(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タテ糸に補強用繊維を用い、ヨコ糸に前記タテ糸より細い繊度の糸を用いて製織された補強用繊維シートにおいて、
ｘ＝（タテ糸カバーファクター）＝〔タテ糸繊度（デニール）〕1/2 ×〔タテ糸密度（本／ｃｍ）〕、
ｙ＝（ヨコ糸カバーファクター）＝〔ヨコ糸繊度（デニール）〕1/2 ×〔ヨコ糸密度（本／ｃｍ）〕、
としたとき、ｘとｙとの関係が下記（１）および（２）式を満足することを特徴とする補強用繊維シート。
（−０．０９）ｘ＋１８３≧ｙ≧（−０．０９）ｘ＋１３７  …（１）
４５０≦ｘ≦９５０                                      …（２）
【請求項２】
耐力が４０トン／ｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の補強用繊維シート。
【請求項３】
耐力が１００トン／ｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の補強用繊維シート。
【請求項４】
前記補強用繊維が、引張強度１８ｇ／デニール以上のものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【請求項５】
ヨコ糸の繊度がタテ糸の繊度の１／５以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【請求項６】
前記補強用繊維が、パラ系アラミド繊維からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【請求項７】
パラ系アラミド繊維が、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維であることを特徴とする請求項６に記載の補強用繊維シート。
【請求項８】
前記請求項１における（２）式が、８００≦ｘ≦９５０であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は補強用繊維シートに関し、さらに詳細には、高架の鉄道や高速道路などの橋脚や梁などの土木コンクリート構造物、建物の柱、および壁などを補強する補強用繊維シートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道の高架橋や、高速道路の高架橋など、コンクリート製の土木建築物が多数存在するが、地震による破壊、交通量の増加による耐久性の改善などの問題がある。
【０００３】
また、耐震性が十分であっても、コンクリートの乾燥収縮や外的圧力によって、ひび割れや部分的に剥落したものが多数存在し、これらの補修も実施されている。コンクリート構造物の補強、補修方法は、対象となる鉄道高架などのコンクリート製の柱を鋼板で覆う方法、アラミド繊維や炭素繊維などの補強用繊維シートをコンクリート面に張り付け、もしくは巻き付けて補強、補修する方法などがある。
【０００４】
鋼板で覆う方法は、重い鋼板を扱うため、施工には重機や頑丈な足場が必要である。また、溶接の設備や熟練した作業者も必要である。
【０００５】
アラミド繊維や炭素繊維などの補強用繊維シートを巻き付ける方法は、重量物を扱う重機の必要がなく、施工が容易であり、狭いところでの施工も容易で、また工期が短縮できるなどの利点がある。
【０００６】
繊維シートによる補強、補修方法は、引張強力が高い補強用繊維シートを、エポキシ樹脂によってコンクリートの表面に接着させることにより行われる。繊維として、炭素繊維やアラミド繊維が一般に用いられている。その際、エポキシ樹脂は繊維シートをコンクリートに接着させるだけでなく、繊維シートに含浸し、シートの強度を向上させ、さらに繊維シートの強度をコンクリートに伝える媒体としての役割を果たす。
【０００７】
