JP5861985B2 - 鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法 - Google Patents
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Description
本発明は、繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートを用いた鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法に関する。
地震力を受けたときの鉄筋コンクリート構造物の破壊性状は、曲げ破壊とせん断破壊とに大別されるが、せん断破壊は脆性的な破壊性状を呈するため、鉄筋コンクリート構造物を設計するにあたっては、曲げ破壊が先行するように留意しなければならない。
一方、耐震基準が引き上げられたり荷重条件が見直されたりといった事情により、構築後に耐震補強が必要になる場合があり、従来、既存の鉄筋コンクリート部材にコンクリートや鋼板を巻き立てたり繊維補強シートを巻き付けることでせん断耐力を高める工夫がなされてきた。
ここで、コンクリートを巻き立てる方法では、せん断補強筋の配筋が必要になるのみならず、増し打ちされたコンクリートの分だけ全体重量が大きくなるため、耐震性能向上には不利となり、鋼板巻立てによる耐震補強では、現地での測量、鋼板の加工、加工された鋼板の現地搬入、溶接による鋼板の組立、鋼板の防錆処理といった数多くの工程が必要となる。
また、予期せぬ規模の地震に見舞われた場合、鉄筋コンクリート部材にせん断破壊が生じることがあり、修復の余地があるときには、せん断破壊が発生した箇所を斫り出すとともに残存する損傷箇所にエポキシ樹脂を注入し、必要に応じてせん断補強筋を配筋し直した後、斫り出した領域をコンクリートやモルタルで置換するといった手順で鉄筋コンクリート部材の修復が図られるが、かかる方法では、あらたな部材断面を元の断面より大きくしない限り、せん断耐力を上げることは難しく、同程度の地震に見舞われた場合、再び損傷を受けるおそれがある。
かかる状況下、一定の引張強度を期待できる繊維補強材料を用いて耐震補強や修復を行う工法が提案されている。
しかしながら、特許文献２，３に記載された繊維補強材料は、流動性が低いために型枠内への充填が難しく、一定の形状に断面形成することが求められる柱や梁といった鉄筋コンクリート部材には適用が困難である。
また、繊維補強材料として引張強度に優れた繊維補強モルタルが開発されてはいるが、従来の繊維補強モルタルは熱養生が必要となるため、工場でのプレキャスト製作が前提となり、既存の鉄筋コンクリート構造物へは適用が難しいという問題を生じていた。
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、十分な引張強度を有しかつ現地で柱や梁といった鉄筋コンクリート部材に適用が可能な鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法は請求項１に記載したように、鉄筋コンクリート部材のうち、鉄筋かぶり部分を除去し、該除去領域の少なくとも一部を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで置換する鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したものである。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法は、前記モルタル又はコンクリートで置換される断面積を前記除去領域の断面積よりも小さく設定するものである。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法は請求項３に記載したように、鉄筋コンクリート部材の周面を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで被覆する鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したものである。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の修復方法は請求項４に記載したように、鉄筋コンクリート部材のうち、損傷箇所を除去し、該除去領域の少なくとも一部を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで置換する鉄筋コンクリート部材の修復方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したものである。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の修復方法は、前記モルタル又はコンクリートで置換される断面積を前記除去領域の断面積よりも小さく設定するものである。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の修復方法は請求項６に記載したように、鉄筋コンクリート部材のうち、損傷箇所の周面を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで被覆する鉄筋コンクリート部材の修復方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したものである。
