第八回道路橋床版シンポジウム論文報告集

土木学会

論文

床版上面の断面修復に浸透性接着剤を用いた場合の疲労耐久性向上に関する検討
和田吉憲*，松本政徳**，渡邉晋也***（株）高速道路総合技術研究所（〒194-8508 東京都町田市忠生 1-4-1）** （一社）施工技術総合研究所 （〒417-0801 静岡県富士市大渕 3154）
床版上面の緊急的な補修及び，舗装の全面打換え時における部分補修として，変状部の部分打換えが多く実施されている．しかし，補修した後，さまざまな要因により，ポットホール等の舗装損傷や補修部の界面剥離等の損傷が，短期間で再発する事例が確認されている．そこで，新旧コンクリートの付着強度を改善する目的で，浸透性接着剤に着目し，付着性能の改善や微細ひび割れ充填性及び疲労耐久性について検証したものである．

キーワード：床版補修，浸透性接着剤，打継ぎ界面，疲労耐久性

1．はじめに高速道路橋などＲＣ床版では，交通荷重の影響による疲労や，凍結防止剤による塩害などの外的因子による変状が顕著化している．特に床版上面が砂利化（骨材化）する現象が多数確認されている。ＲＣ床版の上面が砂利化することにより，ポットホールなどの舗装損傷を誘発するため，走行安全性への影響が大きいとともに，舗装補修や床版補修の際には交通規制が必要となるため，維持管理上の課題となっている．
また，補修を施したＲＣ床版において，早々に再劣化が生じることが確認され補修工事が絶えず行われているのが現状である．この再損傷は，緊急補修などの小規模補修が施された箇所に多く生じていることが判明している．
そこで，筆者らはＲＣ床版の維持管理の中で最も重要度が高い，床版上面の補修における再劣化のメカニズムについて検討を行ってきた．その結果，緊急補修時のハツリ処理として，手持式動力工具（以下ブレーカと称す）を用いて補修が行われていることが判明した．ブレーカを用いた場合，既設コンクリートに微細なひび割れや脆弱部が発生することが知られており，その微細ひび割れや脆弱部が断面修復材と既設ＲＣ床版の一体化を阻害していることについて実験的に確認し報告１）を行っている．
そこで，本研究では，ブレーカで生じた微細ひび割れや脆弱部の補修方法としての浸透性エポキシ樹脂接着剤について検討を行った．検討項目は，補修面の状態が浸透性接着剤の浸透性能に与える影響について検討を行った．また，エポキシ樹脂接着剤は高耐久性であることが知られているが，コンクリート中の高アルカリ環境下において加水分解が生じ，付着強度に悪影響を及ぼさないかについて検討を行った．ＲＣ床版の補修部は，直接輪荷重が加わることから，引張疲労を受けた場合の疲労耐久性について検討を行った．
本論文は，上述した検討項目について検討した結果を取りまとめ，ＲＣ床版上面補修における浸透性エポキシ樹脂接着剤の適用の可能性について考察を行ったものである．
２．断面修復におけるハツリ処理の実態
RC 床版上面の断面修復における実態調査を行った結果，応急的または部分的な断面修復の場合には，写真-1に示すような，比較的軽量で施工時間の早い，ブレーカで行っていることが多く，また打継ぎ界面に対しても特段の処理を行っていないことが判明した．
既往の研究２）によると，ブレーカ等によるハツリ処理
では打継ぎ界面の付着強度が低下し，ウォータージェット工法（以下，「WJ」という）によるハツリ処理では，高い付着強度が得られることが知られている．
このため，応急的または部分的な断面修復においてもWJ によるハツリ処理を行うことが望ましいが，WJ ハツリ処理には，高圧ポンプやその他の機材が非常に大型で大規模となるとともに，水処理などの課題があるため，応急的で補修規模が比較的小さい場合や，長時間の交通規制が実施できないような条件下では，コスト面や施工時間面において課題があるのが現状である．

- 81 -

4.1 共通項目実験概要（1）下地材概要
本実験で用いた下地材のコンクリート配合を表－1 に示す．付着試験などを実施する際に下地材で破壊しないように呼び強度 40 のコンクリートを用いている．
下地材の寸法は，40cm×40cm×11cm とし，養生後にピックハンマー（7.3kg 級）を用いて，30cm×30cm×1cmのはつり処理を施したものを下地材として使用した．
表－1 下地材のコンクリート配合
写真-1 ブレーカ等によるハツリ処理

