(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼構造物を補強する補強構造体であって、
（ａ）前記鋼構造物の表面にポリウレア樹脂パテ剤を塗布して形成した弾性層と、
（ｂ）前記弾性層が形成された前記鋼構造物の表面に接着剤により接着された、樹脂含浸された繊維シート層と、
を有し、
前記弾性層は、硬化時における引張伸びが４００％以上、引張強度が８Ｎ／ｍｍ2以上、引張弾性率が６０Ｎ／ｍｍ2以上５００Ｎ／ｍｍ2以下であることを特徴とする鋼構造物の補強構造体。
【請求項２】
前記接着剤は、高温時にも補強効果を維持できるように、そのガラス転移点温度を調整したことを特徴とする請求項１に記載の鋼構造物の補強構造体。
【請求項３】
前記接着剤は、ガラス転移点温度が６０℃以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼構造物の補強構造体。
【請求項４】
前記接着剤は、常温硬化型エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、光硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続した強化繊維を含むシート状の強化繊維含有材料（以下、「繊維シート」という。）を使用して、橋、桟橋、煙突等、更には、船、車両、航空機等の鋼構造物を補修補強（以後、単に「補強」という。）する鋼構造物の補強構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、既存或いは新設の鋼構造物の補強方法として、その表面に炭素繊維シートやアラミド繊維シートなどの連続強化繊維シートを貼り付けたり、巻き付けたりする炭素繊維シート接着工法やアラミド繊維シート接着工法などの連続繊維シート接着工法がある。また、未硬化のマトリクス樹脂を連続繊維束に含浸させた繊維シートを接着した後に硬化させる工法、がある。
【０００３】
更には、現場での樹脂の含浸を省略するため、工場生産した板厚１〜２ｍｍ、幅５ｃｍ程度のＦＲＰ板をパテ状接着樹脂を用いて接着するＦＲＰ板接着補強工法も開発されている。
【０００４】
このような方法で補強した鋼構造物は、繊維シートが鋼構造物と一体に接着されている限りにおいては、繊維シートによる高い補強効果を得ることができる。しかしながら、負荷により鋼構造物が変形することなどにより、繊維シートが破断する前にこれが鋼構造物表面から剥離した場合には、所期の目的を達成することができなくなる。
【０００５】
そこで、特許文献１は、鋼構造物の表面に緩衝材層を設け、その後、繊維シートを接着剤にて接着し補強する方法について開示している。また、緩衝材層としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂を使用し得ることについて開示している。加えて、この樹脂を単独で硬化させた際の２３℃での引張弾性率が、０．１〜５０Ｎ／ｍｍ2であると開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５５３８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らの研究実験の結果、鋼構造物を補強する際に鋼構造物表面から繊維シートが剥離する問題は、コンクリート構造物を繊維シートで補強する場合と異なり、鋼構造物表面の温度が大きく影響することが新たに分かった。従って、鋼構造物を繊維シートで補強する場合は、鋼構造物表面の温度を十分に考慮することが必要となる。鋼構造物（鋼材）は、温度による伸び、車両通行などによる撓みがコンクリート構造物に比べ大きい。そのため、剛性の高い連続繊維シートを鋼構造物に接着させると、その端部から繊維シートが剥離することが懸念される。
【０００８】
ここで、鋼構造物は、例えば、我が国においては、真夏の直射日光により、その表面は６０℃程度の温度にまで上昇することが知られている。そのため、従来仕様の繊維シートによる補強に使用される接着剤等を用いると、その高い表面温度により接着剤が軟化し、時には、必要な補強効果が得られない場合があることが分かった。
【０００９】
また、上記特許文献１の補強方法においては、緩衝材層を形成する樹脂の引張弾性率が低く、剛性の高い連続繊維シートなどで補強すると、緩衝材層が本来繊維シートに伝達されるべき応力を伝達出来ない可能性がある。即ち、この場合は繊維シートが役に立っておらず、補強できていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、鋼構造物を繊維シートで補強した場合に、日光照射等により繊維シートによる補強効果が得られなくなるような事態を回避し、十分な補強効果を得ることができ、且つ、繊維シートが破断に至る前に鋼構造物表面から剥がれることを回避することのできる鋼構造物の補強構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は本発明に係る鋼構造物の補強構造体にて達成される。要約すれば、本発明によれば、鋼構造物を補強する補強構造体であって、
