(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維シートのせん断強さを目付け量毎に予め測定して得られたせん断強さと目付け量の相関関係を表示した相関表を用い、繊維シートについて実測したせん断強さと対照してこの繊維シートの目付け量を判定することを特徴とする繊維シート試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維シートの目付け量の判定に関わり、特に、せん断強さと目付け量の相関関係を利用して繊維シートの目付け量を判定する繊維シート試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築材料のうち繊維シート材料は、仕上材料のほかに繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の補強材として広く普及している。この繊維シート材料は、工場製造工程でＦＲＰに加工して使用されるケースと、施工作業工程で樹脂とともにＦＲＰに加工して使用されるケースがある。
また、最近、既存建築物の補強工事が盛んに実施されつつあるが、貼り付けられた繊維の性能がそのまま建築物の耐力向上につながるため、施工作業工程で炭素繊維やアラミド繊維等のシート貼工法が用いられている。この場合、設計条件に合致した繊維シートが使用の絶対条件になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状では、指定された性能を持つ繊維材料を使用することになっていても、施工現場に納入された製品の梱包ラベル等で確認するのみで、実際使用されている繊維材料が指定の性能を保持しているかの試験などは実施されていない。万一、施工者が故意に性能の低い繊維シートを使用したり、手違いが生じれば、設計条件よりも品質の低い繊維シートが使用される危険性が有る一方、繊維シート張り付け作業後では張り付けられた繊維シートの性能確認は困難である。
【０００４】
一方、繊維シート系材料は、ガラス繊維系、炭素繊維系、ビニロン繊維系、ポリエステル系及びアラミド繊維系の他、各種材料が使用され、その性能評価は、繊維単独の引っ張り強さ・引っ張り弾性係数と繊維シートの目付け量（１ｍ2 当りの繊維重量）および重量測定によることが一般的である。しかし、引っ張り試験は精密な試験機を必要とし、施工現場での実施は不可能であり、重量測定のみでは外観は同様であるが、性能の低い繊維があった場合に判別することができない。
【０００５】
以上の事情から、現状では、性能の低い繊維材料が使用されて、補強効果が期待できない補強工事が実施される危険性がある。また、構造補強に使用される繊維シートは、１ｍ2 あたり６０００円以上程度と高価であり、施工者は安価で性能の低い材料にすり替えて、多大な利益を得るという可能性もある。
【０００６】
そこで、本発明は、以上の技術的課題を解決するためなされたものであって、その目的は、施工現場で設計条件よりも品質の低い繊維シートが使用される危険性を防止するとともに、施工現場で繊維シートの性能評価を簡易に行う繊維シート試験方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、本発明を完成させるにあったって、以下の試験を行った。
図１は、繊維シートの打ち抜き荷重と目付け量の関係を示すグラフである。
この試験は、試験体として、炭素繊維メーカを３社用い、目付け量（１ｍ2 当りの繊維重量）として、各々について２００ｇ／ｍ2 、３００ｇ／ｍ2 、４００ｇ／ｍ2 を用いた。
また、打ち抜き試験機はＡＳＴＭ  Ｄ  ７３２に準拠したものを使用し、変位速度５ｍｍ／ｍｉｎ条件で試験片に対して加力した。
【０００８】
その結果、図１に示すような相関関係が得られた。即ち、目付け量が増加するにつれて、打ち抜き荷重も増加し、炭素繊維シートの打ち抜き荷重は、繊維メーカーが異なっても、目付け量２００ｇ／ｍ2 について８０〜１００ｋｇｆ、３００ｇ／ｍ2 について１２０〜１５０ｋｇｆ、４００ｇ／ｍ2 について１６５〜１８５ｋｇｆの略一定の範囲に分布する。
【０００９】
そして、各目付け量の打ち抜き荷重をせん断強さに換算し、次に、せん断強さの平均値および標準偏差を算出して、この相関関係に基づいて相関表を作成する。
