(57)【要約】【課題】  施工が容易で、施工後の構造物の質量増加が軽微であり、高靭性材料を用いることで均一な曲げ靭性を有するとともに、補修・補強箇所が既設構造物との優れた一体性を有し、高耐久性、長寿命化が図れる、鉄筋コンクリート構造体からなる橋脚の耐震補強や道路床版の下面増圧工法に用いられるコンクリート構造体の補修・補強工法を提供する。【解決手段】  コンクリート構造体の補修・補強工法は、予め補強対象部材と型枠の間に平均格子間隔が１２〜３０ｍｍである三次元構造の格子状繊維体を設置し、該三次元構造の格子状繊維体中に、含有されるポリマー固形分／セメント比が５〜２０質量％である繊維含有ポリマーセメント系グラウト材を充填する工法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め補修・補強対象部材と型枠との間に平均格子間隔が１２〜３０ｍｍである三次元構造の格子状繊維体を設置し、該三次元構造の格子状繊維体中に、含有されるポリマー固形分／セメント比が５〜２０質量％である繊維含有ポリマーセメント系グラウト材を充填することを特徴とする、コンクリート構造体の補修・補強工法。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリート構造体の補修・補強工法において、ポリマーセメント系グラウト材がＪＩＳ  Ａ  ６２０３に規定するポリマーディスパージョン及び／または再乳化形粉末樹脂を含有するポリマーセメント系グラウト材であることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート構造体の補修・補強工法。
【請求項３】
請求項１または２記載のコンクリート構造体の補修・補強工法において、ポリマーセメント系グラウト材は、該グラウト材粉体１００質量部に対し、繊維長４〜１０ｍｍの短繊維を０．１〜０．４質量部含むことを特徴とする、コンクリート構造体の補修・補強工法。
【請求項４】
請求項３記載のコンクリート構造体の補修・補強工法において、三次元構造の格子状繊維体の平均格子間隔に対し、該ポリマーセメント系グラウト材中に含有される短繊維の繊維長が１／３以下であることを特徴とする、コンクリート構造体の補修・補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造体の補修・補強工法に関し、特に、中性化、塩害、アルカリ骨材反応、凍害などの劣化現象により劣化した種々のコンクリート構造体の断面修復または増厚を実施するにあたり、鉄筋コンクリート構造体からなる橋脚の耐震補強や道路床版の下面増厚工法に用いられるのに有効なコンクリート構造体の補修・補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にコンクリート構造体の補修・補強工法に用いる材料は、対象となるコンクリートの材質の力学的性質にできる限り類似していることが望ましいことから、セメント系材料が好適に使用されており、特に使用環境が厳しい場所等では、下地との一体性や外部からの有害物質浸透抑制の点から、ポリマーセメント系の材料がよく使用されている。
また、コンクリート構造体の大断面の補修・補強には吹き付け工法やグラウトの充填工法が用いられているが、流し込み成型ができ、人的負担が少なく、マニュアル化による施工安定性の高いグラウト充填工法が大規模な補修・補強には多く適用されている。
【０００３】
このようなコンクリート構造体の大断面の補修・補強に使用されるグラウト材として、特開２００２−２８５１５３号公報には、セメント、分級フライアッシュ及びカルシウムサルフォアルミネート系膨張材を含むセメント系無機粉体と、乾燥収縮低減剤、細骨材を含有する、ポリマーを添加していないセメント系のグラウト材組成物が開示されている。
特開２００５−８２４１６号公報には、ポルトランドセメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、骨材、短繊維物質、収縮低減剤、減水剤、及び消泡剤を含有する、一材化ポリマーセメントグラウト材に短繊維を混和して、ひび割れを発生しにくくしたポリマーセメント組成物が記載されている。
【０００４】
しかし、単に補修・補強対象部にグラウト材を充填しただけでは、靭性が不十分であり、補強効果が十分とはいえない。
また、高靭性にするために、予め補強鉄筋を配置した後、グラウト充填工法が行われたり、鋼板を貼り付け、グラウト材等を充填する工法が行われたりしているが、施工には重機が必要であり、鉄筋や鋼板を用いると構造物自体の質量も重くなり負荷が掛かる。
【０００５】
