コンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法
【課題】積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、経済性にも優れるコンクリート構造物の補強用積層パネル、補強構造及び補強方法を提供する。
【解決手段】繊維補強セメント板２と、繊維補強セメント板２の一方の面に設けられ、連続補強繊維３１が含浸接着剤３２で含浸接着された補強繊維層３と、補強繊維層３の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部４２を有する付着層４とを備えるコンクリート構造物の補強用積層パネル１が、コンクリート構造物１００の表面に付着層４が対向するように配置して固定され、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面の間隙に充填剤１０が充填されて固化される。
【解決手段】繊維補強セメント板２と、繊維補強セメント板２の一方の面に設けられ、連続補強繊維３１が含浸接着剤３２で含浸接着された補強繊維層３と、補強繊維層３の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部４２を有する付着層４とを備えるコンクリート構造物の補強用積層パネル１が、コンクリート構造物１００の表面に付着層４が対向するように配置して固定され、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面の間隙に充填剤１０が充填されて固化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル、橋梁、橋脚、ボックスカルバート、建築物等のコンクリート構造物を補強する補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物では、経年劣化によりひび割れや内蔵している鉄筋の腐食が進行すると、構造物の耐力が低下して、コンクリート塊の剥離や剥落の事故を招くことがあるため、従来からコンクリート構造物の補強が行われている。このコンクリート構造物の補強方法としては以下の〈１〉、〈２〉がある。
【０００３】
〈１〉鋼板接着工法：予め工場で加工した鋼板を、コンクリート構造物の表面にアンカーボルトで固定し、コンクリートと鋼板との間隙に充填剤としてモルタルやエポキシ樹脂を注入して固化させ、一体化する方法。
【０００４】
〈２〉炭素繊維含浸接着工法：コンクリート構造物の表面に、炭素繊維シートをエポキシ樹脂で含浸接着して被覆し、その上から防護用のエポキシ樹脂を塗布する方法。
【０００５】
しかしながら、上記〈１〉の鋼板接着工法は、鋼板が重量物であるため、鋼板の搬入、施工時に重機が必要となり、手間と労力がかかり、特に施工期間が限られている場合には不向きである。さらに、補強が必要なコンクリート構造物に重量の嵩む鋼板で更なる荷重を与えることになるため、十分な補強効果が得られない場合もあり得る。
【０００６】
また、上記〈２〉の炭素繊維含浸接着工法は、補強するコンクリート構造物に直接炭素繊維シートを含浸接着するため、作業員の熟練度により品質がばらつく恐れがある。さらに、表面仕上げが必要な場合は、塗り重ね間隔が必要となり、工期が長くなるという不具合がある。
【０００７】
そのため、以下の〈３〉、〈４〉の補強方法が提案されている。
【０００８】
〈３〉特許文献１に記載の方法：繊維補強セメント板の一方の面に繊維補強シートを接着剤で接着した積層パネルを、コンクリート構造物の表面にアンカーボルトで固定し、コンクリートと積層パネルとの間隙に充填剤としてエポキシ樹脂を注入して固化させ、一体化する方法。
【０００９】
〈４〉特許文献２に記載の方法：繊維補強セメントモルタル板に炭素繊維シートを接着して、その上に繊維補強セメントモルタル層を設けた積層パネルを、コンクリート構造物の表面にアンカーボルトで固定し、コンクリートと積層パネルとの間隙に充填剤としてセメントモルタルを注入して固化させ、一体化する方法。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−５７２３６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記〈３〉の補強方法においては、繊維補強シートは連続補強繊維を含浸接着樹脂で含浸接着したものであり、積層パネルの接着性を担保するためには、この含浸接着樹脂と充填剤とを同種の樹脂にする必要がある。しかし、含浸接着樹脂と充填剤とを同種の樹脂にした場合でも、硬化した樹脂の表面は経時により変性することがあり、付着力が低下する恐れがある。また、含浸接着樹脂と充填剤とが同種の樹脂でなくてはならないため、充填剤の選定の幅が少なくなり、安価な他の材料の充填剤を使用できず、経済性に欠けるという不具合もある。
【００１２】
また、上記〈４〉の補強方法においては、炭素繊維シートの両面に繊維補強セメントモルタルを設ける積層パネルであるため、曲げ弾性率が高く、例えば曲面状の設置面になるトンネルでは、曲面に沿わせて積層パネルを湾曲してアンカーボルトで固定する工程に大きな労力がかかる。また、曲面に沿わせるために積層パネルに荷重をかけることにより、積層パネルが破損する場合も生ずる。
【００１３】
本発明は上記課題を解消するために提案するものであり、積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、経済性にも優れるコンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、軽量で、作業性が良好であると共に、曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができるコンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルは、繊維補強セメント板と、前記繊維補強セメント板の一方の面に設けられ、連続補強繊維が含浸接着剤で含浸接着された補強繊維層と、前記補強繊維層の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部を有する付着層とを備えることを特徴とする。前記繊維補強セメント板は、例えば厚さが４ｍｍ〜９ｍｍのフレキシブルボード、又、連続補強繊維の含浸接着剤は引張強さ３０Ｎ／ｍｍ２以上、曲げ強さ４０Ｎ／ｍｍ２以上、引張剪断強さ１０Ｎ／ｍｍ２以上のもの等とすると好適である。また、補強用積層パネルには、アンカーボルト孔と注入孔が予め形成されているものとすると好適である。
この構成によれば、付着層により、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、充填剤の選定の幅が広くなって安価な充填剤を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルを軽量化することが可能となり、良好な作業性を得ることができる。また、補強用積層パネルは曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【００１５】
本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルは、前記付着層が、前記表面の未含浸付着用繊維部と、付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着され、前記補強繊維層と接着されている含浸接着部とから構成されることを特徴とする。前記付着層の付着用繊維は、例えば重量が１５ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２のポリエステル不織布等とすると好適である。
この構成によれば、より簡易な製造作業で、表面に未含浸付着用繊維部を有する付着層を形成することができる。
【００１６】
本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルは、前記付着層が、前記補強繊維層の上に積層されるセパレート層と、前記セパレート層に固着される前記未含浸付着用繊維部とから構成されることを特徴とする。前記付着層の未含浸付着用繊維部の付着用繊維は、例えば重量が１０ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２のポリエステル不織布等とすると好適である。
この構成によれば、セパレート層により、表面に未含浸付着用繊維部を確実に一定量形成することができる。
【００１７】
本発明のコンクリート構造物の補強構造は、本発明によるコンクリート構造物の補強用積層パネルが、コンクリート構造物の表面に前記付着層が対向するように配置して固定され、前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤が充填され固化されていることを特徴とする。前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面との間隙は、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍとすると好適である。
