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土木研究所版「コンクリート構造物の補修対策施工マニュアル(案)」


片 平   博

佐々木   厳

内 藤   勲

櫻 庭 浩 樹


キーワード:コンクリート構造物、補修、マニュアル

1.はじめに
コンクリート構造物の耐久性に関しては1970年代に塩害やアルカリシリカ反応(以下、ASR)による早期劣化が顕在化した。旧建設省では総合技術開発プロジェクト「コンクリートの耐久性向上技術の開発」に取り組み、その成果として塩害を受けた土木構造物の補修指針(案)やASR 被害構造物(土木)の補修・補強指針(案)が整備された。その後30 年が経過し、技術の進歩に追随するために新たな指針類の作成が必要となった。土木研究所では2011 ~ 2015 年にプロジェクト研究「コンクリート構造物の長寿命化に向けた補修対策技術の確立」を実施し、その成果として「コンクリート構造物の補修対策施工マニュアル(案)」をその試案として作成した。本マニュアルは土木研究所ホームページ(https://www.pwri.go.jp/team/imarrc/activity/tech-info.html)から入手できる。
このマニュアル(案)では、図- 1 に示すように、適切な補修を行うための標準的な考え方(補修方針の設定、各種補修工法の選定方法など)を、共通編としてまとめている。また、表面被覆・表面含浸工法、断面修復工法、ひび割れ修復工法について、補修材の品質確認方法や、施工上の留意点を整理した。さらに、補修後の再劣化等の不具合事例を収集、類型化し、その原因としかるべき対策について整理した。



2.共通編
2.1 補修工法検討の流れ
6 章に示す不具合事例の分析結果をもとに、補修後の不具合発生をできるだけ回避する補修工法検討の流れとして図- 2 を提案した。構造物に求める要求性能、劣化の状態、劣化要因などを踏まえて補修方針を設定し、それに応じた補修の性能設計を行うというものである。このような補修方針に基づく補修工法の検討は国際規格でも採用されている。表- 1 に、ISO 16311 (コンクリート構造物の維持管理と補修)に示されている補修方針の分類を示す。





2.2 劣化要因、劣化段階に応じた補修の考え方
補修工法を具体的に選定するにあたっては、表- 1 の原理的に分類された補修方針にもとづいて、劣化因子と構造物の劣化程度を考慮して、具体的な補修工法の選定に繋げていく必要がある。
そこで共通編では、想定される劣化因子ならびに劣化程度と、それに応じて選択できる補修方針、具体的な補修方法の関連付けを行った。具体的には、劣化因子(要因)として比較的報告例の多い凍害、塩害、ASR、温度ひび割れ、乾燥収縮ひび割れを挙げ、それぞれの劣化因子毎に劣化の段階を4 段階程度に設定して、外観変状に応じた、補修方針とその一般的な対策工法例を示した。塩害の例を表- 2 に示す。このように、劣化の状態、補修方針と補修方法を関連づけることで、誤った補修工法選定のリスクを軽減できるものと考えられる。
表- 2 の最左列は、劣化の兆候が外観からではほとんど認められない状況であり、予防保全的な位置づけである。ただし、対策工の設計においては、劣化が顕在化した部位に隣接する箇所や、環境が類似した部位を併せて補修範囲とすることもあり、対策範囲の設定等で重要な段階となる。この段階では、劣化因子である水分や塩分の遮断が主な対策となる。ここで、水分の浸入抑制は、凍害・塩害・ASR のいずれに対しても効果的であり、特に水処理は最も基本的、かつ重要な予防対策となる。このため、管理者の技術レベルによらず、水処理は実施することを基本としている。
水処理とは、1)水が溜まらないように構造物上面に僅かな勾配を付ける、2)排水溝、排水管の清掃、3)配水管の位置、径、長さ、向きの工夫、4)構造物側面から下面への流水に対しての水切りの設置、5)橋梁の桁間、桁端から下部工への雨水の落下対策(樋の設置)、6)道路床版における表面防水層の設置等である。
劣化の進行に応じて補修方針が変化し、それに応じた補修工法を選定する。劣化が進行した段階での補修方法の選定については、専門的な知識が必要となるため、その留意点についても整理した。



