WO2006088184A1

WO2006088184A1 - 建設構造物の補強材、強化建設構造物、及び、建設構造物の補強工法

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Publication number: WO2006088184A1
Application number: PCT/JP2006/302965
Authority: WO
Inventors: Ichiro Okura; Nobuaki Kita; Toshiyuki Ishikawa
Original assignee: Osaka University; Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd.
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2006-08-24
Also published as: JP4780594B2; JPWO2006088184A1

Abstract

　付加材層３、挿入材層４、及び接着剤層５を有し、付加材層３と挿入材層４とが接着剤層５を介して積層され、且つ、付加材層３の剛性に対する挿入材層４の剛性の比が０．５以下である建設構造物の補強材。かかる補強材、接着剤層２及び母材１を有し、補強材の挿入材層４と母材１とが接着剤層２を介して接着されている強化建設構造物。下記工程（Ｉ）～（ＩＩＩ）からなる群より選択される少なくとも１つの工程を包含する、建設構造物の補強工法：（Ｉ）建設構造物の母材１に挿入材層４を接着し、さらに、該挿入材層４に付加材層３を接着する工程、（ＩＩ）建設構造物の母材１に、請求項１に記載の補強材の挿入材層４を接着する工程、又は、（ＩＩＩ）建設構造物の母材１に、請求項８に記載の接着剤層２付き補強材を貼付する工程。

Description

建設構造物の補強材、強化建設構造物、及び、建設構造物の補強工法技術分野

[0001] 本発明は、主に、建設構造物の補強材、強化建設構造物、及び、建設構造物の補強工法に関する。

背景技術

[0002] コンクリート、鉄鋼、木材等の建設材で造られた構造物は、腐食、塩害、温度変化、湿気、水圧、荷重等の様々な原因により経過年数とともにその強度を失い、やがて、亀裂、歪み、崩壊、崩落、破裂等の欠陥を生じる。

[0003] 現在、強度が低下した構造物を補強する主な方法として、溶接による方法、高カボルトゃ添接板等の治具で建設材を拘束する方法、補強を必要とする建設材の部分にシート、プレート、ネット等の形状の補強材を接着する方法がとられている。

[0004] しカゝしながら、溶接による方法及び治具で建設材を拘束する方法は、特別な技術ゃ大掛力りな足場を必要とするといつた欠点を有する。また溶接は、コンクリート、石材、木材の補強方法としては不適当である。

[0005] 補強材を接着する方法は、特別な技術や大掛かりな足場を必要としな!、ため簡便且つ経済的な方法であるが、その一方で、接着剤層の付着端に高いせん断応力（はく離せん断応力）が生じると付加材層がはく離するという問題を抱えている。

[0006] 一方、現在、炭素繊維、ァラミド繊維、ガラス繊維、鋼繊維、鋼、榭脂等を材料とするシートやプレート等が補強材として広く使用されている。

[0007] 現在、単層構造の補強材が主流であるが、複数の材料からなる積層構造の補強材も幾つか報告されている (特許文献 1、非特許文献 1)。

[0008] 例えば、特許文献 1には、コンクリート構造物補修 ·補強用一方向強化繊維材を所定枚数積層した構造が開示されている。しかしながら、特許文献 1には、接着剤層の付着端のはく離せん断応力を低減させる構造については示唆されていない。

[0009] また、非特許文献 1には、複数の炭素繊維シートが積層された構造が記載されて!ヽる。し力しながら、この構造では、接着剤層の付着端に生じるはく離せん断応力の低減が不十分であり、接着剤層の付着端力炭素繊維シートのはく離が起こる (非特許文献 1)。

特許文献 1：特開平 9— 67943号公報

非特許文献 1：炭素繊維シートによる鋼板応力の低下とはく離せん断応力、大食 '福井 ·中村.松上、土木学会論文集 No. 689/1- 57, 239- 249, 2001. 10 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 本発明は、母材カゝらはく離しにくい新規補強材を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明者らは、母材力もはく離しにくい新規補強材を求めて鋭意研究を重ねた結果、付加材層と挿入材層とが接着剤層を介して積層された構造を有する補強材において、付加材層の剛性に対する挿入材層の剛性の比を 0. 5以下とすることにより、挿入材層を積層させなヽ場合或、は付加材層の剛性に対する挿入材層の剛性の比が 0. 5より大きい場合と比べて、補強材が母材からはく離しに《なることを見出し、本発明を完成するに至った。

[0012] 即ち、本発明は以下の事項に関する。

項 1.

付加材層 3、挿入材層 4、及び接着剤層 5を有し、

付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層され、且つ、

付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 5以下である、建設構造物の補強材。

項 2.

付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 4以下である、項 1に記載の建設構造物の補強材。

項 3.

付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 3以下である、項 1に記載の建設構造物の補強材。付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 2以下である、項 1に記載の建設構造物の補強材。

項 5.

付加材層 3が炭素繊維プレート又は炭素繊維シートであり、挿入材層 4がガラス繊維シート又はァラミド繊維シートである、項 1に記載の補強材。

項 6.

付加材及び/又は挿入材の表面に接着剤を塗布するか又は含浸させる工程、接着剤を塗布するか又は含浸させた付加材と揷人材とを重ね合わせる工程、並びに、

接着剤を硬化させる工程、

を包含する、項 1に記載の補強材の製造方法。

項 7.

所定の間隙を介して付加材及び挿入材を配置する工程、

間隙に接着剤を充填し、付加材及び挿人材に接着剤を含浸させる工程、並びに、接着剤を硬化させる工程

を包含する、項 1に記載の補強材の製造方法。

項 8.

項 1に記載の補強材の挿入材層 4に、接着剤層 2が接着されている、建設構造物の接着剤層 2付き補強材。

項 9.

項 1に記載の補強材、接着剤層 2、及び母材 1を有し、

補強材の挿入材層 4と母材 1とが接着剤層 2を介して接着されている、強化建設構造物。

項 10.

下記工程 (i)〜(m)力もなる群より選択される少なくとも 1つの工程を包含する、建設構造物の補強工法：

(I)建設構造物の母材 1に挿入材層 4を接着し、さら〖こ、該挿入材層 4に付加材層 3 を接着する工程、 (II)建設構造物の母材 1に、項 1に記載の補強材の挿入材層 4を接着する工程、又は、

(III)建設構造物の母材 1に、項 8に記載の接着剤層 2付き補強材を貼付する工程。

[0013] 項 11.項 1に記載の補強材と母材 1とが接着剤層 2を介して接着されるとき、下記式を満足する、建設構造物の補強材：

[0014] [数 1]

〔21〕

■ (2r² _+i ²)₊(f ₊ F l- 〔22)

1 + F

3〕

K _ ί み 2 -^51 〔24〕

G₂ び o

〔3〕

〔4〕

h,G₂

D 〔5〕

G; E 4^l4

F 〔6〕

E 1_

〔7〕

ΕΛ_Λ + 2E , 2E.

