(57)【要約】【課題】軽量であると共に、圧縮強度、引張強度などの力学的特性に優れた耐震補強材、その製造方法及び耐震構造物を提供する。【解決手段】耐震補強材は、補強骨材及び樹脂発泡体を含有し、見掛け密度が０．３〜１．９ｔ／ｍ３のものである。補強骨材としては、圧縮強度の向上と製造コストの低減の点からフライアッシュであることが好ましい。樹脂発泡体は、熱硬化性樹脂の発泡体、特に硬質ポリウレタン樹脂発泡体であることが好ましい。この耐震補強材は、補強骨材及び樹脂発泡体の原料を含有する補強材原料を発泡及び硬化させ、見掛け密度を０．３〜１．９ｔ／ｍ３に設定することによって製造される。耐震構造物１０としての橋梁は、構造体を構成する筒体１１内に、耐震補強材１８が装填されて形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強骨材及び樹脂発泡体を含有し、見掛け密度が０．３〜１．９ｔ／ｍ３であることを特徴とする耐震補強材。
【請求項２】
前記補強骨材はフライアッシュであることを特徴とする請求項１に記載の耐震補強材。
【請求項３】
前記樹脂発泡体は、熱硬化性樹脂の発泡体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐震補強材。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂の発泡体は、硬質ポリウレタン樹脂発泡体であることを特徴とする請求項３に記載の耐震補強材。
【請求項５】
補強骨材及び樹脂発泡体の原料を含有する補強材原料を発泡及び硬化させ、見掛け密度を０．３〜１．９ｔ／ｍ３に設定することを特徴とする請求項１に記載の耐震補強材の製造方法。
【請求項６】
構造体を構成する筒体内に、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の耐震補強材を装填してなることを特徴とする耐震構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼鉄製筒体で構成される橋脚などの構造物について、地震に対する補強を行うために用いられる耐震補強材、その製造方法及び耐震構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、既設の橋脚の耐震補強方法として、鋼鉄製筒体内にコンクリートを注入し、内部空間を充填して補強する方法が一般的に採用され、そのような補強方法により橋脚の耐力と靱性などについて向上が図られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載されている橋脚の補強構造は既設橋脚を補強するもので、既設橋脚の外周部に鋼管を配置し、その鋼管と既設橋脚との間にモルタルやコンクリートなどの固結材を充填して固化するものである。その他の耐震補強方法として、橋脚の外周部に炭素繊維を巻き付ける方法も知られている（例えば、特許文献２を参照）。この特許文献２には、コンクリート製のベース部と、該ベース部上に立設されるコンクリート構造物主体とからなるコンクリート構造物の補強構造であって、コンクリート構造物主体の外周に連続繊維補強材を接着ないし巻き付けることが記載されている。
【特許文献１】特開平９−１３３２１号公報（第２頁、第３頁及び第４頁）
【特許文献２】特開平１１−５０６７３号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のコンクリートを充填する補強方法では、コンクリートの密度が大きいため（密度２．３ｔ／ｍ３）、構造物の重量が大幅に増大し、地中における基礎部分の耐力を増大させるための大掛かりな工事が必要となる。また、コンクリートは圧縮強度が大きいものの、引張強度が小さいという欠点があり、圧縮強度と引張強度とのバランスが悪いという問題があった。一方、炭素繊維を用いる補強方法の場合には、施工は簡単であり、各種荷重に対する耐力を有しているが、圧縮強度の向上を図ることができず、目的とする耐震補強を行うことができないという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的とするところは、軽量であると共に、圧縮強度、引張強度などの力学的特性に優れた耐震補強材、その製造方法及び耐震構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の耐震補強材は、補強骨材及び樹脂発泡体を含有し、見掛け密度が０．３〜１．９ｔ／ｍ３であることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の発明の耐震補強材は、請求項１に係る発明において、前記補強骨材はフライアッシュであることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明の耐震補強材は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記樹脂発泡体は、熱硬化性樹脂の発泡体であることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項４に記載の発明の耐震補強材は、請求項３に係る発明において、前記熱硬化性樹脂の発泡体は、硬質ポリウレタン樹脂発泡体であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明の耐震補強材の製造方法は、補強骨材及び樹脂発泡体の原料を含有する補強材原料を発泡及び硬化させ、見掛け密度を０．３〜１．９ｔ／ｍ３に設定することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項６に記載の発明の耐震構造物は、構造体を構成する筒体内に、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の耐震補強材を装填してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明の耐震補強材では、例えばコンクリートに比べて見掛け密度が０．