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文化財煉瓦造建築物における目地欠陥部
注入補修による改善効果に関する研究
馬場明生（感性デザイン工学科）
長谷川直司（国土交通省）

守明子（名古屋工業大学）

河原利江（感性デザイン工学科）

堀江真一（感性デザイン工学専攻）

A Study on the Improvement Result by Injecting
Repair Materials into the Defective Portion of the Joint
Between Two Bricks in a Cultural Property Brick
Building
Akio BABA （Department of Perceptual Design and Engineering） Akiko Mori （Nagoya
Institute of Technology ） Naoji HASEGAWA (National Institute for Land and InfrastructureManagement) Rie KAWAHARA （Department of Perceptual Design and Engineering）
Shinichi HORIE （Division of Perceptual Design and Engineering）
In this research, it carries out for the purpose of establishing the evaluation method for selecting asuitable repair material to the repair work of a future cultural property masonry structure by clarifying
the long-term dynamic performance and long-term quality of brick and masonry structure. Then, somekinds of repair material was poured into void joint which are often seen to a cultural property brickstructure, and it evaluated by conducting a compression experiment and a permeability experiment.
Key Words: Masonry buildings, Preservation , Cultural property, Pouring repair materials,
Compression action
不可避的に目地部に空隙を生じていることが１．はじめに多い。
本研究では長期間経過した煉瓦（以下ユニまた、煉瓦造の防水性は煉瓦造を外壁などットと呼ぶ）および組積体（以下プリズムと雨漏が問題となる部位に用いるときに問題と呼ぶ）の力学的性能および性状を明らかにすなることはもちろん、地盤面からの吸水の場ることにより、文化財組積構造物の補修工事
合，外壁面からの吸水、パラペットの吸水なに対して適切な補修材料を選定するための評
どの場合によく観察される煉瓦の吸水膨張に価方法を確立することを目的に実施するもの
よるひびわれなどの故障防止，寒冷地におけである。
る吸水による凍害など、煉瓦造の性能に大き一般に煉瓦造の耐久性はユニットの物理的な影響をもたらしている。
性質によって影響を受け、構造耐力は、目地
そこで、本研究では目地空隙部の充填によを含めたプリズムの各種強度によっても決定
る改善効果を明らかにするため、目地部の間されるが、ユニットのみでなく目地を含めた隙部分に補修材料を注入した後、煉瓦およびプリズムが構造耐力に与える影響は非常に大組積体の圧縮挙動に関する実験および透水性きいことが知られている。また、明治・大正能に関する実験の 2 種類の実験を行った。
期の同構造体は密実な充填を確保するための最小壁厚さである 2 枚半未満のものが多く、山口大学工学部研究報告

36(36)

２．試験体概要
使用材料およびその力学特性を Table1 に、試験体の種類および概要を Figure1 に示す。試験体は煉瓦（100×100×60mm）3 体を高さ210mm となるように目地幅 15mm で目地詰めし、横目地を 2 ヵ所含む、3 段積みのプリズムを作成した。
目地部の材料には、石灰とセメント、珪砂を明治・大正期によく用いられた調合比だと考えられている 1:3:12 にて混合した石灰セメントモルタルを用いた。また、目地部は、全面接着目地、充填不良部のある状態を想定した部分接着目地、また、部分接着目地の間隙部分に補修材を注入したものの 3 種類を使用した。
注入材料概要を Table2 に示す。注入材料には、低粘度エポキシ樹脂、湿潤専用エポキシ樹脂、高粘度エポキシ樹脂、SBR セメントスラリー
A、SBR セメントスラリーB の 5 種類を使用した。また、低粘度エポキシ樹脂および SBR
セメントスラリーA に関しては、試験体が気乾状態にある場合と湿潤状態にある場合の 2種類において注入した。注入方法は、目地部の間隙以外の 3 面をシールし、残りの 1 面から空気が入って空隙が出来ないように底の方から圧をかけながら注入した。また、注入後室内常温で 2 週間気中養生した。

