第 6 回複合構造の活用に関するシンポジウム
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（47）コンクリートの面的補修工法「パーマコ ート工法」による複合構造の活用
野田 健二 1 ・松本 由美子 1 ・和田 直也1
1正会員 株式会社竹中土木 技術本部 （〒136-8570 東京都江東区新砂一丁目1-1）
E-mail: noda-k@ takenaka-doboku.co.jp [email protected] wada-n@ takenaka-doboku.co.jp
コンクリートの補修工法として，紫外線で硬化する樹脂を用いたFRPシートによるコンクリートの面的 補修工法「パーマコート工法」を開発してきた．要素試験として，紫外線硬化型FRPシートを貼り付けた コンクリートの複合材料を用いて，付着試験，押抜き試験，圧縮試験及び曲げ試験を実施した．また，ト ンネル覆工を模擬したコンクリートにおいて紫外線硬化型FRPシートを貼り付け，実験的に押抜き試験を 実施した。その結果，紫外線硬化型FRPシートが，効率良く・品質良くコンクリートの剥落を防止するこ とを確認した．そして，塩害や中性化など劣化因子の侵入防止を目的として，実構造物に紫外線硬化型 FRPシートを活用した．
Key Words : UV-cure FRP sheet , bond strength, punching shear strength,Prevention of exfoliation
1. はじめに
近年，コンクリートの剥落防止工法として様々な繊維 シートを用いた補修技術が開発されている．しかし，ト ンネルなど供用中のコンクリート構造物の補修工事にお いては，短期間での施工が求められており，その施工性 が課題となっている．
そこで筆者らは，短期間での施工が可能な紫外線で硬 化する樹脂を用いたFRPシートによるコンクリートの面 的補修工法「パーマコート工法」を開発してきた．
本報告では，紫外線硬化型FRPシートとコンクリート との複合材料について，各種の試験結果および実構造物 への活用事例を紹介する．
2. 工法の概要 (1) シート材料
パーマコート工法に用いる紫外線硬化型FRPシートの 構成を図-1に示す．FRPシートは，ガラス繊維マットに 紫外線硬化樹脂を含浸させた構成になっており，太陽光 や紫外線ランプ等によって紫外線を照射させることで，
硬化し強度発現する．
専用の紫外線照射装置を用いた場合，直接太陽光が当 たらない場所においても，紫外線硬化型FRPシートを10
〜15m2 /時間の速度で品質良く硬化させることができる
ことを確認している1)．試験に用いた紫外線硬化型FRP シートの仕様を表-1に示す．また，紫外線硬化後のFRP シートの物性を表-2に示す．
図-1 紫外線硬化型FRPシートの構成
表-1 紫外線硬化型FRPシートの仕様
項 目 仕 様
樹脂の種類 エポキシアクリレート 繊維量 450g/m2 厚 さ 1〜1.5mm 重 量 平均1.5kg/m2
47−2 (2) 施工手順
パーマコート工法の施工手順を図-2に示す．下地処理 は，コンクリートの接着面を健全にするために行い，デ ィスクサンダー等を用いてケレンする．紫外線で硬化さ せる前のFRPシートは軟らかく，所定の寸法に裁断して 接着させる．紫外線を照射して硬化させた後，保護フィ ルムをはがして完了となる．
(3) パーマコート工法の特徴
パーマコート工法の特徴を以下に示す．
a) 紫外線硬化型シートの特徴
FRPシートの単位重量は約1.6g/cm3と鉄の約1/5であり，
引張強度は100 N/mm2である。FRPシートの厚みは1.5mm 程度であり，補修後の構造物の断面増加がほとんどない．
太陽光など紫外線で硬化するため，硬化に対する外気温 の影響が少ない．FRPシート材料が透明なため，補修後 のひび割れ観察や変状の有無を簡単に確認できる（写 真-1紫外線硬化型FRPシートの外観 参照）．
b) 施工性の特徴
接着樹脂を含浸したFRPシートであり，何段階もの接 着工程を省略でき，簡単に施工できる．専用の紫外線照 射機械を用いることにより，紫外線量が少ない場所にお いても短時間に品質良く硬化できる．材料が軽量で可搬 性に優れ，狭い場所での作業にも適する．FRPシートは 自由に切断でき，複雑な構造物形状にも柔軟に対応でき る．施工中，接着樹脂から揮発するVOC飛散量を保護 フィルムにより抑制できる．
