JPH06155443A - 繊維補強樹脂製太径異形ロッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンクリートの補強に用いられる太径のＦＲ
Ｐロッドであって、コンクリート中での定着性およびコ
ンクリートとの接着性に優れ、アースアンカーとして特
に優れているロッドを提供する。 【構成】 高強力有機合成繊維が一方向に引き揃えられ
ている繊維束に樹脂が含浸・硬化されているロッドにお
いて、該ロッドの平均外径が１８ｍｍ以上であり、且つ
該ロッド外周には、該樹脂からなり、該ロッドの長さ方
向と交わる方向にに伸びる凸部が形成されていることを
特徴とする繊維補強樹脂製異形ロッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機合成繊維補強され
た樹脂から構成された土木、建築分野に好適な補強材用
太径の異形ロッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木建築の分野において、コンクリート
の補強材として異形鉄筋が多く使用されているが、異形
鉄筋は強度や弾性率は高いものの、重いため取り扱いに
くく、安全性や労働力等の点から嫌われている。さら
に、異形鉄筋の大きな欠点として、酸、アルカリ、塩等
を含む水、土塊等と接触することにより、あるいは電気
の発生する電気軌道路床等の補強材として用いられてい
る場合などには、極部電池の生成により錆を発生し、コ
ンクリートのひび割れを招き、鉄筋の補強性が失われる
と言う耐久性の面での欠点が挙げられる。この鉄筋の欠
点を解消するために、各種の有機合成繊維を使用し、樹
脂で固めて一体化した引き抜き成型のいわゆる繊維補強
樹脂（以下ＦＲＰと称す）製ロッドが開発されている。
しかし引き抜き成型法では、均一硬化が出来ない、硬化
時間が長く必要で製造しにくい、コンクリート等での定
着、接着効率の低い物しか出来ない等の理由で平均直径
１８ｍｍ以上のもの、特に２０ｍｍ以上のものが作りに
くいという欠点を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】太径のロッドを製造す
る方法としては、細径のロッドを複数本束ねる方法や細
径のロッドを複数本合わせて撚をかける方法などが知ら
れている。しかし、これらの方法を用いて得られる太径
ロッドは、鉄筋の欠点である錆や重たいという問題に関
しては解消されているが、コンクリートの補強、アース
アンカー等に使用する場合の端末定着部でのコンクリー
トとの接着力や定着力が不十分であるということから、
本来の目的である補強効果が発揮できない。その最大の
原因は、上記方法では一般に接着力の確保のために太径
ロッドの表面に細径のロッドを斜交巻等により巻き付
け、太径ロッドの表面に該細径ロッドによる凸部を作っ
ているが、斜交巻した細径ロッドとロッド本体との一体
化が不足していて、凸部を有している効果が十分には発
揮されていない点にある。特に太径となると斜交巻部が
ロッド本体からはがれ易くなり、この問題点を解決する
ことが一層重要となる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、この問題点を
解決するものであり、それによりコンクリートの接着
力、定着力に優れ、補強効果の極めて大きい太径のロッ
ドを提供することにある。すなわち本発明は、有機合成
繊維が一方向に引き揃えられている繊維束に樹脂が含浸
・硬化されているＦＲＰ製ロッドにおいて、該ロッドの
平均外径が１８ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上であ
り、且つ該ロッドの外周には、該樹脂からなり該ロッド
の長さ方向と交わる方向に伸びる凸部が形成されている
ことを特徴とするＦＲＰ製異形ロッドであり、また本発
明は、有機合成繊維が８０万デニール以上、好ましくは
１００万デニール以上の太さに引き揃えられ、硬化性の
未硬化樹脂が含浸されている繊維束を型枠に入れて成型
硬化させるＦＲＰ製異形ロッドの製造方法において、該
型枠が、該繊維束が入る平均直径１８ｍｍ以上、好まし
くは２０ｍｍ以上の溝および該溝の表面に溝の長さ方向
と交わる方向に伸びる凹部を有する型枠であることを特
徴とするＦＲＰ製異形ロッドの製造方法である。

【０００５】つまり本発明は、有機合成繊維製の太径Ｆ
ＲＰロッドの平均直径（ロッドの横断面形状が円形でな
い場合にはその断面積相当円の直径）が１８ｍｍ以上、
好ましくは２０ｍｍ以上となるように有機合成繊維を多
数本引き揃え、そしてそれに合成樹脂を含浸、または有
機合成繊維の多数本を樹脂含浸しながら平均直径が１８
ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上になるように引き揃
えることにより得た繊維束を上述したような異形をもつ
型枠に入れ、樹脂を硬化させ、脱型して得られるもので
ある。以下、本発明を詳細に説明する。

