JP4749053B2 - セメント系構造物の補強方法および該方法によって補強されたセメント系構造物 - Google Patents
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有機系多層型補強用シート(以下、有機系多層シートという)は、糸を引き揃えた糸シート層が2層以上積層されてなるものであり、最上層または最下層の少なくとも一方の糸シート層が有機系繊維糸からなるものである。例えば、図1に示すように、糸シート層(3a、3b、3c)が積層されてなっており、補強後における最外の糸シート層が有機系繊維糸からなるように、最上層(図1中、3a)または最下層(図1中、3c)の少なくとも一方の最外層としての糸シート層が有機系繊維糸からなっている。本明細書中、最外層は最上層および最下層を包含する概念で用いるものとし、それらの層のうち、有機系繊維糸の糸シート層からなる最外層を特に「有機系最外層」と呼ぶこととする。すなわち有機系多層シートは有機系最外層を最上層または最下層の一方の位置に有していても良いし、または両方の位置に有していても良い。
また、破断伸度は破片飛散防止の観点から、2%以上が好ましく、より好ましくは3〜10%である。材質的に好ましくは高強度ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維であり、特に破片飛散防止の観点から好ましくは高強度ポリエチレン繊維である。有機系繊維の太さは本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば高強度ポリエチレン繊維の場合、通常は55dtex〜5280dtex、好ましくは440dtex〜2640dtexである。アラミド繊維の場合、通常は28dtex〜8330dtex、好ましくは440dtex〜3340detexである。ビニロン繊維の場合、好ましくは1100dtex〜1980dtexである。
本明細書中、有機系繊維糸の引張強度は、JIS L 1013:1999の8.5.1に記載される標準時試験に準じて測定された値を用いている。また、破断伸度も、JIS L 1013:1999の8.5.1に記載される標準時試験における破断時の伸び率を用いる。
本明細書中、炭素繊維の引張強度は、JIS R 7601:1986に記載される試験に準じて測定された値を用いている。破断伸度は、JIS K 7073に記載される引張試験法に基づき、引張り最大ひずみの測定方法に準じて測定された値を用いている。
またガラス繊維の引張強度及び破断伸度はJIS R 3420:1999に記載されるガラスロービングに関する試験に準じて測定された値を用いている。
(2A)3層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=20〜80°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ3=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(3A)3層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=20〜80°(無機系強化繊維糸)、γ3=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(4A)3層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=−20〜−80°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(無機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(5A)3層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(有機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(6A)3層型;γ1=20〜80°(有機系強化繊維糸)、γ2=0°または90°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ3=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、かつγ1=−γ3;
(7A)3層型;γ1=20〜80°(有機系強化繊維糸)、γ2=0°または90°(無機系強化繊維糸)、γ3=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)、かつγ1=−γ3;
(8A)3層型;γ1=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)、γ2=0°または90°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(無機系強化繊維糸)、かつγ1=−γ3;
(9A)3層型;γ1=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)、γ2=0°または90°(無機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(有機系強化繊維糸)、かつγ1=−γ3;
(10A)3層型;γ1=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)、γ2=20〜80°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ3=0°または90°(無機系強化繊維糸)、かつ−γ1=γ2;
(11A)4層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=−20〜−80°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(無機系強化繊維糸または有機系強化繊維糸)、γ4=0°または90°(無機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(12A)4層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(無機系強化繊維糸)、γ4=0°または90°(有機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(13A)4層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(無機系強化繊維糸)、γ4=0°または90°(無機系強化繊維糸)、かつγ2=−γ3;
(15A)2層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=0または90°(有機系強化繊維糸);
