JPWO2018199032A1 - 構造物へのｆｒｐ材の接着構造および接着方法 - Google Patents

Abstract

構造物に対するＦＲＰ材の接着構造であって、該構造物とＦＲＰ材との間に、繊維系基材と樹脂で形成された接着層が介在し、かつＦＲＰ材の縁端から接着層がはみ出ていることを特徴とする構造物へのＦＲＰ材の接着構造、および接着方法。既設の構造物に対して、施工現場で容易にかつ確実に必要なＦＲＰ材による補修、補強が可能になり、とくに、構造物と補修、補強用のＦＲＰ材との間に十分に高い接着力を発揮させ、構造物に、ＦＲＰ材による目標とする補修、補強性能をより確実に発現させることが可能になる。

Description

本発明は、構造物へのＦＲＰ（繊維強化プラスチック）材の接着構造および接着方法に関し、とくに、用途変更を必要とする既設の構造物や腐食等により断面欠損した既設の構造物に対して、ボルト接合や溶接接合を実施せずに、施工現場でも容易にかつ確実に必要なＦＲＰ材による補修、補強が可能で、それによって確実に既設の構造物の望ましい性能の向上もしくは回復を行うことが可能な、構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法に関する。

既設の構造物（例えば、表面材質が鋼やＦＲＰの構造物）の用途変更に伴ってその性能の向上をはかる場合、増設する鋼当て板等の構造用部材と母材（既設の構造物）との接合に、ボルト接合や溶接接合を用いている。しかしこれらの方法においては、例えば、ボルト孔は断面欠損となること、また、溶接接合部には残留応力が導入されることから、母材に負担を掛け、新たな欠陥を与える恐れがある。さらに、増設する構造用部材が鋼製である場合には、重量が増加するため、設計で考慮すべき作用力が増加するだけでなく、施工現場の作業性にも問題を生じることがある。

また、構造物に断面欠損が生じている場合にそれを補修して性能の回復をはかる場合、例えば腐食等で減肉した鋼構造物を補修する場合、強化繊維シート、とくに炭素繊維シートを使い、減肉で失った分の剛性に相当する炭素繊維シートを貼り付けて性能を回復する技術が知られている。

このような炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）による構造物の補修技術として、現場でハンドレイアップして補修する技術、工場で成形したＣＦＲＰ平板をパテ状の接着剤で貼り付けて補修する技術に加え、近年ではＶａＲＴＭ（Vacuum assisted RTM, RTM:Resin Transfer Molding）成形による補修技術が提案されている。このＶａＲＴＭ補修技術は、現場でドライの補強繊維シートを重ね、その上からフィルムで覆って、真空ポンプで内部を減圧した後に樹脂を注入して、補強繊維基材と樹脂で構成されるＦＲＰ材と構造物を一体化する技術である。確実に一体化して補修効果を挙げるためには、確実に接着面まで樹脂を流し込み、硬化させて望ましい接着力を発揮させることが重要である。しかしながら、従来技術では、樹脂の回り込みが不十分で、ＦＲＰ材と構造物との接着面に樹脂が十分に行き届かず、接着剤の持つ接着強度を十分に発揮されにくいことが課題であった。

例えば、特許文献１には、ＶａＲＴＭ成形による補強が記載されているものの、接着強度を発揮させるための構造に関しては記載がない。そのため、接着用基材層という概念が存在せず、必要な部位まで確実に樹脂を流し込み、安定した接着強度を確保できないことが懸念される。また、多積層の場合、高浸透性繊維材料の中間挿入によって、補強層への樹脂含浸性は確保できるものの、接着面まで十分に樹脂が回りこまず、さらに接着強度の低下が懸念される。

一方、特許文献２には、プリプレグシートを使ったコンクリート構造物の補強方法が開示されている。補強繊維基材は樹脂が含浸したプリプレグシートであるため、接着強度は確保できるものの、工程手間が増え、かつ樹脂によっては密封化後に真空吸引するまでの間に樹脂の硬化が始まり、かえって接着面に空気が残り、低接着強度を引き起こす懸念がある。また、増設部材がプリプレグシートであるため、品質は高いものの、加熱しながらの施工となるため、熱源設備などが必要となり、作業手順が煩雑になるという問題がある。

