資 料 FPR 製 防 食 パネルを 装 着 したプレキャストコクリート 製 品 への 適 用 につ いて 柄 澤 英 明 *1 新 居 隆 *2 要 旨 : 従 来, 新 構 造 物 の 防 食 工 法 として, 現 場 で 防 食 材 を 塗 布 する 工 法 が 用 いられてきた しかし,これらの 工 法 をプレキャストコクリート 製 品 ( 以 下 PCa 製 品 )に 適 用 する 場 合, 防 食 材 養 生 による 工 期 延 伸, 施 工 後 の 防 食 材 膨 れや 剥 がれなどの 事 例 も 報 告 されていて, 品 質 や 耐 久 性 などの 問 題 も 指 摘 されている 本 資 料 では,PCa 製 品 の 耐 久 性 向 上 を 目 的 とし, FRP 製 防 食 パネルを 装 着 した PCa 複 合 製 品 について 提 案 を 行 った そして,FRP 製 防 食 パ ネルを 装 着 した 複 合 製 品 への 載 荷 試 験 を 実 施 した 結 果 FRP 製 防 食 パネルが, 従 来 から 用 いられてきた 塗 布 ライニグ 工 法 と 比 較 し, 耐 久 性 に 優 れた 性 能 を 有 することを 確 認 した キーワード: 防 食,プレキャストコクリート 製 品, 耐 久 性,FRP 製 防 食 パネル 1. はじめに 近 年 コクリート 構 造 物 の 早 期 劣 化 により, 計 耐 用 年 数 を 待 たずして 補 修 補 強 などを 必 要 とする 事 例 が 増 えている これらの 劣 化 は 周 囲 環 境 の 影 響 によることが 多 く,さまざまな 補 修 補 強 が 行 われている しかし 維 持 管 理 費 の 増 大 に 伴 い, 新 構 造 物 でも 周 囲 環 境 の 厳 しい 腐 食 環 境 下 で, 将 来 的 補 修 工 事 が 困 難 な 箇 所 で は, 新 時 から 防 食 工 法 を 施 す 方 がライフサイ クルコストを 低 く 抑 えられると 言 われている 新 構 造 物 の 防 食 工 法 としては, 従 来 から 施 工 現 場 で 防 食 材 を 塗 布 するライニグ 工 法 が 用 いられてきた しかしこれらの 工 法 を PCa 製 品 に 適 用 する 場 合, 製 品 工 場 (または 現 場 )で 防 食 材 を 塗 布 する 工 程 の 増 加, 防 食 材 養 生 による 工 期 の 延 伸,さらには 作 業 ヤード 確 保 が 困 難 な どの 問 題 もある また 施 工 後 の 防 食 材 膨 れや 剥 がれなどの 事 例 も 報 告 されていて, 品 質 や 耐 久 性 などの 問 題 も 指 摘 されている 本 資 料 では 上 記 問 題 の 解 決,および PCa 製 品 の 耐 久 性 向 上 を 目 的 とし, 工 場 製 品 である FRP 製 防 食 パネル( 以 下,FRP パネル)を 装 着 した, 鉄 筋 コクリート 製 プレキャスト 床 版 への 載 荷 試 験 を 実 施 した 結 果 を 報 告 し,その 適 用 事 例 を 示 す 2. FRP 製 防 食 パネルの 特 徴 PCa 製 品 の 防 食 性 能 向 上 を 目 的 とした FRP パ ネルは, 内 面 にあらかじめ 所 定 の 寸 法 に 切 断 加 工 された FRP パネルを 使 用 している そ のため FRP パネルを PCa 製 品 工 場 にて, 内 面 に 置 し,コクリートを 打 することで PCa 複 合 製 品 を 容 易 に 製 作 することができ,また 以 下 の 特 徴 が 挙 げられる コクリート 打 と 同 時 に 防 食 被 覆 が 行 える 製 造 工 程 に 大 幅 な 変 更 を 要 しない 防 食 被 覆 の 品 質 に 作 業 者 の 技 量 が 影 響 しない など 施 工 品 質, 耐 久 性, 経 済 性 の 利 点 がある 従 来 と 比 較 した 工 程 を 図 -1に 示 す PCa 複 合 製 品 に 装 着 する FRP パネルは,ビニ ルエステル 樹 脂 とガラス 繊 維 で 構 成 されている コクリートとの 付 着 面 には, 波 形 形 状 の 樹 脂 *1 鶴 見 コクリート( 株 ) 技 術 開 発 部 ( 正 会 員 ) *2 日 東 紡 積 ( 株 )グラスファィバー 事 業 部 門 化 成 品 営 業 部
