技術資料

エポキシ樹脂系ひび割れ注入材の低温時の性状変化
内藤

勲島多昭典

がまだ硬化していない状態でも注入作業を完了してし１．はじめにまう事例もある。
ひび割れ注入工法は古くからコンクリート構造物にひび割れ注入工法の品質管理は、ひび割れ内部に注用いられている補修対策の一つであり、ひび割れから入された注入材の状態を容易に確認できないため、表の劣化の進行を抑える目的で、ひび割れ内部に樹脂系面ひび割れ幅とひび割れの規模によって粘性や流動材料やセメント系材料を注入してひび割れを閉塞させ性、可使時間等が異なる注入材を適用し、必要注入量る補修方法である。この補修工法はひび割れ注入材を管理するみなし規定が従来用いられてきた。そのた（以下、注入材）がひび割れ内部に十分に充填される

め、上述した不具合事例では、ひび割れの状態に応じことが前提となる。しかしながら、実際のひび割れ注た必要な注入作業が行われなかった可能性がある。

入工事の後、注入箇所から早期に漏水や析出物等が再このような背景から本研究では、低温環境における発する事例も報告されている（図－1）。この原因としひび割れ注入工法の注入性（注入のし易さと充填性）て著者らは過去の調査・実験において、積雪寒冷地のの向上、および注入材の性状の規格化を目標とした検ひび割れ注入工事で注入材の充填率が低いケースが多討を行っている。本稿では、使用頻度が多いエポキシくあること（図－2) 、また、室内実験において、供樹脂系の注入材において、低温時の注入性、可使時間、試体のコンクリート温度が低温となる状況では注入材粘度の変化を検証した試験結果について述べる。

1)の未充填が生じる場合があること を確認している。
2)

しかし、このような不具合を是正する適切な施工方法や新たな対策方法等は未だ確立されていない。
ひび割れ注入工法における注入材の品質規格は、1985年度（昭和60年度）～1987年度（昭和62年度）の建設省総合技術開発プロジェクト「コンクリートの耐注入補修したひび割久性向上技術の開発」（以下、耐久性総プロ）のコンれから約 10 ヶ月後にクリート構造物の補修指針（案）において、主に20℃漏水や析出物が再発の環境における品質規格等が示されている。しかし、低温環境については、5℃の環境においてエポキシ樹脂系の注入材の粘度が「4000cps (4000mPa･s) 以下

図－1

ひび割れ注入後の不具合事例の一例であることが望ましい」と記述されているのみで、規格値や留意点等は明記されていない3)。また、日本コンクリート工学会の「コンクリートのひび割れ調査、補修・補強指針」においても注入材の品質規格は耐久性総プロが参照されている。
寒冷地では冬季に環境温度が5℃前後での施工も通常実施されている。このような低温環境で注入作業を行った場合、樹脂系の注入材は粘度が高くなって流動性が悪くなり、部材厚が大きい箇所のひび割れには奥まで注入材が充填されない可能性がある。さらに、注入時間についても、注入作業日の翌日に注入器を撤去する手順が基本であることから、低温環境では注入材
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図－2

注入材の充填率の現地調査結果

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入工事で一般的に広く使用されている製品であり、使２．注入材の注入性の検討用される頻度が比較的高い硬質形低粘度形である。注
ひび割れ注入工法は、注入するひび割れ幅によって入材AとBは標準的な注入材であり、粘度は同程度で注入性が変化する。例えば、ひび割れ幅が狭いほど注可使時間が異なる製品である。注入材CとDは一般的入性が悪くなることは一般的に知られている。このよな低粘度形よりも粘度が低く、低粘度形の粘度範囲にうな注入材の注入性は、注入材をニュートン流体とし属するが超低粘度形と呼ばれている。注入材Dは注入た場合に、ナビエ・ストークスの運動方程式から注入材Aの可使時間と同程度の注入材であり、注入材Cは圧とひび割れ幅の二乗に比例することが既往研究で明可使時間が非常に短い超速硬型である。ここでは注入らかにされている 。一方で、低温になると注入材の材Cと注入材Dを超低粘度形と定義する。超低粘度形

粘度が高くなって注入性が低下する性状も一般に知らは、ひび割れ幅が0.2mm未満の狭いひび割れや低温施れている。しかし、低温における注入材の粘度や可使工時に主に使用されている。

4)

