(57)【要約】【課題】より安価な工事費用で、長年の使用に耐え、寿命の長い補強側溝を提供する。【解決手段】鉄筋とコンクリートで構成される側溝（１）の外面に、側溝周方向に延びる強化繊維を有し幅が３〜１０ｃｍの強化繊維シート（２）が樹脂と一体となって定着されていることを特徴とする繊維強化樹脂補強側溝。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋とコンクリートで構成される側溝の外面に、側溝周方向に延びる強化繊維を有し幅が３〜１０ｃｍの強化繊維シートが樹脂と一体となって定着されていることを特徴とする繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項２】
側溝の外面に溝が設けられ、該溝の底部に前記強化繊維シートが定着されている、請求項１の繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項３】
前記溝の底面の横断面が凹面形状に形成されている、請求項２の繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項４】
前記強化繊維シート上に保護シートが定着されている、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項５】
前記強化繊維シートが、強化繊維がシート長手方向に延びるように配置された一方向シートからなる、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項６】
前記強化繊維シートが、強化繊維がシート長手方向に延びるように配置され、シート幅方向に延びる補助糸が配置された一方向織物からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項７】
前記強化繊維シートの強化繊維が炭素繊維からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化樹脂補強側溝。
【請求項８】
前記補助糸がガラス繊維からなる、請求項６または７の繊維強化樹脂補強側溝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂補強側溝に関し、とくに繊維強化樹脂補強コンクリート製側溝に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート製側溝は、用水路や排水路などの水路として多用されており、これらの側溝はコンクリートだけでは弱いので、通常、鉄筋が補強材として使われ、コンクリートの中に埋め込まれている。側溝は、その開口部分が大気中に露出され、その他は土中に埋められているが、側溝の内側には用水や排水が存在し、また外側にも土に含まれている水が存在し、厳しい環境条件のもとで使われている。すなわち、側溝の鉄筋にこれらの水が浸透すると鉄筋が錆び、側溝の寿命が短くなるので、コンクリートの厚みを大きくし、３ｃｍ以上の十分な被りを設け水が鉄筋にまで浸透しないように設計されており、側溝の大きさにもよるが、内側と外側から等距離となる位置、すなわち側溝厚みのほぼ中央部に鉄筋を位置させている場合が多い。
【０００３】
なお、土管のようにコンクリート管の断面が円形のクローズ形状の場合は、荷重が鉄筋に分散し変形も均一化するが、断面がＵ字のようにオープン形状の場合には局部的に大きな変形が発生する。したがって、コンクリートは引張強度が小さいので、寒冷地などで土が凍結して膨張し側溝の側面を内側に曲げるような大きな荷重がかかると、側溝外側のコンクリートの、とくにコーナ部が大きく変形して簡単にひび割れが発生し、土に含まれる水や凍土が融解して発生した水が浸透する。
【０００４】
また、鉄筋は引張ひずみが０．１〜０．２％の低ひずみで降伏するので、大きな荷重がかかると鉄筋が降伏し形状が元の状態に回復しない。したがって、水路の抵抗が大きくなったり景観を損なうばかりか、寒冷地では、凍土が融解して発生した水が土と側溝の間にできた隙間に充填され、この水が凍ると、凍土の膨張によりさらに内側に押し曲げられ、さらに鉄筋のひずみが蓄積されて大きくなり、融解、凍結を繰り返すと、ついには鉄筋が破断し、側溝が潰れてしまう。とくに、北海道などの寒冷地では、側溝が一冬で破壊し、１年ごとに側溝の敷設工事が必要となって、年間の工事費も莫大なものとなることがある。
【０００５】
この対策として、側溝背面を難凍上性材料の砂利で置換する裏込砂利置換工法が開発されているが、寒冷度合いの大きな地域ほど置換厚が大きくなり、置換量および施工費用が増加するという問題がある。また、特許文献１には、側溝の長手方向および周方向に延びる鉄筋に繊維強化樹脂材を一体化した補強側溝が開示されているが、側溝自体を全面的に新設する必要があり、簡単にかつ安価には施工できない。
