(57)【要約】【課題】ポリウレア樹脂の力学的特性を活かして、構造物を地震等に起因する振動から保護する。【解決手段】構造物の表面に形成される塗膜としての耐震補強材は、ポリイソシアネートを含む第一の溶液と、ポリアミンを含む第二の溶液と、を反応させる二液硬化型のポリウレア樹脂を含み、第一の溶液は、第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％の鱗片状顔料を含み、第二の溶液は、第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％の鱗片状顔料を含む。【選択図】図２
2020020166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面に塗布されることにより該構造物の耐震性能を向上させる耐震補強材であって、
ポリイソシアネートを含む第一の溶液と、ポリアミンを含む第二の溶液と、を反応させる二液硬化型のポリウレア樹脂を含み、
前記第一の溶液は、該第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％の鱗片状顔料を含み、
前記第二の溶液は、該第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％の鱗片状顔料を含むことを特徴とする耐震補強材。
【請求項２】
前記第一の溶液の総質量に対する前記鱗片状顔料の含有率と前記第二の溶液の総質量に対する前記鱗片状顔料の含有率が同等であることを特徴とする請求項１に記載の耐震補強材。
【請求項３】
前記鱗片状顔料は４５μｍふるい残分が３０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震補強材。
【請求項４】
前記鱗片状顔料はマイカであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の耐震補強材。
【請求項５】
前記第一の溶液は有機リン系難燃剤を０〜１０質量％含み、前記鱗片状顔料と該有機リン系難燃剤の合計量は前記第一の溶液の総質量に対して３０質量％以下、且つ、該有機リン系難燃剤の含有率は前記鱗片状顔料の含有率よりも少なく、
前記第二の溶液は有機リン系難燃剤を１〜１０質量％含み、前記鱗片状顔料と該有機リン系難燃剤の合計量は前記第二の溶液の総質量に対して３０質量％以下、且つ、該有機リン系難燃剤の含有率は前記鱗片状顔料の含有率よりも少ないことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の耐震補強材。
【請求項６】
前記第一の溶液の総質量に対する前記有機リン系難燃剤の含有率と前記第二の溶液の総質量に対する前記有機リン系難燃剤の含有率が同等であることを特徴とする請求項５に記載の耐震補強材。
【請求項７】
前記有機リン系難燃剤は、ペンタエリスリトールジホスホネート化合物であることを特徴とする請求項５又は６に記載の耐震補強材。
【請求項８】
構造物の表面に塗布されることにより該構造物の耐震性能を向上させる耐震補強層の形成方法であって、
ポリイソシアネートを含む第一の溶液を生成する第一の工程と、
ポリアミンを含む溶液に鱗片状顔料を添加した第二の溶液を生成する第二の工程と、
前記第一の溶液と前記第二の溶液とを衝突混合により前記構造物の表面に吹き付けて前記耐震補強層を形成する工程と、を有することを特徴とする耐震補強層の形成方法。
【請求項９】
前記第一の溶液は、該第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％の前記鱗片状顔料を含み、
前記第二の溶液は、該第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％の前記鱗片状顔料を含むことを特徴とする請求項８に記載の耐震補強層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木構造物や建築構造物等の構造物の表面にポリウレア樹脂を含む耐震補強層を形成することにより、地震等に起因する振動に対する構造物の振動減衰性能を向上させる耐震補強材、及び耐震補強層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木構造物や建築構造物等の構造物を地震動から保護するために、これらの構造物においては種々の対策が講じられている。
