JP6468578B2 - 板状構造 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート造からなる板状の躯体が補強された板状構造に関する。

従来、繰り返し荷重が作用するコンクリート構造物として、自動車や列車などの車両用の床版や、地震などの揺れが作用する倉庫、工場等の建物の側壁および床スラブなどがある（例えば、特許文献１参照）。このようなコンクリート構造物では、鉄筋コンクリート造のものが多く、さらにコンクリートを鉄筋や鉄骨で補強して壁の剛性を高めているものもある。

特開２００４−３６０３３７号公報

しかしながら、上述した床版には自動車や列車の走行による繰り返し荷重がかかり、床版の躯体表面のコンクリートが剥がれ、このコンクリート片が散逸することとなる。例えば、道路において破壊されて飛び散ったコンクリートの破片が車両の走行の障害になったり、そのコンクリート片を跳ね飛ばしてしまうという問題があった。
また、コンクリート造の建物の場合には、大地震後に繰り返し来襲する余震によって側壁や床スラブにひび割れが発生し、その破壊によって生じるコンクリート片が落下するという問題があった。とくに側壁では、繰り返して余震が続くと、側壁自体の形状が保持できなくなり、側壁の自立性も失われて建物が倒壊するおそれがあることから、これら点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、繰り返し荷重を受けても板形状を保持することができ、破壊された躯体から生じるコンクリート片の散逸を防止することができる板状構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る板状構造では、板面に繰り返し荷重が作用するコンクリート造からなる板状の躯体の表面全体が包み込まれた状態で樹脂製の補強塗膜により被覆されてなり、該繰り返し荷重により前記躯体の変形が塑性域に達して前記躯体のコンクリートが破壊される板状構造において、前記補強塗膜は、引張強度が１０〜２５ＭＰａ、破断伸びが２００％以上の物性を有するポリウレア樹脂、又はポリウレタン樹脂からなり、前記躯体の表面を２〜４ｍｍの範囲の塗布厚で被覆されてなり、前記躯体の変形が塑性域に達して前記躯体のコンクリートが破壊されても、前記補強塗膜の変形抵抗力によって前記補強塗膜によって被覆された前記躯体の形状が保持され、変形量が減少し、前記躯体の局所破壊ないし全体破壊防止可能に設けられていることを特徴としている。

本発明では、ポリウレア樹脂、又はポリウレタン樹脂からなる補強塗膜が、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂であり、例えば１０〜２５ＭＰａ程度の高強度と例えば２００％以上の大きな破断伸び（伸び変形性能）を有する。このため、躯体の変形が塑性域に達しても、補強塗膜が躯体の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜によって躯体の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、繰り返し荷重に対応することが可能な板状構造を設けることができる。

仮に、繰り返し荷重を受けることにより躯体の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜によって躯体の表面が被覆された状態が維持される。これにより、躯体のコンクリート片の散逸が防止され、また、躯体が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。例えば、躯体が床版の場合において、車両の走行荷重による繰り返し荷重を受けることによって破壊が生じたコンクリート片が床版上に散乱し、車両の走行を阻害したり、そのコンクリート片が周囲に飛散するといった被害の増大を防止することができる。
しかも、補強塗膜は変形抵抗を有しているので、板状の躯体に衝撃が加わって撓み変形したときに、補強塗膜の変形抵抗力によって躯体を元の形状に戻す力が働く。その結果、躯体は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。
そして、本発明では、補強塗膜が躯体のうち２面以上に設けられているので、躯体の２面以上が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。

また、本発明の板状構造によれば、躯体に補強塗膜を吹き付けや塗布することによって形成されるので、鉄板やゴム材などで表面を補強する場合に比べて、容易に且つ安価に施工することができ、既設の躯体においても容易に施工できる。

また、本発明では、躯体の２面以上が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。

また、本発明では、躯体の表面全体が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより一層効果的に発揮される。

本発明の板状構造によれば、繰り返し荷重によって躯体が破壊されたとしても、その躯体のコンクリート片の散逸を防ぎ（局所破壊防止）、転倒したり崩壊したりせずに自立した形状を保持（全体破壊防止／形状保持）することができる。そのため、コンクリート片の散逸に伴う被害を抑えることができる。

