JP2004526887A - 補強バーとそれを形成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、鉱物性建築土木材料用、特にコンクリート用の補強バーとそれを形成する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば天井または梁のような建築部分は、押圧力、引張り力および剪断力を吸収しなければならない。従ってこの種の建築部分は、通常鉄筋コンクリートまたはプレストレスコンクリートから形成される。コンクリートは、押圧力の負荷をかけられ、鋼は引張り力の負荷をかけられる。コンクリートの強化または補強のために必要とされるバーまたはワイヤは、従来は圧倒的に鋼から形成されている。鋼は、それ自体、化学的にコンクリートとなじむという利点を有している。しかし、錆の形成による腐食が起きやすいことに、欠点がある。錆が発生した場合には、コンクリートは補強バーから剥がれるので、損傷と破壊がもたらされる可能性がある。このことは、鉄筋コンクリート建築物の恒常的な管理と修理を必要とする。
【0003】
これを回避するために、鋼を合成樹脂で、たとえばエポキシ樹脂でコーティングすることが、すでに提案されている。しかし、合成樹脂コーティングが損傷した場合には錆箇所に点状の腐食が形成されて、その腐食は急速に進行することが明らかにされている。コーティングされた鋼補強の他の欠点は、コンクリートと補強との間の付着が少ないことにある。補強バーの表面リブにおける形状結合は、付着結合がないことによって十分ではなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
それに基づいて本発明の課題は、簡単に形成することができ、建築土木材料内に確実に係止することができ、かつ損傷の危険なしで移送可能かつ組立て可能な、鉱物性建築土木材料のため、特にコンクリートのための補強バーを開発することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この課題を解決するために、請求項1と15に記載された特徴の組合せが提案される。本発明の好ましい形態と展開は、従属請求項から明らかにされる。
【0006】
本発明の本質をなす考えは、補強バーが繊維強化されたプラスチックストリングによって形成されており、そのプラスチックストリングは中央の、長く延びたストリングコアと、互いに角度間隔をもって配置されて、ストリングコアの長さにわたって延びる、断面が星または十字の形状に張り出す多数のストリングリブとを有しており、それらがコア軸を中心にそれぞれ一貫してスクリュー状に捻られていることにある。ストリングリブは、好ましくは少なくともコア直径に相当するリブ幅だけコア表面を越えて突出している。ストリングリブをスクリュー状に巻くことによって、コンクリート内に補強バーが形状結合で係止される。望ましい引張り力を吸収することができるようにするために、補強繊維の少なくとも一部は、縦繊維として形成されており、その縦繊維はストリングに沿って中断されずに延びて、コア領域内では軸平行であって、リブ領域内ではストリングリブのピッチ方向に整合されている。縦繊維として形成されている、リブ領域内の個々の強化繊維は、好ましくはコア軸から一定の間隔で延びている。
【0007】
工事現場で補強バーを確実に取扱うことを可能にするために、ストリングは少なくともストリングリブの領域において、さらに横繊維または周囲繊維によって補強されている。横繊維は、移送や歩行の際に補強バーが積み重ねられた状態において、ストリングリブの間にある溝の折曲または落込みを阻止する。ストリングリブをスクリュー状に捻ることによって、バーが積み重ねられた場合に、添接点が十分に短い間隔で形成され、それによって、負荷がかかった場合に変形が生じないようにされる。このことは、バーが組み込まれた状態においても、補強バーが交差して横に設置された場合に、重要である。縦繊維は補強バー内で引張り補強の機能を有し、横繊維は折曲補強の機能をもたらす。本発明の好ましい形態においては、ストリングリブは、互いに対して等しい角度間隔で配置されており、かつストリングリブは一定のスクリューピッチで捻られている。しかし、原則的に、ストリングリブをストリングに沿って可変スクリューピッチで捻ることも可能である。コア軸に対するストリングリブのピッチ角度は、比較的広い限界内で調節して最適化することができる。ピッチ角度は、好ましくは15°と75°の間、好ましくは30°から50°である。
【0008】
縦繊維と横繊維は、好ましくは繊維織物または繊維成形物を形成する。補強繊維は、好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、非常に固いポリエチレン繊維、玄武岩繊維、天然繊維またはこれらの繊維からなる混合物のグループから選択される。コンクリートと化学的になじむことによって、好ましくはストリングの表面近傍の強化繊維は、炭素繊維として選択され、ストリング内部の深い層内では、値頃なガラス繊維などを使用することもできる。
