JP4836614B2 - コンクリート構造物の補強方法 - Google Patents

Description

この発明は、コンクリート構造物のコンクリート部に生じる剥離やひび割れ、ジャンカ等を補強する技術分野に属し、更に云うと、面状補強材と、スリットへ充填した補強用充填材とを一体化させて立体的な補強枠材を形成して、曲げ変形や押し抜き力に対する剛性を発揮させる補強方法に関する。

従来から、架橋やトンネル等のコンクリート構造物は、その表面に経年変化や疲労等によるひび割れ、材料分離や締め固め不足によるジャンカ等の破損が生じ、１つの破損から縦横の亀裂が発生し、更にはこれらの亀裂が成長して細網化し、最終的にはコンクリートの剥離等の原因となる問題がある。そこで、そのようなコンクリート構造物の表面を補強する方法として、コンクリート部にＦＲＰシートを接着剤等で接着させる方法が広く公知である。下記の特許文献１又は２にはＦＲＰシートとして接着強度の高い光硬化性樹脂を用いた技術が開示されて公知である。

即ち、特許文献１にはコンクリート部にスチールメッシュで成る金属メッシュ（金網とも云う）を補強材とし、その片面又は両面に光硬化性樹脂を含浸させて成るプリプレグシート（ＦＰＲ系列）を巻き付け、光を照射することで光硬化樹脂が硬化しコンクリート表面に接着する方法が開示されている。

また特許文献２には、コンクリート構造物のコンクリート表面の補修必要箇所に多孔質シート状体、該多孔質シート状体よりも大きい光硬化プリプレグの順に積層し、光硬化プリプレグに光照射して硬化させて、光硬化プリプレグの周囲をコンクリート表面と接着し、同プリプレグに設けた注入口から硬化性液体を圧入、硬化させてコンクリートを補強する方法が開示されている。

ところで、特許文献３には、コンクリート構造物の床版の表面に幅１５ｍｍ、深さ１５ｍｍ程度の格子状のスリット（溝）を設け、前記スリット内に溝と同ピッチの格子を備えたＦＲＰ製の格子筋を嵌め込み、必要箇所に固定用のアンカーを嵌入し、同アンカーを嵌入しない溝に粘土状樹脂を、格子筋を覆うように被せた後、充填材の漏れ止め用の剥離型樹脂を吹き付け、前記アンカー内部に注入器を接続し低粘度樹脂で成る充填材を注入して硬化させた後、前記剥離樹脂を剥離してコンクリート表面を補強する方法が開示されている。
特開２００４−１３１９８５号公報 特開２００４−１５０２３８号公報 特開２００３−２９３３２４号公報

従来のＦＲＰシートを接着剤によりコンクリート表面に接着させる方法は、接着剤やコンクリートの経年変化により接着が低下して剥がれる虞がある。また、劣化したコンクリート表面に接着されると接着強度を保てない。補助工法としてアンカー施工を行う方法が実施されている。しかし、アンカーは部分的な点でしか支えておらず、コンクリートは引張に弱いため、１点に対して応力集中となりアンカー引き抜きやひび割れ、円錐形型にコンクリートを破壊させてしまう。またひび割れが生じているコンクリートには実施できず、取り付け場所も限定される不便さがある。

特許文献１記載の発明は、金属メッシュを補強材として用いることで、コンクリートの飛び出し防止効果を発揮させ、軸方向の鉄筋の座屈を防止することができ、もってはＲＣ部材の曲げ変形性能を向上する効果が記載されている。しかし、金属メッシュはコンクリートの外周面に貼り付けられるものであり、その線径は０．２〜０．４ｍｍと細いものであるため大振動時に発生する曲げや引き抜き力に対する剛性を期待できる構成ではない。更に、硬化性樹脂のみで接着しているため。接着強度が硬化性樹脂の経年変化により低下し、外力により金属メッシュがコンクリート部上を移動したり、抜け落ちてしまう虞がある。

また、金属メッシュ（金網）を補強材としてコンクリート表面に巻き付け又は貼り付けて覆ってしまうため、施工後のコンクリート部の浮きや劣化の進行を目視することができないほか、硬化性樹脂とコンクリートが十分接着しているかを確認することができないという問題点がある。

特許文献２記載の発明は、多孔質シート状体の上に積層される一回り大きい光硬化プリプレグ（ＦＲＰ系）の周囲とコンクリート表面とを光照射により硬化して接着するため、接着可能な面積が少なく、接着面のコンクリートが劣化していると接着強度を著しく低下させてしまう。また、上記の方法は一時的な補修であり、コンクリートに発生する曲げや押し抜き力等の外力に対する剛性を十分に発揮させることや、ひび割れや劣化等のコンクリート表面の損傷を防止するものではない。

