JP6987432B2 - 補強用布帛 - Google Patents

Description

本発明は補強用布帛に関する。さらに詳細には、コンクリートや石、煉瓦製の橋梁、道路、灯台、煙突、建物などの建造物の床盤や壁面など、建造物の補強用布帛に関する。

一般道路や高速道路などコンクリート製の建造物は多数存在するが、地震による破壊に対する耐震補強あるいは交通量の増加による耐久性の改善など常に補強する必要がある。また、歴史的建造物である石造りの灯台や、煉瓦製の建物、コンクリートや煉瓦製の煙突など、寿命の延長や耐震補強の必要な建造物がある。

それらの補強方法は、例えば鉄道高架などコンクリート柱の補強には、コンクリート面を覆う方法や、アラミド繊維や炭素繊維などの補強用布帛を建造物の壁面に樹脂で貼り付け、もしくは巻き付けて補強、補修する方法などがある。鉄板で覆う方法は、重い鋼板を扱うために施工には重機や頑丈な足場が必要で大がかりな工事となる。アラミド繊維や炭素繊維などの補強用布帛を貼り付け、もしくは巻き付ける方法は、重量物を扱う必要がないので、重機や大がかりな足場の必要がなく施工が簡単で、また狭い所での施工も容易にできる利点がある。

布帛による補強、補修方法は、アラミド繊維などの引張強力が高い補強用布帛を、エポキシ系樹脂、ビニルエステル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、もしくはフェノール系樹脂等によってコンクリートの表面に接着させることにより行われる。その際、エポキシ樹脂は、布帛をコンクリートに接着させるだけでなく、布帛に含浸し、布帛の強度を向上させ、さらに布帛の強度をコンクリートに伝える媒体としての役割を果たす。

補強用布帛をコンクリート柱に巻き付ける場合、必要な耐力を得るために補強用布帛の重ね巻きを行う。この場合、たとえば、３層巻きするよりも、その３倍の耐力の補強用布帛を用いて巻き付け補強をすれば、巻き付け作業時間は１／３に短縮される。補強用布帛の耐力を高めるには、単位幅あたりの繊維量を多くする必要があり、その手段として、ヤーンの太さを太くするか、単位幅あたりのヤーンの本数を増加する手段があるが、いずれも補強用布帛の曲げ硬さを増加し、また樹脂含浸性を阻害する要因である。曲げ硬さの増加は、補強用布帛の建造物の隅角部への密着性を低下させ、樹脂含浸性は作業効率に影響する。一般的には、高強度繊維からなりカバーファクターや通気性が所定の範囲内にある二方向布帛が、高耐力で樹脂含浸性が良いと考えられている（特許文献１参照）。

しかし、高強度繊維の中には、糸−糸擦過などにより繊維表面がフィブリル化するものがあるものの、高強度繊維がフィブリル化した場合に補強用布帛の樹脂含浸性や耐力に与える影響は不明である。

特許第３６５１３３６号公報（特許請求の範囲等）

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、橋梁、道路、灯台、煙突、建物などの建造物の床盤や壁面などの補強をするため樹脂含浸性が良好で、樹脂含浸布帛の補強耐力が高く、施工時の作業性や作業効率の良い補強用布帛を提供することを目的とする。

前記課題を達成するため、本発明者等は鋭意検討を行った結果、適度にフィブリル化した高強度繊維を用いた補強用布帛は、樹脂含浸性が良く、目ずれが少なく、施工時の取扱性の良いことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の通りである。

（１）比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇである、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維及びポリベンゾビスオキサゾール繊維からなる群から選択される少なくとも１種の高強度繊維を用いた織布または編布からなる、建造物補強用布帛。
（２）高強度繊維の引張強さが、１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、前記（１）に記載の建造物補強用布帛。
（３）布帛が、二方向及び多方向布帛からなる群から選択される、前記（１）または（２）に記載の建造物補強用布帛。
（４）布帛が二方向布帛であり、該二方向布帛のたて糸及びよこ糸の密度が、８〜１８本／ｃｍである、前記（３）に記載の建造物補強用布帛。
（５）布帛が二方向布帛であり、該二方向布帛のたて糸またはよこ糸の一方が、比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇの高強度繊維である、前記（３）または（４）に記載の建造物補強用布帛。
（６）下記式（Ｉ）で示す布帛のカバーファクター（ＣＦ）が９００〜２，３００である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の建造物補強用布帛。