３〜１．９ｔ／ｍ３という小さい値に設定されていることから、十分な軽量化を図ることができる。さらに、補強骨材が特に圧縮強度を向上させる機能を発現すると共に、補強骨材が樹脂発泡体によって結合され、柔軟な変形性能を発現することができる。そのため、耐震補強材は、圧縮強度及び引張強度などの優れた力学的特性を発揮することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明の耐震補強材では、補強骨材がフライアッシュであることにより、請求項１に係る発明の効果に加えて、フライアッシュに基づく十分な硬さによって圧縮強度を向上させることができると共に、火力発電所での石炭燃焼残渣であるフライアッシュによって製造コストの低減を図ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明の耐震補強材では、樹脂発泡体が熱硬化性樹脂の発泡体であることにより、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、圧縮強度及び引張強度をより向上させることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明の耐震補強材では、熱硬化性樹脂の発泡体が硬質ポリウレタン樹脂発泡体であることにより、請求項３に係る発明の効果に加えて、発泡体の発泡倍率を簡単に変えることができ、耐震補強材の見掛け密度の調整を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明の耐震補強材の製造方法では、補強骨材及び樹脂発泡体の原料を含有する補強材原料を発泡及び硬化させ、見掛け密度を０．３〜１．９ｔ／ｍ３に設定するものである。従って、請求項１に係る発明の効果を有する耐震補強材を容易に製造することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明の耐震構造物では、構造体を構成する筒体内に、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の耐震補強材を装填してなるものである。従って、耐震構造物について請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良と思われる実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
耐震構造物の一例として、高速道路の架橋に用いられる橋脚の一般的な構造について説明する。図１に示すように、鋼鉄製の筒体１１よりなる複数の橋脚は、土１２中に敷設されたベースコンクリート１３上に垂設支持されている。なお、ベースコンクリート１３は多数の杭１４により支持されている。各筒体１１の上端部には鋼鉄製の梁部材１５が架設され、該梁部材１５上には鉄筋コンクリート製の床版１６が支持されている。前記梁部材１５間は落橋防止装置１７で連結されている。梁部材１５は、筒体１１の高さに応じて上下複数層に設けることも可能である。床版１６上には図示しないアスファルト舗装などが施される。
【００１６】
前記筒体１１内には耐震補強材１８が装填されて耐震構造物１０が構成され、圧縮強度、引張強度などの力学的特性が発現されるようになっている。この場合、耐震補強材１８は通常筒体１１内に満たされるように装填（充填）されるが、筒体１１内の一部に装填されるように構成することもできる。本実施形態で用いる耐震補強材１８は、補強骨材及び樹脂発泡体を含有し、見掛け密度が０．３〜１．９ｔ／ｍ３のものである。補強骨材は圧縮強度、引張強度などの性質に優れたもので、硬度が高く、丸い形状をなしていることが分散性及びその特性発現の点から好ましい。係る補強骨材としては、無機物質及び有機物質のいずれの物質から形成されるものでも使用することができる。
【００１７】
無機物質として具体的には、硫酸カルシウム（石膏）、水酸化カルシウム（消石灰）、炭酸カルシウム、ゼオライト、アルミナ、酸化鉄、水酸化マグネシウム、炭酸亜鉛、窒化アルミニウム、ガラス、前記物質以外のセラミックスなどが挙げられる。有機物質として具体的には、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。また、補強骨材として、資源を循環使用するために産業副産物（産業廃棄物）を用いることができる。そのような物質として、フライアッシュ、クリンカアッシュ、砕石微粉末、ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰などが挙げられる。
【００１８】
フライアッシュは、石炭火力発電所にて石炭が燃焼される過程で生成する残渣（無機物）である。コンクリート用フライアッシュの場合には、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１（１９９９）に規定されているＩ種、II種、III種及びIV種などを使用することができる。これらのフライアッシュは、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の含有量が４５．０％以上、湿分が１．０％以下、強熱減量が８．０％以下、見掛け密度が１．９５ｔ／ｍ３以上、４５μｍふるい残分が７０％以下、比表面積が１５００ｃｍ２／ｇ以上などの物性を有するものである。
【００１９】
次に、樹脂発泡体について説明する。
