(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面に取り付けて補強を行う補強材であって、
バサルト繊維をプレート状に形成し、
その構造物への接着面に、一つもしくは複数の角溝、アリ溝、または蛇行状の角溝、若しくはアリ溝を形成したことを特徴とする補強材。
【請求項２】
請求項１において、
厚さ０．５mm〜５．０mmの帯状に形成されていることを特徴とする補強材。
【請求項３】
請求項１において、
厚さ０．５mm〜５．０mmで直交する格子状に形成されていることを特徴とする補強材。
【請求項４】
請求項２記載の補強材を用いた構造物の補強構造であって、
長尺の構造物の表面に前記補強材を短手方向にわたって取り付け、かつ、この補強材を長手方向に所定ピッチで配置したことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項５】
請求項４において、
前記長尺の構造物の表面に前記補強材を長手方向にわたって取り付け、かつ、この補強材を短手方向に所定ピッチで配置したことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項６】
請求項５において、
短手方向と長手方向に貼付した補強材に囲まれた部分の構造体表面にバサルト繊維で形成したメッシュシートを取り付けたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項７】
既設の構造物の表面に対し、後付けで補強材またはメッシュシートを取り付けて請求項４〜６のいずれかに記載の構造物の補強構造を形成することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項８】
新設の構造物を構築する際に、新築の構造物の表面に予め補強材またはメッシュシートを取り付けて請求項４〜６のいずれかに記載の構造物の補強構造を形成することを特徴とする構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強材、構造物の補強構造及び構造物の補強方法に関し、特に、バサルト繊維を素材に用いた補強材、構造物の補強構造及び構造物の補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、構造物、例えばトンネル内面には、コンクリート等よりなる覆工（覆工コンクリート）が施され、その覆工は経年による土圧や湧水状況の変化あるいは長年の使用によってコンクリート自体が老朽化し、補修・補強が必要となってくる。
【０００３】
また、施工方法等に起因する覆工背面の空洞等もトンネル覆工の経年劣化の要因となっている。
【０００４】
このような経年変化等による覆工の機能低下を回復させる対策として、例えば特許文献１に示すようなトンネル覆工補修構造の提案がなされている。
【０００５】
このトンネル覆工補修構造では、既設のトンネル覆工内面に沿って、トンネル周方向に延びる帯状補修材を、トンネル軸線方向に所定の間隔をおいて設置固定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５４９５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このトンネル覆工補修構造にあっては、帯状補修材の材質として、鋼板や溶融亜鉛メッキ鋼板、あるいはこれに代えて炭素繊維やガラス繊維性のプレート等を採用することとしている。
【０００８】
しかし、鋼板や溶融亜鉛メッキ鋼板を用いる場合には、重量が大きく、施工性が悪く、不陸に対して対応しにくい上に、溶融亜鉛メッキという防錆処理が必要となるという問題がある。
【０００９】
炭素繊維やガラス繊維の場合は、鋼板や溶融亜鉛メッキ鋼板に比し、軽量で、施工性が良いが、熱膨張等の物性が異なるためひび割れ等が発生しやすく、炭素繊維にあっては高価であるという問題がある。
【００１０】
また、鋼板や溶融亜鉛メッキ鋼板あるいは炭素繊維にあっては、導電性があるため鉄道構造物への適用がしにくく、ガラス繊維にあっては耐熱性が低いという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、軽量で、不陸等に対する柔軟性があって、施工性が良く、安価で、絶縁性を有し、耐熱性のある補強材、構造物の補強構造及び構造物の補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）前記目的を達成するため、本発明の補強材は、構造物の表面に取り付けて補強を行う補強材であって、
バサルト繊維をプレート状に形成し、
その構造物への接着面に、一つもしくは複数の角溝、アリ溝、または蛇行状の角溝、若しくはアリ溝を形成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、バサルト繊維をプレート状に形成した補強材を構造物の表面に取り付け可能とすることにより、軽量で、不陸等に対する柔軟性があって、施工性が良く、安価で、絶縁性を有し、耐熱性のある補強材とすることができる。
【００１４】
（２）本発明においては、補強材は、厚さ０．５mm〜５．０mmの帯状に形成されているものとすることができる。
【００１５】
このような構成とすることにより、十分な補強強度を有しながら、適度な大きさで、施工性を向上させることが可能となる。
【００１６】
（３）本発明においては、補強材は、厚さ０．５mm〜５．０mmで直交する格子状に形成されているものとすることができる。
