JPH11153596A - 繊維シート試験方法およびこれに用いる繊維シート用せん断試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 施工現場で設計条件よりも品質の低い繊維シ
ートが使用される危険性を防止するとともに、施工現場
で繊維シートの性能評価を簡易に行う。 【解決手段】 繊維シートのせん断強さを目付け量毎に
予め測定して得られたせん断強さと目付け量の相関関係
を表示した相関表を用い、繊維シートについて実測した
せん断強さと対照してこの繊維シートの目付け量を判定
する。また、これに用いるせん断試験機１０は、せん断
強さ繊維シート１５の周辺部を固定すると共に、中央部
に孔を形成した第１の固定部材１４と、前記第１の固定
部材の中央部に形成した孔の内周面と外周面を摺動自在
に嵌入させるとともに、前記繊維シート１５の周辺部と
連続する中央部を固定する第２の固定部材１３と、前記
第１の固定部材１４若しくは前記第２の固定部材１３の
うち少なくとも一方を摺動方向へ加圧する加圧部材１２
と、前記加圧部材の加圧力を測定する測定手段２１と、
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維シートの目付
け量の判定に関わり、特に、せん断強さと目付け量の相
関関係を利用して繊維シートの目付け量を判定する繊維
シート試験方法およびこれに用いるせん断試験機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】建築材料のうち繊維シート材料は、仕上
材料のほかに繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の補強材
として広く普及している。この繊維シート材料は、工場
製造工程でＦＲＰに加工して使用されるケースと、施工
作業工程で樹脂とともにＦＲＰに加工して使用されるケ
ースがある。また、最近、既存建築物の補強工事が盛ん
に実施されつつあるが、貼り付けられた繊維の性能がそ
のまま建築物の耐力向上につながるため、施工作業工程
で炭素繊維やアラミド繊維等のシート貼工法が用いられ
ている。この場合、設計条件に合致した繊維シートが使
用の絶対条件になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現状で
は、指定された性能を持つ繊維材料を使用することにな
っていても、施工現場に納入された製品の梱包ラベル等
で確認するのみで、実際使用されている繊維材料が指定
の性能を保持しているかの試験などは実施されていな
い。万一、施工者が故意に性能の低い繊維シートを使用
したり、手違いが生じれば、設計条件よりも品質の低い
繊維シートが使用される危険性が有る一方、繊維シート
張り付け作業後では張り付けられた繊維シートの性能確
認は困難である。

【０００４】一方、繊維シート系材料は、ガラス繊維
系、炭素繊維系、ビニロン繊維系、ポリエステル系及び
アラミド繊維系の他、各種材料が使用され、その性能評
価は、繊維単独の引っ張り強さ・引っ張り弾性係数と繊
維シートの目付け量（１ｍ² 当りの繊維重量）および重
量測定によることが一般的である。しかし、引っ張り試
験は精密な試験機を必要とし、施工現場での実施は不可
能であり、重量測定のみでは外観は同様であるが、性能
の低い繊維があった場合に判別することができない。

【０００５】以上の事情から、現状では、性能の低い繊
維材料が使用されて、補強効果が期待できない補強工事
が実施される危険性がある。また、構造補強に使用され
る繊維シートは、１ｍ² あたり６０００円以上程度と高
価であり、施工者は安価で性能の低い材料にすり替え
て、多大な利益を得るという可能性もある。

【０００６】そこで、本発明は、以上の技術的課題を解
決するためなされたものであって、その目的は、施工現
場で設計条件よりも品質の低い繊維シートが使用される
危険性を防止するとともに、施工現場で繊維シートの性
能評価を簡易に行う繊維シート試験方法およびこれに用
いる繊維シート用試験機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、本発明を完
成させるにあったって、以下の試験を行った。図１は、
繊維シートの打ち抜き荷重と目付け量の関係を示すグラ
フである。この試験は、試験体として、炭素繊維メーカ
を３社用い、目付け量（１ｍ² 当りの繊維重量）とし
て、各々について２００ｇ／ｍ² 、３００ｇ／ｍ² 、４
００ｇ／ｍ² を用いた。また、打ち抜き試験機はＡＳＴ
Ｍ Ｄ ７３２に準拠したものを使用し、変位速度５ｍ
ｍ／ｍｉｎ条件で試験片に対して加力した。

