(57)【要約】【課題】無含浸炭素繊維材を用いた緊張接着工法などにて、無含浸でのより大きな緊張力の導入を可能としたドライハイブリッド強化繊維緊張材を提供する。【解決手段】ドライハイブリッド強化繊維緊張材は、少なくとも、連続した炭素繊維２Ａと、炭素繊維２Ａよりエネルギー吸収能力の高い繊維３Ａとを均一に引き揃え、一方向に配列してハイブリッド化したハイブリッド強化繊維材１を作製し、次いで、ハイブリッド強化繊維材１に対して、強化繊維材に導入される最大緊張力の数％程度の緊張力を導入して予備緊張し、その後、樹脂を部分含浸し、硬化してから緊張力を解放したドライハイブリッド強化繊維緊張材である。【選択図】図１
2006226045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した強化繊維を長手方向に引き揃え、樹脂を含浸しないで緊張し、その後、樹脂含浸を行う強化繊維材であって、
連続した炭素繊維と、炭素繊維よりエネルギー吸収能力の高い繊維とを均一に引き揃え、一方向に配列してハイブリッド化したハイブリッド強化繊維材を作製し、
次いで、前記ハイブリッド強化繊維材に対して、強化繊維材に導入される最大緊張力の数％程度の緊張力を導入して予備緊張し、その後、緊張力導入状態で樹脂を部分含浸し、樹脂が硬化してから緊張力を解放したことを特徴とするドライハイブリッド強化繊維緊張材。
【請求項２】
前記炭素繊維よりエネルギー吸収能力の高い繊維は、連続した、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及び高分子量ポリエチレン繊維から選択される一種或いは複数種の繊維であることを特徴とする請求項１に記載のドライハイブリッド強化繊維緊張材。
【請求項３】
前記ハイブリッド強化繊維材は、その長手方向に沿った複数箇所にて樹脂が含浸硬化された樹脂含浸硬化領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のドライハイブリッド強化繊維緊張材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、強化繊維シート緊張接着工法による建築或いは土木構造物であるコンクリート構造物或いは鋼構造物（本願明細書では、コンクリート構造物及び鋼構造物を含めて単に「構造物」という。）の補強などに使用することのできるドライハイブリッド強化繊維緊張材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物の補強方法として、近年、既存或いは新設の構造物の表面に接着剤を使用して連続強化繊維シートを貼り付けたり、巻き付けたりする接着工法が開発されている。
【０００３】
しかしながら、上記接着工法は、単純な接着のみであり、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）補強材の剥離による構造物の早期破壊により、終局耐力の補強効果の向上に限界がある一方、例えばコンクリート構造物のひび割れの抑制効果にも限界がある。その上、ＦＲＰ補強材の高い性能が有効に活用されていない場合が多い。
【０００４】
このような問題を改善するべく、強化繊維シートを用いた緊張接着工法が提案されている。例えば特許文献１には、強化繊維として少なくとも炭素繊維を含む炭素繊維シート、クロス及び樹脂を含浸したプリプレグ等からなる繊維材に対して、治具を介して緊張装置により緊張力を導入し、次いで、接着剤により繊維材をコンクリート部材の表面に貼着し、その後、治具及び緊張装置を除去する緊張接着工法が開示されている。
【０００５】
特に、このような緊張接着工法においては、作業性などの点から、強化繊維シートに対する緊張力導入時には、事前に強化繊維シートの樹脂含浸、硬化の工程を行わず、即ち、無含浸のままで緊張力導入ができることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、強化繊維として炭素繊維を使用した場合には、強化繊維シートに導入される緊張力が、緊張装置取り付け時の僅かなくるい或いは傾きなどによって強化繊維シートの幅方向に均一には付与されなかったり、或いは、強化繊維自体の品質のばらつきがある場合には、強化繊維シートの長手方向の撚れ、或いは糸切れとなる。
【０００７】
本発明者らの研究実験の結果によれば、炭素繊維の本来の引張強度の１０〜４０％程度の緊張力導入により炭素繊維が破断することが分かった。
【０００８】
一方、本発明者らは、このような強化繊維シート緊張接着工法にて、強化繊維シートの強化繊維として、特に、連続した炭素繊維に、炭素繊維よりエネルギー吸収能力の高い衝撃吸収性に優れたＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維のような高エネルギー吸収性の連続繊維を混入したハイブリッドの強化繊維シートを使用した場合には、現場での樹脂無含浸緊張力導入において、強化繊維として炭素繊維のみを使用した強化繊維シートに比べてより大きな緊張力を導入し得ること、及び、シートへの樹脂含浸時に繊維のよれ、折り曲げがなくなることを見出した。
【０００９】
特に、ハイブリッド強化繊維シートに緊張力を導入するに際して、予め、ある一定の緊張レベルの緊張力（プレストレス）を導入して予備緊張し、この状態で樹脂の部分含浸及び硬化を行い、その後、最大緊張力にまで緊張力を増大することにより、最大引張り応力比を増大し得ることが分かった。
【００１０】