【0009】
ストリングのプラスチックマトリクスは、デュロプラスチックポリマー材料から、好ましくはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂のグループからなる。形成プロセスにおけるストリングのより簡単な変形を可能にするために、プラスチックマトリクスが熱可塑性プラスチックから、好ましくはポリアミド(PA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルイミド(PEI)、スチロール−ポリマー(ABS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のグループからなると、効果的な場合もある。
【0010】
本発明に基づく補強バーを形成する方法は、大体において、星または十字の形状の断面を有する、繊維強化されたプラスチックストリングがスクリュー状に捻られて、必要な長さにカットされることにある。
【0011】
原則的に、プラスチックストリングに、それをプルトルージョン(Pulltrusion)法(引き抜き成形)に従って形成する途中で、繊維挿入物または織物挿入物を埋め込むことが可能である。
【0012】
好ましくは、本発明に基づく補強バーを形成するために、予め形成されたプレート形状、バンド形状またはホース形状の、繊維強化されたプラスチックからなる母材が、断面十字状または星状のストリングを形成しながら変形され、好ましくは折りたたまれて、それに続いてスクリュー状に捻られて硬化される。特に、結着剤マトリクスとして熱可塑性プラスチックを含むプレート材料、バンド材料またはホース材料が圧力と熱の作用を受けて繊維強化されたプラスチックストリングに変形されると、効果的である。プレート状、バンド状またはホース状の母材内に繊維強化を形成する場合に、異なる繊維材料からなる少なくとも2つの層が使用され、外側層は好ましくは炭素繊維からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、図面に概略的に示す実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
【0014】
図面に示す補強バーは、コンクリート建築部分を強化するように定められている。
【0015】
補強バー10は、プラスチックからなる繊維強化されたストリングからなり、そのストリングは中央の長く延びるストリングコア12とストリングコアの長さにわたって互いに角度間隔をもって配置されている、断面が星または十字の形状に突出する、複数のストリングリブ14とを有している。初期製品は、たとえば図1aに示すストリング形成物10'であって、それのストリングリブ14が図1bに示す補強バーを形成するために、コア軸16を中心に同じ方向に、かつ同じピッチでスクリュー状に捻られている。補強繊維の一部は、縦繊維18として形成されている。図1bに示す最終製品においては、縦繊維18はコア領域においてはコア軸16に対して平行に延びており、ストリングリブ14の領域ではリブ平行に、従ってストリングリブ14のピッチ方向に整合されている。リブ領域内の個々の縦繊維18は、その全長にわたってコア軸16から等しい距離を有している。縦繊維18は、補強バー10の内部では、特に引張り力を吸収するという課題を有している。ストリングリブ14を捻ることによって、コンクリートの内部により安定した形状結合が得られ、その形状結合は補強バーがその他では表面が滑らかであるにもかかわらず、補強バーが周囲のコンクリートとの結合から外れることを阻止する。
【0016】
補強繊維の他の部分20は、ストリング形成物の中で縦繊維18に対してほぼ横方向に延びている。これは、ストリングリブ14の領域内でも同じである。横繊維20は、折曲の危険を減少させるために、補強バー10に作用する横力を吸収することのできる、折曲補強を形成している。図1bに示す実施例において、コア軸16に対するストリングリブ14のピッチ角度は、約30から40°である。ここでは全体として4本のストリングリブが設けられているので、補強バーを積み重ねた場合に、負荷がかかったり、あるいは乗ったりした場合に撓みに拮抗作用する、2つの支持点間の十分に短い支持長さが得られる。
【0017】
図2aからcには、十字状断面を有する補強バーを形成するために、プレート形状またはバンド形状の母材10''(図2a)またはホース形状の母材10'''(図2b)も使用できることが、概略的に示唆されている。
【0018】
プレート形状またはバンド形状の母材10''を形成するために、種々の可能性がある。いわゆるロールトルージョン(Rolltrusion)法においては、個々の糸、織物または成形物が予め含浸されて、圧延プレスを通して案内される。その場合に薄いバンドが形成されて、そのバンドはここで重要な目的のためにはまだ薄すぎる。従って多数のバンドを重ね合わせて、加熱と溶融によって互いに結合しなければならない。炭素繊維とガラスのような、異なる強化挿入物を有するバンドも使用することができる。このようにして予め形成されたバンドは、最終的に加熱されて、十字になるように折りたたまれて、スクリュー状に捻られる。この方法の欠点は、生産速度が比較的小さいことである。さらに、結着剤マトリクスのためにポリアミドのような高価な熱可塑性樹脂しか使用できない。
