JP2008063744A - Method for reinforcing existing structure with carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維による柱、梁、煙突等の構造物の補強方法に関し、特に、コンクリート製構造物のせん断耐性乃至はじん性能を高めるための補強方法に関する。 The present invention relates to a method for reinforcing structures such as columns, beams, and chimneys using carbon fibers, and more particularly to a reinforcing method for enhancing the shear resistance or dust performance of a concrete structure.
コンクリート製の梁や柱、或いは、橋脚、煙突等の既設コンクリート構造物は、経年劣化による耐力の低下もさることながら、建造時の設計基準によっても大きく強度が異なっている。また、先の阪神・淡路大震災においては、昭和56年施行の新耐震設計法の基準を満たす建築物の被害が軽微であったとの経験から、新耐震基準での見直しが行われ、既設構造物についても新耐震基準への適合が求められている。 Existing concrete structures such as concrete beams and columns, bridge piers, and chimneys are greatly different in strength depending on design standards at the time of construction as well as a decrease in proof stress due to deterioration over time. In the previous Great Hanshin-Awaji Earthquake, the new earthquake resistance standards were reviewed based on the experience that damage to buildings that met the standards of the new earthquake resistance design law enforced in 1981 was minor. Is also required to comply with the new seismic standards.
既設構造物の場合、取り壊し、新たに建造すれば新耐震基準を満たした構造物も得られるが、建造に長期間を有し、その費用も多大である。従って、通常は著しく劣化していない限りは耐震補強工事が実施される。 In the case of an existing structure, if it is demolished and newly constructed, a structure satisfying the new earthquake resistance standard can be obtained. However, the construction has a long period of time and the cost thereof is great. Therefore, seismic reinforcement work is usually carried out unless it has deteriorated significantly.
このような耐震補強工事として、鋼板を柱などのコンクリート構造物に巻き立てる方法が知られている。しかし、鋼板は重量が大きいために、施工に時間や大がかりな設備が必要であり、また、さびの発生等、長期耐久性に問題があった。 As such seismic reinforcement work, a method of winding a steel plate around a concrete structure such as a column is known. However, since the steel plate is heavy, construction requires time and large-scale equipment, and there is a problem in long-term durability such as generation of rust.
一方、軽量で、長期耐久性を有するという観点から、強化繊維シートを用いた補強材料を使用した補強方法が知られている。たとえば、図にコンクリート製柱の耐震補強方法の概略図を示す。また、図にフローシートを示す。 On the other hand, from the viewpoint of being lightweight and having long-term durability, a reinforcing method using a reinforcing material using a reinforcing fiber sheet is known. For example, the figure shows a schematic diagram of the seismic reinforcement method for concrete columns. The flow sheet is shown in the figure.
炭素繊維シート(CFシート)による耐震補強効果が十分に発揮できるようにするためには、コンクリート表面の突起、段差を除去してなめらかにし、隅角部には丸みを持たせるようにサンダー掛け等により下地処理(PS1)を行う。続いて、下地処理したコンクリート表面へのCFシートの接着性及び炭素繊維シートへの含浸樹脂の含浸性を高めるために、下地処理したコンクリート表面にプライマを塗布する(PS2)。また、この時、必要に応じてパテ等による不陸調整処理を行うが、プライマ塗布後、エポキシ系プライマでは手で触れても指紋がつかない指触乾燥状態、アクリル系プライマではツメを立てても後が付かない完全硬化状態であることが必要である。続いてCFシートに含浸させる樹脂の下塗りを行って(PS3)、CFシートを貼り付け(PS4)、さらに含浸樹脂をCFシートの上に上塗りする(PS5)。CFシートに含まれる気泡等を脱泡する(PS6)。CFシートを多層に貼り付ける場合には、下塗り、CFシート貼り付け、上塗り、脱泡を繰り返す。この後、含浸樹脂が十分に硬化するよう養生させる。 In order to make the seismic reinforcement effect of the carbon fiber sheet (CF sheet) sufficiently, smoothing is achieved by removing protrusions and steps on the concrete surface, and sanding is applied so that the corners are rounded. Then, the base processing (PS1) is performed. Subsequently, in order to improve the adhesion of the CF sheet to the ground-treated concrete surface and the impregnation property of the impregnating resin to the carbon fiber sheet, a primer is applied to the ground-treated concrete surface (PS2). At this time, if necessary, perform unevenness adjustment with putty, etc., but after applying the primer, the epoxy primer is dry to the touch when it is not touched by hand, and the acrylic primer is raised. However, it is necessary to be in a completely cured state that does not follow. Subsequently, the resin to be impregnated into the CF sheet is undercoated (PS3), the CF sheet is attached (PS4), and the impregnated resin is overcoated onto the CF sheet (PS5). Bubbles contained in the CF sheet are removed (PS6). When pasting CF sheets in multiple layers, undercoating, CF sheet pasting, topcoating, and defoaming are repeated. Thereafter, the resin is cured so that the impregnated resin is sufficiently cured.
