JP2019044542A - Concrete column reinforcement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンクリート柱補強器具に関する。 The present invention relates to a concrete column reinforcement.
道路や鉄道の柱等の既存のインフラは、設置されてから、かなりの時間が経過すると、劣化が生じてくることがある。しかし、インフラを新しく建て替えることは、交通に大きな支障が生じるばかりでなく、多大なコストがかかる。そこで、ほとんどの場合、既存のインフラを補強することにより、それらの耐震性や強度を補っている。 Existing infrastructure, such as road and railway pillars, may become degraded after a considerable amount of time has passed since its installation. However, rebuilding a new infrastructure not only causes traffic problems, but also costs a lot. Therefore, in most cases, the existing infrastructure is reinforced to compensate for their earthquake resistance and strength.
インフラの補強用の補強器具としては、鉄等の金属を含む鋼材を主とする素材からなるものが多用されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、金属は温度によって体積が変化(膨張)するものが多い。そこで、補強器具によりコンクリート柱を補強する場合には、必要以上に強い力でネジを締めて、コンクリート柱に補助器具を固定しなければならない。そのため、夏季と冬季では、補強器具によって発揮される補強力が異なり、補強器具本来の強度を発揮できない時期がある。 As a reinforcing tool for reinforcing an infrastructure, one made of a material mainly made of a steel containing metal such as iron is widely used (see, for example, Patent Document 1). However, many metals change in volume (expansion) with temperature. Therefore, when reinforcing a concrete column with a reinforcing device, it is necessary to fasten a screw with a force that is stronger than necessary to fix the auxiliary device to the concrete column. Therefore, in summer and winter, the reinforcing power exerted by the reinforcing device is different, and there are times when the reinforcing device can not exhibit its own strength.
一方、金属に替わる部材として強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維強化複合材料を用いた補強方法が知られている。例えば、紐状若しくは帯状に組織された炭素繊維材料を所定間隔でコンクリート柱に巻き付けて、コンクリート柱を補強する技術が知られている(例えば、特許文献2,3参照)。 On the other hand, there is known a reinforcing method using a fiber-reinforced composite material in which a resin is impregnated into a reinforcing fiber as a member replacing metal. For example, there is known a technique of reinforcing a concrete column by winding a carbon fiber material organized in a string shape or a band shape around a concrete column at a predetermined interval (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
さらに、熱可塑性樹脂を強化繊維に混入して組織し、施工現場でその強化繊維を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、コンクリート柱の全面に強化繊維を巻き付けて、コンクリート柱を補強する方法も知られている(例えば、特許文献4参照)。 Furthermore, thermoplastic resin is mixed with reinforcing fibers and organized, and the reinforcing fibers are heated at the construction site to melt the thermoplastic resin, and the reinforcing fibers are wound around the entire surface of the concrete column to reinforce the concrete column. It is known (for example, refer to patent documents 4).
炭素繊維等の強化繊維を、直接、コンクリート柱に設置する場合、コンクリート柱の断面が矩形であると、強化繊維が断裂することがある。そこで、コンクリート柱の角を面取りして、コンクリート柱に丸みを帯びさせる必要がある。また、強化繊維に含浸させる樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合、強化繊維に樹脂を含浸させる作業が煩雑であり、作業効率が低く、工程が長くなるため、多大なコストがかかる。さらに、コンクリート柱に補強器具を取り付ける直前に、強化繊維に樹脂を含浸させる場合、作業者の修練度合いによっては、強化繊維に対して樹脂を均一に含浸させることができないことがある。 When reinforcing fibers such as carbon fibers are directly installed on a concrete column, the reinforcing fibers may be broken if the cross section of the concrete column is rectangular. Therefore, it is necessary to chamfer the corners of the concrete column and round the concrete column. Further, when a thermosetting resin is used as a resin to be impregnated into the reinforcing fiber, the operation of impregnating the reinforcing fiber with the resin is complicated, the working efficiency is low, and the process becomes long, resulting in a large cost. Furthermore, when the reinforcing fiber is impregnated with the resin immediately before attaching the reinforcing tool to the concrete column, the reinforcing fiber may not be uniformly impregnated with the resin depending on the degree of training of the worker.
また、コンクリート柱の全面に強化繊維を螺旋状に巻き回す方法では、コンクリート柱に亀裂等の異常が発生しても確認することが難しい。また、仮に異常が発見されたとしても、コンクリート柱の全面に強化繊維を巻き回しているため、コンクリート柱に補強器具の一部を取り付けたまま補修作業をすることができず、補強器具を全て取り外さなければならない。 In addition, in the method of spirally winding reinforcing fibers around the entire surface of a concrete column, it is difficult to check even if an abnormality such as a crack occurs in the concrete column. Also, even if an abnormality is found, since reinforcing fibers are wound around the entire surface of the concrete column, it is not possible to carry out the repair work with a part of the reinforcing device attached to the concrete column, and all reinforcing devices are It must be removed.
加えて、熱硬化性樹脂は、施工現場で一度加工すると硬化してしまうため、加工を確実に行わなければならない。また、点検等の際に、一旦、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を取り外すと、その強化繊維は再形成できないため、新たな補強器具を設置しなければならない。このように、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維は再利用が難しい。また、汎用の熱可塑性樹脂を含浸させた強化繊維は耐久性が低いため好ましくない。 In addition, since the thermosetting resin hardens once it is processed at the construction site, it must be processed reliably. In addition, once the reinforcing fiber impregnated with the thermosetting resin is removed at the time of inspection or the like, the reinforcing fiber can not be reformed, so a new reinforcing tool must be installed. Thus, the reinforcing fiber impregnated with the thermosetting resin is difficult to reuse. Further, a reinforcing fiber impregnated with a general-purpose thermoplastic resin is not preferable because the durability is low.
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、製造工場でほとんどの作業を完結することができ、施工現場では作業者の修練度に左右されない作業を行うことで容易に設置することが可能であり、コストを削減することができるコンクリート柱補強器具を提供することを目的とする。また、本発明は、メンテナンスのための取り外しが容易、かつ取り外し後の再利用が可能な、経済性に優れた高強度のコンクリート柱補強器具を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and it is possible to complete most of the work in the manufacturing plant, and it is easy to do the work which does not depend on the degree of training of the workers at the construction site It is an object of the present invention to provide a concrete column reinforcement that can be installed on the ground and cost can be reduced. Another object of the present invention is to provide a highly economical high strength concrete column reinforcing device which can be easily removed for maintenance and reused after removal.
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
[1]長繊維の強化繊維の束からなる芯線、該芯線を被覆する外層、並びに前記芯線および前記外層に含浸された固化材を備えた強化繊維線材が、複数本束ねられてなるストランド構造体を備え、前記固化材は、熱可塑性エポキシ樹脂であるコンクリート柱補強器具。
[2]強化繊維の束が固化材により固化されてなる繊維強化複合材料からなるコーナー支持体を備える前記[1]に記載のコンクリート柱補強器具。
[3]前記ストランド構造体を接続する継手部を備える前記[1]または前記[2]に記載のコンクリート柱補強器具。
[4]前記強化繊維の長さが1mm以上である前記[1]〜前記[3]のいずれかに記載のコンクリート柱補強器具。
[5]前記コーナー支持体に含まれる前記強化繊維の束が短冊状である前記[2]に記載のコンクリート柱補強器具。
In order to solve the said subject, this invention has the following structures.
[1] Strand structure formed by bundling a plurality of reinforcing fiber wires comprising a core wire composed of a bundle of reinforcing fibers of long fibers, an outer layer covering the core wire, and a solidifying material impregnated in the core wire and the outer layer The concrete column reinforcing device, wherein the solidifying material is a thermoplastic epoxy resin.
[2] The concrete column reinforcing device according to the above [1], comprising a corner support made of a fiber reinforced composite material in which bundles of reinforcing fibers are solidified by a solidifying material.
[3] The concrete column reinforcing device according to the above [1] or [2], comprising a joint portion connecting the strand structure.
[4] The concrete column reinforcing device according to any one of the above [1] to [3], wherein the length of the reinforcing fiber is 1 mm or more.
[5] The concrete column reinforcing device according to the above [2], wherein the bundle of reinforcing fibers contained in the corner support is a strip.
本発明によれば、製造工場でほとんどの作業を完結することができ、施工現場では作業者の修練度に左右されない作業を行うことで容易に設置することが可能であり、コストを削減することができるコンクリート柱補強器具を提供することができる。また、本発明によれば、メンテナンスのための取り外しが容易、かつ取り外し後の再利用が可能な、経済性に優れた高強度のコンクリート柱補強器具を提供することができる。 According to the present invention, most of the work can be completed in the manufacturing plant, and it can be easily installed in the construction site by performing the work which does not depend on the degree of training of the worker, thereby reducing the cost. It is possible to provide a concrete column reinforcement that can Further, according to the present invention, it is possible to provide a highly economical high strength concrete column reinforcing device which can be easily removed for maintenance and reused after removal.
本発明のコンクリート柱補強器具の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
An embodiment of a concrete column reinforcing device of the present invention will be described.
