ー 新製品紹介 ー●コンクリート補修材料への液状アクリルオリゴマーの応用
高機能材料研究所

第四研究グループ 森泰彦

記）、アクリル樹脂2種類(以後A1、A2と略記）の計3種類を用1 はじめにいて実施した。

当社が米国SCジョンソン・ポリマー社より導入したSGO技

アクリル樹脂A1は可撓性を重視した処方で、アクリル樹脂A2

術は、低分子量の液状アクリルポリマーが無溶剤で製造可能は、機械的物性をエポキシ樹脂に近く設定し、より低粘度化である事が一つの特徴である。この液状ポリマーは無溶剤型した処方である。
表1に補修材料の諸物性を示す。粘度の測定にはB型粘度計材料として数多くの用途への応用が期待できる。
本報ではコンクリートの補修材料として、現在主として用を用いて20℃で測定した。接着強度は建研式接着力試験器をいられているエポキシ樹脂と比較し、その可能性を評価した。

用いて測定した。圧縮強度は、JIS K7208引張せん断強度はJISK 6850, 引張強度、伸び率はJIS K 7113に準じて測定した。

2 コンクリートの劣化と補修

表１ 補修材料の諸物性

コンクリート構造物の欠陥･劣化を調べる際に、最も広く見られるものの一つにひび割れがある。ひび割れは、その幅が0.1mm以下なら通気・通水の心配はほとんどないが、0.2mm以上になると通気・通水し始めると言われている。また、そのひび割れが原因となって、内部鉄筋腐食などの二次的欠陥を招く。そのため、ひび割れによるコンクリート構造物の耐久性が問題となり、補修等により機能回復を図る必要がある。
コンクリート構造物のひび割れ補修の多くの場合において、注入工法が関連している1）。そのため、補修材料のひび割れ部への注入や充填が主要かつ重要な行為となってくる。

4 注入試験

一般的に使用されている補修材料として、無機系ではセメント系材料およびポリマーセメント系材料が、有機系ではエ4.1 目的および方法

ポキシ樹脂などが使われている。既往の研究より、無機系補ひび割れへの十分な注入・充填を行うためには、補修材料

修材料と比較してエポキシ樹脂の方が、補修効果が高いと言のひび割れ内での流動性を把握する必要がある。そこで、実われている。

際のひび割れを想定したひび割れモデルを用いて注入性能を今回、SGO技術を利用したアクリル樹脂を用いて、ひび割評価した。

れ注入試験、切り欠きを補修した曲げ供試体での破壊試験、本実験では、各材料において可能な限り同じ条件で注入試

および実際の構造物でのひび割れを想定して補修した鉄筋コ験を行えるようにするために、ガラス板のみのひび割れモデル

ンクリート梁部材での曲げ破壊試験を行った。そして、ひびを用いることとした。このひび割れモデルは、図1に示すよう

割れ注入性能、ひび割れ追随性能および補修効果についてエに、500mm×1000mmの2枚のガラス板の間に金属製のスペーポキシ樹脂と比較することにより、コンクリート補修材料とサーを挟み、その間隔が所定の幅になるように設定したもの

してのアクリル樹脂の可能性について検討した。エポキシ樹である。

脂と比較し、今回用いたアクリル樹脂では、ウレタン反応を利用しているため、低温硬化性や可撓性、臭気といった点での改良が期待できる。
3 使用材料
今回使用したアクリル樹脂は、 ポリオール/イソシアネート系からなる2材反応硬化型のアクリルウレタン系無溶剤型材料である。主材は低分子量のアクリルポリオール、硬化材はMDI系の変性ポリイソシアネートである。
図1 ひび割れモデル

本実験では、比較のためのエポキシ樹脂1種類（以後EPと略東亞合成研究年報

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ガラス板の周囲には注入した補修材料が漏れないようにシール材を施した。また、注入口の反対側には空気口を設け、空気圧による注入障害を除いた。
本実験では注入圧を変化させ、注入圧による注入性能への影響についても検討を行った。注入は、注入口に圧力計を取り付けた手動式注入ポンプを用いて注入を行った。注入幅として0.3、0.5mmmの2水準、注入圧として0.10、0.15N/mm2の2水準、すなわち1材料につき4水準の条件で実施した。注入面積を測定するために、注入開始から注入完了または注入開始より20分まで、ビデオカメラによって注入状況の撮影を行っ

