(57)【要約】    【課題】長手方向に曲げる必要のある補強場所に使用でき、強化繊維の蛇行を生じることが無く、樹脂の含浸工程が不要で、構造材と補強材との間に大きなボイドが生じることがない繊維強化プラスチックシートを提供すること。    【解決手段】強化繊維を少なくとも経糸として織加工もしくは編加工によりシート状とし、樹脂を含浸させてなる繊維強化プラスチックシートであって、該経糸間に通気性のある隙間が設けられ、該隙間の通気量が５〜４０ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃであり、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積が１２〜３００Ｎ・ｍｍであることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を少なくとも経糸として織加工もしくは編加工によりシート状とし、樹脂を含浸させてなる繊維強化プラスチックシートであって、該経糸間に通気性のある隙間が設けられ、該隙間の通気量が５〜４０ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃであり、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積が１２〜３００Ｎ・ｍｍであることを特徴とする繊維強化プラスチックシート。
【請求項２】
該樹脂が柔軟性のある高分子化合物であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチックシート
【請求項３】
該経糸の８０％重量以上が経糸を横切る方向に切断端を有すると共に、その切断端を有する経糸の長さが１０〜３００ｍｍの有限長であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の繊維強化プラスチックシート。
【請求項４】
１箇所あたりの切断端の長さが、該経糸の平均糸幅の５〜１５倍であることを特徴とする請求項３に記載の繊維強化プラスチックシート。
【請求項５】
経糸の目付が１００〜１，０００ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばコンクリート等の構造物の補強を図るときに特に曲面に用いて好適な繊維強化プラスチックシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
土木や建築の分野において、既存のコンクリート等の構造物の補強に、長繊維からなる強化繊維を一方向あるいは多方向に配列して固定したシート状の繊維補強材を、施工現場において樹脂を含浸させながら構造物に貼り付け、樹脂を硬化させて繊維強化プラスチックを成型する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
構造物の補強を行う場合に、その補強効果を有効に得るためには、繊維強化プラスチックを形成している強化繊維が直線をなすようにして該繊維補強材を構造物に貼り付ける必要がある。従って、可撓性のある前記繊維補強材を用いる場合には、強化繊維を蛇行せずに貼る付けるための技量を必要とする。また、前記強化繊維に樹脂を含浸させなければならなく、該繊維補強材を構造物の表面に貼る付けるための接着剤としての樹脂の塗布に加えて、強化繊維への樹脂の含浸工程をも必要とする。
【０００４】
これに対して、強化繊維に予め樹脂を含浸・硬化させた長尺状の複数の繊維強化樹脂成型体を、間隔を置いて並列させると共に、隣接する繊維強化樹脂成型体の長さ方向の側辺部同士を可撓性材料による連結片によって連結した補強材がある（例えば、特許文献２参照）。この補強材による補強工法であれば、貼り付け作業に伴う強化繊維の蛇行を生じることもなく、現場における強化繊維への樹脂の含浸工程も不要となる。さらに複数の繊維強化樹脂成型体を間隔を置いて並列させることにより構造物と補強材との間のボイドも生じることがない。
【０００５】
このような補強材を製造する場合は、中間材料として繊維強化樹脂成形体を成形するが、樹脂を含浸させることにより曲げ剛性が大きくなり、巻き径が大きくなると共に、ゼンマイのように展張力が常に作用するため、取り扱いに注意が必要である。これを注意しながら多数並べて連結片によって連結するため、製造が煩雑となる。
【０００６】
また、強化繊維に樹脂を含浸・硬化させたとともに、ボイドを抑制するために繊維強化樹脂成型体を間隔を置いて並列させた構成であり、間隔を置いた分だけ、補強材の厚みも厚くなることにより、補強材の曲げ剛性が高くなり、よって補強材を長手方向に曲げながらの施工が困難になる。このため、補強材の用途は、例えば、床版の下面や梁の下面に直線的に施工することにより床版などの曲げ剛性を上げる等の曲げ補強に限定され、柱の周囲に巻き付けてせん断耐力の向上を図るせん断補強には用いることが困難である。
【０００７】
