JP7353214B2

JP7353214B2 - コンクリートパネル

Info

Publication number: JP7353214B2
Application number: JP2020033279A
Authority: JP
Inventors: 雅樹小野; 隆行桶野
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: JP2021133640A

Description

この発明は，コンクリートパネルに埋設されて用いられるコンクリートパネル用補強材に関する。

特許文献１は，炭素繊維，アラミド繊維，ガラス繊維などのＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics ）などの材料を用いた網体（補強材）を裏面の直近内側に埋め込んだコンクリートパネルを開示する。炭素繊維，アラミド繊維，ガラス繊維などのＦＲＰは，鉄筋に比べて軽量であり，錆も発生しない。切断時に鉄粉が発生することもない。ＦＲＰはコンクリートパネルの補強材としての利用に適している。

特開２０１３－９９８７４号公報

この発明は，コンクリートパネルの曲げ強度を高めることを目的とする。

この発明によるコンクリートパネル用補強材は，側面に比べて表面および裏面の面積が大きいコンクリートパネルに埋設されて用いられるものであって，複数本の長尺の高強度繊維を束ねた高強度繊維束に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させて硬化させた，複数本の繊維強化プラスチック製ロッドを備え，上記複数本の繊維強化プラスチック製ロッドが，互いに平行にかつ互いに間隔をあけて配置される複数本の縦方向ロッドと，上記縦方向ロッドと交差して互いに平行にかつ互いに間隔をあけて配置される複数本の横方向ロッドとを含み，複数本の縦方向ロッドのそれぞれと複数本の横方向ロッドのそれぞれとが織られていることを特徴とする。高強度繊維は，炭素繊維，アラミド繊維，ガラス繊維，玄武岩繊維，ボロン繊維，ポリエチレン繊維またはＰＢＯ（poly-p-phenylenebenzobisoxazole ）繊維，その他の繊維（合成繊維）を含む。これらの繊維は非常に細く，高強度かつ低伸度であり，複数本の高強度繊維を束にして熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸することで，鉄筋と同等の高い引っ張り強度を発揮する。

繊維強化プラスチック製ロッドは，熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が含侵された複数本の長尺の高強度繊維から構成される。繊維強化プラスチック製ロッドは，樹脂が含侵された複数本の高強度繊維束を撚り合わせた撚り線タイプであってもよいし，樹脂が含侵された複数本の高強度繊維束を編んだ組紐タイプであってもよい。もちろん，樹脂が含侵された複数の高強度繊維を撚り合わせることなく束ねたストレートタイプであってもよい。

この発明において，複数本の繊維強化プラスチック製ロッドは，複数本の縦方向ロッドと複数本の横方向ロッドとを含む。「縦方向」および「横方向」の用語は，互いに交差し合う方向に長手方向を向けて配置される複数本の繊維強化プラスチック製ロッドによって繊維強化プラスチック製格子筋が構成されることを分かりやすくするために用いる用語であり，何らかの基準に対して相対的に定まる方向を意味するものではないことを理解された。複数本の縦方向ロッドと複数本の横方向ロッドは互いに直交して交差してもよいし，直交せずに交差してもよい。縦方向ロッドと横方向ロッドが互いに直交すると，繊維強化プラスチック製格子筋は方形の網目を持つものになる。縦方向ロッドと横方向ロッドが直交せずに交差すると，繊維強化プラスチック製格子筋はひし形の網目を持つものになる。

この発明によると，コンクリートパネル中に埋設された繊維強化プラスチック製格子筋を構成する複数本の横方向ロッドのそれぞれと複数本の縦方向ロッドのそれぞれとが織られている。織り方は，平織であっても，綾織であっても，サテン織であってもよい。いずれにしても，横方向ロッドと縦方向ロッドの上下方向の位置関係は固定的ではない。１本の横方向ロッドに着目すると，横方向ロッドは，その一端から他端にかけて，複数本の縦方向ロッドと幾度も交差し，交差する箇所において，縦方向ロッドの上側にも，下側にも，位置する。縦方向ロッドも同様である。

複数本の横方向ロッドと複数本の縦方向ロッドとを織ることなく，複数本の横方向ロッドと複数本の縦方向ロッドの上下の位置関係を固定して単に重ね合わせた格子筋（以下，「非織り込み格子筋」という）を埋設したコンクリートパネルと，横方向ロッドのそれぞれと縦方向ロッドのそれぞれを織った格子筋（以下，「織り込み格子筋」という）を埋設したコンクリートパネルとについてコンクリート曲げ強度を計測したところ，織り込み格子筋を埋設したコンクリートパネルは，非織り込み格子筋を埋設したコンクリートパネルに比べてコンクリート曲げ強度が向上することが確認された。縦方向ロッドおよび横方向ロッドにおける等間隔かつわずかな湾曲形状によって，コンクリート付着性の向上が図られ，この結果としてコンクリート曲げ強度が向上したものと推察される。織り込み格子筋を埋設したコンクリートパネルは４．０Ｎ／ｍｍ^２以上の曲げ強度を発揮する。