本出願人は、従来の繊維補強モルタルにおいては熱養生が不可欠であるために現場への適用が困難であるという問題点を踏まえ、圧縮強度が１８０Ｎ／ｍｍ2、引張強度が８Ｎ／ｍｍ2、練り混ぜ直後のスランプフローが８００ｍｍ程度と流動性に優れかつ常温養生で足りる超高強度繊維補強コンクリートの開発に成功するとともに（特許文献１）、さらに具体的な適用検討を行った結果、経済性に優れた耐震補強方法や修復方法、特に、従前のモルタルやコンクリートではなし得なかった断面縮小による耐震性向上に成功したものである。
すなわち、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法においては、鉄筋コンクリート部材（以下、ＲＣ部材）の鉄筋かぶり部分や損傷箇所を除去してモルタル又はコンクリートで置換し、あるいは同じくＲＣ部材の周面をモルタル又はコンクリートで被覆するにあたり、上述のモルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成する。
このようにすると、上述のフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させるにあたり、熱養生が不要で常温養生で足りるため、現場施工が可能となり、かくして既存のＲＣ部材を耐震補強し、あるいは既存のＲＣ部材に生じた損傷箇所を修復することが可能となる。
また、上述のモルタル又はコンクリートは高い引張強度と靭性を有するため、ＲＣ部材の耐震補強や修復に用いた場合、従来のモルタル又はコンクリートに比べ、元の断面と同じ大きさであっても、耐震性能、特にせん断耐力とせん断変形性能を大幅に向上させることができるとともに、断面を大きくすることが許容される状況であれば、ＲＣ部材の耐震性能を飛躍的に向上させることができる。
また、上述のフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートは、狭隘な型枠内あるいは狭隘な場所に充填できるだけの充填性を有しているため、一定の断面形状を確保することが求められる柱や梁といったＲＣ部材であっても、これらを耐震補強し、あるいは修復することが可能となる。
耐震補強あるいは修復の対象となるＲＣ部材には、柱、梁、壁といった構造部材が含まれる。なお、ＲＣ部材が含まれる鉄筋コンクリート構造物としては、高架橋をはじめ、さまざまな構造物が対象となる。
ＲＣ部材の除去領域をモルタル又はコンクリートで置換し又は周面をモルタル又はコンクリートで被覆するにあたっては、元の断面形状と一致するように又はあらたな断面形状に合わせて型枠を設置し、次いで、ＲＣ部材の表面のうち、モルタル又はコンクリートが当接される面（以下、モルタル当接面）と型枠内面との間に上述のフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを圧送や流し込みによって充填する。
モルタル又はコンクリートで置換される断面積をどのように設定するかは任意であって、元の断面積に一致させる構成や、元の断面積よりも大きくして耐震性の向上を図る構成が可能であるが、本発明で用いるモルタルやコンクリートは、耐震補強前あるいは修復前のモルタルやコンクリートよりも高い引張強度と靭性を有するため、耐震補強前あるいは修復前と同等の断面積であれば、部材耐力、特にせん断耐力は増加する。
したがって、元の断面積よりも小さくする構成、すなわちモルタルやコンクリートで置換される断面積を除去領域の断面積よりも小さく設定する構成としても、自重低減により設計地震力自体が低減されることを考慮すれば、部材断面を縮小させながらも鉄筋コンクリート部材の耐震性能を向上させることが可能となり、きわめて経済性に優れた耐震補強方法あるいは修復方法となる。
以下、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る耐震補強方法をＲＣ部材としてのＲＣ柱１に適用した様子を示した図である。本実施形態に係る耐震補強方法を用いてＲＣ柱１を耐震補強するには、まず、同図(a)に示すＲＣ柱１においてその鉄筋かぶり部分２を同図(b)に示すように斫り、該かぶり部分を除去する。
次に、同図(c)に示すように、元の断面と同じになるよう型枠３を建て込む。
一方、上述した手順とは別にフレッシュモルタルを作製する。フレッシュモルタルは、セメント、シリカフューム、水、減水剤、細骨材及び高張力繊維が含まれるように配合する。
ここで、セメントは、Ｃ３Ｓの含有量が４０．０〜７５．０質量％、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％となるように、Ｃ３Ａの含有量が２．７質量％未満、好ましくは２．３質量％未満となるように構成する。これは、Ｃ３Ｓの含有量が４０．０質量％未満だと、圧縮強度及び引張強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えると、セメントの焼成自体が困難となる傾向があるからであり、Ｃ３Ａの含有量が２．７質量％以上では引張強度が低くなるからである。なお、Ｃ３Ａの含有量の下限値は、例えば０．１質量％程度を目安とする。
なお、セメントにおけるＣ２Ｓの含有量は、好ましくは９．５〜４０．０質量％、より好ましくは１４．０〜３５．０質量％であり、Ｃ４ＡＦの含有量は、好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％である。これは、フレッシュモルタルにおいて高い流動性を確保できるとともに、フレッシュモルタルの硬化物であるモルタルにおいて、高靭性、高圧縮強度及び高引張強度を確保することができるからである。
