JP5609295B2 - セメント系グラウト材の製造方法及びその方法にて製造されたセメント系グラウト材、並びに、このセメント系グラウト材を用いたコンクリート部材のせん断補強方法及びせん断補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート部材内に補強部材を埋設する際に用いるセメント系グラウト材の製造方法及びその方法により製造されたセメント系グラウト材、並びに、このセメント系グラウト材を用いたコンクリート部材のせん断補強方法及びせん断補強構造に関する。

従来より、例えば、ＢＯＸカルバートの外壁など面外方向にせん断力が作用するコンクリート部材のせん断補強を行う方法として、コンクリート部材内にせん断力により生じるひび割れと交わるように補強棒を埋設する方法がある。この方法によれば、コンクリート部材に作用するせん断力を補強棒に負担させることで、せん断補強を行うことができる。

このような補強棒を埋設する方法において、コンクリート部材にせん断力が作用すると、補強棒には引張力が作用するため、補強棒が引張力に抵抗できるように、補強棒をコンクリート部材に定着させる必要がある。このような定着を行う方法として、補強棒の端部に円盤状の定着材を取り付ける方法が知られている。かかる構成の補強棒に引張力が作用すると、引張力が定着材に伝達され、定着材の支圧面が前面（引張られる向きの前方の面）に存在するコンクリート部材を圧縮する。これにより、この補強棒は引張荷重に抵抗できる。また、この反力がコンクリートに伝達することにより、コンクリート部材のせん断破壊を防止することができる。

本願出願人らは、補強棒に定着材を取り付ける方法として、補強棒に、図１２（Ａ）に示すようなねじ鉄筋２１１を用い、図１２（Ｂ）に示すように、定着材としてナット２１２をねじ鉄筋２１１に螺合させて取り付けた補強部材２１０を用いる方法を提案している。

この方法は、まず、補強部材２１０を埋設するための孔をコンクリート部材に形成し、次に、この孔にセメント系グラウト材を充填し、その後、孔内に補強部材を挿入する（例えば、特許文献１）。

特開２００７―２７８０１４号公報

しかしながら、本願出願人らは、特許文献１に記載の補強部材を孔内に挿入すると、定着材の挿入方向に対して背面（孔口側の面）側に空気溜まりが発生し、この空気溜まりが消滅することなく、そのままの状態でセメント系グラウト材が硬化してしまう場合が希にあるという知見を得た（図１３参照）。

この状態では、補強部材がセメント系グラウト材に完全に密着していないため、せん断補強材としての機能を充分に果たせない可能性がある。

そこで、本願出願人らは、定着材の背面側に空気溜まりが発生する現象について検討した。その結果を以下に説明する。

図１４（Ａ）に示すように、補強部材２１０を挿入すると、セメント系グラウト材及びこのセメント系グラウト材中の空気は、孔壁面と定着材２１２との狭い隙間を通過して孔口側へ移動することになる。この狭い隙間を通過する際に、セメント系グラウト材及びセメント系グラウト材中の空気は圧縮された状態になるとともに、その移動速度、すなわち通過速度が徐々に増加する。

その後、セメント系グラウト材及びセメント系グラウト材中の空気がその狭い隙間を抜けると、セメント系グラウト材及びセメント系グラウト材中の空気の移動速度は徐々に低下する。そして、定着材２１２の背面側（孔口側の面）に滞留しているセメント系グラウト材と速度差ができることにより渦が形成される。この渦による負圧によって、セメント系グラウト材中の空気は渦に引き寄せられ、定着材２１２の背面近傍に滞留する。さらに、この現象が連続して生じることにより、定着材２１２の背面側にはセメント系グラウト材中の空気が供給され、個々の空気が一体化して大きなものになる。その結果、図１４（Ｂ）に示すように、定着板２１２の背面側に空気溜まりが生じる。

なお、上述した定着材２１２の背面に空気溜まりが生じる現象を、図１５に示すように、セメント系グラウト材が充填された透明の筒内に補強部材２１０を挿入する実験によって確認した。