FRP 製 防 食 パネル 鋼 防 コ 製 食 鉄 ク 蒸 パ リ か ネ 筋 気 ー ら 養 の ル 清 ト の 置 生 打 脱 掃 置 塗 布 ライニグ 工 法 パ ネ ル 目 荷 地 検 部 査 処 理 荷 コ 鋼 コ ク 製 鉄 リ ク 蒸 清 下 ラ 筋 リ か ー 気 地 イ 荷 ー ら ト 養 の 清 置 ト の 表 処 ニ 検 生 打 脱 面 掃 理 グ 査 荷 の 掃 処 理 1) 図 -1 製 造 工 程 比 較 ネットが 全 面 に 施 されており,コクリートが 樹 脂 ネットに 絡 みつくことにより,コクリー トとの 一 体 化 が 図 れる 構 造 となっている FRP パネルを 写 真 -1,2に 示 す ネット 間 隔 10mm 写 真 -1 FRP 製 防 食 パネル( 背 面 ) 3. 載 荷 試 験 3.1 試 験 概 要 FRP パネルを 装 着 した 際 の 耐 久 性 性 能 を 評 価 するにあたり, 無 装 着,FRP パネル 装 着, 現 場 塗 布 ライニグの 3 種 供 試 体 への 載 荷 試 験 を 実 施 し,その 終 局 耐 力 について 比 較 検 討 を 行 っ た 3.2 コクリートの 物 性 載 荷 試 験 に 使 用 する 各 供 試 体 に 用 いたコク リートに 対 して JIS 規 定 による 材 料 試 験 を 行 い, 圧 縮 強 度, 割 裂 引 張 強 度, 曲 げ 強 度 と 弾 性 係 数 を 求 めた コクリートの 配 合 を 表 -1に, 試 験 の 結 果 を 表 -2に 示 す 養 生 方 法 は, 打 直 後 に 62 での 蒸 気 養 生 を 3 時 間,その 後 試 験 材 齢 まで 気 中 養 生 とした また 材 料 試 験 の 供 試 体 と 載 荷 試 験 の 供 試 体 で 共 通 とし,その 材 齢 につ いては, 試 験 日 程 の 関 係 で 下 記 のようになった 表 -1 コクリートの 示 方 配 合 単 位 量 (kg/m 3 ) W C * 膨 張 材 ** 細 骨 材 粗 骨 材 減 水 剤 *** 168 522 50 757 860 6.24 水 結 合 材 比 その 他 の 数 値 細 骨 材 率 スラプ フロー 空 気 量 29.4% 46.6% 65±5cm 2.0% * 普 通 ポルトラドセメト+ 高 炉 スラグ 微 粉 末 (セメト 置 換 率 50%),**エトリガイト 系 膨 張 材, *** 減 水 剤 標 準 形 (ポリカルボ 酸 系 化 合 物 ) FRP パネル タイプ 表 -2 コクリートの 物 性 値 材 齢 [ 日 ] 圧 縮 強 度 割 裂 引 張 強 度 曲 げ 強 度 弾 性 係 数 [GPa] 樹 脂 ネット 無 装 着 16 62.1 4.88 5.16 34.0 コクリート 写 真 -2 一 体 化 の 状 況 ( 断 面 ) FRP パネ ル 装 着 FRP ライ ニグ 14 62.3 5.04 4.71 32.5 13 60.5 4.59 4.95 30.8
その 際, 同 材 齢 にて 接 着 面 法 線 方 向 の 付 着 力 試 鉄 筋 D10 験 ( 建 研 式 接 着 力 試 験 )を 実 施 した 各 試 験 体 の 付 着 力 は,FRP 装 着 で 平 均 1.94 MPa,ライ ニグ で 平 均 1.76 MPa を 確 認 し,FRP パネル 鉄 筋 D10 140 140 14 0 40 500 および FRP ライニグがコクリートと 十 分 に 30 140 400 400 400 140 30 40 接 着 していることを 確 認 した 1540 使 用 した 供 試 体 は,FRP パネル 無 装 着 のもの FRP パネル t=3mm または FRPボード FRPt= ライニグ 3mm 鉄 筋 D10 を 無 装 着,FPR パネルを 装 着 したものを FRP 装 