この樹脂発泡体は、耐震補強材の軽量化を図ると同時に、耐震構造物の変形に追従する柔軟な変形性能を発現するためのものである。また、樹脂発泡体は、前記補強骨材間を結合する結合材（バインダー）としての機能も発現する。耐震補強材の圧縮強度や引張強度などの物性を高めるため、樹脂発泡体としては、熱硬化性樹脂の発泡体が好ましい。熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが好適に用いられる。これらの熱硬化性樹脂の発泡体うち、発泡体の発泡倍率を容易に調整できる点から硬質ポリウレタン樹脂発泡体がより好ましい。
【００２０】
そこで、以下に硬質ポリウレタン樹脂発泡体について説明する。
硬質ポリウレタン樹脂発泡体（以下、単に発泡体ともいう）は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、触媒、発泡剤、整泡剤、架橋剤などを含む硬質ポリウレタン樹脂発泡体の原料を常温又は加熱下に反応、発泡及び硬化させて得られるものである。硬質ポリウレタン発泡体の見掛け密度は、耐震補強材について目標とする見掛け密度が得られるように設定される。例えば、耐震補強材について目標とする見掛け密度が０．４〜１．２ｔ／ｍ３である場合、硬質ポリウレタン樹脂発泡体の見掛け密度は０．１８〜０．７０ｔ／ｍ３（１８０〜７００ｋｇ／ｍ３）、すなわち発泡倍率が６．４９〜１．６６倍に設定される。見掛け密度の測定方法は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２２２：１９９９の規定に基づく。ここで、硬質ポリウレタン樹脂発泡体は、軟質ポリウレタン樹脂発泡体に比べて独立気泡率が高く、一層硬くて復元性の低い発泡体を意味する。
【００２１】
前記ポリオール類としては、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールが用いられる。ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、それらの変性体、グリセリンにアルキレンオキサイドを付加した化合物等が挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、アジピン酸、フタル酸等のポリカルボン酸を、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等のポリオールと反応させることによって得られる縮合系ポリエステルポリオールのほか、ラクトン系ポリエステルポリオール及びポリカーボネート系ポリオールが挙げられる。このポリオール類は、原料成分の種類、分子量、縮合度等を調整することによって、ヒドロキシル基の官能基数やヒドロキシル基価を変えることができる。
【００２２】
上記のポリオール類と反応させるポリイソシアネート類はイソシアネート基を複数有する化合物であって、具体的にはトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、１,５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）等の芳香族ポリイソシアネート類、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環族ポリイソシアネート類、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等の脂肪族ポリイソシアネート類等が用いられる。
【００２３】
ポリイソシアネート類のイソシアネート指数（イソシアネートインデックス）は、発泡体原料の反応を十分に進行させ、硬質の発泡体を得るために、８０〜１４０の範囲であることが好ましく、１００〜１３０であることがより好ましい。イソシアネート指数が８０未満の場合には硬化性が不十分となり、十分な硬さを有する発泡体が得られず、１４０を越える場合には硬化反応が過剰に進行して発泡体が脆くなったりする傾向を示す。ここで、イソシアネート指数は、ポリオール類、発泡剤としての水等の活性水素の当量数に対するポリイソシアネート類のイソシアネート基の当量数の比を百分率で表したものである。
【００２４】
次いで、触媒はポリオール類とポリイソシアネート類との樹脂化反応（ウレタン化反応）を促進させる樹脂化触媒と、ポリイソシアネート類と水との泡化反応を促進させ、炭酸ガスを効果的に発生させて原料の流動性、発泡体の力学的物性の改良に用いられる泡化触媒とがある。樹脂化触媒として具体的にはトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）、トリエチレンジアミンとポリプロピレングリコールとの混合物等の第３級アミン等が挙げられ、泡化触媒としては、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル等が挙げられる。
【００２５】
発泡剤は、硬質ポリウレタン樹脂発泡体の原料を発泡させて硬質ポリウレタン樹脂発泡体を得るためのもので、少なくとも化学的発泡剤としての水を用いることが好ましい。水は主にポリイソシアネート類と反応（泡化反応）して炭酸ガスを発生する。発泡剤としては、水以外にその他の化学的発泡剤又は物理的発泡剤を併用することができる。化学的発泡剤としては、有機酸、硼酸等の無機酸類、炭酸アルカリ金属塩、環状カーボネート類、ジアルキルカーボネート等が挙げられる。これらの化学的発泡剤は、発泡体原料成分との反応又は加熱による分解によってガスを発生する。一方、物理的発泡剤としては、ペンタン、シクロペンタン等の炭化水素類等のガスが挙げられる。
【００２６】
整泡剤は硬質ポリウレタン樹脂発泡体の原料に通常配合されるもののいずれも使用することができるが、例えばオルガノシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体、シリコーン−グリース共重合体等の非イオン系界面活性剤、又はそれらの混合物等が挙げられる。その他硬質ポリウレタン樹脂発泡体の原料には、難燃剤、酸化防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤等を常法に従って配合することができる。
