JP7078483B2 - 補強パネル、コンクリート構造物の補強方法および補強パネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、補強パネル、この補強パネルを利用したコンクリート構造物の補強方法および補強パネルの製造方法に関する。

既設コンクリート構造物の補強方法として、フレキシブルボード（板材）と繊維シートとが接着剤によって一体化された補強パネルを、既設コンクリート構造物の表面に接着剤により貼り付ける方法が知られている。例えば、特許文献１には、板材と板材の一方の面に接着された繊維シートとで構成された補強パネルを、繊維シート側の面をコンクリート構造物の表面に対向させた状態で固定するとともに、隣り合う補強パネル同士の接合部を塞ぐ接合部材を取り付けた後、コンクリート構造物の表面と補強パネルとの隙間に注入材を注入する補強方法が開示されている。

また、特許文献２には、上層板材と、上層板材よりも張り出した下層板材と、上層板材と下層板材との間に介設されているとともに上層板材よりも側方に張り出した繊維シートとが固着されてなる補強パネルを利用した補強方法が開示されている。この補強方法では、隣り合う補強パネルの下層板材同士を突き合わせた状態で、当該下層板材の表面において繊維シート同士を重ね合わせることで、補強パネル同士を接合している。

特許第３８３９４４６号公報 特開２０１４－７０４７４号公報

特許文献１の補強方法は、コンクリート構造物の表面の平滑度によっては、コンクリート表面と補強パネルとが接してしまい、注入材の充填が阻害されるおそれがある。また、隣り合う補強パネル同士の接合部では、繊維シートに予め樹脂含浸させておくことができないため、施工に手間がかかる。また、特許文献１の補強パネルは、地組することができなかった。また、特許文献２の補強方法では、繊維シートをコンクリート表面に直接接着させることができなかった。
このような観点から、本発明は、繊維シートとコンクリート構造物との一体性を確保するとともに、隣り合う補強パネルの繊維シート同士の連続性を確保することを可能とした補強パネルおよびコンクリート構造物の補強方法を提案するとともに、この補強パネルの製造方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の補強パネルは、第一板材と、繊維シートと、第二板材とが順に積層されたものである。前記第一板材には開口部が形成されていて、前記繊維シートが前記開口部において裏面側に露出している。また、前記第一板材および前記繊維シートが、前記第二板材よりも側方に張り出していて、前記開口部において前記繊維シートの裏面に粒状体が付着している。前記粒状体には、砂を使用すればよい。前記第一板材は、枠状であってもよいし複数の開口部が形成されたものであってもよい。

また、本発明のコンクリート構造物の補強方法は、補強パネルの第一板材の端面を隣接する他の補強パネルの第一板材の端面と突き合わせた状態で両補強パネルをコンクリート表面に固定する作業と、前記第一板材の前記第二板材から張り出した部分の表面において前記繊維シート同士を連結する作業と、隣り合う補強パネルの第二板材同士の間に接合部材を接着する作業と、前記開口部にセメント系充填材を注入する作業とを備えている。

本発明の補強パネルおよびコンクリート構造物の補強方法によれば、第一板材に形成された開口部において繊維シートが露出しているため、繊維シートをコンクリート表面に接着することができる。第一板材の第二板材から張り出した部分を隣り合う補強パネル同士の接合部に使用すれば、繊維シートと接合部材との密着性を確保することができ、ひいては、補強パネル同士の連続性を確保することができる。繊維シートの開口部に面した部分には、粒状材が付着されているため、セメント系充填材との付着性が向上し、その結果、繊維シートとコンクリート表面との一体性が確保されている。
なお、開口部へのセメント系充填材の注入は、予め前記第二板材に形成しておいた注入孔から注入するのが望ましい。また、前記第一板材と前記コンクリートとの間にシール材、セメント系材料、接着剤等を介設しておけば、開口部に注入した充填材が四散することを防ぐことができるので、第一板材をアンカーやセメント系充填材によりコンクリート部材により確実に固定することができる。また、セメント系充填材を使用しているため、耐火性に優れている。

