、水中不分離性混和剤を配合した充填材を使用しなくても良好な結果が得られることが多い。Ａｌ粉末による膨張作用により側壁とプレキャストパネルの間の密着性（接着力）が十分に確保される点は底版の場合と同様である。

図３に、本発明の補修工法をコンクリート製水路の天井に適用する場合の施工方法を模式的に例示する。補修前の天井に沿って空隙を介してプレキャストコンクリートパネルを設置する。排出口は充填材が最後に到達する位置に設置する。プレキャストコンクリートパネルに設けた注入口から充填材を上向きに注入して、空隙内に存在する空気を排出口から押し出しながら、空隙内部を充填材で充填していく。注入した充填材が排出口から排出されたことを確認した後、排出口を閉鎖し、その区間の施工を終了する。天井は水分で湿っていることはあるが、水が滞留していることはないので、水中不分離性混和剤を配合していない充填材を用いても良好な結果が得られやすい。Ａｌ粉末による膨張作用により空隙の隅々まで充填材が行きわたるとともに、天井とプレキャストパネルの間の密着性（接着力）が十分に確保される点は底版、側壁の場合と同様である。

本発明では、以下に示すようなセメント系充填材を使用する。
〔水〕
上水道水およびＪＩＳ Ａ５３０８、ＪＳＣＥ−Ｂ１０１−２００７に示される品質またはそれと同等の品質の水を使用することができる。

〔セメント〕
セメントについてはＪＩＳ ５２１０−２００３に示されており、市販されている各種ポルトランドセメントまたはそれと同等のセメントを使用することができる。迅速に施工することを考慮すると、硬化が早い早強ポルトランドセメントを使用することが効果的である。

水セメント比は３５〜６０％の範囲とすることが望ましい。水セメント比がこの範囲より小さいと、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤を使用しても、充填材の水中不分離性を保持しながら十分な流動性を確保することが難しくなる。水セメント比が上記範囲を超えて大きい場合、耐ブリーディング性を確保するために水中不分離性混和剤を多量添加することが望まれるが、それによって充填材の粘性が増大し、充填性の低下を招きやすくなる。上記の水セメント比の範囲であれば、混和剤等の添加を適切に行うことによって材料分離抵抗性や充填性を良好に維持することが可能である。水セメント比は４０〜５５％の範囲とすることがより好ましく、４５〜５０％の範囲が一層好ましい。

〔混和剤〕
注入施工時の流動性を確保するために、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用することが望ましい。これらについてはＪＩＳ Ａ６２０４−２００６に示されている高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤の品質に適合するか、またはそれらと同等の品質のもの選択すればよい。

種々検討の結果、水理構造物のパネル設置工法のように、充填材を狭隘な空間に充填する場合、モルタルフローが３００±５０ｍｍとなるように充填材の流動性を調整することが望ましい。流動性は、上記の高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤の添加量によって調整することができる。

また本発明においては、注入施工時の材料分離抵抗性や水中不分離性を付与するために、水中不分離混和剤を使用する。水中不分離混和剤は、ＪＳＣＥ−Ｄ１０４−２００７に示されている品質のもの、またはそれと同等の品質のものを選択すればよい。

〔Ａｌ粉末〕
本発明の充填材にはＡｌ粉末を含有させる。Ａｌ粉末は、セメント成分と反応して体積を膨張させる作用を有する。パネル設置工法の場合、硬化前までの過程で充填材に沈下や収縮が生じた場合、補修前のコンクリート躯体表面あるいはプレキャストコンクリートパネルと、充填材との間で肌離れを起こすことがあり、その場合、補修前の躯体との接合強度の高い健全な構造の「充填材層＋コンクリートパネル」からなる補修層を形成することができない。種々検討の結果、このような施工トラブルを安定して防止するには、Ａｌ粉末を充填材中に混合させ、Ａｌ粉末による体積膨張を利用して肌離れを抑止する手法が極めて有効であることがわかった。

Ａｌ粉末としては、市販材を利用することができる。例えば、中島金属箔粉工業株式会社製；Ｎｏ.Ｃ−２５０、Ｎｏ.Ｃ−３００、堀金箔粉株式会社製；Ｎｏ.１２０、Ｎｏ.２００、Ｎｏ.２５０等が使用できる。