特許文献１には、ラーメン構造の建築物の架構の構面に鋼材からなる耐震補強枠を設置したコンクリート造建築物が記載されている。特許文献１には、建築物の躯体が破壊されても架構の形状を維持することを目的として躯体の表面に補強塗膜としてポリウレア樹脂を塗布すること、炭素繊維シートやアラミド繊維シートを躯体の表面に貼付して建築物の耐力を増強させること、及び、繊維シートの表面にポリウレア樹脂からなる補強塗膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４７５１２公報
【特許文献２】特開２０１７−４０１１９公報
【特許文献３】特許第４０６１３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポリウレア樹脂は、ポリイソシアネートとポリアミンとを化学反応させることにより得られる樹脂である。ポリウレア樹脂は強靱な物性を有することから、船舶、床、天井等のコーティング材（特許文献２）、ペンタゴンの防爆対策等に用いられている。また、ポリウレア樹脂は、コンクリート製高架橋の補修（特許文献３）にも用いられている。
特許文献１には、ポリウレア樹脂の引張強度及び伸び性能に基づく変形抵抗により、躯体の変形量を小さくできることも記載されているが、制振性や耐震性を向上させる目的でポリウレア樹脂を構造物に適用した事例は少ない。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、ポリウレア樹脂の力学的特性を活かして、構造物を地震等に起因する振動から保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の耐震補強材は、構造物の表面に塗布されることにより該構造物の耐震性能を向上させる耐震補強材であって、ポリイソシアネートを含む第一の溶液と、ポリアミンを含む第二の溶液と、を反応させる二液硬化型のポリウレア樹脂を含み、前記第一の溶液は、該第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％の鱗片状顔料を含み、前記第二の溶液は、該第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％の鱗片状顔料を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、鱗片状顔料を予め第一の溶液と第二の溶液の少なくとも一方に添加するので、耐震補強材中で鱗片状顔料が均一に分散し、耐震性能を効果的に発揮することができ、構造物を地震等に起因する振動から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】制振構造モデルを示す図であり、（ａ）は拘束型の制振構造モデルを示し、（ｂ）は非拘束型の制振構造モデルを示す図である。
【図２】ポリウレア樹脂を対象物に吹き付ける吹付装置の一例を示す模式図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、静的曲げ載荷試験の概要を示す図である。
【図４】自由振動実験の概要を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、自由振動実験に用いた試験体の概要を示す長手方向側面図及び短手方向側面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、自由振動実験に用いた各試験体の時間−加速度関係曲線を重ね合わせて表示した図である。
【図７】（ｃ）、（ｄ）は、自由振動実験に用いた各試験体の時間−加速度関係曲線を重ね合わせて表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【０００９】
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態は、構造物の表面に添加剤を含むポリウレア樹脂を塗布して非拘束型の耐震補強層を形成することにより、構造物の耐震性能を向上させる点に特徴がある。
【００１０】
＜補強対象＞
本発明に係る耐震補強材は、ポリウレア樹脂を塗布可能な材料により構成される土木、建築分野の各構造物、及び各構造物を構成する材料に適用することができる。ポリウレア樹脂を塗布可能な材料としては、鋼材、コンクリート、レンガ、木材等を例示することができる。このような材料を用いた構造物としては、風力発電装置では、そのコンクリート基礎や、円筒状の鋼材からなるタワーを挙げることができる。また、本発明に係る耐震補強材の適用対象には、送電用鉄塔や鉄骨系ハウジングの各部、或いはブロック塀等、種々の構造物を例示できる。
例えば、円筒状の鋼材からなる風力発電装置のタワーの表面に耐震補強層を形成する場合、耐震補強層はタワーの内外両面に形成されることが望ましいが、外面と内面の何れか一方の面に形成されてもよい。