(16A)3層型;γ1=0°または90°(有機系強化繊維糸)、γ2=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)、γ3=20〜80°(有機系強化繊維糸)、かつ−γ2=γ3;
有機系単層型補強用シート(以下、有機系単層シートという)は、有機系繊維糸を引き揃えた1層の糸シート層からなること以外、有機系多層シートと同様である。すなわち、有機系単層シートを構成する有機系繊維糸、その好ましい引張強度、およびそのより好ましい引張強度、ならびに当該有機系繊維糸の好ましい材質および特に好ましい材質は、有機系多層シートにおける有機系最外層の有機系繊維糸と同様である。また有機系繊維の繊維太さおよびその好ましい範囲は有機系多層シートにおける有機系最外層の有機系繊維と同様である。また有機系単層シートを構成する糸シート層の好適な目付およびそのより好ましい範囲は、有機系多層シートにおける有機系繊維糸の糸シート層と同様である。
(2B)単層型;γ1=20〜80°(有機系強化繊維糸);
(3B)単層型;γ1=−20〜−80°(有機系強化繊維糸)。
無機系多層型補強用シート(以下、無機系多層シートという)は、糸を引き揃えた糸シート層が2層以上積層されてなり、最上層および最下層の両方の糸シート層が無機系繊維糸からなるものである。例えば、図1に示すように、糸シート層(3a、3b、3c)が積層されてなっており、最上層(図1中、3a)および最下層(図1中、3c)の両方の糸シート層が無機系繊維糸からなっている。本明細書中、無機系繊維糸の糸シート層からなる最外層を特に「無機系最外層」と呼ぶこととする。すなわち無機系多層シートは無機系最外層を最上層および最下層の両方の位置に有している。
(2C)2層型;γ1=0°または90°(無機系強化繊維糸)、γ2=0または90°(無機系強化繊維糸);
(3C)3層型;γ1=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、γ2=20〜80°(無機系強化繊維糸)、γ3=0°または90°(無機系強化繊維糸)、かつ−γ1=γ2;
(4C)4層型;γ1=0°または90°(無機系強化繊維糸)、γ2=20〜80°(無機系強化繊維糸)、γ3=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)、γ4=0°または90°(無機系強化繊維糸)かつ−γ2=γ3、γ1≠γ4;
無機系単層型補強用シート(以下、無機系単層シートという)は、無機系繊維糸を引き揃えた1層の糸シート層からなること以外、無機系多層シートと同様である。すなわち、無機系単層シートを構成する無機系繊維糸、その好ましい引張強度、およびそのより好ましい引張強度、ならびに当該無機系繊維糸の好ましい材質および特に好ましい材質は、無機系多層シートにおける無機系最外層の無機系繊維糸と同様である。また無機系繊維の繊維太さおよびその好ましい範囲は無機系多層シートにおける無機系最外層の無機系繊維と同様である。また無機系単層シートを構成する糸シート層の好適な目付およびそのより好ましい範囲は、無機系多層シートにおける無機系繊維糸の糸シート層と同様である。
(2D)単層型;γ1=20〜80°(無機系強化繊維糸);
(3D)単層型;γ1=−20〜−80°(無機系強化繊維糸)。
無機系織物型補強用シート(以下、無機系織物シートという)は無機系繊維糸を織り込んだ織物シート層からなり、一重織り組織構造を有していても良いし、または織物組織が二重以上に重なるように織った重ね織り組織構造を有していても良い。
本発明に係るセメント系構造物の補強方法は、糸を引き揃えた少なくとも1層の糸シート層からなる補強用シートを、補強後における最外の糸シート層が有機系繊維糸からなるように、セメント系構造物に被覆することを特徴とする。すなわち、補強作業終了時においてセメント系構造物に被覆された最外の補強用シートにおける最外の糸シート層が有機系繊維糸からなるように、補強用シートをセメント系構造物に被覆する。これによって、過度の圧縮荷重によるセメント系構造物の破壊時において、セメント系構造物破片が飛び散る破片飛散を有効に防止できる。破片飛散を防止するメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のメカニズムに基づくものと考えられる。すなわち、有機系繊維糸からなる糸シート層が最外側に位置するように、補強用シートを被覆すると、当該最外の有機系繊維糸からなる糸シート層のさらに外側に層は存在しない。そのような状態において当該最外の糸シート層における有機系繊維糸がセメント系構造物破片の飛散エネルギーを最も有効に吸収できるため、破片飛散を防止できるものと考えられる。最外の糸シート層が有機系繊維糸から構成されず、例えば、無機系繊維糸から構成されると、たとえ、他の層が有機系繊維糸からなっていても、セメント系構造物破片の飛散エネルギーは有効に吸収されず、破片飛散を防止できない。また補強後における最外の層が、有機系繊維糸からなる糸シート層である代わりに、有機系繊維糸からなる織物シート層であると、織物繊維の屈曲性により、繊維強度の発現性が低下してしまうため、セメント系構造物破片の飛散エネルギーは有効に吸収できないと考えられる。
例えば、図1に示すような有機系多層シートにおいて最上層(3a)が有機系繊維糸からなり、最下層(3c)が無機系繊維糸からなる場合、当該有機系多層シートは最下層(3c)がセメント系構造物側に、最上層(3a)が外側に位置するように、セメント系構造物に被覆する。
また例えば、図1に示すような有機系多層シートにおいて最上層(3a)が無機系繊維糸からなり、最下層(3c)が有機系繊維糸からなる場合、当該有機系多層シートは最上層(3a)がセメント系構造物側に、最下層(3c)が外側に位置するように、セメント系構造物に被覆する。
また例えば、図1に示すような有機系多層シートにおいて最上層(3a)および最下層(3c)が共に有機系繊維糸からなる場合、当該有機系多層シートは最上層(3a)または最下層(3c)のいずれの層が外側に位置するように、セメント系構造物に被覆してもよい。
(a1)無機系単層シート0°−有機系単層シート0°;
(a2)無機系単層シート0°−無機系単層シート90°−有機系単層シート0°;
(a3)無機系単層シート90°−無機系単層シート0°−有機系単層シート0°;
(a4)無機系単層シート45°−無機系単層シート−45°−有機系単層シート0°;
(a5)無機系単層シート0°−無機系単層シート45°−無機系単層シート−45°−有機系単層シート0°;
(a6)無機系単層シート45°−無機系単層シート−45°−無機系単層シート0°−有機系単層シート0°;
(a7)無機系単層シート0°−有機系単層シート45°−有機系単層シート−45°;
(a8)無機系単層シート0°−有機系単層シート45°−有機系単層シート−45°−有機系単層シート0°;
