JP2014088652A - 補強用繊維シート - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は補強耐力が高く、軽量であるとともに樹脂含浸性が良好であり、施工時の作業性に優れた補強用繊維シートを提供することを目的とする。
【解決手段】経糸に補強用繊維を用い、緯糸に前記経糸より細い繊度の糸を用いて製織された補強用繊維シートにおいて、所定のカバーファクターの範囲を有することで、補強耐力が高く、軽量であり、樹脂含浸性が良好であり、施工時の作業性に優れた補強用繊維シート。
【選択図】なし

Description

本発明は補強用繊維シートに関し、さらに詳細には高架の鉄道や高速道路などの橋脚や梁などの土木コンクリート構造物、建物の柱、および壁などを補強する補強用繊維シートに関するものである。

コンクリート製の建築構造物が多数存在するが、地震による破壊の耐久性の改善などの問題がある。コンクリート構造物耐久性改善のための補強、補修方法は、対象となるコンクリート製の柱を鉄板で覆う方法と補強用繊維シートをコンクリート面に貼り付け、もしくは巻きつける方法などがある。しかし鉄板で覆う方法は重い鉄板を扱うため重機や頑丈な足場が必要である。

補強用繊維シートを巻きつける方法は重量物を扱う重機の必要がなく施工が容易であり、狭いところでの施工が容易で、また工期が短縮できるなどの利点がある。

繊維シートによる補強方法は、引張強力が高い補強用繊維シートをアクリル樹脂、またはエポキシ樹脂によってコンクリート表面に接着させることにより行われる。その際、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂は繊維シートをコンクリートに接着させるだけでなく繊維シートに含浸し、シートの強度を向上させ、さらに繊維シートの強度をコンクリートに伝える媒介としての役割を果たす。

補強用繊維シートにおいて耐力が高いシートが望まれるが、高耐力にするには単位幅当たりの繊維量、すなわちトータル繊度を多くしなければならない。その手段として繊維集合体としてのヤーンの太さを太くするか、単位幅当たりのヤーンの本数を増加する方法がとられるが、製織性、軽量性、樹脂含浸性を阻害する要因となっている。

特許文献１には、補強用繊維の繊度を高くして布状に製織し、これをコンクリート構造物に巻きつけて、含浸させた樹脂を固化する方法が提案されている。上記の公報公開には補強用繊維シートは平織りで製織されたものが例示されているが、経緯糸の本数の比率についてはなんら述べられていない。しかしながら、一般的に平織りは経、緯糸それぞれが互いに相手を高度に拘束する織物組織であるため、樹脂含性が悪くなると同時に、クリンプ率が高くなるため、構成する繊維が有している強力からみた織物の強力、すなわち織物の強力利用率が低くなるため好ましくない。特に補強用繊維の繊度を高くした場合この傾向が顕著になる。

特許文献２には、織物の経糸カバーファクター、緯糸カバーファクターを規定しており、樹脂含浸性と織物の柔軟性を持たせた織物が提案されている。しかしながら、このカバーファクターの範囲では織物目付けが大きくなり織物が重くなるため運搬時に負担がかかり、施工時の作業性を阻害する。また、緯糸密度が高く模紗織りのため経糸方向のクリンプ率が高くなり、織物の強力利用率が低くなるといった問題を有していた。

特開平６−２８８０９９号公報 特開２０００−３４６３９号公報

本発明は補強耐力が高く、軽量であるとともに樹脂含浸性が良好であり、施工時の作業性に優れた補強用繊維シートを提供することを目的とする。

本発明は、下記に示す補強用繊維シートを用いることで上記問題を解決することができる。
１．経糸に補強用繊維を用い、緯糸に前記経糸より細い繊度の糸を用いて製織された補強用繊維シートであって、
ｘ＝（経糸カバーファクター）＝（経糸繊度（ｄｔｅｘ）／繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３））＾１／２×（経糸密度（本／ｃｍ））
ｙ＝（緯糸カバーファクター）＝（緯糸繊度（ｄｔｅｘ）／繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３）））＾１／２×（緯糸密度（本／ｃｍ））
としたとき、ｘとｙとの関係が下記の（１）および（２）式を満足することを特徴とする補強用繊維シート。
６００≦ｘ≦１０００ ・・・（１）
-０．０２５ｘ＋３７≦ｙ≦-０．０２５ｘ＋５３・・（２）
２．織物１０ｍｍ幅における荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／織物目付け（ｇ／ｍ^２）が２０以上であることを特徴とする上記１に記載の補強用繊維シート。
３．補強用繊維の原糸強力に対する織物の強力利用率が７５％以上であることを特徴とする上記１、２いずれかに記載の補強用繊維シート。
４．補強用繊維が引張強度２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上のものであることを特徴とする上記１〜３のいずれか１に記載の補強用繊維シート。
５．前記補強用繊維がポリエチレン繊維であることを特徴とする上記１〜４のいずれか１に記載の補強繊維シート。
６．補強用繊維シートの織組織が、杉綾織であることを特徴とする、上記１〜５のいずれか１に記載の補強用繊維シート。
７．前記請求項１における（１）式が６００≦ｘ≦７５０であることを特徴とする、上記１〜６のいずれかに記載の補強用繊維シート。