特表平１０−５１３５１５号公報 特開平１１−１４８２３０号公報

そこで本発明の課題は、用途変更を必要とする既設の構造物や腐食等により断面欠損した既設の構造物に対して、ボルト接合や溶接接合を実施せずに、施工現場で容易にかつ確実に必要なＦＲＰ材による補修、補強が可能で、それによって確実に既設の構造物の望ましい性能の向上もしくは回復を行うことが可能な、構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法を提供することにある。とくに、補修、補強対象構造物と補強材としてのＦＲＰ材との間に十分に高い接着力を発揮させて、構造物に確実にＦＲＰ材による補修、補強性能を発現させることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造は、構造物に対するＦＲＰ材の接着構造であって、該構造物とＦＲＰ材との間に、繊維系基材と樹脂で形成された接着層が介在し、かつＦＲＰ材の縁端から接着層がはみ出ていることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造においては、補修、補強対象構造物へ補強材としてのＦＲＰ材が接着された構造において、構造物とＦＲＰ材との間に、構造物とＦＲＰ材との接着力を発揮させるための接着層が明確に存在し、その接着層が構造物とＦＲＰ材との間に介在されて、ＦＲＰ材が十分に高い接着力をもって構造物に接着される。この接着層は、繊維系基材と樹脂で形成され、とくに接着層形成用の繊維系基材に樹脂が含浸されることにより形成されるが、接着層が十分に高い接着力を発揮し、かつ、その接着力のばらつきを小さく抑えるためには、繊維系基材に対して樹脂が十分に含浸される必要がある。ＦＲＰ材を形成する補強繊維基材側から繊維系基材へと含浸される樹脂も存在はするが、それだけでは繊維系基材に対して十分な樹脂含浸を期待することは困難な場合が多く、十分に高い接着力を発揮する接着層の形成が望めない場合が多い。そこで本発明では、形成される接着層がＦＲＰ材の縁端からはみ出ている構造を採用している。すなわち、接着層形成用の繊維系基材がＦＲＰ材を形成する補強繊維基材の縁端からはみ出ている構造を採用している。この繊維系基材のはみ出し部には、ＦＲＰ材形成用の補強繊維基材を通して樹脂を含浸させる必要はなく、外部に現れているはみ出し部に直接容易に樹脂を含浸させることができるので、そのはみ出し部を通して、含浸されていく樹脂が回り込むように繊維系基材中に流動されていき、繊維系基材全体にわたって十分に良好に（つまり、残存空隙を極小化した状態で十分に良好に）樹脂を含浸させることが可能になる。とくに繊維系基材として樹脂含浸性が高い基材を用いれば、一層容易に繊維系基材全体にわたって十分に良好に樹脂を含浸させることが可能になる。繊維系基材全体にわたって十分に樹脂が含浸され残存空隙が極小化された状態で形成された接着層は十分に高い接着力を発揮でき、その望ましい高い接着力のばらつきも小さく抑えることが可能になり、この接着層を介して、ＦＲＰ材が十分に高い接着力をもって構造物へ接着されることになる。換言すれば、このような望ましい十分に高い接着力をもっての構造物へのＦＲＰ材の接着構造が、接着後の構造としては、構造物とＦＲＰ材との間における接着層の介在構造と、ＦＲＰ材の縁端からの接着層のはみ出し構造によって達成されることとなる。ちなみに、上記のような接着層のはみ出し部が存在せず、例えば、接着層の存在領域とＦＲＰ材の存在領域とがほぼ同じ大きさの場合、上記のようなはみ出し部を通しての繊維系基材への樹脂含浸が望めないため、十分に高い接着力を発揮可能な接着層の形成は困難である。