【００１１】
＜ポリウレア樹脂、及び添加剤＞
ポリウレア樹脂は、ポリイソシアネートと活性水素を持つアミン化合物（ポリアミン）を衝突混合させて化学反応させることにより得られる、ウレア結合を有する合成樹脂である。
ポリウレア樹脂は、超速硬化、強靱な物性（高い引裂強度・引張強度・伸び性・追従性、耐候性、耐腐食性等）が特徴であり、船舶やトラック、建築物の床や天井などのコーティング材や、ペンタゴンの防爆対策として用いられている。
構造物の表面に塗布される塗膜としての耐震補強材は、ポリイソシアネートを含む第一の溶液と、ポリアミンを含む第二の溶液と、を反応させる二液硬化型のポリウレア樹脂を含む。
ポリウレア樹脂には、各種の添加剤（機能性フィラー）が添加される。
第一に、ポリウレア樹脂には、制振性能及び耐震性能の向上を目的として４５μｍふるい残分（ＪＩＳＫ５１０１−１４−１：２００４）３０％以上の要件を具備する燐片状顔料（例えば、マイカ粉末）が添加される。鱗片状顔料の添加量は、第一の溶液（ポリイソシアネート側）の質量全体に対して０〜３０質量％、第二の溶液（ポリアミン側）の質量全体に対しては５〜３０質量％に設定される。
第二に、ポリウレア樹脂には、融点が２００℃以上の有機リン系難燃剤（例えば、ペンタエリスリトールジホスホネート化合物の粉末）が添加される。有機リン系難燃剤の添加量は、第一の溶液の質量全体に対して０〜１０質量％、第二の溶液の質量全体に対して１〜１０質量％、且つ、第一の溶液と第二の溶液共に、耐震補強材の総質量に対する有機リン系難燃剤の含有率は、マイカ粉末の含有率よりも少なくなるように設定される。また、マイカ粉末と有機リン系難燃剤の合計添加量は、第一の溶液の質量全体に対して３０質量％以下、第二の溶液の質量全体に対しては３０質量％以下に設定される。
【００１２】
＜ポリウレア樹脂と鱗片状顔料＞
図１は、制振構造モデルを示す図であり、（ａ）は拘束型の制振構造モデルを示し、（ｂ）は非拘束型の制振構造モデルを示す図である。拘束型モデル１０Ａは、高分子材料からなる制振材１１を２枚の鋼板１２、１２の間に配置した構造を有し、非拘束型モデル１０Ｂは、１枚の鋼板１２の一面に制振材１１を配置した構造を有する。各モデルに対して曲げ振動を加えた場合に、拘束型モデル１０Ａでは制振材１１のずり変形により振動エネルギーを減衰させるのに対して、非拘束型モデル１０Ｂでは制振材１１の伸び変形により振動エネルギーを減衰させる。
【００１３】
材料の制振性能を評価する指標として、ｔａｎδ（損失正接）がある。ｔａｎδは、材料の貯蔵弾性率をＥ’、損失弾性率をＥ’’としたとき、
2020020166.tif 000003
・・・式（１）
にて表される。ｔａｎδが大きいほど、制振性能が高いと評価される。
【００１４】
一般的に、拘束型モデル１０Ａの制振性能は非拘束型モデル１０Ｂよりも高いが、添加剤の添加効果は小さくなる。これは、拘束型モデル１０Ａの制振材１１中に添加剤を添加して損失弾性率Ｅ’’を増大させても、同時に貯蔵弾性率Ｅ’が増大してしまい、損失弾性率Ｅ’’の増大効果が相殺され、結果としてｔａｎδが増大しないためである。
【００１５】
一方で、非拘束型モデル１０Ｂの場合、鋼板１２の厚さをｈ１、弾性率をＥ１、制振材１１の厚さをｈ２、制振材１１の損失弾性率をＥ２’’とした場合に、損失係数η０は、
2020020166.tif 000004
・・・式（２）
にて表される。この式に示されるように、非拘束型モデル１０Ｂの場合、損失係数η０は制振材１１の損失弾性率Ｅ２’’に比例する。つまり、非拘束型モデル１０Ｂの場合は、損失弾性率Ｅ２’’を増大させれば貯蔵弾性率Ｅ’の影響を受けずに損失係数η０を増大させることができる。従って、非拘束型モデル１０Ｂの場合は、制振材１１の損失弾性率Ｅ２’’を増大させる添加剤の添加が効果的である。
【００１６】
添加剤には、鱗片状の他、針状、粒状のものが存在する。針状、粒状の添加剤と異なり、鱗片状の顔料は高分子材料中でミクロな拘束型の制振材を形成し、鱗片状顔料のもつ高弾性率とあいまってずり発熱を有効に引き起こすと考えられている。鱗片状顔料は高分子材料中でミクロな拘束型の制振材を多数形成することで、全体として高い制振性能を発揮するものと考えられている。
【００１７】
ポリウレア樹脂に添加された鱗片状顔料が制振性能を有効に発揮するためには、鱗片状顔料の粒子径が所定の範囲内にあることが必要である。本実施形態においては、ふるいの目開きを１２５μｍ以上とした場合の鱗片状顔料の残渣が２％以下、ふるいの目開きを４５μｍ〜１２５μｍとした場合の鱗片状顔料の残渣が３０％以上６０％以下の要件を具備する燐片状顔料を、ポリウレア樹脂に添加することとしている（なお、上記顔料の試験方法はJIS K 5101-14-1、ふるい目開きはJIS Z 8801-1に従ったものである）。
