JP4404376B2

JP4404376B2 - Method of reinforcing concrete with fiber reinforced sheet

Info

Publication number: JP4404376B2
Application number: JP2003178070A
Authority: JP
Inventors: 政典千足; 仁辻本
Original assignee: Konishi Co Ltd
Current assignee: Konishi Co Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005015517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の一液型エポキシ樹脂組成物をコンクリート表面に含浸して、当該コンクリート表層を強化した後に、下地材の塗布及び繊維強化シートの接着を行ってコンクリートを補強する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンクリートを補強し、各種構造物の耐力を向上させるため、以下のような方法が施工されている。すなわち、コンクリート表面に、エポキシ樹脂系プライマーやエポキシ樹脂系不陸調整材などの下地材を塗布した後、繊維強化シートを接着させる方法が採用されている。この補強方法は、コンクリートに繊維強化シートを接着貼合することにより、全体として、コンクリートの強度の向上を図ろうというものである。
【０００３】
しかしながら、この補強方法は、結局、繊維強化シートによる補強であるから、コンクリート本体自体が強化されているわけではない。したがって、過度の負荷がかかった場合には、コンクリートの最も強度が低い部位である、コンクリート表層の破壊が始まり、繊維強化シートによる補強を十分に活かせないという憾みがあった。
【０００４】
このため、コンクリート表面にエポキシ樹脂を含浸し、当該コンクリート表層を強化することが行われている。しかしながら、従来の二液型エポキシ樹脂溶液は、主剤と硬化剤を混合した直後から反応が開始し、増粘が始まるため、これをコンクリート表面に塗布含浸させても、コンクリート表層の中まで、十分にエポキシ樹脂が含浸されなかった。また、この二液型エポキシ樹脂溶液に、湿気を吸収してエポキシ樹脂の硬化剤として機能するオキサゾリジン化合物を添加した後、これをコンクリート表面に塗布することも提案されている（特許文献１）。この特許文献１に記載されている方法は、コンクリートに朝露などの湿気が含まれている場合に、オキサゾリジン化合物を脱水剤としても機能させようというものである。しかし、従来の二液型エポキシ樹脂溶液を用いた場合の欠点、すなわち、主剤と硬化剤を混合した直後から反応が開始し、増粘が始まるため、コンクリート表面の中までエポキシ樹脂を含浸できないという欠点は克服されていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−６０２３０号公報（第２頁の特許請求の範囲、特に請求項２又は３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者などは、二液型エポキシ樹脂溶液で用いられているアミン系化合物に代えて、硬化速度の遅いケチミン化合物を含んでなる一液型湿気硬化性エポキシ樹脂溶液を用いて、コンクリート表層を強化することを試みた。しかしながら、硬化速度の遅いケチミン化合物を用いると、硬化後のエポキシ樹脂が軟らかく、コンクリート表層を十分に強化することができなかった。また、硬化速度の速いケチミン化合物を含んでなる一液型湿気硬化性エポキシ樹脂溶液を用いることも試みたが、この場合は、従来の二液型エポキシ樹脂溶液の場合と同様に、コンクリート表層の中まで、十分にエポキシ樹脂が含浸されなかった。
【０００７】
本発明者などは、さらに試行錯誤による実験を繰り返していたところ、硬化速度の遅い特定のケチミン化合物と、特定のオキサゾリジン化合物とを併用添加した一液型湿気硬化性エポキシ樹脂溶液を用いると、コンクリート表層の中まで、十分にエポキシ樹脂が含浸されると共に、硬化後のエポキシ樹脂が硬くなり、コンクリート表面を十分に強化しうることを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、コンクリート表面に下地材を塗布した後、繊維強化シートを接着させるコンクリートの補強方法において、前記下地材を塗布する前に、特定の一液型エポキシ樹脂組成物を、前記コンクリート表面に含浸し、硬化させて、コンクリート表層を強化することを特徴とする繊維強化シートによるコンクリートの補強方法に関するものである。そして、特定の一液型エポキシ樹脂組成物とは、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）ポリオキシアルキレンポリアミンとケトンとの脱水反応によって得られたケチミン化合物と、（Ｃ）Ｎ−エチル−２−メチル−２−（３−メチルブチル）−１，３−オキサゾリジンとを含むものである。
【０００９】
本発明で用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、従来公知のエポキシ樹脂であれば、どのようなもので使用しうる。例えば、ビフェニール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＤ、ビスフェノールＳ等とエピクロールヒドリンを反応させて得られるビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等や、これらを水添化あるいは臭素化したエポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、メタキシレンジアミンやヒダントインなどをエポキシ化した含窒素エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００１０】
本発明で用いる（Ｂ）ケチミン化合物は、ポリオキシアルキレンポリアミンとケトンとの脱水反応によって得られたものである。ポリオキシアルキレンポリアミンとは、主鎖がポリオキシアルキレン基であって、この主鎖にアミノ基が二つ又は三つ以上結合しているものである。例えば、以下の化２や化３で表される化合物である。
【化２】

（式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、ｎは１〜２０の任意の整数を表す。なお、Ｒは上記範囲内の各種のアルキレン基の混合であってもよい。）
【化３】

（式中、Ｒ₁は炭素数１〜６の炭化水素残基を表し、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、ｘ，ｙ及びｚは０又は任意の整数であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１〜２０である。なお、Ｒは上記範囲内の各種のアルキレン基の混合であってもよい。）
【００１１】
一方、このポリオキシアルキレンポリアミンと反応するケトンとしては、モノアルキルケトン〔ＲＨＣＯ〕やジアルキルケトン〔（Ｒ）₂ＣＯ〕などが用いられる。したがって、ポリオキシアルキレンポリアミンとケトンとが脱水反応して得られるケチミン化合物の代表例としては、下記化４や化５のような構造のものが挙げられる。
【化４】

