JPH10253561A - Carbon fiber sheet - Google Patents

Carbon fiber sheet

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Publication number
JPH10253561A
JPH10253561A JP9052008A JP5200897A JPH10253561A JP H10253561 A JPH10253561 A JP H10253561A JP 9052008 A JP9052008 A JP 9052008A JP 5200897 A JP5200897 A JP 5200897A JP H10253561 A JPH10253561 A JP H10253561A
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JP
Japan
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carbon fiber
fiber yarn
yarn
main
fiber sheet
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Application number
JP9052008A
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Japanese (ja)
Inventor
Taku Kobayashi
卓 小林
Akira Nishimura
明 西村
Akihiko Kitano
彰彦 北野
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber sheet for detecting distortion, fatigue, and deterioration of a concrete structure. SOLUTION: This carbon fiber sheet is formed by disposing a sub carbon fiber yarn line whose breaking ductility is smaller than that of a main carbon fiber yarn line and is electrically insulated against the main carbon fiber yarn line between the insides or rows of a plurality of main carbon fiber yarn lines arranged in parallel to each other. A carbon fiber-reinforced plastic layer including the carbon fiber sheet is formed on the surface of the concrete structure so as to be integral with the structure to reinforce the structure. By measuring a change in the electric resistance of the sub carbon fiber yarn line, it is possible to detect the distortion, fatigue, and deterioration of the structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化プラ
スチック(CFRP)を形成するのに用いる炭素繊維シ
ートと、それを用いて構造物の疲労や劣化の状態をモニ
タリングする方法に関する。
The present invention relates to a carbon fiber sheet used for forming carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and a method for monitoring the state of fatigue or deterioration of a structure using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンクリートの橋、トンネル、煙突、建
物などの構造物は、長年使用するとコンクリートの中性
化、錆の発生、塩害などによる劣化が起こる。また、通
行する車両の重量緩和による負荷の増大や、地震による
損傷や、より大きな地震を想定した耐震基準の見直しな
どがあるため、補修・補強が必要になってくる。
2. Description of the Related Art Concrete bridges, tunnels, chimneys, buildings and other structures are subject to deterioration due to neutralization of concrete, generation of rust, salt damage and the like when used for many years. In addition, repairs and reinforcements are required because there are increases in the load due to the reduction in the weight of passing vehicles, damages due to earthquakes, and revisions to seismic standards that assume a larger earthquake.

【0003】コンクリート構造物を補修・補強する工法
としては、鋼板をコンクリート構造物に接着する鋼板補
強工法が知られている。しかし、この工法は、鋼板の重
量が大きいために施工の容易さなどの点で問題が残る。
そこで、近年、炭素繊維シートを樹脂を含浸しながら構
造物に貼り付け、樹脂を硬化させるハンドレイアップ工
法が、施工の容易さや補強効果の大きさ、構造物の複雑
な表面にも対応した施工ができるなどの理由で注目され
るようになってきた。
As a method of repairing and reinforcing a concrete structure, a steel plate reinforcing method of bonding a steel plate to a concrete structure is known. However, this method has a problem in terms of ease of construction and the like because the weight of the steel sheet is large.
Therefore, in recent years, a hand lay-up method of attaching a carbon fiber sheet to a structure while impregnating it with a resin and curing the resin has resulted in construction that is easy to perform, has a large reinforcing effect, and is compatible with the complex surface of the structure. Attention has come to the point that it can be done.

【0004】しかし、補修・補強を行っても中性化や錆
の発生によるコンクリート構造物の疲労や劣化は進行す
るので、その状態を常に観察する必要がある。そのた
め、炭素繊維の導電性を生かし、その電気抵抗の変化か
ら構造物の疲労や劣化の状態をモニタリングする方法が
検討されている。
[0004] However, even if repair and reinforcement are performed, the fatigue and deterioration of the concrete structure due to neutralization and rust progresses, and it is necessary to constantly observe the state. For this reason, methods of monitoring the state of fatigue and deterioration of a structure based on a change in its electrical resistance by utilizing the conductivity of carbon fibers have been studied.

