(57)【要約】【課題】コンクリート構造物を作業性良く補強する方法を提供することを課題とする。【解決手段】短繊維とオルガノゲルとを含む粘接着ゲルシートをコンクリート構造物に粘着させることによって前記粘接着ゲルシートを前記コンクリート構造物に固定し、次いで、前記粘接着ゲルシートを硬化させて接着することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法により上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維とオルガノゲルとを含む粘接着ゲルシートをコンクリート構造物に粘着させることによって前記粘接着ゲルシートを前記コンクリート構造物に固定し、次いで、前記粘接着ゲルシートを硬化させて接着す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】
前記オルガノゲルが、（１）２３℃において、１．０×１０3〜５．０×１０4Ｐａの貯蔵弾性率及び０．０１〜２の損失係数（周波数０．０１Ｈｚ時）、１．０×１０4〜１．０×１０7Ｐａの貯蔵弾性率及び０．０１〜２の損失係数（周波数１００Ｈｚ時）を有し、かつ（２）硬化前に、０．０１〜０．１５Ｎ／ｍｍ2の粘着力、硬化後に、３Ｎ／ｍｍ2以上の接着力を有する請求項１に記載のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項３】
短繊維が、天然繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維からなる群の中から選ばれる１種又は２種以上の繊維からなる請求項１又は２に記載のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項４】
短繊維が、３〜５０ｍｍの繊維長を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項５】
前記短繊維が、オルガノゲル１００質量部に対して１０〜１００質量部含まれる請求項１〜４のいずれか１つに記載のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項６】
前記オルガノゲルが、（メタ）アクリレート系樹脂からなる高分子マトリックスと、液状の硬化性エポキシ系樹脂及び硬化剤とを含む請求項１〜５のいずれか１つに記載のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のコンクリート構造物の補強方法に使用され、短繊維とオルガノゲルから構成されることを特徴とするコンクリート構造物の補強用短繊維含有粘接着ゲルシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の補強方法及び該方法に使用される短繊維含有粘接着ゲルシートに関する。更に詳しくは、本発明は、短繊維含有粘接着ゲルシートをコンクリート構造物に粘着により仮止めし、次いで短繊維含有粘接着ゲルシートを硬化させることにより強固に接着することでコンクリート構造物を補強する方法、及びこの方法に使用される短繊維含有粘接着ゲルシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリート構造物の経年劣化が社会問題となっている。経年劣化の原因としては、例えば、コンクリートの、コールドジョイント化、中性化、アルカリ骨材反応、凍害及び塩害等が挙げられ、更に施工不良も挙げられる。
経年劣化したコンクリート構造物については、補強する必要がある。補強方法としては、特開２００６−２２６１０３号公報（特許文献１）に記載の方法が挙げられ、具体的には、以下の手順で補強が行われる。
即ち、コンクリート構造物の表面を清浄化した後、コンクリート構造物の劣化の程度により、含浸材、鉄筋防錆材、断面修復材、ひび割れ注入剤等による処理を施す。次に、表面を平滑化した後、平滑面に接着剤を塗布し、その上に硬化型繊維強化樹脂シートを貼り付ける。貼り付けた後、硬化することでコンクリート構造物が補強されている。このような補強方法は、ハンドレイアップ工法とも称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２６１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンクリート構造物は種々の形状及び大きさを有している。そのため、補強の必要な箇所が高所にあれば、作業に危険性が伴い、広範囲に及べば作業負荷が高くなる。また、接着剤は、その硬化に養生（一定期間、状態を保持すること）が必要となり、補強作業が長くなるので工事コストが高くなる。更に、補強現場の環境によっては、補強の品質管理が難しいことがあり、所定の品質での補強を確保するために補強を過剰に行うことが行われている。加えて硬化型繊維強化樹脂シートは、現場で補強必要部位に接着するため、作業者のスキルによってシワや空気が入ることがある。そのため補強が不十分となることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者等は、コンクリート構造物の補強に短繊維とオルガノゲルを含む粘接着ゲルシートを使用することにより、上記課題を解決しうることを見い出し、本発明に至った。
