JP2004232298A

JP2004232298A - コンクリート補強用ｆｒｐ部材

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Publication number: JP2004232298A
Application number: JP2003020986A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sekine; 健一関根; Hiroyuki Yoshizawa; 弘之吉澤
Original assignee: Nippon Steel Composite Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】繊維強化樹脂とされるＦＲＰにて形成されたコンクリート補強用ＦＲＰ部材において、コンクリートとの定着を効率よく、そして確実にしたコンクリート補強用ＦＲＰ部材を提供する。
【解決手段】本発明のコンクリート補強用ＦＲＰ部材１００は、繊維強化樹脂にて線状に形成されたＦＲＰ筋１と、ＦＲＰ筋１の長手方向に対して両側に線対称に直角方向に向けて突出した、ＦＲＰ筋１と同じ材質で形成された突出部分２と、を有し、突出部分２のＦＲＰ筋１との突出開始部分２ｂからの突出長さＡは、突出部分２の突出方向における、ＦＲＰ筋１の幅ｗの０．５倍以上２倍以下である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）部材に関するものであり、特に、例えば、コンクリート構造物、例えば、梁、柱、桁、壁、床板、煙突、給水槽等の鉄筋代替の補強材として、又は、それらコンクリート構造物の補修、補強にも好適に使用し得るコンクリート補強用ＦＲＰ部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土木分野のコンクリート構造物の補強用つまり鉄筋代替として、引張強度が高い、錆びにくい、軽量である、シールドマシンの刃で切削しやすい、用途に合わせて各種の繊維を用いることができる、等の特長を生かして、ＦＲＰ材料が広く使われている。特に、線状に成形されたものは、棒状や、それを曲げた形のループ状やバネ状、伸縮自在のアコーデオン形状に形成可能であり、又、その断面も円形や四角や三角とあらゆる形に成型可能であり、被補強物の形状に合わせて、コンクリート構造物、例えば、梁、柱、桁、壁、床板、煙突、給水槽等の鉄筋代替としての補強材として、あらゆる部分に適用されている。
【０００３】
従来のこうした線状に成型されたコンクリート補強用ＦＲＰ部材として、特に鉄筋代替として用いられる棒状部材では、（１）撚り線状や（２）組み紐状、それに、（３）強化繊維を一方向に束ねて固めたＦＲＰ部材表面に凸部を付けた製品が一般的である。
【０００４】
（１）撚り線状ＦＲＰ部材は、図９（ａ）に示したものであり、強化繊維の束をロープ状に撚って成型したものであり、ケーブルが軽量であることにより架空線やステー等に使用する場合のケーブルのたるみを大幅に抑制することができたり、自重による耐力のロスを低減できるので、鋼撚り線では不可能であった超長スパンの構造物建設に適用可能であり、更に、運搬や仮設の作業向上も期待できる。又、低クリープ性や低リラクセーション、低線膨張、高引張疲労性、耐食性等の特徴がある。
【０００５】
（２）図９（ｂ）に示す組み紐状ＦＲＰ部材は、強化繊維を編み、樹脂を含浸、硬化したプレストコンクリート用緊張材である。組み紐特有の表面形状により、コンクリートとの付着性能が優れている。又、（１）と同様に、低クリープ性や低リラクセーション、低線膨張、高引張疲労性、耐食性等の特徴がある。
【０００６】
（３）図９（ｃ）に示す繊維を一方向に束ねて樹脂で固めたＦＲＰ部材は、（１）や（２）に比べ、強度発現率が高く、同一強度の場合は、より細径のもので対応できるという特徴がある。尚、繊維の束ねる方法や硬化処理の方法によって、例えば、プレスされた場合は、断面が四辺形となり、シートを細長くした形状である棒状となることが多い。コンクリートとの定着性を強化するために、このＦＲＰ部材の表面に凸部を設けたものが一般化されている。凸部を設ける方法としては、繊維束に外側から、同じ材料である繊維を巻き付けて硬化させる方法や、粒状物を散布して硬化させる方法等がある。
【０００７】
図５に、橋梁において、ここでは、（３）における、強化繊維を一方向に配向させたコンクリート補強用ＦＲＰ部材３００を使用し、鉄筋代替に使用した例を示す。本例では、炭素繊維とされるＦＲＰ部材３００を橋梁床板４に使用した態様を示す。
【０００８】