【0005】たとえば、特開平8−193993号公報
には、間隔をおいて配列した弾性率が異なる炭素繊維糸
条を含むCFRP板をコンクリート構造物に貼り付け、
炭素繊維糸条を構成する単糸の破断に伴う電気抵抗の変
化を検出することでコンクリートのひび割れを検知する
方法が記載されている。弾性率が高い炭素繊維糸条は低
いものより荷重負荷が大きく、また、一般に破断伸度が
小さいので、板のひび割れが炭素繊維糸条の破断による
電気抵抗の変化として検出できる。しかし、この方法
は、CFRP板を貼り付けるので作業性はよいが、複雑
な形状を有する構造物の表面に平板を沿わせる手間や、
平板を貼付け面に合わせて加工する手間がかかる。ま
た、板を成形する際、炭素繊維糸条を構成する単糸が曲
がりやすい、すなわち蛇行しやすいという現象がまま発
生する。このような現象は、特にハンドレイアップ工法
でよく見られる。単糸が蛇行すると、曲がった部分に応
力が集中するようになるので目的とする構造物の歪みレ
ベルが反映されなくなり、それよりも小さな歪みで単糸
が破断し、炭素繊維糸条の電気抵抗が大きくなってしま
う。したがって、信頼性が低く、原理的には有効なモニ
タリング方法であることはわかっているが、実用化され
るには至っていない。補修・補強に使用されている炭素
繊維糸条そのものの電気抵抗の変化によってモニタリン
グできれば簡単であるが、そのような炭素繊維糸条の破
断伸度は一般に1.5〜2.0%と大きく、低歪み領域
での破断はほとんど起こらないので、構造物の疲労や劣
化の状態を把握することは難しい。
[0005] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-193939 discloses that a CFRP plate containing carbon fiber threads arranged at intervals and having different elastic moduli is attached to a concrete structure.
A method for detecting a crack in concrete by detecting a change in electrical resistance due to breakage of a single yarn constituting a carbon fiber thread is described. Since a carbon fiber yarn having a high elastic modulus has a larger load load than a carbon fiber yarn having a low elasticity and generally has a small elongation at break, a crack in the plate can be detected as a change in electric resistance due to the breakage of the carbon fiber yarn. However, this method has good workability because the CFRP plate is attached, but has the trouble of making the flat plate follow the surface of a structure having a complicated shape,
It takes time to process the flat plate according to the surface to be pasted. Further, when the plate is formed, a phenomenon that the single yarn constituting the carbon fiber yarn is easily bent, that is, easily meanders occurs. Such a phenomenon is often seen especially in the hand lay-up method. If the single yarn meanders, stress will be concentrated on the bent part, so the distortion level of the target structure will not be reflected, and the single yarn will break with less strain, and the electrical resistance of the carbon fiber yarn Becomes large. Therefore, although it is known that it is a low-reliability and effective monitoring method in principle, it has not been put to practical use. It is easy to monitor the change in the electrical resistance of the carbon fiber yarn itself used for repair / reinforcement, but the elongation at break of such a carbon fiber yarn is generally as large as 1.5 to 2.0%. Since almost no fracture occurs in the low strain region, it is difficult to grasp the state of fatigue and deterioration of the structure.

【0006】一方、特開平5−332965公報には、
強化繊維としてガラス繊維を使用し、電気抵抗の測定に
炭素繊維を使用したガラス繊維強化プラスチック(GF
RP)が記載されている。これによれば、ガラス繊維は
導電性を有しないので、炭素繊維との間に絶縁物を介在
させることなく破壊予知が可能になる。しかし、ガラス
繊維はアルカリで強度が劣化するので、耐久性が低い。
また、炭素繊維よりも比強度が低いので、炭素繊維と同
等の補強効果を持たせようとするとガラス繊維量が多く
なり、基材の重量が増大し、高架橋の床版の補強のよう
に下面に貼り付けたときに落下しやすくなる。
On the other hand, JP-A-5-332965 discloses that
Glass fiber reinforced plastic (GF) using glass fiber as the reinforcing fiber and using carbon fiber for the measurement of electrical resistance
RP). According to this, since the glass fiber does not have conductivity, it is possible to predict the destruction without interposing an insulator between the glass fiber and the carbon fiber. However, the strength of glass fiber is deteriorated by alkali, and therefore, the durability is low.
In addition, since the specific strength is lower than that of carbon fiber, the amount of glass fiber increases when trying to have the same reinforcing effect as carbon fiber, the weight of the base material increases, and the lower surface is reinforced as in the reinforcement of a high-bridge floor slab. It becomes easy to fall when pasted on.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の技術における上述した問題点を解決し、構造物の疲労
や劣化を検出するのに好適な炭素繊維シートを提供する
にある。また、本発明の他の目的は、そのような炭素繊
維シートを用いて構造物の疲労や劣化をモニタリングす
る方法を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to provide a carbon fiber sheet suitable for detecting fatigue or deterioration of a structure. Another object of the present invention is to provide a method for monitoring fatigue and deterioration of a structure using such a carbon fiber sheet.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、主たる炭素繊維糸条と並行するように、そ
の主たる炭素繊維糸条よりも破断伸度が小さく、かつ、
上記主たる炭素繊維糸条に対して電気的に絶縁された従
たる炭素繊維糸条が配置されている炭素繊維シートを特
徴とするものである。
According to the present invention for achieving the above object, the breaking elongation is smaller than that of the main carbon fiber yarn so as to be parallel to the main carbon fiber yarn, and
The present invention is characterized in that a carbon fiber sheet on which a secondary carbon fiber yarn electrically insulated from the main carbon fiber yarn is arranged.