セメントは、４５μｍふるい残分が上限で８．０質量％未満、好ましくは７．０質量％、より好ましくは６．０質量％、下限で０．０質量％、好ましくは１．０質量％、より好ましくは２．０質量％となるように構成する。これは、フレッシュモルタルにおいて適度な粘性を確保し高張力繊維を十分に分散させることができるからであり、モルタルにおいて、高い引張強度を確保できるからである。
また、セメントは、そのブレーン比表面積が好ましくは２５００〜４８００ｃｍ2／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ2／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ2／ｇとなるように構成する。これは、セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ2／ｇ未満では、モルタルの強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ2／ｇを超えると、フレッシュモルタルにおける低水セメント比での流動性が低下する傾向があるからである。
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であって、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳiＯ２であり、その平均粒子径が、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍとなるように構成する。これは、モルタルにおいて高靭性、高圧縮強度及び高引張強度を確保することができるとともに、フレッシュモルタルにおいて高流動性を確保することができるからである。
また、シリカフュームは、その含有量がセメントとシリカフュームの合計量に対し、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％となるように構成し、セメントとシリカフュームと細骨材の合計量に対する含有量が、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％となるように構成する。
減水剤は、その添加量が、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対し、好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは２．５〜３．５質量部となるように構成する。
また、減水剤は、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。
なお、本実施形態に係るフレッシュモルタルは、上述した減水剤とともに消泡剤を併用することが好ましい。消泡剤としては、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、消泡剤は、その添加量が、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対し、好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、更に好ましくは０．０３〜１．０質量部となるように構成する。
細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％、好ましくは２０〜７０質量％、さらに好ましくは２５〜４５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％、好ましくは５〜１５質量％となるように構成する。
これは、細骨材の含有量が１５質量％未満では、フレッシュモルタルの粘性が低すぎるため、高張力繊維が十分に分散しないいおそれがあるからであり、細骨材の含有量が８５質量％を超えると、微粉量が多すぎて粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため、強度低下に繋がるおそれがあるからである。なお、微粒分の調製方法は、特に限定されないが、例えば、２種類以上の粒度の異なる細骨材を混ぜ合わせることによって調製可能である。
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。
なお、細骨材は、フレッシュモルタル中の細骨材量が、好ましくは４００〜１０００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは４３０〜８５０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは５００〜７５０ｋｇ／ｍ３となるように構成する。
高張力繊維は、その繊維径が、０．０５〜１．２０ｍｍ、好ましくは０．０８〜０．７０ｍｍ、より好ましくは０．１０〜０．３５ｍｍとなるように、その繊維長が、３〜６０ｍｍ、好ましくは５〜３５ｍｍ、より好ましくは７〜２０ｍｍとなるように、アスペクト比（繊維長／繊維径）が、４０〜２５０、好ましくは５０〜２００、より好ましくは８０〜１７０となるように、その引張強度が、１００〜１００００Ｎ／ｍｍ2、好ましくは５００〜５０００Ｎ／ｍｍ2、より好ましくは２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ2となるように、その密度が、１〜２０ｇ／ｃｍ３、好ましくは５〜１０ｇ／ｃｍ３となるようにそれぞれ構成する。
