The Bulletin of Institute of Technologists, No. 2 4 Cement Fine aggregate Coarse aggregate Chemical admixture Table 1 Row materials of concrete Ordina

42 ひび 割 れにエポキシ 樹 脂 を 注 入 したコンクリートの 圧 縮 強 度 および 引 張 強 度 特 性 に 関 する 研 究 論 文 Article ひび 割 れにエポキシ 樹 脂 を 注 入 したコンクリートの 圧 縮 強 度 および 引 張 強 度 特 性 に 関 する 研 究 原 稿 受 付 2011 年 4 月 5 日 ものつくり 大 学 紀 要 第 2 号 (2011) 42~47 後 藤 正 明 *1, 土 田 祥 彬 *1, 澤 本 武 博 *2 *, 地 頭 薗 博 *1 ものつくり 大 学 大 学 院 ものつくり 学 研 究 科 大 学 院 生 *2 ものつくり 大 学 技 能 工 芸 学 部 建 設 学 科 * ダイヤリフォーム 株 式 会 社 A Study on Compressive and Tensile Strength of Concrete Repaired Crack by Injecting Epoxy Resins Masaaki GOTO *1, Yoshiaki TSUCHIDA *1, Takehiro SAWAMOTO *2 and Hiroshi JITOZONO * *1 Graduate student. Graduate school of Technologists, Institute of Technologists *2 Dept. of Building Technologists, Institute of Technologists * DIAREFORM Co. Ltd. Abstract In general, concrete is repaired with injecting repair materials when the concrete crack is 0.2mm or more. The flexural of concrete which includes the concrete crack repaired with injection has been tested to confirm the effect until now. However the axial has been hardly tested. In this study, the compressive and the tensile of concrete which repaired crack by injecting epoxy resins were investigated. As a result, the compressive of concrete repaired crack whose width was from 0.2mm to 1.0mm was higher than non-defective concrete up to nominal. Furthermore, the tensile was more effective than compressive by injecting epoxy resins into the crack when concrete was not very high. In case of nominal 24, the tensile of specimen which repaired crack increased about 20% compared with the non-defective concrete specimen. In case of nominal 60, the compressive and tensile of concrete which repaired crack was the same as that of the non-defective concrete. The method using the cylindrical specimens (φ100mm by 200mm) with controlled crack width can be more effective to examine the axial. Key Words : Concrete, Repair, Epoxy resins, Injection, Crack, Strength, Elastic modulus of elasticity 5.はじめに コンクリートに 発 生 したひび 割 れの 補 修 方 法 に は, 微 細 なひび 割 れを 補 修 するひび 割 れ 被 覆 工 法, 主 として 幅 0.2mm を 超 えるひび 割 れに, 有 機 系 または 無 機 系 の 補 修 材 料 を 注 入 する 注 入 工 法, 0.5mm 以 上 の 比 較 的 大 きなひび 割 れや, 動 きのあ るひび 割 れに 対 する 充 填 工 法 が 代 表 的 であり,そ の 中 で 最 も 多 く 採 用 されている 補 修 工 法 は 注 入 工 法 である 1,2). 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 およびポリマーセメント 系 の 材 料 を 使 用 し, 有 機 系 では,エポキシ 樹 脂 やアク リル 樹 脂 などの 材 料 が 使 用 されているが, 最 も 多 く 採 用 されている 材 料 はエポキシ 樹 脂 である. 既 往 の 研 究 より, 無 機 系 補 修 材 料 と 比 較 して,エポ

