(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物上にアクリル系接着剤を用いて金属板と繊維シートとを積層するコンクリート構造物の補強方法であって、金属板の引張破断伸びが５％以上であり、繊維シートの引張弾性率が１０５ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり、しかも、金属板がコンクリート構造物のコンクリート表面と対面するように積層され、金属板又は積層体に跨って接続板を接着することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
【請求項２】
請求項１記載の補強方法により補強してなるコンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンクリート構造物の補強方法及びコンクリート補強構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物は、鉄筋や繊維等の補強材で補強されたコンクリート製の構造物であり、例えば、鉄道や道路の橋脚やトンネル、並びに、建築物の柱、梁及び壁、並びに、ヒューム管やマンホール等のコンクリート製プレキャスト製品等が挙げられる。
コンクリート構造物は、機械的強度や耐久性に優れ、腑形が容易であり、かつ安価であるので、土木建築分野を中心にして、極めて広範な用途に用いられている。しかしながら、このようなコンクリート構造物でも、ひび割れによる漏水や鉄筋の腐食、並びに、酸性雨や酸性下水等の酸性水によるコンクリートや鉄筋の腐食が起こるので、この場合にはコンクリート構造物を補強する必要があった。又、地震による耐震強度が不十分なコンクリート構造物も、防災上の理由により、耐震補強する必要があった。
このようなコンクリート構造物を補強する方法としては、コンクリート構造物を鋼板で覆い、この構造物と鋼板との隙間にモルタルや樹脂等の充填材を注入する方法や、コンクリート構造物に鋼板又は炭素繊維を接着剤により接着する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンクリート構造物を鋼板で覆い、その隙間に充填材を注入する方法は、補強効果が大きいけれども、施工が煩雑であり、橋桁等の複雑な形状のコンクリート構造物を補強できないという課題があった。又、コンクリート構造物に鋼板や炭素繊維を接着して補強する方法は、施工が容易であり、複雑なコンクリート構造物を補強できるけれども、補強効果が十分でないという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、再現性が大きく、短時間で容易に、十分に補強できるコンクリート構造物の補強方法及び補強されたコンクリート構造物を提供するものである。
本発明者は、コンクリート構造物上に、高延性材料である金属板と高剛性材料である繊維シートとを積層することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法において、金属板が必ずコンクリート構造物と対面するように積層すれば、意外にも、極めて大きな補強効果が容易に得られることを知見して本発明の完成に至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、コンクリート構造物上にアクリル系接着剤を用いて金属板と繊維シートとを積層するコンクリート構造物の補強方法であって、金属板がコンクリート構造物のコンクリート表面と対面するように積層することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法であり、金属板又は積層体に跨がって接続板を接着することを特徴とする該コンクリート構造物の補強方法であり、該補強方法により補強してなるコンクリート補強構造物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を説明する。
本発明のコンクリート構造物の材料としては、コンクリート以外にセメントペーストやモルタルを使用してもよい。
【０００６】
コンクリート構造物上に積層する金属板の金属材料としては、本発明で用いる繊維シートに比べて破断伸びが大きい高延性材料であれば特に制限はなく、例えば、軟鋼やステンレス鋼等の鉄鋼材料、亜鉛鋼板、銅、銅合金、及び、アルミニウムやアルミニウム合金等の非鉄材料が挙げられ、これらを目的に応じて任意に使用できる。
