(57)【要約】  コンクリート等の補強材（５）用の複合補強棒（１）であって、当該棒（１）は、連続繊維およびマトリックス材からできている。棒（１）は、丸みを帯びたコーナーを有する長方形、好ましくは正方形である。棒の側面の１つまたは複数には、長手方向に延びるバンド（３）を設けてもよい。バンド（３）のそれぞれの幅は、側面の全幅の１／３より大きくてもよく、バンド（３）のそれぞれの深さは、バンドの幅の１／５０より大きくてもよい。
2005511861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートのような補強材（５）用の、連続繊維およびマトリックス材からなる複合補強棒（１）であって、
丸みを帯びたコーナーを有する長方形、好ましくは正方形の形状を有することを特徴とする補強棒。
【請求項２】
１つまたは複数の前記棒の側面には、長手方向に延びるバンド（３）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の補強棒。
【請求項３】
前記バンド（３）のそれぞれの幅は、前記側面の全幅の１／３よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の補強棒。
【請求項４】
前記バンド（３）のそれぞれの深さは、前記バンドの幅の１／５０よりも大きいことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の補強棒。
【請求項５】
前記棒の前記コーナーおよび／または前記側面の表面には、テクスチャとして形成された複数のへこみ、窪み、または凹部が設けられることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の補強棒。
【請求項６】
前記テクスチャは、リブ、点、円形、正方形、三角形、または楕円形の形状を有することを特徴とする、請求項５に記載の補強棒。
【請求項７】
連続繊維を含む複合マトリックス材からできている補強棒を製造する方法であって、
前記繊維は、樹脂浴、スプレー噴射、圧力、またはこれらの製造方法の任意の組み合わせにより含浸され、それにより、前記棒が、引き抜き成形、巻き取り成形、または押し出し成形による成形プロセスで成形されることを特徴とする補強棒を製造する方法。
【請求項８】
テクスチャは、
圧力の使用と、
前記棒上の必要なテクスチャに対応するビーズを表面上に有するローラ、シート、または連続して走行するバンドと
により、
一工程で前記棒の表面に設けられることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記テクスチャは、押し出し成形、または引き抜き成形の個別のプロセスで、前記棒の表面に設けられることができることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート等の補強材用の、連続繊維およびマトリックス材からなる複合補強ロッド（rod）または複合補強棒（bar）に関する。
【０００２】
補強棒は、ワンラインプロセスで、または二次ラインプロセスと組み合わせて、連続繊維およびマトリックス（樹脂）の引き抜き成形または押し出し成形、あるいはそれらの組み合わせによる成形プロセスにおいて成形することができ、強化すべき材料に十分に結合するように特別に設計された表面テクスチャ（texture）および幾何学的形状を形成する。棒の使用により強化することができる材料は、金属、コンクリート、木、プラスチック、石、セラミックのようなものである。表面は、コーナーおよびサイドバンド（sideband）のテクスチャゾーンに分かれ、半径および幅それぞれに依存し、幾何学的形状は変更し、特殊化し、および強化すべき製品に適合させることができる。棒は、成形プロセスで、少なくとも５０重量％の補強用繊維と、浴、スプレー噴射、または圧力によって当該繊維に含浸されたマトリックスとを用いて製造される。表面テクスチャは、棒を成形および硬化する工作機械（複数可）の内部または外部で、ローラまたは連続して走行するバンドにより、機械的に、リップオフシート（rip off sheet）を用いて成形プロセスラインで施される。棒のテクスチャ面は、押し出し成形または引き抜き成形の個別のプロセスで外層として施され、その後、上述のように、棒の幾何学的形状が主成形プロセスで成形される。
【０００３】
