JP2009046894A - 連続繊維シートの処理方法、および前処理された連続繊維シートを用いた継手の接合方法、補強用パネルの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易で確実な連続繊維シート補強材の継手施工方法を提供すること。
【解決手段】連続繊維シートに未硬化状態の部分を残す処理方法において、該連続繊維シートの一部に非硬化ゲル剤を含浸させた後に、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分に硬化性樹脂を含浸させて、前記硬化性樹脂の前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分への含浸を遮断し、前記硬化性樹脂の硬化後に未硬化状態の部分が残るようにする、連続シートの処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、非硬化ゲル剤を用いた連続シートの処理方法に関し、さらには、連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて補強対象構造物に貼り付ける補強方法における継手の施工方法、連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いた補強用パネルの施工方法に関する。

炭素繊維やアラミド繊維からなる連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて補強対象構造物に貼り付け硬化させてＦＲＰ化させることにより補強する補強方法は広く行われている。

この施工に使用する連続繊維シートは、その施工性から３〜５ｍ程度に切断して使用され、補強対象構造物の長さが該シート長より長い場合には、該シートを重ね合わせて含浸接着樹脂を含浸させて硬化させる継手構造を使用している。

これまで行われてきた継手の施工は、最初の該シートを貼り付けた同日中に次のシートを貼り付けて継手構造を完成させることが好ましく、その施工が困難な場合にも一両日中には継手構造を完成させている。

この日数程度では、含浸接着樹脂は完全に硬化してはおらず、従って最初のシートに使用した含浸接着樹脂と次のシートに使用した含浸接着樹脂は比較的良好に一体化が図られ、十分な接着強度が得られている。

一方、ひとつの補強対象構造物の補強工事において、現場状況等の理由により当初は部分的な施工しか実施せず、次の施工は数ヶ月から数年後とする場合も見られ、このときに連続繊維シートの継手を設置する場合には、完全に硬化してしまったＦＲＰの端部に新たな連続繊維シートを重ね合わせて含浸接着樹脂を用いて含浸硬化させねばならない。

この際に、既設の完全に硬化してＦＲＰ化してしまった連続繊維シートの端部の継手としたい部分の表面をサンドペーパー等で目粗ししたのち、追加の連続繊維シートを該部分に重ね合わせて含浸接着樹脂で含浸接着する方法が取られているが、目粗しが不十分なため所定の継手強度が得られなかったり、逆に目粗しが深すぎて既設の連続繊維シート内部の繊維層を損傷させ、強度を低下させてしまったりする可能性が高く、かかる方法では十分な継手強度が得られないことがあった。

さらに、従来技術として、特許文献１〜４のように、連続繊維シートの中央部を含浸接着樹脂を用いてあらかじめ硬化させ、端部を継手用に未含浸の繊維部を露出させた補強用板状材を作成し、補強対象構造物に貼り付けた後、該継手用繊維部分を重ね合わせて含浸接着樹脂を使用して含浸接着させて継手構造とする方法が示されている。

しかしながら、特許文献１〜３には、該未含浸部を作成する具体的方法が示されていない。

また、特許文献４には、未含浸の繊維部の作成方法として、押さえ冶具を用いて連続繊維シートの未含浸としたい部分を押圧し、その後周辺の連続繊維シートに含浸接着樹脂を含浸させることで、継手部には含浸接着樹脂が含浸しないと記載されている。

しかしながら、含浸接着樹脂は連続繊維シートの繊維間の細かい隙間まで含浸することでその強度を発揮するため、極めて含浸性の高い樹脂となっており、単に連続繊維シートを押圧した程度では、シートを構成する繊維間に含浸接着樹脂が浸透してしまうことは容易に考えられ、この方法で該未含浸予定部分への含浸接着樹脂の含浸を完全に防止できるとは考え難い。

