JPS60203761A - プレストレストコンクリ−ト用緊張材 - 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】 この発明は、プレテンション方式によるプレストレスト
コンクリート 造物におけるプレストレス導入用の緊張材，特に繊維強
化合成樹脂（以下ｒＦＲＰＪという）製材弓し材に関す
る。

ここで、ＦＲＰ製緊製材張材、直径数ミクロンの単繊Ｍ
１を複数本引きそろえて束状にした繊Ｍ１０ーピンクに
熱硬化性合成樹脂を含浸（−１着させ、これを成形用タ
イスを通し又引抜き，加熱硬化させたコツ１：状のもの
（いわゆるＦＲＰ製ロッド）、あるいは線状のものをい
う。

このＦ’Ｒ　Ｐ製材張材は，例えば高磁界下、’１１６
祥環境、腐食環境において優れた特性を有することから
、これら特殊な条件下においてその使用が試みられてい
る。

一°競に、プレテンション方式に使用されるＰＣ緊張材
には、ＰＣ構造物の用途により種々の要件が要求される
。例えば、ＰＣ桁、まくら木等のこときよとして曲げモ
ーメントが作用するＰＣ構造物においては、荷重の増加
（コンクリ−！・の応力度がコンクリートの引張強度量
］二に達した場合）によりひび割れが発生するが、その
際ひび割れ幅が急激したり、ひび割れ長さが急激に成長
したりしないこと、コンクリートとＰＣ緊張材との端部
定、？ＬＬ（（コンクリート構造物の端部がらＰＣ緊張
材の軸方向へのコンクリ−１・の圧縮力または該緊張材
引張力の増加割合が一定となるまでの長さ）かハｌいこ
と、換劉すればコンクリート構造物の全長にわたって１
１ｆ及的にプレストレスが導入されること、などの黄件
が要求される。

これらのＰＣ緊張材の特性は、従来一般に使用されてい
るＰＣ鋼材においては、（−１）表面に積極的に錆を発
生させたＰＣ鋼材を用いる、俊）表面に凹みあるいは突
起を（−ＪけたＰＣ鋼林あるいはＰＣ鋼線を用いる、ｔ
３＞　ｐ　ｃ銅撚り線を用いる、などＰＣ緊張材とコン
クリートとの付着強度を増大させることにより得られる
。

しかしながら、上述したＦＲＰ製緊製材張材の外周面か
）１１滑なため、また、合成樹脂とコンクリ−Ｉ・との
付着性が鋼とコンクリートとの付着性よりも劣るため、
そのままプレテンション方式に使用することは難しい。

そこで、上記ＦＲＰ製緊製材張材点に鑑み、コンクリー
トとの４＝Ｊ着力を増大させる方法として、例えは、４
￥開閉５０−３４１７１ｔ　（以下「従来技術」という
）が提案されている。０ この従来技術は、ＦＲＰ製ロッドの外周面に凹凸加工を
施し、これを緊張材としたもので、該凹凸加工としては
、熱硬化性合成樹脂を含浸した繊Ｍドローピングを該ロ
ッドの外周面に螺旋状に捲回し硬化させたもの、あるい
は該ロッドの外周面に直接ローレット加工してなるもの
、などが例示されている。

しかしながら、これら凹凸加工を施してなるＦＲＰ製ロ
ッドは、依然としてコンクリ−１・と合成樹脂とのイ・
ｊ着となるため、換汀すれば合成樹脂はコンクリートと
のぬれ性が悪いことに起因して、両者間には強固な付着
一体化は得られ難く、その大部分が該ロッド輔方向の中
なる凹凸係合とある程瓜の摩擦力とにより該ロッドに４
人された緊張力を保持することになる。

従って、−に記従来技術においては、ＦＲＰ製ロッドに
・４人された緊張力、換言すればコンクリートも一２造
物にケーえられるプレストレス力は該ロッドの外周面に
施された凸部（螺旋状）の該ロッドに対する接７．力の
強・弱にゆだねられることになる。