上記事実は、強化繊維材がシート状とされるドライハイブリッド強化繊維緊張材に限られるものではなく、ロープ状（紐状）とされるドライハイブリッド強化繊維緊張材についても言える。
【００１１】
従って、このようなドライハイブリッド強化繊維緊張材によれば、剛性の高い炭素繊維と、高エネルギー吸収性の繊維、例えば、ＰＢＯ繊維とを使用し、剛性の高い炭素繊維により構造物の破壊強度を高めて容易に切れが生じないようにし、且つ、エネルギー吸収性の高いＰＢＯ繊維により構造物の破壊靱性を高めて構造物に亀裂が生じても直ちに破壊するのを防ぎ、破棄に至るまでの時間を延ばすことができる。
【００１２】
本発明は、斯かる本発明者らの新規な知見に基づくものである。
【特許文献１】特開平１１−１８２０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、例えば、無含浸炭素繊維材を用いた緊張接着工法にて、無含浸でのより大きな緊張力の導入を可能としたドライハイブリッド強化繊維緊張材を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、例えば、無含浸炭素繊維材を用いた緊張接着工法にて、無含浸でのより大きな緊張力の導入を可能とし、かつ、樹脂含浸時の繊維のよれ、折り曲げがなくなり、破壊時の構造物の耐力が向上し、信頼性の高いドライハイブリッド強化繊維緊張材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材にて達成される。要約すれば、本発明は、連続した強化繊維を長手方向に引き揃え、樹脂を含浸しないで緊張し、その後、樹脂含浸を行う強化繊維材であって、
連続した炭素繊維と、炭素繊維よりエネルギー吸収能力の高い繊維とを均一に引き揃え、一方向に配列してハイブリッド化したハイブリッド強化繊維材を作製し、
次いで、前記ハイブリッド強化繊維材に対して、強化繊維材に導入される最大緊張力の数％程度の緊張力を導入して予備緊張し、その後、緊張力導入状態で樹脂を部分含浸し、樹脂が硬化してから緊張力を解放したことを特徴とするドライハイブリッド強化繊維緊張材である。
【００１６】
本発明の一実施態様によれば、前記炭素繊維よりエネルギー吸収能力の高い繊維は、連続した、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及び高分子量ポリエチレン繊維から選択される一種或いは複数種の繊維である。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、前記ハイブリッド強化繊維材は、その長手方向に沿った複数箇所にて樹脂が含浸硬化された樹脂含浸硬化領域を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材によれば、例えば、無含浸炭素繊維材を用いた緊張接着工法にて、特に、無含浸でのより大きな緊張力の導入を可能とし、且つ、樹脂含浸時の繊維のよれ、折り曲げがなくなり、破壊時の構造物の耐力が向上し、信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２０】
実施例１
本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材は、シート状、或いは、ロープ状（紐状）などとされる。斯かるドライハイブリッド強化繊維緊張材は、例えば、連続した強化繊維を長手方向に引き揃え、樹脂を含浸しないで緊張し、その後、樹脂含浸を行う強化繊維材緊張接着工法などに好適に使用される。
【００２１】
本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材は、少なくとも、連続した炭素繊維と、炭素繊維よりエネルギー吸収能力の高い、即ち、耐衝撃性に優れた高エネルギー吸収性繊維とを均一に引き揃え、一方向に配列してハイブリッド化したハイブリッド強化繊維材を作製し、次いで、このハイブリッド強化繊維材に対して、緊張接着工法施工時に導入される最大緊張力の数％程度の緊張力を導入して予備緊張し、この予備緊張力導入状態で樹脂の部分含浸を行い、樹脂が硬化してから、緊張力を解放することによって作製される。
【００２２】
ハイブリッド強化繊維材における高エネルギー吸収性繊維の割合は、炭素繊維の目付量（単位重量：ｇ／ｍ２）に対して３０％以上とされる。３０％より少ないと、本発明の所期の目的である、ハイブリッド強化繊維シートの緊張性能の向上といった作用効果が達成されない。
【００２３】
以下に、本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材の一実施例であるシート状とされる強化繊維緊張材について説明する。
【００２４】
図１に、ドライハイブリッド強化繊維緊張材を作製するための、緊張力導入及び部分樹脂含浸前のハイブリッド強化繊維シート１を示す。本実施例にて、ハイブリッド強化繊維シート１を構成する炭素繊維２Ａと高エネルギー吸収性繊維３Ａは、それぞれ、炭素繊維シート２と高エネルギー吸収性繊維シート３とされ、従って、ハイブリッド強化繊維シート１は、この炭素繊維シート２と高エネルギー吸収性繊維シート３を積層してハイブリッド化することにより作製される。
【００２５】
本実施例では、高エネルギー吸収性繊維シート３としては、ＰＢＯ繊維シートを使用するものとして説明するが、後述するように、本発明はこれに限定されない。
【００２６】