仮に、ふるいの目開きを１２５μｍ以上とした場合の鱗片状顔料の残渣が２％を越えると塗膜強度が著しく低下し、制振性能を損なうこととなる。また、ふるいの目開きを４５μｍ〜１２５μｍとした場合の鱗片状顔料の残渣が６０％を越えても、制振性能の向上が得られにくく、塗膜強度も低下する。更に、ふるいの目開きを４５μｍ〜１２５μｍとした場合の鱗片状顔料の残渣が３０％以下の場合には、制振効果が得られにくくなる。
【００１８】
ポリウレア樹脂に添加された鱗片状顔料に制振性能と耐震性能とを有効に発揮させるためには、鱗片状顔料を高分子材料中で均等に分散させる必要がある。
そこで、本発明においては、衝突混合させる前のポリイソシアネートとポリアミンの少なくとも一方に予め鱗片状顔料を添加するいわゆる内部混合方式を採用すると共に、鱗片状顔料が各溶液中で均等に分散するように攪拌した上で、両溶液を衝突混合させる。但し、鱗片状顔料等の添加剤を添加した後の溶液が衝突混合可能な程度の流動性を有している必要がある。本発明者は、上記流動性を確保できる鱗片状顔料の添加剤の添加率は、第一の溶液の質量全体に対して０質量％以上、３０質量％以下、第二の溶液の質量全体に対しては５質量％以上、３０質量％以下、とすることが適当であることを実験により確認している。
【００１９】
なお、ポリイソシアネートに無機顔料を配合する場合、ポリイソシアネートが顔料中に含まれる水分および湿度と反応することから、その性能の低下が懸念される。従って、ポリウレア樹脂にマイカ粉末を配合する際は、好ましくは第二溶液（ポリアミン側）に配合する。また、第一溶液（ポリイソシアネート側）に配合する場合は、第一の溶液中に脱水剤を予め添加することが好ましい。上記脱水剤の例としては、モレキュラーシーブ（結晶性アルミノケイ酸塩）が挙げられる。
例えば、吸油量６２ｍｌ／（顔料１００ｇ）の鱗片状顔料の場合、顔料間に樹脂が存在できる限界量は、計算上、第一の溶液と第二の溶液共に約６０質量％である。各溶液中で鱗片状顔料が約６０質量％を越えると顔料同士が接触してしまい、鱗片状顔料が高分子材料中でミクロな拘束型の制振材を形成できなくなるため、制振性付与効果が激減する。
更に、第一の溶液と第二の溶液を霧化し、両溶液を衝突混合させて補強対象物にポリウレア樹脂を生成する場合は、第一の溶液と第二の溶液が衝突混合可能な粘度を有している必要がある。このため、本実施形態において鱗片状顔料の配合量は、第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％、第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％とした。仮に、この量を超えると著しく粘度が上昇し、塗装時の流動性が悪くなり、霧化できなくなる。
【００２０】
＜ポリウレア樹脂と難燃剤＞
ポリイソシアネートとポリアミンに対して、鱗片状顔料と難燃剤の双方を添加する場合、鱗片状顔料と難燃剤の添加量は、構造材に与える耐震性能と難燃性能との関係に基づき最適な量に決定される。構造材に対して最大限の耐震性能を付与し、且つ必要な難燃性能を付与するためには、少量でも効果的に難燃機能を付与する材料を用いることが望ましい。また、難燃剤の製造時や燃焼時に発生するガスによる環境負荷を低減させるためには、ノンハロゲン系化合物の難燃剤を用いることが望ましい。
以上を考慮し、本発明においては、ポリウレア樹脂に対して融点が２００℃以上の有機リン系難燃剤（例えば、ペンタエリスリトールジホスホネート化合物の粉末）を添加する。有機リン系難燃剤の添加量は、第一の溶液の総質量に対して０〜１０質量％、第二の溶液の総質量に対して１〜１０質量％に設定する。
【００２１】
また、添加剤を添加した後のポリイソシアネートとポリアミンが衝突混合可能な流動性を有している必要があるため、鱗片状顔料と有機リン系難燃剤の合計量は、第一の溶液の総質量に対して３０質量％以下、第二の溶液の総質量に対して３０質量％以下に設定する。また、添加される難燃剤の総量はマイカ粉末の総量よりも少なくなるように設定する。
【００２２】
＜吹付装置＞
図２は、ポリウレア樹脂を対象物に吹き付ける吹付装置の一例を示す模式図である。
吹付装置２０は、ポリイソシアネートとポリアミンを衝突混合させてミスト状にして対象物に吹き付ける装置である。