補強用繊維シートをコンクリート柱に巻き付ける場合、必要な耐力を得るために補強用繊維シートの重ね巻きを行う。この場合、たとえば、３層巻きするよりも、その３倍の耐力の補強用繊維シートを用いて巻き付け補強をすれば、巻き付け作業時間は１／３に短縮され、工期の短縮、工事のコストダウンなどの利点がある。最近では、１００トン／ｍ以上の耐力の補強用繊維シートも望まれている。このように、補強用繊維シートにおいては、高い耐力のシートが望まれるが、高い耐力にするには、単位幅あたりの繊維量、すなわちトータル繊度を多くしなければならない。その手段として、繊維集合体としてのヤーンの太さを太くするか、単位幅あたりのヤーンの本数を増加する手段がとられるが、いずれも補強用繊維シートの曲げ硬さを増加し、また樹脂含浸性を阻害する要因である。曲げ硬さの増加は、補強用繊維シートの、コンクリート構造物の遇角部への密着性を低下させるとともに、樹脂含浸性は作業効率に影響する。
【０００８】
高架橋柱の場合、そのサイズは、一辺が７０ｃｍ、高さが５ｍ程度の角柱である。作業に先立ち、隅角部は削って半径１０ｍｍ以上に調整されるが、使用する繊維シートは隅角部にぴったりと添う必要がある。補強用繊維シートが隅角部で浮き上がると、貼り付ける面と補強用繊維シートの間に空気層ができ、樹脂による接着を阻害するばかりか、補強効果を十分に発揮することができない。そのため、スクレーパーなどで補強用繊維シートを上から押さえて、貼り付ける面に補強用繊維シートを密着させるが、使用する補強用繊維シートの曲げ硬さが大であると、空気層ができやすく、作業性を著しく阻害する。
【０００９】
特開平５−３３２０３１号公報には、多数本の炭素繊維に樹脂を含浸させることにより、一方向に配列した補強用繊維シートを、柱に一層ずつ巻き付ける方法が提案されている。樹脂を含浸した補強用繊維シートは、繊維のみの場合にくらべ曲げ硬さが高くなる。特に補強用繊維シートの耐力を高くする場合は、繊維量が多く必要で曲げ硬さは増加し、遇角部への密着性に問題を生じる。
【００１０】
特開平６−２８８０９９号公報には、補強用繊維の繊度を高くして布状に製織し、これをコンクリート構造物に巻き付けて、含浸させた樹脂を固化する方法が提案されている。上記の公開公報には、補強用繊維シートは平織りで製織されたものが例示されているが、タテヨコ糸の本数の比率については何ら述べられていない。しかしながら、一般的に、平織りはタテ、ヨコ糸それぞれが互いに相手を高度に拘束する織物組織であるため、曲げ硬さの高い織物となり、樹脂の含浸性が悪くなる。特に補強用繊維の繊度を高くした場合この傾向が顕著となる。
【００１１】
特開平８−２１８６４５号公報には、長さ方向にコンクリートより引っ張り強度が大きい繊維を、幅方向に長さ方向より高い引っ張り弾性率の繊維を用いて編織した補強用テープが提案されているが、補強用繊維シートの耐力を高くした場合に問題となる曲げ硬さの改善方法や、樹脂含浸性の改善方法について具体的に述べられていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、樹脂含浸性が良く遇角部にも良く沿う、作業性に優れた高耐力の補強用繊維シートを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
下記の様な補強用繊維シートを採用することにより、上記の問題を解決することができる。
（１）タテ糸に補強用繊維を用い、ヨコ糸に前記タテ糸より細い繊度の糸を用いて製織した補強用繊維シートにおいて、
ｘ＝（タテ糸カバーファクター）＝〔タテ糸繊度（デニール）〕1/2 ×〔タテ糸密度（本／ｃｍ）〕、
ｙ＝（ヨコ糸カバーファクター）＝〔ヨコ糸繊度（デニール）〕1/2 ×〔ヨコ糸密度（本／ｃｍ）〕、
としたとき、ｘとｙとの関係が下記（１）および（２）式を満足することを特徴とする補強用繊維シート。
【００１４】
（−０．０９）ｘ＋１８３≧ｙ≧（−０．０９）ｘ＋１３７  …（１）
