JPH03129040A - コンクリート補強筋とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コンクリートの剪断補強用のスターラップ筋
又はフープ筋として用いられる、補強効果の大きな鉄筋
代替用繊維強化樹脂筋に関する。

（従来の技術） 繊維強化樹脂からなる棒状体を剪断補強用のスターラッ
プ筋又はフープ筋として用いることは公知である。たと
えば、実間１１１Ｅ６３−１６２０２４号公報には、高
強度低伸度繊維として炭素繊維、アラミド繊維、ガラス
繊維、炭化珪素繊維を用い、それの集束体にマトリック
ス樹脂を含浸した線状体を該マ）　Ｉ）ツクス樹脂が未
硬化状態で撚合体とし、その状態で撚合体をマンドレル
に巻き付け、加熱し、硬化を完了させた後マンドレルか
ら外す方法によりスターラップ筋やフープ筋を製造する
方法が記載されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これら繊維のうち、炭素繊維、ガラス繊
維そして炭化珪素繊維等の無機繊維は、曲げてマンドレ
ルに巻き付ける際に繊維が折損するために折り曲げ角度
を大きくとったり、折り曲げ内のり直径を小さくとるこ
とはできないという欠点′！）有している。またアＸ）
ξド繊維も巻き付ける際に繊維は座屈現象を起こすため
に容易に用いることはできないという欠点を有している
。即ち紋る無機繊維やアラミド繊維を用いた棒状物の折
曲げ部分は糸の折損や座屈による損傷を受けてかり補強
筋の物性が劣つ問題となる。

折損を防止するためには折り曲げ角度を小さくとり、折
り曲げ内のり直径を大きくとらざるを得す、このような
補強筋は配筋するうえでスターラップ筋やフープ筋の効
果を得にくい問題がある。

！た未硬化の！＼マンドレルに巻き付けるためその棒状
物の断面は異形化し、特に曲げ部分が偏平化することと
なり、その結果コンクリート内部に釦ける均一な応力を
保ちにくく物性面での問題もある。

さらＫＩＩｊ条体のａｍｏとして炭素ＩＲ維を用いた場
合には、素材物性及び導電性の面から鉄筋の発錆を惹起
しすることも予想され併用することもできず、な卦アコ
ーステイクェ□ッション問題及び更に重要なことは炭素
繊維は極めて高価であるという経済性の点での問題を有
している。オたガラス繊維やアラミド繊維は耐アルカリ
性に問題があり長期耐久性に疑問が残されている。

かかる［ｍ強化樹脂製のコンクリート補強筋において、
折り曲げ部の物性を損うことなく折り曲げ角度が大きく
、折り曲げ内のりを小さくとりうる節体が望筐れていた
。筐た鉄筋と同様に工場生産ができることばもとよう建
築現場でも容易に折り曲げ加工及び切断のできる節体が
求められていた。更に施工面からは従来の鉄筋のように
貯蔵時の発錆に気を使わなくてよく、また配筋組付けが
容易であり、かつ軽量であり、更に経済面からも有利で
、そして物性面からも節体強力は鉄筋と同等でセメント
との付着性もよく、長期の耐アルカリ性に優れた繊維強
化樹脂製補強筋が強く望１れていた。

本発明者らはこのような課題を解決するために鋭意研究
の結果本発明に到達した０ （課題を解決するための手段） 本発明は、繊維強化樹脂からなる棒状体が螺旋状又は閉
合状に折り曲げ加工されたコンクリート補強筋にかいて
該繊維が引張り強度１５２／デニール以上、切断伸度３
．５％以上、初期弾性率が３００ｆ／デニール以上の有
機合成繊維であって、かつ折り曲げ部の少なくとも一箇
所が折り曲げ角度９０−１８００　Ｄ≦２０ｄ（Ｄｆｄ
折り曲げ内のり直径、ｄは棒状物の直径）を満足してい
ることを特徴とするコンクリート補強筋である。