上記本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造においては、上記接着層のＦＲＰ材の縁端からのはみ出し長さとしては、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。言い換えれば、補強繊維基材の縁端から、上記縁端よりはみ出た繊維系基材の縁端までの直線距離がはみ出し長さとなる。繊維系基材の縁端のラインと補強繊維基材縁端のラインとが平行ではない等の理由で、両縁端間の距離が一定ではない場合は、両縁端間の最大の距離を採る。さらに、このはみ出し部は、とくに接着層形成用の繊維系基材のＦＲＰ材形成用の補強繊維基材の縁端からのはみ出し部は、繊維系基材全体へ向けて含浸されていく樹脂の入口となるので、はみ出し長さが少なすぎると良好かつ迅速な樹脂含浸を望み難くなる。良好かつ迅速な樹脂含浸の面からは、大きなはみ出し長さであっても構わないが、はみ出し長さが大きくなりすぎると、実質的に構造物の補修、補強機能を持たない接着層部位が不要に大きくなって、材料の無駄遣いや構造物の見栄えを損なうことになるので、はみ出し長さは必要最小限に留めておくことが好ましく、すなわち前記理由に鑑みると１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造は、構造物の接着層の設置面が鋼からなる場合にとくに好適に適用できるが、構造物の接着層の設置面がＦＲＰからなる場合にも適用できる。さらにその他にも、構造物の接着層の設置面が、接着層の十分に高い接着力を発揮可能な材質からなる場合には、適用可能である。

上記接着層に用いられる繊維系基材としては特に限定されないが、例えば、連続した繊維がランダムに配向されたマット状形態、空隙を有するメッシュシート状形態、短くカットされた繊維で構成されたマット状形態の少なくともいずれかの形態に形成されていることが好ましい。このような形態であれば、比較的薄い繊維系基材であっても、前述のはみ出し部から繊維系基材全体にわたっての良好かつ迅速な樹脂含浸を望むことが可能である。

上記接着層の繊維体積含有率としては、とくに限定されないが、低すぎると単なる樹脂接着層と変わらなくなり、接着層自体の強度が低くなりすぎて、補修、補強用のＦＲＰ材が構造物から剥がれやすくなるおそれがあり、逆に高すぎると、はみ出し部からの樹脂含浸速度が低下したり、樹脂が含浸しにくくなったりして、繊維系基材全体にわたっての十分に良好な樹脂含浸が困難になって、接着層の十分に高い接着力の発揮が困難になるおそれがあるので、繊維体積含有率としては５％〜４０％の範囲にあることが好ましい。接着層自体は高い接着力の発揮を担うもので、補強強度の増大を狙うものではないので、極端に高い繊維体積含有率は必要でない。

また、上記接着層に用いられる繊維系基材には、前述のはみ出し部から繊維系基材全体にわたっての良好かつ迅速な樹脂含浸が望まれるが、そのためには、該繊維系基材はあるレベル以上に樹脂が含浸されやすい基材であることが好ましい。基材への樹脂の含浸されやすさは、例えば基材の通気度を尺度として表すことが可能である。基材の通気度は、一般的に、基材の空隙断面積に対応する尺度と考えられる。この観点から、より具体的には、上記接着層に用いられる繊維系基材の１枚かつ単位幅あたりの空隙断面積として、０．０５ｍｍ^２／ｍｍから１．０ｍｍ^２／ｍｍの範囲にあることが好ましい。

また、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造においては、上記接着層の樹脂は、ＦＲＰ材のマトリックス樹脂と同じであることが好ましい。同じ樹脂であれば、接着層とＦＲＰ材との間の親和性は極めて高く、両層間に層間剥離等の問題は発生しない。

また、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造においては、上記ＦＲＰ材の設置部中を延び（とくに、設置されるＦＲＰ材の厚み方向途中部位にてＦＲＰ材の面方向に延び）、かつＦＲＰ材の縁端からはみ出る中間吸引用繊維系基材が設けられ、該中間吸引用繊維系基材がＦＲＰ材の縁端からはみ出た部位で接着層を形成する繊維系基材の上に重なっている形態を採用することもできる。このような形態を採用すれば、ＦＲＰ材形成用の補強繊維基材が比較的厚く、厚み方向に樹脂が含浸されにくい基材である場合にあっても、厚み方向途中部位に配された中間吸引用繊維系基材を介してＦＲＰ材形成用補強繊維基材中に良好に樹脂を含浸させていくことができるようになる。したがって、この中間吸引用繊維系基材は樹脂が含浸されやすい基材であることが望ましく、前述の通気度が高い基材であることが好ましい。