かくして本発明によれば、短繊維とオルガノゲルとを含む粘接着ゲルシートをコンクリート構造物に粘着させることによって前記粘接着ゲルシートを前記コンクリート構造物に固定し、次いで、前記粘接着ゲルシートを硬化させて接着することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法が提供される。
また、本発明によれば、上記コンクリート構造物の補強方法に使用され、短繊維とオルガノゲルから構成されることを特徴とするコンクリート構造物の補強用短繊維含有粘接着ゲルシートが提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のコンクリート構造物の補強方法及び補強用粘接着ゲルシートによれば、作業者のスキルに依存せず、作業の危険性、作業負荷及び工事コストを低減しつつコンクリート構造物を補強できる。
【０００７】
また、以下のいずれか１つ又は組み合わせによる場合、よりコンクリート構造物を簡便に補強できる。
（１）オルガノゲルが、（１）２３℃において、１．０×１０3〜５．０×１０4Ｐａの貯蔵弾性率及び０．０１〜２の損失係数（周波数０．０１Ｈｚ時）、１．０×１０4〜１．０×１０7Ｐａの貯蔵弾性率及び０．０１〜２の損失係数（周波数１００Ｈｚ時）を有し、かつ（２）硬化前に、０．０１〜０．１５Ｎ／ｍｍ2の粘着力、硬化後に、３Ｎ／ｍｍ2以上の接着力を有する
（２）短繊維が、天然繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維からなる群の中から選ばれる１種又は２種以上の繊維からなる場合
（３）短繊維が、オルガノゲル１００質量部に対して１０〜１００質量部含まれる場合
（４）短繊維が、３〜５０ｍｍの繊維長を有する場合
（５）オルガノゲルが、（メタ）アクリレート系樹脂からなる高分子マトリックスと、液状の硬化性エポキシ系樹脂及び硬化剤とを含む場合
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】コンクリート構造物の補強形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
図１は、コンクリート構造物の補強用短繊維含有粘接着ゲルシート（単に、ゲルシートともいう）を、コンクリート構造物の表面に施工した実施形態を示している。この補強は、例えば、次の手順で施工できる。
まず、コンクリート構造物１の補強必要部位を清浄化する。清浄化時に、コンクリート構造物１の劣化の程度により、含浸材、鉄筋防錆材、断面修復材、ひび割れ注入剤等による処理を施してもよい。次に、表面を必要に応じて平滑化した後、補強必要部位に補強用短繊維含有粘接着ゲルシート２を粘着させることで固定する。ゲルシート２は粘着により固定されているので、空気の巻き込み、シワの発生等により貼り直しの必要が生じた場合でも、容易に貼りなおすことができる。次に、ゲルシート２を硬化させてコンクリート構造物１に接着することで、コンクリート構造物１を補強できる。図１中、３は短繊維を意味する。
【００１０】
ゲルシートは、ゲル状の形態、所定の粘着力及び接着力を有していさえすれば、その構成成分は特に限定されない。
ゲルシートの厚さは、補強作業時にシートの形状を維持し得る厚さであれば特に限定されない。例えば、０．５〜５ｍｍである。
本明細書において、ゲル状の形態とは、例えば、２３℃で測定した貯蔵弾性率及び損失係数の値において、周波数０．０１Ｈｚにおける貯蔵弾性率が１．０×１０3〜５．０×１０4Ｐａ、損失係数が０．０１〜２であり、周波数１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率が１．０×１０4〜１．０×１０7Ｐａ、損失係数が０．０１〜２の物性で表される形態が挙げられる。貯蔵弾性率及び損失係数を合わせて粘弾特性という。
【００１１】
上記粘弾特性は、ゲルシートがコンクリート構造物（被着体）表面の凹凸に入り込んで接着する密着性の評価であり、被着体へのゲルシートの接触面積や、ゲルシート自身の変形性を示す。また、粘弾特性は、ゲルシートの凝集力、すなわち耐破壊強さの評価値ともなる。
０．０１Ｈｚ（低周波数域）における粘弾特性は、低速での微小な変形過程におけるゲルシートの濡れ粘着力、クリープ挙動（塑性変形）等の指標となる。例えば、被着体に貼り付けた場合、０．０１Ｈｚにおける貯蔵弾性率が高過ぎたり、損失係数が低すぎたりすると、ゲルシートは良好な変形ができず、密着性が低下することがある。また、逆に、貯蔵弾性率が低過ぎたり、損失係数が高過ぎたりすると、ゲルシートの凝集性が低下し、形状保持性が低下することがある。