本発明の金属板の引張破断伸びは高延性の点で５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。５％未満だと補強効果が不十分なおそれがある。
【０００７】
コンクリート構造物上に積層する繊維シートの繊維材料としては、本発明で用いる金属板に比べて引張弾性率が大きい高剛性材料であれば特に制限はなく、例えば、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維及び炭素繊維等が挙げられ、これらを目的に応じて任意に用いられる。これらの中では、補強効果が大きい点で、剛性の大きい炭素繊維が好ましい。
炭素繊維は、セルロース、ポリアクリロニトリル、リグニン及びピッチ等の各有機繊維を焼成して製造されるが、入手が容易な点でポリアクリロニトリル系やピッチ系の炭素繊維が好ましい。
又、本発明の繊維シートの引張弾性率は高剛性の点で１０5 ｋｇｆ／ｃｍ2 以上が好ましく、１０6 ｋｇｆ／ｃｍ2 以上がより好ましい。１０5 ｋｇｆ／ｃｍ2 未満だと補強効果が不十分なおそれがある。
【０００８】
本発明では、コンクリート構造物上に、金属板と繊維シートとを積層して補強する場合には、金属板が必ずコンクリート構造物のコンクリート表面と対面するように積層する必要がある。このようにして補強したコンクリート補強構造物は、コンクリート構造物上に単に金属板又は繊維シートを積層しただけのコンクリート補強構造物に比べて、補強効果が極めて大きい。この理由は明らかではないが、コンクリート構造物に負荷された応力が金属板により緩和され、繊維シートに伝達されるためと考えられる。
【０００９】
コンクリート構造物の補強方法の実施態様としては、例えば、以下の補強方法が挙げられる。
（１）コンクリート構造物上に金属板を積層し、次いで金属板上に繊維シートを積層することを特徴とする補強方法。
（２）予め繊維シートと金属板からなる積層体を作製し、次いでコンクリート構造物上にこの積層体を、金属板がコンクリート構造物の表面と対面するように積層することを特徴とする補強方法。
これらの中では、施工現場で施工できる点で（１）の補強方法が、工場で予め作製できる点で（２）の補強方法がそれぞれ好ましい。
金属板と繊維シートは一枚使用して積層してもよく、金属板どうし、繊維シートどうし、又は金属板と繊維シートを交互に複数枚使用して積層してもよい。複数枚積層する場合には、施工現場で１枚ずつ積層してもよく、工場で予め複数枚を積層してもよい。
【００１０】
本発明では、コンクリート構造物上に金属板や繊維シートを積層する際に、コンクリート構造物と金属板、金属板と繊維シート、更に必要に応じて、金属板と金属板、繊維シートと繊維シートとを接着する必要がある。これらの接着には、氷点下の低温条件で接着したり、降雨や漏水によって湿潤した表面や防錆油や機械油等の親油性の表面を接着したりする場合に、短時間で容易に施工でき、再現性や補強効果が大きい点で、アクリル系接着剤が選択される。
【００１１】
本発明のアクリル系接着剤とは、アクリル系単量体又はその混合物を重合開始剤により硬化する接着剤をいう。アクリル系単量体とは（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリル酸エステルをいう。（メタ）アクリル酸エステルの種類には特に制限はなく、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート及びジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等の単官能（メタ）アクリレート、並びに、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオール（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート及びトリメチロールプロパントリトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の多官能（メタ）アクリレートが挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いられる。
【００１２】
本発明のアクリル系接着剤は熱重合反応により硬化させてもよいが、施工現場でアクリル系接着剤を硬化させる場合、熱重合反応を発生させるのに必要な熱源を定常的に確保したり、又その熱源を管理したりすることが困難な場合がある。そのため、重合開始剤と分解促進剤を併用して、アクリル系接着剤を常温で硬化させることが好ましい。
【００１３】