本発明は、
構造物に対するＦＲＰ材の接着方法であって、
構造物の接着面を表面処理する工程と、
前記構造物の接着面上に、接着層を形成する繊維系基材とＦＲＰ材を形成する補強繊維基材を、この順に、繊維系基材が補強繊維基材の縁端からはみ出るように配置し、両基材を仮留めする工程と、
前記繊維系基材と補強繊維基材を密封し、密封内部を減圧する工程と、
減圧された密封内部に樹脂を注入する工程と、
注入された樹脂を硬化、養生させる工程と、
を含むことを特徴とする、構造物へのＦＲＰ材の接着方法についても提供する。

上記本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着方法において、上記構造物の接着面としては鋼からなることが好ましいが、構造物の接着面がＦＲＰからなる場合にも本発明に係る方法の適用が可能である。さらにその他にも、構造物の接着面が、密封化でき、かつ接着層の十分に高い接着力を発揮可能な材質からなる場合には、適用可能である。

また、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着方法においては、上記注入される樹脂と同じ樹脂を、繊維系基材を設置する前に構造物の接着面に塗布することもできる。このようにすれば、接着面に微細な凹凸が存在する構造物の場合にあっても、樹脂塗布により接着層形成前に予め接着面を平坦な面に形成しておくことができ、望ましい接着層を容易に形成できるようになるとともに、構造物の接着面に対する接着層の接着強度を、樹脂塗布により予め望ましいレベルに確保しておくことも可能になる。さらに、事前に塗布した未硬化状態の樹脂は、繊維系基材並びに補強繊維基材を設置する際の仮留め用として用いることも可能になる。

また、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着方法においては、上記繊維系基材と上記補強繊維基材に対して同時に樹脂を注入することが好ましい。このようにすれば、ＦＲＰ材と接着層を含む補修、補強用の付加部位をより迅速に形成でき、その作業もより容易化される。繊維系基材としては、極力樹脂流動性に優れた基材を用いることが好ましく、例えば、ガラス繊維チョップドストランドマット、ガラス繊維コンティニュアスストランドマット、ガラス繊維製メッシュシート、ガラス繊維サーフェスマット、ポリプロピレンメッシュシート、エポキシ樹脂製メッシュシート等を用いることができる。

また、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着方法においては、上記補強繊維基材の配置工程において、中間吸引用繊維系基材を、補強繊維基材の設置部中を延び、補強繊維基材の縁端からはみ出るとともに、はみ出た部位で前記繊維系基材の上に重なるように配置することもできる。中間吸引用繊維系基材としては、極力樹脂流動性に優れた基材を用いることが好ましく、例えば、ガラス繊維チョップドストランドマット、ガラス繊維コンティニュアスストランドマット、ガラス繊維製メッシュシート、ガラス繊維サーフェスマット、ポリプロピレンメッシュシート、エポキシ樹脂製メッシュシート等を用いることができる。このような中間吸引用繊維系基材を配置することにより、前述したように、ＦＲＰ材形成用の補強繊維基材が比較的厚く、厚み方向に樹脂が含浸されにくい基材である場合にあっても、厚み方向途中部位に配された中間吸引用繊維系基材を介してＦＲＰ材形成用補強繊維基材中に良好に樹脂を含浸させていくことができるようになる。

さらに、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着方法においては、上記仮留め工程と上記密封、減圧工程との間に、繊維系基材と補強繊維基材の全体を覆い、注入樹脂硬化後に引き剥がし可能な離型基材を配置する工程を有することもできる。このようにすれば、後述の実施形態に示すように、ＦＲＰ材と接着層を形成するための樹脂含浸、硬化後に、ＦＲＰ材と接着層の形成後には不要となる、密封、減圧のために全体を覆っていたフィルム状部材や樹脂流動を助長するために設けられていたシート状部材を、離型基材とともに容易に除去できるようになり、作業全体の効率化をはかることが可能になる。