一般に、含浸樹脂の下塗り及び上塗りは、刷毛やローラなどを用いて行っている。また、CFシートは、接着強度不足の原因となる多量の気泡やしわを残さないように注意しながら貼り付け、脱泡ローラや手のひらで押さえてコンクリートと十分に密着させる。また、気泡がとれない場合には、CFシートの繊維方向に切れ目を入れ、空気を除去する場合もある。そのような場合に切れ目に再度樹脂を塗布しておく。さらに含浸樹脂の上塗りは、下塗りの含浸樹脂がうっすらと表面に浮き上がってきた頃合いに、CFシート表面に同様に塗布を行う。 In general, the undercoating and overcoating of the impregnating resin are performed using a brush or a roller. In addition, the CF sheet is attached with care so as not to leave a large amount of bubbles and wrinkles that cause insufficient adhesive strength, and is sufficiently adhered to the concrete by pressing with a defoaming roller or a palm. In addition, when bubbles cannot be removed, a cut may be made in the fiber direction of the CF sheet to remove air. In such a case, the resin is applied again to the cut. Further, the top coating of the impregnating resin is similarly applied to the surface of the CF sheet when the undercoating impregnating resin slightly floats on the surface.
しかしながら、刷毛やローラを用いる含浸樹脂の塗布方法(いわゆる、ハンドレイアップ法)は、作業者の技量により均一性の差違が生じやすいという問題がある。また、CFシート貼り付けにも気泡やしわが生じないように注意して貼り付けを行わなければならず、これも作業者の技量が要求される。 However, the method of applying the impregnating resin using a brush or a roller (so-called hand lay-up method) has a problem that a difference in uniformity is likely to occur depending on the skill of the operator. In addition, the CF sheet should be attached with care so that no bubbles or wrinkles are generated, which also requires the skill of the operator.
また、CFシートによる全面巻き付けでは、段差や突起、不陸等の調整処理は、十分な接着性を得るために必須の処理であり、工程が煩雑となり、コスト増、施工期間の長期化等の原因ともなっている。 In addition, in the entire winding with a CF sheet, the adjustment process for steps, protrusions, unevenness, etc. is an indispensable process for obtaining sufficient adhesiveness, which complicates the process, increases costs, extends the construction period, etc. It is also a cause.
たとえば、図8は、大きな段差がある場合の下地処理を示すもので、段差上部を削り取り、下部は削り取った面に連続するようにモルタル等を詰めて補修する必要がある。また、型枠目違い等による小さな段差についても、削り取り処理を行った後、プライマ塗布面の指触硬化後にエポキシ系パテ等を用いた平滑処理により炭素繊維シートが柱表面に密着するように整えなければならないとされている。 For example, FIG. 8 shows a ground treatment in the case where there is a large step, and it is necessary to repair the upper portion of the step by mortar or the like so that the upper portion of the step is cut off and the lower portion is continuous with the cut surface. In addition, even for small steps due to differences in formwork, etc., after the scraping treatment, the carbon fiber sheet is arranged so that it adheres to the column surface by smoothing treatment using an epoxy-based putty etc. after the primer coating surface is cured by touch. It is said that it must be.
また、CFシートによる補強とは異なり、あらかじめ所定形状に成型した繊維強化樹脂複合材料(FRP)を用いる工法が知られている。FRPは、製造工程にて樹脂含浸されているため、作業現場での含浸樹脂の下塗り及び上塗りは不要となるが、接着に際してのプライマ処理は必須であり、また、突起等があればCFシート貼り付けと同様に下地処理が必要となる。さらに、段差がある場合には、CFシート貼り付けよりもさらに大がかりな平坦化を行うか、段差形状に合う成形品を用意する必要がある。従って、柱などの補強方法としては、成形品の使用は汎用性に乏しい。 In addition, unlike the reinforcement with a CF sheet, a method using a fiber reinforced resin composite material (FRP) molded in a predetermined shape in advance is known. Since FRP is impregnated with resin in the manufacturing process, undercoating and overcoating of the impregnating resin at the work site is not necessary, but primer treatment is indispensable for bonding, and if there are protrusions, a CF sheet is attached. The ground treatment is required in the same manner as the attachment. Further, when there is a step, it is necessary to perform flattening that is larger than the CF sheet pasting or to prepare a molded product that matches the step shape. Therefore, the use of a molded product is poor in versatility as a method for reinforcing columns and the like.
