第64回(2020年度)

北海道開発技術研究発表会論文

超速硬モルタルによるRC床版上面の断面修復に関する実験的検討(国研)土木研究所寒地土木研究所寒地構造チーム 〇内田 侑甫
中村 拓郎
安中 新太郎土砂化等が生じたRC床版上面に対し、人力はつりと超速硬コンクリートによる断面修復を適用した場合の疲労耐久性の検証を目的に、床版上面の滞水状況や補修厚等が異なる小型RC床版模型を用いた輪荷重走行試験を行った。その結果、断面修復深さが圧縮鉄筋までの場合、滞水環境下では早期に押抜きせん断破壊に至るものの、母材コンクリートと断面修復材の界面に接着剤を塗布することで疲労耐久性が改善する可能性を示した。
キーワード：RC床版、輪荷重走行試験、上面補修、長寿命化、

2. 供試体及び補修方法

1. はじめに(1) 供試体概要
積雪寒冷地域での道路橋の鉄筋コンクリート床版(以本実験に用いる供試体は、昭和39年改訂の鋼道路橋設
下、RC床版)では、大型車の輪荷重の繰返し作用および計示方書に基づいて施工された実橋を摸して製作した。
寒冷地特有の環境条件や気候に起因する凍害等の複合劣供試体寸法及び配筋を図-1に示す。供試体の寸法は、化による土砂化が北海道全域に確認されている1)。この
走行方向に1,370mm、走行直角方向に1,200mm、床版厚RC床版の土砂化については、走行安全性や輪荷重の繰返85mmとし、床版厚は実橋のRC床版の50%程度とした。表-1
しによりさらに劣化が進み発生するコンクリートの抜けに実験ケース一覧を示す。コンクリート上面の状態、補落ちといった観点から補修後の床版についてもより高い修材の厚さ、はつり界面の接着剤の有無といった条件の耐久性が求められる。
異なる供試体を製作した。
道路橋のRC床版の補修時の、ピックを用いた劣化コンクリート部分の除去では、健全なコンクリート部分の微細なひび割れの発生を伴い、疲労耐久性等の構造性能が低下することが考えられる。そのため、一般的に、ウォータジェット工法(以下、WJ工法)等による劣化部分の除去、清掃が勧められている2)。しかし、北海道の補修現場では、WJ工法に必要な機械の搬入手間や経費の面から、ピック等の人力はつりが選択される場合がある。また、交通規制の早期解除の必要性から超速硬コンクリートの使用が一般的に行われている。
上記を踏まえ本研究では、劣化損傷が生じたRC床版上面に対する、人力はつりと超速硬コンクリートによる断面修復を適用した場合の疲労耐久性の検証を目的に、超速硬モルタルを使用し、補修したRC床版模型に対し床版上面の滞水状況や補修厚等が異なる条件で輪荷重走行試験を行った。

単位：mm
図-1 供試体寸法及び配筋詳細
Uchida Yusuke, Nakamura Takuro, Yasunaka Shintaro－ 562 －

1370

表-1 実験ケース一覧
供試体概要
はつり(数値は深さ) 接着剤の有無

S1

湿潤無無S2

乾燥

無無S3

湿潤2cm

無S4

乾燥2cm

無S5

乾燥4cm

無S6

湿潤2cm

有・・・・・・・・・・・・・325270

上面の状態

1200

供試体名

単位:mm

表-2 コンクリート、鉄筋材料特性
弾性係数(a) 上面図

鉄筋(SR235)
試験材齢 引張強さ 降伏点
日28.329S241.824.658S339.822.478S441.323.086S539.922.0

100S645.725.3

115N/mm²(b) 断面図(S3、S4、S6)
370493483

85kN/mm²40.6

85N/mm²S1

40

圧縮強度

20

コンクリート
供試体名(C) 断面図(S5)・：変位計設置箇所 □：載荷ブロック
図-2 補修位置及び載荷ブロック、たわみ測定箇所364

表-3 補修材材料特性
圧縮強度

弾性係数

試験材齢N/mm²

kN/mm²日

S345.423.04S442.023.01S556.325.8

5S640.622.81供試体名
S1S2(a) 人力はつり後の供試体(S3～S6)(2) 使用材料
表-2、表-3にコンクリート、鉄筋、補修材それぞれの材料特性を示す。母材コンクリートには、レディーミク
ストコンクリート、24-8-13Nを使用した。主鉄筋にはφ9mm、配力筋にはφ6mmのSR235の丸鋼を使用した。補修材には、超速硬モルタルを使用した。はつり界面に使用する接着剤は二液性の補修用プライマーと二液性の打継用エポキシ樹脂接着剤を使用した。補修用プライマーは微細なひび割れに浸透して、ひび割れたコンクリートを強化する目的の接着剤、打継用エポキシ樹脂接着剤はコンクリートと補修材を接着させる目的の接着剤である。
表中の試験材齢は、輪荷重走行試験開始日に行った圧縮強度試験時の材齢であるが、S1及びS6は3日、S3については1日、試験開始日より早く圧縮強度試験を行った。
(3) 補修方法
S2、S3、S4、S6供試体の補修位置を図-2に示す。補修範囲は、325mm×270mmとし、深さは圧縮鉄筋の上側表面まで(2cm)と、圧縮鉄筋の裏側が露出するまでの深さ
Uchida Yusuke, Nakamura Takuro, Yasunaka Shintaro－ 563 －(b) 接着剤塗布後の供試体(S6)(C) 補修材打設後の供試体(S3～S6)
写真-1 床版上面の補修の手順と供試体の状況