さらに、特許文献５では、一度樹脂を含浸硬化させた形成した繊維強化プラスチックの端部を加熱し、該樹脂を融解させるか燃焼させるかの方法で除去して強化繊維を露出させ、該強化繊維を継手に供する方法が示されている。

しかしながら、構造物の補強用として一度貼り付けてしまった連続繊維シートの含浸接着樹脂の一部だけを融解させたり燃焼させる方法は、その範囲を限定する確実性に欠け、つまり本来は樹脂を除去したくない部分まで熱の影響が及んで強度低下に繋がることが容易に考えられる。
特開平１１―１２４９５５号公報 特開平１１―３２４２４３号公報 特開平１１―３４３７４４号公報 特開２０００―０５４６４７号公報 特開２００４―５０６７０号公報

本発明は、上記従来技術と比較して、容易で確実な連続繊維シート補強材の継手施工方法を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。

連続繊維シートに未硬化状態の部分を残す処理方法において、該連続繊維シートの一部に非硬化ゲル剤を含浸させた後に、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分に硬化性樹脂を含浸させて、前記硬化性樹脂の前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分への含浸を遮断し、前記硬化性樹脂の硬化後に未硬化状態の部分が残るようにする、連続シートの処理方法。

連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて補強対象構造物に貼り付ける補強方法において、該連続繊維シートの端部に非硬化ゲル剤を含浸させ、前記連続繊維シートを前記補強対象構造物に貼り付け、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分を含浸接着樹脂を用いて含浸、硬化させた後に、前記非硬化ゲル剤を除去し、前記端部を未硬化状態として連続繊維を露出させ、該連続繊維の露出部を他の連続繊維シートと重ねて、含浸接着樹脂を含浸、硬化されることにより、重ね継手に供する継手の接合方法。

連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて硬化させ補強用パネルを施工する方法において、該連続繊維シートの端部に非硬化ゲル剤を含浸させ、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分を含浸接着樹脂を用いて含浸、硬化させた後に、前記非硬化ゲル剤を除去し、前記端部を未硬化状態として連続繊維を露出させ、該連続繊維の露出部を他の補強パネルにあり、前記連続繊維の露出部と同様の方法によって形成された連続繊維の露出部とを重ね合わせて、含浸接着樹脂により含浸、接着させ重ね継手とする補強用パネルの施工方法。
である。

すなわち、本発明では、最初の補強用連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて補強対象構造物に貼り付ける時、将来的に継手となる部分に、あらかじめゲル状の半硬化状態とはなるが完全硬化しない材料を含浸しておき、後工程の補強用連続繊維シートの含浸接着時に含浸接着樹脂が継手予定部分に含浸してしまわないように保護する。

そして、補強用連続補強シートを含浸接着樹脂により貼付け硬化後、該ゲル剤を除去することにより、含浸接着樹脂が非含浸で未硬化の繊維部分を露出させ、次の継手施工を容易かつ確実なものとすることができる。

本発明によれば、硬化後に長い期間経過した既設の連続繊維シートの端部に、新たな連続繊維シート重ね合わせて含浸接着させて継手構造とする不確実な方法を避け、既設の連続繊維シートの端部の非含浸部に新たな連続繊維シート重ね合わせて含浸接着させ、一体化させることが可能であり、あたかも同時期に継手部を施工したことと同じ継手強度を確保できる。

また、本発明によれば、連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて硬化するときに、硬化させたくない部分に、あらかじめ別のゲル剤を含浸させて樹脂が含浸する隙間を埋めておくことにより、含浸接着樹脂が必要でない部分への含浸を容易に防げる。

また、本発明によれば、非硬化性のゲル剤を使用することにより、好きな時に該ゲル剤を除去し、含浸接着樹脂が未含浸の、すなわち未硬化の新鮮な繊維部分を露出することが可能となる。

この方法は、実存する補強対象構造物に含浸接着樹脂を用いて連続繊維シートを貼り付けて補強する方法のみならず、あらかじめ別の場所で含浸接着樹脂を用いて連続繊維シートを含浸硬化させた補強用パネル材とするときに、継手予定部分として連続繊維を露出させて継手に供する方法における、連続繊維を露出させる方法としても利用可能である。

