JPH04281999A - ロックボルト - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成繊維の束状繊維と
合成樹脂で構成したロックボルトに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、ロックボルトはＪＩＳ　　Ｇ３１１
２に規定された鉄を加工して作ったものであるが、最近
、繊維束と樹脂とで構成したロックボルトを使用したロ
ックボルト工法が提案されている。例えば、ガラス繊維
、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維などの高強力、低伸
度の補強繊維束に不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹
脂などの熱硬化性樹脂を含浸して得た芯材をポリエステ
ルなどの熱可塑性樹脂で被覆し、その複数本のストラン
ドを融着接合して得たスパイラルロープ状のロックボル
トを使用した工法が特開昭６２−１８２４００号公報に
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の鉄製のロックボ
ルトは重量があるため、作業性、安全性の点で好ましく
ないばかりでなく、錆の発生による耐久性に問題がある
。また、ガラス繊維、炭素繊維などの剛性の高い繊維の
繊維束をエポキシ樹脂などを含浸、硬化して得た成形体
は、鉄製品に比較して軽量で耐久性はあるが、圧縮剪断
応力、引張剪断応力が小さく、圧縮剪断法により座屈点
（剪断破壊）を生じ、曲げに対しても十分でなく、硬く
て脆いものとなり、土中又は岩磐中へ直線挿入しかでき
ず長期使用時の耐久性にも問題があった。

【０００４】ロックボルトの必要な条件はＮＡＴＭ（Ｎ
ｅｗ　　ＡｕｓｔｒｉａｎＴｕｎｎｅｌｌｉｎｇ　　Ｍ
ｅｔｈｏｄ）工法と呼ばれるトンネル掘削技術や法面の
地滑り防止に用いるためのものであるから、（１）地磐
のつり下げ効果；脱落しそうな岩泥塊を深部の健全な地
山に結着する （２）層集合効果；岩泥塊を縫い合せて支持する（３）
縫い合せ部分の補強効果 とされているが、本発明は（１）〜（３）の条件に加え
るに（４）として地山変動に対する引張り及び剪断応力
に対する緩和効果があるロックボルトを見い出したもの
である。これは本発明のロックボルトが屈曲性を有する
という特長である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は引張切断強度８
ｇ／デニール以上の合成繊維を引き揃えた束状繊維集合
体に、該束状繊維集合体の総繊度の１〜５％の繊度の繊
維または繊維束を巻き付けた棒状物または引張切断強度
８ｇ／デニール以上の合成繊維からなる組紐状物に、固
化又は硬化後の曲げ弾性率が１５０ｋｇ／ｍｍ２以上の
合成樹脂が付与されている成形体よりなるロックボルト
である。本発明のロックボルトは、引張切断強度が６０
ｋｇ／ｍｍ２以上、引張初期弾性率が１０００〜６００
０ｋｇ／ｍｍ２であって、かつ曲げ弾性率が１５０〜４
０００ｋｇ／ｍｍ２、圧縮剪断法により座屈点（剪断破
壊）を生ぜず、引張剪断応力が２ｋｇ／ｍｍ２以上を満
足させた屈曲装填が可能なクリープ特性の改善された靭
性に優れる成形体よりなるロックボルトである。

【０００６】本発明に用いられる繊維は引張切断強度が
８ｇ／デニール以上、好ましくは引張切断強度が１３ｇ
／デニール以上であり、好ましくは切断伸度が３〜１５
％の合成繊維である。繊維の物性が上記の範囲外では鋸
による切断性や加工性が悪く、特に、剪断破壊強度、ク
リープ特性が悪いものとなったり、靭性が劣るものとな
る。本発明で使用する具体的な繊維としては、例えば、
高強力ポリビニルアルコール系繊維、ｐ−ヒドロキシ安
息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸からの全芳香
族ポリエステル、ｐ，ｐ’−ビスフェノールとテレフタ
ール酸およびｐ−ヒドロキシ安息香酸からの全芳香族ポ
リエステルなど、芳香族ジカルボン酸と芳香族ジヒドロ
キシ化合物または芳香族オキシカルボン酸を縮合重合し
て得たポリエステルからの全芳香族ポリエステル繊維、
または２，６−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフ
タレンジオール、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、お
よびそれらのエステル形成性化合物を主体として反応さ
せて得たポリエステルからの全芳香族ポリエステル繊維
などが挙げられる。