そのため、せん断補強用途には従来どおり、シート状の繊維補強材を施工現場において樹脂を含浸させながら構造物に貼り付ける施工が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０３−２２４９０１号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、簡便に製造ができ、柱の巻き立ての様な補強材を長手方向に曲げる必要のある補強場所に使用でき、貼り付け作業に伴う強化繊維の蛇行を生じることが無く、また、構造物の表面に貼り付けるときに樹脂の含浸工程が必要でなく、しかも構造材と補強材との間に大きなボイドが生じることがない構造物の補強材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。すなわち本発明は、
（１）強化繊維を少なくとも経糸として織加工もしくは編加工によりシート状とし、樹脂を含浸させてなる繊維強化プラスチックシートであって、該経糸間に通気性のある隙間が設けられ、該隙間の通気量が５〜４０ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃであり、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積が１２〜３００Ｎ・ｍｍであることを特徴とする繊維強化プラスチックシート。
（２）該樹脂が柔軟性のある高分子化合物であることを特徴とする（１）に記載の繊維強化プラスチックシート
（３）該経糸の８０％重量以上が経糸を横切る方向に切断端を有すると共に、その切断端を有する経糸の長さが１０〜３００ｍｍの有限長であることを特徴とする（１）または（２）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックシート。
（４）１箇所あたりの切断端の長さが、該経糸の平均糸幅の５〜１５倍であることを特徴とする（３）に記載の繊維強化プラスチックシート。
（５）経糸の目付が１００〜１，０００ｇ／ｍ２であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックシート。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の繊維強化プラスチックシートによれば、構造物の特に曲面に対し、効率良く補強を図ることができる。ここで言う構造物とは、鉄筋コンクリート構造物や、木造構造物、鋼構造物などが挙げられる。また、曲面としては、柱や、脚、梁、桁のせん断補強や、トンネル内面などが挙げられる。本発明の繊維強化プラスチックシートの利点を列挙する。
【００１２】
（１）本発明の繊維強化プラスチックシートは、強化繊維を経糸としてシート状にしたものを中間基材としており、樹脂を含浸していないため曲げ剛性も低く、ゼンマイのような展張力も作用しないため、取り扱いが容易であり、製造も簡便となる。
【００１３】
（２）本発明の繊維強化プラスチックシートは、予め樹脂を含浸し、硬化しているため、施工現場での樹脂含浸が不要となり、貼り付け作業に伴う強化繊維の蛇行を生じることがなく、その補強効果を有効に得ることができる。
【００１４】
（３）本発明の繊維強化プラスチックシートは、通気性のある隙間を有するため、構造物と補強材との間に残存する空気を抜くことが容易となる。
【００１５】
（４）本発明の繊維強化プラスチックシートは、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積が１２〜３００Ｎ・ｍｍであるため、構造物が曲面であっても追従し、貼り付けることができるため、せん断補強やトンネル内面補強に用いることが可能となる。
【００１６】
（５）本発明の繊維強化プラスチックシートは、わざと屈曲点を分散し設けることにより最低限の物性低下で曲面への施工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係わる繊維強化プラスチックシートを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例２に係わる繊維強化プラスチックシートを示す平面図である。
【図３】図２の繊維強化プラスチックシートを構成する経糸の断面を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係わる繊維強化プラスチックシートの接着状況時を示す斜視図である。
【図５】図４の接着状況を示す断面図である。
【図６】本発明の繊維強化プラスチックシートによる重ね合わせ継ぎ手部を示す断面図である。