一方、コンクリート構造体をより強固、より高靭性にすることができる水硬性物質補強用高靭性不織布マットとして、特開２００３−１２８４４７号公報には、繊維物性の異なる有機合成繊維Ａおよび有機合成繊維Ｂからなり、該有機合成繊維Ａと該有機合成繊維Ｂの割合が質量比でＡ：Ｂ＝８０：２０〜２０：８０で構成され、嵩比重が０．００８〜０．０１８ｇ／ｃｍ３の、水硬性物質の補修・補強に用いる不織布マットであって、該不織布マットを含有した水硬性硬化物の破壊強度が初期クラック強度よりも大きいことを特徴とする水硬性物質補強用高靭性不織布マットが開示され、このようなマットを設置した後、セメントミルクを注入し、補修・補強する工法が紹介されている。
【０００６】
しかし、かかる水硬性物質補強用高靭性不織布マットを用いた場合には、細骨材を含むグラウト材を密に充填することはできず、また、強化繊維を含むグラウト材も密に充填することができず、従って、充填する材料がセメントミルクに限られ、高靭性構造体とはならず、また曲げ強度は主として不織布マットの嵩比重やその繊維強度に依存することとなる。
従って、不織布の繊維劣化や偏荷重等により局所的に脆弱化する場合があり、耐久性に劣る。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８５１５３号公報
【特許文献２】特開２００５−８２４１６号公報
【特許文献３】特開２００３−１２８４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、上記課題を解決し、施工が容易で、施工後の構造物の質量増加が軽微であり、高靭性材料を用いることで均一な曲げ靭性を備えるとともに、補修・補強箇所が既設構造物との優れた一体性を有し、高耐久性、長寿命化が図れる、コンクリート構造体からなる橋脚の耐震補強や道路床版の下面増圧工法に用いられるコンクリート構造体の補修・補強工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、グラウト材と所定の三次元構造の格子状繊維体とを組み合わせることにより、上記目的を達成することを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
本発明のコンクリート構造体の補修・補強工法は、予め補修・補強対象部材と型枠との間に平均格子間隔が１２〜３０ｍｍである三次元構造の格子状繊維体を設置し、該三次元構造の格子状繊維体中に、含有されるポリマー固形分／セメント比が５〜２０質量％である繊維含有ポリマーセメント系グラウト材を充填することを特徴とする。
また、請求項２記載のコンクリート構造体の補修・補強工法は、請求項１記載のコンクリート構造体の補修・補強工法において、ポリマーセメント系グラウト材がＪＩＳ  Ａ  ６２０３に規定するポリマーディスパージョン及び／または再乳化形粉末樹脂を含有するポリマーポリマーセメント系グラウト材であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載のコンクリート構造体の補修・補強工法は、請求項１または２記載のコンクリート構造体の補修・補強工法において、ポリマーセメント系グラウト材は、該グラウト材粉体１００質量部に対し、繊維長４〜１０ｍｍの短繊維を０．１〜０．４質量部含むことを特徴とする。
また、請求項４記載のコンクリート構造体の補修・補強工法は、請求項３記載のコンクリート構造体の補修・補強工法において、三次元構造の格子状繊維体の平均格子間隔に対し、該ポリマーセメント系グラウト材中に含有される短繊維の繊維長が１／３以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のコンクリート構造体の補修・補強工法は、施工が容易で、施工後の構造物の質量増加が軽微であり、均一な曲げ靭性が図れるとともに、補修・補強箇所が既設構造物との優れた一体性を有することで、高耐久性、長寿命化を図ることができる。
更に、本発明のコンクリート構造体の補修・補強工法は、補修・補強箇所が肉厚にならずに、強度を保持できるとともに優れた靭性を有するので、補修・補強箇所の剥落の危険性が激減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のコンクリート構造体の補修・補強工法は、予め補修・補強対象部材と型枠との間に平均格子間隔が１２〜３０ｍｍである三次元構造の格子状繊維体を設置し、該三次元構造の格子状繊維体中に、含有されるポリマー固形分／セメント比が５〜２０質量％である繊維含有ポリマーセメント系グラウト材を充填する工法である。
このような工法とすることにより、補修・補強箇所に、グラウト材を有効に均一に適用することができ、高い靭性を確保でき、高強度を保持することが可能となる。
【００１４】