【００２７】
前記ポリオール類とポリイソシアネート類とのウレタン化反応を行なう場合には、作業効率の観点から耐震構造物のある場所で行われることが好ましい（現場発泡）。その場合、樹脂発泡体の原料には前記補強骨材を配合して補強材原料を調製し、それを発泡及び硬化させ、見掛け密度を０．３〜１．９ｔ／ｍ３に設定することが好ましい。例えば、補強材原料を、構造体を構成する筒体内に装填して発泡及び硬化を行うことにより、筒体内に耐震補強材が形成されると同時に、耐震構造物が構成される。
【００２８】
なお、樹脂発泡体の製造には、成形用金型を用いるモールド成形法、発泡体原料をベルトコンベア上に吐出し、常温、大気圧下で自然発泡し、硬化するスラブ成形法等を採用することもできる。また、ウレタン化反応の際には、ワンショット法又はプレポリマー法が採用される。ワンショット法は、ポリオール類とポリイソシアネート類とを直接反応させる方法である。プレポリマー法は、ポリオール類とポリイソシアネート類との各一部を事前に反応させて末端にイソシアネート基又はヒドロキシル基を有するプレポリマーを得、それにポリオール類又はポリイソシアネート類を反応させる方法である。
【００２９】
前記補強骨材と樹脂発泡体との含有量は、耐震補強材の力学的特性と軽量化のバランスが良好になるように設定されれば特に制限されないが、補強骨材が好ましくは２０〜８０質量％、より好ましくは５０〜８０質量％で、樹脂発泡体が好ましくは８０〜２０質量％、より好ましくは２０〜５０質量％である。補強骨材が２０質量％未満又は樹脂発泡体が８０質量％を越える場合には、耐震補強材の軽量化を達成できるが、力学的特性が低下して補強材としての機能を十分に果たすことができなくなる。その一方、補強骨材が８０質量％を越える場合又は樹脂発泡体が２０質量％未満の場合には、耐震補強材の力学的特性は向上するが、十分な軽量化を図ることができなくなると共に、耐震補強材の粘度が上昇して作業性が悪化する。
【００３０】
さて、本実施形態の作用について説明すると、耐震補強材は、フライアッシュなどの補強骨材及びポリウレタン樹脂発泡体などの樹脂発泡体の原料を含有する補強材原料を混合し、反応、発泡及び硬化させることにより得られる。得られた耐震補強材は、コンクリート（密度２．３ｔ／ｍ３）に比べて見掛け密度が０．３〜１．９ｔ／ｍ３という小さい値に設定されているため、十分に軽量化される。しかも、補強骨材が特に圧縮強度を高める作用を発現すると同時に、分散されている補強骨材間がバインダーとしての作用を有する樹脂発泡体によって結合され、耐震補強材が柔軟な変形性能を発現することができ、引張強度、曲げ強度などが高められる。
【００３１】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
・  実施形態における耐震補強材では、見掛け密度が例えばコンクリートに比べて小さくなっていることから、十分な軽量化を図ることができる。さらに、補強骨材が特に圧縮強度を向上させる機能を発揮すると共に、補強骨材と樹脂発泡体とが相俟って柔軟な変形性能を発揮することができる。そのため、耐震補強材は、圧縮強度及び引張強度などの優れた力学的特性を発揮することができる。
【００３２】
・  前記補強骨材がフライアッシュであることにより、フライアッシュに基づく十分な硬さによって圧縮強度を向上させることができると共に、火力発電所における石炭の燃焼残渣であるフライアッシュによって製造コストの低減を図ることができる。
【００３３】
・  前記樹脂発泡体が熱硬化性樹脂の発泡体であることにより、圧縮強度及び引張強度をより向上させることができる。
・  上記熱硬化性樹脂の発泡体が硬質ポリウレタン樹脂発泡体であることにより、発泡体の発泡倍率を簡単に変えることができ、耐震補強材の見掛け密度の調整を容易に行うことができる。
【００３４】
・  耐震補強材の組成について、補強骨材としてのフライアッシュを主成分とし、樹脂発泡体を少量成分とすることにより、耐震補強材の力学的特性を維持しつつ、その製造コストを低減させることができる。
【００３５】
・  耐震補強材は、補強骨材及び樹脂発泡体の原料を含有する補強材原料を発泡及び硬化させ、見掛け密度を０．３〜１．９ｔ／ｍ３に設定することによって製造される。従って、前記の効果を発揮できる耐震補強材を容易に製造することができる。
【００３６】
・  耐震構造物においては、構造体を構成する筒体内に、前述の耐震補強材を装填してなるものである。従って、その耐震構造物について前記の効果を発揮させることができる。さらに、耐震構造物は軽量化されているため、ベースコンクリートなどの基礎部分に負担をかけないで済み、基礎部分の補強を省略することができる。そのため、新規の耐震構造物はもとより、既存の耐震構造物に対する補強方法としても好適に実施することができる。
【００３７】
また、耐震構造物の構築に際しては、耐震補強材をその現場において補強材原料の発泡及び硬化を行うことにより、耐震構造物の形状に係わらず、耐震補強材の注入施工が容易で、狭小部位への充填も容易になる。
【実施例】
【００３８】
以下に、実施例及び比較例を挙げ、前記実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜３）
下記に示すフライアッシュと硬質ポリウレタン樹脂発泡体の原料とを用いて耐震補強材を調製した。
（フライアッシュ）
フライアッシュとして、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１：１９９９に規定されるII種のものを用いた。その主な成分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）５０〜６３質量％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）１８〜３５質量％、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）２．０〜７．５質量％、酸化カルシウム（ＣａＯ）２．４〜５．７質量％及び酸化マグネシウム０．４〜２．１質量％である。