The present embodiment is specifically described in order to better understand the spirit of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
(第1の実施形態)
[コンクリート柱補強器具]
図1は、本実施形態のコンクリート柱補強器具の概略構成を示す平面図である。
図1に示すように、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、ストランド構造体20と、コーナー支持体30と、継手部40と、を備える。
First Embodiment
[Concrete column reinforcement]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a concrete column reinforcing device of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具10では、コーナー支持体30が当て具としてコンクリート柱1000の四隅に配置される。また、コーナー支持体30を介して、コンクリート柱1000の軸方向に対して垂直となる方向に、2つの平面視コ字形状のストランド構造体20が配置されている。さらに、2つのストランド構造体20は、その端部が継手部40に接続、固定されている。ストランド構造体20の両端部には、受け治具21およびネジ形状の固定具22が設けられており、その固定具22が継手部40によって固定される。このようにストランド構造体20、コーナー支持体30および継手部40を設置することにより、コンクリート柱補強器具10は、コンクリート柱1000を補強することができる。
In the concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具10を設置することにより、コンクリート柱1000のじん性やせん断性を補強することができる。
By installing the concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具10において、ストランド構造体20は、強化繊維の束(以下、「強化繊維束」という。)を含む。また、コーナー支持体30は、強化繊維束を含むことが好ましい。
ストランド構造体20およびコーナー支持体30における強化繊維の含有率、すなわち、繊維体積含有率(Vf値)は20%〜80%であることが好ましく、30%〜70%であることがより好ましく、40%〜60%であることがさらに好ましい。
ストランド構造体20およびコーナー支持体30における繊維体積含有率が下限値以上であれば、ストランド構造体20およびコーナー支持体30は充分な機械的強度(引張強さ)を確保することができる。一方、ストランド構造体20およびコーナー支持体30における繊維体積含有率が上限値以下であれば、ストランド構造体20およびコーナー支持体30を安定に製造することができる。また、ストランド構造体20内部の強化繊維束が切断されたりすることがなく、強化繊維束本来の機械的強度を保持することができる。
In the concrete
The content of reinforcing fibers in the
If the fiber volume content in the
ストランド構造体20およびコーナー支持体30における繊維体積含有率(Vf値)は、下記の式(1)によって算出することができる。
Vf値(%)=(W−ρ3×V)/[(ρ2−ρ3)×V]・・・(1)
The fiber volume content (Vf value) in the
Vf value (%) = (W-.rho.3.times.V) / [(. Rho.2-.rho.3) .times.V] (1)
上記の式(1)において、Wはストランド構造体20またはコーナー支持体30の質量(g)、Vはストランド構造体20またはコーナー支持体30の体積(cm3)、ρ2は強化繊維の密度(g/cm3)、ρ3はストランド構造体20およびコーナー支持体30に用いられる樹脂の密度(g/cm3)を表す。
In the above equation (1), W is the mass (g) of the
「ストランド構造体」
図2は、本実施形態のコンクリート柱補強器具におけるストランド構造体の概略構成を示す斜視図である。図3は、本実施形態のコンクリート柱補強器具における強化繊維線材の概略構成を示し、(a)は平面図、(b)は断面図である。図4は、本実施形態のコンクリート柱補強器具におけるストランド構造体の端部の概略構成を示す斜視図である。
"Strand structure"
FIG. 2: is a perspective view which shows schematic structure of the strand structure in the concrete pillar reinforcement instrument of this embodiment. FIG. 3: shows schematic structure of the reinforcing fiber wire in the concrete pillar reinforcement instrument of this embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. FIG. 4: is a perspective view which shows schematic structure of the edge part of the strand structure in the concrete pillar reinforcement instrument of this embodiment.
本実施形態のコンクリート柱補強器具10におけるストランド構造体20は、図2に示すように、複数本の強化繊維線材50が束ねられ、かつ撚られてなるものである。
強化繊維線材50は、図3に示すように、長繊維の強化繊維51が束ねられてなる芯線52と、芯線52を被覆する外層53と、芯線52および外層53に含浸された固化材54とを備える。
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 3, the reinforcing
ストランド構造体20を構成する強化繊維線材50の本数は、2本以上であれば特に限定されず、本実施形態のコンクリート柱補強器具10の目的とする性能や、設置する対象のコンクリート柱1000の大きさ等に応じて適宜決定される。強化繊維線材50の本数は、通常、2本〜40本であり、7本~37本であることが好ましい。
The number of reinforcing
強化繊維束は芯線52として用いられる。芯線52の外周には、芯線52がバラバラにならないように、芯線52の外周に繊維を巻き回してなる外層53が設けられている。また、外層53に含浸された固化材54が芯線52を形成する強化繊維51の間、すなわち、芯線52の内部まで浸透している。これにより、強化繊維線材50では、固化材54によって、芯線52をなす強化繊維束と外層53を構成する繊維が接着結合し一体化していることが好ましい。芯線52と外層53を構成する繊維が一体化することにより、強化繊維線材50の強度がより向上する。
ストランド構造体20では、芯線52は所定の回数の撚りがかけられた状態で固化材54により固化されている。芯線52の撚り数は、得られる強化繊維線材50の曲げ応力に対する耐性、強化繊維51のバラケ防止性、強化繊維51の撚りに対する強度(撚りにより強化繊維が切れない)や、後述する固化材を付与する前の外層で被覆された状態のときに、外層の間から強化繊維束が飛び出す(目むき)ことがないようにすることを考慮して決定される。芯線52の撚り数は、2回/m〜50回/mであることが好ましく、5回/m〜40回/mであることがより好ましく、10回/m〜30回/mであることがさらに好ましい。芯線52の撚り方向は、特に限定されず、S(右)撚りであってもよく、Z(左)撚りであってもよい。
The reinforcing fiber bundle is used as a
In the
芯線52は、複数本(通常、数千本から数万本)の強化繊維51が束ねられてなり、断面が円形状または扁平状の糸状体である。
強化繊維51としては、スーパー繊維とも称される繊維が用いられる。このような繊維としては、例えば、炭素繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維、ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、ポリビニルアルコール(PVA繊維)等が挙げられる。芯線52では、上記の繊維を1種類で用いてもよく、2種類以上を混繊して用いてもよい。また、芯線52では、上記の繊維と、上記以外の有機繊維および無機繊維の少なくとも一方とを、その強度や曲げ性が損なわれない範囲で混繊して用いてもよい。
The
As the reinforcing
炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系の炭素繊維や、ピッチ系の炭素繊維が用いられる。炭素繊維を含む成形品の強度と弾性率のバランスの観点から、PAN系炭素繊維を用いることが好ましい。 As the carbon fiber, for example, a polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber or a pitch-based carbon fiber is used. It is preferable to use PAN-based carbon fiber from the viewpoint of the balance between the strength and elastic modulus of a molded article containing carbon fiber.
炭素繊維が束ねられてなる炭素繊維束としては、炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維6000本(6K)、12000本(12K)、24000本(24K)等を、コンクリート柱補強器具10において必要とされる強度に応じて、1本、または複数本束ねたものが用いられる。
As the carbon fiber bundle formed by bundling carbon fibers, it is necessary in the concrete
なお、芯線52は、芯線52を構成する強化繊維51がまとまりやすいように、強化繊維51にサイジング剤や集束剤を含浸させて、強化繊維51を束ねたものであってもよい。
サイジング剤や集束剤としては、後述する固化材と親和性の高いものを用いることが好ましい。
The core 52 may be formed by bundling the reinforcing
As the sizing agent and the sizing agent, it is preferable to use one having high affinity to the below-described solidifying material.
複数本の強化繊維51を一方向に配列させることで得られる芯線52は、強化繊維51の単繊維を1000本以上束ねたものであることが好ましく、1万本以上束ねたものであることがより好ましい。
強化繊維51の単繊維の本数の上限は、特に限定されない。強化繊維51の束が開繊されていないものの場合には、強化繊維51の単繊維の本数の上限は、50万本程度である。なお、強化繊維51の束を開繊して用いる場合には、強化繊維51の単繊維の本数はさらに多くてもよい。
The
The upper limit of the number of single fibers of the reinforcing
外層53は、筒状の構造体である。筒状の構造としては、例えば、繊維を編み上げた丸編み構造や、繊維を筒状に組み上げた組紐構造等が挙げられる。外層53としての硬さ、強度、形態安定性等の観点から、外層53は組紐構造であることが好ましい。外層53を組紐構造とすることにより、芯線52をなす強化繊維束の表面を目視にて確認できない程度にまで被覆できる。これにより、外層53は、芯線52を結束するとともに、外層53の内部の芯線52を構成する強化繊維51を保護する保護層としても機能する。そのため、コンクリート柱1000にコンクリート柱補強器具10を設置した後に、ストランド構造体20が砂利等の鋭利な物と接触しても、ストランド構造体20が断線することを防止できる。また、別途、ストランド構造体20に保護層を設ける必要がないため、ストランド構造体20をより細くすることができ、製造コストを削減することができる。
The
組紐構造としては、丸打構造、角打構造、平打構造が挙げられるが、形状と安定性の観点から、丸打構造とすることが好ましい。また、打ち数としては、金剛打、8打、16打、24打等が挙げられるが、目的とする強化繊維線材50の太さ、幅に応じて、適宜好ましい打ち数を選択すればよい。
As a braided structure, although a round hit structure, a square hit structure, and a flat hit structure are mentioned, it is preferable to set it as a round hit structure from a viewpoint of a shape and stability. The number of strikes may be, for example, a hard hit, 8 strikes, 16 strikes, 24 strikes, etc. The preferred number of strikes may be appropriately selected according to the desired thickness and width of the reinforcing
外層53に用いられる繊維としては、柔軟なものが好ましい。このような繊維としては、例えば、ポリアミド(ナイロン等)、ビニロン、ポリアクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、セルロース、ポリエステル、ポリアセタール等からなる合成繊維や、レーヨン等の再生繊維、アセテート等の半合成繊維、絹、羊毛、麻、綿等の天然繊維等が挙げられる。
また、外層53に用いられる繊維としては、固化材54の耐熱性や固化の状態にもよるが、強化繊維線材50の製造工程あるいは使用環境において熱が加わる場合には、熱安定性に優れる繊維が好ましい。熱安定性に優れる繊維としては、ポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維が好ましく、ガラス繊維がより好ましい。熱安定性に優れる繊維を用いることにより、熱が加わったときに、芯線52と外層53とのずれの発生を抑制し、ストランド構造体20は安定した引張強さを発現することができる。
As a fiber used for the
Further, as the fibers used for the
外層53に用いられる繊維は、撚りがかかっていてもよく、撚りがかかっていなくてもよい。
外層53を有する芯線52は、固化材54が塗布されることにより、芯線52と外層53が接着して一体化した強化繊維線材50となってより強度が向上する。強度の観点から、塗布される固化材54は強化繊維線材50の内部まで含浸し、外層53を構成する繊維と、強化繊維線材50の内部の芯線52とが接着結合し一体化していることが好ましい。
The fibers used for the
By applying the solidifying
固化材54は、熱可塑性エポキシ樹脂である。
熱可塑性エポキシ樹脂としては、硬化剤や触媒、重合開始剤、重合促進剤等の添加剤を添加したり、加熱したりすることにより、反応が開始または反応が促進等されて硬化する反応型樹脂であり、硬化した後も熱可塑性を有するものである。また、熱可塑性エポキシ樹脂としては、熱可塑性を維持し、加熱処理および加圧処理の少なくとも一方の処理により、分子構造が直鎖状のものがより好ましい。
The solidifying
As a thermoplastic epoxy resin, a reaction type resin which is initiated or reaction is accelerated to be cured by adding a curing agent, an additive such as a catalyst, a polymerization initiator, a polymerization accelerator or the like, or by heating. It has thermoplasticity even after curing. Moreover, as a thermoplastic epoxy resin, the thing of linear molecular structure is more preferable by at least one process of heat processing and pressurization processing, maintaining thermoplasticity.
