複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法および構造体
【課題】少ない作業工数で、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させるライニング方法および構造体を提供する。
【解決手段】補強対象体２である鋼管杭２ａの外周表面に、金属製の応力伝達部材５となる異形鉄筋５ａを、鋼管杭２ａの軸方向に延設するように点溶接によって固定した後、鋼管杭２ａの外周表面外側に型枠を配置し、この型枠と鋼管杭２ａの外周表面との間に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料４を打設して異形鉄筋５ａを覆って固化させることにより補強層３を形成して、この補強層３と鋼管杭２とを一体化させる。
【解決手段】補強対象体２である鋼管杭２ａの外周表面に、金属製の応力伝達部材５となる異形鉄筋５ａを、鋼管杭２ａの軸方向に延設するように点溶接によって固定した後、鋼管杭２ａの外周表面外側に型枠を配置し、この型枠と鋼管杭２ａの外周表面との間に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料４を打設して異形鉄筋５ａを覆って固化させることにより補強層３を形成して、この補強層３と鋼管杭２とを一体化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法および構造体に関し、さらに詳しくは、少ない作業工数で、複合材料の擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができるライニング方法および構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
桟橋や道路橋を支える鋼管杭、鋼管橋脚や鉄筋コンクリート支柱などの柱部材、桟橋や道路橋を構成する鋼桁や鉄筋コンクリート桁などの梁部材を補強する際には、例えば、補強対象体（柱部材や梁部材）の表面にコンクリートを増し打ちすることが行なわれている。しかしながら、コンクリートは、ほとんど伸びないため引張力に対抗することができず、増し打ちしたコンクリートは、専ら圧縮力に対抗することになる。そこで、増し打ちしたコンクリートの表面に鋼板を巻き立てるなどして引張力に対しても十分に対抗できる補強も行なわれている。
【０００３】
一方で、コンクリートに補強繊維を混入することにより、伸びひずみを増大させた短繊維補強セメント複合材料（例えば、特許文献１参照）や複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（以下、ＨＰＦＲＣＣという）が知られている（非特許文献１参照）。短繊維補強セメント複合材料やＨＰＦＲＣＣは、通常のコンクリートに比べて引張力に対する変形性能に優れ、複数の微細なひび割れを形成して擬似ひずみ硬化特性を示すので、引張強度および靭性の向上を期待することができる。
【０００４】
特許文献１では、鉄骨柱と鉄骨はりとで構成された架構（補強対象体）を補強するに際して、鉄骨柱と鉄骨はりとで形成された空間に、短繊維補強セメント複合材料を打設して耐震壁を成形している。鉄骨柱や鉄骨はり自体を補強するのではなく、新たに耐震壁を成形するので、耐震壁を新設するための空間がなければ、補強することができない。また、耐震壁と鉄骨はりとの接合部材としてスタッドボルトやパンチングメタルを使用し、これら接合部材を鉄骨はりに立設している。しかしながら、スタッドボルトやパンチングメタルを鉄骨はり等に取付けるには、多大な作業工数（労力）が必要であった。
【０００５】
さらに、短繊維補強セメント複合材料やＨＰＦＲＣＣの擬似ひずみ硬化特性を良好に発揮させるには、補強対象体とＨＰＦＲＣＣや短繊維補強セメント複合材料とを十分に一体化させる必要がある。ところが、一般にスタッドボルトやパンチングメタル等の接合部材は、補強対象体に曲げ荷重等が作用した際に、補強対象体とコンクリート等との接合面に発生するずれ力（水平せん断力）に対抗するために、補強対象体の軸方向に対して直交する方向に配列される。例えば、鋼管杭を補強対象体とした場合は、スタッドボルト等の接合部材は、鋼管杭の外周表面に周方向に複数配列され、この周方向に配列された接合部材は、管軸方向に所定の間隔で複数箇所に配置される。したがって、鋼管杭に曲げ荷重が作用すると、管軸方向に不連続に配置されている接合部材の間の範囲では、鋼管杭とコンクリートとの接合面の剥離が生じ易くなる。そのため、従来の接合部材の使用方法では、補強対象体とＨＰＦＲＣＣや短繊維補強セメント複合材料とを十分に一体化させることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３６８１３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】土木学会コンクリート委員会 複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料指針作成小委員会 編 「複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針（案）」、社団法人土木学会 発行、平成１９年３月３１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、少ない作業工数で、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができるライニング方法および構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法は、補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に型枠を配置し、この型枠と補強対象体の表面との間に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を打設して応力伝達部材を覆って固化させることにより補強層を形成して、この補強層と前記補強対象体とを一体化させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の別のライニング方法は、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料によりプレキャスト部材を予め製造しておき、補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に前記プレキャスト部材を応力伝達部材を覆うように配置し、このプレキャスト部材と前記補強対象体の表面との間に接着材料を充填して固化させることにより補強層を形成して、この補強層と、前記補強対象体とを一体化させることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明では、例えば、前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料として、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維が高強度ポリエチレン繊維である超高強度ひずみ硬化型セメント系材料を使用する。前記応力伝達部材として、例えば、異形鉄筋を使用する。前記応力伝達部材を、例えば、補強対象体の表面に点溶接して固定する。
【００１２】
本発明の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体は、補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の別の構造体は、補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料により形成されたプレキャスト部材と、このプレキャスト部材と前記補強対象体との間に充填された接着材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料として、例えば、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維を高強度ポリエチレン繊維にした超高強度ひずみ硬化型セメント系材料が使用される。前記応力伝達部材として、例えば、異形鉄筋が使用される。前記応力伝達部材が、例えば、補強対象体の表面に点溶接により固定された仕様にする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、応力伝達部材を、補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定する簡単な作業によって、補強対象体と複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料とを、応力伝達部材の延設方向に連続するように十分に一体化させることが可能になる。そのため、補強対象体が負荷を受けて変形する際には、補強対象体の表面の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料も一体的に変形するので、補強対象体との剥離が生じ難くなる。これにより、この複合材料に特有の微細なひび割れが、より広い範囲で生じ、この複合材料が有する擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の構造体を例示する正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】鋼管杭の表面に応力伝達部材を固定した状態を例示する正面図である。
