JP3669938B2 - 熱可塑性樹脂被覆ｆｒｐ製幅止め材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法に関し、特に、作業効率を向上させ、かつ、製造上のコストを低減することができる熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高強度で軽量であるＦＲＰ製の補強筋が、鉄筋の代わりに種々のコンクリート構造物に内蔵されている。例えば、トンネルを構築する際に採用されているＮＯＭＳＴ（Novel Material Shield-cuttable Tunnel-wall）工法においては、シールドの発進位置と到達位置にケーソンを埋設して立坑を築造し、この立坑を直接シールドで開削するが、このケーソンにはＦＲＰ製の主筋、帯筋、せん断筋が内蔵されている。
【０００３】
前記ケーソンは、工場で製造されてから立坑築造位置へと搬送され、埋設されるが、前記ケーソン製造の際に、このケーソン内部で前記ＦＲＰ製の主筋同士および帯筋同士の間隔を保持・固定するため、主筋間または帯筋間に、所定の「幅止め材」が配置される。
【０００４】
従来の「幅止め材」の例としては、例えば、図５に示したようなＦＲＰロッド材１００が挙げられる。このＦＲＰロッド材１００は、ＦＲＰ芯材１１０に、ＦＲＰ外周線１２０を螺旋状に巻き付けて製造したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ＦＲＰロッド材１００を製造するには、人手または巻き付け装置によって、直線部１１１とフック部１１２からなるＦＲＰ芯材１１０の外周に、ＦＲＰ外周線１２０を巻き付けるという方法によっていたため、作業効率が悪い上に人件費が嵩んでいた。
【０００６】
本発明の課題は、熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法において、作業効率を格段に向上させ、かつ、製造上のコストを格段に低減することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法は、
例えば、図１から図３に示すように、
熱硬化性樹脂１１を含浸させた繊維芯材１２の外周面を、熱可塑性樹脂１３で被覆した熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を複数本作製する工程と、
少なくとも１本の前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０の外周に、６本の前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を螺旋状に撚り合わせてＦＲＰロープ２０ａを作製する工程と、
前記ＦＲＰロープ２０ａを矩形螺旋状に硬化治具５０に巻き付け硬化させて矩形状ループ３０を複数成形する工程と、
前記矩形状ループ３０の一組の相互に対向した２辺のほぼ中央部を切断する工程と
を経ることを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、せん断補強筋を製造するための既存設備を有効活用してＦＲＰロープの作製や矩形状ループの成形を行い、この矩形状ループの所定位置を切断するだけで熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製の幅止め材を得ることができるため、製造工程をほぼ全て自動化・機械化することができ、余分な人件費がかからず、製造上のコストを格段に低減することができる。
【０００９】
また、請求項１記載の発明によって得られた熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、鉄筋と比較してきわめて軽量となり、施工性が良好である上に、シールドのカッタービットによって容易に切断することができる。この結果、ＮＯＭＳＴ工法に用いられる立坑用ケーソンの幅止め材として好適に使用することができる。
【００１０】
さらに、請求項１記載の発明によって得られた熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、熱可塑性樹脂で被覆されたＦＲＰ線によって構成されているため、きわめて耐食性に優れ、劣悪な腐食性環境下においても補強筋としての役割を完遂することができる。従って、かぶりの浅いコンクリート構造物の補強筋として、また、海岸などの腐食性環境下において、好適に使用することができる。
【００１１】
請求項２記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法は、
例えば、図２から図４に示すように、
熱硬化性樹脂１１を含浸させた繊維芯材１２の外周面を、熱可塑性樹脂１３で被覆した熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を複数本作製する工程と、
８本の前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を八つ打ちロープ状に編組みして八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂを作製する工程と、
前記八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂを矩形螺旋状に硬化治具に巻き付け硬化させて矩形状ループ３０を複数成形する工程と、
前記矩形状ループ３０の一組の相互に対向した２辺のほぼ中央部を切断する工程と
を経ることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１３】
請求項３記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法は、
請求項１または２記載の発明において、