ここでは、図５に示されるように、ここでは橋桁の床板部分４のコンクリートにＦＲＰ部材３００を埋め込んで鉄筋代替としてコンクリート構造物を補強する。棒状ＦＲＰ部材３００の引張特性により、効果的な補強が実現できる。尚、図５は、床板部分４’において床板コンクリート４から透かして、ＦＲＰ部材３００が内部に埋め込まれている様子を示したものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンクリートをＦＲＰ部材で補強する場合、その補強材とコンクリートとの定着が大変重要であるが、従来の（１）撚り線状や（２）組み紐状、（３）凸部を設けた一方向配向型のＦＲＰ部材等は、通常の鉄筋の代替として用いる新設のコンクリート構造物や大規模な補修工事等に施工する場合等に用いる、太径の筋材において、コンクリートとの定着が不足し、その筋材の持っている引張強度が生かされなかったり、長めの定着長さを必要とするため使いづらいという欠点があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、繊維強化樹脂とされるＦＲＰにて形成されたコンクリート補強用ＦＲＰ部材において、コンクリートとの定着を効率よく、そして確実にしたコンクリート補強用ＦＲＰ部材を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係るコンクリート補強用ＦＲＰ部材にて達成される。要約すれば、本発明は、繊維強化樹脂にて線状に形成されたＦＲＰ筋と、該ＦＲＰ筋の長手方向に対して両側に線対称に直角方向に向けて突出した、前記ＦＲＰ筋と同じ材質で形成された突出部分と、を有し、該突出部分の前記ＦＲＰ筋との突出開始部分からの突出長さは、前記突出部分の突出方向における、前記ＦＲＰ筋の幅の０．５倍以上２倍以下であることを特徴とするコンクリート補強用ＦＲＰ部材を提供する。
【００１２】
本発明の一実施態様によると、前記ＦＲＰ筋は、幅が３〜３０ｍｍ、厚さが１〜３０ｍｍとされ、前記突出部分は、前記ＦＲＰ筋の幅方向に平行な方向に向けて、前記ＦＲＰ筋の長手方向において互いに３〜２０ｃｍの間隔をおいて、複数設けられる。
【００１３】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化樹脂は、強化繊維を一方向に配列した強化繊維束にマトリクス樹脂を含浸し、硬化して形成され、前記強化繊維の配向方向が前記ＦＲＰ筋の軸方向である。
【００１４】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化樹脂は、繊維目付１００〜１０００ｇ／ｍ、樹脂含浸量が３０〜７０ｗｔ％であり、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維；ボロン、チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；等から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、前記マトリクス樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含む。
【００１５】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰ筋部分が直線状であるか、又は、前記ＦＲＰ筋は、曲線状部分を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンクリート補強用ＦＲＰ部材を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１７】
実施例１
図１は、本発明に係るコンクリート補強用ＦＲＰ部材（以下、「ＦＲＰ部材」と称す。）の一実施例である直線状品の斜視図である。本発明のＦＲＰ部材１００は、強化繊維を一方向に配向させてそれを樹脂にて硬化させて形成した、直線状の棒状形状の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を材質とするＦＲＰ筋１に、その長手方向に対してそれ以外の方向に、突起部分２を設けた構成に特徴を有する。
【００１８】
本実施例にて、棒状ＦＲＰ部材１００を構成するＦＲＰ筋１は、図１に示すように、断面が長方形の細板状である。即ち、所定単位の数の繊維を束ねて、その強化繊維束にマトリクス樹脂を含浸させて平面上にプレスして製造され、厚みと幅を有する、断面が略四辺形の四角棒状に形成されたものである。
【００１９】
本実施例にて、ＦＲＰ筋１は、本実施例では、主にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の強化繊維を一方向に並べて、ビニルエステル樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させた強化繊維を複数積層し、硬化して形成された繊維強化樹脂である。
