コンクリート構造物における断面修復工法の有効性に関する検討
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カテゴリ: 第6回
1. 背景と目的
表-1 塩害劣化における構造物の外観上のグレー標準的な工法(土木学会 (2007) 1 ) より)鉄筋コンクリート構造物が塩害劣化した場合の補修 方法としては、表面処理、電気防食、電気化学的脱塩、 断面修復、増厚等の工法がある。塩害劣化における外 方法としては、表面処理、電気防食、電気化学的脱塩、 断面修復、増厚等の工法がある。塩害劣化における外 観上のグレードと標準的に採用される工法が表-1 のよ うに示されている。このうち、塩害劣化が進行した場合、 内部の塩化物イオンを除去し、劣化したコンクリート を断面修復材に置き換える、断面修復工法が選定され ることが多く、汽力発電所の海水取放水構造物などの 補修においても採用されている。 _ しかし、断面修復工法に関する技術的根拠に基づい た耐力評価等の確認はまだ十分ではないのが現状であ る。そこで、本検討では、断面修復工法による補修後 の耐力について現場条件を模擬した室内試験(曲げ耐 力試験)により評価し、断面修復工法の有効性につい て確認した。以下にこれらの検討内容の概要を報告す る。そこで、本検討では、断面修復工法による補修後 の耐力について現場条件を模擬した室内試験(曲げ耐 力計職) 17 」紙面修復工法の有効性につい
|構造物の外観上のグレード | 標準的な工法 I-1(潜伏期)表面処理I-2(進展期)表面処理,断面修復,電気防食,電気化学的脱塩II-1(加速期前期)表面処理,断面修復,電気防食,電気化学的脱塩」II-2(加速期後期)断面修復、III (劣化期)FRP 接着, 断面修復, 外ケーブル, 巻立て,増厚曲げ耐力試験の概要 2.1 試験体概要断面修復工法が曲げ耐力に及ぼす影響を把握するこ とを目的とし、断面修復箇所を模擬した梁試験体と、 健全な状態である無補修の梁試験体を作製した。試験 体の母材コンクリートは、普通ポルトランドセメント 日における圧縮強度 43.5 N/mm2、弾性係数 20.5 kN/ 試験体の形状は、海水取放水構造物等の実構造 - 359 - 1断面修復を行う範囲は、実構造物における補修範囲 を想定し深さ 140 mm程度、長さ 2,000 mmとし、壁面の 補修を模擬して横向きの吹付けとした。試験体の概要| 図を図-1 に示す。 1 試験体の作製は、1型枠・鉄筋の組立て、2母材コ ンクリート打設、3はつり作業、4断面修復工の順に 実施した。なお、はつり作業は実際の施工を想定して、 衝撃型の手ばつりで行った。試験体の作製状況を写真 物の配筋条件を模擬し、主筋を D25×150 ピッチとし て2本配置し、幅 300 mm、高さ 500 mmとした。また、 曲げ破壊させるため、せん断スパンを有効高さの3倍 の 1,200 mmおよび等曲げ区間を 400 mmとして支間長を 2,800 mmとした。断面修復を行う範囲は、実構造物における補修範囲 を想定し深さ 140 mm程度、長さ 2,000 mmとし、壁面の 補修を模擬して横向きの吹付けとした。試験体の概要 図を図-1 に示す。 - 試験体の作製は、1型枠・鉄筋の組立て、2母材コ ンクリート打設、3はつり作業、4断面修復工の順に 実施した。なお、はつり作業は実際の施工を想定して、 衝撃型の手ばつりで行った。試験体の作製状況を写真 -1 に示す。