したがって、目付け量の知られていない繊維シートを上記試験機にセットして打ち抜き荷重を実測し、換算したせん断強さと上記相関表を対照することにより目付け量を判定できる。
【００１０】
本解決手段は、以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に記載するように、繊維シート試験方法であって、繊維シートのせん断強さを目付け量毎に予め測定して得られたせん断強さと目付け量の相関関係を表示した相関表を用い、繊維シートについて実測したせん断強さと対照してこの繊維シートの目付け量を判定することを特徴とする。
【００１１】
以上の手段にあって、繊維シートには、ガラス繊維系、炭素繊維系、ビニロン繊維系、ポリエステル系及びアラミド繊維系の他、各種繊維が使用される。
また、相関関係とは、調査用繊維シートの各目付け量についてせん断強さの平均値および標準偏差もしくは分散からなる関係、各目付け量について最小せん断強さから最大せん断強さまでを範囲とする関係、全ての目付け量とせん断強さから算出した一時回帰線からなる関係、各目付け量について最小せん断から算出した一時回帰線から最大せん断強さから算出した一時回帰線までを範囲とする関係を含む。
【００１２】
これによれば、相関表は、繊維シートのせん断強さを目付け量毎に予め測定して、せん断強さと目付け量の相関関係を表示し、相関関係と繊維シートについて実測したせん断強さとを対照して繊維シートの目付け量を判定し、繊維シートの性能評価を行う。
したがって、施工現場で設計条件よりも品質の低い繊維シートが使用される危険性がなくなり、設定条件どおりの施工が行われる。
【００１３】
また、上記試験方法に用いる繊維シート用試験機は、例えば、繊維シートの周辺部を固定すると共に、中央部に孔を形成した第１の固定部材と、前記第１の固定部材の中央部に形成した孔の内周面と外周面を摺動自在に嵌入させるとともに、前記繊維シートの周辺部と連続する中央部を固定する第２の固定部材と、前記第１の固定部材若しくは前記第２の固定部材のうち少なくとも一方を摺動方向へ加圧する加圧部材と、前記加圧部材の加圧力を測定する測定手段と、を備えている。
【００１４】
以上の手段にあって、加圧部材は、第１の固定部材のみ加圧する場合、第２の固定部材のみ加圧する場合、第１の固定部材、第２の固定部材の両方を加圧する場合のいずれも含まれる。
【００１５】
これによれば、前記加圧体により第１の固定部材若しくは第２の固定部材の少なくとも一方を摺動方向へ加圧し、前記第１の固定部材の内周面と前記第２の固定部材の外周面とを摺動させ、前記繊維シートの中央部と周辺部との境界をせん断し、このせん断時の加圧力をせん断強さとして測定する。
したがって、上記の繊維用シート試験方法に用いる目付け量毎のせん断強さが測定されるとともに、施工現場で繊維シートのせん断強さが簡易に実測される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明を適用した繊維シート試験機に係わる実施の形態を詳細に説明する。
図２は、本実施の形態に係わる繊維シート用試験機１０の断面構造を示す。
本繊維シート試験機１０は、支持台１１と、支持台１１の上面に配置した加圧部材としての加圧体１２と、加圧体１２の下方に配置した第１若しくは第２の固定部材としての押圧体１３と、押圧体１３の外周面に摺動自在に内接する第１若しくは第２の固定部材としての固定治具１４から構成され、固定治具１４には繊維シートの試験片１５が挟設されている。さらに、加圧体１２には、導油管１２ｃを固定し、導油管１２ｃの中途から分岐させて測定手段としての圧力計２１を取付ける。
【００１７】
図３は、試験片１５の斜視方向からみた構造を示すものである。
試験片１５は、繊維シートから略５０ｍｍ四方に切り出し、厚みは０．１２５ｍｍ〜１２．５ｍｍの範囲とし、上面および下面は略平行とし、試験片１５の中央には、直径１１ｍｍの孔１５ａを予め成形しておく。また、試験片１５の中央部１５ｂは押圧体１３により固定され、周辺部１５ｃは固定治具１４により固定される。そして、中央部１５ｂと周辺部１５ｃの境界線１５ｄに加わる荷重によりせん断される。
なお、試験片１５は外形５０ｍｍの円板状に切りだしてもよい。
【００１８】
支持台１１は、円板状の板状部１１ａと、板状部１１ａの４隅を支持する４本の支持柱１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅと、支持柱１１ｂ…１１ｅを固定する平板状の固定台１１ｆから構成されている。また、これら各パーツは、剛性の金属で成形されている。