E_lt₁ [0017] σ は、付加材層 3が接着されていない位置における母材 1に生じる応力であり、

0

Εは、母材 1のヤング率であり、

1

tは、母材 1の厚さであり（ただし、付加材を両面に有している場合の tは母材 1の厚

1 1

さであり、付加材を片面に有している場合の tは母材 1の厚さ X 2である）、

1

Eは、付加材層 3のヤング率であり、

3

tは、付加材層 3の片側厚さであり、

3

Eは、揷入材層 4のヤング率であり、

4

tは、挿入材層 4の片側厚さであり、

4

Gは、接着剤層 2のせん断弾性係数であり、

2

hは、接着剤層 2の片側厚さであり、

2

Gは、接着剤層 5のせん断弾性係数であり、

5

hは、接着剤層 5の片側厚さであり、

5

T は、接着剤層 2と母材 1との界面の引張せん断接着強さ及び接着剤層 2と挿入材

21

層 4との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値を表し、

T は、接着剤層 5と挿入材層 4との界面の引張せん断接着強さ及び接着剤層 5と付

51

加材層 3との界面の弓 I張せん断接着強さのうち、小さ!/ヽ方の値を表す。

[0018] 以下、本発明をより詳細に説明する。

[0019] 本発明の補強材は、付加材、挿入材、及び、該付加材と該挿入材とを接着する接着剤から構成される。

[0020] 付加材としては、特に限定されないが、建設構造物の補強に通常使用される材料、例えば、繊維を原料とする織物、編物、又は不織布をマトリックス高分子で硬化させたもの、繊維をマトリックス高分子中に分散させたもの、金属、榭脂が使用され、特に、繊維を原料とする織物、編物、又は不織布をマトリックス高分子で硬化させたものが好適に使用され得る。

[0021] 繊維としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維等の繊維が好適に使用され得、例えば、炭素繊維 (CF)、ガラス繊維 (GF)、ァラミド繊維 (ArF)、ポリアリレート繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリアセタール繊維、アルミナ繊維 (AF)、炭化ケィ素繊維 (SiCF)、チラノ繊維、ボロン繊維、アモルファス金属繊維、ステンレス繊維、又は、これらの組み合わせからなる群より選択される繊維が挙げられる。特に、炭素繊維及びァラミド繊維は、高強度、高剛性である点において優れている。必要に応じて、繊維を互いに絡ませたり、束状に集束させたり、糸状に撚ったりしてもよい。

[0022] 繊維は常法により製造される。例えば、炭素繊維は、次のような方法により製造することができる：アクリロニトリル、コモノマー及び溶剤を触媒の存在下で重合させて得られた紡糸原液を、紡糸、水洗、後処理し、プリカーサ一を得る。得られたプリカーサ一を、通常 200〜350°Cの空気中で耐炎化させ、次いで 1000〜1500°Cの不活性ガス中で炭素化し、さらに表面処理やサイジング処理を施すことにより、炭素繊維を得ることができる。ガラス繊維は、短繊維の場合と長繊維の場合とで多少異なる、以下のような方法により製造することができる:短繊維のガラス繊維は、溶融ガラスを、多数の小穴（通常 0. 5〜0. 7mm直径）のあいた短繊維紡糸装置中に入れ、約 lOOOr pm以上の回転速度で遠心し、綿あめのように吹き飛ばすことにより得ることができる。長繊維のガラス繊維は、主として、長繊維紡糸装置中で溶融ガラスを冷却しないで直接細孔のあいたプッシングに導き、繊維化する方法 (Direct Melt法）により製造することができる。

[0023] この他にも各種繊維の製造方法について、本書においてその全体が援用される「繊維便覧第 2版、繊維学会編、平成 6年 3月 25日発行」を参照することができる。

[0024] 市販の繊維を用いることもできる。例えば、炭素繊維としてパイロメックス (帝人テクノプロダクツ株式会社)、ガラス繊維としてガラスクロス (ュ-チカグラスファイバー株式会社)又はガラスクロス (カネボウ株式会社)、ァラミド繊維としてトワロン，テクノーラ，コーネックス (帝人テクノプロダクツ株式会社)又は KEVLAR (東レ ·デュポン株式会社)等を好適に用いることができる。

[0025] 織物は、常法により成形され得、例えば、たて糸を並列し、これと互い違いに交錯するようによこ糸を挿入することにより成形され得る。編物は、常法により成形され得、例えば、編針で糸のループを作り、これを既成のループに通す操作を繰り返して、ループを連結することにより形成され得る。不織布は、常法により成形され得、例えば、積層した繊維を縮充、ニードルパンチ、水流パンチなどにより絡ませることにより、或いは、積層した繊維を融着することにより成形され得る。これら以外の方法により織物、編物、又は不織布を成形してもよい。織物、編物、又は不織布の製造方法については、本書においてその全体が援用される「繊維便覧第 2版、繊維学会編、平成 6 年 3月 25日発行」を参照することができる。

[0026] マトリックス高分子としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ榭脂、不飽和ポリエステル榭脂、フエノール榭脂、ビニルエステル榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミド榭脂、ポリカーボネート榭脂、ポリプロピレン榭脂、ポリブチレンテレフタレート榭脂、ポリフエ-レンサルファイド榭脂、ポリエーテルスルホン榭脂、ポリエーテルエーテルケトン榭脂、ポリアミドイミド榭脂等が使用され得る。特に、成形性及び耐熱性に優れるェポキシ榭脂等が好ましい。マトリックス高分子には、必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤、希釈剤等が添加される。

[0027] 付加材は、繊維の織物、編物又は不織布にマトリックス高分子を塗布するか又は含浸させ、マトリックス高分子を硬化させることにより、或いは、繊維とともにマトリックス高分子を混ぜ込んで織物、編物又は不織布を成形し、マトリックス高分子を硬化させることにより、得ることができる。

[0028] 付加材として繊維をマトリックス高分子中に分散させたものを用いる場合、例えば、前述の繊維を前述のマトリックス高分子中に常法により分散させたものを用いることができる。付加材として繊維をマトリックス高分子中に分散させたものの製造方法については、本書においてその全体が援用される「繊維便覧第 2版、繊維学会編、平成 6年 3月 25日発行」を参照することができる。

[0029] 付加材として金属又は榭脂を用いる場合、金属としては、例えば、鋼、ステンレス鋼、榭脂としては、前述のマトリックス高分子を硬化させたものを好適に使用することができる。

[0030] 付加材の形状は、特に限定されな、が、例えば、フィルム（0. 05mm未満の厚さを有する）、シート（0. 05mm以上、 1mm未満の厚さを有する）、プレート（lmm以上の厚さを有する）であり、好ましくはシート又はプレートである。

[0031] 本発明の好ましい実施形態において、付加材は、炭素繊維プレート、炭素繊維シート、ァラミド繊維プレート、ァラミド繊維シートである。

[0032] 市販されている繊維製品、例えば、炭素繊維プレートとして炭素繊維トウプレート（日鉄コンポジット株式会社)又はトレカラミネート (東レ株式会社)、炭素繊維シートとして炭素繊維トウシート（日鉄コンポジット株式会社)、トレカクロス (東レ株式会社)、リペラーク (三菱化学産資株式会社)又は TUクロス (新日本石油株式会社)、ァラミド繊維プレートとしてァラミド繊維トウプレート（日鉄コンポジット株式会社製)、ァラミド繊維シートとしてァラミド繊維トウシート（日鉄コンポジット株式会社製)又はフィブラシ一ト（フアイベックス株式会社)等も付加材として好適に用いることができる。

[0033] 付加材層は、複数枚の付加材が接着剤を介して積層されたものであってもょヽ。このとき、各付加材の種類や形状は、同じであってもよいし、異なってもよい。また、付加材同士の接着に使用される接着剤としては、特に限定されないが、後述する付カロ材と揷人材との接着に用いられる接着剤が好適に使用され得る。

[0034] 挿入材としては、特に限定されないが、建設構造物の分野において通常使用される材料、例えば、繊維を原料とする織物、編物、又は不織布をマトリックス高分子で硬ィ匕させたもの、繊維をマトリックス高分子中に分散させたもの、金属、榭脂が使用され、特に、繊維を原料とする織物、編物、又は不織布をマトリックス高分子で硬化させたものが好適に使用され得る。

[0035] 繊維の具体例としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維等の繊維が好適に使用され、例えば、炭素繊維 (CF)、ガラス繊維 (GF)、ァラミド繊維 (ArF)、ポリアリレート繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリアセタール繊維、アルミナ繊維 (AF)、炭化ケィ素繊維（SiCF)、チラノ繊維、ボロン繊維、アモルファス金属繊維、ステンレス繊維、又は、これらの組み合わせ力なる群より選択される繊維が挙げられる。必要に応じて、繊維を互いに絡ませたり、束状に集束させたり、糸状に撚ったりしてもよい。