【図４】鋼管杭の表面に応力伝達部材を千鳥配置で固定した状態を例示する正面図である。
【図５】鋼管杭の表面外側に型枠を配置した状態を例示する正面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】鋼管杭の表面に別の応力伝達部材を固定した状態を例示する正面図である。
【図８】本発明の別の構造体を例示する正面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】鋼管橋脚の表面外側にプレキャスト部材を配置した状態を例示する断面図である。
【図１１】本発明の別の構造体を例示する正面図である。
【図１２】図１１の底面図である。
【図１３】鋼管曲げ試験の説明図である。
【図１４】鋼管試験サンプル（実施例１）を示す断面図である。
【図１５】鋼管試験サンプル（実施例２）を示す断面図である。
【図１６】鋼管曲げ試験の結果を示すグラフ図である。
【図１７】鋼板曲げ試験の説明図である。
【図１８】鋼板試験サンプル（実施例３）を示す底面図である。
【図１９】鋼板試験サンプル（比較例４）を示す底面図である。
【図２０】鋼板曲げ試験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法および構造体を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１８】
図１、２に例示するように、本発明の構造体１は、鋼管杭２ａの外周表面を覆う補強層３と、鋼管杭２ａとが一体化されて構築されている。この実施形態では、桟橋等の上部工７を支える鋼管杭２ａが補強対象体２になっている。補強層３は、鋼管杭２ａの外周表面に鋼管杭２ａの軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材５と、応力伝達部材５とともに鋼管杭２ａの外周表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料４（以下、ＨＰＦＲＣＣ４という）とで構成されている。
【００１９】
尚、本発明における補強対象体２の軸方向とは、補強対象体２が鋼管杭、鋼管橋脚、鋼桁等の場合は、その長手方向（延長方向）であり、鉄筋コンクリート構造物の場合は、その主筋方向を意味する。
【００２０】
この実施形態では、応力伝達部材５として異形鉄筋５ａが使用されている。１２本の異形鉄筋５ａが、円筒断面の鋼管杭２ａに対して周方向等間隔で配置され、鋼管杭２ａの軸方向（管長手方向）に平行に延設されている。それぞれの異形鉄筋５ａは、点溶接によって鋼管杭２ａの外周表面に固定されている。
【００２１】
図における符号Ｗは、補強対象体２と応力伝達部材５との点溶接部を示している。異形鉄筋５ａの本数や配置は、この実施形態に限定されず、適宜決定することができ、かぶりが少ない場合、図４に例示するように応力伝達部材５（異形鉄筋５ａ）は千鳥配置にして、ＨＰＦＲＣＣ４を全体に充填し易くする。応力伝達部材５は、補強対象体２の表面をなるべく均等に覆うようにするとよい。異形鉄筋５ａの場合は、例えば、呼び名Ｄ６〜Ｄ１９の仕様を用いて、それぞれを３００ｍｍ〜５００ｍｍの等間隔で配置する。
【００２２】
応力伝達部材５の補強対象体２に対する固定は、点溶接に限らず、応力伝達部材５を全長に渡って溶接することもできるが、点溶接を用いることにより、固定作業を迅速に行なうことができる。鋼管杭の補修などの水中施工になる場合には、点溶接は特に有効な固定手段である。その他に、ボルト等の固定部材や磁石を用いて応力伝達部材５を補強対象体２に固定することもできる。
【００２３】
応力伝達部材５は、荷重負担部材ではないので、高い引張強度を有する必要はなく、補強対象体２の変形をＨＰＦＲＣＣ４の広範囲に伝達させることができればよい。応力伝達部材５としては、異形鉄筋５ａに限らず、丸棒鉄筋などの種々の金属棒、型鋼等を用いることもできる。
【００２４】
図７に例示するように、鋼管杭２ａの外周表面に沿うように円筒状に形成した鉄筋メッシュ体５ｂを鋼管杭２ａの外周表面に点溶接によって固定してもよい。均等な大きさのメッシュが規則的に形成されている鉄筋メッシュ体５ｂを用いることにより、鋼管杭２ａの軸方向に延設される応力伝達部材５を、鋼管杭２ａの表面に容易に均等に配置、固定することができる。
【００２５】
ＨＰＦＲＣＣ４の構成材料は、セメント、細骨材、混和材、混和剤、強化繊維、水である。セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメントを用いる。細骨材としては、例えば、珪砂を用いる。混和材としては、例えば、フライアッシュを用いる。混和剤としては、例えば、高性能ＡＥ減水剤および消泡剤を用いる。強化繊維としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維、高強度ポリエチレン繊維を用いて、これら繊維の直径は、０．０４ｍｍ程度、長さ１２ｍｍ程度、弾性係数４０．６ＧＰａ程度、引張破断強度１６９０ＭＰａ程度である。補強繊維混入率は、体積割合で０．５％〜２．０％程度である。
【００２６】
ＨＰＦＲＣＣ４の特性としては、以下を挙げることができる。
【００２７】
（１）一軸引張応力下において擬似ひずみ効果特性を示し、微細で高密度の複数ひび割れを形成する高靭性材料である。
（２）圧縮強度（２８日間標準養生）が平均４０ＭＰａである。
（３）既述した非特許文献１に記載の試験方法１（強度試験用供試体の作り方）に定める方法で作製した供試体に対して、同文献に記載の試験方法２（一軸直接引張試験方法）に定める一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上、かつ同文献記載の試験方法３（ＨＰＦＲＣＣひび割れ幅試験方法）で得られた平均ひび割れ幅が０．２ｍｍ以下となる。
【００２８】
ＨＰＦＲＣＣ４の中でも、超高強度および超高靭性を併せ持つ超高強度ひずみ硬化型セメント系材料４ａ（以下、ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａという）を用いるとよい。ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの構成材料は、セメント、細骨材、混和材、混和剤、強化繊維、水である。セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメントを用いる。細骨材としては、例えば、珪砂を用いる。混和材としては、例えば、シリカフュームおよび膨張材を用いる。混和剤としては、例えば、高性能ＡＥ減水剤および消泡剤を用いる。強化繊維としては、例えば、高強度ポリエチレン繊維（直径０．０１２ｍｍ程度、密度０．９７ｇ／ｃｍ２程度、弾性係数８８ＧＰａ程度、引張破断強度２７００ＭＰａ程度）を用いる。
【００２９】
ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの特性としては、例えば、以下を挙げることができる。
【００３０】
（１）圧縮強度（２８日間標準養生）が９０ＭＰａ以上である。
（２）既述した非特許文献１に記載の試験方法２（一軸直接引張試験方法）に定める一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上である。
【００３１】
補強層３（ＨＰＦＲＣＣ４）の層厚は、補強に必要な強度等に基づいて決定されるが、応力伝達部材５の腐食等を防止するために、かぶり厚は３０ｍｍ以上とする。
【００３２】
補強層３にＨＰＦＲＣＣ４を使用した場合、鋼管杭２ａが負荷を受けて変形した際に、引張応力下においてＨＰＦＲＣＣ４に複数の微細ひび割れが発生することで、通常のセメント材料に比して高い靭性や強度を発揮する。しかしながら、鋼管杭２ａ（補強対象体２）とＨＰＦＲＣＣ４との単純な付着では、両者の接合面に剥離が生じて局部的な大きなひび割れが生じるなど、ひび割れが十分に分散せず、擬似ひずみ硬化特性が十分に発揮されないことがある。
【００３３】
本発明の構造体１では、鋼管杭２ａの外周表面に鋼管杭２ａの軸方向に延設するように固定した異形鉄筋５ａ（応力伝達部材５）によって、鋼管杭２ａとＨＰＦＲＣＣ４とが異形鉄筋５ａの延設方向に連続的に一体化しているので、鋼管杭２ａとＨＰＦＲＣＣ４との剥離が生じ難くなっている。そのため、微細なひび割れがＨＰＦＲＣＣ４のより広い範囲に分散される。これにより、ＨＰＦＲＣＣ４が有する擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができ、一段と耐力を向上させた補強が可能になる。
【００３４】
この構造体１を構築して補強対象体２を補強する手順は、以下のとおりである。
【００３５】