【図７】本発明の繊維強化プラスチックシートの製造工程の一例を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の強化繊維プラスチックシートは、強化繊維を経糸として織加工もしくは編加工によりシート状として樹脂を含浸させたものであり、図１に示すように、経糸間に通気性のある隙間を有し、その通気量が５〜４０ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃであり、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積が１２〜３００Ｎ・ｍｍであることを必須とする。そうすることで良好な施工性と効果的な補強効果を発揮できる。
【００１９】
通気量は、ＪＩＳ Ｌ １０９６（１９９９）で規定するフラジール形法に基づいて測定され、通気量が５ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃ未満であると、施工面と該強化繊維プラスチックシートの間に空気が残存しやすく、４０ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃを超えると、強化繊維の量を減らす必要があり、効果的な補強効果が得られない。
【００２０】
ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積を３００Ｎ・ｍｍ以下とすることにより、柱の出隅のような曲面形状の施工対象に対しても、曲面に沿わせて容易に湾曲させながら施工することができる。逆に３００Ｎ・ｍｍを超えると、曲面に沿わせることが難しくなるだけでなく、厚みが大きくなる傾向にあるため、端部の重ね合わせ継ぎ手部で段差が大きくなり、応力集中により破壊の起点となりやすい。
【００２１】
一方、１２Ｎ・ｍｍ未満であると、十分な補強効果を得るためには、繊維強化プラスチック板を多く積層することが必要になる。すると、繊維強化プラスチック板の積層作業に手間がかかって作業性が悪くなる。また、繊維強化プラスチック板の積層は、接着面の汚れによる付着強度の低下や、接着剤の硬化不良など、施工不良が発生する可能性が高く、積層数を増やすことは施工品位確保の面からも好ましくない。
【００２２】
ここでヤング係数は、ＪＩＳ  Ａ１１９１（２００４）に基づく引張試験により経糸方向について測定した値である。また、単位幅あたりの断面２次モーメントは、ＪＩＳ  Ａ１１９１（２００４）に定義される次式を用いて算出することができる。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
ここで、「幅」は単位幅１ｍｍとし、「厚さ」は試験片の断面積を同様に定義される試験片の平均幅で割った数値として、上式から単位幅あたりの断面２次モーメントを算出した。
【００２５】
強化繊維プラスチックシートの経糸は、長さ方向に引き揃えてある糸条よりなり、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ＰＢＯ（ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの高強度繊維が経糸として使用される。またこの経糸は、２種類以上のハイブリッドにしたものであっても良い。特に軽量で現場施工性に優れ、しかも、決して錆びることのない、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維等の高強度、高弾性率な経糸が好ましく、中でも、比強度、比弾性率の高い炭素繊維が好適である。
【００２６】
また、緯糸は形状を保持できればよく、ガラス繊維や有機繊維を用いることができる。有機繊維はアラミド繊維、ポリエステル繊維などを用いることが出来るがこれに制限するものではない。
【００２７】
強化繊維プラスチックシートに含浸させる樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される。中でも、耐候性や接着性に優れるエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。なお、使用環境によっては、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【００２８】
さらには柔軟性のある高分子化合物を樹脂としても用いると、得られる強化繊維プラスチックシートの曲げ剛性を低くすることが可能となり、曲面への施工が容易となるためより好ましい。このような高分子化合物としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、水系、溶剤系、非溶媒系のいずれであってもよく、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、シリコーン樹脂、合成ゴム、および天然ゴムなどのエラストマーやゴムが挙げられるが、なかでも、ウレタン系樹脂やシリコーン系のエラストマーが最も好ましい。
【００２９】
また、柔軟性のある高分子化合物には、樹脂加工シートの耐久性、耐薬品性を上げる為に架橋剤を混合することができる。機能性、加工性、柔軟性を考慮し、紫外線吸収剤、難燃剤、可塑剤を添加することもできる。また、着色や表面の粘着性を考慮し、顔料や粘着防止剤を添加することもできる。
