(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力の作用による損壊を防止するためのコンクリートの補強構造であって、
コンクリートを削孔して形成されるコア部と、前記コア部に充填される膨張材とを備え、
前記膨張材は、前記コア部に充填された後に膨張して、前記コア部の周囲のコンクリートが押圧されることで、前記コア部の周囲のコンクリートに圧縮力が付与された状態とするものであり、
前記コア部には、前記膨張材のみが充填されること
を特徴とするコンクリートの補強構造。
【請求項２】
外力の作用による損壊を防止するためのコンクリートの補強工法であって、
コンクリートを削孔して形成されたコア部に、膨張材のみを充填する充填工程と、
前記コア部に充填した前記膨張材を膨張させて、前記コア部の周囲のコンクリートを前記膨張材に押圧させることで、前記コア部の周囲のコンクリートに圧縮力を付与した状態とする膨張工程とを備えること
を特徴とするコンクリートの補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力の作用による損壊を防止するためのコンクリートの補強構造及びその補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、繰り返し動的荷重が載荷される場所に用いられ、脆性破壊的な剥離状せん断力に対して優れた耐久性を示すものとして、特許文献１に開示されるＲＣ構造物が提案されている。また、床版に用いるコンクリート自体の強度をより高めて厚さを薄くし、かつ重量の軽減化を図ることができるものとして、特許文献２に開示される鋼橋用床版が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示されるＲＣ構造物は、裏面両端が支持されて、表面側から動的荷重が繰り返し載荷される場所に用いられるものであり、裏面側を支持する支点から表面側の荷重位置に向けて斜め上方向に剥離状せん断力が加えられるせん断領域を有し、スパン方向に鉄筋が予め埋設されるものである。特許文献２に開示される鋼橋用床版は、コンクリートを打設することによって形成される床版のコンクリートを、シリカヒュームと膨張材と鋼繊維とが混入された高強度繊維補強コンクリートを主要構成材料とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９７９３９号公報
【特許文献２】特開２００９−７９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されたＲＣ構造物は、せん断耐力を向上させる目的でＦＲＰ端部にアンカーボルトが挿入されるものであるが、アンカーボルト自体が腐食するおそれがあるという問題点があった。また、特許文献１に開示されたＲＣ構造物は、ＦＲＰとアンカーボルト等との接着によって曲げ耐力の向上を図るものであるため、接着箇所において付着力が不十分なものとなることで、曲げ耐力が十分に向上しないものとなるという問題点があった。
【０００６】
さらに、特許文献２に開示された鋼橋用床版は、床版のコンクリート本体を高強度繊維補強コンクリートとするときに、床版のコンクリートの強度を向上させるために、コンクリートに膨張材を混入することが必要となる。このため、特許文献２に開示された鋼橋用床版は、既設のコンクリートに膨張材を混入させることができず、床版のコンクリートをあらためて再構築する必要が生じるため、施工費用、工期が著しく増大したものとなるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、コンクリートの一部を膨張材に置換して、周囲のコンクリートにプレストレスを導入することで、コンクリートの曲げ疲労耐力、せん断耐力を向上させることのできるコンクリートの補強構造及びその補強工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係るコンクリートの補強構造は、外力の作用による損壊を防止するためのコンクリートの補強構造であって、コンクリートを削孔して形成されるコア部と、前記コア部に充填される膨張材とを備え、前記膨張材は、前記コア部に充填された後に膨張して、前記コア部の周囲のコンクリートが押圧されることで、前記コア部の周囲のコンクリートに圧縮力が付与された状態とするものであり、前記コア部には、前記膨張材のみが充填されることを特徴とする。
【００１２】
第２発明に係るコンクリートの補強工法は、外力の作用による損壊を防止するためのコンクリートの補強工法であって、コンクリートを削孔して形成されたコア部に、膨張材のみを充填する充填工程と、前記コア部に充填した前記膨張材を膨張させて、前記コア部の周囲のコンクリートを前記膨張材に押圧させることで、前記コア部の周囲のコンクリートに圧縮力を付与した状態とする膨張工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明〜第５発明によれば、コア部又は亀裂部に膨張材を充填することで、コンクリートの一部が膨張材に置換されて、コア部又は亀裂部の周囲のコンクリートにプレストレスが導入されるため、コンクリートの曲げ疲労耐力及びせん断耐力を向上させることが可能となる。
【００１４】
第１発明〜第５発明によれば、コンクリートが完全に乾燥収縮する前の段階で、コア部又は亀裂部に膨張材が充填されても、経時膨張硬化性材料の膨張材の膨張が、コア部又は亀裂部の周囲のコンクリートの収縮に追随して、膨張材とコンクリートとの界面に付着切れが生じることを回避することが可能となる。
【００１５】