このような熱可塑性エポキシ樹脂を用いることにより、強化繊維51と熱可塑性エポキシ樹脂からなる繊維強化樹脂材料を製造した後、任意の時期に各繊維強化複合材料を任意の形状に加工することができるため、在庫を大量に抱えるリスクを低減できる。また、本発明の目的を逸脱しない範囲で、熱可塑性エポキシ樹脂に、その他の熱可塑性樹脂を配合してもよい。
By using such a thermoplastic epoxy resin, it is possible to process each fiber-reinforced composite material into any shape at any time after manufacturing a fiber-reinforced resin material consisting of the reinforcing
反応型の熱可塑性エポキシ樹脂は、硬化剤で硬化させる前は、常温で液状であり、溶剤に溶解または分散させることができる。そのため、芯線52の内部まで、熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。従って、芯線52の内部まで熱可塑性エポキシ樹脂を存在させることができるため、芯線52と熱可塑性エポキシ樹脂が充分に絡み合う(接触し合う)。これにより、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、優れた強度を有する。また、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、加熱処理および加圧処理の少なくとも一方の処理時に、熱可塑性エポキシ樹脂の移動(変形)とともに、芯線52も移動(変形)し易くなり、成形性に優れる。
The reactive thermoplastic epoxy resin is liquid at normal temperature before being cured with a curing agent, and can be dissolved or dispersed in a solvent. Therefore, the interior of the
一般的な熱可塑性樹脂は、熱により溶融して用いられるため、芯線52として薄い炭素繊維の束を用いた場合であっても、芯線52の内部まで熱可塑性樹脂を含浸させることが容易ではない。特に、本実施形態のコンクリート柱補強器具10のように、強化繊維51が密に束ねられた芯線52では、芯線52の表面近傍のみに熱可塑性樹脂が存在することとなる。本実施形態のコンクリート柱補強器具10では、固化材54として熱可塑性エポキシ樹脂を用いて、芯線52の内部まで熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させた後、熱可塑性エポキシ樹脂を反応させて、硬化させる。そのため、本実施形態のコンクリート柱補強器具10では、強化繊維線材50、さらに、強化繊維線材50の内部にある芯線52の内部まで熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。
Since a general thermoplastic resin is melted and used by heat, it is not easy to impregnate the thermoplastic resin to the inside of the
なお、熱可塑性樹脂のなかには、反応後に化学構造が変わるものがある。例えば、エポキシ樹脂は、反応後にフェノキシ樹脂になる。つまり、本実施形態における反応型の熱可塑性エポキシ樹脂は、反応後にフェノキシ樹脂になるものも含む。 Some thermoplastic resins change their chemical structure after reaction. For example, epoxy resins become phenoxy resins after reaction. That is, the reaction-type thermoplastic epoxy resin in the present embodiment also includes one that becomes a phenoxy resin after the reaction.
また、本発明の目的を逸脱しない範囲で、熱可塑性エポキシ樹脂に、熱硬化性樹脂を配合してもよい。
なお、熱硬化性樹脂のみを用いた場合には、強化繊維に熱硬化性樹脂を付与した材料を硬化させずに保管し、任意の時期にコンクリート柱補強器具の形状に成形する場合には、硬化までの間、冷凍または冷蔵保存が必要となり、保管の負荷が大きくなる。
Moreover, you may mix | blend a thermosetting resin with a thermoplastic epoxy resin in the range which does not deviate from the objective of this invention.
In the case where only a thermosetting resin is used, the material in which the thermosetting resin is added to the reinforcing fiber is stored without being cured, and when it is formed into a shape of a concrete column reinforcing instrument at any time, Until curing, freezing or refrigerated storage is required, which increases the storage load.
本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、熱可塑性エポキシ樹脂を用いているため、熱硬化性樹脂のみで構成された繊維強化複合材料に比べて、熱可塑性エポキシ樹脂を硬化させた後でも成形が可能であり、熱硬化性エポキシ樹脂のように成形するまで低温保存を行う必要もなく、保存期間の問題もなく使用し易く、長時間の硬化時間も必要とせず、生産性の観点からも優れている。
Since the concrete
さらに、本実施形態のコンクリート柱補強器具10におけるストランド構造体20は、図4に示すように、端部20Aに、固定のための受け治具21を有する。なお、端部20Aおよび受け治具21は、ストランド構造体20の両端部に設けられている。
受け治具21の先端面21aには、寸切りボルトのようなネジ形状の固定具22が突設されている。継手部40に固定具22を接続し、固定することにより、コンクリート柱1000にコンクリート柱補強器具10を設置して、コンクリート柱1000を補強する。
また、ストランド構造体20は、図1に示すように、受け治具21が設けられ、コンクリート柱1000の外側面1000aの中央部からコンクリート柱1000の角部1000A近傍にわたって配置される端部20A,20Aと、コーナー支持体30のRを付けた面に接して配置される(コーナー支持体30の角部30A側の面に沿って湾曲する)角部20B,20Bと、コンクリート柱1000の外側面1000aの幅方向のほぼ全長にわたって配置される中央部20Cとから構成される。また、図1に示すように、ストランド構造体20において、端部20Aの長さをL1、角部20Bの長さをL2、中央部20Cの長さをL3とする。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the
A screw-shaped
In addition, as shown in FIG. 1, the
受け治具21および固定具22の素材としては、鉄、クロム、ニッケル、チタン、モリブデン、亜鉛等の任意の金属、またはその合金が用いられる。
また、受け治具21および固定具22の素材としては、強化繊維束と固化材からなる繊維強化複合材料が用いられる。繊維強化複合材料としては、後述するコーナー支持体30や継手部40の素材と同様のものが用いられる。
As a raw material of the receiving
Moreover, as a raw material of the receiving
ストランド構造体20は、補強するコンクリート柱1000の外周の長さに合わせて、平面視コ字形状に成形され、コンクリート柱1000の外周に沿って設置される。すなわち、図1に示すように、2つの平面視コ字形状のストランド構造体20は、コンクリート柱1000における対向する外側面1000a,1000aそれぞれの中央部にて、ターンバックルやスペーサー等の両端ネジ用の継手部40に接続されて、設置される。
The
ストランド構造体20は、強化繊維束からなる芯線52および芯線52を被覆する外層53に、固化材54が含浸された強化繊維線材50が撚り合わされたものであるため、鉄筋のように気温差により膨張または収縮することがなく、必要以上に強い力で固定する必要がない。
The
ストランド構造体20の引張強さ、すなわち、ストランド構造体20の長手方向における引張強さは、20kN〜220kNであることが好ましく、40kN〜200kNであることがより好ましい。ストランド構造体20の引張強さが20kN以上であれば、ストランド構造体20は、コンクリート柱1000に対して充分な補強性能を有し、破断することもない。一方、ストランド構造体20の引張強さが220kN以下であれば、ストランド構造体20の生産性と強度のバランスを保つことができる。
本実施形態のコンクリート柱補強器具10において、引張強さは、JIS K7164「プラスチック−引張特性の試験方法−」に準拠して測定される。
The tensile strength of the
In the concrete
ストランド構造体20を形成する方法としては、例えば、必要な本数の強化繊維線材50を束ねて、束ねられた強化繊維線材50全体に撚りをかける方法、芯となる強化繊維線材50を、一本または複数本の他の繊維強化複合材料(強化繊維線材50)で取り囲む構造となるように、芯となる強化繊維線材50と他の繊維強化複合材料(強化繊維線材50)を撚り合わせる方法等が挙げられる。
ストランド構造体20の撚り数は、1.1回/m〜50回/mであることが好ましい。
As a method of forming the
The number of twists of the
「コーナー支持体」
図5は、本実施形態のコンクリート柱補強器具におけるコーナー支持体の概略構成を示す斜視図である。図6は、本実施形態のコンクリート柱補強器具におけるコーナー支持体に含まれる強化繊維束の一例の概略構成を示す斜視図である。
"Corner support"
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of a corner support in the concrete column reinforcing device of the present embodiment. FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of an example of the reinforcing fiber bundle included in the corner support in the concrete column reinforcing device of the present embodiment.