前記矩形状ループ３０のコーナー部の半径を、前記ＦＲＰロープの外径の２倍〜５倍とすることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によって製造した熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、そのコーナー部の半径を前記範囲内とすることにより、主筋や帯筋に掛止し易くなる。また、コーナー部の半径が前記範囲内であれば、コーナー部の強度が低くなることがない。この結果、製造上のコストを低減しながら、より高品質の幅止め材を得ることができる。
【００１５】
請求項４記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法は、請求項１、２または３記載の発明において、
前記ＦＲＰロープ２０ａまたは前記八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂから前記矩形状ループ３０を成形する際に、
硬化時張力Ｔ（ｇ）／（補強繊維１１の総重量(g/m)×９０００）により定義される硬化時張力係数ｃを０.００５以上０.０２５以下の範囲とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によって製造された熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、硬化時張力係数を前記範囲とすることにより、引張力が負荷しても過剰に伸びたり歪んだりすることがなく、引張強度が高い。この結果、製造上のコストを低減しながら、より高品質の幅止め材を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を使用して、本発明の実施の形態について説明する。
なお、この実施の形態において使用した材料は、以下の通りである。
【００１８】
＝＝＝使用材料＝＝＝
▲１▼繊維：商品名「トレカＴ７００Ｓ １２Ｋ（東レ株式会社製）」、１２０００フィラメント、８８０ｄｔｅｘ、１２本（繊維含有率＝５５.４ｖｏｌ％）
▲２▼熱硬化性樹脂１：商品名「エスターＨ２０００ＨＶ（三井化学株式会社製）」、８０部
▲３▼熱硬化性樹脂２：商品名「ＮＫエステル３Ｇ（新中村化学株式会社製）」、２０部
▲４▼触媒１：商品名「カドックスＢ−ＣＨ５０（化薬アクゾ株式会社製）」、４部▲５▼触媒２：商品名「カヤブチルＢ（化薬アクゾ株式会社製）」、０.５部
▲６▼熱可塑性樹脂：ナイロン１２（８０℃一昼夜乾燥）
【００１９】
＜第１実施の形態＞
第１実施の形態に係る熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法を、図１から図３によって説明する。
まず、前記材料を使用して、図１に示したＦＲＰロープ２０ａを作製する。図１（ａ）はその断面図、（ｂ）はその側面図である。ＦＲＰロープ２０ａは、図１から明らかなように、１本の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０の外周に、６本の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を螺旋状に撚り合わせて作製したものである。
【００２０】
前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０は、熱硬化性樹脂１１を含浸させた繊維芯材１２の外周面を、熱可塑性樹脂１３で被覆して成形したものである。なお、繊維芯材１２の径は３.５ｍｍ、熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０の径は４ｍｍ、熱可塑性樹脂１３の被覆厚さは０.２５ｍｍとした。
【００２１】
図１の（ａ）は、熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を螺旋状に撚り合わせて、この熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０の外周面の熱可塑性樹脂１３同士を融合させた状態を示しているが、図１の（ｃ）に示すように、前記熱可塑性樹脂１３同士が融合しない程度に撚り合わせてもよい。
【００２２】
図１に示したＦＲＰロープ２０ａの作製工程を具体的に説明する。まず、前記繊維を供給するロービングスタンドを配置し、繊維ガイドを介して未硬化状熱硬化性樹脂が貯留された樹脂槽に前記繊維を通して熱硬化性樹脂１１を含浸させる。次いで、この樹脂含浸繊維を、余分な樹脂を所定の繊維含有率まで絞りながら引き揃えて繊維芯材１２とする。この繊維芯材１２をクロスヘッドダイ内に通し、溶融させた熱可塑性樹脂１３を外周面に被覆して、未硬化状の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０とする。
【００２３】
続いて、未硬化状の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を巻き取ったポビン７巻をクリールスタンドに固定し、このクリールスタンドから供給される熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を、例えば回転巻き取り機などの撚り機で螺旋状に撚り合わせて、未硬化状の７本撚りＦＲＰロープ２０ａを作製する。ここで、撚りピッチは８０ｍｍとし、撚り張力は中央の１本を１.１ｋｇ、周囲の６本を１ｋｇとした。この撚り張力はクリールスタンドが備えるブレーキによって調整することができる。
【００２４】
前記工程を経て作製された図１のＦＲＰロープ２０ａを、図２に示す硬化治具５０により矩形螺旋状に巻き取って硬化させ、図３（ａ）に示した矩形状ループ３０を複数成形する。その後、図３（ｂ）に示すように、この矩形状ループ３０の一組の相互に対向した２辺のほぼ中央部を切断して、最終的に、図３（ｃ）に示した熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材４０を製造する。