このように、本発明に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法によれば、既設の構造物に対して、施工現場で容易にかつ確実に必要なＦＲＰ材による補修、補強が可能になり、とくに、構造物と補修、補強用のＦＲＰ材との間に十分に高い接着力を発揮させ、かつ、その望ましい高い接着力のばらつきも小さく抑えることが可能になり、構造物に、ＦＲＰ材による目標とする補修、補強性能をより確実に発現させることが可能になる。さらに、接着層のはみ出し部は、端部に発生する応力緩和に寄与でき、繰り返し発生する力に対しても剥離しにくくすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法を示す概略構成図である。 本発明の別の実施形態に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法を示す概略構成図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法を示しており、とくに施工時の状態を示している。図１においては、１００は、構造物、とくに劣化した鋼構造物を示しており、この補修、補強の対象としての鋼構造物１００の対象表面上に、補修、補強のＦＲＰ材が接着される。図１は、補強繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰ材が形成される前の（マトリックス樹脂含浸、硬化前の）補強繊維基材が配置された状態を示している。

図１に示される補修、補強のための施工においては、先ず、補修、補強の対象となる鋼構造物１００の表面（接着面１）に対して、塵埃を除去したり不要な凹凸を消滅させたりする表面処理が施される。この表面処理は、本発明における接着層の形成が円滑に行われる限りとくに限定されず、通常の油分や錆除去のための清掃や、場合によっては、サンドペーパー等による表面研磨が行われる程度でよい。

表面処理が施された鋼構造物１００の接着面１上に、接着層を形成するための繊維系基材２の層とＦＲＰ材を形成するための補強繊維基材３の層が、この順に積層され、繊維系基材２が補強繊維基材３の縁端からはみ出るように配置された後、両基材２、３が仮留めされる。繊維系基材２のはみ出し長さは、例えば５ｍｍ以上に設定され、好ましくは１０ｍｍ以上である。繊維系基材２の補強繊維基材３の縁端からはみ出し部４の形態は、補強繊維基材３の少なくとも一縁端から、好ましくは両側の縁端からはみ出す形態、補強繊維基材３の実質的に全周囲の縁端からはみ出す形態、のいずれも採用可能である。

繊維系基材２の形態は、前述の如く、例えば、連続した繊維がランダムに配向されたマット状形態、空隙を有するメッシュシート状形態、短くカットされた繊維で構成されたマット状形態の少なくともいずれかの形態に形成されている。繊維系基材２に使用される繊維の種類はとくに限定されないが、例えば、ＦＲＰ材を形成するための補強繊維基材３に使用される繊維の種類と同等のもの、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、フェノール繊維、これらの組み合わせ等が挙げられ、さらに接着層は荷重伝達を担う層であるため、他の有機繊維や無機繊維も使用可能である。また、同様に、接着層は荷重伝達を担う層であるため、形成後の接着層や繊維系基材２の層厚みはそれほど大きくなくてもよく、例えば、樹脂が含浸する前の嵩厚みで、０．０５〜０．７０ｍｍ程度の厚みであればよい。この繊維系基材２の、樹脂含浸、硬化後に形成される接着層に対する繊維体積含有率は、前述の如く、５〜４０％の範囲にあることが好ましい。

また、繊維系基材２には後述の如く主としてはみ出し部４から樹脂が含浸されるが、この樹脂含浸を迅速に確実に行わせるために、前述の如く、樹脂含浸のしやすさを表す指標としての繊維系基材２の１枚かつ単位幅あたりの空隙断面積が０．０５ｍｍ^２／ｍｍから１．０ｍｍ^２／ｍｍの範囲にあることが好ましい。

なお、図示は省略するが、繊維系基材２を配置する前に、前述したように、後述の注入される樹脂と同じ樹脂を、鋼構造物１００の接着面１に塗布しておくこともできる。また、次の工程へ移る際の樹脂の硬化状態は限定されないが、繊維系基材および補強繊維基材の仮留めとして用いることもできる。

繊維系基材２と補強繊維基材３が所定の形態に配置された後、繊維系基材２と補強繊維基材３が密封され、密封内部が減圧され、減圧された密封内部に樹脂が注入される。図１に示す形態では、上述した仮留め工程と上記密封、減圧工程との間に、繊維系基材２と補強繊維基材３の全体を覆い、注入樹脂硬化後に引き剥がし可能な離型基材５が配置される。この離型基材５としては、例えば、フッ素樹脂塗布ガラス繊維クロスやポリエチレンシート、ポリプロピレンシート等を使用できる。ただし、後述の樹脂流動シート６をＦＲＰ材の表面に残し、一体化する場合は、離型基材５は樹脂流動シート６の上に設置して、後述の密閉性フィルム７を剥離する際に離型基材５の剥離により密閉性フィルム７を確実に剥離できるようにすることもできるし、離型基材５がなくても密閉性フィルム７を剥離できる場合には、離型基材５の設置を省略することも可能である。