本発明の好ましい一実態例としては、図１、図２のように補強対象構造物４に連続繊維シート１を仮置きし、継手予定部６に液状のゲル剤３を塗布し、ゲル剤３がゲル化後、補強対象部５を含浸接着樹脂２を使用して、含浸接着させ硬化せしめることが挙げられる。

適正な養生期間の経過後、含浸接着樹脂２の硬化確認をした後、ゲル剤３を除去し、未含浸硬化の連続繊維シート１を露出させる。なお、該ゲル剤３は完全に固化することなく、洗い流す等の簡易な方法で残余分が完全に除去できるもの（非硬化ゲル剤）を用いる。

また、本発明に用いられる含浸接着樹脂２としては、エポキシ樹脂もしくはアクリル樹脂を使用することは好ましく、ゲル剤３が接することにより硬化した含浸接着樹脂２が化学反応を起こし強度低下等の悪影響を及ぼさぬよう、無害な材料を使用することが好ましく、例えば、食用の寒天やゼラチンを使用することがより好ましい。

特許文献４の方法によれば、含浸接着樹脂２が連続繊維シート１の内部や下面を伝って継手予定部６に予定外に含浸してしまうことを完全には防止できず、その結果として余分に含浸してしまった含浸接着樹脂２が継手予定部６の一部でムラに硬化してしまい、次に継手を施工した際に含浸接着樹脂の良好な含浸を妨げ、気泡等の未含浸部が残り所定の継手強度が確保できないが、本発明によればこのような予定外の位置への含浸接着樹脂２の含浸を防止できる。

本発明に用いられるゲル剤３は、含浸接着樹脂の予定せぬ箇所への含浸を遮断することを目的としており、あえて継手予定部６の部分のシートの細部まで完全に含浸させる必要性はなく、含浸接着樹脂の遮断という目的を達成する程度の含浸性があれば良い。すなわち、ゲル剤３は、含浸接着樹脂２と同等以上の含浸性は必要としないが、含浸接着樹脂２の塗布時に混ざったりしない程度の硬さや、含浸接着樹脂２塗布時のローラー等の押圧力により位置がずれたり、剥離したりしない程度の連続繊維シート１との接着強度は必要である。

さらに、ゲル剤塗布長７は継手予定部６と一致させる必要は無く、含浸接着樹脂２の予定せぬ箇所への含浸を遮断することができる幅があれば良い。

また、ゲル剤３の除去時期は、含浸接着樹脂が硬化し一定の強度発現後であれば、その直後であっても構わないが、継手予定部６の長期的な保護を考慮して、将来継手施工を行う直前に除去することが好ましい。さらに、継手部は、保護を目的として、シート養生等を行うことも好ましい。

本発明は、このような連続繊維シート１、含浸接着樹脂２、ゲル剤３を用いて、連続繊維シート１に未硬化状態の部分を残す処理方法や、残された未硬化状態の露出部を他の連続繊維シートと重ねて、最終的に重ね継手に供する継手の接合方法や、未硬化状態の露出部同士を重ね合わせて補強用パネルの施工をする方法とするのである。

本発明による炭素繊維シートの継手強度を確認するために、土木学会制定の「連続繊維シートの継手試験方法（案）（ＪＳＣＥ−Ｅ ５４２−２０００）」の方法に準拠し、通常の一連の作業で同時期に継手作成するタイプと、本発明により連続繊維シートの半分を先に含浸接着樹脂で含浸硬化させ、一定の期間経過後に新規の連続繊維シートを重ね合わせて継手を作成するタイプの２種類の供試体を切り出すための母材を作成し、詳しくは以下の手順で継手強度試験を行った。