【０００８】その結果、図１に示すような相関関係が得
られた。即ち、目付け量が増加するにつれて、打ち抜き
荷重も増加し、炭素繊維シートの打ち抜き荷重は、繊維
メーカーが異なっても、目付け量２００ｇ／ｍ² につい
て８０〜１００ｋｇｆ、３００ｇ／ｍ² について１２０
〜１５０ｋｇｆ、４００ｇ／ｍ² について１６５〜１８
５ｋｇｆの略一定の範囲に分布する。

【０００９】そして、各目付け量の打ち抜き荷重をせん
断強さに換算し、次に、せん断強さの平均値および標準
偏差を算出して、この相関関係に基づいて相関表を作成
する。したがって、目付け量の知られていない繊維シー
トを上記試験機にセットして打ち抜き荷重を実測し、換
算したせん断強さと上記相関表を対照することにより目
付け量を判定できる。

【００１０】本解決手段は、以上の知見に基づいてなさ
れたものであり、請求項１に記載するように、繊維シー
ト試験方法であって、繊維シートのせん断強さを目付け
量毎に予め測定して得られたせん断強さと目付け量の相
関関係を表示した相関表を用い、繊維シートについて実
測したせん断強さと対照してこの繊維シートの目付け量
を判定することを特徴とする。

【００１１】以上の手段にあって、繊維シートには、ガ
ラス繊維系、炭素繊維系、ビニロン繊維系、ポリエステ
ル系及びアラミド繊維系の他、各種繊維が使用される。
また、相関関係とは、調査用繊維シートの各目付け量に
ついてせん断強さの平均値および標準偏差もしくは分散
からなる関係、各目付け量について最小せん断強さから
最大せん断強さまでを範囲とする関係、全ての目付け量
とせん断強さから算出した一時回帰線からなる関係、各
目付け量について最小せん断から算出した一時回帰線か
ら最大せん断強さから算出した一時回帰線までを範囲と
する関係を含む。

【００１２】これによれば、相関表は、繊維シートのせ
ん断強さを目付け量毎に予め測定して、せん断強さと目
付け量の相関関係を表示し、相関関係と繊維シートにつ
いて実測したせん断強さとを対照して繊維シートの目付
け量を判定し、繊維シートの性能評価を行う。したがっ
て、施工現場で設計条件よりも品質の低い繊維シートが
使用される危険性がなくなり、設定条件どおりの施工が
行われる。

【００１３】また、上記試験方法に用いる繊維シート用
試験機は、請求項２に記載するように、繊維シートの周
辺部を固定すると共に、中央部に孔を形成した第１の固
定部材と、前記第１の固定部材の中央部に形成した孔の
内周面と外周面を摺動自在に嵌入させるとともに、前記
繊維シートの周辺部と連続する中央部を固定する第２の
固定部材と、前記第１の固定部材若しくは前記第２の固
定部材のうち少なくとも一方を摺動方向へ加圧する加圧
部材と、前記加圧部材の加圧力を測定する測定手段と、
を備えたことを特徴とする。

【００１４】以上の手段にあって、加圧部材は、第１の
固定部材のみ加圧する場合、第２の固定部材のみ加圧す
る場合、第１の固定部材、第２の固定部材の両方を加圧
する場合のいずれも含まれる。