（ａ）前記鋼構造物の表面にポリウレア樹脂パテ剤を塗布して形成した弾性層と、
（ｂ）前記弾性層が形成された前記鋼構造物の表面に接着剤により接着された、樹脂含浸された繊維シート層と、
を有し、
前記弾性層は、硬化時における引張伸びが４００％以上、引張強度が８Ｎ／ｍｍ2以上、引張弾性率が６０Ｎ／ｍｍ2以上５００Ｎ／ｍｍ2以下である、
ことを特徴とする鋼構造物の補強構造体が提供される。
【００１２】
本発明にて一実施態様によると、前記接着剤は、高温時にも補強効果を維持できるように、そのガラス転移点温度を調整する。例えば、前記接着剤は、ガラス転移点温度が６０℃以上とされる。
【００１３】
本発明にて、好ましくは、前記接着剤は、常温硬化型エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、光硬化型樹脂が使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鋼構造物の補強構造体によれば、日光照射により補強効果が得られなくなるような事態を回避し、十分な補強効果を得ることができ、且つ、繊維シートが破断強度に至る前に鋼構造物表面から剥がれることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の鋼構造物の補強方法及び補強構造体を説明するための補強された鋼構造物の例の断面図である。
【図２】図２は、本発明の鋼構造物の補強方法に使用し得る繊維シートの一実施例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の鋼構造物の補強方法に使用し得る繊維シートの他の実施例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の鋼構造物の補強方法に使用し得る繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の鋼構造物の補強方法に使用し得る繊維シートを構成する繊維強化プラスチック線材の例の断面図である。
【図６】図６は、本発明の鋼構造物の補強方法に使用し得る繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の鋼構造物の補強方法の一実施例を説明する工程図である。
【図８】図８は、本発明の鋼構造物の補強方法の他の実施例を説明する工程図である。
【図９】図９は、本発明の鋼構造物の補強方法を実証するための曲げ強度試験装置の構成を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明に従って補強された鋼構造物の曲げ試験結果を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明と比較例とを比較するための補強された鋼構造物の曲げ試験結果を示す図である。
【図１２】図１２、本発明と比較例とを比較するための補強された鋼構造物の曲げ試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る鋼構造物の補強構造体を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明に係る鋼構造物の補強方法によれば、鋼構造物１００は、弾性層１０４を介してその表面上に連続した強化繊維ｆを含む繊維シート１が接着されて一体化される。
【００１８】
本発明の鋼構造物の補強方法の特徴は、
（ａ）鋼構造物１００の表面１０２にポリウレア樹脂パテ剤を塗布して硬化させ、緩衝層としての弾性層１０４を形成する工程と、
（ｂ）弾性層１０４が形成された鋼構造物１００の表面に繊維シート１を、必要に応じてガラス転移点温度が６０℃以上となるように調整された接着剤１０５を使用して接着する工程と、
を有する構成にある。
【００１９】
つまり、本発明によれば、
（ａ）鋼構造物１００の表面１０２にポリウレア樹脂パテ剤を塗布して形成した弾性層１０４と、
（ｂ）弾性層１０４が形成された鋼構造物１００の表面１０２に接着剤１０５により接着された、樹脂含浸された繊維シート層１０６と、