本発明の工法に用いることができるポリマーセメント系グラウト材は、含有されるポリマー固形分／セメント比が５〜２０質量％であれば特に限定されず、公知のものを使用することができるが、高い靭性を確保するために、特にＪＩＳ  Ａ  ６２０３に規定するポリマーディスパージョン及び／または再乳化形粉末樹脂を含有するポリマーセメント系グラウト材が好ましい。
【００１５】
当該ポリマーポリマーセメント系グラウト材に含まれるポリマーディスパージョン及び／または再乳化形樹脂としては、液状の高分子エマルジョンやゴムラテックス、粉末状の再乳化形粉末樹脂等が使用できる。
特に、再乳化形粉末樹脂を用いる場合には、現場計量の必要がなく、品質管理が容易になる。
これらのポリマーとしては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０３に例示されるポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステルなどを主成分とするポリマーディスバージョン及び再乳化形粉末樹脂が例示でき、これらを単独でまたは混合して用いることができる。
特に好適には、アクリル系ポリマーを用いることができ、かかるアクリル系ポリマーのディスパージョンを用いることが、耐久性の点から好ましい。
【００１６】
再乳化形粉末樹脂は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０３に規定するポリマーディスパージョンを噴霧乾燥した粉末樹脂で、水を添加すると再度乳化するものをいい、ポリマーディスパージョンとは、上記ポリマーの微粒子が水中に分散し、浮遊している状態のものである。
ポリマーを安定化する方法としては、例えば、アクリル酸を共重合するカルボキシル方式（アニオン化方式）、水溶性ポリマー例えばポリビニルアルコール等の水溶液中で重合する保護コロイド方式、重合反応性界面活性剤等を共重合する方式、非重合反応性界面活性剤による安定化方式がある。
かかる再乳化形粉末樹脂の製造方法は特に限定されることなく、これらのポリマーディスパージョンを粉末化方法やブロッキング防止法等の公知の任意の方法を用いて調製することができる。
【００１７】
再乳化形粉末樹脂の再乳化液としては、最低造膜温度が０℃以上であることが望ましい。
最低造膜温度が０℃以上であることにより、コンクリートとの付着性およびポリマーセメント系グラウト材の表面硬度が硬く、早期強度発現性に優れることとなる。
【００１８】
かかるポリマーディスパージョン及び／または再乳化形粉末樹脂は、ポリマーセメント系グラウト材中のポリマー固形分／セメント比が５〜２０質量％、好ましくは１０〜１５質量％であり、これは、かかる範囲であると、粘性を良好に保持でき、付着性が優れ、また曲げ靭性やひび割れ追従性も十分に確保できるからである。
【００１９】
更に、本発明の工法に用いるポリマーセメント系グラウト材には、繊維が混入され、かかる強化繊維を配合することで、更に高い強度発現性が可能となる。
ポリマーセメント系グラウト材に混入できる繊維としては、ポリオレフィン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、アラミド系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアクリルニトリル系繊維、セルロース系繊維、セラミックス系繊維、炭素繊維、ガラス繊維、鉱物繊維系等の繊維を、単独でまたは混合して使用することができる。
【００２０】
特に好ましくは、当該短繊維は高強度且つ高弾性であることが必要であり、具体的には、該繊維の引張強度が１，０００〜６，０００Ｎ／ｍｍ２程度であり、且つ、該繊維の弾性係数が２０〜３００ｋＮ／ｍｍ２程度であることが望ましい。
引張強度が１，０００Ｎ／ｍｍ２未満ではセメント複合体の強度が十分ではない場合があり、一方６，０００Ｎ／ｍｍ２を超えるような繊維は入手困難である。
また、該繊維の弾性係数が２０ｋＮ／ｍｍ２未満ではセメント複合体の靱性が十分ではない場合があり、一方３００ｋＮ／ｍｍ２を超えるような繊維は入手困難である。
【００２１】
また、上記短繊維は、通常、直径５０μｍ以下程度、長さ４〜１０ｍｍ程度のモノフィラメント繊維であることが、繊維混入による補強効果、即ち高強度・高靱性付与の観点から、好ましい。
該モノフィラメント繊維の直径は５〜４０μｍ程度、長さは４〜１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００２２】
上記短繊維によって補強されていることにより、より高強度・より高靱性を達成することが可能である。
このように、短繊維を配合することにより、ひび割れ部分における繊維の架橋能力が高いため、あるひび割れ面の繊維が破断する前に、他の箇所でひび割れが発生し、多数のひび割れ部分において繊維の引張り応力がうまく機能することに基づいて、ひび割れ発生後も曲げ耐荷力が低下することなく高い水準で維持することができることとなる。