着,FRP ライニグを 施 したものを FRP ラ 120 1300 120 30 120 150 イニグ とした 1540 3.3 FRP パネルの 物 性 本 試 験 で 使 用 した FRP パネルの 物 性 値 を ガ ラス 繊 維 強 化 プラスチックの 引 張 試 験 方 法 ;JIS K 7054-1995 に 従 って 測 定 を 行 った その 試 験 結 果 を 表 -3と 図 -2に 示 す 表 -3 FRP パネルの 物 性 引 張 強 度 弾 性 係 数 [GPa] 破 断 ひずみ [---] 104.41 4.473 0.0233 図 -3 供 試 体 の 形 状 上 させた 構 造 となっている なおライニグ については,あらかじめ 製 作 した 鉄 筋 コクリ ート 床 版 にサディグ 処 理 とビニルエステル 系 プライマーの 塗 布 を 行 い,その 後 樹 脂 とガラ ス 繊 維 シートを 2 プライ 貼 り 付 けた 樹 脂 量 と ガラス 繊 維 シートの 枚 数 は,FRP パネル 装 着 の 供 試 体 と 同 一 になるように 配 慮 し,ライニ グ 処 理 は 材 齢 7 日 で 実 施 した 各 供 試 体 は 3 枚 ずつ 作 成 し, 先 程 述 べたとおりの 蒸 気 養 生 と 気 応 力 (MPa) 120 100 80 60 40 20 中 養 生 を 行 った 3.5 試 験 方 法 試 験 方 法 は, 図 -4や 写 真 -3に 示 すような 2 点 載 荷 方 法 で 試 験 を 行 った 荷 重 の 載 荷 FRP パネル t=3mm 300 または FRPボード t=3mm ライニグ 150 0 0 0.01 0.02 0.03 ひずみ 100 スパL =1340 100 L=1540 500 図 -2 FRP パネル 引 張 時 の 応 力 ひずみ 関 係 3.4 床 版 供 試 体 載 荷 試 験 で 使 用 した, 床 版 供 試 体 の 形 状 寸 法 は, 幅 500mm, 厚 さ 150mm の 単 鉄 筋 プレキャス ト 製 供 試 体 を 使 用 した( 図 -3) 供 試 体 下 面 に, FRP パネルを 貼 り 付 けることにより, 載 荷 時 に 供 試 体 下 面 に 生 じる 引 張 力 に 対 して, 耐 力 を 向 図 -4 載 荷 条 件 3.6 試 験 結 果 と 考 察 ひび 割 れ 荷 重,および 破 壊 荷 重 の 試 験 結 果 を 表 -4 示 す ひび 割 れ 荷 重 は 鉄 筋 ゲージで 測 定 したひずみ
写 真 -3 載 荷 試 験 状 況 写 真 -4 FRP パネル 装 着 の 破 壊 状 況 表 -4 載 荷 試 験 の 結 果 タイプ ひび 割 れ 荷 破 壊 荷 重 重 [kn] [kn] 無 装 着 25.8 62.0 (1.00) (1.00) FRP パネル 装 着 48.8 (1.89) 139.8 (2.25) FRP ライニ グ 48.0 (1.86) 95.5 (1.54) にもとづき,ひずみの 急 激 な 増 加 が 生 じた 荷 重 としている なお 表 中 の 括 弧 内 の 数 値 は 無 装 着 との 比 較 値 を 示 す また FRP パネル 装 着 と FRP ライニグ の 破 壊 後 の 状 況 を 写 真 -4と 写 真 -5に 示 す 載 荷 試 験 により, 以 下 のことを 確 認 した 1) ひび 割 れ 荷 重 では 無 装 着 と 比 較 し,FRP パネル 装 着,FRP ライニグ ともに 約 1.8 倍 の 耐 力 を 得 ることができた 2) 破 壊 荷 重 では 無 装 着 と 比 較 し,FRP パネ ル 装 着 では 約 2 倍,FRP ライニグ では 約 1.5 倍 程 度 の 終 局 耐 力 があることを 確 認 で きた また,FRP パネル 装 着 と FRP ライニ グ とを 比 較 した 場 合 では,FRP パネル 装 着 の 方 が, 約 1.5 倍 程 度 の 終 局 耐 力 を 有 す ることが 確 認 できた 3) FRP パネル 装 着 供 試 体 の 破 壊 状 況 