（式中、Ｒ₂は水素原子又はアルキル基を表し、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、ｎは１〜２０の任意の整数を表す。なお、各Ｒ₂がアルキル基であるとき、各々は同一のアルキル基であっても別個のアルキル基であってもよく、また、Ｒは上記範囲内の各種のアルキレン基の混合であってもよい。）
【化５】

（式中、Ｒ₁は炭素数１〜６の炭化水素残基を表し、Ｒ₂は水素原子又はアルキル基を表し、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、ｘ，ｙ及びｚは０又は任意の整数であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１〜２０である。なお、各Ｒ₂がアルキル基であるとき、各々は同一のアルキル基であっても別個のアルキル基であってもよく、また、Ｒは上記範囲内の各種のアルキレン基の混合であってもよい。）
【００１３】
本発明で用いるオキサゾリン化合物は、（Ｃ）Ｎ−エチル−２−メチル−２−（３−メチルブチル）−１，３−オキサゾリジンである。
【００１４】
本発明において、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の各配合量は、以下のようであるのが好ましい。すなわち、（Ｂ）成分であるケチミン化合物は、ケチミン化合物の活性水素の当量が、（Ａ）成分であるエポキシ樹脂のエポキシ基の当量に比べて、０．３〜１．２倍となるように配合するのが好ましい。ケチミン化合物の配合量がこの範囲から外れると、目的とする硬化物特性が得られない傾向が生じる。
【００１５】
（Ｃ）成分であるオキサゾリジン化合物は、（Ａ）成分であるエポキシ樹脂１００重量部に対して、５〜３０重量部程度であるのが好ましい。オキサゾリジン化合物が５重量部未満であると、硬化後のエポキシ樹脂の硬さが不十分である傾向が生じる。また、オキサゾリジン化合物は３０重量部程度配合すれば、硬化後のエポキシ樹脂に所望の硬さを与えることができる。
【００１６】
以上の如き配合量で、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分を任意の溶媒に溶解させて配合し、一液型エポキシ樹脂組成物を得る。任意の溶媒としては、トルエンやメチルイソブチルケトンなどが用いられる。また、溶媒の量は任意であるが、（Ａ）成分であるエポキシ樹脂１００重量部に対して、２０〜２００重量部であるのが好ましい。また、これらの他に、シランカップリング剤や着色剤などの任意成分が含有されていてもよい。
【００１７】
この一液型エポキシ樹脂組成物は、コンクリート表面に含浸して、コンクリート表層を強化するために用いられる。すなわち、コンクリート表面に、この一液型エポキシ樹脂組成物を塗布すると、一液型エポキシ樹脂組成物がコンクリート表層中に含浸されてゆく。そして、エポキシ樹脂組成物中のケチミン化合物が空気中の湿気及びコンクリート中の湿気によって分解し、アミンを生成し、含浸したエポキシ樹脂を硬化させるのである。硬化したエポキシ樹脂は、コンクリート表層を強化するのに寄与するのである。
【００１８】
一液型エポキシ樹脂組成物は、各種構造物のコンクリートを繊維強化シートで補強する際に用いられる。すなわち、従来の繊維強化シートによるコンクリート構造物の補強方法において、コンクリート表面の前処理のために用いられる。具体的には、構造物のコンクリート表面に、一液型エポキシ樹脂組成物を塗布含浸し、エポキシ樹脂を硬化させて、コンクリート表層を強化する。その後、従来の繊維強化シートによる補強方法が施工される。すなわち、強化したコンクリート表面に、エポキシ樹脂系プライマーやエポキシ樹脂系不陸調整材などの下地材を塗布した後、繊維強化シートをエポキシ樹脂系接着剤で接着させるのである。なお、エポキシ樹脂系プライマー，エポキシ樹脂系不陸調整材，エポキシ樹脂系接着剤などは、従来用いられているものを用いればよい。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。本発明は、特定のケチミン化合物と特定のオキサゾリジン化合物とを併用添加した一液型エポキシ樹脂組成物は、コンクリート表層中への含浸性に優れ、且つ、硬化後の物性に優れているため、コンクリート表層を強化する組成物として好適であり、繊維強化シートでコンクリートを補強する際に用いるのに好適であるとの知見に基づくものとして、解釈されるべきである。
【００２０】
実施例１
以下の組成の一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂１００重量部
（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート８２８」）
ケチミン化合物７０重量部
（ハンツマン社製「ジェファーミンＤ４００」とメチルイソブチルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）
オキサゾリジン化合物１０重量部
（サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」）
溶媒（トルエン（試薬））１００重量部
なお、サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」は、Ｎ−エチル−２−メチル−２−（３−メチルブチル）−１，３−オキサゾリジンよりなるものである。
【００２１】
比較例１
オキサゾリジン化合物（サンアプロ社製「ＭＳ−ＰＬＵＳ」）を配合しない他は、実施例１と同様にして一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
【００２２】
比較例２
以下の組成の一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂１００重量部
