(57)【要約】【課題】工事による交通障害を起こすことなく、既存コンクリート製管路構造物の補強をするにあたり、管路内を流れる水の流動抵抗の増加がないコンクリート製管路構造物およびその製造方法を提供することにある。また、管路構造物内を補強部材で補強するにあたり、取扱性の向上が図れるとともに、管路内の天井面を補強する際に脚立などの足場を容易に設けることができるコンクリート製管路構造物およびその製造方法を提供する。【解決手段】管路内壁面の周方向に沿って溝が形成され、該溝内部にＦＲＰからなる補強部材が該補強部材の埋設面が管路内壁面の表面つらに合わせるように埋設されていることを特徴とするコンクリート製管路構造物である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内壁面の周方向に沿って溝が形成され、該溝内部にＦＲＰからなる補強部材が、該補強部材の埋設面が管路内壁面の表面つらに合わせるように埋設されていることを特徴とするコンクリート製管路構造物。
【請求項２】
補強部材が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維およびポリエステル繊維のうちから選ばれた少なくとも１種を強化繊維とするＦＲＰであることを特徴とする請求項１記載のコンクリート製管路構造物。
【請求項３】
補強部材が、炭素繊維を一方向に引き揃えた状態で樹脂を含浸し、硬化させたＣＦＲＰ板であることを特徴とする請求項１記載のコンクリート製管路構造物。
【請求項４】
コンクリート製管路構造物の内壁周方向に沿って溝を形成した後、該溝内部にＦＲＰからなる補強部材を、該補強部材の埋設面を管路構造物の内壁の表面に合わせるように埋設することを特徴とするコンクリート製管路構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンクリート製管路構造物およびその製造方法に関し、詳しくは補強作業の効率が良くかつ管路内を通る水の流動抵抗を増加させないコンクリート製管路構造物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下に埋設されているコンクリート製管路構造物の上部に建築物が構築される場合などのように、設計当初予定されていなかった荷重が加わる場合には管路構造物を補強する必要がある。地下に埋設されているコンクリート製管路構造物を補強する方法としては、(1) その部分の土地を掘り起こし、新しい管路を取り替える方法や、(2) 既設の管路の内側に新管を敷設する方法や、(3) 補修箇所を一度研磨し、モルタルや樹脂などの充填材を埋める方法が採られている。
【０００３】
このうち、(1) の方法は、その部分を掘り起こすため、工費もかさみ、また工事の間、その箇所の道路交通に障害を起こしてしまい、道路交通事情や近隣の住民への騒音等の配慮から問題が多い。
【０００４】
(2) の方法は、前者と比較すると周辺への影響は少ないが、パイプを入れ込む箇所（立坑部分）や取付管路部分の開削は依然として必要であるので問題が残る。また、既設管内に新たな管路を挿入するため、基本的にはその部分のみ既設管路より小さい管路内径となってしまい、管路の断面変化が大きく流動抵抗が大きくなる。
【０００５】
一般的には(3) の方法が採られるが、モルタルなどで充填する方法なので、やはり管路の断面が小さくなり、流動抵抗が補強前に比べ大きくなるといった問題があった。さらに、モルタルや樹脂で補強するには材料自体の強度が不足していた。こういったことから近年、強化繊維シートを内壁面に形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。  しかしながら、提案されている方法には次の諸問題があった。
（イ）補強部材が繊維シートであることから接着樹脂を含浸させる必要があり、出来上がりが作業者の技量に左右される。
（ロ）繊維シートを管路内壁面全面に貼るため、管路の天井面などに施工する際には足場の設置ができなくなる。
（ハ）補強部材を接着樹脂で内壁面に貼り付けるため、モルタル充填に比べれば管路の断面変化は少なくなるものの、やはり管路内の断面が小さくなり、さらに流動抵抗が増加することで一部に応力集中が発生するとその部分から補強部材である繊維シート剥がれる危険がある。
（ニ）繊維シートを管路内壁面全面に貼るため、貼付面の表層部を健全面が現れるまで全て切削した上で補修する必要があるため、研磨した粉塵が非常に多く発生するといった弊害もある。