The Bulletin of Institute of Technologists, No. 2 4 Cement Fine aggregate Coarse aggregate Chemical admixture Table 1 Row materials of concrete Ordinary portland cement (Density :.16g/cm ) Sand (Density under saturated surface-dry condition : 2.61g/cm, Fineness modules : 2.75) Crushed stone (Maximum size of coarse aggregate : 20mm, Density under saturated surface-dry condition : 2.64g/cm, Peroentage of solid volume : 59.0%) Crushed lime stone (Maximum size of coarse aggregate : 20mm, Density under saturated surface-dry condition : 2.70g/cm, Peroentage of solid volume : 60.0%) Water-reducing and air-entraining admixture High-range water-reducing and air-entraining admixture Nominal Table Number of test pieces Number of test pieces Crack width Compressive Tensile (mm) Base 12 12 0.2 12 12 24 0.4 12-1.0 12 Base 12 12 0.2 12 12 0.4 12 12 1.0 12 12 Base 12 12 0.2 12 12 60 0.4 12-1.0 12 Total 144 96 Table 2 Mix proportions and test results Unit content (kg/m ) Test result Slump or Air Compressive Nominal W/C s/a Slump or Air slump flow content (%) (%) W C S G Ad slump flow content (cm) (%) at 28 days (cm) (%) (N/mm 2 ) 24 58.5 48.5 181 10 856 919 *1.720 * 18.5.0 29.7 18±2.5 42.0 46.1 4.5±1.5 170 5 791 95 *1.6 *4 17.5 4.5 61. 60 1.0 48.4 60±10 170 549 77 851 *2 7.686 *4 52.5 4.8 78. *1 : Crushed stone *2 : Chushed lime stone * : Water-reducing and air-entraining admixture *4 : High-range water-reducing and air-entraining admixture キシ 樹 脂 の 方 が, 補 修 効 果 が 高 いと 言 われている )が,その 効 果 の 研 究 は 曲 げ 強 度 試 験 によって 行 われるのが 一 般 的 であり, 圧 縮 強 度 のような 軸 力 についての 検 討 や, 引 張 強 度 について 実 験 を 行 っ た 例 はほとんどない. 本 研 究 では,コンクリートの 強 度 およびひび 割 れ 幅 を 変 化 させた 試 験 体 に 対 して, 自 動 式 低 圧 エ ポキシ 樹 脂 注 入 工 法 ( 以 下, 低 圧 工 法 と 略 記 )で 補 修 した 場 合 の 圧 縮 強 度, 割 裂 引 張 強 度 および 静 弾 性 係 数 について 検 討 を 行 った. 6. 実 験 概 要 6.1 コンクリートの 配 合 および 試 験 水 準 使 用 した 材 料 を 表 1 に 示 す.