本実施例にて、好ましくは、炭素繊維シート２は補強時に表面層をなし、高エネルギー吸収性繊維シートとしてのＰＢＯ繊維シート３は、炭素繊維シート２の下層、即ち、構造物の被補強面側に対面した内層を構成する。図１には、炭素繊維シート２及びＰＢＯ繊維シート３は、各々１層にて示されているが、これに限定されるものではなく、例えば、炭素繊維シート２は１層〜５層、ＰＢＯ繊維シート３は１層〜５層とすることができる。
【００２７】
上記炭素繊維シート２は、連続した炭素繊維２Ａを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列した強化繊維シートであり、又、ＰＢＯ繊維シート３は、連続したＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維３Ａを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列した強化繊維シートである。各強化繊維シート２、３は、所定の目付量（単位重量：ｇ／ｍ２）を有しており、ハイブリッド強化繊維シート１の長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）は、補強されるコンクリート構造物の寸法、形状に応じて適宜決定される。通常、炭素繊維シート２の目付量は１００ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ｍ２であり、ＰＢＯ繊維シート３の目付量は１００ｇ／ｍ２〜１２００ｇ／ｍ２とすることができる。
【００２８】
なお、本実施例では、ハイブリッド強化繊維シート１は、炭素繊維シート２とＰＢＯ繊維シート３とを有するハイブリッドシートであるとし、従って、高エネルギー吸収性繊維シート３としては、連続したＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維を使用するものとしたが、その他に、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及び高分子量ポリエチレン繊維をも使用することができる。
【００２９】
即ち、高エネルギー吸収性繊維シート３を形成する高エネルギー吸収性繊維としては、ＰＢＯ繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及び高分子量ポリエチレン繊維から選択される一種にて、或いは、複数種の繊維を混合して使用することができる。
【００３０】
又、炭素繊維シート２及びＰＢＯ繊維シート３などの繊維シートは、取り扱いを容易とするために、図２に示すように、強化繊維２Ａ又は強化繊維３Ａなどを一方向に配列した強化繊維層の片面、或いは、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メッシュ状の支持体シート４により支持した構成とすることもできる。
【００３１】
メッシュ状支持体シート４にて強化繊維シート２又は強化繊維シート３を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート４を構成する縦糸６及び横糸７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４を強化繊維層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４の縦糸６及び横糸７の部分を強化繊維層に溶着する。
【００３２】
別法として、図３に示すように、強化繊維シート２（又は３）の一方向に配列された強化繊維２Ａ（又は３Ａ）に対して直交して、強化繊維２Ａ（又は３Ａ）のバラケ止めとして繊維５を横糸として一定の間隔にて打ち込み、所謂、織物（クロス）のような構造のシートとすることも可能である。繊維５としては、上述と同様に、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或は有機繊維が使用可能であるが、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は、繊維束のバラケ防止効果が大きく、好ましく用いられる。この方法での、横糸の打ち込み間隔（ｐ）に特に制限はないが、作製されたシートの取り扱い性を考慮して、通常１〜１５ｍｍ間隔の範囲で選定される。
【００３３】
本発明の特徴は、上記構成のハイブリッド強化繊維シート１に、緊張力を導入して予備緊張し、この状態にて、樹脂を部分含浸し、樹脂を完全に硬化した後、緊張力を解放することにある。
【００３４】
次に、緊張力の導入方法について説明する。
【００３５】
先ず、図１〜図３を参照して説明したようにして、炭素繊維シート２と、高エネルギー吸収性繊維シート、本実施例では、ＰＢＯ繊維シート３とを準備し、積層してハイブリッド強化繊維シート１を作製する。
【００３６】
図４に示すように、炭素繊維シート２とＰＢＯ繊維シート３とを同じ長さに揃え、必要に応じて、ハイブリッド強化繊維シート１の長手方向両端部１ａ、１ｂは、長手方向長さＬｈにわたって、樹脂Ｒを含浸し、硬化して、緊張力導入のための保持部を形成する。
【００３７】
図５に示すように、緊張力を導入するための緊張装置２００は、基台としての矩形状に組み立てた鋼製フレーム２０１と、ロードセル２０３を備えた固定取付部２００Ａと、ジャッキ２０６を備えた可動取付部２００Ｂとを備えている。固定取付部２００Ａと可動取付部２００Ｂとの間にハイブリッド強化繊維シート１が取り付けられる。
【００３８】
つまり、鋼製フレーム２０１の一端側に配置された固定取付部２００Ａは、鋼ボルト２０２が貫通して設けられ、この鋼ボルト２０２のフレーム外側に位置した外方端にロードセル２０３がナット２０４にて取り付けられる。鋼ボルト２０２のフレーム内側に位置した内方端には、シート保持部としての鋼板２１が溶接されたＰＣ鋼棒接続用カプラ２２が接続される。