吹付装置２０は、ポリイソシアネートを含む第一の溶液を収容した第一タンク２１ａ、ポリアミンを含む第二の溶液を収容した第二タンク２１ｂ、第一タンク２１ａから第一の溶液を送り出す第一ポンプ２２ａ、第二タンク２１ｂから第二の溶液を送り出す第二ポンプ２２ｂ、各溶液に十分な圧力をかけて所定量を送り出す高圧定量ポンプ２３、輸送される各溶液を加熱するヒータ２４、各溶液の温度を保持するヒータ付ホース２５、及び、両溶液を衝突混合させてミスト状態で射出するスプレーガン２６を備えている。また、吹付装置２０は、高圧定量ポンプ２３を制御して両溶液の混合割合を可変させたり、ヒータを制御して加熱温度等を可変させる反応制御装置等も備えている。
第一タンク２１ａには、ポリイソシアネートに対して添加剤が所定の割合で添加された第一の溶液が収容される。また、第二タンク２１ｂには、ポリアミンに対して添加剤が所定の割合で添加された第二の溶液が収容される。各溶液は、添加剤が各溶液中で均等に分散するように攪拌された状態で収容される。なお、第一タンク２１ａと第二タンク２１ｂは、収容された各溶液を攪拌する攪拌装置を夫々備えてもよい。この場合、攪拌装置は各溶液を連続的又は断続的に攪拌するように動作し、各溶液は添加剤が均等に分散された状態に維持される。
【００２３】
第一タンク２１ａと第二タンク２１ｂに収容された第一の溶液と第二の溶液は、それぞれ第一及び第二ポンプ２２ａ、２２ｂにより送液され、高圧定量ポンプ２３により所定の圧力に加圧されて所定量が送り出される。両溶液は、ヒータ２４により所定の温度に加熱されヒータ付ホース２５により所定の温度に保持されたままスプレーガン２６に送られる。スプレーガン２６は、両溶液を衝突混合させると共に、ミスト状にして射出する。両溶液は化学反応により添加剤を含むポリウレア樹脂を生成し、吹付対象物の表面において固化し、塗膜状の耐震補強材を形成する。
【００２４】
ここで、第一の溶液と第二の溶液の容積比（第一の溶液／第二の溶液）は、６５／１３５〜１０５／９５、好ましくは、９０／１１０〜１０５／９５に設定される。両溶液の混合割合は容積比で略１対１になるように設定されるのが合理的である。しかし、マイカ及び難燃剤を塗装直前に第二の溶液のみに現場で配合するような場合には、第一の溶液と第二の溶液の混合割合が略１対１とはならない場合もあり得る。
【００２５】
〔試験〕
以下、添加剤の添加効果を確認するために行った各試験について説明する。
＜試験１：静的曲げ載荷試験＞
静的曲げ載荷試験では、樹脂塗膜の形成条件が異なる複数の試験体を用意し、曲げ剛性がどのように変化するかを検討した。
図３（ａ）、（ｂ）は、静的曲げ載荷試験の概要を示す図である。
図３（ａ）に示すように、載荷装置３０には、２００ｔ万能試験機（アムスラー）を用いた。本試験では、支点間距離を１０００ｍｍとし、単純梁形式の一方向単調載荷を行った。即ち、試験体４０の長手方向の各端部を夫々ピン３１とローラ３２によって支持した上で、試験体４０中央部の２つの載荷点３３、３３に載荷し、試験体４０中央の変位（たわみ量）を棒状変位計にて測定した。計測された結果から、荷重（Ｐ）−変位（ｘ）曲線を作成し、弾性範囲の線形近似をとり、その直線の傾きから曲げ剛性（ｋ＝Ｐ／ｘ）を評価した。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、試験体４０の基材４１には、厚さ５０×幅１００×長さ１５００ｍｍのスタイロフォームを使用した。また、試験体４０には、基材４１の全面に厚さｔの樹脂塗膜４２を形成した。なお、基材４１が土木・建築分野の各構造物又はその材料に対応し、樹脂塗膜４２が構造物又はその材料の表面に形成される耐震補強層（耐震補強材）に対応する。
【００２７】
表１は、試験体一覧及びパラメータである。
【００２８】
【表１】
2020020166.tif 000005
【００２９】
表１に示すように、基材４１のみの試験体Ｓを含め、各種パラメータを変更した計７体の試験体を用意した。パラメータは、ポリウレア樹脂に添加する添加剤の種類（無し、シリカ、マイカ）、樹脂塗膜４２の厚さ（２．５ｍｍ、５．０ｍｍ）、とした。
【００３０】
本試験において、ポリウレア樹脂には、ＫａｎｓａｉＰＬＣＳｄｎＢｈｄ．社製、Ｓｕｒｅｓｅａｌ  ６９０  Ｓｐｕａ（ＰａｒｔＡ：ポリイソシアネート、ＰａｒｔＢ：ポリアミン／着色剤）を使用した。シリカ粉末には、東ソー・シリカ株式会社製、ニップシールＥ−１００９を使用した。マイカ粉末には、マスコバイト系マイカ（ＣＡＳ番号１２００１−２６−２）、密度２．８５ｇ／ｍｌ、吸油量６２ｍｌ／１００ｇ、粒子径１００μｍ以下（４５μｍふるい残分４７．５％、１２５μｍふるい残分０．５％未満）の条件を満たす物を用いた。
【００３１】
