(57)【要約】【課題】固定用ガイドを用いずとも位置決めが容易であり、また、補強材料の使用量を低減できる張出床版の補強方法を提供する。【解決手段】コンクリート製張出床版の幅員方向に繊維強化樹脂板６を配向して設置する補強方法において、コンクリート製床版上面に繊維強化樹脂板６を埋設可能な溝５を所定間隔を空けて切削し、該溝５内に繊維強化樹脂板６を接着剤により固定し、該繊維強化樹脂板６上に床版上面高さまで樹脂モルタル７を充填する。【選択図】図１
2007321419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート製張出床版の幅員方向に繊維強化樹脂板を配向して設置する補強方法において、コンクリート製床版上面に繊維強化樹脂板を埋設可能な溝を所定間隔を空けて切削し、該溝内に繊維強化樹脂板を接着剤により固定し、該繊維強化樹脂板上に床版上面高さまで樹脂モルタルを充填することを特徴とする補強方法。
【請求項２】
繊維強化樹脂板が、炭素繊維を一方向に配向して樹脂含浸して成型した炭素繊維強化プレートである請求項１に記載の補強方法。
【請求項３】
前記溝の間隔が、溝内に設置する炭素繊維強化プレートがその幅の２倍以上、６倍以下のピッチとなる間隔である請求項２に記載の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速道路などに架けられた高架橋群の補強に関し、特に、コンクリート製道路高架橋の張出床版の補修・補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、我が国においては社会基礎構造物の劣化現象が大きな社会問題として注目を集めている。その中でも基盤となる道路交通網を形成する「道路橋の劣化問題」は特に重要な問題として認識されている。高速自動車道等に架けられた高架橋群は、建設以来、重交通量を支える橋梁としてその使命を果たしているが、道路橋の中でも床版は劣化・損傷が多く認められる部材であると同時に、その損傷が橋梁の機能喪失・橋梁架け替えにも直結する極めて重要な部材である。
【０００３】
しかしながら、近年の交通量の増加及び車両の大型化が原因と思われる損傷が床版に多く見られる。その結果、道路橋床版の設計活荷重が引き上げられ、床版厚の増加、鉄筋応力どの引き下げ、配力鉄筋量の増大などにより耐荷力が引き上げられてきた。
【０００４】
また、都市部では環境保全のため床版端部に防音壁が設置されており、床版の両端部、いわゆる張出床版において死荷重及び風荷重の増加による床版損傷の危険が指摘されている。
【０００５】
床版の維持管理において、これまでに様々な補修・補強工法が提案・実施されている。代表的なものとしては、上面増厚工法に代表される、床版中のコンクリート圧縮領域の増加を目的としたもの、鋼板接着工法や強化繊維接着工法のように補強材を貼り付け、見かけの引張側鉄筋量を増やすことで、床版内の主鉄筋の応力振幅の大幅な低減を目指すものとに分類される。
【０００６】
上面増厚工法では、床版上面にスチールファイバーコンクリート等を打設し、新旧コンクリートを一体化させ床版厚の増加によって補強する工法であるが、追加補強鉄筋のコンクリートの充填性や新旧コンクリートの付着性を確保するために、ある程度のコンクリートの厚さが要求され、鉄筋かぶりも考慮することから床版厚が増加し、これにより死荷重の増加を招き、また、床版厚の増加は路面高さの変更を招き、それに伴って伸縮装置のかさ上げなどが必要となる場合がある。
【０００７】
鋼板接着工法では、死過重の増加もさることながら、補強部材の腐食の問題が発生し、経年劣化により補強効果の減退の問題がある。
【０００８】
これに対し、補強繊維、特に炭素繊維による補強工法は、死荷重の増加がなく、しかも補強部材の耐食性に優れるという利点がある。図１０に、張出床版部分に炭素繊維シートの貼着による補強工法の概略断面図を示す。同図に示すように、床版コンクリート101表面を僅かに研磨して下地処理した後（102）、プライマー処理103、下部樹脂モルタル104を打設し、その上に含浸樹脂下塗り105、炭素繊維シート設置106、含浸樹脂上塗り107を繰り返し、所定の炭素繊維シートの積層を形成した後、硅砂接着用樹脂層108、硅砂層109、樹脂モルタル層110を打設し、最後にアスファルト舗装111を施して道路橋の補強が完了する。
【０００９】