【0009】また、本発明は、上記目的を達成するため
に、互いに並行するように配列された複数本の主たる炭
素繊維糸条の内部または列間に、その主たる炭素繊維糸
条よりも破断伸度が小さく、かつ、上記主たる炭素繊維
糸条に対して電気的に絶縁された従たる炭素繊維糸条が
配置されていることを特徴とする炭素繊維シートを提供
する。
Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a method for breaking and elongating a plurality of main carbon fiber yarns arranged in parallel with each other inside or between the main carbon fiber yarns. Provided is a carbon fiber sheet characterized in that a secondary carbon fiber yarn, which has a small degree and is electrically insulated from the main carbon fiber yarn, is disposed.

【0010】上記において、従たる炭素繊維糸条の破断
伸度は0.3〜0.6%の範囲にあるのが好ましい。ま
た、電気的な絶縁は、従たる炭素繊維糸条にカバーリン
グされた電気絶縁性繊維糸条によって行われているのが
好ましい。さらに、従たる炭素繊維糸条を構成する単糸
は集束状態にあるのが好ましい。さらにまた、従たる炭
素繊維糸条は35〜150回/mの撚りを有しているの
が好ましい。
In the above, the breaking elongation of the secondary carbon fiber yarn is preferably in the range of 0.3 to 0.6%. Preferably, the electrical insulation is provided by an electrically insulating fiber yarn covered by the secondary carbon fiber yarn. Further, it is preferable that the single yarn constituting the secondary carbon fiber yarn is in a bundled state. Furthermore, the secondary carbon fiber yarn preferably has a twist of 35 to 150 turns / m.

【0011】そして、構造物の疲労や劣化のモニタリン
グは、構造物の表面に上述した炭素繊維シートを含む炭
素繊維強化プラスチック層を構造物と一体であるように
形成してその構造物を補強するとともに、従たる炭素繊
維糸条の電気抵抗の変化を測定することによって行う。
構造物は一般的にはコンクリート構造物である。
In order to monitor the fatigue and deterioration of the structure, a carbon fiber reinforced plastic layer including the above-mentioned carbon fiber sheet is formed on the surface of the structure so as to be integral with the structure, and the structure is reinforced. At the same time, the measurement is performed by measuring a change in electric resistance of the secondary carbon fiber yarn.
The structure is generally a concrete structure.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明に用いる炭素繊維糸条は、
ポリアクリロニトリル系(PAN系)であっても、ピッ
チ系であっても、いずれでもよいが、構造物の補強効果
を十分に発現させるためには、引張強度が2,000M
Pa以上であるものが好ましい。より少ない使用量で大
きな補強効果が得られるという意味で、4,700MP
a以上であるのが好ましい。同様に、構造物の補強を目
的とする場合は、引張弾性率が200GPa以上、好ま
しくは400GPa以上であるのがよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The carbon fiber yarn used in the present invention is:
Polyacrylonitrile-based (PAN-based) or pitch-based may be used, but in order to sufficiently exhibit the reinforcing effect of the structure, the tensile strength must be 2,000M.
Those having Pa or more are preferable. 4,700MP in the sense that a large reinforcing effect can be obtained with less usage
It is preferably at least a. Similarly, when the purpose is to reinforce the structure, the tensile modulus is preferably 200 GPa or more, and more preferably 400 GPa or more.

【0013】また、本発明に用いる炭素繊維糸条の太さ
は、太ければ糸条間に隙間が存在するシート形態とな
り、その隙間によって積層、樹脂含浸時の空気の抱き込
みを防ぐことができるようになるので、1,500デニ
ール以上、好ましくは6,000デニール以上であるの
がよい。一方、あまり太すぎるとCFRPにしたときに
表面の平滑性が損われ、補強された構造物の美観が悪く
なるので、100,000デニール以下であるのが好ま
しい。
The thickness of the carbon fiber yarn used in the present invention is such that if the carbon fiber yarn is thick, a gap is present between the threads, and the gap prevents the air from being trapped during lamination and resin impregnation. Since it becomes possible, it is good that it is 1,500 denier or more, preferably 6,000 denier or more. On the other hand, if the thickness is too large, the surface smoothness is impaired when CFRP is used, and the appearance of the reinforced structure is deteriorated. Therefore, the denier is preferably 100,000 denier or less.