[0036] 繊維は前述の方法により製造される。市販品を用いる場合には、前述の市販の繊維を用いることができる。

[0037] 織物、編物、又は不織布は、前述の方法により成形することができる。

[0038] マトリックス高分子としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ榭脂、不飽和ポリエステル榭脂、フエノール榭脂、ビニルエステル榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミド榭脂、ポリカーボネート榭脂、ポリプロピレン榭脂、ポリブチレンテレフタレート榭脂、ポリフエ-レンサルファイド榭脂、ポリエーテルスルホン榭脂、ポリエーテルエーテルケトン榭脂、ポリアミドイミド榭脂等が使用され得る。特に、成形性及び耐熱性に優れるェポキシ榭脂等が好ましい。マトリックス高分子には、必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤、希釈剤等が添加される。

[0039] 挿入材は、繊維の織物、編物又は不織布にマトリックス高分子を塗布するか又は含浸させ、マトリックス高分子を硬化させることにより、或いは、繊維とともにマトリックス高分子を混ぜ込んで織物、編物又は不織布を成形し、マトリックス高分子を硬化させることにより、得ることができる。

[0040] 挿入材として繊維をマトリックス高分子中に分散させたものを用いる場合、例えば、前述の繊維を前述のマトリックス高分子中に常法により分散させたものを用いることができる。

[0041] 挿入材として金属又は榭脂を用いる場合、金属としては、例えば、鋼、ステンレス鋼榭脂としては、前述のマトリックス高分子を硬化させたものを好適に使用することができる。

[0042] 揷入材の形状は、特に限定されなヽが、例えば、フィルム（0. 05mm未満の厚さを有する）、シート（0. 05mm以上、 1mm未満の厚さを有する）、プレート（lmm以上の厚さを有する）であり、好ましくはフィルム又はシートである。

[0043] 本発明の好ま、実施形態にぉヽて、挿入材は、ガラス繊維シート、ガラス繊維フィルム、ァラミド繊維シート、又はァラミド繊維フィルムである。

[0044] 市販されて!、る繊維製品、例えば、ガラス繊維シートとしてガラス繊維トウシート（日鉄コンポジット株式会社製)、ァラミド繊維シートとしてァラミド繊維トウシート（日鉄コンポジット株式会社製)又はフィブラシート (フアイベックス株式会社)等も挿入材として用!/、ることができる。

[0045] 挿入材層は、複数枚の挿入材が接着剤を介して積層されたものであってもょヽ。このとき、各挿入材の種類や形状は、同じであってもよいし、異なってもよい。また、挿入材同士の接着に使用される接着剤としては、特に限定されないが、後述する付カロ材と揷人材との接着に用いられる接着剤が好適に例示される。

[0046] 挿入材層 4の剛性は、付加材層 3の剛性の約 0. 5倍以下、好ましくは約 0. 4倍以下、より好ましくは約 0. 3倍以下、さらに好ましくは約 0. 2倍以下である。言い換えると、付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比は、約 0. 5以下、好ましくは約 0. 4以下、より好ましくは約 0. 3以下、さらに好ましくは約 0. 2以下である。

[0047] このような範囲の剛性を有する揷入材層 4を付加材層 3と母材 1との間に存在させることにより、このような範囲の剛性を有さない挿入材層 4を付加材層 3と母材 1との間に存在させる場合或ヽは挿入材層 4を存在させな、場合と比べて、補強材が母材からはく離しにくぐより長い間又はより大きなはく離荷重に対して母材を補強することができる。

[0048] なお、挿入材層 4が、複数枚の挿入材が接着剤を介して積層されたものである場合、挿入材の積層体全体の剛性を、挿入材層 4の剛性とする。また、付加材層 3が、複数枚の付加材が接着剤を介して積層されたものである場合、付加材の積層体全体の岡 IJ性を、付加材層 3の剛性とする。

[0049] また、挿入材層 4が、複数枚の挿入材が接着剤を介して積層されたものである場合、及び/又は、付加材層 3が、複数枚の付加材が接着剤を介して積層されたものである場合、挿入材層 4に最も近い付加材と、付加材層 3に最も近い挿入材との間の接着剤層を接着剤層 5とする。

[0050] また、本発明では、前述のような範囲の剛性を有する挿入材層 4を、付加材層 3と母材 1との間に介在させることにより、挿入材層 4を介在させない場合と比べて、より高い剛性の付加材層 3を用いることができるため、母材をより強固に補強することができる。

[0051] 付加材と揷人材との形状の組み合わせとしては、好ましくは、挿入材がフィルムであるとき、付加材はシート又はプレートであり、挿入材がシートであるとき、付加材はシ一ト又はプレートであり、揷人材がプレートであるとき、付加材はプレートである。言いかえると、付加材と揷人材との形状の組み合わせとしては、好ましくは、付加材がプレートであるとき、揷入材はプレート、シート又はフィルムであり、付加材がシートであるとき、揷入材はシート又はフィルムである。

[0052] 付加材と揷人材との繊維原料の組み合わせとしては、好ましくは、挿入材がガラス繊維又はァラミド繊維であるとき、付加材は炭素繊維である。

[0053] 本発明におヽて使用される付加材と揷人材との好ま、組み合わせの例を、下記の表 1に示す,

[0054] [表 1]

[0055] 本発明の補強材は、前述の付加材と揷人材とを接着剤により接着させることにより得られる。

[0056] 付加材と揷人材との接着に使用され、接着剤層 5を形成する接着剤としては、特に限定されないが、合成樹脂又は天然榭脂を主成分とし、これに硬化剤、硬化促進剤、希釈剤、可塑剤、充填材等を適当に配合した接着剤を好適に使用することができる。主成分となる榭脂としては、エポキシ榭脂、ウレタン榭脂、アクリル (酸)榭脂、シリコン榭脂、酢酸ビュル榭脂又は酢酸ビニル共重合榭脂等の硬化性又は可塑性榭脂が使用され得、その中でも特に、エポキシ榭脂、アクリル榭脂、ウレタン榭脂が好適に使用され得る。接着剤は、製造や施工時の取扱い易さの点において、約 5°C〜約 45 °Cの温度で数日以内に硬化するものが好ましい。また、かかる接着剤は、所望の厚さの接着剤層をもたらす量で使用される。接着剤の量は、試験片を用いて、単位面積当たりどれくらいの量の接着剤を適用すれば硬化後の接着剤層が所望の厚さになるかを確認した上で決定することが望まし、。

[0057] エポキシ榭脂の例としては、ビスフエノール Aの低分子量ジグリシジルエーテルとジアミンを反応させて得られる重合体、又は、ォレフィンを過酢酸で酸化して得られる重合体が挙げられる。アクリル (酸)榭脂の例としては、アクリル酸エステル (例えば、ァクリル酸ェチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸 2—ェチルへキシル )の重合体が挙げられる。ウレタン榭脂の例としては、ジイソシァネートとジオールとを反応させて得られるウレタン結合を主体とする重合体が挙げられる。

[0058] 付加材と揷人材との接着は、常法、例えば、前述の接着剤を含浸させた又は塗布した挿入材に付加材を重ね合わせ、接着剤を硬化させる方法、前述の接着剤を含浸させた又は塗布した付加材に挿入材を重ね合わせ、接着剤を硬化させる方法、或いは、予め所定の間隙を介して付加材と挿入材を固定しておいてから、付加材と揷人材との間隙に接着剤を充填し、接着剤を硬化させる方法により行われ得る。また、接着剤に熱硬化性榭脂、 UV照射性榭脂等の熱、 UV等により物性が変化して硬化する接着剤を使用する場合は、必要に応じて、温風を吹き付ける、 UVを照射する等の処理を施す。更に、脱泡、送風乾燥などを行ってもよい。接着剤及び接着技術については、本書においてその全体が援用される「接着ハンドブック (第 3版)、日本接着学会編、 1996年 6月 28日発行」を参照することができる。

[0059] 本発明の補強材は、さらに、必要に応じてコーティング処理される。コーティング処理に使用されるコーティング剤としては、光 (UV、可視光)遮断剤、防カビ剤、防藻剤、防サビ剤、難燃剤、顔料、着色料、色素、光沢剤、耐水性物質等の表面特性を改善する物質を含有する榭脂 (例えば、アクリル榭脂、ウレタン榭脂、シリコン榭脂、フッ素榭脂等のコーティング剤に通常使用される榭脂）、ガラスが挙げられる。コーティングは、吹付け、ローラー塗り、刷毛塗り等の常法によってコーティング剤を補強材の表面へ塗布することにより行われ得る。