時間等の性状は各材料開発メーカーからほとんど公開

これら4種類の注入材の注入性を確認するため、内されていないことや、低温での施工管理方法や品質管径108mm×長さ200mmの塩化ビニル管を型枠とした理方法も確立していない。

コンクリート円柱供試体を作製し、脱型せずに水中養本試験では、エポキシ樹脂系の注入材の環境温度の生28日後に割裂載荷によってひび割れ導入した模擬ひ違いによる注入性への影響を検証するため、模擬ひび

5)
び割れ供試体（以下、ひび供試体）を用いた注入性割れ供試体による注入性試験を実施して検討を行っ試験を実施した（図－3）。なお、割裂載荷によって導た。

入したひび割れ幅は0.2mmとした。表－2に使用したコンクリートの配合を示す。

２．１

注入性試験は、ひび供試体の片面（注入面）から注注入性試験

注入性試験に使用したエポキシ樹脂系の注入材の主入材を注入して背面から排出するまでの注入時間を計な諸元を表－1に示す。これらの注入材はひび割れ注測する方法で実施した（図－3）。注入はひび供試体の

表－1

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実験に使用した注入材の主な諸元

表－2

コンクリートの配合

図－3

注入性試験の状況例
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ひび割れを縦にした状態で側面注入する方法とし、注粘度増加が抑えられたためと考えられる。一方、超低入器はゴムの伸縮で自動低圧注入するシリンダー型を粘度形の注入材CとDは、低温でも短い注入時間で排用いた。注入器に入れる注入材の量は30mLとした。

出しており、低温環境でも施工性は良いと言えるが、表－3に試験ケースを示す。試験は実験室（恒温室）

注入材Cの0℃では注入材は排出しなかった。これは、内の環境温度を20℃と5℃の2水準、供試体の温度を20低温で注入時間が増加し、超速硬型ゆえに注入時間が℃、5℃、0℃の3水準で設定して行った。なお、5℃と可使時間を超えたことで排出口到達前に硬化してしま0℃のケースでは、注入器を接着するシール材の低温ったためである。

による付着力低下を防ぐため、20℃の環境で先に注入器を接着させてから低温環境での試験を実施した。試３．低温における注入材の性状評価

験は各ケース1供試体で行った。
３．１
２．２

可使時間の算定方法

エポキシ樹脂系の注入材はそのほとんどが2成分の試験結果

注入性試験の各試験ケースにおいて、注入開始から反応硬化型であり、これらを含めた接着剤系のエポキ背面に排出するまでの注入時間および注入材の排出状

シ樹脂の可使時間は温度上昇法によって算定されるこ況の例を図－4に示す。排出なしのケースを除いた試とが多い。温度上昇法は、硬化反応で発熱するエポキ

験ケースすべてにおいて、環境温度が低くなるにつれシ樹脂の温度変化から可使時間を算定する方法であて注入時間は大きく増加することから、注入材の注入る。この算定方法は、23±2℃の温度環境において、性は環境温度に大きく影響されることがわかる。注入

耐久性総プロでは攪拌から最高硬化発熱温度に到達す時間が一番長くなった注入材Aの0℃では、200mmのるまでの時間の60%6)、また、JSCE-K 541-2013および距離に対して注入材の排出まで6時間弱、5℃でも約1

JIS A 6024_2015では攪拌から硬化発熱温度が急激に時間半かかった。排出状況の例から見ても低温では注上昇する立ち上がり点までの時間の70%、もしくは急入材の粘度が増加して施工性が極端に低下することが激な立ち上がり点の判別が困難な場合には攪拌から最明らかである。注入材Bは注入材Aよりも注入時間が高硬化発熱温度に到達するまでの時間の50% 7)と規定短くなったのは、標準可使時間が注入材Aよりも長く、されている（図－5）。現在、一般的に使用されている

表－3

図－4
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注入性試験の試験ケース

注入性試験の試験結果（環境温度の違いによる注入時間の変化）および注入材の排出状況の例№841

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の量は30～100g程度であり、さらにひび割れ内部では注入材は狭いひび割れ内に薄く拡散して広がる。このため、ひび割れ内部では反応熱量は小さくなって可使時間はより長くなっていると考えられる。
そこで、注入性試験で使用した4種類の注入材を用いて、環境温度20℃と5℃、試料の量を300gと30gの計16ケースについて、2液混合後から硬化までの温度上昇変化を計測し、各ケースにおける可使時間の実測算定を試みた。温度計測は熱電対（T形）を使用して