本発明の実施の形態による床版の概略構成を示す一部破断斜視図である。 図１に示す床版の断面図である。 ポリウレア樹脂の力学的特性を示す図である。 変形例による床版の構成を示す断面図である。 実施例１による試験結果を示す図である。 実施例２による試験結果を示す図である。 他の実施の形態による板状構造の構成を示す部分立面図である。

以下、本発明の実施の形態による板状構造について、図面に基づいて説明する。

図１および図２に示すように、本実施の形態による床版１（板状構造）は、上面に自動車や列車などの車両が走行する構造体であって、鉄筋コンクリート造の躯体２の表面に靭性の高い樹脂製の補強塗膜３を被覆することで補強された構造である。

躯体２は、鉄筋コンクリート製であり、所定の厚さ寸法を有する板状部材である。ここで、本実施の形態の躯体２は、車両の走行によって上面２ａ側に繰り返し荷重を受け、厚さ方向（上下方向）に圧縮力が作用する。

躯体２に被覆される補強塗膜３は、上面２ａ（表面）および下面２ｂ（裏面）の表面全体を所定の塗布厚（例えば図２に示す厚さ寸法Ｄは４ｍｍ）をもって被覆するように設けられている。

上記した補強塗膜３は、躯体２の表面に吹き付けやローラーなどで塗布される樹脂製の塗膜であって、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる。例えば、補強塗膜３としては、イソシアネートとアミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂を用いることができる。

具体的に補強塗膜３は、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂からなる。例えば、ポリウレア樹脂の場合には、図３に示すような力学的特性を有している。ここで、補強塗膜３を構成する合成樹脂としては、例えば引張強度が鉄筋の十分の一程度の２０ＭＰａ程度（１０〜２５ＭＰａ）であって、破断伸びが２００％以上の物性を有する樹脂からなり、例えば「スワエールＡＲ−１００（登録商標：三井化学産資株式会社製）」が用いられる。なお、補強塗膜３の厚さ寸法Ｄは、２ｍｍ以上であることが好ましい。

ここで、床版１の躯体２に補強塗膜３を被覆する施工方法としては、塗布するコンクリート表面を十分に清掃して塵等を取り除いた後、プライマーを塗布し、その後、ポリウレア樹脂を躯体２の上面２ａおよび下面２ｂの全面にわたって所定厚さだけ塗布する。これにより、躯体２に層状の補強塗膜３が形成される。なお、プライマーの塗布は省略することも可能であり、或いは、補強塗膜３と躯体２との付着性を高めるために躯体２の表面を斫って凸凹に加工してもよい。

次に、上記した構成からなる床版１の作用について、具体的に説明する。
図１および図２に示すように、本実施の形態では、補強塗膜３が、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂であるため、躯体２の変形が塑性域に達しても、補強塗膜３が躯体２の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜３によって躯体２の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、繰り返し荷重に対応することが可能な床版１を設けることができる。

仮に、繰り返し荷重を受けることにより躯体２の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜３は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜３によって躯体２の表面が被覆された状態が維持される。これにより、躯体２のコンクリート片の散逸が防止され、また、躯体２が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状を保持される。例えば、躯体２が本実施の形態のように床版１の場合において、車両の走行荷重による繰り返し荷重を受けることによって破壊に生じたコンクリート片が床版１上に散乱し、車両の走行を阻害する原因となったり、そのコンクリート片が周囲に飛散するといった被害の増大を防止することができる。

しかも、補強塗膜３は変形抵抗を有しているので、床版１に衝撃が加わって躯体２が撓み変形したときに、補強塗膜３の変形抵抗力によって躯体２を元の形状に戻す力が働く。その結果、躯体２は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。

また、躯体２に補強塗膜３を吹き付けや塗布することによって形成されるので、鉄板やゴム材などで床版表面を補強する場合に比べて、容易に且つ安価に施工することができ、既設の床版においても容易に施工できる。

また、床版１の補強塗膜３が躯体２のうち２面以上（ここでは２面）に設けられ、とくに補強塗膜３が繰り返し荷重を受ける躯体２の上面２ａと、その反対側の下面２ｂとに設けられているので、躯体２の２面が補強塗膜３によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。