【００３９】
また、鋼製フレーム２０１の他端側に配置された可動取付部２００Ｂは、鋼ボルト２０５が貫通して設けられ、この鋼ボルト２０５のフレーム外側に位置した外方端にセンターホールジャッキ２０６がナット２０７にて取り付けられる。鋼ボルト２０５のフレーム内側に位置した内方端には、シート保持部としての鋼板２１に取り付けられたＰＣ鋼棒接続用カプラ２２が接続される。
【００４０】
ハイブリッド強化繊維シート１の一方の端部保持部１ａは、固定取付部２００Ａの２枚の鋼板２１に挟持され、ボルトにて着脱自在に固定される。同様に、他方の端部保持部１ｂは、可動取付部２００Ｂの２枚の鋼板２１に挟持され、ボルトにて着脱自在に固定される。
【００４１】
本実施例では、上記構成の緊張装置２００にて、ハイブリッド強化繊維シート１の一端部側に設置したロードセル２０３で荷重を計測しながら、ジャッキ２０６により、例えば５ｋＮ／ｍｉｎ程度の速度でシート１を緊張し、ハイブリッド強化繊維シート１に一定の応力で緊張力を導入する。このとき、ハイブリッド強化繊維シート１の一端側、本実施例では可動取付部２００Ｂ側の含浸端部保持部１ｂ部分に設置したワイヤストレインゲージ２１０にてシートひずみを計測しながら行うのが好ましい。
【００４２】
また、緊張力導入時には、炭素繊維シート２とＰＢＯ繊維シート３とが同じ長さに揃えられて緊張されているかを確認する。もし、このとき、炭素繊維シート２とＰＢＯ繊維シート３との長さに不具合があることが確認された場合には、緊張力導入工程を中止する。
【００４３】
緊張力は、ハイブリッド強化繊維シート１に対して、例えば、強化繊維シート緊張接着工法施工時などに導入される最大緊張力の数％程度の緊張力とされる。
【００４４】
所定の緊張力が導入されると、次いで、この状態を維持しながら樹脂を部分含浸し、そして、樹脂を完全に硬化した後、ハイブリッド強化繊維シート１に対して導入した緊張力を解放する。
【００４５】
このようにして、詳しくは後述するが、図７に示すような樹脂が部分含浸されたドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａが作製される。
【００４６】
ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａは、その両端部１ａ、１ｂを緊張装置２００の取付部２００Ａ、２００Ｂから外すことにより、緊張装置２００から取り出される。緊張力の解放は、ロードセル２０３で荷重を計測しながらジャッキ２０６を操作して行う。
【００４７】
実験例
本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの効果を見るために、先ず、図４に示すハイブリッド強化繊維シート１、及び、他の強化繊維繊維シートにて種々の試験片Ｓを作製し、引張り試験を行った。この引張り試験は、先に説明した緊張装置２００を用いて行った。
【００４８】
引張り試験に用いた試験片Ｓは、図４に示すハイブリッド強化繊維シート１と同様の形状、寸法のものを使用した。つまり、試験片Ｓの幅Ｗが８０ｍｍであり、両端領域Ｌｈにだけ樹脂Ｒを含浸して端部保持部１ａ、１ｂを形成した。
【００４９】
この引張り試験では、試験片Ｓの端部１ａ、１ｂを固定取付部２００Ａ及び可動取付部２００Ｂにおいて、それぞれ、２枚の鋼板２１に挟み込んで樹脂で接着し、且つ、ボルトにて固定した。このとき、端部１ａ、１ｂには、樹脂を含浸して硬化し、緊張装置２００の取付部２００Ａ、２００Ｂに対する保持部を形成した。その結果、図６に示すように、両鋼板２１、２１間の試験片Ｓの長さＬ０は、２２００ｍｍ（樹脂無含浸スパン長さＬ１＝２０００ｍｍ）であった。
【００５０】
上記構成の緊張装置２００にて、試験片Ｓの一端部に設置したロードセル２０３で荷重を計測しながら、センターホールジャッキ２０６により５ｋＮ／ｍｉｎ程度の速度で強化繊維シート１を緊張し、試験片Ｓの一端側含浸部分に設置したワイヤストレインゲージ２１０にてシートひずみを計測した。
【００５１】
表１に示す試験片（実験例１〜３、比較例１〜４）の強化繊維シートは、次のようにして作製した。
【００５２】
本発明に従った実験例１〜３の試験片Ｓは、ハイブリッド強化繊維シート１であり、図１〜図４に示すように、１層の炭素繊維シート２と、１層のＰＢＯ繊維シート３とを積層した。上述したように、強化繊維シートの幅Ｗは８０ｍｍであり、両端領域Ｌｈだけに樹脂Ｒを含浸して端部保持部１ａ、１ｂを形成した。従って、上述のように、両鋼板２１、２１間のハイブリッド強化繊維シート１の長さＬ０は、２２００ｍｍ（樹脂無含浸スパン長さＬ１＝２０００ｍｍ）であった。
【００５３】
また、炭素繊維シート２は、引張強度が３４００ＭＰａ、弾性率が２３０ＧＰａとされる高強度、高弾性の炭素繊維フィラメント２４０００本を収束した繊維束（ストランド）、即ち、炭素繊維２Ａを使用し、この炭素繊維２Ａを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列して作製した。炭素繊維シート２の厚さ（ｔ１）は０．１１１ｍｍ（繊維目付２００ｇ／ｍ２）であった。
【００５４】
ＰＢＯ繊維シート３は、引張強度が３５００ＭＰａ、弾性率が２３５ＧＰａとされる単糸デニールが１．５デニールのモノフィラメントを、約２０００本収束した繊維束、即ち、ＰＢＯ繊維３Ａを使用し、このＰＢＯ繊維３Ａを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列して作製した。ＰＢＯ繊維シート３の厚さｔ２は０．１２８ｍｍ（繊維目付２００ｇ／ｍ２）であった。