特許文献３記載の発明は、コンクリート構造物の床版の表面に幅１５ｍｍ、深さ１５ｍｍ程度の格子状のスリットを設けてＦＲＰ製の格子筋を嵌め込んで、格子筋の移動を拘束すると共に、床版の変位に追従しながら引っ張り応力（曲げや引き抜き応力）を発揮する効果が記載されている。しかし、格子筋を嵌め込むスリットの深さはコンクリート部から１５ｍｍ程度であり、曲げや引き抜き力等の外力に対する剛性を発揮することは困難な深度である。且つ、劣化しているコンクリート部は健全部に達するまで相当の深さとなっているため、１５ｍｍ程度では外力に対する剛性を発揮できない。また、充填材の漏れ止め用にコンクリート部に剥離型樹脂を吹き付けるが、低粘度樹脂が硬化した剥離するためコンクリート表面は補修・補強前と同じむき出し状態となる。したがってコンクリートの劣化等の損傷を補修・補強することはしても、ひび割れや劣化等の進行を抑制することは考慮されていない。

本発明の目的は、面状補強材と、スリットへ充填した補強用充填材とを一体化させて立体的な補強枠材を形成して、曲げ変形や押し抜き力に対する剛性を十分に確保すると共に、コンクリートのひび割れや劣化等の進行を抑制するコンクリート構造物の補強方法を提供することにある。

本発明の次の目的は、面状補強材とスリット内の補強用充填材とを一体化させた補強枠材の抜け落ちを形状的に防止するコンクリート構造物の補強方法を提供することにある。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るコンクリート構造物の補強方法は、
コンクリート構造物１のコンクリート部１ａを補強する方法において、
前記コンクリート部１ａの補強必要箇所に、深さは表面から少なくとも２０ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍで一定方向へ連続する溝形状のスリット２を形成する工程と、
前記スリット２を形成したコンクリート部１ａの表面に面状補強材３を当てがって被覆し接着する工程と、
前記スリット２内へ補強用充填材４を充填し硬化させて表面の面状補強材３と一体化させ立体的な補強枠材５を形成する工程と、から成ることを特徴とする。

請求項２記載の発明に係るコンクリート構造物の補強方法は、
コンクリート構造物１のコンクリート部１ａを補強する方法において、
前記コンクリート部１ａの補強必要箇所に、深さは表面から少なくとも２０ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍで一定方向へ連続する溝形状のスリット２を形成する工程と、
前記スリット２内へ線状補強材６を内設する工程と、
前記スリット２を形成したコンクリート部１ａの表面に面状補強材３を当てがって被覆し接着する工程と、
前記スリット内へ補強用充填材４を充填し硬化させて表面の面状補強材３と一体化させ立体的な補強枠材５を形成する工程と、から成ることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載したコンクリート構造物の補強方法において、
スリット２は、重力作用方向に対して抵抗する一定の角度を付けて設けて、又はスリット２の断面形状を深さ方向に開口幅が変化する楔形形状に形成することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載したコンクリート構造物の補強方法において、
スリット２は、格子形状配置、若しくは線状配置に、又は格子状配置と線状配置とを組み合わせた複合配置、或いは市松模様配置、若しくは亀甲配置の形状に形成することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２に記載したコンクリート構造物の補強方法において、
線状補強材６は、横断面がＬ型又はＴ型のＦＲＰ及び／又は鋼材で成ることを特徴とする。

