技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

あとから鉄筋工法の開発
頭部ナット付き鉄筋と無機モルタルカプセルによる後定着型工法の付着性状に関する実験的研究
DEVELOPMENT OF “POST-INSTALLED REBAR METHOD”
Experimental study of adhesion behavior of post installation type method with head nut rebar and inorganic mortar capsule

西 村 英 一 郎*1, 竹 中 啓 之*2, 石 坂 隆 幸*3Eiichirou NISHIMURA, Hiroyuki TAKENAKA and Takayuki ISHIZAKA

Post installation anchors are used mainly to transmit shear force. Though it is possible to transmit tensile force, it is seldom used because its strength is affectedby construction accuracy. In addition, since it is not a designated building material, it cannot be used as tension rebar in new or renovated buildings except foraseismic reinforcement work. “Post installation rebar method” is a post installation type method developed to add tension rebars to RC members. This method
applies the technology that has been put into practical use in the civil engineering field as a method to provide shear reinforcement to structures in theconstruction field. In this study, to clarify its structural performance, the authors carried out extraction tests of post installation rebars and examined the averageadhesion strength between mortar capsule and concrete and obtained the following information.
1.
2.

There is a linear relationship between the diameter of a rebar and the bond strength α, which can be expressed as α =－0.23db＋9.8.
It was confirmed that the failure mode when the tensile force acts on the rebar becomes yield of the rebar by securing the anchorage length of 20db,.
Keywords : Adhesion behavior, Head nut rebar, Inorganic mortar capsule, Pull-out tests
付着性状，頭部ナット付き鉄筋，無機モルタルカプセル，引抜試験

1. はじめにあと施工アンカーは主にせん断力の伝達を対象としており，引張ることによりあと定着鉄筋と既設 RC 部材が一体化し，引張力の伝力の伝達は可能ではあるものの，施工精度によってその強度が左右達が可能となる．在来工法のように新たな鉄筋を追加するために既されるなど，信頼性に欠けるため用いられることは少ない．また指設 RC 部材を斫る必要がないため，既存改修工事・増設工事等でよ

定建築材料ではないため，耐震改修工事を除く新築物件や既存改修り効率的で生産性の高い施工を実現するほか，粉塵や騒音を最小限工事の躯体鉄筋に使用することはできない．既存改修工事で壁や床に留めることができ，「持続可能な開発目標（SDGs）」の達成にも貢を新たに設けるような場合には，既存躯体を斫り，鉄筋を配筋した献する工法となっている．

後に再度コンクリートを打設するなど，手間のかかる施工しているのが現状である．筆者らは西松建設(株)と共同で，地震力を負担しない二次部材を主な対象とし，既設 RC 部材へ引張力を負担する鉄筋が追加可能な後施工タイプの「あとから鉄筋工法」を開発した．
本研究は，このあとから鉄筋工法によって定着された鉄筋の引抜試⑤壁・ 床版等の二次部材の構築

験を行い，基本的な付着・定着性状を明らかにすることを目的としている．

①削孔位置のマーキン グ

2. 工法概要
図 1 にあとから鉄筋工法の概要図を示す．本工法は，土木分野にて供用中の RC 部材片面から後施工にてせん断補強を行う「SNB 工法 1)」の技術を応用したものである．硬化している既設 RC 部材表面へハンマードリル等で削孔を行い，その孔内へ削孔径に対応する専用の無機モルタルカプセル（写真 1）をあらかじめ水中に 2～5 分②ハン マード リ ル等によ る 削孔程度浸漬したのち充填し，鉄筋の先端に頭部ナットを取り付けた「あと定着鉄筋（写真 2）」を挿入する．頭部ナットにはあと定着鉄③無機モ ルタ ル
カ プ セルの充填④頭部ナッ ト 付き
鉄筋の挿入

図 1 あとから鉄筋工法概要図筋の径に応じた形状規格がある（表 1）．モルタルカプセルが硬化す*1 戸田建設㈱技術開発センター 修士（工学）Technology Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*2 戸田建設㈱技術開発センター 博士（工学）Technology Development Center, TODA CORPORATION, Dr.Eng.

*3 戸田建設㈱本社構造設計部 修士（工学）Structural Design Division, TODA CORPORATION, M.Eng.