では, FRP パネルはスパ 中 央 で 破 断 していた ま 写 真 -5 FRP ライニグ の 破 壊 状 況 たコクリートとの 剥 離 部 分 は,スパ 中 央 部 付 近 にのみに 見 られた これは FRP パネル 背 面 のネットにより,FPR パネルとコクリ ートとの 付 着 性 能 が 高 くなったことにより, 供 試 体 終 局 耐 力 の 向 上 につながったと 推 測 さ れる 4) FRP ライニグ 供 試 体 の 破 壊 状 況 では, 大 きな 斜 めひび 割 れを 伴 っていることから, せん 断 破 壊 が 生 じていることが 確 認 できた またコクリートとの 剥 離 部 分 は,この 斜 め ひび 割 れ 部 を 起 点 とした, 支 点 部 全 域 で FRP ライニグ 部 分 が 剥 離 し,FRP 部 分 での 破 断 は 生 じていなかった FRP パネル 装 着 と 比 較 し,FRP パネルの 破 断 前 にコクリートと の 界 面 でライニグ 部 との 剥 離 が 生 じたため, この 様 な 破 壊 形 態 になったと 推 測 される 以 上 の 試 験 結 果 から, 従 来 から 用 いられてき
た FRP ライニグ 工 法 に 比 較 し,FRP 製 防 食 パ ネルの 方 が PCa に 適 用 する 際, 製 造 工 程 合 理 化 を 図 ることができ,より 耐 久 性 に 富 んだ PCa 複 合 製 品 への 適 用 が 可 能 であることが 分 かった なお,これらの 試 験 結 果 および 解 析 結 果 詳 細 については, 既 報 2),3),4)にて 行 っている 4. 適 用 事 例 今 回 の 試 験 で 使 用 した,FRP パネルを PCa 複 合 製 品 へ 適 用 することで,ライニグ 工 法 と 比 較 し,より 耐 久 的 な 構 造 物 を 構 築 することが 明 らかになった 今 後 はその 特 性 を 活 かし,より 多 くの 適 用 を 検 討 していきたい 例 えば 海 岸 地 域 における, 塩 害 の 影 響 を 受 ける 構 造 物 への 適 用 や, 供 用 後 の 補 修 工 事 が 困 難 な 下 水 道 施 構 造 物 への 適 用 である ここでは, 下 水 道 施 構 造 物 への 適 用 事 例 を 紹 介 する 本 事 例 は, 幹 線 道 路 の 下 に 敷 されている 合 流 式 下 水 道 幹 線 で, 供 用 開 始 から 39 年 経 過 し 腐 食 摩 耗 老 朽 化 によるコクリート 剥 離 が 著 し いため, 更 生 改 良 を 行 う 工 事 であった 既 老 朽 管 きょの 更 生 改 良 にあたっては, 部 分 的 な 開 削 で, 既 管 きょ 内 部 に 新 しい PCa 製 品 を 構 築 する 更 生 改 良 工 法 が 適 用 された その 際, 供 用 開 始 からの 経 過 年 数 に 比 較 し 既 管 き ょの 劣 化 状 況 が 激 しく,また 敷 場 所 が 幹 線 道 路 下 という 敷 状 況 から, 今 後 の 維 持 管 理 低 減 を 鑑 み, 内 面 に 防 食 性 能 の 高 い FRP 製 防 食 パネ ルを 装 着 した PCa 複 合 製 品 が 適 用 されるに 至 っ た FRP 製 防 食 パネルを 使 用 するにあたっては, 今 回 の 用 途 が 下 水 道 管 きょでの 使 用 であること から, 防 食 性 能 については 下 水 道 施 で 適 用 さ れる 防 食 被 覆 工 法 の 防 食 性 能 試 験 下 水 道 コ クリート 構 造 物 の 腐 食 抑 制 技 術 及 び 防 食 技 術 指 針 同 マニュアル 5) シートライニグ 工 法 (D2 種 )の 品 質 規 格 にもとづき, 各 種 試 験 を 行 い 防 食 性 能 の 確 認 を 行 った その 試 験 項 目 及 びその 結 果 を 表 -5に 示 す 以 上 の 試 験 などにより, 施 工 品 質 耐 久 性 経 済 性 に 優 れた FRP 製 防 食 パネルを 装 着 した PCa 複 合 製 品 