本発明の補強用繊維シートは高耐力であっても経糸カバーファクターと緯糸カバーファクターの適切な配分により、樹脂含浸性が良く、軽量なコンクリート補強用繊維シートである。それ故、高架の鉄道や高速道路などの橋脚や梁などの土木コンクリート構造物、建物の柱、および壁などの補強用繊維シートとして、補強耐力が高く、軽量かつ施工時の作業性に優れた、利用価値の極めて高いものである。

本発明の特許請求の範囲における経糸と緯糸のカバーファクターの関係を示す図である。 本発明で実施の杉綾織りを示す説明図である。

コンクリート柱表面に補強用繊維シートを貼り付ける手順としては、必要に応じプライマー処理されたコンクリート表面に、下塗りとしてアクリル樹脂またはエポキシ樹脂を塗布した後、あらかじめ必要とする長さ（周長＋重ね継ぎ手長さ）に切断した補強用繊維シートを経糸の方向が周長方向になるように貼り付ける方法が用いられる。下塗り樹脂が硬化する前に直ちに補強用繊維シートを貼り付け、ローラーなどを用いて樹脂を十分に繊維シートに含浸させる。補強用繊維シートの幅は１０ｃｍから５０ｃｍのものが一般に用いられる。

下塗り樹脂が十分に含浸させた後、同じ樹脂を用いて上塗りを行う。補強用繊維シート全面に樹脂を均一に塗布した後、樹脂が完全に硬化するまで養生しておく。補強の程度によっては補強用繊維シートを多層重ねて貼り付ける。最上層のシート貼り付けが終了し、表面の樹脂を完全に硬化させる。

本発明の補強用繊維シートはシートの長さ方向に平行に配置される経糸に２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の補強用繊維を配置し、シートの幅方向に平行に配置される緯糸には前記経糸より細い繊度の糸を用いて製織された織物である。

経糸方向に補強効果を発揮させるために、補強繊維は大部分経糸として配置される。緯糸は経糸をシート状に保持するための役割をする。補強用繊維シートに必要な樹脂含浸性を持たせるために、経糸と緯糸のカバーファクターの範囲を以下の通りに定める。その範囲は、
ｘ＝（経糸カバーファクター）＝（経糸繊度（ｄｔｅｘ）／繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３））＾１／２×（経糸密度（本／ｃｍ））
ｙ＝（緯糸カバーファクター）＝（緯糸繊度（ｄｔｅｘ）／繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３））＾１／２×（緯糸密度（本／ｃｍ））としたとき、
ｘとｙとの関係が以下の通りである。
６００≦ｘ≦１０００ ・・・（１）
-０．０２５ｘ＋３７≦y≦-０．０２５ｘ＋５３ ・・・（２）

経糸のカバーファクター（ｘ）は６００≦ｘ≦１０００であり、６００≦ｘ≦８５０が好ましく、６００≦ｘ≦７５０がより好ましい。ｘ＜６００の場合は十分な引張強力を得ることが難しく、ｘ＞１０００の場合は、製織が難しい。

緯糸のカバーファクター（ｙ）は-０．０２５ｘ＋３７≦ｙ≦-０．０２５ｘ＋５３であり、ｙ＜-０．０２５ｘ＋３７の場合は緯糸の経糸に対する拘束力が不足する。
-０．０２５ｘ＋５３＞ｙの場合は樹脂含浸性が低下する。

本発明の補強用繊維シートにおいて織物１ｃｍ幅における荷重（Ｎ）／織物目付け（ｇ／ｍ^２）が２０以上であることが好ましい。２２以上がより好ましく２４以上がさらに好ましい。この値は、補強用繊維シートが必要な強力が、どれだけの繊維量により達成されているかを示す指標である。この値が大きい方が、少ない糸量、および／または軽い糸で構成されていることを示しており、作業性が良くなることを示している。