以上より、補強部材の孔内挿入において、定着材の挿入方向に対して背面側に空気溜まりを生じさせないようにするには、空気の含有量が少ないセメント系グラウト材を製造すればよいと考えられる。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、空気の含有量が少ないセメント系グラウト材及びその製造方法を提供するとともに、このセメント系グラウト材を用いたコンクリート部材のせん断補強方法及びせん断補強構造を提供することを目的とする。

本発明は、セメント系グラウト材の製造方法において、
前記セメント系グラウト材を構成するすべての材料を個別に減圧下のミキサに投入し、該減圧下のミキサに減圧下で混合する混合工程を備えることを特徴とする。

また、本発明において、前記混合工程の後に、前記セメント系グラウト材に含まれる空気を排出する脱気工程を更に備えることとしてもよい。

また、本発明において、前記セメント系グラウト材は、フローが５０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることとしてもよい。

本発明のセメント系グラウト材は、上述した製造方法により製造されたことを特徴とする。

また、本発明は、上述したセメント系グラウト材を用いてせん断荷重の作用するコンクリート部材を補強するせん断補強方法において、
前記セメント系グラウト材を前記コンクリート部材に形成された孔内に充填する充填工程と、
前記充填工程にて前記セメント系グラウト材が充填された前記孔内に、断面形状が長手方向に沿って変化する部材を有する棒状の補強部材を挿入する挿入工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明のコンクリート部材のせん断補強構造は、上述したコンクリート部材のせん断補強方法にて構築されたことを特徴とする。

本発明によれば、空気の含有量が少ないセメント系グラウト材を製造することができる。また、このセメント系グラウト材を用いたコンクリート部材のせん断補強方法及びせん断補強構造を提供することができる。

せん断補強構造により補強された板状の鉄筋コンクリート部材を示す図であり、（Ａ）は厚さ方向の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ断面図である。 補強部材を示す図であり、（Ａ）は補強部材全体を示す図、（Ｂ）は補強部材を構成するねじ鉄筋を示す図である。 せん断補強構造の構築工程を示す図である。 モルタルを製造するための製造設備を示す図である。 モルタルの脱気作業を示す図である。 補強部材をモルタル内に浸した状態を示す図である。 バイブレーターをかけている状態を示す図である。 補強部材をモルタル内から引き揚げている状態を示す図である。 補強部材をモルタル内から引き揚げている状態を示す図である。 コンクリート部材本体内に補強部材を挿入する状態を示す図である。 補強部材の他の実施例を示す図であり、（Ａ）背面側がテーパー状のナットを備えた補強部材を示す図、（Ｂ）はねじ鉄筋の径よりもやや大きい径のナットを備えた補強部材を示す図である。 従来の補強部材を示す図であり、（Ａ）は補強部材全体を示す図、（Ｂ）は補強部材を構成するねじ鉄筋を示す図である。 定着板の背面に空気が溜まり、そのままセメント系グラウト材が硬化した状態を示す図である。 定着板の背面に空気が溜まる状態を示す図であり、（Ａ）は補強部材の先端部を孔内に挿入した状態を示す図、（Ｂ）は補強部材を孔底まで挿入した状態を示す図である。 空気溜まりが発生する現象を実験で確認している状態を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、せん断補強構造１により補強された板状の鉄筋コンクリート部材１０を示す図であり、（Ａ）は厚さ方向の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ断面図である。

同図に示すように、鉄筋コンクリート部材１０は、コンクリート部材本体１２と、コンクリート部材本体１２の表裏面の近傍に埋設された主鉄筋１１と、表裏面の近傍に主鉄筋１１と直交するように埋設された配力筋１３と、を備える。

