(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略一方向に配列された補強繊維としての長繊維の束を熱硬化性樹脂で結着してなる芯部に、熱可塑性樹脂を被覆することで形成される炭素繊維強化プラスチック複合材を、コンクリート構造物等の補強筋として適用した熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法であって、
接続する前記ＣＦＲＰ補強筋同士において、その端面を突き合わせる端部当接過程と、該端部当接過程において当接されたＣＦＲＰ補強筋同士の少なくとも当接箇所上下を所定サイズの補強用ＣＦＲＰ補強筋でカバーし、前記当接箇所と併せて接着剤で一体に接着する接着過程と、前記接着過程により互いに接着された前記ＣＦＲＰ補強筋を、該ＣＦＲＰ補強筋両側部に沿って一定間隔にてボルト穴を備える繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製の補強片により挟み込み、繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製のボルトにて、補強筋を貫通せず、補強筋の側部より一体に締結固定する接続補強過程とを備えることを特徴とする熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法。
【請求項２】
略一方向に配列された補強繊維としての長繊維の束を熱硬化性樹脂で結着してなる芯部に、熱可塑性樹脂を被覆することで形成される炭素繊維強化プラスチック複合材を、コンクリート構造物等の補強筋として適用した熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法であって、
接続する前記ＣＦＲＰ補強筋同士において、その端部を適宜ラップ長をもって重ね継ぎする端部当接過程と、前記端部当接過程における当接箇所を接着剤で一体に接着する接着過程と、前記接着過程により互いに接着された前記ＣＦＲＰ補強筋を、該ＣＦＲＰ補強筋両側部に沿って一定間隔にてボルト穴を備える繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製の補強片により挟み込み、繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製のボルトにて、補強筋を貫通せず、補強筋の側部より一体に締結固定する接続補強過程とを備えることを特徴とする熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントモルタルやコンクリート等の無機構造材料等の補強に使用される熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメントモルタルやコンクリート等の無機構造材の補強には鉄筋、金網などが一般的に使用されているが、これら鉄製材料は重量が大きく運搬作業性に難があった。また、鉄製材料に共通する錆びやすく低い耐食性しか有しないといった問題も存在する。このため、コンクリートにおけるかぶりが薄い場合や、海岸などの腐食性環境下でのこれら鉄製補強材の使用には大きな問題を抱えていたのが現状である。
【０００３】
他方、近年では上記の鉄製補強材に代わり、軽く扱いやすい上、錆びることのないアラミド繊維や炭素繊維などの長繊維を補強繊維としたＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が補強材として注目され、一部実用化もされている。特に、プレキャストコンクリート用の緊張材（ＰＣ緊張材）や、ＮＯＭＳＴ（Novel Material Shield-cuttable Tunnel-wall System）工法におけるＮＯＭＳＴ補強筋、ならびにトンネル工事用のロックボルトや法面や地盤の補強用アースアンカーなどに用いられつつある。
【０００４】
上記ＮＯＭＳＴ補強筋としては、特に高強度、高弾性率で、シールドマシーンカッター刃による切削性のよいＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）が使用されているが、なかでも炭素繊維等の長繊維を硬化性の高い、スチレン含有ウレタンアクリレート樹脂で結着した矩形状のＣＦＲＰをポリサルホン樹脂（ＰＳＦ）などの耐熱、耐アルカリ性熱可塑性樹脂により被覆一体化した構造の熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋が優れた性質を発現するとされている（特願平１１−１６５６２３号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋を種々の工法に適用する場合、例えばケーソン施工の場合など、当該補強筋同士を接続しなければならない状況が発生する場合がある。従来の鉄筋等の場合には互いを溶接すれば比較的容易に接続可能であるが、熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋同士の接続方法については十分な検討がなされていなかった。
【０００６】