また、ＦＲＰ９Ａロットの外周面に直接ローレット加−
Ｌにより四部を形成させるものにおいては、該加にの際
、該ロッド外周の一方向織Ｍ［をν）断するおそれがあ
り、該繊維の切断は該ロッドの１ｆｈＪ引張強度を大幅
に低ドさせることになるなど、上述した従来技術におい
てはいくつかの問題点を含んでいる。

本発明は上述した問題点を克服すべくなされたもので、
ＦＲＰ製ロンド（線も含む。以下同じ）の外周面に該ロ
ッドとコンクリートとの間にイリ着一体化および機械的
保合を達成する表面処理を施したＰＣ用緊張材を提供す
るものである。

すなわち、本発明のＰＣ用緊張材は、ＦＲＰ製ロンドの
外表面に合成樹脂接着層を介して無機質粉粒体が被着形
成されてなることを特徴とする。

本発明において、ＦＲＰ用の合成樹脂としてはエポキシ
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹
脂などの熱硬化性合成樹脂が使用され、また、ＦＲＰ川
の補強繊維としてはカラス繊維、炭素繊維、セラミック
繊維、芳香族ポリアミド繊維（商品名［ケブラー（Ｋｅ
ｖｌａｒ）」）などの長繊維が使用される。

該ロッドの外表面に形成される合成樹脂接着層としては
、上記ＦＲＰを形成する合成樹脂と同様。

エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂が使用され、特にＦＲＰを形成する合成樹脂
と同種の樹脂であることが好ましい。

そして、該ロッドの外表面に上記合成樹脂接着層を介し
て被着される無機質粉粒体としては、ＰＣ構造物の用途
によって、例えば高磁界下、海洋環境、腐食環境におい
ては、炭化珪素（ＳｉＣ）　、酸化７ｊｌｚミこラム（
Ａｌ２Ｏ２）　、二酸化珪５１（Ｓｉｎｓ）、カラスな
どがそれぞれ選択されて使用され、ＰＣ構造物の用途が
海洋環境、腐食環境のみの場合には−に脂粉粒体に加え
てステンレス鋼の粉粒体がそれぞれ選択されて使用され
る。

ｌ二記無機質粉粒体は概ね１０１１１川〜１０００ルの
粒度を有するもので、これら粉粒体は合成樹脂接着層を
介して該ロッドの外表面全面にわたって、または合成樹
脂接着層を介して該ロッドの両端定箔部の外表面に、ま
たは該ロッドの両端外表面の定着、部および少なくとも
最大曲げモーメントを受ける部分の外表面に、それぞれ
一部が該接着層に埋設され、一部が表面に露出して被着
される。

ここに「少なくとも最大曲げモーメントを受ける部分」
とはコンクリート構造物にひび割れを惹起させる他の曲
げモーメント発生部位を除外するものではないことを意
味する。すなわち、ひび割れを発生させる曲げモーメン
ト部位が予め判定されるならば、ＦＲＰ製ロッドの該部
位に無気質粉粒体を被着形成することは何ら差し支えな
い。このことは、主として曲げモーメントを受けてひび
割れの発生を許容する部材設計法において考慮される氷
項である。

このように構成されたＰＣ用緊張材の外表面は無機質粉
粒体の微細な凹凸面部を備え、しかも該凹凸面は無機質
粉粒体の地がそのまま露出するため、該凹凸面へのコン
クリートの機械的噛みつき（投錨効果）および無機質粉
粒体とコンクリートとの強固な刺着が生じる。

その結果、該緊張材に導入された緊張力は短い定着長に
よりコンクリート構造物のほぼ全長にわたってプレスト
レスとして導入されるとともに。

コンクリート構造物の曲げモーメントの発生部位に生じ
るコンクリートのひび割れ幅の増大を抑え、かつ、ひび
割れ長さの成長をも抑えることができるものである。

上述した本発明のＰＣ用緊張材の作用並びに効果は、以
下に示す実施例および実験により確認した。

第１図は本発明のＰＣ用緊張材の実施例を示す女体図、
第２図は第１図の一部拡大断面図である。

図において、ｌはＦＲＰ製ロッド、２は該ロッドｌの外
周面に形成された合成樹脂接着層、３は該接着層２に一
部が該接着層２に埋設され、一部が表面に露出して被着
形成された無機質粉粒体である。