（ホ）作業工程として、コンクリート面の全面研磨、プライマー塗布、繊維シートの含浸作業、全面保護ライニングする必要があり煩雑である。
【０００６】
また、一般的なコンクリート構造物の補強方法として、繊維強化プラスチックと接着剤とを埋め込んで一体化する補強方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、提案されている方法の目的とするところは、構造物全体の荷重負荷や外形寸法を増大させることなく、また、外装材を有する場合には、コンクリート材の除去面積を必要部分に限定させることであって、一般的な建築物などのスラブを対象としたものであり、管路内を流れる水の流動抵抗を増加させないことや、管路内の足場を容易に設けることができることなどについては何ら提案されていない。
【特許文献１】特開平５−２３１０９５号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消しようとするものであり、工事による交通障害を起こすことなく、既存コンクリート製管路構造物の補強をするにあたり、管路内を流れる水の流動抵抗の増加がないコンクリート製管路構造物およびその製造方法を提供することにある。また、管路構造物内を補強部材で補強するにあたり、取扱性の向上が図れるとともに、管路内の天井面を補強する際に脚立などの足場を容易に設けることができるコンクリート製管路構造物およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するために次のような手段を採る。すなわち、
（１）管路内壁面の周方向に沿って溝が形成され、該溝内部にＦＲＰからなる補強部材が、該補強部材の埋設面が管路内壁面の表面つらに合わせるように埋設されていることを特徴とするコンクリート製管路構造物。
【００１０】
（２）補強部材が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維およびポリエステル繊維から選ばれた少なくとも１種を強化繊維とするＦＲＰであることを特徴とする前記（１）記載のコンクリート製管路構造物。
【００１１】
（３）補強部材が、炭素繊維を一方向に引き揃えた状態で樹脂を含浸し、硬化させたＣＦＲＰ板であることを特徴とする前記（１）記載のコンクリート製管路構造物。
【００１２】
（４）コンクリート製管路構造物の内壁周方向に沿って溝を形成した後、該溝内部にＦＲＰからなる補強部材を、該補強部材の埋設面を管路構造物の内壁の表面に合わせるように埋設することを特徴とするコンクリート製管路構造物の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、管路内壁面の周方向に沿って溝が形成され、該溝内部にＦＲＰからなる補強部材が接着剤を介して接着されているとともに、該補強部材の埋設面が管路内壁面の表面に合わせるように埋設されているものであることから、管路の断面形状の変化がないため、管路内を流れる水などの流動抵抗の増加がないなどの効果を奏する。さらに、補強量は必要耐力となるよう周方向に沿ってＦＲＰを縞状に形成して行けばよいことから、コンクリートを研磨する下地処理はＦＲＰの幅のみ行えば良く、施工作業が大幅に軽減されるだけでなく、補強部材は縞状に形成されることから作業のための足場を容易に確保することができるという優れた効果をも奏する。さらに、補強部材自体が工場で生産され、補強作業としては現場で接着作業を行うだけの工法となることから作業者の技量に左右されずに管路を補強することができる。また、補強部材のＦＲＰは現場でディスクサンダーで簡単に切断加工することができ、補強長さを調整することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のコンクリート製管路構造物およびその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明のコンクリート製管路構造物の実施例の一例を示す断面図である。この図において１はコンクリート製管路構造物であり、２は該管路構造物内面に埋設されているＦＲＰ製の補強部材であり、該補強部材２の埋設面は管路構造物内壁面の表面つらに合わせて埋設されている。
【００１６】
図２は、ＦＲＰ製の補強部材で補強されている部分の断面の拡大図である。図２に示されているように２のＦＲＰ製補強部材は、管路内壁面に形成した溝の底面に接着されているとともに、樹脂モルタルやＦＲＰ製補強部材を接着した接着剤で埋設されている。また埋設面はコンクリート製管路構造物内面の表面つらに合わせるようになっており、管路内面の断面形状を変化させることがない。なお、埋設面は埋設材料である樹脂モルタルや、ＦＲＰ製補強部材を接着した接着剤が埋設面を構成していても良く、もしくはＦＲＰ製補強部材が埋設面を構成していても良い。
