JP2021173016A

JP2021173016A - 繊維強化樹脂補強コンクリート材

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Publication number: JP2021173016A
Application number: JP2020076220A
Authority: JP
Inventors: 隆生山内; Takao Yamauchi
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-11-01
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: JP7494548B2

Abstract

【課題】容易に製造できる繊維強化樹脂補強コンクリート材を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂補強コンクリート材１は筒状の網体１１と、コンクリート１２とを備える。筒状の網体１１は中空柱状のコンクリート１２の内周面と外周面の間に埋設され、筒状の網体１１の筒方向の軸と、コンクリート１２の柱の長手方向の軸が同軸である。筒状の網体１１は炭素繊維強化樹脂製の筒状の網体部品２１の連結体で、各々の筒状の網体部品２１は継手部２２で連結されている。筒状の網体１１の網目形状は正六角形である。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化樹脂補強コンクリート材に関する。

建築物には多くの鉄筋コンクリートが使用されている。鉄筋コンクリートの表層のコンクリートが時間経過に伴って乾燥収縮したり、外部から荷重を受けたりすると、そのコンクリートに亀裂又はひび割れが発生することがある。そのような亀裂又はひび割れを通じて水分と酸素がコンクリートの内部へと侵入すると、鉄筋が腐食して、鉄筋の強度低下が発生する。そこで、鉄筋の代わりに腐食が発生しない繊維強化樹脂（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ，ＦＲＰ）をコンクリートの補強材として使用する技術が発明されている（特許文献１参照）。具体的には、鉄筋の配筋作業と同様に、繊維強化樹脂材を組み立てた後に、コンクリートを打ち込んで硬化させることによって、コンクリート成形品を成形する。

特開平３−６９７１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、繊維強化樹脂材の組み立てが煩雑であり、結果としてコンクリート成形品の製造作業が煩雑である。

そこで、本発明は、容易に製造できる繊維強化樹脂補強コンクリート材を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、コンクリートと、前記コンクリートの内部に埋設される繊維強化樹脂製の筒状の網体と、を備える繊維強化樹脂補強コンクリート材が提供される。

以上によれば、繊維強化樹脂製の網体が筒状であるため、網体を筒状に組み立てる作業を必要としない。従って、繊維強化樹脂補強コンクリート材を簡単に製造することができる。

また、前記網体が、軸方向に直列され、前記繊維強化樹脂からなる複数の筒状の網体部品と、前記複数の網体部品の隣り合う網体部品の間に設けられ、これら隣り合う網体部品を連結する継手部と、を有するものとしてもよい。

以上によれば、複数の網体部品を軸方向に連結するだけで、軸方向に長い筒状の網体を容易に製造することができる。また、網体部品を短くすることができるので、輸送が容易になるとともに、小型な製造設備で網体部品を製造することができ、網体部品の製造コストを抑えることができる。

本発明の実施形態によれば、繊維強化樹脂補強コンクリート材を簡単に製造することができる。

第１実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材１の斜視図である。網体１１の斜視図である。ジグザグ型配列の網目１０２の正面図である。網体部品２１同士の連結部を網体部品２１の外側から見て示した図面である。貝の口継ぎ形状をした第一継手半体２２Ａと、第二継手半体２２Ｂの斜視図である。差込継手形状をした第一継手半体２２Ａと、第二継手半体２２Ｂの斜視図である。型枠３１に筒状の網体１１を設置した様子を示す斜視図である。第２実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材のコンクリートに埋設される網体１１及芯材１３の斜視図である。ジグザグ型配列の網目１０２の正面図である。網体部品２１同士の連結部を網体部品２１の内側から見て示した図面である。アームチェア型配列の網目１０２の正面図である。カイラル型配列の網目１０２の正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されている。本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

