(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設のコンクリート構造物（１ａ）の表面に、グラスファイバーからなるロービング（４）をチョップトストランド強化材（４ａ）に切断しながら、スプレーアップ装置のスプレーガン（３）によつて溶融樹脂（５）と共に吹き付けて密着接合させ、強化プラスチック層（２）を形成し、耐破損性を向上させ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】
強化プラスチック層（２）が、コンクリート構造物（１ａ）の上に密着接合する樹脂のみからなる接着層（２１）と、接着層（２１）の上に密着接合する樹脂及び強化材（４ａ）からなる強化層（２０）と、強化層（２０）の上に密着接合する樹脂のみからなる仕上層（２２）とを有することを特徴とする請求項１のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項３】
コンクリート構造物（１ａ）の応力集中箇所の表面に織物（７）を配置し、コンクリート構造物（１ａ）及び織物（７）の表面に、強化プラスチック層（２）を形成することを特徴とする請求項１又は２のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項４】
強化プラスチック層（２）の端部をバンド（６ａ，６ｂ）によつて締め付けることを特徴とする請求項１，２又は３のコンクリート構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
近時、地震による被害の軽減のため、鉄道、道路等に敷設されている既設のコンクリート柱に対して補強を行うことが提案されている。この種の補強方法としては、例えば鋼板補強構造、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）板補強構造が知られている。鋼板補強構造は、コンクリート柱の外周を鋼板によつて筒状に覆うもので、既設のコンクリート柱の降伏荷重、曲げじん性及びせん断耐力の向上を図ることができるとされている。
【０００３】
一方、ＦＲＰ板補強構造は、図９，図１０に示すＦＲＰ板を使用する。ＦＲＰ板５０は、矩形状をなすように予め成形され、内面に格子状をなすようにリブ５１が突設されている。このＦＲＰ板５０の複数枚をコンクリート柱の外周にリブ５１を内側として密着させ、隣接するＦＲＰ板５０同士を接合させる。隣接するＦＲＰ板５０同士は、例えばＦＲＰ板５０の接合面を加熱して溶融させ、この状態で押し出し成形機からの溶融樹脂を供給し、溶着接合させる。その後、ＦＲＰ板５０に形成した貫通孔からモルタルを注入し、ＦＲＰ板５０とコンクリート柱との間の間隙を埋めると共にＦＲＰ板５０とコンクリート柱とをリブ５１を介して接着する。このようなＦＲＰ板補強構造によれば、既設のコンクリート柱のせん断耐力及び曲げじん性の向上を図ることができるとされている。
【０００４】
しかしながら、このような従来のコンクリート構造物の補強方法の内、鋼板補強構造にあつては、重量物である鋼板を扱う関係で、クレーン等による機械作業を伴うため、所要の作業空間を確保する必要がある。また、ＦＲＰ板補強構造にあつては、軽量な複数枚のＦＲＰ板５０を接合させる。このため、狭隘な場所での作業も比較的容易であるが、ＦＲＰ板５０同士の継ぎ目部分に応力が集中し、破断し易い。このＦＲＰ板補強構造によるコンクリート柱に対して曲げ試験を実施したところ、コンクリート柱のせん断破壊に近い形状で破断し、複数枚のＦＲＰ板５０の継ぎ目部分で斜め引張破断を生じていた。このＦＲＰ板５０の継ぎ目部分で斜め引張破断を生じた後の耐力は、急激に減少した。従つて、コンクリート柱のせん断耐力及び曲げじん性の向上が十分とは言えない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は次の通りである。
請求項１の発明の構成は、既設のコンクリート構造物１ａの表面に、グラスファイバーからなるロービング４をチョップトストランド強化材４ａに切断しながら、スプレーアップ装置のスプレーガン３によつて溶融樹脂５と共に吹き付けて密着接合させ、強化プラスチック層２を形成し、耐破損性を向上させ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る。