【００１２】
１００Ｈｚ（高周波数域）における粘弾特性は、高速の変形過程におけるゲルシートの被着体への追従性、剥離挙動等の指標となる。例えば、被着体に貼り付けた場合、１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率が高過ぎたり、損失係数が低過ぎたりすると、ゲルシートが車両等の通過による振動等に追従できず剥離が生じやすくなる。また、逆に、貯蔵弾性率が低過ぎたり、損失係数が高過ぎたりすると、被着体への貼り直しがしづらいことがある。
なお、周波数０．０１Ｈｚにおける貯蔵弾性率は１．０×１０3〜５．０×１０4Ｐａ、損失係数は０．０１〜２であり、周波数１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率は１．０×１０4〜１．０×１０7Ｐａ、損失係数は０．０１〜２であることがより好ましい。
【００１３】
所定の粘着力とは、ゲルシートのコンクリート構造物への粘着状態を維持しうる力である。粘着力は０．０１〜０．１５Ｎ／ｍｍ2であることが好ましい。０．０１Ｎ／ｍｍ2未満の場合、被着体に対する粘着力が十分でないことがある。０．１５Ｎ／ｍｍ2より高い場合、粘着性が強すぎて作業性が低下することがある。より好ましい粘着力は、０．０５〜０．１５Ｎ／ｍｍ2である。
所定の接着力とは、ゲルシートの硬化後において、ゲルシートのコンクリート構造物への接着状態を維持しうる力である。接着力は、引張せん断接着強度で表すと、３Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましい。３Ｎ／ｍｍ2未満であるとコンクリート構造物への接着性が低下し、耐荷力が不足することがある。より好ましい接着力は、５〜２０Ｎ／ｍｍ2である。
【００１４】
オルガノゲルは、高分子マトリックスと、液状の硬化性エポキシ系樹脂及び硬化剤とを含むことが好ましい。高分子マトリックスは、（メタ）アクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂、シリコーン系樹脂等から構成されていてもよい。
高分子マトリックスは、例えば、（メタ）アクリレート系の単官能単量体と多官能単量体とを共重合させることで得ることができる。単量体は、エポキシ基を含んでいることが好ましい。
【００１５】
液状の硬化性エポキシ系樹脂は、常温（約２３℃±２℃）で液体の樹脂である。例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ノボラック樹脂型等のエポキシ樹脂が挙げられる。
硬化剤は、特に限定されず、熱又は光硬化剤を使用できる。熱硬化剤を使用する場合は、ゲルシートの硬化は加熱により、光硬化剤を使用する場合は、ゲルシートの硬化は光の照射により行われる。ゲルシートへの熱又は光の付与は、コンクリート構造物へのゲルシートの粘着後に行ってもよく、粘着前に行ってもよい。
【００１６】
ゲルシートには、短繊維が含まれている。短繊維を含むことで、ゲルシートの物理的強度を高めることができる。
短繊維は、３〜５０ｍｍの繊維長を有していること好ましい。繊維長が３ｍｍ未満の場合、繊維同士の絡み合いがなくなり繊維による耐荷力の向上効果が不十分となることがある。５０ｍｍより長い場合、分散性の低下に伴い力学特性のバラツキが生じることがある。より好ましい繊維長は５〜３０ｍｍである。
【００１７】
短繊維は、オルガノゲル１００質量部に対して１０〜１００質量部含まれることが好ましい。
短繊維は、例えば、天然繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維からなる群の中から選ばれる１種又は２種以上の繊維からなっていてもよい。これらの中でも、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、及びポリオレフィン繊維は、軽くて強度に優れることから好ましい。
【００１８】
短繊維は、ゲルシートのどの部位に位置していてもよい。例えば、ゲルシートのコンクリート構造物側の表面、反対面に位置していてもよく、ゲルシート内部に位置していてもよい。この内、ゲルシート内部に位置することが、ゲルシートと短繊維との一体性をより向上できるので好ましい。
なお、ゲルシートは、使用時まで、一対の剥離フィルムでその表面を保護されていてもよい。また、ゲルシートの片面に基材（例えば、合成樹脂フィルム）を備え、他方面に剥離フィルムを備えていてもよい。更に、短繊維は、基材に接着させてもよい。
【００１９】
ゲルシートの製造例を下記する。
まず、以下の成分を均一になるまで撹拌混合し、粘接着剤組成物を得る。
【００２０】
アクリレートモノマー（Ｐ２Ｈ−Ａ、共栄社化学社製）  ４．５質量部
エポキシアクリレートオリゴマー（ＳＰ１５０９、昭和電工社製）  １０．５質量部
光重合開始剤（イルガキュア１１７３、ＢＡＳＦ社製）  ０．３質量部