【0014】一方、従たる炭素繊維糸条は、主たる炭素
繊維糸条と同様、PAN系、ピッチ系のいずれからなる
ものであってもよい。ただ、従たる炭素繊維糸条の破断
伸度は主たる炭素繊維糸条のそれよりも小さい。特に、
コンクリート構造物は鉄筋の弾性変形歪みが0.1〜
0.2%と小さく、それ以上の歪みでは鉄筋が降伏して
しまうこと、また、コンクリートの引張破断伸度が0.
1%と小さいことから、これら低歪み領域での降伏また
は破壊状態を検出するためには従たる炭素繊維糸条の破
断伸度は0.3〜0.6%の範囲であるのが好ましい。
0.3%未満では、構造物の繰返し荷重による疲労によ
って従たる炭素繊維糸条も疲労して最終破断に至りやす
く、長期的に従たる炭素繊維糸条の電気抵抗の変化、つ
まり構造物の疲労、劣化状態をモニタリングすることが
難しくなる。また、0.6%を超えると、低歪み領域に
おける従たる炭素繊維糸条の破断本数が少なくなり、し
たがって電気抵抗の変化も小さくなって構造物の疲労、
劣化状態の検出が難しくなる。結局、従たる炭素繊維糸
条の破断伸度が0.3〜0.6%の範囲にあると、構造
物に進行する疲労、劣化状態を感度よく検出することが
可能となる。なお、主たる炭素繊維糸条の破断伸度は、
1.5〜2.0%と大きいほうが低歪み領域での破断が
ほとんど起こらず、大きな補強効果を期待できるので好
ましい。
On the other hand, the secondary carbon fiber yarn may be made of any one of a PAN type and a pitch type like the main carbon fiber yarn. However, the elongation at break of the secondary carbon fiber yarn is smaller than that of the main carbon fiber yarn. Especially,
Concrete structures have elastic deformation strain of 0.1 to
When the strain is higher than 0.2%, the rebar yields and the tensile elongation at break of concrete is less than 0.2%.
Since it is as small as 1%, the breaking elongation of the secondary carbon fiber yarn is preferably in the range of 0.3 to 0.6% in order to detect the yield or fracture state in these low strain regions.
If it is less than 0.3%, the carbon fiber yarns that are subjected to the fatigue due to the repeated load of the structure are also fatigued, and are likely to be finally broken, and the change in the electrical resistance of the carbon fiber yarns over a long term, that is, the structure It becomes difficult to monitor fatigue and deterioration. On the other hand, if it exceeds 0.6%, the number of fractures of the secondary carbon fiber yarns in the low strain region decreases, so that the change in electric resistance also decreases, and the fatigue of the structure increases.
It becomes difficult to detect the deterioration state. As a result, if the elongation at break of the secondary carbon fiber thread is in the range of 0.3 to 0.6%, it becomes possible to detect the fatigue and the deterioration state of the structure with high sensitivity. In addition, the breaking elongation of the main carbon fiber yarn,
A larger value of 1.5 to 2.0% is preferable because fracture in a low strain region hardly occurs and a large reinforcing effect can be expected.

【0015】炭素繊維糸条を構成する単糸は、その製造
過程において異物が混入したり、表面に異物が付着した
りして、同一条件で製造されたものでも強度が均一では
ない。弱い単糸もあり、強度はかなりばらついている。
したがって、そのような炭素繊維糸条を引っ張ると、ま
ず弱い単糸から破断してその部分の導通性がなくなる
か、悪くなる。炭素繊維糸条の引張りの歪みレベルが大
きくなると、破断する単糸の本数も多くなり、電気抵抗
も大きくなる。かかる現象は、炭素繊維糸条への樹脂の
含浸、硬化にかかわらないが、樹脂が含浸されているほ
うが、単糸同士が樹脂で電気的に絶縁された状態になる
ことから電気抵抗の変化に対する感度は大きくなる。な
お、炭素繊維糸条の破断伸度は、JIS R7601に
準拠して測定する。
The single yarns constituting the carbon fiber yarns are not uniform in strength even if manufactured under the same conditions because foreign matter is mixed in the manufacturing process or foreign matter adheres to the surface. There are also weak single yarns, and the strength varies considerably.
Therefore, when such a carbon fiber yarn is pulled, the weak single yarn is first broken, and the conductivity at that portion is lost or deteriorated. When the tensile strain level of the carbon fiber yarn increases, the number of broken single yarns increases, and the electric resistance also increases. Such a phenomenon is not related to the impregnation of the resin into the carbon fiber yarns and the curing, but the impregnation with the resin is more effective against the change in the electric resistance since the single yarns are electrically insulated by the resin. Sensitivity increases. The elongation at break of the carbon fiber yarn is measured according to JIS R7601.

【0016】また、低歪み領域での破断の数を多くして
電気抵抗の変化を大きくするために、従たる炭素繊維糸
条に35〜150回/mの範囲の撚りをかけておくのが
好ましい。そうすると、糸条内の長い単糸は外側に膨ら
み、短い単糸は引っ張られて短い単糸に大きな応力が働
くようになり、単糸を逐次破壊させやすくなって電気抵
抗の変化を大きくできる。撚り数が35回/m未満で
は、単糸の逐次破壊がさほど起こらない。一方、撚り数
が150回/mを超えると、樹脂の含浸が阻害された
り、単糸同士の接触が大きくなって単糸が逐次破壊して
も電気抵抗の変化がそれほど大きくならない。
In order to increase the number of breaks in the low strain region and increase the change in electric resistance, it is preferable to twist the secondary carbon fiber yarn in the range of 35 to 150 turns / m. preferable. Then, the long single yarn in the yarn swells outward, and the short single yarn is pulled and a large stress acts on the short single yarn, so that the single yarn is easily broken one after another, and the change in electric resistance can be increased. When the number of twists is less than 35 turns / m, the sequential breaking of the single yarn does not occur so much. On the other hand, if the number of twists exceeds 150 turns / m, the impregnation of the resin is hindered, and the contact between the single yarns increases, so that even if the single yarns are sequentially broken, the change in electric resistance does not become so large.

