(57)【要約】【課題】コンクリートを打設するときのコンクリート構造物とＦＲＰ格子材との間におけるコンクリートの流れを確保し、コンクリート構造物表面と格子材との付着面積を増大させ、補強効果の向上を図ることのできるＦＲＰ格子材及びその成形法を提供する。【解決手段】ＦＲＰ格子材１００にて、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とが互いに積層された各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１及び横補強筋１０２は、断面形状が非矩形とされる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を一方向に並べてマトリクス樹脂を含浸させた紐状強化繊維を複数積層して形成される縦補強筋と横補強筋とを格子状に配置して形成されるＦＲＰ格子材において、
前記縦補強筋と前記横補強筋とが互いに積層された各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋は、断面形状が非矩形とされることを特徴とするＦＲＰ格子材。
【請求項２】
前記縦補強筋と前記横補強筋とが互いに積層された各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋の表面に、粒状物を付着させたことを特徴とする請求項１のＦＲＰ格子材。
【請求項３】
前記粒状物は、砂であることを特徴とする請求項２のＦＲＰ格子材。
【請求項４】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされることを特徴とする請求項１、２又は３のＦＲＰ格子材。
【請求項５】
前記マトリクス樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のＦＲＰ格子材。
【請求項６】
前記縦補強筋及び前記横補強筋は、補強筋幅（ｗ）３〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）３〜２０ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ１）２５〜２５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のＦＲＰ格子材。
【請求項７】
樹脂が含浸された紐状の強化繊維を、平面状の成形型を使用して縦横方向に引き回し、格子状に成形し、その後、押圧成形することにより、請求項１〜６のいずれかの項に記載のＦＲＰ格子材を成形するための成形法であって、
前記縦補強筋と前記横補強筋とが互いに積層された各交点には下型と上型を配置し、各交点にて積層された前記縦補強筋と前記横補強筋とを前記下型と上型にて所定の形状に成形し、
各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋は、空気中で張力のある状態に保持し、固化する、
ことを特徴とするＦＲＰ格子材の成形法。
【請求項８】
各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋が硬化する前に、各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋の表面に、粒状物を散布し、表面に付着させることを特徴とする請求項７のＦＲＰ格子材の成形法。
【請求項９】
前記粒状物は、砂であることを特徴とする請求項８のＦＲＰ格子材の成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木分野にてコンクリートの補強用として使用される繊維強化プラスチック製のＦＲＰ格子材及びその成形法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木分野にて使用される鉄筋の代わりに、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のコンクリート補強用ＦＲＰ格子材がコンクリート構造物の補修補強に使用されている。
【０００３】
近年、特に、トンネルの内部のコンクリート剥落防止や、道路高架橋の床版の補強、また、シールドトンネル工事において、発進や到達立坑のシールドマシーン切削部の鉄筋代替物として多量に使用されるようになってきた。
【０００４】