この構成によれば、付着層により、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、充填剤の選定の幅が広くなって安価な充填剤を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルを軽量化することが可能となり、良好な作業性で設置することができる。また、補強用積層パネルは曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【００１８】
本発明のコンクリート構造物の補強方法は、本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルを、コンクリート構造物の表面に前記付着層を対向配置して固定する工程と、前記補強用積層パネルの周囲とコンクリート構造物の表面とを封止する工程と、前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤を注入して固化する工程とを備えることを特徴とする。前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面との間隙は、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍとすると好適である。
この構成によれば、付着層により、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、充填剤の選定の幅が広くなって安価な充填剤を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルを軽量化することが可能となり、良好な作業性で設置することができる。また、補強用積層パネルは曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルは軽量であり、良好な作業性を得ることができる。また、補強用積層パネルを曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの断面図。
【図２】第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの斜視図。
【図３】第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルをコンクリート構造物に設置した補強構造の例を示す断面図。
【図４】本発明による第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの断面図。
【図５】第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの斜視図。
【図６】第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルをコンクリート構造物に設置した補強構造の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明による実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法について説明する。
【００２２】
〔第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル、補強構造及び補強方法〕
第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル１は、図１に示すように、繊維補強セメント板２と、繊維補強セメント板２の一方の面に設けられている補強繊維層３と、補強繊維層３の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部４２を有する付着層４とから構成される。
【００２３】
繊維補強セメント板２は、補強繊維を混入して成形されたセメント板であり、補強用積層パネル１がコンクリート構造物１００に設置された時に表面に露出するため、耐候性、耐久性、耐燃性を有することが求められ、又、コンクリート構造物１００に設置する前には、補強用積層パネル１の曲げ易さや軽さ等のハンドリング性を創出する。トンネル補強用等の繊維補強セメント板２は、例えばＪＩＳＡ５４３０「繊維補強セメント板」に規定されるフレキシブルボードで、厚さが４ｍｍ〜９ｍｍのものとすると好適である。４ｍｍ未満の場合は、軽量でハンドリング性に優れるが、曲げ弾性が低いため、充填剤１０の注入時に変形する恐れがあり、又、９ｍｍを超えると重量が重くなり、曲げ弾性が高くなるためハンドリング性に劣る。
【００２４】
補強繊維層３は、連続補強繊維３１を含浸接着剤３２で含浸接着して、繊維補強セメント板２の一方の面に積層されている。連続補強繊維３１には、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維、超高密度ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、脂肪族ポリアミド繊維等を用いることが可能であり、補強に必要な強度に合わせて、適宜の繊維を選定して用いることが可能である。また、補強の方向性がある場合には、例えば１方向から４方向に補強繊維に方向性があるメッシュ状の補強繊維を使用すると好適である。
【００２５】
含浸接着剤３２は、連続補強繊維３１の補強繊維間に十分に含浸し、補強繊維間に空気の残留が無く、付着されるものであることが必要であり、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の接着樹脂とされ、又、この含浸接着剤３２のエポキシ樹脂、アクリル樹脂等は、引張強さ３０Ｎ／ｍｍ２以上、曲げ強さ４０Ｎ／ｍｍ２以上、引張剪断強さ１０Ｎ／ｍｍ２以上をそれぞれ充足するものであることが好ましい。
【００２６】
付着層４は、その厚さ方向の半分程度が未含浸になるように積層されたものであり、付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着され、この含浸接着剤で補強繊維層３と接着されている含浸接着部４１と、未含浸の付着用繊維で構成され、含浸接着部４１の上に設けられている未含浸付着用繊維部４２とを有する。付着層４は、後述する充填剤１０が厚さ方向の一部である未含浸付着用繊維部４２に含浸されることにより、付着強度を創出する。
【００２７】
付着層４の付着用繊維は、例えば布帛又は紙とすると好適である。この付着用繊維を布帛とする場合、充填剤１０がエポキシ樹脂、アクリル樹脂の場合には、ポリエステル繊維の布帛とすると良好であり、又、充填剤１０との付着性を向上するためには、布帛として不織布を用いると良好である。更に、布帛をポリエステル繊維の不織布とする場合等には、その重量を１５ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２とすると一層良好である。この重量が１５ｇ／ｍ２未満であると、含浸接着部４１の含新接着剤と付着させた時に、付着層４の厚さ方向の全体に亘って含浸接着剤が含浸し、未含浸付着用繊維部４２が少なく或いは無くなって充填剤１０との付着力が低下する可能性を生じ、又、３００ｇ／ｍ２を超えると、付着用繊維が密になって充填剤１０が未含浸付着用繊維部４２に含浸し難くなり、付着力が低下する可能性を生ずる。
【００２８】
また、付着層４或いはその未含浸付着用繊維部４２は、充填剤１０がセメント系の材料の場合、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルクなどの無機粉体や自己固結性のあるケイ酸カルシウム、含水ケイ酸マグネシウムなどの微細繊維を高充填した混抄の布帛や混抄の紙で構成すると好適である。
【００２９】
図２は補強用積層パネル１の斜視図であり、手前側が繊維補強セメント板２、奥側が付着層４になっている。補強用積層パネル１には、図２に示すように、所定箇所にアンカーボルト孔６と注入孔７が設けられている。
【００３０】
アンカーボルト孔６は、後述するコンクリート構造物１００に補強用積層パネル１を固定するアンカーボルト８を通す孔であり、図示例では矩形の繊維補強セメント板２の四隅近傍と繊維補強セメント板２の長辺の略中央の２箇所に形成されている。注入孔７は、後述する充填剤１０を注入する孔であり、図示例では矩形の繊維補強セメント板２の短辺の略中央の２箇所と繊維補強セメント板２の略中央に形成されている。アンカーボルト孔６と注入孔７は、それぞれ補強用積層パネル１に予め形成しておくと、作業性が向上して好適であるが、現場で形成することも可能である。
【００３１】
また、図示例の補強用積層パネル１には、繊維補強セメント板２の長辺方向の両側にそれぞれ突出するようにして接続フラップ５・５が設けられている。接続フラップ５は、補強用積層パネル１を連続してコンクリート構造物１００に設置し、補強の連続性が必要な場合に、補強繊維層３の連続補強繊維３１だけを繊維補強セメント板２から補強方向にはみ出すようにして設けられる。接続フラップ５・５は、互いに重なるようにして連続補強繊維３１・３１同士を輻輳して、コンクリート構造物１００に重ねて設けられ、接続部含浸接着剤１１で含浸接着された後、接続部保護材１２を重ねて設置固定される。（図６参照）又は、接続部フラップ５・５は、突き合わせるように配置し、その接続部に重なり、補強方向が同一な連続補強繊維を重ねて接続部含浸接着剤１１で含浸接着された後、接続部保護材１２を重ねて設置固定するか、予め接続部保護材１２に連続補強繊維を含浸接着させた連続補強繊維積層接続部保護材を接続部に重ねて設置することも可能である。
【００３２】