[0060] このようにして、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された構造を有する本発明の構造物が得られる。本発明の構造物は、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された構造を部分的に有してもよいし、全体的に有してもよい。

[0061] 本発明の補強材は、補強が望まれる母材 1へ接着される。このとき、補強材は、母材 1の全体に接着されてもよいし、母材 1の一部に接着されてもよい。

[0062] 本発明の補強材と母材 1との接着は、補強材の挿入材層 4と母材 1とを適当な接着剤で接着することによって行われる。補強材と母材 1との接着は、常法、例えば、接着剤を含浸させた又は塗布した母材 1に補強材を重ね合わせ、接着剤を硬化させる方法、接着剤を含浸させた又は塗布した補強材を母材 1に重ね合わせ、接着剤を硬化させる方法、或いは、予め所定の間隙を介して母材 1に補強材の挿入材層 4を固定しておいてから、母材 1と挿入材層 4との間隙に接着剤を充填し、接着剤を硬化させる方法により行われ得る。接着後、必要に応じて、圧着、光 (UV、可視光)照射、脱泡、仕上げ処理 (表面コーティング等）、送風乾燥、などを行ってもよい。

[0063] 本発明の補強材の挿入材層 4と母材 1との接着に使用され、接着剤層 2を形成する接着剤としては、特に限定されないが、例えば、前述の付加材と揷人材との接着に使用される接着剤が例示される。補強材と母材 1との接着に使用される接着剤は、母材 1の種類、挿入材の種類、環境条件等により、適宜選択され得る。例えば、母材 1 力 Sコンクリートである場合、接着剤としては、エポキシ榭脂、アクリル (酸)榭脂、酢酸ビニル榭脂、及び、酢酸ビニル共重合榭脂、エチレン酢酸ビニル榭脂が好適に使用され得るが、これらに限定されない。母材 1が鉄鋼である場合、接着剤としては、ェポキシ榭脂、ウレタン榭脂、アクリル (酸)榭脂、及び、酢酸ビュル共重合榭脂、エチレン酢酸ビュル榭脂が好適に使用され得るが、これらに限定されない。エポキシ榭脂は、接着力が大きぐ強靭であり、耐薬品性が高ぐ寸法安定性に優れるなどの利点を有し、また、低粘度液状品から高粘度パテ状品まで調製できる点、種々の材料力もなる母材に対して適用可能である点においても優れている。アクリル榭脂は、軽量であり、強靭であり、耐候性が高ぐ耐光性が高いなどの利点を有し、また、取扱いが容易な水系ェマルジヨンに調製可能な点においても優れている。接着剤は、製造や施工時の取扱い易さの点において、約 5°C〜約 45°Cの温度で数日以内に硬化するものが好ましい。接着剤及び接着技術については、本書においてその全体が援用される「接着ハンドブック (第 3版)、日本接着学会編、 1996年 6月 28日発行」を参照することがでさる。

[0064] 接着剤層 2と接着剤層 5の組み合わせは、接着剤層 2及び接着剤層 5に関する無次元パラメーター Dの値によって選定される。無次元パラメーター Dは、現実的には約 0. 5〜4. 0の範囲をとり得る力同程度の物性及び厚みを有する接着剤層 2及び接着剤層 5が好適に使用されるため、多くの場合約 0. 7〜1. 4、より多くの場合 0. 9 〜1. 1、しばしば約 1. 0である。ここで、 D=h G / (h G )であり、 Gは接着剤層 2

5 2 2 5 2

のせん断弾性係数、 hは接着剤層 2の片側厚さ、 Gは接着剤層 5のせん断弾性係

2 5

数、 hは接着剤層 5の片側厚さである。

5

[0065] 母材 1としては、建設構造物に使用される物質であれば特に限定されないが、例えば、コンクリート、鉄鋼、アルミニウム、木材、石材、モルタル、レンガ、タイルが挙げられ、特に好ましくはコンクリート及び鉄鋼である。

[0066] 本発明の適用対象となる建設構造物としては、補強を必要とするあらゆる建築施設及び土木施設、そのユニット並びにその部材が含まれ、例えば、橋梁 (河川、海水面、湖水面、谷、道路、鉄道等と立体的に交差する構造物)或いはそれらのユニット又は部材 (例えば、橋板、橋脚、橋柱、橋架、橋床、橋台、橋杭、橋塔)、トンネル（山腹、河底、海底、湖底、地下に貫かれた通路)或いはそれらのユニット又は部材 (例えば、内壁、出入口の壁）、建築物 (屋根及び柱又は壁を有する構造物）（例えば、ビル、高層ビル、家屋、畜舎)或いはそれらのユニット又は部材 (柱、梁、屋根、外壁、内壁、床、天井、塀等)、或いは、道路、井戸、ダム、煙突、塔、像、記念碑、標識、門、塀、堤防或いはそれらのユニット又は部材が含まれるが、これらに限定されない。

[0067] 本発明は、また、補強材の製造方法にも関する。

[0068] 具体的には、本発明は、付加材及び Z又は挿入材の表面に接着剤を塗布するか又は含浸させる工程、接着剤を塗布するか又は含浸させた付加材と揷人材とを重ね合わせる工程、並びに、接着剤を硬化させる工程を包含する補強材の製造方法を提供する。

[0069] 本発明は、別の製造方法として、所定の間隙を介して付加材及び挿入材を配置する工程、間隙に接着剤を充填し、付加材及び挿人材に接着剤を含浸させる工程、並びに、接着剤を硬化させる工程を包含する補強材の製造方法を提供する。ここで、複数枚の付加材を用いる場合には、配置工程において、予め付加材同士を接着させたものを配置してもよ、し、各々の付加材を所定の間隙を介して配置してもよ、。複数枚の挿入材を用いる場合には、配置工程において、予め挿入材同士を接着させたものを配置してもよ、し、各々の挿入材を所定の間隙を介して配置してもよ、。

[0070] 本発明は、さらに、接着剤層 2付き補強材にも関する。

[0071] 本発明の接着剤層 2付き補強材は、本発明の補強材の挿入材層 4に接着剤を含浸させる又は塗布することにより製造され得、挿入材層 4に接着剤層 2が積層された構造を有する。本発明の接着剤層 2付き補強材は、さらに、接着剤層 2の表面に剥ぎ取り可能なはく離材を有してもよい。はく離材 (例えば、はく離フィルム又はシート）は、接着剤層 2付き補強材が使用されるまでの一時的な支持体であり、接着剤層 2の乾燥や汚れを防ぎ、接着性を維持する役割を果たす。はく離材としては、はく離可能である限り特に限定されないが、例えば、はく離紙 (例えば、榭脂ラミネート加工を施した紙)が使用され得る。

[0072] 接着剤層 2付き補強材に使用される接着剤としては、特に限定されず、上記の補強材の挿入材層 4と母材 1との接着に使用される接着剤が例示される。接着剤層 2付き補強材は、接着剤層 2をはく離材でシールした状態で長期保存される可能性が高いので、このような長期保存に耐え得るよう、長期の形状安定性に優れ、はく離材に対して耐性が高いことが望ましい。また、施工時の作業性の観点から、約 5°C〜約 45°C の温度で数日以内に硬化する接着剤が好ましい。

[0073] 本発明は、さらに、本発明の補強材を有する強化建設構造物にも関する。

[0074] 本発明の強化建設構造物には、補強材、接着剤層 2及び母材 1を有し且つ補強材の挿入材層 4が母材 1に接着剤 2を介して接着された (一体化された)構造を有する前述の建設構造物が含まれる。

[0075] 本発明は、さらに、建設構造物の補強工法を提供する。本発明の補強工法は、（I) 建設構造物の母材 1に挿入材層 4を接着し、さらに、該挿入材層 4に付加材層 3を接着する工程、（II)建設構造物の母材 1に、本発明の補強材の挿入材層 4を接着する工程、又は、（III)建設構造物の母材 1に、本発明の接着剤層 2付き補強材を貼付する工程、力もなる群より選択される少なくとも 1つの工程を包含する。