【０００６】使用する有機合成繊維としては、ポリビニ
ルアルコール系繊維、全芳香族ポリエステル系繊維（い
わゆるアリレート系繊維）、全芳香族ポリアミド系繊維
（いわゆるアラミド系繊維）、ポリアクリロニトリル系
繊維、ポリオレフィン系繊維などが挙げられ、その強度
としては７ｇ／ｄ以上、特に１２ｇ／ｄ以上が好まし
い。もちろん二種以上の繊維を併用することもできる。
たとえばロッドの外層部を構成する繊維を強度の高い繊
維とし、内部を構成する繊維として比較的強度の低い繊
維を用いることにより、またロッドの外層部を耐アルカ
リ性に優れた繊維とし、内部を比較的耐アルカリ性に劣
る繊維とすること等により、種々の使用目的にあったロ
ッドとすることができる。繊維の太さとしては１．０〜
１５００ｄが集合体（ロッド）としたときの屈曲強度や
取り扱い性等の点で好ましい。繊維を引き揃える方法と
してはビームスタンド方式、クリールスタンド方式等が
ある。そして引き揃えた後の繊維束の太さとしては８０
万ｄ以上が必要であり、好ましくは１００万ｄ以上であ
る。

【０００７】ロッドを構成する樹脂としては、エポキシ
系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ビニルエステル系
樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂
などの熱硬化性樹脂が挙げられる。なかでも繊維との接
着性や強度等の点からエポキシ系樹脂が好ましい。

【０００８】このように有機合成繊維を多数本引き揃え
た繊維束を熱硬化性樹脂液中に浸漬含浸後、余分な樹脂
を搾液し、太さ１８ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上
の太さの棒状樹脂含浸繊維束を得る。樹脂含浸繊維束中
に占める樹脂の体積割合としては３０〜５０％程度が好
ましい。その理由は、補強材としての繊維の力を発揮す
るためであり、連続繊維を用いた複合則よりマトリック
ス成分である樹脂が少ない方が複合材の引張強度、ヤン
グ率が高まるからである。前述したように、繊維束の太
さとしては８０万ｄ以上であることが必要、好ましくは
１００万ｄ以上であるが、このような繊維束を一度に樹
脂液中に浸漬して繊維束の内部にまで均一に樹脂を含浸
することは通常困難であり、したがって、細い繊維束を
樹脂液中に浸漬して得られる樹脂含浸細径繊維束を後で
束ねて８０万ｄ以上、好ましくは１００万ｄ以上の太径
繊維束とする方法が好ましい。この方法を用いると太径
繊維束の内部まで均一に樹脂が入り込んだ太径繊維束を
容易に製造することができる。また樹脂の含浸性を向上
させるためには樹脂粘度を室温で１０〜５０ｃｐの範囲
内とすることや繊維束を構成する繊維として、例えば１
００〜１５００ｄの比較的太い繊維を用いる等の方法も
ある。また繊維束を強度及びコストの点で中空にしても
よい。中空とした場合には、後で行う型枠に入れて加熱
硬化させる際に、中空部が押し潰されないように、中空
のパイプを用い、そのまわりに繊維束層を形成すること
により、中空繊維束を形成する方法を用いるのが好まし
い。図３に、中空のパイプとしてポリ塩化ビニルからな
る中空パイプ３を用い、その回りに樹脂含浸させた繊維
束層からなるロッド本体１が形成されており、その外側
に異形部２を形成させた太径ＦＲＰロッドの断面を示
す。

【０００９】以上のようにして得られた樹脂含浸繊維束
を異形を持つ棒状の型枠にいれ加熱硬化させる。棒状の
断面の形状は、円形、長円形、楕円形、正方形、長方
形、六角形、台形、Ｌ字形、Ｈ字形、Ｔ字形、Ｙ字形等
のいずれでもよく、要は硬化後ロッド脱型ができる形状
であればよい。異形（凸部を意味する）の形状として
は、凸が大きくロッド本体との一体性が良好でしかもコ
ンクリートとの接着性が良好であることが要求される。
これらの要求を満足する凸部としては、凸部高さが１〜
１０ｍｍ、凸部幅が２〜２０ｍｍでロッドの長さ方向と
交わる方向、好ましくはロッドの長さ方向に対して４５
度以上の角度で交わる方向に伸びる凸部が隣り合う凸部
との間隔５〜５０ｍｍで形成されているような場合が好
ましく、特に、図１及び図２に示すように凸部が竹の節
状、又は螺旋状となっているが好ましく、そしてその凸
部形状が、凸部高さ（図２で示す異形部高さ）が３〜８
ｍｍ、凸部幅（底部での幅、図２で示す異形部幅）が４
〜８ｍｍ、隣り合う凸部との間隔（図２で示すピッチ）
が１０〜３０ｍｍであるような凸部が好ましい。図１お
よび図２において、１がロッド本体、２が異形部を示
す。

