JPH0243467A - 繊維束の巻付けによる構造体補強方法 - 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 この発明は、繊維束の巻付けによる構造体の補強方法に
関し、更に詳しくは、炭素繊維等に代表される高強度か
つ高弾性を有する強化繊維束をコンクリート等の構造体
に巻付けて、該構造体の機械的特性を補強する方法の改
良に関するものである。

従来技術 ］ンクリート等の構造体に、地震災害時の如く縦方向や
横方向からの応力が相乗的に作用した場合における。該
構造体の変形性、耐割れ性その他耐圧縮性等の機械的特
性を向上させる手段として、炭素繊維等に代表される高
強度かつ高弾性を有する強化繊維を使用する方法が従来
より知られている６例えば、炭素繊維の細断片（チョッ
プ）をコンクリート中に多数分散させて、その補強を図
る方法や、炭素繊維束で強化したプラスチックのロッド
やメツシュ等をコンクリート中に埋設して、その補強を
図る方法等がこれである。

しかし前述の方法は、同化前のコンクリート中に炭素繊
維強化材を混入させるものであるから、ビル等の建造物
を新規に建造する際には有効に使用されるが、既設のコ
ンクリート建造物の事後的補強には採用し得ない、しか
るに、これら既設の建造物で、補強対策の採られていな
いものにあっては１強大地震等に対する備えとして、耐
震性を事後的に向上させる要請が存在する。この要請に
応えるものとして、建物におけるコンクリート柱等の構
造体に炭素繊維束そのものを強固に巻付けて、該構造体
の機械的強度を向上させる補強方法が最近開発されるに
至っている。

この補強方法は、具体例として、既存の鉄筋コンクリー
トの柱に、ピッチ系の炭素繊維束を例えば５層間隔で固
く巻付けることを内容とし、これにより耐震強度を著し
く改善し得るものである。

更に、炭素繊維束の巻付は後に接着剤を塗布して、炭素
繊維束と柱とを一体的に固着させることにより１強度特
性を一層向上させることができる。

発明が解決すべき課題 前述した炭素繊維束の巻付けによる構造体の補強方法で
は、以下の如き欠点が指摘される。すなわち、炭素繊維
の強度は高張力鋼の２倍で、かつ剛性はガラス繊維の６
倍に達し、殊に引張り強度において著しい優位性を占め
ている。しかしその反面として、横方向の剪断応力（物
体の隣接する２層を、接触面に平行な方向に滑らせよう
とする力を加えた結果生ずる応力）や捩れ応力には非常
に弱く、例えば柱の角部で擦られるだけで容易に破断す
る。炭素繊維は、単一のストランドとしてでなく、複数
のストランドを加熱しないで集合させた繊維束仁して、
または該繊維束をカップリング処理したロービングとし
て使用される。そして、これら繊維束またはロービング
の状態であっても、剪断応力や捩れ応力に弱い特性はそ
のまま承継されている。

このため、゛コンクリート柱等の構造体に炭素繊維束を
巻付ける作業に際し、該炭素繊維束が構造体の稜角部や
凸凹面で擦れたり、或いは既に巻付けた炭素繊維束と相
互に擦れ合って、往々にして切断する現象がみられる。

従って、構造体への炭素繊維束の巻付けは慎重になされ
る必要があると共に、時間の掛かる非能率的な人手作業
に頼らざるを得す、またこれに起因して巻付作業の自動
化が困難であった。

更に、構造体に炭素繊維束を巻付けた後に、接着剤を塗
布して構造体と炭素繊維束とを一体固化する技術が採ら
れていることは前述した。しかしこの場合において、炭
素繊維束を構造体に多重に固く巻付けると、その炭素繊
維層には接着剤が浸透し難くなる。従って、柱等の構造
体と炭素繊維束との一体同化が達成されず、所期の補強
強度が得られない欠点が指摘される。また、炭素繊維束
の巻付は後に接着剤を塗布するものであるため、手間を
要して作業性に劣る問題点もあった。

