JP5764415B2

JP5764415B2 - コンクリート構造物の補強パネルと補強方法

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Publication number: JP5764415B2
Application number: JP2011151991A
Authority: JP
Inventors: 定仲野; 正英原重
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: JP2013019138A

Description

本発明はコンクリート構造物の補強パネルと補強方法に関するものである。

既設の柱、橋脚などの外周に炭素繊維シートを取り付けて補強する方法は広く採用されている。
さらに炭素繊維シートを金属板の間にサンドイッチ状に挟んだパネルを用意し、そのパネルで柱などを包囲し、そのパネルと柱との間に接着剤を充填するような工法も知られている。（特許文献１）

特開２００５−１１３５４４号公報

上記のような従来のコンクリート構造物の補強パネルや補強方法にあっては、以下のような問題点がある。
＜１＞工場で炭素繊維シートｃをサンドイッチ状に挟んだ、平面視を「コ」字状のパネルａを製造し、このパネルａの２枚を現場で突き合わせればコ字状パネルａによって柱ｂの全周を包囲することは可能である。
＜２＞しかし、柱ｂの全周に広い空間がない場合、例えば柱ｂのすぐ背後に壁などの障害物ｄが位置している場合には、図６に示すように、平面視「コ」字状のパネルａを柱ｂの背後へ回して包囲することができない。
＜３＞その点では、図７に示すように炭素繊維シートｃを挟んだ、平面視「Ｌ」字状のパネルｅを４枚使用すれば、柱ｂの周囲を包囲することはできる。しかし２枚の「Ｌ」字状パネルｅの接合部が柱ｂの背面に発生することになり、柱ｂと障害物ｄとの間隔が十分に空いていない限り、柱ｂの背面において両者を接合する作業を行うことができない。

上記のような課題を解決するために本発明のコンクリート構造物の補強パネルは、炭素繊維シートの両側に高強度フレキシブルボードを位置させた中央パネルと、同様の構成の両脇パネルを使用し、中央パネルと両脇パネルの間を柔軟性のある炭素繊維シートで接続し、両脇パネルの先端には一面だけに高強度フレキシブルボードが位置する炭素繊維シートの露出部を形成し、一方の両脇パネルの炭素繊維シートの露出部が外側から見える面として配置し、他の両脇パネルの炭素繊維シートの露出部が、前記一方の両脇パネルの炭素繊維シートの露出部に対向するように、構造物側に向くように配置し、両露出部を相互に接着して使用するように構成したことを特徴とするものである。

また、本発明のコンクリート構造物の補強方法は、前記のパネルを使用し、一枚のパネルで補強対象物の裏面を、一定の距離を介して包囲し、他のパネルで補強対象物の表面を、一定の距離を介して包囲し、表裏のパネルの炭素繊維シート露出部を接着し、その後に対象物とパネルとの間隔に接着剤を充填して行う、コンクリート構造物の補強方法を特徴とするものである。

さらに本発明のコンクリート構造物の補強方法は、前記のパネルと、２枚の高強度フレキシブルボードの間に炭素繊維シートを介在させた平板パネルを使用し、中央パネルを、補強対象物のハンチ部の斜面に一定の距離を介して位置させ、平板パネルを、ハンチの水平部と鉛直部に一定の距離を介して位置させ、両脇パネルの炭素繊維シート露出部と、平板パネルの炭素繊維シート露出物を接着させ、その後に対象物とパネルとの間隔に接着剤を充填して行う、コンクリート構造物の補強方法を特徴とするものである。

本発明のコンクリート構造物の補強パネルと補強方法は以上説明したようになるから、次のような効果を得ることができる。
＜１＞補強対象物の柱などの背面に空間がほとんどない場合でも、本発明のパネルを使用することよって対象物を全周から包囲することができ、その間に接着剤などを充填して補強することができる。
＜２＞パネルとパネルの中間に介在する炭素繊維シートに柔軟性があるから、補強対象物は柱のような独立部材に限らず、ハンチのように角度が付いた構造物の補強にも利用することができる。
＜３＞中央パネルと両脇パネルの間を、柔軟性のある炭素繊維シートで接続してあるから、その部分で折り曲げることができる。その結果、全体の面積を小さくすることができ、運搬、収納にきわめて有効である。