図１（Ａ）に示すように、鉄筋コンクリート部材１０に、板厚方向にせん断力Ｐが作用すると、同図に一点鎖線で示すような斜めひび割れ面が発生する。

せん断補強構造１は、このような斜めひび割れ面に当たる面と交差するように棒状の補強部材３０が埋設されてなる。

図２は、補強部材３０を示す図であり、（Ａ）は補強部材３０全体を示す図、（Ｂ）は補強部材３０を構成するねじ鉄筋３１を示す図である。

同図に示すように、補強部材３０は、両端に螺条が形成された螺条部３５を備えるねじ鉄筋３１と、このねじ鉄筋３１の螺条部３５に夫々螺合する中央側のナット３２及び端部側のナット３３と、とからなる。

ねじ鉄筋３１は、その両端から所定の範囲に設けられた２つの螺条部３５と、螺条部３５の間に挟まれた外周面に螺条が形成されていない中央部３６とを備える。補強部材３０は、中央側のナット３２をねじ鉄筋３１の螺条部３５に螺合させ、中央部３６に向けて回転しなくなるまで締め付け、さらに、ねじ鉄筋３１の両端部にナット３３を螺条部３５に螺合させることにより形成される。

次に、上述したせん断補強構造１の構築方法を施工手順に従って説明する。

図３は、せん断補強構造１の構築工程を示す図である。同図に示すように、混合工程Ｓ１０から挿入工程Ｓ５０までを実施することにより、せん断補強構造１を構築する。以下、各工程について説明する。

まず、混合工程Ｓ１０を実施する。この工程では、水４１とセメント４２と砂４３とを減圧下で混合してモルタル４０（セメント系グラウト材に相当）を製造する。

図４は、モルタル４０を製造するための製造設備５０を示す図である。本図に示すように、製造設備５０は、密閉可能な作業室５１と、真空ポンプ５２と、ミキサ５３と、セメント４２等をミキサ５３に供給するための供給装置５４と、を備えている。

モルタル４０を製造する際は、まず、真空ポンプ５２を駆動させて作業室５１内から空気を排出することにより、作業室５１内を減圧する。

なお、本実施形態では、減圧手段として真空ポンプ５２を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、コンプレッサーを逆向きに使用してもよい。要は、作業室５１内を減圧させることができるものであればよい。

次に、減圧した作業室５１内において、供給装置５４にて、セメント４２、砂４３をそれぞれ所定の量だけミキサ５３に投入して、セメント４２と砂４３とを練り混ぜた後、水４１を投入して更に練り混ぜることにより、モルタル４０を製造する。なお、必要に応じて、混和剤を配合してもよい。

本実施形態では、製造したモルタル４０のフローが５０ｍｍ以上９０ｍｍ以下となるようにセメント４２、砂４３及び水４１を配合した。

以上のように、減圧した作業室５１内でセメント４２と砂４３と水４１とを混合することで、製造するモルタル４０内の空気量を少なくすることができる。

なお、減圧された作業室５１内に人が入れないため、セメント４２等の投入及び混合は供給装置５４及びミキサ５３で自動的に行う。

モルタル４０が製造されたら、作業室５１内を大気圧に戻し、作業室５１内への人の出入りを可能にする。

次に、脱気工程Ｓ２０を実施する。この工程では、減圧下で製造したモルタル４０内にわずかに含まれている空気をさらに排出する。

図５は、モルタル４０の脱気作業を示す図である。本図に示すように、モルタル４０内の空気量をモルタルエアメーター（図示しない）で測定しながら、バイブレーター６１でモルタル４０を振動させて、空気量が所定の値以下になるまで脱気する。

なお、本実施形態では、大気圧下で脱気工程Ｓ２０を実施したが、これに限定されるものではなく、減圧下で実施してもよい。例えば、混合工程Ｓ１０を実施した後、作業室５１内を大気圧に戻すことなく、そのまま脱気工程Ｓ２０を実施してもよい。かかる際には、作業室５１の外から遠隔操作可能なバイブレーター６１を用いる。