本実施形態のコンクリート柱補強器具10におけるコーナー支持体30は、コンクリート柱1000の角部1000Aおよび角部1000Aと連接する外側面1000aに密接するように、L字形状に成形されている。
本実施形態のコンクリート柱補強器具10におけるコーナー支持体30は、図5に示すように、強化繊維束31が、固化材32により固化されてなる繊維強化複合材料からなる。また、コーナー支持体30は、固化材32中にて強化繊維束31がランダムに積層されたものである。詳細には、各強化繊維束31がコーナー支持体30の形状に対して、ランダムに僅かに傾斜して、相互に折り重なった状態をなしている。強化繊維束31は、複数の強化繊維が一方向に配列されてなる。
The
As shown in FIG. 5, the
本実施形態のコンクリート柱補強器具10では、ストランド構造体20が平面視コ字形状に成形されている。そのため、コーナー支持体30は、コンクリート柱1000の四隅にて、ストランド構造体20の各角部20Bにおいて、ストランド構造体20からコンクリート柱1000の四隅に加えられる圧力を分散する当て具としても用いられる。
In the concrete
コーナー支持体30を当て具として用いる場合には、コーナー支持体30の当て具部分におけるストランド構造体20の引張強さを強化するために、コーナー支持体30の外側(ストランド構造体20と接する側)の角部30Aを丸くする(Rを付ける)ことが好ましい。コーナー支持体30の角部30AのRは、5mm〜1000mmであることが好ましく、50mm〜900mmであることがより好ましく、100mm〜800mmであることがさらに好ましい。Rが5mm以上であれば、コーナー支持体30の当て具部分において、ストランド構造体20は充分な引張強さを有する。一方、Rが1000mm以下であれば、コーナー支持体30の成形性および生産性の観点からも好ましい。なお、角部30AのRとは、角部30Aの曲率半径のことである。
When the
複数の強化繊維が一方向に配列されてなる強化繊維束31とは、強化繊維束31を構成する複数本の強化繊維の各々の繊維軸方向を合わせたものである。なお、強化繊維束31を構成する強化繊維の繊維軸方向がほぼ合わせられていれば、強化繊維束31やこれを構成する強化繊維は、曲がったり、蛇行したりしていてもよい。特に、加熱処理および加圧処理されて形成された成形体では、成形体の凹凸形状、強化繊維およびその束同士の交絡によって、曲がったり、蛇行したり、部分的につぶれて広がったりする形状の強化繊維や強化繊維束31が多く存在する。また、強化繊維束31がランダムに積層されたものという概念には、このように加圧処理等によって、曲がったり、蛇行したりして変形した状態の強化繊維や強化繊維束31も含まれる。また、コーナー支持体30中の強化繊維束は、強化繊維束31のような、短く裁断され、ランダムに積層されたものではなく、長繊維の強化繊維を一方向に配列させ、積層させたものであってもよい。
The reinforcing
強化繊維束31は、開繊処理を行ったものであってもよく、無撚糸、有撚糸、または、解燃糸であってもよい。
強化繊維束31を構成する強化繊維としては、ストランド構造体20を構成する強化繊維と同様のものが用いられる。
The reinforcing
As a reinforcing fiber which comprises the reinforcing
コーナー支持体30を構成する繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の長さは1mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがより好ましく、5mm〜500mmであることがさらに好ましい。繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の長さが1mm以上であれば、コーナー支持体30は充分な引張強さを有する。
The length of the reinforcing fibers contained in the fiber-reinforced composite material constituting the
コーナー支持体30に含まれる強化繊維束31は、図6に示すように、短冊状の強化繊維束(以下、「短冊状強化繊維束」と言う。)33であることが好ましい。
短冊状強化繊維束33は、複数の強化繊維が一方向に配列し、それらの強化繊維が固化材と一体化した複合体である。
短冊状強化繊維束33は、繊維軸方向の長さが5mm〜500mmであることが好ましく、幅が1mm〜300mmであることが好ましい。また、短冊状強化繊維束33は、繊維軸方向の長さが、幅方向の長さに比べ長い短冊状をなしていることが好ましい。短冊状強化繊維束33の繊維軸方向の長さが5mm以上であれば、短冊状強化繊維束33は充分な強度を有する。一方、短冊状強化繊維束33の繊維軸方向の長さが500mm以下であれば、短冊状強化繊維束33は引張強さのばらつきや、引張強さの異方性が発生しない。
The reinforcing
The strip-like reinforcing
The strip reinforcing
コーナー支持体30の機械的強度およびその安定性の観点から、短冊状強化繊維束33の繊維軸方向の長さは、10mm〜100mmであることがより好ましく、短冊状強化繊維束33の幅は3mm〜30mmであることがより好ましい。
From the viewpoint of mechanical strength of the
短冊状強化繊維束33を構成する強化繊維の長さは、1mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがより好ましく、5mm〜500mmであることがさらに好ましい。つまり、短冊状強化繊維束33を構成する各強化繊維の長さは、この強化繊維が複数本、一方向に束ねられてなる短冊状強化繊維束33の長さと実質的に同一であることが好ましい。
The length of the reinforcing fibers constituting the strip-shaped reinforcing
短冊状強化繊維束33の厚みは、特に限定されないが、短冊状強化繊維束33の繊維軸方向の長さや幅に比べて短いことが好ましい。短冊状強化繊維束33の厚みは、0.02mm〜10mmであることが好ましく、コーナー支持体30の機械的強度の観点から、0.2mm〜5mmであることがより好ましい。
The thickness of the strip-shaped reinforcing
コーナー支持体30における繊維体積含有率(Vf値)は、ストランド構造体20およびコーナー支持体30と同様に、20%〜80%であることが好ましく、30%〜70%であることがより好ましく、40%〜60%であることがさらに好ましい。
Similar to the
固化材32としては、ストランド構造体20を構成する固化材54と同様のものが用いられる。
As the solidifying
「継手部」
図7は、本実施形態のコンクリート柱補強器具における継手部の一例の概略構成を示す斜視図である。図8は、本実施形態のコンクリート柱補強器具における継手部の他の例の概略構成を示す斜視図である。
"Joint"
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of an example of a joint portion in the concrete column reinforcing device of the present embodiment. FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of another example of the joint portion in the concrete column reinforcing device of the present embodiment.
本実施形態のコンクリート柱補強器具10における継手部40は、コンクリート柱1000にストランド構造体20を固定し、補強するためのものである。
The
継手部40としては、例えば、図7に示す両端ネジ用のターンバックル型のものや、図8に示す両端ネジ用のスペーサー型のもの等が挙げられる。
As the
上述のように、コンクリート柱1000の外周に沿って、平面視コ字形状のストランド構造体20を設置する場合には、ストランド構造体20の端部同士が、コンクリート柱1000の対向する外側面1000a,1000aそれぞれの中央部にて継手部40に接続されて、コンクリート柱1000に固定される。
As described above, in the case where the
継手部40の素材としては、鉄、クロム、ニッケル、チタン、モリブデン、亜鉛等の任意の金属、またはその合金が用いられる。また、継手部40の素材としては、コーナー支持体30を構成する強化繊維束31と固化材32からなる繊維強化複合材料が用いられる。
As a raw material of the
継手部40の素材として繊維強化複合材料を用いる場合、継手部40における繊維体積含有率(Vf値)は、ストランド構造体20およびコーナー支持体30と同様に、20%〜80%であることが好ましく、30%〜70%であることがより好ましく、40%〜60%であることがさらに好ましい。
When a fiber reinforced composite material is used as the material of the
本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、少なくともストランド構造体20が強化繊維を含み、機械的強度に優れているため、既設のコンクリート柱の補強に用いられている鋼材製の補強器具と同様に、コンクリート柱に取り付けて、コンクリート柱を補強することができる。
In the concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、ストランド構造体20と、コーナー支持体30と、継手部40と、を備え、継手部40で2つのストランド構造体20を接続する構造である。そのため、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、コンクリート柱に取り付ける際に大掛かりな設備を必要としないばかりでなく、断面が矩形である既設のコンクリート柱に、面取り処理等の前処理を施すことなく設置することができる。また、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、コンクリート柱に生じた亀裂等の異常を検査したり、メンテナンスを行ったりする際に、コンクリート柱から容易に取り外すことができる。
The concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、ストランド構造体20が強化繊維束と固化材からなるため、金属のように気温差により膨張または収縮することがなく、必要以上に強い力でコンクリート柱に対して固定する必要がない。これにより、コンクリート柱補強器具10によるコンクリート柱への負担を軽減することができる。
In the concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、ストランド構造体20等を構成する固化材として熱可塑性エポキシ樹脂を用いている。そのため、充分な強度を保持しながら、目的とするコンクリート柱の形状に合わせて、一旦製造した後に、任意の形状に変形させることができる上に、取り外し後に再利用することもできる。また、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、製造工場にて、コンクリート柱への取り付け以外の作業をほとんど完結させることができる上に、目的とするコンクリート柱の形状に合わせて曲げる等の簡単な作業のみを施工現場にて行うこともできる。また、本実施形態のコンクリート柱補強器具10は、施工現場での作業者の負担を軽減することができる上に、従来の鋼材を用いた補強器具と比較して軽量であるため、設置の作業効率を向上することができる。
The concrete
[コンクリート柱補強器具の製造方法]
次に、本実施形態のコンクリート柱補強器具の製造方法について説明する。なお、本実施形態に係るコンクリート柱補強器具の製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。
[Method of manufacturing concrete column reinforcement]
Next, a method of manufacturing the concrete column reinforcing device of the present embodiment will be described. In addition, the manufacturing method of the concrete pillar reinforcement instrument which concerns on this embodiment is not limited to the following method.
「ストランド構造体の製造方法」
長繊維の強化繊維を束ねて、強化繊維束を形成する。
次いで、強化繊維束に繊維を巻き回し、筒状の組紐構造を形成することにより、その筒状の組紐構造からなる外層を得る。これにより、強化繊維束を外層で被覆した組紐構造体を得る。
"Production method of strand structure"
The long fiber reinforcing fibers are bundled to form a reinforcing fiber bundle.
Next, the fiber is wound around the reinforcing fiber bundle to form a tubular braided structure, whereby an outer layer composed of the tubular braided structure is obtained. Thereby, a braided structure in which the reinforcing fiber bundle is covered with the outer layer is obtained.
強化繊維や、外層を構成する繊維は、上述の本実施形態のコンクリート柱補強器具と同様のものが用いられる。
また、組紐構造としては、上述の本実施形態のコンクリート柱補強器具と同様の構造が挙げられる。
As the reinforcing fibers and the fibers constituting the outer layer, the same ones as the concrete column reinforcing device of the above-mentioned embodiment are used.
Moreover, as a braided structure, the structure similar to the concrete pillar reinforcement device of the above-mentioned this embodiment is mentioned.