[0076] 本発明の 1つの好まし、実施形態にぉヽて、補強材は、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された構造を全体的に有する。図 2 (a)及び (b)は、かかる補強材及び力かる補強材を備える強化建設構造物の側面外略図である。

[0077] 本発明の 1つの好まし、実施形態にぉヽて、補強材は、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された構造を部分的に有する。図 11 (a)— (e)は、かかる補強材及び力かる補強材を備える強化建設構造物の側面外略図である。

[0078] 本発明の 1つの好ましい実施形態において、補強材は、母材 1の片面に接着される。図 2 (b)は、補強材を母材 1の片面に接着した場合の側面外略図である。

[0079] 本発明の 1つの好ましい実施形態において、補強材は、母材 1の両面に接着される。図 2 (c)は、補強材を母材 1の両面に接着した場合の側面外略図である。 [0080] 本発明の 1つの好ましい実施形態において、補強材は、端部、或いは、端部及び必要部分のみにおいて、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された構造を有する。接着剤層のはく離せん断応力を受けやすい端部、或いは、端部及び必要部分のみに挿入材を用いることにより、より少ない量の挿入材で母材 1を効率的に補強することができる。

[0081] 本発明の 1つの好ましい実施形態において、挿入材層 4の積層面の面積は、付カロ材層 3の積層面の面積より少し広い。図 10に揷入材層 4の積層面の面積が付加材層 3の積層面の面積より少し広い場合の本発明の強化建設構造物の側面概略図を示す。

[0082] 本発明の好ましい実施形態において、本発明における補強材は、後述する式〔21〕及び式〔22〕を満足する。

[0083] 式〔21〕及び式〔22〕は、以下のように得られる。

[0084] 先ず図 3に、本発明の強化建設構造物の各層に生じる力のつりあいを示す。この力のつりあ!/、から、下記の式〔1〕で表される 4階微分方程式を得る。

[0085] [数 3] (c₂s)⁴a₀ 〔 1〕

[0086] ここで、

[0087] [数 4]

G₂ 2 1

〔2〕

〔3〕

2F Dll - ξ)

0.25

〔4〕

DF h,G₂

D 〔5〕

h

F 〔6〕

〔7〕

■2E, 2E,

1 +

ここで、

σ は、付加材層 3が接着されていない位置における母材 1に生じる応力であり、

0

σ は、付加材層 3が接着されている位置における母材 1に生じる応力であり、

1

Εは、母材 1のヤング率であり、

1

1 1 さであり、付加材を片面に有している場合の tは母材 1の厚さ X 2である）、

1

Εは、付加材層 3のヤング率であり、

3

tは、付加材層 3の片側厚さであり、

3

Εは、揷入材層 4のヤング率であり、

4

tは、挿入材層 4の片側厚さであり、

4

Gは、接着剤層 2のせん断弾性係数であり、

2

hは、接着剤層 2の片側厚さであり、

2

Gは、接着剤層 5のせん断弾性係数であり、 hは、接着剤層 5の片側厚さであり、

5

Xは、付加材層 3の中央を原点とする水平方向の座標である。

[0089] ここで、各せん断弾性係数 G及び各ヤング率 Eにつ、ては、例えば、以下のように求めることができる。せん断弾性係数 Gとヤング率 Eとの間には次式で表される関係がある。

[0090] [数 5]

G = ^-^ 〔8〕 [0091] ここで、 μはポアソン比である。

[0092] せん断弾性係数 Gは、上式から、ヤング率 Εとポアソン比 μによって与えられる。ャング率 Εとポアソン比は、材料の引張試験により求めることができる。

[0093] 例えば、金属材料のヤング率 Εとポアソン比については、 JIS Ζ 2241 「金属材料引張試験方法」の規格に従って求めることができる。炭素繊維プレートのヤング率 Εとポアソン比については、 JIS Κ 7073 「炭素繊維強化プラスチックの引張試験方法」の規格に従って求めることができる。また、プラスチックのヤング率 Εとポアソン比については、 JIS Κ 7113 「プラスチックの引張試験方法」の規格に従つて求めることができる。コンクリート材料に対しては、ヤング率を求める JISはないが、設計では、 JIS A 1108 「コンクリートの圧縮強度試験方法」の規格力も求められる圧縮強度の 1Z3点と原点とを結ぶ線の傾きをヤング率とみなして、る。またポアソン比に対して、設計では 0. 17程度を使用している。

[0094] また、付加材層 3の厚さ t、挿入材層 4の厚さ t、各接着剤層の厚さ h及び hは、例

3 4 2 5 えば、ノギス、マイクロメータ、レーザ変位センサ、マイクロスコープ等の計測器具を用いて、常法により測定される。母材の厚さ tは、例えば、ノギス、コンベックス、巻尺、

1

測量ロープ等の計測器具を用いて、常法により測定される。また、市販されている付加材又は挿入材を使用する場合は、多くの場合、カタログや説明書にヤング率、厚さが記載されて、るので、それらの値を用いることもできる。

[0095] 式〔1〕を解くことにより、接着剤層 2に生じるせん断応力 τ および接着剤層 5に生じ

2

るせん断応力 τ 力 Sそれぞれ次式で与えられる。 [0096] [数 6]

'2^ι\

τ2 = Αα sin (ac₂x) + Ββ sinh(9c₂ )}cr₀ 〔9〕

F 21 F

τ5 ξ + F a \Αα sinh(ac, ) + \ ξ + F

2 β² LSy8sinh(^c₂x) Ισ₀

2ξ 1-ξ 〔1 0〕

[0097] ここで、

[0098] [数 7]

一 1

(1一" ^―) β¹ 〔1 1〕

(a — β )cosh(ac₂L) 1+

Β (1— ~―) α² -\ + 11 2]

(α^Λ— ） cosh(&;₂ ） 1+ F a = vr + r'-s 〔1 3〕

〔14〕

[0099] 式〔9〕および式〔10〕の xに L (ここで、 Lは付加材層 3の半長さである）を代入することにより、接着剤層 2の付着端に生じるはく離せん断応力 τ 及び接着剤層 5の付着

21

端に生じるはく離せん断応力 τ がそれぞれ次式で与えられる：

51

[0100] [数 8]

〔1 6)

[0101] ここで、 c Lが 3より大きい時、 tanh(c L)がほぼ 1になるので、式〔15〕および式〔16

2 2

〕はそれぞれ次式になる。

[0102] [数 9]

(l _~ ^ -) s² +ι-ξ 〔1 7〕

2^2(r² +s²)

F ξ

1-7^ + + 1-7 ^ , o 〔18〕

2ξ 2r² +s²) 1 + F

[0103] 接着剤層 2のはく離せん断応力 τ および接着剤層 5のはく離せん断応力 τ 力 Sそれぞれ次式を満足するとき、付加材層 3又は補強材のはく離を防止することができる

[0104] [数 10]

^T2i ^≤ 21 〔1 9〕 τ51^≤ァ 51 〔2 0〕

[0105] ここで、

Τ は、接着剤層 2と母材 1との界面の引張せん断接着強さおよび接着剤層 2と挿入

21

材層 4との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値を表し、

Τ は、接着剤層 5と挿入材層 4との界面の引張せん断接着強さおよび接着剤層 5と

51

付加材層 3との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値を表す。

[0106] 引張せん断接着強さは、接着剤の材料特性および接着される材の表面の状態によつて決定され、一般に JIS Κ 6850「接着剤の引張せん断接着強さ試験方法」により測定することができる。

[0107] 式〔19〕および式〔20〕は変形すると、それぞれ次式になる。

[0108] [数 11]

(1 · + 1 - ' 〔2 1〕

2 ² + )(1- ） L F + s² j+ [§ + : K, 〔2 2〕

[0109] ここで、

[0110] [数 12] κ 21 〔2 3〕

G σ,

〔2 4〕

[0111] 他方、従来工法で付加材層 3又は補強材のはく離を防止する条件は、非特許文献 1により、次式で与えられる。 [0112] [数 13]