しかしながら、炭素繊維シートを用いた工法では、所定の補強強度を得るために炭素繊維シートを複数層積層して用いる必要があり、同図に示すように、本来の床版正面の高さより高くなってしまう。その結果、アスファルトの打ち代えに際してアスファルト表面を削ると、炭素繊維シートも一部削られてしまい、補強効果が保持できなくなるという問題がある。
【００１０】
このような炭素繊維シートに代えて、炭素繊維強化樹脂板（ＣＦＲＰ板）を用いる工法が知られている。
【００１１】
特許文献１には、コンクリート床版の上面に強化繊維を道路の幅員方向に配向したＣＦＲＰ板を道路長手方向に所定ピッチで取り付け、張出床版の補強を行う工法が示されている。
【００１２】
特許文献２では、単にコンクリート床版上にＣＦＲＰ板を張り付ける場合に問題となる、ＣＦＲＰ板の剥がれや損傷を防止するため、コンクリート床版の表面を所定の深さまで切削した後、その深さの半分程度まで第１樹脂モルタルを打設し、その上にＣＦＲＰ板を接着し、さらに第２樹脂モルタルをその上にコンクリート床版の表面高さと同一となるまで打設している。このように、樹脂モルタル層内にＣＦＲＰ板を所定ピッチで介装したことにより、舗装層を通じて伝達される車両等の走行荷重が緩和されると共に、コンクリート床版の切削面と直接摩擦等による摩耗、毀損が緩和されることにより、ＣＦＲＰ板の耐用年数の延命化が図れるとしている。
【特許文献１】特開平１０−２６６１３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献2に記載の工法では、樹脂モルタル層間にＣＦＲＰ板を介装するために、固定用ガイドを、切削面に所定の間隔にてアンカーボルトにより取り付ける必要がある。特に第１樹脂モルタル層の平滑性を高めることが技術的に困難であることから、ＣＦＲＰ板と樹脂モルタル層間の空隙を埋めるように第１樹脂モルタル層の敷き均しの際にＣＦＲＰ板が動くことを防止しなければならない。
【００１４】
また、特許文献２では、幅５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＣＦＲＰ板を２５ｃｍ間隔を空けて設置している。
【００１５】
本発明の目的は、固定用ガイドを用いずとも位置決めが容易であり、また、補強材料の使用量を低減できる張出床版の補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、全面に床版を削るのではなく、ＣＦＲＰ板が埋設できる程度の溝状に切削し、さらに、ＣＦＲＰ板を直接コンクリート床版に接着することで、補強強度に優れ、位置決めが容易であり、しかも補強材料の使用量を低減できる補強構造が得られることを見いだした。特に本発明では、実際の床版モデルを用いた実験から、特許文献２に記載されるほどの狭ピッチでの補強は不必要であるとの結果を得た。
【００１７】
すなわち、本発明は、コンクリート製張出床版の幅員方向に繊維強化樹脂板を配向して設置する補強方法において、コンクリート製床版上面に繊維強化樹脂板を埋設可能な溝を所定間隔を空けて切削し、該溝内に繊維強化樹脂板を接着剤により固定し、該繊維強化樹脂板上に床版上面高さまで樹脂モルタルを充填することを特徴とする補強方法に関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、床版上に形成した溝内に繊維強化樹脂板を直接接着することで、位置決めが容易となる。また、このように溝内に接着された繊維強化樹脂板は、道路橋を走行する車両の輪荷重の影響もなく、振動等による滑動や剥離も防止し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について説明する。
図１は、本発明の補強方法を適用した床版部分の概略斜視断面図である。図中、１はコンクリート製の床版であり、端桁２の外側に張り出した部分Ａが補強対象となる張出床版部である。３は擁壁であり、防音壁（不図示）はこの擁壁３上に取り付けられる。道路橋では、床版１上にアスファルト舗装４が施されている。
【００２０】
施工に当たっては、既存の道路橋であれば、表面のアスファルト舗装４を除去し、コンクリート製床版１を露出させる。補強すべき個所のコンクリートを所定深さに切削し溝５を幅員方向に所定間隔を空けてを形成する。この時溝５は、下部支点となる端桁２を跨ぐようにし、擁壁３の近傍まで形成する。溝の深さは、コンクリート製床版の骨材が露出する程度の深さ、たとえば、５〜１０ｍｍ程度の深さとする。コンクリート表面は骨材がコンクリート硬化の過程で沈降してほとんど骨材を含まないセメントのみとなっていることが多く、骨材が露出するまで切削することで、繊維強化樹脂板との接着性に優れたものとなる。