次いで、組紐構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を付与する。具体的には、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を用いて、組紐構造体を構成する強化繊維束に、熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させる。 The braided structure is then provided with a thermoplastic epoxy resin. Specifically, a thermoplastic epoxy resin solution is used to impregnate the reinforcing fiber bundle constituting the braided structure with the thermoplastic epoxy resin.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液は、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂と、その熱可塑性エポキシ樹脂を溶解または分散するための溶媒と、硬化剤と、を少なくとも含む。なお、本実施形態における熱可塑性エポキシ樹脂溶液は、溶媒に溶質が完全に溶解した溶液に限定されず、エマルジョンやディスパージョンであってもよい。 The thermoplastic epoxy resin solution contains at least a reactive thermoplastic epoxy resin, a solvent for dissolving or dispersing the thermoplastic epoxy resin, and a curing agent. The thermoplastic epoxy resin solution in the present embodiment is not limited to a solution in which a solute is completely dissolved in a solvent, and may be an emulsion or dispersion.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液に含まれる溶媒としては、例えば、水、ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、メチルセロソルブ、セロソルブ、アノン等が挙げられる。 Examples of the solvent contained in the thermoplastic epoxy resin solution include water, dimethylformamide, toluene, xylene, cyclohexane, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, methanol and ethanol. Butanol, isopropyl alcohol, methyl cellosolve, cellosolve, anone and the like.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液に含まれる硬化剤としては、例えば、脂肪族ポリアミン、ポリアミノアミド、ケチミン、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン、イミダゾール、3級アミン等のアミン系化合物、リン酸化合物、酸無水系化合物、メルカプタン系化合物、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ジシアンジアミド、ルイス酸錯化合物等が挙げられる。 Examples of the curing agent contained in the thermoplastic epoxy resin solution include aliphatic polyamines, polyaminoamides, ketimines, aliphatic diamines, aromatic diamines, imidazoles, amine compounds such as tertiary amines, phosphoric acid compounds, and acid anhydrides. Compounds, mercaptan compounds, phenol resins, amino resins, dicyandiamide, Lewis acid complex compounds and the like can be mentioned.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、触媒、重合開始剤、重合促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、増粘剤、乳化剤、分散剤等の添加剤を含んでいてもよい。 The thermoplastic epoxy resin solution does not deviate from the object of the present invention, and additives such as a catalyst, a polymerization initiator, a polymerization accelerator, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a pigment, a thickener, an emulsifier, and a dispersant are included. May be included.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、5mPa・s〜1000mPa・sであることが好ましい。また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、組紐構造体への熱可塑性エポキシ樹脂の付与量の観点から、10mPa・s以上であることがより好ましく、50mPa・s以上であることがさらに好ましい。また、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、500mPa・s以下であることがより好ましく、200mPa・s以下であることがさらに好ましい。
熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度が5mPa・s以上であれば、組紐構造体に充分な量の熱可塑性エポキシ樹脂を容易に付与することができる。一方、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度が1000mPa・s以下であれば、組紐構造体を構成する強化繊維束の内部まで熱可塑性エポキシ樹脂を容易に浸透させることができる。
The viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution is preferably 5 mPa · s to 1000 mPa · s. The viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution is more preferably 10 mPa · s or more, and still more preferably 50 mPa · s or more, from the viewpoint of the amount of the thermoplastic epoxy resin applied to the braid structure. The viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution is more preferably 500 mPa · s or less, and still more preferably 200 mPa · s or less.
If the viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution is 5 mPa · s or more, a sufficient amount of the thermoplastic epoxy resin can be easily applied to the braid structure. On the other hand, if the viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution is 1000 mPa · s or less, the thermoplastic epoxy resin can be easily penetrated to the inside of the reinforcing fiber bundle constituting the braided structure.
組紐構造体への熱可塑性エポキシ樹脂の付与方法としては、例えば、熱可塑性エポキシ樹脂溶液に組紐構造体を浸漬させるディップ法、熱可塑性エポキシ樹脂溶液に組紐構造体を浸漬した後にマングル等で絞るディップニップ法、熱可塑性エポキシ樹脂溶液をキスロールやグラビアロール等に付着させて、そのキスロール等から組紐構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を転写する転写法、組紐構造体に霧状の熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与するスプレー法等が挙げられる。 As a method of applying the thermoplastic epoxy resin to the braid structure, for example, a dip method in which the braid structure is dipped in a thermoplastic epoxy resin solution, a dip after immersing the braid structure in a thermoplastic epoxy resin solution and then squeezing with a mangle or the like. Nip method, transfer method to make thermoplastic epoxy resin solution adhere to kiss roll or gravure roll and transfer thermoplastic epoxy resin to braid structure from kiss roll etc., thermoplastic epoxy resin solution in mist form to braid structure The spray method etc. which are given are mentioned.
ディップ法、転写法、スプレー法等では、熱可塑性エポキシ樹脂溶液が付着した組紐構造体を、ダイスロール等と接触させることにより、組紐構造体および強化繊維束の内部まで熱可塑性エポキシ樹脂を押し込んだり、余分な熱可塑性エポキシ樹脂を除去したりして、組紐構造体への熱可塑性エポキシ樹脂の付与量を調整できる。 In the dip method, transfer method, spray method, etc., the thermoplastic epoxy resin is pushed to the inside of the braid structure and the reinforcing fiber bundle by bringing the braid structure to which the thermoplastic epoxy resin solution adheres into contact with a die roll or the like. The amount of the thermoplastic epoxy resin applied to the braid structure can be adjusted by removing the excess thermoplastic epoxy resin.
また、強化繊維線材が上述の好適なVf値となるように、組紐構造体への熱可塑性エポキシ樹脂溶液の付与量を調整したり、溶媒の配合比によって熱可塑性エポキシ樹脂溶液における熱可塑性エポキシ樹脂の含有量を調整したりすることが好ましい。 In addition, the thermoplastic epoxy resin in the thermoplastic epoxy resin solution is adjusted by adjusting the application amount of the thermoplastic epoxy resin solution to the braid structure so that the reinforcing fiber wire has the above-mentioned suitable Vf value or by the compounding ratio of the solvent. It is preferable to adjust the content of
本実施形態では、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度が低いため、組紐構造体を構成する強化繊維束の内部まで熱可塑性エポキシ樹脂を浸透させることができる。
組紐構造体に熱可塑性エポキシ樹脂を付与した後、乾燥および熱処理の少なくとも一方を行うことが好ましい。乾燥と熱処理は同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。熱可塑性エポキシ樹脂を付与した組紐構造体に、乾燥および熱処理の少なくとも一方を施すことにより、強化繊維線材が得られる。
In this embodiment, since the viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution is low, the thermoplastic epoxy resin can penetrate to the inside of the reinforcing fiber bundle that constitutes the braided structure.
After applying the thermoplastic epoxy resin to the braided structure, it is preferable to perform at least one of drying and heat treatment. Drying and heat treatment may be performed simultaneously or separately. By subjecting the braided structure to which the thermoplastic epoxy resin has been applied, at least one of drying and heat treatment, a reinforced fiber wire can be obtained.
乾燥温度および乾燥時間は、熱可塑性エポキシ樹脂、硬化剤または溶媒の種類に応じて適宜調整される。
乾燥温度は、40℃〜120℃であることが好ましく、50℃〜100℃であることがより好ましい。乾燥時間は、1分〜1時間であることが好ましく、10分〜30分であることがより好ましい。
熱処理温度および熱処理時間は、熱可塑性エポキシ樹脂、硬化剤または溶媒の種類に応じて適宜調整される。
熱処理温度は、120℃〜250℃であることが好ましく、120℃〜180℃であることがより好ましい。熱処理時間は、1分〜1時間であることが好ましく、3分〜40分であることがより好ましい。
上記の乾燥温度、乾燥時間、熱処理温度および熱処理時間の範囲は、強化繊維線材の品位および生産性の観点から好ましい。
The drying temperature and the drying time are appropriately adjusted according to the type of thermoplastic epoxy resin, curing agent or solvent.
The drying temperature is preferably 40 ° C to 120 ° C, and more preferably 50 ° C to 100 ° C. The drying time is preferably 1 minute to 1 hour, and more preferably 10 minutes to 30 minutes.
The heat treatment temperature and the heat treatment time are appropriately adjusted according to the type of thermoplastic epoxy resin, curing agent or solvent.
The heat treatment temperature is preferably 120 ° C. to 250 ° C., and more preferably 120 ° C. to 180 ° C. The heat treatment time is preferably 1 minute to 1 hour, and more preferably 3 minutes to 40 minutes.
The ranges of the above-mentioned drying temperature, drying time, heat treatment temperature and heat treatment time are preferable from the viewpoint of the grade and productivity of the reinforcing fiber wire.
次いで、強化繊維線材を複数本束ねて撚り機にセットし、加熱しながら束ねられた強化繊維線材全体に撚りをかけ、ストランド構造体を形成する。
束ねられた強化繊維線材の加熱温度は、80℃〜200℃であることが好ましく、加熱時間は3分〜40分であることが好ましい。
ストランド構造体の撚り方向は、特に限定されず、S(右)撚りであってもよく、Z(左)撚りであってもよい。
Next, a plurality of reinforcing fiber wires are bundled and set in a twisting machine, and while being heated, the entire bundled reinforcing fiber wires are twisted to form a strand structure.
The heating temperature of the bundled reinforcing fiber wire is preferably 80 ° C. to 200 ° C., and the heating time is preferably 3 minutes to 40 minutes.
The twisting direction of the strand structure is not particularly limited, and may be S (right) twist or Z (left) twist.
このようにして、長繊維の強化繊維の束からなる芯線と、芯線を被覆(結束)する外層と、芯線および外層に含浸された固化材とを備えた強化繊維線材が、複数本束ねられてなるストランド構造体が得られる。 In this manner, a plurality of reinforcing fiber wires, each including the core wire made of a bundle of reinforcing fibers of long fibers, the outer layer covering (binding) the core wire, and the solidified material impregnated in the core wire and the outer layer, are bundled A strand structure is obtained.
「コーナー支持体の製造方法」
まず、コーナー支持体となる繊維強化複合材料を作製する。
強化繊維束に熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることにより、繊維強化複合材料を作製する。具体的には、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を用いて、強化繊維束に熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることにより、繊維強化複合材料を作製する。
"Method of manufacturing corner support"
First, a fiber reinforced composite material to be a corner support is produced.
A fiber reinforced composite material is produced by impregnating a reinforcing fiber bundle with a thermoplastic epoxy resin. Specifically, a fiber reinforced composite material is produced by impregnating a reinforcing fiber bundle with a thermoplastic epoxy resin using a thermoplastic epoxy resin solution.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液としては、上述のストランド構造体の製造方法におけるものと同様のものが用いられる。
強化繊維束への熱可塑性エポキシ樹脂の付与方法としては、上述のストランド構造体の製造方法における組紐構造体への熱可塑性エポキシ樹脂の付与方法と同様の方法が用いられる。
As a thermoplastic epoxy resin solution, the thing similar to the thing in the manufacturing method of the above-mentioned strand structure is used.
As a method of applying the thermoplastic epoxy resin to the reinforcing fiber bundle, the same method as the method of applying the thermoplastic epoxy resin to the braided structure in the method of manufacturing a strand structure described above is used.
次いで、繊維強化複合材料を任意の長さに成形し、例えば、短冊状の繊維強化複合材料を得る。 Then, the fiber reinforced composite material is formed into an arbitrary length to obtain, for example, a strip-like fiber reinforced composite material.