＜＜＜第１の実施の形態＞＞＞
〔１．繊維強化樹脂補強コンクリートの構成〕
図１は、第１実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材１の斜視図である。図２は、繊維強化樹脂補強コンクリート材１の内部に埋設される網体１１の斜視図である。
繊維強化樹脂補強コンクリート材１は例えば電柱として用いられる。繊維強化樹脂補強コンクリート材１は筒状の網体１１及びコンクリート１２を備える。
コンクリート１２は、軸方向に長尺な中空柱状、つまり筒状に形作られている。軸方向に対して垂直な断面におけるコンクリート１２の外周及び内周が同心円状とされ、コンクリート１２の内周面と外周面は同軸である。なお、軸方向に対して垂直な断面におけるコンクリート１２の外周及び内周の形状は、円形ではなく多角形でもよい。また、コンクリート１２は、軸方向に垂直な断面の形状が円形又は多角形の中実柱状に形作られていてもよい。

軸方向に長尺な筒状の網体１１は、コンクリート１２の内部に埋設されている。具体的に網体１１については、網体１１が中空柱状のコンクリート１２の内周面と外周面の間に埋設され、網体１１とコンクリート１２が同軸状とされている。それゆえ、網体１１がコンクリート１２から露出する部分は無い。また、網体１１からコンクリート１２の内周面までの被り厚と、網体１１からコンクリート１２の外周面までの被り厚は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

次に、コンクリート１２の補強材として埋設される網体１１の詳細について説明する。
網体１１は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を母材とした繊維強化樹脂で形成されている。特に、網体１１が低比重の炭素繊維強化樹脂で形成されると、網体１１が高強度且つ軽量であるので、そのような炭素繊維強化樹脂を網体１１に採用することが好ましい。炭素繊維材以外の強化繊維材として例えばガラス繊維、アラミド繊維又はポリエチレン繊維などが網体１１の繊維強化樹脂に採用されてもよい。網体１１の繊維強化樹脂の母材には、例えばポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂又はポリアセタール樹脂などが使用される。

網体１１は本実施形態においては円筒に形作られている。なお、網体１１は角筒でもよく、例えば三角筒、四角筒等の多角形筒であってもよい。
網体１１は正六角形状の網目１０２の集合体であり、これら網目１０２が柱面に沿って配列されることによって円筒状の網体１１が構成される。網目１０２の形状が正六角形であると、網体１１の開口率が高く、網体１１の真密度が低くても、網体１１の強度が損なわれにくい。

網目１０２はジグザグ型で配列されている。ジグザグ型の配列とは、各網目１０２の正六角形の対向する頂点を結ぶ３本の対角線のうち１本の対角線が網体１１の軸方向に対して平行となって、これら網目１０２が柱面に沿って配列されていることをいう。図２に示された網体１１の網目１０２の配列はジグザグ型の配列である。

ここで、図３の正面図を参照して、網目１０２について更に詳細に説明する。図３に示すように、各網目１０２は、複数の辺１０３で囲繞された開口部である。各辺１０３は、隣り合う網目１０２を仕切る。複数の辺１０３が端部で交差し、それら辺１０３が一体成形されることによって、各節１０４が形成されている。図３に示す例では、網目１０２の形状が正六角形であるため、各節１０４では３本の辺１０３が交差し、各節１０４の周りには３つの網目１０２が隣接して並んでいる。それら辺１０３が一体成型されており、その交差部である節１０４において段差が生じないように構成されている。

網体１１は、複数の筒状の網体部品２１を軸方向に連結して成る連結体である。図４に示すように、軸方向に隣り合う網体部品２１はそれらの間の複数の継手部２２によって連結されている。以下、図４を参照して、継手部２２について詳細に説明する。
継手部２２は、軸方向に隣り合う網体部品２１のうち一方の網体部品２１の端部に設けられた第一継手半体２２Ａと、他方の網体部品２１の端部に設けられた第二継手半体２２Ｂと、からなる。第一継手半体２２Ａは、網体部品２１の端部において周方向に配列された網目１０２の頂部から軸方向に延出している。第二継手半体２２Ｂは、網体部品２１の他端部において周方向に配列された網目１０２の頂部から軸方向に延出している。