ポアソン比0.180.30

容積調合 セメント：石灰：砂=１：3：12
セメント T 社製:普通ポルトランドセメント
T 社製:塩焼消石灰
豊浦珪砂

No.1 (2004)

45 10 45100

部分接着目地
注入補修
Figure 1 The kind of examination object

全面接着目地放出

施工条件

注入量(g)

気乾状態
湿潤状態
湿潤状態
気乾状態
気乾状態
湿潤状態湿潤状態

40.8
34.2
42.1
31.1
65.3
62.3
53.1

ヤング係数(GPa)
0.41
0.41
0.68
0.36
19.0
19.0
3.48

吸水Figure 210Vol.55

目地部の間隙ひずみゲージ

Table 2 The kind of poured-in material

低粘度エポキシ樹脂
低粘度エポキシ樹脂
湿潤専用エポキシ樹脂
高粘度エポキシ樹脂
SBR セメントスラリ－A
SBR セメントスラリ－A
SBR セメントスラリーB

210

ヤング係数(GPa)
14.74
0.86
吉名原土60 15

終局強度(MPa)
44.30
0.27
粘度

パイ型変位計Table 1 Use material and the dynamics characteristic

石灰
砂

キャッピング面

パイ型変位計3.1 透水性能に関する実験
全面接着目地と、部分接着目地および部分接目地

3.2 煉瓦および組積体の圧縮挙動に関する実験
注入材の有無、または注入材の種類によって破壊のプロセスおよび圧縮強度にどのような相違があるかを調べるために補修材注入後に煉瓦および組積体の圧縮挙動に関する実験を行った。
100t 容 量 の 油 圧 式 ア ム ス ラ を 使 用 し た 。
Figure1 に示すように，載荷面は上下面とし、試
圧縮荷重

３．実験概要

ユニツト
目地
ユニツト

着目地に補修材を注入した場合とを比べ、透水性にどのような相違があるかを調べるために、補修材注入後に透水性能に関する実験を行った。
Figure2 に示すように、地盤面からの吸水を仮定して、気乾状態のプリズムの下端を常に10mm だけ水中に浸漬しているようにして、ある時間間隔での水分の吸上げ高さを測定した。なお、吸上げ高さは煉瓦が濡れ色になっている地点の最長寸法までの高さを測定するものとした。
水中に 14 日間程度浸漬し 30 分、1・3・6 時間、1・3・7・14 日後の吸上げ高さおよび質量を測定した。そして、測定した質量を用いて吸水率を算出した。そして 14 日間経過後、試験体を容器から取り出し気中に放置し、放置後 30 分、1・3・6 時間、1・3・7・14 日後の質量を測定した。そして、測定した質量を用いて放湿率を算出した。

The water penetration experiment method

(37)3716験体上下面に不陸調整のため石膏キャッピングを行った。

1210吸水率（%）

測定方法は、中段のユニットの中心に縦横 2 枚のひずみゲージを組み合わせて貼り、さらにプリズムの圧縮挙動を測定するため 2 面に 2 本の変位計を設置した。そして、測定した実験結果から応力ひずみ関係、ヤング係数、ポアソン比等を算出した。

1464.2 煉瓦および組積体の圧縮挙動に関する実験
強度・弾性係数等の実験結果および圧縮実験から得られる応力とひずみとの関係における、破壊が始まると考えられる破壊開始点、崩壊が始まると考えられる破壊臨界点をそれぞれTable3 、 Figure5 に 示 す 。 応 力 ひ ず み 曲 線 をFigure6 に、プリズム、ユニットおよび目地部における破壊開始時のひずみと破壊限界時のひずみを Table4 に示す。
また、プリズムの圧縮強度とヤング係数との関係およびプリズムの圧縮強度とポアソン比との関係をそれぞれ Figure7、Figure8 に示す。
また、Table3 のプリズムのヤング係数 Em、ポアソン比μについては、最大強度の 1/3 における割線弾性係数とした。
Table3 から、圧縮強度が最も高いのは低粘度