粗骨材の水セメ 細骨スランプ 空気量
最大寸法
ント比 材率 水（ｍｍ）（ｃｍ）（％） （％） （％） W

３．打継ぎ界面における付着強度の改善検討

25

筆者らが行った研究では，ブレーカ等を用いてハツリ処理した際には，既設コンクリートに写真-2 に示すような，微細ひび割れや脆弱部（以下，「微細ひび割れ等」という）が発生することが判明している．このような微細ひび割れ等を有したまま補修材を打継いだ場合，打継ぎ界面は一体化するものの，界面下 15mm～20mm の既設コンクリートが破壊する．このため，結果的に断面修復箇所の付着強度が低下し，輪荷重による荷重の影響で耐久性を著しく低下させる．
打継ぎ界面に発生した微細ひび割れ等の対策方法には，次の 2 つの方法が考えられる．
a）微細ひび割れ等を除去する方法
b）微細ひび割れ等を補修する方法
微細ひび割れ等を除去する方法には，スチールショットブラスト工法（以下，「SSB」という）による研掃やWJ による研掃などが考えられる．一方で，微細ひび割れ等を補修する方法には，樹脂や微粒子セメントなどの他材料で固化させることが考えられる．
そこで，今回の研究では，施工現場において，特殊な機器が必要ないエポキシ樹脂接着剤を用いた方法について，要素実験を実施し検証することとした．

写真-2 微細ひび割れ等の発生状況
４. 実験概要
本研究では，大別して 4 項目の試験を行った．試験シ
リーズごとに詳細を記載する．なお，共通する項目について以下に示す．

82537.8

39.9 170

単位量（ｋｇ/ｍ3）
セメント 細骨材 粗骨材 混和剤
C
S1 S2GAd450404 269

10244.5

備考
C：普通ポルトランドセメント（3.16ｇ/ｃｍ3 ）、S1：富士川産川砂（2.64ｇ/ｃｍ3 ）、
S2：富士宮産山砂（2.62ｇ/ｃｍ3 ）、G：富士川産川砂利（2.66ｇ/ｃｍ3 ）、Ad：AE減水剤（2）浸透性エポキシ樹脂接着剤
2 液混合型の浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いた．2液混合時の粘度は 200ｍPa・s であり，低粘度が特徴のもので，標準塗布量は 0.5kg/ｍ2 である．
（3）打継用エポキシ樹脂接着剤
浸透性接着剤と断面修復材の付着改善を目的に塗布するエポキシ樹脂接着剤である．粘度はダレ止め性を考慮して，5000ｍPa・s 以上のものを使用した．接着剤の単体における硬化後の引張強度は，JIS K 6850 で10N/mm2 以上の接着剤である．標準塗布量は 0.9kg/ｍ2である．
（4）試験体作製方法
下地材に浸透性接着剤を塗布した後，5 分間静置した．
その後，打継用接着剤を塗布し，断面修復材を打継いでいる．
（5）付着強度試験に用いた断面修復材
本試験で使用した断面修復材は，床版上面用の専用補修材として新たに開発された材料を用いた．断面修復材の種類としては，ポリマーセメントコンクリートと超速硬プレミックスコンクリートの 2 種類を使用している．
ポリマーセメントコンクリートは，SBR（スチレンブタジエンゴム）樹脂を用いていることから，防水性に優れ，曲げ引張強度が高くひび割れが生じにくい．また接着性に優れているため，接着材やずれ止め無しで床版を補修することが可能な材料である．なお，P/C は 18％であり，ポリマー量は多いのが特徴である．
超速硬プレミックスコンクリートは，最大骨材寸法を13mm とし，有機繊維を混入することによりひび割れ抵抗性の高い補修材料である．一般的な超速硬コンクリー
トとは静弾性係数を小さく，収縮を低減させているのが特徴である．
（6）付着強度試験
断面修復材と既設コンクリートの一体性を確認する目的で付着強度試験を行った．試験体からφ100mm のコアを採取した後，打継界面が中央となるように整形し- 82 -た．その後鋼製治具を接着し，直接引張試験を行い，断面修復材と既設コンクリートの付着強度を測定した．