（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート８２８」）
ケチミン化合物５０重量部
（ジエチレントリアミン（試薬）とメチルイソブチルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）
溶媒（トルエン（試薬））１００重量部
なお、比較例２において、ケチミン化合物の重量部を５０重量部としたのは、ケチミン化合物が分解して生成するアミンの活性水素数が、実施例１の場合と等量になるようにするためである。
【００２３】
比較例３
以下の組成の一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂１００重量部
（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート８２８」）
ケチミン化合物３８重量部
（ノルボルナンジアミン（三井化学社製）とメチルイソプロピルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）
溶媒（トルエン（試薬））１００重量部
なお、比較例３において、ケチミン化合物の重量部を３８重量部としたのは、ケチミン化合物が分解して生成するアミンの活性水素数が、実施例１の場合と等量になるようにするためである。
【００２４】
比較例４
ケチミン化合物（ハンツマン社製「ジェファーミンＤ４００」とメチルイソブチルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）を配合しない他は、実施例１と同様にして一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
【００２５】
比較例５
オキサゾリジン化合物（サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」）の配合量を２０重量部とする他は、比較例４と同様にして一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
【００２６】
比較例６
オキサゾリジン化合物（サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」）の配合量を３０重量部とする他は、比較例４と同様にして一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
【００２７】
比較例７
以下の組成の一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂１００重量部
（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート８２８」）
ケチミン化合物５０重量部
（ジエチレントリアミン（試薬）とメチルイソブチルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）
オキサゾリジン化合物１０重量部
（サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」）
溶媒（トルエン（試薬））１００重量部
【００２８】
比較例８
以下の組成の一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂１００重量部
（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート８２８」）
ケチミン化合物３８重量部
（ノルボルナンジアミン（三井化学社製）とメチルイソプロピルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）
オキサゾリジン化合物１０重量部
（サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」）
溶媒（トルエン（試薬））１００重量部
【００２９】
比較例９
二液型エポキシ樹脂組成物であるコニシ社製「ボンドＥ８１０ＬＳ」を準備した。
【００３０】
実施例１及び比較例１〜９に係る各エポキシ樹脂組成物について、薄膜での硬化開始時間の測定及び厚膜での硬化物物性の評価を行った。測定方法及び評価方法は、以下のとおりである。
〔薄膜での硬化開始時間の測定〕
書籍「建設省総合技術プロジェクトコンクリートの耐久性向上技術の開発」（平成元年５月、財団法人土木研究センター発行）の注入材料品質規格試験方法（案）（３）硬化時間の項目中に記載されている方法で、硬化時間を測定した。具体的に説明すれば、以下の手順で測定されるものである。
（ｉ）縦２．５ｃｍ×横３５ｃｍ×厚さ２ｍｍの透明なガラス板を用意する。
（ii）幅２ｍｍで厚さ１ｍｍのテープを、ガラス板の四方に貼りつける。
（iii ）ガラス板に、エポキシ樹脂組成物を、テープの厚み上限すれすれまで流し入れ、エポキシ樹脂組成物が厚さ１ｍｍで塗布されているガラス板を作製する。
（iv）ガラス板をドライングレコーダーにセットし、針跡が付き始める時点を硬化開始点とする。
（ｖ）ドライングレコーダーにセットしてから、硬化開始点までの時間を、硬化開始時間（ｈｒ）とする。
なお、測定環境は２０℃で６５％ＲＨとし、ドライングレコーダーとしては、安田精機製作所社製「Ｒ．Ｃ．ＩＤＲＹＩＮＧＴＩＭＥＴＥＳＴＥＲ」を用いた。
この結果は表１のとおりであった。
【００３１】
〔厚膜での硬化物物性〕
高さ０．５ｃｍのポリプロピレン製のカップ型容器に、上限すれすれまで、各エポキシ樹脂組成物を入れ、２０℃で６５％ＲＨの環境下で２８日間養生し、エポキシ樹脂組成物を硬化させた。その後、カップ型容器から硬化物を脱型し、これの硬さを手で確認し、比較例９に係る二液型エポキシ樹脂組成物の硬化物と同等の硬さをもつものを「硬質」と評価し、これよりもかなり軟らかいものを「軟質」と評価した。
この結果は表１のとおりであった。
【００３２】