【００５５】
このようにして作製したハイブリッド強化繊維シート１は、緊張装置２００に取り付け、ハイブリッド強化繊維シート１の一端部に設置したロードセル２０３で荷重を計測しながら、ジャッキにより、５ｋＮ／ｍｉｎ程度の速度でシート１を緊張し、ハイブリッド強化繊維シート１に所定の緊張力を導入した。また、緊張力導入時には炭素繊維シート２とＰＢＯ繊維シート３とが同じ長さに揃えられて緊張されていることを確認した。
【００５６】
上述のようにして作製したハイブリッド強化繊維シートを、本発明に従った実験例１〜３の試験片Ｓとした。
【００５７】
比較のために、ＰＢＯ繊維シート３のみからなる強化繊維シート試験片（比較例１、２）と、炭素繊維シート２のみからなる強化繊維シート試験片（比較例３、４）を作製した。これら単体のＰＢＯ繊維シート及び炭素繊維シートの幅Ｗは８０ｍｍであり、長さＬ０は２２００ｍｍ（スパン長２０００ｍ）であった。
【００５８】
【表１】
2006226045.tif 000003
【００５９】
表１に示すように、比較例１、２のＰＢＯ繊維シートは、設計強度９０％程度まで緊張できることが分かる。
【００６０】
一方、本発明に従ったハイブリッド強化繊維シート１である、炭素繊維シート２とＰＢＯ繊維シート３のハイブリッド強化繊維シートの試験（実験例１〜３）においては、ハイブリッド強化繊維シートが、破断に至る過程は、比較例３、４に示す炭素繊維シートのみの強化繊維シートの場合と同様に、微弱な破断音が連続的に生じた後、破断音が突然大きくなり、炭素繊維シート２の一部が破断し、その直後に炭素繊維シート２の完全破断に至った。
【００６１】
このときの引張応力は、表１に示すように、比較例３、４の炭素繊維のみの強化繊維シートに比べて１０〜２０％程度向上した。
【００６２】
なお、本発明に従ったハイブリッド強化繊維シートの場合、炭素繊維シート破断後もＰＢＯ繊維シート３は破断せず、その後緊張していく過程では微小破断音もなくなり、最終的にＰＢＯ繊維シートの設計強度の９０％前後で破断した。このことから、炭素繊維シート破断によるＰＢＯ繊維シートの損傷はなかったことが分かった。
【００６３】
本実験例では、炭素繊維シート２の破断のみが先行した場合には、炭素繊維シート破断時の引張り応力を破断強度とした。
【００６４】
本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａについて説明する。
【００６５】
図７に、本実施例の部分含浸されたドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの一実施例を示す。
【００６６】
本実施例にて、緊張力導入及び部分含浸前のハイブリッド強化繊維シート１は、図１〜図４を参照して説明したハイブリッド強化繊維シート１である。
【００６７】
本実施例によれば、ハイブリッド強化繊維シート１に対して、緊張装置２００にて、一定の応力で緊張力を導入する。
【００６８】
本実施例においても、緊張力は、ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａに対して、強化繊維シート緊張接着工法施工時に導入される最大緊張力の数％程度の緊張力とされる。
【００６９】
所定の緊張力が導入されると、次いで、この緊張力付与状態にて、樹脂の部分含浸を行う。そして、この樹脂が完全に硬化してから、導入した予備緊張力を解放する。
【００７０】
このようにして、上述したように、ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａが作製される。ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの両端部１ａ、１ｂを緊張装置２００の取付部２００Ａ、２００Ｂから外すことにより、緊張装置２００から取り出される。
【００７１】
本実施例によると、図７に示すように、ハイブリッド強化繊維シート１の両端部１ａ、１ｂの他に、強化繊維シート１の長手方向に沿った複数箇所にて、長手方向に沿った長さｇ、しかも、強化繊維シート１の全幅Ｗにわたって樹脂が含浸され、硬化された樹脂含浸硬化領域Ｒを有する。樹脂含浸硬化領域長さｇは、通常、３０ｍｍ〜５００ｍｍにて形成される。勿論、この硬化領域間隙ｇは、一定であっても良く、異なるものであってもよい。
【００７２】
又、樹脂含浸硬化領域Ｒの長手方向の間隔Ｌ１は、通常、４００ｍｍ〜２０００ｍｍとされる。４００ｍｍより小さいと、施工効率が悪いといった問題があり、又、２０００ｍｍより大きいと、部分含浸の効果が低下する。
【００７３】
この部分含浸硬化領域幅ｇ及び部分含浸間隔Ｌ１は、補強されるコンクリート構造物の寸法、形状に応じて適宜決定される強化繊維シート１の長さＬ及び幅Ｗによって適宜決定される。
【００７４】
例えば、本実施例では、コンクリート梁の補強などに使用される部分含浸ハイブリッド強化繊維シート１において、その長手方向の長さＬが１０ｍ、幅Ｗが３００ｍｍ〜５００ｍｍとされる場合には、樹脂含浸硬化領域長さｇ及び部分含浸間隔Ｌ１をそれぞれ、１００ｍｍ及び２０００ｍｍとすることにより良好な結果を得ることができた。
【００７５】