また、このような方法で施工した場合、施工後は強化繊維板でコンクリート表面が覆われてしまうため、例えば、中規模の地震が発生した場合に、コンクリートにひび割れ等が発生していないかどうかの診断が非常に困難である。 In addition, when constructed in this way, the concrete surface will be covered with a reinforcing fiberboard after construction. For example, if a medium-scale earthquake occurs, whether or not the concrete is cracked. Diagnosis is very difficult.
一方、上記のような全面補強とは異なり、部分的に補強する方法が知られている。たとえば、特許文献1(特開昭62−244977号公報)及び特許文献2(特開昭62−242058号公報)には、コンクリート製既存柱の耐震補強方法として、高強度長繊維ストランドをスパイラル状に捲回する工法が示されている。これらには、繊維フィラメントに樹脂を含浸してストランドを形成するに際して、樹脂はあらかじめ含浸するか巻き回し後に含浸するとの記載はあるが、詳細な記載はない。 On the other hand, unlike the above-described full surface reinforcement, a method of partially reinforcing is known. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-244777) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-242058), high-strength long fiber strands are spiral-shaped as a method for seismic reinforcement of existing concrete columns. The method of winding is shown. In these, there is a description that when a fiber filament is impregnated with a resin to form a strand, the resin is impregnated in advance or impregnated after winding, but there is no detailed description.
また、特許文献3(特開2002−115403号公報)には、同様に壁付きコンクリート柱を補強するにあたり、壁に柱の長手方向に間隔をあけて複数の貫通孔を形成し、該各貫通孔を通して柱の外周に強化繊維ストランドの束を巻き付けることが提案されている。樹脂を含浸させるタイミングとしては、樹脂の硬化時間により2種類の時期が考えられており、比較的硬化時間の短い含浸接着樹脂を用いる場合には、強化繊維ストランドの束の巻き付け施工時に、同時に樹脂を含浸させ、硬化時間の比較的長い含浸接着樹脂を用いる場合には、予め強化繊維ストランドの束に樹脂を含浸させておき、現場でそれを巻き付けて貼り付けるようにするとされている。 Similarly, in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-115403), in order to reinforce a concrete column with a wall, a plurality of through holes are formed in the wall at intervals in the longitudinal direction of the column. It has been proposed to wind a bundle of reinforcing fiber strands around the periphery of the column through a hole. There are two possible timings for impregnating the resin, depending on the curing time of the resin. When an impregnated adhesive resin having a relatively short curing time is used, the resin is simultaneously used when winding a bundle of reinforcing fiber strands. When an impregnated adhesive resin having a relatively long curing time is used, the bundle of reinforcing fiber strands is impregnated with the resin in advance, and is wound and stuck on site.
ストランドを使用する工法では、必要な補強量を得るために何重にもストランドを巻き付けなければならないため、手作業での巻き付けはほとんど行われておらず、専用の巻き付け機械を用いるため、汎用性に乏しいという問題がある。炭素繊維などの強化繊維で補強する場合には、前述のシート工法が必要な補強量を得るために簡便であり、手作業で施工できることから汎用されている。 In the construction method using strands, the strands must be wound several times to obtain the required amount of reinforcement, so there is almost no manual wrapping and a dedicated wrapping machine is used. There is a problem that it is scarce. When reinforcing with a reinforcing fiber such as carbon fiber, the above-mentioned sheet construction method is simple in order to obtain a necessary amount of reinforcement, and is widely used because it can be constructed manually.