【００３３】
表１の結果から明らかなように、比較例２，３，７及び８に係る各エポキシ樹脂組成物は、その硬化開始時間が、比較例９に係る従来の二液型エポキシ樹脂組成物と大差がない。したがって、従来の二液型エポキシ樹脂組成物と同様に、コンクリート表面に塗布した後、速やかに硬化するため、コンクリート表層中にエポキシ樹脂組成物を十分に含浸させることができず、コンクリート表層の強化が望めない。また、比較例１に係るエポキシ樹脂は、硬化開始時間が長いため、コンクリート表層中にエポキシ樹脂組成物を十分に含浸することができるが、硬化物物性が軟質であるため、コンクリート表層の強化には適さない。また、比較例４〜６に係る各エポキシ樹脂組成物は、硬化開始時間が極端に長く、７日間経過後に未硬化であるため、コンクリート構造物の補強施工の材料として使用するのは、合理的ではない。
【００３４】
一方、実施例１に係るエポキシ樹脂組成物は、硬化開始時間も適度に長く、また硬化物物性も硬質であるため、コンクリート表層の強化に用いるのに最適である。実施例１に係るエポキシ樹脂組成物の硬化の状態を観察すると、養生７日の時点では硬化物の物性は軟質であるが、その後、硬化が進むにしたがって、その物性が硬質へと変化する。この理由は定かではないが、ケチミン化合物が分解して生成したアミンによってエポキシ樹脂は硬化するが、その後、オキサゾリジンを介したエポキシ樹脂のアニオン重合が起こり、これによって、当初軟質であった硬化物が硬質へと変化するものと考えられる。
【００３５】
試験例
まず、以下の組成の一液型エポキシ樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂１００重量部
（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート８２８」）
ケチミン化合物７０重量部
（ハンツマン社製「ジェファーミンＤ４００」とメチルイソブチルケトン（試薬）との脱水反応によって得られたもの）
オキサゾリジン化合物１０重量部
（サンアプロ社製「ＺＯＬＤＩＮＥＭＳ−ＰＬＵＳ」）
シランカップリング剤１０重量部
（信越シリコーン社製「ＫＢＭ４０３」）
溶媒（メチルイソブチルケトン（試薬））４０重量部
【００３６】
一方、厚さ１６ｃｍ×幅３０ｃｍ×長さ１２０ｃｍの直方体形状で、かぶり厚３ｃｍの鉄筋コンクリート板を準備した。そして、長さ方向の両端１５ｃｍを残して、９０ｃｍの範囲全面を、ディスクサンダーによりサンディング処理した。そして、このサンディング部分に、上記一液型エポキシ樹脂組成物を、塗布量が２００〜３００ｇ／ｍ²の範囲内となるよう塗布し、３日間放置した。その後、以下の順序で、従来の繊維強化シートによる補強方法を施工した。
（ｉ）一液型エポキシ樹脂組成物を塗布した部分に、二液型エポキシ樹脂系プライマー（コニシ社製「ボンドＥ８１０ＬＷ」）を、塗布量１５０ｇ／ｍ²で塗布し、１日間放置した。
（ii）二液型エポキシ樹脂プライマーを塗布した部分に、二液型エポキシ樹脂系不陸調整材（コニシ社製「ボンドＥ３９５Ｗ」）を、塗布量６００ｇ／ｍ²で塗布し、１日間放置した。
（iii ）二液型エポキシ樹脂系不陸調整材を塗布した部分に、二液型エポキシ樹脂系接着剤（コニシ社製「ボンドＥ２５００Ｗ」）を、塗布量５００ｇ／ｍ²で塗布した。
（iv）二液型エポキシ樹脂系接着剤を塗布した直後に、カーボンシート（新日本石油社製「ＴＵクロスＨＴ３００」）を貼りつけて、１日間放置した。
（ｖ）その後、カーボンシートの上から更に、二液型エポキシ樹脂系接着剤（コニシ社製「ボンドＥ２５００Ｗ」）を、塗布量３００ｇ／ｍ²で塗布した。
以上のようにして、カーボンシートによる鉄筋コンクリート板の補強を行った。
【００３７】
得られたカーボンシート付き鉄筋コンクリート板を、図１に示す方法で静的載荷試験を行った。すなわち、上部支点から、１．０ｍｍ／ｍｉｎの載荷速度で矢印方向へ荷重を掛けてゆき、鉄筋コンクリート板が破壊するときの最大荷重を測定した。また、破壊するときの破壊形態も観察した。その結果、最大荷重は１９５ｋＮであり、破壊形態は、剪断方向に亀裂が入り最終的には鉄筋近傍のかぶり部位から破壊した。このことから、充分な含浸補強（コンクリート表層強度の向上）効果とカーボンシートによる補強（コンクリートの曲げ耐力の向上）効果が確認できた。
【００３８】
比較試験例１
試験例で準備した直方体形状の鉄筋コンクリート板に、何らの処理も施さずに、上記試験例と同様の静的載荷試験を行った。この結果、最大荷重は１１０ｋＮであり、破壊形態はコンクリートの曲げ破壊であった。曲げ破壊は、鉄筋コンクリート板の幅方向に亀裂が入って破壊するものである。
【００３９】
比較試験例２
一液型エポキシ樹脂組成物を塗布しない他は、試験例と同様にして、鉄筋コンクリートの補強を行った。すなわち、鉄筋コンクリート板に、試験例の（ｉ）〜（ｖ）の処理を行う、従来の補強方法である。そして、試験例と同様にして最大荷重を測定したところ、１９０ｋＮであった。また、破壊形態は、鉄筋コンクリート板の剪断方向に亀裂は入ったが、最後はコンクリートの表層部分が破壊する表層破壊であった。上記した試験例とこの比較試験例２とを対比すれば明らかなように、最大荷重は両者共に同等であるが、前者は鉄筋近傍のかぶり部位からの破壊であるのに対して、後者はコンクリート表層破壊である。すなわち、従来の方法である比較試験例２は、カーボンシートによる補強によって最大荷重は高くなるが、最後の破壊はコンクリートの最も弱い箇所である表層で起こり、カーボンシートによる補強が十分に活かせられていないことが分かる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明で用いる一液型エポキシ樹脂組成物は、特定のケチミン化合物と特定のオキサゾリジン化合物とを併用して配合されてなるものであり、その硬化開始時間が比較的長く、また、完全に硬化した後における硬化物は比較的硬いものである。したがって、この一液型エポキシ樹脂組成物をコンクリート表面に塗布すると、硬化開始までに、比較的長時間を要するので、その間に、エポキシ樹脂組成物がコンクリート表層中まで浸透する。そして、浸透した後に硬化し、その硬化物は比較的硬いので、コンクリート表層が強化される。すなわち、この一液型エポキシ樹脂組成物を用いれば、コンクリート表層に十分浸透して、硬い硬化物が形成されるので、コンクリート表層の十分な強化が図れるという効果を奏する。したがって、本発明に係る方法によれば、一液型エポキシ樹脂組成物によるコンクリート表層強度の向上と、繊維強化シートによるコンクリートの曲げ耐力向上により、合理的にコンクリートの補強を行えるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験例で用いた静的載荷試験の方法を示す模式図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for reinforcing concrete by impregnating a specific one-pack type epoxy resin composition on a concrete surface and reinforcing the concrete surface layer, and then applying a base material and bonding a fiber reinforced sheet. is there.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to reinforce concrete and improve the proof stress of various structures, the following methods have been applied. That is, a method is adopted in which a base material such as an epoxy resin-based primer or an epoxy resin-based unevenness adjusting material is applied to the concrete surface, and then a fiber reinforced sheet is adhered. This reinforcing method is intended to improve the strength of the concrete as a whole by bonding and bonding a fiber reinforced sheet to the concrete.
[0003]
However, since this reinforcing method is eventually reinforced with a fiber reinforced sheet, the concrete body itself is not reinforced. Therefore, when an excessive load is applied, the concrete surface layer, which is the lowest strength of concrete, starts to break down, and there is a grudge that the reinforcement by the fiber reinforced sheet cannot be fully utilized.
[0004]