を有することを特徴とする鋼構造物の補強構造体が提供される。弾性層１０４は、硬化時における引張伸びが４００％以上、引張強度が８Ｎ／ｍｍ2以上、引張弾性率が６０Ｎ／ｍｍ2以上５００Ｎ／ｍｍ2以下とされる。
【００２０】
本発明によれば、好ましくは、鋼構造物１００の表面に弾性層１０４を形成する前に、鋼構造物１の表面１０２を下地処理することができ、更には、鋼構造物表面１０２にプライマーを塗布する。
【００２１】
次に、本発明にて使用する各材料について説明する。
【００２２】
（繊維シート）
本発明においては種々の形態の繊維シート１を使用することができる。繊維シート１の実施例を具体的に具体例１〜３として説明するが、本発明で使用する繊維シート１の形態は、これら具体例に示すものに限定されるものではない。
【００２３】
具体例１
図２に、本発明にて使用することのできる繊維シート１の一実施例を示す。繊維シート１は、連続した強化繊維ｆを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の繊維シート１Ａとされる。
【００２４】
即ち、繊維シート１Ａは、一方向に引き揃えた連続した強化繊維ｆから成る強化繊維シートをメッシュ状の支持体シートなどとされる線材固定材３にて保持した構成とすることができる。例えば、強化繊維ｆとして炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを６０００〜２４０００本収束した樹脂未含浸の単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えて使用される。炭素繊維シート１Ａの繊維目付は、通常、３０〜１０００ｇ／ｍ2とされる。
【００２５】
線材固定材３としてのメッシュ状の支持体シートを構成する縦糸４及び横糸５の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート３をシート状に配列した炭素繊維の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート３の縦糸４及び横糸５の部分を炭素繊維シートに溶着する。
【００２６】
メッシュ状支持体シート３は、２軸構成のほかに、ガラス繊維を３軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を一方向に配列された炭素繊維に対して直交する横糸５のみを配置した、所謂、１軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた炭素繊維に接着することもできる。
【００２７】
又、上記線材固定材３の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。
【００２８】
具体例２
また、繊維シート１は、図３に示すように、複数の強化繊維ｆを一方向に引き揃えた強化繊維シート、例えば、図２に示すような繊維シート１Ａに樹脂Ｒｅを含浸し、前記樹脂が硬化された繊維シート（所謂、ＦＲＰ板）１Ｂとすることもできる。
【００２９】
上記具体例１、２で説明した繊維シート１Ａ、１Ｂにおいて、強化繊維ｆとしては、炭素繊維に限定されるものではなく、ガラス繊維、バサルト繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；更には、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。
【００３０】
また、具体例２における繊維シート１Ｂの場合の樹脂Ｒｅとしては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、樹脂含浸量は、３０〜７０重量％、好ましくは、４０〜６０重量％とされる。
【００３１】
具体例３
更には、図４及び図５に示すように、繊維シート１としては、マトリクス樹脂Ｒが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材２を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材２を互いに線材固定材３にて固定した繊維シート１Ｃを使用することもできる。
【００３２】
繊維強化プラスチック線材２は、直径（ｄ）が０．５〜３ｍｍの略円形断面形状（図５（ａ））であるか、又は、幅（ｗ）が１〜１０ｍｍ、厚み（ｔ）が０．１〜２ｍｍとされる略矩形断面形状（図５（ｂ））とし得る。勿論、必要に応じて、その他の種々の断面形状とすることができる。
【００３３】