(型枠・鉄筋の組立て)月21503004002000400(無補修試験体No.1)(はつり作業)20002000 1600(引張側補修試験体No.2)Q400500レー101MUBI1500BP150月21504002000 36001950280036001400500円2000B2150300400280036002800(断面修復工)3600(圧縮側補修試験体No.3)写真-1 試験体作製状況WW2: 断面修復箇所単位(mm) 図-1 試験体の概要図3. 曲げ耐力試験の結果3.1 載荷要領」 ース載荷は、5,000kN アムスラー型載荷試験機を用いて 、海水取放水構造物等の壁面に正負の2点静的載荷とし、試験体が破壊するまで行った。ここ する場合を想定し、補修面がそれぞれ 縮側となるよう断面修復を施した場合で、ひび割れ発生時、鉄筋ひずみがひび割れ発生時と ースとした。また、比較として無補修 降伏時の中間値(1,000u程度)に達した時点および鉄 1ケースとした。筋ひずみが降伏ひずみに達する直前(1,800 u程度)の各時点において、5kN まで除荷し再載荷した。 2.2 試験ケース - 試験ケースは、海水取放水構造物等の壁面に正負の 曲げ荷重が作用する場合を想定し、補修面がそれぞれ 引張側および圧縮側となるよう断面修復を施した場合 の試験を各1ケースとした。また、比較として無補修 の場合の試験を1ケースとした。(型枠・鉄筋の組立て) (はつり作業)載荷は、5,000kN アムスラー型載荷試験機を用いて 2点静的載荷とし、試験体が破壊するまで行った。ここ で、ひび割れ発生時、鉄筋ひずみがひび割れ発生時と 降伏時の中間値(1,000u程度)に達した時点および鉄 筋ひずみが降伏ひずみに達する直前 (1,800 u程度)の 各時点において、5 kN まで除荷し再載荷した。 - 360 -No.1No.3No.2荷重(kN)------------無補修試験体No.1 |- 引張側補修試験体No.2 . ???圧縮側補修試験体No.3-----0_1503.2 曲げ耐力 - 各試験体の荷重と中央変位の関係を図-2 に、最終破 壊状況を写真-2 に示す。また、ひび割れ発生時、引張 鉄筋降伏時および最大荷重時の各段階における荷重お よび変位の値を表-2 に示す。 ・ いずれの試験体も引張鉄筋が降伏後、試験体の変形 が進み、最終的に圧縮側コンクリートの圧縮破壊によ り荷重が低下する挙動を示した。また、引張側補修試 験体および圧縮側補修試験体の最大荷重は、無補修試 験体と同程度であり、断面修復を実施しても曲げ耐力 が低下しないことを確認した。荷重と中央変位との関係においては、引張側補修試 験体は無補修試験体と同様の関係を示すのに対し、圧 縮側補修試験体では引張鉄筋降伏後の中央変位が無補 修試験体の 1.7 倍程度となり、じん性が高くなること を確認した。これは、母材コンクリートよりも弾性係 数の小さい断面修復材が圧縮側にあることで、同じ圧 縮応力が作用した場合の圧縮側のひずみが大きくなり、 断面の曲率が大きくなったためと考えられる。10 |20 : 30 1 40変位(mm) 図-2 各試験体の荷重と中央変位の関係表-2 各段階における荷重および変位試驗体名項目ひび割れ 発生時引張鉄筋 降伏時最大荷 重時_232.95.4 238.2305.3 27.4297.7無補修 荷重(kN) 78.5 試験体 No.1 | 変位(mm) 0.9 引張側補修 | 荷重(kN) | 75.3 試験体 No.2 変位(mm) 0.8 圧縮側補修 | 荷重(kN) |.. 55.1 試験体 No.3 | 変位(mm) |035.827.5228|305.16.645.1300 ひび割れ発生----荷重(kN)最大荷重--鉄筋降伏--------++15 10 15 20 25 30変位(mm) (無補修試験体No.1の荷重と中央変位の関係)(無補修試験体No.1)| -ひび割れ発生 ----荷重(kN)最大荷重鉄筋降伏、(引張側補修試験体No.2)1 5 10 15 20 25 30変位(mm) (引張側補修試験体No.2 の荷重と中央変位の関係)ひび割れ発生 ------t(-M)最大荷重1!