JP2014168862A - 複合構造体の施工方法及び複合構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】躯体(鉄筋コンクリート体)の表面に下地モルタル層を形成し(S1)、そのモルタル層の表面に接着剤を塗布する(S2)。その接着剤塗布面にシート状補強材を貼り付る(S3)。このとき、モルタル層表面の接着剤がシート状補強材の裏面に転写される。さらにシート状補強材の表面に接着剤を塗布する(S4)。次にその接着剤塗布面に被覆モルタル層を形成する(S5)。必要な層数を形成するまで、S2〜S5の工程を繰り返す。施工を終了した段階では、接着剤とモルタル層は共に未硬化であり、その後、必要な硬化時間だけ放置し、接着剤とモルタル層を共に硬化させる(S6)。シート状補強材は、例えばバサルト繊維で製織されたメッシュシートからなる。
【選択図】図6
Description
また、上記複合構造体では、網目の大きさの異なる二種以上の前記シート状補強材を含み、前記複数層のシート状補強材のうち一番網目の小さいシート状補強材が、前記複数層のうち一番表面側の層に配置されていることが好ましい。
以下、図1〜図6を用いて第1実施形態を説明する。
図2に示すように、コンクリート構造物10は、例えば鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート、又はコンクリートからなる所定形状の躯体11と、躯体11の表面に繊維強化された補強層として施工された複合構造層12とを有している。この複合構造層12は、モルタル又はコンクリートからなる母材13と、母材13中に繊維強化の目的で混入され、無機系繊維(無機材料繊維)と有機系繊維(有機材料繊維)のうち少なくとも一方の繊維で製織されたシート状補強材14を含む強化繊維層15とを有する。躯体11は、例えば建物、橋脚、橋桁の他、管、側溝、ブロックなどのコンクリート製品のベース部などで構成される。なお、母材13を構成するモルタルは、セメントと細骨材(砂等の粒子)とを含み、母材13がコンクリートである場合は、セメントと粗骨材(砂利等の粒子)と細骨材を含む。いずれの場合も、セメントが母材を構成する硬化性材料に相当する。また、母材13にセメントペーストを使用してもよい。
(1)接着剤塗布工程(S2,S4)でシート状補強材14に塗布された接着剤18が未硬化のまま、複合化工程(S1,S3,S5)においてそのシート状補強材14を未硬化のモルタル層17,19(母材の一例)に混入された複合化状態にする。そして、硬化工程(S7)で、シート状補強材14を被覆する接着剤18とモルタル層17,19とが共に硬化することで、シート状補強材14とモルタル層17,19との間に比較的高い付着力が確保される。したがって、コンクリート構造物10に曲げ応力が加わったときに複合構造層12の表面にひび割れ発生後、シート状補強材14のモルタル層17,19からの引き抜けが発生しにくくなる。よって、高強度及び高靱性のコンクリート構造物10を得ることができる。
(7)シート状補強材14を一枚ずつモルタル層17,19で挟む構造なので、シート状補強材14を複数枚重ねて配置しその両側からモルタル層で挟む構成に比べ、シート状補強材14と母材13との付着力を高め、曲げ靱性の高いコンクリート構造物を得ることができる。
次に図7〜図9を用いて第2実施形態について説明する。この第2実施形態は、複数の強化繊維層15のうち少なくとも一部の層でシート状補強材の繊維の材質が異なっている例である。以下、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、特に異なる部分についてのみ説明する。
(9)バサルト繊維のメッシュシート16と、バサルト繊維よりも高弾性率である炭素繊維のメッシュシート23とを使用するので、必要な曲げ強度及び曲げ靱性を得るために必要なシート状補強材14,20(メッシュシート16,23)の層数(枚数)を減らしたり、同じ層数で必要な曲げ強度及び曲げ靱性を高めたりすることができる。また、シート状補強材14の層数の低減により繊維14aの引き抜けを抑制し易く、コンクリート構造物10の靱性向上に寄与する。
次に複合構造体の曲げ強度及び曲げ靱性を評価する実験の詳細を説明する。
複合構造体の一例としてのバサルト繊維複合材(Basalt fiber reinforced plastics)(以下、単に「BFRP」とも称す)のメッシュシート26の混入によるモルタルの強度及び靱性の向上効果、及びこのモルタルの曲げ挙動を評価した。詳しくは、コンクリート標準示方書におけるコンクリートの曲げ強度試験方法に準拠した寸法、すなわち幅100mm×高さ100mm×長さ400mmの供試体を作製し、曲げ試験を実施した。実験パラメータはBFRPメッシュシートの枚数(0枚、1枚、2枚、3枚、それぞれCM−N,CM−B1,CM−B2,CM−B3と呼称する。)とエポキシ樹脂の事前塗布による接着の有無(事前塗布を行った供試体をCM−B3−Wと呼称する。)とした。エポキシ樹脂の塗布量は1面当たり200g/m2とした。さらにBFRPメッシュシートと炭素繊維複合材(Carbon fiber reinforced plastics)のメッシュシート(CFRPメッシュシートと呼称する。)を混入し、エポキシ樹脂の事前塗布による接着を行った供試体を作製した。それぞれの供試体について3体の実験を行った。
4点曲げ試験の結果より、荷重(曲げ応力)−たわみ曲線を、図12〜図15に示す。式(1)より求めた曲げ靱性係数の一覧を図16に示す。また、曲げ応力は以下の式(2)より算出した。