上述のように、一方向に引き揃えスダレ状とされた繊維シート１において、各線材２は、互いに空隙（ｇ）＝０．０５〜３．０ｍｍだけ近接離間して、線材固定材３にて固定される。また、このようにして形成された繊維シート１の長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取扱い上の問題から、一般に、全幅（Ｗ）は、１００〜１０００ｍｍとされる。又、長さ（Ｌ）は、１〜５ｍ程度の短冊状のもの、或いは、１００ｍ以上のものを製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。
【００３４】
また、繊維シート１Ｃの長さ（Ｌ）を１〜５ｍ程度として、幅Ｗをこれより長く１〜１０ｍ程度として製造することも可能である。
【００３５】
繊維シート１Ｃの場合においても、強化繊維ｆとしては、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；更には、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。また、繊維強化プラスチック線材２に含浸されるマトリクス樹脂Ｒは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、樹脂含浸量は、３０〜７０重量％、好ましくは、４０〜６０重量％とされる。
【００３６】
又、各線材２を線材固定材３にて固定する方法としては、図４に示すように、例えば、線材固定材３として横糸を使用し、一方向にスダレ状に配列された複数本の線材２から成るシート形態とされる線材、即ち、連続した線材シートを、線材に対して直交して一定の間隔（Ｐ）にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。横糸３の打ち込み間隔（Ｐ）は、特に制限されないが、作製された繊維シート１の取り扱い性を考慮して、通常１０〜１００ｍｍ間隔の範囲で選定される。
【００３７】
このとき、横糸３は、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用される。
【００３８】
各線材２をスダレ状に固定する他の方法としては、図６（ａ）に示すように、線材固定材３としてメッシュ状支持体シートを使用することができる。
【００３９】
つまり、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた複数本の線材２、即ち、線材シートの片側面、又は、両面を、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維にて作製した、上記具体例１で説明したと同様の構成とされるメッシュ状の支持体シート３により支持した構成とすることもできる。
【００４０】
更に、各線材２をスダレ状に固定する他の方法としては、図６（ｂ）に示すように、線材固定材３として、例えば、粘着テープ又は接着テープなどとされる可撓性帯材を使用することができる。可撓性帯材３は、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた各繊維強化プラスチック線材２の長手方向に対して垂直方向に、複数本の繊維強化プラスチック線材２の片側面、又は、両面を貼り付けて固定する。
【００４１】
つまり、可撓性帯材３として、幅（ｗ１）２〜３０ｍｍ程度の、塩化ビニルテープ、紙テープ、布テープ、不織布テープなどの粘着テープ又は接着テープが使用される。これらテープ３を、通常、１０〜１００ｍｍ間隔（Ｐ）で各繊維強化プラスチック線材２の長手方向に対して垂直方向に貼り付ける。
【００４２】
更に、可撓性帯材３としては、ナイロン、ＥＶＡ樹脂などの熱可塑性樹脂を帯状に、線材２の長手方向に対して垂直方向に片側面、又は、両面に熱融着させることによっても達成される。
【００４３】
（補強方法）
次に、図７を参照して、鋼構造物の補強方法について説明する。本発明によれば、前述のようにして製造された繊維シート１を用いて、鋼構造物の補強が行われる。
【００４４】
つまり、本発明の鋼構造物の補強方法によれば、例えば、繊維シート１として、上記具体例１で説明した強化繊維ｆを一方向に引き揃えて作製された繊維シート１Ａを使用することができ、鋼構造物の表面に形成された弾性層１０４の上に接着剤１０５にて接着して一体化する。この時、繊維シート１Ａの鋼構造物への接着と同時に、この接着剤による繊維シート１Ａに対する接着剤（マトリクス樹脂）含浸をも行うことができる。
【００４５】
これにより、弾性層１０４と、樹脂含浸された繊維シート１が接着された繊維シート層１０６を有する鋼構造物の補強構造体２００が形成される。
【００４６】
鋼構造物１００の補強に際して、曲げモーメント及び軸力を主として受ける部材（構造物）に対しては、曲げモーメントにより生じる引張応力或いは圧縮応力の主応力方向に強化繊維の配向方向を概ね一致させて接着することで、繊維シート１が効果的に応力を負担し、効率的に構造物の耐荷力を向上させることが可能である。