(a9)無機系単層シート0°−有機系単層シート0°−有機系単層シート45°−有機系単層シート45°。
(b1)無機系単層シート0°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(b2)無機系単層シート0°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層90°/有機系繊維糸シート層0°);
(b3)無機系単層シート0°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(b4)無機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(b5)無機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(b6)無機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層90°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(b7)無機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(b8)無機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(b9)無機系単層シート0°−無機系単層シート90°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(b10)無機系単層シート90°−無機系単層シート0°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(b11)無機系単層シート45°−無機系単層シート−45°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°)。
(c1)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系単層シート0°;
(c2)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系単層シート45°−有機系単層シート−45°;
(c3)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層90°/無機系繊維糸シート層0°)−有機系単層シート0°;
(c4)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層90°/無機系繊維糸シート層0°)−有機系単層シート45°−有機系単層シート−45°;
(c5)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系単層シート0°;
(c6)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系単層シート45°−有機系単層シート−45°。
(d1)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層90°/有機系繊維糸シート層0°);
(d2)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/有機45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(d3)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層90°/無機系繊維糸シート層0°)−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(d4)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層90°/無機系繊維糸シート層0°)−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(d5)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(d6)無機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°)−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°)。
(e1)無機系織物シート−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(e2)無機系織物シート−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層90°/有機系繊維糸シート層0°);
(e3)無機系織物シート−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(e4)無機系織物シート−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(e5)無機系織物シート−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(e6)無機系織物シート−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層90°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(e7)無機系織物シート−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(e8)無機系織物シート−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°);
(e9)無機系織物シート−無機系単層シート90°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(e10)無機系織物シート−無機系単層シート0°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(e11)無機系織物シート−無機系単層シート−45°−有機系多層シート(有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°)。
なお織物シートには糸引き揃え方向の概念が存在しないので当該角度は示さない。
(f)少なくとも1種類の有機系多層シートと少なくとも1種類の有機系単層シートとの組み合わせ。
組み合わせ(f);
(f1)有機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層0°/有機系繊維糸シート層45°/有機系繊維糸シート層−45°);
