(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物の表面に繊維強化樹脂による補強・補修層と、更に該補強・補修層の外周面にエトリンガイト（ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ）を主成分とする防耐火被覆層を有することを特徴とするコンクリート構造物の防耐火被覆構造。
【請求項２】
前記補強・補修層と前記防耐火被覆層の間に、無機粒子が介在している部分を有することを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物の防耐火被覆構造。
【請求項３】
前記繊維強化樹脂のマトリックス樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２記載のコンクリート構造物の防耐火被覆構造。
【請求項４】
コンクリート構造物の表面にマトリックス樹脂含浸繊維強化材を配設し、該マトリックス樹脂を硬化してコンクリート構造物を補強・補修した後、得られた補強・補修層の外周面にエトリンガイトを主成分とする防耐火被覆組成物を塗布することを特徴とするコンクリート構造物の防耐火被覆構造の製造方法。
【請求項５】
前記マトリックス樹脂が硬化する前に、無機粒子を施工面に貼着させることを特徴とする請求項４記載のコンクリート構造物の防耐火被覆構造の製造方法。
【請求項６】
前記無機粒子が、平均粒径０．５ｍｍ以上５ｍｍ未満で、且つ、嵩比重が０. ２以上２．５以下の人工軽量骨材であることを特徴とする請求項５記載のコンクリート構造物の防耐火被覆構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化樹脂シート等の繊維強化樹脂で補強・補修した既存コンクリート構造物を火災から保護するために施されるコンクリート構造物の防耐火被覆構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般のコンクリート構造物において、長年の使用による老朽・劣化や、地震の罹災によって強度が低下し、補強・補修を必要とする例が増えている。
【０００３】
旧来このような構造物の強化には補強材料として鋼板が使用されていたが、近年、繊維強化樹脂を用いた補強・補修方法が提案されている。例えば、特開平７−３４６７７号公報や特開平３−２２２７３４号公報などでは、樹脂含有量が１５重量％以下のプリプレグや、支持体に一方向繊維を接着剤にて一時的に接着させた一方向強化繊維シートが提案され、現場にて常温硬化型樹脂を塗布含浸させる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
繊維強化樹脂を用いた補強・補修工法は、強化繊維シートをコンクリート構造物被補強部の形状にあわせて、施工現場で容易且つ任意にカットできること、軽量であることなど、旧来の鋼板工法と比較して著しく作業性に優れるものであるが、火災に弱いという欠点を有する。したがって、火災時に繊維強化樹脂層が熱劣化しないために強化繊維樹脂の上に防耐火被覆を施さなくてはならない。
【０００５】
本発明者らの検討によるとエポキシ樹脂をマトリックス樹脂とした場合、繊維強化樹脂層の熱劣化を防止するためには、該繊維強化樹脂層の温度が２００℃を超えないような能力を有する防耐火被覆を施さなければならないことを見出している。
【０００６】
防耐火被覆の施工方法には、珪酸カルシウム板や石膏ボードなどの耐火ボードで被覆するいわゆる乾式法や、軽量プレミックスモルタル、鋼骨下地用のタイカモルタルを塗工、または、吹き付けるいわゆる湿式法がよく知られている。
【０００７】
乾式法は、施工時に目地を生じるため、火災時にその部分が弱点となる。
【０００８】
湿式法で使用される軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルは、パーライトなどの中空発泡体を多量に含有しているため、熱伝導率は普通のモルタルの１／３〜１／４であり防耐火被覆効果を発揮している。
【０００９】
該軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルを木造下地や鋼骨下地に施工した場合は、火災時に下地温度を、それぞれ２６０℃以下、３５０℃以下に保てばよいのに対し、繊維強化樹脂下地の場合は２００℃程度以下に保つ必要があるため、木造下地や鋼骨下地の場合と同程度の厚みで施工しても、これらの防耐火被覆材料は繊維強化樹脂下地に対しては十分な防耐火被覆効果が得られなかった。繊維強化樹脂下地に対して該軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルによって十分な防耐火被覆効果を得ようとすると、かなりの厚さに塗工する必要があり、材料費、工期のみならず、被覆材の重量によって被覆材が剥離しやすくなるという問題があった。