請求項１〜５に記載した発明に係るコンクリート構造物の補強方法は、以下のような効果を奏する。
１）コンクリート部１ａの表面から少なくとも２０ｍｍ（２０ｍｍ以上）の深さまで、幅は少なくとも５ｍｍ（５ｍｍ以上）で一定方向に連続するスリット２を形成したコンクリート部１ａの表面に面状補強材３を当てがって被覆し接着させ、同スリット２内に補強用充填材４を充填すると、前記面状補強材３と、スリット２へ充填した補強用充填材４とが一体化されて立体的な補強枠材５が形成され、同補強枠材５が曲げや引き抜き力等の外力に対する剛性を十分に発揮してコンクリート部１ａを強固に補強できる。また、補強用充填材４が、充填時にコンクリート部１ａ又はスリット２の内部に発生したひび割れやジャンカ等を必要十分に埋めて補修できコンクリート部１ａの健全性を高める。
２）コンクリート部１ａに強固に接着された光硬化性樹脂シートの面状補強材３と、スリット２へ充填した補強用充填材４とが強固に一体化されるので、両者を一体化して形成した補強枠材５がコンクリート部１ａと強固に一体化され補強できる。
３）スリット２は一定方向へ連続する形状に形成するので、補強用充填材４は一カ所から注入するのみで実施できるので作業性が良いし、スリット２を設ける際にコンクリート部の浮きの部分や劣化した部分をはつり落とすことでコンクリートの劣化等の損傷の進行を最小限に止めることができる。
４）スリット２内に線状補強材６を配置するので、スリット２へ充填した補強用充填材４と一体化して曲げや引き抜き力等の外力に対する剛性を高めるほか、線状補強材６が横断面Ｌ型、Ｔ型等の水平部を有する補強材であると、スリット２と面状補強材３との間に前記補強材５の水平部が介在されるので一体化を高めることができる。
５）スリット２は重力方向に対して角度を付けて設けるか、又は深さ方向に開口幅が変化する楔形形状とするので、面状補強材３と、スリット２内へ充填した補強用充填材４とを一体化して形成した補強枠材５の抜け落ちを形状的に防止できる。

本発明は、コンクリート構造物１のコンクリート部を補強する方法である。
前記コンクリート部１ａから同コンクリート内の一定の深さＳまで一定方向へ連続する溝形状のスリット２を形成する。
前記スリット２を形成したコンクリート部１ａに面状補強材３をあてがって被覆し接着する。前記スリット２内に補強用充填材４を充填して立体的な補強枠材５を形成し、スリット２と面状補強材３を一体化させる。

以下、本発明に係るコンクリート構造物の補強方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明は、架橋のコンクリートスラブ（床版）やトンネル覆工コンクリートの補強、及びボックスカルバートの側面やスラブの補強等のコンクリート表面が劣化している部分に積極的に実施可能である。

図１は、既存コンクリート構造物１のコンクリート部１ａの補強必要箇所に、同コンクリート部１ａの外面（表面）から一定の深さＳまで一定方向へ連続する溝形状のスリット２を形成し、スリット２を形成したコンクリート部１ａの外面を覆うように面状補強材３を当てがって被覆し接着した後、前記スリット２内に補強用充填材４を充填して、スリット２と面状補強材３とを一体化させた状態を示した。

具体的には、まずコンクリート部１ａのひび割れ、ジャンカ、浮き等の劣化を除去する下地処理を行う。その際、コンクリート部１ａに、少なくとも一定の深さＳを深度とするスリット２をコンクリートカッター等により形成する。一定の深さＳとは、後述する立体的な補強枠材５のブリッジを形成可能な深さ例えば２０ｍｍ以上の深さであり、幅は５ｍｍ以上とする。
主筋や配筋が施されている鉄筋コンクリート等のコンクリート構造物１に、コンクリートカッターによって深い深度に刃を入れると前記主筋を切ってしまう虞がある。その場合には、ウォータージェットを用いコンクリート強度の３倍の１００ＭＰａ〜２００ＭＰａのジェット水によりスリット２を形成することが好ましい。上記の方法でスリット２を形成するので、ブレーカーのようにひび割れの発生や拡大を防ぐことができる。また、スリット形成時にコンクリート部１ａに存在する劣化等の損傷をはつり落とすことができ、劣化の進行を抑制することができる。
その後、必要に応じてプライマー処理を行って後述する面状補強材３を密実に接着させる準備をする。

前記スリット２の形状の具体例は図２に示した、つまり図２Ａの格子状配置に設けても良いし、図２Ｂの平行な線状配置としても良い。また、図２Ｃの格子状配置と線状配置を組み合わせた複合配置や、図２Ｄに示すような市松模様配置とする形状としても良い。また図示することは省略したが亀甲配置とすることも考えられる（請求項４記載の発明）。

図１では前記スリット２は重力方向に平行に形成しているが、この限りではなく例えば図３Ａ〜Ｅに示した形状に形成することも好適に成される。つまり図３Ａ〜Ｅは重力方向に対して角度を付けた形状を形状に形成しており、抜け落ちを防止できる効果がある。図３Ａは内側に傾斜した形状であり、図３Ｂは外側に傾斜した形状、図３Ｃは内側と外側を交互に傾斜させた形状である。図３Ｄ及び図３Ｅはトンネル内の例えばボックスカルバートのような半円に対応したスリット２の形状を示している。水平線上に位置するトンネル内のコンクリート部では図３Ｄに示すようにトンネルの側面と重力方向が平行であるので、コンクリート部に対して直角にスリット２を設ける。トンネル内のＲ部分においては図３Ｅに示すとおり斜め形状とされている。