ＣＦ：織編物カバーファクター
Ｄｗ：たて糸繊度（ｄｔｅｘ）
Ｄｆ：よこ糸繊度（ｄｔｅｘ）
Ｎｗ：たて糸密度（本／ｃｍ）
Ｎｆ：よこ糸密度（本／ｃｍ）

本発明によれば、適度にフィブリル化した高強度繊維を用いた補強用布帛は、樹脂含浸性が良好で、フィブリルの絡み効果により目ずれが少なく、樹脂含浸布帛の補強耐力も高いため、効率的な補強を行うことができる。

本発明の補強用布帛は、繊維表面がフィブリル化した高強度繊維モノフィラメント糸を有する。ここで、高強度繊維としては、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ（ポリベンゾビスオキサゾール）繊維などの有機繊維を挙げることができ、これらの高強度繊維からなる群から選択される少なくとも１種が用いられる。

前記の高強度繊維のなかでも、しなやかさ、軽量性、折れ難さ、施工現場での取り扱い易さの点で、パラ系アラミド繊維が好ましい。パラ系アラミド繊維としては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維などを挙げることができ、これらのパラ系アラミド繊維のなかでも、高弾性率である点で、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が特に好ましい。

高強度繊維表面のフィブリル化は、繊維糸条が糸−糸間の擦過或いは衝撃などにより、繊維の長さ方向に平行に亀裂が発生することなどで生じる。フィブリルの長さは特に制限はなく、短いものでは０．１ｍｍ、長いものでは１０ｍｍ程度のものがある。一般的に、高強度繊維表面のフィブリルの割合が増えると、高強度繊維の比表面積が増加する。本発明の補強用布帛では、比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇであることが重要であり、０．２４ｍ^２／ｇ未満ではフィブリル同士の絡み合いによる効果が発揮され難く、樹脂含浸性や布帛耐力が低下する。一方、比表面積が０．５０ｍ^２／ｇを超えると、布帛耐力が低下するばかりか、布帛の取扱時に塵が発生し、或いは、布帛の製織が困難になる。好ましくは０．２４〜０．４７ｍ^２／ｇであり、より好ましくは０．２４〜０．４０ｍ^２／ｇである。

本発明で用いる高強度繊維は、引張強さが１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが、布帛の高い補強耐力が得られる点で好ましい。より好ましくは１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、更に好ましくは１９ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。なお、引張強さは、ＪＩＳ Ｌ １０１３ ８．５に準じて測定した値である。

本発明の補強用布帛は、織布及び編布からなる群から選択される少なくとも１つの布帛を含む。樹脂が含浸し得る程度の隙間（孔）を有する布帛であればよい。補強用布帛は、例えば、織布と織布、織布と編布、織布と不織布、編布と不織布などを積層した布帛でもよい。

布帛は、二方向布帛及び多方向（３方向、４方向など）布帛からなる群から選択される少なくとも１つの布帛を含む。このなかでも、二方向布帛は、たて糸とよこ糸の交錯率が比較的高い織編物に対しても樹脂含浸性が良く、補強用布帛の取り扱い時などにおいて、たて糸とよこ糸がずれる“目ずれ”が生じにくい。

二方向布帛のたて糸及びよこ糸の密度は、８〜１８本／ｃｍであることが好ましい。糸密度が８本／ｃｍ以上であれば、布帛に耐力を付与することができ、糸密度が１８本／ｃｍ以下であれば、良好な樹脂含浸性を付与することができる。

織組織としては、平織り、綾織り、朱子織り、バスケット織り、模紗織りなどが挙げられ、そのなかでも、製織性に優れる平織り、綾織り、朱子織り布帛を好ましく用いることができる。

編組織としては、よこ編、たて編のいずれでもよく、平編、ゴム編、パール編、多軸編物などが好ましい。

補強用布帛を作製する場合は、比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇである高強度繊維を、たて糸及び／またはよこ糸に用いることができる。たて糸及び／またはよこ糸を、前記の高強度繊維とそれ以外の繊維との引揃え糸とすることもできる。

比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇである高強度繊維を、たて糸またはよこ糸の一方として用い、それ以外のよこ糸またはたて糸は、比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇである高強度繊維以外の繊維を用いることができる。このような交織織物や交織編物においては、比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇである高強度繊維の比率（質量比）を、たて・よこ糸全量に対して、３０質量％以上とすることが好ましい。より好ましくは５０質量％以上、更に好ましくは７０質量％以上である。

