JP4216909B2

JP4216909B2 - 板材の積層方法及び積層体

Info

Publication number: JP4216909B2
Application number: JP24443896A
Authority: JP
Inventors: 哲郎前田; 敏弘安東; 金平岩田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH1086277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は板材、特に建設部材に用いられる鋼板、ステンレス板、繊維強化コンクリート及び繊維強化プラスチック等の構造用板材の積層方法及び積層体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板、ステンレス板、繊維強化コンクリート板及び繊維強化プラスチック板等の構造用板材、特に鋼板は、建築構造物や土木構造物等の建設部材として用いられている。しかしながら、建設部材として用いられているこれらの板材にひび割れ、欠落及び腐食等により欠陥部分が発生した場合には、欠陥部分を補修する必要があった。又、複数の板材間の端部どうしを接合したり、一枚の板材を円筒状や角柱状等に折り曲げ、対向する端部どうしを接合したりする場合には、接合部分の接合強度が大きくなるように補強する必要があった。
このように建設部材に用いられる板材を補修、補強する方法としては例えば、板材が鋼板の場合には、その欠陥部分や接合部分に鋼板を溶接接合する方法が一般的に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補強や補修を行う施工現場は、設備環境が完備された工場内とは異なり、温度や湿度等の条件が必ずしも十分でない。このような過酷な環境下で、高度な技術を要する溶接工法を行うことは難しいという課題があった。そこで、短時間で容易に再現性の大きい補強や補修を行うことが求められるようになった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、短時間で容易に施工でき、再現性や接合強度も大きい板材の積層方法及び積層体を提供するものである。
本発明者は、欠陥部分の補修や接合部分の補強が必要な板材上に、高延性材料である金属板と高剛性材料である繊維シートとを積層する積層方法において、板材を金属板と対面するように積層すれば、意外にも、極めて頑強な積層体が容易に得られることを知見して本発明の完成に至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、板材、金属板及び繊維シートを積層して前記板材の欠陥部分を補修する板材の積層方法において、前記金属板を、前記板材と対面するように、かつ、前記欠陥部分を覆うようにアクリル系接着剤を用いて積層すると共に、前記金属板と前記繊維シートをアクリル系接着剤を用いて積層してなることを特徴とする板材の積層方法である。そして、板材、金属板及び繊維シートを積層して前記板材の接合部分を補強する板材の積層方法において、前記金属板を、前記板材と対面するように、かつ、相隣接する板材の端部間に跨るようにアクリル系接着剤を用いて積層すると共に、前記金属板と前記繊維シートをアクリル系接着剤を用いて積層してなることを特徴とする板材の積層方法である。更に、該積層方法により積層してなる構造用積層体であり、コンクリート構造物の補強に用いられることを特徴とする積層体である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、母材である板材上に金属板と繊維シートとを積層して板材を積層する。この板材の材料には特に制限はないが、頑強に補強した積層体を提供する点で、頑強な材料であることが好ましい。そのためには、建設部材として一般的に用いられる鋼板、ステンレス板、繊維強化コンクリート板及び繊維強化プラスチック板が好ましい。これらの中では腑形性、価格や板材を折り曲げ加工しやすい点で鋼板とステンレス板が好ましく、鉄鋼材料がより好ましい。
【０００６】
板材上に積層する金属板の金属材料としては、本発明で用いる繊維シートに比べて破断伸びが大きい高延性材料であれば特に制限はなく、例えば、軟鋼やステンレス板等の鉄鋼材料、亜鉛鋼板、銅、銅合金、及び、アルミニウムやアルミニウム合金等の非鉄材料が挙げられ、これらを目的に応じて任意に用いられる。
【０００７】
板材上に積層する繊維シートの繊維材料としては、本発明で用いる金属板に比べて引張弾性率が大きい高剛性材料であれば特に制限はなく、例えば、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維及び炭素繊維等が挙げられ、これらを目的に応じて任意に用いられる。これらの中では、頑強な補強効果を発現する点で、剛性の大きい炭素繊維が好ましい。炭素繊維は、セルロース、ポリアクリロニトリル、リグニン及びピッチ等の各有機繊維を焼成して製造されるが、入手が容易な点でポリアクリロニトリル系やピッチ系の炭素繊維が好ましい。
【０００８】
