JP6160911B2

JP6160911B2 - あと施工アンカー工法

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Publication number: JP6160911B2
Application number: JP2013171651A
Authority: JP
Inventors: 重裕安藤; 山田　宏; 宏山田; 兼吉　孝征; 孝征兼吉; 川上　明大; 明大川上
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: JP2015040407A

Description

本発明は、既設のコンクリート構造物に、補強工事、増設工事用のアンカー筋を施工するあと施工アンカー工法に関する。

既設のコンクリート構造物に、耐震性を向上させるため等の補強工事や、増築するため等の増設工事を行う場合にアンカー筋を施工することが行なわれている。
前記アンカー筋を施工する方法としては、前記コンクリート構造物の表面に所定の深さの円筒形状の孔を形成し、該孔にセメント等を含む充填材を充填し、アンカー筋を前記充填材で固定することでアンカー筋を施工するあと施工アンカー工法が知られている。

かかるあと施工アンカー工法において、アンカー筋に対して、孔から引き抜く方向に力が加わった際の強度、すなわち引き抜き強度を向上させる方法が種々検討されている。
例えば、特許文献１及び２には、充填材として膨張材を含むモルタル系の充填材を用い、該充填材を充填後に膨張させて硬化させることで、アンカー筋と充填材との付着強度、及び、充填材とコンクリート構造物に形成された孔の内周面との付着強度を向上させ、アンカー筋の引き抜き強度を向上させることが記載されている。

しかし、孔の開口径が大きくなると、充填材が周方向に膨張した際に、コンクリート内周面から充填材を拘束する力が小さくなる。よって、膨張する充填材によるアンカー筋の拘束力の向上効果が抑制される。すなわち、膨張性を有する充填材を用いても、孔の開口径によっては、アンカー筋の引き抜き強度を向上させることができない場合がある。

特開２００５−１１２６４８号公報特開２００９−１５５９２２号公報

そこで、本発明は、上記のような従来の問題を鑑みて、孔の開口径に応じてアンカー筋の引き抜き強度を効果的に向上させることができるあと施工アンカー工法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、孔の開口径と充填材の膨張圧との関係に着目し、孔の開口径と充填材の膨張圧とを一定の関係になるようにすることでアンカー筋の引き抜き強度が顕著に高まることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明に係るあと施工アンカー工法は、
コンクリート構造物の表面に開口する円筒形状の孔を形成する穿孔工程と、
前記孔に充填材を充填する充填工程と、前記孔にアンカー筋を挿入する挿入工程と
を備えたあと施工アンカー工法であって、
前記孔の開口径から下記式（１）を用いて前記充填材の膨張圧の範囲を算出する工程と、該膨張圧の範囲を満たす前記充填材を形成する工程とを更に備えるあと施工アンカー工法。
０≦Ｙ≦−０．０４Ｘ＋４．７（１）
（但し、Ｘ＝孔の開口径（ｍｍ）、Ｙ＝充填材の膨張圧（Ｎ／ｍｍ^２）である。）

本発明は、コンクリート構造物の表面に開口する円筒形状の孔を形成する穿孔工程と、前記孔にアンカー筋を挿入する挿入工程と、前記孔に充填材を充填する充填工程とを備えたあと施工アンカー工法であって、前記充填材が前記式（１）を満たすような膨張圧を有することで、孔の開口径に応じてアンカー筋の引き抜き強度を効果的に向上させることができる。

尚、本発明でいう膨張圧とは、ＪＣＩ基準ＪＣＩ−Ｓ−００９−２０１２『円筒型枠を用いた膨張コンクリートの拘束膨張試験方法』で算出される円周方向の膨張応力（Ｎ／ｍｍ²）をいう。

本発明において、前記孔は、開口径が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよい。また、本発明において、前記孔は、開口径が１８ｍｍ以上８５ｍｍ以下であってもよい。
開口径が前記範囲である場合には、前記式を満たすような充填材を孔に充填することで、アンカー筋の引き抜き強度をより効果的に向上させることができる。

本発明において、前記充填材は、無機系充填材であってもよい。
前記充填材が、無機系充填材である場合には、前記式を満たしやすく、コンクリートとの付着性も良好であるため、より確実にアンカー筋の引き抜き強度を向上させることができる。

本発明において、前記無機系填材は、速硬性を有するセメントを含んでいてもよい。
前記無機系充填材が速硬性を有するセメントを含んでいる場合には、充填後、短時間で充填材が硬化するためアンカー筋の引き抜き強度を短時間で向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、孔の開口径に応じてアンカー筋の引き抜き強度を効果的に向上させることができる。

