JP2835837B2 - 力伝達材の接合部 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、引張材や圧縮材など力を伝達する力伝達材
の接合部、特に、鋼棒、鉄筋、FRPロツド、アンカー及
びパイプ等の力伝達材とその端部を接合するための継手
との空隙にセメントペーストを充てんしてなる接合部に
関する。 〔従来の技術及びその問題点〕 従来、力を伝達する力伝達材を接合する場合、継手を
用いる力法は、広く一般に使われている。例えば、端部
にネジ切りのある鉄筋を内面にネジ切りのある継手でつ
なぐ方法、凹凸のついたFRPロツドをこの凹凸に合致す
る孔を持つ継手でつなぐ方法などがある。 継手を用いて鋼棒の接合を行う方法を第１図に基いて
説明すると、少なくとも端部に雄ねじを有する鋼棒1aと
1bを当接した後内面に雌ねじを切つた継手により接合せ
しめ、ついで鋼棒と継手との間の空隙及び鋼棒の当接部
の空隙に、鉄筋1a、1bと継手２の間隙５、または継手に
設けた充てん材注入口４から充てん材３を注入し硬化さ
せる方法が行われている。 しかし、これらの方法でつながれた接合部は、接合作
業上ある程度の空隙が必要であるため、接合後のガタつ
きが不可避である。まして、精度の必要な部分での接合
や、力伝達材の周囲にコンクリートなどの引張に対する
弾性変形率の小さい材料がある場合、接合部のガタによ
って、その周囲に材料にひび割れが発生する原因とな
る。このガタつきを防止するために、エポキシなどの樹
脂系及びセメント系の無収縮充てん材が知られている
が、樹脂系の充てん材は硬化収縮が大きいこと、硬化後
の圧縮弾性係数が小さいこと、クリーブが大きいこと、
さらに火災時の耐久性が弱いなどの欠点を有している。 一方、セメント系の充てん材は、圧縮強度が最高でも
700kg/cm²程度であり、力伝達材と継手との微少空隙に
充てんするためには水・セメント比を大きくしてセメン
トペーストまたはセメントモルタルの流動性を高める必
要があるので、強度の発現性が悪くなり、かつ、弾性率
も小さくなることから信頼性に欠けるという問題があつ
た。 また、圧縮弾性係数や圧縮強度の低い材料を空隙に充
てんした場合、力伝達材に力が作用した時、圧縮弾性係
数が低いために充てん材が変形するので、力伝達材がズ
レたり、あるいは、圧縮強度が小さいために、充てん材
が圧壊し、充てん材としての役目を果さなくなつて、接
合部のガタつきを防ぐことは不可能であつた。 すなわち、この種の接合方法においては、継手にすべ
りが生じそのまわりに打設したコンクリート７に有害な
ひび割れを生じさせることなく、しかも力伝達材の剛性
及び靭性を損なわせないようにするための充てん材の圧
縮強度と弾性率を十分に高いものとし、かつ、作業性の
良好なものとすることが重要であるが、従来の充てん材
はこれらの要求を満たすにはほど遠く、従つて、信頼性
のある力伝達材の接合は困難であるという問題があつ
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、力伝達材と継手との微少な空隙に充てんさ
れ易く、かつ、硬化後は圧縮弾性係数や圧縮強度の高い
硬化体を形成するセメントペーストを充てんしたとこ
ろ、卓越した効果を発揮することを見い出し、本発明を
完成するに到った。 〔問題点を解決する手段〕 本発明は、力伝達材と継手との空隙に、充てんし易
く、かつ、圧縮弾性係数が2.0×10⁵kg/cm²以上で、か
つ、圧縮強度が1,000kg/cm²以上のセメント硬化体を形
成しうる、セメント質物質、超微粉、高性能減水剤及び
水を含有してなり、超微粉をセメント100重量部に対し
て、５〜45重量部配合したセメントペーストを充てんし
た力伝達材の接合部である。 以下、本発明を詳しく説明する。 本発明の接合部に使用する力伝達材と継手の材質は、
力を伝達できるものであればいかなるものでも良い。材
質の例としては、金属、有機物、無機物などのいずれで
もよく、鉄、非鉄金属、合金、FRPなどがある。力伝達
材の断面形状は多角形、円形、だ円形、及びそれらの一
部に空洞を有する形状など、任意の形状で良く、継手は
力伝達材接合部全面又は一部分と接する形状を有してお
れば、いかなる形状でもよい。また、力伝達材と継手と
はそれらを組合せた場合、その空隙にセメント硬化体が