【0017】従たる炭素繊維糸条の電気的絶縁は、電気
絶縁性の、たとえば、繊維糸条またはフイルムなどを捲
回することによって行うことができる。捲回に使用する
繊維糸条としては、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、ビ
ニロン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリア
ミド繊維、ポリエチル繊維、ポリプロピレン繊維からな
るものがあげられる。繊維状であることにより、樹脂を
含浸した際、樹脂との接着がよくなり、また、従たる炭
素繊維糸条に対する被覆割合を捲回のピッチや糸の太さ
を変えるで自由に設定することができる。また、このよ
うに従たる炭素繊維糸条に繊維糸条またはフイルムを捲
回することによって、従たる炭素繊維糸条に対して簡単
に集束性を付与することができる。収束性を有すると、
成形の際に炭素繊維糸条を構成する単糸の蛇行を抑制す
ることができる。したがって、構造物が受ける歪みや劣
化の状態を、従たる炭素繊維糸条の電気抵抗の変化から
正確に検出し、モニタリングすることが可能となる。被
覆の割合は、高いと周囲の主たる炭素繊維糸条との絶縁
性が十分に確保されるので電気抵抗の変化をより正確に
検出できるが、一方で従たる炭素繊維糸条への樹脂含浸
が阻害される傾向がでてくるので、20〜50%の範囲
にするのが好ましい。この範囲であれば、炭素繊維糸条
の十分な収束性が得られるし、樹脂の含浸が阻害される
虞も少ない。
The electrical insulation of the carbon fiber yarn can be performed by winding an electrically insulating material such as a fiber yarn or a film. Examples of the fiber yarn used for winding include glass fiber, polyaramid fiber, vinylon fiber, polyester fiber, nylon fiber, polyamide fiber, polyethyl fiber, and polypropylene fiber. By being fibrous, when the resin is impregnated, the adhesion to the resin is improved, and the coverage ratio for the sub carbon fiber yarn can be freely set by changing the pitch of the winding and the thickness of the yarn. Can be. In addition, by winding a fiber thread or a film around such a carbon fiber thread, it is possible to easily impart a bunching property to the secondary carbon fiber thread. With convergence,
The meandering of the single yarn constituting the carbon fiber yarn during molding can be suppressed. Therefore, it is possible to accurately detect and monitor the state of distortion or deterioration received by the structure from the change in the electrical resistance of the secondary carbon fiber yarn. If the coating ratio is high, insulation of the surrounding main carbon fiber yarns is sufficiently ensured, so that a change in electric resistance can be detected more accurately. Since there is a tendency to be inhibited, the content is preferably in the range of 20 to 50%. Within this range, sufficient convergence of the carbon fiber yarn can be obtained, and there is little possibility that impregnation with the resin is hindered.

【0018】炭素繊維シートの形態は、主従双方の炭素
繊維糸条を経方向に配列し、細い補助糸を緯糸として織
組織した一方向織物や、主従双方の炭素繊維糸条を経、
緯両方向に配列した二方向織物とすることができる。た
だ、二方向織物の場合は、従たる炭素繊維糸条は経、緯
いずれか一方向に配列させるほうが電気抵抗の変化をよ
り明確に判定できるようになるので好ましい。また、織
物に限らず、主従双方の炭素繊維糸条を一方向に並行に
シート状に配列し、これを接着剤を介してシリコンペー
パーやシート状メッシュなどの支持材で担持した一方向
性シートであってもよい。なお、炭素繊維シートは、樹
脂を含浸してプリプレグにしておいてもよい。
The form of the carbon fiber sheet may be a unidirectional woven fabric in which both main and slave carbon fiber yarns are arranged in the warp direction, and weaving and weaving fine auxiliary yarns as weft yarns, and through both the main and slave carbon fiber yarns.
It can be a two-way woven fabric arranged in both weft directions. However, in the case of a bidirectional woven fabric, it is preferable to arrange the secondary carbon fiber yarns in either one of the warp and weft directions so that the change in electrical resistance can be more clearly determined. In addition to the woven fabric, a unidirectional sheet in which both carbon fiber yarns of the master and slave are arranged in a sheet in parallel in one direction, and this is supported by a support material such as silicon paper or sheet mesh via an adhesive. It may be. Note that the carbon fiber sheet may be impregnated with a resin to form a prepreg.

【0019】従たる炭素繊維糸条は、炭素繊維シートの
中に少なくとも1本存在すればよく、その位置はシート
の表面であっても、内部であってもよい。多数本配列さ
せる場合には、5〜50cm程度の間隔で配置すること
ができる。また、炭素繊維シートを構造物の表面に多数
枚積層する場合には、本発明の炭素繊維シートが少なく
とも1枚含まれるようにする。
It is sufficient that at least one secondary carbon fiber thread exists in the carbon fiber sheet, and the position may be on the surface of the sheet or inside the sheet. When many are arranged, they can be arranged at intervals of about 5 to 50 cm. When a large number of carbon fiber sheets are laminated on the surface of the structure, at least one carbon fiber sheet of the present invention is included.