以下に、本発明にかかるあと施工アンカー工法について具体的に説明する。
本実施形態のあと施工アンカー工法は、
コンクリート構造物の表面に開口する円筒形状の孔を形成する穿孔工程と、
前記孔にアンカー筋を挿入する挿入工程と、
前記孔に充填材を充填する充填工程とを備えたあと施工アンカー工法であって、
前記充填材は下記式（１）を満たすような膨張圧を有する。
０≦Ｙ≦−０．０４Ｘ＋４．７（１）
（但し、Ｘ＝孔の開口径（ｍｍ）、Ｙ＝充填材の膨張圧（Ｎ／ｍｍ^２）である。）

（穿孔工程）
本実施形態のあと施工アンカー工法においては、コンクリート構造物の表面に開口する円筒形状の孔を形成する穿孔工程を実施する。

本実施形態でアンカー筋を施工するコンクリート構造物としては、既設の建物や橋梁などのコンクリート構造物が挙げられる。
既設のコンクリート構造物は、耐震性を向上させる目的等で補強工事が行なわれることが多い。
かかるコンクリート構造物の補強工事あるいは増設工事において、コンクリート構造物にまず、アンカー筋を施工し、該アンカー筋を介して補強用あるいは増設用の新設部材がコンクリート構造物に取り付けられる。

本実施形態においてコンクリート構造物にアンカー筋を施工するために、まず、コンクリート構造物の表面に孔を形成する。
かかる孔は一般的にはドリル等の穿孔装置で形成する。従って、前記孔は、開口部が略円形であって、深さ方向に略同断面積の略円筒形状に形成される。
尚、本実施形態において、孔の開口径とは、開口部の内径であって、最も長い箇所の長さとその直交方向の長さとの平均値をいう。

本実施形態のあと施工アンカー工法において、前記孔の開口径は、例えば、アンカー筋の太さ等に応じて予め所定の径に設定しておいてもよい。
開口径の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは１６ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
孔の開口径を前記範囲にした場合には、前記式（１）を満たすような膨張圧を有する充填材を用いてアンカー筋を施工した場合に、アンカー筋の引き抜き強度をより効果的に向上させることができる。

前記孔を形成する穿孔装置としては、ドリル等、公知の装置が挙げられる。
ドリルの中でも、コアドリルは、騒音や粉塵の発生が比較的少ないため、好ましい。
ドリルを用いて孔を形成する場合には、ドリルを所定の径のものを用いることで、孔の開口径を調整することができる。

前記孔の深さは、特に限定されるものではなく、十分なアンカー筋の定着長を確保できる深さであれば、任意に設定してもよい。
前記定着長は、アンカー筋の材質、径、長さによって変わるが、通常、５Ｄ以上（Ｄ＝アンカー筋の公称直径を表す）程度である。
前記定着長を確保するために、孔の深さは前記定着長以上であることが好ましい。

（充填工程）
本実施形態のあと施工アンカー工法では、前記孔に充填材を充填する充填工程を実施する。
尚、充填工程と挿入工程とは、いずれの工程を先に実施してもよい。例えば、充填工程をまず実施することで、孔に充填材を充填してから、その後挿入工程を実施することで、アンカー筋を孔に挿入してもよい。
或いは、挿入工程をまず実施することで、アンカー筋を前記孔に挿入し、その後充填工程を実施することで、アンカー筋と孔の内周面の間に充填材を充填してもよい。
本実施形態では、まず、充填工程を実施する。

前記充填材としては、特に限定されるものではないが、前記コンクリート構造物のコンクリートよりも支圧強度が高く、支圧破壊しないものであることが好ましい。
かかる充填材としては、エポキシ樹脂等の有機化合物を主成分として含む有機系充填材、セメント、膨張材、混和材、細骨材等の無機化合物を主成分として含む無機系充填材が挙げられるが、コンクリートとの接着性(一体性)が良好であること、不燃性材質であること等の理由から、無機系充填材が好ましい。
前記無機系充填材の中でも、セメントを含むセメント系充填材が好ましく、さらには、速硬性セメントを含む充填材であることが好ましい。
前記速硬性セメントとしては、例えば、ポルトランドセメントと急硬材とを含有するセメント、アルミナセメント、超速硬セメント等が挙げられる。
超速硬セメントとしては、「ジェットセメント（住友大阪セメント社製）」、「マイルドジェットセメント（住友大阪セメント社製）」等が例示される。

本実施形態の充填材は、前記孔の開口径をＸ（ｍｍ）とした場合に、前記式（１）を満たすような膨張圧Ｙ（Ｎ／ｍｍ²）を有する充填材である。
前記膨張圧は、ＪＣＩ基準ＪＣＩ−Ｓ−００９−２０１２『円筒型枠を用いた膨張コンクリートの拘束膨張試験方法』で算出される円周方向の膨張応力（Ｎ／ｍｍ²）をいう。