= ' ΐ-ξ)σ_ΰ≤Τ_2ΰ 〔25〕

0 2

[0113] ここで、

τ は、従来工法にお!ヽて、挿入材を挿入しな!ヽ時の接着剤層 2の付着端に生じる

20

はく離せん断応力であり、 Τ は、従来工法において、接着剤層 2と母材 1との界面の

20

引張せん断接着強さ及び接着剤層 2と付加材層 3との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値を表す。

[0114] 式〔25〕を変形して、次式を得る。

[0115] [数 14]

Τ~^{≤ Κ}20 〔26〕

[0117] [数 15] 〔27〕

[0118] 発明工法において、補強材が母材からはく離しないためには、式〔21〕と式〔22〕を満足しなければならない。式〔21〕と式〔22〕は、無次元量 E t/(Et),Et/(Et

4 4 3 3 3 3 1 1

)、 D、 K 、 K で表される。ここで、 E t Z (E t )は付加材の剛性に対する揷入材の

21 51 4 4 3 3

剛性の比を表し、 Et/(Et)は母材の剛性に対する付加材の剛性の比を表す。

3 3 1 1

[0119] 引張せん断接着強さ T と T が等しいとき K tK は等しくなる。しかし、 K tK は

21 51 21 51 21 51

、母材 1に生じる応力 σ の大きさによって、様々な値をとる。

0

[0120] f列として、 D=lとして、 Κ 0· 36、 0.42、 0.48の各場合に対して、式〔21〕を満

21

足する E t (E t )と E t )の領域を図 4に示す。 K の各値に対して、各曲

4 4 Z t

3 3 3 3 Z (E

1 1 21

線 (実線)の下側が式〔21〕を満足する領域である。 K =0.36、 0.42、 0.48の各

51

場合に対して、式〔22〕は常に成立して、るので、式〔22〕力も導出される、 Et/(E

4 4 3 t )と E t Z (E t )の領域は図にな!/ヽ。

3 3 3 1 1

[0121] 他方、従来工法において、補強材が母材からはく離しないためには、式〔26〕を満足しなければならない。式〔26〕は、無次元量 E t / (E t )及び K で表される。 K

3 3 1 1 20 20 0· 36， 0. 42, 0. 48の各場合に対して、式〔26〕を満足する E t Z (E t )の領域

3 3 1 1 を図 4に示す。 K の各値に対して、各直線 (破線)の左側が式〔26〕を満足する領域

20

である。

[0122] 図 4において、 K =0. 36に対して式〔21〕が与える曲線は、 K =0. 36に対して

21 20

式〔26〕が与える直線と点 Aで交わる。同様に、 K =0. 42に対して式〔21〕が与える

21

曲線は、 K =0. 42に対して式〔26〕が与える直線と点 Bで交わる。さらに、 K =0.

20 21

48に対して式〔21〕が与える曲線は、 K =0. 48に対して式〔26〕が与える直線と点

20

Cで交わる。

[0123] 図 5において K =K =0. 36の場合を例として、発明工法と従来工法の比較を行

21 20

なう。 Κ =0. 36に対して、式〔21〕を満足する領域、及び Κ =0. 36に対して、式〔

21 20

26〕を満足する領域を、改めて図 5に示す。曲線 Iの下側の領域、すなわち [R1]と [R2] の領域が、式〔21〕を満足する領域である。直線 IIの左側の領域、すなわち [R1]と [R3] の領域が、式〔26〕を満足する領域である。これより次のことが分かる。 E t / (E t )

3 3 1 1 が小さいとき、すなわち母材の剛性に対して付加材の剛性が小さいときは、従来工法でも発明工法でも、補強材が母材力はく離しない。しかし、 E t / (E t )

3 3 1 1 が大きくなると、すなわち母材の剛性に対して付加材の剛性が大きくなると、発明工法でなければ、母材力補強材のはく離を防止することはできない。

[0124] したがって発明工法は、 E t / (E t )の値が交点 Aより下になるような剛性 E tを有

4 4 3 3 4 4 する挿入材を使用することにより、付加材の剛性 E tを、従来工法のそれよりも大きく

3 3

することができる。

[0125] 図 4において、交点 A、 B、 Cを通過する曲線（一点鎖線）は、 K =K の任意の値

21 20

に対して、式〔21〕が与える曲線と式〔26〕が与える直線との交点を連ねたものであり、式〔21〕の左辺と式〔26〕の左辺とを等値することによって、次式で与えられる。

[0126] [数 16]

[0127] 図 4の交点 A、 B、 Cを通過する曲線は、 D= 1に対する結果である。式〔5〕で定義される Dは、接着剤層 2のせん断弾性係数 G、接着剤層 2の片側厚さ h、接着剤層 5の

2 2

せん断弾性係数 G、および接着剤層 5の片側厚さ hを変数とする無次元量である。

5 5

これらの変数の値の組合せにより、 Dは 0.5〜4の範囲で様々な値をとり得る。具体例として D=0.5、 1、 2及び 4の各場合について、式〔28〕の曲線を図 6に示す。

[0128] 図6カら、EtZ(Et)=0.05〜0.5に対して、下記のような Dと E t Z(E t )との

3 3 1 1 4 4 3 3 好ましい関係が得られる：

Dが 0.5の場合、 Et/(Et)は好ましくは 0.3以下、さらに好ましくは 0.2以

4 4 3 3

下、

Dが 0.5より大きく 1.0以下の場合、 EtZ(Et)は好ましくは 0.4以下、さらに

4 4 3 3

好ましくは 0.3以下、

Dが 1.0より大きく 2.0以下の場合、 EtZ(Et)は好ましくは 0.5以下、さらに

4 4 3 3

好ましくは 0.4以下、

Dが 2.0より大きく 4.0以下の場合、 EtZ(Et)が好ましくは 0.6以下、さらに

4 4 3 3

好ましくは 0.5以下。

[0129] このような D値と E t/(E t )の関係を満足することにより、本発明の補強材は、補

4 4 3 3

強材が挿入材層 4を有さない場合或いは D値と E t/(E t )とがこのような関係を満

4 4 3 3

たさない場合と比べて、母材力もはく離しにくぐより長い間又はより大きなはく離荷重に対して母材を補強することができる。また、このような D値と E t/(E t )の関係を

4 4 3 3 満足することにより、本発明の補強材は、挿入材層 4を介在させない場合と比べて、より高い剛性の付加材を用いることができるため、母材をより強固に補強することができる。

[0130] ここでは、 D=0.5、 1、 2、及び 4の各場合を具体例に挙げて説明している力当業者であれば、式〔28〕、後述の式〔29〕、後述の式〔30〕及び図 6に基づき、他の D 値についても、好ましい E t/(Et M直を選定することができる。

4 4 3 3

[0131] また、図 6における各曲線の変動幅は小さぐ式〔28〕を次式で近似できる。

[0132] [数 17]

= 0.21^- + 0.131η £) + 0.30 〔29〕

£₃ί₃ [0133] さらに、 E t / (E t )が次式を満たすとき、補強材が挿入材層 4を有さない場合或

4 4 3 3

いは E t / (E t )が次式を満たさない場合と比べて、補強材が母材力もはく離しにく

4 4 3 3

ぐより長い間又はより大きなはく離荷重に対して母材を補強することができる。

[0134] [数 18]

-≤ 0.21^^- + 0.13 In Z + 0.30 〔3 0〕

[0135] ここで、通常、 E t Z (E t )の適用範囲は 0. 05力ら 0. 5の間であり、 Dの適用範囲

3 3 1 1

は 0. 5から 4の間である。

[0136] 図 12【こ、 E t / (E t ) =0. 05〜0. 5の範囲【こつ!ヽて、 D = 0. 5、 1、 2、及び 4の

3 3 1 1

各場合を具体例に挙げて、式〔28〕とその近似式〔29〕との位置関係を示す。図 12から明ら力なように、 E t / (E t ) =0. 05〜0. 5の範囲につ!ヽて、 D = 0. 5、 1. 0、 2.