次いで、短冊状の繊維強化複合材料を積層して積層体を形成し、その積層体を目的とするコーナー支持体の形状に、加熱および加圧して成形した後、冷却することにより、コーナー支持体を得る。 Next, the strip-like fiber-reinforced composite material is laminated to form a laminate, and the laminate is formed into a desired shape of a corner support by heating and pressing to form a corner support by cooling. Get
コーナー支持体において、短冊状の繊維強化複合材料をランダムに積層することが好ましい。具体的には、それぞれ独立した複数の強化繊維束と熱可塑性エポキシ樹脂とを含む短冊状の繊維強化複合材料を、自由落下させたり、自由落下させた後に振動を与えたりして積層することが好ましい。 In the corner support, it is preferable to randomly laminate strip-like fiber reinforced composite materials. Specifically, a strip-shaped fiber-reinforced composite material including a plurality of reinforcing fiber bundles and a thermoplastic epoxy resin which are independent of each other may be freely dropped or stacked and then vibrated to be laminated. preferable.
繊維強化複合材料の積層体を加熱および加圧する方法としては、例えば、金型プレス法、オートクレーブ法、加熱、冷間プレス法、射出成形、押出成形等が挙げられる。
また、繊維強化複合材料を板状に成形した後、ロールフォーミング法を用いて、その板状の繊維強化複合材料を再び加熱および加圧することにより、目的とする形状に成形してもよい。
Examples of the method of heating and pressing the laminate of the fiber reinforced composite material include a die pressing method, an autoclave method, heating, a cold pressing method, injection molding, and extrusion molding.
Alternatively, the fiber-reinforced composite material may be formed into a plate, and then the plate-like fiber-reinforced composite material may be formed into a desired shape by heating and pressing again using a roll forming method.
加熱温度は、例えば、150℃〜400℃である。加熱時間は、例えば、1分〜24時間である。加圧時の圧力は、例えば、1MPa〜500MPaである。なお、真空状態で加圧すれば、繊維強化複合材料中における空隙(ボイド)の発生が抑えられる。 The heating temperature is, for example, 150 ° C to 400 ° C. The heating time is, for example, 1 minute to 24 hours. The pressure at the time of pressurization is, for example, 1 MPa to 500 MPa. In addition, if pressurization is performed in a vacuum state, generation of voids (voids) in the fiber-reinforced composite material can be suppressed.
繊維強化複合材料を得る段階で、熱可塑性エポキシ樹脂を完全に反応させてしまってもよいが、熱可塑性エポキシ樹脂の反応がある程度で止まった(もしくは、熱可塑性エポキシ樹脂の反応速度が低下した)状態に留めておき、繊維強化複合材料の積層体を成形して、コーナー支持体を製造する際に、熱可塑性エポキシ樹脂を完全に反応させてもよい。 At the stage of obtaining the fiber reinforced composite material, the thermoplastic epoxy resin may be completely reacted, but the reaction of the thermoplastic epoxy resin is stopped at a certain level (or the reaction rate of the thermoplastic epoxy resin is decreased) Remaining in position, the laminate of fiber reinforced composite material may be molded to fully react the thermoplastic epoxy resin in making the corner support.
「継手部の製造方法」
継手部を強化繊維束と固化材からなる繊維強化複合材料で構成する場合には、上述のコーナー支持体と同様の製造方法により、継手部を製造する。
"Manufacturing method of joint part"
When the joint portion is made of a fiber-reinforced composite material including a reinforcing fiber bundle and a solidifying material, the joint portion is manufactured by the same manufacturing method as the above-described corner support.
[コンクリート柱の補強方法]
次に、図1を参照して、本実施形態のコンクリート柱補強器具10用いたコンクリート柱1000の補強方法を説明する。
[How to reinforce concrete columns]
Next, with reference to FIG. 1, the reinforcement method of the
まず、補強対象のコンクリート柱1000の四隅にコーナー支持体30を配置する。
次いで、コーナー支持体30を介して、コンクリート柱1000の軸方向に対して垂直となる方向に、2つの平面視コ字形状のストランド構造体20を配置する。ストランド構造体20は、コンクリート柱1000の外側面1000aの幅や形状に対応する形状に成形されている。
First, corner supports 30 are disposed at the four corners of the
Next, two corner structure
次いで、2つのストランド構造体20の端部同士を、固定具22により、コンクリート柱1000の対向する外側面1000a,1000aそれぞれの中央部にて継手部40に仮接続し、コンクリート柱1000に2つのストランド構造体20を仮固定する。
Next, the end portions of the two
最後に、継手部40に仮接続してあるストランド構造体20の固定具22を締め付けて、コンクリート柱1000に2つのストランド構造体20を固定する。これにより、コンクリート柱補強器具10によるコンクリート柱1000の補強が完了する。
Finally, the
継手部40に仮接続してあるストランド構造体20の固定具22を締め付けて、コンクリート柱1000に2つのストランド構造体20を固定する際、固定具22に係る締め付けトルクは150N・m〜350N・mであることが好ましい。
トルクが150N・m以上であれば、ストランド構造体20が有する引張強さを充分に発揮できる。一方、トルクが350N・m以下であれば、継手部40や、ストランド構造体20に設けられた固定具22が破断することを防止できる。
When fastening the fixing
If the torque is 150 N · m or more, the tensile strength of the
本実施形態のコンクリート柱の補強方法によれば、施工現場にて、大きな作業スペースを設けたり、煩雑な作業を行ったりすることなく、コンクリート柱1000に対してコンクリート柱補強器具10を設置することにより、従来の金属製の補強器具や、強化繊維を含む補強器具を用いる方法よりも簡便に、コンクリート柱1000の耐久性を補強することができる。また、本実施形態のコンクリート柱の補強方法によれば、コンクリート柱補強器具10を設置した後も、コンクリート柱1000のひび割れ等の異変を視認し易いばかりでなく、コンクリート柱補強器具10の取り外しや再利用を容易に行うことができる。
According to the method of reinforcing a concrete column of the present embodiment, the concrete
(第2の実施形態)
[コンクリート柱補強器具]
図9は、本実施形態のコンクリート柱補強器具の概略構成を示す平面図である。図10は、本実施形態のコンクリート柱補強器具におけるストランド構造体の端部の概略構成を示す平面図である。なお、図9および図10において、図1に示した第1の実施形態のコンクリート柱補強器具と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図9に示すように、本実施形態のコンクリート柱補強器具100は、ストランド構造体110と、コーナー支持体30と、継手部120と、を備える。
Second Embodiment
[Concrete column reinforcement]
FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of the concrete column reinforcing device of the present embodiment. FIG. 10: is a top view which shows schematic structure of the edge part of the strand structure in the concrete pillar reinforcement instrument of this embodiment. 9 and FIG. 10, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the concrete column reinforcement instrument of 1st Embodiment shown in FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 9, the concrete
本実施形態のコンクリート柱補強器具100では、コーナー支持体30が当て具としてコンクリート柱1000の四隅に配置される。コーナー支持体30の2つの外側面(コンクリート柱1000と接する面とは反対側の側面)30aのそれぞれに、継手部120が設けられている。すなわち、コーナー支持体30と継手部120は一体化されている。また、ストランド構造体110は、図10に示すように、両方の端部110Aに、固定のための受け治具111を有する。受け治具111の先端面111aには、寸切りボルトのようなネジ形状の固定具112が突設されている。また、ストランド構造体110は、コンクリート柱1000の外側面1000aの幅に合わせて線状に成形されている。さらに、ストランド構造体110は、両方の端部110Aが継手部120に接続、固定されている。具体的には、ストランド構造体110の両方の端部110Aに設けられた固定具112が継手部120に接続、固定されている。このようにストランド構造体110、コーナー支持体30および継手部120を設置することにより、コンクリート柱補強器具100は、コンクリート柱1000を補強することができる。
In the concrete
ストランド構造体110としては、上述のストランド構造体20と同様のものが用いられる。
As the
継手部120としては、片端ネジ用のターンバックル型のものや、片端ネジ用のスペーサー型のもの等が挙げられる。
継手部120の素材としては、上述の継手部40と同様のものが用いられる。
As the
As a raw material of the
本実施形態のコンクリート柱補強器具100によれば、上述の第1の実施形態のコンクリート柱補強器具10と同様の効果が得られる。
According to the concrete
[コンクリート柱補強器具の製造方法]
本実施形態のコンクリート柱補強器具100は、上述の第1の実施形態のコンクリート柱補強器具10と同様の製造方法で製造することができる。
[Method of manufacturing concrete column reinforcement]
The concrete
[コンクリート柱の補強方法]
本実施形態のコンクリート柱補強器具100によれば、上述の第1の実施形態のコンクリート柱補強器具10と同様に、コンクリート柱1000を補強することができる。
[How to reinforce concrete columns]
According to the concrete
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例において、「部」は質量部のことを指している。 Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples. Also, in the following examples, "parts" refers to parts by mass.
[実施例1]
「ストランド構造体の製造」
図9に示すコンクリート柱補強器具に対応する実施例1を示す。
強化繊維束としては、炭素繊維の単繊維を24000本束ねたもの(炭素繊維:PAN系炭素繊維(東レ株式会社製のトレカ(登録商標)T700SC)の束24K)に30回撚りをかけたものを用いた。
外層の繊維としてはガラス繊維を用いた。
製紐機(24打機)を用いて、12×2打ちの石目打ちにて、炭素繊維束の外周全面を組紐状にガラス繊維で覆い、炭素繊維束とそれを被覆するガラス繊維からなる組紐構造体を得た。
得られた組紐構造体において、外層による炭素繊維束の表面の被覆率は、ほぼ100%であり、内部の炭素繊維束を目視できなかった。
Example 1
"Manufacture of strand structure"
The Example 1 corresponding to the concrete pillar reinforcement shown in FIG. 9 is shown.
As a reinforcing fiber bundle, one obtained by twisting 30 times a bundle of 24000 single fibers of carbon fiber (carbon fiber: bundle 24K of PAN-based carbon fiber (Toray Industries, Inc., Torayca T700 SC)) Was used.
Glass fiber was used as the fiber of the outer layer.