【００１７】
このような構成とすることにより、十分な補強高度を有しながら、直交する２方向での補強を容易に行うことができる。
【００１８】
（４）本発明の構造物の補強構造にあっては、（２）の補強材を用いた構造物の補強構造であって、
長尺の構造物の表面に前記補強材を短手方向にわたって取り付け、かつ、この補強材を長手方向に所定ピッチで配置したことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、構造物の短手方向にわたって取り付けた補強材を長手方向で補強状況に応じながら所定ピッチで配置していくことで、良好な補強構造を確実に得ることができる。
【００２０】
（５）本発明においては、（４）において、
前記長尺の構造物の表面に前記補強材を長手方向にわたって取り付け、かつ、この補強材を短手方向に所定ピッチで配置したものとすることができる。
【００２１】
このような構成とすることにより、（４）の状態に加えて、補強材を長手方向にわたって取り付けるため、より確実な補強構造を得ることができる。
【００２２】
（６）本発明においては、（５）において、
短手方向と長手方向に貼付した補強材に囲まれた部分の構造体表面にバサルト繊維で形成したメッシュシートを取り付けたものとすることができる。
【００２３】
このような構成とすることにより、短手方向及び長手方向に交差して取り付けられた補強材に囲まれた部分にバサルト繊維で形成したメッシュシートを取り付けることで、より一層補強効果を高めるとともに、構造物表面の剥離落下を確実に防止することができる。
【００２４】
（７）本発明の構造物の補強方法にあっては、既設の構造物の表面に対し、後付けで補強材またはメッシュシートを取り付けて（４）〜（６）のいずれかに記載の構造物の補強構造を形成することを特徴とする。
【００２５】
本発明にあっては、既設の構造物の補修・補強を確実に行うことが可能となる。
【００２６】
（８）本発明の他の構造物の補強方法にあっては、新設の構造物を構築する際に、新築の構造物の表面に予め補強材またはメッシュシートを取り付けて請求項４〜６のいずれかに記載の構造物の補強構造を形成することを特徴とする。
【００２７】
本発明にあっては、新設の構造物の補強を確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる構造物の補強構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態にかかる構造物の補強構造を示す斜視図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態にかかる構造物の補強構造を示す斜視図である。
【図４】図１〜図３に示す補強材の部分斜視図である。
【図５】補強材の変形例を示す斜視図である。
【図６】補強材の他の変形例を示す斜視図である。
【図７】補強材のさらに他の変形例を示す平面図である。
【図８】補強材のさらに他の変形例を示す平面図である。
【図９】鋼板と炭素プレートとバサルトプレートの材料物性比較を示す図である。
【図１０】バサルトプレートと炭素プレートと補強なしの場合の曲げ靱性試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる構造物の補強構造を示す図で、長尺の構造物の一例として、既設のトンネル（例えば、山岳トンネル）１０の補修・補強を行う場合を示している。
【００３１】
この構造物の補強構造では、トンネル１０の内表面に帯状の補強材１２を短手方向（トンネル１０の周方向）にわたって取り付け、かつ、この補強材１２を長手方向（トンネル１０の軸線方向）に所定ピッチで配置するようにしている。
補強材１２は、バサルト繊維を、図４に示すように、平坦なプレート状に形成してあり、これを所定の厚さｔが０．５mm〜５．０mm、幅ｗが５０mm〜１５０mmの帯状としてある。
【００３２】
補強材１２のトンネル１２の長手方向におけるピッチｐ1は、０．３ｍ〜２．０ｍとしている。
【００３３】
また、補強材１２は、トンネル１０の内表面に対して接着剤により接着するようにしており、図４に示すように接着面１４の表面が平坦であると、十分な接着力が得られない場合があるため、例えば、図５に示すように、補強材１２の接着面１４に長手方向にわたる複数の角溝１６を形成したり、図６に示すように、補強材１２の接着面１４に長手方向にわたる複数のアリ溝１８を形成したり、さらには、図７に示すように、角溝１６やアリ溝１８を蛇行状に形成したりすることで、接着力を高めるようにすることもできる。
【００３４】
この補強材１２の素材であるバサルト繊維は、天然に存在するバサルト玄武岩を射出して細い繊維にしたもので、グラスファイバーやカーボンファイバーに変わる環境保全型の繊維であり、主な特長は、玄武岩からつくられることにより、他の繊維素材に比べて、耐熱性に優れていることがあげられる。
【００３５】
このバサルト繊維プレートと、鋼板ＳＳ４００と、炭素繊維プレートとの材料物性比較を図９に示す。
【００３６】
図９に示すように、バサルト繊維プレートは、以下のような特徴を有している。
【００３７】
引張強度は、炭素繊維プレートの１／２〜１／３倍程度である反面、弾性係数が小さく、破断までの伸びが大きいため、靱性向上が期待できる。
【００３８】
線膨張係数は、コンクリートと同等であり、供用後の接着剤の付着切れがない。
【００３９】
軽量で、施工性が良い（１００mm幅で、２７０g/m程度）。