【００２５】
第１実施の形態では、矩形状ループ３０のコーナー部の半径を、ＦＲＰロープ２０の外径の３倍とした。この矩形状ループ３０のコーナー部の半径は、小さくするほど主筋や帯筋に掛止し易くなるが、小さすぎるとこのコーナー部の強度が著しく低下するため、ＦＲＰロープ２０ａの外径の２倍〜５倍程度とするのが好ましいのは前記したとおりである。
【００２６】
ＦＲＰロープ２０ａの片方の端部に１０ｋｇの重錘を垂下させ、硬化時張力を１０ｋｇとした。この硬化時張力Ｔは、以下の計算式により得られる範囲内とするのが好ましいのは前記したとおりである。
Ｔ（ｇ）＝繊維芯材の総重量(g/m)×９０００×ｃ
０.００５≦ｃ≦０.０２５
【００２７】
硬化時張力Ｔが前記範囲の上限値より大きいと、熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材４０のコーナー部４１が扁平になり、引張強度が低下するので好ましくない。また、逆に前記範囲の下限値より小さいと熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０の弛みが残って使用時に伸びや歪みが大きくなるので好ましくない。
【００２８】
図３（ａ）に示した矩形状ループ３０の各辺の長さは、所望のサイズの熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材４０を製造することができるように適宜設定する。例えば、直線部４２の長さが１０００ｍｍ、フック部４３の長さが２００ｍｍの熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材４０を製造する場合には、矩形状ループ３０の長辺を１０００ｍｍ、短辺（切断する辺）を４００ｍｍとする。
【００２９】
＜第２実施の形態＞
次に、第２実施の形態に係る熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法を、図４によって説明する。この第２実施の形態は、第１実施の形態において、ＦＲＰロープ２０ａを作製する工程を、八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂを作製する工程に変更したものであるので、重複する部分は説明を省略する。
【００３０】
第２実施の形態においては、未硬化状の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０を、第１実施の形態と同様の手順で８本作製し、これらを用いて、編網機によって、（未硬化状の）八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂを作製する。この八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂの断面図および側面図を、図４（ａ）および（ｂ）に示した。なお、第１実施の形態の図１（ｃ）と同様に、熱可塑性樹脂１３同士が融合しない程度に熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線１０の外周の撚り合わせた場合のＦＲＰロープ２０ｂの断面図を、図４（ｃ）に示した。
【００３１】
前記八つ打ちＦＲＰロープ２０ｂから、第１実施の形態と同様の手順で、図２に示した硬化治具５０を用いて矩形状ループ３０を成形し、この矩形状ループ３０の一組の相互に対向した２辺のほぼ中央部を切断して、最終的に熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材４０を製造した。なお、この際の硬化張力Ｔを１１.５ｋｇ（ｃ＝０.０２２）とした。
【００３２】
なお、前記第１および第２実施の形態においては、繊維芯材を構成する繊維としてカーボン繊維を使用したが、このカーボン繊維よりも安価なアラミド繊維やガラス繊維を使用することもでき、これらカーボン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維を組み合わせて使用することもできる。また、図２に示した硬化治具５０のローラー５１は、ＦＲＰロープ２０の外径に応じてその半径を適宜変更可能な可変径式ローラーとすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１および２記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法によれば、作業効率を格段に向上させることができる上に、余分な人件費がかからず製造上のコストを格段に低減することができる。
【００３４】
また、請求項１および２記載の発明によって得られた熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、軽量で施工性が良好であり、かつ、シールドのカッタービットによって容易に切断することができる。従って、ＮＯＭＳＴ工法に用いられる立坑用ケーソンの幅止め材として好適に使用することができる。
【００３５】
さらに、請求項１および２記載の発明によって得られた熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、金属製幅止め材の代替部材として、医療関連やＩＴ関連の建造物の構築に好適に使用することができる。
【００３６】