４５０≦ｘ≦９５０                                      …（２）
（２）耐力が４０トン／ｍ以上であることを特徴とする前記（１）記載の補強用繊維シート。
【００１５】
（３）耐力が１００トン／ｍ以上であることを特徴とする前記（１）記載の補強用繊維シート。
【００１６】
（４）前記補強用繊維が、引張強度１８ｇ／デニール以上のものであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【００１７】
（５）ヨコ糸の繊度がタテ糸の繊度の１／５以下であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【００１８】
（６）前記補強用繊維が、パラ系アラミド繊維からなることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【００１９】
（７）パラ系アラミド繊維が、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維であることを特徴とする前記（６）に記載の補強用繊維シート。
【００２０】
（８）前記（１）における（２）式が、８００≦ｘ≦９５０であることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の補強用繊維シート。
【００２１】
【発明の実施の形態】
コンクリート表面に補強用繊維シートを貼り付ける手順として、先ず、コンクリート表面を適当にはつり、研磨等によって表面の脆弱な層を取り除き、また、場合によっては隅角部を削り、適度に丸めたり、窪んだ部分にパテ等を充填して不陸調整を行う。このような下地処理を行った後、コンクリートの表面にプライマーと呼ばれる樹脂を塗布し、乾燥させる。プライマーは、通常、繊維シートに含浸させる樹脂と同種類の樹脂を使用する。従って、エポキシ樹脂を含浸樹脂として使用する場合には、コンクリートに浸透しやすいように、粘度等を調整されたエポキシ樹脂がプライマーとして用いられる。コンクリート表面にプライマーが塗布され、十分に乾燥させたのち、含浸樹脂であるエポキシ樹脂がその上に塗布される。塗布後、あらかじめ必要とする長さ、たとえばコンクリート柱の場合、周長に継ぎ手長さ２０ｃｍを加えた長さに切断した補強用繊維シートをタテ糸の方向が周長方向になるように直ちに貼り付け、ローラーなどを用いて、樹脂を十分に繊維シートに含浸させる。補強用繊維シートの巾は、１０ｃｍから５０ｃｍのものが一般に用いられる。
【００２２】
下塗り樹脂が十分含浸したことを確認した後、同じ樹脂を用いて、上塗りを行う。補強用繊維シート全面に均一にエポキシ樹脂を塗布した後、樹脂が完全に硬化するまで、養生をしておく。補強の程度によっては、補強用繊維シートを何層も重ねて貼り付けする。その際は上記の工程を繰り返す。最上層のシート貼り付けが終了し、表面のエポキシ樹脂が完全に硬化したことを確認したら、仕上げとして、耐久性、耐火性を向上させるため、表面をフッ素樹脂やアクリル樹脂塗装する。場合によってはモルタル塗装する。
【００２３】
本発明の補強用繊維シートは、シートの長さ方向に平行に配置されるタテ糸に、好ましくは引張強度１８ｇ／デニール以上の補強用繊維を配置し、シートの幅方向に平行に配置されるヨコ糸には、前記タテ糸より細い繊度の糸、好ましくはタテ糸繊度の１／５以下の太さの糸を用いて製織された織物である。
【００２４】
タテ糸方向に補強効果を発揮させるために、補強繊維は大部分タテ糸として配置される。ヨコ糸はタテ糸をシート状に保持するための役割りをする。補強用繊維シートに必要な柔軟性と樹脂含浸性を持たせるために、タテ糸とヨコ糸とは次の一定の関係を存在させることが重要である。すなわち、その関係は次の通りである。
【００２５】
ｘ＝（タテ糸カバーファクター）、ｙ＝（ヨコ糸カバーファクター）とすると、
（−０．０９）ｘ＋１８３≧ｙ≧（−０．０９）ｘ＋１３７
である。ただし、