【００４７】
また、直交する２方向に曲げモーメントが作用する場合、繊維シート１の強化繊維ｆの配向方向が曲げモーメントにより生じる主応力に概ね一致するように２層以上の繊維シート１を直交させて積層接着することで効率的に耐荷力の向上が図れる。
【００４８】
（第１工程）
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、必要に応じて、鋼構造物１００の被補強面（即ち、被接着面）１０１の脆弱部１０１ａを、ディスクサンダー、サンドブラスト、スチールショットブラスト、ウォータージェットなどの研削手段５０により除去し、鋼構造物１００の被接着面１０１を下地処理をする。
【００４９】
（第２工程）
下地処理した面１０２にエポキシ変性ウレタン樹脂プライマー１０３を塗布する（図７（ｃ））。プライマー１０３としては、エポキシ変性ウレタン樹脂系に限ることなくＭＭＡ系樹脂など、弾性層１０４（図７（ｄ））と被補強鋼構造物１００の材質に合わせて適宜選定される。
【００５０】
なお、プライマー１０３の塗布工程は、省略することも可能である。
【００５１】
（第３工程）
下地処理した面１０２にポリウレア樹脂パテ剤１０４を所要の厚さ（Ｔ）にて塗布し、硬化させ、弾性層１０４を形成する（図７（ｄ））。塗布厚さ（Ｔ）は、被接着面１０２の表面の凹凸、繊維シート１の厚さＴに応じて適宜設定されるが、一般にＴ＝０．２〜１０ｍｍ程度とされる。
【００５２】
本発明にて、弾性率の低いポリウレア樹脂パテ剤、即ち、弾性層１０４を形成する材料（弾性層形成材）は、主剤、硬化剤、充填剤、添加剤などを含んでおり、その組成の一例を示せば、下記の通りとされる。
（ｉ）主剤：イソシアネート（例えば、４，−４’ジフェニルメタンジイソシアネート）を反応成分とするプレポリマーであり、末端残存イソシアネートがＮＣＯ重量％で１〜１６重量部に調整されたものを使用する。
（ｉｉ）硬化剤：主成分として芳香族アミン（例えばアミン価８０〜９０）含む硬化剤を使用し、主剤のＮＣＯ：アミン比で、１．０：０．５５〜０．９９重量部で計算されたものを使用する。更には、硬化促進剤としてｐ−トルエンスルホン酸塩などを含むこともできる。
（ｉｉｉ）充填剤：硅石粉、搖変剤等が含まれ、１〜５００重量部で適宜配合される。
（ｉｖ）添加剤：着色剤、粘性調整剤、可塑剤等が含まれ、１〜５０重量部で適宜配合される。
【００５３】
ここで、ポリウレア樹脂パテ剤は、硬化時における引張伸びが４００％以上（通常、４００〜６００％）、引張強度が８Ｎ／ｍｍ2以上（通常、８〜１０Ｎ／ｍｍ2）、引張弾性率が６０Ｎ／ｍｍ2以上５００Ｎ／ｍｍ2以下（通常、６０〜１００Ｎ／ｍｍ2）とされる。
【００５４】
弾性率が６０Ｎ／ｍｍ2未満では、必要な補強応力伝達ができず、また逆に、１００Ｎ／ｍｍ2を越えると、特に、５００Ｎ／ｍｍ2を超えると、伸び性能が不足するといった問題が生じる。
【００５５】
また、ポリウレア樹脂をパテ剤として使用するためには、２３℃におけるＢＭ型粘度計による２回転での粘度が２００〜７００Ｐａ・ｓで、回転数２０回転では６０〜１００Ｐａ・ｓの範囲にあり、チクソトロピックインデックス、即ち、回転粘度計による異なる回転数による粘度の測定値の比（回転数２０回転における粘度÷２回転の粘度）が４〜７であることが望ましい。
【００５６】
すなわち、粘度が６０Ｐａ・ｓより小さくチクソトロピックインデックスが４未満であれば、塗付後にダレ等が生じ塗付面の平滑性及び天井面、壁面の塗布が困難となり、また逆に、粘度が１００Ｐａ・ｓより大きくチクソトロピックインデックスが７を超えると樹脂が硬く、混合に問題があり、且つ、平滑に塗布することも困難になる。
【００５７】
ここで、下記表１は、上記特許文献１に記載される緩衝材層を形成する材料として従来使用されているエポキシ樹脂パテ剤と、本発明にて使用される弾性層を形成する材料としての、上記組成のポリウレア樹脂パテ剤とが有する物性を比較した結果を示す。
【００５８】
【表１】
0005380551.tif 000002
【００５９】
【表２】
0005380551.tif 000003
【００６０】
上記表１と、緩衝層の温度と弾性率の関係表（上記表２）の結果から、エポキシ樹脂パテ剤を使用した場合には、伸びと靭性を共存させることができず、特に、高温時には、エポキシ樹脂の素材強度が低下して鋼材補強効果を発揮できない。また、冬季の低温時には延び性能が極端に低下し、硬くなってしまい、早期剥離に至る。
【００６１】