筐た製造方法として、引張り強度１５？／デニール以上
、切断伸度３．５％以上、初期弾性率が３００　ｆ／デ
ニール以上の有機合成繊維の集束物および集束物に含浸
された熱硬化性樹脂からなる樹脂含浸繊維束を加熱によ
り該樹脂を硬化させて棒状体とした後、該熱硬化させた
樹脂が軟化する温度以上でかつ２００℃以下の温度に加
熱した状態で該棒状体をマンドレルに巻き付けて折り曲
げ部の少なくとも一部が折り曲げ角度９０〜１８０゜・
であｐ、かつＤ≦２０　ｄ　（ＤＦＯｉ折ｐ曲げ内のシ
直径、ｄは棒状物の直径）を満足する折り曲げ部を形成
し、その後該熱硬化させた樹脂が軟化する温度未満１で
冷却させた後、該マンドレルから棒状体を外すことを特
徴とするコンクリート補強筋の製造方法である。そして
好１しくは、上記有機合成繊維として、ポリビニルアル
コール系合成繊維筐たは全芳香族ポリエステル繊維を用
いるものである。

さて本発明に用いる有機合成繊維について、連続繊維を
用いた繊維強化樹脂の補強効果は極めて単純化された複
合剤に従い、繊維のひきそろえが均一になされているな
らば、繊維の引張り強度とセメントの付着力に比例する
、即ち、高い引張り強度と弾性率が必要である。その繊
維の引張り強度はデニール当り１５Ｆ以上、初期弾性率
はデニール当り３００２以上が必要である。好着しくは
引張り強度としてデニール当り１７〜３０１．初期弾性
率として４５０〜１０００Ｆが好ましい。引張り強度及
び初期弾性率が各々デニール当り１５Ｆ、３００ｆ未満
ではコンクリート補強筋としての性能を十分発揮するこ
とはできない。更に繊維の切断伸度が３．５多以上であ
ることは、繊維強化樹脂棒状物をマンドレルに巻き付け
て折り曲げ加工する時に、特にその折り曲げ角度を９０
〜１８０度とするとき棒状物の直径ｄが折り曲げ内のり
直径ＤＣＩＤ≦２０ｄと大変小さな折り曲げを行なう時
に、折り曲げ部分に繊維の折損や座屈により棒状物の物
性を損うことのないようにするための重要な要因である
。即ち折り曲げる棒状体の外側に位置する繊維はその伸
びの小さなものは容易に変形することはできず、曲げた
としても強度低下をきたしたり、曲げ部分の棒状物が極
端に扁平化したジ、又は繊維間の剥離現象を起こし、折
り曲げ部で強度低下が起こり、ひいては補強筋としての
効果は不十分なものとなる。なお、上記ｄＦｉ棒状体の
横断面積に相当する面積の円の直径を意味している。特
に、有機合成繊維のなかでもポリビニルアルコール系合
成繊維と全芳香族ポリエステル繊維が折り曲げ部の強度
低下を起こさない点で極めて優れている。

本発明に用いられるポリビニルアルコール（以下ＰＶＡ
と略す）系合成繊維は、重合度１０００〜２００００で
ケン化度９８モル嘩以上のＰＶＡを用いたもので、湿式
、乾湿式、乾式等の紡糸法において特定の条件を用いる
ことにより得られるものであり、たとえば特開平１−１
７４５３１号公報に記載されている方法により製造され
る。もちろん可塑剤や油剤などを混合したものでもよい
０全芳香族ポリエステルとは、一種以上の芳香族ヒドロ
キシ酸の、場合によっては芳香族ジオール及び／又は芳
香族二酸との縮合による溶融加工可能な芳香族ポリエス
テルであって、存在する各成分の少くとも一個の芳香環
が重合体主鎖に寄与しているという意味に唄いて全芳香
族と称される全芳香族ポリエステルであって、異方性溶
融相を形成しうるいわゆるサーモトロピック液晶性全芳
香族ポリエステルであり、本発明では、このような全芳
香族ポリエステルから溶融紡糸され、更に全芳香族ポリ
エステルの融点と融点より５０℃低い温度で熱処理した
繊維がよい０ 又、ガラス繊維、炭素繊維のみでは曲げ加工に問題があ
るが、本発明のＰＶＡ系繊維と全芳香族ポリエステル繊
維と繊維混合するか、芯部分に配置することにより曲げ
加工が可能である。棒状体に釦いて、繊維・有体積は６
０優以上が好筐しい０その理由は、マトリックス成分で
ある樹脂が少ない方が補強材として繊維の力を発揮し、
複合材の引張り強度、ヤング率が高筐ることは連続繊維
を用いた複合剤より明らかであるからである。本発明に
おいて棒状体における繊維の占める体積が６（１未満の
場合には繊維の強力、ヤング率等の機械的性能が低下し
てし筐う。