【特許文献１】特開２００２−１９４８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、この様な現状に着目し、より安価な工事費用で、長年の使用に耐え、寿命の長い補強側溝を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂補強側溝は、鉄筋とコンクリートで構成される側溝の外面に、側溝周方向に延びる強化繊維を有し幅が３〜１０ｃｍの強化繊維シートが樹脂と一体となって定着されていることを特徴とするものからなる。つまり、側溝の内部に埋設するのではなく、側溝の外面において、その周方向に延びる強化繊維シートを樹脂と一体に定着させるのである。外面への繊維強化樹脂の付加であるから、補強も簡単であり、安価に側溝を効率よく補強することが可能になる。
【０００８】
この本発明に係る繊維強化樹脂補強側溝においては、たとえば既存の側溝の外面をそのままの形態とし、その外面上に前記強化繊維シートを樹脂と一体に定着させることもできるし、側溝の外面に溝を設け、該溝の底部に前記強化繊維シートを定着させる構造とすることもできる。
【０００９】
このような溝を設ける場合には、溝の底面の横断面を凹面形状に形成することもできる。このような溝底面断面形状とすることにより、より確実に定着させることが可能になる。
【００１０】
また、本発明においては、上記のように定着された強化繊維シート上にさらに保護シートを定着させることもできる。保護シートにより、繊維強化樹脂層を適切に保護することが可能になる。
【００１１】
上記強化繊維シートとしては各種形態のものが使用可能であるが、とくに側溝の周方向に関して補強する観点からは、強化繊維がシート長手方向に延びるように配置された一方向シートが好ましく、その強化繊維シートの長手方向を側溝の外面において周方向に設定すればよい。また、強化繊維シートとして、強化繊維がシート長手方向に延びるように配置され、シート幅方向に延びる補助糸が配置された一方向織物からなる形態も好ましい。補助糸の存在により、強化繊維の配列が乱れることが適切に防止される。
【００１２】
上記強化繊維シートの強化繊維としては、周知の各種強化繊維を使用できるが、とくに炭素繊維を使用する場合に優れた補強効果が得られる。また、上記補助糸としては、たとえばガラス繊維等を使用できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る繊維強化樹脂補強側溝によれば、側溝を繊維強化樹脂で周方向に効果的に、かつ外面側からシート状の繊維強化樹脂で簡単に且つ安価に補強できる。そして、周方向の補強により、融解、凍結を繰り返す過酷な環境下で側溝の側面を内側に曲げるような大きな荷重が繰り返しかかってたとえ鉄筋が降伏しても、融解により除荷されると側溝の形状は元の形状に回復し、寿命を長くすることができる。
【００１４】
また、強化繊維シートを一方向タイプのシートや織物とすることにより、優れた取扱い性や樹脂含浸性が得られる。補助糸を用いた一方向織物では、その織組織等を適切に選択することにより、コンクリートとの優れた付着性が得られる。
【００１５】
さらに、強化繊維に炭素繊維を使用することにより、優れた耐水性や耐薬品性が得られ、コンクリートに対する高い補強効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図２に、本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂補強側溝を示す。本実施態様においては、鉄筋とコンクリートで構成されるＵ字型の側溝１の外面（外周面）に、側溝周方向に延びる強化繊維を有し幅が３〜１０ｃｍの強化繊維シート２が樹脂と一体となって定着されている。ここで、「樹脂と一体」とは、強化繊維シートに樹脂を含浸させながら貼る場合と、あらかじめ強化繊維シートに樹脂を含浸させたものを貼る場合との両方法が可能である。
【００１７】
本発明における強化繊維シートに使用する強化繊維は、融解、凍結を繰り返す過酷な環境下でも、繊維強化樹脂材に降伏現象が発生するまでの、応力と歪みがリニアーな関係にある、つまり比例限歪みが０．５％以上であることが好ましい。比例限歪みが０．５％未満であると、鉄筋と同様、土の凍結、融解などで、側溝の側面を内側に曲げるような大きな荷重が繰り返し掛かって、側溝のコンクリートのコーナ部等にひび割れが発生するおそれがあり、除荷されても側面が内側に曲り元の形状に回復しなくなり、また、簡単に破壊してしまって寿命も短くなってしまう。比例限歪みが０．５％以上であると、大きな荷重による繰り返し疲労にも耐え、たとえコーナ部等にひび割れが発生しても、除荷されると側溝の形状は元の形状に回復し、寿命を大幅に延長することができる。
【００１８】
また、強化繊維の引張弾性率は、コンクリートの補強効果を高める観点から、５０ＧＰａ以上であることが好ましい。コンクリートの引張弾性率は通常２０ＧＰａ程度であるので、強化繊維の引張弾性率が５０ＧＰａ以上であると、コンクリートにかかる引張応力を強化繊維が多く担うことができ、強化繊維によるコンクリートの補強効果が大きくなるので好ましい。