【０００７】本発明の補強繊維としては単に引き揃えら
れた束状繊維またはこの束状繊維を合撚したものに、該
束状繊維の総繊度の１〜５％の繊度の繊維を巻き付けた
棒状物あるいは紐状物などの形態をとる。補強繊維集合
体の太さは使用するロックボルトのサイズによって適宜
設定されるが、通常は３〜３０ｍｍの太さである。紐状
物はそれ自体凹凸を有するが、束状繊維を用いる場合は
コンクリートとの接着性を機械的に付与するため異形鉄
筋と同様に棒状表面に突起物を生じせしめる必要がある
。突起物を付与する方法として、成型棒状体成型時の全
繊度の１〜５％のデニールの太さの繊維又は繊維束が必
要で、さらに異形性を高めるためには１ｍ当り５０〜２
００回の撚を付与したＰＶＡ系合成繊維、アラミド系合
成繊維、ポリアリレート系合成繊維等よりなる撚糸に引
抜き成型時に用いた樹脂を含浸したものを、引抜き成型
後の樹脂と束状繊維からなる棒状物に軸線方向に対し４
０〜５０°の角度をもって斜めふしをつけるように１本
あるいは複数本のコードで巻きつけ熱処理して接合する
方法が採用し得る。巻き付けピッチは斜めふし間隔と呼
ばれ、ふしの平均間隔を棒状態の直径で割った値が０．
６〜０．８が好ましく、最も好ましくは０．７程度のピ
ッチである。

【０００８】また、ロックボルトを構成する樹脂は、熱
可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から選ばれた固化または
硬化後の曲げ弾性率が１５０ｋｇ／ｍｍ２以上、好まし
くは曲げ弾性率１８０〜１８００ｋｇ／ｍｍ２の合成樹
脂で、例えば、エポキシ樹脂（曲げ弾性率７００ｋｇ／
ｍｍ２以上）、不飽和ポリエステル樹脂（同８００ｋｇ
／ｍｍ２以上）、ビニルエステル系樹脂、フェノール樹
脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂などの熱硬化性樹脂、ポ
リエチレンテレフタレート樹脂（同７００ｋｇ／ｍｍ２
以上）、メタクリル酸エステル系樹脂、熱可塑性ポリエ
ステル、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート
、ナイロン−６６、ナイロン−ＭＸＤ６（同２００ｋｇ
／ｍｍ２以上）などの熱可塑性樹脂から選ばれた合成樹
脂である。この合成樹脂の曲げ弾性率は、樹脂本来の特
性で選択する方法、樹脂に無機質充填剤、有機質充填剤
、あるいは短繊維充填剤などから選ばれた充填剤を添加
する方法、架橋剤などを添加する方法、弾性率の異なる
２種類以上の樹脂を混合する方法、硬化性樹脂の組成を
選択する方法などで所望の物性に調整する。合成樹脂の
曲げ弾性率が小さいとクリープ特性が大きくなり、長期
間に亙って形態の安定性を保つことができなくなる。 一方、曲げ弾性率が大きすぎると、合成樹脂自体が脆く
なり、衝撃により破損したり、高い圧縮力により剪断破
壊が生じ易くなる。又、ロッドが硬くなり屈曲性が損な
われ好ましくない。

【０００９】次に、棒状成形体の製造法は、熱硬化性樹
脂を使用した製造法では、硬化性樹脂組成物またはその
初期縮合液状物に、所望の太さに引き揃えた束状態繊維
又は紐状物を浸漬し、成形金型を通過させて余剰の樹脂
液を除去して、成形体に占める繊維の比率を５０〜８５
重量％とした後、少なくとも１００℃以上の加熱帯で熱
処理し、樹脂を硬化させて棒状成形体を得る。

【００１０】また、熱可塑性樹脂を使用した製造法では
、エクストルーダーで溶融した合成樹脂溶融物をダイ部
で、所望の太さに引き揃えた束状繊維または紐状物と一
体化させ、フォーミングダイを経て引き取り、冷却して
棒状成形体を得る。

【００１１】次いで、棒状成形体は必要に応じて切削加
工して溝を形成したり、棒状体表面に織物や不織布、ヤ
ーン等に樹脂を含浸したものを巻き付け、表面を異形化
したり、または合成樹脂が変形性を有する状態で成型し
てロッド表面に凹凸をつけコンクリートとの結合性を高
めるために表面異形を形成する。得られた棒状成形体は
必要に応じて熱処理などの仕上げ処理を施してロックボ
ルトとする。

【００１２】そして、本発明の棒状成形体の特性値は、
引張切断強度が６０ｋｇ／ｍｍ２以上、引張初期弾性率
が１０００〜６０００ｋｇ／ｍｍ２であり、かつ曲げ弾
性率が１５０〜４０００ｋｇ／ｍｍ２、圧縮剪断法によ
り座屈点（剪断破壊）を生ぜず、引張剪断応力が２ｋｇ
／ｍｍ２以上を満足させたものとする。この特性値を満
足しない成形体では、クリープ特性が悪く、長期間の使
用に耐える形態の安定性が得られないとか、脆くて高い
圧縮力で剪断破壊を生ずるなどロックボルトとしての特
性を満足したものが得られない。