これは、モルタルにおいて高靭性、高圧縮強度及び高引張強度を確保することができるとともに、フレッシュモルタルにおいて高流動性を付与することができるからである。
また、高張力繊維は、フレッシュモルタルに対し、その添加量が外割りで０．３〜４．０体積％、好ましくは０．５〜３．０体積％、より好ましくは１．０〜２．５体積％となるように構成する。
これは、高張力繊維の添加量が０．３体積％未満では、擬似ひずみ硬化を示すような高い靭性が得られない場合があり、４．０体積％を超えると、フレッシュモルタルの練混ぜが困難になる場合があるからである。
高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び高強度ポリエチレン繊維（例えば東洋紡績株式会社から「ダイニーマ」（登録商標）の商品名で市販されているもの）等から適宜選択することが可能であり、金属繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することが可能である。
本実施形態に係るフレッシュモルタルは、有機繊維がさらに含有されるように構成することにより、高い耐火性能を得ることが可能である。有機繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。
有機繊維は、その繊度が、１．０〜２０ｄｔｅｘ、好ましくは１．５〜１５ｄｔｅｘ、より好ましくは２．０〜４．０ｄｔｅｘとなるように、その引張強度が、１〜６ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは１．５〜５ｃＮ／ｄｔｅｘ、より好ましくは２〜４ｃＮ／ｄｔｅｘとなるように、その伸度が、４００％以下、好ましくは３００％以下、より好ましくは５０〜２００％となるように、その繊維長が３〜３０ｍｍ、好ましくは４〜２０ｍｍ、より好ましくは５〜１５ｍｍとなるように、その密度が、０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．８〜１．３ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ３となるように、そのアスペクト比（繊維長／繊維径）が、２００〜９００、好ましくは３００〜８００、より好ましくは４００〜７００となるようにそれぞれ構成する。
これは、フレッシュモルタルにおいて高流動性を確保するとともに、モルタルにおいて高靭性、高圧縮強度及び高引張強度に加え、高い耐火性能をを確保することができるからである。
また、有機繊維は、その添加量がフレッシュモルタルに対し外割りで０．０５〜３体積％、好ましくは０．１〜２体積％、より好ましくは０．３〜１体積％となるように構成する。
これは、０．０５体積％未満では十分な耐火爆裂性が得られない場合があり、３体積％を超えると、フレッシュモルタル中への練混ぜが困難になる場合があるからである。
水は、その添加量が、セメントとシリカフュームの合量１００質量部に対し、１０〜２５質量部、好ましくは１２〜２０質量部、より好ましくは１３〜１８質量部となるように構成するとともに、フレッシュモルタル中の単位水量が、１８０〜２８０ｋｇ／ｍ３、好ましくは２００〜２７０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは２１０〜２６０ｋｇ／ｍ３となるように構成する。
本実施形態に係るフレッシュモルタルには、必要に応じて、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
次に、従来のフレッシュモルタル作製手順と同様、これらの配合材料を混合するとともに攪拌ミキサーで適宜混練し、フレッシュモルタル５とする。
次に、図１(b)，(c)に示すように型枠３の内面とＲＣ柱１の斫り面との間、すなわち斫りによって除去された除去領域４に上述のフレッシュモルタル５を充填する。
フレッシュモルタル５を除去領域４に充填するには、型枠３を構成する堰板の下縁近傍にパイプ（図示せず）を貫通配置しておき、該パイプを介してフレッシュモルタル５を下方から圧送注入するとともに、堰板上縁に形成された確認孔（図示せず）からの溢れを目視で確認することにより、フレッシュモルタル５の圧送を完了するようにすればよい。
次に、フレッシュモルタル５を適宜養生するが、従来の超高強度繊維補強モルタルのように熱養生する必要はなく、通常モルタルと同様、常温養生で足りる。
フレッシュモルタル５が常温養生を経て硬化しモルタル６となったならば、同図(d)に示すように型枠３を適宜解体撤去する。
以上説明したように、本実施形態に係る鉄筋コンクリート部材の耐震設計方法によれば、フレッシュモルタル５を硬化させる際に熱養生が不要で常温養生で足りるため、現場施工が可能となり、かくして既存のＲＣ部材であるＲＣ柱１を耐震補強することが可能となる。
また、硬化後においては、モルタル６が高い引張強度と靭性を有するため、元の断面と同じ大きさであっても、ＲＣ柱１の耐震性能、特にせん断耐力とせん断変形性能を大幅に向上させることができる。
また、フレッシュモルタル５は、型枠３内の狭隘な箇所に充填できるだけの充填性を有しているため、ＲＣ柱１を高い品質で耐震補強することが可能となる。