を 構 築 すること ができた 更 生 改 良 前 および 劣 化 状 況 を 示 す( 写 真 -6, 7) また 更 生 改 良 後 の 状 況 を 示 す( 写 真 -8) 工 事 報 告 の 詳 細 については, 既 報 1) にて 報 告 を 行 っている 5. まとめ 本 資 料 では,プレキャストコクリート 製 品 の 耐 久 性 向 上 を 目 的 とした,FRP 製 防 食 パネル を 装 着 したプレキャストコクリート 複 合 製 品 について, 開 発 とその 適 用 事 例 の 紹 介 を 行 った 今 回 は 使 用 用 途 を 下 水 道 管 きょへ 適 用 したが, 今 後 は 他 用 途 への 適 用 ( 具 体 的 には, 海 岸 構 造 物 でのバース 床 版 部, 新 構 造 物 でのアルカリ 骨 材 反 応 対 策 ( 被 覆 による 外 的 要 因 の 遮 断 ), 酸 性 河 川 地 域 における 新 コクリート 構 造 物 へ の 表 面 被 覆,およびそれらの 地 域 での 橋 梁 ( 床 版 )など)について 検 討 していきたい 表 -5 防 食 性 能 試 験 の 試 験 項 目 およびその 結 果 一 覧 試 験 項 目 シートライニグ D 2 種 の 品 質 規 格 試 験 結 果 被 覆 の 外 観 被 覆 にしわ,むら,はがれ,われがないこと 異 常 なし 1) コクリート との 固 着 性 0.24MPa 以 上 0.74MPa 耐 酸 性 10%の 硫 酸 水 溶 液 に 60 日 間 浸 漬 しても 被 覆 にふくれ,われ, 軟 化, 溶 が ないこと 異 常 なし 硫 黄 浸 透 深 さ 10%の 硫 酸 水 溶 液 に 120 日 間 浸 漬 した 時 の 侵 入 深 さが 計 厚 さに 対 して 1% 以 下 であること 不 検 耐 アルカリ 性 水 酸 化 カルシウム 飽 和 水 溶 液 に 60 日 間 浸 漬 しても 被 覆 にふくれ,われ, 軟 化, 溶 がないこと 異 常 なし 透 水 性 透 水 量 が 0.15g 以 下 0.00 g
写 真 -6 更 生 改 良 前 写 真 -7 劣 化 部 拡 大 劣 化 箇 所 資 博 :FRP 板 の 付 着 特 性 を 考 慮 した 補 強 構 造 物 の 破 壊 解 析,コクリート 構 造 物 の 補 修, 補 強,アップグレード 論 文 報 告 集 第 7 巻 2007 11 月 社 団 法 人 日 本 材 料 学 会 pp.135-140 3) 石 井 将 幸, 新 居 隆, 福 室 順 也, 佐 藤 周 之, 野 中 資 博 :FRP 補 強 板 の 付 着 特 性 が 補 強 効 果 に 及 ぼす 影 響,コクリート 構 造 物 の 補 修, 補 強,アップグレード 論 文 報 告 集 第 5 巻 2005 11 月 社 団 法 人 日 本 材 料 学 会 pp.111-116 4) 佐 藤 周 之, 新 居 隆, 福 室 順 也, 石 井 将 幸, 野 中 資 博 :FRP 板 による RC ボックスカルバー トの 補 強 効 果 に 関 する 研 究,コクリート 構 造 物 の 補 修, 補 強,アップグレード 論 文 報 告 集 第 4 巻 2004 11 月 社 団 法 人 日 本 材 料 学 会 pp.395-400 5) 日 本 下 水 道 事 業 団 : 下 水 道 コクリート 構 造 物 の 腐 食 抑 制 技 術 及 び 防 食 技 術 指 針 同 マニ ュアル( 平 成 14 年 12 月 ),pp.29-30 写 真 -8 更 生 改 良 後 なお 今 回 の 資 料 では, 既 発 表 の 論 文, 報 告 を 取 りまとめものである 参 考 文 献 1) 新 居 隆, 福 室 順 也 :FRP 製 防 食 パネルを 装 着 した 下 水 道 プレキャスト 製 品 の 性 能 向 上 につ いて, 第 43 回 下 水 道 研 究 発 表 会 講 演 集 ( 平 成 18 年 度 ) 社 団 法 人 日 本 下 水 道 協 会, pp.88-90 2) 石 井 将 幸, 新 居 隆, 福 室 順 也, 岩 成 聡, 野 中