【００１０】型枠の中に、樹脂含浸繊維束を入れて樹脂
を硬化させる場合、異形部分を構成する樹脂が含浸され
た樹脂だけでは樹脂量が不足し、十分な形状の異形を形
成することが難しい場合があるが、このような場合に
は、樹脂含浸繊維束を型枠に入れる前に該樹脂と同一の
樹脂を型枠内に入れておくのが好ましい。もちろんこの
場合においても、硬化後のロッドにおける樹脂体積率が
前記樹脂体積率の範囲内となるようにするのが好まし
い。型枠内に入れられた樹脂含浸繊維束は、異形ロッド
形状となるように加圧され、そしてその形状で樹脂を硬
化させるため加熱される。加熱温度としては、樹脂が硬
化反応する温度であればよく、たとえば６０〜１８０℃
が用いられる。硬化反応が完了又はほぼ完了した後に型
枠から取り出す。なお得られたロッドとコンクリートと
の接着性や定着性をより高めるために、ロッド表面に砂
等の無機粒子を付着させてもよい。

【００１１】本発明において、異形部分とロッド本体と
の一体化は、繊維束含浸樹脂と異形部分の樹脂が同一組
成であり、硬化を同時に行うことが本発明の最も大きな
特徴点であり、ロッド本体と異形部分が異なる樹脂から
構成されている場合や硬化を別々に行った場合には、ロ
ッド本体と異形部分とで実質的に化学的結合を有してい
ないため、異形部分がロッド本体から剥がれ易く、コン
クリート中での定着性に劣ることとなる。

【００１２】図４および５は従来の太径ＦＲＰロッドの
断面図および側面図を示す。この図から明らかなよう
に、従来の太径ＦＲＰロッドは、細い樹脂含浸繊維束を
ロッドの回りに斜交巻にした細径ロッドを複数本束ねて
（図４及び５では７本）、太径ＦＲＰロッドとした場合
である。このようなロッドの場合、細径ロッド間で剥離
が生じ易く、さらに斜交巻した繊維束が細径ロッド表面
から剥がれ易く、したがってコンクリート中で定着性に
劣ることとなる。

【００１３】以下実施例により本発明を説明する。 実施例１〜８、比較例１〜２ 実施例１として、７万ｄの高強力ポリビニルアルコール
繊維（クラレ社製品番７９０１、切断強度１７．５ｇ／
ｄｒ、切断伸度４．９％、引張り弾性率３５０ｇ／ｄｒ
からなるトウ（単繊維デニール１．８ｄｒ）にエポキシ
樹脂（油化シエルエポキシ社製、エピコート８２８を１
００重量部、硬化剤ＬＸ−ＩＮ３０重量部の混合物）を
含浸し、サク液ノズルを通してサク液と集束を行い１６
１万ｄの繊維束とした。これを、型枠最小径２１ｍｍφ
の異形型枠に投入し加熱炉で１００℃で加熱硬化し、表
１に示す異形部を有する有機合成繊維製太径ＦＲＰ異形
ロッドを作製した。ロッド中の樹脂の体積割合は４５％
であった。

【００１４】実施例２として、繊維束の中心部に外径１
０ｍｍφの塩ビ中空パイプを挿入し、それを型枠最小径
２３．５ｍｍφの異形型枠に投入した以外は実施例１と
同様にして加熱炉で加熱硬化し、有機合成繊維製の太径
ＦＲＰ異形ロッドを作製した。その型状を図１、図２に
示した。異形の形状の寸法は表１に示した。ロッド中の
樹脂の体積割合は４５％であった。以下実施例３〜８
は、実施例１と同様の操作で、異形の形状のみが表１に
示すように異なる。得られたロッド中の樹脂の体積割合
は４２〜４８％の範囲内である。