本発明では、板材上に金属板と繊維シートを積層する際に、板材と金属板、金属板と繊維シート、金属板と金属板、及び、繊維シートと繊維シートとを接着する必要がある。これらを接着する際には接着剤を用いる。ここで用いる接着剤としては、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系及びシリコン系等が挙げられるが、本発明では、特に、氷点下の低温条件で接着したり、降雨や漏水によって湿潤した表面や防錆油や機械油等の親油性の表面を接着したりする場合に、短時間で容易に施工でき、再現性や接合強度が大きい点で、アクリル系接着剤を選択する。
【０００９】
本発明のアクリル系接着剤とは、アクリル系単量体又はその混合物を重合開始剤により硬化する接着剤をいう。アクリル系単量体とは（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリル酸エステルをいう。用いる（メタ）アクリル酸エステルの種類には特に制限はなく、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート及びジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等の単官能（メタ）アクリレート、並びに、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオール（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート及びトリメチロールプロパントリトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の多官能（メタ）アクリレートが挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いられる。
【００１０】
本発明のアクリル系接着剤は熱重合反応により硬化させてもよいが、施工現場でアクリル系接着剤を硬化させる場合、熱重合反応を発生させるのに必要な熱源を定常的に確保したり、又その熱源を管理したりすることが困難な場合がある。そのため、重合開始剤と分解促進剤を併用して、アクリル系接着剤を常温で硬化させることが好ましい。
【００１１】
本発明の重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤の有機過酸化物又はアゾ化合物を用いることが好ましい。有機過酸化物には特に制限はなく、例えば、メチルケトンパーオキシドや過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物、及び、過硫酸カリウムや過硫酸アンモニウム等の無機過酸化物等が挙げられる。アゾ化合物としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。
又、分解促進剤とは重合開始剤の分解を促進する化合物をいい、例えば、ジエチルチオ尿素等のチオ尿素誘導体、Ｎ，Ｎ−ジエチル−ｐ−トルイジン等のアミン類、ナフテン酸コバルトやオクチル酸コバルト等の有機酸金属塩、及び、銅アセチルアセトネート等の有機金属キレート化合物等が挙げられる。
【００１２】
本発明のアクリル系接着剤には、アクリル系単量体以外の他の単量体を併用してもよい。他の単量体には特に制限はなく、例えば、スチレン、アクリロニトリル、酢酸ビニル及びアクリルアミド等の単官能単量体、並びに、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート及びトリアリルイソシアヌレート等の多官能単量体が挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いられる。
【００１３】
更に、本発明のアクリル系接着剤には接合強度を大きくするために、ゴム成分を用いてもよい。ゴム成分には特に制限はなく、例えば、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレゴム、ポリブテンゴム、ＳＢＲゴム、ＮＢＲゴム、クロロプレンゴム、ＥＲＲゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ＥＶＡゴム及びポリウレタンゴム等が挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いられる。又、アクリル系接着剤に対するゴム成分の溶解度を調節するために、ＭＢＳ樹脂等のグラフト共重合体を用いてもよい。
【００１４】
本発明のアクリル系接着剤は、重合開始剤を含むアクリル系単量体の混合物と、分解促進剤を含むアクリル系単量体の混合物との２液に分け、接着する際に２液を混合して硬化させる２液型のアクリル系接着剤とすることが、施工が容易な点で好ましい。中でも、コンクリート構造物、金属板及び炭素繊維シートの被着体から空気中へハミ出した部分の効果が良好な点で、第２世代のアクリル系接着剤が好ましい。
【００１５】
本発明で、補強が必要な板材の欠陥部分や接合部分に、高延性材料である金属板と高剛性材料である繊維シートとを積層する場合には、金属板が板材と必ず対面するように積層する必要がある。このようにして補強された板材の積層体は、補強効果が極めて大きい。この理由は明らかではないが、板材に負荷された応力が金属板により応力緩和されて繊維シートに伝達されるためと考えられる。