まず、図３に例示するように、鋼管杭２ａの外周表面に、異形鉄筋５ａを点溶接する。これにより、異形鉄筋５ａを補強対象部分のほぼ全長に渡って鋼管杭２ａの軸方向に延設するように固定する。
【００３６】
次いで、図５、６に例示するように、鋼管杭２ａの外周表面外側にすき間Ｓをあけて型枠９を配置する。この実施形態では、合成樹脂繊維製のシールカバーを型枠９として使用している。このシールカバー仕様の型枠９を鋼管杭２ａの外周に巻付けて、上端部および下端部を結束バンド等の固定部材９ａによって締め付けて固定する。鋼管杭２ａの外周に固定された型枠９の下端部には注入管１０ａが設けられ、上端部にはエア抜き管１０ｂが設けられている。
【００３７】
次いで、注入管１０ａからＨＰＦＲＣＣ４を注入して、この型枠９と鋼管杭２ａの外周表面との間のすき間ＳにＨＰＦＲＣＣ４を打設する。打設したＨＰＦＲＣＣ４により異形鉄筋５ａを覆って固化させることにより補強層３を形成する。この補強層３の形成とともに、補強層３と鋼管杭２ａとを一体化させて構造体１を構築する。尚、上側の固定部材９ａによって締め付けていた鋼管杭２ａの外周表面には別途、ＨＰＦＲＣＣ４を打設する。
【００３８】
型枠９は、シールカバーに限定されることはなく、一般的な剛体の型枠９を用いることもできる。剛体の型枠９の場合、配置する型枠９の下端位置に相当する鋼管杭２ａの外周表面の位置に、ブラケットを溶接する。このブラケット上に半割にした型枠９を載置して、鋼管杭２ａの外周表面外側にすき間Ｓをあけて配置する。
【００３９】
本発明の構造体１は、図８、９に例示する実施形態のようにプレキャスト部材３を用いて構築することもできる。この実施形態では、道路橋などの上部工７を支える鋼管橋脚２ｂが補強対象体２になっている。
【００４０】
この構造体１は、フーチング８に立設された鋼管橋脚２ｂの外周表面を覆う補強層３と、鋼管橋脚２ｂとが一体化されて構築されている。補強層３は、鋼管橋脚２ｂの外周表面に鋼管橋脚２ｂの軸方向（長手方向）に延設するように固定された異形鉄筋５ａと、異形鉄筋５ａとともに鋼管橋脚２ｂの表面を覆うプレキャスト部材６と、プレキャスト部材６と鋼管橋脚２ｂとの間に充填された接着材料６ａとで構成されている。接着材料６ａとしては、モルタルやエポキシ樹脂、ポリマーセメントモルタル等を使用するが、ＨＰＦＲＣＣ４を使用することもできる。
【００４１】
プレキャスト部材６は、円筒体を縦二分割した半割の分割体を組み付けて構成されており、ＨＰＦＲＣＣ４を予め固化させて形成されたものである。プレキャスト部材６の裏面には、石の張り付け、凹凸処理、ずれ止め鋼材の取り付けなどの一体化処理が施されている。
【００４２】
この実施形態においても、鋼管橋脚２ｂの外周表面に鋼管橋脚２ｂの軸方向に延設するように固定した異形鉄筋５ａ（応力伝達部材５）によって、鋼管橋脚２ｂとプレキャスト部材６（ＨＰＦＲＣＣ４）とが、接着材料６ａを介して異形鉄筋５ａの延設方向に連続的に一体化しているので、鋼管橋脚２ｂとプレキャスト部材６との剥離が生じ難くなっている。そのため、微細なひび割れがプレキャスト部材６（ＨＰＦＲＣＣ４）のより広い範囲に分散される。これにより、ＨＰＦＲＣＣ４が有する擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができ、一段と耐力を向上させた補強が可能になる。
【００４３】
この構造体１を構築して補強対象体２を補強する手順は、以下のとおりである。
【００４４】
まず、ＨＰＦＲＣＣ４により半割のプレキャスト部材６を予め製造しておく。鋼管橋脚２ｂの外周表面には、異形鉄筋５ａを鋼管橋脚２ｂの軸方向に延設するように固定する。
【００４５】
次いで、図１０に例示するように、鋼管橋脚２ｂの外周表面外側に、半割のプレキャスト部材６を円筒状に組み付けて異形鉄筋５ａを覆うように配置する。プレキャスト部材６を配置することにより、プレキャスト部材６の内周面と鋼管橋脚２ｂの外周表面との間にすき間Ｓが形成される。
【００４６】
次いで、このすき間Ｓに接着材料６ａを充填する。即ち、この実施形態では、プレキャスト部材６を型枠として機能させる。充填した接着材料６ａを固化させることにより補強層３を形成する。この補強層３の形成とともに、補強層３と鋼管橋脚２ｂとを一体化させて構造体１を構築する。
【００４７】
プレキャスト部材６を用いて、図３に例示したような鋼管杭２ａを補強する場合は、配置するプレキャスト部材６の下端位置に相当する鋼管杭２ａの外周表面の位置に、ブラケットを溶接する。このブラケット上に半割にしたプレキャスト部材６を載置して円筒状に組み付ける。これにより、プレキャスト部材６の内周面と鋼管杭２ａの外周表面との間にすき間Ｓが形成される。このすき間Ｓに接着材料６ａを充填して固化させることにより補強層３を形成する。
【００４８】
図１１、１２に例示するように、鋼桁２ｃを補強対象体２にした構造体１の実施形態では、鋼桁２ｃの一方表面（下面）を覆う補強層３が、鋼桁２ｃに固定されて一体化して構造体１が構築されている。補強層３は、鋼桁２ｃの一方表面に鋼桁２ｃの軸方向（長手方向）に延設するように固定された異形鉄筋５ａと、異形鉄筋５ａとともに鋼桁２ｃの一方表面を覆うＨＰＦＲＣＣ４とで構成されている。異形鉄筋５ａは、鋼桁２ｃの補強対象部分のほぼ全長に渡って延設されている。
【００４９】
補強層３を成形する際には、鋼桁２ｃの一方表面外側に型枠９を配置し、型枠９と鋼桁２ｃの一方表面との間にＨＰＦＲＣＣ４を打設すればよい。既述したようなプレキャスト部材６を用いて鋼桁２ｃを補強することもできる。この場合は、既述したプレキャスト部材６を用いて補強する場合と同様の手順によって構造体１を構築することができる。
【００５０】
本発明は、鋼管杭２ａ、鋼管橋脚２ｂ、鋼桁２ｃだけではなく、鉄筋コンクリート杭、鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート桁を補強対象体２とすることができる。これら鉄筋コンクリート構造物を補強対象体２とする場合は、表面を目荒らしした後、その表面に間隔をあけてスタッドボルト等を打ち込む。応力伝達部材５は、打ち込んだスタッドボルト等に溶接固定して、鉄筋コンクリート構造物の軸方向（主筋方向）に延設する。その他の手順は鋼構造物を補強対象体２にした場合を同じである。
【００５１】
また、本発明は既設の補強対象体２に適用するだけでなく、新設の鋼管杭２ａ等を補強対象体２にすることもできる。
【００５２】
上記実施形態では、補強対象体２の耐力を向上させて補強する場合を例示したが、本発明は、補強対象体２の腐食を防止して補強する際にも適用することができる。この場合、補強対象体２の表面を覆う補強層３、或いは、プレキャスト部材６には、より広い範囲に複数の微細なひび割れが形成されるので、直ちに補強対象体２の腐食につながるような大きなひび割れの発生を防止することができる。
【実施例】
【００５３】
同仕様の鋼管１１（長さ１８００ｍｍ、外径１００．１６ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を用いて、４種類の鋼管試験サンプルＥ１（実施例１、２、比較例１、２）を作製した。比較例１は、鋼管１１単体である。実施例１、２および比較例２は、鋼管１１の外周面に、同仕様のＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを付着、固化させることにより、縦および横１５０ｍｍの正方形断面にすることを共通条件として、異形鉄筋５ａの有無、本数を異ならせたものである。
【００５４】
実施例１は、図１４に示すように４本の異形鉄筋５ａ（呼び名Ｄ６、長さ１８００ｍｍ）を鋼管１１の外周表面に、周方向等間隔で、鋼管１１の軸方向（管長手方向）に平行に延設するように点溶接によって固定し、ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａによって覆って補強層３を設けたものである。実施例２は、図１５に示すように実施例１に対して異形鉄筋５ａの本数を変更して、８本の異形鉄筋５ａを鋼管１１の外周表面に、周方向等間隔で、鋼管１１の軸方向（管長手方向）に平行に延設するように点溶接によって固定したものであり、その他の仕様は実施例１と同じである。比較例２は、実施例１に対して異形鉄筋５ａを省略したものである。
【００５５】
実施例１、２および比較例２に使用したＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの配合は、水結合材比（Ｗ／Ｂ）が０．２２、砂結合材比（Ｓ／Ｂ）が０．３０、減水剤結合剤比（ＳＰ／Ｂ）が０．０１、補強繊維混入率（Ｖｆ）が１．２５％、膨張材の単位量が２０．０ｋｇ／ｍ３である。ＳＰは高性能減水剤を示し、Ｂは結合材（セメント＋シリカヒューム＋膨張材）を示している。補強繊維は、高強度ポリエチレン繊維（直径０．０１２ｍｍ、長さ６ｍｍ、密度０．９７ｇ／ｃｍ２、弾性係数８８ＧＰａ、引張破断強度２７００ＭＰａ）を使用した。
【００５６】
この４種類の鋼管試験サンプルＥ１を用いて、下記の鋼管曲げ試験を行ない、その結果を図１６に示す。図１６において、線分ＥＸ１は実施例１のデータ、線分ＥＸ２は実施例２のデータ、線分ＣＰ１は比較例１のデータ、線分ＣＰ２は比較例２のデータを示している。
【００５７】