これに対して、本発明にて使用するポリウレア樹脂パテ剤は、−２０℃から＋７０℃まで安定した性能を示すことができる。従って、ポリウレア樹脂パテ剤は、鋼構造物補強用弾性層形成材として使用し、温度に影響されない剥離防止、補修補強効果を達成することができ、鋼構造物の補強工法に極めて好適に使用し得ることが分かった。
【００６２】
（第４工程）
図７（ｅ）、（ｆ）に示すように、樹脂パテ剤が硬化し、弾性層１０４が形成されると、この弾性層１０４の上に接着剤１０５を塗布し、この面に、繊維シート１を押し付けて補強対象コンクリート構造物１００の表面１０２に弾性層１０４を介して接着する。
【００６３】
接着剤１０５としては、高温時に適用するためには、好ましくは、ガラス転移点温度が６０℃以上、通常、７０℃〜１００℃に調整した接着剤を使用する。上述したように、鋼構造物１００、即ち、鋼材は、我が国においては、真夏の直射日光により、その表面は６０℃程度の温度にまで上昇する。そのため、従来仕様の繊維シートによる補強に使用される接着剤では、その温度により接着剤が軟化し、時には、必要な補修補強効果が得られない場合があることが分かった。
【００６４】
従って、接着剤１０５として、ガラス転移点温度が、好ましくは６０℃以上、通常、７０℃〜１００℃とされる接着剤を使用することにより、日光照射により補強効果が得られなくなるような事態を回避し、十分な補強効果を得ることができ、且つ、繊維シートが破断強度に至る前に鋼構造物表面から剥がれることを回避することができる。
【００６５】
このような特性を有した接着剤としては、常温硬化型エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、光硬化型樹脂等が挙げられ、具体的には、常温硬化型エポキシ樹脂及びＭＭＡ樹脂が好適とされる。
【００６６】
本実施例では、エポキシ樹脂接着剤を使用した。エポキシ樹脂接着剤は、主剤、硬化剤の２成分型により提供され、その組成の一例を示せば、下記の通りとされる。
（ｉ）主剤：主成分としてエポキシ樹脂を含み、接着増強付与剤として、必要に応じてシランカップリング剤を含むものを使用する。エポキシ樹脂は、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、特に、靭性付与のためのゴム変性エポキシ樹脂とすることができ、更に、反応性希釈剤及び搖変剤を用途に応じて添加しても良い。
（ｉｉ）硬化剤：主成分としてアミン類を含み、必要に応じて、硬化促進剤を含み、添加剤として着色剤等を含むものを使用し、主剤のエポキシ樹脂：硬化剤のアミン当量比は各々１：１である。アミン類は、例えば、メタキシレンジアミン及びイソホロンジアミンを含む脂肪族アミンとすることができる。斯かる組成のエポキシ樹脂は、ガラス転移温度が７０℃以上（７４℃）とされる。
【００６７】
尚、接着剤１０５は、弾性層１０４の上に塗布するものとして説明したが、勿論、繊維シート１に塗布することもでき、また、弾性層１０４の表面及び繊維シート１接着面の両面上に塗布しても良い。
【００６８】
また、必要補強量が多い場合には、構造物表面に複数層の繊維シート１を接着することが可能である。ただ、複数層の繊維シート１を積層して接着すると、端部に応力集中が生じ、剥離破壊抵抗が低下することがある。
【００６９】
そこで、剥離破壊を防止するために、図８に示すように、各層の繊維シート１のシート長さ（Ｌ）（図１参照）を変化させるのが好ましい。例えば、複数層積層する繊維シート１の長さは、構造物表面１０２から離間する外層に行くに従って順に短くして、繊維シート１の端部１ａを階段状に積層する。端部１ａのずらし長さ（ｈ）は、３０ｍｍ〜３００ｍｍ程度とするのが適当である。例えば、シート端部１ａが１００ｍｍづつ短くなるように接着することにより、好結果を得ることができた。
【００７０】
つまり、複数層積層する繊維シート１の長さ（Ｌ）を外層を順に３０〜３００ｍｍ程度短くして端部１ａを階段状に積層することにより、シート端部１ａでの応力集中を低減し、剥離抵抗を向上させることが可能である。
【００７１】
次に、本発明に係る構造物の補強構造体の作用効果を実証するために以下の実験を行った。
【００７２】
実験例１
本実験例では、繊維シート１を使用して、接着工法に従って鋼構造物１００としての鋼材を補強した。また、本実験例で使用した繊維シート１は、図２を参照して具体例１として説明した構成の繊維シート１Ａであった。
【００７３】
繊維シート１Ａにおける強化繊維ｆとしては、平均径１０μｍ、収束本数６０００本の樹脂未含浸のピッチ系炭素繊維ストランドを繊維目付３００ｇ／ｍ2となるように一方向に引き揃えてシート状とした。このシート状の強化繊維の片側面にガラス繊維を使用して作製された２軸のメッシュ状支持体３を溶着して繊維シート１Ａとした。