炭素繊維シートとしては、東レ株式会社製の高強度炭素繊維シートであるＵＴ７０−２０を使用し、含浸接着樹脂は東レ株式会社製のＴＳレジンを使用した。

従来の一連の作業で継手構造を作るタイプの母材（以下従来タイプという）は、図３に示すように、下敷き１４となる離型性フィルム上に下塗り含浸接着樹脂２１をメーカー推奨の適量である０．４ｋｇ／ｍ^２の割合で塗布し、先施工炭素繊維シート１０と後施工炭素繊維シート１１を継手長１２が１００ｍｍになるように重ね合わせて置き、両シートを、同時に脱泡ローラーを用いて含浸脱泡させ、次いで上塗り含浸接着樹脂２２を同じく適量である０．２ｋｇ／ｍ^２相当の割合で両シートに渡って均一に塗布し、含浸脱泡させ、その後室温養生を続けた。なおこの継手長１２を１００ｍｍとしたのは、日本道路公団設計要領第三集に規定された炭素繊維シートの標準継手長に従った。

一方、本発明による継手母材の方（以下本発明タイプという）は、以下の手順で作成した。

第１段階：図４のように、下敷き１４となる離型性フィルム上に、先施工炭素繊維シート１０の継手予定部６の長さを若干の余裕を考慮して１１０ｍｍとし、該端部の裏表面を、マスキングテープ８を貼り付けたものを置き、ゲル剤塗布長も１１０ｍｍとなるようにゲル剤３を塗布した。該ゲル剤３には市販の食用ゼラチン粉を製品指定の割合の温湯で溶いたものを使用し、また含浸接着樹脂が薄黄色を呈すため、目視による区別を明確にするよう、やはり市販の食用色素にて青色に着色した。２４時間経過後、ゲル剤３がゲル化したことを確認し、ゲル剤３が付着したままの先施工炭素繊維シート１０を一度下敷き１４から外し、マスキングテープを剥がした。

第２段階：図５のように、下敷き１４上の先施工下塗り含浸接着樹脂塗布範囲３１の端部にマスキングテープを貼り（図示せず）下塗り含浸接着樹脂２１の塗布範囲を定め、該下塗り含浸接着樹脂２１を適量である０．４ｋｇ／ｍ^２の割合で塗布し、先述の先施工炭素繊維シート１０を下塗り該含浸接着樹脂２１上面に載せて、脱泡ローラーを用いて含浸脱泡させ、次いで上塗り含浸接着樹脂２２を所定量である０．２ｋｇ／ｍ^２相当の割合で均一に塗布し脱泡ローラーで含浸脱泡させ、その後室温養生を続けた。

第３段階：さらに７日間経過後、含浸接着樹脂２の硬化状態を確認後、該シートを下敷き１４から外し、ゲル剤３をブラシを使用して水洗いし、残余分が残らないように丁寧に除去し、図６のように継手予定部６に未固化の炭素繊維１６を露出させた。この結果先行母材３０は、炭素繊維シートが硬化したＣＦＲＰ部９と未硬化の炭素繊維１６が露出した継手予定部６となった。

第４段階：さらにこの状態で７日間養生後、図７のように下敷き１４の表面の後施工下塗り含浸接着樹脂塗布範囲３２の端部にマスキングテープを貼り（図示せず）下塗り含浸接着樹脂２１を適量である０．４ｋｇ／ｍ^２の割合で塗布し、先行母材３０を所定の位置に置き、後施工炭素繊維シート１１を継手長１２が１００ｍｍ以上となるように重ね合わせて、両シートを脱泡ローラーを用いて含浸脱泡させ、次いで上塗り含浸接着樹脂２２を適量である０．２ｋｇ／ｍ^２相当の割合で均一に塗布し脱泡ローラーで含浸脱泡させ、継手母材とした。

その後、さらに１０日間室温養生をさせた後、前述の通常のタイプの母材と一緒に、「連続繊維シートの継手試験方法（案）（ＪＳＣＥ−Ｅ ５４２−２０００）」の方法に従い、所定の試験片仕様に切断加工し、所定の引張試験を実施した。