一方、この接続作業に際しては、前述のように高強度、高弾性率、耐腐食性、及びシールドマシンによる切削良好性を要求するＮＯＭＳＴ工法等の性格から鉄製部材など在来の金属部材の使用は好ましくない。したがって、高強度、高弾性率、耐腐食性、及びシールドマシンによる切削良好性といった補強筋自体が備える特性と同程度または類似の特性を備える材料による接続により、熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の上記性状を余すとこなく発現できる接続方法の開発が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明はこのような従来の課題に着目してなされたもので、接続作業が簡便であり、かつ接続後の引張り強度にも優れて、熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の持つ優れた性状を余すところ無く発現できる熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するためになされたもので、略一方向に配列された補強繊維としての長繊維の束を熱硬化性樹脂で結着してなる芯部に、熱可塑性樹脂を被覆することで形成される炭素繊維強化プラスチック複合材を、コンクリート構造物等の補強筋として適用した熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法であって、接続する前記ＣＦＲＰ補強筋同士において、その端面を突き合わせる端部当接過程と、該端部当接過程において当接されたＣＦＲＰ補強筋同士の少なくとも当接箇所上下を所定サイズの補強用ＣＦＲＰ補強筋でカバーし、前記当接箇所と併せて接着剤で一体に接着する接着過程と、前記接着過程により互いに接着された前記ＣＦＲＰ補強筋を、該ＣＦＲＰ補強筋両側部に沿って一定間隔にてボルト穴を備え繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製の補強片により挟み込み、繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製のボルトにて、補強筋を貫通せず、補強筋の側部より一体に締結固定する接続補強過程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明として、略一方向に配列された補強繊維としての長繊維の束を熱硬化性樹脂で結着してなる芯部に、熱可塑性樹脂を被覆することで形成される炭素繊維強化プラスチック複合材を、コンクリート構造物等の補強筋として適用した熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法であって、接続する前記ＣＦＲＰ補強筋同士において、その端部を適宜ラップ長をもって重ね継ぎする端部当接過程と、前記端部当接過程における当接箇所を接着剤で一体に接着する接着過程と、前記接着過程により互いに接着された前記ＣＦＲＰ補強筋を、該ＣＦＲＰ補強筋両側部に沿って一定間隔にてボルト穴を備える繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製の補強片により挟み込み、繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製のボルトにて、補強筋を貫通せず、補強筋の側部より一体に締結固定する接続補強過程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
なお、前記繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製の補強片は、例えばヤング率（弾性率）が９．８Ｇｐａ（1000kg/mm２）以上のものであると好適であり、この値より小さいとボルト締めした際の圧力がボルト穴周辺に偏ってしまい締付け効果が小さくなる。また、部材の厚みは２０ｍｍ以下が作業性の点から好ましい。また、前記補強片の材質はＣＦＲＰ等だけでなく、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic）等がコスト、剛性、強度の点から適宜選択可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＝＝＝実施例１＝＝＝
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（１）熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の製造
長繊維の束を被覆する被覆樹脂としてポリサルホン（商品名：ポリサルホンＰ１７００ＢＫ９３７、テイジンアモコ株式会社製）を使用し、厚さ５．５ｍｍ、幅２０．３ｍｍ（ＦＲＰ部の寸法は厚さ４．０ｍｍ、幅１９．０ｍｍ）のＣＦＲＰ補強筋（以下ＦＴＣと称する）を以下のように製造した。なおこの製造過程について特に図示はしない。
【００１３】
まず炭素繊維（商品名：トレカＴ−７００ＳＣ  ２４Ｋ、東レ株式会社製）５０本をスタンドより供給し、樹脂材料（商品名：ユピカ８９２１、日本ユピカ株式会社製）と、１０時間半減期の温度が７２℃である触媒（商品名：カドックスＢ−ＣＨ５０、化薬アクゾ株式会社製）を４部と、１０時間半減期の温度が１０５℃である触媒（商品名：カヤブチルＢ、化薬アクゾ株式会社製）を０．５部とを添加混合してウレタンアクリレート樹脂を形成し、これを含浸槽にて前記炭素繊維に含浸させる。