【００１０】
さらに、該軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルは、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂との接着性が悪く、更に一層、剥落の危険性をはらんでいる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、前記した問題点を解決し、繊維強化樹脂により補強・補修したコンクリート構造物における繊維強化樹脂下地に対して防耐火被覆層を薄くすることができ、しかも十分な防耐火被覆効果を発揮し、防耐火被覆層の付着強度を高めたコンクリート構造物の防耐火被覆構造及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記した問題点を解決するために、本発明は、下記の構成からなる。
【００１３】
本発明のコンクリート構造物の防耐火被覆構造は、コンクリート構造物の表面に繊維強化樹脂による補強・補修層と、更に該補強・補修層の外周面にエトリンガイト（ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ）を主成分とする防耐火被覆層を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のコンクリート構造物の防耐火被覆構造の製造方法は、コンクリート構造物の表面にマトリックス樹脂含浸繊維強化材を配設し、該マトリックス樹脂を硬化してコンクリート構造物を補強・補修した後、得られた補強・補修層の外周面にエトリンガイトを主成分とする防耐火被覆組成物を塗布することを特徴とする。
【００１５】
繊維強化樹脂層の上に本発明によるコンクリート構造物の防耐火被覆層を形成するには、エトリンガイトを主成分とする防耐火被覆組成物スラリーを塗布し、水和硬化させることによって行なわれる。塗布の方法は、塗工、吹き付けなど、従来のモルタル層の形成に使用されている方法が採用できる。
【００１６】
本発明によると、火炎暴露時コンクリート構造物の表面に配設された繊維強化樹脂層の温度上昇が抑えられ、その結果、コンクリート構造物の補強・補修効果の熱劣化がなく、安全性を維持する事が出来る。
【００１７】
本発明において、エトリンガイトを主成分とする防耐火被覆組成物とは、エトリンガイトを主成分とし、無機化合物を含んだ組成物である。該無機化合物には、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム系化合物、及び酸化チタンなどが挙げられる。このような組成物は、例えば、特開平７−６１８４１号公報に開示されている。さらに、ガラス繊維、炭素繊維など耐熱性を有する繊維を短く切断したものを加えることもできる。
【００１８】
エトリンガイトを主成分とした防耐火被覆組成物は、多量に含まれている結晶水が火炎暴露時に蒸発するため、蒸発潜熱による降温効果を有することから、パーライトなどの人工軽量骨材を特に混入する必要がなく、軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルよりも、薄い防耐火被覆層で十分な防耐火被覆効果を発揮し、しかも高強度の被覆が得られる。エトリンガイトを主成分とした防耐火被覆組成物は、下地としての鋼骨と比較して傷つき易い性質を持つ繊維強化樹脂に対しての保護材に好適である。
【００１９】
エトリンガイトを主成分とした防耐火被覆組成物における成分の配合比は、エトリンガイト１００重量部に対し、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化チタンなどを５〜５００重量部含有した組成物が好適である。
【００２０】
エトリンガイトは膨張性の針状結晶であり、施工面に塗工後、成長した結晶が繊維強化樹脂表面の微細凹凸に入り込み、アンカー効果によって付着強度が向上する。特に、ネットなどを表面に接着した強化繊維シートを使用した繊維強化樹脂層は、成長した前記結晶が前記ネットなどと絡んで剥落を防止する。これは、平滑な鋼骨を下地とした場合には得られない作用である。
【００２１】