前記したように、ハンドレイアップ法による含浸樹脂の塗布方法は、作業者の技量により均一性に差違が生じやすいという問題がある。この問題点を解決するために、特許文献4では、樹脂含浸させた連続繊維シートを、樹脂/繊維が55/45〜35/65の重量比率になるように隙間と圧縮力を調整した平行な2本のロール間を通して、前記重量比の未硬化状態の樹脂含浸連続シートとし、これを、構造物の外面に単層または多層に巻き付け或いは貼り付けを行う構造物の補強方法が示されている。ここでは、含浸されたシートはロール状に巻き戻して、それを現場にて引き出して使用しており、そのため、巻き戻し時にしわ等がよらないように注意して巻き取る必要がある。
As described above, the method of applying the impregnating resin by the hand lay-up method has a problem that a difference in uniformity is likely to occur depending on the skill of the operator. In order to solve this problem, in
特許文献5(特開平6−288101号公報)には、従来のシート貼り付け工法に代えて、コンクリート構造物に巻き付ける補強用繊維に熱可塑性樹脂を混入して長尺の布状に編織しておき、この長尺布状の補強用繊維の両面を加熱して、混入させていた樹脂を溶解しながらコンクリート構造物に巻き付ける工法及びそのための装置が示されている。この装置は、長尺布の表裏両面にそれぞれ接触して回転する一対のローラを備え、各ローラの内部に発熱装置を設けたものである。このような装置を用いることで、従来のシート貼り付け工法と比較して作業時間の短縮が図れるとされている。しかしながら、この工法も、被補強体の全面に巻き付けることを前提としており、下地処理に関しては従来と同様に行う必要がある。また、この方法では、熱可塑性樹脂を使用しており、接着力に優れるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、或いはエポキシ系接着剤等の常温硬化型の樹脂は使用できないため、接着力に劣るという問題がある。また、熱可塑性樹脂を溶融させながら施工するため、施工速度が必ずしも十分に速いとは言えない。さらに、施工時に、加熱ローラが所定の温度に達する前に施工してしまったり、所定の速度以上で施工したり、あるいは冬季の施工等で、樹脂が完全に溶融しない、ないし溶融むらが発生する可能性があり、これらはボイドや接着不良の原因となると考えられる。
本発明の目的は、中規模地震発生後の診断が容易であり、また、施工に際しても、最低限の下地処理で済み、また、強化繊維への樹脂含浸が容易に確実に実施でき、施工も容易な補強方法を提供することになる。 The purpose of the present invention is that diagnosis after the occurrence of a medium-scale earthquake is easy, and at the time of construction, the minimum surface treatment is sufficient, and the resin impregnation into the reinforcing fibers can be carried out easily and reliably. An easy reinforcement method will be provided.
本発明者らは、連続繊維補強工法に代わる新たな工法として、組紐状炭素繊維材料或いは帯状炭素繊維材料を所定間隔を空けて縞状或いは螺旋状に巻き付ける補強方法の開発を進めているが、本発明で使用する組紐状炭素繊維材料或いは帯状炭素繊維材料は、比較的炭素繊維量が多く、従来の連続繊維工法で実施される刷毛塗りやローラ塗りでは中心部まで十分に樹脂が含浸できない場合がある。そこで、本発明では、巻き付けの直前に樹脂槽を通すことで、樹脂含浸し、そのまま巻き付ける工法を採用する。 The present inventors are developing a reinforcement method for winding a braided carbon fiber material or a band-like carbon fiber material in a striped or spiral manner with a predetermined interval as a new construction method that replaces the continuous fiber reinforcement construction method. The braided carbon fiber material or band-like carbon fiber material used in the present invention has a relatively large amount of carbon fiber, and the brush coating or roller coating performed by the conventional continuous fiber construction method cannot sufficiently impregnate the resin to the center. There is. Therefore, in the present invention, a method is adopted in which the resin is impregnated by passing through a resin tank immediately before winding and wound as it is.
すなわち本発明は、既存構造物の表面に、組紐状又は帯状炭素繊維含有補強材料を螺旋状又は縞状に所定間隔で巻き付けて補強する方法であって、樹脂未含浸の組紐状又は帯状炭素繊維材料へ樹脂を含浸して補強材料とする際に、前記樹脂未含浸の組紐状又は帯状炭素繊維材料は構造物に巻き付ける直前に、含浸樹脂が充填された樹脂槽を通過させることを特徴とする前記方法に関する。 That is, the present invention is a method of reinforcing a braided or band-like carbon fiber-containing reinforcing material on a surface of an existing structure by winding it at a predetermined interval in a spiral or striped manner, which is a resin-unimpregnated braided or band-like carbon fiber When the material is impregnated with a resin and used as a reinforcing material, the non-resin-impregnated braided or band-like carbon fiber material is passed through a resin tank filled with the impregnated resin immediately before being wound around the structure It relates to said method.