【００１５】これによれば、前記加圧体により第１の固
定部材若しくは第２の固定部材の少なくとも一方を摺動
方向へ加圧し、前記第１の固定部材の内周面と前記第２
の固定部材の外周面とを摺動させ、前記繊維シートの中
央部と周辺部との境界をせん断し、このせん断時の加圧
力をせん断強さとして測定する。したがって、上記の繊
維用シート試験方法に用いる目付け量毎のせん断強さが
測定されるとともに、施工現場で繊維シートのせん断強
さが簡易に実測される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明を適用した繊維シート試験機に係わる実施の形態を詳
細に説明する。図２は、本実施の形態に係わる繊維シー
ト用試験機１０の断面構造を示す。本繊維シート試験機
１０は、支持台１１と、支持台１１の上面に配置した加
圧部材としての加圧体１２と、加圧体１２の下方に配置
した第１若しくは第２の固定部材としての押圧体１３
と、押圧体１３の外周面に摺動自在に内接する第１若し
くは第２の固定部材としての固定治具１４から構成さ
れ、固定治具１４には繊維シートの試験片１５が挟設さ
れている。さらに、加圧体１２には、導油管１２ｃを固
定し、導油管１２ｃの中途から分岐させて測定手段とし
ての圧力計２１を取付ける。

【００１７】図３は、試験片１５の斜視方向からみた構
造を示すものである。試験片１５は、繊維シートから略
５０ｍｍ四方に切り出し、厚みは０．１２５ｍｍ〜１
２．５ｍｍの範囲とし、上面および下面は略平行とし、
試験片１５の中央には、直径１１ｍｍの孔１５ａを予め
成形しておく。また、試験片１５の中央部１５ｂは押圧
体１３により固定され、周辺部１５ｃは固定治具１４に
より固定される。そして、中央部１５ｂと周辺部１５ｃ
の境界線１５ｄに加わる荷重によりせん断される。な
お、試験片１５は外形５０ｍｍの円板状に切りだしても
よい。

【００１８】支持台１１は、円板状の板状部１１ａと、
板状部１１ａの４隅を支持する４本の支持柱１１ｂ，１
１ｃ，１１ｄ，１１ｅと、支持柱１１ｂ…１１ｅを固定
する平板状の固定台１１ｆから構成されている。また、
これら各パーツは、剛性の金属で成形されている。

【００１９】加圧体１２は、略円筒状に成形した加圧体
本体１２ａと、加圧体本体１２ａの内周面に当接させた
略円柱状のピストン１２ｂとを備え、加圧体本体１２ａ
の側壁には外部と連通する孔を形成し、この孔に加圧体
本体１２ａの内部へ連通する導油管１２ｃを取付け、こ
の導油管１２ｃの端部は、図示しない油圧ポンプに接続
されている。そして、油圧ポンプを稼働させて導油管１
２ｃから加圧体本体１２ａの内部へ作動油を導入し、作
動油の油圧を高めてピストン１２ｂを下方へ摺動させ
る。

【００２０】図４は、図２中の一点鎖線部Ａを拡大した
断面構造を示し、図５は、図２中の一点鎖線部Ａを拡大
した平面構造を示す。また、図６は、押圧体１３の側方
からみた側面構造を示す。押圧体１３は、円柱状の押圧
体本体１３ａと、押圧体本体１３ａの一方の端面から突
出するボルト部１３ｂと、ボルト部１３ｂとねじ機構を
介して係合する６角頭のナット１３ｃと、ナット１３ｃ
と共に用いられるリング状のワッシャー１３ｄから構成
される。そして、試験片１５の孔１５ａにボルト部１３
ｂを貫通させ、試験片１５の中央部１５ｂを押圧体本体
１３ａとワッシャー１３ｄの間に配置させ、ナット１３
ｃを締めて固定する。

【００２１】固定治具１４は、矩形状の上部パーツ１４
ａと下部パーツ１４ｂと、両パーツ１４ａ，１４ｂの４
隅に配設される固定用ボルト１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，
１６ｄと、固定用ボルト１６ａと固定用ボルト１６ｄの
中間位置、および固定用ボルト１６ｂと固定用ボルト１
６ｃのそれぞれの中間位置に配設される一対の案内ピン
１７ａ，１７ｂから構成される。