いて検討をおこなった．下地材の条件は乾燥条件のみで実施している．

4.2 施工面の状態が浸透性に及ぼす影響
4.5 水浸引張疲労試験
施工現場を模擬した場合，施工面（既設コンクリート温水負荷後の試験体を用いて，水浸引張疲労試験を行のハツリ面）がいろいろな状態になる．たとえば，ハツった．
水浸引張疲労試験の条件として，下限値 0.1N/mm2，22
リ処理を行った後，適切な清掃を行わないと粉塵が残っ
上限値 1.5N/mm （振幅 1.4N/mm ）として，10Hz のた状態になる．また，前日に降雨があった場合，既設コ繰返し載荷を行っている．上限値を 1.5N/mm2 にした理
ンクリートが湿潤の状態になっていることも考えられ由として，静的に 215ｋN（設計荷重の 2 倍程度）の輪る．そこで，本試験では「水」や「粉塵」がある場合の荷重で静的に載荷した際に桁直上にある打継界面に浸透性エポキシ樹脂接着剤の浸透量や付着強度に及ぼ0.8N/mm2 の引張応力が発生することが事前検討したす影響について検討を行った．
FEM 解析から得られている．したがって，実際の荷重（1）浸透量の確認試験方法
では衝撃が加わることから，衝撃係数を 1.25，安全係数
３）浸透量の確認試験は，既報の試験方法 に準拠し画像を 1.5 とした場合の引張応力としている．
解析法を用いて検討を行った．試験方法は，浸透性エポ
水浸引張疲労試験はコンクリートが破壊するまでのキシ樹脂接着剤に蛍光染料を混ぜたものを，所定の量を回数を求めた．
塗布した後，下地材を切断してコンクリート内部を観察できるようにした．設断面を紫外線ライトで照射しなが5.実験結果
ら画像を撮影している．測定回数は，5 側線とし，1 側本研究で得られた実験結果を以下に示す．
線あたり 3 箇所の評価を実施した．したがって，下地材1 枚あたり 15 箇所データが得られる．評価方法としては， 5.1 施工面の状態が浸透性に及ぼす影響表面の凹凸具合が異なる試験体を同一に評価する目的
下地コンクリートの条件を 1.乾燥条件，2.湿潤条件，で表面長さにおける pixel 数として単位は pixel/㎝で評3.粉塵条件の計 3 種類を用いて，標準塗布量の浸透性エ価を行った．
ポキシ接着剤を塗布した結果を図－1 に，代表的な写真（2）下地材の条件を写真－3～5 に示す．その結果，乾燥条件が最も浸透す
下地材の条件は，1.乾燥条件，2，湿潤条件，3.粉塵条ることが判明した．また，「水」や「粉塵」があること件の計 3 種類とした．
で浸透量が著しく低下し，乾燥条件と比べて湿潤条件で乾燥条件は，はつり処理を行った後，エアーブローでは 0.34 倍，粉塵条件では 0.45 倍程度しかコンクリート表面に粉塵などが残らないようにしたものを指す．
内部の微細ひび割れや脆弱部に浸透しないことが判明
湿潤条件は，乾燥条件の試験体を施工前日に水中に浸した．したがって，浸透性能を向上するために粘度を低漬し，浸透性接着剤塗布前に水から引き出したものを指下させても，微細ひび割れや脆弱部に「水」があることす．なお，表面水はウエスを用いて除去している．
で，コンクリート内部まで浸透しにくくなる．また，表粉塵条件は，乾燥条件の試験体に水 40g を散布し，粗面に粉塵があることで，粉塵に浸透性エポキシ樹脂接着粒率 5.22 のコンクリートガラを 5 ㎜ふるいにかけなが剤が吸収され，コンクリート内部まで浸透できないこと
ら下地材に 80g 散布した．その後，吸引器を用いて 20gがわかった．このことから，浸透性能を向上させても，になるように吸引処理を行い 23℃の恒温室で 24 時間以既設コンクリート床版に「水」や「粉塵」があることで，2上乾燥させたものを指す．粉塵の量は，概ね 0.025g/㎝ブレーカで発生した微細ひび割れや脆弱部への補修効である．この粉塵の量は、コンクリートの切削を再現し果が低減することとなる．
た際に，取りきれない量であったがバラつきが多いため， 以上のことから，水がある状態では，バーナーなどを用試験版の作製に再現性があることを確認，0.025g/㎝ 2 といて施工面を乾燥させる必要があり，粉塵対策としてはした．
丁寧な清掃作業が必要となることが考えられる．
4.3 施工面の状態が付着強度に与える影響
4.2 で検討した下地材を用いて，2 種類の断面修復材で断面修復材と既設コンクリートの一体化を付着強度で評価を行った．
4.4 温水負荷を加えた場合の付着強度
実際の環境で計測された床版路面温度を参考にして
水温 50℃の環境に 10 日間浸漬した場合の付着強度につ