本実施形態では、型枠３の内面とＲＣ柱１の斫り面との間にフレッシュモルタル５を充填するようにしたが、フレッシュモルタル５に粗骨材を加えてなるフレッシュコンクリートを用いるようにしてもよい。かかる構成においては、粗骨材量や水量を、目標圧縮強度、靭性、目標スランプ等に応じて適時変更する。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することが可能であり、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
また、本実施形態では、ＲＣ柱１を耐震補強するにあたり、その柱断面を元の柱断面と同一形状としたが、これに代えて断面を大きくするようにしてもかまわない。かかる構成によれば、ＲＣ柱１の耐震性能を大幅に向上させることができる。
これに対し、本発明で用いるモルタルやコンクリートは、斫り前のモルタルやコンクリートよりも高い引張強度と靭性を有するため、耐震補強前と同等の断面積であれば、部材耐力、特にせん断耐力が増加する。
したがって、元の断面積よりも小さくする構成、すなわちモルタルやコンクリートで置換される断面積を除去領域の断面積よりも小さく設定する構成としても、自重低減により設計地震力自体が低減されることを考慮すれば、部材断面を縮小させながらも鉄筋コンクリート部材の耐震性能を向上させることが可能となり、きわめて経済性に優れた耐震補強方法あるいは修復方法となる。
また、本実施形態では、ＲＣ柱１を耐震補強するにあたり、鉄筋かぶり部分２を斫って引張強度が期待できない部分を除去することにより、自重による増加を抑制するようにしたが、増し打ちによる自重増加が許容される状況であれば、図２に示すように、ＲＣ柱１の周面をモルタル６で被覆するようにしてもかまわない。
かかる構成によれば、斫り作業を省略することが可能となり、耐震補強コストの低減を図ることが可能となる。なお、モルタル６を被覆する方法については上述した実施形態とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
また、本実施形態及びその変形例では、本発明をＲＣ柱に適用した場合について説明したが、本発明は、ＲＣ柱に限定されるものではなく、あらゆる鉄筋コンクリート部材に適用することができるものである。
また、本実施形態及びその変形例では、本発明を耐震補強に適用した場合について説明したが、これに代えて、地震等によって損傷を受けた場合の修復に適用することも可能である。
かかる変形例においては、柱、梁といった鉄筋コンクリート部材のうち、斫りによって損傷箇所を除去するとともに、必要に応じて残留するひび割れにエポキシ樹脂を充填した後、斫りによって除去された領域を実施形態で説明したモルタルで置換し、又は柱、梁といった鉄筋コンクリート部材の周面に発生している損傷箇所に必要に応じてエポキシ樹脂を充填した後、柱、梁といった鉄筋コンクリート部材の周面に実施形態で説明したモルタル６を被覆するようにすればよい。モルタル６で置換しあるいはモルタル６を被覆する方法については、上述した実施形態とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
次に、せん断破壊させた試験体を修復する実験を行ったので、以下にその概要を説明する。
[試験体]
補強前におけるＲＣ試験体の構造諸元を表１に示す。
補強前におけるＲＣ試験体の構造諸元を表１に示す。
ＲＣ試験体は、４００×４００ｍｍの断面を持つせん断スパン比３（Ｓ３シリーズ試験体）及び２（Ｓ２シリーズ試験体）の２点載荷梁型試験体とし、せん断破壊するように設計した。
曲げせん断試験結果として、図３に補強前におけるＲＣ試験体のせん断力〜変位関係を示す。
各ＲＣ試験体を補強するにあたっては、Ｓ３Ａ−Ｒ試験体では、かぶりコンクリート（４０ｍｍ厚さ）を除去し、その部分を超高強度繊維補強コンクリート（以下、ＵＦＣ）で置き換えた。Ｓ３Ｂ−Ｒ＋試験体では、破壊した試験体の周囲をＵＦＣで巻き立てた試験体で、側面および上下面を４０ｍｍ厚さとした。ただし、破壊したコンクリートの脆弱部は除去した。
Ｓ２Ａ−Ｒ＋試験体では、側面を７５ｍｍ、上下面を５０ｍｍ厚さで破壊した試験体の周囲をＵＦＣで巻き立てた。Ｓ２Ｂ−Ｒ試験体では、かぶりコンクリート（４０ｍｍ厚さ）を除去し、その部分をＵＦＣで置き換えた。なお、全ての試験体とも破壊した内部コンクリートには、エポキシ注入などの修復処置は実施しなかった。
[ＵＦＣ]
使用したＵＦＣの配合を表２に示す。なお、同表に記載なき条件等については、上述した実施形態に従うものとする。
使用したＵＦＣの配合を表２に示す。なお、同表に記載なき条件等については、上述した実施形態に従うものとする。
高張力繊維としては、直径０．１６ｍｍ、長さ１３ｍｍの直線形状で引張強度２０００Ｎ／ｍｍ2以上を有する高強度鋼繊維を用いるとともに、その含有率を２．０ｖｏｌ％とした。また、結合材（セメント及びシリカフューム）は、密度を２．９６ｇ／ｃｍ３、細骨材は、表乾密度を２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率を２．８０、混和剤は、ポリカルボン酸系高性能減水剤とした。
練混ぜは、容量０．４ｍ３のパン型ミキサを使用し、１バッチ０．２ｍ３で所要の回数を練り混ぜた。打込みは、片側側面からＵＦＣを流し込み、反対側側面からＵＦＣが押し出され、頂部に達することを確認しながら実施した。なお、補強後の試験体を観察したところ、充填不足や表面ひび割れ等はなく、４０ｍｍ程度の狭隘な個所でも十分に充填できることが確認できた。