特に、第２発明によれば、コンクリートにひび割れが生じて形成された亀裂部に膨張材が充填されるため、既設のコンクリートに生じたひび割れの補修と、コンクリートの曲げ疲労耐力及びせん断耐力の向上とを兼ねるものとすることが可能となる。
【００１６】
特に、第２発明によれば、コンクリートの内部に配設された鉄筋がひび割れによって露出するものとなっても、亀裂部に充填された膨張材で鉄筋が覆われることで、鉄筋が外気に触れて腐食することを防止することが可能となる。
【００１７】
特に、第５発明によれば、コンクリートの曲げ疲労耐力及びせん断耐力を同時に向上させるとともに、アンカーボルト、鉄筋等の鋼製棒材がコア部又は亀裂部に設けられないものであるため、これら鋼製棒材が経年劣化等によって腐食することを防止することが可能となる。
【００１８】
特に、第５発明によれば、コア部又は亀裂部に膨張材を充填するのみで、コンクリートの曲げ疲労耐力及びせん断耐力を向上させることができるため、アンカーボルト、鉄筋等の棒材をコア部又は亀裂部に設けることを必要としないで、コンクリートの補強のための工程、工期を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、本発明を適用したコンクリートの補強構造が導入される鉄筋コンクリート床版を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明を適用したコンクリートの補強構造が導入されるボックスカルバートや地下トンネルを示す正面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明を適用したコンクリートの補強構造のコア部及び膨張材を示す拡大正面図である。
【図４】本発明を適用したコンクリートの補強構造の亀裂部及び膨張材を示す拡大正面図である。
【図５】（ａ）は、本発明を適用したコンクリートの補強工法でコンクリートに形成されたコア部を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、コア部に充填された膨張材を示す拡大正面図である。
【図６】（ａ）は、本発明を適用したコンクリートの補強工法でコンクリートに形成された亀裂部を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、亀裂部に充填された膨張材を示す拡大正面図である。
【図７】（ａ）は、本発明を適用したコンクリートの補強工法でコア部に充填された膨張材が膨張した状態を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、コア部の周囲のコンクリートに圧縮力が付与された状態を示す拡大正面図である。
【図８】（ａ）は、本発明を適用したコンクリートの補強工法で亀裂部に充填された膨張材が膨張した状態を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、亀裂部の周囲のコンクリートに圧縮力が付与された状態を示す拡大正面図である。
【図９】本発明を適用したコンクリートの補強構造で膨張材が膨張することで付与された圧縮力でコンクリートのせん断破壊を防止した状態を示す拡大正面図である。
【図１０】本発明を適用したコンクリートの補強構造で鉄筋コンクリート床版を対象とした輪荷重によるコンクリートの疲労とたわみとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用したコンクリートの補強構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、図１に示すように、主として、道路橋等で通行車両等の輪荷重が外力として作用する鉄筋コンクリート床版５５等のコンクリート５や、図２に示すように、自重等による持続荷重又は地震力による衝撃荷重等が外力として作用するボックスカルバート５０や地下トンネル５０の頂板５１、側壁板５２等のコンクリート５に導入される。
【００２２】
コンクリート５は、図１、図２に示すように、面内方向Ｘに延びて略平板状に形成されるとともに、面外方向Ｙに所定の厚みを有するものである。コンクリート５は、図１に示すように、鉄筋コンクリート床版５５として用いられる場合等に、コンクリート５の内部で面内方向Ｘに延びて配設される１又は複数の鉄筋５６を有する。
【００２３】
本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、輪荷重、持続荷重又は衝撃荷重等の外力の作用によるコンクリート５の損壊を防止するために、図３、図４に示すように、コンクリート５に形成されたコア部２又は亀裂部３に膨張材４を充填して、コンクリート５の一部を膨張材４に置換するものとなる。
【００２４】
本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、第１実施形態において、図３に示すように、コンクリート５を面外方向Ｙに削孔して形成されるコア部２と、コア部２に充填される膨張材４とを備える。本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、主に、既設のコンクリート５にコア部２が形成されるものであるが、これに限らず、新設のコンクリート５にコア部２が形成されてもよい。
【００２５】
コア部２は、ドリル等のコンクリート削孔用器具等が用いられることで、コンクリート５の面外方向Ｙで所定の深さＨまで、断面略円形状等となるように削孔されて形成される。コア部２は、コンクリート５の内部に配設された鉄筋５６等と干渉しないように、コンクリート５の下面５ａから削孔されて形成される。
【００２６】
コア部２は、これに限らず、コンクリート５の上面５ｂから削孔されて形成されてもよく、また、コンクリート５を上面５ｂから下面５ａまで、面外方向Ｙに貫通するように削孔されて形成されてもよい。