【００２２】ここで、各パーツ１４ａ，１４ｂは中央部
に円柱状の案内孔１４ｃを形成し、案内孔１４ｃの内周
面と押圧体本体１３ａの外周面を摺動自在とする。上部
パーツ１４ａには４隅に固定用ボルト１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ，１６ｄを貫通させる貫通孔を形成し、下部パー
ツ１４ｂの４隅にはねじ溝を形成する。また、上部パー
ツ１４ａと下部パーツ１４ｂの対向面には、一対の案内
ピン１７ａ，１７ｂを係合させる係合溝を形成してい
る。

【００２３】案内ピン１７ａ，１７ｂは、棒状の金属製
であり、上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの係合溝
に嵌め込む。そして、試験片１５にせん断力が加えられ
たときに、上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの位置
ずれを防止する。

【００２４】そして、試験片１５の中央部１５ｂを固定
した押圧体１３を下部パーツ１４ｂの案内孔１４ｃに差
し込み、下部パーツ１４ｂの係合溝に案内ピン１７ａ，
１７ｂを差込み、上部パーツ１４ａを上から押圧体１３
へ向けて嵌入し、案内ピン１７ａ，１７ｂが上部パーツ
１４ａの係合溝に嵌合するように押え、試験片１５の中
央部１５ｂと連続する周辺部１５ｃを上部パーツ１４ａ
と下部パーツ１４ｂの間に挟み込んだ状態で、４隅の固
定用ボルト１６ａ…１６ｄを締める。

【００２５】圧力計２１は、例えば、弾性体にブルドン
管、ダイアフラム、ベローズを用いた弾性式圧力計、電
気抵抗式圧力計、圧電気式圧力計等を用いる。そして、
導油管１２ｃに加わる圧力、即ち試験片１５に加わる荷
重を測定する。

【００２６】次に、図２に基づいて、本繊維シート用試
験機の動作について説明する。先ず、図２に基づいてせ
ん断試験の試験方法について説明する。施工現場の繊維
シートから約５０ｍｍ四方の試験片１５を切り出し、各
々の試験片１５の中央部１５ｂに直径１１ｍｍの孔１５
ａをポンチにより成形する。試験片１５に形成した孔１
５ａにボルト部１３ｂを貫通させ、試験体１５の中央部
１５ｂを押圧体本体１３ａとワッシャー１３ｄの間に挟
み、ボルト部１３ｂを締めて試験片１５の中央部１５ｂ
を固定する。

【００２７】試験片１５の中央部１５ｂを固定した押圧
体１３を下部パーツ１４ｂの案内孔１４ｃに差し込むと
ともに、下部パーツ１４ｂの係合溝に案内ピン１７ａ，
１７ｂを差込む。上部パーツ１４ａを上から押圧体１３
へ向けて摺動させながら嵌入し、上部パーツ１４ａの係
合溝に案内ピン１７ａ，１７ｂを嵌合するように押え、
試験片１５の周辺部１５ｃを上部パーツ１４ａと下部パ
ーツ１４ｂの間に挟み込んだ状態で、４隅の固定用ボル
ト１６ａ…１６ｄを締める。

【００２８】次に、図示しない油圧ポンプを稼働させ、
作動油を加圧体本体１２ａの内部に送り込むと、ピスト
ン１２ｂは徐々に下降し、押圧体本体１３ａの上面に当
接する。さらに、油圧ポンプのポンプ圧を上昇させる
と、加圧体本体１２ａ内の油圧も上昇し、ピストン１２
ｂは押圧体１３に対して荷重を加えるようになる。この
とき、押圧体本体１３ａの周線は固定された試験片１５
の中央部１５ｂと周辺部１５ｃの境界線１５ｄに対して
せん断力を加える。

【００２９】さらに、油圧を上昇させ、荷重を増加する
と、押圧体１３は外周面を案内孔１４ｃの内周面と摺動
させながら下降するとともに、試験片１５の中央部１５
ｂと周辺部１５ｃの境界線１５ｄは押圧体本体１３ａの
周線によりせん断され、このときの圧力計２１の示す荷
重を打ち抜き荷重とする。そして、測定した打ち抜き荷
重を押圧体本体１３ａのせん断面積（押圧体本体１３ａ
の周線と試験片の厚さとの積）で除して、せん断強さを
算出する。