ポリウレア樹脂の塗布前に、第二の溶液（ポリアミン側）に、その総質量に対して３０質量％の添加剤を混合、攪拌して、添加剤を第二の溶液中に均一に分散させた後、第一の溶液（ポリイソシアネート側）と第二の溶液とを容積比で１対１の割合で衝突混合させて基材４１に塗布した。
【００３２】
表１には、基材のみの試験体の曲げ剛性を１．００とした場合の各試験体の曲げ剛性の増加率も示している。表１に示されるように、基材４１にポリウレア樹脂を塗布することにより、曲げ剛性ｋが上昇する。また、ポリウレア樹脂に対してシリカ粉末を添加する場合よりも、ポリウレア樹脂に対してマイカ粉末を添加した方が、曲げ剛性が大きく上昇することがわかった。即ち、基材４１に対してマイカ粉末を添加したポリウレア樹脂を塗布することで、耐震性が向上することが裏付けられた。
【００３３】
＜試験２：自由振動実験＞
自由振動実験では各種の条件が異なる複数の鋼板を用意し、振動減衰性能がどのように変化するかを検討した。
図４は、自由振動実験の概要を示す図である。
鉛直に立てた試験体５０の下端部５０ａをバイス６１で固定し、自由端とした試験体５０の上端部５０ｂに加速度計６２を取り付けた。また、試験体５０に初期変位を与えて速やかに放し、試験体５０を自由振動させて、振動を加速度計６２にて測定した。なお、全ての試験体５０に対して振動の初期加速度が同程度となるように調整しながら、振動を計測した。
【００３４】
図５（ａ）、（ｂ）は、自由振動実験に用いた試験体の概要を示す長手方向側面図及び短手方向側面図である。試験体５０の基材５１には、厚さ９×幅１００×長さ１７００ｍｍの鋼板を使用した。
図５（ａ）に示す試験体５０Ａは、基材５１と、基材５１の一面に形成された樹脂塗膜５２とを備える。図５（ｂ）に示す試験体５０Ｂは、基材５１と、基材５１の両面に形成された樹脂塗膜５２とを備える。なお、基材５１が土木・建築分野の各構造物又はその材料に対応し、樹脂塗膜５２が構造物又はその材料の表面に形成される耐震補強層（耐震補強材）に対応する。
【００３５】
表２、及び表３は、試験体一覧である。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
【表３】
2020020166.tif 000007
【００３８】
表２及び表３に示すように、基材（黒皮鋼板）のみの試験体Ｓ０を含め、各種パラメータを変更した計２５体の試験体を用意した。パラメータは、基材の種類（黒皮鋼板、ブラスト板）、ポリウレア樹脂に添加する添加剤の種類（無し、シリカ、マイカ）、樹脂塗膜の厚さ（２．５ｍｍ、５．０ｍｍ）、塗布面（片面、両面）とした。なお、ポリウレア樹脂の塗布前に、基材の表面にはプライマを塗布した。基材５１には鋼板を用いたが、表面状態の違いによる振動減衰性能への影響を評価するため、黒皮鋼板と、表面をブラスト加工したブラスト板を用意した。
【００３９】
本試験において、ポリウレア樹脂には、ＫａｎｓａｉＰＬＣＳｄｎＢｈｄ．社製、Ｓｕｒｅｓｅａｌ  ６９０  Ｓｐｕａを使用した。シリカ粉末には、東ソー・シリカ株式会社製、ニップシールＥ−１００９を使用した。マイカ粉末には、マスコバイト系マイカ（ＣＡＳ番号１２００１−２６−２）、密度２．８５ｇ／ｍｌ、吸油量６２ｍｌ／１００ｇ、粒子径１００μｍ以下（４５μｍふるい残分４７．５％、１２５μｍふるい残分０．５％未満）の条件を満たす物を用いた。
【００４０】
ポリウレア樹脂の塗布前に、第二の溶液（ポリアミン側）に、その総質量に対して３０質量％の添加剤を混合、攪拌して、添加剤を第二の溶液中に均一に分散させた後、第一の溶液（ポリイソシアネート側）と第二の溶液とを容積比で１対１の割合で衝突混合させて基材５１に塗布した。
【００４１】
図６、図７は、自由振動実験に用いた各試験体の時間−加速度関係曲線を重ね合わせて表示した図である。同時刻（例えば加振から１０秒後）における加速度（振幅）が小さいほど、振動減衰性能が高いことを意味する。
【００４２】
図６（ａ）は添加剤の種類による影響を比較する図である。基材のみ（Ｓ０）、添加剤無し（ＢＰ５．０Ｗ）、シリカ添加（ＢＰ＋Ｓ５．０Ｗ）、マイカ添加（ＢＰ＋Ｍ５．０Ｗ）を比較した。シリカ、マイカを添加した場合は、ポリウレア樹脂のみを塗布した試験体よりも減衰性能が向上した。また、減衰性能はシリカよりもマイカのほうが高いことが判明した。
【００４３】
図６（ｂ）は、塗装の厚さによる影響を比較する図である。本図では、基材のみ（Ｓ０）、２．５ｍｍ厚（ＢＰ＋Ｓ２．５Ｗ）、５．００ｍｍ厚（ＢＰ＋Ｓ５．０Ｗ）を比較した。本図から、塗装は厚い方が振動減衰性能が高いことが判明した。なお、本図ではシリカ粉末を添加した場合を比較しているが、マイカ粉末を添加した場合も同様の結果が得られると推測される。