【００４０】
耐酸性、耐アルカリ性は、浸漬試験１ヶ月で強度低下がない。
【００４１】
絶縁性であり、鉄道構造物への適用が可能である。
【００４２】
次に、バサルト繊維プレートにより補強した場合と、炭素繊維プレートにより補強した場合と、補強なしの場合の曲げ靱性試験結果を図１０に示す。
【００４３】
試験体は、コンクリート１５０mm×１５０mm、プレート幅３mm×２本（底面に接着）。
【００４４】
補強なしの場合は、最大荷重後脆性的に破壊する。
【００４５】
炭素繊維プレートで補強した場合、最大荷重は大きくなるが、早い段階でプレートの接着が切れ、（０．７mm程度）、急激に荷重が低下する。
【００４６】
バサルト繊維プレートは、最大荷重後も急激な荷重低下がなく、靱性が大きく、段階的に接着が切れて終局する。
【００４７】
実構造物換算（プレート幅１００mm×厚さ１mm＠５００mm）で、補強なしと比較して、耐荷力は約１．３倍、曲げ靱性係数は４．５倍となる。
【００４８】
このように、バサルト繊維をプレート状に形成した補強材１２をトンネル１０の表面に取り付け可能とすることにより、軽量で、不陸等に対する柔軟性があって、施工性が良く、安価で、絶縁性を有し、耐熱性のあるものとすることができる。
【００４９】
また、トンネル１０の短手方向にわたって取り付けた補強材１２を長手方向で補強状況に応じながら所定ピッチで配置していくことで、良好な補強構造を確実に得ることができる。
【００５０】
図２は、本発明の他の実施尾形態にかかる構造物の補強構造を示す図である。
【００５１】
この実施の形態では、図１の実施の形態における、トンネル１０の内表面に帯状の補強材１２を短手方向（トンネル１０の周方向）にわたって取り付け、かつ、この補強材１２を長手方向（トンネル１０の軸線方向）に所定ピッチで配置した状態に加え、トンネル１０の内表面に補強材１２を長手方向（トンネル１０の軸方向）にわたって取り付け、かつ、この補強材１２を短手方向（トンネル１０の周方向）に所定ピッチで配置している。
【００５２】
このトンネルの周方向におけるピッチｐ2は、補強材１２のトンネル１２の長手方向におけるピッチｐ1と同様に、０．３ｍ〜２．０ｍとなっている。
【００５３】
このように、本実施の形態においては、周方向にわたる補強材１２と軸方向にわたる補強材１２とが直交する格子状になるため、図１の実施の形態の場合よりも、より確実な補強構造を得ることができる。
【００５４】
この場合、帯状の補強材１２をトンネル１０の内表面に周方向と軸方向に別々に取り付けて格子状に形成するのに代えて、図８に示すような、予め厚さ０．５mm〜５．０mmで直交する格子状に形成された空間部２２を有する補強材２０を準備しておいて、この補強材２０をトンネル１０の内表面に接着するようにすることも可能である。
【００５５】
この場合には、バサルト繊維の並び方向が強度の影響を与えるため、予め繊維の並び方向を９０度違えたプレートを組み合わせて接着した状態としておけばよい。
【００５６】
図３は、本発明のさらに他の実施の形態にかかる構造物の補強構造を示す図である。
【００５７】
この実施の形態における構造物の補強構造は、図２に示した短手方向（トンネルの周方向）と長手方向（トンネル１０の軸方向）に貼付した格子状に直交する補強材１２、１２に囲まれた部分のトンネル１０の内表面にバサルト繊維で形成したメッシュシート２４を取り付けたものとすることで、より一層補強効果を高めるとともに、トンネル１０の内表面の剥離落下を確実に防止することができるようにしている。
【００５８】
このメッシュシート２４は、図８に示した補強材２０を用いた場合にも、その空間部２２で露出したトンネル１０の内表面に接着するようにしても良い。
【００５９】
このような角実施の形態における構造物の補強構造は、既設の構造物であるトンネル１０の内表面に対し、後付けで補強材１２、２０またはメッシュシート２４を取り付ける後付けの構造物の補強方法とし、既設の構造物の補修・補強を確実に行うものとなっているが、本発明の他の構造物の補強方法にあっては、新設の構造物であるトンネル１０を構築する際に、新築のトンネル１０の内表面に予め補強材１２、２０またはメッシュシート２４を取り付けて前述のような構造物の補強構造を形成することで、新設の構造物の補強を確実に行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、前企画実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００６１】
前記各実施の形態では、構造物として山岳トンネルの場合について説明したが、この例に限らず、シールドトンネル等のトンネルや橋梁等のトンネル以外の構造物にも適用可能である。
【００６２】
また、ひび割れが閉合した部分では、バサルト繊維性の板状のボードをアンカーによって取り付けることで、コンクリート片の剥落を防止することも可能である。板状のボードの形状は、例えば、１．０ｍ×１．０ｍ×厚さ２．０ｍ等ひび割れが閉合した寸法に応じて製造することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  トンネル
１２、２０  補強材
１４  接着面
２２  空間部
２４  メッシュシート
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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