次に、充填工程Ｓ３０を実施する。この工程では、コンクリート部材本体１２に形成された孔１４内に、脱気工程Ｓ２０で脱気したモルタル４０を孔口から溢れ出るまで充填する。

次に、プレウエッティング工程Ｓ４０を実施する。この工程では、図６に示すように、補強部材３０を脱気工程Ｓ２０で脱気したモルタル４０内に浸すことにより、補強部材３０の全体を覆うようにモルタル４０を付着させる。

図７は、バイブレーター６１をかけている状態を示す図である。同図に示すように、補強部材３０をモルタル４０内に浸したまま、補強部材３０の周囲のモルタル４０をバイブレーター６１で振動させてもよい。

これにより、補強部材３０をモルタル４０に浸す際に、補強部材３０と一緒にモルタル４０内に連行された空気をモルタル４０の外に排出するとともに、補強部材３０の隅々までモルタル４０を付着させることができる。

図８及び図９は、補強部材３０をモルタル４０内から引き揚げている状態を示す図である。両図に示すように、補強部材３０をモルタル４０内から引き揚げる。引き揚げられた補強部材３０は、モルタル４０で覆われている。

なお、本実施形態では、モルタル４０内に補強部材３０を浸したが、これに限定されるものではなく、コテ等で補強部材３０にモルタル４０を塗布してもよい。
また、補強部材３０全体にモルタル４０を塗布するのではなく、定着材となるナット３２、３３の周辺にのみモルタル４０を塗布することとしてもよい。

次に、挿入工程Ｓ５０を実施する。この工程では、図１０に示すように、モルタル４０で覆われた補強部材３０を、モルタル４０で充填されたコンクリート部材本体１２の孔１４内に挿入する。

完全に補強部材３０を挿入したら、孔口をモルタル４０で間詰めして、モルタル４０が所定の強度になるまで養生する。

上述したせん断補強方法によれば、減圧下で混合工程Ｓ１０を実施するので、モルタル４０内に含まれる空気において、体積は大気圧下で混合したモルタルに含まれる空気の体積とほぼ同程度になるものの、気圧は大気圧よりも小さい。したがって、減圧下で混合されたモルタル４０内の空気は、孔壁面とナット３２、３３との狭い隙間を通過する際にモルタル４０が圧縮されることによって圧力が上昇するため、潰れてその体積は極小さいものになる。それゆえ、補強部材３０の挿入によりナット３２、３３背面で、モルタル４０の渦が発生し、モルタル４０内の空気がこの渦に捕らえられて滞溜しても、個々の空気の体積が小さいので一体化しても大きなものにならず、空気溜まりの発生を防止又は抑制することができる。

また、脱気工程Ｓ２０を実施すれば、混合工程Ｓ１０でモルタル４０内に空気が混入したとしても、その空気を排出することができる。したがって、混合工程Ｓ１０による効果と相俟って、空気をほとんど含まないモルタル４０を製造することができる。

また、モルタル４０内への空気の混入は、モルタル４０製造時の撹拌によって生じるものであり、本願発明の脱気工程Ｓ２０は、モルタル４０を撹拌するのではなく、振動させることから、脱気工程Ｓ２０によって、モルタル４０内に新たに空気が混入されるおそれはない。

また、プレウエッティング工程Ｓ４０を実施せずに、補強部材３０をコンクリート部材本体１２内に挿入すると、補強部材３０の挿入とともに、モルタル４０で充填された孔１４内に空気を連行してしまうおそれが生じる。本願発明のプレウエッティング工程Ｓ４０はこの空気の連行を防ぐために実施するものであり、補強部材３０にモルタル４０を塗布してその外形の形状をなだらかにすることにより、孔１４内への挿入時における空気の連行を抑制することができる。

さらに、プレウエッティング工程Ｓ４０により、補強部材３０のすべての面にモルタル４０が付着しており、これが孔１４内にあらかじめ充填されているモルタル４０と一体化するので、補強部材３０を確実にコンクリート部材本体１２に定着することができる。