【００１４】
続いて絞りノズルで過剰な樹脂を徐々に絞り込んで断面を矩形状（縦横４×１９ｍｍ、繊維含有率５８．５ｖｏｌ％）とし、これをクロスヘッドダイスに導き、前記ポリサルホンを円環状に押出して被覆した。被覆ポイント直後より室温水により冷却した後、全長８．５ｍの熱湯硬化槽（９５〜９９℃）及び熱風発生機を利用した乾熱硬化炉（全長８ｍ、１００〜１２０℃）で硬化させる。
【００１５】
上記工程における引き取り速度は２．５ｍ／ｍｉｎとし、硬化後には被覆表面にエンボス加工を施すこととした。このエンボス加工は、予備加熱として乾熱硬化炉を使用し（１５０〜１６０℃）、ローラー温度３３０℃にて加工が行われる。  そして、この熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋（以下、単に補強筋とする）を１５００ｍｍにカットし、その端末部をエポキシ樹脂が含浸されたガラステープを巻き付けることで補強し室温で２４時間硬化させた。硬化後、この補強筋について、負荷１００トンのアムスラー型引張試験機（図示しない）にて引張り試験を行ったところ、引張り強力は１９．０ｔｆ（１８６ｋＮ）となった。以下、引張り試験にはこのアムスラー型引張試験機を使用することとする。
【００１６】
（２）接合品の作成と接合部の引張強力
次に以下のように、本発明の接続方法をもって接続された補強筋の引張強力を試験するべく、試験片Ａの作成を行った。
【００１７】
長さ７５０ｍｍにカットした補強筋１０をその端面１１で突き合わせ（端部当接過程）、この端部当接過程において当接された補強筋１０同士の少なくとも当接箇所１２上下を補強用補強筋１３（長さ５００〜９５０ｍｍ）にて挟み込んだ。この挟み込み作業に続き、前記当接箇所１２と併せてこの補強用補強筋１３をエポキシ樹脂接着剤（商品名：アラルダイトＡＷ１０６、チバガイギー社製）で一体に接着し（接着過程）、更に、補強片１４として採用した補強用補強筋１３と同じ長さのＧＦＲＰ板（厚さ１０ｍｍ、幅６０ｍｍで、４０ｍｍ幅、５０ｍｍピッチで１対のφ１１ｍｍボルト穴１４ａを設けたもの。図１参照）で補強筋１０及び補強用補強筋１３を挟み込む作業を行う。このＧＦＲＰ板のヤング率は１４００ｋｇ／ｍｍ２（１３７Ｇｐａ）であった。
【００１８】
そして繊維強化樹脂製（或いは繊維強化熱可塑性樹脂製）のボルト１５、ナット１６（例えばサイズＭ１０）にて、上記補強片１４を通して補強筋１０及び補強用補強筋１３を一体に締結固定した（接続補強過程）。この際のボルト締結トルクは、好ましくは１５Ｎｍ〜２０Ｎｍであり、また、ボルト穴１４ａの配置間隔は２０〜１００ｍｍ程度が好適である。
【００１９】
上記のように作成した試験片Ａの構造概要を図２（ａ）、（ｂ）に示す。なお、引張り試験に際して、試験片Ａの端末をエポキシ樹脂が含浸されたガラステープにより補強し評価を行った。補強用補強筋１３と補強筋１０との重ね長を５００ｍｍ〜９５０ｍｍと変化させ各重ね長における引張り試験結果を得た（実施例１−１〜１−４）。他方、比較例として重ね長を５００ｍｍと６５０ｍｍの２種設定し、その他にボルトピッチ、ボルト締付けトルクを変化させて試験を同様に行った（比較例１−１〜１−６）。これらの試験結果は表１に示す。
【００２０】
【表１】
0004257020.tif 000002
【００２１】
比較例１−１は重ね長が他の実施例及び比較例より短く、比較例１−２、１−３はボルトの締付け間隔が他より広いため破断強力が低い結果となった。比較例１−４では接着剤の不使用、また、比較例１−５ではボルト締め無し、比較例１−６ではボルトの締付け力不足にそれぞれ由来して破断強力が著しく低くなった（比較例と実施例の試験結果ではおよそ１．５〜２倍程度の強力差が見られる）。これと比して、実施例１−１〜１−４はいずれも高い破断強力を示し、良好な接続方法であることが明らかとなった。
【００２２】
＝＝＝実施例２、比較例２＝＝＝
実施例１と同様にして補強筋を作成し、補強筋同士を単純重ね継ぎにより当接した試験片Ｂを以下のように作成し試験を行った。９２５、１０００、１０７５、１１５０ｍｍとカットした各補強筋２０同士を、単純重ね長を、３５０、５００、６５０、８００ｍｍとして接着剤で接着し、更に接着後のこれら補強筋２０を、補強片２１として前記重ね長と同じ長さのＧＦＲＰ板（実施例１に同じく、厚み１０ｍｍ、幅６０ｍｍ、４０ｍｍ幅、５０ｍｍピッチで１対のφ１１ボルト穴２１ａを設けたもの）で挟み込んだ。使用したＧＦＲＰ板のヤング率は１４００ｋｇ／ｍｍ２（１３７Ｇｐａ）である。
【００２３】
補強片２１により挟み込んだら、ボルト孔２１ａにＦＲＰボルト２２、ナット２３（Ｍ１０）を挿通させて締結した。補強片２１同士の接合面はエポキシ樹脂（商品名：アラルダイトＡＷ１０６、チバガイギー社製）にて接着し固定することとした。この実施例２における試験片Ｂの構造概要を図３（ａ）、（ｂ）に示す。引張り試験に際して、試験片Ｂの端末をエポキシ樹脂が含浸されたガラステープにて補強し、実施例１と同様の引張り強力を評価を行った。比較例２−１として、重ね長を３５０ｍｍとした例も示した。これらの引張り試験結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
0004257020.tif 000003
【００２５】