請求項２の構成は、強化プラスチック層２が、コンクリート構造物１ａの上に密着接合する樹脂のみからなる接着層２１と、接着層２１の上に密着接合する樹脂及び強化材４ａからなる強化層２０と、強化層２０の上に密着接合する樹脂のみからなる仕上層２２とを有することを特徴とする請求項１のコンクリート構造物の補強方法である。
請求項３の構成は、コンクリート構造物１ａの応力集中箇所の表面に織物７を配置し、コンクリート構造物１ａ及び織物７の表面に、強化プラスチック層２を形成することを特徴とする請求項１又は２のコンクリート構造物の補強方法である。
請求項４の構成は、強化プラスチック層２の端部をバンド６ａ，６ｂによつて締め付けることを特徴とする請求項１，２又は３のコンクリート構造物の補強方法である。
【０００６】
【作用】
請求項１の発明によれば、グラスファイバーからなるロービング４をチョップトストランド強化材４ａに切断しながら、スプレーアップ装置のスプレーガン３によつて溶融樹脂５と共に吹き付けて密着接合させて形成する強化プラスチック層２が、既設のコンクリート構造物１ａの曲げじん性を向上させ、せん断破壊を防止する。すなわち、強化プラスチック層２を形成したコンクリート構造物１ａによれば、強化プラスチック層２が被覆部材及び強度部材としての機能を良好に発揮し、コンクリート構造物１ａの破壊が抑制され、かつ、コンクリート構造物１ａの主成分であるコンクリートによつて圧縮力が良好に支持される。しかも、強化プラスチック層２が継ぎ目なしに形成されるので、不連続箇所が形成されず、強化プラスチック層２自体に応力集中箇所が形成され難い。その結果として、強化プラスチック層２の局部的な破断による補強層の劣化、ひいてはコンクリート構造物１ａの耐震性の劣化が防止できる。
【０００７】
そして、コンクリート構造物１ａがコンクリート柱の場合、コンクリート柱に対する補強による耐震性の向上のためには、曲げじん性の向上が有効であり、降伏荷重の増加では非補強箇所との境界部分で早期に破壊を生ずるため、望ましくない。これに対し、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱によれば、コンクリートのひび割れ発生荷重となる降伏荷重をほとんど増加することなく、曲げじん性の向上が図られる。すなわち、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱の初期剛性は無補強のコンクリート柱とほぼ等価であり、強化プラスチック層２によつて耐震に対する補強を行つても地震時に強化プラスチック層２に過大な断面力を生じ難い。これは、強化プラスチック層２が、コンクリート柱からなる構造物１ａと比較して適度かつ良好な伸び特性を備える結果であると推定される。
【０００８】
請求項２によれば、強化プラスチック層２が、接着層２１によつてコンクリート構造物１ａの上に良好に密着接合すると共に、主として強化層２０が被覆部材及び強度部材としての機能を良好に発揮し、また、仕上層２２によつて表面が仕上げされる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、強化プラスチック層２による補強機能が、織物７によつて増強される。織物７を配置するコンクリート構造物１ａの応力集中箇所としては、肉厚が薄い箇所、曲げ変形を大きく受ける箇所等である。従つて、コンクリート構造物１ａが四角柱をなすコンクリート柱の場合には、コンクリート柱の角部、長手方向の中央部等である。
【００１０】
請求項４によれば、強化プラスチック層２の端部とコンクリート構造物１ａとの間に、経時変化によつて隙間を生ずることが抑制される。これにより、隙間から雨水等が侵入して、強化プラスチック層２のはく離が次第に進行し、広範囲の強化プラスチック層２のはく離に至ることが良好に防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１〜図８は、本発明に係るコンクリート構造物の補強方法の１実施の形態を示す。図中において符号１はコンクリート構造物であるコンクリート柱を示し、高速道路、地下鉄を含む鉄道軌道等に垂直に敷設されている既設のコンクリート柱本体１ａを主体とする。  すなわち、コンクリート柱１は、基礎１０に立設されて床版１１を支持する既設のコンクリート柱本体１ａと、コンクリート柱本体１ａの表面に形成した強化プラスチック層２とからなる。既設のコンクリート柱本体１ａは、通常、鉄筋コンクリート（ＲＣ）によつて製作され、図２に示すように主鉄筋１ｂの周囲に帯鉄筋１ｃを巻き付けた構造を有する。図上ではコンクリート柱本体１ａは四角柱をなしているが、円柱等の形状をなすものでもよい。