【００２０】
突起部分２は、ＦＲＰ筋１と同様の材料である繊維強化樹脂（ＦＲＰ）にて作製されるものとする。本実施例では、ＦＲＰ筋１を短くしたＦＲＰ短筋２ａを、ＦＲＰ筋１の長手方向に所定の間隔をおいて、交差させた形状となっている。
【００２１】
そして、突起部分２の、ＦＲＰ筋１からの突起開始位置２ｂからの突起長さＡは、突起部分２を取り付けた方向に平行方向のＦＲＰ筋１の幅ｗの０．５倍以上２倍以下である。つまり、０．５×ｗ≦Ａ≦２×ｗである。
【００２２】
突起部分２の直角方向の突起長さＡは、このように、筋材幅ｗの０．５倍以上２倍以下が望ましい。０．５倍より小さければ、十分なコンクリート定着性が得られず、２倍以上では、配筋作業を行う場合、突出部分２が他の部材の引っかかり作業に支障がある場合もある。
【００２３】
本実施例では、突起部分２がＦＲＰ筋１の両側に線対称に突起している。そしてその取り付け方向は、直角である。
【００２４】
このＦＲＰ部材１００は、本実施例では、図３に示すＦＲＰ格子材１００’を先ず形成してから、それを一方向に切断して形成される。
【００２５】
ＦＲＰ格子材１００’は、図３、４を参照すると理解されるように、交差させて格子状に配置された複数のＦＲＰ筋１と同じ材質、即ち、主に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を一方向に並べて、ビニルエステル樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させた帯状強化繊維を複数積層して形成された、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とを有する。又、各補強筋１０１、１０２は、補強筋幅（ｗ）３〜３０ｍｍ、厚さ（ｔ）１〜３０ｍｍ、であり、縦補強筋１０１長手方向における横補強筋１０２の間の距離（Ｗ１）３〜２０ｍｍの格子板状に成形硬化され、全体としてシート状のＦＲＰ格子材１００’を形成する。このＦＲＰ格子材１００’は、図４に示すように筋１０１と１０２の交差部分の厚さが他の部分の厚さと等しくなるように成形硬化されている。
【００２６】
このＦＲＰ格子材１００’において、各補強筋１０１の両脇にてそれに平行に図３にては直線Ｘで各補強筋１０２部分を切断して、ＦＲＰ部材１００が形成される。補強筋１０１部分がＦＲＰ筋１部分となり、補強筋１０１に交差し、切断されたことによって補強筋１０１より突出した形状となる補強筋１０２が突出部分２となる。
【００２７】
そして、ＦＲＰ筋１の短手方向の筋幅ｗの５倍以下の長さのＦＲＰ短筋２ａを、その中央部分にてＦＲＰ筋１に交差させた形状のＦＲＰ部材１００が形成される。
【００２８】
このように、ＦＲＰ筋１の両側に線対称に突起部分を設けた場合は、その両側のＦＲＰ短筋２ａの先端から先端までの長さＢは、ＦＲＰ筋１の幅ｗの２倍以上５倍以下となる。つまり、２×ｗ≦Ｂ≦５×ｗとなる。
【００２９】
ＦＲＰ筋１は、通常、筋幅（ｗ）３〜３０ｍｍ、厚さ（ｔ）１〜３０ｍｍ、であり、突起部分２を設置する間隔（Ｗ１）は、３〜２０ｃｍとされる。上述のように、突起部分２はＦＲＰ筋１に、直角に配置される。
【００３０】
通常、強化繊維としてガラス繊維を使用した場合には、棒状ＦＲＰ部材１００は、５００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度、３００００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張弾性率を有している。
【００３１】
又、このような構成のコンクリート補強用ＦＲＰ部材１００は、軽量で、耐食性であり、又、曲げ成型ができ、施工性に優れている。又、突起部分２はＦＲＰ筋１の厚さ部分から突起しているが、本実施例のように、上記に説明したＦＲＰ格子材１００’を切断して形成された場合、図４に示すように、突起部分２との交差部分がＦＲＰ筋１部分と略同一平面上にある。
【００３２】
棒状ＦＲＰ部材１００の作製方法は、上記のものに限定されるものではなく、種々の方法を採用し得る。
【００３３】
断面形状も四辺形以外でもよく、補強するコンクリート構築物の形状によって、適当な断面形状とする。
【００３４】
ＦＲＰ部材１００における繊維目付は、１００〜１０００ｇ／ｍ、樹脂含浸量は３０〜７０ｗｔ％とされる。
【００３５】
本発明におけるＦＲＰ部材１００に使用する強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維；ボロン、チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；等から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとし得る。マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂を使用することができる。