発明の目的 この発明は、前述の課題に鑑み、これを好適に解決する
べく提案されたものであって、炭素繊維束に代表される
高強度かつ高弾性を有する強化繊維束を構造体に巻付け
て、該構造物の機械的特性を補強するに際し１強化繊維
束等が内在している横方向の剪断応力や捩れ応力に極め
て弱い特性を補完せしめて、該繊維束が構造体等と擦れ
合っても容易には破断しないようにして、所期の補強強
度の確保を図ると共に１巻付作業の迅速化および自動化
にも対応し得る手段を提供することを目的とする。

また本発明の別の目的は、前述した高強度かつ高弾性を
有する強化繊維束を構造体に巻付けて、該構造物の機械
的特性を補強するに際し、接着剤を塗布する作業を要す
ることなく、強化繊維束を構造体に確実に一体固着させ
得る手段を提供するにある。

課題を解決するための手段 前述の課題を克服し、所期の目的を好適に達するため本
発明は、高強度かつ高弾性を有する強化繊維束を構造体
に巻付けて、該構造体の機械的特性を補強する方法にお
いて、前記強化繊維束を樹脂材料で被覆し、この繊維束
を前記構造体の巻付けに用いることを特徴とする。

また本願の別の目的を好適に達するため本発明は、前記
強化繊維束を樹脂材料で被覆し、この繊維束を前記構造
体の巻付けに用いるに際し、その樹脂材料として熱可塑
性樹脂を使用し１強化繊維束を構造体に巻付けた後に加
熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、該樹脂の冷却により繊
維束を構造体に一体的に固着させることを特徴とする。

同じく、前記強化繊維束を樹脂材料で被覆し、この繊維
束を前記構造体の巻付けに用いるに際し、その樹脂材料
として熱可塑性樹脂を使用し、強化繊維束を構造体に巻
付けながら該繊維束を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ
、構造体への繊維束の巻付は並びに該繊維束と構造体と
の一体固着を同時に行なうことを特徴とする。

実施例 次に１本発明に係る繊維束の巻付けによる構造体の補強
方法につき、好適な実施例を挙げて以下説明する。なお
実施例では、コンクリート柱等の構造体への巻付材料と
して炭素繊維束を使用する場合につき説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない０例えば炭素繊維以
外に、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維等の高
強度かつ高弾性を有する強化無機繊維や、アラミド繊維
の如き高強度かつ高弾性の強化有機繊維が、補強対象と
しての構造体の種類・性状に応じて使い分けられる。

ここで構造体に巻付けられる炭素繊維束は、その外表面
に適宜の樹脂材料による被覆が施され。

この樹脂被覆した繊維束を前記巻付けに使用する。

この場合に、炭素繊維束とコンクリート柱等の構造体と
の一体固着を、接着剤の塗布によることなく可能ならし
めるために、前記の樹脂材料として熱可塑性樹脂の使用
が推奨される。熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ポリ
プロピレン（ｐ　ｐ）、ポリフェニレンサルファイド（
ＰＰＳ）、ＰＥＥＫ等の各種樹脂が使用でき、これらは
要求される耐熱特性に応じて選択される。

比較例として、■炭素繊維束をそのまま巻付けた場合と
、■熱可塑性樹脂を被覆した炭素繊維束を巻付けに使用
した場合とを示す、なお同一の使用条件とするために１
両者共通に８０φＸ３００ρのコンクリート柱を用い２
これに強度２５０ｋｇｆ／論ｍｌ２弾性率３３０００　
ｋｇｆ／ｍｓ＋”　、径１１μ、ストランド数３０００
本のピッチ系炭素繊維束のロービング（ストランドを加
熱せずに一束に纒めたもの）を巻付け、その後に該コン
クリート柱の軸方向の圧壊強度を測定した。

■炭素繊維束をそのまま巻付けた試験例。

先ず、樹脂被覆を施さない炭素繊維束を、コンクリート
柱に張力約５００ｇかつ２ｍｍ間隔で巻付けた。このと
き炭素繊維束は、コンクリート表面の僅かな凹凸で擦れ
て容易に破断し、良好な巻付けは達成されなかった。そ
こで、張力を約２００ｇに低下させて実施したところ、
巻付は可能であったので、２ＩＩ１１間隔で３層になる
まで巻付けた。この炭素繊維束を巻付けした後における
コンクリート柱の圧壊荷重は、１２ｔであった。更に、
巻付けた炭素繊維束の外部からエポキシ系接着剤を塗布
した。しかし、多層で繊維束の巻付けがなされているた
めに、接着剤の浸透は容易でなく、該接着剤が固化した
後の圧壊荷重は１５ｔであった。