次に、第１実施形態の補強用積層パネル１をコンクリート構造物１００に設置した補強構造の例を図３に示す。この補強構造は、補強用積層パネル１が、コンクリート構造物１００の表面に付着層４が対向するように間隙を開けて配置され、アンカーボルト８で固定されており、更に、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面の間隙に充填剤１０が充填されて固化され、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００が一体化されているものである。
【００３３】
この補強構造を形成する際には、補強が必要なコンクリート構造物１００に、設置する補強用積層パネル１のアンカーボルト孔６と重なる位置に削孔し、補強用積層パネル１を、付着層４がコンクリート構造物１００の表面と対向するように間隙を開けて配置し、アンカーボルト孔６とこれと重なる位置のコンクリート構造物１００の孔にアンカーボルト８を打設し、補強用積層パネル１をコンクリート構造物１００に固定する。
【００３４】
そして、補強用積層パネル１の周囲とコンクリート構造物１００の表面とをシール材９で塞いで封止し、シール材９の硬化養生後に、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面との間隙に注入孔７から充填剤１０を注入して固化させ、補強構造の設置が完了する。尚、補強用積層パネル１が設置されるコンクリート構造物１００の表面は、充填剤１０とコンクリート構造物１００との付着力を高めるために、既知の下地処理を施し、その後に補強用積層パネル１を設置してもよい。また、本例では接続フラップ５は図３の図視方向の前後に配置され、特に使用されていない。
【００３５】
上記補強構造で用いるアンカーボルト８は、充填剤１０の注入圧力により補強用積層パネル１がコンクリート構造物１００から剥がれようとする力、更に、補強するコンクリート構造物１００がトンネル内面のように湾曲している場所である場合には、補強用積層パネル１を固定した際に、補強用積層パネル１が固有の曲げ弾性率により平面に戻ろうとする力に対する引き抜き耐力が十分にあるアンカーボルト８を選定するとよい。
【００３６】
また、アンカーボルト８の締め付けにより決定される補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面との間隙は、１ｍｍ〜５０ｍｍとすると好適である。１ｍｍ未満であると、間隙に充填される充填剤１０の充填性が悪くなり、充填されない箇所が発生する可能性を生じ、又、５０ｍｍを超えると、コンクリート構造物１００の動きが充填剤１０を介して接着される補強用積層パネル１に伝達され難くなり、補強効果が損なわれる可能性を生ずる。
【００３７】
シール材９は、コンクリート構造物１００と補強用積層パネル１との両方に接着して封止し、充填剤１０を周囲に漏洩させないものであることが必要であり、例えば２液混合エポキシパテ等の反応型シール材を用いると好適である。
【００３８】
充填剤１０は、コンクリート構造物１００を補強用積層パネル１との接着力が高く、コンクリート構造物１００の動きを緩衝することなく補強用積層パネル１に伝達する弾性率の高いものとするとよく、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、セメント系材料とすると好適である。
【００３９】
上記第１実施形態によれば、補強用積層パネル１の充填剤１０と接触する面には付着層４が積層されているため、補強用積層パネル１と充填剤１０とを安定して接着することができ、確実な補強を行うことができる。例えば充填剤１０としてエポキシ樹脂を用いる場合、付着層４が介在する付着により、連続補強繊維３１の含浸接着剤３２のエポキシ樹脂や充填剤１０のエポキシ樹脂の硬化してからの経過時間にかかわらず、確実に且つ安定性の高い接着を行うことができる。
【００４０】
また、充填剤１０の選定の幅が広くなって安価な充填剤１０を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。例えば安価なセメントモルタル等の無機系充填剤を充填剤１０に用いても、付着層４により、確実に接着することが可能であり、充填剤１０の種類にかかわらずに安定した補強を行うことができ、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００４１】
また、補強用積層パネル１は、繊維補強セメント板２の一方の面に補強繊維層３及び付着層４が設けられているだけの構成のため、軽量な補強用積層パネル１を用いることが可能となり、良好な作業性を得ることができると共に、トンネル等の湾曲する設置面に対しても良好な追従性で設置することが可能である。また、付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着された含浸接着部４１と、未含浸の付着用繊維で構成される未含浸付着用繊維部４２とで付着層４を形成することにより、より簡易な製造作業で付着層４を形成することができる。
【００４２】
〔第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル、補強構造及び補強方法〕
第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル１ａは、図４及び図５に示すように、繊維補強セメント板２と、繊維補強セメント板２の一方の面に設けられている補強繊維層３と、補強繊維層３の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部４２を有する付着層４ａとから構成され、繊維補強セメント板２と補強繊維層３は第１実施形態と同一である。更に、連続補強繊維３１で構成される接続フラップ５が第１実施形態の補強用積層パネル１と同様に形成され、又、第１実施形態と同一構成のアンカーボルト孔６と注入孔７が所定箇所に形成されている。
【００４３】
付着層４ａは、補強繊維層３の上に積層されるポリエステルフィルム等のセパレート層４３と、セパレート層４３の上に積層して固着される未含浸付着用繊維部４２とを有する。未含浸付着用繊維部４２は、第１実施形態と同様に未含浸の付着用繊維で構成され、セパレート層４３の片面に積層されて接着剤による接着或いは熱溶着によりセパレート層４３に固着されている。補強繊維層３に積層されているセパレート層４３は、補強繊維層３の含浸接着剤３２による接着、別途の接着剤による接着、或いは熱溶着で、補強繊維層３に接着されている。
【００４４】
付着層４ａも、充填剤１０が厚さ方向の一部である未含浸付着用繊維部４２に含浸されることにより、付着強度を創出する。また、未含浸付着用繊維部４２がセパレート層４３に積層されて分離された付着層４ａとすることにより、例えば含浸接着部４１の含浸接着剤が未含浸付着溶繊維部４２に含浸することが無くなり、未含浸付着用繊維部４２を確実に一定量確保することが可能となる。
【００４５】
付着層４ａの未含浸付着用繊維部４２の付着用繊維も、例えば布帛又は紙とすると好適である。この付着用繊維を布帛とする場合、充填剤１０がエポキシ樹脂、アクリル樹脂の場合には、ポリエステル繊維の布帛とすると良好であり、又、充填剤１０との付着性を向上するためには、布帛として不織布を用いると良好である。更に、布帛をポリエステル繊維の不織布とする場合等には、その重量を１０ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２とすると一層良好である。この重量が１０ｇ／ｍ２未満であると、未含浸付着用繊維部４２が少なくなって充填剤１０との付着力が低下する可能性を生じ、又、３００ｇ／ｍ２を超えると、付着用繊維が密になって充填剤１０が未含浸付着用繊維部４２に含浸し難くなり、付着力が低下する可能性を生ずる。
【００４６】
また、付着層４ａの未含浸付着用繊維部４２は、充填剤１０がセメント系の材料の場合、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルクなどの無機粉体や自己固結性のあるケイ酸カルシウム、含水ケイ酸マグネシウムなどの微細繊維を高充填した混抄の布帛や混抄の紙で構成すると好適である。
【００４７】
次に、第２実施形態の補強用積層パネル１ａをコンクリート構造物１００に設置した補強構造の例を図６に示す。この補強構造では、補強用積層パネル１ａがコンクリート構造物１００の表面に付着層４ａが対向するように間隙を開けて配置され、アンカーボルト８で固定されており、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部においては、複数の補強用積層パネル１ａ・１ａの接続フラップ５・５が互いに重なるようにして配置されている。
【００４８】
更に、重なっている接続フラップ５・５は２液エポキシ樹脂等の接続部含浸接着剤１１で含浸接着されていると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部以外の部分においては、補強用積層パネル１ａの周囲がシール材９で封止され（図示省略）、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００の表面の間隙に充填剤１０が充填されて固化され、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００が一体化されている。更に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部には、繊維補強セメント板或いはセメントモルタル等の湿式材料等の接続部保護材１２が被覆され保護されている。