鋼板
ブロック
ベニヤ板
エポキシ樹脂ベニヤ板
ブロックカバー
ブロック連結バー

ビニールシート

試験体

写真-2 小型輪荷重走行試験機

図-3 輪荷重走行部の構成(4cm)とした(表-1)。床版上面の補修は以下の手順で行った。写真-1に補修の手順毎の供試体の状況を示す。
母材コンクリートの補修範囲を人力ではつり、補修材を施工した。接着剤の塗布を行う供試体S6は、補修用プライマーを先に塗布し微細なひび割れに浸透させ、その後接着剤を塗布した。接着剤を塗布後、接着剤が硬化する前に補修材を施工した。各供試体とも補修後5日以内で輪荷重走行試験を開始した。

3. 実験方法
実験には、小型輪荷重走行試験機を用いた。(写真-2)
支持方法は、走行直角方向端部を単純支持(支持間隔960mm)、走行方向端部を弾性支持(支持間隔1150mm)とし、供試体の四隅に浮き上がり防止材を設置した。また、単純支持部は床版下面の丸鋼位置に、弾性支持部はH鋼の上にモルタルを打設し供試体と支持材の不陸を調整した。
輪荷重走行部は、供試体の不陸を調整するために、供試体上面にエポキシ樹脂を流し込んでている。エポキ
シ樹脂は、供試体に直接流すと、床版上面の湿潤条件が十分に確保できないため、床版上面に縁切りのための薄いビニールシートを張った。エポキシ樹脂の上には衝撃を緩和するためのベニヤ板を設置し、その上に150mm×60mmの載荷ブロックを一列に並べ、さらにその上に載荷ブロックカバーを設置した。また、載荷ブロックとその上の載荷鋼板の間の衝撃を緩和するためにベニヤ板を挿入した(図-3)。鉄輪の走行範囲は走行方向に1,000mm、幅150mmとした。輪荷重はすべての供試体で35kNに統一した。実験では、一定回数ごとに輪荷重走行を停止し、床版中央位置で静的載荷による床版のたわみ測定を行った。図-2に載荷ブロックの設置位置及び変位計設置位置を示す。

図-4 走行回数とたわみ

4. 実験結果(1) たわみと走行回数
各供試体の床版中央で測定したたわみと走行回数の関係を図-4に示す。各供試体の走行回数は、S1で40,764回、S2で171,150回、S3で8,046回、S4で119,866回、S5で300,000回、S6で43,150回である。いずれの供試体も走行回数が増えるにつれてたわみも増加し、S5を除くすべてで押抜きせん断破壊(以下,破壊)する直前、急激にたわみが増加し破壊に至っている。S5は、300,000回目となっても破壊やたわみの急激な増加が見られず、走行を中断し断面を確認した。以下に各供試体の試験結果を比較する。
湿潤・無補修供試体であるS1と乾燥・無補修供試体であるS2を比較すると、S2対しS1は破壊までの走行回数が約4分の1となった。補修材のみによる補修を行った
S3(湿潤状態)とS4(乾燥状態)を比較するとS3は破壊までの走行回数がS4の約15分の1となった。また、同じ湿潤状態であるS1とS3、乾燥状態であるS2とS4について補修の有無で比較をすると、S3は破壊までの走行回数がS1の約5分の1、S4はS2の約0.7倍となった。このように乾Uchida Yusuke, Nakamura Takuro, Yasunaka Shintaro－ 564 －番号

供試体上面

番号

供試体上面

番号

S1

S2

S3

S4

S5

S6

供試体上面

□：剥離範囲、□：土砂化範囲、□：補修範囲、―：ひび割れ
図-5 実験終了時の床版上面損傷状況
燥状態では補修を行うことにより、ある程度疲労耐久性が改善されるが、湿潤状態では耐久性の改善効果は大幅に低下した。また補修の有無にかかわらず、滞水環境下では乾燥状態よりも早期に破壊に至っている。
こうしたことからRC床版の耐久性確保には滞水環境の解消が必要であることが確認できた。
乾燥状態で、補修厚が2cmの供試体S4と補修厚が4cmの供試体S5の比較では、S5は破壊までの走行回数がS4の2.5倍以上となった。これは、補修深さが圧縮鉄筋表面までより圧縮鉄筋裏までの方が疲労耐久性がより改善されることを示している。
湿潤状態における、補修材と接着剤による補修を行った供試体S6と補修材のみによる補修を行った供試体
S3の比較では、S6は破壊までの走行回数がS3の約5.4倍となった。これは、滞水環境下の補修対策後の疲労耐久性の改善策として、はつり界面への接着剤の塗布の有効性を示すものであり、また人力はつりにより発生する微細なひび割れ対策にも有効性を示すものである。
(2) 床版上面の損傷状況図-5に実験終了時の床版上面の損傷状況を示す。図中の赤線は剥離範囲、青線は土砂化した範囲、緑線は補修範囲、黒線はひび割れを表している。土砂化とはコンクリートが骨材とモルタルの土砂様の分離により劣化する現象である。一方、剥離とはコンクリートの一部が他と一体性を失い分離する現象である。図に示す
とおり、すべての供試体において概ね走行範囲に剥離が確認されており、走行範囲外では確認されていない。
また、土砂化が確認されたのは、上面が湿潤状態の時のみである。劣化、損傷の進展については概ねひび割れ、剥離、土砂化の順で発生していることが目視観察で確認できた。