【００３０】次に、予め測定した繊維シートの目付け量
毎のせん断強さについての相関表と前記実測したせん断
強さを対照する。実測したせん断強さがある目付け量の
せん断強さの相関関係に一致するとき、この目付け量を
実測した繊維シートの目付け量と判定する。

【００３１】以上より、本実施の形態によれば、予め繊
維シートの目付け量毎のせん断強さの相関関係を設定
し、施工現場で繊維シートの性能評価を行うようにした
ので、施工現場で納入された繊維シート製品の性能確認
を定量的に実施でき、設計通りの要求性能を保持した施
工が行われる。また、施工部位毎に使用する繊維シート
の種類が異なる場合においても、製品の確認が容易にな
る。また、施工者が故意または過失により、使用材料を
間違えるような事故を未然に防止できる。また、簡易な
構成のせん断試験機を用いるようにしたので、施工現場
でせん断強さを容易に測定することができる。

【００３２】なお、見付け量確認のための重量測定と本
発明の試験を併用することにより、材料検査の信頼性を
向上させてもよい。また、油圧ポンプの代わりに、試験
機を簡易にする観点から、施工現場で使用する油圧ジャ
ッキを用いてもよい。さらに、本試験機は、繊維シート
のみならず、施工現場でＦＲＰ試験体のせん断試験に用
いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上に述べたように、請求項１記載の発
明によれば、試験用繊維シートの目付け量を判定し、繊
維シートの性能評価を行うようにしたので、施工現場で
設計条件よりも品質の低い繊維シートが使用される危険
性がなくなり、設定条件どおりの施工が行われる。ま
た、施工部位毎に使用する繊維シートの種類が異なる場
合においても、製品の確認が容易になり、施工者が故意
または過失により、使用材料を間違えるような事故を未
然に防止できる。請求項２記載の発明によれば、請求項
１の試験方法に用いるせん断試験機が得られ、簡易な構
成を用いるので施工現場で繊維シートのせん断強さが容
易に実測される。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維シートの目付け量と打ち抜き荷重の関係を
示すグラフである。

【図２】本発明を適用した実施の形態に係わる繊維シー
ト試験装置の断面構造を示す。

【図３】図２に係わる試験片の斜視方向からの構造を示
す。

【図４】図２中の一点鎖線部Ａを拡大した断面構造を示
す。

【図５】図２中の一点鎖線部Ａを拡大した平面構造を示
す。

【図６】図２に係わる押圧体の側面構造を示す。

【符号の説明】

１０ 繊維シート試験機 １１ 支持台 １２ 加圧体 １２ａ 加圧体本体 １２ｂ ピストン １３ 押圧子 １３ａ 押圧子本体 １３ｂ ボルト部 １３ｃ ナット １３ｄ ワッシャー １４ 固定治具 １４ａ 上部パーツ １４ｂ 下部パーツ １５ 試験片 １６ 固定用ボルト １７ 案内ピン ２１ 圧力計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維シートのせん断強さを目付け量毎に予
   め測定して得られたせん断強さと目付け量の相関関係を
   表示した相関表を用い、繊維シートについて実測したせ
   ん断強さと対照してこの繊維シートの目付け量を判定す
   ることを特徴とする繊維シート試験方法。
2. 【請求項２】繊維シートの周辺部を固定すると共に、中
   央部に孔を形成した第１の固定部材と、 前記第１の固定部材の中央部に形成した孔の内周面と外
   周面を摺動自在に嵌入させるとともに、前記繊維シート
   の周辺部と連続する中央部を固定する第２の固定部材
   と、 前記第１の固定部材若しくは前記第２の固定部材のうち
   少なくとも一方の摺動方向に加圧する加圧部材と、 前記加圧部材の加圧力を測定する測定手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の繊維シート試
   験方法に用いる繊維シート用せん断試験機。