補強用繊維の原糸強力に対する織物の強力利用率が７５％以上であることが好ましい。それより強力利用率が低ければ、必要耐力を得るためにより多くの経糸本数が必要となるため、繊維シートが重く、かつ製織が難しくなりまた樹脂含浸性も低下する。平織、模紗織りでは経糸方向のクリンプ率が高くなり強力利用率が低くなるため、高い強力利用率を得るには平織物、模紗織物と比べて低クリンプ率となる織組織である杉綾織りが好ましい。

本発明の補強用繊維の原糸強度は２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。２０ｃＮ／ｄｔｅｘより小さければ補強用繊維シートとして十分な耐力が得られにくい。好ましくは２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。強度は高い方が好ましいが、繊維強度の限界が存在するため、６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。

本発明に用いられる補強用繊維の繊度は１０００ｄｔｅｘ以上が好ましい。繊度は、使用する補強用繊維の耐力に応じて設計すればよいが、可能な限り強度並びに強度保持率が高い繊維を用いることで、少ない繊維で必要な耐力を得ることが出来るため好ましい。

補強用繊維を構成する単糸の繊度は０．５ｄｔｅｘ以上が好ましい。単糸繊度が０．５ｄｔｅｘより小さいと、製職時に毛羽立ちやすくなる。好ましくは１．０ｄｔｅｘ以上である。

本発明の経糸に用いられる補強用繊維は高強度繊維が好ましく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維などを用いることができる。その中でも、しなやかさ、軽量性、摩擦などの繊維破損がおきにくいポリエチレン繊維が好ましく、高強度の高分子量ポリエチレン繊維がより好ましい。

緯糸は経糸に用いられる補強用繊維と同一または異なっていてもよく、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などの高強度繊維以外の繊維でもよい。好ましくは、特に湿度による寸法変化の少ないポリエステル繊維である。

また、本発明の補強用繊維シートは織り組織は綾織、朱子織などが適応され、特に制限はないが杉綾織組織で製職されたものが好ましい。杉綾織組織の例としては、例えば図２に示すようなものである。

以下実施例を用いて説明を行う。本願発明に用いた測定方法は次の通りである。
［測定方法］
（１） クリンプ率：ＪＩＳＬ１０９６ Ｂ法に従って評価した。織物の経方向に３箇所で２００ｍｍの距離に印を付与し、この印内の経糸を解き初荷重（０．１ｇ／ｄｔｅｘ）の下で真直ぐに張った長さ（ｍｍ）を測定し、次式によってクリンプ率（％）を求める。１箇所の測定本数は経糸５本とし、経糸３箇所の平均値を算出した。
Ｃｗ＝（Ｌ−２００／２００）×１００
ここでＣｗ：クリンプ率（％）
Ｌ：真直ぐに張った長さ（ｍｍ）

（２）荷重（Ｎ／１０ｍｍ）：ＪＩＳＬ１０９６Ａ法に従って評価した。ＩＮＴＥＳＣＯ （ｍｏｄｅｌ ２０５０）の引張試験機を用いて、引張速度２００ ｍｍ／ｍｉｎ、試験幅１０ｍｍとなる経糸本数（本）で測定し、１０ｍｍ幅あたりの強力（Ｎ／１０ｍｍ）を測定した。なお、経糸方向を測定方向とした。

（３）断面積（ｍｍ^２）／１０ｍｍ：繊度（ｄｔｅｘ）を原糸比重（ｇ／ｃｍ^３）で除した値に試験幅１０ｍｍに必要な経糸本数を乗じた値を断面積（ｍｍ^２）／１０ｍｍとした。

（４）強度（Ｎ／ｍｍ^２）：荷重（Ｎ／１０ｍｍ）を断面積（ｍｍ^２／１０ｍｍ）で除した値を強度（Ｎ／ｍｍ^２）とした。この強度は２３００N／mm以上が好ましく、より好ましくは２４００以上である。

（５）強力利用率（％）：原糸強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）に繊度（ｄｔｅｘ）、ならびに１０ｍｍあたりの経糸本数を乗じた値を計算強力（Ｎ／１０ｍｍ）とした。強力利用率（％）は次式にて算出した。
強力利用率（％）＝（荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／計算強力（Ｎ／１０ｍｍ））×１００