［試料の作成］ （実施例Ｉ） 不飽和ポリエステル樹脂を含浸４５１着したガラスロー
ヒングを成形用ダイスを通して引抜き、加熱硬化させて
、直１￥８１１ＩＩのＦＲＰ製ロッドを得た。

得られたＦＲＰ製ロッドの外周面に不飽和ポルエステル
樹脂（常温１便化型）を薄く塗Ａ」シて合成樹脂接着層
を形成したのち、該接着層に平均粒径１００．０体の炭
化珪素（ＳｉＣ）を・様に被着形成したＦＲＰ製ＰＣ用
緊張材を得、これを試料Ａとした。

（実施例ｎ　） 上記実施例Ｉと同様にしてガラスＨｈｍで補強された直
径８１１ＩＩｌのＦＲＰ製ロッドを得た。

得られたＦＲＰ製ロッドの外周面に不飽和ポリエステル
樹脂（常温硬化型）を薄く塗布して合成樹脂接着層を形
成したのち、該接着層に平均粒径２１０ルの炭化珪素（
Ｓ　ｉＣ）を一様に被着形成したＦＲＰ製ＰＣ用緊張材
を得、これを試料Ｂとした。

（実施例■） エポキシ樹脂を含浸塗／１＋　した炭素繊維ロービング
を成形用ダイスを通して引抜き、加熱硬化させて、直径
８Ｉ１ｍのＦＲＰ製ロッドを得た。

得られたＦＲＰ製ロッドの外周面にエポキシ樹脂（常温
硬化型）を薄く塗布して合成樹脂接着層を形成したのち
、該接着層に平均粒径１０（１０ｐ、の酸化アルミニラ
Ｊ、（Ａｌ２Ｏ２）を一様に被着形成したＦＲＰ製ＰＣ
用緊張材を得、これを試料Ｃとした。

（比較例工） 不飽和ポリエステル樹脂を含浸１１着したカラスロービ
ングを成形用ダイスを通して引抜き、加熱硬化させて、
直径８ｍｍのＦＲＰ製ロッドを得、１核ロンドをそのま
まＰＣ用緊張材としたもので、これを比較試ネ゛ＩＤと
した。

（比較例ＩＩ　） エポキシ樹脂を含浸刺着した炭素繊ＭＥローピンクを成
形用ダイスを通して引抜き、加熱硬化させて、直径８）
のＦＲＰ製ロンドをｆ、ｊ）、該ロンドをそのままＰＣ
用緊張材としたもので、これを比較試才’ｌ　Ｅとした
。

（比較例■） 不飽和ポリエステル樹脂を含浸刺着したガラスロービン
グを成形用グイ、スを通して引抜き、加熱硬化させて、
直径８１のＦＲＰ製ロッドを得た。

得られたＦＲＰ製ロンドの外周面にエポキシ樹脂を含浸
したガラスロービング（直径８ｇ＋７）２００本東東物
）をピンチ間隔２ＩＩＩｍで連続的に螺旋状に巻き伺け
、加熱硬化させて外周面に螺旋状突起をイＪするＦＲＰ
製ロフトを得、該ロッドをＰＣ用緊張材としたもので、
これを比較試ネ°ＩＦとした。

（比較例■） 直径８ＩＩＩＩｏのＰＣ鋼線を用意し、これを比較試料
Ｇとした。

［試験方法］ 上述した試料Ａ−Ｃおよび比較試料Ｄ−Ｇの緊張材両端
を把持し、各試料をそれぞれ各試ネ：１の破断荷重の７
０％の荷重で引張り、各試料に緊張力を導入する。

これを予め作成した型枠内にセットしたのち、該型枠内
にコンクリ−）・を流し込む。

コンクリートの硬化後、形成されたコンクリート構造物
にの表面に該緊張材の長手方向に沿ってひずみゲージを
取り伺け、該緊張材の把持を解除したのち、各点におけ
るコンクリ−Ｉ・構造物にの表面ひずみを測定し、該コ
ンクリート構造物Ｋに導入されたプレストレス力を測定
した（第３図参照）。