【００３０】
上記のように構成された強化繊維プラスチックシートは、例えば図７に示すように、経糸が強化繊維で構成され、織機もしくは編機で織編加工したシート状の強化繊維布帛８を、樹脂バス９に満たした未硬化樹脂の液中に浸漬して経糸に未硬化樹脂を含浸させ、ついでロール１０、もしくはナイフコーターやパイプコーター、スリットなどを用いて余分な未硬化樹脂を掻きとって未硬化樹脂の含浸量を均一にした後、エアーブロー１１により強化繊維布帛の経糸間に通気性のある空隙を形成し、硬化炉１２により乾燥および／または熱処理することを特徴とする。
【００３１】
強化繊維布帛と樹脂との比率は、質量基準で７０：３０〜４０：６０であるのが好ましい。例えば、強化繊維布帛が炭素繊維織物である場合であって、該炭素繊維織物が、目付け２００ｇ／ｍ２の炭素繊維織物である場合には、樹脂量が８５〜３００ｇ／ｍ２（炭素繊維織物と樹脂量の比率 ７０：３０〜４０：６０）が好ましく、さらに好ましくは１３３〜２００ｇ／ｍ２（炭素繊維織物と樹脂量の比率 ６０：４０〜５０：５０）である。３００ｇ／ｍ２より多いと、通気性のある空隙が形成されにくくなる恐れがあり、また８５ｇ／ｍ２より少ないと経糸内に樹脂が充分に含浸せず、引張強度が低下する恐れがある。
【００３２】
図２に示すように、経糸の一部に、経糸を横切る方向に切断端を所定の間隔で設けておくと、経糸の長手方向には屈曲しにくい強化繊維プラスチックシートにわざと屈曲部分を設けることができ、図４に示すように、柱の隅部などの曲面への施工が容易となる。切断端を設ける経糸の比率が大きいほど、曲げ剛性が低くなり、曲面への施工が容易となるため、切断端を有する経糸の比率は８０％重量以上であることが好ましい。この比率は、例えば経糸間の緯糸を全て切断し、経糸を切断端のあるものと無いものに分け、それぞれの重量を測定し、全経糸重量に対する切断端のある経糸重量の比率として計算することが出来る。
また切断端同士の間の長さは１０〜３００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは経糸の平均糸幅の５〜１５倍である。例えば、経糸の平均糸幅が４ｍｍである場合は、切断端を有する経糸の長さは２０〜６０ｍｍが好ましい。切断端を有する経糸の長さが３００ｍｍより長くなると曲面への施工性が悪くなり、１０ｍｍ未満であると構造物の補強効果が著しく低下する。
【００３３】
このような切断端を得る方法としては、例えば台板中に切断端の配置パターンと同一な刃を支持固定する細溝を彫り、この細溝中に切刃を埋め込んだ、いわゆる抜き型を作製し、この抜き型をクランクプレスまたは油圧プレスに装着し、抜き型の下に繊維強化布帛を置き、打ち抜く方法などを用いることができる。
【００３４】
切断端の深さは、経糸が完全に切断される深さであっても良いが、完全に切断されていなくても、曲面への施工性に問題が無ければよく、図３に示すように経糸の厚み方向の５０％以上が切断されていれば良い。５０％未満の場合は、強化繊維プラスチックシートが屈曲しにくくなり、曲面への施工性が十分でなくなる。
【００３５】
また、経糸直交方向の切断端の位置は集中していると破壊の起点となるため、適度に分散している方が好ましい。
【００３６】
本発明の繊維強化プラスチックシートは、幅が２００〜１，０００ｍｍに成形してなることが重要である。幅が２００ｍｍ未満であると、広範囲のコンクリート部材表面に対する補強の施工効率が悪くなる。一方、幅が１，０００ｍｍを超えると、施工時の取り扱い性が悪くなり、また接着剤も偏在しやすく、付着強度が低下して補強効果が発揮されにくい傾向にある。
【００３７】
また、強化繊維布帛の目付は、１００〜１，０００ｇ／ｍ２であるのが好ましい、目付が１，０００g／ｍ２を超えると曲面に沿わせることが難しくなるだけでなく、厚みが大きくなる傾向にあるため、図６に示すとおり、端部の重ね合わせ継ぎ手部７で段差が大きくなり、応力集中により破壊の起点となりやすい。一方、１００ｇ／ｍ２未満であると、十分な補強効果を得るためには、繊維強化プラスチック板を多く積層することが必要になる。すると、繊維強化プラスチック板の積層作業に手間がかかって作業性が悪くなる。
【００３８】
本発明の繊維強化プラスチックシートを用いてコンクリート等の構造物の補強を行なう手順としては、例えば次の通りである。補強対象の施工面の下地処理として、補強前の構造物の表面を研磨して汚れや劣化した部分を取り除き、断面欠損やひび割れがある場合はあらかじめ補修しておく。その後、パテ性状の接着剤を塗布し、これが硬化する前に繊維強化プラスチックシートを装着させる。繊維強化プラスチックシートは、その端部から順に接着剤塗布面に押し当てて、気泡の残留を防ぎながら接着させることが好ましい。それでも気泡が残留した場合には、繊維強化プラスチックシートの上からローラーなどで空気を押し出すことが好ましい。繊維強化プラスチックシートを装着させたら、接着剤が硬化するまで気温および湿度に注意しながら養生を行なう。これを必要層数繰り返し行い、最後に必要に応じて、塗装、モルタル塗布などの仕上げを行う。パテ性状の接着剤としては、無機モルタル、ウレタン接着剤、アクリル接着剤、エポキシ接着剤などが挙げられるが、なかでも、エポキシ接着剤が力学性能、耐久性に優れ、最も好ましい。