【００２３】
その配合量は、ポリマーセメント系グラウト材粉体１００質量部に対し、短繊維を０．１〜０．４質量部含むことが好ましく、かかる範囲であると、得られるポリマーセメント系グラウト材の、充填性および作業性の低下を十分に抑制することができるからである。
【００２４】
ポリマーセメント系グラウト材に用いるセメントとしては、現場の施工条件等を考慮して選定することができ、特に限定されず、例えば普通、早強、中庸熱及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらの各種ポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグなどを混合した高炉セメント等の各種混合セメント、速硬セメント等を、単独または２種以上で用いることができ、特に安価で早期強度を発現することから、早強セメントを用いることが好ましい。
【００２５】
また、該セメントには、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカヒューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、無水石膏、生石灰系膨張材、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材などの公知の混和材を添加することができる。
【００２６】
また、ポリマーセメント系グラウト材に使用する細骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂、３〜８号珪砂、石灰石、及びスラグ細骨材等を使用することができ、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度調整した珪砂や石灰石等の細骨材を用いることが好ましい。
【００２７】
更に必要に応じて、ポリマーセメント系グラウト材には、本発明の効果を損なわない範囲で、高性能減水剤、消泡剤、発泡剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、着色剤、保水剤、膨張材、収縮低減材等の公知の化学混和剤を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することができる。
【００２８】
当該ポリマーセメント系グラウト材は、上記原料を含むグラウト材組成物と水とを混練してなるものであって、好ましくは、グラウト材組成物中に含まれる水硬性無機粉体１００質量部に対し、水１０〜３０質量部、好ましくは１５〜２０質量部を添加し均一に混練することにより得られる。
【００２９】
本発明のコンクリート構造体の補修・補強工法は、コンクリート構造体の補強・補修箇所に型枠を設置し、当該補強・補修箇所と該型枠との間に、三次元構造の格子状繊維体を設置する。
次いで、該三次元構造の格子状繊維体中に、上記ポリマーセメント系グラウト材を密に充填するものである。
ここで、三次元構造の格子状繊維体の平均格子間隔は１２〜３０ｍｍであり、好ましくは１５〜２５ｍｍである。該三次元構造の格子状繊維体の格子間隔は、前記格子間隔範囲であれば水平方向及び垂直方向において同一の間隔であっても異なる間隔であってもよい。
更に好ましくは、三次元構造の格子状繊維体の平均格子間隔に対し、該セメント系グラウト材中に含有される短繊維の繊維長が１／３以下である。
【００３０】
かかる格子間隔とすることにより、ポリマーセメント系グラウト材が三次元構造の格子状繊維体の間隙に良好に充填されることができ、特にポリマーセメント系グラウト材中に短繊維が含まれていても、該短繊維長の３倍以上の長さの格子間隔を有する際には、短繊維が該三次元構造の格子状繊維体にひっかかることなく、均一で極めて良好な充填が可能である。
また、該グラウト材と該三次元構造体との複合体の充分な曲げ靭性能を発現することが可能となる。
【００３１】
前記三次元構造の格子状繊維体としては、ポリビニルアルコール系、ポリエチレン系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリエステル系繊維を格子状に加工したものである。
該三次元構造の格子状繊維体は、単独でも、複数重ね合わせて用いることもでき、適宜設定することが可能である。
【００３２】
このように、ポリマーセメント系グラウト材を予め補強対象部材と型枠との間に設置した三次元構造体の隙間に充填することで、補強部材のさらなる高靭性化が図れ、従来の補強体が有する以上の耐久性の向上、長寿命化が可能となる。
【実施例】
【００３３】
本発明を次の実施例、比較例及び試験例により詳述する。
（使用材料）