なお、コンクリート構造物には、長さく１）　１２００
ｍｍ、高さ　１００ｍ＋ａ、幅　１００ｍｍの直方体に
形成したものを使用した。

各試料に導入された緊張力（各試料の破断荷重の７０％
）は下表に示すとおりである。

このようにして行った試験結果は第４図に示すとおりで
ある。

第４図はコンクリート構造物にの端面から該構造物にの
長さ方向中央部にか（すて該構造物Ｋに導入されたプレ
ストレス力をグラフに示したもので、図中に丞した符号
はそれぞれ試料および比較試料のｉ号に対応するもので
ある。

−・罷に、プレテンション方式によって形成されたＰＣ
構造物において、該ＰＣ構造物の端面からその近傍にか
けては緊張力の弛緩により大きなプレストレス力が導入
され難い。

これは、当該部位における緊張材とコンクリートとの付
着力よりも該緊張材に導入された緊張力の弛緩の方が大
きいためであるが、プレテンション方式によって形成さ
れるＰＣ構造物においては、可及的にコンクリート構造
物の端部にまで大きなプレストレス力が導入されること
が好ましいものであることは前述したプレテンション方
式におけるＰＣ％張材に要求される要件である。

しかるに、実験結果を示す第４図から明らかなように、
図中符号Ａ、ＢおよびＣで示す本発明の実施例の緊張材
を使用したコンクリート構造物においては、該構造物の
端部にまで大きなプレストレス力が導入されている。

これは、ＦＲＰ製ロッドの外周面に一様に被着形成され
た無機質粉粒体とコンクリートとの４＝Ｊ着および該無
機質粉粒体で形成される微細な凹凸面部へのコンクリー
トの機械的１噛みつきが良好に行われていることを如実
に表わすものである。

特に、図中符号Ｆで示す比較例■からなる緊張材とを比
べてみても、本発明の実施例の緊張材とＦＲＰ製ロッド
の外周面に螺旋状に形成された突状部を有するものとの
差は明確である。すなわち、ＦＲＰ製口、１・の外周面
に単に突状部を形成しただけでは、緊張材としてＦＲＰ
製ロッドを使用したもの（図中符号り、Ｅ）とは大きな
差か有るものの、緊張材として鋼線を使用したもの（図
中符号Ｇ）と同様の傾向を示し、従前どおり、コンクリ
ート構造物の端部近傍にまではプレストレスカは導入さ
れ難い。

１、述した実験はＦＲＰ製ロンロッ外表面全面にわたっ
て一様に無機質粉粒体を被着形成したＰＣ用緊張材を使
用したものであるが、実験結果から次のことが理解され
る。

すなわち、コンクリート構造物の端部にまでプレストレ
スを導入するには、ＰＣ緊張材とコンクリートとの（−
１着がより大きく、しかも、該ＰＣ緊張材にＩＪ−えら
れた緊張力を保持するに十分な刺着力がコンクリート構
造物の端面からＰＣ緊張材の軸方向へのコンクリートの
圧縮力の増加割合が一定となるまでのいわゆる定着長さ
にわたって、定着部にあればよいということである。

従って、コンクリ−１−ｍ遺物へのプレストレス導入の
観点からは、本発明における無機質粉粒体をＦＲＰ製口
、ドの定着部の外表面に被着すればよいということであ
る。

前述した実施例から具体的に説明すれば、長さ１２０ｃ
ｍのＦＲＰ製ロンロッ場合、該ロッドの端部からそれぞ
れ１５〜２０ｃｍの範囲にわたって外表面に無機質粉粒
体を被着することにより、コンクリート構造物の端部に
までプレストレスを導入することができる。

このことは前述した試料Ｃを例にとり、同じ実験を行っ
て確認した。

エポキシ樹脂な含浸付着−した炭素繊維ロービングを成
形用ダイスを通して引抜き、加熱硬化させて得た直径８
ｆｉＩＩ１１、長さ１２００ｍｍのＦＲ′Ｐ製ロッドの
端部からそれぞれ軸方向に２００ｍＩＩ＋の範囲にわた
って外表面にエポキシ樹脂を薄く塗布して接着層を形成
したのち、該接着層に平均粒１０００　ｇの酸化アルミ
ニウムを被着形成したＦｆ？Ｐ製ＰＣＪｆｉ緊張材を試
料とし、前述した試験方法により実験を行った結果、こ
のＰＣ緊張材は前述した第４図の符合Ｃと同様の結果を
示した。