その結果、従来タイプの継手と本発明タイプの継手ともに、該炭素繊維シートのメーカー規格値である３４００Ｎ／ｍｍ^２の引張強度を満足してかつ継手部以外の母材部で破壊したことにより、継手部の強度が母材部以上であることが確認され、またヤング係数もメーカー規格値である２４５ｋＮ／ｍｍ^２±１０％の範囲に収まっており、本発明の方法による連続繊維シートの継手強度が十分確保されることが証明された。

すなわち、本発明の方法によれば、従来技術では不安視されてきた、コンクリート構造物の連続繊維シート補強工法において、１期施工から長期間経過後に２期施工をする場合の該連続繊維シートの強度低下の問題は解決されることが明らかになった。

また、事前に端部に連続繊維シートを露出させて継手に供する状態のパネル状補強材を作成し、補強対象構造物に該パネルを複数枚貼り付けたのち、該露出部の連続繊維シート同士を重ね合わせて含浸接着させて継手構造を完成させる方法においても、該パネル状補強材の作成時に本発明の方法により端部の継手予定部の連続繊維シートを含浸接着樹脂が未含浸の状態で確実に露出させることが可能であり、該パネル状補強材の継手部施工時には、新鮮な状態の連続繊維シート同士の継手接着作業となり、十分な継手強度が確保できることが明らかになった。

本発明による実施例の平面図 本発明による実施例の断面図 従来技術による継手実施例の断面図 本発明による継手実施例の第1段階の断面図 本発明による継手実施例の第２段階の断面図 本発明による継手実施例の第３段階の断面図 本発明による継手実施例の第４段階の断面図

符号の説明

１ 連続繊維シート
２ 含浸接着樹脂
３ ゲル剤
４ 補強対象面
５ 補強対象部
６ 継手予定部
７ ゲル剤塗布長
８ マスキングテープ
９ ＣＦＲＰ部
１０ 先施工炭素繊維シート
１１ 後施工炭素繊維シート
１２ 必要継手長
１４ 下敷き
１６ 未固化の炭素繊維
２１ 下塗り含浸接着樹脂
２２ 上塗り含浸接着樹脂
３０ 先行母材
３１ 先施工下塗り含浸接着樹脂塗布範囲
３２ 後施工下塗り含浸接着樹脂塗布範囲

Claims (3)

1. 連続繊維シートに未硬化状態の部分を残す処理方法において、該連続繊維シートの一部に非硬化ゲル剤を含浸させた後に、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分に硬化性樹脂を含浸させて、前記硬化性樹脂の前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分への含浸を遮断し、前記硬化性樹脂の硬化後に未硬化状態の部分が残るようにする、連続シートの処理方法。
2. 連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて補強対象構造物に貼り付ける補強方法において、該連続繊維シートの端部に非硬化ゲル剤を含浸させ、前記連続繊維シートを前記補強対象構造物に貼り付け、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分を含浸接着樹脂を用いて含浸、硬化させた後に、前記非硬化ゲル剤を除去し、前記端部を未硬化状態として連続繊維を露出させ、該連続繊維の露出部を他の連続繊維シートと重ねて、含浸接着樹脂を含浸、硬化されることにより、重ね継手に供する継手の接合方法。
3. 連続繊維シートを含浸接着樹脂を用いて硬化させ補強用パネルを施工する方法において、該連続繊維シートの端部に非硬化ゲル剤を含浸させ、前記非硬化ゲル剤を含浸させた部分以外の部分を含浸接着樹脂を用いて含浸、硬化させた後に、前記非硬化ゲル剤を除去し、前記端部を未硬化状態として連続繊維を露出させ、該連続繊維の露出部を他の補強パネルにあり、前記連続繊維の露出部と同様の方法によって形成された連続繊維の露出部とを重ね合わせて、含浸接着樹脂により含浸、接着させ重ね継手とする補強用パネルの施工方法。

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