【００４９】
この補強構造を形成する際には、補強が必要なコンクリート構造物１００に、設置する補強用積層パネル１ａのアンカーボルト孔６と重なる位置に削孔し、補強用積層パネル１を、付着層４ａがコンクリート構造物１００の表面と対向するように間隙を開けて配置すると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａを間隔を開けて配置し、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続フラップ５・５が互いに重なるようにする。そして、アンカーボルト孔６とこれと重なる位置のコンクリート構造物１００の孔にアンカーボルト８を打設し、補強用積層パネル１をコンクリート構造物１００に固定する。
【００５０】
次いで、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部において、接続フラップ５・５を接続部含浸接着剤１１で含浸接着すると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部以外の部分において、補強用積層パネル１ａの周囲をシール材９で塞いで封止する。シール材９の硬化養生後には、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００の表面との間隙に注入孔７から充填剤１０を注入して固化させる。尚、充填剤１０の注入は、一度に注入すると注入圧力により補強用積層パネル１ａの膨れや破損、シール材９の破壊が発生する恐れがあることから、複数ある注入孔７の下側に配置される注入孔７から注入し、先に注入した充填剤１０が硬化した後に、それより上側に配置される注入孔７から注入するようにして、複数回に分けて行うと好適である。また、接続部には接続部保護材１２を被覆して保護する。これにより補強構造の設置が完了する。
【００５１】
尚、補強用積層パネル１ａが設置されるコンクリート構造物１００の表面の下地処理、アンカーボルト８の選定、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００の表面との間隙の大きさの設定、シール材９や充填剤１０の選定は、第１実施形態と同様に適宜行うことが可能である。
【００５２】
上記第２実施形態によれば、第１実施形態と対応する構成により第１実施形態と対応する効果が得られると共に、セパレート層４３により、付着層４ａの表面に未含浸付着用繊維部４２を確実に一定量形成することができ、補強用積層パネル１ａの品質をより安定化させることができる。
【００５３】
〔実施例のトンネル補強構造〕
次に、第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル１ａを設置した補強構造の実施例について説明する。
【００５４】
実施例における補強用積層パネル１ａは、以下の工程により得た。先ず、ＪＩＳＡ５４３０の６ｍｍ厚のフレキシブルボード（２０００ｍｍ×１０００ｍｍ）を繊維補強セメント板２とし、２液混合エポキシ樹脂の含浸接着剤３２で連続補強繊維３１（高強度炭素繊維２００ｇ／ｍ２、補強１方向）を含浸接着した。連続補強繊維３１は、補強方向となる繊維補強セメント板２の長手方向の両側にそれぞれ１００ｍｍ突出するようにして含浸接着した。
【００５５】
更に、ポリエステルフィルム２５μｍのセパレート層４３と、ポリエステル繊維不織布２５ｇ／ｍ２の未含浸付着用繊維部４２とを積層した付着層４ａを、連続補強繊維３１と含浸接着剤３２とから構成される補強繊維層３と貼り合わせし、含浸接着剤３２の硬化養生後に、アンカーボルト孔６、注入孔７を形成して補強用積層パネル１ａを得た。
【００５６】
そして、被補強体であるコンクリート構造物１００をトンネルとし、その周長方向を補強方向として補強用積層パネル１ａを設置した。繊維補強セメント板２の寸法が２ｍ×１ｍである補強用積層パネル１ａは、その長手方向である２ｍの方向が周長方向となるようにして取り付けた。補強用積層パネル１ａは、連続補強繊維３１の突出量だけ間隔を離して周長方向に６枚並べて設置し、この一補強ユニットで１２．５ｍの周長を補強した。補強量は、連続補強繊維３１である炭素繊維に換算して２００ｇ／ｍ２分である。
【００５７】
コンクリート構造物１００であるトンネルの表面に補強用積層パネル１ａを固定する際には、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続フラップ５・５が互いに重なるようにし、且つトンネルの表面と補強用積層パネル１ａとの間隙が約３〜５ｍｍとなるように配置し、アンカーボルト８を打設して固定した。
【００５８】
その後、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部において、接続フラップ５・５の連続補強繊維３１・３１を、２液エポキシ樹脂の接続部含浸接着剤１１で輻輳するように含浸接着すると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部以外の部分において、補強用積層パネル１ａの周囲を２液混合エポキシパテのシール材９で塞いで封止した。シール材９の硬化養生後には、注入孔７から２液混合エポキシ樹脂の充填剤１０を注入した。その後、繊維補強セメント板である接続部保護材１２を接続部に被覆して保護した。
【００５９】
補強用積層パネル１ａを設置して補強構造を形成した後、補強用積層パネル１ａのコンクリート構造物１００であるトンネルとの付着力を確認するために、建研式接着力試験器による引っ張り試験を実施した。試験数３（２．４Ｎ／ｍｍ２、２．９Ｎ／ｍｍ２、３．８Ｎ／ｍｍ２）の全ての試験でコンクリート凝集破壊となり、補強用積層パネル１ａがコンクリート構造物１００であるトンネルと一体化されていることを確認した。
【００６０】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や各実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。
【００６１】
例えば上記第２実施形態では、連続補強繊維３１と含浸接着剤３２とから構成される補強繊維層３の上に、セパレート層４３を直接固着する構成としたが、補強繊維層３とセパレート層４３との間に固着力を強化する固着強化層を設ける構成としてもよい。この固着強化層としては、例えば未含浸付着用繊維部４２に用いられるポリエステル不織布等と同様の材料を用いることが可能である。また、補強用積層パネル１、１ａを接続部で接続して並置する際の接続フラップ５・５の重なり量は必要に応じて適宜であり、又、接続フラップ５・５が重ならない程度に間隔を開けて対向させる等で補強用積層パネル１、１ａを並置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えばトンネル、橋梁、橋脚、ボックスカルバート、建築物等のコンクリート構造物を補強する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１ａ…コンクリート構造物の補強用積層パネル ２…繊維補強セメント板 ３…補強繊維層 ３１…連続補強繊維 ３２…含浸接着剤 ４、４ａ…付着層 ４１…含浸接着部 ４２…未含浸付着用繊維部 ４３…セパレート層 ５…接続フラップ ６…アンカーボルト孔 ７…注入孔 ８…アンカーボルト ９…シール材 １０…充填剤 １１…接続部含浸接着剤 １２…接続部保護材 １００…コンクリート構造物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル、橋梁、橋脚、ボックスカルバート、建築物等のコンクリート構造物を補強する補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物では、経年劣化によりひび割れや内蔵している鉄筋の腐食が進行すると、構造物の耐力が低下して、コンクリート塊の剥離や剥落の事故を招くことがあるため、従来からコンクリート構造物の補強が行われている。このコンクリート構造物の補強方法としては以下の〈１〉、〈２〉がある。
【０００３】
〈１〉鋼板接着工法：予め工場で加工した鋼板を、コンクリート構造物の表面にアンカーボルトで固定し、コンクリートと鋼板との間隙に充填剤としてモルタルやエポキシ樹脂を注入して固化させ、一体化する方法。
【０００４】
〈２〉炭素繊維含浸接着工法：コンクリート構造物の表面に、炭素繊維シートをエポキシ樹脂で含浸接着して被覆し、その上から防護用のエポキシ樹脂を塗布する方法。
【０００５】
しかしながら、上記〈１〉の鋼板接着工法は、鋼板が重量物であるため、鋼板の搬入、施工時に重機が必要となり、手間と労力がかかり、特に施工期間が限られている場合には不向きである。さらに、補強が必要なコンクリート構造物に重量の嵩む鋼板で更なる荷重を与えることになるため、十分な補強効果が得られない場合もあり得る。
【０００６】
また、上記〈２〉の炭素繊維含浸接着工法は、補強するコンクリート構造物に直接炭素繊維シートを含浸接着するため、作業員の熟練度により品質がばらつく恐れがある。さらに、表面仕上げが必要な場合は、塗り重ね間隔が必要となり、工期が長くなるという不具合がある。