樹脂含浸硬化領域Ｒを形成するべく含浸される樹脂は、ハイブリッド強化繊維シート１を使用した構造物の補強方法を実施する際に、このハイブリッド強化繊維シートに含浸されるマトリクス樹脂と同じものが使用される。つまり、マトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂とすることができ、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、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂を好適に使用し得る。又、樹脂含浸硬化領域Ｒにおける樹脂含浸量は、３０〜７０重量％、好ましくは、４０〜６０重量％とされる。
【００７６】
実験例
本実施例のドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの作用効果を見るために、次に示す実験例１１〜１９及び比較例１１〜２３としての試験片を作製し、緊張力を導入し、緊張応力比と部分含浸間隔Ｌ１との関係を調べた。その結果を表２、表３及び図８に示す。
【００７７】
使用した試験片及び緊張装置の構成は、実施例１で説明した試験片Ｓ及び緊張装置２００と同様のものであった。
【００７８】
【表２】
2006226045.tif 000004
【００７９】
【表３】
2006226045.tif 000005
【００８０】
本実施例に従ったドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａは、次のようにして作製した。
【００８１】
ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａのためのハイブリッド強化繊維シート１は、上述したように、１層の炭素繊維シート２と、１層のＰＢＯ繊維シート３とを積層した。ハイブリッド強化繊維シート１、即ち、ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの幅Ｗは８０ｍｍであり、長さＬ０は２２００ｍｍであった。
【００８２】
炭素繊維シート２は、強度が３４００ＭＰａ、弾性率が２３０ＧＰａとされる高強度、高弾性の炭素繊維フィラメント２４０００本を収束した繊維束（ストランド）、即ち、炭素繊維２Ａを使用し、この炭素繊維２Ａを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列して作製した。炭素繊維シート２の厚さ（ｔ１）は０．１１１ｍｍ（繊維目付２００ｇ／ｍ２）であった。
【００８３】
また、ＰＢＯ繊維シート３は、強度が３５００ＭＰａ、弾性率が２３５ＧＰａとされる単糸デニールが１．５デニールのモノフィラメントを、約２０００本収束した繊維束、即ち、ＰＢＯ繊維３Ａを使用し、このＰＢＯ繊維３Ａを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列して作製した。ＰＢＯ繊維シート３の厚さｔ２は０．１２８ｍｍ（繊維目付２００ｇ／ｍ２）であった。
【００８４】
このようにして作製したハイブリッド強化繊維シート１を、緊張装置２００に取り付け、ハイブリッド強化繊維シート１の一端部に設置したロードセルで荷重を計測しながら、ジャッキにより、５ｋＮ／ｍｉｎ程度の速度でシート１を緊張し、ハイブリッド強化繊維シート１に所定の緊張力を導入した。そして、緊張力導入下に、樹脂を部分含浸し、この樹脂を完全に硬化させ、次いで、緊張力を解放した。
【００８５】
試験片は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、樹脂含浸硬化領域Ｒの間隔Ｌ１が４００、６００ｍｍ、８５０ｍｍ、１０００ｍｍの４通りを作製した。また、樹脂含浸硬化領域Ｒの硬化長さｇは、５０ｍｍとした。
【００８６】
樹脂含浸硬化領域Ｒは、エポキシ樹脂を使用し、樹脂含浸硬化領域における樹脂含浸量は、５０重量％とした。
【００８７】
本実施例の上記ドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの試験結果を、表２に実験例１１〜１９として示し、図８上に「×」にて示す。
【００８８】
比較例として、上記炭素繊維シート２の１層のみからなる部分含浸強化繊維シートを使用した。表３に、比較例１１〜２１として示し、図８上には、その試験結果を「□」にて示す。また、比較例として、本実施例の上記炭素繊維シート２のみからなる部分含浸強化繊維シートを２層使用した。表３に、比較例２２、２３として示し、図８上には、その試験結果を「○」にて示す。
【００８９】
また、図８には、比較例として、表１の比較例１、２に示すと同様の上記ＰＢＯ繊維シート３のみからなる部分含浸強化繊維シートを使用し、間隔Ｌ１＝１０００ｍｍで部分含浸した場合の試験結果を「△」にて示す。
【００９０】
図８より、本実施例によれば、部分含浸間隔Ｌ１が４００ｍｍ〜１０００ｍｍでは破断時の引張応力比は、炭素繊維シートのみとされる比較例１１〜２３（引張応力比３３〜４９％）の場合よりも１０％以上高く、ハイブリッド効果が見られる。
【００９１】
また、比較例１１〜２１と、比較例２２、２３とを比較すると理解されるように、炭素繊維シート２の層数を１層から２層へと増加させた場合もその結果は変化がなく、その効果はなかった。
【００９２】
図１０〜図１３は、炭素繊維シート２及びＰＢＯ繊維シート３に、図９（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示すように、３本ずつ設置した歪みゲージ２１０によって計測した歪み（引張歪）の平均値と引張応力の関係を示す。
【００９３】