特に本発明では、前記樹脂槽は、手持ち可能な装置内に内包されており、該装置内で樹脂槽を通して前記炭素繊維材料に樹脂含浸を行い、樹脂含浸後の炭素繊維材料を装置から引き出した後にそのまま既存構造物の表面にまき付けを行うことが好ましい。 In particular, in the present invention, the resin tank is included in a hand-held apparatus, and the carbon fiber material is impregnated with resin through the resin tank in the apparatus, and the carbon fiber material after resin impregnation is pulled out from the apparatus. It is preferable that the surface of the existing structure is plated as it is.
本発明では、炭素繊維材料(以下CF材料という)への樹脂含浸を巻き付け直前に行うため、炭素繊維量の比較的多い組紐状又は帯状CF材料に十分な樹脂含浸が行えると同時に、特に手持ち可能な装置により施工を容易にしている。 In the present invention, since the carbon fiber material (hereinafter referred to as CF material) is impregnated with resin immediately before winding, it can be sufficiently impregnated with braided or strip-like CF material having a relatively large amount of carbon fiber, and at the same time can be held by hand. Construction is easy with simple equipment.
また、所定の間隔を空けて巻き付けを行うことにより、中規模地震発生後の診断が容易であり、また、施工に際しても、最低限の下地処理で済むという効果を奏する。 In addition, by performing winding at a predetermined interval, it is easy to diagnose after the occurrence of a medium-scale earthquake, and there is an effect that minimal ground processing is sufficient for construction.
本発明では、CF材料への樹脂含浸を、補強すべき構造物に巻き付ける直前に含浸樹脂を貯留した樹脂槽に通すことで実施する。特に本発明では、樹脂含浸のために、作業者が保持できる形態の装置を用いることが好ましい。 In the present invention, the CF material is impregnated with resin by passing it through a resin tank in which the impregnated resin is stored immediately before being wound around the structure to be reinforced. In particular, in the present invention, it is preferable to use an apparatus that can be held by an operator for resin impregnation.
図1は、本発明で使用可能な樹脂含浸装置1の一例を示す3面図(正面図(a)、上面図(b)、側面図(c))であり、図2は装置内部を説明する概略図である。この装置1は、ロール状で供給されるCF材料3を保持する手段4と、含浸樹脂7が貯留された樹脂槽8と、CF材料3を樹脂槽8へ導き、また、樹脂槽8を通過した後のCF材料3’をCF材料排出口5へと導く各種ローラとを備えており、また、手持ち可能な把っ手2を設けている。外装の一部(開閉部6)は開閉自在に設けられており、開いて装置内にCF材料を設置できるように構成される。また、内部装置のメンテナンスも外装の一部を開くことで可能となる。
FIG. 1 is a three-side view (a front view (a), a top view (b), a side view (c)) showing an example of a
内部装置に含まれる各ローラの一部は、図2に示すように移動可能であり、CF材料の装置内への設置を容易にしている。図2中、(a)はCF材料設置時のローラ配置、(b)は樹脂含浸時のローラ配置を示す。 A part of each roller included in the internal device is movable as shown in FIG. 2 to facilitate installation of the CF material in the device. In FIG. 2, (a) shows the roller arrangement at the time of CF material installation, and (b) shows the roller arrangement at the time of resin impregnation.
装置内にCF材料を設置する場合、先端部分を樹脂槽を通して設置しても良いが、CF材料の先端部分にダミーのテープなどを設けて樹脂槽を通すことなく装置内部に設置し、その後、CF材料を樹脂槽に通す方法が、簡便であり、また、CF材料を無駄なく使用できるので好ましい。 When installing CF material in the apparatus, the tip part may be installed through the resin tank, but a dummy tape or the like is provided at the tip part of the CF material and installed inside the apparatus without passing through the resin tank. A method of passing the CF material through the resin tank is preferable because it is simple and can be used without waste.