全面接着目地部分接着目地高粘度ｴﾎﾟｷｼ樹脂
低粘度ｴﾎﾟｷｼ樹脂
SBRセメントペースト

4４．実験結果および考察

20060120180240
浸漬時間（時）300360Figure 3 Relation between the rate of water
absorption and underwater immersing time
0601201802403003600
全面接着目地目地部間隙有高粘度ｴﾎﾟｷｼ樹脂
低粘度ｴﾎﾟｷｼ樹脂
SBRセメントペースト-2-4
放湿率（%）

4.1 透水性能に関する実験
水中浸漬時間と吸水率および気中放置時間と放湿率の関係をそれぞれ Figure3、Figure4 に示す。
そして、Figure3 および Figure4 から目地部に間隙が有るものが最も吸水し、その分最も放湿した。これは煉瓦自体の方が目地部の構成材料である石灰セメントモルタルよりも透水性に優れているので、目地部の石灰セメントモルタルの量が多い全面接着目地よりも部分接着目地が吸水率、放湿率ともに高くなったと考えられる。低粘度エポキシ樹脂や SBR セメントペーストを注入したものは、吸水および放湿が低くなった。これはこの 2 つの注入材の流動性が高いため目地部の細部にある空隙まで流れ込み、含浸し、吸水および放湿を妨げたものと思われる。これに対して高粘度エポキシ樹脂は、流動性が低いため目地部の細部の空隙に流れ込むことがなく、部分接着目地よりは低いが全面接着目地より高い吸水率および放湿率となったと考えられる。

8-6-8-10-12時間（時）Figure 4 Relation between the rate of discharge
water and neglect-among mind time

エポキシ樹脂（気乾状態）を注入補修した場合となり、20.50MPa を示した。次に、低粘度エポキシ樹脂（湿潤状態）および SBR セメントスラリーA（気乾状態）を注入補修した場合が高く、18.67MPa を示し、つづいて同程度の圧縮強度で高粘度エポキシ樹脂を注入した場合が 18.54MPa を示した。そして次に、湿潤専用エポキシ樹脂を注入補修した場合の圧縮強度が 17.80MPa を示し、次に SBR セメントスラリーA（湿潤状態）が 17.64MPa となった。ここまでは、全面接着目地の圧縮強度の 15.57MPaを上回る結果となった。そして、SBR セメン
トスラリーB は 15.20MPa と全面接着目地の圧縮強度をわずかに下回った。最も低い圧縮強度

山口大学工学部研究報告38(38)を示したのが部分接着目地で、13.87MPa を示した。
この結果から、低粘度エポキシ樹脂を注入補修した場合、気乾状態においても湿潤状態においてもその圧縮強度は高く、また、高粘度エポキシ樹脂や湿潤専用エポキシ樹脂を注入補修した場合も全面接着目地の圧縮強度を上回る結果となったことから、エポキシ樹脂は強度の面において優れているということが分かった。
SBR セメントスラリーA を注入補修した場合は、気乾状態および湿潤状態ともに全面接着目地の圧縮強度を上回った。SBR セメント
スラリーB を注入補修した場合は、少し低めの圧縮強度を示したが、部分接着目地の圧縮強度と比べると注入補修したことにおける効果は出ていたと言える。
そして、部分接着目地の圧縮強度は極端に低い実験結果となったことから目地部に充填不良部のある場合の弱さが明らかになった。
また、今回用いた低粘度エポキシ樹脂、湿潤専用エポキシ樹脂、高粘度エポキシ樹脂および SBR セメントスラリーに限っては注入補修することの効果は如実に出ていたことが言える。
Table3 に示すように、補修材を注入したもののプリズムのヤング係数は、SBR セメントスラリーB 以外は部分接着目地のヤング係数を上回った。それに伴い SBR セメントスラリ
ーB 以外の補修材を注入したものでは大幅な圧縮強度の向上がみられた。
また、Figure8 に示すように、プリズムのヤング係数のデータは、既住の研究 2)の通り、概ね直線的に並んだ。
Figure7 および Table3 から、部分接着目地のポアソン比が 0.26 で最も高く、次に低粘度エポキシ樹脂（気乾状態）を注入補修した場合が 0.24、SBR セメントスラリーB を注入補修した場合が 0.22 となり、低粘度エポキシ樹脂（湿潤状態）および湿潤専用エポキシ樹脂を注入補修した場合で 0.19、そして高粘度エポキシ樹脂を注入補修した場合が 0.17、全面接
着目地および SBR セメントスラリーA（気乾状態）を注入した場合は 0.16 となった。そして、最も低かったのが SBR セメントスラリーA（湿潤状態）を注入した場合で 0.15 を示した。
Table4 から、プリズムの破壊開始･破壊臨界Vol.55No.1 (2004)