前記補強パネルの製造は、第二板材の裏面に繊維シートを接着する第一工程と、開口部が形成された第一板材を前記開口部の表面側を前記第二板材で遮蔽するように前記繊維シートの裏面に接着する第二工程と、前記開口部内において、前記繊維シートの裏面に粒状体を付着させる第三工程とにより行う。ここで、「裏面」とは、補強パネルをコンクリート構造物に設置した際のコンクリート構造物側の面である。
なお、粒状体の繊維シートへの付着は、第二板材の裏面に繊維シートを接着する際に当該繊維シートに含浸させた接着剤が硬化する前に粒状体を散布（撒く、敷均す等）することにより行ってもよいし、第二板材に接着した繊維シートの裏面に改めて接着剤を塗布してから粒状体を散布することにより行ってもよい。
補強パネルの製造は、開口部が形成された第一板材の表面に繊維シートを接着する第一工程と、前記繊維シートの表面に前記開口部の表面側を遮蔽する第二板材を接着する第二工程と、前記開口部内において、前記繊維シートの裏面に粒状体を付着させる第三工程とにより行ってもよい。

本発明の補強パネルおよびコンクリート構造物の補強方法によれば、繊維シートとコンクリート構造物との一体性を確保するとともに、隣り合う補強パネルの繊維シート同士の連続性を確保することが可能となる。また、本発明の補強パネルの製造方法によれば、コンクリート構造物と一体化した補強構造を構築することが可能な補強パネルを製造することができる。

（ａ）は本実施形態の補強パネルを表面側から見た斜視図、（ｂ）は同補強パネルを裏面側から見た斜視図である。 図１の補強パネルの分解斜視図である。 補強パネルの取付状況を示す部分拡大断面図である。 本実施形態のコンクリート構造物の補強方法の作業状況を示す断面図であって、（ａ）は固定作業、（ｂ）は連結作業である。 図４（ｂ）に続くコンクリート構造物の補強方法の作業状況を示す断面図であって、（ａ）は連結作業、（ｂ）は接合作業、（ｃ）は充填作業である。 付着試験の概要を示す断面図であって、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２である。 （ａ）～（ｃ）は、他の形態に係る補強パネルの第一板材を示す平面図である。

以下、補強パネル１を既設コンクリート構造物の表面に接着するコンクリート構造物の補強方法について説明する。本実施形態の補強パネル１は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、第一板材２、繊維シート３および第二板材４が一体に積層された板状部材である。第一板材２、繊維シート３および第二板材４は、コンクリート構造物側から順に積層されている。
第一板材２には、図２に示すように、開口部２１が形成された枠状板材である。本実施形態の第一板材２は、繊維強化セメント板（いわゆるフレキシブルボード）である。第一板材２には、複数のアンカー孔２２が形成されている。本実施形態では、第一板材２には、一対の長辺に沿ってそれぞれ３つ（計６カ所）のアンカー孔２２が等間隔に形成されている。なお、アンカー孔２２の配置、数および直径等は、限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、アンカー孔２２は、補強パネル１の固定方法に応じて形成すればよく、省略してもよい。また、第一板材２を構成する材料は、繊維強化セメント板に限定されるものではなく、例えば、鉄板や高強度の繊維強化セメント板（曲げ強度が約５０Ｎ／ｍｍ^２）を使用してもよい。