6-1

あとから鉄筋工法の開発なる試験体間で入手できた材料の違いによるもので，基本的にはど

表 1 頭部ナット寸法詳細
径

球体高さ

ナット厚

球体半径

削孔径

ちらも設定した破壊モードに達する前に鉄筋が降伏しないためにabc

ReD用いた高強度鉄筋である．スタブには主に割れ止めのためのスタブ

D131971019.922D162581013.828

D192791015.030

D2232101017.836D2535101020.040

呼び名

筋が配筋されているが，3.2，3.3 節で後述するあと定着鉄筋のコーン破壊領域を拘束しないように配置されている．スタブのコンクリート強度は，本工法が想定する母材の材料強度である Fc21～36 の間で設定した．モルタルカプセルはそれぞれの鉄筋径に対応する径と長さを持つが，中身は全て細砂とセメントを主成分とする同一の単位：mm

Reモルタルである．

ab

あと定着鉄筋
スタブ

c

スタブ筋

頭部ナット

紙チューブ300

写真 1 無機モルタルカプセル

削孔深さ

充填モルタル
頭部ナット

400

定着長lceナット高さ
削孔径

600

600
3001800
立面図(CC13-27)
コーン破壊領域300

写真 2 あと定着鉄筋
6003003. あと定着鉄筋の引抜試験
3.1 実験概要

300

6006001800
平面図1(CC13-27)

表 2 に試験体一覧，図 2 に試験体図の一例を示す．試験体は想定

30050する実施工と同様に，硬化した母材となるコンクリートスタブを削孔し，無機モルタルカプセルを充填した後にあと定着鉄筋を挿入し600た計 13 シリーズとし，その結果から引張力を受けるあと定着鉄筋

50050の挙動について検討した．実験パラメータは，あと定着鉄筋の径，300

鋼種，定着長，スタブコンクリートの強度，へりあき寸法，あと定600

6001800
平面図2(CC13-21)

着鉄筋の挿入方向とした．なお，鉄筋降伏型試験体以外の鉄筋には300

図 2 試験体図の一例

USD685 と 980 級の 2 種類が混在しているが，これは製作期間が異表 2 試験体一覧
試験体名

試験体数n [本]MA13-215MA13-21’

5MA13-365MA19-214MA19-21U3MA19-363

MA19-36U3MA25-214MA25-369CC13-216CC13-273CC19-27

あと定着鉄筋呼び名鋼種

定着長 lce(db：鉄筋径) [mm]D13USD685130 (10db)

65 (5db)

スタブ
設計基準強度 Fc[N/mm2]

下向き362195 (5db)

上向き

大下向き

36D25

980 級※65 (5db)

3D1995 (5db)CC25-27

3D25150 (6db)

BY13-21

4D13SD295A

6021150 (6db)

D13

挿入方向

2165 (5db)

D19

へりあき充填モルタル
設計基準強度 mFc[N/mm2]

上向き

3621

小下向き

27260 (20db)

大21

試験体名は(破壊モード)－(鉄筋径)－(母材コンクリート強度)となっている．末尾に’U’の付く試験体はスタブに対して上向きに，それ以外は下向きに鉄筋を打ち込んだ．
破壊モード MA：充填モルタル－母材コンクリートの付着破壊，CC：母材コンクリートのコーン破壊 BY：あと定着鉄筋の降伏※980 級とは SD390 材を熱処理して σy＝980[N/mm2]相当まで強度を高めた鉄筋である．

6-2

技術研究報告第 47 号 2021.11

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3.2 加力方法

るのであれば，付着の破壊面は最も強度の低い物体によって決定さ

図 3 に加力装置，および計測概要図を示す．加力はコンクリートれるため，本工法のように母材よりも強度の高い充填モルタル使用

スタブ上に鉄骨で架台を組んだ自己反力型とし，センターホールする工法では，充填モルタル－コンクリート界面より先行して鉄筋ジャッキによる一方向の単調載荷とした．あと定着鉄筋が終局耐力－充填モルタル界面で付着破壊が生じることは少なく，文献 2)内でに達するまで引張力を与え，ロードセルによって引張荷重，ひずみもこの破壊面に対する Tb の算定は行われていない．ただし，本工法

ゲージによって鉄筋のひずみ，変位計によって鉄筋の抜け出し変位

では頭部ナットの存在により削孔径が鉄筋径よりも 10～15mm 程を計測した．

度大きい．そのため，Ta 算定時には削孔の，Tb 算定時には鉄筋の周長を用いて付着面積を求め，これに平均付着強度を乗じて付着耐力を求めた場合，削孔径と鉄筋径の比率によっては，Ta>Tb となるお3.3 破壊モードと耐力算定式
本工法は文献 2)によると，頭付きアンカーと接着系アンカーを複それがある．また，設計時に Tb の算定を省略した際に Ta>Ty>Tb と合させた型抜きアンカーに相当する工法となる．あと定着鉄筋に引なり，あと定着鉄筋の降伏が保証されないことがないよう，Tb につ張力が作用した際に想定される破壊モードとしては，図 4 に示す 4いても検討することとした．鉄筋－充填モルタル界面の付着強度 τb