[曲げせん断実験]
各試験体の載荷は、補強前載荷実験と同様、載荷スパンを４００ｍｍとするとともに、せん断スパンについては、Ｓ３シリーズ試験体で１０５０ｍｍ、Ｓ２シリーズ試験体で７００ｍｍとし、一方向単調載荷とした。
各試験体の載荷は、補強前載荷実験と同様、載荷スパンを４００ｍｍとするとともに、せん断スパンについては、Ｓ３シリーズ試験体で１０５０ｍｍ、Ｓ２シリーズ試験体で７００ｍｍとし、一方向単調載荷とした。
各試験体の荷重〜変位関係を図４及び図５に示す。なお、図中には、補強前試験体の荷重〜変位関係と後述するＦＥＭ解析結果も併せて示す。
各試験体とも、せん断スパン内に斜めひび割れが発生したものの、最終的には載荷スパン内の曲げひび割れが進展し、載荷点付近のＵＦＣが圧壊するいわゆる曲げ破壊となった。
各試験体の荷重〜変位関係も曲げ降伏以降、たわみの増大に対し、荷重の増加がなく、典型的な曲げ破壊の性状を示している。補強前の試験体と比較すると、補強後の試験体の最大せん断力は、補強前の最大せん断力よりも大きくなっている。
すなわち、せん断破壊したＲＣ部材をＵＦＣにより補強することで、補強前のせん断耐力よりも大きなせん断力を付与することができると言える。また、ＵＦＣで補強した試験体のひびわれ剛性は、無補強の試験体よりも高くなっていることも特長の１つである。
[ＦＥＭ解析]
実験結果の妥当性を検討するために非線形ＦＥＭ解析を実施した。解析に使用したＵＦＣの材料特性は、一軸圧縮強度試験および引張軟化特性試験により求めた。使用したＵＦＣは、一軸圧縮試験結果から圧縮強度２１７Ｎ／ｍｍ2、ヤング係数４７．８ｋＮ／ｍｍ2（試験時材齢３４日）を有することを確認した。
実験結果の妥当性を検討するために非線形ＦＥＭ解析を実施した。解析に使用したＵＦＣの材料特性は、一軸圧縮強度試験および引張軟化特性試験により求めた。使用したＵＦＣは、一軸圧縮試験結果から圧縮強度２１７Ｎ／ｍｍ2、ヤング係数４７．８ｋＮ／ｍｍ2（試験時材齢３４日）を有することを確認した。
図４に示した荷重〜変位関係では、Ｓ３シリーズの試験体では、実験値と解析値は非常に近似している。
一方、Ｓ２シリーズでは、Ｓ２Ａ−Ｒ＋試験体は、若干解析値の方がせん断力が高いが、どちらも曲げ破壊型となっており、おおむね一致している。Ｓ２Ｂ−Ｒ試験体では、実験結果が曲げ破壊型となり、解析結果はせん断破壊型となっているが、せん断破壊するまでの曲線は近似している。実験では、最終破壊形状が曲げ破壊型となったものの、載荷途中までは、せん断スパン内の斜めひび割れの進展が確認されており、試験体のせん断余裕度は小さかったと推定される。
１ ＲＣ柱（鉄筋コンクリート部材）
２ 鉄筋かぶり部分
３ 型枠
４ 除去領域
５ フレッシュモルタル
６ モルタル
２ 鉄筋かぶり部分
３ 型枠
４ 除去領域
５ フレッシュモルタル
６ モルタル
Claims (6)
- 鉄筋コンクリート部材のうち、鉄筋かぶり部分を除去し、該除去領域の少なくとも一部を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで置換する鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法。
- 前記モルタル又はコンクリートで置換される断面積を前記除去領域の断面積よりも小さく設定する請求項１記載の鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法。
- 鉄筋コンクリート部材の周面を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで被覆する鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法。
- 鉄筋コンクリート部材のうち、損傷箇所を除去し、該除去領域の少なくとも一部を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで置換する鉄筋コンクリート部材の修復方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の修復方法。
- 前記モルタル又はコンクリートで置換される断面積を前記除去領域の断面積よりも小さく設定する請求項４記載の鉄筋コンクリート部材の修復方法。
- 鉄筋コンクリート部材のうち、損傷箇所の周面を、予め設置された型枠の内側にモルタル又はコンクリートを充填することにより、該モルタル又はコンクリートで被覆する鉄筋コンクリート部材の修復方法であって、前記モルタル又はコンクリートを、セメントとシリカフュームと水と減水剤と細骨材と高張力繊維とが含まれたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートを硬化させて形成するとともに、前記セメントを、Ｃ３Ｓが４０．０〜７５．０質量％、Ｃ３Ａが２．７質量％未満含有され、かつ４５μｍふるい残分が８．０質量％未満となるように構成し、前記細骨材を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が１５〜８５質量％で、かつ０．０７５ｍｍ以下の粒群が３〜２０質量％含有されるように構成したことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の修復方法。
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