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

鉄筋コンクリート部材の耐震補強方法及び修復方法 Download PDF

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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。
特開2011−042534号公報 特開2005−171645号公報 特開2001−288899号公報
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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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。
本実施形態に係る耐震補強方法を用いてRC部材としてのRC柱1を耐震補強する様子を示した横断面図であり、(a)は耐震補強前、(b)は斫り作業完了後、(c)はフレッシュモルタル充填中、(d)はフレッシュモルタル硬化後をそれぞれ示した図。 変形例に係る耐震補強方法を用いてRC部材としてのRC柱1を耐震補強した様子を示した横断面図。 曲げせん断実験において補強前の各試験体の荷重〜変位関係を示したグラフ。 曲げせん断実験において補強後の各試験体(せん断スパン比3.0)の荷重〜変位関係を示したグラフ。 曲げせん断実験において補強後の各試験体(せん断スパン比2.0)の荷重〜変位関係を示したグラフ。
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、CS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、CA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、CS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、CA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、CA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CS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、CAF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Si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/m、より好ましくは430〜850kg/m、更に好ましくは500〜750kg/m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/cm、好ましくは5〜10g/cm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/cm、好ましくは0.8〜1.3g/cm、より好ましくは0.85〜0.95g/cm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/m、好ましくは200〜270kg/m、より好ましくは210〜260kg/m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。
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。
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/cm、細骨材は、表乾密度を2.62g/cm、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0.4mのパン型ミキサを使用し、1バッチ0.2m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。
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

Claims (6)

  1. 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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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。
  2. 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。
  3. 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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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。
  4. 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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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。
  5. 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。
  6. 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、CSが40.0〜75.0質量%、CA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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