【００７４】
このようにして作製した繊維シート１Ａとされる繊維シート１は、幅（Ｗ）が５００ｍｍ、長さ（Ｌ）が５０ｍであった。本実施例では、斯かる繊維シートを適宜切り出して使用した。
【００７５】
次に、上記繊維シート１を使用して鋼構造物としての鋼材１００を、図７を参照して説明したと同様の繊維シート接着工法により、次のようにして補強した。ただ、本実験例では、鋼材１００の下面側に繊維シート１を貼付するものとした。
【００７６】
先ず、本実験例では、鋼材１００の下面をショットブラストにて研掃し、適度の粗面とした。この鋼材１００の表面１０２上にエポキシ変性ウレタンプライマー（新日鉄マテリアルズ（株）製「ＦＯＲＣＡＵＬ−１」（商品名））１０３を０．１５ｋｇ／ｍ2塗布した。
【００７７】
エポキシ変性ウレタン樹脂プライマー１０３が指触乾燥した後、塗付面を背面とした状況で弾性層１０４を形成するために、上述した組成のポリウレア樹脂パテ剤を、およそ１ｍｍの厚さ（Ｔ）となるよう、ヘラで鋼材（供試体）１００に塗布した。このとき、ポリウレア樹脂パテ剤は、塗布完了後も自重で滴下することはなく鋼材供試体１００に付着していた。
【００７８】
弾性層１０４の形成樹脂として用いたパテ状ポリウレア樹脂の２３℃におけるＢＭ型粘度計による２回転での粘度は６００Ｐａ・ｓで、回転数２０回転では９５Ｐａ・ｓであった。
【００７９】
また、チクソトロピックインデックス（回転数２０回転における粘度÷２回転の粘度）は６．３２であった。
【００８０】
次に、上記鋼材表面１０２に塗布したポリウレア樹脂パテ剤を硬化させて弾性層１０４を形成した。この弾性層１０４の上にガラス転移点温度７４℃の上述した組成のエポキシ樹脂を、（繊維シート１を複数層積層する場合には各層当たり下塗りとして）塗布量０．４ｋｇ／ｍ2にて塗付した。次いで、繊維シート１をエポキシ樹脂塗布面に軽く押し付けた後、繊維シート１の上を幅１００ｍｍ直径１０ｍｍプラスチックローラーを１００Ｎ程度の押し付け力を加えながら移動させた。繊維シートは、上述の構成の繊維シートを接着剤により全部で７層積層した。具体的には、新日鉄マテリアルズ（株）製の「炭素繊維シートＣ８３０」（商品名））を５層、更に、新日鉄マテリアルズ（株）製の「炭素繊維シートＣ１６０」（商品名））を２層、積層した。
【００８１】
プラスチックローラーによりシート１上から転圧することで、エポキシ樹脂は、繊維シート１の各繊維の隙間から染み出した状態となっており、なんら保持をしなくても鋼材１００に貼りついた状態で剥離することはなかった。
【００８２】
なお、本実施例の場合のように、繊維シート１を複数層積層する場合には各層当たり上塗りとしてエポキシ樹脂１０５を塗布量０．２ｋｇ／ｍ2にて繊維シート１の表面に塗布してゴムベラにより表面を平坦に仕上げた。その後、室温で１週間養生した。繊維シート１の貼着面に、何らボイドを発生することなく、鋼材１００に極めて良好に接着することができた。
【００８３】
以上のようにして作製した繊維シート補強鋼材（本発明）１００と、接着剤としてガラス転移点温度が４８℃とされるエポキシ樹脂含浸接着剤を使用し、パテ剤としてポリウレタン樹脂パテ剤（比較例１）及び軟質型エポキシ樹脂パテ剤（比較例２）を使用した繊維シート補強鋼材１００に対して、図９に示す試験装置を使用して、支点間距離Ｌｓ８０ｍｍとした３点曲げ試験を行った。鋼材１００の断面は、幅Ｗ０＝２５ｍｍ、厚さＴ０＝２．０ｍｍ、全長Ｌ０＝１００ｍｍである。３つの供試体は、上述のように、繊維シートを鋼材表面に接着する接着剤１０５及びパテ剤１０４が異なる以外は、同じ構造、材料で作製した。
【００８４】
本実験における、本発明、比較例１、２の各々の構成材料を纏めれば次の表３の通りである。
【００８５】
【表３】
0005380551.tif 000004
【００８６】
曲げ試験の結果を、図１０及び図１１に示す。図１１に示す温度／荷重を変化させた曲げ試験グラフから以下のことが注目される。
【００８７】
つまり、比較例１の仕様では、３０℃近辺において荷重低下が起こり、エポキシ樹脂含浸接着剤の軟化が発生した。一方、低温では固くなるエポキシ樹脂の性質を生かし、高い荷重を示した。この状況では、高温側で日本の気候条件と補修補強性能を満足させることができない。
【００８８】
比較例２の仕様では、低温時には軟質エポキシ樹脂パテ剤がその温度により固くなり、荷重が上がる前に、早期に剥離に至った。このことは補強できていない状況を示す。高温側は、軟質エポキシ樹脂パテ剤の早期の材料破壊で剥離に至った。
【００８９】
これに対して、本発明のポリウレア樹脂パテ剤は低温から高温において安定した性能を示し、日本の国土気象条件に合致した、補修補強材料及び工法仕様が確立されることが確認された。