また、図１に示す形態では、上記離型基材５の上に、後述の如く注入される樹脂を必要な部位全体にわたって迅速にかつまんべんなく行き渡らせるために、樹脂流動シート６（樹脂拡散シートとも呼ばれる）が配置される。樹脂流動シート６からの樹脂は補強繊維基材３と繊維系基材２とに含浸されていくので、上記離型基材５には樹脂透過性の基材が使用されている。この樹脂流動シート６としては、例えば、ナイロンメッシュシート、ポリエチレンメッシュシート、ポリエステルメッシュシート、ポリプロピレンメッシュシート等を使用できる。

離型基材５と樹脂流動シート６が配置された後、繊維系基材２と補強繊維基材３を含む全体が密閉性フィルム７で覆われ、シーリング材８によるシールによって、内部が密封される。この密閉性フィルム７としては、例えば、ナイロンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリエステルフィルム、シリコンシート等を使用できる。密閉性フィルム７によって覆われた密封内部９からは真空吸引ポンプ１０を介して排気され、減圧された密封内部９に樹脂が注入される。図１に示す形態では、樹脂注入側１１に配置された樹脂注入道１２に、外部に設けられた樹脂ポット１３中の液状の樹脂１４が減圧状態による吸引により送給され、送給された樹脂１４は、そこから樹脂流動シート６を介して主として補強繊維基材３に向けて送られ含浸されるとともに、主として繊維系基材２のはみ出し部４から繊維系基材２にその全体にわたって含浸されていく。真空吸引側１５には、真空吸引道１６が配置され、そこから真空吸引ポンプ１０を介しての排気により、密封内部９からの排気と樹脂注入のための減圧吸引が行われる。この補強繊維基材３への樹脂含浸と繊維系基材２への樹脂含浸は実質的に同時に行われる。

樹脂注入、含浸後には、注入された樹脂は硬化、養生される。硬化は、常温で行われればよいが、別に硬化により適した温度が存在すれば、雰囲気温度をその温度に制御してもよい。樹脂の硬化により、補強繊維基材３に樹脂が含浸、硬化された本発明におけるＦＲＰ材（図示略）と、繊維系基材２に樹脂が含浸、硬化された本発明における接着層（図示略）が形成される。形成された接着層には、図１に示したのと同等の、ＦＲＰ材の縁端からはみ出ているはみ出し部が形成されたまま残される。この樹脂の硬化、養生完了前に、あるいは完了後に、補修、補強が施された鋼構造物１００にとっては不要な樹脂流動シート６、密閉性フィルム７、シーリング材８、樹脂注入道１２、真空吸引道１６が、離型基材５とともに剥離除去される。

このように形成された接着層を介してＦＲＰ材は安定した高い接着力をもって鋼構造物１００に接着されることになり、鋼構造物１００の望ましい補修、補強性能を発揮することが可能になる。

図２は、本発明の別の実施形態に係る構造物へのＦＲＰ材の接着構造および接着方法を示しており、とくに施工時の状態を示している。図２においては、図１に示した形態に比べ、補強繊維基材３の配置工程において、中間吸引用繊維系基材２１が設けられるが、この中間吸引用繊維系基材２１は、補強繊維基材３の設置部中を延び、補強繊維基材３の縁端からはみ出るとともに、はみ出た部位で繊維系基材２の上に（繊維系基材２のはみ出し部４の上に）重なるように配置される。中間吸引用繊維系基材２１の設置については、例えば、図示の如く、補強繊維基材３を厚み方向に分割し、一段目の補強繊維基材３上に中間吸引用繊維系基材２１を配置し、その上に二段目の補強繊維基材３を積層する。中間吸引用繊維系基材２１の設置以外は実質的に図１に示した形態と同じであるので、図２における図１と同等の部位に図１と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