【００２７】
膨張材４は、コア部２に充填する前後において、所定時間を経過することで体積が増大して膨張するとともに、所定時間を経過して膨張したままの状態で硬化するものである。膨張材４は、例えば、膨張コンクリート、膨張モルタル、又は、発泡ウレタン等の経時膨張硬化性材料が用いられる。
【００２８】
膨張材４は、コア部２に充填された後に膨張するとともに硬化することで、コア部２の周囲のコンクリート５を膨張硬化した膨張材４の膨張圧で押圧するものとなる。このとき、膨張材４は、アンカーボルト等の棒材をコア部２に挿入等させることなく、膨張コンクリート、膨張モルタル、又は、発泡ウレタン等の経時膨張硬化性材料のみが、コア部２に充填されるものとなる。
【００２９】
本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、第２実施形態において、図４に示すように、コンクリート５に面外方向Ｙのひび割れが生じることで形成された亀裂部３と、亀裂部３に充填される膨張材４とを備える。本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、主に、既設のコンクリート５に形成された亀裂部３に膨張材４が充填されるものとなるが、これに限らず、新設のコンクリート５に形成された亀裂部３に膨張材４が充填されてもよい。
【００３０】
亀裂部３は、コンクリート５に作用する引張力や乾燥収縮等を原因として、コンクリート５の上面５ｂ又は下面５ａからコンクリート５の内部までひび割れが生じて、コンクリート５の面外方向Ｙで所定の深さＨまで形成されるものとなる。このとき、亀裂部３は、コンクリート５にひび割れが生じる位置や深さＨによっては、コンクリート５の内部に配設された鉄筋５６が露出して外気に触れるものとなる。
【００３１】
膨張材４は、亀裂部３に充填する前後において、所定時間を経過することで体積が増大して膨張するとともに、所定時間を経過して膨張したままの状態で硬化するものである。膨張材４は、例えば、膨張コンクリート、膨張モルタル、又は、発泡ウレタン等の経時膨張硬化性材料が用いられる。
【００３２】
膨張材４は、亀裂部３に充填された後に膨張するとともに硬化することで、亀裂部３の周囲のコンクリート５を膨張硬化した膨張材４の膨張圧で押圧するものとなる。このとき、膨張材４は、アンカーボルト等の棒材を亀裂部３に挿入等させることなく、膨張コンクリート、膨張モルタル、又は、発泡ウレタン等の経時膨張硬化性材料のみが、亀裂部３に充填されるものとなる。
【００３３】
本発明を適用したコンクリートの補強工法は、図５〜図８に示すように、外力の作用によるコンクリート５の損壊を防止するためのものであり、コア部２又は亀裂部３に膨張材４を充填する充填工程と、コア部２又は亀裂部３に充填した膨張材４を膨張させる膨張工程とを備える。
【００３４】
充填工程では、最初に、図５（ａ）に示すように、コンクリート５の上面５ｂ又は下面５ａから、コンクリート５を面外方向Ｙで所定の深さＨまで、ドリル等のコンクリート削孔用器具等で削孔することで、コンクリート５にコア部２を形成する。
【００３５】
充填工程では、次に、図５（ｂ）に示すように、コンクリート５に形成されたコア部２に、アンカーボルト、鉄筋等の棒材を挿入等させることなく、膨張コンクリート、膨張モルタル、又は、発泡ウレタン等の経時膨張硬化性材料が用いられた膨張材４が充填される。
【００３６】
充填工程では、これに限らず、図６に示すように、コンクリート５の上面５ｂ又は下面５ａからコンクリート５の内部までひび割れが生じて、コンクリート５の面外方向Ｙで所定の深さＨまで形成された亀裂部３に、アンカーボルト、鉄筋等の棒材を挿入等させることなく、膨張材４が充填されてもよい。
【００３７】
膨張工程では、図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、コア部２又は亀裂部３に充填された膨張材４を膨張させて、コア部２又は亀裂部３の周囲で所定の範囲のコンクリート５を膨張材４に押圧させる。
【００３８】
膨張工程では、最後に、図７（ｂ）、図８（ｂ）に示すように、膨張材４を膨張させるとともに硬化させて、コア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５を膨張材４に押圧させることで、コア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５で、コンクリート５の内部に圧縮力Ｐを付与した状態として、コア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５に擬似的なプレストレスが導入されるものとなる。
【００３９】
本発明を適用したコンクリートの補強工法は、既設又は新設のコンクリート５に用いられることで、第１実施形態又は第２実施形態に係る本発明を適用したコンクリートの補強構造１が、既設又は新設のコンクリート５を補強するために導入されるものとなる。
【００４０】
このとき、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、図１、図２に示すように、コア部２又は亀裂部３が、鉄筋コンクリート床版５５、ボックスカルバート５０の頂板５１、ボックスカルバート５０の側壁板５２、地下トンネル５０の頂板５１、又は、地下トンネル５０の側壁板５２として用いられるコンクリート５に形成されて、膨張材４が充填されるものとなる。
【００４１】
コンクリート５は、図９に示すように、輪荷重、持続荷重又は衝撃荷重等の外力が作用することで、押し抜きせん断破壊や、遅れせん断破壊、地震力の作用によるせん断破壊等が生じるおそれがあるものである。このとき、コンクリート５は、例えば、面外方向Ｙに延びるように上面５ｂから下面５ａまで連続して、コンクリート５の内部に仮想せん断面Ｓを形成することで、押し抜きせん断破壊等が生じるものとなる。