本発明のコンクリート構造物の補強パネルの組み立て状態の説明図。補強パネルの折りたたみ状態の説明図。補強パネルで柱を包囲した状態の説明図。補強パネルで柱を包囲した状態の平面図。ハンチ部での使用方法の説明図。「コ」字状パネルを使用した場合の問題点の説明図。「Ｌ」字状パネルを使用した場合の問題点の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明の補強パネルと補強方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞全体の構成
本発明のコンクリート構造物の補強パネルＡは、高強度フレキシブルボード１１と炭素繊維シート３とより構成する。
なお説明のために高強度フレキシブルボード１１、炭素繊維シート３は厚さの厚い物として図示してあるが、実際にはいずれも数ｍｍ程度の薄く軽量な材料である。

＜２＞高強度フレキシブルボード
高強度フレキシブルボード１１（以下単に「ボード１１」という）は、セメント系の材料で構成した板体である。
主成分は、セメント、けい酸カルシウム、有機繊維（パルプ）であり、それらを混練した後、ロール状に成形し、脱水プレスしたものである。
このボード１１は、周知の製品を使用することができ、入手が容易なものは、厚さ３ｍｍ〜６ｍｍの規格の製品である。
このようなボード１１を用いる理由は、工場において容易に製造可能であり製品の品質が安定していること、曲げ強度が３０（Ｎ／ｍｍ²）以上と大きく、表面にひび割れが発生しないこと、曲げ加工等が容易にできるため補強すべき既設コンクリートの形状に応じて所望の形状に成形可能であること、不燃性を有していること、比重が１．６〜１．８と軽いため作業性や運搬が容易であること等である。

＜３＞炭素繊維シート
炭素繊維シート３はエポキシ樹脂を含浸させた柔軟性を備えた公知のシートである。
その比重が１．７〜１．８と軽量であり、その硬化体は錆びない特性を有するとともに、繊維方向では、鉄筋の約５倍〜６倍である３０００（Ｎ／ｍｍ²）という大きな引張強度を有している。
そのため、後述するように２枚のボード１１で１枚の炭素繊維シート３を挟持することにより、薄膜で鉄筋コンクリートと同等以上の構造耐力を得ることができる。
この炭素繊維シート３は、公知の単一配向シート、単一配向シートを合板のように交互に積層したもの、クロス状のもの等を使用することができる。
なお図では理解しやすいように炭素繊維シート３は太線で記載してあるが、実際にはほとんどが１ｍｍ以下のものであって、図の縮尺で表現できるような厚いものではない。

＜４＞接着剤
接着剤は、ボード１１と炭素繊維シート３とを強固に接合するための接着剤であり、両者を一体成形できる材料であればどのような種類のものを用いることができる。
特に接着強度や作業性の点から、エポキシ樹脂が好適である。
なお、その他の接着剤としては、酢酸ビニル樹脂系、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂系）、アクリル樹脂系等の樹脂系接着剤や、クロロプレンゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系等のゴム系接着剤や、セメント系、石膏系等の水・気硬性接着剤を用いることも可能である。

＜５＞補強パネル
補強パネルＡは、２枚のボード１１に、炭素繊維シート３をサンドイッチ状に挟み込み、接着剤によってボード１１と炭素繊維シート３とを一体成形したものである。
前記炭素繊維シート３の量は、補強対象のコンクリート構造物に要求される構造耐力を求め、必要な場合には炭素繊維シート３を所定枚数、重畳させて使用する。
また、２方向に作用する応力に対して補強が必要となる場合には、炭素繊維シート３の繊維の方向が２方向になるように配置することで対応することができる。
以上のように炭素繊維シート３をボード１１の間に介在させた理由は、炭素繊維シート３を既設コンクリートの表面に直接貼り付けた場合に生じる、炭素繊維シート３の剥離や、炭素繊維シート３への通電、紫外線による炭素繊維シート３の劣化等を防止するためである。

＜６＞補強パネルの構成
補強対象物Ｂの周囲を包囲するために、本願発明の補強パネルＡは３面に分けて構成する。
すなわち、中央パネル１と、その両脇に配置する両脇パネル２である。
各パネル１、２は矩形の板体であり、一定の高さを備え、その幅は補強する対象物Ｂの寸法に応じて決定する。
中央パネル１の幅は、接着剤などの充填剤の厚みだけ、補強対象物Ｂの幅よりも多少大きく形成する。
両脇パネル２の幅は、補強対象物Ｂの奥行きの半分程度の寸法に形成する。