液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ８２８、三菱化学社製）  １００質量部
潜在型硬化剤（フジキュア７００１、Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ社製）  １０質量部
得られた粘接着剤組成物に芯材（短繊維）としてチョップドストランド（日東紡社製ＣＳ１３  Ｃ-８９７  カット長＝１３ｍｍ）を５０質量部混練したものを、シリコーンコーティングされたＰＥＴフィルム（剥離フィルム）上に広げる。その後、上から同じくシリコーンコーティングされたＰＥＴフィルムを被せて、一対のフィルム間の粘接着剤組成物の厚さが２．０ｍｍになるように、粘接着剤組成物を均一に押し広げる。次いで、メタルハライドランプからエネルギー量７５００ｍＪ/ｃｍ2の紫外線を照射することにより、厚さ２．０ｍｍのゲルシートを得ることができる。
【００２１】
このゲルシートは、粘着力が０．１２５Ｎ／ｍｍ2、周波数０．０１Ｈｚにおける貯蔵弾性率が７６２０Ｐａ及び損失係数が０．３６、周波数１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率が９２７７００Ｐａ及び損失係数が０．４５である。また、硬化後において、引張せん断接着強さが８．２８Ｎ／ｍｍ２である。なお、これら物性の測定方法を下記する。
【００２２】
（粘着力測定：プローブタック試験）
接着性ゲルシートを３×３ｃｍに切断し、両面テープ（スリオンテック社製Ｎｏ.５４８６）で固定したＳＵＳ板に、測定するためのゲルシートの片面を上にして、もう一方の面を用いてゲルシートを貼り付ける。プローブタック試験はテクスチャーアナライザーＴＸ−ＡＴ(英弘精機株式会社製)を用いて測定する。プローブには直径１０ｍｍのＳＵＳ製プローブを用いる。１０００ｇの荷重で１０秒間、負荷をプローブの粘着面にかけた後、１０ｍｍ／ｓｅｃの速度でプローブを引き剥がす時の最大荷重（Ｎ）を測定する。粘着力は、最大荷重（Ｎ）を粘着面の面積で除した値（Ｎ／ｍｍ2）である。
【００２３】
〔動的粘弾性（貯蔵弾性率Ｇ'及び損失係数ｔａｎδ）の測定方法〕
動的粘弾性測定は粘弾性測定装置ＰＨＹＳＩＣＡ  ＭＣＲ３０１（Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ社製）、温度制御システムＣＴＤ４５０、解析ソフトＲｈｅｏｐｌｕｓ、ジオメトリーにはφ８ｍｍの上下格子目加工パラレルプレートを用いて測定する。
直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状のゲルシート試験片を測定温度にした粘弾性測定装置のプレートに挟みノーマルフォース０．０５Ｎとなるようにプレート間距離を調整する。
更に測定温度±１℃を２分間保持した後、歪み１％、周波数０．１〜１００Ｈｚ、温度条件２３℃、窒素雰囲気、ノーマルフォース１Ｎ一定にする。
次に周波数が０．１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲で、測定を高周波数（１００Ｈｚ）側から行なう。対数昇降、測定点数は５点／桁の条件で動的粘弾性測定を行うことで、貯蔵弾性率Ｇ'及び損失係数ｔａｎδを測定する。
【００２４】
（接着力測定）
ゲルシートを２５ｍｍ×１２．５ｍｍのサイズに切断し、ゲルシートに設けられた二つの剥離フィルムのうち、一方の剥離フィルムを剥がす。アルコール洗浄後にＪＩＳ  Ｒ  ６２５２：２００６に記載の２４０番研磨紙にて研磨したＳＰＣＣ鋼板に露出したゲルシートを圧着する。次いで、他方の剥離フィルムを剥がし、露出したゲルシートを、もう一つの同様に前処理したＳＰＣＣ鋼板に圧着する。送風式オーブンにて１２０℃で２時間保持して加熱硬化させ、その後常温で放冷したものを引張せん断接着強度測定用試験片とする。
【００２５】
次いで、試験片を、引張試験機テンシロン万能試験機ＵＣＴ−１０Ｔ（オリエンテック社製）、万能試験機データ処理ソフトＵＴＰＳ−４５８Ｘ（ソフトブレーン社製）を用い、ＪＩＳＫ６８５０：１９９９の７の手順に従い、ＪＩＳ  Ｋ  ７１００：１９９９の記号「２３／５０」（温度２３℃、相対湿度５０％）、２級の標準雰囲気下で１６時間以上かけて状態調整した後、同じ標準雰囲気下にて引張せん断接着強度（Ｎ／ｍｍ2）を測定する。但し、引張速度は、日本接着剤工業会規格ＪＡＩ−１５：２０１１に倣い、１．０±０．２(ｍｍ／分)とする。
引張せん断接着強さ（Ｎ／ｍｍ２）は次式により算出する。
【００２６】
Ｓ＝Ｐ／Ａ
Ｓ：引張せん断接着強さ（Ｎ／ｍｍ2）
Ｐ：破断力（Ｎ）
Ａ：せん断面積（ｍｍ2）
【符号の説明】
【００２７】
１：コンクリート構造物  ２：補強用粘接着ゲルシート  ３：短繊維
【図１】
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