存在していなくても、伝達力が作用した時に、その接合
部が容易にずれたり、抜けたりしない構造または形状を
互いに有しているものでなければならない。例として、
力伝達材と継手にネジが切つてあり、互いにこのネジで
接合されたり、力伝達材の端部にヘツドを作り、このヘ
ツドを継手にひつかけて接合したり、あるいは、力伝達
材と継手の間にくさびを入れて接合したりする方法など
がある。 本発明において前述のような物性を有するセメント硬
化体を形成するセメントペーストを使用する理由を第１
図に基づいて説明すれば次のとおりである。 鋼棒1a及び1bに力が加わると、その力の影響を最も受
け易いのは両鋼棒の接合部分であるが、この力が加わつ
た場合鋼棒1a及び1bと継手２との空隙に注入した充てん
材にはそれに応じた変形が生じる。この変形量が大きい
と鋼棒1a及び1bの周りに打設したコンクリート７に有害
なひび割れを生じ、RC部材の靭性を低下させて構造物の
安全性が損なわれる。しかし、鋼棒に力が加わつてもそ
れに対応して発生する充てん材の歪みが十分に小さくな
るものを使用すれば、すなわち、圧縮弾性率の高い充て
ん材を使用すれば前述したような不都合は生じない。 更に、セメントペーストの組成を特許請求の範囲にお
いて規定したものに限定したのは、超微粉を含有してい
るセメントペーストは1,000kg/cm²以上の圧縮強度を有
するだけでなく、2.0×10⁵kg/cm²以上の圧縮弾性係数を
有するセメント硬化体を容易に形成することができ、か
つ、超微粉と共に高性能減水剤を配合することにより、
少ない水比で流動性に優れたセメントペーストが形成さ
れるので充てんが極めて容易になるからである。 さらに図面に基づいて、力伝達材の接合方法を説明す
る。 第２図はパネル８などの接合部を示すものであり、符
号1a,1bは力伝達材、２は継手、３は充てん材であつ
て、ねじ部の空隙には充てんされている。1aと２は螺合
し、1bと２は螺合以外の方法即ち、1bの端部に設けたヘ
ツドで接合しており、1aと1bのサイズは、同じであつて
も、異なつても良く、形状も任意である。４は充てん材
注入口を示す。 第３図は、鉄筋やFRPロツドの端部をヘツド加工した
一例であり、符号1a,1bは力伝達材、２は継手、３は充
てん材であつて継手とヘツドあるいはロツドとの空隙に
も充てんされている。また、加工されたヘツドの形状
は、三角形、四角形などの多角形や円形など任意であ
る。 第４図は、アンカーの一例である。符号1aは力伝達材
としてのボルトであり、1bは一方の力伝達材としての既
設コンクリートである。２は継手であつて、６はくさび
である。３は充てん材であつて継手とくさび及び継手と
ボルトのねじ部の空隙等にも充てんされている。1aはボ
ルト以外の鉄筋、FRPロツド、鉄棒なども使え、1bはコ
ンクリート以外で継手及びくさびを固定できるものであ
れば、何んでも良い。 第５図は、くさびとカブラーを用いた接合部の例であ
る。1a,1bは力伝達材、２は継手、３は充てん材、６は
くさびであり、充てん材は継手とくさび及び力伝達材と
くさびの空隙等にも充てんされている。 第６図は、FRPロツドなどのロツドの端部に凹凸に設
けた一例であり、1a,1bは力伝達材で、しかも、1bは継
手をも兼ねている。 第７図は、パイプ等の接合例で、1a,1bはパイプ状の
力伝達材、２は継手、３は充てん材であつて、ねじ部の
空隙に充てんされている。また、継手２は1a,1bの外側
に設けた例を示しているが第８図に示すように内側に設
けても良いし、さらに、一方の力伝達材に対しては外側
に、他方の力伝達材に対して内側となるように設けても
よい。 次に、力伝達材と継手との空隙に充てんされているセ
メント硬化体について説明する。 接合部のガタつきを防ぎ、伝達力を十分に伝え得るセ
グメント硬化体は、圧縮弾性係数が2.0×10⁵kg/cm²以
上、圧縮強度が1,000kg/cm²以上であつて、それ以下の
物性のものであれば、接合部内での力伝達材の固定が強
固とならない。 圧縮弾性係数が2.0×10⁵kg/cm²以上、圧縮強度が1,00
0kg/cm²以上のセメント硬化体は、セメント質物質、超
微粉、高性能減水剤及水よりなる水硬材料を混練したセ
メントペーストを硬化したセメント硬化体である。 セメント質物質は、セメントと必要に応じて加えられ