【００３９】
なお、使用する接着剤と構造物表面との間には、必要に応じて、プライマーを塗布して接着力を高めたり、パテを塗布して不陸修正を行なったりする。
【実施例】
【００４０】
＜実施例１＞
経糸に引張強度４．９ＧＰａ、ヤング係数２３５ＧＰａの東レ製炭素繊維（商品名：トレカＴ７００Ｓ）、緯糸に、ポリエステル繊維（融点２６０℃、繊度５５ｄｔｅｘ）を用いて、経糸密度が２．５本／ｃｍ、よこ糸密度が３本／ｃｍである一方向性織物（炭素繊維目付２００ｇ／ｍ２）を製織した。この一方向織物にシリコンゴム（信越シリコーン製“Ｓ４５”）を均一に２００ｇ／ｍ２塗布し、脱泡ローラーで樹脂を繊維内に含浸させた後、エアーガンにより余分な樹脂を除去し、経糸間に通気性のある隙間を形成した状態で樹脂を硬化させ、図１に示す繊維強化プラスチックシートを得た。このようにして得られた繊維強化プラスチックシートの通気量は２７ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃ、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積は２７Ｎ・ｍｍ、幅は２５０ｍｍであった。
【００４１】
１辺が５０ｃｍ、出隅部のＲが３０ｍｍ、高さ３ｍのコンクリート柱の表面をディスクサンダーでケレンし、エアーブロワーで清掃した後に、エポキシ接着剤（(株)日本シーカ製“シーカデュア（登録商標）３０”）を塗布量１ｋｇ/ｍ２で塗布して、炭素繊維の方向が周方向になるように、繊維強化プラスチックの端部から押し当てるように接着を行なった。経糸間の隙間より浸みだした接着剤は、ゴムヘラで表面に塗り伸ばした。接着剤硬化後に打音により繊維強化プラスチックシートの接着状況を確認したところ、繊維強化プラスチックの全面が接着されていることが確認された。
＜実施例２＞
実施例１の一方向織物に経糸６本の内、５本の割合で、経糸方向に３０ｍｍ間隔で、幅４ｍｍの切込みを刃物をもちいて千鳥状に形成した後、実施例１と同様の手順で図２に示す繊維強化プラスチックシートとした。切り込みの形状は図３の通りである。通気量と断面２次モーメントの積は実施例１と同じである。
【００４２】
これを実施例１と同じコンクリート柱の表面をディスクサンダーでケレンし、エアーブロワーで清掃した後に、エポキシ接着剤（(株)日本シーカ製“シーカデュア（登録商標）３０”）を塗布量１ｋｇ/ｍ２で塗布して、炭素繊維の方向が周方向になるように、繊維強化プラスチックの端部から押し当てるように接着を行なった。経糸間の隙間より浸みだした接着剤は、ゴムヘラで表面に塗り伸ばした。接着剤硬化後に打音により繊維強化プラスチックシートの接着状況を確認したところ、繊維強化プラスチックの全面が接着されていることが確認された。
＜比較例１＞
実施例１と同じ一方向性織物（炭素繊維目付２００ｇ／ｍ２）に、常温硬化のエポキシ樹脂を均一に２００ｇ／ｍ２塗布し、脱泡ローラーで樹脂を繊維内に含浸させた後、そのまま硬化させた。このようにして得られた繊維強化プラスチックシートは空隙のない板状、すなわち通気量は０ｃｃ／ｃｍ３・ｓｅｃであり、ヤング係数と単位幅あたりの断面２次モーメントの積は２７Ｎ・ｍｍ、幅は２５０ｍｍであった。
【００４３】
１辺が５０ｃｍ、出隅部の曲率半径Ｒ＝８０ｍｍ、高さ３ｍのコンクリート柱の表面をディスクサンダーでケレンし、エアーブロワーで清掃した後に、エポキシ接着剤（(株)日本シーカ製“シーカデュア（登録商標）３０”）を塗布量１ｋｇ/ｍ２で塗布して、炭素繊維の方向が周方向になるように、繊維強化プラスチックの端部から押し当てるように接着を行なった。接着剤硬化後に打音により繊維強化プラスチックシートの接着状況を確認したところ、一部で浮き音が確認され、およそ２０％が接着されずに浮いていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の繊維強化プラスチックシートは、柱や橋脚、梁、桁など土木建築の構造物の補修補強に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１：繊維強化プラスチックシート
２：樹脂を含浸させた経糸
３：緯糸
４：切断端
５：エポキシ接着剤
６：コンクリート柱
７：重ね継ぎ手部
８：強化繊維布帛
９：樹脂バス
１０：ロール
１１：エアーブロー
１２：加熱炉
【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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