ローラ10、10’は、CF材料を樹脂槽8に浸漬するための浸漬ローラであり、CF材料3の装置内の設置時には樹脂槽8上に位置しており、浸漬時には樹脂槽8内に下降する機構を有している。なお、浸漬ローラはこの例では2個設けているが、1個であってもまた、3個以上であっても良い。絞りローラ11,11’は樹脂槽8を通した後のCF材料3’を挟んで対峙しており、CF材料設置時には離れているが、浸漬時には両ローラで挟んで余剰の樹脂を絞り落とすことができる。その後、方向規制ローラ12,12’、排出口ローラ13,13’を通して排出部4より樹脂含浸されたCF部材3’が引き出される。
The
本装置では、ロールから引き出されたCF材料(特に帯状CF材料)が装置内では水平方向に搬送されるが、RC柱等を補強する場合には、垂直な面に貼り付けを行うため、いずれかの段階でCF材料にひねりを加える必要がある。図1,2に示した装置では、装置内でひねりが加えられるように、CF材料の排出部4が回転自在に構成されている。このように装置内でひねりを加えて、貼着箇所に最適な方向にCF部材3’を制御することで、貼着作業が容易となる。
In this device, the CF material drawn out from the roll (especially the strip-shaped CF material) is transported in the horizontal direction in the device, but when reinforcing the RC pillar or the like, it is attached to a vertical surface. At that stage, it is necessary to add a twist to the CF material. In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the CF
CF材料3を樹脂槽8に通す場合、樹脂7の含浸状態を一定とするため、CF材料の搬送速度が所定値以上とはならないように搬送速度を規制する手段を設けることが好ましい。このような搬送速度規制手段は、少なくとも絞りローラ11,11’の回転速度を規制できることが好ましい。CF材料の搬送速度は、CF材料の目付量や含浸樹脂の粘度によって一概に限定できるものではないが、1m/分〜10m/分程度の速度とすればよい。
When the
また、樹脂の含浸性を高めるため、図3に示すように、樹脂槽内で浸漬ローラに対峙してCF材料に圧力をかけるローラ(14,14’)等を設け、CF材料内の空気を押し出すようにすると、CF材料内が負圧になり樹脂の含浸性が高まる。 Further, in order to improve the resin impregnation property, as shown in FIG. 3, a roller (14, 14 ′) for applying pressure to the CF material is provided in the resin tank against the immersion roller, and the air in the CF material is When extruded, the inside of the CF material becomes a negative pressure and the impregnation property of the resin increases.
装置内の含浸樹脂は、時間経過と共にゲル化して樹脂含浸性が低下することがあるが、本発明では、手持ち可能な装置内に充填できる量はさほど多くないため、ゲル化してもあまり無駄になることがなく、また、作業性が向上することで素早く作業できることから、樹脂の可使時間内での作業が可能である。 The impregnating resin in the apparatus may gel with time and the resin impregnation property may deteriorate, but in the present invention, since the amount that can be filled in the apparatus that can be held is not so much, even if it gels, it is too wasteful. In addition, since work can be performed quickly by improving workability, it is possible to work within the pot life of the resin.
装置内部は、ゲル化した樹脂が容易に除去できるように、離型性のある材料でライニングを施したり、ローラ等は離型性に優れるシリコーンゴム等で構成したものを使用するのが好ましい。 It is preferable that the inside of the apparatus is made of lining with a releasable material so that the gelled resin can be easily removed, and the roller or the like is made of silicone rubber having excellent releasability.
<CF材料>
帯状及び組紐状CF材料は、いずれも部材幅が10mm以上50mm以下であることが好ましい。また、その重量は、10g/m〜100g/mの範囲であることが好ましい。特に本発明では、炭素繊維の目付量が多い場合に有効である。例えば、従来の全面補強に供される炭素繊維シートの目付け量がその施工方法から300g/m2程度のものであるのに対し、本発明で使用する帯状CF材料は、従来の炭素繊維シートの倍以上(600g/m2以上)と炭素繊維量が多くなっていても、繊維内部にまで十分に樹脂含浸を行うことができる。
<CF material>
The band-like and braid-like CF materials each preferably have a member width of 10 mm or more and 50 mm or less. The weight is preferably in the range of 10 g / m to 100 g / m. In particular, the present invention is effective when the basis weight of the carbon fiber is large. For example, while the basis weight of a conventional carbon fiber sheet used for full-scale reinforcement is about 300 g / m 2 from the construction method, the strip-like CF material used in the present invention is a conventional carbon fiber sheet. Even if the amount of carbon fiber is as large as twice or more (600 g / m 2 or more), the resin can be sufficiently impregnated into the fiber.
1.帯状CF材料
帯状CF材料30は、図4に示すように、炭素繊維の束を経糸31として一方向配向し、バラツキを抑えるためにポリエチレンなどの緯糸32で束ねたクロス状のものである。
1. Band-like CF material As shown in FIG. 4, the band-like CF material 30 is a cloth-like material in which a bundle of carbon fibers is oriented in one direction as warps 31 and bundled with wefts 32 such as polyethylene in order to suppress variation.