【００１９】
加圧体１２は、略円筒状に成形した加圧体本体１２ａと、加圧体本体１２ａの内周面に当接させた略円柱状のピストン１２ｂとを備え、加圧体本体１２ａの側壁には外部と連通する孔を形成し、この孔に加圧体本体１２ａの内部へ連通する導油管１２ｃを取付け、この導油管１２ｃの端部は、図示しない油圧ポンプに接続されている。
そして、油圧ポンプを稼働させて導油管１２ｃから加圧体本体１２ａの内部へ作動油を導入し、作動油の油圧を高めてピストン１２ｂを下方へ摺動させる。
【００２０】
図４は、図２中の一点鎖線部Ａを拡大した断面構造を示し、図５は、図２中の一点鎖線部Ａを拡大した平面構造を示す。また、図６は、押圧体１３の側方からみた側面構造を示す。
押圧体１３は、円柱状の押圧体本体１３ａと、押圧体本体１３ａの一方の端面から突出するボルト部１３ｂと、ボルト部１３ｂとねじ機構を介して係合する６角頭のナット１３ｃと、ナット１３ｃと共に用いられるリング状のワッシャー１３ｄから構成される。
そして、試験片１５の孔１５ａにボルト部１３ｂを貫通させ、試験片１５の中央部１５ｂを押圧体本体１３ａとワッシャー１３ｄの間に配置させ、ナット１３ｃを締めて固定する。
【００２１】
固定治具１４は、矩形状の上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂと、両パーツ１４ａ，１４ｂの４隅に配設される固定用ボルト１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと、固定用ボルト１６ａと固定用ボルト１６ｄの中間位置、および固定用ボルト１６ｂと固定用ボルト１６ｃのそれぞれの中間位置に配設される一対の案内ピン１７ａ，１７ｂから構成される。
【００２２】
ここで、各パーツ１４ａ，１４ｂは中央部に円柱状の案内孔１４ｃを形成し、案内孔１４ｃの内周面と押圧体本体１３ａの外周面を摺動自在とする。上部パーツ１４ａには４隅に固定用ボルト１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを貫通させる貫通孔を形成し、下部パーツ１４ｂの４隅にはねじ溝を形成する。また、上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの対向面には、一対の案内ピン１７ａ，１７ｂを係合させる係合溝を形成している。
【００２３】
案内ピン１７ａ，１７ｂは、棒状の金属製であり、上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの係合溝に嵌め込む。そして、試験片１５にせん断力が加えられたときに、上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの位置ずれを防止する。
【００２４】
そして、試験片１５の中央部１５ｂを固定した押圧体１３を下部パーツ１４ｂの案内孔１４ｃに差し込み、下部パーツ１４ｂの係合溝に案内ピン１７ａ，１７ｂを差込み、上部パーツ１４ａを上から押圧体１３へ向けて嵌入し、案内ピン１７ａ，１７ｂが上部パーツ１４ａの係合溝に嵌合するように押え、試験片１５の中央部１５ｂと連続する周辺部１５ｃを上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの間に挟み込んだ状態で、４隅の固定用ボルト１６ａ…１６ｄを締める。
【００２５】
圧力計２１は、例えば、弾性体にブルドン管、ダイアフラム、ベローズを用いた弾性式圧力計、電気抵抗式圧力計、圧電気式圧力計等を用いる。そして、導油管１２ｃに加わる圧力、即ち試験片１５に加わる荷重を測定する。
【００２６】
次に、図２に基づいて、本繊維シート用試験機の動作について説明する。
先ず、図２に基づいてせん断試験の試験方法について説明する。
施工現場の繊維シートから約５０ｍｍ四方の試験片１５を切り出し、各々の試験片１５の中央部１５ｂに直径１１ｍｍの孔１５ａをポンチにより成形する。試験片１５に形成した孔１５ａにボルト部１３ｂを貫通させ、試験体１５の中央部１５ｂを押圧体本体１３ａとワッシャー１３ｄの間に挟み、ボルト部１３ｂを締めて試験片１５の中央部１５ｂを固定する。
【００２７】