図－1 下地条件ごとの浸透性エポキシ樹脂接着剤の浸透量- 83 -

は，粉塵が平均 1.5N/mm2 を満足したものの，2 本の試験体で 1.5N/mm2 を満足できない結果となった．

20mm
写真－3 乾燥条件の浸透状況

20mm

図－2 下地条件ごとの付着強度（ポリマーセメントコンクリート）

写真－4 湿潤条件の浸透状況

写真－5 粉塵条件の浸透状況

図－3 下地条件ごとの付着強度（超速硬プレミックスコンクリート）

5.2 施工面の状態が付着強度に与える影響
浸透性試験と同様の下地条件で断面修復を行った結図－4，図－5 に打継界面からの破壊位置を示す．破壊果を図－2，図－3 に示す．断面修復材はポリマーセメン
位置の測定はノギスを用いて円周状の 8 点を測定した結トコンクリートと超速硬プレミックスコンクリートの 2果を示している．なお，打継界面を 0mm とし，下地材側種類である．両者とも比較のために浸透性エポキシ樹脂を+，断面修復材側を-で表している．ポリマーセメント
接着剤と打継用エポキシ樹脂接着剤を塗布していない
コンクリートではほとんどの試験体で下地材の 20mm ま試験体も作製した．その結果，接着剤を用いていない試での間で破壊していることが判明した．一方で，超速硬験体は，ポリマーセメントコンクリートでは平均コンクリートの場合，付着強度が大きかった試験体では，1.1N/mm2，超速硬プレミックスコンクリートでは平均断面修復材が破壊しているものもあった．それ以外では，
21.5N/mm となった．断面修復材と下地材の付着強度はポリマーセメントコンクリートと同様に打継界面から21.5N/mm 以上で一体性を担保できることから，ポリマー20mm 程度のところで破壊している．
セメントコンクリートでは，全ての試験体で下回っている結果となった．一方で，超速硬プレミックスコンクリ
ートでは，平均値は 1.5N/㎜ 2 を満足したが，基準値を超えられない試験体も 2 本あった．下地材が乾燥状態で浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いて，下地材の微細ひび割れや脆弱部を補修した試験体は，ポリマーセメントコン
クリートでは平均 2.1N/mm2，超速硬プレミックスコンク
リートでは，平均 1.9N/mm2 と接着剤無しと比較して付着強度が大きくなる結果となった．また，5 本の試験体全てで基準値としている1.5N/mm2を満足する結果となった．
一方で，浸透性が低かった湿潤条件と粉塵条件の試験体
図－4 付着強度試験の破壊位置
では，ポリマーセメントコンクリートでは 1.5N/mm2 を下（ポリマーセメントコンクリート）回る結果となった．超速硬プレミックスコンクリートで- 84 -図－7 温水負荷後の付着強度

図－5 付着強度試験の破壊位置（超速硬プレミックスコンクリート）（超速硬プレミックスコンクリート）

筆者らが行った既往の研究１）で，ブレーカによる微細ひび割れの発生位置は，打撃面からおおよそ 20mm まで発生することが確認されていることから，本実験での破壊箇所と類似することが判明した．
浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いても，脆弱部は微細ひび割れ位置であることが言える．
5.3 温水負荷を加えた場合の付着強度
コンクリート中のエポキシ樹脂の劣化要因について考察すると，紫外線などの有害因子は遮断されることなどから，高ｐH環境と高温環境による劣化が考えられる．
そこで，夏季の舗装面で生じる熱環境を考慮している試験法である NEXCO 試験法 4343）に準拠した．温水負荷後に付着強度が低下しないかを検討した．
温水負荷を 10 日間与えた試験体の付着強度を図－6，図－7 に示す．下地材は，施工環境が最も良い乾燥状態の条件で実施している．ポリマーセメントコンクリートと超速硬プレミックスコンクリートの両試験体ともに付着強度の低下は確認されなく，付着強度が大きくなる結果となった．この理由としては，上述したように負荷前は材齢 6 時間で付着強度を行っており，完全に硬化が進んでいないことが考えられる．したがって，温水負荷などの時間が経過したことにより浸透性エポキシ樹脂接着剤の反応が進み硬化したことで，付着強度が大きくなったと考えられる．