図１３に示すように、部分含浸間隔Ｌ１が２０００ｍｍ、即ち、実施例１で説明したスパン長さＬ１＝２０００ｍｍのハイブリッドシート１を、部分含浸しないで使用した表１の実験例１〜３の場合には、上述したように、炭素繊維シート２が単体試験時（比較例１１〜２３）と同様の引張応力比で早期に完全破断し、同時に緊張応力や引張り歪みの低下が観測された。その後は、ＰＢＯ繊維シート単体での引張り試験（比較例１、２）と同様となった。
【００９４】
図１２に示すように、部分含浸間隔が１０００ｍｍでは、炭素繊維シート２が部分毎に３回に分けて破断し、引張応力や引張歪の低下量も２０００ｍｍ間隔の２４％程度に減少した。
【００９５】
図１０及び図１１に示すように、部分含浸間隔が４００ｍｍ、８５０ｍｍでは、引張応力低下は起こらず、炭素繊維シート２の微小破断に伴う急激な伸びに伴う引張り歪みの現象が微細に起こったのみであった。
【００９６】
以上の試験結果より、１０００ｍｍ間隔以内で部分含浸した時にハイブリッド効果は特に大きく現れ、８５０ｍｍ以内ならば安定して６０％程度の引張応力比まで緊張できることが分かった。
【００９７】
実施例２
本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材の他の実施例について説明する。
【００９８】
図１４に、予備緊張導入及び樹脂部分含浸前の本実施例のハイブリッド強化繊維シート１を示す。本実施例にて、ハイブリッド強化繊維シート１は、少なくとも、連続した炭素繊維２Ａと、高エネルギー吸収性繊維として、例えば連続したＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維３Ａとを均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列される。ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維３Ａは、炭素繊維２Ａ中に均一に混入されるのが好ましい。
【００９９】
ハイブリッド強化繊維シート１における高エネルギー吸収性繊維３Ａの割合は、炭素繊維２Ａの目付量（単位重量：ｇ／ｍ２）に対して３０％以上とされる。３０％より少ないと、本発明の所期の目的である、ハイブリッド強化繊維シートの緊張性能の向上といった作用効果が達成されない。
【０１００】
通常、炭素繊維２Ａの目付量は１００ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ｍ２であり、ＰＢＯ繊維３Ａの目付量は１００ｇ／ｍ２〜１２００ｇ／ｍ２とすることができる。
【０１０１】
なお、本実施例では、ハイブリッド強化繊維シート１は、炭素繊維２ＡとＰＢＯ繊維３Ａとを有するハイブリッドシートであるとしたが、高エネルギー吸収性繊維としては、ＰＢＯ繊維の代わりに、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及び高分子量ポリエチレン繊維をも使用することができる。また、高エネルギー吸収性繊維としては、これらＰＢＯ繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維及び高分子量ポリエチレン繊維を単独で使用することもできるが、複数種混合して作製することもできる。
【０１０２】
本実施例においても、ハイブリッド強化繊維シート１の取り扱いを容易とするために、図２に示すように、強化繊維２Ａ及び強化繊維３Ａを含む強化繊維層の片面、或いは、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メッシュ状の支持体シート４により、実施例１にて説明したと同様の方法により、支持した構成とすることができる。
【０１０３】
勿論、別法として、実施例１で説明したと同様に、図３に示すように、強化繊維シート１の一方向に配列された強化繊維２Ａ、３Ａに対して直交して、強化繊維２Ａ、３Ａのバラケ止めとして繊維５を横糸として一定の間隔にて打ち込み、所謂、織物（クロス）のような構造のシートとすることも可能である。
【０１０４】
本発明の特徴は、実施例１の場合と同様にして上記構成のハイブリッド強化繊維シート１に、緊張力を導入して緊張し、この緊張力導入下に樹脂を部分含浸し、硬化した後、緊張力を解放することにある。
【０１０５】
本実施例のドライハイブリッド強化繊維緊張材も又、実施例１で説明したドライハイブリッド強化繊維緊張材と同様の効果を達成することができる。
【０１０６】
図１５に、本発明に従って構成されるドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａの他の実施例を示す。
【０１０７】
本実施例においても、実施例１で説明したと同様に、図１５に示すように、ハイブリッド強化繊維シート１の長手方向に沿った複数箇所にて、長手方向に沿った長さｇ、しかも、強化繊維シート１の全幅Ｗにわたって樹脂が含浸され、硬化された樹脂含浸硬化領域Ｒを有する。
【０１０８】
この部分含浸硬化領域幅ｇ及び部分含浸間隔Ｌ１は、補強されるコンクリート構造物の寸法、形状に応じて適宜決定される強化繊維シート１の長さＬ０及び幅Ｗによって適宜決定される。
【０１０９】
樹脂含浸硬化領域Ｒを形成するべく含浸される樹脂は、本発明の補強方法を実施する際に強化繊維シート１に含浸されるマトリクス樹脂と同じものが使用される。つまり、マトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂とすることができ、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、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂を好適に使用し得る。又、樹脂含浸硬化領域Ｒにおける樹脂含浸量は、３０〜７０重量％、好ましくは、４０〜６０重量％とされる。