好ましくは，上記縦方向ロッドおよび上記横方向ロッドが，上記補強材の中央を避けて配置されている。表面および裏面の面積が大きい直方体状のコンクリートパネルにおいては，その中央（表面または裏面の対向頂部同士を結ぶ線の交点）に最も曲げ応力が集中しやすい。ここで，縦方向ロッドおよび横方向ロッドが埋設されている箇所は，埋設されていない箇所（範囲）に比べてコンクリート厚さが薄くなるので，応力が集中したときにクラックが発生しやすくなる。最も曲げ応力が集中しやすい中央を避けて縦方向ロッドもしくは横方向ロッドを配置することによって，コンクリートパネルにクラックを発生しにくくすることができる。

一実施態様では，複数本の縦方向ロッドおよび複数本の横方向ロッドによって規定される複数の網目のうち，最外周に位置する網目の面積が最外周に位置しない網目の面積よりも小さい。引張強度が全周囲にわたって高められたコンクリートパネルが提供される。

一部を切り欠いて示すコンクリートパネルの設置状態を示す斜視図である。コンクリートパネルの一部破断正面図である。コンクリートパネルに埋設される炭素繊維強化プラスチック製の格子筋の平面図である。他の例の炭素繊維強化プラスチック製格子筋の平面図である。さらに他の例の炭素繊維強化プラスチック製格子筋の平面図である。

図１は，複数枚のコンクリートパネルによって構成されるコンクリート床の斜視図である。図２はコンクリートパネルの一部破断断面図である。図３はコンクリートパネルに埋設される炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の格子筋（網組構造体）（以下，ＣＦＲＰ格子筋と呼ぶ）の正面図である。

コンクリート床は複数枚のコンクリートパネル10を敷き詰めることによって形成される。コンクリートパネル10のそれぞれは，側面に比べて表面（上面）および裏面（下面，底面）の面積が大きい直方体状の外形を持つ。この実施例では，表面および裏面が正方形の形状を持つコンクリートパネル10を例示するが，表面および裏面の形状は長方形であってもよい。もちろん，正方形や長方形の四角形のみならず，六角形，八角形その他の多角形の形状であってもよい。

コンクリートパネル10の側面と，隣接するコンクリートパネル10の側面とは，接着剤を用いて互いに接着してもよい。敷き詰めるコンクリートパネル10の数に応じてコンクリート床には任意の広がり持たせることができる。

コンクリートパネル10の裏面の四隅にスペーサ（スタンド）50が立設され，これによってコンクリートパネル10は接地面から上方に離れて（接地面から浮いた状態で）設置される（浮き床）。コンクリートパネル10の下方に形成される空間はたとえばドレン配管等が通される。ドレン配管等がコンクリートパネル10によって目隠しされるので，景観が向上する。また，通気性も向上し，これによりヒートアイランド現象の抑制を図ることもできる。防音効果や耐震性の向上にも寄与する。

図１および図２を参照して，コンクリートパネル10は，コンクリート本体11と，コンクリート本体11の内部に埋め込まれたＣＦＲＰ格子筋20を備えている。図１および図３を参照して，ＣＦＲＰ格子筋20は，コンクリート本体11の表面13および裏面14とほぼ同じ（やや小さくてもよい）外形を持つ。

ＣＦＲＰ格子筋20は，互いに直交する向きに配列された複数本のＣＦＲＰロッド21および複数本のＣＦＲＰロッド22を含む。複数本のＣＦＲＰロッド21と複数本のＣＦＲＰロッド22は，いずれも互いに平行にかつ互いに間隔をあけて配置されており，また，ＣＦＲＰロッド21のそれぞれとＣＦＲＰロッド22のそれぞれは交互に浮き沈みされて織られている（平織）。平織に代えて，綾織またはサテン織によってＣＦＲＰロッド21のそれぞれとＣＦＲＰロッド22のそれぞれを織ってもよい。以下の説明では，ＣＦＲＰロッド21を「縦方向ロッド21」と呼び，縦方向ロッド21に直交するＣＦＲＰロッド22を「横方向ロッド22」と呼ぶ。ＣＦＲＰ格子筋20には，複数本の縦方向ロッド21および複数本の横方向ロッド22によって，複数の矩形の網目が形成される。