強化繊維シート表面にネットなどがなくアンカー効果を得にくい場合や、より高強度の防耐火被覆組成物を塗工して高付着強度を得ようとする場合には、コンクリート構造物面に強化繊維樹脂層を配設後、前記樹脂が硬化する前に砂等の無機粒子を未硬化で粘着性のある内に施工面に付着させ、樹脂の硬化後に前記防耐火被覆組成物を施工すれば、エトリンガイトの針状結晶が、前記施工面に付着している無機粒子の間隙に食い込み、一層高い接着強度が得られる。無機粒子として、嵩比重が０. ２以上２. ５以下の人工軽量骨材を使用すると、さらに優れた接着強度が得られる。
【００２２】
人工軽量骨材としてパーライト、バーミキュライト、シラスバルーンなどは、焼結時の発泡で骨材表面に微細孔が無数に形成されるため、エトリンガイトの針状結晶の食い付きがさらに良くなる。また、比重が小さい分、粒径の大きい骨材を貼着させられるため、大きなアンカー効果を得ることができるためである。さらに、大きな人工軽量骨材の接着は、防耐火被覆組成物の塗工性を大きく改善する効果も有する。また、人工軽量骨材は断熱性に優れるため、熱伝導率的にもプラスに作用する。
【００２３】
但し、人工軽量骨材の嵩比重が小さすぎると付着強度が低下するため、塗工する防耐火被覆組成物の強度と人工軽量骨材の嵩比重が０. ２以上２. ５以下のものがよい。
【００２４】
前記した砂や人工軽量骨材の接着は、軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルを防耐火被覆として塗工する場合にも一定の効果を示すが、モルタルが乾燥収縮するため長期的な付着強度は十分とは言い難い。コンクリート構造物における繊維強化樹脂下地に対して砂や人工軽量骨材を接着する方法は、膨張性の針状結晶であるエトリンガイトを主成分とする防耐火被覆組成物をその上に塗工することで生きてくる施工方法である。
【００２５】
本発明において、繊維強化樹脂によるコンクリート構造物の補強・補修構造は、従来よく知られた構造であり、特に制限されない。
【００２６】
マトリックス樹脂としては、特に制限されないが、エポキシ樹脂が好適に使用される。エポキシ樹脂は硬化剤成分を含む形で使用されるが、硬化時に加熱を要さない常温以下の温度で硬化する硬化剤の選択が、外部からの加熱を要さず施工上好ましい。
【００２７】
繊維強化樹脂層の強化繊維としては炭素繊維が好ましく用いられる。また強化繊維の形態は、一方向強化繊維シート、織物、不織布などを、単独、または２種類以上を組み合わせて使用できる。
【００２８】
繊維強化材とマトリックス樹脂とは、あらかじめ強化繊維シートにマトリックス樹脂を含浸させたいわゆるプリプレグでもよく、施工中にマトリックス樹脂とドライ（マトリックス樹脂を含まない）の強化繊維シートとを交互にコンクリート構造物面に配し、マトリックス樹脂を含浸させながらコンクリート構造物面に適用する事もできる。
【００２９】
エトリンガイトを主成分とした防耐火被覆組成物の塗工は、該防耐火被覆組成物のスラリーを、マトリックス樹脂の硬化した、繊維強化樹脂層の面に塗工する。マトリックス樹脂の硬化前に塗工すると、マトリックス樹脂の硬化傷害を引き起こす場合があり好ましくない。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３１】
〔実施例１〕
コンクリート舗道板（□３００ｍｍＸ６０ｍｍ厚）の表面を研磨してエフロレッセンスやレイタンスを除去した後、硬化剤成分を含む常温硬化型ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とし、表面に不織布を貼着した炭素繊維の一方向シート（炭素繊維目付３００ｇ／ｍ2 ) を強化繊維材として、繊維強化樹脂層を形成し、２３℃にて８時間静置しマトリックス樹脂を硬化させ、試験体基盤とした。この試験体基盤の繊維強化樹脂層の繊維含有率は、２３％とした。
【００３２】
マトリックス樹脂硬化後に、エトリンガイト１００重量部、水酸化アルミニウム１５０重量部、炭酸カルシウム１５０重量部、酸化チタン２０重量部、耐アルカリガラス繊維チョップ５重量部、水１５０重量部を混練してなる防耐火被覆組成物スラリーを硬化後の厚さが５、１０、１５、２０、２５、３０、３５ｍｍ厚となるように塗工した。そのまま室温下で４週間養生して試験体とした。
【００３３】
本試験体を耐火標準曲線に従って加熱し、防耐火被覆層表面温度および、炭素繊維強化樹脂層の温度を計測したところ、加熱１時間後（防耐火被覆層表面温度９２５℃）において炭素繊維強化樹脂層が２００℃以下に保たれる防耐火被覆の塗工厚さは１５ｍｍ厚であった。また、加熱２時間後（防耐火被覆層表面温度１０１０℃）においては２５ｍｍ厚であった。
【００３４】