点ともに全面接着目地のひずみが最も大きい。
そして、部分接着目地を基準にとり、目地部に充填不良部がある状態から補修材料を注入することで、どのように破壊までのエネルギー吸収能力において改善効果があったのかという観点から考えると、目地部に補修材料を注入したもの全てにおいて部分接着目地のプリズムの破壊開始点におけるひずみを上回った。そして、部分接着目地のプリズムの破壊臨界におけるひずみを上回ったのは高粘度エポキシ樹脂および SBR セメントスラリーA（気乾状態）のみだった。
よって、破壊までのエネルギー吸収能力において明確な改善効果があったといえるのは高粘度エポキシ樹脂および SBR セメントスラリーA（気乾状態）の 2 種類といえる。
δε2εvε１

破壊臨界点
破壊開始点
δ1/3ε2 0Eε1εin εcr

εul

Figure 5 The example of a stress distortion curve

Table 3 Experiment result
最大強度(MPa)

最大ひずみ(μ)

ヤング係数(GPa)

ポアソン比

全面接着目地

15.57

5481

6.63

0.16

部分接着目地

13.87

4808

6.23

0.26

20.50

4808

7.56

0.24

18.67

4039

8.70

0.19

17.80

3942

8.04

0.19

18.54

5769

6.48

0.17

18.67

5192

6.63

0.16

17.64

3558

7.62

0.15

15.20

4808

5.09

0.22

低粘度エポキシ樹脂(気乾)
低粘度エポキシ樹脂(湿潤)湿潤専用エポキ
シ樹脂
高粘度エポキシ樹脂
SBR セメントス
ラリ－A(気乾)
SBR セメントス
ラリ－A(湿潤)
SBR セメントス
ラリーB(39)3920

εm1 縦ひずみ(変位計)18εu1 煉瓦中心部の縦ひずみ(平均値)

圧縮応力度(MPa)1614

εm2,3 煉瓦中心部の横ひずみ

1210εv 組積体の体積ひずみ

8εv’ ユニット体積ひずみ

64εj 目地部縦ひずみ

全面接着目地202018圧縮応力度(MPa)16141210864

湿潤専用エポキシ樹脂

部分接着目地202018圧縮応力度(MPa)16141210864
低粘度エポキシ樹脂(湿潤)2

低粘度エポキシ樹脂(気乾)02018
圧縮応力度(MPa)16141210864
高粘度エポキシ樹脂

セメントスラリーA(気乾)セメントスラリーA(湿潤)セメントスラリーB

202018圧縮応力度(MPa)16141210864
20-1000

01000

2000
3000 4000
ひずみ度(μ)5000

6000 -10000Figure 6 Stress distortion curve

1000

2000
3000
4000
ひずみ度(μ)

5000

6000

山口大学工学部研究報告

40(40)

Table 4 The experiment result about an axial distortion

全面接着目地

プリズム
破壊開始
(μ)
2404

プリズム
破壊臨界(μ)
6154

ユニット※
破壊開始
(μ)
1875

ユニット※
破壊臨界(μ)
2266

目地部※
破壊開始
(μ)
5769

目地部※
破壊臨界(μ)10962

部分接着目地

1538

4808

1406

3844

2885

6346

低粘度エポキシ樹脂(気乾)