上述のように本実施の形態による板状構造（床版１）では、車両の走行による繰り返し荷重によって躯体２が破壊されたとしても、その躯体２のコンクリート片の散逸を防ぎ（局所破壊防止）、転倒したり崩壊したりせずに自立した形状を保持（全体破壊防止／形状保持）することができる。そのため、コンクリート片の散逸に伴う被害を抑えることができる。

（変形例）
次に、上述した実施の形態の変形例について説明する。
すなわち、上記した実施の形態では、床版１の躯体２のうち上面２ａおよび下面２ｂのみに補強塗膜３を設けているが、このような被覆範囲に制限されることはない。図４に示す変形例では、躯体２の表面全体、すなわち上面２ａ、下面２ｂおよび４つの側面２ｃの全表面にわたって補強塗膜３を被覆した構成となっている。
この場合、躯体２の表面全体が補強塗膜３によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより一層効果的に発揮される。

次に、上述した実施の形態および変形例による床版１（板状構造）の効果を裏付けるために行った試験例（実施例１、２）について以下説明する。

（実施例１）
実施例１では、矩形断面の鉄筋コンクリート製の梁材を試験体に使用し、その梁材の表面にポリウレア樹脂を塗布しない試験体１と、ポリウレア樹脂を塗布した試験体２、３、４とに対して載荷装置を使用した衝撃曲げ試験を行い、ポリウレア樹脂の塗布状況を変えた試験体１〜４の変形状態（亀裂や剥離）を確認した。
各試験体１〜４の梁材は、縦１００ｍｍ×横１２０ｍｍで長さ寸法が１２００ｍｍの６面を有する構造体であり、４週強度で２５Ｎ／ｍｍ^２のコンクリートを使用している。さらに、試験体１〜３の内部にＤ１３（芯被り３５ｍｍ）、せん断補強筋Ｄ６を使用している。そして、載荷条件としては、試験体１〜４を長さ方向を水平方向に向けて配置し、試験体１〜４の長さ方向の中心部に対して３０ｋＮの荷重を準静的な０．０００１ｍ／ｓの速度で載荷を付与した。

ここで、試験体１は梁材の６面に塗布厚４ｍｍのポリウレア樹脂を塗布したものであり、試験体２は梁材の６面に塗布厚２ｍｍのポリウレア樹脂を塗布したものであり、試験体３は梁材のうち長さ方向を水平方向に向けた状態で上面および下面の２面のみに塗布厚２ｍｍのポリウレア樹脂を塗布したもの（４側面にポリウレア樹脂を塗布しない場合）であり、試験体４は鉄筋とポリウレア樹脂を施していないものである。

図５は、上記試験体１〜４において、横軸を載荷点の変形量δ（ｍｍ）とし、縦軸を荷重Ｐ（ｋＮ）とした曲げ試験結果を示している。
図５に示すように、試験体１の場合には、変形量δが略４０ｍｍで破壊し、その破壊箇所においてコンクリート片が生じた。
上下２面にポリウレア樹脂２ｍｍを塗布した試験体２の場合は、変形量δが略６０ｍｍで破壊しているが、ポリウレア樹脂を塗布しない試験体１の場合よりはじん性が高い、つまり拘束効果（ラッピング効果）を有し、一定の形状保持効果があることが確認された。
また、梁材の表面全周（６面）にポリウレア樹脂を塗布した試験体１、２においては、降伏後（図５の降伏点Ｐ１より右側）でも３０ｋＮの荷重が維持されていることが確認できることから、ラッピング効果が大きく、形状保持効果が高いことがわかる。

（実施例２）
次に、実施例２では、上記実施例１における梁材の６面に塗布厚２ｍｍでポリウレア樹脂を塗布し、衝撃曲げ試験で載荷速度を変えた試験を行い、変形状態（亀裂や剥離）を確認した。
第１試験Ｔ１は４ｍ／ｓ（高速）の載荷速度とし、第２試験Ｔ２は０．５〜１ｍ／ｓ（中速）の載荷速度とし、第３試験Ｔ３は０．１〜０．５ｍ／ｓ（低速）の載荷速度とし、第４試験Ｔ４は０．０００１ｍ／ｓ（準静的速度）の載荷速度とした。