セメントは 普 通 ポ ルトランドセメントを 使 用 し, 細 骨 材 には 栃 木 県 栃 木 市 尻 内 町 産 陸 砂 を, 粗 骨 材 には 栃 木 県 栃 木 市 尻 内 町 産 砕 石, 呼 び 強 度 60 の 場 合 には 栃 木 県 佐 野 市 会 沢 町 産 石 灰 岩 砕 石 を 用 いた.また 化 学 混 和 剤 には,AE 減 水 剤 および 高 性 能 AE 減 水 剤 を 用 いた. コンクリートの 配 合,フレッシュ 性 状 および 材 齢 28 日 における 標 準 養 生 供 試 体 の 圧 縮 強 度 を 表 2 に 示 す. 今 回 の 実 験 では, 呼 び 強 度 が 24, および 60 ( 以 下,SL24,SL,SL60 と 略 記 )のレディー ミクストコンクリートを 用 いて 作 製 した 供 試 体 に, ひび 割 れ 幅 が 0.2,0.4,1.0mm となるような 模 擬 ひび 割 れを 作 製 し,その 後 ひび 割 れ 箇 所 にエポキ シ 樹 脂 を 低 圧 注 入 して 補 修 した. 試 験 水 準 および

44 ひび 割 れにエポキシ 樹 脂 を 注 入 したコンクリートの 圧 縮 強 度 および 引 張 強 度 特 性 に 関 する 研 究 作 製 した 試 験 体 の 本 数 は 表 に 示 すように, 各 水 準 それぞれ 12 本 ずつ 試 験 体 を 作 製 した.なお, 割 裂 引 張 強 度 試 験 では,SL の 場 合 のみ,0.2, 0.4,1.0mm のひび 割 れ 幅 の 試 験 体 を 作 製 した. また, 比 較 用 にひび 割 れ 補 修 した 試 験 体 と 同 一 養 生 のひび 割 れのない 試 験 体 ( 以 下,ベースと 略 記 ) も 作 製 した. 6.2 試 験 体 の 作 製 方 法 6.2.1 供 試 体 の 作 製 および 養 生 方 法 供 試 体 は, 各 配 合 とも φ100mm 200mm の 円 柱 とし, 材 齢 7 日 で 脱 型 後, 材 齢 28 日 まで, 温 度 20, 相 対 湿 度 60%の 環 境 下 で 気 中 養 生 を 行 った. 供 試 体 の 作 製 方 法 は JIS A 112 に 準 じて 行 った.な お, 本 研 究 では, 模 擬 ひび 割 れを 作 製 する 前 のも のを 供 試 体, 補 修 したものを 試 験 体 (ベースも 含 む)と 呼 ぶこととした. 6.2.2 供 試 体 の 割 裂 模 擬 ひび 割 れを 作 製 するため, 図 1 に 示 すように, 圧 縮 試 験 機 の 加 圧 板 に 三 角 エッジを 取 り 付 けて 加 圧 し, 加 圧 箇 所 以 外 の 部 分 に 荷 重 が 分 散 しないように 配 慮 して 供 試 体 を 割 裂 した. 6.2. 模 擬 ひび 割 れ 試 験 体 の 作 製 方 法 割 裂 した 供 試 体 を, 結 束 バンドを 用 いて 所 定 のひび 割 れ 幅 となるように 締 め 付 けた. 締 め 付 け 位 置 は, 上 端, 下 端 より 0mm ほど 離 した 位 置 とした. 結 束 バンドの 締 め 付 け 位 置 のみ, 予 めシーリングを 施 しておき,クラックスケールで 確 認 しながら 所 定 のひび 割 れ 幅 になるように 締 め 付 けた. 次 に, 注 入 器 具 を 上 端 面 に 取 り 付 け, 残 りのひび 割 れ 箇 所 はすべてシール 材 でシーリングを 施 した. 作 製 時 の 状 況 を 図 2 に 示 す. 6.2.4 エポキシ 樹 脂 の 注 入 方 法 エポキシ 樹 脂 の 注 入 には,グリスポンプを 使 用 した. 使 用 したエポキシ 樹 脂 は,JIS A 6024(2008) 建 築 補 修 用 注 入 エポキシ 樹 脂 に 適 合 した 硬 質 形 で 低 粘 度 形 の 一 般 用 を 用 いた. 注 入 は 予 め 計 算 してお いた 注 入 量 を 目 安 に, 注 入 器 具 が 白 く 変 色 するま で 注 入 を 行 った. 作 業 時 の 状 況 を 図 に 示 す. 6.2.5 エポキシ 樹 脂 注 入 後 の 作 業 方 法 エ ポキシ 樹 脂 注 入 後 7 日 経 過 した 後, 注 入 器 具,シ ール 材, 結 束 バンドを 取 り 外 し, 試 験 体 上 面 およ び 下 面 の 研 磨 を 行 った.そして, 圧 縮 強 度 および Fig. 1 Method of splitting specimens Fig. 2 Control of crack width and preparation of injecting epoxy resins Fig. Injection of epoxy resins into concrete cracks Crack Fig. 4 Compressive test Crack Fig. 5 Splitting tensile test 割 裂 引 張 強 度 試 験 を 行 う 材 齢 ヶ 月 まで, 試 験 室 内 に 保 管 した.