従来、ＦＲＰ格子材は、強化繊維である紐状のガラス繊維や炭素繊維を樹脂に含浸させ、平面箱形状の成形型の上で、その型の周囲にあるピンを利用して、縦横方向に引き回し、格子状に成形し、その後、ポリエステルなどのフィルムを上に載せてやや押圧し成形することにより、製造されている。図６及び図７にこのようにして製造されたＦＲＰ格子材１００の一例を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来方法で成形したＦＲＰ格子材１００は、図７に示すように、図７にて上下両面が平面とされ、筋の断面形状が幅ｗ、厚さｔとされる概略矩形状をしているために、ＦＲＰ格子材１００をコンクリート構造物に取り付けたときに、ＦＲＰ格子材１００の平面部分がコンクリート構造物表面に密着し、ＦＲＰ格子材１００とコンクリート構造物表面との間に空隙ができないか、或いは、極めて僅少となり、コンクリートを打設するときにＦＲＰ格子材とコンクリート構造物表面との間へのコンクリートの流れが悪いことがある。この場合には、ＦＲＰ格子材１００とコンクリート構造物表面との付着面積が少なく、補強効果が低下する。
【０００６】
また、ＦＲＰ格子材１００の製造時において、ＦＲＰ格子材１００を形成する縦横部材、即ち、縦格子筋１０１及び横格子筋１０２の交点部１０３にて、積層された縦格子筋１０１及び横格子筋１０２がそれぞれずれることがあり、その場合には、交点の強度が落ちる傾向がある。また、積層された縦格子筋１０１及び横格子筋１０２のずれは、外観上問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、コンクリートを打設するときのコンクリート構造物とＦＲＰ格子材との間におけるコンクリートの流れを確保し、コンクリート構造物表面と格子材との付着面積を増大させ、補強効果の向上を図ることのできるＦＲＰ格子材及びその成形法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、ＦＲＰ格子材における交点にて、積層された縦補強筋と横補強筋がずれ、交点の強度が落ちるのを防止し、又、外観上の問題をも解決したＦＲＰ格子材及びその成形法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係るＦＲＰ格子材及びその成形法にて達成される。要約すれば、第１の発明によれば、強化繊維を一方向に並べてマトリクス樹脂を含浸させた紐状強化繊維を複数積層して形成される縦補強筋と横補強筋とを格子状に配置して形成されるＦＲＰ格子材において、
前記縦補強筋と前記横補強筋とが互いに積層された各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋は、断面形状が非矩形とされることを特徴とするＦＲＰ格子材が提供される。一実施態様によれば、前記縦補強筋と前記横補強筋とが互いに積層された各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋の表面に、粒状物を付着させる。好ましくは、前記粒状物は、砂である。
【００１０】
第２の発明によれば、樹脂が含浸された紐状の強化繊維を、平面状の成形型を使用して縦横方向に引き回し、格子状に成形し、その後、押圧成形することにより、上記ＦＲＰ格子材を成形するための成形法であって、
前記縦補強筋と前記横補強筋とが互いに積層された各交点には下型と上型を配置し、各交点にて積層された前記縦補強筋と前記横補強筋とを前記下型と上型にて所定の形状に成形し、
各交点間における前記縦補強筋及び前記横補強筋は、空気中で張力のある状態に保持し、固化する、
ことを特徴とするＦＲＰ格子材の成形法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＦＲＰ格子材及びその成形法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１２】
図１に、本発明のＦＲＰ格子材の一実施例を示す。
【００１３】
本実施例にて、ＦＲＰ格子材１００は、互いに交差して格子状に配置された複数の補強筋、即ち、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とを含み、各補強筋１０１、１０２は、強化繊維を一方向に並べてマトリックス樹脂を含浸させた紐状強化繊維を複数積層して形成される。縦補強筋１０１と横補強筋１０２とは、通常、直角に交叉しているが、これに限定されるものではない。
【００１４】
本発明によれば、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とが互いに積層された各交点１０３及びその近接領域において、縦補強筋１０１及び横補強筋１０２の断面形状は矩形とされるが、各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１及び横補強筋１０３は、断面形状が非矩形とされる。即ち、矩形の角部が丸くされ、比較的円形に形成される。
【００１５】
各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１及び横補強筋１０３の断面形状が、ほぼ円形のような非矩形とされることにより、ＦＲＰ格子材１００をコンクリート構造物に取り付けたときに、ＦＲＰ格子材１００とコンクリート構造物表面との間に空隙が生じやすく、コンクリートを打設するときに、ＦＲＰ格子材１００とコンクリート構造物表面との間へのコンクリートの流れが良くなり、ＦＲＰ格子材１００とコンクリート構造物表面との付着面積が増大し、補強効果が増大する。