【０００７】
そのため、以下の〈３〉、〈４〉の補強方法が提案されている。
【０００８】
〈３〉特許文献１に記載の方法：繊維補強セメント板の一方の面に繊維補強シートを接着剤で接着した積層パネルを、コンクリート構造物の表面にアンカーボルトで固定し、コンクリートと積層パネルとの間隙に充填剤としてエポキシ樹脂を注入して固化させ、一体化する方法。
【０００９】
〈４〉特許文献２に記載の方法：繊維補強セメントモルタル板に炭素繊維シートを接着して、その上に繊維補強セメントモルタル層を設けた積層パネルを、コンクリート構造物の表面にアンカーボルトで固定し、コンクリートと積層パネルとの間隙に充填剤としてセメントモルタルを注入して固化させ、一体化する方法。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−５７２３６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記〈３〉の補強方法においては、繊維補強シートは連続補強繊維を含浸接着樹脂で含浸接着したものであり、積層パネルの接着性を担保するためには、この含浸接着樹脂と充填剤とを同種の樹脂にする必要がある。しかし、含浸接着樹脂と充填剤とを同種の樹脂にした場合でも、硬化した樹脂の表面は経時により変性することがあり、付着力が低下する恐れがある。また、含浸接着樹脂と充填剤とが同種の樹脂でなくてはならないため、充填剤の選定の幅が少なくなり、安価な他の材料の充填剤を使用できず、経済性に欠けるという不具合もある。
【００１２】
また、上記〈４〉の補強方法においては、炭素繊維シートの両面に繊維補強セメントモルタルを設ける積層パネルであるため、曲げ弾性率が高く、例えば曲面状の設置面になるトンネルでは、曲面に沿わせて積層パネルを湾曲してアンカーボルトで固定する工程に大きな労力がかかる。また、曲面に沿わせるために積層パネルに荷重をかけることにより、積層パネルが破損する場合も生ずる。
【００１３】
本発明は上記課題を解消するために提案するものであり、積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、経済性にも優れるコンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、軽量で、作業性が良好であると共に、曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができるコンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルは、繊維補強セメント板と、前記繊維補強セメント板の一方の面に設けられ、連続補強繊維が含浸接着剤で含浸接着された補強繊維層と、前記補強繊維層の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部を有する付着層とを備えることを特徴とする。前記繊維補強セメント板は、例えば厚さが４ｍｍ〜９ｍｍのフレキシブルボード、又、連続補強繊維の含浸接着剤は引張強さ３０Ｎ／ｍｍ２以上、曲げ強さ４０Ｎ／ｍｍ２以上、引張剪断強さ１０Ｎ／ｍｍ２以上のもの等とすると好適である。また、補強用積層パネルには、アンカーボルト孔と注入孔が予め形成されているものとすると好適である。
この構成によれば、付着層により、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、充填剤の選定の幅が広くなって安価な充填剤を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルを軽量化することが可能となり、良好な作業性を得ることができる。また、補強用積層パネルは曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【００１５】
本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルは、前記付着層が、前記表面の未含浸付着用繊維部と、付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着され、前記補強繊維層と接着されている含浸接着部とから構成されることを特徴とする。前記付着層の付着用繊維は、例えば重量が１５ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２のポリエステル不織布等とすると好適である。
この構成によれば、より簡易な製造作業で、表面に未含浸付着用繊維部を有する付着層を形成することができる。
【００１６】
本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルは、前記付着層が、前記補強繊維層の上に積層されるセパレート層と、前記セパレート層に固着される前記未含浸付着用繊維部とから構成されることを特徴とする。前記付着層の未含浸付着用繊維部の付着用繊維は、例えば重量が１０ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２のポリエステル不織布等とすると好適である。
この構成によれば、セパレート層により、表面に未含浸付着用繊維部を確実に一定量形成することができる。
【００１７】
本発明のコンクリート構造物の補強構造は、本発明によるコンクリート構造物の補強用積層パネルが、コンクリート構造物の表面に前記付着層が対向するように配置して固定され、前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤が充填され固化されていることを特徴とする。前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面との間隙は、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍとすると好適である。
この構成によれば、付着層により、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、充填剤の選定の幅が広くなって安価な充填剤を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルを軽量化することが可能となり、良好な作業性で設置することができる。また、補強用積層パネルは曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【００１８】
本発明のコンクリート構造物の補強方法は、本発明のコンクリート構造物の補強用積層パネルを、コンクリート構造物の表面に前記付着層を対向配置して固定する工程と、前記補強用積層パネルの周囲とコンクリート構造物の表面とを封止する工程と、前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤を注入して固化する工程とを備えることを特徴とする。前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面との間隙は、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍとすると好適である。
この構成によれば、付着層により、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、充填剤の選定の幅が広くなって安価な充填剤を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルを軽量化することが可能となり、良好な作業性で設置することができる。また、補強用積層パネルは曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、補強用積層パネルと充填剤を安定して接着することができ、確実な補強を行うことができると共に、優れた経済性を発揮することができる。また、補強用積層パネルは軽量であり、良好な作業性を得ることができる。また、補強用積層パネルを曲面状の設置面に対しても良好な追従性で設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの断面図。
【図２】第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの斜視図。
【図３】第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルをコンクリート構造物に設置した補強構造の例を示す断面図。
【図４】本発明による第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの断面図。
【図５】第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルの斜視図。
【図６】第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネルをコンクリート構造物に設置した補強構造の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明による実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル、コンクリート構造物の補強構造及び補強方法について説明する。
【００２２】