本発明の重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤の有機過酸化物又はアゾ化合物を用いることが好ましい。有機過酸化物には特に制限はなく、例えば、メチルケトンパーオキシドや過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物、及び、過硫酸カリウムや過硫酸アンモニウム等の無機過酸化物等が挙げられる。アゾ化合物としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。これらの中では、硬化性の点で、有機過酸化物が好ましい。
又、分解促進剤とは重合開始剤の分解を促進する化合物をいい、例えば、ジエチルチオ尿素等のチオ尿素誘導体、Ｎ，Ｎ−ジエチル−ｐ−トルイジン等のアミン類、ナフテン酸コバルトやオクチル酸コバルト等の有機酸金属塩、及び、銅アセチルアセトネート等の有機金属キレート化合物等が挙げられる。
【００１４】
本発明のアクリル系接着剤には、アクリル系単量体以外の他の単量体を併用してもよい。他の単量体には特に制限はなく、例えば、スチレン、アクリロニトリル、酢酸ビニル及びアクリルアミド等の単官能単量体、並びに、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート及びトリアリルイソシアヌレート等の多官能単量体が挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いられる。
更に、本発明のアクリル系接着剤には接合強度を大きくするために、ゴム成分を用いてもよい。ゴム成分には特に制限はなく、例えば、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレゴム、ポリブテンゴム、ＳＢＲゴム、ＮＢＲゴム、クロロプレンゴム、ＥＲＲゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ＥＶＡゴム及びポリウレタンゴム等が挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いられる。又、アクリル系接着剤に対するゴム成分の溶解度を調節するために、ＭＢＳ樹脂等のグラフト共重合体を用いてもよい。
【００１５】
本発明のアクリル系接着剤は、重合開始剤を含有するアクリル系単量体の混合物と、分解促進剤を含有するアクリル系単量体の混合物との２液に分け、接着する際に２液を混合して硬化させる２液型のアクリル系接着剤とすることが、施工が容易な点で好ましい。中でも、コンクリート構造物、金属板及び炭素繊維シートの被着体から空気中へはみ出した部分の硬化が良好な点で、第２世代のアクリル系接着剤が好ましい。
本発明の接着剤の接着方法としては、例えば、被着体であるコンクリート構造物、金属板及び炭素繊維シートの一方の面又両方の面に接着剤を塗布した後、被着体どうしを接着させる方法が挙げられる。又、２液型のアクリル系接着剤の場合には、一方の被着体に重合開始剤を含有するアクリル系単量体の混合物を塗布し、もう一方の被着体に分解促進剤を含有するアクリル系単量体の混合物を塗布した後に、被着体どうしを接着させてもよい。
【００１６】
本発明の補強方法では、金属板又は積層体に跨がって接続板を接着することが好ましい。接続板は特に相隣接する金属板又は積層体どうしを連結一体化するため、補強効果がより大きい。接続板で金属板又は積層体どうしを連結一体化しなくてもある程度の補強効果は得られ、又、コンクリート構造物を一枚の金属板や繊維シートで覆う場合もあるので、これらの場合には接続板の接着を省略することができる。しかし、複数の金属板又は積層体を併設して補強する場合には、補強効果が大きい点で、接続板の使用が好ましい。複数の金属板又は積層体を併設して補強する場合であって、接続板の接着を省略する場合には、金属板又は積層体どうしの継ぎ目はできるだけ密に合わせ、なるべくシーリング材で塞ぐことが好ましい。
接続板の材料としては金属板と同じでも構わないが、補強効果向上のために、金属板と繊維シートを積層した積層体を使用することが好ましい。
接続板の接着方法としては、例えば、コンクリート構造物上に金属板又は積層体を接着した後に、接続板を接着させる方法が挙げられる。他の方法としては、金属板や積層体の端部に接続板を予め接着しておき、これを他の金属板や積層体とともにコンクリート構造物上に積層し、金属板や積層体に跨がって接続板を接着させる方法が挙げられる。
又、積層体や接続板上に更に金属板や繊維シートを積層してもよい。