（耐震補強材）
ポリエーテルポリオール〔三井武田ケミカル（株）製、アクトコールＧＲ−１７〕、整泡剤〔東レ・ダウコーニング（株）製、Ｌ−５３４０〕及び水を表１に示す含有量にて混合すると共に、ポリイソシアネート〔ポリメリックＭＤＩ、ＢＡＳＦ社製、Ｍ−２０Ｓ〕及び前記フライアッシュを表１に示す含有量で混合して補強材原料を得た。この補強材原料を常温にて反応、発泡及び硬化させ、耐震補強材を得た。この場合、イソシアネート指数を表１に示すように設定した。耐震補強材の見掛け密度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２２２：１９９９に準拠して測定される値に相当するものである。なお、発泡剤としての水は、添加した水の量を示すが、（  ）内にはフライアッシュ中に含まれる水分量を加えた配合量を示す。さらに、触媒を特に配合していないが、フライアッシュ中に含まれる微量の酸化鉄などの成分を触媒として機能させている。また、耐震補強材の発泡倍率（倍）とポリウレタン樹脂発泡体の発泡倍率（倍）も併せて示した。
【００３９】
【表１】
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（実施例４〜６、圧縮強度の測定）
実施例１〜３の耐震補強材を直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱状に成形して供試体を作製した。この供試体に圧縮荷重を加え、その圧縮荷重を単調に増加させ（単調増加載荷試験）、供試体を破壊させる最大荷重によって材料強度を求めた。その結果に基づいて、耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）と圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）との関係を図２に示した。その図２において、○は実施例４（実施例１の耐震補強材を使用）、△は実施例５（実施例２の耐震補強材を使用）及び◇は実施例６（実施例３の耐震補強材を使用）を示す。実線は最小二乗法により求めた見掛け密度と圧縮強度との関係を表す近似曲線で、次の式（１）に示す二次曲線を表している。
【００４０】
ｆ（ｃ）＝３１．５×γ２＋０．６４４×γ−０．８５７  ・・・（１）
但し、ｆ（ｃ）は圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）、γは耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）を表す。
【００４１】
その図２に示した結果から、耐震補強材の見掛け密度が０．８ｔ／ｍ３で圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２に達することが判った。また、破壊形態は耐震補強材の見掛け密度に大きく依存し、見掛け密度を小さくするにつれて脆性破壊から内部損傷へと移行する傾向にあることを確認することができた。
（実施例７〜９、割裂引張強度の測定）
引張試験（割裂引張試験）をＪＩＳ  Ａ  １１１３（コンクリートの引張強度試験方法）に準拠して実施した。引張試験に用いる供試体は直径２００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱状とし、単調増加載荷試験により供試体が破壊するときの最大荷重を記録した。そして、耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）と割裂引張強度（Ｎ／ｍｍ２）との関係を図３に示した。その図３において、○は実施例７（実施例１の耐震補強材を使用）、△は実施例８（実施例２の耐震補強材を使用）及び◇は実施例９（実施例３の耐震補強材を使用）を示す。実線は最小二乗法により求めた見掛け密度と引張強度との関係を表す近似曲線で、次の式（２）に示す一次関数を表している。
【００４２】
ｆ（ｔ）＝２３．６×γ−５．５５  ・・・（２）
但し、ｆ（ｔ）は割裂引張強度（Ｎ／ｍｍ２）、γは耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）を表す。
【００４３】
図３に示す結果から、耐震補強材の見掛け密度が１．２ｔ／ｍ３で割裂引張強度が２０Ｎ／ｍｍ２を越えることが判った。
（実施例１０〜１２、曲げ引張強度の測定）
曲げ引張試験をＪＩＳ  Ａ  １１０６（コンクリートの曲げ強度試験方法）に準拠して実施した。曲げ引張試験に用いる供試体は、断面が正方形の角柱体で、その一辺の長さが１００ｍｍ、高さ４００ｍｍである。そして、単調増加載荷試験により供試体が破壊するときの最大荷重を記録した。また、供試体スパン中央の上下面に抵抗線型ひずみ測定器（ゲージ）を取付け、多チャンネルデジタル測定器より載荷荷重を同時に記録した。耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）と曲げ引張強度（Ｎ／ｍｍ２）との関係を図４に示した。その図４において、○は実施例１０（実施例１の耐震補強材を使用）、△は実施例１１（実施例２の耐震補強材を使用）及び◇は実施例１２（実施例３の耐震補強材を使用）を示す。実線は最小二乗法により求めた見掛け密度と曲げ引張強度との関係を示す近似曲線で、次の式（３）に示す一次関数を表している。
【００４４】
ｆ（ｂｔ）＝２０．８×γ−５．６７  ・・・（３）
但し、ｆ（ｂｔ）は曲げ引張強度（Ｎ／ｍｍ２）、γは耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）を表す。