繊維シート３は、第一板材２の外形と同等の外形を有したシート材である。なお、繊維シート３を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維等を使用すればよい。繊維シート３は、図１（ｂ）に示すように、開口部２１において裏面側（コンクリート構造物との接着面側）に露出している。開口部２１に面する繊維シート３の露出面（裏面）には、粒状体５が付着している。そのため、図３に示すように、補強パネル１の凹部の底面（開口部２１に面する繊維シート３の裏面）には、多数の凹凸が形成されていて、開口部２１に充填されたセメント系材料（無収縮モルタル９）と繊維シート３との一体性が高められている。本実施形態では、粒状体５として、珪砂を使用する。なお、粒状体５を構成する材料は、繊維シート３の裏面（コンクリート構造物との接着面）に凹凸を形成して、セメント系充填材と繊維シート３との一体性を向上させることが可能な材料であれば限定されるものではなく、例えば、珪砂以外の砂（山砂、川砂、砕砂等）であってもよいし、砂以外の粒状体（アルミナやセラミック等）であってもよい。
繊維シート３は、既設コンクリート構造物の構造性能レベル、劣化の進行具合、作用応力等に応じて炭素繊維量を適宜設定する。なお、繊維シート３は、複数枚積層されていてもよい。

第二板材４は、第一板材２の外形よりも小さな外形を有した平板である。そのため、第一板材２および繊維シート３は、第二板材４よりも側方に張り出している。本実施形態の第二板材４は、繊維強化セメント板（いわゆるフレキシブルボード）である。第二板材４には、角部と長辺の中央部（計６カ所）にそれぞれアンカー孔４１が形成されている。なお、第二板材４のアンカー孔４１の位置、数および直径は、第一板材２のアンカー孔２２の位置、数および直径に対応している。また、アンカー孔４１は、補強パネル１の固定方法に応じて形成すればよく、省略してもよい。第二板材４には、第一板材２の開口部２１の位置に対応して、注入孔４２および空気抜き孔４３が形成されている。本実施形態では、開口部２１の対角に配置された一対の角部に対応する位置に、注入孔４２と空気抜き孔４３がそれぞれ形成されている。なお、注入孔４２および空気抜き孔４３の配置、数、形状等は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

補強パネル１を製造するには、まず、第二板材４の裏面に繊維シート３を接着する（第一工程）。第二板材４への繊維シート３の接着は、第二板材４に繊維シート３を重ねた状態で、接着剤を含浸させることにより行う。このとき、繊維シート３のうち、第二板材４と重なる部分以外の部分（繊維シート３の端部）には、接着剤を含浸させない。なお、繊維シート３は、裏面に接着剤が塗着された第二板材４に重ねてもよい。
次に、第一板材２を繊維シート３の裏面に接着する（第二工程）。第一板材２は、第一工程において繊維シート３に含浸させた接着剤が硬化する前に繊維シート３に密着させる。このとき、第一板材２のアンカー孔２２と第二板材４のアンカー孔４１との位置を一致させるとともに、第一板材２の開口部２１の表面側が第二板材４によって遮蔽されるように（平面視した際に開口部２１が第二板材４で覆われるように）、第一板材２を繊維シート３の裏面に重ねる。なお、第一板材２は、繊維シート３の裏面に改めて接着剤を塗布してから繊維シート３の裏面に接着してもよい。
続いて、開口部２１内において、繊維シート３の裏面に粒状体５を付着させる（第三工程）。粒状体５は、第一工程において繊維シート３に含浸させた接着剤が硬化する前に開口部２１内に散布することにより繊維シート３に付着させる。なお、粒状体５は、繊維シート３の裏面に改めて接着剤を塗着させてから散布してもよい。

補強パネル１を利用したコンクリート構造物の補強方法は、固定作業、連結作業、接合作業および充填作業を備えている。
固定作業は、図４（ａ）に示すように、隣り合う補強パネル１の第一板材２の端面同士を突き合わせた状態で、両補強パネル１をコンクリート構造物に固定する作業である。このとき、第一板材２とコンクリート面との間にシール材６を介設する。補強パネル１は、アンカー孔２２，４１に挿通したアンカー７を介してのコンクリート構造物に固定する。このとき、第一板材２は、シール材６を介してコンクリート面Ｃに密着させる。なお、補強パネル１の固定方法は限定されるものではなく、例えば、第一板材２をコンクリート面Ｃに接着してもよい。また、シール材６は、必要に応じて介設すればよく、省略してもよい。また、シール材６は、第一板材２の周縁のみに配置してもよい。さらに、シール材６に代えて、セメント系材料や接着剤等を介設してもよい。