【００９０】
実験例２
本実験例では、上記実験例１で説明したと同様の繊維シート１を使用して、接着工法に従って鋼構造物１００としての鋼材を補強した。
【００９１】
つまり、本発明の繊維シート補強鋼材（本発明）１００は、上記のようにして作製した繊維シート１を、上記実験例１と同様に、プライマー１０３としてウレタン変性エポキシ樹脂プライマーを、弾性層１０４のためのパテ剤として、上記組成とされるポリウレア樹脂パテ剤を、更に、接着剤１０５としてガラス転移点温度７４℃の上記組成のエポキシ樹脂を使用して鋼材１００に貼付した。
【００９２】
比較例３は、上記のようにして作製した繊維シート１を、プライマー１０３としてエポキシ樹脂プライマーを使用し、弾性層１０４のためのパテ剤は用いることなく、また、接着剤１０５としてはガラス転移点温度７４℃の上記組成とされるエポキシ樹脂を使用して鋼材１００に貼付した。
【００９３】
比較例４は、上記のようにして作製した繊維シート１を、上記実験例１で使用したと同様に、プライマー１０３としてエポキシ変性ウレタン樹脂プライマーを、また、弾性層１０４のためのパテ剤としてポリウレア樹脂パテ剤を使用したが、接着剤としてガラス転移点温度４８℃のエポキシ樹脂（新日鉄マテリアルズ（株）製「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」（商品名））を使用した。
【００９４】
以上のようにして作製した３つの供試体を使用して、実験例１と同様の曲げ試験を行った。試験の結果を、表４及び図１２に示す。
【００９５】
【表４】
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【００９６】
図１２に示す温度／荷重を変化させた曲げ試験グラフから以下のことが理解される。
【００９７】
比較例３は、接着剤として本発明と同じくガラス転移点温度７４℃といった高Ｔｇのエポキシ樹脂接着剤を使用しているが、ポリウレア樹脂パテ剤を用いることなく繊維シート１を鋼材１００に貼付している。従って、本発明と比較すると、比較例３では、ポリウレア樹脂パテ剤（弾性層１０４）の効果を得ることができず、温度上昇と共に、十分な鋼材の補強が達成されない。なお、比較例３においても、エポキシ樹脂接着剤は比較例２と同様に最終的に剥離した。
【００９８】
比較例４は、本発明と同じくポリウレア樹脂パテ剤を用いているが、接着剤としてガラス転移点温度４８℃といった、比較して低Ｔｇのエポキシ樹脂接着剤を使用した。この場合でも同様に、ポリウレア樹脂パテ剤（弾性層１０４）の効果により繊維シート層１０６の剥離は、本発明と同様に、発生していないが、ガラス転移点温度４８℃前後から、緩やかに曲げ荷重は低下して、本発明に比較すれば、高温時において補強自体が十分に達成されていない。つまり、比較例４では、鋼材と共に、炭素繊維を使用した繊維シート層１０６が屈曲する状況を示している。従って、高温時にも補強効果を得るためには、接着剤のガラス転移点を調整することが必要であり、その気候条件に必要な温度対応のため、接着剤のガラス転移点は、６０℃以上、好ましくは７０℃以上とするのが必要である。
【００９９】
このように、本発明に従った鋼構造物の補強構造体によれば、鋼構造物１００を有効に補強できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１００】
１              繊維シート
２              繊維強化プラスチック線材
３              線材固定材（横糸、メッシュ支持体シート、可撓性帯材）
１００          鋼構造物
１０３          プライマー
１０４          弾性層
１０５          接着剤
１０６          繊維シート層
２００          補強構造体
【図１】
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【図２】
0005380551.tif 000007
【図３】
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【図４】
0005380551.tif 000009
【図５】
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【図６】
0005380551.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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