For this reason, the concrete surface is impregnated with an epoxy resin to reinforce the concrete surface layer. However, in the conventional two-pack type epoxy resin solution, the reaction starts immediately after mixing the main agent and the curing agent, and the thickening starts. Was not impregnated with epoxy resin. In addition, it has also been proposed that an oxazolidine compound that absorbs moisture and functions as a curing agent for an epoxy resin is added to the two-pack type epoxy resin solution and then applied to the concrete surface (Patent Document 1). The method described in Patent Document 1 is to allow an oxazolidine compound to function as a dehydrating agent when the concrete contains moisture such as morning dew. However, the disadvantage of using a conventional two-pack type epoxy resin solution, that is, the reaction starts immediately after mixing the main agent and the curing agent, and thickening starts, so that the epoxy resin cannot be impregnated into the concrete surface. The disadvantages are not overcome.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-60230 (claims on page 2, particularly claims 2 or 3)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present inventors have used a one-component moisture-curable epoxy resin solution containing a ketimine compound with a slow curing rate instead of the amine-based compound used in the two-component epoxy resin solution, An attempt was made to strengthen the surface layer. However, when a ketimine compound having a slow curing rate is used, the epoxy resin after curing is soft and the concrete surface layer cannot be sufficiently reinforced. In addition, although an attempt was made to use a one-component moisture-curable epoxy resin solution containing a ketimine compound having a high curing rate, in this case, as in the case of a conventional two-component epoxy resin solution, To the inside, the epoxy resin was not sufficiently impregnated.
[0007]
The present inventors have further repeated trial and error experiments, and when using a one-component moisture-curable epoxy resin solution in which a specific ketimine compound having a slow curing rate and a specific oxazolidine compound are used in combination, concrete is used. It was found that the epoxy resin was sufficiently impregnated into the surface layer, and the cured epoxy resin was hardened to sufficiently strengthen the concrete surface. The present invention is based on such knowledge.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides a concrete reinforcing method in which a fiber reinforced sheet is bonded after applying a base material to a concrete surface, and before applying the base material, the specific one-pack type epoxy resin composition is added to the concrete. The present invention relates to a method for reinforcing concrete by means of a fiber reinforced sheet, characterized in that the surface is impregnated and cured to reinforce the concrete surface layer. And the specific one-pack type epoxy resin composition is (A) epoxy resin, (B) ketimine compound obtained by dehydration reaction of polyoxyalkylene polyamine and ketone, and (C) N-ethyl-2 -Methyl-2- (3-methylbutyl) -1,3-oxazolidine.
[0009]
As the (A) epoxy resin used in the present invention, any conventionally known epoxy resin can be used. For example, biphenyl type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin obtained by reacting biphenyl, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, etc. with epichlorohydrin, Examples thereof include bisphenol S type epoxy resins, hydrogenated or brominated epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, novolac type epoxy resins, nitrogen-containing epoxy resins obtained by epoxidizing metaxylenediamine, hydantoin, and the like.
[0010]
The (B) ketimine compound used in the present invention is obtained by a dehydration reaction between a polyoxyalkylene polyamine and a ketone. The polyoxyalkylene polyamine is one in which the main chain is a polyoxyalkylene group, and two or more amino groups are bonded to the main chain. For example, it is a compound represented by the following chemical formula 2 or chemical formula 3.
[Chemical formula 2]