【００２１】
溝の幅は、使用する補強材料の幅よりもわずかに広くなる程度の幅とすればよい。たとえば、幅５０ｍｍの樹脂板を使用する場合、６５ｍｍの幅に形成する。また、長手方向にもマージンを設けることが好ましく、たとえば、樹脂板端部から５ｍｍ程度のマージンとなるように溝を形成すればよい。また、溝の間隔は、補強すべき床版の配筋方法や使用する補強材料の性状により一概に限定できないが、後述する炭素繊維強化樹脂材料の場合、板幅の２倍以上のピッチで設置しても十分な補強効果が得られる。これは、たとえば、板幅５０ｍｍの樹脂板であれば、１００ｍｍピッチ（板間の間隔５０ｍｍ）以上となる。さらに具体的には、後述するＳタイプのＣＦプレートでは、１５０ｍｍピッチで十分な補強効果が得られ、さらに高弾性のＨタイプではその２倍の３００ｍｍピッチ（板幅の６倍）で十分な補強効果が得られる。従って、このようなピッチで設置できる間隔で溝を形成すればよい。
【００２２】
続いて、溝５内部の下地処理を行う。下地処理では、繊維強化樹脂板を取り付ける既存コンクリート表面の仕上げした後、ひび割れ等の修復（樹脂注入）等を行い、コンクリート表面の健全性を確保する。また、凹凸や不陸はポリマーセメントモルタル等で補修しておく。
【００２３】
次に、コンクリートと繊維強化樹脂板との接着性を良好にするため、溝底にプライマー塗装を行う（不図示）。使用する接着剤によっては、この工程を省略することもできる。また、樹脂モルタルとコンクリートとの密着性を高めるため、溝側壁にもプライマー塗装を行っても良い。
【００２４】
このようにプライマー塗装を行った溝５底に接着剤を塗布する。一方、繊維強化樹脂板６にも専用の治具を用いて接着剤を台形状に塗布する。接着性を向上させるため、プレートの接着面をサンドペーパー、グラインダー等で目荒らししておくことが望ましい。前記溝５に繊維強化樹脂板６を嵌挿し、コンクリート面と繊維強化樹脂板との間に空隙が残らないようにローラー等を用いて押さえる。このとき、接着剤が繊維強化樹脂板の両側から押し出されるまで押さえ、はみ出した接着剤はそのままにしておいてもよく、また、硬化する前に除去してもよい。また、繊維強化樹脂板の表面にも接着剤が付着する場合はこれも除去してもよい。
【００２５】
本発明で使用する強化繊維は特に限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、その他有機繊維等が使用でき、その用途に応じて適宜選択することができる。中でも炭素繊維が好ましく、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ７０７３に準拠した繊維強化プラスチックの引張試験方法において、標準品（Ｓタイプ）では、１．５２×１０5Ｎ／ｍｍ2以上、中弾性品（Ｍタイプ）では１．９６×１０5Ｎ／ｍｍ2以上、高弾性品（Ｈタイプ）では２．９４×１０5Ｎ／ｍｍ2以上の引張弾性率を有する材料を使用することができる。特に、繊維を一方向に引き揃え樹脂含浸して成型したＣＣＦプレート（Consolidated Carbon Fiber Plate）を使用するのが好ましい。含浸樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などが使用できる。
【００２６】
通常、このような樹脂板は長尺の状態で出荷されているが、作業現場において所定の長さに切断して使用しても良いし、所定長さの成形品を用意してそれを用いても良い。
【００２７】
ここで、使用する接着剤としては、繊維強化樹脂板とコンクリートとを十分に接着でき、所望の補強効果を持続し得る接着剤であれば特に限定されるものではないが、従来使用されてきたエポキシ系接着剤が使用できる。特に、常温硬化型のエポキシ系接着剤が好ましく使用できる。接着剤の使用量は、下地の状態等によって異なるが、通常、５０ｍｍ幅の繊維強化樹脂板の接着では、０．３〜０．５ｋｇ／ｍ程度を目安として使用される。
【００２８】
次に、樹脂モルタル７を繊維強化樹脂板６を貼り付けた溝５内に充填し、床版表面が平らになるように仕上げる。樹脂モルタルとしては、前記接着に使用したエポキシ系接着剤に対し、硅砂を１：３〜１：５となるように配合して調製される。
【００２９】