【００１６】
板材の欠陥部分や接合部分を補修、補強する積層方法の実施態様としては、金属板が板材と対面するように積層していれば特に制限はないが、例えば、以下の積層方法が挙げられる。
（１）板材上に金属板を積層し、次いで金属板上に繊維シートを積層することを特徴とする積層方法。
（２）予め繊維シート上に金属板を積層して積層体を作成し、この積層体の金属板上に板材を積層することを特徴とする積層方法。
これらの中では、施工現場で施工できる点で（１）の積層方法が、工場で予め作成できる点で（２）の積層方法がそれぞれ好ましい。
【００１７】
尚、金属板と繊維シートは一枚又は複数枚を積層してもよい。複数枚積層する場合には、施工現場で１枚ずつ積層してもよく、工場で予め複数枚を積層してもよい。金属板と繊維シートを積層する場合には接着剤を用いて積層する。
又、積層体の炭素繊維シート上に更に金属板や繊維シートを積層してもよい。本発明の積層方法は板材の片面又は両面に施工してもよい。
【００１８】
本発明の別の実施態様として、板材の端部同士を接合したり、又は一枚の板材を円筒状や角柱状等の形状に折り曲げ、対向する端部どうしを接合したりする場合に、接合部分の接合強度を大きくする必要がある。このために相隣接する板材の端部間に跨って金属板と繊維シートとを積層することが好ましい。
更に本発明の別の実施態様として、板材のひび割れ、欠落及び腐食等の欠陥部分を補修する場合には、欠落部分を覆うようにして積層することが好ましい。
【００１９】
本発明の金属板の引張破断伸びは高延性の点で５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。５％未満だと補強効果が不十分なおそれがある。又、本発明の繊維シートの引張弾性率は高剛性の点で１０⁵ｋｇｆ／ｃｍ²以上が好ましく、１０⁶ｋｇｆ／ｃｍ²以上がより好ましい。１０⁵ｋｇｆ／ｃｍ²未満だと補強効果が不十分なおそれがある。
【００２０】
本発明の板材、金属板及び繊維シートの厚みには特に制限はない。
本発明の積層方法により、短時間で容易に高強度の板材の積層体が再現性よく得られるため、本発明の方法により積層された積層体は、木材、石材、歴青材料、金属材料、合成樹脂材料、及びコンクリート等の構造物からなる建設部材として用いることが好ましいが、特に鉄道や道路の橋脚、建築物の柱、梁及び壁等のコンクリート構造物の耐震補強のために、コンクリート構造物の周囲を板材で覆い、それらの板材間を接合する場合に使用することがより好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を更に以下の実施形態により説明する。
なお、実施例１〜２及び比較例１で用いた板材、金属板、炭素繊維シート及び接着剤は特に記載のない限り、以下のものを用いた。
【００２２】
▲１▼板材（母材）
材質：一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０１（１９８７）のＳＳ４００）
形状：長さ１５．０ｃｍ×幅２．５ｃｍ×厚さ０．３ｃｍの短冊型形状
引張破断強度：４３００ｋｇｆ／ｃｍ²（試験片はＪＩＳＺ２２０１（１９８０）の５号試験片を用い、試験方法はＪＩＳＺ２２４１（１９８０）の６．５「引張強さ」に従って試験した）
破断伸び：４０％（試験片はＪＩＳＺ２２０１（１９８０）の５号試験片を用い、試験方法はＪＩＳＺ２２４１（１９８０）の６．７「破断伸び」に従って試験した）
【００２３】
▲２▼金属板
材質：冷間圧延鋼板（ＪＩＳＧ３１４１（１９８７）のＳＰＣＣ鋼板）
形状：長さ２０．０ｃｍ×幅２．５ｃｍ×厚さ０．０３ｃｍの短冊型形状
引張破断強度：３０００ｋｇｆ／ｃｍ²（試験方法は▲１▼と同じ）
破断伸び：７０％（試験方法は▲１▼と同じ）
【００２４】
▲３▼炭素繊維シート
材質：ポリアクリロニトリル系、繊維目付３００ｇ／ｃｍ²
形状：１０．０×２．５×０．０１６５ｃｍの短冊型形状のものを３枚下記接着剤により積層したもの。
引張破断強度：３００００ｋｇｆ／ｃｍ²
引張弾性率：３．８０×１０６ｋｇｆ／ｃｍ²
破断伸び：１％
但し、各物性はＪＩＳＫ７０７３（１９８８）のＩＶ形試験片を用いて試験した。尚、引張破断強度は上記ＪＩＳ規格の引張強さをいう）。
【００２５】
▲４▼接着剤
主成分：メチルメタクリレート５５重量％、２−ヒドロキシエチルメタクリレート３５重量％及びＭＢＳ樹脂１０重量％の混合物をＡ液とＢ液の２液に分け、Ａ液にクメンハイドロパーオキサイドを、Ｂ液にナフテン酸コバルトをそれぞれ添加した２液型の第２世代のアクリル系接着剤。
【００２６】
又、接合強度としては、単位幅当たりの引張破断強度、引張弾性率及び破断伸びの引張試験を引張試験機により以下の試験条件で行い、測定した。
引張速度：１ｍｍ／分
測定温度：２３℃
【００２７】
（実施例１）
板材として、一般構造用圧延鋼材の板材１ａ、１ｂを図１のように２ｍｍの間隔をあけて並べ、これらの板材の上下の面に金属板２ａ、２ｂを接着剤により接着した。次いで、この金属板の上下の面に炭素繊維３ａ、３ｂを接着剤により接着し、接合部分が補強された積層体を作成した。