Ａｌ粉末の配合量は、セメント１００質量部に対しＡｌ粉末０.００２〜０.０２質量部の範囲とする。Ａｌ粉末の含有量がこの範囲より少ないと硬化前の膨張効果が小さく、補修前のコンクリート躯体表面あるいはプレキャストコンクリートパネルと充填材との間の肌離れを抑止する効果が十分に発揮できない場合がある。一方、Ａｌ粉末の含有量が上記範囲を超えて大きいと、充填材の膨張量は増大するものの、充填材の強度が不足することがあり、付着力（接合強度）は一定以上に向上しないため不経済となり、また、膨張圧が大きすぎた場合にはパネルどうしの目地部などから材料漏れが生じることや、パネルの変形が大きくなるといったトラブルを招きやすい。Ａｌ粉末の含有量はセメント１００質量部に対しＡｌ粉末０.００５〜０.０１質量部の範囲とすることがより好ましい。

コンクリート躯体からなる既設水路の底版について、パネル設置工法により補修する実験を行った。
充填材は表１に示す材料を混練して作製した。使用した充填材の配合および特性を表２に示す。

プレキャストコンクリートパネルは１２１８×７５０×１０ｍｍのものを用意した。図１に示した要領で妻型枠を用いてコンクリートパネルを配置し、空隙内に注入口から充填材を注入して、空隙内に存在する空気や水を排出口から押し出しながら、空隙内部を充填材で充填していき、注入した充填材と同品質のものが排出口から排出されたことを確認した後、排出口を閉鎖し、その区間の施工を終了した。区間毎に充填材の種類を変えた。空隙の厚さ（補修前の底版とパネルの平均距離）は約３０ｍｍである。

充填材を注入後、７日経過後に、コンクリートパネルと充填材の間の接着強度を調べた。図４には、その測定の様子を示す。コンクリートパネルの表面からコンクリートパネルの厚さを超える深さまで、直径１００ｍｍの円形の切れ目を形成し、その円形に切断されたパネルの部分に引張治具１１を接着剤で接着した。接着剤が完全に硬化したのち、コンクリートパネル表面に置いた引張荷重付加装置１２で前記の治具の部分をコンクリートパネルの厚さ方向に引っ張り、円形に切断されたパネルの部分が、硬化した充填材から外れるまでに要した引張荷重の最大値を測定した。その最大荷重から、充填材とパネルの間の付着力（Ｎ／ｍｍ²）を算出した。この付着力が１Ｎ／ｍｍ²以上であれば、プレキャストコンクリートパネルと充填材との間の肌離れが生じておらず、補修前の躯体との接合強度の高い健全な構造の「充填材層＋コンクリートパネル」からなる補修層が形成されていると判定できる。結果を表２中に示す。

表２より、Ａｌ粉末を添加した充填材によれば、肌離れのない健全な構造の接着が実現された。

本発明の補修工法をコンクリート製水路の底版に適用する場合の施工方法を模式的に例示した図。 本発明の補修工法をコンクリート製水路の側壁に適用する場合の施工方法を模式的に例示した図。 本発明の補修工法をコンクリート製水路の天井に適用する場合の施工方法を模式的に例示した図。 コンクリートパネルと充填材の間の接着強度を測定する様子を示した図面代用写真。

Claims (4)

1. 水理構造物のコンクリート躯体表面上に空隙を介してプレキャストコンクリートパネルを設置し、その空隙に充填材を注入して躯体とパネルを一体化させる補修工法において、充填材として、セメント１００質量部に対しＡｌ粉末０.００２〜０.０２質量部および水１００質量部に対し水中不分離性混和剤０.３〜１.５質量部を含有し、水セメント比が３５〜６０％の範囲であり、モルタルフローが３００±５０ｍｍに調整されたセメント系充填材を使用する水理構造物の補修工法。
2. 水理構造物のコンクリート躯体表面上に空隙を介してプレキャストコンクリートパネルを設置し、その空隙に充填材を注入して躯体とパネルを一体化させる補修工法において、充填材として、セメント１００質量部に対しＡｌ粉末０.００２〜０.０２質量部および水１００質量部に対し水中不分離性混和剤０.３〜１.５質量部を含有し、水セメント比が３５〜６０％の範囲であり、モルタルフローが３００±５０ｍｍに調整されたセメント系充填材を使用することにより、充填材とコンクリートパネルの付着力を１Ｎ／ｍｍ ² 以上とする水理構造物の補修工法。
3. 充填材を前記空隙の端部近傍に設けた充填材注入口から注入し、空隙内部を埋めていく充填材によって空隙内に存在する空気と、水分が存在する場合はその水分を押しのけていき、充填材が最後に到達する位置に設けた排出口から前記空気あるいはさらに水分を押し出す、請求項１または２に記載の水理構造物の補修工法。
4. 充填材を前記空隙の最下部近傍に設けた充填材注入口から注入し、空隙内部を埋めていく充填材によって空隙内に存在する空気と、水分が存在する場合はその水分を押しのけていき、充填材が最後に到達する空隙上部から前記空気あるいはさらに水分を押し出す、請求項１または２に記載の水理構造物の補修工法。