つの破壊が考えられる．これらの破壊に対する耐力は式(1)～(4)で求については，マッシブなモルタルに埋め込まれた鉄筋に引張力が作めた．

用した際の単純な付着強度に関する知見は少ないものの，文献 2)に示される無機系カプセルの基本平均付着強度𝜏𝜏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 = 5�𝜎𝜎𝐵𝐵 /21が，型抜きアンカーに相当する工法では頭部ナットによる支圧抵抗と鉄筋－充填モルタル界面の付着抵抗が複合的に作用することが様々な強度のコンクリートやモルタルに先付けされた鉄筋の付着強度を検証した文献 3)～6)に示される付着強度の下限値を評価してい考えられるが，本工法では簡単のため，鉄筋－充填モルタルの付着破壊耐力 Tb が頭部ナットによる支圧耐力を含むものとして評価しることから，𝜏𝜏𝑏𝑏 = 5� 𝑚𝑚𝜎𝜎𝐵𝐵 /21とした．図 5 に文献による鉄筋の付着強度と定着材圧縮強度の関係を示す．

た．しかしながら，付着力が固着した物体間のせん断抵抗に依存す

加力方向

(2)

𝑇𝑇𝑐𝑐 = 2/3 ∙ 0.31√𝜎𝜎𝐵𝐵 ∙ 𝐴𝐴𝑐𝑐

ロードセル

(3)

𝑇𝑇𝑎𝑎 = 𝜏𝜏𝑎𝑎 ∙ 𝜋𝜋 ∙ 𝐷𝐷 ∙ 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐

センターホールジャッキ

ひずみゲージ(1)

𝑇𝑇𝑦𝑦 = 𝜎𝜎𝑦𝑦 ∙ 𝑎𝑎𝑡𝑡(4)

𝑇𝑇𝑏𝑏 = 𝜏𝜏𝑏𝑏 ∙ 𝜋𝜋 ∙ 𝑑𝑑𝑏𝑏 ∙ 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐

Ty：あと定着鉄筋の降伏耐力

鉄骨架台

Tc：母材コンクリートのコーン破壊耐力
Ta：充填モルタル－コンクリートの付着破壊耐力

変位計

Tb：鉄筋－充填モルタルの付着破壊耐力
σy：あと定着鉄筋の降伏強度，at：あと定着鉄筋の断面積

コーン破壊領域

σB：コンクリート圧縮強度
Ac：コーン状破壊面の有効水平投影面積(=π・lce(lce+D))
D：削孔径，lce：あと定着鉄筋の定着長
τa：充填モルタル－コンクリート界面の引張力に対する基本平均付

図 3 加力装置・計測概要図

鉄筋の降伏（破断）

着強度( = 𝛼𝛼�𝜎𝜎𝐵𝐵 /21 )τb：鉄筋―充填モルタル界面の付着強度(= 5� 𝑚𝑚𝜎𝜎𝐵𝐵 /21)
mσB：充填モルタル圧縮強度(静的引張荷重)
鉄筋とモルタルの付着破壊

付着強度 [N /m m 2 ]35

モルタルとコンクリートの付着破壊

コンクリートのコーン状破壊＋： モ ルタ ルに先付け

30○： コ ン ク リ ート に先付け

25201510500モルタルの支圧破壊

2040

𝜏𝜏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 = 5 (σ𝐵𝐵 /21)6080

定着材圧縮強度 [N /m m 2 ]

図 5 鉄筋の付着強度と定着材圧縮強度の関係

図 4 あと定着鉄筋の破壊モード

6-3100あとから鉄筋工法の開発

3.4 実験結果

表 3 付着破壊型試験体の実験結果

3.4.1 付着破壊型試験体の実験結果と耐力評価
表 3 に付着破壊型試験体の実験結果を示す．
表中の付着強度 τ は，試験体最大荷重 Pmax を充填モルタル周囲の付着面積（=𝜋𝜋 ∙ 𝐷𝐷 ∙ 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐 ）で除し最大荷重
Pmax [kN]

実験結果
ｺﾝｸﾘｰﾄ
付着強度
圧縮強度
2
τmax [N/mm ]σB [N/mm2]