3 3 1 1

0、 4. 0のいずれの場合についても、常に近似式〔29〕が式〔28〕を下回っている。これカら明ら力なように、 E t / (E t ) =0. 05〜0. 5であり、 D=0. 5〜4. 0である場

3 3 1 1

合、式〔30〕を満足するような E t / (E t )を選定すれば、常に、補強材が挿入材層

4 4 3 3

4を有さなヽ場合或!ヽは E t Z (E t )が式〔30〕を満たさな!/ヽ場合と比べて母材から

4 4 3 3

はく離しにくい補強材を得ることができる。

[0137] 本発明の 1つの好ましい実施形態において、本発明の補強材と母材 1とが接着剤層 2を介して接着されるとき、 E t / (E t ) =0. 05〜0. 5であり、 D = 0. 5〜4. 0で

3 3 1 1

あり、且つ、 E t Z (E t )が式〔30〕を満足する。

4 4 3 3

[0138] 本書において「補強」とは、特に言及しない限り、構造物の欠陥を修繕又は補修すること、構造物の予測される欠陥を防止又は軽減すること、或いは、構造物の強度を改善することを意味する。

発明の効果

[0139] 本発明により、母材力もはく離しにくい新規補強材及びその製造方法、該補強材を有する新規強化建設構造物、該補強材を用いた建設構造物の新規補強工法が提供された。

[0140] 本発明により、付加材と母材との間に挿入材を介在させた積層構造を有する補強材において、付加材層の剛性に対する挿入材層の剛性の比を 0. 5以下とすることにより、挿入材層を介在させな、場合或いは付加材層の剛性に対する挿入材層の剛性の比が 0. 5より大きい場合と比べて、補強材が母材からはく離しにくぐより長い間又はより大きなはく離荷重に対して母材を補強することが可能になった。

[0141] また、本発明により付加材層の剛性の 0. 5倍以下の剛性を有する挿入材層を母材と付加材層との間に介在させることにより、挿入材層を介在させない場合と比べて、より高い剛性の付加材を用いることができるため、母材をより強固に補強することができる。

[0142] 本発明は、例えば、拘束治具の取り付けや溶接による施工が困難な母材 (例えば、石材、木材、コンクリート）〖こも適用可能である。

[0143] また、本発明の補強工法を用いれば、拘束治具の取り付けや溶接等を必要としな

V、ため、高度な技術を有して、な、者でも簡単に母材を補強することができる。

図面の簡単な説明

[0144] [図 1]図 1は、従来工法に従って、付加材層 3が母材 1に接着剤層 2を介して接着されたときの側面概略図である。

[図 2]図 2 (a)は、付加材層 3、挿入材層 4及び接着剤層 5を有し、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された構造を有する本発明の補強材の側面概略図である。図 2 (b)は、本発明の補強材が、接着剤 2を介して母材 1の片側に積層されているときの側面概略図である。図 2 (c)は、本発明の補強材が、接着剤 2を介して母材 1の両側に積層されて、るときの側面概略図である。

[図 3]図 3は、本発明に従って、本発明の補強材が接着剤層 2を介して母材 1に接着されているときの、微小区間における力のつりあいを示す側面概略図である。

[図 4]図 4【こお!ヽて、 K =K =0. 36、 0. 42、 0. 48の場合を f列【こ挙 tfて、式〔21〕

21 20

、式〔26〕及び式〔28〕を示す。 K =0. 36に対して式〔21〕が与える曲線は、 K =0

21 20

. 36に対して式〔26〕が与える直線と点 Aで交わる。同様に、 K =0. 42に対して式〔

21

21〕が与える曲線は、 K =0. 42に対して式〔26〕が与える直線と点 Bで交わる。さら

20

に、 K =0. 48に対して式〔21〕が与える曲線は、 K =0. 48に対して式〔26〕が与

21 20

える直線と点 Cで交わる。点 A、 B及び Cを結ぶ曲線が、式〔28〕の曲線で表される。

[図 5]図 5において、 K =K =0. 36の場合を例に挙げて、式〔21〕及び式〔26〕を示す。本発明における E t Z (E t )と E t Z (E t )との関係を表す式〔21〕の曲線を I

4 4 3 3 3 3 1 1

とする。従来工法 (付加材層 3と母材 1との間に挿入材層 4を介在させない場合）における E t / (E t )の値を表す式〔26〕の直線を IIとする。 Iよりも下の領域（[R1]及び [R

3 3 1 1

2])は、本発明において、設定したはく離荷重に対して補強材が母材力もはく離しない領域である。一方、 IIの直線よりも左側の領域 ([R1]及び [R3])は、従来工法において、設定したはく離荷重に対して補強材が母材力もはく離しない領域である。 Iより下側であり且つ Πより右側の領域 ([R2])は、設定したはく離荷重に対して、従来工法でははく離を防止できないが、本発明でははく離を防止できる領域である。本発明を用いれば、従来工法より高い E t / (E t )を適用して、補強材のはく離を防止すること

3 3 1 1

ができる。言いかえると、本発明を用いれば、母材 1に対して、従来工法より高い剛性の付加材層 3を適用することができ、それゆえ、従来工法より強固に母材 1を補強することがでさる。

[図 6]Dの値が 0. 5、 1、 2、及び 4の各場合に対して、式〔28〕が与える結果を図 6に示す。 E t / (E t )は、 D=4に対して約 0. 5力ら約 0. 6の間、 D = 2に対して約 0. 4

4 4 3 3

力ら約 0. 5の f¾、 D= lに対して約 0. 3力ら約 0. 4の f¾、D = 0. 5に対して約 0. 2力ら約 0. 3の間で変動し、各曲線の変動幅は小さい。 Dの値が増加すると、曲線も上昇する。すなわち、 Dの値が増加すると、挿入材の剛性を大きく取ることができる。

[図 7]図 7は、実施例 1で使用した試験片の概略図である。

[図 8]図 8は、実施例 1の試験結果を示す図である。縦軸は、本発明の工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重 P

1を、従来工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重 Pで除した値を示す。

0

[図 9]図 9は、実施例 2で使用した試験片の概略図である。

[図 10]図 10は、挿入材層 4が付加材層 3よりも少し大きい (挿入材層 4の端部が付カロ材層 3の端部よりも外側に存在する)場合の本発明の補強材が、母材 1の両側に接着されている場合の、本発明の強化建設構造物の側面概略図を示す。

[図 11]図 11 (a)は、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された積層構造を部分的に有する本発明の補強材の一例の側面概略図である。図 11 (b)、 (c) 、（d)及び (e)は、付加材層 3と挿入材層 4とが接着剤層 5を介して積層された積層構造を部分的に有する本発明の強化建設構造物の一例の側面概略図である。

[図 12]図 12は、式〔28〕とその近似式〔29〕との位置関係を示す。 Et/(Et)=0.