【０１１０】
本実施例によれば、上記構成のハイブリッド強化繊維シート１に対して、上記実施例１の場合と同様に、緊張装置２００にて、一定の応力で緊張力が導入され、この緊張力導入下に樹脂を部分含浸し、樹脂が完全に硬化した後、緊張力を解放する。
【０１１１】
本実施例のドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａも又、実施例１で説明したドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａと同様の効果を達成することができる。
【０１１２】
上記説明した実施例１、２に記載のドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａは、例えば、緊張下に、コンクリート構造物、鋼構造物などの構造物の被補強面に貼付することにより構造物を有効に補強する補強材として有効に使用することができる。
【０１１３】
上記実施例では、本発明のドライハイブリッド強化繊維緊張材は、シート状であるとして説明したが、ロープ状（紐状）とすることもでき、上記実施例のシート状のドライハイブリッド強化繊維緊張材１Ａと同様の作用効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材を作製するためのハイブリッド強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材を作製するためのハイブリッド強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材を作製するためのハイブリッド強化繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。
【図４】両端部に樹脂が含浸され、緊張力導入及び部分樹脂含浸前のハイブリッド強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図５】ハイブリッド強化繊維シートに緊張力を導入するための緊張装置と、緊張装置に取り付けられたハイブリッド強化繊維シートを示す図である。
【図６】ドライハイブリッド強化繊維緊張材の引張応力と引張応力比をと調べるための緊張装置と、緊張装置に取り付けられた試験片を示す図である。
【図７】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材の一実施例を示す斜視図である。
【図８】ドライハイブリッド強化繊維緊張材の引張応力比と部分含浸間隔との関係を示す図である。
【図９】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材の種々の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材における引張応力と引張歪との関係を示す図である。
【図１１】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材における引張応力と引張歪との関係を示す図である。
【図１２】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材における引張応力と引張歪との関係を示す図である。
【図１３】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材における引張応力と引張歪との関係を示す図である。
【図１４】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材を作製するためのハイブリッド強化繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係るドライハイブリッド強化繊維緊張材の他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１        ハイブリッド強化繊維シート
１Ａ      ドライハイブリッド強化繊維緊張材
２        炭素繊維シート
２Ａ      炭素繊維
３        ＰＢＯ繊維シート（高エネルギー吸収性繊維シート）
３Ａ      ＰＢＯ繊維（高エネルギー吸収性繊維）
４        支持体
５        バラケ止め繊維
２００    緊張装置
【図１】
2006226045.tif 000006
【図２】
2006226045.tif 000007
【図３】
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【図４】
2006226045.tif 000009
【図５】
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【図６】
2006226045.tif 000011
【図７】
2006226045.tif 000012
【図８】
2006226045.tif 000013
【図９】
2006226045.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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