隣り合う網体部品２１の端部同士が突き合わせられ、一方の網体部品２１の第一継手半体２２Ａと、他方の網体部品２１の第二継手半体２２Ｂが互いに嵌め合うことによって、これら網体部品２１が互いに連結される。必要に応じて、第一継手半体２２Ａと第二継手半体２２Ｂが接着剤によって接着されてもよい。ここで、隣り合う網体部品２１の境界部にも、周方向に配列された複数の網目１０２が形成され、第一継手半体２２Ａと第二継手半体２２Ｂの組体である継手部２２は六角形状の網目１０２の縦方向の辺１０３となる。それゆえ、連結体である網体１１の網目形状は正六角形に統一される。

継手部２２は、図５又は図６に示す形態となっている。
図５に示す継手部２２は貝の口継ぎである。つまり、第一継手半体２２Ａは、凸部２２Ａ１と空所２２Ａ２が交互に周方向に配列された構成となっており、第二継手半体２２Ｂは、棒状の凸部２２Ｂ１と空所２２Ｂ２が交互に周方向に配列された構成となっており、第一継手半体２２Ａの凸部２２Ａ１が第二継手半体２２Ｂの空所２２Ｂ２に軸方向に嵌め入れられ、第二継手半体２２Ｂの凸部２２Ｂ１が第一継手半体２２Ａの空所２２Ａ２に軸方向に嵌め入れられ、これにより凸部２２Ａ１と凸部２２Ｂ１が周方向に配列されて組まれている。
図６に示す継手部２２は差込継手である。つまり、第一継手半体２２Ａが棒形の凸部であり、第二継手半体２２Ｂが開口を有した筒状であり、第一継手半体２２Ａが第二継手半体２２Ｂに軸方向に嵌め入れられている。なお、第二継手半体２２Ｂが棒状であり、第一継手半体２２Ａが第二継手半体２２Ｂを咥えてもよい。

〔２．有利な効果〕
以上の実施形態によれば、以下のような有利な効果をもたらす。

（１）コンクリート１２は単体では圧縮に対して強いが引張り、曲げ及びせん断に対して弱い。コンクリート１２の内部に埋設された炭素繊維強化樹脂製の網体１１は引張り、曲げ及びせん断に対して強いため、網体１１によって補強された繊維強化樹脂補強コンクリート材１も引張り、曲げ、せん断に対しても強くなる。また、網体１１が鉄材と比較しても低比重で且つ高強度であるため、繊維強化樹脂補強コンクリート材１は軽量であるわりに、高強度である。

（２）繊維強化樹脂製の網体１１は鉄のように腐食しない。それゆえ、繊維強化樹脂補強コンクリート材１は従来の鉄筋コンクリートよりも寿命が長い。特に網体１１は鉄と比較しても、塩に対する耐腐食性が高いため、繊維強化樹脂補強コンクリート材１は海岸付近の設置に適している。また、コンクリート１２の被り厚を大きく確保せずとも、網体１１の塩害・腐食を抑えられる。コンクリート１２の被り厚を薄くすることは、コンクリート１２の軽量化及び低コスト化に寄与できる。

（３）網体１１の網目１０２にコンクリート１２の一部が充填されるため、網体１１とコンクリート１２の付着性が高い。網体１１とコンクリート１２の付着性が高いことは、網体１１によるコンクリート１２の補強効果の向上にも寄与する。

（４）網体部品２１は一体成型品であるため、繊維強化樹脂補強コンクリート材１の製造の際に配筋作業を必要としない。それゆえ、繊維強化樹脂補強コンクリート材１の製造が簡単である。

（５）網体１１が成形品であるため、網目１０２の形状を正六角形とすることができる。網目１０２が正六角形であるため、網体１１の開口率が高く、網体１１の真密度が低くても、網体１１の強度が損なわれない。