タテ糸カバーファクター＝〔タテ糸繊度（デニール）〕1/2 ×〔タテ糸密度（本／ｃｍ）〕、
ヨコ糸カバーファクター＝〔ヨコ糸繊度（デニール）〕1/2 ×〔ヨコ糸密度（本／ｃｍ）〕で定義される。
【００２６】
ｙ＞（−０．０９）ｘ＋１８３の場合は、タテ糸がヨコ糸によって必要以上に拘束され、樹脂含浸性が低下する。Ｙ＜（−０．０９）ｘ＋１３７の場合は、ヨコ糸のタテ糸に対する拘束力が不足し、取り扱いの間にタテ糸が目ずれをおこす。
【００２７】
ヨコ糸の繊度はタテ糸繊度の１／５以下とするのがよい。ヨコ糸の繊度がタテ糸繊度の１／５より大きくなると、ヨコ糸のタテ糸に対する拘束割合が高くなるため、補強用繊維シートの曲げ硬さが高くなり、柔軟性の低下と樹脂含浸性が低下してくる。
【００２８】
タテ糸のカバーファクター（ｘ）は、４５０≦ｘ≦９５０であり、８００≦ｘ≦９５０が好ましく、８５０≦ｘ≦９５０がより好ましい。ｘ＜４５０の場合補強用繊維シートとして十分な引張り強度が得られない。ｘ＞９５０の場合はタテ糸の充填度が高く、製織が難しくなる。
【００２９】
本発明の補強用繊維シートの耐力は、４０トン／ｍ以上が好ましい。それより小さいと、コンクリート柱等の補強において、巻き付け層数が多く合理的でない。
【００３０】
補強用繊維の強度は、１８ｇ／デニール以上であることが好ましい。１８ｇ／デニールより小さいと、補強用繊維シートとして十分な耐力が得られにくくなる。
【００３１】
本発明に用いられる補強用繊維の繊度は、１０００デニール以上が好ましい。１０００デニールより小さいと、補強用繊維シートとして４０トン／ｍ以上の耐力が得にくくなる。
【００３２】
補強用繊維を構成する単糸の繊度は０．２から６デニールが好ましい。単糸繊度が０．２デニールより小さいと、補強用繊維シートの製織時に毛羽が発生しやすくなり、また単糸繊度が６デニールを越えると、補強用繊維シートとしての柔軟性が損なわれてくる。
【００３３】
本発明に用いられる補強用繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維などを選定できるが、柔軟性の優れたアラミド繊維が好ましい。中でも強度の高いパラ系アラミド繊維が好ましく、たとえば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維や、コポリパラフェニレン−３，４’オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維が特に好ましい。
【００３４】
ヨコ糸はポリエステル繊維、ナイロン繊維などが挙げられるが、特に湿度による寸法変化の少ないポリエステル繊維が好ましい。
【００３５】
１００トン／ｍ以上の高耐力の補強用繊維シートを得るためにはｘ≧８００とすることが好ましい。
【００３６】
また、本発明の補強用繊維シートは、織物組織は平織、綾織、朱子織などが適用され、特に制限はないが、模紗織り組織で製織されたものが好ましい。模紗織り組織の例としては、例えば図３、図４に示すようなものである。
［測定方法］
（１）樹脂含浸性：
ショーボンド化学（株）製のエポキシ樹脂・ＡＥ−Ｗの主剤と硬化剤を２：１に混合し、補強用繊維シートの目付重量と同重量の樹脂を下塗りし、その上に補強用繊維シートを張り付けスクレーパーで補強用繊維シートに樹脂を良く含浸させた後、４００ｇ／ｍ2 の樹脂で上塗りをする。このときコンクリート面と補強用繊維シートとの間に１個／１ｍ2 以上の空気層のできたものを、含浸性不良と判定した。
（２）曲げ硬さ：
直径２０ｍｍの金属棒２本の中心線との間の距離が５ｃｍとなるように間隔をあけて並行に配置された支持体と、支持体と並行に配置され、二本の支持体の中央部を垂直に上下できる直径２０ｍｍの圧子とからなる、３点曲げ試験器と同様の形状の曲げ硬さ試験器（図５参照）を用いた。圧子はインストロン型引張試験器の圧縮セルに接続されている。曲げ硬さ試験器の支持体と圧子の間に、３０×３０（ｃｍ）の試験片を置き、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させて、試験片のタテ糸方向の最大曲げ応力を測定し、幅１ｃｍあたりの曲げ応力に換算して曲げ硬さとし、ｎ＝５の平均値で表した。