更に、抜け落ちを防止するスリット形状として図４Ａに示すように、断面形状の深さ方向に開口幅が変化する、図示例では広くなる楔形形状とすることもできる。また、図４Ｂに示すように曲げや押し抜き力等の外力に対する剛性を発揮する深さＳ（図示省略）まで到達したスリット２の底面部にアンカー材２０を打ち込んで実施しても良い。その際、アンカー材２０はコンクリート部１ａを損傷させない構成のものとする。

上述した方法でスリット２を形成した後、コンクリート部１ａを面状補強材３であてがって被覆し接着させる。前記面状補強材３は炭素繊維やアラミド繊維又はガラス繊維などの繊維補強ＦＲＰシートやＦＲＰ板、又は光硬化性樹脂シート又は光硬化性繊維樹脂シート等の光硬化性のものが好適に実施される。前記面状補強材３は厚み数ミリ程度の薄いものである。

光硬化性樹脂系の面状補強材３をコンクリート部１ａに接着する場合、例えば本出願人が先に出願した特願２００６−１０５１４号に記載した方法で実施される。
前記面状補強材３をコンクリート部１ａにあてがって貼り付け、光を照射すると、光硬化性樹脂が反応して直ちに硬化する特性があり、接着強度を発揮するまでに掛かる時間を短縮し、且つ一定の強度を均一的に発揮するほか、大掛かりな吊り上げ機械等の必要がないため作業効率を向上させ施工コストも低減できる。光源としては、紫外線蛍光灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプ等を使用することができる。勿論、太陽光によって自然に硬化させることもできる。

また、面状補強材３には透明材料を用いることで、スリット２内の状況を確認可能として品質の向上に寄与する。のみならず、補強後のコンクリート部１ａを目視で確認して維持管理を容易ならしめる効果を期待できる。透明材料とは例えは紫外線及び可視光を通す樹脂系のものである。

面状補強材３はこの限りではなく、プレプリグ（既製のＦＲＰ）のシート材やプレキャストの板材を用いて設置や施工にかかる時間を短くさせることもできる。その際、材質に炭素繊維や鋼材を使用して強度を高めることが好ましい。

上記のように面状補強材３をコンクリート部１ａの表面に接着し完全に硬化させた後、スリット２内に補強用充填材４を充填する。前記補強用充填材４は樹脂材料やセメント材料又は両者に鋼繊維、ガラス繊維等の補強繊維を混入したものである。
最適な材料としては、面状補強材３に使用している樹脂と同系材料の樹脂を使用すると同面状補強材３とスリット２との一体化を強化することができる。

次に、補強用充填材４の充填方法について図５から説明する。図５Ａに示す方法は、面状補強材３のスリット２の直下に相当する位置から注入口３０をドリル等で設ける。このとき面状補強材３は透明で目視することができるので注入口３０を設けることは容易である。補強用充填材４の注入に際し、内部に空気が残存することの無いように、別に脱気口３１を設けることが好ましい。

そして、前記注入口３０に注入器を漏れないように設置し補強用充填材４を注入する。補強用充填材４の注入は、低圧ポンプや自動低圧注入器を用いることができる。完全に注入した後、一方の孔（脱気口３１）をパテ等でふさぎ、注入口３０から圧力をかけることによってスリット２内に補強用充填材４を隙間無く充填する。注入口３０又は脱気口３１を塞ぐ方法として、光硬化パテ及びガラス繊維を含む光硬化パテを使用することで、短時間で注入加圧作業を実施できる。
図５Ｂに示す方法は、図５Ａと略同様であり、注入口と脱気口とドリル等で穴をあけて設ける代わりに面状補強材３の二カ所の端部を注入口及び脱気口として利用するものである。この方法は面状補強材３を損傷させずにすむ利点がある。

上記のようにスリット２内に補強用充填材４を充填することにより、図６に示すような面状補強材３と、スリット２内に充填された補強用充填材４とが一体化された立体的な補強枠材５が形成される。この補強枠材５が曲げや押し抜き力等の外力に対して十分に剛性を発揮するのである。コンクリート部１ａに強固に接着された光硬化性樹脂シートの面状補強材３と、スリット２とが補強用充填材４により強固に一体化されるので、両者を一体化して形成した補強枠材５もコンクリート部１ａと強固に一体化される。