(3) 床版断面の損傷状況
写真-3に実験終了時の床版切断断面写真を示す。赤線
はひび割れ、黄線は剥離範囲、白線は補修範囲を示している。切出し範囲は走行方向と走行直角方向のそれぞれスパン中央を挟み前後20mm離れた部分とした。S6については土砂化した範囲の切断状況を確認するため
走行直角方向の切断位置はスパン中央から前後50mm離れた部分とした。補修を行った供試体S3、S4、S5、S6のうちS3、S4は、補修材と母材コンクリートの界面にひび割れが発生する傾向が写真からも確認できる。一方、補修厚が4cmの供試体S5と接着剤による補修を行ったS6は、補修材と母材コンクリートの界面に微細なひび割れが目視で確認された。またS5を除く供試体では、載荷ブロックと下面を結ぶ斜めのひび割れが確認でき、押抜きせん断破壊に至っていることが確認された。

5. まとめ
本検討では、劣化損傷が生じたRC床版上面に対する人力はつりと超速硬コンクリートによる断面修復が疲労耐久性に及ぼす影響を検証をするため、床版上面の滞水状況や補修厚等が異なる条件で輪荷重走行試験を行った。以下に今回得られた知見を示す。
1) 床版上面が乾燥状態の供試体と湿潤状態の供試体を比較すると、乾燥状態に対し湿潤状態は破壊までの走行回数が無補修で約4分の1、補修有で約15分の1といずれも大幅に低下することが確認された。この結果から滞水環境下では乾燥状態よりも早期に破壊に至る傾向があるため、RC床版の耐久性確保には滞水環境の解消が必要であることが確認できた。

Uchida Yusuke, Nakamura Takuro, Yasunaka Shintaro－ 565 －

載荷ブロック範囲

載荷ブロック範囲(a)S1供試体 (上：走行方向断面、下:走行直角方向断面)
載荷ブロック範囲

載荷ブロック範囲(b)S2供試体（上：走行方向断面、下：走行直角方向断面）
載荷ブロック範囲

載荷ブロック範囲(C)S3供試体(上：走行方向断面、下：走行直角方向断面)
載荷ブロック範囲

載荷ブロック範囲(d)S4供試体(上：走行方向断面、下：走行直角方向断面)
載荷ブロック範囲

載荷ブロック範囲(e)S5供試体(上：走行方向断面、下：走行直角方向断面)
載荷ブロック範囲

載荷ブロック範囲(f)S6供試体(上：走行方向断面、下：走行直角方向断面)※ 赤線：ひび割れ、黄線：剥離範囲、白線：補修範囲
写真-3 実験終了時の床版切断断面写真
Uchida Yusuke, Nakamura Takuro, Yasunaka Shintaro－ 566 －2)

3)

補修厚が圧縮鉄筋裏までの供試体は、破壊までの走行回数が補修厚が圧縮鉄筋表面までの供試体の2.5倍以上となった。このことから、補修は圧縮鉄筋表面より圧縮鉄筋裏まで行った方が疲労耐久性はより改善されることが確認された。
滞水環境において、はつり界面に接着剤を塗布し補修を行った供試体は破壊までの走行回数が同環境で接着剤を塗布しなかった供試体の約5.4倍という結果になった。この結果から、接着剤を塗布することにより滞水環境下の補修部の耐久性が向上することが確認された。また、人力はつりにより発生した微細なひび割れ対策にも有効であることが確認された。

6. おわりに
今後、人力はつりと超速硬コンクリートによる断面修復工に対する疲労耐久性の検証をさらに進めるための実物大試験として大型輪荷重走行試験機を用いて、今回得られた知見の確認を行っていく予定である。
参考文献：
1) 中村拓郎、内田侑甫、安中新太郎：北海道の道路橋RC床版の土砂化と舗装の変状の関係、第11回道路橋床版シンポジウム論文報告集、PP167-172 2020年7月
2) 北海道土木技術会 鋼道路橋研究委員会：北海道における鋼道路橋の設計および施工指針[第2編] 維
持管理編 [3編] 資料編 平成24年 1月

Uchida Yusuke, Nakamura Takuro, Yasunaka Shintaro－ 567 －