2.3 施工および施工後の点検
共通編の施工の章においては、まず、施工前調査の重要性を強調した。設計段階で実施される調査の場合、全ての補修予定箇所が調査されていない場合があり、また、時間の経過にともなって劣化が進行している場合もある。このため、施工前の調査で劣化の状態や補修の範囲を確認することが重要であり、その結果によっては契約変更も必要となりうる。
施工後の初期点検の時期に関しては、不具合事例からも施工条件等が悪い場合に施工後1 年以内に変状が出た場合が多いことから、1 年程度で初期点検を行うことを提案した。



3.表面被覆・含浸工法編
表面被覆工法および表面含浸工法は、表- 1 に示される補修方針のうち、(1)劣化因子の遮断、(2)水分の浸入抑制に対応した補修方法である。補修方針を達成するため、補修材料に求める品質に加え、施行管理における確認事項等を整理した。
表面被覆工法および表面含浸工法の施工にあたっては、気体(水蒸気)や液体として補修対象部位に供給される水分に着目した調査が重要である。気体として存在する水分が補修の施工に影響を及ぼす例としては、図- 3 のように、構造物が河川上に位置する場合やコンクリートの温度が低い状態から気温が上昇する場合(冬季の午前など)など、高湿度環境や結露しやすい環境である。一方、液体として存在する水分が影響を及ぼす例としては、図- 4 に示すように漏水がある箇所である。水分は補修の施工に影響を与える可能性が大きいため、現地調査では特に注意して確認し、必要に応じて対策を行うことを原則とした。
施工管理においては、作業環境に十分注意する必要がある。要求された性能を満たす補修工法(材料)であっても、不適切な作業環境で施工がなされた場合、本来の性能を発揮できない場合や、早期再劣化が生じる場合がある。例えば、塗装面の結露によって付着性が低下し、表面被覆材が剥離した不具合事例(図- 5)もある。
表- 3 に作業環境に関する主な管理項目を示す。気象条件やコンクリートの含水状態の管理が特に重要であるため、これらに関する管理項目を提案した。気象条件のうちの湿度については、図- 3 に示すような湿度が高くなり易い箇所で測定することを示した。また、結露によるコンクリートの表面水を防ぐ目的から、コンクリートの表面温度を測定し、気温と湿度から求まる露点温度と比較して管理すること等を示した。
表面被覆材の品質管理では、実際の施工箇所あるいは現場で同時に被覆施工した平板供試体を用い、プルオフ法によって付着性を確認する方法を提案した。







4.断面修復工法編
断面修復工法は、表- 1 に示す補修方針のうち(1)劣化因子の遮断、(2)不動態被膜の保護、および(3)コンクリートの復元に対応できる補修方法である。なお、復元には、単に(3)’ 断面を回復するという方針と、(3)’’ 構造体の耐力を回復させる方針とがあり、マニュアル(案)ではこのうちの(1)、(2)、(3)’ を対象としている。
各補修方針を達成するために、断面修復工法に求める品質項目を整理すると表- 4 のようであり、断面修復材単体に求める品質と付着界面に求める品質とに分類できる。また、断面修復材を、プレミックス品(市販されているセメントモルタルまたはポリマーセメントモルタル製品)と、高流動コンクリートに分類し、品質の確認方法を整理した。
高流動コンクリートは、レディーミクストコンクリート工場で製造されることから、使用材料がJIS 規格に合格していることを前提として、通常のレディーミクストコンクリートと同様に、耐久性に関わる多くの品質を、水セメント比(W/C)の確認で行って良いこととした。
これに対してプレミックス品は、使用材料の種類や配合等の詳細が非公開なものが多く、使用材料や配合から耐久性等の品質を確認することは困難である。このため、プレミックス品の品質については、品質試験を行って確認することが基本となる。マニュアル(案)では、既存の試験方法での確認が困難、あるいは試験に長時間を要する品質について新たな試験方法を提案した。また、圧縮強度試験方法としては、試験方法を特定せずに、換算圧縮強度を求める換算係数を提案した。
付着界面の品質については、断面修復材と下地処理(水湿し処理やプライマー処理)をセットで評価することとした。付着強度は、建研式接着力試験器を用いる方法を標準として試験方法や判定基準を提案した。付着界面の耐久性に関しては、新たな耐久性試験方法を提案した。
さらに、施工上の留意点として、養生の重要性等について詳述した。