(In the formula, R represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an arbitrary integer of 1 to 20. In addition, R may be a mixture of various alkylene groups within the above range.)
[Chemical 3]

(In the formula, R ₁ represents a hydrocarbon residue having 1 to 6 carbon atoms, R represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, x, y and z are 0 or any integer, and x + y + z = 1. (Note that R may be a mixture of various alkylene groups within the above range.)
[0011]
On the other hand, as the ketone that reacts with the polyoxyalkylene polyamine, monoalkyl ketone [RHCO], dialkyl ketone [(R) ₂ CO] and the like are used. Therefore, typical examples of ketimine compounds obtained by dehydration reaction of polyoxyalkylene polyamines and ketones include structures having the following chemical formulas 4 and 5.
[Formula 4]

(In the formula, R ₂ represents a hydrogen atom or an alkyl group, R represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an arbitrary integer of 1 to 20. In addition, each R ₂ is an alkyl group. Each may be the same alkyl group or separate alkyl groups, and R may be a mixture of various alkylene groups within the above ranges.)
[Chemical formula 5]

(In the formula, R ₁ represents a hydrocarbon residue having 1 to 6 carbon atoms, R ₂ represents a hydrogen atom or an alkyl group, R represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and x, y, and z are 0 or any integer and x + y + z = 1 to 20. When each R ₂ is an alkyl group, each may be the same alkyl group or a separate alkyl group, R may be a mixture of various alkylene groups within the above range.)
[0013]
The oxazoline compound used in the present invention is (C) N-ethyl-2-methyl-2- (3-methylbutyl) -1,3-oxazolidine .
[0014]
In this invention, it is preferable that each compounding quantity of (A) component, (B) component, and (C) component is as follows. That is, the ketimine compound as the component (B) has an active hydrogen equivalent of 0.3 to 1.2 times the equivalent of the epoxy group of the epoxy resin as the component (A). It is preferable to mix. When the blending amount of the ketimine compound is out of this range, there is a tendency that the desired cured product characteristic cannot be obtained.
[0015]
The oxazolidine compound as component (C) is preferably about 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin as component (A). If the oxazolidine compound is less than 5 parts by weight, the cured epoxy resin tends to be insufficient in hardness. Further, when about 30 parts by weight of the oxazolidine compound is blended, a desired hardness can be given to the cured epoxy resin.
[0016]
The components (A), (B), and (C) are dissolved in an arbitrary solvent and blended in the amounts as described above to obtain a one-pack type epoxy resin composition. As an arbitrary solvent, toluene, methyl isobutyl ketone, or the like is used. Moreover, although the quantity of a solvent is arbitrary, it is preferable that it is 20-200 weight part with respect to 100 weight part of epoxy resins which are (A) component. In addition to these, optional components such as a silane coupling agent and a colorant may be contained.
[0017]
This one-pack type epoxy resin composition is used for impregnating the concrete surface to reinforce the concrete surface layer. That is, when this one-pack type epoxy resin composition is applied to the concrete surface, the one-pack type epoxy resin composition is impregnated in the concrete surface layer. Then, the ketimine compound in the epoxy resin composition is decomposed by moisture in the air and moisture in the concrete to produce an amine and cure the impregnated epoxy resin. The cured epoxy resin contributes to strengthening the concrete surface layer.
[0018]
The one-pack type epoxy resin composition is used when reinforcing concrete of various structures with a fiber reinforced sheet. That is, it is used for pretreatment of the concrete surface in a conventional method for reinforcing a concrete structure with a fiber reinforced sheet. Specifically, the concrete surface of the structure is coated and impregnated with a one-pack type epoxy resin composition, the epoxy resin is cured, and the concrete surface layer is reinforced. Then, the reinforcement method by the conventional fiber reinforced sheet | seat is constructed. That is, after applying a base material such as an epoxy resin-based primer or an epoxy resin-based unevenness adjusting material to the reinforced concrete surface, the fiber reinforced sheet is bonded with an epoxy resin-based adhesive. In addition, what is used conventionally should just be used for an epoxy resin-type primer, an epoxy resin-type unevenness adjusting material, an epoxy resin-type adhesive, and the like.
[0019]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to an Example. In the present invention, a one-pack type epoxy resin composition in which a specific ketimine compound and a specific oxazolidine compound are added in combination is excellent in impregnation into a concrete surface layer and excellent in physical properties after curing. Ri preferred der as a composition for enhancing the surface, as based on the knowledge that Ru suitable der for use in reinforced concrete in the fiber-reinforced sheet is to be interpreted.
[0020]
Example 1
A one-pack type epoxy resin composition having the following composition was obtained.
100 parts by weight of epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Japan Epoxy Resin)
70 parts by weight of ketimine compound (obtained by dehydration reaction between “Jeffamine D400” manufactured by Huntsman and methyl isobutyl ketone (reagent))
Oxazolidine compound 10 parts by weight (“ZOLDINE MS-PLUS” manufactured by Sun Apro)