【００４４】
図７（ｃ）は、塗装面が片面か両面かによる影響を比較する図である。本図では、基材のみ（Ｓ０）、片面塗布（ＢＰ＋Ｍ５．０Ｓ）、両面塗布（ＢＰ＋Ｍ５．０Ｗ）を比較した。塗装が両面の場合は振動減衰性能が大きく向上しているが、塗装が片面の場合は基材のみ試験体と同程度の振動減衰特性を示した。
【００４５】
図７（ｄ）は、鋼板表面の仕上げによる影響を比較する図である。本図では、基材のみ（Ｓ０）、ブラスト無し（ＳＰ＋Ｓ２．５Ｗ）、ブラスト有り（ＢＰ＋Ｓ２．５Ｗ）を比較した。本図から、鋼板表面の違いによる大きな差はないことが判明した。なお、本図ではシリカ粉末を添加した場合を比較しているが、マイカ粉末を添加した場合も同様の結果が得られると推測される。
【００４６】
以上のように、ポリウレア樹脂に添加剤を添加することにより、構造材の減衰性能が向上することが確認された。また、シリカ粉末よりもマイカ粉末の方がより高い減衰性能の向上効果があると確認された。即ち、基材５１に対してマイカ粉末を添加したポリウレア樹脂を塗布することで、制振性が向上することが裏付けられた。
特にポリウレア樹脂にマイカ粉末を添加した場合は、塗布した構造材の減衰性能だけでなく、曲げ剛性を高めることが確認された。
【００４７】
〔本発明の実施態様例と作用、効果のまとめ〕
＜第一の実施態様＞
本態様は、構造物の表面に塗布されることにより該構造物の耐震性能を向上させる耐震補強材であって、ポリイソシアネートを含む第一の溶液と、ポリアミンを含む第二の溶液と、を反応させる二液硬化型のポリウレア樹脂を含み、第一の溶液は、第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％の鱗片状顔料を含み、第二の溶液は、第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％の鱗片状顔料を含むことを特徴とする。
【００４８】
本態様に係る耐震補強材が適用される構造物は、ポリウレア樹脂を塗布可能な材料から構成される構造物であればどのようなものでもよい。例えば、構造物は、表面が鋼材、コンクリート、レンガ、木材等により構成される土木、建築分野の構造物として、風力発電装置のコンクリート基礎やタワー、送電用鉄塔や鉄骨系ハウジングの各部、或いはブロック塀等を例示できる。
耐震補強材は構造物の表面に塗布される樹脂塗膜であり、鱗片状顔料が均一に分散したポリウレア樹脂である。ポリウレア樹脂を含む樹脂塗膜としての耐震補強材は、ポリイソシアネートとポリアミンとを衝突混合させつつ構造物の表面に吹き付けることにより形成される。
ここで、ポリイソシアネートを含む第一の溶液とポリアミンを含む第二の溶液は、共に衝突混合可能な流動性を有している必要があるため、各溶液に添加される鱗片状顔料の割合には上限がある。本発明者は、鱗片状顔料の添加量は、第一の溶液の総質量に対して０〜３０質量％、第二の溶液の総質量に対して５〜３０質量％とすることが好適であることを実験により確認している。
鱗片状顔料はポリウレア樹脂中でミクロな拘束型の耐震補強材を形成すると考えられることから、鱗片状顔料はポリウレア樹脂中で均等に分散していることが望ましい。そのため、本実施態様においては、鱗片状顔料を第一の溶液と第二の溶液の少なくとも一方に対して内部混合方式により添加する。
【００４９】
以上のように、本実施態様においては、鱗片状顔料を第一の溶液と第二の溶液の少なくとも一方に添加し、鱗片状顔料が添加された両溶液を衝突混合により構造物の表面に吹き付けて樹脂塗膜としての耐震補強材を形成するので、耐震補強材中で鱗片状顔料が均一に分散し、耐震性能を効果的に発揮することができる。
【００５０】
＜第二の実施態様＞
本態様において、耐震補強材は、第一の溶液の総質量に対する鱗片状顔料の含有率と第二の溶液の総質量に対する鱗片状顔料の含有率が同等であることを特徴とする。
上述の通り、耐震性能を効果的に発揮するためには、ポリウレア樹脂中で鱗片状顔料が均一に分散している必要がある。また、鱗片状顔料の添加量に上限がある中でポリウレア樹脂に対する鱗片状顔料の含有量を高め、耐震性能を効果的に発揮するためには、第一及び第二の溶液の双方に鱗片状顔料を添加することが望ましい。
本実施態様においては、鱗片状顔料の含有率が第一の溶液と第二の溶液とで略同等となるように予め混合しておくことで、ポリウレア樹脂の全体に鱗片状顔料を均等に分散させること、及び、ポリウレア樹脂中における鱗片状顔料の含有率を高めることが可能となる。
【００５１】
＜第三の実施態様＞
第三の実施態様において、鱗片状顔料は４５μｍふるい残分が３０％以上であることを特徴とする。