る膨張材、急硬材からなる。 セメントとしては、普通、早強、超早強、白色及び耐
硫酸塩の各種ポルトランドセメントが一般的に用いられ
る。さらに、フライアツシユセメント、高炉セメントな
どの混合セメントや、中庸熱セメント、マスコンクリー
ト用セメントなどの低発熱セメントなども使用できる。 また、それらを微粉にしたセメント、例えば商品名
「コロイドセメント」、「スーパーフアインセメント」
なども使用できる。 更には高炉スラグにアルカリ刺激材を加えたものも使
用できる。 膨張材の使用は、力伝達材、継手への密着及び収縮低
減に有効である。膨張材としては、例えば焼成CaOの如
き生石灰系、石膏系、生石灰−石膏系及びカルシウムサ
ルホアルミネート系の物が有効であり、特に焼成CaOが
好ましい。 その膨張性から膨張材の好ましい使用量はセメント10
0重量部に対し20重量部以下、さらに好ましくは２〜15
重量部である。 焼成CaOとしては軟焼、硬焼、熔融品等が使用でき、
反応性から軟焼CaOが好ましい、又、焼成CaOの粒径は反
応性から88μ以下のものが良好である。 また、急硬材としては、カルシウムアルミネートと無
機硫酸塩の混合物が好適に使用され、その配合割合は、
セメント100重量部に対し10〜60重量部とするのが好ま
しい。急硬材を使用したセメントペーストは短時間の強
度発現にすぐれているので、充てん作業性が問題となる
のであれば、凝結遅延剤を添加して可使時間を自由に調
節することができる。凝結遅延剤としては、クエン酸、
酒石酸、グルコン酸などのヒドロキシカルボン酸又はそ
の水溶性塩やNa₂CO₃,NaHCO₃,K₂CO₃,KHCO₃などのアルカ
リの炭酸塩、重炭酸塩があげられる。 超微粉は、平均粒径１μ以下の粉末であり、成分的な
制限は特にないが、水に易溶性のものは適当でない。本
発明では、シリコン、含シリコン合金及びジルコニアを
製造する際に副生するシリカダスト（シリカヒユーム）
やシリカ質ダストが特に好適であり、フライアツシユや
炭酸カルシウム、シリカゲル、オパール質硅石、酸化チ
タン、酸化アルミニウム等の微粉砕品も使用できる。混
練物の流動性や整形性から超微粉の好ましい量は、セメ
ント100重量部に対し３〜50重量部、好ましくは５〜45
重量部で、50重量部を越えると結合材を混練することが
困難となつて、かつ強度の発現も不充分となる。また、
３重量部未満では強度の発現が不充分である。 高性能減水剤としてはセメントに多量添加しても凝結
の過遅延や過度の空気連行を伴なわない分散能力が大で
ある界面活性剤が用いられる。具体例を示すとメラミン
スルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、ナフタリンス
ルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、高分子量リグニ
ンスルホン酸塩及びポリカルボン酸塩などを主成分とす
るものがあげられる。 高性能減水剤の標準使用量は、通常、セメントに対し
0.3〜１重量％であるが、本発明では、それよりも多重
に添加することが望ましく、好ましくはセメント100重
量部に対し10重量部以下、さらに好ましくは１〜８重量
部であり、10重量部をこえると結合材の硬化に悪影響を
与えるため、好ましくない。 以上の水硬材料の他に必要に応じて硫酸カルシウム等
の通常使用される混和材を併用することもできる。 以上の水硬材料に水を加えた混練物（ペースト）を得
る。 水の添加量は、空隙へ充てんするためには、使用水量
が多ければ多い程好ましいが、使用水量が増えるとセメ
ント硬化体の圧縮弾性係数と圧縮強度が低下するため、
むやみに水量を増やすことができず、セメント質物質及
び超微粉100重量部に対して10〜30重量部、好ましくは1
2〜25重量部である。 以上の組成よりなる水硬材料の混合方法は、制限がな
く、均一に混練されるものであればどのような方法を用
いてもよい。 例えば、上記水硬材料をあらかじめ乾式ブレンドし、
これに水を加える方法が通常であるが、各々の水硬材料
を別々に計量し、同時にミキシングする方法、さらに、
例えば超微粉と高性能減水剤を除く材料をあらかじめ水
で混練し、その後超微粉と高性能減水剤を加え再混練す
る方法等も使用できる。ミキシングに用いるミキサー
は、通常のパドル型モルタルミキサー、オムニミキサ