〔第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル、補強構造及び補強方法〕
第１実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル１は、図１に示すように、繊維補強セメント板２と、繊維補強セメント板２の一方の面に設けられている補強繊維層３と、補強繊維層３の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部４２を有する付着層４とから構成される。
【００２３】
繊維補強セメント板２は、補強繊維を混入して成形されたセメント板であり、補強用積層パネル１がコンクリート構造物１００に設置された時に表面に露出するため、耐候性、耐久性、耐燃性を有することが求められ、又、コンクリート構造物１００に設置する前には、補強用積層パネル１の曲げ易さや軽さ等のハンドリング性を創出する。トンネル補強用等の繊維補強セメント板２は、例えばＪＩＳＡ５４３０「繊維補強セメント板」に規定されるフレキシブルボードで、厚さが４ｍｍ〜９ｍｍのものとすると好適である。４ｍｍ未満の場合は、軽量でハンドリング性に優れるが、曲げ弾性が低いため、充填剤１０の注入時に変形する恐れがあり、又、９ｍｍを超えると重量が重くなり、曲げ弾性が高くなるためハンドリング性に劣る。
【００２４】
補強繊維層３は、連続補強繊維３１を含浸接着剤３２で含浸接着して、繊維補強セメント板２の一方の面に積層されている。連続補強繊維３１には、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維、超高密度ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、脂肪族ポリアミド繊維等を用いることが可能であり、補強に必要な強度に合わせて、適宜の繊維を選定して用いることが可能である。また、補強の方向性がある場合には、例えば１方向から４方向に補強繊維に方向性があるメッシュ状の補強繊維を使用すると好適である。
【００２５】
含浸接着剤３２は、連続補強繊維３１の補強繊維間に十分に含浸し、補強繊維間に空気の残留が無く、付着されるものであることが必要であり、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の接着樹脂とされ、又、この含浸接着剤３２のエポキシ樹脂、アクリル樹脂等は、引張強さ３０Ｎ／ｍｍ２以上、曲げ強さ４０Ｎ／ｍｍ２以上、引張剪断強さ１０Ｎ／ｍｍ２以上をそれぞれ充足するものであることが好ましい。
【００２６】
付着層４は、その厚さ方向の半分程度が未含浸になるように積層されたものであり、付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着され、この含浸接着剤で補強繊維層３と接着されている含浸接着部４１と、未含浸の付着用繊維で構成され、含浸接着部４１の上に設けられている未含浸付着用繊維部４２とを有する。付着層４は、後述する充填剤１０が厚さ方向の一部である未含浸付着用繊維部４２に含浸されることにより、付着強度を創出する。
【００２７】
付着層４の付着用繊維は、例えば布帛又は紙とすると好適である。この付着用繊維を布帛とする場合、充填剤１０がエポキシ樹脂、アクリル樹脂の場合には、ポリエステル繊維の布帛とすると良好であり、又、充填剤１０との付着性を向上するためには、布帛として不織布を用いると良好である。更に、布帛をポリエステル繊維の不織布とする場合等には、その重量を１５ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２とすると一層良好である。この重量が１５ｇ／ｍ２未満であると、含浸接着部４１の含新接着剤と付着させた時に、付着層４の厚さ方向の全体に亘って含浸接着剤が含浸し、未含浸付着用繊維部４２が少なく或いは無くなって充填剤１０との付着力が低下する可能性を生じ、又、３００ｇ／ｍ２を超えると、付着用繊維が密になって充填剤１０が未含浸付着用繊維部４２に含浸し難くなり、付着力が低下する可能性を生ずる。
【００２８】
また、付着層４或いはその未含浸付着用繊維部４２は、充填剤１０がセメント系の材料の場合、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルクなどの無機粉体や自己固結性のあるケイ酸カルシウム、含水ケイ酸マグネシウムなどの微細繊維を高充填した混抄の布帛や混抄の紙で構成すると好適である。
【００２９】
図２は補強用積層パネル１の斜視図であり、手前側が繊維補強セメント板２、奥側が付着層４になっている。補強用積層パネル１には、図２に示すように、所定箇所にアンカーボルト孔６と注入孔７が設けられている。
【００３０】
アンカーボルト孔６は、後述するコンクリート構造物１００に補強用積層パネル１を固定するアンカーボルト８を通す孔であり、図示例では矩形の繊維補強セメント板２の四隅近傍と繊維補強セメント板２の長辺の略中央の２箇所に形成されている。注入孔７は、後述する充填剤１０を注入する孔であり、図示例では矩形の繊維補強セメント板２の短辺の略中央の２箇所と繊維補強セメント板２の略中央に形成されている。アンカーボルト孔６と注入孔７は、それぞれ補強用積層パネル１に予め形成しておくと、作業性が向上して好適であるが、現場で形成することも可能である。
【００３１】
また、図示例の補強用積層パネル１には、繊維補強セメント板２の長辺方向の両側にそれぞれ突出するようにして接続フラップ５・５が設けられている。接続フラップ５は、補強用積層パネル１を連続してコンクリート構造物１００に設置し、補強の連続性が必要な場合に、補強繊維層３の連続補強繊維３１だけを繊維補強セメント板２から補強方向にはみ出すようにして設けられる。接続フラップ５・５は、互いに重なるようにして連続補強繊維３１・３１同士を輻輳して、コンクリート構造物１００に重ねて設けられ、接続部含浸接着剤１１で含浸接着された後、接続部保護材１２を重ねて設置固定される。（図６参照）又は、接続部フラップ５・５は、突き合わせるように配置し、その接続部に重なり、補強方向が同一な連続補強繊維を重ねて接続部含浸接着剤１１で含浸接着された後、接続部保護材１２を重ねて設置固定するか、予め接続部保護材１２に連続補強繊維を含浸接着させた連続補強繊維積層接続部保護材を接続部に重ねて設置することも可能である。
【００３２】
次に、第１実施形態の補強用積層パネル１をコンクリート構造物１００に設置した補強構造の例を図３に示す。この補強構造は、補強用積層パネル１が、コンクリート構造物１００の表面に付着層４が対向するように間隙を開けて配置され、アンカーボルト８で固定されており、更に、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面の間隙に充填剤１０が充填されて固化され、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００が一体化されているものである。
【００３３】
この補強構造を形成する際には、補強が必要なコンクリート構造物１００に、設置する補強用積層パネル１のアンカーボルト孔６と重なる位置に削孔し、補強用積層パネル１を、付着層４がコンクリート構造物１００の表面と対向するように間隙を開けて配置し、アンカーボルト孔６とこれと重なる位置のコンクリート構造物１００の孔にアンカーボルト８を打設し、補強用積層パネル１をコンクリート構造物１００に固定する。
【００３４】
そして、補強用積層パネル１の周囲とコンクリート構造物１００の表面とをシール材９で塞いで封止し、シール材９の硬化養生後に、補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面との間隙に注入孔７から充填剤１０を注入して固化させ、補強構造の設置が完了する。尚、補強用積層パネル１が設置されるコンクリート構造物１００の表面は、充填剤１０とコンクリート構造物１００との付着力を高めるために、既知の下地処理を施し、その後に補強用積層パネル１を設置してもよい。また、本例では接続フラップ５は図３の図視方向の前後に配置され、特に使用されていない。
【００３５】
上記補強構造で用いるアンカーボルト８は、充填剤１０の注入圧力により補強用積層パネル１がコンクリート構造物１００から剥がれようとする力、更に、補強するコンクリート構造物１００がトンネル内面のように湾曲している場所である場合には、補強用積層パネル１を固定した際に、補強用積層パネル１が固有の曲げ弾性率により平面に戻ろうとする力に対する引き抜き耐力が十分にあるアンカーボルト８を選定するとよい。
【００３６】
また、アンカーボルト８の締め付けにより決定される補強用積層パネル１とコンクリート構造物１００の表面との間隙は、１ｍｍ〜５０ｍｍとすると好適である。１ｍｍ未満であると、間隙に充填される充填剤１０の充填性が悪くなり、充填されない箇所が発生する可能性を生じ、又、５０ｍｍを超えると、コンクリート構造物１００の動きが充填剤１０を介して接着される補強用積層パネル１に伝達され難くなり、補強効果が損なわれる可能性を生ずる。
【００３７】
シール材９は、コンクリート構造物１００と補強用積層パネル１との両方に接着して封止し、充填剤１０を周囲に漏洩させないものであることが必要であり、例えば２液混合エポキシパテ等の反応型シール材を用いると好適である。
【００３８】