c) 耐久性，耐食性
樹脂とガラス繊維で補修し，腐食や劣化に対して安定 している．材料の耐久性は耐候性試験により約10年以上 であり，表面被覆によりコンクリート構造物を保護する．
3. 要素試験 (1) 付着試験 a) 試験方法
コンクリートへの付着強度を確かめるために，コンク リート平板（300×300mm，t=50mm）に紫外線硬化型 FRPシートを貼付し，FRPシートを硬化させた後，JIS
A6909「建築用仕上げ塗り材」に準拠した方法で付着試
験を行った．使用したコンクリート平板の配合を表-3に，
コンクリートの圧縮試験結果を表-4に示す．試験数量は ５箇所とした．試験は，公的機関（建材試験センター）
に依頼し実施した．試験状況を写真-2に示す．
表-3 コンクリートの配合
表-2 紫外線硬化型FRPシートの物性
①下地処理（ケレン、プライマなど）
②シートの粘着面を貼付
③紫外線を照射して硬化
④保護フィルムをはがして完了
図-2 パーマコート工法施工手順
写真-1 紫外線硬化型FRPシートの外観
水セメン
ト比 細骨材率 空気量
％ ％ ％ セメント 水 細骨材 粗骨材 混和剤
49.3 46.3 4.5 371 183 792 936 3.71 単位量 kg/m3
曲げ強さ ※1 MPa 186 曲げ弾性率 ※1 GPa 7.8 引張強さ ※2 MPa 100 引張弾性率 ※2 GPa 6.2
引張伸び率 ※2 % 1.8
※1 JIS K 7055Aに準拠
※2 JIS K 7054B-1に準拠
項目 単位 代表値物性値
− 写真-2 付着試験状況
b) 試験結果
紫外線硬化型FRPシートの付着試験結果を表-5に,破壊 状況を写真-3に示す．この結果，５箇所全てにおいてコ ンクリート平板の母材破壊であった．
また，実施工を想定して，コンクリート表面に凹凸を つけた供試体に対しての付着試験も実施している2)．
(2) 押抜き試験 a) 試験方法
紫外線硬化型FRPシートの耐荷性能と変形性能を確か め る た め に ， コ ン ク リ ー ト 平 板 （600×400mm， t=60mm）を用いて押抜き試験を行った．コンクリート
平板は，JIS A 5372（プレキャスト鉄筋コンクリート製
品）に規定する上ぶた式U形側溝（ふた）の１種呼び名 300（以下，U形ふた）を用いた．試験体の作製にあた り，U形ふたの中央部をφ100mmの形状で裏面よりコン クリート用カッタで，5mm残しの深さで削孔した．その 表面にプライマーを塗布した後，紫外線硬化型FRPシー トを貼り付けた．
載荷方法は，まず1mm/minの速度でU形ふたが破壊す るまで載荷し，その後，5 mm/minの速度で行った．押抜 き試験状況を写真-4に示す．
b) 試験結果
押抜き試験結果として，図-3に載荷荷重と変位のグラ フを示す．また，紫外線硬化型FRPシートの変形状況を 写真-5に示す．この結果，紫外線硬化型FRPシートの最 大押抜き荷重は，U形ふたの5mm残しのコンクリート部 分が破壊する初期に現れ，4.5kN以上であった．その後 荷重は，変位10mmを超えてから2.96kNのピーク値を示 し，FRPシートの剥離がコンクリート平板の端部に達し た後，荷重が急激に低下した．
表-5 付着試験結果
写真-3 付着試験状況
写真-4 押抜き試験状況
写真-5 押抜き試験状況
図-3 押抜き試験結果
測定値 平均 測定値 平均
1 42.3 33.3
2 41.9 33.8
3 42.2 39.2
42.1 35.4
圧縮強度 N/mm2
静弾性係数 kN/mm2
番号 試験体番号 最大引張荷重
N
付着強さ
N/mm2 破断状況
1 5,130 3.2 母材破壊
2 6,890 4.3 母材破壊
3 6,020 3.8 母材破壊
4 5,810 3.6 母材破壊
5 6,620 4.1 母材破壊
平均 - 3.8 -
荷 重 ( N)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
0 5 10 15 20
変位(mm)
表-4 コンクリートの圧縮強度結果