図７Ａには上記の方法で架橋１のコンクリートスラブ（床版）のコンクリート部１ａを補強した一例を示した。本発明の方法は、従来架橋の補強として行われている既設道路面と補強部分とに段差が生じる所謂上面増し厚工や、施工の困難な下面増し厚工の代わりとなる。図７Ｂにはトンネル覆工コンクリートのコンクリート部１ａを補強した一例を示した。本発明はコンクリート部１ａを補強し接着する面状補強材３の厚さが数ミリであるので、トンネル内の内空断面を圧迫しないし、特に曲げや押し抜き力が集中するＲ部分の補強に最適である。

図８は、請求項２及び５に記載した補強方法である。つまり、スリット２内に線状補強材６を内設して曲げや引き抜き力等の外力に対する剛性を飛躍的に向上させるものである。
前記線状補強材６として、図８Ａに示すＦＲＰ又は鋼材のロッド、図８Ｂに示すＦＰＲの板材、図８Ｃに示すＦＲＰのＬ型鋼材、図８Ｄに示すＦＲＰのＴ型鋼材などがある。炭素繊維、アラミド繊維又はガラス繊維等を含有した繊維補強ＦＲＰロッドや板材が好ましい。
特に図８Ｃと図８Ｄに示した横断面がＬ型、Ｔ型等で水平部６ａを有する補強材を使用すると、スリット２と面状補強材３との間に前記補強材６の水平部６ａが介在されるので一体化を高めることができる。水平部の厚さは数ミリである。
因みに線状補強材６の設置は、面状補強材３をコンクリート部１ａに接着する前に行われる。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変形、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため付言する。例えば、面状補強材３の表面を着色して意匠性を高めることや、耐久性塗料を塗布することで、樹脂材料やセメント材料の耐久性を高めることもできる。

本発明に係るコンクリート補強方法を実施した一例を示した側面図である。 Ａ〜Ｄは連続した形状のスリットの例を幾つか示した参考図である。 Ａ〜Ｅはスリット形状の異なる実施例を示した参考図である。 Ａ、Ｂはスリット形状の他の実施例を示した参考図である。 Ａ、Ｂは補強用充填材の注入方法の概略を示した図である。 面状補強材とスリット内に充填した補強用充填材とを一体化させて形成した補強枠材を示す参考図である。 Ａは本発明を架橋のコンクリートスラブに実施した一例を示した図である。Ｂは本発明をトンネル覆工コンクリートに実施した一例を示した図である。 Ａ〜Ｄはスリット内に内設される線状補強材の異なる実施例を示した参考図である。

符号の説明

１ コンクリート構造物
１ａ コンクリート部
２ スリット
３ 面状補強材
４ 補強用充填材
５ 補強枠材
６ 線状補強材

Claims (5)

1. コンクリート構造物のコンクリート部を補強する方法において、
   前記コンクリート部の補強必要箇所に、深さは表面から少なくとも２０ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍで一定方向へ連続する溝形状のスリットを形成する工程と、
   前記スリットを形成したコンクリート部の表面に面状補強材を当てがって被覆し接着する工程と、
   前記スリット内へ補強用充填材を充填し硬化させて表面の面状補強材と一体化させ立体的な補強枠材を形成する工程と、
   から成ることを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法。
2. コンクリート構造物のコンクリート部を補強する方法において、
   前記コンクリート部の補強必要箇所に、深さは表面から少なくとも２０ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍで一定方向へ連続する溝形状のスリットを形成する工程と、
   前記スリット内へ線状補強材を内設する工程と、
   前記スリットを形成したコンクリート部の表面に面状補強材を当てがって被覆し接着する工程と、
   前記スリット内へ補強用充填材を充填し硬化させて表面の面状補強材と一体化させ立体的な補強枠材を形成する工程と、
   から成ることを特徴とする、コンクリート構造物の補強方法。
3. スリットは、重力作用方向に対して抵抗する一定の角度を付けて設けて、又はスリットの断面形状を深さ方向に開口幅が変化する楔形形状に形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載したコンクリート構造物の補強方法。
4. スリットは、格子形状配置、若しくは線状配置に、又は格子状配置と線状配置とを組み合わせた複合配置、或いは市松模様配置、若しくは亀甲配置の形状に形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載したコンクリート構造物の補強方法。
5. 線状補強材は、横断面をＬ型又はＴ型としたＦＲＰ及び／又は鋼材で成ることを特徴とする、請求項２に記載したコンクリート構造物の補強方法。

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