前記式（１）を満たすような充填材とするためには、充填材に膨張材を配合することなどが挙げられる。
膨張材としては、カルシウムサルホアルミネート系膨張材、生石灰系膨張材等が挙げられる。中でも、カルシウムサルホアルミネート系膨張材が単位量あたりの膨張量の大きさの観点から好ましい。

充填材の膨張圧が前記範囲である場合には、充填材が膨張することで、効果的にアンカー筋の引き抜き強度を向上させることができる。
すなわち、開口径が大きくなるほど、充填材が膨張した際に、該充填材を周方向から拘束する力が小さくなる。さらに、開口径が大きくなるほど、充填材がコンクリートと接触する面積の割合は単位体積当たりでは小さくなり、コンクリートとの接触面による摩擦で充填材が上方へ向かって膨張していくのを抑制する力は弱くなる。充填材が上方に膨張しやすくなれば、充填材を周方向から拘束する力が小さくなる。
従って、孔の開口径と充填材の膨張圧との関係を特定の範囲に調整することで、充填材が膨張することでアンカー筋に対して周方向から拘束する力を効果的に発生させ、アンカー筋の引き抜き強度を向上させることができる。

充填材は、前記膨張圧を有するものであれば、特にその配合は限定されるものではないが、例えば、速硬性セメントを含むモルタルである場合には、以下のような配合が挙げられる。
セメント成分３０質量％〜６０質量％、好ましくは４０質量％〜５５質量％、
細骨材４０質量％〜７０質量％、好ましくは４５質量％〜６０質量％、
水／セメント成分比３０％〜６０％、好ましくは３５％〜５５％、
のモルタルにおいて、膨張材は０．５質量％〜２０質量％、好ましくは１質量％〜１２質量％程度含まれている充填材等が挙げられる。
膨張材の含有量が前記範囲である場合には、適度な膨張性が得られ、前記式（１）を満たす充填材が得られやすいと同時に、過剰に膨張材が含まれることによって充填材の強度が低下することを防止できる。

充填材は、前述の成分のほか、公知の混和材、添加剤を含んでいてもよい。
混和材としては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、石膏、等が挙げられる。添加剤としては、例えば、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、増粘剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、急結剤、収縮低減剤、短繊維、消泡剤、起泡剤、発泡剤、防水剤等が挙げられる。
前記混和材、添加剤は、単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

充填工程を挿入工程よりも先に実施する場合には、前記充填材の各成分を混合して充填材を得てから、該充填材を孔に充填してもよく、あるいは、前記充填材の各成分を孔に注入し、孔内で混合してペースト状にしてもよい。

（挿入工程）
前記孔にアンカー筋を挿入する挿入工程を実施する。
本実施形態では、前記充填工程を実施した後に、充填材が完全に硬化するまでの間にアンカー筋を充填材が充填された部分の所定位置に挿入する。

本実施形態で使用するアンカー筋としては、例えば、ＳＳ４００、ＳＮＢ７等の金属製のアンカー筋等が挙げられる。
また、アンカー筋の径としては、例えば、８ｍｍ以上５０ｍｍ以下、好ましくは１２ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。尚、本実施形態で用いられるアンカー筋の径とは、ＪＩＳＢ０２０５『一般用メートルねじ』およびＪＩＳＧ３１１２『鉄筋コンクリート用棒鋼』で規定する呼び径をいう。

前記アンカー筋を挿入した後、充填材を硬化させることで、アンカー筋を固定し、コンクリート構造物にアンカー筋を施工することができる。
尚、充填材を硬化させる条件は、特に限定されるものではないが、例えば、速硬性セメントを用いたモルタルを充填材として用いた場合には、５℃〜３０℃の大気環境下で、１０分〜６０分程度で硬化させることが挙げられる。

本実施形態のあと施工アンカー工法で施工されたアンカー筋は、充填工程において、前記式（１）を満たすような膨張圧を有する充填材を充填するため、コンクリート構造物に高い引き抜き強度で取り付けられる。
例えば、アンカー筋の引き抜き強度は、２４Ｎ／ｍｍ^２以上、好ましくは２５Ｎ／ｍｍ^２以上であることが、補修部材あるいは増設部材の引き抜き強度の観点から好ましい。
本実施形態のあと施工アンカー工法においては、孔の開口径が異なる場合でも、アンカー筋の引き抜き強度を前記範囲にすることが容易に行なえる。