【００１７】
上記において、コンクリート製管路構造物は、鉄筋コンクリート製管路構造物を意味するものであり、例えば上下水道管、雨水管、農業用水路管など地中に埋設されているコンクリート製の管状の構造物を指すが、限定されるものではない。
【００１８】
本発明の補強部分は、管路内壁面の周方向に溝を形成した部分に行うものである。補強する量は補強計算結果によるが、ＦＲＰ製の補強部材を使用することから、管路内壁面全体に接着してもよいがこれに限定されず、図１に示すように、縞状に所望の間隔を空けて補強することもできる。縞状に所望の間隔を空けて補強する場合は効率がよいため好ましい。
【００１９】
補強部材のＦＲＰの断面形状に規定はなく、例えば長方形や正方形、円形のものを使用することができるが、補強作業の効率やコンクリート製管路構造物との一体化を図るには長方形のものが好ましい。さらには接着力を高めるため、断面形状が任意の多角形形状のものや、Ｈ型のもの、さらには梯子状のもの、さらには任意の突起を持たせたものなどを使用してもかまわない。
【００２０】
補強部材のＦＲＰの寸法も施工が可能な範囲で調整でき、通常は幅２００ｍｍ×厚み１０ｍｍ以下のサイズの板状で、好ましくは幅１００ｍｍ×厚み５ｍｍ以下の長方形の断面形状が好ましい。しかしながら、補強部材を接着剤で接着してコンクリート製管路構造物と一体化させるには、接着する際に補強部材をコンクリート側に強く押しつけて余分な接着剤を補強部材を押し出して、補強部材の接着界面に空気が噛み込まないようにしなければならない。そのために押し出す力を補強部材全幅に伝達し易く、かつ、空気の追い出しが容易なサイズとして、さらに好ましくは幅５０ｍｍ×厚み４ｍｍ以下の長方形の断面形状が良い。この程度のサイズであると現場搬入時にロール状や短冊状の形態で運搬が可能で取扱性も良好になる。
【００２１】
また、コンクリート製管路構造物に接着剤を用いて接着する際に、ＦＲＰのサイズが大きいとＦＲＰ表面に接着剤で噛み込まれた空気を追い出すことが困難になり、補強部分に欠陥を生む危険性がある。
【００２２】
ＦＲＰ製の補強部材を接着する接着剤は、ＦＲＰとコンクリートとの接着性が良好なものを選択すれば良く、特に限定されるものではないが、ＦＲＰを形成するマトリクス樹脂と同じ成分の接着剤が好ましい。例えば剛性に優れるエポキシ樹脂、メチルメタクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を適用することができる。気温約５℃〜６０℃の範囲で硬化不良を起こさずにコンクリート構造物との接着性が良く、耐アルカリ性などの特性からエポキシ樹脂が好ましい。
【００２３】
また、エポキシ樹脂をはじめとする常温硬化型樹脂は、保存の安定性から通常は主剤と硬化剤とが分離した状態にあり、使用時に両者を混合して硬化させるという二液型であることが多いが、１液型であっても良い。
【００２４】
エポキシ樹脂としては、分子内に複数のエポキシ基を含有する化合物、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２５】
エポキシ樹脂の硬化剤の種類としては、アミン化合物、メルカプタン化合物、酸無水物などが挙げられる。特に室温硬化および硬化物物性の点でアミン硬化物が好ましく用いられるがこれに限定するものではない。
【００２６】
また、施工上の観点からＦＲＰを接着させるために使用する接着剤としては、ＪＩＳ  Ａ  ５７５８に基づいて測定される垂直ダレが、２０℃においてダレのないものを使用することが好ましい。管路内壁面の天井部分などにＦＲＰを接着する際に接着剤のダレがあっては作業者に付着する恐れがあり安全衛生上好ましくない。また、この程度の粘性がないと天井部分にＦＲＰを接着した直後にＦＲＰもろとも落下する恐れがあることからも上記のダレのないものを使用することが好ましい。
【００２７】
接着剤の力学的特性としては、ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３に基づいて測定される引張強さが２０℃／７日養生で１９Ｎ／ｍｍ2 以上、ＪＩＳ  Ｋ  ７２０８に基づいて測定される圧縮弾性係数が２０℃／７日養生で３，９００Ｎ／ｍｍ2 以上、ＪＩＳ  Ｋ  ６８５０に基づいて測定される引張せん断強さが２０℃／７日養生で９．８Ｎ／ｍｍ2 以上であるものが好ましく使用される。何れの力学的特性についても、ここで規定される数値以上であれば補強部材を接着剤でコンクリートと一体化を図ることができ、その上限値については特に限定されることはなく、価格や施工性と性能の兼ね合いで調整される。また上記の力学特性以外の範囲についても実験的に補強効果を確認できればこれらに限定されるものではない。