5.ひび割れ修復工法編
本マニュアル(案)におけるひび割れ修復工法編は、ひび割れ注入工法とひび割れ充塡工法を対象としている。これらの工法は、表- 1 に示す補修方針のうち、( 1)劣化因子の遮断と(2)水分の浸入抑制、(7)不動態被膜の保護に対応できる補修方法である。なお、不動態被膜の保護はひび割れ部に露出した鋼材の一部分が対象となる。各補修方針とひび割れ修復材に求められる性能との関係を整理すると表- 5 のようになる。
ひび割れ修復材の種類は、樹脂系とセメント系に大別され、特に樹脂系は粘度や硬化後の品質が異なる様々な種類の材料がある。これらは一様でないひび割れの状態に対応するためである。しかし、実際のひび割れ修復工事では適切に選択されずに不具合が生じているケースも見られる。
このような不具合を防止するため、補修設計においては、ひび割れの状態に応じた最適な工法と材料の選定に必要な項目として、対象のひび割れの状態のほか、構造物の存置環境も項目にあげ、これらを考慮した選定例を提案した。また、ひび割れ注入工法では、未充塡による劣化再発を防止するため、想定されるひび割れ深さまでの注入量を算出し、確実にひび割れ深部まで注入材を充塡させることを原則とした。それに伴い、樹脂系注 入材では「超低粘度型」を新たに定義する等、充塡性を考慮した材料選定例を提案した。
施工管理では、一連の作業手順や施工上の留意点について記述した。温度変化によって修復材の硬化時間や流動時間が変化するため、気温と躯体コンクリートの温度管理に基づく作業工程を組むこと等を示した。また、ひび割れ注入工法ではシールの剥がれによる注入漏れを防止するため、シール材の特徴や性質についても詳述し、施工時に実施可能な簡易的な固定確認方法を提案した。
さらに、析出物のあるひび割れへの対処方法について、図- 6 に示すように、ひび割れに直交した切り込み(クロスカット)を入れ、そこを注入口とする方法を提案した。析出物で注入出来ないとの理由からひび割れ充塡工法が採用される場合もあるが、「析出物=水分供給有り」のため、注入工法による補修が本来望ましい。本対処方法は試験施工によりその有用性を実証している。
ひび割れ修復工法の施工検査においては、施工完了後の検査が難しいことから、検査は主に施工時におけるものを主体として示した。





6.不具合事例集
補修後に劣化が生じた不具合事例集を巻末に掲載した。本事例集では、不具合事例の類型化を行った。この結果、不具合が生じた要因は、補修工法の種類に依らず、調査時(劣化状況判断等)に関するもの、設計時(材料・工法選定等)に関するもの、および施工時(現場管理等)に関するものの3 つのパターンに分類できた。これらの事例を以下に紹介する。


(1)調査時に関する不具合
図- 7 に、道路橋コンクリート床版の不具合事例を示す。本橋梁は海岸付近にあり、コンクリート床版と桁が塩害劣化したため、損傷部を断面修復工法で補修し、塗装系の表面被覆を行っていた。しかし、数年後に表面被覆の浮きやさび汁等が発生し、その後、被覆材が大きく剥がれ落ちた。その原因として、コンクリートの塩分除去が不十分であったと考えられ、劣化状況の判断に誤りがある場合の典型的な事例である。



(2)設計時に関する不具合
図- 8 に、堰堤の不具合事例を示す。この堰堤は寒冷地域のコンクリート構造物であり、凍害により劣化したコンクリート表面を除去した後、モルタル吹付けにより補修した。補修後、モルタル面に多数のひび割れが発生し、また、モルタルが土砂化した。土砂化の直接の原因は凍害であるが、吹付けモルタルは施工時にエントレインドエアが消失し易いこと、本事例のモルタルにはポリマーが含有されていないこと等、耐凍害性に劣る材料を使用したために不具合が生じたと推察される。



(3)施工時に関する不具合
図- 9 に、樋門の不具合事例を示す。本事例では、凍害劣化部を除去して断面修復し、さらに表面被覆が実施されていた。しかし、補修2 年後に被覆表面にひび割れが確認され、その後、ひび割れの拡大とエフロレッセンスの析出が確認された。調査の結果、この事例では、冬期に断面修復を実施した際、接着面にプライマー処理をせず、さらに十分な養生日数を経ずに脱型したためにわずかな沈下が生じていたなど、施工時に不具合があったことがわかった。



7.おわりに
今後、本マニュアルが補修工事に適用されることにより、より確実な補修が行われることを期待したい。また、補修補強に関する技術は日進月歩であり、本マニュアルもそれに対応すべく、今後も、新たな研究成果や現場の意見を反映し、更新されていく必要があろう。
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