αexp

た値である．写真 3 に加力後に引き抜いた鉄筋の例を示すが，実験

48.4

10.8

11.0

では MA13-21’で鉄筋が降伏した 1 本（表 3 中網掛け）を除き，付51.111.4

11.7

45.7

10.2

10.4

54.3

12.1

12.4

76.0

16.9

95.2

10.6

MA13-21

着破壊が充填モルタルとコンクリートの境界部にて生じていることを確認した．また，あと定着鉄筋の挿入方向による付着強度の差異は確認されなかった．
本工法による充填モルタル－コンクリート界面の付着性状は一20.0

17.3
10.9

91.1

10.1

10.4

93.8

10.4

10.7

した充填モルタルのせん断抵抗力に依存していると考えられるた

97.0

10.811.1

め，文献 2)に従い，�𝜎𝜎𝐵𝐵 /21に係数 α を乗じて基本平均付着強度 τa

90.8

10.1

10.4

般的な接着系アンカーと同様に，コンクリート孔壁の凹凸部と硬化MA13-21’を求めることとした．実験による付着強度にはバラツキが見られた

51.0

11.38.8ため，α の実験値 αexp の確率分布を正規分布でモデル化し，鉄筋径

69.5

15.5

12.1

78.7

17.552.1

11.6

9.052.2

11.6

9.1

56.0

6.3

123.7

13.8

87.9

9.8

83.3

9.3

97.8

10.9

MA13-36ごとの αexp の 95%信頼値 α95%を求める．α95%は正規分布が描く面積を 1 とした時，左裾の面積（=危険側となる不良率）が 2.5%になる時の α とする．αexp は以下の式(5)によって実験値 Pmax から求めた．

𝛼𝛼𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 =𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

�𝜎𝜎𝐵𝐵 /21=

MA19-21𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 /(𝜋𝜋 ∙ 𝐷𝐷 ∙ 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐 )(5)

�𝜎𝜎𝐵𝐵 /21

MA19-21U

図 6 に鉄筋径ごとの付着強度の確率分布を示す．縦軸は頻度，横軸は αexp である．鉄筋が太径になるほど αexp のピーク，および α95%が小さくなる傾向が見られた．これは削孔径と定着長が鉄筋径に比MA19-36

例して増大することから，鉄筋径と α の関係を以下の式(6)～(9)として表現できるためと説明できる．

MA19-36U

𝐷𝐷 ∝ 𝑑𝑑𝑏𝑏 → 𝐷𝐷 = 𝑚𝑚 ∙ 𝑑𝑑𝑏𝑏

𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐 ∝ 𝑑𝑑𝑏𝑏 → 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑛𝑛 ∙ 𝑑𝑑𝑏𝑏

𝐴𝐴 = 𝜋𝜋 ∙ 𝐷𝐷 ∙ 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝜋𝜋 ∙ 𝑚𝑚 ∙ 𝑛𝑛 ∙ 𝑑𝑑𝑏𝑏 2𝑃𝑃𝑃𝑃1
𝜏𝜏𝑎𝑎 = =→ 𝛼𝛼 = 𝑘𝑘 ∙ 22𝐴𝐴 𝜋𝜋 ∙ 𝑚𝑚 ∙ 𝑛𝑛 ∙ 𝑑𝑑𝑏𝑏
𝑑𝑑𝑏𝑏

(6)

(7)

(8)

MA25-21(9)k, m, n：定数101099

正規分布

87D13α95%=6.94

頻度頻度

5正規分布

876MA25-36654433221

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
αexp

D19α95%=5.27

34.6

13.7

5.9
23.4

13.1
9.3

22.2

9.3
10.3

81.6

9.1

101.6

11.3

23.4

10.7

80.5

9.0

6.5

87.5

9.8

7.1

127.7

14.3

10.3

120.0

13.4

117.5

13.1

96.6

10.8

7.8

215.4

11.4

10.8

216.1

11.5

40.1

8.6

9.7
9.5

23.4

10.9

22.2

8.4

175.5

9.3

135.0

8.6

8.8

140.1

7.4

122.0

6.5

197.5

10.5

7.6

157.2

8.3

6.4

158.6

8.4

6.5

174.19.27.1199.7

10.6

174.7

9.3

7.2

193.4

10.3

7.95.440.1

35.2

4.78.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20αexp

109正規分布8頻度

765D25α95%=4.10

432
100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20αexp

図 6 付着破壊型試験体の付着強度の比較
3 付着破壊後に引き抜いた鉄筋の様子(MA19-36)