＜７＞パネル間の接続
中央パネル１と両脇パネル２との間は数ｃｍの距離だけ離して配置し、両者間を炭素繊維シート３で連結する。
この炭素繊維シート３は、ボード１１の間で挟持させた炭素繊維シート３と一体のものであり、その延長上にある。
このように、中央パネル１と、その両脇に配置した両脇パネル２の間に、柔軟性のある炭素繊維シート３を位置させることによって、両者はその部分で９０度、その他の自由な角度での折り曲げが可能となる。
そのために後述するように、コンクリート構造物のハンチ部の補強パネルＡとしても使用できる。（図５）

＜８＞炭素繊維シート露出部
中央パネル１は、炭素繊維シート３の両側に位置するボード１１の端部は同一の位置にあるから、炭素繊維シート３の一面だけにボード１１が位置することはない。
しかし両脇パネル２ではその端部では、ボード１１は位置をずらして配置する。
そのために炭素繊維シート３は端部においては両面をボード１１で被覆されずに、一面だけにボード１１が位置しており、他面では炭素繊維シート３が露出する状態となる。
これが炭素繊維シート露出部３１である。
図２の実施例では２枚の両脇パネル２の炭素繊維シート３が同一の方向、すなわち図面上で上方に向けて露出させてあるが、図２において一方を上向き、他方を下向きに露出させた構成であっても使用することができる。

＜９＞使用方法
次に上記で説明した本発明のパネルを使用して、柱や橋脚のような独立したコンクリート構造物である補強対象物Ｂを補強する方法について説明する。

＜１０＞パネルの展開
事前に工場において、補強対象物Ｂの寸法に合わせた中央パネル１と両脇パネル２を製造しておく。
中央パネル１の平面視の長さは、補強対象物Ｂである柱などの裏面の幅より多少長く、また両脇パネル２の平面視の長さは、補強対象物Ｂの長さの半分以上の長さに設定しておく。
このような構成の中央パネル１の上に両側の両脇パネル２を重ねて折りたたんだ状態で運搬、保管しておき、現場でそれを展開する。

＜１１＞裏側への配置
次に補強対象物Ｂが独立したコンクリート製の柱であり、その背後に接近して壁板などの障害物Ｃが存在する場合について説明する。
そのように補強対象物Ｂである柱の裏側と障害物Ｃとの間隔が狭く、手が入らないような状態でも、展開した補強パネルＡは１枚の板状となるから、その隙間から挿入して柱の反対側に押し出すことができる。
こうして両脇パネル２のひとつが柱の反対側から露出したら、中央パネル１との間の炭素繊維シート３部分を柱に沿って折り曲げる。
すると、柱の裏面には中央パネル１が位置し、柱の両側には両脇パネル２が位置することになる。
そして両脇パネル２を折り曲げることによって、炭素繊維シート露出部３１が外側から見える面として位置する。

＜１２＞表側への配置
次に柱の表側に他のパネルを配置する。
表側には一般に障害物Ｃが存在しないが、たとえ存在したとしても、前記した裏側への配置と同様にして配置することができる。
この表側へ配置するパネルの炭素繊維シート３の露出部３１は、裏側の炭素繊維シート３の露出部３１に対向するように、柱側に向くように配置する。

＜１３＞両パネルの接続
柱の両側へは作業者が接近できるという前提であるが、その場合に、表側と裏側の両脇シートの炭素繊維シート露出部３１に接着剤を塗布して両面を接着する。
炭素繊維シート３どうしの接着には公知の多数の接着剤が市販されている。
表裏のパネルの両脇パネル２を接着することによって、平面視で柱の周囲を完全に包囲することができる。
中央パネル１と両脇パネル２はともにその内面と柱の外面とは数ｍｍから数ｃｍだけ離した状態で配置する。その隙間が充填剤の充填範囲となる。
補強パネルＡの高さを１ｍ程度に設定しておけば、最下段のパネルは床の上に設置し、順次その上に搭載して、柱の周囲を天井に至るまで包囲することができる。
なお、接着に際して炭素繊維シート露出部３１はその範囲では二重に重なるから厚さが倍になるが、実際には炭素繊維シート３の厚さはそのほとんどが１ｍｍ以下であるから二重に重なっても問題はない。