【0019】
プレート材料を形成する他の可能性は、予め形成された織物と成形物に結着剤を含浸させて、ダブルバンドプレスへ供給することにある。織物または成形物は、種々の糸から組み合わせて比較的厚く形成することができる。結果として、エンドレスのプレート材料10''が得られ、そのプレート材料は温度を高くした場合に、たとえば所望の十字形状に変形させて捻ることができる。ロールトルージョン方法との差は、十分な材厚を有する、できあがった織物と成形物を元にしているので、多数のプレートを継ぎ合わせて多層の系にする必要がないことにある。結着剤としてポリアミド(PA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルイミド(PEI)、スチロール−ポリマー(ABS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のグループからなる熱可塑性樹脂を使用することができる。ダブルバンドプレス内で、材料はまず加熱されて、プレスの長さにわたって徐々に冷却されるので、最後にはすでに硬化した材料が出てくる。この方法の主要な利点は、生産速度が高いことにある。糸と結着剤材料における可変性も、コストを最適にすることを許す。
【0020】
図2bに示すホース形状の母材を形成するために、同様に種々の可能性がある。
【0021】
プルトルージョン(Pulltrusion)法(引き抜き成形)においては、含浸されたエンドレス繊維が突起を介して引き出される。これは、多数のステップで行うことができ、各処理ステップに続いて横巻きをもたらすこともできる。この場合においては、縦糸と横糸を有するホース10'''が得られ、繊維は、たとえば外側の炭素繊維と内側のガラスのように、異なる材料からなることもできる。ホースは、その後、後から加熱して、十字形に押圧されて、捻られる。
【0022】
図2bに示すホース10'''を形成するために、所望の繊維材料からなる含浸された編みホースを使用することもできる。編みホースは、編み機内でまず繊維ホースの形状に形成されて、後から結着剤を含浸される。
【0023】
含浸されたホースは、その後再び十字型内へ圧入されて、捻られる。原則的には、編みホースをまず十字形状に変形させて、その後に初めて含浸させることも可能である。
【0024】
要約すると、次のことが確認される:本発明は、鉱物性の建築土木材料用、特にコンクリート用の補強バーに関する。本発明に基づく補強バー10は、プラスチックからなる繊維強化されたストリングからなり、そのストリングは中央の長く延びるストリングコア12とストリングコアの長さにわたって延びる、互いに対して角度間隔をもって配置された、断面が星状または十字形状に突出する多数のストリングリブ14とを有しており、それらがコア軸を中心にスクリュー状に捻られている。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1a】断面が十字状の補強バーのスクリュー状に捻る前の状態を説明する斜視図である。
【図1b】断面が十字状の補強バーのスクリュー状に捻った後の状態を説明する斜視図である。
【図2a】断面が十字状の捻られた補強バー(図2c)を形成するための、プレートまたはバンド形状の母材を一部破断して示す斜視図である。
【図2b】断面が十字状の捻られた補強バー(図2c)を形成するための、ホース状の母材を一部破断して示す斜視図である。
【図2c】図2a,図2bの母材から形成された十字状の捻られた補強バーを示す斜視図である。
Claims (22)
- 鉱物性建築土木材料用、特にコンクリート用の補強バーにおいて、
中央の長く延びたストリングコア(12)と、前記ストリングコアの長さにわたって延びる、互いに対して角度間隔をもって配置された、断面が星または十字の形状に突出する多数のストリングリブ(14)とを有し、それらがコア軸(16)を中心にスクリュー状に捻られている、プラスチックからなる繊維強化されたストリング(10)を特徴とする、鉱物性建築土木材料用の補強バー。 - 補強繊維の少なくとも一部は、縦繊維(18)として形成されており、前記縦繊維はストリング(10)に沿って中断されずに延びており、かつコア領域においては軸平行であって、リブ領域においてはストリングリブ(14)のピッチ方向に整合されていることを特徴とする請求項1に記載の補強バー。
- 個々の縦繊維(18)は、リブ領域においてはコア軸(16)に対して一定の間隔で延びていることを特徴とする請求項2に記載の補強バー。