鉄筋降伏11 ---{10_ 5_ 10_1520 25 30 35404550変位(mm) (圧縮側補修試験体No.3 の荷重と中央変位の関係)(圧縮側補修試験体No.3) 写真-2 各試験体の最終破壊状況3613.3]3.3 各試験体における付着面の状況曲げ載荷終了後、引張側補修試験体および圧縮側補 修試験体で、変位量が最も大きいスパン中央部におい て、母材コンクリートと断面修復材との付着面からコ アを採取し、付着面の状況を確認した。その結果、両 試験体とも写真-3 に示すとおり剥離等は認められず、 母材コンクリートと断面修復材は一体として挙動した。3.3 各試験体における付着面の状況3)引張側補修試験体および圧縮側補修試験体とも付着 -- 曲げ載荷終了後、引張側補修試験体および圧縮側補 面の剥離等は認められず、母材コンクリートと断面 修試験体で、変位量が最も大きいスパン中央部におい 修復材は一体として挙動した。 て、母材コンクリートと断面修復材との付着面からコ アを採取し、付着面の状況を確認した。その結果、両 今回の検討では、断面修復工法の有効性を曲げ耐力 試験体とも写真-3 に示すとおり剥離等は認められず、 試験により確認することができ、鉄筋コンクリート構 母材コンクリートと断面修復材は一体として挙動した。 造物の保守管理に資する成果が得られた。今後は、せん断破壊先行型の破壊形態を示す構造物に対しても、 断面修復後の耐力を確認するため、断面修復後のせん断耐力について検討していく予定である。 断耐力について検討していく予定である。付着面参考文献断面修復材[1] 土木学会. コンクリート標準示方書[維持管理編].2007, p.119. [2] 土木学会. コンクリートライブラリー123. 吹付けコンクリート指針(案) [補修・補強編]. 2005, p.279. 加藤絵万、堤 知明、岩波光保、山内 浩、山路 徹、横田 浩. 港湾空港技術資料, 海洋環境下の鉄 筋コンクリート構造物に対する補修効果の定量評 価手法の構築に関する検討. No.1133,2006, p.1-12.(引張側補修試験体No.2)断面修復材断面修復材付着面(圧縮側補修試験体No.3)(は箱側袖修試験体No.3)写真-3 スパン中央における付着面の状況4.結論1)引張側補修試験体および圧縮側補修試験体の最大荷 重は、無補修試験体と同程度であり、断面修復を実 施しても曲げ耐力が低下しないことを確認した。 2)引張側補修試験体は無補修試験体と同様の荷重と変 1位の関係を示すのに対して、圧縮側補修試験体では鉄筋降伏後の中央変位が無補修試験体の 17 倍程度 となり、じん性が高くなることを確認した。3)引張側補修試験体および圧縮側補修試験体と 面の剥離等は認められず、母材コンクリート 修復材は一体として挙動した。 今回の検討では、断面修復工法の有効性を曲げ 試験により確認することができ、鉄筋コンクリー 造物の保守管理に資する成果が得られた。今後は ん断破壊先行型の破壊形態を示す構造物に対して、 断面修復後の耐力を確認するため、断面修復後の 断耐力について検討していく予定である。 土木学会. コンクリート標準示方書[維持管理編]. 2007, p.119.1 土木学会. コンクリートライブラリー123. 吹付け コンクリート指針(案) [補修・補強編].2005, p.279 加藤絵万、堤 知明、岩波光保、山内 浩、山路 徹、横田 浩. 港湾空港技術資料, 海洋環境下の鉄 筋コンクリート構造物に対する補修効果の定量評- 362 -“ “?コンクリート構造物における断面修復工法の有効性に関する検討“ “永山 一朗,Ichiro NAGAYAMA,光川 健,Ken MITSUKAWA