以１．の実験結果から、コンクリート構造物へのプレス
）・レス導入の観点からは、無機質粉粒体を、Ｌ−り　
Ｆ　ＲＰ製ロッドの外表面全面にわたって被着形成する
、・’ｉｒ　Ｆ　ＲＰ製ロントの両端外表面の定着部に
被着形成する、ことによってコンクリート構造物のほぼ
全長にわたってプレストレスを導入することかでき、前
述したプレテンション方式におけるＰＣ緊張材に要求さ
れる要件の一つを満足するものである。

次に、プレテンション方式におけるＰＣ緊張材に閥求さ
れるもう一つの要件であるコンクリートのびひ割れ幅、
ひび割れ長の抑制作用について行った実験について説明
する。

［試料］ 試＄’ｌ　Ｉ　：前述した実施例■と同様のＰＣ用緊張
材を使用した。

試料■■：前述した実施例■と同様のＦＲＰ製ロッドを
使用し、該ロッドの端部からそれぞれ定着部の外表面に
平均粒径１０００ルの酸化アルミニウムを被着形成した
ＰＣ緊張材を使用した。

［試験方法］ Ｊ−記試料Ｉおよび試料ＩＩを使用して前述した試験方
法と同様にしてＰＣ構造物（長さ＋　１２００ｍｍ、高
さ：　１００ｍｍ　：幅１１００ＩＩ１の長方体）を得
、このＰＣ構造物をそれぞれ端部から２５０ｍｍの点で
支持しく支間距離：　７００ｍｎ＋　）　、該ＰＣ構造
物の中央部に荷重を順次累積負荷する。

第６図は累積荷重とＰＣ構造物に発生したひび割れ幅と
の関係を示したグラフである。

図中、９１合■は試料Ｉ、符合ＩＩは試料ＩＩに対応す
る。

実験結果から、ＦＲＰ製ロンロッ外表面全面にわたって
無機質粉粒体を被着形成したＰＣ緊張材（試料工）は構
造物に発生したひび割れ幅の増加割合が荷重の増加に対
し緩慢であるのに対し、該ロッドの両端外表面の定着部
にのみ無機質粉粒体を被着形成したＰＣ緊張材（試料！
■）はひび割れ幅の増加割合が荷重の増加に対し急激で
あることがわかる。

このひひ割れは、ＰＣ構造物の最大曲げモーメント発生
部分に生じ、当該部分でのＰＣ緊張材とコンクリ−１・
との４４着力の差が上記結果をもたらしたものである。

すなわち、前述したコンクリート構造物へのプレストレ
ス導入の観点からは良い結果は得られた定Ｒ部に無機質
粉粒体を被着したＰＣ緊張材（試料ＩＩ　’）は、上記
実験結果から、ＰＣ構造物において該構造物に主として
曲げモーメントが作用する用途にはひび割れ幅抑制の観
点からその、使用が不適当である。

そこで、上記結果をふまえて行ったのが試料ｍである。

試料■：前述した実施例■と同様のＦＲＰ製ロンロッ使
用し、該ロッドの端部からそれぞれ定着部の外表面およ
び最大曲げモーメントを受ける部分の外表面に１Ｌ均粒
径１０００ｇの酸化アルミニウムを被着形成したＰＣ緊
張材を使用した（第５図）。

この試料ｍを上記試験方法により行ったところ、第６図
符合■で示すように前記試料Ｉとほぼ同様の結果が得ら
れた。

以上の実験結果から、ＰＣ構造物の載荷時のひび割れ幅
等の抑制作用に対しては、無４１質粉粒体を、■ＦＲＰ
ロンドロッ表＋ｆｆｉ全面にわたって被着形成する、Ｏ
Ｆ　ＲＰロッドの両端定着部の外表面および最大曲げモ
ーメントを受ける部分の外表面に被着形成する、ことに
よって達成される。