【0020】炭素繊維シートが織物である場合、経糸と
緯糸が交差する部分を接着剤で接着し、目止めしておく
とよい。このように目止めしておくと、樹脂含浸時にロ
ーラやへらによる圧力がかかっても糸条の蛇行が起こり
にくくなり、また、構造物の形状に合わせて裁断しても
織糸がほつれにくくなる。目止め用の接着剤としては、
熱可塑性ポリマーを用いるのが好ましい。なかでも、炭
素繊維シートに含浸する樹脂がエポキシ樹脂である場合
には、それとの接着性が良好である共重合ナイロンが好
ましい。
In the case where the carbon fiber sheet is a woven fabric, it is preferable that the warp and the weft intersect with each other with an adhesive to seal the portion. When the sealing is performed in this way, even when pressure is applied by a roller or a spatula during resin impregnation, it is difficult for the yarn to meander, and even when cut according to the shape of the structure, the woven yarn is not easily frayed. . As an adhesive for filling,
Preferably, a thermoplastic polymer is used. In particular, when the resin impregnating the carbon fiber sheet is an epoxy resin, a copolymer nylon having good adhesion to the epoxy resin is preferable.

【0021】また、補助糸は、織物の常温保管や熱処理
によっても収縮しないガラス繊維からなるものであるの
が好ましい。緯糸としての補助糸が収縮すると、経糸と
しての主たる炭素繊維糸条の織り密度が大きくなって補
強効果が異なることになるし、織物の幅が小さくなるこ
とによって補強面積も異なることになる。
Further, the auxiliary yarn is preferably made of glass fiber which does not shrink even when the woven fabric is stored at room temperature or heat-treated. When the auxiliary yarn as the weft shrinks, the weaving density of the main carbon fiber yarn as the warp increases and the reinforcing effect differs, and the reinforcing area also changes as the width of the fabric decreases.

【0022】炭素繊維シートの目付は、小さすぎると補
強のための繊維量を確保するために積層の枚数が増え、
逆に大きすぎると樹脂の含浸性が低下するので、200
〜700g/m2程度の範囲であるのが好ましい。
If the basis weight of the carbon fiber sheet is too small, the number of layers increases in order to secure the amount of fibers for reinforcement,
Conversely, if it is too large, the impregnating property of the resin is reduced.
It is preferably in the range of about 700 g / m 2 .

【0023】さて、炭素繊維シートを補修・補強の対象
とするコンクリート構造物などの表面に樹脂を含浸しな
がら貼り付け、樹脂を硬化させた後、従たる炭素繊維糸
条の電気抵抗値の変化を測定すれば、その構造物に発生
する歪みや疲労、劣化の状態をモニタリングすることが
できる。
The carbon fiber sheet is applied to the surface of a concrete structure or the like to be repaired or reinforced while impregnating the resin with the resin, and after the resin is cured, the change in the electric resistance value of the secondary carbon fiber yarn is changed. , It is possible to monitor the state of strain, fatigue and deterioration occurring in the structure.

【0024】すなわち、まずコンクリート構造物の表面
に付着している油などの汚れを洗浄し、クラックをパテ
などで埋め、また表面の凸凹をモルタルやパテなどで平
滑に修正する。次に、コンクリートとCFRPの接着を
よくするためのプライマーを塗り、一昼夜ほど放置して
乾燥させる。その後、CFRPのマトリックスとなる常
温硬化型のエポキシ樹脂を塗布し、炭素繊維シートを貼
り付け、ローラやゴムへらなどで樹脂の分布が均一にな
るようにするとともに樹脂を炭素繊維シートに含浸させ
る。さらに、その上に樹脂を塗布し、ローラやゴムへら
などで加圧する。必要に応じてかかる工程を繰り返した
後、樹脂を硬化させてCFRP化する。
That is, first, dirt such as oil adhering to the surface of the concrete structure is washed, cracks are filled with a putty or the like, and irregularities on the surface are corrected smoothly with a mortar or a putty. Next, a primer for improving the adhesion between the concrete and the CFRP is applied, and is left to dry overnight. Thereafter, a cold-setting epoxy resin serving as a matrix of CFRP is applied, a carbon fiber sheet is attached, and the distribution of the resin is made uniform with a roller or a spatula, and the resin is impregnated into the carbon fiber sheet. Further, a resin is applied thereon, and pressure is applied with a roller or a rubber spatula. After repeating such a step as necessary, the resin is cured to form CFRP.