【００４２】
ここで、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、コア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５で、コンクリート５の内部に圧縮力Ｐが付与されることで、仮想せん断面Ｓを形成させることのないように、コンクリート５の内部を押圧する擬似的なプレストレスが導入される。
【００４３】
また、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、図１０に示すように、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、例えば、鉄筋コンクリート床版５５を対象とした場合に、輪荷重によるコンクリート５の疲労と、コンクリート５のたわみとの関係が示される。このとき、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、経時膨張硬化性材料の膨張材４を充填したケース（図１０の実線）が、膨張しない充填材を充填したケース（図１０の破線）よりも、コンクリート５のたわみが全体的に小さくなるものとなり、コア部２又は亀裂部３に膨張材４を充填することで、コンクリート５の曲げ疲労耐力が向上したものとなる。
【００４４】
これにより、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、コア部２又は亀裂部３に膨張材４を充填することで、コンクリート５の一部が膨張材４に置換されて、コア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５にプレストレスが導入されるため、コンクリート５の曲げ疲労耐力及びせん断耐力を向上させることが可能となる。
【００４５】
コンクリート５は、図３、図４に示すように、乾燥収縮は長期に亘って継続するものである。このため、従来のように、コア部２又は亀裂部３に膨張しない充填材を充填する方法では、コンクリート５が完全に乾燥収縮する前の段階で、コア部２又は亀裂部３に膨張しない充填材を充填すると、コア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５が後発的に収縮するものとなり、膨張しない充填材とコンクリート５との界面に付着切れを生じさせるおそれがあった。
【００４６】
これに対して、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、コンクリート５が完全に乾燥収縮する前の段階で、コア部２又は亀裂部３に膨張材４が充填されても、経時膨張硬化性材料の膨張材４の膨張がコア部２又は亀裂部３の周囲のコンクリート５の収縮に追随して、膨張材４とコンクリート５との界面に付着切れが生じることを回避することができるため、コンクリート５の曲げ疲労耐力及びせん断耐力を十分に向上させることが可能となる。
【００４７】
本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、図４に示すように、第２実施形態において、コンクリート５にひび割れが生じて形成された亀裂部３に膨張材４が充填されるため、既設のコンクリート５に生じたひび割れの補修と、コンクリート５の曲げ疲労耐力及びせん断耐力の向上とを兼ねるものとすることが可能となる。さらに、本発明を適用したコンクリートの補強構造１は、第２実施形態において、コンクリート５の内部に配設された鉄筋５６がひび割れによって露出するものとなっても、亀裂部３に充填された膨張材４で鉄筋５６が覆われることで、鉄筋５６が外気に触れて腐食することを防止することが可能となる。
【００４８】
本発明を適用したコンクリートの補強工法は、図５〜図８に示すように、コンクリート５の曲げ疲労耐力及びせん断耐力を同時に向上させるとともに、アンカーボルト、鉄筋等の鋼製棒材がコア部２又は亀裂部３に設けられないものであるため、これら鋼製棒材が経年劣化等によって腐食することを防止することが可能となる。
【００４９】
本発明を適用したコンクリートの補強工法は、コア部２又は亀裂部３に膨張材４を充填するのみで、コンクリート５の曲げ疲労耐力及びせん断耐力を向上させることができるため、アンカーボルト、鉄筋等の棒材をコア部２又は亀裂部３に設けることを必要としないで、コンクリート５の補強のための工程、工期を短縮することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【符号の説明】
【００５１】
１    ：コンクリートの補強構造
２    ：コア部
３    ：亀裂部
４    ：膨張材
５    ：コンクリート
５ａ  ：下面
５ｂ  ：上面
５０  ：ボックスカルバート、地下トンネル
５１  ：頂板
５２  ：側壁板
５５  ：鉄筋コンクリート床版
５６  ：鉄筋
Ｘ    ：面内方向
Ｙ    ：面外方向
【図１】
0006511231.tif 000002
【図２】
0006511231.tif 000003
【図３】
0006511231.tif 000004
【図４】
0006511231.tif 000005
【図５】
0006511231.tif 000006
【図６】
0006511231.tif 000007
【図７】
0006511231.tif 000008
【図８】
0006511231.tif 000009
【図９】
0006511231.tif 000010
【図１０】
0006511231.tif 000011