連結作業は、図４（ｂ）に示すように、第一板材２の第二板材４から張り出した部分の突き合わせ部（以下、当該突き合わせ部を「接合部８」という）の表面において、繊維シート３同士を連結する作業である。具体的には、まず、隣り合う補強パネル１の接合部８に跨って、接合シート８１を配設する。次に、図５（ａ）に示すように、接合シート８１の表面に、両補強パネル１の繊維シート３の端部を重ねる。接合シート８１は、接合部８の表面に接着するとともに、繊維シート３の端部と接着する。なお、補強パネル１に複数枚の繊維シート３が積層されている場合には、複数の接合シート８１を積層することで、積層された繊維シート３同士の間に接合シート８１を介設させるのが望ましい。ここで、接合シート８１を構成する材料は、繊維シート３と同質のシート材とする。

接合作業は、図５（ｂ）に示すように、隣り合う補強パネル１の第二板材４同士の間に接合部材８２を接着する作業である。接合部材８２は、隣り合う補強パネル１の第二板材４同士の間に形成された隙間と同じ形状の板材であり、第二板材４と同じ材質からなる。接合部材８２は、第二板材４同士の間において、接合部８の表面を覆うように繊維シート３の表面に接着する。なお、接合部材８２の固定方法は限定されるものではなく、例えば、接合部材８２および第一板材２を貫通するアンカーにより固定してもよい。

充填作業は、図５（ｃ）に示すように、開口部２１に無収縮モルタル（セメント系充填材）９を注入する作業である。無収縮モルタル９は、第二板材４の注入孔４２に接続した注入パイプから注入する。無収縮モルタル９の注入作業は、空気抜き孔４３から無収縮モルタル９が流出して、開口部２１内への無収縮モルタル９の充填が確認されるまで行う。なお、開口部２１へ無収縮モルタル９を充填する際のコンクリート面Ｃは、湿潤状態であってもよいし、乾燥していてもよい。なお、開口部２１に注入するセメント系充填材は、無収縮モルタル９に限定されるものではなく、例えば、ポリマーセメントモルタルやグラウト等を使用してもよい。また、開口部２１には、セメント系充填材に代えて、樹脂系注入材（エポキシ樹脂やアクリル樹脂等）を注入してもよい。

以上、本実施形態の補強パネル１を利用したコンクリート構造物の補強方法によれば、第一板材２に形成された開口部２１において繊維シート３がコンクリート面Ｃ側に露出しているため、繊維シート３をコンクリート面Ｃに直接接着することができる。そのため、繊維シート３とコンクリート構造物との一体性をより確実にし、ひいては、繊維シート３による補強効果を十分に発揮できる。
開口部２１に無収縮モルタル９を充填することで、繊維シート３とコンクリート面Ｃとの一体性を確保することができる。繊維シート３の裏面に粒状体５が付着しているため、繊維シート３と無収縮モルタル９との一体性が確保されており、その結果、繊維シート３とコンクリート面Ｃとの一体性が確保される。また、開口部２１に不燃性の無収縮モルタル９を使用しているため、耐火性に優れた補強構造を構築することができる。

第一板材２とコンクリート面Ｃとの間にシール材６が設けられているため、シール材６によって、開口部２１に注入した無収縮モルタル９が四散することを防ぐことができ、かつ、無収縮モルタル９を充填する範囲を補強パネル１毎に区切ることができる。そのため、無収縮モルタル９の未充填箇所が発生するリスクを最小限に抑えることが可能となり、より確実に施工することができる。さらに、第一板材２が、スペーサーとして機能するため、無収縮モルタル９を注入するためのスペース（開口部２１）を確実に確保することができる。すなわち、コンクリート面Ｃに凹凸がある場合であっても、無収縮モルタル９を確実に充填することができる。