【0025】構造物の歪みの状況を従たる炭素繊維糸条
の電気抵抗の変化からみるには、従たる炭素繊維糸条の
両端部に導電性塗料を塗布し、さらにリード線を接着し
て端子とした後、この端子に電気抵抗計を接続し、これ
によって測定される電気抵抗を、あらかじめ作成してお
いた電気抵抗値と歪みとの換算表によって構造物にかか
っている歪みとして検出する。また、この電気抵抗の変
化を連続的または周期的にモニタリングすれば、構造物
の疲労、劣化の状態を検出することが可能となる。この
ようにして、構造物、たとえば、コンクリートからなる
橋床版、橋桁、橋脚や、建物の柱、壁面、床版、桁や、
トンネルの壁面、柱、桁などの歪みや疲労、劣化の状態
を知ることができる。
In order to observe the state of the distortion of the structure from the change in the electric resistance of the carbon fiber yarn, a conductive paint is applied to both ends of the carbon fiber yarn, and the lead wire is further adhered. After the terminal is connected, an electric resistance meter is connected to this terminal, and the electric resistance measured by this is detected as a strain applied to the structure by a conversion table of electric resistance value and strain prepared in advance. . Further, if the change in the electric resistance is monitored continuously or periodically, it is possible to detect the state of fatigue and deterioration of the structure. In this way, structures such as concrete bridge decks, bridge girders, piers, building columns, walls, floor decks, girders,
It is possible to know the state of distortion, fatigue and deterioration of the walls, columns and girders of the tunnel.

【0026】なお、炭素繊維シートに含浸する樹脂は、
コンクリート構造物の補修・補強においては、エポキシ
樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましい。なかで
も、エポキシ樹脂はコンクリートとの接着力が大きいう
えに耐アルカリ性で、炭素繊維との接着性にも優れるの
で好ましい。エポキシ樹脂は、施工現場において放置し
て硬化させることができることから、主剤と硬化剤とか
らなる二液型のものが好ましい。主剤は、5〜30℃の
雰囲気温度において液状であるエポキシ樹脂組成物が主
成分であり、硬化剤は、5〜30℃において液状である
アミン化合物が主成分である。また、エポキシ樹脂は、
硬化後にCFRPとして十分に高い強度が発現できるよ
う、常温で10日間養生して硬化させたときのガラス転
移温度が45℃以上であるようなものが好ましい。
The resin impregnated in the carbon fiber sheet is as follows:
In repairing and reinforcing concrete structures, epoxy resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin,
Thermosetting resins such as phenolic resins are preferred. Among them, epoxy resin is preferable because it has a large adhesive strength to concrete, is resistant to alkali, and has excellent adhesiveness to carbon fiber. Since the epoxy resin can be cured by leaving it at the construction site, a two-pack type epoxy resin comprising a main agent and a curing agent is preferable. The main component is mainly composed of an epoxy resin composition that is liquid at an ambient temperature of 5 to 30 ° C, and the curing agent is mainly composed of an amine compound that is liquid at 5 to 30 ° C. In addition, epoxy resin
It is preferable that the glass transition temperature when cured and cured at room temperature for 10 days is 45 ° C. or higher so that CFRP can exhibit sufficiently high strength after curing.

【0027】[0027]

【実施例】従たる炭素繊維糸条として、破断伸度が0.
5%のPAN系高弾性率タイプ炭素繊維を用い、これを
ポリエステル繊維で被覆した後、一方向炭素繊維織物の
主たる炭素繊維糸条と並行になるようにその主たる炭素
繊維糸条間に配列して炭素繊維シートを得た。従たる炭
素繊維糸条の被覆率は45%とした。この炭素繊維シー
トに常温硬化型のエポキシ樹脂を含浸し、成形してCF
RP板を得た。成形は、ローラを使用してハンドレイア
ップによって行い、硬化は23℃の室温中で行った。
EXAMPLE A carbon fiber yarn having a breaking elongation of 0.
After using 5% PAN-based high-modulus type carbon fiber and coating it with polyester fiber, it is arranged between the main carbon fiber yarns so as to be parallel to the main carbon fiber yarns of the unidirectional carbon fiber fabric. Thus, a carbon fiber sheet was obtained. The coverage of the secondary carbon fiber yarn was 45%. This carbon fiber sheet is impregnated with a room temperature curing type epoxy resin, molded and CF
An RP plate was obtained. The molding was performed by hand lay-up using a roller, and the curing was performed at room temperature of 23 ° C.

【0028】引張疲労試験は、JIS K7073に準
拠して行った。CFRP板から幅12.5mm、長さ2
50mmの試験片を切り出し、繊維方向に0〜0.2%
の歪みを繰り返し与えた。歪みを試験片に貼り付けた歪
みゲージで読み取り、試験片に与える歪みをコントロー
ルした。なお、試験は23℃の雰囲気中で1mm/分の
速度で行った。
The tensile fatigue test was performed according to JIS K7073. 12.5mm width, 2 length from CFRP board
Cut out a test piece of 50 mm, and 0 to 0.2% in the fiber direction
Was given repeatedly. The strain was read by a strain gauge attached to the test piece, and the strain applied to the test piece was controlled. The test was performed in an atmosphere at 23 ° C. at a speed of 1 mm / min.