実施例２−１〜２−３のいずれの試験結果も、実施例１と同様の優れた引張り破断強力を示したが、比較例２−１の結果は引張り破断強力が実施例より５０％ほど大幅に低下し満足のいくものではなかった。
【００２６】
＝＝＝実施例３、比較例３＝＝＝
実施例１と同様に、長さ７５０ｍｍにカットした補強筋３０をその端面３１で突き合わせ（端部当接過程）、この端部当接過程において当接された補強筋３０同士の少なくとも当接箇所３２上下を補強用補強筋３３（長さ５００〜８００ｍｍ）にて挟み込んだ。前記当接箇所３２と併せてこの補強用補強筋３３をエポキシ樹脂接着剤（商品名：アラルダイトＡＷ１０６、チバガイギー社製）で一体に接着し（接着過程）、更に、補強片３４として採用した長さ１５０ｍのＧＦＲＰ板（厚さ１０ｍｍ、幅６０ｍｍで、４０ｍｍ幅、５０ｍｍピッチで３対のφ１１ｍｍボルト穴３４ａを設けたもの。図４（ａ）、（ｂ）参照）で補強筋３０及び補強用補強筋３３を挟み込み、この接合面はエポキシ樹脂（商品名：アラルダイトＡＷ１０６、チバガイギー社製）にて接着する。このＧＦＲＰ板のヤング率は１４００ｋｇ／ｍｍ２（１３７Ｇｐａ）であった。
【００２７】
つづいて、繊維強化樹脂製（或いは繊維強化熱可塑性樹脂製）のボルト３５、ナット３６（例えばサイズＭ１０）にて、上記補強片３４を通して補強筋３０及び補強用補強筋３３を一体に締結固定する（接続補強過程）。この実施例３における試験片Ｃの構造概要を図４に示す。引張り試験に際し、試験片Ｃの端末をエポキシ樹脂が含浸されたガラステープにて補強し、実施例１と同様に引張り強力を評価した。また、比較例３−１として重ね長が３５０ｍｍである場合を同様に試験した。これらの引張り試験結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
0004257020.tif 000004
【００２９】
実施例３−１〜３−３のいずれの試験結果も、実施例１及び２と同様の優れた引張り破断強力を示したが、比較例３−１の結果は重ね長が短いことに由来して引張り破断強力が６０％ほど低下し満足のいくものではなかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法は、略一方向に配列された補強繊維としての長繊維の束を熱硬化性樹脂で結着してなる芯部に、熱可塑性樹脂を被覆することで形成される炭素繊維強化プラスチック複合材を、コンクリート構造物等の補強筋として適用した熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法であって、接続する前記ＣＦＲＰ補強筋同士において、その端面を突き合わせる端部当接過程と、該端部当接過程において当接されたＣＦＲＰ補強筋同士の少なくとも当接箇所上下を所定サイズの補強用ＣＦＲＰ補強筋でカバーし、前記当接箇所と併せて接着剤で一体に接着する接着過程と、前記接着過程により互いに接着された前記ＣＦＲＰ補強筋を、該ＣＦＲＰ補強筋両側部に沿って一定間隔にてボルト穴を備える繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製の補強片により挟み込み、繊維強化樹脂製或いは繊維強化熱可塑性樹脂製のボルトにて、補強筋を貫通せず、補強筋の側部より一体に締結固定する接続補強過程とを備えることを特徴とする。
【００３１】
したがって、補強筋自体に高強度、高弾性率、耐腐食性、及びシールドマシンによる切削良好性を要求するＮＯＭＳＴ工法等においても、鉄製部材など在来の金属部材を使用することなく、熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の優れた性状を余すとこなく発現できる接続方法が実現される。しかも、この接続方法を実施するにあたり、接続作業が非常に簡便であり、かつ接続後の引張り強度にも優れるといった格別な効果をも奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法の第１実施例における、補強片の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法の第１実施例における、補強筋接続後の構造概要を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】本発明の熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法の第２実施例における、補強筋接続後の構造概要を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】本発明の熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋の接続方法の第３実施例における、補強筋接続後の構造概要を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【符号の説明】
１０  熱可塑性樹脂被覆ＣＦＲＰ補強筋、補強筋
１１  補強筋端面
１２  当接箇所
１３  補強用ＣＦＲＰ補強筋、補強用補強筋
１４  補強片
１５  ボルト
【図１】
0004257020.tif 000005
【図２】
0004257020.tif 000006
【図３】
0004257020.tif 000007
【図４】
0004257020.tif 000008