[鋼管曲げ試験]
図１３に示すように、鋼管試験サンプルＥ１を長手方向中心の対称位置の２点（支持スパンＳ１が１２００ｍｍ）で支持して、長手方向中心の対称位置の２点（負荷スパンＳ２が４００ｍｍ）で荷重を負荷し、その際に、それぞれの荷重負荷点での上下変位を測定した。図１６に記載されている上下変位は、それぞれの荷重負荷点における上下変位の平均値である。
【００５８】
図１６の結果から、同仕様のＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを鋼管の外周表面に付着、固化させて補強した場合であっても、異形鉄筋５ａを設けない比較例２（ＣＰ２）に比して、異形鉄筋５ａを設けた実施例１（ＥＸ１）および２（ＥＸ２）は、曲げ耐力が著しく向上することが確認できた。
【００５９】
また、同仕様の鋼板１２（長さ５３０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ６ｍｍ、材質ＳＳ４００）を用いて、３種類の鋼板試験サンプルＥ２（実施例３、比較例３、４）を作製した。比較例３は、鋼板１２単体である。実施例３は、図１８に示すように、２本の異形鉄筋５ａ（呼び名Ｄ１０、長さ４００ｍｍ）を鋼板１２の一方表面に、鋼板１２の軸方向（長手方向）に平行に延設するように点溶接によって固定し、この一方表面に、長さ４００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの大きさでＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを付着、固化させて、異形鉄筋５ａをＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａによって覆って補強層３を設けたものである。比較例４は、図１９に示すように、合計１８本のボルト１３（呼び径Ｍ１２）を鋼板１２の一方表面に突設固定し、この一方表面に、長さ４００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの大きさでＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを付着、固化させて、ボルト１３をＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａによって覆って補強層３を設けたものである。
【００６０】
実施例３および比較例４に使用したＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの配合は、水結合材比（Ｗ／Ｂ）が０．２２、砂結合材比（Ｓ／Ｂ）が０．１０、減水剤結合剤比（ＳＰ／Ｂ）が０．０２、補強繊維混入率（Ｖｆ）が１．００％、膨張材の単位量が２０．０ｋｇ／ｍ３である。補強繊維は、高強度ポリエチレン繊維（直径０．０１２ｍｍ、長さ６ｍｍ、密度０．９７ｇ／ｃｍ２、弾性係数８８ＧＰａ、引張破断強度２７００ＭＰａ）を使用した。
【００６１】
この３種類の鋼板試験サンプルＥ２を用いて、下記の鋼板曲げ試験を行ない、その結果を図２０に示す。図２０において、線分ＥＸ３は実施例３のデータ、線分ＣＰ３は比較例３のデータ、線分ＣＰ４は比較例４のデータを示している。尚、線分Ｃａは、鋼板試験サンプルＥ２の断面形状を、実施例３における鋼板１２と異形鉄筋５ａとの合成断面とした場合の計算データを示している。
【００６２】
[鋼板曲げ試験]
図１７に示すように、鋼板試験サンプルＥ２を長手方向中心の対称位置の２点（支持スパンＳ３が４５０ｍｍ）で支持して、長手方向中心の対称位置の２点（負荷スパンＳ４が１００ｍｍ）で荷重を負荷し、その際に、それぞれの荷重負荷点での上下変位を測定した。図２０に記載されている上下変位は、それぞれの荷重負荷点における上下変位の平均値である。
【００６３】
図２０の結果から、同仕様のＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを鋼管の外周表面に付着、固化させて補強した場合であっても、ボルト１３を鋼板１２の表面に断続的に突設した比較例４（ＣＰ４）に比して、異形鉄筋５ａを鋼板１２の表面に、鋼板１２の軸方向に延設した実施例３（ＥＸ３）は、曲げ耐力が著しく向上することが確認できた。
【００６４】
比較例４（ＣＰ４）および実施例３（ＥＸ３）では、荷重１．５ｋＮ時にひび割れが発生しているが、この荷重以上を負荷した範囲では、比較例４（ＣＰ４）と実施例３（ＥＸ３）の勾配が大きく相違している。ただし、実施例３（ＥＸ３）の測定結果には、異形鉄筋５ａを設けたことによる曲げ耐力の増大分が含まれているため、これを差し引いて考慮する必要がある。そこで、線分Ｃａと線分ＥＸ３とを比較すると、線分ＥＸ３の勾配は線分Ｃａよりも大きくなっている。したがって、実施例３（ＥＸ３）においては、鋼板１２が受けた変形が、延設された異形鉄筋５ａによって複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の広い範囲に分散されて、微細なひび割れがより広い範囲で生じて、擬似ひずみ硬化特性が効果的に発揮されていると考えられる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 構造体
２ 補強対象体
２ａ 鋼管杭
２ｂ 鋼管橋脚
２ｃ 鋼桁
３ 補強層
４ ＨＰＦＲＣＣ
４ａ ＵＨＰ−ＳＨＣＣ
５ 応力伝達部材
５ａ 異形鉄筋
５ｂ 鋼線メッシュ
６ プレキャスト部材
６ａ 接着材料
７ 上部工
８ フーチング
９ 型枠
９ａ 固定部材
１０ａ 注入管
１０ｂ エア抜き管
１１ 鋼管
１２ 鋼板
１３ ボルト
Ｅ１ 鋼管試験サンプル
Ｅ２ 鋼板試験サンプル
Ｗ 点溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法および構造体に関し、さらに詳しくは、少ない作業工数で、複合材料の擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができるライニング方法および構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
桟橋や道路橋を支える鋼管杭、鋼管橋脚や鉄筋コンクリート支柱などの柱部材、桟橋や道路橋を構成する鋼桁や鉄筋コンクリート桁などの梁部材を補強する際には、例えば、補強対象体（柱部材や梁部材）の表面にコンクリートを増し打ちすることが行なわれている。しかしながら、コンクリートは、ほとんど伸びないため引張力に対抗することができず、増し打ちしたコンクリートは、専ら圧縮力に対抗することになる。そこで、増し打ちしたコンクリートの表面に鋼板を巻き立てるなどして引張力に対しても十分に対抗できる補強も行なわれている。
【０００３】
一方で、コンクリートに補強繊維を混入することにより、伸びひずみを増大させた短繊維補強セメント複合材料（例えば、特許文献１参照）や複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（以下、ＨＰＦＲＣＣという）が知られている（非特許文献１参照）。短繊維補強セメント複合材料やＨＰＦＲＣＣは、通常のコンクリートに比べて引張力に対する変形性能に優れ、複数の微細なひび割れを形成して擬似ひずみ硬化特性を示すので、引張強度および靭性の向上を期待することができる。
【０００４】
特許文献１では、鉄骨柱と鉄骨はりとで構成された架構（補強対象体）を補強するに際して、鉄骨柱と鉄骨はりとで形成された空間に、短繊維補強セメント複合材料を打設して耐震壁を成形している。鉄骨柱や鉄骨はり自体を補強するのではなく、新たに耐震壁を成形するので、耐震壁を新設するための空間がなければ、補強することができない。また、耐震壁と鉄骨はりとの接合部材としてスタッドボルトやパンチングメタルを使用し、これら接合部材を鉄骨はりに立設している。しかしながら、スタッドボルトやパンチングメタルを鉄骨はり等に取付けるには、多大な作業工数（労力）が必要であった。
【０００５】
