JP6254919B2 - 円筒形コンクリート構造物の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、腐食や塩害、輪荷重による疲労などの原因により劣化した円筒形コンクリート構造物の補修方法に関する。

腐食や塩害、輪荷重による疲労などの原因により劣化した円筒形コンクリート構造物の補修が行われているが、従来行われている円筒形コンクリート構造物の補修方法として、例えばマンホールや管渠などの補修方法として、マンホールの補修を例にとると、コンクリートの劣化部を除去し、除去した後のコンクリート面にセメント系モルタルを打設しコンクリート躯体と一体化させる補修方法（例えば、非特許文献１参照。）や、マンホールの劣化した内壁面を削り、円形を複数に分割したコンクリートパネルをマンホール内で内壁面に沿って単一段又は複数段に組み立てた後、内壁面とマンホール内壁面との隙間及び隣接するコンクリートパネル同士の継ぎ目の隙間に耐酸性モルタルや塩化ビニル等の樹脂接着剤を充填する補修方法（例えば、特許文献１参照。）や、マンホールの内壁面を隙間を有して覆うようにプラスチック製の薄肉の補修材をマンホール内に配置し、その後、内壁面と補修材との隙間にエポキシ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂にいずれかの液状のライニング用常温硬化性注入剤を充填して硬化させる補修方法（例えば、特許文献２参照。）が知られている。

下水道コンクリート構造物の腐食抑制技術及び防食技術マニュアル（平成２４年４月 日本下水道事業団）

特開２００７−２８５０６６号公報 特許第２６８７０６９号公報

しかしながら、非特許文献１に記載された補修方法では、既存躯体にクラック等がある場合、コンクリートの劣化部を除去した後のコンクリート面にセメント系モルタルを打設しで元の断面まで戻しても初期強度まで強度が回復したとはいえず、元の断面より増肉していることが現実であり、この結果、マンホールの空間縮小が避けられず、下水道の維持管理を行うマンホールとしての機能低下は避けられないといった問題がある。
また、特許文献１，２に記載された補修方法にあっても、マンホールの空間縮小が避けられず、非特許文献１に記載された補修方法と同様に、下水道の維持管理を行うマンホールとしての機能低下は避けられないといった問題がある。
さらに、非特許文献１、特許文献１，２に記載された補修方法では、多様なマンホールの形状にあわせたパネルやプラスチック製の薄肉の補修材が必要であり、補修作業に手間がかかり緊急性の対応に難があるといった問題がある。

本発明の目的は、躯体の初期厚を超えない範囲の増肉で、初期強度と同等以上の強度が得られ、さらには補修作業を容易に行え緊急性に対応できる円筒形コンクリート構造物の補修方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、円筒形コンクリート構造物の補修方法であって、コンクリートの劣化層を全周に渡って除去し、劣化層除去後の健全なコンクリート面に、
引張強度 ８．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
付着強度 ２．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
圧縮強度 ４５．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
弾性係数 ３２００Ｎ／ｍｍ^２ 以上
の樹脂系補修材を塗布して補修層を形成することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記樹脂系補修材は、主剤が熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の、前記熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂はエポキシ樹脂であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の、前記エポキシ樹脂には充填剤として下水汚泥の焼却灰が添加されていることを特徴とする。

請求項１に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法によれば、コンクリートの劣化層を全周に渡って除去し、劣化層除去後の健全なコンクリート面に、
引張強度 ８．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
付着強度 ２．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
圧縮強度 ４５．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
弾性係数 ３２００Ｎ／ｍｍ^２ 以上
の樹脂系補修材を塗布して補修層を形成するので、補修層の破壊荷重はコンクリート層に比べて大きく、これにより、コンクリートの劣化層を除去した後のコンクリート面に樹脂系補修材を塗布して形成した補修層による増肉が円筒形コンクリート構造物の初期厚を超えない範囲の増肉で、補修後の円筒形コンクリート構造物の破壊荷重として初期破壊荷重と同等以上の破壊荷重が得られることになり、この結果、円筒形コンクリート構造物の空間を縮小すること無く補修することが可能となる。

また、コンクリートの劣化層を除去した後のコンクリート面への補修層の形成は、パネル等を必要とせず、樹脂系補修材を塗布するといった作業で形成することができるので、マンホールのような多様な形状を持つ円筒形コンクリート構造物の補修であっても、補修作業を容易に行え緊急性に対応できる。

請求項２に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法によれば、請求項１に記載の、前記樹脂系補修材は、主剤が熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂であるので、塗布した前記樹脂系補修材は短時間で硬化することから、補修作業時間の短縮化を図ることができる。

請求項３に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法によれば、請求項２に記載の、前記熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂はエポキシ樹脂であるので、
引張強度 ８．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
付着強度 ２．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
圧縮強度 ４５．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
弾性係数 ３２００Ｎ／ｍｍ^２ 以上
の樹脂系補修材を容易に得ることができる。