図4 注入面積と時間の関係（注入圧0.1N/mm2,注入幅0.5mm）た。さらに、ビデオプリンターによって画像をプリントアウトして、その注入面積をプラニメーターによって測定し、注入面積と経過時間の関係についても検討を行った。
4.2

試験結果および考察

注入状況は、いずれの補修材料も注入口を中心とした半円状であり、良好な注入状況を示した。各補修材料の注入幅が0.3mm及び0.5mmの場合の注入面積と経過時間の関係を図2〜5に示す。

図5 注入面積と時間の関係（注入圧0.15N/mm2,注入幅0.5mm）

エポキシ樹脂EPは注入幅が同じ場合、注入圧が変化しても注入が完了するまでの時間はほとんど同じであった。また、エポキシ樹脂EPは注入幅が大きくなると、注入完了までの時間が長くなる傾向があった。アクリル樹脂A1は、注入圧が大きくなると注入完了までの時間が短くなる傾向が顕著であった。
アクリル樹脂A2は粘度が低く、今回用いた補修材料の中でもっとも良い注入性能を示した。各注入圧、各注入幅におい

図2 注入面積と時間の関係（注入圧0.1N/mm2,注入幅0.3mm）てほとんど違いは見られず、また他の補修材料のように注入完了間近に見られる注入速度が鈍る傾向は見られなかった。
実際の施工現場においては、補修材料の注入性能は、施工条件や施工方法に左右されるものの、アクリル樹脂A1の注入性能は同程度の粘度であるエポキシ樹脂と同等であることが分かった。
5 コンクリート供試体の曲げ破壊試験
5.1

目的および方法

ひび割れの状況は、施工場所、施工環境によって様々であり、状況に適した補修材料の使用が必要となってくる。代表

図3 注入面積と時間の関係（注入圧0.15N/mm2,注入幅0.3mm）

的な補修材料であるエポキシ樹脂等のひび割れ注入後の接着性能や強度は、過去の研究や施工実績などから明らかとなっている。ここでは、コンクリートひび割れモデルを用いて曲げ破壊試験を行い、アクリル樹脂の補修材料としての接着性能及び追従性を調べた。
実験に用いた供試体の寸法･形状を図6に示す。コンクリー
トの設計基準強度は、f ck=35N/mm2である。表2にコンクリー

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トの示方配合表を示す。なお、使用セメントは早強セメントあるため、ひび割れ追随性はあまりないと言える。

である。
表2 供試体の示方配合表

図7 荷重−ひずみ曲線

アクリル樹脂であるA1、A2はスリット有りとほぼ同じ傾きを持ち、破壊時のひずみがスリット有の3倍以上もあり、実際のひび割れ補修に用いた場合、ひび割れ追随性は十分に期待できると思われる。
いずれの材料も破壊荷重はスリット無しの3〜5割程度で、
図6 供試体の寸法・形状

破壊荷重から補修効果の優劣をつけにくい結果となった。

供試体は、金属製コンクリート型枠を用いて作製し、コンク以上のことから、アクリル樹脂は、破壊荷重ではエポキシリート供試体の中央下半面に、図6に示すように0.5mm幅のス樹脂に劣るものの、ひび割れ追随性においては非常に優れてリットを設けて、ひび割れモデルとした。

おり、実際のコンクリート部材の変位挙動に伴うひび割れ追供試体のスリット部分に補修材料を注入した後、補修材齢随性が期待できる。

14日に達した時点で金属製アタッチメントを取り付けたモル6 鉄筋コンクリート梁の曲げ破壊試験

タル用耐圧試験機に、図6に示すように、荷重を載荷し、曲げ破壊させ、曲げ破壊荷重、およびスリット部分下面でのひず6.1みを測定した。曲げ破壊試験により部材強度の回復、接着性

コンクリート構造物でのひび割れに対する実際の補修効果能を補修効果として評価した。ひずみゲージによるひずみ測の確認を目的に、鉄筋コンクリート梁のひび割れに対して補定によって、注入した補修材料のひび割れ追随性について評修を行い、アクリル樹脂と従来使用されているエポキシ樹脂価した。との比較･検討を試みた。

各補修材料の破壊荷重は、試験によって求められた最大荷目的および方法

今回の試験で作製したコンクリート梁の寸法および形状を図8に、コンクリートの示方配合を表3に示す。

重とした。補修効果については、注入を行った供試体の破壊荷重を、スリットの無い健全な供試体（以下スリット無と略記）の破壊荷重と比較することにより評価した｡また、ひび割れ追随性に関しては、試験を行った供試体の荷重-ひずみ曲線の傾きが、補修材料を未注入のスリットの有る供試体（以下スリット有と略記）の荷重-ひずみ曲線の傾きに近い程ひび割