【００１２】
強化プラスチック層２は、コンクリート柱本体１ａの補強を目的として、図３に示すようにスプレーアップ法によつて形成した強化層２０を主体とする。すなわち、強化プラスチック層２は、コンクリート柱本体１ａの上に密着接合する樹脂のみからなる接着層２１と、接着層２１の上に密着接合し、チョップトストランド強化材４ａを含有する樹脂からなる強化層２０と、強化層２０の上に密着接合する樹脂のみからなる仕上層２２とを積層状態に有する。
【００１３】
接着層２１は、強化層２０をコンクリート柱本体１ａに強固に接着させる機能を有し、図１に示すスプレーアップ装置のスプレーガン３からロービング４を供給することなく、溶融樹脂５のみを所定厚さとなるように吹き付けて形成する。コンクリート柱本体１ａの表面は、接合を強固とするために機械的又は化学的な表面処理を施す。この機械的な表面処理は、コンクリート柱本体１ａの表面をワイヤブラシによつて粗し、１００μｍ以下、好ましくは数十μｍの無数の凹部を予め形成して行う。
【００１４】
強化層２０は、コンクリート柱本体１ａを補強する機能を主として有し、スプレーアップ装置のスプレーガン３により、ロービング４をチョップトストランド強化材４ａに切断しながら溶融樹脂５と共に吹き付けて形成する。チョップトストランド強化材４ａは、グラスファイバーからなるロービング４をチョッパーによつて２０〜３０ｍｍ程度（好ましくは２５ｍｍ程度）に切断したものとし、含有率は容積で２０〜３０％とする。強化層２０の厚さは、コンクリート柱本体１ａの形状、寸法の如何によるが、既設のコンクリート柱本体１ａの耐震性の向上を目的とする場合には、平均で３〜８ｍｍ程度が必要であり、平均で５ｍｍ程度が望ましい。強化層２０が平均で５ｍｍ程度を越えて厚過ぎる場合には、補強機能は増加するがコストが嵩む。仕上層２２は、外観の美観を高める機能を主として有し、スプレーガン３からロービング４を供給することなく、溶融樹脂５のみを所定厚さとなるように吹き付けて形成する。
【００１５】
強化プラスチック層２の接着層２１、強化層２０及び仕上層２２に使用する樹脂としては、いわゆるだれの現象を生じ難く、硬化に要する時間が比較的短く、常温硬化性を有することが望ましく、作業箇所の温度環境を考慮して適宜の樹脂材料を配合する。だれの現象は、垂直面に溶融樹脂を吹き付けた際、樹脂が自重によつて一部に集合して液滴状をなす欠陥であり、樹脂が自重によつて下方に流れた欠陥を含む。接着層２１，強化層２０，仕上層２２を形成する溶融樹脂５の種類は、それぞれ異ならせることもできる。なお、少なくとも仕上層２２を形成する溶融樹脂５として難燃材を添加するなどした樹脂を使用すれば、耐火性を向上させることができる。
【００１６】
次に、作用について説明する。
既設のコンクリート柱本体１ａに強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１によれば、強化プラスチック層２が既設のコンクリート柱本体１ａの曲げじん性を向上させ、せん断破壊を防止する。図４に示す曲げ試験を行つた。すなわち、コンクリート柱１の両端下部をそれぞれ支点３０，３１によつて支持し、中央上部に配置した載荷ビーム３４を介して荷重Ｗを２箇所の荷重点３２，３３から作用させた。
【００１７】
コンクリート柱１に対する曲げ試験を実施したところ、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１によれば、強化プラスチック層２の作用によつて主鉄筋１ｂに引張力が良好に作用するようになると共に、凹形をなす逆曲げ区間で発生するコンクリートの圧縮が良好に支持される。これは、強化プラスチック層２の内の主として強化層２０が被覆部材及び強度部材としての機能を良好に発揮し、コンクリート柱本体１ａのひび割れ破壊が抑制され、かつ、コンクリート柱本体１ａの主成分であるコンクリートによつて圧縮力が良好に支持される結果であると推定される。
【００１８】
しかも、強化プラスチック層２をスプレーアップ法によつて継ぎ目なしに均質に形成するので、不連続箇所が形成されず、強化プラスチック層２自体に応力集中箇所が形成され難い。その結果として、強化プラスチック層２の局部的な斜め引張破断を生じ難く、ひいてはコンクリート柱本体１ａの耐震性の早期劣化が防止できる。
【００１９】