ー、ハンドミキサー等均一混合が可能であれば、どの形
式のものでもよい。 混練したセメントペーストを接合部の空隙に充てんす
る方法としては、継手に設けた充てん注入口から、ある
いは、継手と力伝達材との隙間からの注入、流し込み、
圧入、吸引による方法や、力伝達材の接合部にセメント
ペーストをつけてから、継手と組み合わせる方法や、逆
に、継手にセメントペーストをつめてから、力伝達材と
継手を接合する方法などがある。また、接合部における
力伝達材の接合方法は、力伝達材と力伝達材を直線状に
なる様につき合わせる方法や、力伝達材の一部を互いに
重ね合わせる方法、力伝達材にフツクを付けて互いにひ
つかける方法など、種々の接合状態となるように接合す
ることが可能である。 〔実施例〕 以下、実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明す
る。 実施例1. 第１表の実験No.1に示す配合にてセメントペーストを
調製し充分に混練りした後、ポンプにて第１図に示すよ
うな鉄筋接合部へ充てんし、20℃−80％RHの部屋で養生
し、材令28日で接合部の引張試験を行い、本発明の有効
性を確認した。又、同時に混練したセメントペースト
を、5cmφ×10cmの円柱型枠にとり20℃−80％RHの部屋
で型枠ごと養生を行い、材令28日で圧縮強度と圧縮弾性
係数の測定を行つた。その結果も第１表に示す。又、接
合部の引張応力−ひずみ曲線を第９図に示す。 比較例1. 第１表の実験No.2に示す配合にて調製したセメントペ
ーストと市販の樹脂系充てん材を用いた実験結果も第１
表及び第９図に実験No.2及びNo.3として夫々示す。第１
表及び第９図から本発明による接合方法（実験No.1）が
優れていることがわかる。 実施例１及び比較例１において使用した水硬材料及び
充てん材の注入方法は次のとおりである。 ＜使用材料＞ 1.）鉄筋 SD35−D32 2.）継手 機械構造用炭素鋼S45C 3.）充てん材 ３）−１ セメント系 セメント：電気化学工業（株）普通ポルトランドセメ
ント 超微粉：フエロシリコン製造時のシリカダスト （平均粒径0.1μ） 高性能減水剤：電気化学工業（株）商品名「FT−50
0」 （主成分 アルキルナフタレンスルホン酸ホルムアル
デヒド縮合物の塩、有効成分換算で使用） ３）−２ 樹脂：住友化学（株）製 スミカダインSA N
o.5 主 剤：ビスフエノールＡジグリシジルエーテル 硬化剤：ポリエチレンポリアミン高沸点物 ＜注入方法＞ 継手内に鉄筋を付き合わせて配置した後、残余の空隙
にセメントペーストを充てんした。セメントペーストの
注入は、継手に設けられた注入口からポンプ注入により
行なつた。 実施例２ 第２表に示す配合で混練りしたセメントペーストを、
第３表に示す力伝達材と継手との空隙に充てんし、20
℃,80％RHの部屋で養生した後、材令28日に接合部の引
張試験を行ない、接合部のスペリ状態を調べ、引張試験
時の応力ひずみ曲線を第10図に示す。又、同配合のペー
ストを5cmφ×10cmの型枠にとり同一条件で養生したも
のの圧縮強度と圧縮弾性係数を測定し、その結果を第３
表に併記した。 比較例2. 比較例として、空隙に何も充てんしなかつた場合と、
エポキシ系の充てん材を充てんした場合の接合部につい
て実施例２と同様に引張試験を行なつた。その結果を第
３表及び第10図に併記する。＜使用材料＞ セメント：秩父セメント製早強ポルトランドセメント 超微粉：フエロシリコン製造時のシリカダスト （平均粒径0.1μ） 高性能減水剤：電気化学工業（株）商品名「FT−50
0」 （主成分：アルキルナフタレンスルホン酸ホルムアル
デヒド縮合物の塩） （固形分換算で添加） 水：水道水 力伝達材 PC鋼棒：高周波熱練（株）製；種類Ｃ種１号、呼び名
17mm くさび：炭素鋼S45Cにて製作 継 手：炭素鋼S45Cを用いて、両端にPC鋼棒のヘツド
部を定義できる穴を持つ円柱状の継手 樹脂系充てん材：住友化学（株）製 スミカダインSA
No.5実施例3. 力伝達材として端部にネジを切つた鋼管（外径3.2mm,
肉厚3.6mm）を使用し、継手として、それに外側で螺合
するネジをもつソケツトを使い、その空隙に実施例２の
第２表のセメントペーストを充てんし、実施例２と同様