A braiding machine is used to cover the entire outer periphery of the carbon fiber bundle in a braided manner with 12 × 2 batting using a braiding machine (24 hammering machine), and a braid consisting of a carbon fiber bundle and glass fiber covering it I got a structure.
In the obtained braided structure, the coverage of the surface of the carbon fiber bundle by the outer layer was approximately 100%, and the carbon fiber bundle inside was not visible.
次に、ドラムに巻き付けられた組紐構造体を引き出しながら、ディップニップ法により、その組紐構造体に、以下に示す熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した。 Next, while drawing out the braided structure wound around the drum, the thermoplastic epoxy resin solution shown below was applied to the braided structure by the dip nip method.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度:15mPa・s以下(装置の測定限界値以下)
熱可塑性エポキシ樹脂溶液の組成:熱可塑性エポキシ樹脂(反応型樹脂:DENATITE XNR6850V、ナガセケムテックス株式会社製)100質量部、硬化剤(DENATITE XNH6850V、ナガセケムテックス株式会社製) 6.5質量部、メチルエチルケトン1.6質量部
Viscosity of thermoplastic epoxy resin solution: 15 mPa · s or less (less than the measurement limit of the device)
Composition of thermoplastic epoxy resin solution: 100 parts by mass of thermoplastic epoxy resin (Reactive resin: DENATITE XNR 6850 V, manufactured by Nagase ChemteX Co., Ltd.), Curing agent (DENATITE XNH 6850 V, manufactured by Nagase ChemteX Co., Ltd.) 6.5 parts by mass, 1.6 parts by mass of methyl ethyl ketone
なお、熱可塑性エポキシ樹脂溶液の粘度は、B型粘度計(TVB−15形粘度計、東機産業株式会社製)およびロータNo.20を用い、ロータの回転速度を12rpmとし、室温で測定した値である。 The viscosity of the thermoplastic epoxy resin solution was measured using a B-type viscometer (TVB-15 type viscometer, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) and rotor No. It is a value measured at room temperature with the rotational speed of the rotor set to 12 rpm using 20.
組紐構造体に熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した後、150℃にて120分間熱処理を行った後、冷却して、組紐形状の外層を有する強化繊維線材を得た。 After applying a thermoplastic epoxy resin solution to the braided structure, heat treatment was carried out at 150 ° C. for 120 minutes, followed by cooling to obtain a reinforced fiber wire having a braided outer layer.
同様にして成形された別の強化繊維線材を、その長さ方向と垂直に切断し、その切断面を、走査型電子顕微鏡(商品名:S3000H、株式会社日立サイエンスシステムズ製)を用いて100倍で観察した結果、炭素繊維束の中心部まで熱可塑性エポキシ樹脂が浸透していることが確認された。 Another reinforcing fiber wire similarly formed is cut perpendicular to its length direction, and the cut surface is cut 100 times using a scanning electron microscope (trade name: S3000H, manufactured by Hitachi Science Systems, Inc.) As a result of observation, it was confirmed that the thermoplastic epoxy resin penetrated to the center of the carbon fiber bundle.
その後、得られた強化繊維線材を7本束ねて、実施例1のストランド構造体を得た。具体的には、1本の強化繊維線材を芯とし、これを6本の強化繊維線材で取り囲むように配置し、その強化繊維線材の束を120℃に加熱しながら、Z方向に5回/mで撚りをかけて、ストランド構造体を得た。
得られたストランド構造体をコンクリート柱の外側面の幅に合わせてそれぞれの長さに切断した。次に、ストランド構造体の両端部に、受け治具として、外径27mm、内径18mm、長さ240mmの鋼管を定着させ、さらに、受け治具の端部(ストランド構造体とは反対側の端部)にM20の寸切りボルトを接続した。また、得られたストランド構造体のVf値を測定したところ、40%であった。
Then, seven strands of the obtained reinforcing fiber wire were bundled to obtain a strand structure of Example 1. Specifically, one reinforcing fiber wire is used as a core, which is disposed so as to be surrounded by six reinforcing fiber wires, and the bundle of the reinforcing fiber wires is heated to 120 ° C. in the Z direction 5 times / The strand structure was obtained by twisting at m.
The obtained strand structure was cut to each length according to the width of the outer surface of the concrete column. Next, a steel pipe having an outer diameter of 27 mm, an inner diameter of 18 mm, and a length of 240 mm is fixed as the receiving jig at both ends of the strand structure, and the end of the receiving jig (the end opposite to the strand structure) Section) was connected to the M20 sectioning bolt. Moreover, it was 40% when Vf value of the obtained strand structure was measured.
「コーナー支持体の製造」
次に、ストランド構造体の製造に用いたものと同一の炭素繊維束を、開繊処理を行わずに用いた。
ドラムに巻き付けられた炭素繊維束を引き出しながら、キスロールにより、炭素繊維束の片面に、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した。
熱可塑性エポキシ樹脂溶液としては、ストランド構造体の製造に用いたものと同一のものを用いた。
"Production of corner support"
Next, the same carbon fiber bundle as that used for manufacturing the strand structure was used without opening.
While drawing out the carbon fiber bundle wound around the drum, the reaction type thermoplastic epoxy resin solution was applied to one side of the carbon fiber bundle by a kiss roll.
As the thermoplastic epoxy resin solution, the same one as used in the production of the strand structure was used.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した炭素繊維束の上下面を、4本のロールに接触(炭素繊維束の上面2回、下面2回接触:上面および下面を交互にそれぞれ2回ずつ接触)させてしごいた後、60℃にて20分間乾燥し、引き続き150℃にて20分間の熱処理を行い、熱可塑性エポキシ樹脂を反応させた。
その後、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した炭素繊維束を常温にて冷却した後、ドラムに巻き取って、長さ50m、幅4mm、厚み0.38mmの炭素繊維束に熱可塑性エポキシ樹脂を付与したテープ状の繊維強化複合材料を得た。
The upper and lower surfaces of the carbon fiber bundle to which the thermoplastic epoxy resin solution is applied are brought into contact with four rolls (two times the upper surface of the carbon fiber bundle and two times the lower surface: the upper surface and the lower surface are alternately contacted twice) After sinter, it was dried at 60 ° C. for 20 minutes, and then heat treatment was carried out at 150 ° C. for 20 minutes to react the thermoplastic epoxy resin.
Thereafter, the carbon fiber bundle to which the thermoplastic epoxy resin solution was applied was cooled at normal temperature, and was wound on a drum to apply the thermoplastic epoxy resin to a carbon fiber bundle having a length of 50 m, a width of 4 mm, and a thickness of 0.38 mm. A tape-like fiber reinforced composite material was obtained.
次に、テープ状の繊維強化複合材料を、炭素繊維の繊維軸方向に対してほぼ垂直に20mm〜30mmの長さとなるように切断し、長さ20mm〜30mm、幅4mm、厚み0.38mmの短冊状の繊維強化複合材料を得た。
得られた短冊状の繊維強化複合材料のVf値は40%であった。
なお、得られた短冊状の繊維強化複合材料中の炭素繊維の長さは、炭素繊維が長繊維であるため繊維強化複合材料の長さと同じであり、20mm〜30mmであった。
Next, the tape-like fiber-reinforced composite material is cut so as to have a length of 20 mm to 30 mm almost perpendicularly to the fiber axis direction of carbon fibers, and the length is 20 mm to 30 mm, width 4 mm, thickness 0.38 mm A strip-like fiber reinforced composite material was obtained.
The Vf value of the obtained strip-like fiber-reinforced composite material was 40%.
In addition, since the carbon fiber is a long fiber, the length of the carbon fiber in the obtained strip-like fiber reinforced composite material was the same as the length of the fiber reinforced composite material, and was 20 mm to 30 mm.
同様にして成形された別の短冊状の繊維強化複合材料の切断面を、上記の走査型電子顕微鏡を用いて100倍で観察した結果、炭素繊維束の中心部まで熱可塑性エポキシ樹脂が浸透していることが確認された。 As a result of observing the cut surface of another strip-like fiber-reinforced composite material similarly formed by using the above-mentioned scanning electron microscope at 100 times, the thermoplastic epoxy resin penetrates to the center of the carbon fiber bundle. Was confirmed.
その後、ステンレス製の型の中に、短冊状の繊維強化複合材料をランダムに積層し、真空プレス機を用いて、200℃、20MPaにて5分間の加熱処理および加圧処理を行った。その後、冷却した後、ステンレス製の型から、成形体を取り出した。 Thereafter, strip-like fiber-reinforced composite materials were randomly stacked in a stainless steel mold, and heat treatment and pressure treatment were performed at 200 ° C. and 20 MPa for 5 minutes using a vacuum press. Then, after cooling, the molded body was taken out from the stainless steel mold.
その結果、熱可塑性エポキシ樹脂内部にそれぞれの短冊状の繊維強化複合材料がランダムに積層(各短冊状の繊維強化複合材料が成形されたコーナー支持体の形状に対して、ランダムに、僅かに傾斜して、相互に折り重なった状態)されたコーナー支持体が得られた。 As a result, each strip-like fiber-reinforced composite material is randomly stacked inside the thermoplastic epoxy resin (a little random inclination to the shape of the corner support on which each strip-like fiber-reinforced composite material is formed) To obtain a corner support which is folded over one another.
同様にして成形された別のコーナー支持体を切断して、その切断面を、上記の走査型電子顕微鏡を用いて観察した結果、炭素繊維が熱可塑性エポキシ樹脂に密に充填されており、コーナー支持体の内部は緻密であることが確認された。また、そのストランド構造体のVf値を測定したところ、40%であった。 Another corner support similarly formed is cut, and the cut surface is observed using the above-mentioned scanning electron microscope. As a result, the carbon fiber is closely packed in the thermoplastic epoxy resin, and the corner It was confirmed that the inside of the support was fine. Moreover, it was 40% when Vf value of the strand structure was measured.
その後、コーナー支持体の外側面に、M20の寸切りボルトに対応するステンレス製の治具を取り付け、ボルトで固定した。これにより、コーナー支持体と一体の継手部を得た。 Thereafter, a stainless steel jig corresponding to the M20 cut-off bolt was attached to the outer surface of the corner support and fixed with a bolt. Thereby, the joint part integral with the corner support was obtained.