充填剤１０は、コンクリート構造物１００を補強用積層パネル１との接着力が高く、コンクリート構造物１００の動きを緩衝することなく補強用積層パネル１に伝達する弾性率の高いものとするとよく、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、セメント系材料とすると好適である。
【００３９】
上記第１実施形態によれば、補強用積層パネル１の充填剤１０と接触する面には付着層４が積層されているため、補強用積層パネル１と充填剤１０とを安定して接着することができ、確実な補強を行うことができる。例えば充填剤１０としてエポキシ樹脂を用いる場合、付着層４が介在する付着により、連続補強繊維３１の含浸接着剤３２のエポキシ樹脂や充填剤１０のエポキシ樹脂の硬化してからの経過時間にかかわらず、確実に且つ安定性の高い接着を行うことができる。
【００４０】
また、充填剤１０の選定の幅が広くなって安価な充填剤１０を使用することが可能となり、優れた経済性を発揮することができる。例えば安価なセメントモルタル等の無機系充填剤を充填剤１０に用いても、付着層４により、確実に接着することが可能であり、充填剤１０の種類にかかわらずに安定した補強を行うことができ、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００４１】
また、補強用積層パネル１は、繊維補強セメント板２の一方の面に補強繊維層３及び付着層４が設けられているだけの構成のため、軽量な補強用積層パネル１を用いることが可能となり、良好な作業性を得ることができると共に、トンネル等の湾曲する設置面に対しても良好な追従性で設置することが可能である。また、付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着された含浸接着部４１と、未含浸の付着用繊維で構成される未含浸付着用繊維部４２とで付着層４を形成することにより、より簡易な製造作業で付着層４を形成することができる。
【００４２】
〔第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル、補強構造及び補強方法〕
第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル１ａは、図４及び図５に示すように、繊維補強セメント板２と、繊維補強セメント板２の一方の面に設けられている補強繊維層３と、補強繊維層３の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部４２を有する付着層４ａとから構成され、繊維補強セメント板２と補強繊維層３は第１実施形態と同一である。更に、連続補強繊維３１で構成される接続フラップ５が第１実施形態の補強用積層パネル１と同様に形成され、又、第１実施形態と同一構成のアンカーボルト孔６と注入孔７が所定箇所に形成されている。
【００４３】
付着層４ａは、補強繊維層３の上に積層されるポリエステルフィルム等のセパレート層４３と、セパレート層４３の上に積層して固着される未含浸付着用繊維部４２とを有する。未含浸付着用繊維部４２は、第１実施形態と同様に未含浸の付着用繊維で構成され、セパレート層４３の片面に積層されて接着剤による接着或いは熱溶着によりセパレート層４３に固着されている。補強繊維層３に積層されているセパレート層４３は、補強繊維層３の含浸接着剤３２による接着、別途の接着剤による接着、或いは熱溶着で、補強繊維層３に接着されている。
【００４４】
付着層４ａも、充填剤１０が厚さ方向の一部である未含浸付着用繊維部４２に含浸されることにより、付着強度を創出する。また、未含浸付着用繊維部４２がセパレート層４３に積層されて分離された付着層４ａとすることにより、例えば含浸接着部４１の含浸接着剤が未含浸付着溶繊維部４２に含浸することが無くなり、未含浸付着用繊維部４２を確実に一定量確保することが可能となる。
【００４５】
付着層４ａの未含浸付着用繊維部４２の付着用繊維も、例えば布帛又は紙とすると好適である。この付着用繊維を布帛とする場合、充填剤１０がエポキシ樹脂、アクリル樹脂の場合には、ポリエステル繊維の布帛とすると良好であり、又、充填剤１０との付着性を向上するためには、布帛として不織布を用いると良好である。更に、布帛をポリエステル繊維の不織布とする場合等には、その重量を１０ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２とすると一層良好である。この重量が１０ｇ／ｍ２未満であると、未含浸付着用繊維部４２が少なくなって充填剤１０との付着力が低下する可能性を生じ、又、３００ｇ／ｍ２を超えると、付着用繊維が密になって充填剤１０が未含浸付着用繊維部４２に含浸し難くなり、付着力が低下する可能性を生ずる。
【００４６】
また、付着層４ａの未含浸付着用繊維部４２は、充填剤１０がセメント系の材料の場合、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルクなどの無機粉体や自己固結性のあるケイ酸カルシウム、含水ケイ酸マグネシウムなどの微細繊維を高充填した混抄の布帛や混抄の紙で構成すると好適である。
【００４７】
次に、第２実施形態の補強用積層パネル１ａをコンクリート構造物１００に設置した補強構造の例を図６に示す。この補強構造では、補強用積層パネル１ａがコンクリート構造物１００の表面に付着層４ａが対向するように間隙を開けて配置され、アンカーボルト８で固定されており、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部においては、複数の補強用積層パネル１ａ・１ａの接続フラップ５・５が互いに重なるようにして配置されている。
【００４８】
更に、重なっている接続フラップ５・５は２液エポキシ樹脂等の接続部含浸接着剤１１で含浸接着されていると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部以外の部分においては、補強用積層パネル１ａの周囲がシール材９で封止され（図示省略）、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００の表面の間隙に充填剤１０が充填されて固化され、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００が一体化されている。更に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部には、繊維補強セメント板或いはセメントモルタル等の湿式材料等の接続部保護材１２が被覆され保護されている。
【００４９】
この補強構造を形成する際には、補強が必要なコンクリート構造物１００に、設置する補強用積層パネル１ａのアンカーボルト孔６と重なる位置に削孔し、補強用積層パネル１を、付着層４ａがコンクリート構造物１００の表面と対向するように間隙を開けて配置すると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａを間隔を開けて配置し、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続フラップ５・５が互いに重なるようにする。そして、アンカーボルト孔６とこれと重なる位置のコンクリート構造物１００の孔にアンカーボルト８を打設し、補強用積層パネル１をコンクリート構造物１００に固定する。
【００５０】
次いで、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部において、接続フラップ５・５を接続部含浸接着剤１１で含浸接着すると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部以外の部分において、補強用積層パネル１ａの周囲をシール材９で塞いで封止する。シール材９の硬化養生後には、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００の表面との間隙に注入孔７から充填剤１０を注入して固化させる。尚、充填剤１０の注入は、一度に注入すると注入圧力により補強用積層パネル１ａの膨れや破損、シール材９の破壊が発生する恐れがあることから、複数ある注入孔７の下側に配置される注入孔７から注入し、先に注入した充填剤１０が硬化した後に、それより上側に配置される注入孔７から注入するようにして、複数回に分けて行うと好適である。また、接続部には接続部保護材１２を被覆して保護する。これにより補強構造の設置が完了する。
【００５１】
尚、補強用積層パネル１ａが設置されるコンクリート構造物１００の表面の下地処理、アンカーボルト８の選定、補強用積層パネル１ａとコンクリート構造物１００の表面との間隙の大きさの設定、シール材９や充填剤１０の選定は、第１実施形態と同様に適宜行うことが可能である。
【００５２】
上記第２実施形態によれば、第１実施形態と対応する構成により第１実施形態と対応する効果が得られると共に、セパレート層４３により、付着層４ａの表面に未含浸付着用繊維部４２を確実に一定量形成することができ、補強用積層パネル１ａの品質をより安定化させることができる。
【００５３】
〔実施例のトンネル補強構造〕
次に、第２実施形態のコンクリート構造物の補強用積層パネル１ａを設置した補強構造の実施例について説明する。
【００５４】
実施例における補強用積層パネル１ａは、以下の工程により得た。先ず、ＪＩＳＡ５４３０の６ｍｍ厚のフレキシブルボード（２０００ｍｍ×１０００ｍｍ）を繊維補強セメント板２とし、２液混合エポキシ樹脂の含浸接着剤３２で連続補強繊維３１（高強度炭素繊維２００ｇ／ｍ２、補強１方向）を含浸接着した。連続補強繊維３１は、補強方向となる繊維補強セメント板２の長手方向の両側にそれぞれ１００ｍｍ突出するようにして含浸接着した。