試験片１５の中央部１５ｂを固定した押圧体１３を下部パーツ１４ｂの案内孔１４ｃに差し込むとともに、下部パーツ１４ｂの係合溝に案内ピン１７ａ，１７ｂを差込む。上部パーツ１４ａを上から押圧体１３へ向けて摺動させながら嵌入し、上部パーツ１４ａの係合溝に案内ピン１７ａ，１７ｂを嵌合するように押え、試験片１５の周辺部１５ｃを上部パーツ１４ａと下部パーツ１４ｂの間に挟み込んだ状態で、４隅の固定用ボルト１６ａ…１６ｄを締める。
【００２８】
次に、図示しない油圧ポンプを稼働させ、作動油を加圧体本体１２ａの内部に送り込むと、ピストン１２ｂは徐々に下降し、押圧体本体１３ａの上面に当接する。さらに、油圧ポンプのポンプ圧を上昇させると、加圧体本体１２ａ内の油圧も上昇し、ピストン１２ｂは押圧体１３に対して荷重を加えるようになる。
このとき、押圧体本体１３ａの周線は固定された試験片１５の中央部１５ｂと周辺部１５ｃの境界線１５ｄに対してせん断力を加える。
【００２９】
さらに、油圧を上昇させ、荷重を増加すると、押圧体１３は外周面を案内孔１４ｃの内周面と摺動させながら下降するとともに、試験片１５の中央部１５ｂと周辺部１５ｃの境界線１５ｄは押圧体本体１３ａの周線によりせん断され、このときの圧力計２１の示す荷重を打ち抜き荷重とする。
そして、測定した打ち抜き荷重を押圧体本体１３ａのせん断面積（押圧体本体１３ａの周線と試験片の厚さとの積）で除して、せん断強さを算出する。
【００３０】
次に、予め測定した繊維シートの目付け量毎のせん断強さについての相関表と前記実測したせん断強さを対照する。
実測したせん断強さがある目付け量のせん断強さの相関関係に一致するとき、この目付け量を実測した繊維シートの目付け量と判定する。
【００３１】
以上より、本実施の形態によれば、予め繊維シートの目付け量毎のせん断強さの相関関係を設定し、施工現場で繊維シートの性能評価を行うようにしたので、施工現場で納入された繊維シート製品の性能確認を定量的に実施でき、設計通りの要求性能を保持した施工が行われる。
また、施工部位毎に使用する繊維シートの種類が異なる場合においても、製品の確認が容易になる。また、施工者が故意または過失により、使用材料を間違えるような事故を未然に防止できる。
また、簡易な構成のせん断試験機を用いるようにしたので、施工現場でせん断強さを容易に測定することができる。
【００３２】
なお、見付け量確認のための重量測定と本発明の試験を併用することにより、材料検査の信頼性を向上させてもよい。また、油圧ポンプの代わりに、試験機を簡易にする観点から、施工現場で使用する油圧ジャッキを用いてもよい。さらに、本試験機は、繊維シートのみならず、施工現場でＦＲＰ試験体のせん断試験に用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１記載の発明によれば、試験用繊維シートの目付け量を判定し、繊維シートの性能評価を行うようにしたので、施工現場で設計条件よりも品質の低い繊維シートが使用される危険性がなくなり、設定条件どおりの施工が行われる。また、施工部位毎に使用する繊維シートの種類が異なる場合においても、製品の確認が容易になり、施工者が故意または過失により、使用材料を間違えるような事故を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】繊維シートの目付け量と打ち抜き荷重の関係を示すグラフである。
【図２】本発明を適用した実施の形態に係わる繊維シート試験装置の断面構造を示す。
【図３】図２に係わる試験片の斜視方向からの構造を示す。
【図４】図２中の一点鎖線部Ａを拡大した断面構造を示す。
【図５】図２中の一点鎖線部Ａを拡大した平面構造を示す。
【図６】図２に係わる押圧体の側面構造を示す。
【符号の説明】
１０    繊維シート試験機
１１    支持台
１２    加圧体
１２ａ  加圧体本体
１２ｂ  ピストン
１３    押圧子
１３ａ  押圧子本体
１３ｂ  ボルト部
１３ｃ  ナット
１３ｄ  ワッシャー
１４    固定治具
１４ａ  上部パーツ
１４ｂ  下部パーツ
１５    試験片
１６    固定用ボルト
１７    案内ピン
２１    圧力計
【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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