なお、本実施形態においては、セメント系グラウト材としてモルタル４０を製造する場合について説明したが、モルタル４０に限定されるものではなく、水４１とセメント４２とからなるセメントミルク、水４１とセメント４２と骨材とからなるコンクリートでもよい。また、これらに混和剤が含まれていてもよい。

なお、本実施形態においては、脱気工程Ｓ２０を実施した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、混合工程Ｓ１０において、真空に近い状態で混合した場合には、脱気工程Ｓ２０を省いてもよい。この理由は、混合工程Ｓ１０で真空に近い状態でセメント４２等を混合すれば、上述したように、モルタル４０中にはほとんど空気が存在しないので、脱気工程Ｓ２０を実施する効果が小さいからである。

なお、本実施形態においては、ナット３２の径とねじ鉄筋３１の径との差が大きく、断面形状が長手方向に急激に変化する補強部材３０を用いた場合について説明したが、断面形状が長手方向に緩やかに変化する補強部材を用いてもよい。例えば、異形鉄筋や、図１１（Ａ）に示すように、背面側がテーパー状のナット７１を備えた補強部材７０や、図１１（Ｂ）に示すように、ねじ鉄筋３１の径よりもやや大きい径のナット８１を備えた補強部材８０を用いてもよい。
補強部材７０、８０等のように、断面形状が長手方向に緩やかに変化するものを用いた場合には、ナット７１、８１の背面側に空気は溜まりにくいため、本実施形態で説明したプレウエッティング工程Ｓ４０を省いてもよい。

また、本実施形態においては、充填工程Ｓ３０の後にプレウエッティング工程Ｓ４０を実施したが、この順番に限定されるものではなく、プレウエッティング工程Ｓ４０の後に充填工程Ｓ３０を実施したり、両工程Ｓ３０、Ｓ４０を並行して実施したりしてもよい。

１ せん断補強構造
１０ 鉄筋コンクリート部材
１１ 主鉄筋
１２ コンクリート部材本体
１３ 配力筋
１４ 孔
３０ 補強部材
３１ ねじ鉄筋
３２ ナット
３３ ナット
３５ 螺条部
３６ 中央部
４０ モルタル
４１ 水
４２ セメント
４３ 砂
５０ 製造設備
５１ 作業室
５２ 真空ポンプ
５３ ミキサ
５４ 供給装置
６１ バイブレーター
７０ 補強部材
７１ ナット
８０ 補強部材
８１ ナット
Ｓ１０ 混合工程
Ｓ２０ 脱気工程
Ｓ３０ 充填工程
Ｓ４０ プレウエッティング工程
Ｓ５０ 挿入工程

Claims (6)

1. セメント系グラウト材の製造方法において、
   前記セメント系グラウト材を構成するすべての材料を個別に減圧下のミキサに投入し、該ミキサにより減圧下で混合する混合工程を備えることを特徴とするセメント系グラウト材の製造方法。
2. 前記混合工程の後に、前記セメント系グラウト材に含まれる空気を排出する脱気工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のセメント系グラウト材の製造方法。
3. 前記セメント系グラウト材は、フローが５０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント系グラウト材の製造方法。
4. 請求項１〜３のうち、何れか一項に記載のセメント系グラウト材の製造方法にて製造されたことを特徴とするセメント系グラウト材。
5. 請求項４に記載のセメント系グラウト材を用いてせん断荷重の作用するコンクリート部材を補強するせん断補強方法において、
   前記セメント系グラウト材を前記コンクリート部材に形成された孔内に充填する充填工程と、
   前記充填工程にて前記セメント系グラウト材が充填された前記孔内に、断面形状が長手方向に沿って変化する部材を有する棒状の補強部材を挿入する挿入工程と、
   を備えることを特徴とするコンクリート部材のせん断補強方法。
6. 請求項５に記載のコンクリート部材のせん断補強方法にて構築されたことを特徴とするコンクリート部材のせん断補強構造。