JP2004300723A

JP2004300723A - 繊維強化プラスチック板およびコンクリート構造物

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Publication number: JP2004300723A
Application number: JP2003093892A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Taniguchi; 貴昭谷口; Minoru Nakamura; 実中村
Original assignee: Toray Industries Inc; Toray Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Industries Inc; Toray Construction Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4130781B2

Abstract

【課題】繊維強化プラスチックの高品質を確保し、接着による施工を容易かつ確実に行い、かつ、従来の工法よりも工期を短縮し、更に、効果的な補強効果を得ることができる繊維強化プラスチック板および、それを用いたコンクリート部材の補強構造物を提供する。
【解決手段】強化繊維に樹脂を含浸してなる繊維強化プラスチック板であって、当該板の面内の少なくとも二方向に強化繊維を配し、ヤング係数と単位幅あたりの断面二次モーメントの積が１２〜５００Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍであり、幅２００〜１０００ｍｍに成形してなり、コンクリート構造物の補強用であることを特徴とする繊維強化プラスチック板。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、壁、床版、トンネル覆工のようなコンクリート構造物の補強を図るときに用いて好適な繊維強化プラスチック板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、無筋コンクリート造のトンネル覆工のひび割れの抑制、コンクリート片の剥落防止などを目的とする補強を図る方法の一つとして、炭素繊維を施工現場において樹脂を含浸させながらコンクリート構造物に接着し、硬化させて繊維強化プラスチックを成形する技術がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしこの技術では、樹脂を調合し、強化繊維材料に樹脂を含浸させ、硬化させる作業が施工現場で行われるため、常に作業に適した環境を確保することが困難であり、一定した品質の繊維強化プラスチックを得ることが困難である。また、施工する作業者の技量によっても繊維強化プラスチックの品質にばらつきが生じる。さらに、施工現場で強化繊維材料を加工して繊維強化プラスチックを成形するため、施工に手間がかかり、工期が長くなるなどの問題があった。
【０００４】
また、床版、壁等のコンクリート構造物において、曲げ応力が大きい部分の曲げ耐力向上目的で、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維のような強化繊維材料を一方向に配した繊維強化プラスチック板を、接着剤を用いてコンクリート構造物に接着する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、長繊維の炭素繊維を一方向乃至四方向に配した、厚さが２〜５ｍｍ程度の炭素繊維強化プラスチック板を、接着剤を用いてコンクリート構造物の曲げ応力が大きい部分に接着し、曲げ耐力を向上させる方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
しかし従来の繊維強化プラスチック板を用いる技術では、剛性が高く、例えば、施工時に湾曲した構造のコンクリート部材に用いるのに特殊な工具を要したり、長い工期を要したり、また繊維強化プラスチック板の接着面に気泡が残留する可能性が高く、付着強度が低下して想定した補強効果が得られないという問題があった。
【０００７】
【非特許文献１】
「炭素繊維シートによるコンクリート構造物の補修・補強設計・施工マニュアル（案）トンネル覆工編」、炭素繊維補修・補強工法研究会、１９９７年
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−７２１０１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−２５６８３７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、コンクリート構造物の補強において施工が容易かつ短工期で確実に行うことができ、かつ、効果的な補強効果を得ることができる繊維強化プラスチック板および、それを用いたコンクリート部材の補強構造物を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、強化繊維に樹脂を含浸してなる繊維強化プラスチック板であって、当該板の面内の少なくとも二方向に強化繊維を配し、ヤング係数と単位幅あたりの断面二次モーメントの積が１２〜５００Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍであり、幅２００〜１０００ｍｍに成形してなり、コンクリート構造物の補強用であることを特徴とする繊維強化プラスチック板である。
【００１２】