上記のタイプの複合棒は、金属、コンクリート、木、プラスチック、石、セラミック、およびそれらの組み合わせ等の材料からなる、異なる製品および構成物を、強化および補強するために用いられ、構造上の機能を得るためには、棒と材料の十分な結合が必要とされる。金属、コンクリート、木、プラスチック、複合材、石、およびセラミックからできている多くの補強製品は、細長さ、重量、サイズ、および費用の最適化を必要とするが、最適化はしばしば、強度、剛性に起因して、または鋼および他の金属等が腐食、変色、およびそれによる構造強度の損失に関する問題を引き起こす酸化を受けやすくなることにより得られる。製品の強化および補強に金属が用いられるいくつかの場合では、伸びまたは材料の物理的挙動の変化に関する問題があり、この問題により亀裂が生じ、または製品の材料と強化部材、すなわち補強棒との結合が不十分になる。
【０００４】
本発明による補強材は、ＦＲＰ（繊維補強ポリマー）と呼ばれる連続繊維およびマトリックスの複合材であり、高い比強度、軽量、導電性がないかまたは低いこと、非磁性特性、酸および塩化物あるいはアグレッシブな環境に対する高い耐性、ならびに成形性および付形性（shaping）のような優れた柔軟性のある物理的材料特性を有するため、これは種々の構成材料に用いられている。
【０００５】
上述のように、概して、鋼および金属は酸化されやすく、その酸化は、水の存在下における大気中の酸素からの水酸化物イオンおよび酸化物により、鉄系金属の腐食および錆付きを引き起こす。ｐＨが高いアルカリ性（ｐＨ１２〜１４）に維持されるとともに、打設コンクリート（poured concrete）の品質が非常に良好である限り、鋼は不導態（passive leading）を保つ。低いｐＨ、低品質のコンクリート、不十分な製品品質、下手な工作方法、または強酸への曝露により、鋼補強棒（rebar）を保護すべき保護コンクリートゾーンへの、すなわち、塩混入凝集体、塩化カルシウム、海洋環境、海水、炭化、ＣＯ２への接触、酸素への接触、および湿気による塩素イオンの浸透が引き起こされる。さらに、コンクリートの化学的劣化をもたらす可能性のある条件、すなわち、硫酸塩または酸の攻撃、あるいは湿潤または湿気の多い状態での凍結および解凍によるコンクリートの機械的劣化により、今度は、補強鋼の錆付きおよび腐食、コンクリートの亀裂、および構造強度の損失が生じるおそれがある。補強材が腐食（錆付き）し始めると、酸化鉄が広がり、錆付きにより生じる内部応力により、コンクリートに亀裂が生じ始める。するとコンクリートは劣化し、鋼棒は腐食過程の原因となった大気および環境に曝されることになり、腐食過程の速度はさらに増し、構造物の構造強度が失われて、最悪の場合は倒壊に至るおそれがある。これらのパラメータを制御することは困難であり、コンクリート構造物に関する実質的な経済的および構造的問題は世界中で起こっている。他の代替的な強化材がないため、鋼製の補強棒はコンクリート構造物で誤用されている場合が多い。
【０００６】
上述のように、複合補強棒は以前から知られており、僅かではあるが用いられている。しかしながら、このような公知の棒は、主な欠点、すなわち、製品の材料（コンクリート）と強化棒（ＦＲＰ棒）との結合の弱さを有する。従来の棒は円形に設計されているため、表面に必要な粗さを与えることは難しい。
【０００７】
本発明は、優れた結合特性を有し、必要な表面粗さが単純かつ安価な方法で与えられる複合補強棒を提供する。
【０００８】
添付の請求項１に記載するように、本発明は、棒が丸みを帯びたコーナーを有する長方形、好ましくは正方形の形状を有することを特徴とする。棒の側面は、表面積および結合を増すための凹部を有してもよい。
【０００９】
さらに、請求項７に記載するように、本発明による方法は、樹脂浴により、または噴射により、あるいは噴霧ゾーンを通過させることにより繊維に含浸させ、それにより成形プロセスにおいて棒を成形することを特徴とする。
【００１０】
従属請求項２ないし６、および８ないし９には、本発明の好ましい実施形態を記載する。
【００１１】
次に、本発明をさらに詳細に、図面を参照して説明する。
【００１２】
補強棒は、任意の種類の材料からなる構成物または製品において強化部材として用いられるよう意図される。棒は、任意のタイプの他の材料、すなわち、限定はされないが、コンクリート構造物、木製構造物または部材、任意のタイプのプラスチック製品または構成物、金属からできている構造物または製品、あるいは経済的または構造的理由から強化を必要とする種類の任意の材料とともに成形、硬化、または接着してもよい。
【００１３】
本発明による補強棒（１）は、ガラス、炭素、アラミド、ポリエステル、セラミック、合成繊維、天然繊維または類似物（ただしこれらに限定はされない）からなる連続繊維を、繊維に含浸される熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のような任意のタイプの樹脂系と任意に組み合わせた混合物を含んでもよい。図１〜図３に示す補強棒（１）は、丸みを帯びたコーナー（２）およびそれぞれの側面に沿って延びるバンド（３）を有する長方形の形状を有している。