鱗片状顔料の粒子径が小さすぎると、耐震性能の向上効果を望めない虞がある。本態様では、鱗片状顔料がポリウレア樹脂中でミクロな拘束型の耐震補強材を形成するに足りる粒子径として、４５μｍふるい残分が３０％以上とした。
【００５２】
＜第四の実施態様＞
第四の実施態様において、鱗片状顔料はマイカであることを特徴とする。
マイカは比較的安価で入手が容易であるため、鱗片状顔料にマイカを採用することで、本態様に係る耐震補強材を安価に提供することができる。
【００５３】
＜第五の実施態様＞
本態様において、第一の溶液は有機リン系難燃剤を０〜１０質量％含み、鱗片状顔料と有機リン系難燃剤の合計量は第一の溶液の総質量に対して３０質量％以下、且つ、有機リン系難燃剤の含有率は鱗片状顔料の含有率よりも少なく、第二の溶液は有機リン系難燃剤を１〜１０質量％含み、鱗片状顔料と有機リン系難燃剤の合計量は第二の溶液の総質量に対して３０質量％以下、且つ、有機リン系難燃剤の含有率は鱗片状顔料の含有率よりも少ないことを特徴とする。
耐震補強材を住宅等に適用する場合は、住宅等に要求される耐火基準に適合させるために、耐震補強材には難燃剤を添加することが望ましい。しかし、第一の溶液（ポリイソシアネート側）と第二の溶液（ポリアミン側）に対する添加剤の添加割合には上限があることから、難燃剤としては少量でも効果的に難燃機能を付与する材料を用いることが望ましい。また、難燃剤の製造時及び燃焼時における環境負荷を考慮すると、ノンハロゲン系化合物の難燃剤を用いることが望ましい。
そこで、本実施態様においては、難燃剤として有機リン系難燃剤を内部混合方式により、第一の溶液に対しては０〜１０質量％添加し、第二の溶液に対しては１〜１０質量％添加する。また、第一及び第二の溶液について衝突混合可能な流動性を確保する必要があることから、添加剤の総量は、第一の溶液の総質量に対して３０質量％以下、第二の溶液の総質量に対して３０質量％以下とした。更に、耐震性能を効果的に発揮するため、難燃剤は鱗片状顔料の添加率よりも少なくなるように設定する。
本態様によれば、構造物に対して耐火性能を付与することができる。
【００５４】
＜第六の実施態様＞
本態様は、第一の溶液の総質量に対する有機リン系難燃剤の含有率と第二の溶液の総質量に対する有機リン系難燃剤の含有率が同等であることを特徴とする。
本態様は第二の実施態様と同様である。即ち、有機リン系難燃剤の含有率が第一の溶液と第二の溶液とで略同等となるように予め混合しておくことで、ポリウレア樹脂の全体に有機リン系難燃剤を均等に分散させること、及び、ポリウレア樹脂中における有機リン系難燃剤の含有率を高めることができ、効果的に難燃性能を付与することができる。
【００５５】
＜第七の実施態様＞
本態様において、有機リン系難燃剤は、ペンタエリスリトールジホスホネート化合物であることを特徴とする。
本態様によれば、添加量が少量でも効果的に構造物に対して耐火性能を付与することができる。
【００５６】
＜第八の実施態様＞
本態様は、構造物の表面に塗布されることにより該構造物の耐震性能を向上させる耐震補強層の形成方法であって、ポリイソシアネートを含む第一の溶液を生成する第一の工程と、ポリアミンを含む溶液に鱗片状顔料を添加した第二の溶液を生成する第二の工程と、第一の溶液と第二の溶液とを衝突混合により構造物の表面に吹き付けて耐震補強層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
本実施態様によれば、鱗片状顔料を第一の溶液と第二の溶液の少なくとも一方に添加し、両溶液を衝突混合により構造物の表面に吹き付けて樹脂塗膜としての耐震補強材を形成するので、耐震補強材中で鱗片状顔料が均一に分散し、耐震性能を効果的に発揮することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０Ａ…拘束型モデル、１０Ｂ…非拘束型モデル、１１…耐震補強材、１２…鋼板、２０…吹付装置、２１ａ…第一タンク、２１ｂ…第二タンク、２２ａ…第一ポンプ、２２ｂ…第二ポンプ、２３…高圧定量ポンプ、２４…ヒータ、２５…ヒータ付ホース、２６…スプレーガン、３０…載荷装置、３１…ピン、３２…ローラ、３３…載荷点、４０…試験体、４１…基材、４２…樹脂塗膜、５０、５０Ａ、５０Ｂ…試験体、５０ａ…下端部、５０ｂ…上端部、５１…基材、５２…樹脂塗膜、６１…バイス、６２…加速度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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