6-4

技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

また，図 7 に示すように縦軸に α95%，横軸に鉄筋径を取ると，D13

表 4 コーン破壊型試験体の実験結果～D25 の α95%には，およそ線形の関係が見られた．先述の通り α は試験体鉄筋径の二乗に反比例するため，微小な db の区間では鉄筋径と α の関係を直線に近似できると考えられる．この時，近似線から𝛼𝛼 =−0.23𝑑𝑑𝑏𝑏 + 9.8という関係が得られた．

Pmax / Tc

29.92.82

30.8

1.9424.6

CC13-213.4.2 コーン破壊型試験体の実験結果と耐力評価

実験結果
耐力計算値
ｺﾝｸﾘｰﾄ圧縮強度
Tc [kN]σB [N/mm2]

最大荷重
Pmax [kN]

15.4

25.9

2.00

23.41.60

表 4，および図 8 にコーン破壊型試験体の実験値 Pmax と計算値 Tc

26.71.68の比較を示す．スタブの際にあと定着鉄筋を打ち込んでへりあきを43.4

1.73小さくした CC13-21 の Tc については，へりあきに応じてコーン状40.1
CC13-27

破壊面の有効水平投影面積 Ac を減じている．へりあきを十分確保1.8158.222.1

2.6332.9

している場合，へりあきが小さい場合，いずれについても，あと定1.4981.2

着鉄筋のコーン破壊に対する耐力は接着系アンカーボルトの設計

CC19-27

1.8780.8に準拠して求めることで，試験体最大耐力の下限値を評価できるこ80.3とを確認した．

177.9
CC25-2743.4

1.8631.7

1.85
1.71142.8

104.2

1.37

197.8

3.4.3 鉄筋降伏型試験体の実験結果と耐力評価

1.90

表 5 に鉄筋降伏型試験体の実験値 Pmax と計算値 Ty の比較を示す．
表 5 鉄筋降伏型試験体の実験結果

BY13-21 試験体は全てあと定着鉄筋が降伏し，Pmax はあと定着鉄筋降伏時の耐力としている．定着長を 20db 確保することで，引張力が試験体作用した場合の破壊モードはあと定着筋の降伏で決まることを確

実験結果
耐力計算値
降伏強度
Ty [kN]σｙ [N/mm2]

最大荷重
Pmax [kN]認した．

ｺﾝｸﾘｰﾄ圧縮強度σB [N/mm2]

45.7
47.1

BY13-214. まとめ

43.647.3

344

23.447.1

頭部ナット付き鉄筋と無機モルタルカプセルを用いた後定着型工法に関する引抜試験により，以下の知見を得た．
1)

鉄筋径と付着強度に関する係数 α にはおよそ線形の関係が見2)られ，𝛼𝛼 = −0.23𝑑𝑑𝑏𝑏 + 9.8と表すことができる．

10D19

コーン破壊耐力は接着系アンカーボルトの設計に準拠して算D256

α95%定できることを確認した．

3)

D138

定着長を 20db 確保することで，引張力が作用した場合の破壊

線形 (近似線)

4

モードはあと定着筋の降伏で決まることを確認した．
2

謝辞
共同研究者である西松建設(株)の飯塚信一氏，金川基氏，山崎康雄氏には，実験の計画・実施にご協力していただくと共に，SNB®工法に関する貴重なデータを提供していただきました．ここに感謝いたします．

0D13D16D19D22D25

鉄筋径db

図 7 鉄筋径とαの関係

200150

実験値Pmax

参考文献1) 佐藤 他「あと施工せん断補強「サイトフィットネイリングバー（SNB）® 」工法の開発」，西松建設技報，VOL.39，20162) 日本建築学会 各種合成構造設計指針・同解説，2010
3) 太田 他「ジオポリマーモルタルと鉄筋の付着特性に関する基礎的研究」，
コンクリート工学年次論文集，Vol.38，pp.2313-2318，20164) 関根 他 「コンクリート構造物の補修・補強に用いる特殊モルタルと鉄筋との付着強度に関する研究」，日本建築学会大会学術講演梗概集，材料施工，pp.167-168，1994.95) 高木 他 「小円形板を有する後挿入型定着工法の定着性能 その１ 短い定着長の引張実験」，日本建築学会大会学術講演梗概集，構造Ⅳ，pp.4142，2015.96) 若林 他 「引抜き試験による鉄筋とコンクリートとの付着強さ試験方法
におけるコンクリートの圧縮強度及び供試体の寸法についての検討」，日
本建築学会大会学術講演梗概集，材料施工，pp.217-218，2017.7100

CC13-21
CC13-27
CC19-2750

CC25-27
Pmax/Tc=10050100150

計算値Tc

図 8 コーン破壊型試験体の実験値と計算値の比較

6-5200