縦方向ロッド21と横方向ロッド22の多数の交点は，含浸されている熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を利用して互いに接着させることができる。もっとも，多数の交点の一部または全部に，たとえば接着剤を塗布して，縦方向ロッド21と横方向ロッド22とを強固に固定してもよい。

図３を参照して，ＣＦＲＰ格子筋20の外周部分における縦，横方向ロッド21，22の配列が密にされている。すなわち，縦方向ロッド21は，両端に位置する縦方向ロッド21とその隣の縦方向ロッド21との間隔（メッシュ幅）を除いて，隣り合う縦方向ロッド21同士が等間隔に配列されている。横方向ロッド22についても同様であり，両端に位置する横方向ロッド22とその隣の横方向ロッド22との間隔を除いて，隣り合う横方向ロッド22同士が等間隔に配列されている。これを換言すると，ＣＦＲＰ格子筋20の複数の網目30，40のうち，最外周に位置する網目40の面積が，最外周に位置しない網目30の面積よりも小さくされている。ＣＦＲＰ格子筋20の外周部分における縦，横方向ロッド21，22の配列を密にすることで，コンクリートパネル10の外周部分の引張強度を全周にわたって高めることができる。もっとも，縦方向ロッド21のすべてを隣り合う縦方向ロッド21と等間隔に配列してもよい。横方向ロッド22についても同様である。

両端に位置する縦，横方向ロッド21，22とその隣の縦，横方向ロッド21，22との間隔を除いて，隣り合う縦方向ロッド21同士の間隔および隣り合う横方向同士の間隔も，好ましくは等しくされる。これにより最外周に位置しない網目30は合同な正方形となり，最外周の網目40は四隅を除いて合同な長方形となる。これは，コンクリートパネル10の強度をコンクリートパネル10の全体にわたってほぼ均等にするためである。

縦，横方向ロッド21，22は，断面円形に束ねられた多数本たとえば数万本の長尺の炭素繊維の束に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させて硬化させたものであり，たとえば３～５ｍｍ程度の直径を持つ。炭素繊維のそれぞれは非常に細く，たとえば５～７μｍの直径を持つ。多数本の炭素繊維は長手方向にストレートに伸ばされていてもよいし，捻じりが加えられていてもよい。組紐のように編んでもよい。いずれにしても，縦，横方向ロッド21，22は同径の鉄筋と同等の引張強度を発揮する。他方，縦，横方向ロッド21，22は同径同長の鉄筋に比べて軽量であり，錆が発生することもない。切断時に鉄粉が発生することもない。コンクリートパネル10は，同様に鉄筋を埋め込んだコンクリートパネルよりも軽量になる。

図２を参照して，ＣＦＲＰ格子筋20は，コンクリートパネル10（コンクリート本体11）の裏面14に近い箇所に，裏面14と平行に埋め込まれる。コンクリートパネル10にはその表面13に下向きの荷重がかかるので，コンクリートパネル10の表面13に圧縮力が，裏面14に引っ張り力が，それぞれ加わることが多く，コンクリートパネル10の破損はその裏面14に生じやすい。コンクリートパネル10の裏面14に近い箇所にＣＦＲＰ格子筋20を埋め込むことによって，破損しにくいコンクリートパネル10が提供される。

縦方向ロッド21および横方向ロッド22に加えて，斜め方向にのびる筋交いロッドを追加してもよい。たとえば，方形のＣＦＲＰ格子筋20の四辺のそれぞれの中央と隣接する辺の中央とを結ぶ４本の筋交いロッドを追加してもよい。または，方形のＣＦＲＰ格子筋20の対向頂部同士を結ぶ２本の筋交いロッドを追加してもよい。

図４は他の例のＣＦＲＰ格子筋20Ａを示している。図３に示すＣＦＲＰ格子筋20とは，直方体状のコンクリート本体11に対して斜めに（対向する頂部を結ぶ方向に），縦，横方向ロッド21，22が配列されている点が異なる。

図５はさらに他の例のＣＦＲＰ格子筋20Ｂを示している。図３に示すＣＦＲＰ格子筋20とは，ＣＦＲＰ格子筋20Ｂの中央（対向頂部同士を結ぶ２つの線の交点）に，縦，横方向ロッド21，22が位置していない点（以下，「中央配線がない」と表記する）が異なる。これは，直方体状のコンクリートパネルにおいて，その中央（表面13または裏面14の対向頂部同士を結ぶ線の交点）に最も曲げ応力が集中しやすいことを理由とする。中央配線がないように縦，横方向ロッド21，22を配列することで，中央におけるコンクリート厚さを最大限に確保し，これによって中央に曲げ応力が集中したときにクラックを発生しにくくすることができる。