図－5 温度上昇法による可使時間の算定例（JSCE-K 541-2013およびJIS A 6024_2015）

30秒間隔で計測し、反応後に温度が室温に戻って安定するまで計測を行った。各ケースで計測を2回行い、エポキシ樹脂系の注入材はJSCE-K 541-2013およびJIS

可使時間はJSCE-K 541-2013に準じて算定して計測2回

A 6024_2015に基づく製品が多い。一般にエポキシ樹の平均値とした。

脂は温度を10℃上昇させると硬化速度が2倍になり、硬化時間は1/2倍となる 8)ことが知られているが、低温環境や高温環境における可使時間の算定方法は規定されていない。

３．３

低温による可使時間の変化

図－6に各環境温度における各注入材の温度変化を示す。20℃において、300gで測定した各注入材の温度上昇傾向は、注入材A、C、Dは急激に温度が上昇

３．２する傾向、注入材Bは緩やかな温度上昇を示した。一可使時間の実測算定

注入材の可使時間は製品カタログ等の試験成績表に方、30gで測定したケースでは、注入材Cは急激に温公開されている。しかし、上述したように公開されて度上昇したが、その他は温度がほとんど上昇しない状いる可使時間は23±2℃での値がほとんどである。ま態で硬化に至った。

た、可使時間を算定する温度上昇法に用いる試料の量

次に、5℃においては、300gでは注入材CとDに温度は一般に100～500gであるが、実際の注入作業におい上昇が見られ、注入材Cは急激な温度上昇傾向、注入ては、例えば自動低圧注入器に一度に使用する注入材材Dは緩やかな温度上昇となった。注入材AとBは温

図－6

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各注入材の温度変化
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度がほとんど上昇しなかった。また、30gではすべて３．５

環境温度による粘度変化の注入材で温度がほとんど上昇しなかった。このよう

表－5に各注入材の各環境温度における初期粘度、に温度上昇が見られなかったケースでは、反応熱量がおよび5℃と0℃それぞれの値における20℃の値との比少なく、低温や試料が少量であることによって発熱が率を示す。各注入材共に、環境温度が低くなるにした抑えられたと思われる。一方で、超速硬型の注入材Cがって初期粘度も増加している。環境温度20℃の初期は反応熱量が他よりも大きかったと考えられる。

粘度に対する低温における初期粘度の比率を見ると、これらの温度変化傾向から可使時間を算定した結注入材A～Cでは、5℃の初期粘度は20℃の約4.5倍、0果を表－4に示す。20℃で300gにおける注入材Aの可使時間は73.5分、注入材Bは201分、注入材Cは26.6分、注入材Dは80.5分となり、表－1に示した標準可使時間に比較的近い値となった。しかし、5℃や30gでは可使時間の算定ができないケースが多いことから、低温環境や試料が少量では温度上昇法による可使時間の算定ができないと結論付けられる。
３．４

注入材の粘度測定

可使時間の実測と同様に4種類の注入材において、試料の量300gにおける環境温度20℃、5℃、および0℃の計12ケースについて、2液混合後から硬化までの注入材の経時粘度をデジタル回転粘度計（図－7）で図－7

デジタル回転粘度計による粘度測定状況の一例計測した。また、試料の量30gについても20℃と5℃の計8ケースについて計測を行った。ただし、30gで表－5各環境温度における初期粘度の結果は、使用したデジタル回転粘度計の計測規定量以下のためここでは参考値とした。粘度の計測は1秒間隔で行い、硬化もしくは高粘度となって計測不能になるまで実施した。計測は1ケースで3回以上行い、粘度変化の過程が類似した複数データから1データを選定してこれを測定値とした。

表－4

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温度上昇法による可使時間の算定結果

15図－8

各注入材の粘度変化℃では6～7倍と、ほぼ同じような比率で粘度が増加しのような注入材の低温時の性状変化は、注入が十分にている。一方、注入材Dは5℃で3.0倍、0℃で4.4倍の進んでいない段階で非常に注入しにくい状態に変化し粘度増加であり、他の3注入材よりも少し増加比率がてしまう場合もあるため、注入性試験の注入材Cの結小さい結果であった。このことから、変化の比率に多果のように、途中で硬化に至ってひび割れ内部に未充少の幅はあるが、注入材の低温での初期粘度は20℃の填が生じる可能性もあることから、低温時の注入作業