表-1 塩害劣化における構造物の外観上のグレー標準的な工法(土木学会 (2007) 1 ) より)鉄筋コンクリート構造物が塩害劣化した場合の補修 方法としては、表面処理、電気防食、電気化学的脱塩、 断面修復、増厚等の工法がある。塩害劣化における外 方法としては、表面処理、電気防食、電気化学的脱塩、 断面修復、増厚等の工法がある。塩害劣化における外 観上のグレードと標準的に採用される工法が表-1 のよ うに示されている。このうち、塩害劣化が進行した場合、 内部の塩化物イオンを除去し、劣化したコンクリート を断面修復材に置き換える、断面修復工法が選定され ることが多く、汽力発電所の海水取放水構造物などの 補修においても採用されている。 _ しかし、断面修復工法に関する技術的根拠に基づい た耐力評価等の確認はまだ十分ではないのが現状であ る。そこで、本検討では、断面修復工法による補修後 の耐力について現場条件を模擬した室内試験(曲げ耐 力試験)により評価し、断面修復工法の有効性につい て確認した。以下にこれらの検討内容の概要を報告す る。そこで、本検討では、断面修復工法による補修後 の耐力について現場条件を模擬した室内試験(曲げ耐 力計職) 17 」紙面修復工法の有効性につい
|構造物の外観上のグレード | 標準的な工法 I-1(潜伏期)表面処理I-2(進展期)表面処理,断面修復,電気防食,電気化学的脱塩II-1(加速期前期)表面処理,断面修復,電気防食,電気化学的脱塩」II-2(加速期後期)断面修復、III (劣化期)FRP 接着, 断面修復, 外ケーブル, 巻立て,増厚曲げ耐力試験の概要 2.1 試験体概要断面修復工法が曲げ耐力に及ぼす影響を把握するこ とを目的とし、断面修復箇所を模擬した梁試験体と、 健全な状態である無補修の梁試験体を作製した。試験 体の母材コンクリートは、普通ポルトランドセメント 日における圧縮強度 43.5 N/mm2、弾性係数 20.5 kN/ 試験体の形状は、海水取放水構造物等の実構造 - 359 - 1断面修復を行う範囲は、実構造物における補修範囲 を想定し深さ 140 mm程度、長さ 2,000 mmとし、壁面の 補修を模擬して横向きの吹付けとした。試験体の概要| 図を図-1 に示す。 1 試験体の作製は、1型枠・鉄筋の組立て、2母材コ ンクリート打設、3はつり作業、4断面修復工の順に 実施した。なお、はつり作業は実際の施工を想定して、 衝撃型の手ばつりで行った。試験体の作製状況を写真 物の配筋条件を模擬し、主筋を D25×150 ピッチとし て2本配置し、幅 300 mm、高さ 500 mmとした。また、 曲げ破壊させるため、せん断スパンを有効高さの3倍 の 1,200 mmおよび等曲げ区間を 400 mmとして支間長を 2,800 mmとした。断面修復を行う範囲は、実構造物における補修範囲 を想定し深さ 140 mm程度、長さ 2,000 mmとし、壁面の 補修を模擬して横向きの吹付けとした。試験体の概要 図を図-1 に示す。 - 試験体の作製は、1型枠・鉄筋の組立て、2母材コ ンクリート打設、3はつり作業、4断面修復工の順に 実施した。なお、はつり作業は実際の施工を想定して、 衝撃型の手ばつりで行った。試験体の作製状況を写真 -1 に示す。(型枠・鉄筋の組立て)月21503004002000400(無補修試験体No.1)(はつり作業)20002000 1600(引張側補修試験体No.2)Q400500レー101MUBI1500BP150月21504002000 36001950280036001400500円2000B2150300400280036002800(断面修復工)3600(圧縮側補修試験体No.3)写真-1 試験体作製状況WW2: 断面修復箇所単位(mm) 図-1 試験体の概要図3. 