3 3 1 1

05〜0.5の範囲【こつ！/ヽて、 D = 0.5、 1.0、 2.0、 4.0の！/ヽずれの場合【こつ！/ヽても、常に近似式〔29〕カ式〔28〕を下回って1ヽる。£ /(£1 )=0.05〜0.5であり、 D

3 3 1 1

=0.5〜4.0である場合、式〔30〕を満足するような E t/(E t )を選定すれば、常

4 4 3 3

に、補強材が挿入材層 4を有さな、場合或いは E t Z (E t )が式〔30〕を満たさな!/ヽ

4 4 3 3

場合と比べて母材力もはく離しにくい補強材を得ることができる。

符号の説明

1:母材

2:接着剤

3:付加材層

4:挿入材層

5:接着剤

<材料特性 >

E:各材料のヤング率。

G：各材料のせん断弾性係数。

E：母材 1のヤング率。

1

E：付加材層 3のヤング率。

3

E：揷人材層 4のヤング率。

4

G：接着剤層 2のせん断弾性係数。

2

G：接着剤層 5のせん断弾性係数。

5

T ：接着剤層 2と母材 1との界面の引張せん断接着強さ及び接着剤層 2と挿入材層

21

4との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値。

T ：接着剤層 5と挿入材層 4との界面の弓 I張せん断接着強さ及び接着剤層 5と付カロ

51

材層 3との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値。

T ：挿入材を挿入しない時，接着剤層 2と母材 1との界面の引張せん断接着強さ及

20

び接着剤層 2と付加材層 3との界面の引張せん断接着強さのうち、小さい方の値。 μ：各材料のポアソン比。 <寸法 >

h：接着剤層 2の片側厚さ。

2

h：接着剤層 5の片側厚さ。

5

L :付力！]材層 3の半長さ。

t：母材 1の厚さ（ただし、付加材を両面に有している場合の tは母材 1の厚さであり、

1 1

付加材を片面に有している場合の tは母材 1の厚さ X 2である)。

1

t：付加材層 3の片側厚さ。

3

t：挿入材層 4の片側厚さ。

4

<応力 >

σ ：付加材層 3が接着されていない位置における、母材 1に生じる応力。

0

σ ：付加材層 3が接着されている位置における、母材 1に生じる応力。

1

σ ：付加材層 3に生じる応力。

3

σ ：挿入材層 4に生じる応力。

4

τ ：接着剤層 2に生じるせん断応力。

2

τ ：接着剤層 5に生じるせん断応力。

5

τ ：挿入材を挿入しない時の接着剤層 2の付着端に生じるはく離せん断応力。

20

τ ：挿入材を 1枚挿入した時の接着剤層 2の付着端に生じるはく離せん断応力。

21

τ ：挿入材を 1枚挿入した時の接着剤層 5の付着端に生じるはく離せん断応力。

51

<その他の記号 >

D :接着剤層 2および接着剤層 5の各せん断弾性係数および各片側厚さから成るパラメータ。

F：母材 1のヤング率および厚さ、ならびに付加材層 3および揷入材層 4の各ヤング率および各片側厚さから成るパラメータ。

Κ ： E ,t , G , h , Τ 及び σ力ら成るパラメータ。

20 1 1 2 2 20 0

Κ ： E ,t , G , h , Τ 及び σ力ら成るパラメータ。

21 1 1 2 2 21 0

Κ ： E ,t , G , h , Τ 及び σ力ら成るパラメータ。

51 1 1 2 2 51 0

Ρ

0：従来工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重。

Ρ：本工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重。 ξ：母材 1のヤング率と厚さ、ならびに付加材層 3のヤング率および片側厚さから成るパラメータ。

c：接着剤層 2のせん断弾性係数と片側厚さ、母材 1のヤング率と厚さ、ならびに ξか

2

ら成るノラメータ。

r:D、 Fおよび ξ力も成るパラメータ。

s:D、 Fおよび ξ力ら成るパラメータ。

a： rおよび sから成るパラメータ。

β： rおよび sから成るパラメータ。

A:F、 L、 c、 α、 βおよびさ力成るパラメータ。

2

B:F、 L、 c、 α、 βおよび ξ力も成るパラメータ。

2

X：付加材の中央を原点とする水平方向の座標。

発明を実施するための最良の形態

[0146] 以下、本発明の実施例を示すが、この実施例は本発明をより容易に理解するための説明であって、本発明を何ら限定するものではな、。

実施例 1

[0147] 揷人材にガラス繊維シート、付加材に炭素繊維プレー卜用いた場合の、 T去従

T去の比

図 7に示す試験片に引張力を作用させ、炭素繊維プレートがはく離する時の荷重を、本工法と従来工法とで比較する。母材 1に E =203. 5GPa、 t =11. 58mmの

1 1

鋼板、揷入材層 4に E =120GPa、 t =0. 115mmのガラス繊維シート、付加材層 3

4 4

に E =141GPaの炭素繊維プレート、接着剤層 2と接着剤層 5のために G =G =0

3 2 5

. 743GPaのエポキシ榭脂層を用いる。表 2に示すように、炭素繊維プレートの厚さ t

3

=4. Ommおよび t =6. Ommに対して試験片を作製した。エポキシ榭脂層の厚さは

3

、試験片が完成した後にノギスを用いて計測した厚さである。表 2には、 E t/(E t)

4 4 3 3 の選定値、並びに、 Et /(E t )の値及び Dの値を式〔29〕に代入して得られる E t

3 3 1 1 4 4

Z (E t )の限界値が示してある。 E t/(E t )の選定値は、 E t

3 4 4 Z (E t )の限界値よ

3 3 3 4 4 3 3 り小さい。

[0148] [表 2] 表 2

[0149] 試験結果を図 8に示す。縦軸は、本工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重 P

1を、従来工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重 P

0で除した値を示す。この図から分力るように、本工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重は、従来工法によって炭素繊維プレートがはく離する時の荷重より大きい。実施例 2

[0150] 揷人材にガラス繊維シート、付加材に炭素繊維シート用いた場合の、 T去従

T去の比

図 9に示す試験片に引張力を作用させ、炭素繊維シートがはく離する時の荷重を、本工法と従来工法とで比較する。母材 1に E =212.9GPa、 t =8.6mmの鋼板、

1 1

揷入材層 4に E =120GPa、 t =0.115mmのガラス繊維シート、付力卩材層 3に E =

4 4 3

450GPa、t =1.63mmの炭素繊維シート、接着剤層 2と接着剤 5のために G =G

3 2 5

=0.755GPaのエポキシ榭脂層を用いる。表 3に示すエポキシ榭脂層の厚さは、試験片が完成した後にノギスを用いて計測した厚さである。表 3には、 E t/(E t )の

4 4 3 3 選定値、並びに、 Et/(E t )の値及び Dの値を式〔29〕に代入して得られる E t/(

3 3 1 1 4 4

E t )の限界値が示してある。 Et/(Et)の選定値は、 E t

4 4 Z (E t )の限界値より

3 3 4 4 3 3 3 3

小さい。引張試験の結果は、 P ZP =1.37であった。したがって、本工法による炭

1 0

素繊維シートがはく離する時の荷重は、従来工法による炭素繊維シートがはく離する時の荷重より大きい。

[0151] [表 3] 表 3 エポキシ樹脂の厚さ

D

Λ， (mm) h_s (mm) 選定値限界値従来工法 0.4006 0.453 一 ― 一

本工法 0.4006 0.383 0.383 1.0 0.0188 0.3841

Claims

請求の範囲

[1] 付加材層 3、挿入材層 4、及び接着剤層 5を有し、

[2] 付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 4以下である、請求項 1に記載の建設構造物の補強材。

[3] 付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 3以下である、請求項 1に記載の建設構造物の補強材。

[4] 付加材層 3の剛性に対する挿入材層 4の剛性の比が 0. 2以下である、請求項 1に記載の建設構造物の補強材。

[5] 付加材層 3が炭素繊維プレート又は炭素繊維シートであり、挿入材層 4がガラス繊維シート又はァラミド繊維シートである、請求項 1に記載の補強材。

[6] 付加材及び/又は挿入材の表面に接着剤を塗布するか又は含浸させる工程、接着剤を塗布するか又は含浸させた付加材と揷人材とを重ね合わせる工程、並びに、

接着剤を硬化させる工程、

を包含する、請求項 1に記載の補強材の製造方法。

[7] 所定の間隙を介して付加材及び挿入材を配置する工程、

を包含する、請求項 1に記載の補強材の製造方法。

[8] 請求項 1に記載の補強材の挿入材層 4に、接着剤層 2が接着されている、建設構造物の接着剤層 2付き補強材。

[9] 請求項 1に記載の補強材、接着剤層 2、及び母材 1を有し、

[10] 下記工程 (i)〜(m)力もなる群より選択される少なくとも 1つの工程を包含する、建設構造物の補強工法：

(I)建設構造物の母材 1に挿入材層 4を接着し、さら〖こ、該挿入材層 4に付加材層 3 を接着する工程、

(II)建設構造物の母材 1に、請求項 1に記載の補強材の挿入材層 4を接着する工程、又は、

(III)建設構造物の母材 1に、請求項 8に記載の接着剤層 2付き補強材を貼付するェ程。