の実験をしたところ良好な結果が得られた。 実施例4. 継手として１組のアンカー（（株）マキタ電機製作所
製アンカNo.4）を用い、力伝達材として1/2インチのボ
ルトとアンカーを打ち込む既設のコンクリートを使用し
た。この場合、継手としての１組のアンカーは、ボルト
に対しては外側の継手となり、既設コンクリートに対し
ては内側の継手となる。アンカーを一方の力伝達材であ
る既設コンクリートに打ち込んでから、第２表のセメン
トペーストをアンカー内に詰めた後、もう一方の力伝達
材であるボルトを締めつけて、十分に養生した後、ボル
トの破断強度の1/2の荷重でボルトを繰り返し引張つた
ところ、ボルトのゆるみ、スベリ、もどり等がなく、良
好であつた。 実施例5. 圧縮弾性係数が2.0×10⁵kg/cm²以上、圧縮強度1,000k
g/cm²以上のセメント硬化体となる水硬材料の配合例を
第４表に示し、同時にその物性も併記する。〔発明の硬化と用途〕 本発明接合部は、耐火性、耐候性にすぐれ、力伝達材
と継手とのガタつき、スベリ、もどり等を防止すること
が可能であり、さらに、構造物の鉄筋、接合部に引張・
圧縮が交互に繰り返えして作用しても、安定した接合部
が可能となり、信頼性を著しく高めることができるとと
もに、本発明で用いるセメントペーストは、少ない水比
で流動性に優れているので、作業性が大である。 用途としては、パイルの継手部、プレキヤストパネル
の継手部、プレキヤスト部材の継手部などの鉄筋の接合
部、トラス，鉄塔，柱，梁などの鉄骨の接合部、などに
使用可能であり、さらに、機械類や棚、机などの固定や
既設コンクリートなどへの鉄筋固定用のアンカー類にも
使用可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は、継手を用いた鉄筋の接合方法を説明するため
の接合部分の断面図、第２図、第３図、第４図、第５
図、第６図、第７図及び第８図は本発明の各種の接合部
の構造を説明するためのもので、夫々異なる型の接合部
の断面図を示し、第９図及び第10図は夫々実施例１及び
実施例２における接合部の引張り試験の結果を示すグラ
フである。 1a,1b:力伝達材、2:継手、3:充てん材、4:充てん材注入
口、5:力伝達材と継手との隙間、6:くさび、7:接合部周
囲のコンクリート、8:パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白川 潔 尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住友金 属工業株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 山崎 章 大阪市東区北浜５丁目15番地 住友金属 工業株式会社内 (72)発明者 玉木 俊之 町田市旭町３−５−１ (72)発明者 芦田 公伸 町田市旭町３−５−１ 電気化学工業株 式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−130961（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−102125（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−30740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−37259（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−54420（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−104226（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．力を伝達する力伝達材と、該力伝達材の端部を接合
   するための継手を備え、かつ、該力伝達材と該継手との
   空隙に、そのセメント硬化体の圧縮弾性係数が2.0×10⁵
   kg/cm²以上で圧縮強度が1,000kg/cm²以上となる、セメ
   ント質物質、超微粉、高性能減水剤、及び水を含有して
   なり、超微粉がセメント100重量部に対して、５〜45重
   量部であるセメントペーストを充てんしてなる力伝達材
   の接合部。