(f2)有機系単層シート0°−有機系多層シート(無機系繊維糸シート層45°/無機系繊維糸シート層−45°/有機系繊維糸シート層0°)。
(多層型シートおよび単層型シートの製造)
図1に示すようなシート製造装置によって、表1および表2の各欄に示す多層型シートおよび単層型シートを幅200mmで製造した。なお、単層型シートの保形糸としてポリエステル繊維糸を90°方向に10cm間隔で配した。多層型シートの編成糸としてポリエステル繊維糸を用いた。
実施例1〜9および比較例1および4において炭素繊維としては12Kのマルチフィラメントを使用した。引張強度は4.1GPaであり、破断伸度は1.7%である。
・コンクリート供試体の作製
まず、コンクリート供試体を作製した。詳しくは、普通ポルトランドセメント360重量部に、細骨材782重量部、最大寸法20mmの粗骨材970重量部を加えて粉体混合した。粉体混合を続けながら水/セメント比50%となるように水を加え混合し、型枠に打設した。24時間養生後、脱型し、28日間の水中養生により、直径100mm×高さ200mmの円柱状コンクリート供試体を得た。なお、コンクリート供試体の表面をグラインダーにて表面処理した。比較例3においては、このときの状態のコンクリート供試体を評価に供した。
表面処理したコンクリート供試体の側面にエポキシ樹脂系プライマー(品名:ボンドE810L、コニシ(株))を塗布し、24時間静置養生した。その後、コンクリート供試体の側面に、表1または表2の最左欄に示す多層型シートまたは単層型シートを、エポキシ樹脂(品名:ボンドE2500、コニシ(株))により図2(A)に示すように被覆した。詳しくは、コンクリート供試体の側面にエポキシ樹脂を下塗りした後、シートを一重で巻き付け、その上にさらにエポキシ樹脂を上塗りした。上塗りは、シートにエポキシ樹脂が十分に含浸するようにローラーにより行った。多層型シートの巻き付けは、表1または表2中の多層型シートの各欄で最も左側に記載の層が構造物(供試体)側に、最も右側に記載の層が最外側に位置するように、しかもシートの長手方向(図1中、αの方向)がコンクリート供試体の円周方向(水平方向)に向くように、行った。また、単層型シートの巻き付けは、シートの表裏に関係なく、シートの長手方向(図1中、αの方向)がコンクリート供試体の円周方向(水平方向)に向くように、行った。
表1または表2の最左欄の右側に示す多層型シートまたは単層型シートから順に用いたこと、および前回で上塗りしたエポキシ樹脂が未硬化なため下塗りを行わなかったこと以外、1回目のシート巻き付け方法と同様の方法で、引き続き、2回目以降のシート巻き付けを行った。
表1または表2の各実施例または比較例に記載の全てのシートをコンクリート供試体に巻き付けた後は、7日間静置養生し、評価した。
JIS A 1108:1999「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて載荷試験を行った。
試験手順は以下のとおりである。
1)供試体の上下面及び上下の加圧板の圧縮面を清掃する。
2)供試体を、その中心軸が加圧板の中心と一致するように置く
3)試験機の加圧板と供試体の端面とは、直接密着させる。
4)供試体に衝撃を与えないように一様な速度で荷重を加える(圧縮応力度の増加が毎秒0.6±0.4N/mm2になるようにする)。
5)供試体が破壊するまで荷重を加え続ける。
Claims (9)
- セメント系構造物に無機系補強用シートを被覆した後、その上に有機系補強用シートをさらに被覆し、
有機系補強用シートが、(A)糸を引き揃えた糸シート層が2層以上積層されてなり、最上層または最下層の少なくとも一方の糸シート層が有機系繊維糸からなる有機系多層型補強用シート、および(B)有機系繊維糸を引き揃えた1層の糸シート層からなる有機系単層型補強用シートから選択され、
無機系補強用シートが、(C)糸を引き揃えた糸シート層が2層以上積層されてなり、最上層および最下層の両方の糸シート層が無機系繊維糸からなる無機系多層型補強用シート、(D)無機系繊維糸を引き揃えた1層の糸シート層からなる無機系単層型補強用シート、および(E)無機系繊維糸を織り込んだ織物シート層からなる無機系織物型補強用シートから選択され、
被覆後における最外表面の糸シート層が有機系繊維糸を引き揃えた糸シート層となるように、セメント系構造物に被覆することを特徴とするセメント系構造物の補強方法。 - 有機系多層型補強用シートを構成する全ての糸シート層が有機系繊維糸からなり、
無機系多層型補強用シートを構成する全ての糸シート層が無機系繊維糸からなることを特徴とする請求項1に記載のセメント系構造物の補強方法。 - 有機系多層型補強用シートおよび/または無機系多層型補強用シートは糸の引き揃え方向が異なる少なくとも2層の糸シート層が積層されてなることを特徴とする請求項1または2に記載のセメント系構造物の補強方法。
- 補強用シートを構成する全ての糸シート層のうちいずれかの糸シート層の糸引き揃え方向が、セメント系構造物が受ける圧縮荷重方向に対する垂直面に沿うように、補強用シートをセメント系構造物に被覆することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のセメント系構造物の補強方法。
- 有機系補強用シートを、該補強用シートの長手方向αがセメント系構造物の周囲方向(水平方向)を向くように被覆し、糸シート層の糸引き揃え方向γ(°)を、該補強用シートの長手方向αを0°として、反時計回りの方向を正の角度で、時計回りの方向を負の角度で示したとき、該有機系補強用シートがγ=+20〜+80°の有機系繊維糸シート層およびγ=−20〜−80°の有機系繊維糸シート層を含む請求項1〜4のいずれかに記載のセメント系構造物の補強方法。
- 無機系補強用シートを、該補強用シートの長手方向αがセメント系構造物の周囲方向(水平方向)を向くように被覆し、糸シート層の糸引き揃え方向γ(°)を、該補強用シートの長手方向αを0°として、反時計回りの方向を正の角度で、時計回りの方向を負の角度で示したとき、該無機系補強用シートがγ=0°または90°の無機系繊維糸シート層を含む請求項1〜5のいずれかに記載のセメント系構造物の補強方法。
- 有機系補強用シートおよび無機系補強用シートがそれぞれ編成糸によって一体化されている請求項1〜6のいずれかに記載のセメント系構造物の補強方法。
- セメント系構造物が柱状構造物であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のセメント系構造物の補強方法。
- 無機系補強用シートが既に被覆されたセメント系構造物に対して請求項1,2,3または5に記載の有機系補強用シートを被覆して補修することを特徴とするセメント系構造物の補強方法。
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