【００１３】また、ガラス繊維、炭素繊維、フッ素繊維
、アラミド繊維などを単独で用いた繊維と合成樹脂との
成形体では、繊維と樹脂の接合性が十分でなく、高い圧
縮力が掛かると繊維と樹脂との界面剥離を生じて容易に
座屈現象（剪断破壊）を起こしていまう。従って、これ
らの繊維を補強繊維として併用する場合には５０％を越
えて使用することは好ましくない。

【００１４】

【作用】本発明は、特性の繊維物性を有するポリビニル
アルコール系繊維、全芳香族ポリエステル繊維から選ば
れた合成繊維を引き揃えた束状繊維または紐状物と、特
定の曲げ弾性率の合成樹脂から成形した特定の特性値を
有する棒状成形体をロックボルトとすることで、従来は
なかった、屈曲性のあるロックボルトとなり、地磐つり
下げ効果と、層集合効果、縫い合せ部の補強効果に加え
て、歪に対する緩和効果を有するものである。さらに本
発明のロックボルトは、ロックボルトを装填する時、直
線でない曲線部を有する装着孔に、自由に装着でき、か
つ地山と結合する時の樹脂又はグラフト機との結合性を
高め、なおかつ屈曲性により機械的アンカー効果により
縫い合せ補強効果を高めたものである。また、本発明の
ロックボルトは比重が１．２〜１．４と鉄に比べ約１／
６と軽くなり運搬性も容易で、かつ屈曲性があるためリ
ールに巻いて必要長取り出せるというメリットがある。 加えて、錆ないことおよび鋸やペンチで切断できること
から、安全面でも経済面でも大変優れたものである。本
発明のロックボルトの物性はその引張り強度が高く、ク
リープ特性が改良され、形態の安定な、曲げたり加工し
たりする加工性に優れ、強力および靭性の高い、剪断破
壊強力の優れたフレキシブル性の高いロックボルトであ
る。

【００１５】

【実施例】次に、本発明を実施例で説明する。なお、実
施例中の部および％は断りのない限り重量に関するもの
である。

【００１６】なお、合成樹脂および棒状成形体の曲げ弾
性率はＪＩＳ　　Ｋ−６９１１「熱硬化性プラスチック
一般試験方法」５・１７項に、また引張切断強度および
引張初期弾性率はＪＩＳ　　Ｋ−７１１３「プラスチッ
クの引張試験方法」に準じて測定した。

【００１７】また、剪断破壊強度の測定は、（１）ＪＩ
Ｓ　　Ｋ−６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方
法」５・１７項に準じて、一定の太さの供試体を、太さ
の３倍または４倍の支点間距離をおいて支点に載置し、
その中間点に荷重を掛けて、応力〜たわみ曲線から最終
強度を測定するショートビーム法。この方法は最終点が
座屈点であるため、そのときの応力と試料の断面積から
剪断力を求めることができる。（２）一定の太さの供試
体を、太さの４倍の長さに切断し、試料の中心を挟んで
、試料の太さの１．６７倍の位置に、試料の太さの１／
２まで幅１ｍｍの切り込みを相対する方向に入れ、両端
から圧縮荷重Ｐを掛けて、荷重〜歪み曲線から座屈応力
を測定する圧縮剪断法。この方法の座屈点での応力と試
料の断面積から圧縮剪断力を求めることができる。また
、（３）一定の太さの供試体を、試料の中心を挟んで太
さの２倍の位置に、試料の太さの１／２まで幅１ｍｍの
切り込みを相対する方向に入れ、両端部を固定具に固定
して一定の速度で引っ張り、引張切断時の荷重Ｐを測定
する引張剪断法。この方法で引張切断時の荷重Ｐを断面
積で除して引張剪断力を求めることができる。

【００１８】実施例１〜３ 高強力ポリビニルアルコール系繊維（切断強度１７．３
ｇ／ｄｒ、切断伸度７．２％、「ＰＶＡ繊維」とする）
１８００ｄｒ／１０００ｆｉｌのマルチフィラメント糸
を１２０本合糸して束状繊維を形成した。一方、繊維に
付与する合成樹脂として次の３種類の樹脂組成物または
樹脂を準備した。