ただ引抜き成形に釦いては、繊維が引抜きノズル内を通
過する時空気のだき込みをかさえ、かつ潤滑に成型する
ためには樹脂は多い方が好！しいということは言えるが
、樹脂量が４０体積嘩を越えると折曲げ加工時の樹脂ダ
レや、ふくらみが大きくなり棒状物の形状が変るため好
筐しくない。

オた補強材の機械的性質を満足するためには４０嘩以下
の樹脂量にするのが好筐しい。

用いる熱硬化性樹脂としては不飽和ポリエステル、エポ
キシ樹脂、水溶性エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、
メラミン−ホルマリン樹脂、フェノ−ん樹脂、尿素系樹
脂等を用いることができる。

耐アルカリ性及び取や扱い性の点からエポキシ樹脂又ハ
ビニルエステル（エポキシアクリレート）樹脂がよい。

次に樹脂含浸した。繊維が軸線方向に集束されることは
、ＦＲＰ加工で言う引抜き成型法で成形した棒状物を示
す。棒状物が折り曲げ角度９０〜１８０ｏということは
第１図のような形状を意味している。

棒状物の直径ｄと折り曲げ内のり直径りとの関係がＤ≦
２０ｄであることは第２図のａ及びｂに示す如く、棒状
物の直径が太くてもそれなりに小さな折り曲げ内のり直
径で曲げられることを示している。Ｄ）２０ｄでは炭素
繊維やガラス繊維でも折り曲げられるような折曲げ内の
り径となり意味がない。また通常の補強筋の場合、Ｄ≦
２０で折り曲げられていることが大半の場合に必要であ
り、この条件で折υ曲げ加工できないと補強材（螺旋筋
または閉合筋）としての用途が半減することとなる。次
に同一形状を有する連続した螺旋状筋の製造方法を第３
図で説明する。

ｔＦｉ繊維で、フィラメント又はロービングの給糸機、
２は引出された繊維の引出し張力調整付ガイドで３の送
υローラから４の熱硬化性樹脂槽に導びかれ５の絞りロ
ールで樹脂含浸量をコントロールする。更に６の集束ガ
イドを通し、７のダイスに導入する。ダイスの形状は円
形、正方形、矩形等任意の形状でよい。ダイスはニクロ
ム線ヒータや誘導加熱装置を内蔵し温度制御が可能とし
、熱硬化性樹脂の硬化度をコントロールする。８は引出
された半硬化棒状物の表面に凸凹をつけるための樹脂含
浸合成繊維マルチフィラメント巻回装置で必要に応じ繊
度、巻付ピッチを決めることができる。９は砥粒吹付は
装置で半硬化棒状物にあらかじめ熱硬化性樹脂を１０で
塗布し、塗布表面に砥粒を付着させる。１１は引取りロ
ールでろり１２は硬化用の加熱炉で棒状物を完全硬化す
る時に用いる。加熱はニクロム線ヒータや遠赤外線ヒー
タの輻射熱タイプのものでもよいし、誘電加熱方式やマ
グネトロンタイプのもの、又は熱風タイプのものでもよ
い。１２は引取りロールである。

１３は巻取り装置又は１４は引取り切断装置である０ 完全に硬化した棒状体はマンドレルに巻き取るか又は一
定長さで切断し束ばねたものとして用いる０ 第４図の８からｆは第３図の８筐たば９で表面加工され
たもので砥粒タイプ、斜交巻タイプである０ 第５図には完全硬化した棒状体の一例を示した。

第５図のａは第３図の１１で示す加熱炉を通し、１２の
引取りロールを経た棒状体が軟化温度以上に保った壕＼
巻取り装置１３のマンドレルＡＫ％きつける。第５図の
ｂはそのマンドレルＡの一例である。棒状体が冷却した
後肢マンドレルから外すことにより同一形状を有する螺
旋筋Ｃ１閉合筋ｄの繊維強化樹脂製補強筋を得るｏｅ及
びｆは図−４と同様に図−３の８．９で表面加工された
もので砥粒タイプ、斜交巻タイプである０棒状体の軟化
温度は、示差熱分析により求めることができる０％に熱
硬化性樹脂を用いたものでも無定形高分子の場合と同様
吸熱側へのずれが始する温度が軟化温度即ちガラス転移
温度である。