【００１６】
更に、ＦＲＰ格子材１００のコンクリート構造物表面への付着性能を良好とするために、各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１及び横補強筋１０２の表面に、粒状物、例えば、砂、樹脂粒などを付着させることができる。好ましくは、粒径０．１〜３ｍｍの砂を、付着量０．１〜１０ｇ／ｃｍ２にて付着させる。
【００１７】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。
【００１８】
又、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００１９】
又、本実施例にて使用される各補強筋１０１、１０２は、各交点部１０３において、補強筋幅（ｗ）が３〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）３〜２０ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ）２５〜２５０ｍｍの格子状に成形硬化され、全体としてシート状のＦＲＰ格子材１００を形成する。各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１及び横補強筋１０２の断面形状は非矩形とされ、比較的円形（矩形の角部が丸くされた状態）となるように成形硬化される。
【００２０】
次に、上記構成のＦＲＰ格子材を作製するためのＦＲＰの成形法について説明する。
【００２１】
図２〜図４に、ＦＲＰ格子材１００の成形法の一実施例を示す。
【００２２】
本実施例の成形法によれば、クリール１１より解じょされた多数本の強化繊維ｆは、樹脂含浸工程へと送給される。樹脂含浸工程では、多数本の強化繊維ｆは、樹脂が収容された含浸槽１２を通すことにより樹脂が含浸され、集合されて紐状強化繊維Ｆとされる。樹脂槽１２には、混合容器１３から樹脂が供給される。この樹脂が含浸された紐状の強化繊維Ｆは、平面状の成形型１４へと導かれる。
【００２３】
成形型１４は、矩形状の浅い箱体とされ、周壁部材にガイド溝１５が形成されると共に、ピン１６が植設されている。樹脂が含浸された紐状の強化繊維Ｆは、成形型１４の周壁ガイド溝１５とピン１６とを利用して、縦横方向に引き回し、縦横部材、即ち、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とからなる格子状１００に成形する。
【００２４】
本実施例によれば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、成形型１４内には、格子状に成形された紐状強化繊維の交点部１０３に位置して、下型２０１及び上型２０２からなる型２００が配置される。本実施例では、成形型１４内には、下型２０１が配置されている。
【００２５】
下型２０１は、図４に示すように、本実施例では互いに９０°にて交叉する十字状のガイド溝２０３が形成されたブロックとされ、図３（Ｂ）に示すように、成形型１４の基台１４Ａにボルト等にて固定されている。下型２０１内の十字状ガイド溝２０３には、縦横方向に引き回される紐状強化繊維Ｆ、即ち、縦補強筋１０１と横補強筋１０２が案内され、積層される。十字状ガイド溝２０３の幅は、所望の縦横格子筋幅（ｗ）とされる。
【００２６】
成形型１４における紐状強化繊維Ｆの縦横方向への引き回しが終わると、下型２０１には、下型２０１の十字ガイド溝２０３と相補形状をした十字状突起２０４を備えた上型２０２が嵌合され、下型２０１内の十字状ガイド溝２０３内に積層配置されている縦補強筋１０１と横補強筋１０２を押圧成形する。
【００２７】
これにより、交点部１０３に位置した縦補強筋１０１と横補強筋１０２は、下型の溝形状、即ち、本実施例では、互いに９０°にて交叉する十字ガイド溝２０３の形状に成形される。
【００２８】
本発明の成形法によれば、交点部１０３における積層された紐状強化繊維Ｆが、即ち、縦補強筋１０１及び横補強筋１０２の積層部が、ずれることなく、確実に積層接着される。従って、交点１０３の強度が落ちることがなく、又、外観上も良好である。
【００２９】
上型２０２は、全ての下型２０１に対応して個々に設けられているが、図５に示すように、例えば、成形型１４の一列の交点部１０３に対応した数の上型２０２を取り付け治具２０５に取り付け、作業効率を図ることも可能である。所望によっては、複数列の、或いは、全部の交点部１０３に対応した数の上型２０２を取り付け治具２０５に取り付けて作業することも可能である。
【００３０】