その後、アスファルト舗装を行って、現状に復帰させることができる。また、床版上には、防水性シートや防音シート等を貼付した後、アスファルト舗装する従来公知の方法を採用しても良い。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例では床版モデルを用いてその効果を確認しているが、実際の床版に対して同等の効果を奏することは言うまでもないことである。
【００３１】
＜床版モデル供試体＞
図２に、試験に供した張出床版供試体の３面図を示す。同図（Ａ）は、一点鎖線左が上面側、一点鎖線右側が下面側の配筋状態、同図（Ｂ）は横断面を示し、同様に紙面左側が上面側、紙面右側が下面側である。同図（Ｃ）は縦断面図である。また図３に片持ち式曲げ試験方法を示す。
【００３２】
床版モデル供試体の厚さは１９０ｍｍ、幅７００ｍｍ×長さ１９５０ｍｍであり、図３の右端から２００ｍｍの箇所を上下より固定し、この固定点からさらに６００ｍｍの箇所を下方から支持することにより、片持ち状に保持した。自由側端部より４５０ｍｍの位置に静的荷重を載荷した。ダイヤルゲージを同図Ｉ、IIおよびIIIの３箇所に設置し、変位を測定した。表１に供試体に使用したコンクリートの配合を、表２に供試体に使用した鉄筋の性状をそれぞれ示す。
【００３３】
【表１】
2007321419.tif 000003
【００３４】
【表２】
2007321419.tif 000004
【００３５】
＜補強部材＞
表３に、補強に用いた各種ＣＣＦプレート（以下、ＣＦプレートという）の機械的特性を示す。Ｓタイプは、高強度ＰＡＮ系ＣＦを使用した従来タイプであり、引張弾性係数は１．５２×１０5  Ｎ／ｍｍ2である。Ｈタイプは、ピッチ系高弾性ＣＦ（ＮＧＦ  ＸＮ−６０、引張弾性係数６．２４×１０5  Ｎ／ｍｍ2）とＰＡＮ系高弾性ＣＦ（三菱レイヨン  ＨＳＸ４０、引張弾性係数４．３６×１０5  Ｎ／ｍｍ2）を組み合わせたものである。その合成引張弾性係数は３．９２×１０5  Ｎ／ｍｍ2であり、Ｓタイプの２．６倍の値を有する。
【００３６】
表４は各種供試体の仕様、表５および表６は接着樹脂の性状および諸物性である。また図４および図５は、それぞれＳタイプおよびＨタイプを用いた場合のプレート補強方法の概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ（縦方向）断面図、（Ｃ）はＹ−Ｙ（横方向）断面図である。
【００３７】
片持ち式曲げ試験には、３種類の供試体を使用した。供試体ＢＬ−１は無補強である。供試体Ｓ−１はＳタイププレート５枚、供試体Ｈ−１ではＨタイププレート２枚を用いて補強した。図４および図５に示す通り、ＳタイプおよびＨタイプの貼り付けピッチは、それぞれ１５０ｍｍ、３００ｍｍである。ここで供試体Ｓ−１およびＨ−１に対するＣＦ補強量についてみると、ＣＦプレート総断面積×引張弾性係数の値は、それぞれ４．５０×１０7Ｎ、４．７０×１０7Ｎであることから、同等の剛性を有するＣＦプレートで補強していることになる。ただしＣＦプレートの接着面積比は、供試体Ｓ−１：Ｈ−１＝５：２となる。
【００３８】
供試体へのＣＦプレートの接着は、以下の手順により行った。まず、供試体上面のＣＦプレートを貼り付ける範囲を、おおむね幅６５ｍｍ、長さ１５５０ｍｍ、深さ５〜１０ｍｍの寸法ではつり取った。ＣＦプレート寸法は、幅５０ｍｍ×長さ１５３０ｍｍである。次に、この凹部分へ強化繊維の方向が主鉄筋方向と一致するようにＣＦプレートを貼り付けた。接着樹脂２１には、コニシＥ２３７０Ｍを使用した。その後、ＣＦプレート２２の所定位置にひずみゲージを貼り付け、養生処理を施した後、凹部分へ樹脂モルタル２３を充填し供試体表面が平らになるように仕上げた。ＣＦプレート接着後、室温で７日間以上養生した後、試験を実施した。
【００３９】
【表３】
2007321419.tif 000005
【００４０】
【表４】
2007321419.tif 000006
【００４１】
【表５】
2007321419.tif 000007
【００４２】
【表６】
2007321419.tif 000008
【００４３】
曲げ試験結果
許容応力時荷重の比較
表７および図６は、各種供試体の片持ち式曲げ試験結果である。許容応力時（１４０Ｎ／ｍｍ2）の荷重に着目すると、ＣＦプレートを用いて補強した供試体Ｓ−１およびＨ−１の荷重は、それぞれ６３．９ｋＮ、５６．８ｋＮである。これらの値は、無補強供試体ＢＬ−１の許容応力時荷重である３４．１ｋＮと比べて、それぞれ８７％、６７％高い値である。すなわち、本発明によるＣＦプレート補強工法によれば、主鉄筋に生じる応力を低減することにより設計荷重を高められることが確認できた。