【００１９】
そのような強化繊維としては、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、炭素繊維、高強度・高弾性率の超高分子量ポリエチエン繊維やポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維などを使用できるが、中でも炭素繊維は耐水性や耐薬品性に優れるので好ましい。とくに、比例限歪みが１．５％以上でかつ引張弾性率が２３０ＧＰａ以上の炭素繊維を用いると寿命も長くなり、またコンクリートの補強効果が大きくなるので好ましい。
【００２０】
本発明における上記のような繊維強化樹脂材に使用する樹脂としては、作業性の点から常温硬化型の熱硬化性樹脂が好ましく、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂を使用できる。
【００２１】
繊維強化樹脂材を構成する強化繊維の形態としては、前述の如く、とくに一方向タイプのシートあるいは補助糸を用いた一方向織物が好ましい。
【００２２】
また、本発明に使用する強化繊維糸条の繊度は、１，５００〜２０，０００デシテックス程度が好ましい。１，５００デシテックス未満であると、糸条の太さが細くなり、所定量の目付（ｇ／ｍ2 ）のシートを得るには、糸本数が多くなり所定のシート形態を保持しにくくなり、また２０，０００デシテックスを超えると、強化繊維糸条間隔が大きくなりドレープ性が大きくなりすぎるので、成形の際の取扱いが困難となる。
【００２３】
なお、よこ方向の補助糸の太さは強化繊維糸条との関係において、（補助糸の繊度）／（強化繊維糸条の繊度）は０．０１〜０．３程度であることが好ましい。
【００２４】
また、強化繊維を一方向に配列し、これを細いガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸、ポリエチレン糸などのメッシュ状物を接着させてシート形成したトウ・シートやあらかじめマトリックス樹脂を含浸させた一方向プリプレグであってもよい。
【００２５】
一方向シートの強化繊維の目付は、１５０ｇ／ｍ2 〜１，６００ｇ／ｍ2 程度がよい。１５０ｇ／ｍ2 未満であると、所定の補強効果を得るには積層枚数を多くする必要があり、作業が繁雑となる。また、１，６００ｇ／ｍ2 を超えると、シートへの樹脂の含浸性が疎外され好ましくない。１５０ｇ／ｍ2 〜１，６００ｇ／ｍ2 の範囲であると樹脂の含浸性はとくに問題はなく、好ましくは補強設計の点から１枚の積層ですむよう、この目付の範囲内で選択すればよい。
【００２６】
本発明においては、強化繊維シートは引張応力に対して補強効果があるため、凍害による外力作用時に引張応力が最も大きくなる側溝の外面に、図１、図２に示すように側溝１の周方向に延びるように貼りつける。つまり、補強が必要なのは実質的に前記周方向のみなので、強化繊維シートは一方向タイプでよい。接着剤としては、たとえばエポキシ系接着剤を使用可能であるが、強化繊維シートの含浸樹脂と同一でも、つまり含浸樹脂をそのまま接着剤として用いてもよい。
【００２７】
強化繊維シートの幅としては、５ｃｍ程度が取扱性の点で優れており、補強効果も十分に得られるので、３〜１０ｃｍの範囲から適宜選択すればよい。幅が３ｃｍ未満であると１本あたりの補強効果が少なくなり、施工する本数が増えるので煩わしい。また、幅を１０ｃｍ以下としたのは、塗布道具（たとえば、塗布ローラ）の幅が高々１０ｃｍ程度であり、１０ｃｍ以下であれば前後に動かすのみで含浸等の施工動作を容易に行える。
【００２８】
本発明においては、図１、図２に示したように側溝の外面をその儘の形状としてその外面上に強化繊維シートを定着させることもできるし、図３に示すように、側溝１の外面に溝４を設け、該溝４の底部に強化繊維シート２を含浸樹脂３と一体にして定着させることもできる。このように、強化繊維シート２を貼る位置を溝４の底部とすることにより、施工時の強化繊維への損傷の軽減が可能になる。
【００２９】
溝４の深さとしては、３ｍｍ程度が適当であり、２〜５ｍｍ程度の範囲から適宜選択すればよい。溝深さが２ｍｍより小さいと損傷軽減効果がそれほど期待できず、５ｍｍより大きいと側溝１自体の断面欠損量が大きくなって、強度低下につながる可能性がある。また、溝４の幅は、施工性を配慮して適宜決定すればよいが、強化繊維シート幅＋（１０〜２０ｍｍ）程度が施工上好ましい。
【００３０】
溝４の形成方法は特に限定されず、溝４を、あらかじめ型枠に溝形状を形成し、コンクリート打設時に形成してもよいし、既存の側溝の側面を研削して形成しても構わない。
【００３１】
また、図４に示すように、溝４の底面の横断面を上方に向けて凹面形状に形成することもできる。このような凹面形状とすることにより、強化繊維シート２の接着時に、施工工具（たとえば、ローラ）で上から押さえた時に端部に効果的に圧力が加わり、端部の接着不良が軽減される。従って、施工時および供用時のシート端部からの剥離を抑制することができる。