Solvent (toluene (reagent)) 100 parts by weight “ZOLDINE MS-PLUS” manufactured by Sunapro Co., Ltd. is composed of N-ethyl-2-methyl-2- (3-methylbutyl) -1,3-oxazolidine.
[0021]
Comparative Example 1
A one-pack type epoxy resin composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that no oxazolidine compound ("MS-PLUS" manufactured by Sun Apro) was blended.
[0022]
Comparative Example 2
A one-pack type epoxy resin composition having the following composition was obtained.
100 parts by weight of epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Japan Epoxy Resin)
Ketimine compound 50 parts by weight (obtained by dehydration reaction of diethylenetriamine (reagent) and methyl isobutyl ketone (reagent))
Solvent (toluene (reagent)) 100 parts by weight In addition, in Comparative Example 2, the part by weight of the ketimine compound was 50 parts by weight because the number of active hydrogens of the amine produced by decomposition of the ketimine compound was This is to make it equal to the case.
[0023]
Comparative Example 3
A one-pack type epoxy resin composition having the following composition was obtained.
100 parts by weight of epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Japan Epoxy Resin)
Ketimine compound 38 parts by weight (obtained by dehydration reaction of norbornanediamine (Mitsui Chemicals) and methyl isopropyl ketone (reagent))
Solvent (toluene (reagent)) 100 parts by weight In addition, in Comparative Example 3, the part by weight of the ketimine compound was 38 parts by weight because the number of active hydrogens of the amine produced by decomposition of the ketimine compound was This is to make it equal to the case.
[0024]
Comparative Example 4
A one-pack type epoxy resin composition is obtained in the same manner as in Example 1 except that a ketimine compound (obtained by dehydration reaction of “Jeffamine D400” manufactured by Huntsman and methyl isobutyl ketone (reagent)) is not blended. It was.
[0025]
Comparative Example 5
A one-pack type epoxy resin composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that the blending amount of the oxazolidine compound (“ZOLDINE MS-PLUS” manufactured by San Apro Co., Ltd.) was 20 parts by weight.
[0026]
Comparative Example 6
A one-pack type epoxy resin composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 4 except that the blending amount of the oxazolidine compound ("ZOLDINE MS-PLUS" manufactured by San Apro Co., Ltd.) was 30 parts by weight.
[0027]
Comparative Example 7
A one-pack type epoxy resin composition having the following composition was obtained.
100 parts by weight of epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Japan Epoxy Resin)
Ketimine compound 50 parts by weight (obtained by dehydration reaction of diethylenetriamine (reagent) and methyl isobutyl ketone (reagent))
Oxazolidine compound 10 parts by weight (“ZOLDINE MS-PLUS” manufactured by Sun Apro)
Solvent (toluene (reagent)) 100 parts by weight [0028]
Comparative Example 8
A one-pack type epoxy resin composition having the following composition was obtained.
100 parts by weight of epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Japan Epoxy Resin)
Ketimine compound 38 parts by weight (obtained by dehydration reaction of norbornanediamine (Mitsui Chemicals) and methyl isopropyl ketone (reagent))
Oxazolidine compound 10 parts by weight (“ZOLDINE MS-PLUS” manufactured by Sun Apro)
Solvent (toluene (reagent)) 100 parts by weight
Comparative Example 9
“Bond E810LS” manufactured by Konishi Co., Ltd., which is a two-pack type epoxy resin composition, was prepared.
[0030]
About each epoxy resin composition which concerns on Example 1 and Comparative Examples 1-9, the measurement of the hardening start time in a thin film and evaluation of the hardened | cured material physical property in a thick film were performed. The measurement method and evaluation method are as follows.
[Measurement of curing start time in thin film]
Injected material quality standard test method (draft) in the book "Ministry of Construction Comprehensive Technology Project Development of Durability Improvement Technology for Concrete" (issued by Civil Engineering Research Center, May 1989) The curing time was measured by the method used. If it demonstrates concretely, it will be measured in the following procedures.
(I) A transparent glass plate having a length of 2.5 cm, a width of 35 cm, and a thickness of 2 mm is prepared.
(Ii) A tape having a width of 2 mm and a thickness of 1 mm is applied to all sides of the glass plate.
(Iii) The epoxy resin composition is poured into the glass plate until the upper limit of the thickness of the tape passes, and a glass plate coated with the epoxy resin composition with a thickness of 1 mm is produced.
(Iv) Set the glass plate on the drying recorder and set the point at which the needle marks start to be set as the curing start point.
(V) The time from setting to the drying recorder to the curing start point is defined as the curing start time (hr).
The measurement environment was 65% RH at 20 ° C., and “RC I DRYING TIME TESTER” manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho was used as the driving recorder.
The results are shown in Table 1.
[0031]
[Physical properties of cured film]
Each epoxy resin composition was put in a cup-shaped container made of polypropylene having a height of 0.5 cm until the upper limit passed, and cured at 20 ° C. in an environment of 65% RH for 28 days to cure the epoxy resin composition. Thereafter, the cured product is removed from the cup-shaped container, and the hardness of the cured product is confirmed by hand. A product having the same hardness as the cured product of the two-component epoxy resin composition according to Comparative Example 9 is “hard”. Those that were much softer than this were evaluated as “soft”.
The results are shown in Table 1.
[0032]