上記のような中間吸引用繊維系基材２１を補強繊維基材３の設置部中を延び、かつ、補強繊維基材３の縁端からはみ出るように配置することにより、そのはみ出し部から流入した注入樹脂は中間吸引用繊維系基材２１中を迅速に流動されて、補強繊維基材３中へと含浸させることが可能になる。すなわち、中間吸引用繊維系基材２１を介しての樹脂含浸により、密閉内部９における補強繊維基材３の全体に対する樹脂含浸を助長できることになる。したがって、ＦＲＰ材形成用の補強繊維基材３が比較的厚く、厚み方向に樹脂が含浸されにくい基材である場合にあっても、厚み方向途中部位に上記のような中間吸引用繊維系基材２１を配置しておくことにより、ＦＲＰ材形成用補強繊維基材３中に良好に樹脂を含浸させていくことができるようになる。その他の作用、効果は図１に示した形態に準じる。

以下に、本発明による効果を確認するために、ＶａＲＴＭ成形を使って貼り付けたＣＦＲＰと鋼材の接着強度を、次の手順で確認した。

［試験体の作成］
厚み１２ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ２５０ｍｍの２枚の鋼平板（弾性率２０６ｋＮ/ｍｍ^２）を、無結合のまま突き合わせた状態で、突き合わせ部を含む２枚の鋼平板上に、接着層用の繊維系基材を敷き、その上から本発明におけるＦＲＰ材構成用の、長さの異なる一方向炭素繊維シート トレカクロスＵＭ４６−４０（東レ製、炭素繊維量４００ｇ／ｍ^２、弾性率４４０ｋＮ／ｍｍ^２）を７層積層した。

積層した炭素繊維シートによる補強繊維基材は、７層が連続する定着長さ１００ｍｍを有し、かつ炭素繊維シート端部に向かって、１０ｍｍ間隔で炭素繊維シートを短くして作ったテーパー（長さ６０ｍｍ）を有する。

前記繊維系基材および補強繊維基材の上に離型基材を被せ、その上から樹脂流動シートを設置した。基材周囲にシーリングテープと吸引用のチューブと樹脂注入用のチューブを設置し、更にその上から密封性フィルムを被せた後に、真空ポンプで吸引させ、密封性フィルムで覆った空間を真空化した。

その後、真空ポンプを稼動したまま２液性常温硬化型エポキシ樹脂ＡＵＰ４０（東レＡＣＥ社製）を注入し、樹脂を含浸させた後に、真空ポンプを止めて、両チューブを封止し、樹脂が硬化するまで常温で養生した。

樹脂が硬化して炭素繊維強化プラスチックＣＦＲＰが形成された後に、試験体が幅１５ｍｍとなるように切り出し、引張せん断接着試験体を準備した。力学試験機を使って、せん断接着試験体の両端部をつかみ、ＣＦＲＰが剥離するまで試験体を引っ張った。

［接着層用繊維基材の空隙断面積の測定方法］
ＪＩＳ Ｒ ７６０２炭素繊維織物試験方法に準じて、基材厚み（ｍｍ）を測定した。次に基材を１００ｍｍ×１００ｍｍで切り出し、１０，０００ｍｍ^２あたりの重量（繊維目付量）を測定した。次に使用する材料の密度から基材の密度厚みを次式で算定した。そして、基材厚みから密度厚みを引くことで、１枚の単位幅あたりの空隙断面積（ｍｍ^２／ｍｍ）を算定した。
密度厚み（ｍｍ）＝繊維目付量（ｇ／ｍ^２）÷繊維密度（ｇ／ｃｍ^３）
１枚の空隙断面積（ｍｍ^２／ｍｍ）＝基材厚み（ｍｍ）−密度厚み（ｍｍ）

［試験結果］
力学試験機で得られた引張荷重に対して、試験体幅と定着量を掛けた面積で除したものを接着強度とした。
接着強度（Ｎ／ｍｍ^２）＝引張荷重（Ｎ）／（試験体幅（ｍｍ）×定着長（ｍｍ））

表１に示すように、各試験水準の比較は、平均ＡＶＥ．だけでなく、標準偏差σを考慮し、かつ９９．７％確率で発生する接着強度を使って比較した。

比較の結果、補強繊維基材から接着層用の繊維系基材をはみ出させると平均およびばらつきが小さくなり、接着強度が向上する。また、繊維系基材にメッシュシートを用いる場合や、接着層に事前に樹脂を塗布すると接着強度はさらに向上できる。