【００３２】
凹面の形状は、円弧、放物線などいずれでもよく、特に規定しない。凹面の程度は、溝中央部の深さと溝端部の深さの差と、溝の幅との比率で表現することができる（たとえば、（溝中央部深さ−溝端部深さ）／溝の幅×１００％）。
この比率が大きすぎると、接着時に中央部が全く加圧されず、接着強度が低下するおそれがある。また、逆に比率が小さすぎると凹面形状の効果が得られない。この比率としては、２〜５％程度が好ましい。
【００３３】
上記凹面形状は、型枠に設けた溝形状を凹面形状にして形成することができる。また、後から研削する方法としては、カッターの直径を溝の幅に合わせたコンクリートカンナで、カッターの回転軸を側溝表面の法線方向に対し傾けながら研削することにより、凹面を形成することができる。その傾ける角度は前記の上記好ましい比率から、３〜６°程度が好ましい。
【００３４】
また、本発明においては、上記のように施工された強化繊維シートの上にさらに保護シートを定着させることもできる。強化繊維シートの上に保護シートを貼ることにより、施工時の強化繊維への損傷の軽減ができる。たとえば、図５に示すように、保護シート５を溝４を跨ぐように貼ってもよいし、図６に示すように、保護シート５を溝４の中のみに貼ってもよい。このように、溝４の底部に貼った強化繊維シート２の上に保護シート５を貼ることにより、より効果的に保護ができる。
【００３５】
また、溝４の中に保護シート５を貼る場合は、溝４の底部形状を凹面とすることにより、保護シート５の接着においても、端部の接着不良が軽減され、施工時および供用時のシート端部からの剥離を抑制することができる。
【００３６】
保護シート５としては、弾性力、伸長性、強度を有し、強化繊維シート２への衝撃力を緩和し、施工時の外力に耐えることができればよく、不織布シート、発泡シートなどを使用することができる。この保護シート５の接着剤としては、たとえばクロロプレン系接着剤等を使用できるが、強化繊維シートの含浸樹脂を接着剤として利用することも可能である。
【００３７】
本発明による補強効果を確認するために、図１、図２に示した溝無しタイプの補強形態にて以下のような試験を行った。試験方法は以下の通りである。
（１）底面が接するように、平地の上に側溝を設置する。
（２）両側の側溝上端を載荷点とし、上端同士を内側に引き寄せるように外力を与える。外力は、たとえば油圧ジャッキなどにより発生させ、側溝の長さ方向で外力が均一になるように当て板を介して外力を与える。
（３）外力を側溝に損傷が確認されるまで徐々に増加させ、損傷が確認されたときの、外力と、支点（側溝の底板上面）から載荷点までの垂直高さを乗算した値を抵抗モーメントとして求め、本発明に係る繊維強化樹脂補強を行った場合と行わない場合とについて、この抵抗モーメントの値を比較した。
【００３８】
試験した側溝は、内幅×内高×長さが３００ｍｍ×３００ｍｍ×２０００ｍｍのＵ字型側溝（供試体１）と、内幅×内高×長さが８００ｍｍ×８００ｍｍ×２０００ｍｍのＶ字型側溝（供試体２）とした。また、補強に使用した強化繊維シートは一方向炭素繊維シートであり、ヤング係数：２４５ＧＰａ、引張強度：３．４ＧＰａ、繊維目付：２００ｇ／ｍ2 、幅：５０ｍｍのものを使用した。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示したように、炭素繊維シート貼り付けにより、抵抗モーメントの顕著な向上が見られ、優れた補強効果を奏していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂補強側溝の斜視図である。
【図２】図１の側溝の正面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る繊維強化樹脂補強側溝の溝部を示す部分断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係る繊維強化樹脂補強側溝の溝部を示す部分断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施態様に係る繊維強化樹脂補強側溝の溝部を示す部分断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施態様に係る繊維強化樹脂補強側溝の溝部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  側溝
２  強化繊維シート
３  含浸樹脂
４  溝
５  保護シート
【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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