前記の高強度繊維以外の繊維としては、例えば、パラ系アラミド繊維、高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ（ポリベンゾビスオキサゾール）繊維、炭素繊維及びガラス繊維からなる群から選択される少なくとも１種の繊維が挙げられる。これらの高強度繊維のなかでも、パラ系アラミド繊維が好ましい。

本発明の補強用布帛で用いる高強度繊維及びそれ以外の繊維は、単糸繊度が０．５〜７ｄｔｅｘであることが、樹脂含浸性、施工現場での裁断など取り扱い易さの点で好ましい。

補強用布帛の糸繊度は、単位幅あたりの繊維密度と布帛の強力維持とのバランスを考慮すると、１，５００〜５，０００ｄｔｅｘが好ましい。１，５００ｄｔｅｘ以上であれば、樹脂含浸性が良好でかつ高耐力の布帛を得ることができ、また５，０００ｄｔｅｘ以下であれば、製織編性や布帛としての特性を損なうことがない。

補強用布帛のカバーファクター（ＣＦ）は、下記式（Ｉ）で求められ、当該布帛を構成するたて糸とよこ糸がその投影面をカバーしている程度を表す。カバーファクターが高いほど、布帛を構成する繊維密度は高い。

ＣＦ：織編物カバーファクター
Ｄｗ：たて糸繊度（ｄｔｅｘ）
Ｄｆ：よこ糸繊度（ｄｔｅｘ）
Ｎｗ：たて糸密度（本／ｃｍ）
Ｎｆ：よこ糸密度（本／ｃｍ）

本発明では、補強用布帛のカバーファクターは、９００以上であることが好ましく、より好ましくは９００〜２，３００、更に好ましくは１，０００〜２，０００である。カバーファクターが９００以上であれば、樹脂含浸した布帛に相応の耐力を付与することができ、また、カバーファクターが２，３００以下であれば、作業効率に影響を及ぼすことなく布帛に樹脂含浸性を付与することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。なお、補強用布帛の特性評価は以下の方法により行った。

（１）比表面積；
高強度繊維を５ｍｍ長で切断し、切断した試料約５ｇを量り取り、１０５℃×４時間、熱処理を行った後、２４℃、５５％ＲＨで５分間放置した試料について、（株）島津製作所製細孔分布測定装置を用いて、ＢＥＴ比表面積法により、窒素吸収量から比表面積を求めた。

（２）樹脂含浸性
住友ゴム工業（株）製のグリップボンドＧＢ−３５（エポキシ系樹脂）を、主剤と硬化剤を仕様書に従って混合し、離型フィルムの上に布帛目付量の１．４倍の重量の樹脂を下塗りし、その上に２０×２０ｃｍの布帛をのせ、幅１０ｃｍの金属ローラを用い、２ｋｇの荷重下で３回往復させた後、放置する。樹脂は、布帛下側から表面に向かって浸み出し、シート表面が濡れたようになる。５分後にシート表面への樹脂含浸を観察し、以下の基準で判定する。
◎；シート表面への樹脂の浸み出しがシート表面の９０％以上。
○；シート表面への樹脂の浸み出しがシート表面の８０％〜８９％。
△；シート表面への樹脂の浸み出しがシート表面の７０％〜７９％。
×：シート表面への樹脂の浸み出しがシート表面の６９％以下。

（３）目ずれ；
直径０．８ｍｍの針金で作ったフックを取り付けた重さ３００ｇの錘を用意し、補強用布帛を、たて糸方向に２０ｃｍの長さに切り取って試験片とする。試験片のたて糸が水平になるように試験片の一片を固定して垂直に垂らし、錘のフックをたて糸とたて糸の間に差し込む。１０秒間放置後、錘によって開いたたて糸間の距離を読み取り、ｎ＝５の平均値を目ずれ長さとする。

（４）布帛の耐力；
次の方法により試験片を調製し、ＪＩＳ Ｋ７０７３「炭素繊維強化プラスチックの試験方法」に準拠して測定した。測定値は、布帛幅１ｍの引張強さに換算し、布帛の耐力とした。
（試験片の調製）
住友ゴム工業（株）製のグリップボンドＧＢ−３５（エポキシ系樹脂）を、主剤と硬化剤を仕様書に従って混合し、離型フィルムの上に布帛目付量と同重量の樹脂を下塗りし、その上に布帛を貼り付けて布帛に樹脂を含浸させた後、布帛の目付の４割の樹脂で上塗りして樹脂含浸試験片を作製する。室温で５日間放置し、樹脂の硬化を確認した後、離型フィルムより樹脂含浸した布帛を取出す。これを幅１２．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの試験片にカットし、つかみ間隔１００ｍｍで引っ張り試験する。