【００５５】
更に、ポリエステルフィルム２５μｍのセパレート層４３と、ポリエステル繊維不織布２５ｇ／ｍ２の未含浸付着用繊維部４２とを積層した付着層４ａを、連続補強繊維３１と含浸接着剤３２とから構成される補強繊維層３と貼り合わせし、含浸接着剤３２の硬化養生後に、アンカーボルト孔６、注入孔７を形成して補強用積層パネル１ａを得た。
【００５６】
そして、被補強体であるコンクリート構造物１００をトンネルとし、その周長方向を補強方向として補強用積層パネル１ａを設置した。繊維補強セメント板２の寸法が２ｍ×１ｍである補強用積層パネル１ａは、その長手方向である２ｍの方向が周長方向となるようにして取り付けた。補強用積層パネル１ａは、連続補強繊維３１の突出量だけ間隔を離して周長方向に６枚並べて設置し、この一補強ユニットで１２．５ｍの周長を補強した。補強量は、連続補強繊維３１である炭素繊維に換算して２００ｇ／ｍ２分である。
【００５７】
コンクリート構造物１００であるトンネルの表面に補強用積層パネル１ａを固定する際には、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続フラップ５・５が互いに重なるようにし、且つトンネルの表面と補強用積層パネル１ａとの間隙が約３〜５ｍｍとなるように配置し、アンカーボルト８を打設して固定した。
【００５８】
その後、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部において、接続フラップ５・５の連続補強繊維３１・３１を、２液エポキシ樹脂の接続部含浸接着剤１１で輻輳するように含浸接着すると共に、補強用積層パネル１ａ・１ａの接続部以外の部分において、補強用積層パネル１ａの周囲を２液混合エポキシパテのシール材９で塞いで封止した。シール材９の硬化養生後には、注入孔７から２液混合エポキシ樹脂の充填剤１０を注入した。その後、繊維補強セメント板である接続部保護材１２を接続部に被覆して保護した。
【００５９】
補強用積層パネル１ａを設置して補強構造を形成した後、補強用積層パネル１ａのコンクリート構造物１００であるトンネルとの付着力を確認するために、建研式接着力試験器による引っ張り試験を実施した。試験数３（２．４Ｎ／ｍｍ２、２．９Ｎ／ｍｍ２、３．８Ｎ／ｍｍ２）の全ての試験でコンクリート凝集破壊となり、補強用積層パネル１ａがコンクリート構造物１００であるトンネルと一体化されていることを確認した。
【００６０】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や各実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。
【００６１】
例えば上記第２実施形態では、連続補強繊維３１と含浸接着剤３２とから構成される補強繊維層３の上に、セパレート層４３を直接固着する構成としたが、補強繊維層３とセパレート層４３との間に固着力を強化する固着強化層を設ける構成としてもよい。この固着強化層としては、例えば未含浸付着用繊維部４２に用いられるポリエステル不織布等と同様の材料を用いることが可能である。また、補強用積層パネル１、１ａを接続部で接続して並置する際の接続フラップ５・５の重なり量は必要に応じて適宜であり、又、接続フラップ５・５が重ならない程度に間隔を開けて対向させる等で補強用積層パネル１、１ａを並置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えばトンネル、橋梁、橋脚、ボックスカルバート、建築物等のコンクリート構造物を補強する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１ａ…コンクリート構造物の補強用積層パネル ２…繊維補強セメント板 ３…補強繊維層 ３１…連続補強繊維 ３２…含浸接着剤 ４、４ａ…付着層 ４１…含浸接着部 ４２…未含浸付着用繊維部 ４３…セパレート層 ５…接続フラップ ６…アンカーボルト孔 ７…注入孔 ８…アンカーボルト ９…シール材 １０…充填剤 １１…接続部含浸接着剤 １２…接続部保護材 １００…コンクリート構造物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維補強セメント板と、
前記繊維補強セメント板の一方の面に設けられ、連続補強繊維が含浸接着剤で含浸接着された補強繊維層と、
前記補強繊維層の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部を有する付着層と、
を備えることを特徴とするコンクリート構造物の補強用積層パネル。
【請求項２】
前記付着層が、
前記表面の未含浸付着用繊維部と、
付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着され、前記補強繊維層と接着されている含浸接着部と、
から構成されることを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物の補強用積層パネル。
【請求項３】
前記付着層が、
前記補強繊維層の上に積層されるセパレート層と、
前記セパレート層に固着される前記未含浸付着用繊維部と、
から構成されることを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物の補強用積層パネル。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のコンクリート構造物の補強用積層パネルが、コンクリート構造物の表面に前記付着層が対向するように配置して固定され、
前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤が充填され固化されていることを特徴とするコンクリート構造物の補強構造。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のコンクリート構造物の補強用積層パネルを、コンクリート構造物の表面に前記付着層を対向配置して固定する工程と、
前記補強用積層パネルの周囲とコンクリート構造物の表面とを封止する工程と、
前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤を注入して固化する工程と、
を備えることを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
【請求項１】
繊維補強セメント板と、
前記繊維補強セメント板の一方の面に設けられ、連続補強繊維が含浸接着剤で含浸接着された補強繊維層と、
前記補強繊維層の上に設けられ、表面に未含浸付着用繊維部を有する付着層と、
を備えることを特徴とするコンクリート構造物の補強用積層パネル。
【請求項２】
前記付着層が、
前記表面の未含浸付着用繊維部と、
付着用繊維が含浸接着剤で含浸接着され、前記補強繊維層と接着されている含浸接着部と、
から構成されることを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物の補強用積層パネル。
【請求項３】
前記付着層が、
前記補強繊維層の上に積層されるセパレート層と、
前記セパレート層に固着される前記未含浸付着用繊維部と、
から構成されることを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物の補強用積層パネル。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のコンクリート構造物の補強用積層パネルが、コンクリート構造物の表面に前記付着層が対向するように配置して固定され、
前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤が充填され固化されていることを特徴とするコンクリート構造物の補強構造。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のコンクリート構造物の補強用積層パネルを、コンクリート構造物の表面に前記付着層を対向配置して固定する工程と、
前記補強用積層パネルの周囲とコンクリート構造物の表面とを封止する工程と、
前記補強用積層パネルとコンクリート構造物の表面の間隙に充填剤を注入して固化する工程と、
を備えることを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４６７１６（Ｐ２０１２−２４６７１６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１３４７（Ｐ２０１１−１２１３４７）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００１２９７５８）株式会社ケー・エフ・シー (120)
【出願人】（５１０１５８３６９）株式会社ＡＫＩＴＥＣ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００１２９７５８）株式会社ケー・エフ・シー (120)
【出願人】（５１０１５８３６９）株式会社ＡＫＩＴＥＣ (1)
【Ｆターム（参考）】
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