− (3) 圧縮試験
a) 試験方法
紫外線硬化型FRPシートによる，圧縮強度への補強効 果を確認するために，図-4のように円柱の供試体の表面 にFRPシートを貼った試験体において圧縮強度試験を行 った．FRPシートは供試体側面に全周全面に巻きとした．
供試体の実験水準を表-6に示す．
b) 試験結果
供試体の圧縮試験結果を図-5に示す．この結果，紫外 線硬化型FRPシートを１層貼った場合は，1.15倍程度圧 縮強度が増加し，２層貼った場合は1.5倍以上の強度増 加が確認できた．
圧縮試験終了後の供試体の破壊状態は，円柱形の内部 のコンクリートが，膨張破壊しておりコンクリートのひ び割れに沿った部分でFRPシートが引張破断していた．
また，FRPシートの重ね合せ部では破断しておらず一体 化していた．
(4) 曲げ試験 a) 試験方法
紫外線硬化型FRPシートによる，曲げ強度への補強効 果を確認するために，図-6のように角柱の供試体の表面 にFRPシートを貼った試験体において曲げ強度試験を行 った．FRPシートは下面全面に貼り付け．使用したコン クリート角柱供試体の配合は円柱供試体と同配合である。
供試体の種類を表-7に示す．
b) 試験結果
供試体の曲げ試験結果を図-7に示す．この結果，紫外 線硬化型FRPシートを１層貼った場合は，1.2倍程度曲げ 強度が増加し，２層貼った場合は1.4倍以上の強度増加 を確認できた．
曲げ試験終了後の供試体の破壊状態は，角柱の下部の コンクリートが，引張破壊しておりコンクリートのひび 割れに沿った部分でFRPシートが破断していた．
4. 押抜き模型試験
(1) 模型概要
1999年に礼文浜トンネルで発生した押抜きによる剥落
コンクリート塊を模擬して，円錐形の模型供試体を設置 した模擬トンネルを製作した（写真-6）．模擬トンネル の寸法を表-8に，円錐模型供試体の大きさを表-9示す．
供試体は，直径1m程度の円錐形で，厚さは最大20cm 程度である．供試体重量は230kgであり，模擬トンネル のクラウン部に剥落しないよう補強ロッドで固定して設 置している．円錐模型供試体の写真を写真-7に示す．
図-4 圧縮供試体
表-6 圧縮供試体実験水準 供試体
No
供試体寸法 (mm)
貼付
状況 水準 １ φ100×200 全周 シートなし ２ φ100×200 全周 シート１層 ３ φ100×200 全周 シート２層
図-5 圧縮試験結果
図-6 曲げ供試体
表-7 曲げ供試体実験水準 供試体
No
供試体寸法 (mm)
貼付
状況 水準 １ 100×100×400 下面 シートなし ２ 100×100×400 下面 シート１層 ３ 100×100×400 下面 シート２層
図-7 曲げ試験結果
200
ＦＲＰシート
200
ＦＲＰシート
15 20 25 30 35 40
シート接着なし シート接着（１層） シート接着（２層）
圧縮強度(N/mm2) 円柱（全面貼り）
0 1 2 3 4 5
シート接着なし シート接着（１層） シート接着（２層）
曲げ強度(N/mm2 )
圧縮強度用供試体 φ100×200mm
− 表-8 模擬トンネル寸法 表-9 模型供試体
(2) 試験方法
試験は，円錐形の模型供試体をパーマコート工法で 補修した後，覆工背面から荷重を加えて，載荷荷重と変 位およびFRPシートの剥離周長を計測して行った．補修 範囲はコンクリート塊の端部よりも250mm以上大きくな るように1500×1500(mm)のFRPシートを貼り付けた．押 抜き実験の供試体断面図を図-8に示す．
(3) 試験結果
押抜き試験の載荷荷重と変位のグラフを図-9に示す．
この結果，コンクリート塊の自重では，FRPシートは剥 離しなかった．自重と載荷荷重を合わせて4.06kNに達し たときに，FRPシートの剥離が始まった．剥離初期の周 長は約3.4mであった．
その後，円錐供試体の自重によって剥離が進行し，垂 直変位が増加するとともに荷重は低下した．更に剥離面 積は増加し，剥離周長が長くなっていき，剥離がFRPシ ート貼り付け端部に達した．押抜き試験後の剥離状況を 写真-8に示す．剥離の進行方向は,トンネル軸方向が周方 向に比較して早かった．この方向性についてはトンネル 周方向の曲率の影響であると考えられ,既往の研究3) と 同様の結果となった.