この積層体の引張試験を行ったところ、単位幅当たりの引張破断強度は１３５８ｋｇｆ／ｃｍ、破断伸びは１５％であり、接合部分には外見上の変化がなく、母材部分が破断した。この時の引張破断強度は板材の単位幅当たりの引張破断強度１２９０ｋｇｆ／ｃｍを越えた値を示した。
【００２８】
（実施例２）
金属板２ａの表面に炭素繊維シート３ａを接着剤により接着し、積層体を作成し、又、同様に２ｂと３ｂを積層して積層体を作成した。次いで、２ｍｍの間隔で並べた板材１ａ、１ｂの上下の面に、図１のように２枚の積層体をそれぞれ接着剤により接着した。この時、金属板２ａ、２ｂと板材１ａ、１ｂとが対面するように接着した。
この積層体の引張試験を行ったところ、単位幅当たりの引張破断強度は１３６２ｋｇｆ／ｃｍ、破断伸び１８％であり、接合部分には外見上の変化がなく、母材部分が破断した。
【００２９】
（比較例１）
金属板２ａ、２ｂのかわりに２０．０×２．５×０．３ｃｍの短冊型の一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００からなる金属板４ａ、４ｂを用い、又、炭素繊維シートを用いずに図２のように積層体を作成したこと以外は、実施例１と同様に実施した。
この積層体の引張試験を行ったところ、単位幅当たりの引張破断強度は１１０８ｋｇｆ／ｃｍ、破断伸び７％であり、接着剤層が破壊して接合が外れた。
【００３０】
（耐震補強の実施態様）
図３及び図４は本発明の積層体を柱の耐震補強へ適用した実施態様を示すものである。
図３では、板材としてコの字型の鋼板５を用い、この鋼板５の一方の端部の裏面に当て板６をアクリル系接着剤により接着している。当て板６は板材間の変形作用に対する抵抗性を大きくするという効果を有する。当て板６の材料としては金属材料や繊維シート等特に制限はない。
鉄筋コンクリート製の柱７は、当て板６ａ、６ｂを接着した２枚のコの字型の鋼板５ａ、５ｂにより図４のように覆われている。鋼板５ａ、５ｂの端部どうしは当て板６ａ、６ｂや鋼板５ａ、５ｂの端部に塗布したアクリル系接着剤により、鋼板５ａ、５ｂに跨がって当て板６ａ、６ｂを接合している。
鋼板５ａ、５ｂの接合部分の表面側には、金属板２ｃ、２ｄと３枚重ねの炭素繊維シート３ｃ、３ｄがアクリル系接着剤により図４のように接着して積層されている。
鉄筋コンクリート製の柱７と鋼板５ａ、５ｂの隙間にモルタル８を注入し、鋼板と柱を一体化させ、より補強されたコンクリート構造物にしてもよい。モルタルのかわりに接着剤等の樹脂組成物や充填材を注入してもよい。
【００３１】
（腐食部分補修の実施態様）
図５は本発明の積層方法により板材の腐食部分を補修した実施態様を示すものである。
腐食部分を有する板材１ｅの表面には、金属板２ｅと３枚重ねの炭素繊維シート３ｅがアクリル系接着剤により図５のように腐食部分９をを覆うようにして接着して積層されている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の積層方法は、短時間で容易に再現性の大きい積層方法であり、本発明により大きい接合強度を有する板材が得られる。本発明の方法で補修・補強された板材は、補強効果が高く、このため、このようにして補強された板材であっては、建設部材に好適に用いられる。特にこの建設部材が鉄道や道路の橋脚、建築物の柱、梁及び壁等のコンクリート構造物のひび割れ補修や耐震補強に用いられるの場合に、より頑強なコンクリート構造物が得られ、施工上の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】板材に金属板と炭素繊維シートを積層した板材の積層体の横断面図である。
【図２】金属板を積層した板材の積層体の横断面図である。
【図３】当て板を接着したコの字型鋼板の横断面図である。
【図４】耐震補強したコンクリート製の柱の横断面図である。
【図５】腐食部分を補修した板材の横断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ板材
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ金属板
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ炭素繊維シート
４ａ、４ｂ金属板
５、５ａ、５ｂコの字型の鋼板
６、６ａ、６ｂ当て板
７鉄筋コンクリート製の柱
８モルタル
９腐食部分

Claims

板材、金属板及び繊維シートを積層して前記板材の欠陥部分を補修する板材の積層方法において、前記金属板を、前記板材と対面するように、かつ、前記欠陥部分を覆うようにアクリル系接着剤を用いて積層すると共に、前記金属板と前記繊維シートをアクリル系接着剤を用いて積層してなることを特徴とする板材の積層方法。
板材、金属板及び繊維シートを積層して前記板材の接合部分を補強する板材の積層方法において、前記金属板を、前記板材と対面するように、かつ、相隣接する板材の端部間に跨るようにアクリル系接着剤を用いて積層すると共に、前記金属板と前記繊維シートをアクリル系接着剤を用いて積層してなることを特徴とする板材の積層方法。
請求項１又は請求項２記載の板材の積層方法により積層してなる積層体。
コンクリート構造物の補強に用いられることを特徴とする請求項３記載の積層体。