尚、本実施形態における引き抜き強度は、ＪＣＡＡ（日本建築あと施工アンカー協会）の「あと施工アンカー試験方法」に規定する測定方法で測定された引き抜き強度をいう。

本実施形態のあと施工アンカー工法は、孔の開口径が、例えば、３０ｍｍ以上である場合のように比較的大きい径である場合に特に効果的である。
開口径が比較的大きい孔にアンカー筋を施工する場合には、充填材の膨張圧を高くすることが必要であるが、膨張圧が高すぎる充填材は強度が低下したり、膨張により孔内で充填材が上方へ膨張しやすくなり、周方向からのアンカー筋への拘束力が低下したりするおそれがある。
充填材が前記式（１）を満たすことで、開口径が比較的大きい孔にアンカー筋を挿入して施工する場合でも、アンカー筋のコンクリート構造物への引き抜き強度を効果的に向上させることができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

表１の配合でプレミクス材料１〜７を作製した。
充填材の作製方法は、２０℃の温度条件下で、プレミクス材料に注水し、ミキサーで１分間混練した。

（充填材の膨張圧の測定）
前記充填材１〜７についてそれぞれ膨張圧を測定した。
膨張圧は、ＪＣＩ基準ＪＣＩ−Ｓ−００９−２０１２『円筒型枠を用いた膨張コンクリートの拘束膨張試験方法』に従って円周方向の膨張応力（Ｎ／ｍｍ²）を算出した。
尚、ひずみ測定器は、株式会社東京測器研究所社製のひずみゲージＰＦＬ-３０-１１-３ＬＴとデータロガーＴＤＳ５３０を用いた。

一方、試験用のコンクリート構造物として、普通コンクリートを用いたサイズ４００×６００×３００ｍｍのコンクリート硬化体を準備した。
コンクリート硬化体の各成分は以下のとおりである。

前記コンクリート硬化体の圧縮強度は設計基準強度で３０Ｎ／ｍｍ²、ヤング率２４４００Ｎ／ｍｍ²である。
アンカー筋として、Ｍ１２ＳＮＢ７及びＭ２４ＳＮＢ７の２種類を準備した。

前記コンクリート硬化体に、開口径がそれぞれ１８ｍｍ、３５ｍｍ、５０ｍｍ、８５ｍｍ、孔深さは、６．５Ｄ＋２ｍｍの孔を湿式コアドリルを用いて５個ずつ穿孔した。
該孔に、前記充填材１〜７をそれぞれ充填し、アンカー筋を挿入した。
その後、７日間、２０℃で養生して、充填材を硬化させた。
尚、アンカー筋の定着長は６．５Ｄであった。
各開口径１８ｍｍ、３５ｍｍ、５０ｍｍ、８５ｍｍにおいて、前記式（１）から算出される充填材の膨張圧の範囲を表２に示した。

(引き抜き強度の測定)
前記コンクリート硬化体に施工したアンカー筋の引き抜き強度を測定した。
引き抜き強度は、センターホールジャッキを用いて測定した。
評価は引き抜き強度が２４Ｎ／ｍｍ²以上のものを○とし、２４Ｎ／ｍｍ²未満のものを×とした。
結果を表２に示す。

表２に示すように、各開口径に対する充填材の膨張圧の範囲内である場合には、すべてアンカー筋の引き抜き強度は２４Ｎ／ｍｍ^２以上であった。また、前記膨張圧の範囲からはずれる充填材を用いた場合にはアンカー筋の引き抜き強度は２４Ｎ／ｍｍ^２未満であった。
特に、開口径が大きくなると、充填材の膨張圧が高くても各開口径に対する膨張圧の範囲からはずれると、アンカー筋の引き抜き強度を２４Ｎ／ｍｍ^２以上にすることはできないことが明らかである。

Claims

コンクリート構造物の表面に開口する円筒形状の孔を形成する穿孔工程と、
前記孔に充填材を充填する充填工程と、前記孔にアンカー筋を挿入する挿入工程と
を備えたあと施工アンカー工法であって、
前記孔の開口径から下記式（１）を用いて前記充填材の膨張圧の範囲を算出する工程と、該膨張圧の範囲を満たす前記充填材を形成する工程とを更に備えるあと施工アンカー工法。
０≦Ｙ≦−０．０４Ｘ＋４．７（１）
（但し、Ｘ＝孔の開口径（ｍｍ）、Ｙ＝充填材の膨張圧（Ｎ／ｍｍ^２）である。）
前記孔は、開口径が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である請求項１に記載のあと施工アンカー工法。
前記孔は、開口径が１８ｍｍ以上８５ｍｍ以下である請求項１に記載のあと施工アンカー工法。
前記充填材は、無機系充填材である請求項１乃至３の何れか一項に記載のあと施工アンカー工法。
前記無機系充填材は、速硬性を有するセメントを含む請求項４に記載のあと施工アンカー工法。