請求項４に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法によれば、請求項３に記載の、前記エポキシ樹脂には充填剤として下水汚泥の焼却灰が添加されているので、下水汚泥の焼却灰利用といった面からの省資源化を図ることができる。

以下、本発明に係る円筒形コンクリート構造物の補修方法を実施するための形態を詳細に説明する。
本発明に係る円筒形コンクリート構造物の補修方法は、先ず、コンクリートの劣化層を全周に渡って除去する。コンクリートの劣化層の除去は高圧洗浄やハツリにより健全層が露出するまで行う。

次に、劣化層除去後の健全なコンクリート面に、引張強度が８．０Ｎ／ｍｍ^２以上、付着強度が２．０Ｎ／ｍｍ^２以上、圧縮強度が４５．０Ｎ／ｍｍ^２以上、弾性係数が３２００Ｎ／ｍｍ^２以上の樹脂系補修材を塗布して補修層を形成する。
補修層の増肉は、劣化層除去後の残存健全コンクリート構造物の厚さから残存健全コンクリート構造物の破壊荷重を求め、補修後のコンクリート構造物の破壊荷重が初期コンクリート構造物の初期破壊荷重と同等或いはこれを超える破壊荷重となるために必要な補修層の肉厚を求め、この肉厚となるように増肉する。

このときの補修後のコンクリート構造物の肉厚は、前記樹脂系補修材で形成された補修層の破壊荷重はコンクリート層に比べて大きいので、補修後のコンクリート構造物の破壊荷重が初期コンクリート構造物の初期破壊荷重と同等或いはこれを超える破壊荷重となる肉厚に増肉しても、この肉厚は初期のコンクリート構造物の肉厚を超えなくて済むので、コンクリート構造物の空間を縮小すること無く補修することが可能となる。

補修層を形成する、前記引張強度が８．０Ｎ／ｍｍ^２以上、付着強度が２．０Ｎ／ｍｍ^２以上、圧縮強度が４５．０Ｎ／ｍｍ^２以上、弾性係数が３２００Ｎ／ｍｍ^２以上の基準を満たす樹脂系補修材は、主剤となる樹脂や主剤に添加される硬化剤、充填剤の特性、主剤に添加される硬化剤、充填剤の添加量を調整することにより得られる。
補修層を形成する樹脂系補修材の主剤となる樹脂にあっては、補修層を形成する樹脂系補修材として、前記引張強度が８．０Ｎ／ｍｍ^２以上、付着強度が２．０Ｎ／ｍｍ^２以上、圧縮強度が４５．０Ｎ／ｍｍ^２以上、弾性係数が３２００Ｎ／ｍｍ^２以上が得られる樹脂であれば、樹脂の種類に特に限定されないが、熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂であることが好ましい。このような樹脂とすることにより、樹脂系補修材は短時間で硬化することから、補修作業時間の短縮化が図れる。

また、熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂としては、特に、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂とすることにより、前記引張強度が８．０Ｎ／ｍｍ^２以上、付着強度が２．０Ｎ／ｍｍ^２以上、圧縮強度が４５．０Ｎ／ｍｍ^２以上、弾性係数が３２００Ｎ／ｍｍ^２以上の樹脂系補修材が容易に得られる。

また、主剤となるエポキシ樹脂に充填剤として下水汚泥の焼却灰を添加してもよい。充填剤として下水汚泥の焼却灰を添加することにより、下水汚泥の焼却灰利用といった面からの省資源化が図れる。

本例では、樹脂系補修材として、以下の樹脂系補修材が使用されている。
本例の樹脂系補修材は、主剤となるエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型）に充填材を添加した補修主剤と、補修主剤に混合する硬化剤とからなり、エポキシ樹脂に添加する充填材の一部として下水汚泥の焼却灰を添加し、また、硬化剤にも充填材の一部として下水汚泥の焼却灰を添加している。

補修主剤について説明すると、エポキシ樹脂は補修主剤中３０〜４０重量％の範囲で混合される。本例では、エポキシ樹脂として、優れた耐薬品性を有するビスフェノールＡ型を使用している。
このエポキシ樹脂に添加される焼却灰は、下水処理の工程で排出される汚泥を脱水焼却し、粉砕機で粉砕して、最大粒径１００ミクロン以下、平均粒径１０〜３０ミクロンに粒度調整したものが使用される。この焼却灰を充填材の一部としてエポキシ樹脂に主剤中１０〜３０重量％の範囲で添加する。