一方、各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１と横補強筋１０２は、空気中で張力のある状態に保持されており、この状態で固化される。
【００３１】
本発明者らの実験の結果、上記方法によれば、各交点１０３、１０３間における縦補強筋１０１と横補強筋１０２は、その断面が、交点部１０３位置の矩形状から、交点部１０３、１０３間の中央部に向けて非矩形断面形状、即ち、略円形断面形状へと変形することが分かった。
【００３２】
なお、成形型１４に格子状に成形された樹脂含浸された紐状強化繊維Ｆ、即ち、縦補強筋１０１と横補強筋１０２が硬化する前に、各交点間における紐状強化繊維の表面に、粒状物を散布し、表面に確実に付着させるのが良い。粒状物は、上述のように、粒径０．１〜３ｍｍのものを、付着量０．１〜１０ｇ／ｃｍ２にて付着させるのが適当である。
【００３３】
上述の方法にて成形されたＦＲＰ格子材１００は、必要に応じて、格子材１００が硬化する前に、且つ、上記粒状物散布前に型フィルムなどのよる型押しをした後、成形型１４内に保持された状態で硬化される。その後、ＦＲＰ格子材１００は、カッター２０により格子材１００を成形型１４より切断分離される。
【００３４】
本発明者らは、本発明の上記構成のＦＲＰ格子材の効果を実証するために下記仕様のＦＲＰ格子材１００を作製し、このＦＲＰ格子材１００を既設コンクリート構造物の補修のために、コンクリート表面に直接アンカーで固定し、ポリマーモルタルを打設した。
【００３５】
実験例
・格子材の材料
強化繊維：　　　　炭素繊維
マトリクス樹脂：　ビニルエステル樹脂
強化繊維：マトリクス樹脂＝４０：６０（体積％）
・格子材の寸法
補強筋幅（ｗ）：７ｍｍ
厚さ（ｔ）：２ｍｍ
格子間距離（Ｗ１）：１００ｍｍ
全体形状：　縦１．３ｍ、横１．３ｍの矩形
【００３６】
本発明に従って、上述のようにして作製したＦＲＰ格子材を既設コンクリート構造物の補修のために、コンクリート表面に直接アンカーで固定し、ポリマーモルタルを打設した。
【００３７】
本発明に従った上記ＦＲＰ格子材１００は、交点間が非矩形、即ち、矩形の角部が丸く略円形となっており、ＦＲＰ格子材１００とコンクリート構造物表面との間にポリマーモルタルが容易に入り込み、既設コンクリート構造物表面及びＦＲＰ格子材１００のポリマーモルタルに対する付着面積を増やすことができ、補強性能を向上することができた。
【００３８】
一方、従来の交点間の断面形状が矩形とされたＦＲＰ格子材を使用した場合には、ＦＲＰ格子材とコンクリート構造物表面との間にポリマーモルタルが入り込みにくく、既設コンクリート構造物表面とポリマーモルタルとの付着性能が悪かった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ＦＲＰ格子材にて、縦補強筋と横補強筋とが互いに積層された各交点間における縦補強筋及び横補強筋は、断面形状が非矩形とされるので、コンクリートを打設するときのコンクリート構造物とＦＲＰ格子材との間におけるコンクリートの流れを確保し、コンクリート構造物表面と格子材との付着面積を増大させ、補強効果の向上を図ることができる。
【００４０】
又、本発明によれば、縦補強筋と横補強筋とが互いに積層された各交点は下型と上型にて所定の形状に成形されるので、ＦＲＰ格子材における交点にて、積層された縦補強筋と横補強筋がずれ、交点の強度が落ちるのを防止し、又、外観上の問題をも解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＲＰ格子材の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明のＦＲＰ格子材成形法の一実施例を説明する工程図である。
【図３】図３（Ａ）は、樹脂含浸された紐状強化繊維を引き回した状態を示す成形型の平面図であり、図３（Ｂ）は、成形型の正面図である。
【図４】本発明に従ったＦＲＰ格子材成形法における交点部の成形法を説明するための分解斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、上型の構成例を示す正面図であり、図５（Ｂ）は、側面図である。
【図６】従来のＦＲＰ格子材の斜視図である。
【図７】従来のＦＲＰ格子材の交点部の斜視図である。
【符号の説明】
１４　　　　　　成形型
１５　　　　　　ガイド溝
１６　　　　　　ピン
１００　　　　　ＦＲＰ格子材
１０１　　　　　縦格子筋
１０２　　　　　横格子筋
１０３　　　　　交点
２００　　　　　型
２０１　　　　　下型
２０２　　　　　上型
２０３　　　　　十字状ガイド溝
２０４　　　　　十字状突起
２０５　　　　　上型取り付け治具
【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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