【００１４】
複合棒は、樹脂浴または噴射系を通して含浸される繊維から製造されることが好ましく、その繊維には、樹脂系が散在し、続いて、繊維および樹脂が、要求される幾何学的形状になるように、共に接着および硬化される成形プロセスで成形され、その繊維には、表面に機械的に貫入されたか、棒の外面に成形すなわち押し出し成形されたか、及び／または外面に剥離層（peel-ply）テクスチャまたは同様のものをプリントすることにより形成された窪みまたは凹部を有する外面テクスチャが散在する。
【００１５】
補強棒の断面を図２に示す。本発明による補強棒は、角度（ａｎｇ１-４）および半径（ｒ１-４）によりそれぞれが画定される丸みを帯びたコーナー（ｃｏｒｎｅｒ１-４）と、深さ（ｄ１-４）を画定することができる長手方向のサイドバンド（ｂａｎｄｓ１-４）とを有するように設計される。これらのパラメータを組み合わせることにより、補強棒は、意図する用途を指定して専用化することができる。本発明による補強棒の１つのさらに特有の設計上の特徴は、上述のように、外面テクスチャおよびこのテクスチャを棒に与える方法である。表面テクスチャは、補強棒と強化すべき主な材料とを十分に結合させる粗さを定める。目的は、外部負荷または内部歪みから生じる力が主な製品材料および棒における内部応力に変わってしまう場合に、構造物および製品の強化用および補強用部材として棒を用いることである。
【００１６】
この発明は、主要製品の試験により要求および規定されるような、またはその種類、目的、または用途に合わせて規定された任意の設計規則または基準の要件に従った幾何学的形状および粗さを有する補強棒材製品を製造することを可能にする。この粗さ、すなわち、窪みまたは凹部およびそれらの深さは、図２に規定するパラメータを以下の表１に規定する範囲内で変化させることにより得られ、それにより必要な製品に適した幾何学的形状が得られる。
【００１７】
【表１】
2005511861.tif 000003
【００１８】
粗さは、湾曲したコーナー（ｃｏｒｎｅｒ１-４）、サイドバンド（ｂａｎｄｓ１-４）に個別に、またはこれらの任意の組み合わせに施すことができる。粗さは、施す面積および粗さの必要な要件に従って規定されて施されなければならない。一例として、粗さは、図３に示すようなパターンで選択してもよく、図３は、３つの長さｌ１-３および角度θにより規定される、図４に示す窪みまたは凹部形状のタイプの質量重心（重心）の位置を当てはめて位置決めする方法に関する原理の体系を規定するものである。３つの長さおよび角度は、コーナーが窪み／凹部の質量重心の位置を表す三角形を形成し、この三角形は図３および図４に示すテクスチャパターンを形成する。
【００１９】
長さｌ１-３および角度θの変化を以下の表２に示す。
【００２０】
【表２】
2005511861.tif 000004
【００２１】
粗さ、すなわちへこみのテクスチャパターンは、上述のように、スタンピング、インプリンティング、インプレッシング、剥離層テクスチャパターン、テクスチャフィルムの複製プリント、押し出し成形、または同様の方法によって得ることができる。深さは、製品または構造物の材料と補強棒とを正確に結合させるために、試験および計算から規定しなければならず、用いられるそれぞれの場合に合わせて、調整および専用化することができる。
【００２２】
図４の最上部および最下部の表は、本発明による表面テクスチャパターンのへこみ、窪み、または凹部の形状および深さそれぞれに関する設計の例を示す。しかしながら、本発明はこのような設計に限定されないことは強調すべきである。したがって、テクスチャパターンおよび窪みまたは凹部は、任意の好適な設計からなることができ、図示および上述したものとは異なる深さ、幅、および角度を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】コンクリートに部分的に埋め込まれた、本発明による棒の短片の垂直断面図を示す。
【図２】本発明の棒の拡大した断面図及び側面図を示す。
【図３】特定の表面テクスチャパターンを有する棒の一片の側面図を示す。
【図４】種々の窪みまたは凹部の概要であって、表面テクスチャパターンで用いられる当該窪みまたは凹部の深さをそれぞれ記載した表を示す。
【図１】
2005511861.tif 000005
【図２】
2005511861.tif 000006
【図３】
2005511861.tif 000007
【図４】
2005511861.tif 000008
【国際調査報告】
2005511861.tif 000009
2005511861.tif 000010
2005511861.tif 000011