1827

4808

2766

4422

7692

12212

低粘度エポキシ樹脂(湿潤)

1827

4039

1328

2963

5769

8365

湿潤専用エポキシ樹脂

1731

3942

1203

2281

5673

8365

高粘度エポキシ樹脂

2308

5769

2328

3813

7500

11442

セメントスラリ－A(気乾)

2019

5192

2266

2938

4519

10385

セメントスラリ－A(湿潤)

1635

3558

969

1821

5962

8365

セメントスラリーB

1923

4808

1272

2766

25966923

注)※は組積体中のそれを示す
100.3

全面接着目地90.25

8

ヤング係数（GPa）

0.2

ポアソン比

低粘度エポキシ樹脂E206(気乾)

0.15
0.1
0.05
07

低粘度エポキシ樹脂E206(湿潤)6

低粘度エポキシ樹脂E200(湿潤)5

高粘度エポキシ樹脂E208(気乾)4スラリー(気乾)3スラリー(湿潤)2

太平洋スラリー(湿潤)1

部分接着目地00510152025

圧縮強度（MPa）

Figure 7 Relation between compression
intensity and Young's modulus

051015
圧縮強度（MPa）

No.1 (2004)

25

Figure 8 Relation between
intensity and a POASON ratio

５．まとめ
本研究では目地空隙部の充填による改善効果を明らかにするため、目地部の間隙部分に補修材料を注入した後、煉瓦および組積体の圧縮挙動に関する実験を実施した。その結果、以下のことが明らかになった。
（１）全面接着目地か部分接着目地か、および注入材の有無によって吸水、放湿に相違があることが分かった。
（２）注入材の種類によって吸水、放湿に相違がでていることが分かった。
（３）低粘度エポキシ樹脂を注入補修した場
合、気乾状態においても湿潤状態においてもその圧縮強度は高く、高粘度エポキシ樹脂や湿潤専用エポキシ樹脂を注入補修した場合も全面接着目地の圧縮強度を上回る結果となったことから、エポキシ樹脂は強度の面において優れているということが分かった。
（４）SBR セメントスラリーを注入補修した
場合は、種類によっては全面接着目地の圧縮応力度を下回る結果となったが、部分接着目地と比べると効果は出ていたことが分かった。

Vol.5520compression（５）部分接着目地の圧縮強度は極端に低い実験結果となったことから目地部に充填不良部のある場場合の弱さが明らかになった。
（６）今回用いた補修材料に限っては注入補修することの効果は如実に出ていたことが言える。
（７）破壊までのエネルギー吸収能力において、明確な改善効果があったといえるのは高粘度エポキシ樹脂および SBR セメントスラリーA（気乾状態）の 2 種類だといえる。
［参考文献］
1）山下純子，馬場明生，渡部嗣道，河原利江：小野田徳利窯の保存に関する研究

その 7煉瓦および組積体の圧縮挙動，日本建築学会中国支部研究報告集，第 25 巻，2003 年 3 月，pp993-996
2 ） Akio BABA, Osamu SENBU, Mitsuyoshi WATANABE and Yasuyuki
MATUSHIMA,MECHANICAL PROPERTIES OF MASONRY UNITS ANDTEST METHODS FOR DETERMING COMPRESSIVE STRENGTH,
Building Research Institute Ministry of Construction December, 1985 pp.1-51
3）村永和生，在永末徳：保存と改修工事のための耐久性および耐力診断に関する報告書，1991 年 10 月
4）堀江真一，馬場明生，守明子，長谷川直司，河原利江：文化財煉瓦建築
物の長期保存判定基準に関する研究

その 3

目地非充填部注入による組積体の力学性状の評価試験方法の確立のための実験，日本建築学会大会（東海）学術講演梗概集,2003 年 9 月,A-1,pp143-144（平成 16 年 8 月 2 6 日受理）