約3～7倍に増加することを目安にできると思われる。

は、よりきめ細かな材料選定と品質管理が求められる。

次に、図－8に各環境温度における各注入材の経過時間に伴う粘度変化を示す。環境温度20℃では、試料４．まとめの量にかかわらず、すべての注入材において途中で急激に粘度が増加して一気に硬化に至る反応型樹脂特有

本研究では、低温施工におけるひび割れ注入の品質の性状となった。なお、環境温度20℃で試料300gに確保を目的として、注入材の低温時の性状変化を把握おける各注入材の粘度が急激に増加し始めた経過時間する検討を行った。以下に、本研究で得られた知見をは、前項の温度上昇法で算定した可使時間に近い値で記す。

あった。

1）環境温度5℃では、温度上昇法で可使時間を算定で一方、5℃および0℃における各注入材の粘度の経時きない注入材が多い。また、30g程度の少量でも温変化は、注入材Cを除いて、注入材A、B、Dは徐々に度上昇法で可使時間を評価することはできない。こ粘度が増加して硬化に至る傾向に変化した。計測終了

れらの条件では、注入材は反応熱がほとんどない状までの経過時間も低温になるほど長くなっている。こ態で硬化が進行する。

れは、前項の可使時間の実測結果と同様に、低温もし

2）注入材の粘度は、環境温度20℃では急激に粘度がくは試料が少量であることによって硬化反応の発熱が増加して硬化するが、環境温度5℃もしくは0℃では、抑えられたためと考えられ、言い換えれば、反応熱の粘度は徐々に増加して時間をかけて硬化する性状に影響を受けずに硬化が進む低温時の注入材の性状を検変化する。

証できたと言える。
以上のことから、低温での実際のひび割れ注入では、

3）注入材の低温での初期粘度は、20℃の約3～7倍に増加することを目安にできると思われる。

注入材は初期粘度が高く、注入開始から徐々に粘度が4）低温時の注入材は初期粘度が高く、時間と共に非増加して注入速度が徐々にゆっくりとなり、硬化も温常に注入しにくい状態に徐々に変化していくため、度上昇なく徐々に反応が進んでやがて硬化に至る。こよりきめ細かな材料選定と品質管理が求められる。

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2023年３月今後は、5℃前後あるいは5℃以下の低温施工における適切な品質管理方法等を検討していく予定である。

クリートの耐久性向上技術の開発，報告書，第二編，pp.221-222，1988.
4） 上村克郎，小西敏正，橘高義典：鉄筋コンクリー

謝辞：本実験を実施するにあたり、共同研究者である

ト造のひび割れ補修における樹脂の充填程度の数注入材料メーカー各社の関係者に多大なるご協力を頂

式化，セメント技術年報42，pp.491-494，1988.

いた。ここに記して深甚な謝意を表します。

5） 山本昌宏，谷村成，藤井隆史，安藤尚，綾野克紀：微細なひび割れを持つコンクリート試験体の作製方法とそれを用いたひび割れ補修材の性能確

参考文献

認試験方法に関する研究，コンクリート構造物の1） 内藤勲，田口史雄，島多昭典：ひび割れ注入工法の現状調査と凍結融解作用が注入後の耐久性に及補修，補強アップグレード論文報告集，第12巻，pp.467-472，2012.

ぼす影響，コンクリート構造物の補修，補強ア6） 建設省：建設省総合技術開発プロジェクト，コンップグレード論文報告集，第13巻，pp.517-522，

クリートの耐久性向上技術の開発，報告書，第二2013.

編，p.259，1988.

2） 内藤勲，島多昭典，三原慎弘：施工時の低温環境

7） 土木学会規準：JSCE-K-541-2013,コンクリートがひび割れ注入工法の注入充塡性に及ぼす影響，構造物補修用有機系ひび割れ注入材の試験方法

コンクリート構造物の補修，補強アップグレード（案），p.436，2013.

論文報告集，第14巻，pp.303-308，2014.
3） 建設省：建設省総合技術開発プロジェクト，コン

寒地土木研究所月報№8418） 友井正男：熱硬化性樹脂の基礎，エレクトロニク
ス実装学会誌，Vol.4，No.6，pp.537-542，2001.

内藤 勲
NAITO Isao

島多 昭典
SHIMATA Akinori

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
主任研究員
博士（工学）

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
上席研究員
技術士（建設）

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