The Bulletin of Institute of Technologists, No. 2 70 S L 24 S L Compressive (N/mm 2 ) 5 0 Compressive (N/mm 2 ) 65 60 55 50 Compressive (N/mm 2 ) 20 90 85 80 75 70 S L 60 Coefficient of variation(%) 12.0 Compressive SL 24 SL SL 60 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 65 0.0 Base 0.2 0.4 1.0 Fig. 6 Effect of crack width on compressive of concrete repaired crack 50 S L 24 S L Elastic modulus of elasticity(kn/mm 2 ) 5 0 20 Elastic modulus of elasticity(kn/mm 2 ) 5 0 Elastic modulus of elasticity(kn/mm 2 ) 15 50 5 0 S L 60 Coefficient of variation(%) 12.0 Elastic modulus SL 24 SL SL 60 of elasticity 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 Base 0.2 0.4 1.0 Fig. 7 Effect of crack width on elastic modulus of elasticity of concrete repaired crack 6.2.6 圧 縮 強 度 および 静 弾 性 係 数 試 験 試 験 体 の 圧 縮 強 度 および 静 弾 性 係 数 試 験 は,それぞ れ JIS A 1108 および JIS A 1149 に 準 じて 行 った. 試 験 時 の 状 況 を 図 4 に 示 す.

46 ひび 割 れにエポキシ 樹 脂 を 注 入 したコンクリートの 圧 縮 強 度 および 引 張 強 度 特 性 に 関 する 研 究 5 6 S L 24 S L 4 5 Tensile (N/mm 2 ) 2 1 Tensile (N/mm 2 ) 4 2 Tensile (N/mm 2 ) 0 0 Base1 20.2 6 S L 60 5 4 2 Coefficient of variation(%) 1 18.0 Tensile SL 24 SL SL 60 15.0 12.0 9.0 6.0.0 1 0 Base1 20.2 0.0 Base 0.2 0.4 1.0 Fig. 8 Effect of crack width on splitting tensile of concrete repaired crack 6.2.7 割 裂 引 張 強 度 試 験 割 裂 引 張 強 度 試 験 は, 図 5 に 示 すように,ひび 割 れ 補 修 を 行 った 箇 所 に 荷 重 を 載 荷 し, 試 験 方 法 は JIS A 111 に 準 じた. 7. 実 験 結 果 および 考 察 7.1 圧 縮 強 度 試 験 結 果 圧 縮 強 度 試 験 結 果 を 図 6 に 示 す. 補 修 後 の 試 験 体 の 圧 縮 強 度 の 平 均 値 は,SL24 および SL の 場 合,ベースよりも 高 い 強 度 を 示 し,エポキシ 樹 脂 による 若 干 の 強 度 増 加 が 見 受 けられた.SL60 のように,75N/mm 2 程 度 の 強 度 レベルでもベー スと 同 程 度 の 強 度 を 示 した.これは,エポキシ 樹 脂 がセメントペーストよりも 強 度 が 大 きいこと, 低 圧 工 法 によってひび 割 れ 界 面 の 微 細 なひび 割 れ までエポキシ 樹 脂 が 充 填 され,ひび 割 れ 部 が 強 固 となったことが 原 因 と 考 えられる. 最 大 値 最 小 値 の 差 は, 呼 び 強 度 が 高 くなるほど,また,ひび 割 れ 幅 が 広 くなるほど 増 大 する 傾 向 にあった. 変 動 係 数 も,ひび 割 れ 幅 が 広 くなるほど 大 きくなる 傾 向 が 認 められるものの, 概 ね 5% 未 満 であった. 7.2 静 弾 性 係 数 試 験 結 果 静 弾 性 係 数 試 験 結 果 を 図 7 に 示 す. 