さらに、短繊維補強セメント複合材料やＨＰＦＲＣＣの擬似ひずみ硬化特性を良好に発揮させるには、補強対象体とＨＰＦＲＣＣや短繊維補強セメント複合材料とを十分に一体化させる必要がある。ところが、一般にスタッドボルトやパンチングメタル等の接合部材は、補強対象体に曲げ荷重等が作用した際に、補強対象体とコンクリート等との接合面に発生するずれ力（水平せん断力）に対抗するために、補強対象体の軸方向に対して直交する方向に配列される。例えば、鋼管杭を補強対象体とした場合は、スタッドボルト等の接合部材は、鋼管杭の外周表面に周方向に複数配列され、この周方向に配列された接合部材は、管軸方向に所定の間隔で複数箇所に配置される。したがって、鋼管杭に曲げ荷重が作用すると、管軸方向に不連続に配置されている接合部材の間の範囲では、鋼管杭とコンクリートとの接合面の剥離が生じ易くなる。そのため、従来の接合部材の使用方法では、補強対象体とＨＰＦＲＣＣや短繊維補強セメント複合材料とを十分に一体化させることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３６８１３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】土木学会コンクリート委員会 複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料指針作成小委員会 編 「複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針（案）」、社団法人土木学会 発行、平成１９年３月３１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、少ない作業工数で、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができるライニング方法および構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法は、補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に型枠を配置し、この型枠と補強対象体の表面との間に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を打設して応力伝達部材を覆って固化させることにより補強層を形成して、この補強層と前記補強対象体とを一体化させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の別のライニング方法は、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料によりプレキャスト部材を予め製造しておき、補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に前記プレキャスト部材を応力伝達部材を覆うように配置し、このプレキャスト部材と前記補強対象体の表面との間に接着材料を充填して固化させることにより補強層を形成して、この補強層と、前記補強対象体とを一体化させることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明では、例えば、前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料として、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維が高強度ポリエチレン繊維である超高強度ひずみ硬化型セメント系材料を使用する。前記応力伝達部材として、例えば、異形鉄筋を使用する。前記応力伝達部材を、例えば、補強対象体の表面に点溶接して固定する。
【００１２】
本発明の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体は、補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の別の構造体は、補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料により形成されたプレキャスト部材と、このプレキャスト部材と前記補強対象体との間に充填された接着材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料として、例えば、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維を高強度ポリエチレン繊維にした超高強度ひずみ硬化型セメント系材料が使用される。前記応力伝達部材として、例えば、異形鉄筋が使用される。前記応力伝達部材が、例えば、補強対象体の表面に点溶接により固定された仕様にする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、応力伝達部材を、補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定する簡単な作業によって、補強対象体と複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料とを、応力伝達部材の延設方向に連続するように十分に一体化させることが可能になる。そのため、補強対象体が負荷を受けて変形する際には、補強対象体の表面の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料も一体的に変形するので、補強対象体との剥離が生じ難くなる。これにより、この複合材料に特有の微細なひび割れが、より広い範囲で生じ、この複合材料が有する擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の構造体を例示する正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】鋼管杭の表面に応力伝達部材を固定した状態を例示する正面図である。
【図４】鋼管杭の表面に応力伝達部材を千鳥配置で固定した状態を例示する正面図である。
【図５】鋼管杭の表面外側に型枠を配置した状態を例示する正面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】鋼管杭の表面に別の応力伝達部材を固定した状態を例示する正面図である。
【図８】本発明の別の構造体を例示する正面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】鋼管橋脚の表面外側にプレキャスト部材を配置した状態を例示する断面図である。
【図１１】本発明の別の構造体を例示する正面図である。
【図１２】図１１の底面図である。
【図１３】鋼管曲げ試験の説明図である。
【図１４】鋼管試験サンプル（実施例１）を示す断面図である。
【図１５】鋼管試験サンプル（実施例２）を示す断面図である。
【図１６】鋼管曲げ試験の結果を示すグラフ図である。
【図１７】鋼板曲げ試験の説明図である。
【図１８】鋼板試験サンプル（実施例３）を示す底面図である。
【図１９】鋼板試験サンプル（比較例４）を示す底面図である。
【図２０】鋼板曲げ試験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法および構造体を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１８】
図１、２に例示するように、本発明の構造体１は、鋼管杭２ａの外周表面を覆う補強層３と、鋼管杭２ａとが一体化されて構築されている。この実施形態では、桟橋等の上部工７を支える鋼管杭２ａが補強対象体２になっている。補強層３は、鋼管杭２ａの外周表面に鋼管杭２ａの軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材５と、応力伝達部材５とともに鋼管杭２ａの外周表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料４（以下、ＨＰＦＲＣＣ４という）とで構成されている。
【００１９】
尚、本発明における補強対象体２の軸方向とは、補強対象体２が鋼管杭、鋼管橋脚、鋼桁等の場合は、その長手方向（延長方向）であり、鉄筋コンクリート構造物の場合は、その主筋方向を意味する。
【００２０】
この実施形態では、応力伝達部材５として異形鉄筋５ａが使用されている。１２本の異形鉄筋５ａが、円筒断面の鋼管杭２ａに対して周方向等間隔で配置され、鋼管杭２ａの軸方向（管長手方向）に平行に延設されている。それぞれの異形鉄筋５ａは、点溶接によって鋼管杭２ａの外周表面に固定されている。
【００２１】
図における符号Ｗは、補強対象体２と応力伝達部材５との点溶接部を示している。異形鉄筋５ａの本数や配置は、この実施形態に限定されず、適宜決定することができ、かぶりが少ない場合、図４に例示するように応力伝達部材５（異形鉄筋５ａ）は千鳥配置にして、ＨＰＦＲＣＣ４を全体に充填し易くする。応力伝達部材５は、補強対象体２の表面をなるべく均等に覆うようにするとよい。異形鉄筋５ａの場合は、例えば、呼び名Ｄ６〜Ｄ１９の仕様を用いて、それぞれを３００ｍｍ〜５００ｍｍの等間隔で配置する。
【００２２】
応力伝達部材５の補強対象体２に対する固定は、点溶接に限らず、応力伝達部材５を全長に渡って溶接することもできるが、点溶接を用いることにより、固定作業を迅速に行なうことができる。鋼管杭の補修などの水中施工になる場合には、点溶接は特に有効な固定手段である。その他に、ボルト等の固定部材や磁石を用いて応力伝達部材５を補強対象体２に固定することもできる。
【００２３】
応力伝達部材５は、荷重負担部材ではないので、高い引張強度を有する必要はなく、補強対象体２の変形をＨＰＦＲＣＣ４の広範囲に伝達させることができればよい。応力伝達部材５としては、異形鉄筋５ａに限らず、丸棒鉄筋などの種々の金属棒、型鋼等を用いることもできる。
【００２４】
図７に例示するように、鋼管杭２ａの外周表面に沿うように円筒状に形成した鉄筋メッシュ体５ｂを鋼管杭２ａの外周表面に点溶接によって固定してもよい。均等な大きさのメッシュが規則的に形成されている鉄筋メッシュ体５ｂを用いることにより、鋼管杭２ａの軸方向に延設される応力伝達部材５を、鋼管杭２ａの表面に容易に均等に配置、固定することができる。
【００２５】