2.組紐状CF材料
「組紐」とは、基本的に経糸のみで構成されるもので、経糸、緯糸から構成されている「織物」、ループの連続から構成されている「編物」とは異なる。本発明で使用する組紐(「打ち紐」とも呼ばれる)とは、機械製造されるもので、大きく分けて8打(ヤツウチ)、16打(ジュウロクウチ)、金剛打(コンゴウウチ)、その他多数打ち紐に分類される。又、扁平な形状に組む平打ちと、丸く組む丸打ちとがある。図5に、8打丸打ちにした組紐状CF材料の概略図を示す。
2. Braided CF material The “braid” is basically composed only of warp, and is different from “woven fabric” composed of warp and weft and “knitted fabric” composed of continuous loops. Braids used in the present invention (also called “strings”) are mechanically manufactured, and can be broadly divided into 8 strokes (Yatsuuchi), 16 strokes (Dukurokuuchi), hammering (Kongouuchi), and many others. being classified. Also, there are flat punching assembled into a flat shape and round punching assembled into a round shape. FIG. 5 shows a schematic diagram of braided CF material that has been punched in eight strokes.
3.強化繊維
使用する強化繊維は、炭素繊維を使用するが、ガラス繊維、アラミド繊維、その他有機繊維等を問題のない範囲で混合して使用することができ、その用途に応じて適宜選択することができる。使用する炭素繊維としては、例えば、JIS K 7073に準拠した炭素繊維強化プラスチックの引張試験方法において、高強度タイプでは、2.45×105N/mm2、中弾性タイプでは4.40×105N/mm2、高弾性タイプでは6.40×105N/mm2の引張弾性率を有する材料を使用する。
3. Reinforcing fiber Reinforcing fiber to be used uses carbon fiber, but glass fiber, aramid fiber, other organic fibers, etc. can be mixed and used without any problem, and can be appropriately selected according to the application. it can. As the carbon fiber to be used, for example, in the tensile test method of carbon fiber reinforced plastic according to JIS K7073, the high strength type is 2.45 × 10 5 N / mm 2 , and the middle elastic type is 4.40 × 10. 5 N / mm 2, the high modulus type using a material having a tensile modulus of 6.40 × 10 5 N / mm 2 .
<含浸樹脂>
含浸する樹脂は、常温硬化型あるいは熱硬化型のエポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂などの熱硬化性樹脂、メチルメタクリレート等のラジカル反応系樹脂などが使用できる。特に、常温硬化型のエポキシ系樹脂を用いるのが好ましく、例えば、コニシ(株)製の商品名「ボンドE2500」シリーズ、「CFB500」シリーズなどが使用できる。
<Impregnating resin>
As the resin to be impregnated, a room temperature curable epoxy resin, a thermosetting epoxy resin, a thermosetting resin such as a polyester resin, a radical reaction resin such as methyl methacrylate, or the like can be used. In particular, it is preferable to use a room temperature curing type epoxy resin. For example, trade names “Bond E2500” series and “CFB500” series manufactured by Konishi Co., Ltd. can be used.
<施工方法>
まず、施工箇所の下地処理を行う。この下地処理は、コンクリート表面の装飾的塗装を剥離し、コンクリート表面の簡単な整形、隅角部の丸み付け、ひび割れ箇所等の補修を行うもので、大がかりな段差処理などは不要である。
<Construction method>
First, the ground treatment of the construction part is performed. This surface treatment removes the decorative coating on the concrete surface, and performs simple shaping of the concrete surface, rounding of the corners, repair of cracks, etc., and does not require a large step treatment.
このように、補強部位には補強部材とコンクリートとの接着性を向上するため、プライマ処理を施すことができる。プライマとしては、補強部材への含浸樹脂と同様に、常温硬化型あるいは熱硬化型のエポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂などの熱硬化型接着剤などが好ましく使用できる。例えば、コニシ(株)製商品名「ボンドE800」シリーズなどのプライマが好ましい。 Thus, in order to improve the adhesiveness between the reinforcing member and the concrete, the reinforcing portion can be subjected to a primer treatment. As the primer, similarly to the resin impregnated into the reinforcing member, a thermosetting adhesive such as a room temperature curing type or a thermosetting type epoxy resin or a polyester resin can be preferably used. For example, a primer such as “Bond E800” series manufactured by Konishi Co., Ltd. is preferable.