静 弾 性 係 数 の 平 均 値 は, 呼 び 強 度,またひび 割 れ 幅 に 関 係 な くベースとほぼ 同 程 度 であった.SL24 および SL において,ひび 割 れ 部 を 低 圧 工 法 で 補 修 す ることによって 圧 縮 強 度 は 大 きくなったが, 静 弾 性 係 数 はベースと 同 程 度 となった.これは, 静 弾 性 係 数 がコンクリートの 弾 性 範 囲 内 で 測 定 するた め,エポキシ 樹 脂 の 補 修 効 果 が 弾 性 範 囲 を 超 えて から 現 れ 始 めるためと 考 えられる. 最 大 値 最 小 値 の 差 も, 平 均 値 と 同 様 にベースと 同 程 度 であっ た. 変 動 係 数 に 関 しては,ひび 割 れ 幅 の 変 化 によ る 増 加 は 見 受 けられなかった. 7. 割 裂 引 張 強 度 試 験 結 果 割 裂 引 張 強 度 試 験 結 果 を 図 8 に 示 す.SL24 の 場 合,0.2mm のひび 割 れを 低 圧 工 法 で 補 修 すること によって,20% 程 度 割 裂 引 張 強 度 が 増 加 した.SL の 場 合, 補 修 した 試 験 体 の 割 裂 引 張 強 度 の 平 均 値 は,ベースよりも 高 い 強 度 を 示 したが, 最 大 値 最 小 値 の 範 囲 は,ひび 割 れ 幅 が 大 きくなるほど 若 干 広 く,また 変 動 係 数 も 大 きくなる 傾 向 にあった. SL60 の 場 合 は,ひび 割 れ 幅 が 0.2mm のみではあ

The Bulletin of Institute of Technologists, No. 2 47 るが, 割 裂 引 張 強 度 の 平 均 値 はベースと 同 程 度 で あった.これらのことは,エポキシ 樹 脂 を 用 いて ひび 割 れを 低 圧 工 法 で 補 修 することによって,ひ び 割 れ 周 辺 部 の 脆 弱 部 にもエポキシ 樹 脂 が 充 填 さ れることによって,ベースと 同 程 度 以 上 の 強 度 が 得 られたものと 思 われる.また,その 傾 向 は 強 度 レベルが 低 い 方 が 顕 著 であった. 8.まとめ 模 擬 ひび 割 れを 作 製 し, 低 圧 工 法 で 補 修 した 試 験 体 の 圧 縮 強 度, 割 裂 引 張 強 度 および 静 弾 性 係 数 を 検 討 した 結 果, 以 下 のことが 明 らかとなった. (1) 圧 縮 強 度 の 平 均 値 は,ひび 割 れ 幅 0.2~1.0mm の 範 囲 において,SL24 および SL ではベー スよりも 高 い 強 度 を 示 し,SL60 では 同 程 度 の 強 度 となった. (2) 圧 縮 強 度 の 最 大 値 最 小 値 の 差 は, 強 度 レベ ルが 高 くなるほど,またひび 割 れ 幅 が 大 きく なるほど 大 きくなったが, 変 動 係 数 は 概 ね 5% 未 満 であった. () 静 弾 性 係 数 の 平 均 値 は, 強 度 レベル,ひび 割 れ 幅 に 関 係 なく,ほぼそれぞれのベースと 同 程 度 の 値 となった. (4) 割 裂 引 張 強 度 の 平 均 値 は,SL24 では 補 修 後 の 方 がベースよりも 高 い 強 度 を 示 したが,SL および SL60 では 同 程 度 の 強 度 となった. (5) 今 回 実 験 を 行 ったように,φ100 200mm の 円 柱 供 試 体 を 一 度 割 裂 し, 模 擬 ひび 割 れを 作 製 した 試 験 体 を 用 いることで, 補 修 材 料 や 補 修 工 法 の 簡 易 な 評 価 方 法 として 適 用 できる 可 能 性 が 示 された. 謝 辞 本 研 究 を 行 うにあたり, 澤 本 研 究 室 の 織 茂 剛 氏, 萱 沼 了 氏, 荒 井 優 志 氏, 上 村 佑 介 氏, 西 謙 一 氏 より 多 大 な 御 協 力 を 頂 きました.ここに 記 して 深 謝 いたします. 文 献 1) 瀬 野 康 弘, 魚 本 健 人 :ひび 割 れ 注 入 補 修 における 注 入 性 状 に 及 ぼす 要 因 に 関 する 実 験 的 検 討,コンクリート 工 学 論 文 集,Vol.19,No.1,(2008) pp.11-19 2) 日 本 コンクリート 工 学 協 会 :コンクリートのひび 割 れ 調 査, 補 修 補 強 指 針 -2009-,(2009) pp.126-129 ) 森 泰 彦 :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, 東 亜 合 成 研 究 年 報,(2),(1999) pp.56-59