曲げ耐力試験の結果3.1 載荷要領」 ース載荷は、5,000kN アムスラー型載荷試験機を用いて 、海水取放水構造物等の壁面に正負の2点静的載荷とし、試験体が破壊するまで行った。ここ する場合を想定し、補修面がそれぞれ 縮側となるよう断面修復を施した場合で、ひび割れ発生時、鉄筋ひずみがひび割れ発生時と ースとした。また、比較として無補修 降伏時の中間値(1,000u程度)に達した時点および鉄 1ケースとした。筋ひずみが降伏ひずみに達する直前(1,800 u程度)の各時点において、5kN まで除荷し再載荷した。 2.2 試験ケース - 試験ケースは、海水取放水構造物等の壁面に正負の 曲げ荷重が作用する場合を想定し、補修面がそれぞれ 引張側および圧縮側となるよう断面修復を施した場合 の試験を各1ケースとした。また、比較として無補修 の場合の試験を1ケースとした。(型枠・鉄筋の組立て) (はつり作業)載荷は、5,000kN アムスラー型載荷試験機を用いて 2点静的載荷とし、試験体が破壊するまで行った。ここ で、ひび割れ発生時、鉄筋ひずみがひび割れ発生時と 降伏時の中間値(1,000u程度)に達した時点および鉄 筋ひずみが降伏ひずみに達する直前 (1,800 u程度)の 各時点において、5 kN まで除荷し再載荷した。 - 360 -No.1No.3No.2荷重(kN)------------無補修試験体No.1 |- 引張側補修試験体No.2 . ???圧縮側補修試験体No.3-----0_1503.2 曲げ耐力 - 各試験体の荷重と中央変位の関係を図-2 に、最終破 壊状況を写真-2 に示す。また、ひび割れ発生時、引張 鉄筋降伏時および最大荷重時の各段階における荷重お よび変位の値を表-2 に示す。 ・ いずれの試験体も引張鉄筋が降伏後、試験体の変形 が進み、最終的に圧縮側コンクリートの圧縮破壊によ り荷重が低下する挙動を示した。また、引張側補修試 験体および圧縮側補修試験体の最大荷重は、無補修試 験体と同程度であり、断面修復を実施しても曲げ耐力 が低下しないことを確認した。荷重と中央変位との関係においては、引張側補修試 験体は無補修試験体と同様の関係を示すのに対し、圧 縮側補修試験体では引張鉄筋降伏後の中央変位が無補 修試験体の 1.7 倍程度となり、じん性が高くなること を確認した。これは、母材コンクリートよりも弾性係 数の小さい断面修復材が圧縮側にあることで、同じ圧 縮応力が作用した場合の圧縮側のひずみが大きくなり、 断面の曲率が大きくなったためと考えられる。10 |20 : 30 1 40変位(mm) 図-2 各試験体の荷重と中央変位の関係表-2 各段階における荷重および変位試驗体名項目ひび割れ 発生時引張鉄筋 降伏時最大荷 重時_232.95.4 238.2305.3 27.4297.7無補修 荷重(kN) 78.5 試験体 No.1 | 変位(mm) 0.9 引張側補修 | 荷重(kN) | 75.3 試験体 No.2 変位(mm) 0.8 圧縮側補修 | 荷重(kN) |.. 55.1 試験体 No.3 | 変位(mm) |035.827.5228|305.16.645.1300 ひび割れ発生----荷重(kN)最大荷重--鉄筋降伏--------++15 10 15 20 25 30変位(mm) (無補修試験体No.1の荷重と中央変位の関係)(無補修試験体No.1)| -ひび割れ発生 ----荷重(kN)最大荷重鉄筋降伏、(引張側補修試験体No.2)1 5 10 15 20 25 30変位(mm) (引張側補修試験体No.2 の荷重と中央変位の関係)ひび割れ発生 ------t(-M)最大荷重1!