（６）複数の網体部品２１が軸方向に連結されているため、網体部品２１が軸方向に短くても、軸方向に長い網体１１が提供される。網体部品２１が軸方向に短いものであれば、網体部品２１の製造設備が小型で済む。それゆえ、網体１１の製造に大きな設備を必要とせず、製造コストが抑えられる。

（７）網体部品２１が一体成型品であるため、網体１１及び繊維強化樹脂補強コンクリート材１を簡単に製造できる。

〔３．製法〕
以下に、繊維強化樹脂補強コンクリート材１の製造工程について説明する。
初めに、網体１１を組み立てる。具体的には、複数の網体部品２１を軸方向に連結することによって網体１１を作成する。
次に、網体１１と筒状の型枠３１を同軸にするように、網体１１を型枠３１の内側に配置する。この時、筒状の網体１１と型枠３１の軸方向が水平となることが好ましい。また、筒状の網体１１は、型枠３１の内側全周に対して隙間を持つように、スペーサー３２を使用して配置される。型枠３１に筒状の網体１１が配置された様子を図７に示す。
次に、型枠３１を型枠３１の軸周りに回転させながら、フレッシュコンクリート３３を型枠３１の内側に流し込む。フレッシュコンクリート３３は型枠３１の内側で遠心力によって筒状に形成される。
次に、型枠３１の回転を減速させ、筒状に形成されたフレッシュコンクリート３３の内面をスコップや鉄棒などで円柱面状に仕上げる。
次に、型枠３１の回転を停止させ、型枠３１及びその内側のフレッシュコンクリート３３を養生する。そうすると、フレッシュコンクリート３３が硬化して、コンクリート１２が完成する。
次に、型枠３１を解体して、型枠３１からコンクリート１２を取り外す。そうすると、繊維強化樹脂補強コンクリート材１が完成する。

以上のように、繊維強化樹脂補強コンクリート材１は網体１１とコンクリート１２によって製造される。

＜＜＜第２の実施の形態＞＞＞
図８〜図１０を参照して、第２実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材について説明する。第２実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材が第１実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材１と相違する点について主に説明する。また、第２実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材が第１実施形態の繊維強化樹脂補強コンクリート材と共通する構成要素には同一の符号を付す。

第１実施形態では、網体１１がコンクリート１２の内部に埋設されているのに対して、第２実施形態では、網体１１に加えて芯材１３がコンクリート１２の内部に埋設されている。

芯材１３が網体１１の中心軸に対して平行に設けられており、これら芯材１３が網体１１の内周面に沿って周方向に等間隔で配列され、これら芯材１３がコンクリート１２の内周面と外周面の間に埋設されている。芯材１３は網体１１の内周面に接合されており、その接合の種類としては溶着又は接着が挙げられる。なお、芯材１３と網体１１が一体に形成されていてもよい。

芯材１３は、網体１１と同様に、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を母材とした繊維強化樹脂で形成されている。

各芯材１３は、複数本の芯材部品２３を軸方向に軸方向に連結してなる連結体である。芯材部品２３が網体部品２１の中心軸に対して平行に設けられており、これら芯材部品２３が網体部品２１の内周面に沿って周方向に等間隔で配列されている。
隣り合う網体部品２１が継手部２２によって連結されているのと同様に、隣り合う芯材部品２３が第一継手半体２４Ａと第二継手半体２４Ｂからなる継手部２４によって連結されている。なお、隣り合う芯材部品２３の端面同士が突き当てられていてもよいし、隣り合う芯材部品２３の端面同士が溶着又は接着による突き当て接合されていてもよい。隣り合う芯材部品２３が継手部２４、溶着又は接合により連結されている場合、隣り合う網体部品２１が継手部２２によって連結されていなくてもよい。

＜＜＜変形例＞＞＞
以下の変形例１〜８の少なくとも１つのように、上記第１又は第２の実施形態から変更してもよい。以下の変形例１〜８の２以上を組み合わせて適用してもよい。