【００４５】
図４に示す結果から、曲げ引張強度は前記割裂引張強度に比べて約２０％低い値を示すことが判った。
（実施例１３〜１５及び比較例１、圧縮強度及び引張強度についてコンクリートとの比較）
実施例１３〜１５では、前記実施例４〜６と同様にして圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）及び実施例７〜９と同様にして割裂引張強度（Ｎ／ｍｍ２）を測定した。一方、比較例１としてコンクリートについて圧縮強度及び割裂引張強度を、コンクリート標準示方書の構造性能照査編に記載されている下記の式により算出した。それらの結果を表２に示した。
【００４６】
ｆｂｔ＝０．２３ｆＣＫ２／３
ここで、ｆＣＫは設計基準強度を表す。
【００４７】
【表２】
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表２に示したように、耐震補強材の見掛け密度を約１／２まで低くしても（１．２ｔ／ｍ３）、その圧縮強度がコンクリートの場合の約２倍を示すことが判った。さらに、割裂引張強度に関しては、耐震補強材の見掛け密度に係わらず、コンクリートの場合よりも大きいことが明らかになった。
（実施例１６〜１８及び比較例２、圧縮弾性係数についてコンクリートとの比較）
単調増加載荷時の応力度−ひずみ曲線において、最大応力度の１／３の応力度を示す点と、ひずみ５０×１０−６の点とを結ぶ線分の勾配を圧縮弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）と定義し、その結果を図５に示した。その図５において、○は実施例１６（実施例１の耐震補強材を使用）、△は実施例１７（実施例２の耐震補強材を使用）及び◇は実施例１８（実施例３の耐震補強材を使用）を示す。また、実線は最小二乗法により求めた見掛け密度と圧縮弾性係数との関係を示す近似曲線で、次の式（４）に示す二次曲線を表している。この式（４）に基づいて実施例１６、１７及び１８の圧縮弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）を求めた。それらの結果を表３に示した。
【００４８】
Ｅ（ｃ）＝２０．８×γ−５．６７  ・・・（４）
但し、Ｅ（ｃ）は圧縮弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）、γは耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）を表す。
【００４９】
また、コンクリートの場合（比較例２）についても同様に圧縮弾性係数を求め、その結果を表３に示した。
【００５０】
【表３】
2007277886.tif 000005
表３の結果から、実施例１６〜１８の場合には、圧縮弾性係数がコンクリートの場合（比較例２）に比べて小さくなり、それぞれ１／５、１／１２及び１／３９となることを把握することができた。
（実施例１９〜２１、曲げ弾性係数）
単調増加載荷時のＭ−φ曲線において、最大曲げモーメントの１／３の曲げモーメントを示す示す点と、曲率１０×１０−６の点とを結ぶ線分の勾配を曲げ弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）と定義し、その結果を図６に示した。その図６において、○は実施例１９（実施例１の耐震補強材を使用）、△は実施例２０（実施例２の耐震補強材を使用）及び◇は実施例２１（実施例３の耐震補強材を使用）を示す。なお、各中実印は圧縮弾性係数を表す。また、実線は最小二乗法により求めた見掛け密度と曲げ弾性係数との関係を示す近似曲線で、次の式（５）に示す二次曲線を表している。この式（５）に基づいて実施例１９〜２１の曲げ弾性係数を求めた。
【００５１】
Ｅ（ｂ）＝２５３０×γ２＋１９８０×γ−６０３  ・・・（５）
但し、Ｅ（ｂ）は曲げ弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）、γは耐震補強材の見掛け密度（ｔ／ｍ３）を表す。
〔鉛直荷重とひずみとの関係〕
下記に示す円筒状の鋼管及びその内部空間に前記耐震補強材を充填した耐震構造物について、鉛直方向の圧縮荷重を受けた場合の荷重と変位との関係を次の関係式に基づく解析モデルに従って求めた。
【００５２】
耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合
ｆＣ＝ｆＣＫ×（εＣ／０．０１５５）×〔２．０−（εＣ／０．０１５５）〕
ここで、ｆＣは圧縮応力度（Ｎ／ｍｍ２）、ｆＣＫは圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）及びεＣは圧縮ひずみを表す。
【００５３】
耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合
ｆＣ＝ｆＣＫ×（εＣ／０．０１６５）×〔２．０−（εＣ／０．０１６５）〕
耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合
ｆＣ＝ｆＣＫ×（εＣ／０．０１４０）×〔２．０−（εＣ／０．０１４０）〕
（鋼管）
半径１００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、４．０ｍｍ
（拘束条件）
下端はＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｒｘ（Ｘ方向回転）、Ｒｙ、Ｒｚを固定、上端は自由。
（要素）
鋼管の場合：四辺形ＳＨＥＬＬ要素
鋼管の内部空間に耐震補強材を充填した場合：六面体ソリッド要素
（実施例２２〜２５、鋼管のみの場合における鉛直荷重とひずみとの関係）