【0029】電気抵抗の測定は、試験片の両端を研磨し
た後、端部に導電性塗料を塗布して端子を作り、その端
子にホイートストンブリッジを接続して行った。50回
の疲労試験後の従たる炭素繊維糸条の電気抵抗は、試験
前にくらべて0.48%上昇した。同様の試験を別の2
個の試験片について行ったところ、電気抵抗はそれぞれ
0.50%、0.54%上昇した。
The electrical resistance was measured by polishing both ends of the test piece, applying a conductive paint to the ends to form terminals, and connecting a Wheatstone bridge to the terminals. The electrical resistance of the secondary carbon fiber yarn after 50 times of the fatigue test increased by 0.48% as compared to before the test. Another similar test
When the test was performed on each of the test pieces, the electrical resistance increased by 0.50% and 0.54%, respectively.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明の炭素繊維シートは、主たる炭素
繊維糸条と並行するように、その主たる炭素繊維糸条よ
りも破断伸度が小さく、かつ、主たる炭素繊維糸条に対
して電気的に絶縁された従たる炭素繊維糸条を配置して
いるので、これをコンクリート構造物などの構造物の補
修・補強に際して表面に貼り付けて用いることで、その
構造物の歪みや疲労、劣化の状態を簡単に知ることがで
きるようになる。
The carbon fiber sheet of the present invention has an elongation at break smaller than that of the main carbon fiber yarn so as to be in parallel with the main carbon fiber yarn, and has an electric resistance with respect to the main carbon fiber yarn. Insulated secondary carbon fiber yarns are placed on the surface and used to repair or reinforce structures such as concrete structures. You can easily know the status.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】主たる炭素繊維糸条と並行するように、そ
の主たる炭素繊維糸条よりも破断伸度が小さく、かつ、
上記主たる炭素繊維糸条に対して電気的に絶縁された従
たる炭素繊維糸条が配置されていることを特徴とする炭
素繊維シート。
Claims: 1. A breaking elongation smaller than that of a main carbon fiber yarn so as to be parallel to the main carbon fiber yarn, and
A carbon fiber sheet, wherein a secondary carbon fiber yarn electrically insulated from the main carbon fiber yarn is arranged.
【請求項2】互いに並行するように配列された複数本の
主たる炭素繊維糸条の内部または列間に、その主たる炭
素繊維糸条よりも破断伸度が小さく、かつ、上記主たる
炭素繊維糸条に対して電気的に絶縁された従たる炭素繊
維糸条が配置されていることを特徴とする炭素繊維シー
ト。
2. The main carbon fiber yarn, wherein the main carbon fiber yarn has a smaller breaking elongation than the main carbon fiber yarn inside or between a plurality of main carbon fiber yarns arranged in parallel with each other. A carbon fiber sheet comprising a secondary carbon fiber thread electrically insulated from the carbon fiber sheet.
【請求項3】従たる炭素繊維糸条の破断伸度が0.3〜
0.6%の範囲にある、請求項1または2に記載の炭素
繊維シート。
3. A carbon fiber yarn having a breaking elongation of 0.3 to less.
The carbon fiber sheet according to claim 1, wherein the carbon fiber sheet is in a range of 0.6%.
【請求項4】電気的な絶縁が、従たる炭素繊維糸条にカ
バーリングされた電気絶縁性繊維糸条によって行われて
いる、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維シー
ト。
4. The carbon fiber sheet according to claim 1, wherein the electrical insulation is provided by an electrically insulating fiber yarn covered by the secondary carbon fiber yarn.
【請求項5】従たる炭素繊維糸条を構成する単糸が集束
状態にある、請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維
シート。
5. The carbon fiber sheet according to claim 1, wherein the single yarns constituting the secondary carbon fiber yarns are in a bundle state.
【請求項6】従たる炭素繊維糸条が35〜150回/m
の撚りを有している、請求項1〜5のいずれかに記載の
炭素繊維シート。
6. The secondary carbon fiber yarn has a length of 35 to 150 times / m.
The carbon fiber sheet according to any one of claims 1 to 5, which has a twist of:
【請求項7】構造物の表面に、請求項1〜6のいずれか
に記載の炭素繊維シートを含む炭素繊維強化プラスチッ
ク層を上記構造物と一体であるように形成してその構造
物を補強するとともに、従たる炭素繊維糸条の電気抵抗
の変化を測定して上記構造物の疲労、劣化を検出するこ
とを特徴とする構造物のモニタリング方法。
7. A structure in which a carbon fiber reinforced plastic layer containing the carbon fiber sheet according to any one of claims 1 to 6 is formed on the surface of the structure so as to be integral with the structure, and the structure is reinforced. And a method for monitoring fatigue of the structure by measuring a change in electrical resistance of the carbon fiber yarn.
【請求項8】構造物がコンクリート構造物である、請求
項7に記載の構造物のモニタリング方法。
8. The method for monitoring a structure according to claim 7, wherein the structure is a concrete structure.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005257570A (en) * 2004-03-12 2005-09-22 Kajima Corp Method and system for diagnosing structure by means of optical fiber
JP2006181875A (en) * 2004-12-27 2006-07-13 Nippon Steel Composite Co Ltd Tubular liner
WO2024002040A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 青岛理工大学 Wireless microstrip patch antenna sensor and application thereof in field of debonding defect detection

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