【００１７】
本発明の板材、金属板及び繊維シートの厚みには特に制限はない。
本発明の補強方法により、短時間で容易に高強度のコンクリート補強構造物が再現性よく得られる。このため、本発明のコンクリート補強方法は、特に鉄道や道路の橋脚やトンネル、並びに、建築物の柱、梁及び壁等のコンクリート構造物を耐震補強する場合に好適である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を更に以下の実施形態により説明する。実施形態では炭素繊維シート２枚を積層して使用しているが、１枚だけ使用してもよく、３枚以上積層して使用してもよい。又、金属板も２枚以上積層して使用してもよい。
【００１９】
図１は参考例である。コンクリート構造物１（柱）の周囲を１枚の金属板２で巻き付けて覆い、接着剤で接着されている。次いで、その周囲を２枚の炭素繊維シート３で巻き付けて覆い、接着剤で接着されている。この場合、金属板や炭素繊維シート一枚でコンクリート構造物を覆っているので、接続板を使用していないが、補強効果向上のために、金属板や炭素繊維シートの端部どうしを接続板で接着してもよく、又、積層体どうしの継ぎ目をシーリング材で塞いでもよい。
【００２０】
（第１の実施形態）図２は本発明の第１の実施形態を示すものである。コンクリート構造物１（柱）の各表面に４枚の金属板２が、それぞれコンクリート構造物１１の稜部４を挟んで、接着剤で接着されている。次いで、金属板２の端部どうしに跨がって、４枚のＬ字型の接続板５が接着剤で接着されて補強されている。更に、その周囲を２枚の炭素繊維シート３が接着剤で接着されて積層されている。
【００２１】
（第２の実施形態）図３は本発明の第２の実施形態を示すものである。本実施形態では金属板２と炭素繊維シート３を接着剤を用いて積層体を予め作製し、又、Ｌ字型の金属板２ａに２枚の炭素繊維シート３ａを接着し、Ｌ字型の接続板を予め作製する。コンクリート構造物１（柱）の各表面に４枚の積層体が、それぞれコンクリート構造物１の稜部を挟んで、接着剤で接着されている。そして、積層体の端部どうしに跨がって、２ａと３ａを積層した４枚のＬ字型の接続板が接着剤で接着されて補強されている。
【００２２】
（第３の実施形態）図４は本発明の第３の実施形態を示すものである。コンクリート構造物１（梁）の各表面に、金属板２と２枚の炭素繊維シート３を積層した３枚の積層体が、それぞれコンクリート構造物１の稜部を挟んで、接着剤で接着されている。そして、積層体の端部どうしに跨がって、金属板２ａと炭素繊維シート３ａを積層した２枚のＬ字型の接続板が接着剤で接着されて補強されている。
【００２３】
（第４の実施形態）図５は本発明の第４の実施形態を示すものである。コンクリート構造物１（壁）の入り隅部に、金属板２と２枚の炭素繊維シート３を積層した２枚の積層体が、それぞれコンクリート構造物１の入り隅部６を挟んで、接着剤で接着されている。そして、積層体の端部どうしに跨がって、金属板２ａと２枚の炭素繊維シート３ａを積層したＬ字型の接続板が接着剤で接着されて補強されている。
【００２４】
（第５の実施形態）図６は本発明の第５の実施形態を示すものである。コンクリート構造物１（壁）のひび割れ部７上に、金属板２と２枚の炭素繊維シート３を積層した積層体が接着剤で接着されて補強されている。

【００２５】
【発明の効果】
本発明の補強方法により、再現性が大きく、短時間で容易にコンクリート補強構造物が得られる。このコンクリート補強構造物は補強効果が大きく、複雑な形状のコンクリート構造物も補強できるために、コンクリート構造物の耐震補強等に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】補強したコンクリート構造物（柱）の横断面図である。
【図２】補強したコンクリート構造物（柱）の別の横断面図である。
【図３】補強したコンクリート構造物（柱）の更に別の横断面図である。
【図４】補強したコンクリート構造物（梁）の横断面図である。
【図５】補強したコンクリート構造物（壁）の別の横断面図である。
【図６】補強したコンクリート構造物（壁）のひび割れ部分の横断面図である。
【符号の説明】
１  コンクリート構造物
２、２ａ  金属板
３、３ａ  炭素繊維シート
４  稜部
５  接続板
６  入り隅部
７  ひび割れ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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