（実施例１〜３）
東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（単糸繊度１．５８ｄｔｅｘ）の糸条（総繊度１，５８０ｄｔｅｘ、フィラメント数１，０００本）を用意した。糸条を構成する糸の比表面積及び引張強さは、それぞれ、表１に示すとおりであった。
この糸条を２本引き揃えた糸条に５０（回／ｍ）の撚りを加えたものを、たて糸及びよこ糸として用いた。レピア織機により、表１に示す特性の４枚朱子（４×４）織物を製織した。

（比較例１）
東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（単糸繊度１．５８ｄｔｅｘ）の糸条（総繊度１，５８０ｄｔｅｘ、フィラメント数１，０００本）を用意した。糸条を構成する糸の比表面積及び引張強さは表１に示すとおりであった。
この糸条を２本引き揃えた糸条に５０（回／ｍ）の撚りを加えたものを、たて糸及びよこ糸として用いた。レピア織機により、表１に示す特性の４枚朱子（４×４）織物を製織した。

（比較例２）
東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（単糸繊度１．６７ｄｔｅｘ）の糸条（総繊度１，５８０ｄｔｅｘ、フィラメント数１，０００本）に、フィブリル化処理を施した。糸条を構成する糸の比表面積及び引張強さは表１に示すとおりであった。
この糸条を２本引き揃えた糸条に５０（回／ｍ）の撚りを加えたものを、たて糸及びよこ糸として用いた。レピア織機により、表１に示す特性の４枚朱子（４×４）織物を製織した。

（実施例４〜５）
実施例２と同じ仕様の糸を２本引き揃えた糸条に５０（回／ｍ）の撚りを加えたものを、たて糸及びよこ糸として用い、レピア織機により、表２に示す特性の４枚朱子（２×２）、平織織物を製織した。

（実施例６）
実施例３と同じ仕様の糸を２本引き揃えた糸条に５０（回／ｍ）の撚りを加えたものをよこ糸として用い、たて糸は、東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（単糸繊度１．５８ｄｔｅｘ）の糸条（総繊度１，５８０ｄｔｅｘ、フィラメント数１，０００本）を２本引き揃えた糸条に５０（回／ｍ）の撚りを加えたものを用いた。レピア織機により、表２に示す特性の綾織織物を製織した。

以上の結果を表１、表２に示す。

表１より、本発明の補強用布帛は、樹脂含浸性及び耐力に優れているのに対して、比較例１の補強用布帛は樹脂含浸性が劣っていること、また比較例２の補強用布帛は耐力が劣っていることがわかる。

本発明の補強用布帛は、耐力を有し、樹脂含浸性に優れているため、特にコンクリート製建造物の床版や壁面など作業効率が要求される建造物の補強に有用である。

Claims (6)

1. 比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇである、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維及びポリベンゾビスオキサゾール繊維からなる群から選択される少なくとも１種の高強度繊維を用いた織布または編布からなる、建造物補強用布帛。
2. 高強度繊維の引張強さが、１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、請求項１に記載の建造物補強用布帛。
3. 布帛が、二方向及び多方向布帛からなる群から選択される、請求項１または２に記載の建造物補強用布帛。
4. 布帛が二方向布帛であり、該二方向布帛のたて糸及びよこ糸の密度が、８〜１８本／ｃｍである、請求項３に記載の建造物補強用布帛。
5. 布帛が二方向布帛であり、該二方向布帛のたて糸またはよこ糸の一方が、比表面積が０．２４〜０．５０ｍ^２／ｇの高強度繊維である、請求項３または４に記載の建造物補強用布帛。
6. 下記式（Ｉ）で示す布帛のカバーファクター（ＣＦ）が９００〜２，３００である、請求項１〜５のいずれかに記載の建造物補強用布帛。
   

   

   ＣＦ：織編物カバーファクター
   Ｄｗ：たて糸繊度（ｄｔｅｘ）
   Ｄｆ：よこ糸繊度（ｄｔｅｘ）
   Ｎｗ：たて糸密度（本／ｃｍ）
   Ｎｆ：よこ糸密度（本／ｃｍ）