ＨＰＦＲＣＣ４の構成材料は、セメント、細骨材、混和材、混和剤、強化繊維、水である。セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメントを用いる。細骨材としては、例えば、珪砂を用いる。混和材としては、例えば、フライアッシュを用いる。混和剤としては、例えば、高性能ＡＥ減水剤および消泡剤を用いる。強化繊維としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維、高強度ポリエチレン繊維を用いて、これら繊維の直径は、０．０４ｍｍ程度、長さ１２ｍｍ程度、弾性係数４０．６ＧＰａ程度、引張破断強度１６９０ＭＰａ程度である。補強繊維混入率は、体積割合で０．５％〜２．０％程度である。
【００２６】
ＨＰＦＲＣＣ４の特性としては、以下を挙げることができる。
【００２７】
（１）一軸引張応力下において擬似ひずみ効果特性を示し、微細で高密度の複数ひび割れを形成する高靭性材料である。
（２）圧縮強度（２８日間標準養生）が平均４０ＭＰａである。
（３）既述した非特許文献１に記載の試験方法１（強度試験用供試体の作り方）に定める方法で作製した供試体に対して、同文献に記載の試験方法２（一軸直接引張試験方法）に定める一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上、かつ同文献記載の試験方法３（ＨＰＦＲＣＣひび割れ幅試験方法）で得られた平均ひび割れ幅が０．２ｍｍ以下となる。
【００２８】
ＨＰＦＲＣＣ４の中でも、超高強度および超高靭性を併せ持つ超高強度ひずみ硬化型セメント系材料４ａ（以下、ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａという）を用いるとよい。ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの構成材料は、セメント、細骨材、混和材、混和剤、強化繊維、水である。セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメントを用いる。細骨材としては、例えば、珪砂を用いる。混和材としては、例えば、シリカフュームおよび膨張材を用いる。混和剤としては、例えば、高性能ＡＥ減水剤および消泡剤を用いる。強化繊維としては、例えば、高強度ポリエチレン繊維（直径０．０１２ｍｍ程度、密度０．９７ｇ／ｃｍ２程度、弾性係数８８ＧＰａ程度、引張破断強度２７００ＭＰａ程度）を用いる。
【００２９】
ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの特性としては、例えば、以下を挙げることができる。
【００３０】
（１）圧縮強度（２８日間標準養生）が９０ＭＰａ以上である。
（２）既述した非特許文献１に記載の試験方法２（一軸直接引張試験方法）に定める一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上である。
【００３１】
補強層３（ＨＰＦＲＣＣ４）の層厚は、補強に必要な強度等に基づいて決定されるが、応力伝達部材５の腐食等を防止するために、かぶり厚は３０ｍｍ以上とする。
【００３２】
補強層３にＨＰＦＲＣＣ４を使用した場合、鋼管杭２ａが負荷を受けて変形した際に、引張応力下においてＨＰＦＲＣＣ４に複数の微細ひび割れが発生することで、通常のセメント材料に比して高い靭性や強度を発揮する。しかしながら、鋼管杭２ａ（補強対象体２）とＨＰＦＲＣＣ４との単純な付着では、両者の接合面に剥離が生じて局部的な大きなひび割れが生じるなど、ひび割れが十分に分散せず、擬似ひずみ硬化特性が十分に発揮されないことがある。
【００３３】
本発明の構造体１では、鋼管杭２ａの外周表面に鋼管杭２ａの軸方向に延設するように固定した異形鉄筋５ａ（応力伝達部材５）によって、鋼管杭２ａとＨＰＦＲＣＣ４とが異形鉄筋５ａの延設方向に連続的に一体化しているので、鋼管杭２ａとＨＰＦＲＣＣ４との剥離が生じ難くなっている。そのため、微細なひび割れがＨＰＦＲＣＣ４のより広い範囲に分散される。これにより、ＨＰＦＲＣＣ４が有する擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができ、一段と耐力を向上させた補強が可能になる。
【００３４】
この構造体１を構築して補強対象体２を補強する手順は、以下のとおりである。
【００３５】
まず、図３に例示するように、鋼管杭２ａの外周表面に、異形鉄筋５ａを点溶接する。これにより、異形鉄筋５ａを補強対象部分のほぼ全長に渡って鋼管杭２ａの軸方向に延設するように固定する。
【００３６】
次いで、図５、６に例示するように、鋼管杭２ａの外周表面外側にすき間Ｓをあけて型枠９を配置する。この実施形態では、合成樹脂繊維製のシールカバーを型枠９として使用している。このシールカバー仕様の型枠９を鋼管杭２ａの外周に巻付けて、上端部および下端部を結束バンド等の固定部材９ａによって締め付けて固定する。鋼管杭２ａの外周に固定された型枠９の下端部には注入管１０ａが設けられ、上端部にはエア抜き管１０ｂが設けられている。
【００３７】
次いで、注入管１０ａからＨＰＦＲＣＣ４を注入して、この型枠９と鋼管杭２ａの外周表面との間のすき間ＳにＨＰＦＲＣＣ４を打設する。打設したＨＰＦＲＣＣ４により異形鉄筋５ａを覆って固化させることにより補強層３を形成する。この補強層３の形成とともに、補強層３と鋼管杭２ａとを一体化させて構造体１を構築する。尚、上側の固定部材９ａによって締め付けていた鋼管杭２ａの外周表面には別途、ＨＰＦＲＣＣ４を打設する。
【００３８】
型枠９は、シールカバーに限定されることはなく、一般的な剛体の型枠９を用いることもできる。剛体の型枠９の場合、配置する型枠９の下端位置に相当する鋼管杭２ａの外周表面の位置に、ブラケットを溶接する。このブラケット上に半割にした型枠９を載置して、鋼管杭２ａの外周表面外側にすき間Ｓをあけて配置する。
【００３９】
本発明の構造体１は、図８、９に例示する実施形態のようにプレキャスト部材３を用いて構築することもできる。この実施形態では、道路橋などの上部工７を支える鋼管橋脚２ｂが補強対象体２になっている。
【００４０】
この構造体１は、フーチング８に立設された鋼管橋脚２ｂの外周表面を覆う補強層３と、鋼管橋脚２ｂとが一体化されて構築されている。補強層３は、鋼管橋脚２ｂの外周表面に鋼管橋脚２ｂの軸方向（長手方向）に延設するように固定された異形鉄筋５ａと、異形鉄筋５ａとともに鋼管橋脚２ｂの表面を覆うプレキャスト部材６と、プレキャスト部材６と鋼管橋脚２ｂとの間に充填された接着材料６ａとで構成されている。接着材料６ａとしては、モルタルやエポキシ樹脂、ポリマーセメントモルタル等を使用するが、ＨＰＦＲＣＣ４を使用することもできる。
【００４１】
プレキャスト部材６は、円筒体を縦二分割した半割の分割体を組み付けて構成されており、ＨＰＦＲＣＣ４を予め固化させて形成されたものである。プレキャスト部材６の裏面には、石の張り付け、凹凸処理、ずれ止め鋼材の取り付けなどの一体化処理が施されている。
【００４２】
この実施形態においても、鋼管橋脚２ｂの外周表面に鋼管橋脚２ｂの軸方向に延設するように固定した異形鉄筋５ａ（応力伝達部材５）によって、鋼管橋脚２ｂとプレキャスト部材６（ＨＰＦＲＣＣ４）とが、接着材料６ａを介して異形鉄筋５ａの延設方向に連続的に一体化しているので、鋼管橋脚２ｂとプレキャスト部材６との剥離が生じ難くなっている。そのため、微細なひび割れがプレキャスト部材６（ＨＰＦＲＣＣ４）のより広い範囲に分散される。これにより、ＨＰＦＲＣＣ４が有する擬似ひずみ硬化特性を効果的に発揮させることができ、一段と耐力を向上させた補強が可能になる。
【００４３】
この構造体１を構築して補強対象体２を補強する手順は、以下のとおりである。
【００４４】
まず、ＨＰＦＲＣＣ４により半割のプレキャスト部材６を予め製造しておく。鋼管橋脚２ｂの外周表面には、異形鉄筋５ａを鋼管橋脚２ｂの軸方向に延設するように固定する。
【００４５】
次いで、図１０に例示するように、鋼管橋脚２ｂの外周表面外側に、半割のプレキャスト部材６を円筒状に組み付けて異形鉄筋５ａを覆うように配置する。プレキャスト部材６を配置することにより、プレキャスト部材６の内周面と鋼管橋脚２ｂの外周表面との間にすき間Ｓが形成される。
【００４６】
次いで、このすき間Ｓに接着材料６ａを充填する。即ち、この実施形態では、プレキャスト部材６を型枠として機能させる。充填した接着材料６ａを固化させることにより補強層３を形成する。この補強層３の形成とともに、補強層３と鋼管橋脚２ｂとを一体化させて構造体１を構築する。
【００４７】
プレキャスト部材６を用いて、図３に例示したような鋼管杭２ａを補強する場合は、配置するプレキャスト部材６の下端位置に相当する鋼管杭２ａの外周表面の位置に、ブラケットを溶接する。このブラケット上に半割にしたプレキャスト部材６を載置して円筒状に組み付ける。これにより、プレキャスト部材６の内周面と鋼管杭２ａの外周表面との間にすき間Ｓが形成される。このすき間Ｓに接着材料６ａを充填して固化させることにより補強層３を形成する。
【００４８】