さらにまた、請求項１および２記載の発明によって得られた熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材は、熱可塑性樹脂で被覆されたＦＲＰ線によって構成されているため、きわめて耐食性に優れ、劣悪な腐食性環境下においても補強筋としての役割を完遂することができる。従って、かぶりの浅いコンクリート構造物の補強筋として好適に使用することができるし、海岸などの腐食性環境下においても好適に使用することができる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、適度な強度を備え、かつ、主筋や帯筋に掛止し易いコーナー部を有する熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を製造することができる。すなわち、製造上のコストを低減しながら、より高品質の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を得ることができる。
【００３８】
請求項４記載の発明によれば、引張力が負荷しても過剰に伸びたり歪んだりすることがなく、かつ、引張強度の高い熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を製造することができる。すなわち、製造上のコストを低減しながら、より高品質の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によって製造される熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を構成するＦＲＰロープを示し、（ａ）および（ｃ）はその断面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】本発明方法で使用する硬化治具の斜視図である。
【図３】本発明方法において矩形状ループから熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を得る際の工程図である。
【図４】本発明方法によって製造される熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材を構成する八つ打ちＦＲＰロープを示し、（ａ）および（ｃ）はその断面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】従来の幅止め材であるＦＲＰロッド材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０：熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線
１１：繊維芯材
１２：熱硬化性樹脂
１３：熱可塑性樹脂
２０ａ：ＦＲＰロープ
２０ｂ：八つ打ちＦＲＰロープ
３０：矩形状ループ
４０：熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材
４１：（熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の）コーナー部
４２：（熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の）直線部
４３：（熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の）フック部
５０：硬化治具
５１：ローラー
１００：ＦＲＰロッド材
１１０：ＦＲＰ芯材
１１１：（ＦＲＰ芯材の）直線部
１１２：（ＦＲＰ芯材の）フック部
１２０：ＦＲＰ外周線

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法において、
   熱硬化性樹脂を含浸させた繊維芯材の外周面を、熱可塑性樹脂で被覆して熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線を複数本作製する工程と、
   少なくとも１本の前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線の外周に、６本の前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線を螺旋状に撚り合わせてＦＲＰロープを作製する工程と、
   前記ＦＲＰロープを矩形螺旋状に硬化治具に巻き付け硬化させて矩形状ループを複数成形する工程と、
   前記矩形状ループの一組の相互に対向する２辺のほぼ中央部を切断する工程とを経ることを特徴とする熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法。
2. 熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法において、
   熱硬化性樹脂を含浸させた繊維芯材の外周面を、熱可塑性樹脂で被覆して熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線を複数本作製する工程と、
   ８本の前記熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ線を八つ打ちロープ状に編組みして八つ打ちＦＲＰロープを作製する工程と、
   前記八つ打ちＦＲＰロープを矩形螺旋状に硬化治具に巻き付け硬化させて矩形状ループを複数成形する工程と、
   前記矩形状ループの一組の相互に対向する２辺のほぼ中央部を切断する工程とを経ることを特徴とする熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法。
3. 前記矩形状ループのコーナー部半径を、前記ＦＲＰロープ外径の２倍〜５倍とすることを特徴とする請求項１または２記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法。
4. 前記ＦＲＰロープまたは前記八つ打ちＦＲＰロープから前記矩形状ループを成形する際に、
   硬化時張力（ｇ）／（補強繊維の総重量(g/m)×９０００）により定義される硬化時張力係数を０.００５以上０.０２５以下の範囲とすることを特徴とする請求項１、２または３記載の熱可塑性樹脂被覆ＦＲＰ製幅止め材の製造方法。

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