鋼管の厚さを次のように４種類に変え、ひずみ量比（δｚ／Ｌ）と荷重比（Ｐｚ／Ｐｚｙ）との関係を求め、それらの関係を図７に示した。これらの実施例２２〜２５は、鋼管内に耐震補強材を充填する場合の基準となる例である。ここで、δｚは鉛直方向のひずみ量、Ｌは鋼管の長さを表す。また、Ｐｚは鉛直方向の荷重、Ｐｚｙは鉛直方向の降伏荷重を表す。さらに、図７中、□は鋼管の厚さが０．５ｍｍ（実施例２２）、◇は鋼管の厚さが１．０ｍｍ（実施例２３）、△は鋼管の厚さが２．０ｍｍ（実施例２４）及び○は鋼管の厚さが４．０ｍｍ（実施例２５）の場合を表す。
【００５４】
この図７に示す結果より、ひずみ量比は鋼管の厚さに拘らず、荷重比に対してほぼ正比例の関係を示した。
（実施例２６〜２９）
続いて、鋼管（厚さ０．５ｍｍ）及びその内部空間に耐震補強材を充填した場合（前記実施例１、２及び３）におけるひずみ量比（δｚ／Ｌ）と荷重比（Ｐｚ／Ｐｚｙ）との関係を図８に示した。なお、図８中の実線は、鋼管のみの場合（実施例２６）を表す。また、○は耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合（実施例２７）、△は耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合（実施例２８）、及び◇は耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合（実施例２９）を表す。
【００５５】
図８に示すように、鋼管のみの場合には、荷重比が約１．０、ひずみ量比が約０．００２の時点で降伏した。それに対し、鋼管の内部空間に耐震補強材を充填した場合には、一定のひずみ量比において、鋼管のみの場合に比べて一層高い荷重比が示され、優れた圧縮強度（圧縮耐力）が得られることが判った。その場合、耐震補強材の見掛け密度が大きくなるほど荷重比は上昇した。特に、耐震補強材の見掛け密度が１．２ｔ／ｍ３及び０．８ｔ／ｍ３の場合に顕著であった。さらに、鋼管の内部空間に耐震補強材を充填した場合には、鋼管のみの場合に降伏した時点以降も、ひずみ量比に対する荷重比の勾配は小さくなるものの、降伏することなく形状が保持された。すなわち、靭性に優れていることが明らかになった。
（実施例３０〜３３）
次に、鋼管の厚さが１．０ｍｍの場合について、上記と同様にひずみ量比（δｚ／Ｌ）と荷重比（Ｐｚ／Ｐｚｙ）との関係を求め、図９に示した。図９中の実線は、鋼管のみの場合（実施例３０）、○は耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合（実施例３１）、△は耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合（実施例３２）、及び◇は耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合（実施例３３）を表す。
【００５６】
その図９に示すように、この場合には前記鋼管の厚さが０．５ｍｍの場合に比べ、一定のひずみ量比における荷重比は小さくなるものの、同様の傾向を示した。
（実施例３４〜３７）
次いで、鋼管の厚さが２．０ｍｍの場合について、前記と同様にひずみ量比（δｚ／Ｌ）と荷重比（Ｐｚ／Ｐｚｙ）との関係を求め、図１０に示した。図１０中の実線は、鋼管のみの場合（実施例３４）、○は耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合（実施例３５）、△は耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合（実施例３６）、及び◇は耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合（実施例３７）を表す。
【００５７】
その図１０に示すように、この場合には前記鋼管の厚さが１．０ｍｍの場合に比べ、一定のひずみ量比における荷重比は大きくなるものの、同様の傾向を示した。
〔水平荷重とひずみとの関係〕
次に、前記圧縮荷重を受けた場合における、鋼管、耐震補強材の応力−ひずみ曲線及び要素について全く同じ条件で水平荷重（曲げ荷重）を受けた場合の荷重と変位との関係を解析モデルに従って求めた。
（実施例３８〜４１）
鋼管の厚さを次のように４種類に変え、ひずみ量比（δｘ／Ｌ）と荷重比（Ｐｘ／Ｐｘｙ）との関係を求め、それらの関係を図１１に示した。これらの実施例３８〜４１は、鋼管内に耐震補強材を充填する場合の基準となる例である。ここで、δｘは水平方向のひずみ量、Ｌは鋼管の長さを表す。また、Ｐｘは水平方向の荷重、Ｐｘｙは水平方向の降伏荷重を表す。さらに、図１１中、□は鋼管の厚さが０．５ｍｍの場合（実施例３８）、◇は鋼管の厚さが１．０ｍｍの場合（実施例３９）、△は鋼管の厚さが２．０ｍｍの場合（実施例４０）及び○は鋼管の厚さが４．０ｍｍの場合（実施例４１）を表す。
【００５８】
この図１１に示す結果より、鋼管の厚さが０．５ｍｍの場合にはひずみ量比が約０．００５、荷重比が約１．２の時点で降伏したのに対し、鋼管の厚さが４．０ｍｍの場合には降伏することなく、荷重比がほぼ維持された。
（実施例４２〜４６）
続いて、鋼管（厚さ０．５ｍｍ）及びその内部空間に耐震補強材（前記実施例１、２及び３）又はコンクリートを充填した場合におけるひずみ量比（δｘ／Ｌ）と荷重比（Ｐｘ／Ｐｘｙ）との関係を図１２に示した。図１２中の実線は、鋼管のみの場合（実施例４２）、○は耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合（実施例４３）、△は耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合（実施例４４）、□は耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合（実施例４５）及び＊はコンクリートを充填した場合（実施例４６）を表す。
【００５９】