（６）目付け（ｇ／ｍ^２）：織物２０ｃｍ×２０ｃｍの重量（ｇ）を測定し、その重量（ｇ）に２５を乗じた値を目付け（ｇ／ｍ^２）とした。

（７）荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／目付け（ｇ／ｍ^２）：荷重（Ｎ／１０ｍｍ）を目付け（ｇ／ｍ^２）で乗じた値とした。

（実施例１）
経糸に東洋紡製の高分子量ポリエチレン繊維「ダイニーマ」（登録商標）を用い、緯糸に東レ（株）製のポリエステル繊維を用いて、表１記載の条件で幅３０ｃｍの補強用繊維シートを製織した。

実施例１は織物シートの荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／目付け（ｇ／ｍ^２）がそれぞれ２４．９であり、強力利用率（％）も７８％と補強繊維シートとして有用なものであった。

（実施例２〜５）
経糸に東洋紡製の高分子量ポリエチレン繊維「ダイニーマ」（登録商標）を用い、緯糸に東レ（株）のポリエステル繊維を用いて、表１記載の条件で幅３０ｃｍの補強用繊維シートを製織した。

実施例２〜５の織物シートの荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／目付け（ｇ／ｍ^２）、強力利用率がそれぞれ２０、７５％を超え補強用繊維シートとして有用なものであった。

（比較例１）
アラミド繊維である、７９２０ｄｔｅｘ、引張強度２２ｃＮ／ｄｔｅｘの糸を経糸に用い、緯糸に東レ（株）のポリエステル繊維を用いて、表１記載の条件で幅３０ｃｍの補強用繊維シートを製織した。

比較例１は織物シートの荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／目付け（ｇ／ｍ^２）が１６．６、強力利用率（％）も６９．８％と低い値であった。比較例１は、糸の強度が低く、また織物を構成する経緯の糸の繊度、並びに織組織が適切でないため、必要な耐力を得るために多くの糸量を必要としている。このため、補強用繊維シートとして好ましくないものであった。

（比較例２）
ポリアリレート繊維である、６４８０ｄｔｅｘ、引張強度２２．９ ｃＮ／ｄｔｅｘの糸を経糸に用い、緯糸に東レ（株）のポリエステル繊維を用いて、表１記載の条件で幅３０ｃｍの補強用繊維シートを製織した。

比較例２は織物シートの荷重（Ｎ/１０ｍｍ）／目付け（ｇ／ｍ^２）が１５．５であり、強力利用率（％）も６８．７％と低い値であった。比較例２は、糸の強度が低く、また織物を構成する経緯の糸の繊度、並びに織組織が適切でないため、必要な耐力を得るために多くの糸量を使用しているため、補強用繊維シートとして好ましくないものであった。

本発明の補強繊維シートは高強力繊維を経糸に用いた織物であり、道路の床盤、橋脚、建物の柱、および壁などの補強に有用であり、効果的な補強が行えるとともに施工時の取り扱い、軽量性に優れた工業的価値の高いものである。

１ 経糸方向

Claims (7)

1. 経糸に補強用繊維を用い、緯糸に前記経糸より細い繊度の糸を用いて製織された補強用繊維シートであって、
   ｘ＝（経糸カバーファクター）＝（経糸繊度（ｄｔｅｘ）／繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３））＾１／２×（経糸密度（本／ｃｍ））
   ｙ＝（緯糸カバーファクター）＝（緯糸繊度（ｄｔｅｘ）／繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３）））＾１／２×（緯糸密度（本／ｃｍ））
   としたとき、ｘとｙとの関係が下記の（１）および（２）式を満足することを特徴とする補強用繊維シート。
   ６００≦ｘ≦１０００ ・・・（１）
   -０．０２５ｘ＋３７≦ｙ≦-０．０２５ｘ＋５３・・（２）
2. 織物１０ｍｍ幅における荷重（Ｎ／１０ｍｍ）／織物目付け（ｇ／ｍ^２）が２０以上であることを特徴とする請求項１に記載の補強用繊維シート。
3. 補強用繊維の原糸強力に対する織物の強力利用率が７５％以上であることを特徴とする請求項１、２いずれかに記載の補強用繊維シート。
4. 補強用繊維が引張強度２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上のものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の補強用繊維シート。
5. 前記補強用繊維がポリエチレン繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の補強繊維シート。
6. 補強用繊維シートの織組織が、杉綾織であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の補強用繊維シート。
7. 前記請求項１における（１）式が６００≦ｘ≦７５０であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の補強用繊維シート。