図14に示したCM−B3−WとCM−B3の荷重−たわみ曲線と、図16に示した曲げ靱性係数より、CM−B3−Wのケースでは、CM−B3のケースに比べて最大荷重は63%〜134%、最大荷重時のたわみは40%〜206%、曲げ靱性係数は32%〜78%、それぞれ飛躍的に向上した。
次に図17及び図18を用いて第3実施形態を説明する。第3実施形態は、前記第1及び第2実施形態における複合構造層12中の一番表面側に混入されるシート状補強材をメッシュシートに替え、織物シートとした例である。以下、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、特に異なる部分についてのみ説明する。なお、第2実施形態の構成に対応する符号を括弧内に記す。
(11)複合構造層12の最表面側の強化繊維層15を構成するシート状補強材14を織物シート29としたので、織物シート29よりも内側で母材13が空気中の成分と反応して起こる劣化(例えば中性化)の速度を遅らせることができる。
・前記各実施形態では、躯体11の形成後にその表面に複合構造層12を追加形成する構成としたが、躯体11を構成するコンクリートの打設時にその表面側の層に複合構造層を形成してもよい。図19に示すように、複合構造体の一例としてのコンクリート構造物30は、コンクリートからなる母材13と、母材13の表面側(図19では下側)の部分に形成された複数層の強化繊維層15とを有している。施工方法は、まずコンクリートを打設して母材13のベース部31を形成し、未硬化のベース部31に接着剤を塗布した後、その接着剤塗布面にシート状補強材14(20)を貼り付け、さらにシート状補強材14(20)の表面に接着剤を塗布し、その接着剤塗布面に所定厚さのコンクリートを打設して被覆層33(被覆コンクリート層)を形成する。以後、必要な層数の施工を終えるまで、前層の表面への接着剤塗布、シート状補強材の貼り付け、シート状補強材の表面への接着剤塗布、被覆コンクリート層の形成からなるこれら一連の手順を繰り返す。なお、母材13はモルタルでもよいし、ベース部31をコンクリートとし被覆層33をモルタルとしてもよい。
・1つのシート状補強材(例えばメッシュシート)を材質の異なる複数種の繊維を混ぜて製織してもよい。例えば炭素繊維とバサルト繊維とを混ぜたメッシュシート、バサルト繊維とアラミド繊維とを混ぜたメッシュシート、バサルト繊維とガラス繊維とを混ぜたメッシュシートを使用してもよい。
・複合構造体としてプレキャストコンクリート製品に適用してもよい。例えば側溝、管、橋桁、擁壁、杭、建物の一部(柱、梁、壁材)、カルバート、マンホールでもよい。
(イ)前記複合化工程では、前記接着剤が塗布された前記シート状補強材を、当該接着剤が未硬化のまま、無機系又は有機系の硬化性材料を少なくとも一部に含む未硬化の母材中に混入した状態とすることで、当該シート状補強材と当該母材とを複合化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の複合構造体の施工方法。
Claims (6)
- 無機系繊維と有機系繊維のうちから選択される少なくとも一つの繊維で製織されたシート状補強材に、未硬化の硬化性樹脂材料からなる接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記接着剤が塗布された前記シート状補強材と、無機系又は有機系の未硬化の硬化性材料を少なくとも一部に含む母材とを、当該接着剤が未硬化のまま複合化させる複合化工程と、
前記母材と前記接着剤とを硬化させる硬化工程と
を備えたことを特徴とする複合構造体の施工方法。 - 前記母材の一部を構成する未硬化の母材層を形成する第1母材層形成工程と、
前記未硬化の母材層の一面に前記接着剤を塗布する第1塗布工程と、
前記シート状補強材を前記母材層の接着剤塗布面に貼り付ける補強材貼付工程と、
前記シート状補強材の前記母材層側と反対側となる面に前記接着剤を塗布する第2塗布工程と、
前記シート状補強材の接着剤塗布面に未硬化の他の母材層を形成する第2母材層形成工程と、
を含み、
前記接着剤塗布工程は、前記第1塗布工程と前記第2塗布工程とを含み、
前記複合化工程は、前記第1母材層形成工程と前記補強材貼付工程と前記第2塗布工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の複合構造体の施工方法。 - 無機系又は有機系の硬化性材料を少なくとも一部に含む母材と、
前記母材中に混入され、無機系繊維と有機系繊維のうちから選択される少なくとも一つの繊維で製織されたシート状補強材と、
前記シート状補強材を被覆する状態で当該シート状補強材と前記母材との間に介在する硬化性樹脂と、
前記母材と前記硬化性樹脂とが共に流動性を有する未硬化の状態で接触した痕跡となる凹凸状の界面と
を有していることを特徴とする複合構造体。 - 前記母材中に複数層の前記シート状補強材を含むことを特徴とする請求項3に記載の複合構造体。
- 網目の大きさの異なる二種以上の前記シート状補強材を含み、前記複数層のシート状補強材のうち一番網目の小さいシート状補強材が、前記複数層のうち一番表面側の層に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の複合構造体。
- 引張弾性率の異なる繊維で製織された二種以上の前記シート状補強材を含み、引張弾性率の一番高い繊維で製織されたシート状補強材が、前記複数層のうち一番奥側の層に配置されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の複合構造体。
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