また本発明は、前記の繊維強化プラスチック板を用いて補強したことを特徴とするコンクリート構造物である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の繊維強化プラスチック板は、強化繊維に樹脂を含浸してなる。予め成形した繊維強化プラスチック板とすることにより、工期の短縮が可能となる。更に、施工の前に施工対象に応じた加工が可能であり、例えば複雑な平面形状の開口を持つ壁面などでも、現場での補強材料の加工の手間が省かれ、工期の短縮が可能である。
【００１４】
強化繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維等を好ましく採用することができる。また樹脂としてはエポキシ樹脂等を好ましく採用することができる。
【００１５】
また、本発明の繊維強化プラスチック板は、その面内の少なくとも二方向に強化繊維を配してなる。そうすることで、一方向に強化繊維が配された繊維強化プラスチック板を二方向に施工するよりも施工の手間が省けて工期の短縮が可能になる。
【００１６】
また、本発明の繊維強化プラスチック板は、ヤング係数と単位幅あたりの断面二次モーメントの積が１２〜５００Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍであることが重要である。そうすることで、良好な施工性および効果的な補強効果を発揮できる。５００Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍ以下とすることにより、トンネル覆工上部のような湾曲した形状の施工対象に対しても、施工時に繊維強化プラスチック板を人力等で容易に湾曲させながら接着することができ、また気泡の残留を防ぎ、繊維強化プラスチック板とコンクリート部材との密着性を確保することができる。逆に５００Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍを超えると、繊維強化プラスチック板の厚みが大きくなる傾向にあるので、施工の際これらを互いに重ね合わせて接合すると、重ね合わせ端部の段差が大きくなるため、重ね合わせ上側の繊維強化プラスチック板とコンクリート面との間に生じるギャップが大きくなり、欠陥となり易い。このギャップにおいて繊維強化プラスチック板同士の応力伝達が不充分になり、負荷時の破壊はここから発生し易い。
【００１７】
一方、１２Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍ未満であると、十分な補強効果を得るためには、繊維強化プラスチック板を多く積層することが必要になる。すると、繊維強化プラスチック板の積層作業に手間がかかって作業性が悪くなる。また、繊維強化プラスチック板の積層は、接着面の汚れによる付着強度の低下や、接着材の硬化不良など、施工不良が発生する可能性が最く、積層数を増やすことは施工品質の確保の面からも好ましくない。また、繊維強化プラスチック板の厚さが薄くなる傾向にあるので、施工時の取り扱いにおいて不慮の外力に対して容易に破損する危険性が高くなり、取り扱い性が著しく低下する。また、剛性が小さいことで接着面の凹凸に沿って繊維強化プラスチック板が鋭く屈曲し、所定の強度が十分に発揮されない。更に、接着剤の偏在が繊維強化プラスチック板表面に波打つような、いわゆる不陸として現れ、施工後の仕上がりが視覚的に悪いなど、不具合が生じる。
【００１８】
上記のようなパラメータの範囲は、繊維強化プラスチック板を構成する強化繊維材料の種類と量を調整することや、強化繊維材料に含浸させる樹脂の量で繊維強化プラスチック板の厚さを調整することにより達成できる。例えば樹脂の付与量としては、繊維強化プラスチック板に対し樹脂を２０〜４０重量％とすると良い。
【００１９】
また、本発明の繊維強化プラスチック板は、幅２００〜１０００ｍｍに成形してなることが重要である。幅が２００ｍｍ未満であると、広範囲のコンクリート部材表面に対する補強の施工能率が悪くなる。一方、幅が１０００ｍｍを超えると、施工時等の取り扱い性が悪くなり、また、接着面に気泡が残留し易く、また接着剤も偏在し易く、付着強度が低下して補強効果が発揮され難い傾向にある。
【００２０】
また、本発明の繊維強化プラスチック板は、直径５〜７５ｍｍの貫通孔を１００〜５００ｍｍの間隔で有することが好ましい。そうすることで、気泡の残留や、接着剤の偏在といった不具合を更に効果的に防ぐことができる。また、トンネル覆工のようにコンクリート構造物表面から湧水が生じる場合、この貫通孔から水が抜けるので、湧水による施工後の繊維強化プラスチックの剥離を防止する効果もある。貫通孔の直径としては、５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上とすることで気泡や湧水を効率よく逃がすことができ、また７５ｍｍ以下、より好ましくは３０ｍｍ以下とすることでコンクリート部材を保持するとともに繊維強化プラスチック板としての強度を維持できる。また、貫通孔の間隔としては、５００ｍｍ以下、より好ましくは３００ｍｍ以下とすることで気泡や湧水を効率よく逃がすことができ、また１００ｍｍ以上、より好ましくは１５０ｍｍ以上とすることで繊維強化プラスチック板としての強度を維持できる。尚、貫通孔は、コンクリート部材の開口形状に合わせた切り欠きとは別に設けるものとする。
【００２１】
また本発明のコンクリート構造物は、本発明の繊維強化プラスチック板を用いて補強したことを特徴とする。そうすることで、接着面における気泡の残留等が無く、優れた強度を発揮することができる。
【００２２】