本例では、他の充填材として、塗布性を良くするヒュームドシリカを補修主剤中０〜２重量％の範囲で、耐薬品性に優れ施工性のよいタルクを補修主剤中２〜２０重量％の範囲で、軽量フィラーとしてマイクロバルーンを補修主剤中１３〜３０重量％の範囲で、塗布性を良くするシリカサンドを補修主剤中６．５〜１０重量％の範囲で、亀裂抵抗と引張強度の改善として化学・金属繊維の１種または２種以上の繊維を補修主剤中０．５〜２重量％の範囲で添加している。

また、エポキシ樹脂に反応性希釈剤を補修主剤中１〜３重量％の範囲で添加している。反応性希釈剤はエポキシ樹脂を低粘度化させることにより作業性を良くし、耐薬品性に優れている。
反応性希釈剤が補修主剤中１重量％未満であると耐薬品性が低下し、エポキシ樹脂の低粘度が不十分となって作業性が悪くなり、また、３重量％を超えると指蝕乾燥時間が延びてしまうので好ましくない。

硬化剤にあっては、アミン樹脂は硬化剤中３０〜３７重量％の範囲で混合される。本例では、アミン樹脂は、変性脂環式ポリアミンと変性脂肪族ポリアミンを混合したものからなり、硬化剤中変性脂環式ポリアミンが１９〜２４重量％、変性脂肪族ポリアミンが１１〜１３重量％の範囲で混合される。

アミン樹脂に添加される焼却灰は、主剤のエポキシ樹脂に充填剤の一部として添加される焼却灰と同様に、下水処理の工程で排出される汚泥を脱水焼却し、粉砕機で粉砕して、最大粒径１００ミクロン以下、平均粒径１０〜３０ミクロンに粒度調整したものが使用される。この焼却灰を充填材の一部としてアミン樹脂に硬化剤中１０〜３０重量％の範囲で添加する。

前記補修主剤と前記硬化剤は、前記補修主剤と前記硬化剤の混合重量比が１００：４５〜１００：５５の範囲で混合され、樹脂系補修材となる。

次に、本発明実施例及び比較例を挙げて、本発明に係る円筒形コンクリート構造物の補修方法の特徴を破壊荷重を試験した試験結果により例証する。但し、本発明はこれらの実施例及び比較例によって何ら制限されるものではない。
＜試験方法＞
補修材として、表１に示す樹脂系補修材とセメント系補修材を用意する。

次に、内径４５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの無筋コンクリート管を用意し、
未処理のコンクリート管を参考例とし、
内面を７ｍｍ削除し樹脂系補修材ａを７ｍｍ厚塗布したものを実施例１、
内面を７ｍｍ削除し樹脂系補修材ｂを７ｍｍ厚塗布したものを実施例２、
内面を７ｍｍ削除し樹脂系補修材ｃを７ｍｍ厚塗布したものを実施例３、
内面を１４ｍｍ削除し樹脂系補修材ａを７ｍｍ厚塗布したものを実施例４、
内面を１４ｍｍ削除し樹脂系補修材ｂを７ｍｍ厚塗布したものを実施例５、
内面を１４ｍｍ削除し樹脂系補修材ｃを７ｍｍ厚塗布したものを実施例６とし、
内面を７ｍｍ削除し樹脂系補修材ｄを７ｍｍ厚塗布したものを比較例１、
内面を７ｍｍ削除しセメント系補修材を７ｍｍ厚塗布したものを比較例２、
内面を１４ｍｍ削除し樹脂系補修材ｄを７ｍｍ厚塗布したものを比較例３、
内面を１４ｍｍ削除しセメント系補修材を７ｍｍ厚塗布したものを比較例４とし、
それぞれの破壊荷重試験を行った。
試験方法は、油圧式全自動圧縮試験器（株式会社前川試験器製作所製）で管体を上下より圧縮して行った。

試験結果を表２に示す。

試験結果によれば、実施例１〜６の破壊荷重は、いずれも参考例とした未処理のコンクリート管（初期コンクリート管）の初期破壊荷重を上回っている。
この結果、コンクリートの劣化層を除去した後のコンクリート面に樹脂系補修材を塗布して形成した補修層による増肉がコンクリート構造物の初期厚を超えない範囲の増肉で、補修後のコンクリート構造物の破壊荷重として初期破壊荷重と同等以上の破壊荷重が得られることがわかった。

Claims (4)

1. 円筒形コンクリート構造物の補修方法であって、コンクリートの劣化層を全周に渡って除去し、劣化層除去後の健全なコンクリート面に、
   引張強度 ８．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
   付着強度 ２．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
   圧縮強度 ４５．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上
   弾性係数 ３２００Ｎ／ｍｍ^２ 以上
   の樹脂系補修材を塗布して補修層を形成することを特徴とする円筒形コンクリート構造物の補修方法。
2. 前記樹脂系補修材は、主剤が熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法。
3. 前記熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法。
4. 前記エポキシ樹脂には充填剤として下水汚泥の焼却灰が添加されていることを特徴とする請求項３に記載の円筒形コンクリート構造物の補修方法。