＜１４＞充填
表裏のパネルが重なる、両脇パネル２の重なり部分を縫うような状態でアンカー４などを打設して柱と一体化する。
こうして補強パネルＡを対象物Ｂの周囲に固定しておいて、対象物Ｂと補強パネルＡの隙間である充填空間に無収縮モルタルやエポキシ樹脂、アクリル樹脂などの充填剤５を充填する。
その充填は補強パネルＡの上部から投入し、あるいは補強パネルＡに開口した充填口から加圧状態で充填する。
充填剤５が硬化することによって補強が完了するが、型枠として機能する補強パネルＡは、硬化後にそれを解体する必要がないから、その点でも経済的である。
なお対象物Ｂの隅部では炭素繊維シート３が露出する状態となるので、その外側に炭素繊維シート３の曲面に沿った隅切り部材を取り付け、あるいは保護用の材料を塗布して炭素繊維シート３の外側を保護する。

＜１５＞ハンチ部での使用（図５）
補強対象物ｂが、コンクリート構造物の特にハンチ部Ｂ１であった場合その補強に、本発明の補強パネルＡを使用することができる。
その際には２枚の高強度フレキシブルボード１１の間に炭素繊維シート３を挟んだ一般の平板パネルＤと、本発明の補強パネルＡを使用する。
この平板パネルＤは、図５に示すように、構造物の水平の天井部と、鉛直の壁面部に対して一定の間隔を介して位置させる。この間隔が接着剤の充填空間となる。
そして平板パネルＤのハンチ部Ｂ１側の端部は、外側のボード１１を除去することによって、外側に向けて炭素繊維シート３の露出部３１を形成する。
一方、傾斜したハンチ部Ｂ１の斜面に本願発明の補強パネルＡの中央パネル１を、一定の間隔を介して位置させる。
そして両脇パネル２の炭素繊維シート露出部３１と、平板パネルＤの炭素繊維シート露出部３１とを接着剤を使用して接着させる。
その際に、本願発明の補強パネルＡは、中央パネル１と両脇パネル２の間を、柔軟性のある炭素繊維シート３で接続しているので、ハンチ部Ｂ１の両側の平面部と傾斜部とに簡単に対応させることができる。
各パネルＡ、Ｄのアンカー４での取り付けや、充填剤５の充填工程などは前記の実施例と同様である。

Ａ：補強パネル
Ｂ：補強対象物
Ｃ：障害物
Ｄ：平板パネル
１：中央パネル
２：両脇パネル
３：炭素繊維シート
３１：炭素繊維シート露出部
４：アンカー
５：充填剤

Claims

炭素繊維シートの両側に高強度フレキシブルボードを位置させた中央パネルと、
同様の構成の両脇パネルを使用し、
中央パネルと両脇パネルの間を柔軟性のある炭素繊維シートで接続し、
両脇パネルの先端には一面だけに高強度フレキシブルボードが位置する炭素繊維シートの露出部を形成し、
一方の両脇パネルの炭素繊維シートの露出部が外側から見える面として配置し、
他の両脇パネルの炭素繊維シートの露出部が、前記一方の両脇パネルの炭素繊維シートの露出部に対向するように、構造物側に向くように配置し、
両露出部を相互に接着して使用する、
コンクリート構造物の補強パネル。
請求項１記載のパネルを使用し、
一枚のパネルで補強対象物の裏面と側面を、一定の距離を介して包囲し、
他のパネルで補強対象物の表面と側面を、一定の距離を介して包囲し、
補強対象物の側面に位置する、表裏のパネルの、両脇パネルの炭素繊維シート露出部を相互に接着し、
その後に対象物とパネルとの間隔に接着剤を充填して行う、
コンクリート構造物の補強方法。
請求項１記載のパネルと、２枚の高強度フレキシブルボードの間に炭素繊維シートを介在させた平板パネルを使用し、
中央パネルを、補強対象物のハンチ部の斜面に一定の距離を介して位置させ、
平板パネルを、ハンチの水平部と鉛直部に一定の距離を介して位置させ、
両脇パネルの炭素繊維シート露出部と、平板パネルの炭素繊維シート露出物を接着させ、
その後に対象物とパネルとの間隔に接着剤を充填して行う、
コンクリート構造物の補強方法。