表１は，ＣＦＲＰ格子筋のメッシュ幅（最外周に位置しない正方形の網目30の幅），中央配線の有無，および組織（織りの有無）をそれぞれ異ならせて作製した５つのコンクリートパネルの被試験体（実施例１～実施例４および比較例）について行ったコンクリート曲げ強度の測定結果を示している。

実施例１と実施例３とを対比して，メッシュ幅が70mmである平織されかつ中央配線のないＣＦＲＰ格子筋20Ｂを埋め込んだコンクリートパネル10の曲げ強度（実施例１）は，メッシュ幅を90mmとしたＣＦＲＰ格子筋20Ｂを埋め込んだコンクリートパネル10の曲げ強度（実施例３）よりも若干高いことが確認される。他方，実施例２と実施例４とを対比して，メッシュ幅が90mmである平織されかつ中央配線をもつＣＦＲＰ格子筋20を埋め込んだコンクリートパネル10の曲げ強度（実施例２）は，メッシュ幅を 100mmとしたＣＦＲＰ格子筋20を埋め込んだコンクリートパネル10の曲げ強度（実施例４）よりも若干低いことも確認される。一般には，メッシュ幅を狭くすることでコンクリートパネル10の引張強度は向上するが，メッシュ幅を狭くしすぎると，相対的にコンクリート厚さが薄い領域が増えることになり，クラック発生が増える可能性も生じる。コンクリートパネル10の大きさ（表面13および裏面14の面積，厚さなど）に応じてメッシュ幅は適宜選択すればよい。

実施例２と実施例３とを対比して，中央配線のないＣＦＲＰ格子筋20Ｂを埋め込んだコンクリートパネル10のコンクリート曲げ強度（実施例３）は，中央配線を持つＣＦＲＰ格子筋20を埋め込んだコンクリートパネル10のコンクリート曲げ強度（実施例２）を比較的大きく上回っていることが確認される。コンクリートパネル10が，その中央に曲げ応力が集中する環境で用いられる場合には，中央配線のないＣＦＲＰ格子筋20Ｂの利用が適している。

実施例４と比較例とを対比して，平織されたＣＦＲＰ格子筋20を埋め込んだコンクリートパネル10の曲げ強度（実施例４）は，非織り込みＣＦＲＰ格子筋を埋め込んだコンクリートパネルの曲げ強度（比較例）を大きく上回っている。実施例１～実施例４と比較例とを対比して，平織されたＣＦＲＰ格子筋を埋め込むことで，コンクリートパネル10の曲げ強度は４．０以上の値が得られたのに対し，非織り込みＣＦＲＰ格子筋を用いると，４．０未満の曲げ強度が測定されている。表面13に荷重が加わる環境で用いられるコンクリートパネル10には織り込みＣＦＲＰ格子筋を用いることが好ましいことが分かる。

10 コンクリートパネル
11 コンクリート本体
13 表面
14 裏面
20，20Ａ，20ＢＣＦＲＰ格子筋（補強材）
21 縦方向ロッド
22 横方向ロッド
30，40 網目

Claims

側面に比べて表面および裏面の面積が大きく，内部に補強材が埋設されたコンクリートパネルであって，
上記補強材が，
複数本の長尺の高強度繊維を束ねた高強度繊維束に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させて硬化させた，複数本の繊維強化プラスチック製ロッドを備え，
上記複数本の繊維強化プラスチック製ロッドが，互いに平行にかつ互いに間隔をあけて配置される複数本の縦方向ロッドと，上記縦方向ロッドと交差して互いに平行にかつ互いに間隔をあけて配置される複数本の横方向ロッドとを含み，複数本の縦方向ロッドのそれぞれと複数本の横方向ロッドのそれぞれとが織られており，
上記縦方向ロッドおよび上記横方向ロッドが，上記コンクリートパネルの中央を避けて配置されている，
コンクリートパネル。
上記高強度繊維は，炭素繊維，アラミド繊維，ガラス繊維，玄武岩繊維，ボロン繊維，ポリエチレン繊維またはＰＢＯ（poly-p-phenylenebenzobisoxazole ）繊維である，
請求項１に記載のコンクリートパネル。
複数本の縦方向ロッドおよび複数本の横方向ロッドによって規定される複数の網目のうち，最外周に位置する網目の面積が最外周に位置しない網目の面積よりも小さい，
請求項１または２に記載のコンクリートパネル。