【００４４】
【表７】
2007321419.tif 000009
【００４５】
＜各供試体の曲げ挙動＞
図７〜図９は、各供試体の主鉄筋に関するひずみ分布である。図７によれば、無補強供試体ＢＬ−１の場合、約３４ｋＮで主鉄筋が許容応力に達し、次に７４ｋＮで降伏に近づいた後、破壊に至っている。主鉄筋降伏までの荷重領域では、下方からの支持点位置に相当する０ｍｍにおいて最も大きなひずみが発生している。また、供試体表面には下方からの支持位置付近において大きなひび割れがみられ、その両側３００ｍｍ程度の範囲にひび割れが発生していた。
【００４６】
次に高強度プレートで補強した供試体Ｓ−１の曲げ挙動について検討する。図８によれば、約６４ｋＮで主鉄筋が許容応力に達し、続いて１１８ｋＮで降伏に近づいた後、破壊に至った。
【００４７】
供試体Ｓ−１の破壊状況についてみると、下方からの支持点上方においての初期ひび割れが発生した後、その両側３００ｍｍ程度の範囲に左右均等に多数のひび割れが生じていた。また目視によりひび割れ状態を観察した結果、無補強供試体ＢＬ−１と比較して、供試体Ｓ−１のひび割れ幅は小さかった。供試体Ｓ−１ではＣＦプレートは破断しておらず、下方からの支持点位置より載荷側３００ｍｍ付近においてＣＦプレートが部分的に剥離を起こしていた。この剥離の発生機構として以下の現象が考えられる。すなわち、下方からの支持位置より斜め上方に亀裂が進展し、この亀裂が上面のＣＦプレートに達したとき、部分的な剥離が生じたと考えることができる。このとき、プレートの両端部では剥離は起こっていなかった。
【００４８】
最後に、高弾性プレート補強供試体Ｈ−１の曲げ挙動を検討する。図９に示す通り、約５４ｋＮで主鉄筋が許容応力に達し、続いて９８ｋＮで降伏に近づいた後、１２１ｋＮで破壊に至っている。供試体Ｈ−１では、無補強供試体ＢＬ−１と同様のひび割れ幅であったが、ＣＦプレートの剥離は発生していなかった。
【００４９】
以上のように、Ｓタイプ、Ｈタイプのいずれを用いた場合にも、無補強の場合と同様に、まず鉄筋が許容応力に達して、次に降伏を起こした後、破壊に至るという曲げ挙動を示した。このことから、今回の曲げ試験結果を張出床版の許容応力度設計に利用できるという結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の補強方法を説明する概略斜視断面図である。
【図２】実施例で使用した床版モデル供試体を説明する図である。
【図３】片持ち曲げ試験方法を説明する図である。
【図４】高強度Ｓタイプ補強供試体におけるＣＦプレート補強方法を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘでの断面図、（Ｃ）はＹ−Ｙでの断面図である。
【図５】高弾性Ｈタイプ補強供試体におけるＣＦプレート補強方法を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘでの断面図、（Ｃ）はＹ−Ｙでの断面図である。
【図６】各供試体の荷重−たわみ線図である。
【図７】無補強供試体（ＢＬ−１）における主鉄筋ひずみ分布を示すグラフである。
【図８】高強度Ｓタイプ補強供試体（Ｓ−１）における主鉄筋ひずみ分布を示すグラフである。
【図９】高弾性Ｈタイプ補強供試体（Ｈ−１）における主鉄筋ひずみ分布を示すグラフである。
【図１０】従来の炭素繊維シートを用いた補強方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  コンクリート製床版
２  端桁
３  擁壁
４  アスファルト舗装
５  溝
６  繊維強化樹脂板
７  樹脂モルタル
２１  接着樹脂
２２  ＣＦプレート
２３  樹脂モルタル
【図１】
2007321419.tif 000010
【図２】
2007321419.tif 000011
【図３】
2007321419.tif 000012
【図４】
2007321419.tif 000013
【図５】
2007321419.tif 000014
【図６】
2007321419.tif 000015
【図７】
2007321419.tif 000016
【図８】
2007321419.tif 000017
【図９】
2007321419.tif 000018
【図１０】
2007321419.tif 000019