次に、プライマ処理を施したコンクリート表面に樹脂槽を巻き付け直前に通したCF材料を所定間隔を空けて巻き付ける。図6は、本発明の装置を用いてRC柱51への施工の様子を示す概略図であり、作業者は装置1を手に持ち、樹脂槽を通過させたCF材料3’を引き出して、RC柱1の周りを回ることで容易に施工できる。所定の巻き付けを行ったところで、CF材料3’を切断し、続けて次の施工箇所に施工を行う。
Next, the CF material passed just before the resin tank is wound around the concrete surface subjected to the primer treatment is wound at a predetermined interval. FIG. 6 is a schematic view showing the state of construction on the
CF材料巻き付け後、含浸樹脂が十分に硬化するまで養生することで炭素繊維樹脂強化材料(CFRP)52が得られる。その後、表面の美観を保持したり、補強部材の耐久性をさらに向上するために、補強部材を巻き付けた表面に仕上げ用モルタルを塗ったり、塗料などを吹き付けたりして仕上げを行うことができる。 After winding the CF material, the carbon fiber resin reinforced material (CFRP) 52 is obtained by curing until the impregnating resin is sufficiently cured. Thereafter, in order to maintain the aesthetics of the surface or further improve the durability of the reinforcing member, finishing can be performed by applying a finishing mortar or spraying a coating or the like on the surface around which the reinforcing member is wound.
CF材料は、所定の間隔を空けて巻き付けを行う。巻き付け間隔は、要求される補強効果により種々異なり一概に限定できないが、例えば鉄筋コンクリート製柱のじん性補強を行うには、柱の上下端部から2D(Dは柱断面高さを示す)以下のじん性補強区間にCF材料を柱の端部より巻き付け間隔(P)が、5cm以上であり、P/Dが1/3以下となるように所定間隔を空けて巻き付け補強することが好ましい。また、じん性補強に際しては、より多くの補強量が要求されることから、CF部材を重ねて巻くことが好ましい。 The CF material is wound at a predetermined interval. The winding interval varies depending on the required reinforcement effect and cannot be limited to a specific range. For example, to reinforce the toughness of a reinforced concrete column, it is less than 2D (D indicates the height of the column cross section) from the upper and lower ends of the column. It is preferable to wind and reinforce the CF material around the toughness reinforcing section with a predetermined interval so that the winding interval (P) from the end of the column is 5 cm or more and P / D is 1/3 or less. Further, since a larger amount of reinforcement is required for toughness reinforcement, it is preferable to wrap the CF member in layers.
一方、せん断補強は、じん性補強ほどの補強量は要求されないため、より広い間隔で巻くことができる。せん断補強は柱の全区間が対象となるが、通常はじん性補強と組み合わせて行うことが多く、その場合は、じん性補強区間以外の部分について適用すればよい。また、本発明で使用するCF材料は、炭素繊維目付量が多いため、一重巻きで十分なせん断補強効果が得られる。 On the other hand, since the shear reinforcement does not require the reinforcement amount as much as the toughness reinforcement, it can be wound at wider intervals. Shear reinforcement covers the entire section of the column, but usually it is often performed in combination with toughness reinforcement, and in that case, it may be applied to portions other than the toughness reinforcement section. In addition, since the CF material used in the present invention has a large amount of carbon fiber, a sufficient amount of shear reinforcement can be obtained by single winding.
本発明では、補強量の多いじん性補強において、特に有効である。 The present invention is particularly effective in toughness reinforcement with a large amount of reinforcement.
なお、じん性補強及びせん断補強の補強量は、例えば、(財)鉄道総合技術研究所発行の「炭素繊維シートによる鉄道高架橋柱の耐震補強工法設計・施工指針」第3版に準拠して、安全側に設計されるように選択すればよい。 In addition, the amount of reinforcement of toughness reinforcement and shear reinforcement is in accordance with, for example, “Guidelines for Design and Construction of Seismic Reinforcement Methods for Railway Viaduct Columns Using Carbon Fiber Sheets” issued by the Railway Technical Research Institute, It can be selected so that it is designed on the safe side.
1 樹脂含浸装置
2 把っ手
3 CF材料
3’CF材料(樹脂含浸済み)
4 ロール保持手段
5 CF材料排出口
6 開閉部
7 含浸樹脂
8 樹脂槽
9 ローラ
10,10’ 含浸ローラ
11,11’ 絞りローラ
12,12’ 方向規制ローラ
13,13’ 排出口ローラ
14,14’ 加圧ローラ
30 帯状CF材料
31 経糸(炭素繊維)
32 緯糸
40 組紐状CF材料
51 RC柱
52 CFRP
1 Resin impregnation device 2
4 Roll holding means 5 CF material discharge port 6 Opening / closing
32 Weft 40
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