5. 施工事例
塩害や中性化など劣化因子の侵入防止を目的として，
実構造物に紫外線硬化型FRPシートを適用した．施工場 所は長野県で，道路橋梁のコンクリート床版に施工した．
施工時期は，2004年7月で，施工数量は約160m2であった．
紫外線硬化型FRPシートを施工した箇所の模式図を図-10 に，施工後の外観を写真-9，写真-10に示す．紫外線硬化 型FRPシートの施工後においてもコンクリート表面を観 察できることを確認した．
図-10 施工箇所の模式図
形状 円錐形 直径 1000(mm) 最大厚さ 200(mm)
重量 230(kg) 覆工厚 500(mm)
曲率半径 2500(mm) 延長 9000(mm)
写真-6 模擬トンネル
写真-7 円錐模型供試体
図-8 供試体断面図
図-9 押抜き試験結果
写真-8 剥離状況
ひずみ計 変位計
ジャッキ ロードセル
反力鋼材
紫外線硬化型FRPシート ひずみ計
変位計 ジャッキ ロードセル
反力鋼材
紫外線硬化型FRPシート
0 1 2 3 4 5
0 5 10 15 20
垂直変位(mm)
荷重(kN)
3000 4000 5000
周長(mm)
荷重 周長 4.06kN
3417mm 剥離開始
紫外線硬化型 FRP シート
円錐模型供試体
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6. おわりに
パーマコート工法は，構造物の目的に応じて幅広い用 途が考えられる．例えば，施工事例にも挙げた橋梁床版
（図-11）や押抜き模型試験のようなトンネル覆工コン クリートの剥落防止（図-12）など，第三者災害を防止 できるものと考えている．また，剥落防止のみならず中 性化や塩害など劣化因子の侵入防止など表面被覆による 効果もあり，コンクリート構造物の耐久性の向上にも寄 与する．
図-11 橋梁への活用例
図-12 トンネルへの活用例
参考文献
1) 和田 直也，松本 由美子：紫外線硬化型 FRPシートによ
る補修工法の付着性に関する実験的研究，コンクリート工 学年次論文集，Vol. 27，No.1，pp. 1909-1914，2005.6
2) 白武 寿和 ・ 松本 由美子 ・ 和田 直也：補修工法における紫
外線硬化型FRPシートの付着強度に関する実験 , 土木学会年 次学術講演会講演論文集 , 第60回 , No.6-171 , pp. 341-342 , 2005.9 3) 小島 芳之，吉川 和行 他：繊維シート接着工によるトン
ネル覆工コンクリートの剥落対策設計法，土木学会論文集，
No.756，Ⅵ-62，pp. 101-116，2004.3
4) 井戸 功誠，友清 剛：新材料を用いたコンクリート構造物 の補修方法に関する性能評価試験，コンクリート工学年次 論文集，Vol. 25，No.1，pp. 1571-1576，2003.6
5)トンネル安全対策工法研究会,FRP によるトンネル覆工剥落対 策マニュアル,山海堂
APPLICATION OF UV-CURE FRP SHEET FOR COMPOSITE STRUCTURE Kenji NODA, Yumiko MATSUMOTO, and Naoya WADA
We have been developing a repair method of construction "permanent coat method of construction" of concrete with UV-cure FRP sheet.
As composite material of concrete which is used UV-cure FRP sheet, we experimented on bond strength, punching shear strength, compression strength, and bending strength. In addition, we used UV- cure FRP sheet in tunnel concrete. As a result, we confirmed that UV-cure FRP sheet can prevented exfoliation of concrete. And we applied UV-cure FRP sheet to concrete structure.
写真-9 施工橋梁の遠景
写真-10 橋梁床版の近景