試験結果を図５に示す。実線Ｉは、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１の特性を示し、二点鎖線ＩＩ  は、強化プラスチック層２を形成しない既設のコンクリート柱本体１ａのみの特性を示す。強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１では、帯鉄筋１ｃが降伏した後に主鉄筋１ｂが点（ａ）において降伏したが、その後も荷重Ｗが増加した。その後、点（ｂ）で強化プラスチック層２の凸形をなす純曲げ区間における破断が開始し、強化プラスチック層２に図４に示す破断部Ａを生じた。点（ｃ）で凸形をなす純曲げ区間での強化プラスチック層２の破断が終了し、次第に荷重Ｗが減少した。続いて、（ｄ）で示す区域では荷重Ｗがほとんど変化することなくコンクリート柱１の中央たわみが増大する耐力が得られ、点（ｅ）で純曲げ区間のコンクリートが破壊したため荷重Ｗを除荷した。
【００２０】
このように、既設のコンクリート柱本体１ａに強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１によれば、図５に示す純曲げ区間での強化プラスチック層２の破断が終了する点（ｃ）までの間の荷重Ｗの増大、及び（ｄ）で示す区域でのコンクリート柱本体１ａが耐力を保持した状態での中央たわみの増大が著しい。これは、前述したように強化プラスチック層２の内の主として強化層２０が被覆部材及び強度部材としての機能を発揮し、帯鉄筋１ｃ及び主鉄筋１ｂのせん断を伴う早期降伏並びにコンクリート柱本体１ａのひび割れ破壊を生ずるせん断を伴う早期降伏を阻止し、その結果として、コンクリート柱本体１ａの主成分であるコンクリートによつて圧縮力が良好に支持されるためであると推定される。詳述すれば、コンクリートのひび割れが強化プラスチック層２によつて拘束され、帯鉄筋１ｃ及び主鉄筋１ｂ並びにコンクリートに図４に示す破線Ｎに沿つたせん断を生じ難くなり、帯鉄筋１ｃ及び主鉄筋１ｂの引張強度が見掛け上高まるためであると推定される。このように、強化プラスチック層２によれば、コンクリート柱１の曲げじん性の向上を図ることができる。
【００２１】
ちなみに、強化プラスチック層２を形成しない既設のコンクリート柱本体１ａのみの特性では、強化プラスチック層２による被覆部材及び強度部材としての補強作用が期待されず、コンクリート柱本体１ａに図４に破線Ｎで示すように各荷重点３２，３３と対応する支点３０，３１とを結ぶ線に沿つてせん断力が作用し、帯鉄筋１ｃが降伏した後に主鉄筋１ｂがコンクリートと共にせん断破壊され、耐力が失われた。かくして、強化プラスチック層２を形成しない既設のコンクリート柱の場合には、帯鉄筋１ｃ及び主鉄筋１ｂが破断を生じ、早期に引張強度が低下し、コンクリート柱本体１ａの中央たわみが増大することなくコンクリートが破壊する。図５の点（ｆ）は、強化プラスチック層２を形成しない既設のコンクリート柱本体１ａにせん断破壊を生ずる時点を示し、せん断破壊を生じた後に除荷した。
【００２２】
このようにして、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１によれば、コンクリート柱本体１ａ及び強化プラスチック層２の地震に伴う破断が曲げ破壊状態として得られるようになり、コンクリート柱１の最終的な破壊が純曲げ区間のコンクリートのひび割れ破壊により決定されることになる。そして、既設のコンクリート柱本体１ａに対する補強による耐震性の向上のためには、曲げじん性の向上が有効であり、図４に示す破線Ｎに沿つたせん断破壊の抑制のために、例えばコンクリート柱１の外周を鋼板によつて筒状に覆つて降伏荷重を増加させるのでは、非補強箇所との境界部分で早期に破壊を生ずるため、望ましくない。これに対し、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１によれば、このような降伏荷重を増加することなく、曲げじん性の向上が図られる。
【００２３】
また、強化プラスチック層２を形成したコンクリート柱１の初期剛性は、無補強の既設のコンクリート柱本体１ａとほぼ等価であり、強化プラスチック層２によつて耐震に対する補強を行つても地震時に強化プラスチック層２に早期に過大な断面力が作用し、破断することはない。これは、強化プラスチック層２、つまり樹脂からなる接着層２１及び仕上層２２は勿論、グラスファイバーを材料とするチョップトストランド強化材４ａを含有する樹脂からなる強化層２０も、弾性率がコンクリートよりも小であるため、コンクリート柱本体１ａと比較して適度かつ良好な伸び特性を備える結果である。
【００２４】