【００２８】
ＦＲＰ製の補強部材を溝内部に接着した後に管路内壁面の表面に合わせるように埋設するが、その埋設する材料はとくに限定されるものではなくポリマーセメントモルタルや樹脂モルタルなどを使用することができる。好ましくは上記のエポキシ樹脂の接着剤を使用すると施工の手間が省けて良い。何れの場合も管路内壁面の表面と合わせることが重要であり、表面と合わせることで断面形状の変化がなく、水を含む液体の流動抵抗を増加させないことになる。
【００２９】
本発明の補強部材であるＦＲＰは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維およびポリエステル繊維から選ばれる少なくとも１種の繊維を強化繊維とし、エポキシ樹脂、メチルメタクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂として構成されるＦＲＰが好ましい。また、マトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂に限定されるものではなく、ポリプロピレンやナイロン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂であっても良い。
【００３０】
上記のごとくＦＲＰは繊維と樹脂で成型されていることから金属と異なり腐食することがなく、軽量であるので取扱性が良く、施工性にも優れる。また、本発明のＦＲＰは工場などで繊維に樹脂を含浸して硬化させたものなので、現場でシートやクロスに樹脂を含浸させる工程がないことから作業者の技量に左右されることがない優れた補強部材となり得る。
【００３１】
ＦＲＰの成型方法は、通常の成型方法で良く、ハンドレイアップ法やスプレーアップ法、ＲＴＭ法、ＳＭＣ法、引き抜き成型法などを適用することができるが、補強部材の成型性や安定性などを踏まえると引き抜き成型が好ましい。また、補強の観点から好ましくは、強化繊維として炭素繊維を用い、該炭素繊維を一方向に引き揃えた状態で樹脂を含浸し硬化させたＣＦＲＰ板であることが良い。前記ＣＦＲＰ板としては東レ（株）製のトレカ（登録商標）ラミネートがあり、補強条件により高強度タイプのＴＬ５２０（引張強度：２，４００Ｎ／ｍｍ2 、ヤング係数：１５６ｋＮ／ｍｍ2 ）や高弾性タイプのＭＬ５２０（引張強度：１，５００Ｎ／ｍｍ2 、ヤング係数：２７３ｋＮ／ｍｍ2 ）などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
次に本発明のコンクリート製管路構造物の補強方法について説明する。
【００３３】
本発明の補強方法は、図１や図２に示されるように、コンクリート製管路構造物の内壁周方向に沿って溝を形成する工程と、該溝内部に補強部材を接着する工程と、管路構造物の内壁の表面に合わせるように該補強部材を埋設する工程を特徴とするコンクリート製管路構造物の補強方法である。その作業手順について一例を説明する。ここでは引張強度、ヤング係数ともに大きく、補強効率が高いＣＦＲＰ板、東レ（株）製トレカ（登録商標）ラミネートＴＬ５２０（厚み２ｍｍ×幅５０ｍｍ）を用いた場合について説明する。
【００３４】
コンクリート製管路構造物の補強検討結果から得られた補強仕様に従って補強部位を墨出しする。次いで管路内壁面にＦＲＰ製補強部材が収まるよう帯状にコンクリートを削り、溝を形成する。溝を形成する場合、補強面にライニング材等で被覆されていればその被覆材から除去するとともに下地のコンクリート部分に溝を形成させる。かかる溝の断面形状は、別に制約されないが、好ましくは角形、Ｖ形、半円形から選ばれる１種、またはこれらの組合せの形状にすることが、補強部材を接着剤により貼り付ける作業効率の上からよい。特に角型に形成すると補強部材を接着してコンクリートと一体化する際に補強部材をコンクリートに強く押しつけることができるため好ましい。かかる溝の寸法は、補強部材が完全に埋め込まれる寸法であって、かつ、復旧仕上げ材が固着可能な寸法であればよいが、好ましくは補強部材の幅および厚みに対し１〜５０ｍｍ程度大きめに形成したものであるのがよい。トレカ（登録商標）ラミネートＴＬ５２０の場合、厚み２ｍｍで幅５０ｍｍであるので溝の大きさとしては、深さ５ｍｍ、幅７０ｍｍ程度にすると溝の削り作業と接着作業と埋設作業の効率のバランスが良い。