図１１、１２に例示するように、鋼桁２ｃを補強対象体２にした構造体１の実施形態では、鋼桁２ｃの一方表面（下面）を覆う補強層３が、鋼桁２ｃに固定されて一体化して構造体１が構築されている。補強層３は、鋼桁２ｃの一方表面に鋼桁２ｃの軸方向（長手方向）に延設するように固定された異形鉄筋５ａと、異形鉄筋５ａとともに鋼桁２ｃの一方表面を覆うＨＰＦＲＣＣ４とで構成されている。異形鉄筋５ａは、鋼桁２ｃの補強対象部分のほぼ全長に渡って延設されている。
【００４９】
補強層３を成形する際には、鋼桁２ｃの一方表面外側に型枠９を配置し、型枠９と鋼桁２ｃの一方表面との間にＨＰＦＲＣＣ４を打設すればよい。既述したようなプレキャスト部材６を用いて鋼桁２ｃを補強することもできる。この場合は、既述したプレキャスト部材６を用いて補強する場合と同様の手順によって構造体１を構築することができる。
【００５０】
本発明は、鋼管杭２ａ、鋼管橋脚２ｂ、鋼桁２ｃだけではなく、鉄筋コンクリート杭、鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート桁を補強対象体２とすることができる。これら鉄筋コンクリート構造物を補強対象体２とする場合は、表面を目荒らしした後、その表面に間隔をあけてスタッドボルト等を打ち込む。応力伝達部材５は、打ち込んだスタッドボルト等に溶接固定して、鉄筋コンクリート構造物の軸方向（主筋方向）に延設する。その他の手順は鋼構造物を補強対象体２にした場合を同じである。
【００５１】
また、本発明は既設の補強対象体２に適用するだけでなく、新設の鋼管杭２ａ等を補強対象体２にすることもできる。
【００５２】
上記実施形態では、補強対象体２の耐力を向上させて補強する場合を例示したが、本発明は、補強対象体２の腐食を防止して補強する際にも適用することができる。この場合、補強対象体２の表面を覆う補強層３、或いは、プレキャスト部材６には、より広い範囲に複数の微細なひび割れが形成されるので、直ちに補強対象体２の腐食につながるような大きなひび割れの発生を防止することができる。
【実施例】
【００５３】
同仕様の鋼管１１（長さ１８００ｍｍ、外径１００．１６ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を用いて、４種類の鋼管試験サンプルＥ１（実施例１、２、比較例１、２）を作製した。比較例１は、鋼管１１単体である。実施例１、２および比較例２は、鋼管１１の外周面に、同仕様のＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを付着、固化させることにより、縦および横１５０ｍｍの正方形断面にすることを共通条件として、異形鉄筋５ａの有無、本数を異ならせたものである。
【００５４】
実施例１は、図１４に示すように４本の異形鉄筋５ａ（呼び名Ｄ６、長さ１８００ｍｍ）を鋼管１１の外周表面に、周方向等間隔で、鋼管１１の軸方向（管長手方向）に平行に延設するように点溶接によって固定し、ＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａによって覆って補強層３を設けたものである。実施例２は、図１５に示すように実施例１に対して異形鉄筋５ａの本数を変更して、８本の異形鉄筋５ａを鋼管１１の外周表面に、周方向等間隔で、鋼管１１の軸方向（管長手方向）に平行に延設するように点溶接によって固定したものであり、その他の仕様は実施例１と同じである。比較例２は、実施例１に対して異形鉄筋５ａを省略したものである。
【００５５】
実施例１、２および比較例２に使用したＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの配合は、水結合材比（Ｗ／Ｂ）が０．２２、砂結合材比（Ｓ／Ｂ）が０．３０、減水剤結合剤比（ＳＰ／Ｂ）が０．０１、補強繊維混入率（Ｖｆ）が１．２５％、膨張材の単位量が２０．０ｋｇ／ｍ３である。ＳＰは高性能減水剤を示し、Ｂは結合材（セメント＋シリカヒューム＋膨張材）を示している。補強繊維は、高強度ポリエチレン繊維（直径０．０１２ｍｍ、長さ６ｍｍ、密度０．９７ｇ／ｃｍ２、弾性係数８８ＧＰａ、引張破断強度２７００ＭＰａ）を使用した。
【００５６】
この４種類の鋼管試験サンプルＥ１を用いて、下記の鋼管曲げ試験を行ない、その結果を図１６に示す。図１６において、線分ＥＸ１は実施例１のデータ、線分ＥＸ２は実施例２のデータ、線分ＣＰ１は比較例１のデータ、線分ＣＰ２は比較例２のデータを示している。
【００５７】
[鋼管曲げ試験]
図１３に示すように、鋼管試験サンプルＥ１を長手方向中心の対称位置の２点（支持スパンＳ１が１２００ｍｍ）で支持して、長手方向中心の対称位置の２点（負荷スパンＳ２が４００ｍｍ）で荷重を負荷し、その際に、それぞれの荷重負荷点での上下変位を測定した。図１６に記載されている上下変位は、それぞれの荷重負荷点における上下変位の平均値である。
【００５８】
図１６の結果から、同仕様のＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを鋼管の外周表面に付着、固化させて補強した場合であっても、異形鉄筋５ａを設けない比較例２（ＣＰ２）に比して、異形鉄筋５ａを設けた実施例１（ＥＸ１）および２（ＥＸ２）は、曲げ耐力が著しく向上することが確認できた。
【００５９】
また、同仕様の鋼板１２（長さ５３０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ６ｍｍ、材質ＳＳ４００）を用いて、３種類の鋼板試験サンプルＥ２（実施例３、比較例３、４）を作製した。比較例３は、鋼板１２単体である。実施例３は、図１８に示すように、２本の異形鉄筋５ａ（呼び名Ｄ１０、長さ４００ｍｍ）を鋼板１２の一方表面に、鋼板１２の軸方向（長手方向）に平行に延設するように点溶接によって固定し、この一方表面に、長さ４００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの大きさでＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを付着、固化させて、異形鉄筋５ａをＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａによって覆って補強層３を設けたものである。比較例４は、図１９に示すように、合計１８本のボルト１３（呼び径Ｍ１２）を鋼板１２の一方表面に突設固定し、この一方表面に、長さ４００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの大きさでＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを付着、固化させて、ボルト１３をＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａによって覆って補強層３を設けたものである。
【００６０】
実施例３および比較例４に使用したＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａの配合は、水結合材比（Ｗ／Ｂ）が０．２２、砂結合材比（Ｓ／Ｂ）が０．１０、減水剤結合剤比（ＳＰ／Ｂ）が０．０２、補強繊維混入率（Ｖｆ）が１．００％、膨張材の単位量が２０．０ｋｇ／ｍ３である。補強繊維は、高強度ポリエチレン繊維（直径０．０１２ｍｍ、長さ６ｍｍ、密度０．９７ｇ／ｃｍ２、弾性係数８８ＧＰａ、引張破断強度２７００ＭＰａ）を使用した。
【００６１】
この３種類の鋼板試験サンプルＥ２を用いて、下記の鋼板曲げ試験を行ない、その結果を図２０に示す。図２０において、線分ＥＸ３は実施例３のデータ、線分ＣＰ３は比較例３のデータ、線分ＣＰ４は比較例４のデータを示している。尚、線分Ｃａは、鋼板試験サンプルＥ２の断面形状を、実施例３における鋼板１２と異形鉄筋５ａとの合成断面とした場合の計算データを示している。
【００６２】
[鋼板曲げ試験]
図１７に示すように、鋼板試験サンプルＥ２を長手方向中心の対称位置の２点（支持スパンＳ３が４５０ｍｍ）で支持して、長手方向中心の対称位置の２点（負荷スパンＳ４が１００ｍｍ）で荷重を負荷し、その際に、それぞれの荷重負荷点での上下変位を測定した。図２０に記載されている上下変位は、それぞれの荷重負荷点における上下変位の平均値である。
【００６３】
図２０の結果から、同仕様のＵＨＰ−ＳＨＣＣ４ａを鋼管の外周表面に付着、固化させて補強した場合であっても、ボルト１３を鋼板１２の表面に断続的に突設した比較例４（ＣＰ４）に比して、異形鉄筋５ａを鋼板１２の表面に、鋼板１２の軸方向に延設した実施例３（ＥＸ３）は、曲げ耐力が著しく向上することが確認できた。
【００６４】
比較例４（ＣＰ４）および実施例３（ＥＸ３）では、荷重１．５ｋＮ時にひび割れが発生しているが、この荷重以上を負荷した範囲では、比較例４（ＣＰ４）と実施例３（ＥＸ３）の勾配が大きく相違している。ただし、実施例３（ＥＸ３）の測定結果には、異形鉄筋５ａを設けたことによる曲げ耐力の増大分が含まれているため、これを差し引いて考慮する必要がある。そこで、線分Ｃａと線分ＥＸ３とを比較すると、線分ＥＸ３の勾配は線分Ｃａよりも大きくなっている。したがって、実施例３（ＥＸ３）においては、鋼板１２が受けた変形が、延設された異形鉄筋５ａによって複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の広い範囲に分散されて、微細なひび割れがより広い範囲で生じて、擬似ひずみ硬化特性が効果的に発揮されていると考えられる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 構造体