次ぎに１５mm厚に塗工した試験体について建研式付着試験を実施したところ、付着強度は５ｋｇｆ／ｃｍ2 であった。
【００３５】
〔実施例２〕
前記実施例１と同様にしてマトリックス樹脂と繊維強化材シートを配設後マトリックス樹脂の硬化前に２号珪砂を１０００ｇ／ｍ2 吹き付け、次いで２３℃にて・８時間静置しマトリックス樹脂を硬化させ、試験体基盤とした。この試験体基盤の繊維強化樹脂層の繊維含有率を、２３％に調整した。
【００３６】
マトリックス樹脂硬化後に、前記実施例１記載の防耐火被覆組成物スラリーを硬化後の厚さが１５ｍｍ厚となるように塗工した。そのまま室温下で４週間養生し、試験体とした。この試験体を用い建研式付着試験を実施したところ、付着強度１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で、全て防耐火被覆層で破壊し、付着強度は充分であった。
【００３７】
〔実施例３〕
前記実施例１と同様の繊維強化層を形成しマトリックス樹脂の硬化前に人工軽量骨材  日本メサライト工業社製メサライトＭ( 比重１. ４５、平均粒子径約３ｍｍ) を８００ｇ／ｍ2 吹き付け、次いで２３℃にて８時間静置しマトリックス樹脂を硬化させ、試験体基盤とした。この試験体基盤の繊維強化樹脂層の繊維含有率は、２３％とした。
【００３８】
マトリックス樹脂硬化後に、エトリンガイト１００重量部、水酸化アルミニウム１００重量部、炭酸カルシウム１００重量部、酸化チタン２０重量部、耐アルカリガラス繊維チョップ５重量部、水１５０重量部を混練してなる高強度防耐火被覆組成物スラリーを硬化後の厚さが１５ｍｍ厚となるように塗工した。
【００３９】
そのまま室温下で４週間養生し試験体とした。この試験体を建研式付着試験を実施したところ、付着強度は１７ｋｇｆ／ｃｍ2 で、全て防耐火被覆層で破壊した。
【００４０】
〔比較例１〕
前記実施例１と同様にして製造した試験体基盤に軽量プレミックスモルタルスラリーを硬化後の厚さが５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０ｍｍ厚となるように塗工した。そのまま室温下で４週間養生し試験体とした。本試験体を前記実施例１と同様に耐火標準曲線に従って加熱し、防耐火被覆層表面温度および、炭素繊維強化樹脂層の温度を計測したところ、加熱１時間後において炭素繊維強化樹脂層が２００℃以下に保たれる防耐火被覆の塗工厚さは２５ｍｍ厚、加熱２時間後においては４５ｍｍ厚であった。
【００４１】
次ぎに、２５mm厚に塗工した試験体の建研式付着試験を実施したところ、付着強度は１ｋｇｆ／ｃｍ2 であった。
【００４２】
〔比較例２〕
前記実施例２と同様にして得た試験体基盤に前記比較例１記載の軽量プレミックスモルタルスラリーを硬化後の厚さが２５ｍｍ厚となるように塗工した。そのまま室温下で４週間養生し、試験体とした。この試験体について建研式付着試験を実施したところ、付着強度５ｋｇｆ／ｃｍ2 であった。
【００４３】
〔比較例３〕
前記実施例３と同様にして得た試験体基盤に、前記比較例１記載の軽量プレミックスモルタルスラリーを２５ｍｍ厚に塗工した。そのまま室温下で４週間養生し試験体とした。この試験体について、建研式付着試験を実施したところ、付着強度は７ｋｇｆ／ｃｍ2 で、全て防耐火被覆層で破壊した。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を発揮する。
【００４５】
繊維強化樹脂により補強・補修したコンクリート構造物における繊維強化樹脂下地に対して防耐火被覆層を薄くすることができ、しかも十分な防耐火被覆効果を発揮し、防耐火被覆層の付着強度が優れている。
【００４６】
エトリンガイトを主成分とした防耐火被覆組成物を、繊維強化樹脂層の表面温度が、火炎暴露時に２００℃以上にならない厚さに塗工した際、従来の軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルを塗工するより、１時間耐火で約４０％、２時間耐火で３０〜４５％も削減できる。
【００４７】
エトリンガイトを主成分とした防耐火被覆組成物は、結晶水の蒸発潜熱を利用した降温効果を利用するためパーライトなどの人工軽量骨材を混入する必要がなく高強度の被覆が得られ、傷つき易い繊維強化樹脂の保護材に好適である。
【００４８】
また、エトリンガイトは膨張性の針状結晶であるため、成長した結晶が、繊維強化樹脂表面の微細凹凸や貼着した無機粒子の間隙に入り込み、アンカー効果が得られるため、従来の軽量プレミックスモルタルやタイカモルタルを塗工するよりも付着強度が向上する。