なお、図６に示すように接着層２１及び仕上層２２を省略し、強化プラスチック層２を強化層２０のみによつて形成しても、耐震性の向上に関してほぼ同様の作用を得ることができる。また、溶融樹脂５として熱硬化性樹脂を使用して耐火性を向上させる場合、強化プラスチック層２がスプレーアップ法によつて継ぎ目なしに形成され、ＦＲＰ板補強構造のようなＦＲＰ板同士の別途の接合作業が不要であるので、困難な溶融接着作業を必要としない。
【００２５】
図７には強化プラスチック層２の上下の両端部をバンド６ａ，６ｂによつて締め付けた構造例を示す。強化プラスチック層２の端部は、経時変化によつてコンクリート柱本体１ａとの間に隙間を生ずる傾向を呈する。バンド６ａ，６ｂは、強化プラスチック層２とコンクリート柱本体１ａとの間に隙間が形成されることを抑制し、この隙間から雨水等が侵入して、強化プラスチック層２のはく離が次第に進行し、広範囲の強化プラスチック層２のはく離に至ることを良好に防止する。
【００２６】
更に、図８に示すように既設のコンクリート柱本体１ａの応力集中箇所の表面に、チョップトストランド強化材４ａと同様の材質（グラスファイバー）からなる織物７を配置し、コンクリート柱本体１ａ及び織物７の表面に、強化プラスチック層２を形成することもできる。織物７を配置する既設のコンクリート柱１の応力集中箇所としては、コンクリート柱本体１ａの肉厚が薄い箇所、曲げ変形を大きく受ける箇所等がある。従つて、四角柱をなすコンクリート柱本体１ａの場合には、コンクリート柱本体１ａの角部、長手方向の中央部等である。これにより、強化プラスチック層２の強化層２０による補強機能が、織物７によつて増強される。なお、織物７は、接着層２１と強化層２０との間に介在させることもできる。
【００２７】
ところで、上記の実施の形態にあつてはコンクリート構造物として既設のコンクリート柱本体１ａについて説明したが、一般の建築物の壁、ガケ、トンネル、梁等のコンクリートの表面に強化プラスチック層２を施し、コンクリートを補強することも可能である。更に、ガケの崩落を防止するために、コンクリートを敷設することなく、ガケの土石の表面に直接に強化プラスチック層２を形成することも可能である。更に、強化プラスチック層２の耐候性及び耐火性を向上させるために、表面にインシュレーションを巻き、或いは吹き付けることも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係るコンクリート構造物の補強方法によれば、既設のコンクリート構造物の形状に制限を受けることなく、強化プラスチック層を均質に形成することが可能であり、コンクリート構造物を簡便、安定的かつ効果的に補強することができる。これにより、力学的には、コンクリート構造物の耐破損性を向上させて耐震性、耐衝撃性を向上できると共に、表面の被覆作用によつてコンクリート構造物の劣化を防止し、耐久性を向上させることができる。加えて、強化プラスチック層は補修が容易であり、一部に生じた破損箇所を容易に修復することができる。
また、請求項２によれば、仕上層を有する強化プラスチック層により、コンクリート構造物の美観及び触感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係るコンクリート柱の補強方法を一部省略して示す図。
【図２】同じくコンクリート柱を示す断面図。
【図３】同じくコンクリート柱の要部を示す断面図。
【図４】同じくコンクリート柱の曲げ試験を示す説明図。
【図５】同じくコンクリート柱の曲げ試験の結果であるコンクリート柱の中央たわみ−荷重特性を示す線図。
【図６】同じく強化プラスチック層を強化層のみによつて形成したコンクリート柱の要部を示す断面図。
【図７】同じく強化プラスチック層の上下の両端部をバンドによつて締め付けたコンクリート柱の補強方法の構造例を一部省略して示す図。
【図８】同じくコンクリート柱本体の応力集中箇所の表面に織物を配置した構造例を一部省略して示す図。
【図９】従来のＦＲＰ板を一部省略して示す正面図。
【図１０】同じくＦＲＰ板を一部省略して示す側面図。
【符号の説明】
１：コンクリート柱、１ａ：コンクリート柱本体（コンクリート構造物）、２：強化プラスチック層、４ａ：チョップトストランド強化材（強化材）、５：溶融樹脂、６ａ，６ｂ：バンド、７：織物、２０：強化層、２１：接着層、２２：仕上層。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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