針(日本土木學會,2018)
於 2018 年出版之「セメント系材料を用いたコンクリート構造物の補修・
補強指針」內容包括可用於所有修復/補強工法之「共通篇」和介紹使用水泥系材 料進行修復/補強之設計、施工、維護之「工法類別篇」。
該指針專門針對使用碳纖維(Fiber Reinforced Plastics; FRP)進行補強之方法 加以描述,其工法分別有樓板之頂面及底面進行增厚之施工方法,以及橋墩包覆 的設計和施工方法。
1. 上表面增厚工法
上表面增厚工法係在樓板頂部上安裝鋼筋並鋪設碳纖維補強混凝 土,此為一種與現有樓板整合之施工方式,並能有效地提高抗剪和抗彎 承載能力。因要與現有樓板整合,如現有樓板表面上有局部受損,則必 須去除劣化、受損之混凝土。
2. 下表面增厚工法
下表面增厚工法係將鋼筋鋪設在樓板底面上,然後使用聚合物水泥 砂漿、碳纖維補強快速硬化砂漿等材料使之與現有樓板結合。使用增厚 工法後之樓板能有效地提高抗彎承載能力。如果有水從樓板上部滲入,
則滲透之水分將會停留在樓板與鋼筋界面處,導致耐久性下降,因此需 配合防水工法。
3. 包覆工法
包覆工法係用包覆之方式把現有之鋼筋混凝土柱構件進行補強,使 之與既有構件整合形成複合結構,進而確保承載能力。其包覆材料有鋼 筋混凝土、聚合物水泥砂漿、鋼板、碳纖維網等。為防止補強之結構挫 曲,在某些情況下,會在構件中間穿刺PC 鋼管用以約束鋼筋。
建築物之修復/補強流程詳見圖 2- 7,在該文獻之共通篇中提到,修復主要 係為了使構造物之性能回復至設定值,並減低會引起性能低下之原因。一般來說,
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修復之目的包含對產生裂縫、開裂、變形、腐蝕等劣化部位進行修復、部分區域 填補、除去劣化部位、除去劣化因子、降低可能影響性能低下之原因。補強主要 係為了使提升該構造物之性能,其方法有更換鋼筋、導入預力以及增加斷面、部 材、支撐點、補強材等。表2- 13 為以回復或增加性能為目的所對應之修復/補強 工法,表2- 14 為修復/補強使用之材料。除此之外,關於水泥系之修復/補強材料 之試驗方法,詳列見下表2- 15 中。
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圖
2- 7 修復/補強流程
(資料來源:日本土木學會,2018)28
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30 JSCE-G 541-1999:充てんモルタルの圧縮強度試験方法 JSCE-G 551-2007:鋼繊維補強コンクリートの圧縮強度およ び圧縮タフネス試験方法
JSCE-G 562-2007:はりによる吹付けコンクリートの初期圧 縮強度試験方法
JSCE-G 505-1999:円柱供試体を用いたモルタルまたはセメ ントペーストの圧縮強度試験方法
抗拉強度 JIS A 1113:コンクリートの割裂引張強度試験方法
撓曲強度
JIS A 1106:コンクリートの曲げ強度試験方法 JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法
JSCE-G 552-2007:鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度およ び曲げタフネス試験方法
黏結強度
JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法
JSCE-K 561-2003:コンクリート構造物用断面修復材の試験 方法
破壞能量 JCI-S001:切欠きはりを用いたコンクリートの破壊エネルギ ー試験方法
楊氏係數 JIS A 1149:コンクリートの静弾性係数試験方法
熱膨脹係數
JSCE-K 561-2003:コンクリート構造物用断面修復材の試験 方法
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項目 試驗方法
JSCE-K 561-2003:コンクリート構造物用断面修復材の試験 方法
JSCE-G 571-2007:電気泳動によるコンクリート中の塩化物 イオンの実効拡散係数試験方法
JSCE-G 572-2007:浸せきによるコンクリート中の塩化物イ オンの見掛けの拡散係数試験方法
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鹽害而損壞之情況下,所進行修復之目的將根據劣化過程而異,例如防 止氯離子侵入、防止水和氧氣滲入、減緩鋼筋腐蝕反應速度、停止鋼筋 腐蝕反應、填補因鋼筋腐蝕所減少之斷面積、恢復構件之承載性能等。
首先,須清楚補修工法之性能要求,其次是調查和診斷氯離子含量,因 氯離子濃度與內部鋼筋腐蝕速率有關,使用含亞硝酸根離子之塗佈材,
利用浸漬工法不但可阻隔劣化因子,亦可增加抑制鋼筋腐蝕之效果。同 樣地,使用斷面補修工法時,於聚合物水泥砂漿修復材料中添加所需之 亞硝酸根離子量,採用內部注入工法對鋼筋進行大面積的包覆,即使在 高氯離子濃度之結構和已具有明顯鋼筋腐蝕之結構,仍可定量且迅速地 將亞硝酸根離子提供給鋼筋。除了選擇定量補修工法外,修復後的維持 管理在時間軸上的掌握也很重要。不會再劣化的補修工法並不總是最好 的選擇,還有一種修復方式,是先進行最小限度之修復,然後再通過反 覆地進行修復來抑制劣化。通過綜合評估之定量地施工方法和未來維護 方案,以實現延長混凝土建築物之使用年限。
2. 鹽害補修工法
當因鹽害而劣化之混凝土建築物,選擇補修工法時,應確認建築物 處於哪個劣化過程,潛伏期、進展期、加速期還是劣化期?表 2- 16 列 出了由於鹽害引起的建築物外觀等級(劣化過程)與劣化狀況之關係。表 2- 17 顯示鹽害劣化等級與適用之補修工法的關係。
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表
2- 16 受鹽害之鋼筋混凝土建築物外觀等級和劣化狀態
建築物外觀等級 劣化過程 劣化狀態
等級I 潛伏期 外觀上無變化,氯離子濃度低於腐蝕發生之 極限。
等級II 進展期 外觀上無變化,氯離子濃度超過腐蝕發生極 限,開始腐蝕。
等級III-1 加速期前期 腐蝕裂縫產生,可以看見銹汁。
等級III-2 加速期後期
腐蝕裂縫長且多,隨著裂縫發展,觀察到混 凝土部分剥離、剝落,且有觀察到鋼筋斷面 積顯著減小。
等級IV 劣化期 觀察到由於腐蝕裂縫而導致大規模地剥離、
剝落,鋼筋斷面積減少,以及大位移、變形。
(資料來源:日本土木學會,2013)
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