エポキシ樹脂の場合１１０〜１４０℃であり、熱硬化条
件により高温度側に若干シフトするがかかる方法で測定
、決定される。このように硬化させた棒状体を加熱によ
り軟化させ、マンドレルに巻き取る方法を用いることに
より、従来半硬化状態の樹脂でなければ折り曲げ加工が
できないとされていたものを、放置安定性に優れかつ加
工性が容易という極めて優れた効果が得られる。軟化開
始温度より低い場合には、ひび割れや座屈が起り曲げ部
分の強度が低下する。また２００℃より高い場合にはａ
ｍの強度が低下し、所期の目的のものが得られない。

次にスターラップ筋又はフープ筋の連続製造方法を示す
。

第６図に代表的スターラップ筋の例を示した。

ａむよびｂはその断ｉ、ｃ＞よびｄは連続体の外観図で
ある。

第７図にスパイ−）ルアープ筋の代表例を示した。

ａ、ｂ、ｅはその断面図、ｄ、ｅ、ｆは各々の連続体の
外観図である０スパイラルフープ筋として用いる場合同
一形状となる箇所で切断して用いることもできる０″！
た連続体のスターラップ筋として用いることもできる。

これらは形状が一定していること、連続体として使える
ことから配筋施工は大変容易である。

またＪ型筒を得る場合は連続製造の場合第８図ａに示す
ようなマンドレルを用い、第３図の方法でｂを製造する
ことができる。そして切断するこ示すように棒状体ｅを
、その熱硬化性樹脂の軟化温度以上に加熱し、冷却する
ことによシ製造することができる。同図中、ｄｆｉ加熱
成型折曲げ機の一例を示したものでＪ型筒Ｃを得ること
ができる。

なか本発明に釦いて、引張り強度、切断伸度シよび初期
弾性率はＪＩＳ　　Ｌ−１０７１に準じて、温度２０℃
、相対湿度６５嘩の雰囲気下で試料長２０の、速度１０
　ｔ：ｍ　７分でインストロン試験機にて測定した値で
ある０ 実施例１ 重合度４５００、’１７化度９９．９−Ｅ：　ル％　ｔ
Ｄ　Ｐ　Ｖ　Ａ水溶液から湿式紡糸することによシ、単
繊維繊度１．８デニール、引張り強度１８．５ｆ／デニ
ール、初期弾性率４６０　ｆ／デニール、切断伸度４．
８条の１８０Ｏｆ＝−／Ｉ／１０００ニアｆ７メン）Ｏ
ＰＶＡ［維を得た。

実施例２ ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフト
エ酸との共重合体からなる溶融液晶ポリマーを用い溶融
紡糸して紡糸原糸１５００デニールで３００フイラメン
トを得た。更に２９０℃で２４時間空気中で熱処理を行
ない単繊維繊度５デニール、引張り強度２４．５ｔ／デ
ニール、破断伸度３．８％、初期弾性率６５０Ｐ／デニ
ールの全芳香族ポリエステル繊維を得た。

実施例３ 実施例１．２で得た繊維を第１表の糸の不敗、熱硬化性
樹脂を用い第３図に示す製造工程で棒状体を得た。棒状
体の表面凹凸処理は第１表に示す条件で実施した。また
得られたロッドの物性も第１表に示した。

比較例１，２として、カーボン繊維とガラス繊維を同様
に処理し棒状物を得た。各棒状物を１７０１．２の折り
曲げ部の観察を行ない、折り曲げ加工後更に１７０℃に
加熱し直線状にもどして棒状物の引張り強力を測定し折
り曲げ加工前の強力に対する強力保持率を求め第１表に
示した。なおこれら実施例および比較例に釦いて硬化後
の棒状物の軟化温度は１３０℃であった。

カーボンｔｉ［は東邦ベスロン社製のベスファイ）ＨＴ
Ａで、繊維物性は直径７Ｉ１ｍ％密度１．７７、引張強
度（３８０ｋ１１／−）　２３．９　ｆ／ｄｒ、弾性率
（２４０００ｋｆ／−）１５０７ｆ／ｄｒ、破断伸度１
．６％であった。ガラス繊維は日東紡社製Ｒ８ｌｌ０（
９ｃ＋ｏｏｄｒ）繊維物性は直径１０□％密度２．５４
、引張り強度（２５０ｋｆ／ｍＪ　）　１０．９　ｆ／
ｄｒ、弾性率（７７００’Ｑ／ｍｊ）　３３７　ｔ　／
ｄｒ　、破断伸度３．４多のものであった。