【００１９】（１）エポキシ樹脂組成物（“ＥＰＸ”と
する）：硬化樹脂の特性値は、引張強度５．９ｋｇ／ｍ
ｍ２、切断伸度３．２％、曲げ応力９．３ｋｇ／ｍｍ２
、曲げ弾性率７３０ｋｇ／ｍｍ２である。

【００２０】（２）不飽和ポリエステル樹脂組成物（“
ＵＰＥ”とする）：硬化樹脂の特性値は、引張強度４．
５ｋｇ／ｍｍ２、切断伸度３．５％、曲げ応力８．２５
ｋｇ／ｍｍ２、曲げ弾性率１０５０ｋｇ／ｍｍ２である
。

【００２１】（３）ポリアミド樹脂（“ＰＡＭ”とする
）：固化樹脂の特性値は、引張強度８．１ｋｇ／ｍｍ２
、切断伸度４８％、曲げ応力１１ｋｇ／ｍｍ２、曲げ弾
性率２７０ｋｇ／ｍｍ２である。

【００２２】次に、エポキシ樹脂組成物および不飽和ポ
リエステル樹脂組成物の付与は、樹脂組成物液の含浸槽
中に、引き揃えた束状繊維を浸漬処理し、次いで１１０
℃に加温した成形ノズルを通して丸棒に引き抜き成形し
、１８００ｄｒの３本のフィラメントに３０回／ｍの撚
をかけて繊維を軸線方向に４５°の角度でピッチを０．
７として巻き付け、１２０℃の室内で７時間キュアー処
理して直径６．３ｍｍの棒状成形体を得た。また、ポリ
アミド樹脂の付与は溶融押出機を用い、溶融帯温度２７
５℃、成形ダイ温度２８０℃でポリアミド樹脂溶融体を
引き揃えた束状繊維に付与して引き取り、前記の様にフ
ィラメントを巻き付け冷却して直径約６．３ｍｍの棒状
成形体を得た。これらの棒状成形体はダイスで溝切りを
施して直径６ｍｍのロックボルトを得た。

【００２３】比較例１ 実施例１のポリビニルアルコール系繊維に替えて、ガラ
ス繊維ロービングを１１０本引き揃えた束状ガラス繊維
を使用して、エポキシ樹脂組成物を含浸し、実施例１と
同様にして直径６ｍｍのロックボルトを作った。得られ
たロックボルトの物性を測定して表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】すなわち、実施例のロックボルトは剪断破
壊強力に優れたものであるのに対して、比較例のロック
ボルトは比較的低荷重で剪断破壊を生じた。この破壊部
分を観察すると、繊維と樹脂が剥離していて一体成形体
ではないことが判明した。

【００２６】実施例４〜６ ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフト
エ酸からの全芳香族ポリエステル繊維（切断強度２５．
７ｇ／ｄｒ、切断伸度３．８％、「ＰＥＳ繊維」とする
）１５００ｄｒ−３００ｆｉｌのマルチフィラメント糸
を１２本合糸し、更にそれを１０本編成して引抜き成形
によりロッド状物を形成した。このロッド状物に実施例
１〜３で用いた３種類の合成樹脂組成物をそれぞれ付与
し、実施例１と同様に加工して直径６ｍｍのロックボル
トを作った。得られたロックボルトの物性値を表２に示
した。

【００２７】

【表２】

【００２８】すなわち、実施例のロックボルトは強度が
高く、剪断破壊強力に優れたものでる。更に、ロックボ
ルトをコンクリートに埋設したブロックを作り、比較の
ために鉄製のロックボルトをコンクリートに埋設したブ
ロックを作り、それらを食塩水の１０％水溶液中に、温
度６０℃で５日間浸漬し、６０℃の温風中に５日間放置
する耐久性試験を繰り返して行って、ロックボルトの耐
久性を比較した。その結果、鉄製ロックボルトを埋設し
たコンクリートブロックは錆の発生と共に形態変化が生
じたが、その時点では実施例の試験ブロックは異常が認
められなかった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のロックボル
トは屈曲性を有し切断強度および靭性の高い、剪断破壊
力の優れていて座屈破壊を起こすことがない、クリープ
特性が改良された形態安定性に優れ、軽量で鋸で切断し
たり、加工したりする加工性に優れた、腐蝕や錆の発生
のない優れたロックボルトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　引張切断強度８ｇ／デニール以上の合
   成繊維を引き揃えた束状繊維集合体に、該束状繊維集合
   体の総繊度の１〜５％の繊度の繊維または繊維束を巻き
   付けた棒状物または引張切断強度８ｇ／デニール以上の
   合成繊維からなる組紐状物に、固化又は硬化後の曲げ弾
   性率が１５０ｋｇ／ｍｍ２以上の合成樹脂が付与されて
   いる成形体よりなるロックボルト。