特に、■については、最大曲げモーメントを受ける部分
以外にも、ひび割れを発生させる曲げモーメントを受け
る部位が予め判定されるならば。

ＦＲＰ製ロッドの該部位に無気質粉粒体を被着形成して
ひび割れ幅の抑制作用を果しうろことは容易に＃ｌ：察
されるところである。

に述した実験結果から、無４！１質粉粒体をＦＲＰ製ロ
ッドの外表面全面に被着形成せたＰＣ用緊張材、及び無
機質粉粒体をＦＲＰ製ロンロッ両端＞ｉ！着部と少なく
とも最大曲げモーメントを受ける部分の外表面とにそれ
ぞれ被着形成したＰＣ用緊張材は、主として曲げモーメ
ントが作用するＰＣ４＃造物、遺物えば橋桁、まくら木
、浮上鉄道用ガイドウェイ構造物、軌道スラブなどの用
途に、また。

無機質粉粒体をＦＲＰ製ロンロッ両端定着部の外表面に
被着形成したＰＣ用緊張材は１例えば、コンクリート杭
、地中壁、コンクリ−１・製電柱などの用途に途してい
る。

以に述べたように、本発明はＦＲＰ製ロッドの外表面に
無機質粉粒体を合成樹脂接着層を介して被着形成したＦ
ＲＰ製ＰＣ用緊張材で、該Ｐ　Ｃ１１１緊張材の外表面
は該無機質粉粒体の微細な凹凸面部を備え、しかも該凹
凸面部は無材質粉粒体の地がそのまま表面に露出してい
る構成であるから、コンクリ−１・との０着および機械
的噛みつきが良好にｆｉわれ、可及的にコンクリート構
造物の端部まで大きなプレストレス力を導入することが
できるものである。

また、）已として曲げモーメントが作用するＰＣ構造物
におい″て発生するコンクリートのひび割れに対しても
、該ロッド外表面に被着された無機質粉粒体の微細な凹
凸面部とコンクリートとの何着がト分行われているため
、荷重の増加に伴うコンクリートのひび割れ幅の増大、
ひび割れ長さの成長を抑制することができるもので、Ｆ
ＲＰ製緊製材張材途を大幅に拡大するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す繊維強化合成樹脂！Ｖ緊
張材の立体図、第２図は第１図の部分拡大断面図　ｉ３
図はプレストレストコンクリート構造物を示す断面図、
第４図は実験結果を示すグラフ、第５図は本発明の他の
実施例を示すでｍ維強化合成樹脂製緊張材の立体図、第
６図は実験結果を示すグラフである。 ｌ・・・・・・繊維強化合成樹脂製ロッド　２・・・・
・・合成樹脂接着層　３・・・・・・無機質粉粒体特許
出願人　日本国有鉄道 オイレス工業株式会社 代理人　５ｒ理士　池ｌ］Ｊ　仁士

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、棒状あるいは線状の繊維強化合成樹脂製緊張材の外
   表面に合成樹脂接着層を介して無機質粉粒体が被着形成
   されてなることを特徴とするプレスＩ・レストコンクリ
   −Ｉ・用緊張材。 ２、無機質粉粒体は、合成樹脂接着層を介してＭｌ　＊
   Ｌ強化合成樹脂製緊張材の外表面全面に被着形成されて
   なる特、１１請求の範囲第１項に記載のプレスｉ・レス
   トコンクリート用緊張材。 ３、無機質粉粒体は、合成樹脂接着層を介して繊維強化
   合成樹脂製緊張材の両端定着部の外表面に被７１′形成
   されてなる４、鴇；１請求の範囲第ｉ　ｘｓ＋に記載の
   プレス！・レストコンクリート４、無機γ′ｌ粉粒体は
   、繊維強化合成樹脂製緊張材の１・ｆす端定着部の外表
   面および少なくとも最大曲げモーメントの影響を受ける
   部分の外表面にそれぞれ合成樹脂接着層を介して被着形
   成されてなる特許請求の範囲ｆＪＳ１項に記載のプレス
   トレストコンクリート用緊張材。 ５、無機質粉粒体は，炭化珪素，酸化アルミニウム、二
   酸化珪素、ガラス、ステンレス鋼から選択される粉粒体
   である特許請求の範囲第１ｓｎないし第４項のいずれか
   の項に記載のプレス！・レストコンクリート用緊張材。