【００３６】
本発明の棒状ＦＲＰ材１００は、ＦＲＰ筋１に、突起部分２を設置することによって、コンクリート構造物に取り付けた場合、コンクリートとの定着性が強化され、確実なコンクリート補強が実現できる。
【００３７】
以上説明したように、繊維強化樹脂にて棒状に形成されたＦＲＰ筋と、ＦＲＰ筋の長手方向に対して直角に向けて突出した、ＦＲＰ筋と同じ材質で形成された突出部分と、を有し、突出部分のＦＲＰ筋との突出開始部分からの突出長さは、突出部分の突出方向における、ＦＲＰ筋の幅の０．５倍以上２倍以下であることによって、コンクリートとの定着を効率よく且つ確実にできるようになった。
【００３８】
又、本構成のＦＲＰ部材は、軽量で耐食性に優れ、又、ＦＲＰ筋１部分において、強化繊維がその軸方向に一方向に配列できるため、高い引張強度を有し、更に、コンクリートとの定着性に優れているので、高耐力の補強材、或いは、緊張材としても利用可能である。そして本実施例のように断面が四辺形の場合は、筋幅ｗが３０ｍｍ、厚さｔが３０ｍｍの太径のＦＲＰ部材を使用する場合でも、強固な定着が実現できる。
【００３９】
本実施例のＦＲＰ部材１００を、従来例にて説明した方法で、図５に示すように、鉄筋代替として、橋梁の床板４に適用した場合、高い引張強度にて強固に固定され、更にコンクリートに対する定着が強固になされる。図６に橋桁の床板４内部を詳しく示す。このように、鉄筋代替として、直線状の棒状ＦＲＰ部材１００を複数本交差させて橋桁の床板４内部に適用することで強固な補強ができる。
【００４０】
そして、本発明のＦＲＰ部材１００は、図７に示すように、橋梁の床板４においては、その補強における緊張材として使用することもできる。その場合、強力なコンクリートへの定着性の特長を生かして、楔状の円筒を使わなくとも、簡単な定着具にて強固な定着が実現できる。
【００４１】
そして、ＦＲＰ部材１００が簡単な定着具３０によって固定されていれば、図７に示すように、橋桁の床板４においては、固定されたＦＲＰ部材１００の側からセメントモルタルか、又は、ポリマーモルタル５を塗付して増厚させ、補強され、緊張材として用いられる。そして、棒状ＦＲＰ部材１００の引張特性により、効果的な補強が実現できる。
【００４２】
ここで、棒状ＦＲＰ部材１００は樹脂やモルタル等５によって強力に固定されるので、従来のように補強材を締め付ける定着具を必要とせず、ＦＲＰ部材１００端部を床板４に止めるだけの単純な構成のものが使用できる。
【００４３】
そして、橋桁床板以外のあらゆるコンクリート構造物の緊張材として適用できることはいうまでもない。
【００４４】
つまり、本発明のＦＲＰ部材は、緊張材として用いる場合には、特徴部分であるＦＲＰ部材の突出部分が定着部において有効に働くため、複雑な構成の定着具を用いずに、樹脂や膨張モルタルで容易に強力に固定することができる。
【００４５】
実施例２
図２は、本実施例のＦＲＰ部材であり、実施例１における棒状のＦＲＰ部材１００を曲げて形成した、曲線状ＦＲＰ部材２００である。
【００４６】
本実施例では、実施例１に説明した強化棒状ＦＲＰ部材１００を、形成時に曲げた状態で硬化して製造したものである。
【００４７】
せん断補強筋や幅止め筋としての曲線形状では、従来の材料に比べ、成型時引っ張り方向に均一に硝子や炭素繊維を配向できるため、引っ張り強度を有効に発揮することができる。
【００４８】
本実施例のように、直線状以外の形状に形成することによって、更に使用用途を広げることができる。
【００４９】
こうしたＦＲＰ部材１００の曲げ成型性を生かして、例えば、図５に示す橋桁の床板４に応用した場合、図８のように、ＦＲＰ部材１００を自在に曲げて、埋め込むことで、コンクリートの鉄筋の役割を担うことができる。
【００５０】
このように、あらゆる形状にも成型させることができ、あらゆる形状のコンクリート構造物の補強ができる。又、ＦＲＰ筋において、強化繊維が一方向に配列可能であるため、それに沿って曲げた場合、直線状のものに近い引張強度が得られる。
【００５１】
このように、通常の鉄筋の代替として用いる場合に、ＦＲＰ部材の突出部によってコンクリートとの定着が確実に行われるために、筋材の引張特性が有効に働く。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のコンクリート補強用ＦＲＰ部材は、繊維強化樹脂にて線状に形成されたＦＲＰ筋と、ＦＲＰ筋の長手方向に対して両側に線対称に直角方向に向けて突出した、ＦＲＰ筋と同じ材質で形成された突出部分と、を有し、突出部分のＦＲＰ筋との突出開始部分からの突出長さは、突出部分の突出方向における、ＦＲＰ筋の幅の０．５倍以上２倍以下であるので、軽量、可撓性、耐食性、を備え、更に、引張強度を損なうことなく、コンクリートとの定着性を強化でき、特に大きい断面の補強材を必要とされる場合、その効果は顕著であり、又、曲線状部を有するものにおいて、その強化繊維の配向を曲線に沿って、平行に成型できるため、直線状に近い引張性能を発揮でき、より多様な形状のコンクリート構築物の補強が可能となった。