【００１５】比較例１として、１８００デニール／１０
００フィラメントからなる高強力ポリビニルアルコール
繊維（クラレ社製品番７９０１、切断強度１７．５ｇ／
ｄｒ、切断伸度４．９％、引張り弾性率３５０ｇ／ｄ
ｒ）マルチヤーンを１２８本引揃え（２３０万４００
ｄ）繊維束となし、この繊維束にエポキシ樹脂（油化シ
エルエポキシ社製エピコート８２８を１００重量部、硬
化剤ＬＸ−ＩＮ３０重量部の混合物）を含浸し、そして
成形ノズルに通し単線の内径６ｍｍを引抜き成形し、こ
の上に、同一繊維のマルチヤーン３本（１８０００ｄ／
１０００ｆ×３本）を３０回／ｍに撚糸し、上記と同一
の樹脂を含浸した繊維束を上記ロッド表面に１ｃｍピッ
チとなるように２本交互に綾巻し、加熱炉で加熱硬化
し、図４に示した単線の形状を得た。図４には綾巻糸５
が巻き付けられた単線４が示されている。綾巻糸５によ
り所定の太さにでき、かつ、摩擦抵抗を高めている。該
る本数の単線を所要の長さに切断し、単線に上記配合の
エポキシ樹脂を塗布し、６本を単線芯材周辺に均一に配
置し紐で束ね一夜空気中に放置することにより硬化結束
し一体化した有機合成繊維製太径ロッドを得た。この太
径ロッド中の樹脂の体積割合は４２％であった。その形
状を図４および５に示す。

【００１６】比較例２として、実施例１において、異形
のない２１ｍｍ直径の型枠に投入する以外は実施例１と
同様の方法により、異形を持たない太径ロッドを得た。

【００１７】以上のようにして得た太径ロッドの異形部
形状、強力、ヤング率、コンクリートとの接着力、コン
クリートに埋め込んだロッドを引き抜いた場合の異形部
の破壊状況を表１および表２に示す。なお、表２におい
て、コンクリートとの接着性、異形部の破壊状況は、コ
ンクリートとしてレデーミクトコンクリート（ＪＩＳ
Ａ ５３０８−１９７８）標準品、普通コンクリート、
空気量４％、粗骨材最大寸法２０ｍｍで、スランプ１０
ｃｍ、呼び強度１５０ｋｇ／ｃｍ²、２１０ｋｇ／ｃ
ｍ²、３００ｋｇ／ｃｍ²を用い、それにロッド埋め込み
深さ１０ｃｍとして、埋め込み硬化物を作製した。そし
てその硬化物からロッドを引き抜き、強力を測定し接着
力と引き抜き後の異形部のロッド本体との剥離程度を観
察した。ロッド引き抜き強力測定に用いた装置を図６に
示す。異形部の破壊状況に関しては、異形部埋め込み部
が実質的に全て破壊された場合を×、半分以上が破壊さ
れた場合を△、一部破壊された場合を○、実質的に殆ど
破壊されなかった場合を◎として示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】実施例のものは、コンクリート強度が大き
くなっても、異形によるアンカー効果で接着力が向上す
るのに対し、比較例のものは異形部が破壊されたり、異
形のない場合にはコンクリートとの接着力が向上しな
い。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、コンクリート埋め込み後
引き抜き時に、異形部の破壊が少なく、接着力の非常に
大きい太径ロッドが得られた。その結果、本発明の太径
ロッドは以下〜の優れた特性を有することが判っ
た。 アースアンカー使用時の端末定着が小さく効率よく
できる。 接着力が大きいためにアース効果が増大する。 コンクリートの補強に使用すればクラックの拡大の
ない靭性のある部材の作製ができる。 錆の発生がなく、軽量で取り扱い性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太径異形ロッドの断面図である。

【図２】本発明の太径異形ロッドの側面図である。

【図３】本発明の太径中空異形ロッドの断面図である。

【図４】従来の斜交巻細径ロッドを束ね太径ロッドとし
たものの断面図である。

【図５】図４に示す太径ロッドの側面図である。

【図６】ロッド引き抜き強度を測定する装置の図であ
る。

【符号の説明】

１．ロッド本体、 ２．異形部、 ３．中空パイプ、
４．斜交巻繊維束、５．単線、 ７．油圧ポンプ、
８．油圧ゲージ、 ９．定着治具、 １０．座金、 １
１．センターポールジャッキ、 １２．コンクリート、
１３．ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 忠之 岡山市海岸通１丁目２番１号 株式会社ク ラレ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機合成繊維が一方向に引き揃えられて
   いる繊維束に樹脂が含浸・硬化されているロッドにおい
   て、該ロッド平均外径が１８ｍｍ以上であり、且つ該ロ
   ッドの外周には、該樹脂からなり該ロッドの長さ方向と
   交わる方向に伸びる凸部が形成されていることを特徴と
   する繊維補強樹脂製異形ロッド。
2. 【請求項２】 有機合成繊維が８０万デニール以上の太
   さに引き揃えられ、硬化性の未硬化樹脂が含浸されてい
   る繊維束を型枠に入れて成型硬化させ繊維補強樹脂製ロ
   ッドを製造する方法において、該型枠が、該繊維束が入
   る平均直径１８ｍｍ以上の溝および該溝の表面に溝の長
   さ方向と交わる方向に伸びる凹部を有する型枠であるこ
   とを特徴とする繊維補強樹脂製異形ロッドの製造方法。