図１２に示すように、鋼管のみの場合には、荷重比が約１．０、ひずみ量比が約０．００６の時点で降伏した。また、鋼管の内部空間にコンクリートを充填した場合には、部分的な塑性変形を繰り返しながら荷重比が約３．５、ひずみ量比が約０．００９の時点で降伏した。それに対し、鋼管の内部空間に耐震補強材を充填した場合には、その耐震補強材の見掛け密度が１．２ｔ／ｍ３のとき、降伏することなく、コンクリートを充填した場合に比べて非常に高い荷重比が得られ、優れた水平耐力（曲げ耐力）が得られることが判った。また、耐震補強材の見掛け密度が０．８ｔ／ｍ３及び０．４ｔ／ｍ３の場合には、コンクリートを充填した場合に比べて荷重比は全般に低い結果であったが、ひずみ量比が０．０１０の時点まで降伏することはなく、靭性に優れていることが明らかになった。
（実施例４７〜５１）
次に、鋼管の厚さが１．０ｍｍの場合について、上記と同様にひずみ量比（δｘ／Ｌ）と荷重比（Ｐｘ／Ｐｘｙ）との関係を求め、図１３に示した。図１３中の実線は、鋼管のみの場合（実施例４７）、○は耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合（実施例４８）、△は耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合（実施例４９）、□は耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合（実施例５０）及び＊はコンクリートを充填した場合（実施例５１）を表す。
【００６０】
その図１３に示すように、この場合には鋼管の厚さが厚くなったため、降伏は見られなかったが、ひずみ量比（δｘ／Ｌ）が０．００６近辺から荷重比が低下する塑性変形が見られた。また、全体には前記鋼管の厚さが０．５ｍｍの場合と同様の傾向を示した。
（実施例５２〜５６）
次いで、鋼管の厚さが２．０ｍｍの場合について、前記と同様にひずみ量比（δｘ／Ｌ）と荷重比（Ｐｘ／Ｐｘｙ）との関係を求め、図１４に示した。図１４中の実線は、鋼管のみの場合（実施例５２）、○は耐震補強材の見掛け密度が１．２（ｔ／ｍ３）の場合（実施例５３）、△は耐震補強材の見掛け密度が０．８（ｔ／ｍ３）の場合（実施例５４）、□は耐震補強材の見掛け密度が０．４（ｔ／ｍ３）の場合（実施例５５）及び＊はコンクリートを充填した場合（実施例５６）を表す。
【００６１】
その図１４に示すように、この場合には前記鋼管の厚さが１．０ｍｍの場合と傾向は同じであったが、各々の場合の差が少なくなった。
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００６２】
・  補強骨材として、複数種類の物質を併用し、耐震補強材に目的とする力学的特性を発揮させるように構成することもできる。
・  樹脂発泡体として、複数種類の熱硬化性樹脂発泡体を併用し、耐震補強材に目的とする軽量化やバインダーとしての機能を発揮させるように構成することもできる。
【００６３】
・  耐震補強材は、樹脂発泡体の原料から発泡体を調製した後、得られた発泡体に補強骨材を配合して調製することも可能である。
・  フライアッシュ中の水分量を一定にするため、フライアッシュを乾燥（例えば、７０℃、２４時間）させた後に使用することもできる。
【００６４】
・  耐震補強材には、補強骨材及び樹脂発泡体以外に、充填剤、バインダーなどのその他の成分を適宜配合することも可能である。
さらに、前記実施形態より把握される技術的思想について以下に記載する。
【００６５】
・  前記樹脂発泡体の原料は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤としての水を含有する硬質ポリウレタン樹脂発泡体の原料であることを特徴とする請求項５に記載の耐震補強材の製造方法。このように構成した場合には、請求項５に係る発明の効果に加え、発泡倍率の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】高速道路の架橋に用いられる橋脚の構造を示す説明図。
【図２】耐震補強材の見掛け密度と圧縮強度との関係を示すグラフ。
【図３】耐震補強材の見掛け密度と割裂引張強度との関係を示すグラフ。
【図４】耐震補強材の見掛け密度と曲げ引張強度との関係を示すグラフ。
【図５】耐震補強材の見掛け密度と圧縮弾性係数との関係を示すグラフ。
【図６】耐震補強材の見掛け密度と曲げ弾性係数との関係を示すグラフ。
【図７】鋼管の変位（ひずみ量）と鉛直荷重との関係を示すグラフ。
【図８】鋼管に耐震補強材を充填した場合の変位（ひずみ量）と鉛直荷重との関係（半径／厚さ＝２００の場合）を示すグラフ。
【図９】鋼管に耐震補強材を充填した場合の変位（ひずみ量）と鉛直荷重との関係（半径／厚さ＝１００の場合）を示すグラフ。
【図１０】鋼管に耐震補強材を充填した場合の変位（ひずみ量）と鉛直荷重との関係（半径／厚さ＝５０の場合）を示すグラフ。
【図１１】鋼管の変位（ひずみ量）と水平荷重との関係（半径／厚さ＝２００の場合）を示すグラフ。
【図１２】鋼管に耐震補強材を充填した場合の変位（ひずみ量）と水平荷重との関係（半径／厚さ＝２００の場合）を示すグラフ。
【図１３】鋼管に耐震補強材を充填した場合の変位（ひずみ量）と水平荷重との関係（半径／厚さ＝１００の場合）を示すグラフ。
【図１４】鋼管に耐震補強材を充填した場合の変位（ひずみ量）と水平荷重との関係（半径／厚さ＝５０の場合）を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６７】
１０…耐震構造物、１１…筒体、１８…耐震補強材。
【図１】
2007277886.tif 000006
【図２】
2007277886.tif 000007
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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