第二板材４がアンカー固定されているため、無収縮モルタル９の注入圧によって繊維シート３の変形を小さくすることができる。したがって、確実な施工を可能にすることができる。
第一板材２のうち、第二板材４から張り出した部分で隣り合う補強パネル１同士の接合部８を形成することで、繊維シート３と接合部材８２との密着性を確保することができ、ひいては、補強パネル１同士の連続性を確保することができる。
第一板材２に開口部２１が形成されているため、補強パネル１の軽量化が実現されることで、補強パネル１の取扱い性が向上する。その結果、作業性が向上し、ひいては、工期短縮化を図ることができる。

以下、本実施形態の補強パネル１の性能について検証した結果について説明する。本検証では、付着試験を実施して、セメント系充填材（無収縮モルタル９）の付着力に対する粒状体５の効果を確認した。
付着試験は、図６に示すように、コンクリート部材の表面（コンクリート面Ｃ）に、フレキシブルボード（第二板材４）を接着した供試体を製造し、切り込みＫにより区画された所定の範囲（矩形状の領域）について、コンクリート面Ｃからフレキシブルボードを引き剥がした際の接着力を測定した。なお、切り込みＫは、フレキシブルボードの表面からコンクリート部材の一部を切断する深さとした。目標接着力は１．５Ｎ／ｍｍ^２として、測定を３回行ってその平均値を算出した。

本付着試験では、実施例として、図６（ａ）に示すように、コンクリート面Ｃ側から順に無収縮モルタル９、繊維シート３およびフレキシブルボード（第二板材４）を積層した。繊維シート３の裏面（無収縮モルタル９との接触面）には、珪砂（粒状体５）が付着されている。なお、測定は、第二板材４の表面に接着剤Ｇにより接着した試験治具Ｔをコンクリート面Ｃ（第二板材４）と直交する方向に引っ張ることにより行った。
また、比較例１として、粒状体５を使用しない場合についても実施例と同様に接着力を測定した。図６（ｂ）に示すように、コンクリート面Ｃ側から順に無収縮モルタル９、粒状体５が付着されていない繊維シート３およびフレキシブルボード（第二板材４）を積層した。
さらに、比較例２として、接着剤として一般的に用いられるエポキシ樹脂９ａによりフレキシブルボードを接着した場合についても実施例と同様に接着力を測定した。図６（ｃ）に示すように、コンクリート面Ｃ側から順にエポキシ樹脂９ａ、粒状体５が付着されていない繊維シート３およびフレキシブルボード（第二板材４）を積層した。
試験結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例の付着力の平均値は、２．６６Ｎ／ｍｍ^２となり、目標接着力（１．５Ｎ／ｍｍ^２）を上回る結果となった。これは、エポキシ樹脂９ａにより接着した比較例２の２．６９Ｎ／ｍｍ^２と同程度であった。したがって、本実施形態の補強パネル１を使用すれば、充填材（接着剤）として、セメント系充填材を使用した場合であっても、エポキシ樹脂９ａと同程度の一体性を確保できることが確認できた。
一方、繊維シート３に粒状体５が付着されていない比較例１は、接着力が０．２１Ｎ／ｍｍ^２となり、目標値を確保することができなかった。そのため、粒状体５によりコンクリートと繊維シート３との一体性が向上することが確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、第一板材２が、１つの矩形状の開口部２１を有した枠状部材である場合について説明したが、開口部２１の形状は限定されるものではなく、例えば、小判形（図７（ａ）参照）、円形、楕円形、矩形以外の多角形であってもよい。また、第一板材２には、図７（ｂ）または（ｃ）に示すように、複数の開口部２１が形成されていてもよい。なお、この場合における複数の開口部２１の形状は限定されるものではなく、矩形状（図７（ｂ）参照）、その他の多角形状、円形（図７（ｃ）参照）、楕円形、小判形等であってもよい。

前記実施形態では、固定作業において、第一板材２をコンクリート面Ｃに当接させる場合について説明したが、第一板材２とコンクリート面Ｃとの間に隙間をあけておき、接着工程において第一板材２をコンクリート面Ｃに接着してもよい。また、補強パネル１を設置するコンクリート面Ｃには、目荒らしにより凹凸を形成しておいてもよい。
繊維シート３の接合部８の位置に対応する部分には、予め樹脂を含浸させておいてもよいし、樹脂が未含浸であってもよい。