以下余白 実施例４ 実施例１で得たＰｖＡＲ維１７６本を工程でエポキシ樹
脂（油化シェル社エピコート８２８）に含浸し、１３０
℃に加熱した直径７．２　ｍの円形ノズルより引抜き、
実施例１の繊維２本を１ｍ当り６０回のよりをかけた糸
にエポキシ樹脂（油化シェル社エビコー）　８２８）を
含浸しながら５卿ピツチに交互に綾をふるように巻き付
け１８０℃の加熱炉を通し完全硬化した直線状のロッド
を得たＯストレート部分の直径は７，３ｆｉであり、綾
巻部分の直径Ｆｉ９．３　ｍであった。この棒状物の破
断強力は２，４ｔｏｎで、切断伸度は４．８りであった
。筐た初期弾性率は４０００ｋｆ／＊ｊであった。１次
軟化温度は１３２℃であった。

この得られた棒状物を１７０℃の加熱炉に入れ加熱しな
がら折り曲げ内のり直径８０曽であり連続物が長方形で
あり、コンクリート型枠うめこみ時のたて方向（ｊＬ、
）とよこ方向（ｂｆｆｉ）のロットの外側寸法と、うめ
こみピッチ（ｐｃｒｎ）から所定のたて、よこ、長さで
あるマンドレルに巻きつけ成型して連続棒状物を得た。

この時の型枠への配筋長さたてａ　ｔｆｆ　、　よこｂ
ｃｒｎ％ピッチｐｃｍとすると本実施例の場合伸ばす分
だけする必要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は折り曲げ角度を示す概略図、第２図は折り曲げ
内のシ直径を示す概略図、第３図は本発明の補強筋を製
造する工程図、第４図は螺旋筋ｐよび閉合筋の斜視図、
第５図は棒状体をマンドレルに巻き取り螺旋筋を得る工
程図とマンドレルの斜視図を示す。第６図は各種ラセン
筋の斜視図およびコンクリート中に配筋した時の概略図
、第８図ＶｉＪ型筒金得るためにマンドレルに巻き付け
た時釦よびマンドレルから外した時の斜視図、さらに・
・・・棒状体をＪ型筒とするための加熱装置の図でらる
。 ＋１−ネ地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維強化樹脂からなる棒状体が螺旋状又は閉合状あ
   るいはＪ型に折り曲げ加工されたコンクリート補強筋に
   おいて、該繊維が引張り強度１５ｇ／デニール以上、切
   断伸度３．５％以上、初期弾性率が３００ｇ／デニール
   以上の有機合成繊維であつて、かつ折り曲げ部の少なく
   とも一箇所が折り曲げ角度９０〜１８０゜、Ｄ≦２０ｄ
   （Ｄは折り曲げ内のり直径、ｄは棒状物の直径）を満足
   していることを特徴とするコンクリート補強筋。 ２、有機合成繊維がポリビニルアルコール系合成繊維で
   ある請求項１に記載のコンクリート補強筋。 ３、有機合成繊維が全芳香族ポリエステル繊維である請
   求項１に記載のコンクリート補強筋。 ４、引張り強度１５ｇ／デニール以上、切断伸度３．５
   ％以上、初期弾性率が３００ｇ／デニール以上の有機合
   成繊維の集束物および集束物に含浸された熱硬化性樹脂
   からなる樹脂含浸繊維束を加熱により該樹脂を硬化させ
   て棒状体とした後、該熱硬化させた樹脂が軟化する温度
   以上でかつ２００℃以下の温度に加熱した状態で該棒状
   体をマンドレルに巻き付けて折り曲げ部の少なくとも一
   部が折り曲げ角度９０〜１８０゜であり、かつＤ≦２０
   ｄ（Ｄは折り曲げ内のり直径、ｄは棒状物の直径）を満
   足する折り曲げ部を形成し、その後該熱硬化させた樹脂
   が軟化する温度未満まで冷却させた後、該マンドレルか
   ら棒状体を外すことを特徴とするコンクリート補強筋の
   製造方法。