〔変形例１〕
上記第１、第２実施形態では、繊維強化樹脂補強コンクリート材１は電柱に用いられたが、例えば鉄筋コンクリート構造物の梁、柱又は杭に用いられてもよい。この場合、コンクリート１２は中空柱状よりも、中実柱状であることが好ましい。

〔変形例２〕
上記第１、第２実施形態では、繊維強化樹脂補強コンクリート材１が電柱に用いられたが、例えば水道管又はガス管に用いられてもよい。この場合、繊維強化樹脂補強コンクリート材１は中空柱状であり、コンクリート１２の両端部が開口していることが好ましい。

〔変形例３〕
上記第１、第２実施形態では、１体の網体１１がコンクリート１２に埋設されている。それに対して、径の異なる２体以上の網体１１が同軸状に配置され、これら網体１１がコンクリート１２に埋設されていてもよい。この場合、第２実施形態における複数本の芯材１３が各網体１１の内周面に沿って周方向に等間隔で配列されており、周方向の芯材１３の列も複数となる。

〔変形例４〕
上記第１、第２実施形態では、網体１１が複数の網体部品２１の連結体である。それに対して、網体１１が一体成型品であってもよい。網体１１が一体成型品であれば、従来の配筋作業（組立作業）が不要であり、繊維強化樹脂補強コンクリート材１を容易に製造できる。

〔変形例５〕
上記第１、第２実施形態では、網目１０２の配列がジグザグ型であったが、アームチェア型又はカイラル型であってもよい。アームチェア型の配列とは、図１１に示すように、各網目１０２の正六角形の対向する頂点を結ぶ３本の対角線のうち１本の対角線が網体１１の軸方向に対して垂直となって、これら網目１０２が柱面に沿って配列されていることをいう。すなわち、ジグザグ型の配列の正六角形を重心の回りに３０度又は９０度回転させると、アームチェア型の配列の正六角形の向き・姿勢になる。カイラル型の配列とは、図１２に示すように、各網目１０２の正六角形の上記３本の対角線が網体１１の軸方向及び周方向の両方に対して斜めとなって、これら網目１０２が配列されていることをいう。

〔変形例６〕
上記第１、第２実施形態では、網目１０２が正六角形状であるものとしたが、例えば三角形又は四角形等の他の形状であってもよい。

〔変形例７〕
上記第２実施形態では、複数本の芯材１３が網体１１の内周面に沿って周方向に配列されている。それに対して、複数本の芯材１３が網体１１の外周面に沿って周方向に等間隔に配列されていてもよい。

〔変形例８〕
上記第２実施形態では、各芯材１３が複数本の芯材部品２３の連結体である。それに対して、各芯材１３が一体成型品であってもよい。

１…繊維強化樹脂補強コンクリート材
１１…筒状の網体
１２…コンクリート
１３…芯材
２１…筒状の網体部品
２２…継手部

Claims

コンクリートと、
前記コンクリートの内部に埋設される繊維強化樹脂製の筒状の網体と、
を備える繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記網体が、
軸方向に直列され、前記繊維強化樹脂からなる複数の筒状の網体部品と、
前記複数の網体部品の隣り合う網体部品の間に設けられ、これら隣り合う網体部品を連結する継手部と、
を有する請求項１に記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記網体の内周面又は外周面に沿って間隔を置いて周方向に配列されるとともに、前記コンクリートの内部に埋設される複数の繊維強化樹脂製の棒状の芯材を更に備える請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記繊維強化樹脂が炭素繊維強化樹脂である請求項１から３の何れか１つ記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記コンクリートが柱状である請求項１から４の何れか１つに記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記コンクリートが中空である請求項５に記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記網体の網目形状が正六角形である請求項１から６の何れか１つに記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。
前記網体の網目を囲う辺同士の交差部となる節に段差が無い請求項１から７の何れか１つに記載の繊維強化樹脂補強コンクリート材。