前記実施形態では、補強パネル１同士を、コンクリート面Ｃに設置した状態で連結する場合について説明したが、複数の補強パネル１を予め連結（地組）してから、コンクリート面Ｃに設置してもよい。
前記実施形態では、接合部８に接合シート８１を配設する場合について説明したが、少なくとも一方の補強パネル１の繊維シート３が第一板材２よりも側方に張り出している場合には、補強パネル１の繊維シート３同士を重ねることで、連結してもよい。

補強パネル１を製造する手順は前記実施形態で示した手順に限定されるものではない。例えば、第一板材２の表面に繊維シート３を接着してから、繊維シート３の表面に開口部２１の表面側を遮蔽する第二板材４を接着し、その後、開口部２１内において繊維シート３の裏面に粒状体５を付着させることにより補強パネル１を製造してもよい。

１ 補強パネル
２ 第一板材
２１ 開口部
２２ アンカー孔
３ 繊維シート
４ 第二板材
４１ アンカー孔
４２ 注入孔
４３ 空気抜き孔
５ 粒状体
６ シール材
７ アンカー
８ 接合部（突き合わせ部）
８１ 接合シート
８２ 接合部材
９ 無収縮モルタル（セメント系充填材）
Ｃ コンクリート面

Claims (10)

1. 第一板材と、繊維シートと、第二板材とが順に積層されてなる補強パネルであって、
   前記第一板材に開口部が形成されているとともに、前記繊維シートが前記開口部において裏面側に露出しており、
   前記第一板材および前記繊維シートが、前記第二板材よりも側方に張り出していて、
   前記開口部において、前記繊維シートの裏面に粒状体が付着していることを特徴とする、補強パネル。
2. 前記粒状体が、砂であることを特徴とする、請求項１に記載の補強パネル。
3. 前記第一板材が、枠状であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の補強パネル。
4. 前記第一板材に複数の前記開口部が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の補強パネル。
5. 複数の請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の補強パネルをコンクリートに接着するコンクリート構造物の補強方法であって、
   隣り合う前記補強パネルの前記第一板材の端面同士を突き合わせた状態で、両前記補強パネルを前記コンクリートに固定する作業と、
   前記第一板材の前記第二板材から張り出した部分の表面において、前記繊維シート同士を連結する作業と、
   隣り合う前記補強パネルの前記第二板材同士の間に接合部材を接着する作業と、
   前記開口部にセメント系充填材を注入する作業と、を備えていることを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法。
6. 前記第二板材に注入孔が形成されており、前記注入孔から前記開口部に前記セメント系充填材を注入することを特徴とする、請求項５に記載のコンクリート構造物の補強方法。
7. 前記第一板材と前記コンクリートとの間にシール材を介設することを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のコンクリート構造物の補強方法。
8. 第二板材の裏面に繊維シートを接着する第一工程と、
   開口部が形成された第一板材を前記繊維シートの裏面に接着する第二工程と、
   前記開口部内において、前記繊維シートの裏面に粒状体を付着させる第三工程と、を備える補強パネルの製造方法であって、
   前記第二工程において、前記開口部の表面側を前記第二板材で遮蔽することを特徴とする、補強パネルの製造方法。
9. 前記第一工程では、前記第二板材の裏面に前記繊維シートを重ねた後、当該繊維シートに接着剤を含浸させ、
   前記接着剤の硬化前に前記第二工程および前記第三工程を実施することを特徴とする、請求項８に記載の補強パネルの製造方法。
10. 開口部が形成された第一板材の表面に繊維シートを接着する第一工程と、
    前記繊維シートの表面に前記開口部の表面側を遮蔽する第二板材を接着する第二工程と、
    前記開口部内において、前記繊維シートの裏面に粒状体を付着させる第三工程と、を備えることを特徴とする、補強パネルの製造方法。

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