２ 補強対象体
２ａ 鋼管杭
２ｂ 鋼管橋脚
２ｃ 鋼桁
３ 補強層
４ ＨＰＦＲＣＣ
４ａ ＵＨＰ−ＳＨＣＣ
５ 応力伝達部材
５ａ 異形鉄筋
５ｂ 鋼線メッシュ
６ プレキャスト部材
６ａ 接着材料
７ 上部工
８ フーチング
９ 型枠
９ａ 固定部材
１０ａ 注入管
１０ｂ エア抜き管
１１ 鋼管
１２ 鋼板
１３ ボルト
Ｅ１ 鋼管試験サンプル
Ｅ２ 鋼板試験サンプル
Ｗ 点溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に型枠を配置し、この型枠と補強対象体の表面との間に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を打設して応力伝達部材を覆って固化させることにより補強層を形成して、この補強層と前記補強対象体とを一体化させる複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項２】
複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料によりプレキャスト部材を予め製造しておき、補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に前記プレキャスト部材を応力伝達部材を覆うように配置し、このプレキャスト部材と前記補強対象体の表面との間に接着材料を充填して固化させることにより補強層を形成して、この補強層と、前記補強対象体とを一体化させる複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項３】
前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料として、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維が高強度ポリエチレン繊維である超高強度ひずみ硬化型セメント系材料を使用する請求項１または２に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項４】
前記応力伝達部材として、異形鉄筋を使用する請求項１〜３のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項５】
前記応力伝達部材を、補強対象体の表面に点溶接して固定する請求項１〜４のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項６】
補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させた複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項７】
補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料により形成されたプレキャスト部材と、このプレキャスト部材と前記補強対象体との間に充填された接着材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させた複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項８】
前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料が、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維を高強度ポリエチレン繊維にした超高強度ひずみ硬化型セメント系材料である請求項６または７に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項９】
前記応力伝達部材が、異形鉄筋である請求項６〜８のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項１０】
前記応力伝達部材が、補強対象体の表面に点溶接により固定された請求項６〜９のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項１】
補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に型枠を配置し、この型枠と補強対象体の表面との間に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を打設して応力伝達部材を覆って固化させることにより補強層を形成して、この補強層と前記補強対象体とを一体化させる複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項２】
複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料によりプレキャスト部材を予め製造しておき、補強対象体の表面に、金属製の応力伝達部材を補強対象体の軸方向に延設するように固定した後、前記補強対象体の表面外側に前記プレキャスト部材を応力伝達部材を覆うように配置し、このプレキャスト部材と前記補強対象体の表面との間に接着材料を充填して固化させることにより補強層を形成して、この補強層と、前記補強対象体とを一体化させる複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項３】
前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料として、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維が高強度ポリエチレン繊維である超高強度ひずみ硬化型セメント系材料を使用する請求項１または２に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項４】
前記応力伝達部材として、異形鉄筋を使用する請求項１〜３のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項５】
前記応力伝達部材を、補強対象体の表面に点溶接して固定する請求項１〜４のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いたライニング方法。
【請求項６】
補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させた複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項７】
補強対象体の表面に補強対象体の軸方向に延設するように固定された金属製の応力伝達部材と、この応力伝達部材とともに補強対象体の表面を覆う複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料により形成されたプレキャスト部材と、このプレキャスト部材と前記補強対象体との間に充填された接着材料とで構成された補強層を、前記補強対象体に固定して一体化させた複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項８】
前記複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料が、圧縮強度９０ＭＰａ以上でかつ、引張終局ひずみが０．５％以上であり、補強繊維を高強度ポリエチレン繊維にした超高強度ひずみ硬化型セメント系材料である請求項６または７に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項９】
前記応力伝達部材が、異形鉄筋である請求項６〜８のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【請求項１０】
前記応力伝達部材が、補強対象体の表面に点溶接により固定された請求項６〜９のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料を用いた構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１８４８５９（Ｐ２０１１−１８４８５９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４８０２７（Ｐ２０１０−４８０２７）
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【出願人】（５１００６０８２２）
【出願人】（０００２１９４０６）東亜建設工業株式会社 (177)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【出願人】（５１００６０８２２）
【出願人】（０００２１９４０６）東亜建設工業株式会社 (177)
【Ｆターム（参考）】
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