- ストリング(10)は、少なくともストリングリブ(14)の領域において、さらに横繊維(20)によって強化されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリングリブ(14)は、互いに対して同一の角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリングリブ(14)は、一定のスクリューピッチで捻られていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリングリブ(14)は、ストリング(10)に沿って可変スクリューピッチで捻られていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリングリブ(14)のピッチ角度は、コア軸に対して15°から75°、好ましくは30°から50°であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリングリブ(14)は、少なくともコア直径、好ましくは二倍のコア直径に相当するリブ幅だけ、コア表面を越えて突出していることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の補強バー。
- 補強繊維(18、20)は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、極めて固いポリエチレン繊維、玄武岩繊維、天然繊維またはこれら繊維の混合物のグループから選択されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリングの少なくとも表面近傍の補強繊維は、炭素繊維として形成されていることを特徴とする請求項10に記載の補強バー。
- 縦繊維と横繊維(18、20)は、繊維織物または繊維成形物を形成していることを特徴とする請求項4から11のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリング(10)のプラスチックマトリクスは、デュロプラスチックポリマー材料、好ましくはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂のグループからなることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の補強バー。
- ストリング(10)のプラスチックマトリクスは、熱可塑性プラスチック、好ましくはポリアミド、ポリエチレンメタクリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、スチロール−ポリマー、ポリエーテルエーテルケトンのグループからなることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の補強バー。
- 鉱物性建築土木材料用、特にコンクリート用の補強バーを形成する方法において、
星または十字の形状の断面を有する、繊維強化されたプラスチックストリング(10)が、スクリュー状に捻られて、必要な寸法長さにカットされることを特徴とする補強バーを形成する方法。 - プラスチックストリング(10)に、その形成の途中で繊維挿入物または織物挿入物が埋め込まれることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 予め形成されている、プラスチックからなるプレート状、バンド状またはホース状の母材(10''、10''')が、好ましくは折りたたみとプレスによって、断面が十字または星状のストリング(10')を形成しながら変形されて、それに続いてスクリュー状に捻られて、硬化されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 結着剤マトリクスとして熱可塑性樹脂を含むプレート材料、バンド材料またはホース材料(10'、10''')が、圧力と熱の作用を受けて、繊維強化されたプラスチックストリング(10)に変形されることを特徴とする請求項15から17のいずれか1項に記載の方法。
- 結着剤マトリクスのための母材として、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、スチロール−ポリマー、ポリエーテルエーテルケトンのグループからなる熱可塑性樹脂が使用されることを特徴とする請求項15から18のいずれか1項に記載の方法。
- 繊維強化のための母材として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、非常に固いポリエチレンからなる繊維、玄武岩繊維、天然繊維のグループからなる繊維材料が使用されることを特徴とする請求項15から19のいずれか1項に記載の方法。
- プレート状、バンド状またはホース状の母材(10''、10''')内に繊維強化を形成する場合に、異なる繊維材料からなる少なくとも2つの層が使用されることを特徴とする請求項17から20のいずれか1項に記載の方法。
- 炭素繊維からなる少なくとも1つの外側層が使用されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
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