図６は、上記第１試験Ｔ１〜第４試験Ｔ４において、横軸を載荷点の変形量δ（ｍｍ）とし、縦軸を荷重Ｐ（ｋＮ）とした曲げ試験結果を示している。
図６に示すように、各試験Ｔ１〜Ｔ４ともに降伏後でも準静的最大荷重が維持されていることがわかる。このことから、ポリウレア樹脂を梁材の６面全体にわたって塗布する場合には、載荷速度にかかわらず、準静的最大荷重が維持されることを確認することができる。このとき、梁材の試験体は大きく変形し、約５度程度の角度で屈曲していたが、コンクリート片が生じることもなく、梁材としての形状が保持されていた。このように、ポリウレア樹脂を塗布した梁材は、衝撃や持続的な加力に対して有効であり、コンクリート片の発生を防ぐことができることが確認できた。

以上、本発明による板状構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では板状構造として床版１を適用対象としているが、これに限定されることはなく、他の形態の板状構造に適用することも可能である。
例えば、図７に示すように、例えば大規模地震後の余震による繰り返し荷重を受ける建物４（板状構造）に適用することも可能である。この場合、側壁４１において外面４１ａと内面４１ｂとが補強塗膜３で被覆され、床スラブ４２において上面４２ａと下面４２ｂとが補強塗膜３で被覆されている。
さらに、建物の側壁や床スラブのみではなく、繰り返し荷重を受ける梁や柱を補強塗膜の対象としても良い。

また、図７に示す上述の建物４の場合には、内部への漏水を防止する機能も求められているため、補強塗膜３を目地部を跨いで塗布させて目地部を被覆するように設けることが好ましい。これにより、目地部が破損し、目地部が一旦大きく開いたとしても、補強塗膜３の変形抵抗力によって戻る方向（すなわち、開かれた目地部を閉じる方向）の力が作用し、その結果、最終的な目地部の開き量が小さく抑えられるという効果を奏する。

さらに、補強塗膜３において、例えばガラス片やガラス繊維、ガラスフリット等を分散させてなる不燃性を有する混入材を、ポリウレア樹脂に混入させることも可能である。あるいは混入材として、例えばコンクリート、煉瓦、瓦、石綿スレート、鉄鋼、アルミニウム、モルタル、漆喰等のガラス以外の不燃材料であっても良い。

また、上記した実施の形態では、補強塗膜３として、イソシアネートとアミンとの化学反応により形成された化合物からなるポリウレア樹脂が用いられているが、本発明は、イソシアネートとポリオールとの化学反応により形成された化合物からなるポリウレタン樹脂を補強塗膜として用いることも可能であり、また、イソシアネートとポリオールとアミンとの化学反応により形成された化合物からなる樹脂を補強塗膜として用いることも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 床版（板状構造）
２ 躯体
２ａ 上面（表面）
２ｂ 下面（裏面）
３ 補強塗膜
４ 建物（板状構造）
４１ 側壁
４２ 床スラブ

Claims (1)

1. 板面に繰り返し荷重が作用するコンクリート造からなる板状の躯体の表面全体が包み込まれた状態で樹脂製の補強塗膜により被覆されてなり、該繰り返し荷重により前記躯体の変形が塑性域に達して前記躯体のコンクリートが破壊される板状構造において、
   前記補強塗膜は、引張強度が１０〜２５ＭＰａ、破断伸びが２００％以上の物性を有するポリウレア樹脂、又はポリウレタン樹脂からなり、前記躯体の表面を２〜４ｍｍの範囲の塗布厚で被覆されてなり、
   前記躯体の変形が塑性域に達して前記躯体のコンクリートが破壊されても、前記補強塗膜の変形抵抗力によって前記補強塗膜によって被覆された前記躯体の形状が保持され、変形量が減少し、
   前記躯体の局所破壊ないし全体破壊防止可能に設けられていることを特徴とする板状構造。

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