上記のストランド構造体、コーナー支持体、およびコーナー支持体と一体の継手部を接続し、コンクリート柱補強器具を得て、そのコンクリート柱補強器具をコンクリート柱へ取り付けた。 A joint integral with the above-mentioned strand structure, corner support and corner support was connected to obtain a concrete column reinforcement and the concrete column reinforcement was attached to the concrete column.
[実施例2]
「ストランド構造体の製造」
図1に示すコンクリート柱補強器具に対応する実施例2を示す。
強化繊維束としては炭素繊維の単繊維を24000本束ねたもの(炭素繊維:PAN系炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製のパイロフィル(登録商標)MR60H24P)の束24K)を用いた。
この炭素繊維束を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2のストランド構造体を得た。同様にして成形された別のストランド構造体を構成する強化繊維線材を、その長さ方向と垂直に切断し、その切断面を、走査型電子顕微鏡(商品名:S3000H、株式会社日立サイエンスシステムズ製)を用いて観察した結果、炭素繊維束の中心部まで熱可塑性エポキシ樹脂が浸透していることが確認された。また、そのストランド構造体のVf値を測定したところ、40%であった。
得られたストランド構造体をコンクリート柱の外側面の幅に合わせて平面視コ字形状になる長さに切断した。すなわち、ストランド構造体の長さを、図1に示すように、(コンクリート柱1000の外側面1000aの中央部からコンクリート柱1000の角部1000A近傍にわたって配置される部位(端部20A)の長さL1+コーナー支持体30のRを付けた面に接して配置される部位(角部20B)の長さL2)×2+コンクリート柱1000の外側面1000aの幅方向のほぼ全長にわたって配置される部位(中央部20C)の長さL3となる長さに切断した。次に、ストランド構造体の両端部に、受け治具として、外径27mm、内径18mm、長さ240mmの鋼管を定着させ、さらに、受け治具の端部(ストランド構造体とは反対側の端部)にM20の寸切りボルトを接続した。
Example 2
"Manufacture of strand structure"
The Example 2 corresponding to the concrete pillar reinforcement shown in FIG. 1 is shown.
As the reinforcing fiber bundle, a bundle of 24000 single fibers of carbon fiber (carbon fiber: bundle 24K of PAN-based carbon fiber (Pyrophile (registered trademark) MR60H24P manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)) was used.
The strand structure of Example 2 was obtained in the same manner as Example 1 except that this carbon fiber bundle was used. A reinforcing fiber wire forming another strand structure similarly formed is cut perpendicularly to the length direction, and the cut surface is cut with a scanning electron microscope (trade name: S3000H, manufactured by Hitachi Science Systems, Ltd.) As a result of observation using the above, it was confirmed that the thermoplastic epoxy resin penetrated to the center of the carbon fiber bundle. Moreover, it was 40% when Vf value of the strand structure was measured.
The obtained strand structure was cut to a length that is U-shaped in a plan view according to the width of the outer side surface of the concrete column. That is, as shown in FIG. 1, the length of the strand structure (the length of a portion (end
「コーナー支持体の製造」
次に、ストランド構造体の製造に用いたものと同一の炭素繊維束を、開繊処理を行わずに用いた。
ドラムに巻き付けられた炭素繊維束を引き出しながら、キスロールにより、炭素繊維束の片面に、反応型の熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した。
熱可塑性エポキシ樹脂溶液としては、ストランド構造体の製造に用いたものと同一のものを用いた。
"Production of corner support"
Next, the same carbon fiber bundle as that used for manufacturing the strand structure was used without opening.
While drawing out the carbon fiber bundle wound around the drum, the reaction type thermoplastic epoxy resin solution was applied to one side of the carbon fiber bundle by a kiss roll.
As the thermoplastic epoxy resin solution, the same one as used in the production of the strand structure was used.
熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した炭素繊維束の上下面を、4本のロールに接触(炭素繊維束の上面2回、下面2回接触:上面および下面を交互にそれぞれ2回ずつ接触)させてしごいた後、60℃にて20分間乾燥し、引き続き150℃にて20分間の熱処理を行い、熱可塑性エポキシ樹脂を反応させた。
その後、熱可塑性エポキシ樹脂溶液を付与した炭素繊維束を常温にて冷却した後、ドラムに巻き取って、長さ50m、幅40mm、厚み0.38mmの炭素繊維束に熱可塑性エポキシ樹脂を付与したテープ状の繊維強化複合材料を得た。
The upper and lower surfaces of the carbon fiber bundle to which the thermoplastic epoxy resin solution is applied are brought into contact with four rolls (two times the upper surface of the carbon fiber bundle and two times the lower surface: the upper surface and the lower surface are alternately contacted twice) After sinter, it was dried at 60 ° C. for 20 minutes, and then heat treatment was carried out at 150 ° C. for 20 minutes to react the thermoplastic epoxy resin.
Thereafter, the carbon fiber bundle to which the thermoplastic epoxy resin solution was applied was cooled at normal temperature, and was wound on a drum to apply the thermoplastic epoxy resin to a carbon fiber bundle having a length of 50 m, a width of 40 mm and a thickness of 0.38 mm. A tape-like fiber reinforced composite material was obtained.
次に、テープ状の繊維強化複合材料を、炭素繊維の繊維軸方向に対してほぼ垂直に20mm〜30mmの長さとなるように切断し、長さ20mm〜30mm、幅4mm、厚み0.38mmの短冊状の繊維強化複合材料を得た。また、得られた短冊状の繊維強化複合材料のVf値を測定したところ、40%であった。
なお、得られた短冊状の繊維強化複合材料中の炭素繊維の長さは、炭素繊維が長繊維であるため、繊維強化複合材料の長さと同じであり、20mm〜30mmであった。
Next, the tape-like fiber-reinforced composite material is cut so as to have a length of 20 mm to 30 mm almost perpendicularly to the fiber axis direction of carbon fibers, and the length is 20 mm to 30 mm, width 4 mm, thickness 0.38 mm A strip-like fiber reinforced composite material was obtained. Further, the Vf value of the obtained strip-like fiber-reinforced composite material was measured and found to be 40%.
In addition, since the carbon fiber is a long fiber, the length of the carbon fiber in the obtained strip-like fiber reinforced composite material was the same as the length of the fiber reinforced composite material, and was 20 mm to 30 mm.
その後、角部のRが100mmのステンレス製の型の中に、短冊状の繊維強化複合材料をランダムに積層し、真空プレス機を用いて、200℃、20MPaにて、5分間の加熱処理および加圧処理を行った。その後、冷却した後、ステンレス製の型から、成形体を取り出した。 Thereafter, strip-like fiber-reinforced composite materials are randomly stacked in a stainless steel mold having a corner R of 100 mm, and heat treatment at 200 ° C. and 20 MPa for 5 minutes using a vacuum press and Pressure treatment was performed. Then, after cooling, the molded body was taken out from the stainless steel mold.
その結果、熱可塑性エポキシ樹脂内部にそれぞれの短冊状の繊維強化複合材料がランダムに積層(各短冊状の繊維強化複合材料が成形されたコーナー支持体の形状に対して、ランダムに、僅かに傾斜して、相互に折り重なった状態)されたコーナー支持体が得られた。 As a result, each strip-like fiber-reinforced composite material is randomly stacked inside the thermoplastic epoxy resin (a little random inclination to the shape of the corner support on which each strip-like fiber-reinforced composite material is formed) To obtain a corner support which is folded over one another.
同様にして成形された別のコーナー支持体を切断して、その切断面を、走査型電子顕微鏡(商品名:S3000H、株式会社日立サイエンスシステムズ製)を用いて観察した結果、炭素繊維が熱可塑性エポキシ樹脂に密に充填されており、コーナー支持体の内部は緻密であることが確認された。 The other corner support similarly formed is cut, and the cut surface is observed using a scanning electron microscope (trade name: S3000H, manufactured by Hitachi Science Systems, Inc.). As a result, the carbon fiber is thermoplastic. It was confirmed that the epoxy resin was tightly packed, and the inside of the corner support was compact.
「継手部」
継手部としては、両側M20雌ネジ型のステンレス製スペーサーを用いた。
"Joint"
As a joint part, a stainless steel spacer of M20 female screw type on both sides was used.
上記のストランド構造体、コーナー支持体および継手部を接続し、コンクリート柱補強器具を得て、そのコンクリート柱補強器具をコンクリート柱へ取り付けた。 The above-mentioned strand structure, corner support and joints were connected to obtain a concrete column reinforcement and the concrete column reinforcement was attached to the concrete column.
本発明のコンクリート柱補強器具は、金属のように使用環境によって錆などの欠点が発生しないため、コンクリート柱の耐蝕性、せん断性およびじん性を高レベルで補うことができる。さらに、本発明のコンクリート柱補強器具は、メンテナンスを行いやすいだけでなく、取り外し後に再成形可能であるため、再利用することができる。そのため、本発明のコンクリート柱補強器具は、新規にコンクリート柱を建設するよりも低コストで、かつ交通をみだりに停止させずに施工できることから、その産業利用可能性は大である。 The concrete column reinforcing device of the present invention can compensate for the corrosion resistance, shear resistance and toughness of the concrete column at a high level, since the problem such as rust does not occur depending on the use environment like metal. Furthermore, the concrete column reinforcing device of the present invention can be reused because it can be reshaped after removal as well as easy to perform maintenance. Therefore, the concrete column reinforcing device of the present invention has a high industrial applicability because it can be constructed at a lower cost than constructing a new concrete column and without stopping traffic.
10・・・コンクリート柱補強器具、20・・・ストランド構造体、20A・・・端部、20B・・・角部、21・・・受け治具、22・・・固定具、30・・・コーナー支持体、30A・・・角部、31・・・強化繊維束、32・・・固化材、33・・・短冊状強化繊維束、40・・・継手部、50・・・強化繊維線材、51・・・強化繊維、52・・・芯線、53・・・外層、54・・・固化材、100・・・コンクリート柱補強器具、110・・・ストランド構造体、120・・・継手部、1000・・・コンクリート柱、1000A・・・角部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記固化材は、熱可塑性エポキシ樹脂であるコンクリート柱補強器具。 A strand structure comprising a plurality of core fibers each comprising a bundle of reinforcing fibers of long fibers, an outer layer covering the core strands, and a reinforcing material impregnated with the core core and the outer layer, bundled together
The concrete column reinforcing device according to claim 1, wherein the solidifying material is a thermoplastic epoxy resin.
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