■樹脂被覆した炭素繊維束を巻付けた試験例。

対比例として、６ナイロン樹脂を全外周面に繊維Ｖｐ＝
５５％になるように均一被覆した炭素繊維束を巻付けに
使用した。この樹脂被覆した炭素繊維束を、前記コンク
リート柱に張力５００ｇかつ２層間隔で３層巻付けた。

このとき、コンクリート柱は直角な稜角部を有し、かつ
表面には凹凸があって平滑ではなかったが、樹脂被覆が
該構造体と炭素繊維束との間に介在するため、炭素繊維
束が直接に擦られたり、捩られたりするのは回避された
。従って炭素繊維束の破断は全く見られず。

良好な巻付けが達成された。この場合におけるコンクリ
ート柱の圧壊荷重は１ｓｔであった。

更に、樹脂被覆した炭素繊維束を前記構造体に巻付けた
後、約３５０℃の熱風ブロアーで全周を加熱し、熱可塑
性に優れた前記６ナイロン樹脂を一度溶かした上で冷却
した。このときの圧壊荷重は２２ｔであった。また、熱
風ブロアーにより炭素繊維束の熱可塑性樹脂を加熱し、
これを溶融させながら構造体への巻付けを行なった場合
は、圧壊荷重２４ｔであった。何れの場合も、溶融した
熱可塑性樹脂が冷却固化することにより、炭素繊維束と
構造体との一体固着が極めて良好かつ確実に達成された
。

発明の効果 以上の比較例から判明する如く、熱可塑性樹脂で被覆し
た炭素繊維束を構造体の巻付けに用いることにより、炭
素繊維束の耐屈久性、耐擦過性は大幅に向上し、構造体
への巻付中における炭素繊維束の切断が有効に防止され
る。

また、炭素繊維束の巻付は後にブロアー等の加熱手段で
加熱すると、該繊維束を被覆している熱可塑性樹脂が溶
融し、該樹脂の冷却固化により炭素繊維同志および炭素
繊維束と構造体とが一体的に固着する。この方法によれ
ば、従来の如く接着剤を塗布する場合に比し、作業゛が
容易である上、内外層に均一に樹脂を存在させ得るので
、確実な接着効果が得られる。

更に、熱可塑性樹脂を被覆した炭素繊維束をブロアー等
で加熱しながら巻付ける場合は、・その固着が同時に行
なわれる。このときは、後で接着剤を塗布したり、或い
はブロアーで事後加熱する等の繁雑な手間が省かれる。

なお、熱可塑性樹脂の被覆は、炭素繊維束等の高強度か
つ高弾性を有する繊維束との体積比率によってその量（
厚さ）を決定するのが好ましい０通常は、繊維束体積率
を４０％〜６５％程度に設定する。余りに樹脂量が高い
と１巻付は後加熱する方法において巻付けが弛緩するこ
とがある。但し。

加熱しながら巻付ける方法を採用するときは、このよう
な問題は生じない。

特許出願人　　大同特殊鋼株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕高強度かつ高弾性を有する強化繊維束を構造体に
   巻付けて、該構造体の機械的特性を補強する方法におい
   て、 前記強化繊維束を樹脂材料で被覆し、この繊維束を前記
   構造体の巻付けに用いることを特徴とする構造体補強方
   法。 〔２〕前記樹脂材料として熱可塑性樹脂を使用し、強化
   繊維束を構造体に巻付けた後に加熱して熱可塑性樹脂を
   溶融させ、該樹脂の冷却により繊維束を構造体に一体的
   に固着させることを特徴とする請求項１記載の構造体補
   強方法。 〔３〕前記樹脂材料として熱可塑性樹脂を使用し、強化
   繊維束を構造体に巻付けながら該繊維束を加熱して熱可
   塑性樹脂を溶融させ、構造体への繊維束の巻付け並びに
   該繊維束と構造体との一体固着を同時に行なうことを特
   徴とする請求項１記載の構造体補強方法。