したがって，高ｐH・高温環境でも加水分解などの劣化が進行していないことが確認できた．
図－8，図－9 に破壊位置の測定結果を示す．ポリマーセメントコンクリートでは，破壊位置が負荷前と変わらず下地材の 20mm までの間で破壊する結果となった．一方で超速硬プレミックスコンクリートでは，負荷前は断面修復材で破壊する試験体もあったが，負荷後では全ての試験体で下地材の 20mm までの間で破壊する結果となった．この理由としては，断面修復材の引張強度が増したことにより，引張強度も大きくなったことが考えられる．

図－8 温水負荷後の付着強度破壊位置（ポリマーセメントコンクリート）

図－9 温水負荷後の付着強度破壊位置（超速硬プレミックスコンクリート）
図－6 温水負荷後の付着強度（ポリマーセメントコンクリート）- 85 -

5.4 水浸引張疲労試験
本工法に用いる部位は道路橋 RC 床版を想定していることから，断面修復後に交通荷重を直接受ける部位である．交通荷重を受けることにより，床版内部にせん断応力と引張応力が発生することは FEM 解析の結果から把握している．そこで，これらの発生応力に抵抗することが本工法では求められている．本実験では水浸引張疲労により浸透性接着剤なしと本工法とを比較した．
図－10，図－11 に各断面修復材における浸透性接着剤の有無が引張疲労回数に与える影響を示す．ポリマーセメ
ントコンクリートの場合，浸透性エポキシ樹脂接着剤なしでは 3 本の平均 561 回（最高 1,544 回，最低 67 回）に対して，浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いることで平均 783,568 回（最高 2,008,941 回，最低 72,984 回）となった．超速硬プレミックスコンクリートでは，浸透性エポキシ樹脂接着剤なしでは平均 647 回（最高 1,278 回，最低 94 回）に対して浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いることで平均 975,800 回（最高 1,799,492 回，最低216,009 回）となった．浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いた方が接着剤を用いないのに比べて約 1400～1500 倍の疲労回数を満足する結果となった．このことから，浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いることで，交通荷重を繰返し受けても，耐久性があることが考えられる．疲労破断位置は，付着強度試験と同様に，下地材 20mm 程度であった。

図－10 引張疲労回数（ポリマーセメントコンクリート）

以上のことから，本実験で得られた引張疲労回数と実交通量との換算を行い，浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いた工法の耐久年数について検討を行っていきたいと考えている．
6.まとめ
本研究では，ハツリ処理で生じた微細ひび割れや脆弱部の補修方法として浸透性エポキシ樹脂接着剤の効果を確認することを目的とし検討を行った．本研究で得られた知見を以下に示す．
1）浸透性エポキシ樹脂接着剤は，下地コンクリートの状態により浸透性能が変わることが判明した．特に微細ひび割れや脆弱部に「水」がある場合や，コンクリート表面に「粉塵」がある場合，浸透性エポキシ樹脂接着剤がコンクリート内部に浸透できない結果となった．
2）浸透性エポキシ樹脂接着剤があまり浸透していない試験体では，付着性能が高い補修材を用いても，付着強度が改善されなかった．また，各試験体のばらつきも大きくなることが判明した．
3）水温 50℃で 10 日間の温水負荷を行った結果，付着強度の低下は確認されなかった．
4）水浸引張疲労試験を行った結果，浸透性エポキシ樹
脂接着剤がない場合，疲労回数は 100 回程度であったが，浸透性接着剤を用いた場合では 80～100 万回まで疲労回数が大幅に増加した．
以上のことから，はつり処理で発生した微細ひび割れや脆弱部を補修する方法としての浸透性エポキシ樹脂接着剤を用いた工法についての有効性が確認できた．
今後は，上述したように，耐久性についても詳細に検討を行っていく予定である．
参考文献
1) 渡邉晋也，後藤昭彦，松本政徳，宮永憲一：打撃工法によるハツリ処理で生じた微細ひび割れの定量的評
価方法と打継ぎ界面の付着強度に関する研究，コンク
リート工学年次論文集，Vol.35,No1,pp.775-780,2013
2) 紫桃孝一郎，上東泰，野島昭二，吉田敦：ウォータージェット技術を利用した新旧コンクリート構造物の一体化処理，コンクリート工学 38 巻 8 号，2000.8
3) 東・中・西日本高速道路：試験法 第 4 編 構造関係
試験方法4) 後藤昭彦，宮永憲一，松本政徳，渡邉晋也：道路橋
RC 床版の断面修復における打継ぎ界面付着強度と改善方法に関する実験的研究，コンクリート工学年次論文集，Vol.35，No.1，pp.793-798，2013

図－11 引張疲労回数（超速硬プレミックスコンクリート）- 86 -