鉄筋降伏11 ---{10_ 5_ 10_1520 25 30 35404550変位(mm) (圧縮側補修試験体No.3 の荷重と中央変位の関係)(圧縮側補修試験体No.3) 写真-2 各試験体の最終破壊状況3613.3]3.3 各試験体における付着面の状況曲げ載荷終了後、引張側補修試験体および圧縮側補 修試験体で、変位量が最も大きいスパン中央部におい て、母材コンクリートと断面修復材との付着面からコ アを採取し、付着面の状況を確認した。その結果、両 試験体とも写真-3 に示すとおり剥離等は認められず、 母材コンクリートと断面修復材は一体として挙動した。3.3 各試験体における付着面の状況3)引張側補修試験体および圧縮側補修試験体とも付着 -- 曲げ載荷終了後、引張側補修試験体および圧縮側補 面の剥離等は認められず、母材コンクリートと断面 修試験体で、変位量が最も大きいスパン中央部におい 修復材は一体として挙動した。 て、母材コンクリートと断面修復材との付着面からコ アを採取し、付着面の状況を確認した。その結果、両 今回の検討では、断面修復工法の有効性を曲げ耐力 試験体とも写真-3 に示すとおり剥離等は認められず、 試験により確認することができ、鉄筋コンクリート構 母材コンクリートと断面修復材は一体として挙動した。 造物の保守管理に資する成果が得られた。今後は、せん断破壊先行型の破壊形態を示す構造物に対しても、 断面修復後の耐力を確認するため、断面修復後のせん断耐力について検討していく予定である。 断耐力について検討していく予定である。付着面参考文献断面修復材[1] 土木学会. コンクリート標準示方書[維持管理編].2007, p.119. [2] 土木学会. コンクリートライブラリー123. 吹付けコンクリート指針(案) [補修・補強編]. 2005, p.279. 加藤絵万、堤 知明、岩波光保、山内 浩、山路 徹、横田 浩. 港湾空港技術資料, 海洋環境下の鉄 筋コンクリート構造物に対する補修効果の定量評 価手法の構築に関する検討. No.1133,2006, p.1-12.(引張側補修試験体No.2)断面修復材断面修復材付着面(圧縮側補修試験体No.3)(は箱側袖修試験体No.3)写真-3 スパン中央における付着面の状況4.結論1)引張側補修試験体および圧縮側補修試験体の最大荷 重は、無補修試験体と同程度であり、断面修復を実 施しても曲げ耐力が低下しないことを確認した。 2)引張側補修試験体は無補修試験体と同様の荷重と変 1位の関係を示すのに対して、圧縮側補修試験体では鉄筋降伏後の中央変位が無補修試験体の 17 倍程度 となり、じん性が高くなることを確認した。3)引張側補修試験体および圧縮側補修試験体と 面の剥離等は認められず、母材コンクリート 修復材は一体として挙動した。 今回の検討では、断面修復工法の有効性を曲げ 試験により確認することができ、鉄筋コンクリー 造物の保守管理に資する成果が得られた。今後は ん断破壊先行型の破壊形態を示す構造物に対して、 断面修復後の耐力を確認するため、断面修復後の 断耐力について検討していく予定である。 土木学会. コンクリート標準示方書[維持管理編]. 2007, p.119.1 土木学会. コンクリートライブラリー123. 吹付け コンクリート指針(案) [補修・補強編].2005, p.279 加藤絵万、堤 知明、岩波光保、山内 浩、山路 徹、横田 浩. 港湾空港技術資料, 海洋環境下の鉄 筋コンクリート構造物に対する補修効果の定量評- 362 -“ “?コンクリート構造物における断面修復工法の有効性に関する検討“ “永山 一朗,Ichiro NAGAYAMA,光川 健,Ken MITSUKAWA