【００５３】
そして、通常の鉄筋として用いる場合には、突出部によって、コンクリートとの定着が確実に行われるために、筋材の引張特性が有効に働く。又、直線状のＦＲＰ部材を緊張材として用いる場合にも、突出部が定着部において有効に働くため、簡易な定着法が可能となり、簡易な定着具を用いて、樹脂や膨張モルタルで容易にコンクリートに固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンクリート補強用ＦＲＰ部材の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るコンクリート補強用ＦＲＰ部材の他の例を示す斜視図である。
【図３】コンクリート補強用ＦＲＰ部材の材料であるＦＲＰ格子材を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るＦＲＰ筋と突出部分との交差部分拡大斜視図である。
【図５】本発明及び従来のコンクリート補強用ＦＲＰ部材の橋桁床板における橋桁床板における鉄筋代替としての一施工態様を説明する施工図である。
【図６】本発明のコンクリート補強用ＦＲＰ部材の鉄筋代替としての一施工態様を示す拡大図である。
【図７】本発明に係るコンクリート補強用ＦＲＰ部材の緊張材としての一施工態様を示す施工図である。
【図８】本発明のコンクリート補強用ＦＲＰ部材の鉄筋代替としての他の施工態様を示す拡大図である。
【図９】従来のコンクリート補強用ＦＲＰ部材の一例及び他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ＦＲＰ筋
２突出部分
２ａＦＲＰ短筋
４橋桁床板（コンクリート）
５コンクリートモルタル
３０定着具
１００直線状ＦＲＰ部材
１００’ ＦＲＰ格子部材
２００曲線状ＦＲＰ部材

Claims

繊維強化樹脂にて線状に形成されたＦＲＰ筋と、該ＦＲＰ筋の長手方向に対して両側に線対称に直角方向に向けて突出した、前記ＦＲＰ筋と同じ材質で形成された突出部分と、を有し、該突出部分の前記ＦＲＰ筋との突出開始部分からの突出長さは、前記突出部分の突出方向における、前記ＦＲＰ筋の幅の０．５倍以上２倍以下であることを特徴とするコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記ＦＲＰ筋は、幅が３〜３０ｍｍ、厚さが１〜３０ｍｍとされ、前記突出部分は、前記ＦＲＰ筋の厚さ部分に、前記ＦＲＰ筋の長手方向で互いに３〜２０ｃｍの間隔をおいて、複数設けられることを特徴とする請求項１のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記繊維強化樹脂は、強化繊維を一方向に配列した強化繊維束にマトリクス樹脂を含浸し、硬化して形成され、前記強化繊維の配向方向が前記ＦＲＰ筋の軸方向であることを特徴とする請求項１又は２のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記繊維強化樹脂は、繊維目付１００〜１０００ｇ／ｍ、樹脂含浸量が３０〜７０ｗｔ％であることを特徴とする請求項３のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維；ボロン、チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；等から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされることを特徴とする請求項３又は４のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記マトリクス樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことを特徴とする請求項３、４又は５のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記ＦＲＰ筋部分が直線状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。
前記ＦＲＰ筋は、曲線状部分を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のコンクリート補強用ＦＲＰ部材。