図8 梁の寸法及び形状れ追随性が大きく、スリット無の供試体の荷重-ひずみ曲線の表3 梁の示方配合表傾きに近い程ひび割れ追随性が小さいと考えた。なお、補修効果を高めるには、ひび割れ補修後にひび割れ部で変動が生じた際に、ひび割れ追随性を大きくする必要がある。
5.2 試験結果および考察
図7に各供試体の荷重−ひずみ曲線を示す。
エポキシ樹脂EPの荷重−ひずみ曲線の傾きはスリット無しの傾きに近く破壊時のひずみがスリット有りとほとんど同じで東亞合成研究年報

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セメントは早強セメントを使用した。また近年コンクリート

図10に補修を施した各梁の荷重-たわみ曲線を示す。2種類の高強度化が進んでいるため、コンクリートの設計基準強度のアクリル樹脂は、エポキシ樹脂EPとほぼ同じ曲線となり、はf ck=45N/mm2とした。コンクリートを打設後湿布養生を行

今回の実験のような大変形領域下では、補修材による差は、い、目標強度に達したことを確認した後、ひび割れを発生さほとんど見られなかった。充填された補修材の性能差は実際せるために載荷を行った。載荷は梁の中央の変位が5.5mmにの構造物で生じる，より複雑な微少変形領域での繰り返し載達するまでとし、その時のひび割れの幅は0.1〜0.4mmであっ荷などの実験により確認する必要がある。実際の梁の補修にた。この時の最大荷重はいずれの梁も35kN程度であり、主鉄使用する場合は、いずれの梁もほとんど差はなく、アクリル樹筋は降伏に至っていた。その後、梁中央より左右30cmまでの脂の補修効果は、エポキシ樹脂と同等であると考えられる。

ひび割れに対して各補修材料を注入した。補修材齢14日に再び載荷を行い、荷重および梁中央のたわみを計測した。
6.2

試験結果および考察

各梁の補修前のひび割れの状況は、ほぼ梁中央に幅が0.4mm程度のひび割れが発生し、これが最大のひび割れであった。そして左右に各3〜5本、約10cmおきに幅約0.1mmのひび割れが発生した。いずれのひび割れも、下部より10cmほどの高さまでのびていた。
補修を施した各梁とも、荷重が15kN程度において、補修したひび割れとは異なった場所より新たなひび割れが発生した。
さらに載荷荷重が増加するに従って、梁の中央部近傍の補修を施しているひび割れが進行していき、破壊に至った。梁の図9 荷重−たわみ曲線（アクリル樹脂A2）

中央部近傍のひび割れ幅が0.4mm程度と最大であったひび割れ一本については、載荷荷重に伴うひび割れの進行はほとん

7 まとめ

どなかったが、幅が0.1mm以下のひび割れ数本については、ひび割れの進行がはやかった。これは幅が0.1mm以下のひび割れ

1）今回対象としたアクリル樹脂は、エポキシ樹脂と同等の注への補修材料の注入が困難であり、十分充填されていなかっ入性能有していることが分かった。

たためと考えられる。

2）供試体の曲げ破壊試験より、アクリル樹脂は破壊荷重では

図9に梁のアクリル樹脂A2の補修前と補修後の荷重-たわみ

エポキシ樹脂に劣るものの、ひび割れ追随性においてはエ曲線を例として挙げる。補修後、10％程度荷重が大きくなっポキシ樹脂より、非常に優れていることが分かった。ていることがわかる。またアクリル樹脂A1及びエポキシ樹脂

3）アクリル樹脂を実際の梁の補修に使用する場合は、エポキEPについても5%程度荷重が大きくなっていた。したがって、シ樹脂で補修した場合と同程度の荷重回復が期待できるこ

アクリル樹脂はエポキシ樹脂と同程度の補修効果があることとが分かった。一方、ひび割れ部の追従性は、大変形領域が明らかとなった。

における荷重たわみ条件下では、有意差は見られなかった。
引用文献
1）加藤利美，菊池憲司,梅原秀哲,吉田彌智,コンクリート工学
年次論文報告集13，345（1991）.

図9 荷重−たわみ曲線（アクリル樹脂A2）

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