本発明の繊維強化プラスチック板を用いて本発明のコンクリート構造物とする手順としては例えば次の通りである。補強前のコンクリート構造物の表面を研磨して汚れや劣化したコンクリートを取り除き、断面欠損やひび割れがある場合は樹脂注入等で補修する。その後プライマーを塗布して硬化するのを待つ。不陸がある場合はパテ材等の不陸修正材を塗布して補修する。不陸修正材が硬化した後に接着剤を塗布する。接着剤の粘度としては、２〜４０Ｐａ・ｓが好ましい。接着剤を塗布したら、これが硬化する前に繊維強化プラスチック板を装着させる。繊維強化プラスチック板は、その端部から順にコンクリート部材表面に押し当てて、気泡の残留を防ぎながら接着させることが好ましい。また、それでも気泡が残留した場合には、繊維強化プラスチック板の上からローラー等で空気を押し出すことが好ましい。繊維強化プラスチック板を装着させたら、接着剤が硬化するまで気温及び湿度に注意しながら養生を行う。
【００２３】
【実施例】
（測定方法）
（１）ヤング係数
ＪＩＳＫ７０７３に基づく引張試験により測定した。尚、強化繊維織物の経・緯方向を、強化繊維プラスチック板の評価における縦・横方向とした（下記（２）においても同様。）。
【００２４】
（２）単位幅あたりの断面二次モーメント
繊維強化プラスチック板について、縦４３０ｍｍ×横４３０ｍｍに切り出し、その４隅付近と中央の５箇所について、その厚さをダイヤルゲージを用いて計測し、その平均値を取り、次式における「厚さ」とした。
断面二次モーメント＝（幅）×（厚さ）^３／１２
また「幅」は、単位幅１ｍｍとし、この式から単位幅あたりの断面二次モーメントを算出した。
【００２５】
（実施例１）
引張強度４．９ｋＮ／ｍｍ^２、ヤング係数２３５ｋＮ／ｍｍ^２の炭素繊維（商品名：トレカＴ７００）を縦横各二方向に繊維目付け量各１５０ｇ／ｍ^２で配した織物（東レ（株）製“トレカクロスＢＴ７０−３０”）に、エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業（株）製“エピクロン１０５１−７５Ｍ”に同社製“エピクロン８５０”を加えたもの）を炭素繊維の樹脂に対する体積比が５３％（繊維強化プラスチック板に対する樹脂の付与量としては３７重量％）となるように含浸させたプリプレグを、１２８℃で加熱しながら、面圧１．４７Ｎ／ｍｍ^２で加圧して硬化させた。
【００２６】
この繊維強化プラスチック板の「厚さ」は０．３１ｍｍで、繊維方向のヤング係数は５６ｋＮ／ｍｍ^２で、ヤング係数と単位幅あたりの断面二次モーメントの積は１３９Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍであった。
【００２７】
また、繊維強化プラスチック板は、図１中２として示すように、ＮＣルータにて平面寸法が４３０ｍｍ×４３０ｍｍの正方形に切り出し、中央付近にコンクリート部材の開口３の形状に合わせた切り欠きを設けた。さらに、直径１０ｍｍの貫通孔４を開口３の形状に合わせた切り欠きの周囲にバランス良く６ヶ所設け、この貫通孔４は、最短直線距離で隣接する別の貫通孔４との間隔が１８５ｍｍとなるようにした。
【００２８】
図１に示すように星形の開口部３を有する壁１において、繊維強化プラスチック板２を接着する面をディスクサンダーにて研磨し、エポキシ樹脂から成るプライマー（（株）エービーシー商会製“クリートボンド＃ＣＡプライマー（ＮＳ）”）を塗布量０．２５ｋｇ／ｍ^２で塗布し、プライマーの硬化後にエポキシ樹脂から成る接着剤（（株）エービーシー商会製“クリートボンド＃ＣＦ（Ｗ）”）を塗布量０．４ｋｇ／ｍ^２で塗布して、繊維強化プラスチック板２を接着した。このとき、繊維強化プラスチック板２を湾曲させつつ繊維強化プラスチック板２の端から順に壁１の表面に押し当てながら、ローラーで繰り返し押し付け、繊維強化プラスチック板２の端部、開口部および貫通孔４から接着面にある気泡および余分な接着剤を追い出すようにした。
【００２９】
この本発明の繊維強化プラスチック板について、総数量３０４３枚を接着する工事において３人の作業員で施工したところ、繊維強化プラスチック板の接着に必要な工期は２５日間であった。一方、従来の強化繊維シートを裁断して接着する工法では５６日間必要であり、工期は約１／２に短縮できた。
【００３０】
また、接着後の本発明のコンクリート構造物について、接着強さ試験をＪＩＳＡ６９０９に基づいて実施したところ、繊維強化プラスチック板と共に下地コンクリートが引き剥がされる破壊が生じた。すなわち、繊維強化プラスチック板とコンクリート構造物が一体となっており、有効な補強効果を得ているといえる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、コンクリート構造物の補強において施工が容易かつ短工期で確実に行うことができ、かつ、補強効果を有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明する立面図である。
【符号の説明】
１：コンクリート構造物の壁
２：予め成形された繊維強化プラスチック板
３：壁に設けられた開口
４：繊維強化プラスチック板に設けた貫通孔

Claims

強化繊維に樹脂を含浸してなる繊維強化プラスチック板であって、当該板の面内の少なくとも二方向に強化繊維を配し、ヤング係数と単位幅あたりの断面二次モーメントの積が１２〜５００Ｎ・ｍｍ^２／ｍｍであり、幅２００〜１０００ｍｍに成形してなり、コンクリート構造物の補強用であることを特徴とする繊維強化プラスチック板。
直径５〜７５ｍｍの貫通孔を１００〜５００ｍｍの間隔で有する、請求項１に記載の繊維強化プラスチック板。
請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック板を用いて補強したことを特徴とするコンクリート構造物。