本発明は、インフラ構造物だけでなく、航空機、自動車、船舶などの金属系素材の補修・補強にも適用できる。

１ 接着面
２ 繊維系基材
３ 補強繊維基材
４ はみ出し部
５ 離型基材
６ 樹脂流動シート
７ 密閉性フィルム
８ シーリング材
９ 密封内部
１０ 真空吸引ポンプ
１１ 樹脂注入側
１２ 樹脂注入道
１３ 樹脂ポット
１４ 樹脂
１５ 真空吸引側
１６ 真空吸引道
２１ 中間吸引用繊維系基材
１００ 鋼構造物

Claims (16)

1. 構造物に対するＦＲＰ材の接着構造であって、該構造物とＦＲＰ材との間に、繊維系基材と樹脂で形成された接着層が介在し、かつＦＲＰ材の縁端から接着層がはみ出ていることを特徴とする構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
2. 前記接着層の前記ＦＲＰ材の縁端からのはみ出し長さが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、請求項１に記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
3. 前記構造物の前記接着層の設置面が鋼からなる、請求項１または２に記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
4. 前記構造物の前記接着層の設置面がＦＲＰからなる、請求項１または２に記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
5. 前記接着層に用いられる繊維系基材が、連続した繊維がランダムに配向されたマット状形態、空隙を有するメッシュシート状形態、短くカットされた繊維で構成されたマット状形態の少なくともいずれかの形態に形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
6. 前記接着層の繊維体積含有率が１０％〜４０％の範囲にある、請求項１〜５のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
7. 前記接着層に用いられる繊維系基材の、１枚かつ単位幅あたりの空隙断面積が０．０５ｍｍ^２／ｍｍから１．０ｍｍ^２／ｍｍの範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
8. 前記接着層の樹脂は、前記ＦＲＰ材のマトリックス樹脂と同じである、請求項１〜７のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
9. 前記ＦＲＰ材の設置部中を延び、かつＦＲＰ材の縁端からはみ出る中間吸引用繊維系基材が設けられ、該中間吸引用繊維系基材がＦＲＰ材の縁端からはみ出た部位で接着層を形成する繊維系基材の上に重なっている、請求項１〜８のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着構造。
10. 構造物に対するＦＲＰ材の接着方法であって、
    構造物の接着面を表面処理する工程と、
    前記構造物の接着面上に、接着層を形成する繊維系基材とＦＲＰ材を形成する補強繊維基材を、この順に、繊維系基材が補強繊維基材の縁端からはみ出るように配置し、両基材を仮留めする工程と、
    前記繊維系基材と補強繊維基材を密封し、密封内部を減圧する工程と、
    減圧された密封内部に樹脂を注入する工程と、
    注入された樹脂を硬化、養生させる工程と、
    を含むことを特徴とする、構造物へのＦＲＰ材の接着方法。
11. 前記構造物の接着面が鋼からなる、請求項１０に記載の構造物へのＦＲＰ材の接着方法。
12. 前記構造物の接着面がＦＲＰからなる、請求項１０に記載の構造物へのＦＲＰ材の接着方法。
13. 前記注入される樹脂と同じ樹脂を、前記繊維系基材を設置する前に前記構造物の接着面に塗布する、請求項１０〜１２のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着方法。
14. 前記繊維系基材と前記補強繊維基材に対して同時に樹脂を注入する、請求項１０〜１３のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着方法。
15. 前記補強繊維基材の配置工程において、中間吸引用繊維系基材を、補強繊維基材の設置部中を延び、補強繊維基材の縁端からはみ出るとともに、はみ出た部位で前記繊維系基材の上に重なるように配置する、請求項１０〜１４のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着方法。
16. 前記仮止め工程と前記密封、減圧工程との間に、前記繊維系基材と補強繊維基材の全体を覆い、注入樹脂硬化後に引き剥がし可能な離型基材を配置する工程を有する、請求項１０〜１５のいずれかに記載の構造物へのＦＲＰ材の接着方法。

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