下記に示す各原材料を用いて、実施例及び比較例を行った。
グラウト材粉末；商品名  フィルコンＲ（住友大阪セメント株式会社）
ポリマーエマルジョン；ライオンボンドＡ（住友大阪セメント株式会社；不揮発分４５％）
高強度短繊維；Ｒｅｃ１５（クラレ株式会社製）
水；水道水
【００３４】
（実施例１〜３、比較例１〜５）
上記各原料を用いて、表１に示す配合割合で、各材料を高速ハンドミキサーで、２０℃、８５ＲＨ環境下で均一に混合して、各グラウト材を調製した。
補強用短繊維として用いる上記高強度短繊維であるＲｅｃ１５は、引張強度が１，６００Ｎ／ｍｍ２で、弾性係数が４０ｋＮ／ｍｍ２である繊維であり、その平均繊維長を６ｍｍにカットしたものと１０ｍｍにカットしたものを用いた。かかる短繊維のモノフィラメント繊維の直径は、４０μｍであった。
また、実施例１、実施例３、比較例３〜５のポリマーセメントグラウト材中のポリマー固形分／セメント比は５．０質量％、実施例２のポリマーセメントグラウト材中のポリマー固形分／セメント比は２０．０質量％、比較例２のポリマーセメントグラウト材中のポリマー固形分／セメント比は２５．０質量％である。
【００３５】
【表１】
2007270470.tif 000002
【００３６】
このようにして得られた実施例１〜３および比較例１〜５の各ポリマーセメント系グラウト材に対して、以下の各試験を以下の方法に従い実施し、その結果を表２に示す。
【００３７】
圧縮強度試験方法
Φ１０×ｈ２０ｃｍの型枠に短繊維含有ポリマーセメント系グラウト材を充填し、２０℃、８５％ＲＨで２８日間養生した後、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠し、圧縮強度試験を実施し、以下の評価基準で評価した。
材齢２８日圧縮強度；３０Ｎ／ｍｍ２以上・・○
３０Ｎ／ｍｍ２未満・・×
【００３８】
付着強度試験方法
短繊維含有ポリマーセメント系グラウト材を３０×３０×６ｃｍのＪＩＳ  Ａ  ５３０４舗道用コンクリート板に厚み１ｃｍで流し込み、２０℃、８５％ＲＨで２８日間養生した後、４×４ｃｍのアタッチメントを接着し、建研式引張り試験機により付着強度を測定し、以下の評価基準で評価した。
材齢２８日付着強度；１．５Ｎ／ｍｍ２以上・・○
１．５Ｎ／ｍｍ２未満・・×
【００３９】
【表２】
2007270470.tif 000003
【００４０】
次いで、三次元格子状繊維構造体として、表３に示す平均格子間隔を有する三次元格子状繊維構造体を用いて、該型枠内に埋まるように設置し、上記各ポリマーセメント系グラウト材を充填した。
このようにして得られた実施例１〜３および比較例１〜５の各ポリマーセメント系グラウト材と三次元構造体の組みわせ体の物性について、以下の各試験を以下の方法に従い実施し、その結果を表３に示す。
【００４１】
グラウト流動性
上記各ポリマーセメント系グラウト材を混練後、１０×１０×４０ｃｍ型枠に表３に示す平均格子間隔を有する三次元格子状繊維構造体を設置し、ポリマーセメント系グラウト材を充填した際の充填性を目視で確認し、以下の評価基準で評価した。
グラウト充填性；三次元構造体への繊維引掛かりなし・・○
あり・・×
【００４２】
曲げ強度試験
１０×１０×４０ｃｍの型枠に三次元格子状繊維構造体を設置後、各ポリマーセメント系グラウト材を充填し、２０℃、８５％ＲＨで２８日間養生した後、ＪＩＳ  Ａ  １１０６に準拠し、載荷速度０．５ｍｍ／分にて曲げ強度試験を実施し、以下の評価基準で評価した。
初期ひび割れ曲げ強度＜最大曲げ強度・・○
最大曲げ強度＜初期ひび割れ曲げ強度・・×
材齢２８日最大曲げ強度；１０Ｎ／ｍｍ２以上・・○
１０Ｎ／ｍｍ２未満・・×
材齢２８日最大曲げ強度時のたわみ；３ｍｍ以上・・○
３ｍｍ未満・・×
【００４３】
【表３】
2007270470.tif 000004
【００４４】
但し、上記表中の平均格子間隔は、水平方向及び垂直方向の双方において表３に示す同一の値を有することを意味するものである。
比較例１ではポリマーを含まないグラウト材を用いているため、曲げ強度時のたわみ性に劣り、比較例２ではポリマー固形分／セメント比が大きいため、グラウト流動性に劣り三次元構造体と組み合わせて用いることができず、比較例３ではグラウト材に繊維を含有していないため、初期強度に劣り、また比較例４では三次元構造体の格子間隔が広すぎるため、曲げ強度時のたわみ性に劣り、比較例５では、三次元構造体とグラウト材とを組み合わせていないため、曲げ強度及びたわみ性に劣ることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のコンクリート構造体の補修・補強工法は、ＲＣ柱の耐震補強などの巻き立て工法や、道路橋床版等の下面増厚工法等の建築・土木分野に有効に適用することができる。