[0033]
As is apparent from the results in Table 1, each epoxy resin composition according to Comparative Examples 2, 3, 7 and 8 has a significant difference from the conventional two-pack type epoxy resin composition according to Comparative Example 9 in its curing start time. There is no. Therefore, like the conventional two-pack type epoxy resin composition, it hardens quickly after being applied to the concrete surface, so the epoxy resin composition cannot be sufficiently impregnated in the concrete surface layer and the concrete surface layer is strengthened. I can't hope. In addition, since the epoxy resin according to Comparative Example 1 has a long curing start time, it can be sufficiently impregnated with the epoxy resin composition in the concrete surface layer. However, since the cured material properties are soft, the concrete surface layer is strengthened. Is not suitable. Moreover, since each epoxy resin composition according to Comparative Examples 4 to 6 has an extremely long curing start time and is not cured after 7 days, it is reasonable to use it as a material for reinforcing construction of a concrete structure. is not.
[0034]
On the other hand, since the epoxy resin composition according to Example 1 has a moderately long curing start time and a hardened physical property, it is optimal for use in strengthening the concrete surface layer. When the state of curing of the epoxy resin composition according to Example 1 is observed, the physical properties of the cured product are soft at the time of curing 7 days, but thereafter the physical properties change to hard as curing proceeds. The reason for this is not clear, but the epoxy resin is cured by the amine formed by the decomposition of the ketimine compound, but thereafter, anionic polymerization of the epoxy resin via oxazolidine occurs, which results in a cured product that was initially soft. It is thought to change to hard.
[0035]
Test Example First, a one-pack type epoxy resin composition having the following composition was obtained.
100 parts by weight of epoxy resin (“Epicoat 828” manufactured by Japan Epoxy Resin)
70 parts by weight of ketimine compound (obtained by dehydration reaction between “Jeffamine D400” manufactured by Huntsman and methyl isobutyl ketone (reagent))
Oxazolidine compound 10 parts by weight (“ZOLDINE MS-PLUS” manufactured by Sun Apro)
10 parts by weight of silane coupling agent (“KBM403” manufactured by Shin-Etsu Silicone)
Solvent (methyl isobutyl ketone (reagent)) 40 parts by weight [0036]
Meanwhile, a reinforced concrete plate having a rectangular parallelepiped shape with a thickness of 16 cm, a width of 30 cm, and a length of 120 cm and a cover thickness of 3 cm was prepared. Then, the entire 90 cm area was sanded with a disk sander, leaving 15 cm at both ends in the length direction. Then, the one-pack type epoxy resin composition was applied to the sanding portion so that the coating amount was in the range of 200 to 300 g / m ² and left for 3 days. Then, the reinforcement method by the conventional fiber reinforced sheet was constructed in the following order.
(I) A two-component epoxy resin primer (“Bond E810LW” manufactured by Konishi Co., Ltd.) was applied at a coating amount of 150 g / m ² to the portion where the one-component epoxy resin composition was applied, and left for 1 day.
(Ii) A two-pack type epoxy resin-based uneven-adjustment material (“Bond E395W” manufactured by Konishi Co., Ltd.) was applied at a coating amount of 600 g / m ² on the portion where the two-pack type epoxy resin primer was applied, and left for one day. .
(Iii) A two-pack type epoxy resin adhesive (“Bond E2500W” manufactured by Konishi Co., Ltd.) was applied at a coating amount of 500 g / m ² to the portion where the two-pack type epoxy resin-based unevenness adjusting material was applied.
(Iv) Immediately after applying the two-pack type epoxy resin adhesive, a carbon sheet (“TU Cross HT300” manufactured by Nippon Oil Corporation) was attached and left for 1 day.
(V) Thereafter, a two-component epoxy resin adhesive (“Bond E2500W” manufactured by Konishi Co., Ltd.) was further applied from above the carbon sheet at a coating amount of 300 g / m ² .
As described above, the reinforced concrete plate was reinforced with the carbon sheet.
[0037]
The obtained reinforced concrete plate with a carbon sheet was subjected to a static loading test by the method shown in FIG. That is, a load was applied in the direction of the arrow from the upper fulcrum at a loading speed of 1.0 mm / min, and the maximum load when the reinforced concrete plate broke was measured. Moreover, the form of destruction at the time of destruction was also observed. As a result, the maximum load was 195 kN, and the fracture form was cracked in the shear direction, and finally broke from the cover part near the reinforcing bar. From this, sufficient impregnation reinforcement (improvement of concrete surface layer strength) effect and reinforcement by carbon sheet (improvement of bending strength of concrete) were confirmed.
[0038]
Comparative Test Example 1
The static loading test similar to the said test example was done to the rectangular parallelepiped reinforced concrete board prepared by the test example, without giving any treatment. As a result, the maximum load was 110 kN, and the fracture mode was bending fracture of concrete. Bending fracture is caused by cracks in the width direction of reinforced concrete plates.
[0039]
Comparative test example 2
Reinforced concrete was reinforced in the same manner as in the test examples except that the one-pack type epoxy resin composition was not applied. That is, it is a conventional reinforcing method in which the reinforced concrete plate is subjected to the processes (i) to (v) of the test example. And when the maximum load was measured like the test example, it was 190 kN. Moreover, although the fracture | rupture form cracked in the shear direction of the reinforced concrete board, it was the surface layer destruction which the surface layer part of concrete destroyed finally. As is clear from the comparison between the above test example and this comparative test example 2, the maximum load is the same for both, but the former is destruction from the cover part near the reinforcing bar, whereas the latter is concrete. It is surface layer destruction. That is, in Comparative Test Example 2, which is a conventional method, the maximum load is increased by the reinforcement with the carbon sheet, but the final fracture occurs in the surface layer, which is the weakest part of the concrete, and the reinforcement with the carbon sheet is fully utilized. I understand that there is no.
[0040]
【The invention's effect】
The one-pack type epoxy resin composition used in the present invention is a combination of a specific ketimine compound and a specific oxazolidine compound, and has a relatively long curing start time and is completely cured. The later cured product is relatively hard. Therefore, when this one-pack type epoxy resin composition is applied to the concrete surface, it takes a relatively long time to start curing, so that the epoxy resin composition penetrates into the concrete surface layer. And since it hardens | cures after infiltrating and the hardened | cured material is comparatively hard, a concrete surface layer is strengthened. That is, when this one-pack type epoxy resin composition is used, the concrete surface layer is sufficiently penetrated to form a hard cured product, so that the concrete surface layer can be sufficiently strengthened. Therefore, according to the method of the present invention, the concrete can be reasonably reinforced by improving the concrete surface layer strength by the one-pack type epoxy resin composition and by improving the bending strength of the concrete by the fiber reinforced sheet.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a static loading test method used in a test example.

Claims

After the base material is applied on the concrete surface, in the reinforcing method of concrete for bonding fiber-reinforced sheet, prior to applying the base material, a one-pack type epoxy resin composition described below, impregnated into the concrete surface and cured Te, reinforcing method of the concrete by the fiber-reinforced sheet characterized that you strengthen the concrete surface.
Record
(A) an epoxy resin, (B) a ketimine compound obtained by dehydration reaction of a polyoxyalkylene polyamine and a ketone, and (C) N-ethyl-2-methyl-2- (3-methylbutyl) -1,3 -One-pack type epoxy resin composition containing oxazolidine.