【００３５】
かかる溝を形成する場合、専用の溝掘装置を使用してもよいし、除去部分の輪郭部にディスクカッター等で切り込みを入れ、その内側をハツリ機等を使って除去する方法等を採用することができる。いずれにしても、溝内面の仕上がり状態が良好で、特に溝下面を平滑に加工することができる手段であることが好ましい。凸部があるとＦＲＰ製の補強部材を接着する際に補強部材の界面に空気溜まりが生じたり、接着作業時にＦＲＰを割ってしまう危険性があるため、出来る限り局部的な凸部は平滑にすることが好ましい。また大きな凹部はやはりエア溜まりが生じ易いが、小さな凹部は補強部材を接着する接着剤で埋めながら接着することもできる。
【００３６】
溝を形成した後は、研磨した粉塵をウォータージェットやエアーブローなどで出来る限り除去し、清浄なコンクリート面を出す。粉塵が溝内部に付着していると補強部材を接着する際に障害となり、コンクリート製管路構造物との一体化が阻害される危険性がある。
【００３７】
次いでＦＲＰ製の補強部材を必要なサイズに切り出す。トレカ（登録商標）ラミネートを必要なサイズに切断するにはディスクサンダーなどの工具で簡単に切り出すことができる。切断する位置を決定した後、下敷きとして厚み１０ｍｍ程度の木材などをトレカ（登録商標）ラミネートの下に敷いてサンダーで切断する。その後、トレカラミネートの両面に付着した切断屑や汚れなどを除去するためアセトンなどの有機溶剤を含ませたウエスなどで清掃する。ウエスに炭素繊維の切り屑が付着して黒くなるがそれが無くなる程度まで清掃するのが良い。
【００３８】
次いで、トレカ（登録商標）ラミネートを接着するための接着剤をトレカ（登録商標）ラミネートの接着面とコンクリートに形成した溝内部に塗布する。ここでは日本シーカ（株）製のシーカデュア３０を使用する。本接着剤は２液性のモルタルベースのエポキシ接着剤であり、力学的特性としては、前記した引張強さが２０℃／７日養生で１９Ｎ／ｍｍ2 以上、圧縮弾性係数が２０℃／７日養生で３，９００Ｎ／ｍｍ2 以上、引張せん断強さが２０℃／７日養生で９．８Ｎ／ｍｍ2 以上であり、コンクリートにトレカ（登録商標）ラミネートを接着する場合、好ましく使用されるものある。
【００３９】
溝内に接着剤を塗布する方法は特に限定されるものではないが、刷毛やへら、コテ、ローラーなどを用いて行うことができる。好ましくは溝幅に合わせたゴムへらや、金属へらなどで均一に塗布していく方法やハンドガンやディスペンサーなどを使用すると効率が良い。トレカ（登録商標）ラミネートに接着剤を塗布する方法も前記に同じく刷毛やへら、コテ、ローラーをはじめハンドガン、ディスペンサーを使用することができる。また、材料の幅に合わせた専用の塗布装置などを用いると効率が良い。
【００４０】
次いで接着剤を塗布した面同士を貼り合わせて接着させる。この際、塗布した接着剤がトレカ（登録商標）ラミネートの両端から均等にはみ出るように、トレカ（登録商標）ラミネートの幅方向の中央部を手やローラーなどを用いて強く押さえこむことが望ましい。この作業によりコンクリートやトレカ（登録商標）ラミネート界面に存在した空気を外部に押し出すことができるからである。押し出された接着剤はそのままトレカ（登録商標）ラミネートの表層に馴染ませるよう平滑に均しても良いし、取り去っても良い。トレカ（登録商標）ラミネートを埋設させるには、シーカデュア３０をそのまま使用して埋めても良いし、シーカデュア３０が硬化した後、樹脂モルタルやポリマーセメントモルタルなどを用いて埋めても良い。何れにしても管路内壁面の表面つらに合わせるように埋めることが重要である。表面つらから接着剤やモルタルがはみ出ていると水などが流れる際に流動抵抗が増加するとともに、はみ出た部分に抵抗が集中して接着剤やモルタルを剥がしてしまう危険がある。従って埋設した際にはへらやコテなどを用いて表面を平滑にする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンクリート製管路構造物の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す溝に補強部材を埋設した断面の拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：コンクリート製管路構造物
２：補強部材
３：溝
４：接着剤
【図１】
2006057670.tif 000003
【図２】
2006057670.tif 000004