【００３７】
曲げ硬さ３６ｇ／ｃｍ以上の補強用繊維シートは、コンクリート柱の半径１０ｍｍの偶角部へのシートの密着性が不良となり、コンクリートと繊維シートの間に空気層ができて好ましくない。
（３）目ずれ：
直径０．８ｍｍの針金で作ったフックを取り付けた重さ３００ｇの錘を用意する。補強用繊維シートを、タテ糸方向に２０ｃｍの長さに切り取って試験片とする。試験片のタテ糸が水平になるように試験片の一片を固定して垂直に垂らし、錘のフックをタテ糸とタテ糸の間に差し込む。１０秒間放置後、錘によって開いたタテ糸間の距離を読みとり、ｎ＝５の平均値を目ずれ長さとする（図２参照）。目ずれ長さ６ｍｍ以上を”目ずれ大”と判定する。
（４）シート耐力：
ショーボンド化学（株）製のエポキシ樹脂・ＡＥ−Ｗの主剤と硬化剤を２：１に混合し、補強用繊維シートの目付重量と同重量の樹脂をポリエチレンフィルム等に下塗りし、その上に補強用繊維シートを張り付け繊維シートに樹脂を良く含浸させた後、４００ｇ／ｍ2 の樹脂で上塗りをする。樹脂が硬化後、上記フィルムをはがして樹脂含浸試験片とする。
【００３８】
ＪＩＳ  Ｋ  ７０７３−１９８８に準拠して、樹脂含浸試験片の破断強さを測定し、幅１ｍあたりに換算してシート耐力とした。
【００３９】
【実施例】
実施例１〜３、比較例１、２
タテ糸に東レ・デュポン（株）製のパラ系アラミド繊維（登録商標”ケブラー”）７２００デニール、引張強度２２ｇ／デニール、引張弾性率８５０ｇ／デニール、ヨコ糸に東レ（株）製のポリエステル繊維を用いて、織物組織：模紗織（図３参照）で幅３０ｃｍの補強用繊維シートを製織した。結果を表１に示す。
【００４０】
実施例１〜３は、耐力１３２トン／ｍの、曲げ硬さ、樹脂含浸性、目ずれ安定性がともに良好な、補強用繊維シートとして申し分のないものであった。
【００４１】
比較例１は目ずれ大で補強用繊維シートとして適さなかった。比較例２は樹脂含浸性不良でかつ、曲げ硬さが高く偶角部への密着性に問題があった。
実施例４〜８、比較例３〜５
タテ糸の太さを変更した他は、実施例１と同様の方法での補強用繊維シートを製織した。実施例４〜８は、曲げ硬さ、樹脂含浸性、目ずれ安定性がともに良好な、補強用繊維シートとして申し分のないものであった。
【００４２】
比較例３は、タテ糸に対しヨコ糸の太さの割合いが大きすぎるため、タテ糸に対するヨコ糸の拘束割合が高く、樹脂含浸不良である。比較例４、５は、それぞれ目ずれ大、樹脂含浸不良であった。結果を表２に示す。
【００４３】
図１はこれらの結果から得られたタテ糸カバーファクターとヨコ糸カバーファクターの関係を示したグラフである。
【００４４】
【表１】
0003852085.tif 000002
★
【００４５】
【表２】
0003852085.tif 000003
★
【００４６】
【発明の効果】
本発明の補強用繊維シートは、高耐力であってもタテ糸カバーファクターとヨコ糸カバーファクターの適切な配分により柔軟性に富み、目ずれがなく、樹脂含浸性の良い、コンクリート補強用繊維シートである。それ故、高架の鉄道や高速道路等の橋脚や梁などの土木コンクリート構造物、建物の柱、および壁などの補強用繊維シートとして利用価値の極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】タテ糸カバーファクターとヨコ糸カバーファクターの関係を示すグラフである。
【図２】目ずれ測定方法の説明図である。
【図３】模紗織組織の一例を示す織物組織図である。
【図４】模紗織組織の他の一例を示す織物組織図である。
【図５】曲げ硬さ試験器の説明図である。
【符号の説明】
１：支持体
２：圧着子
３：タテ糸
４：ヨコ糸
【図１】
0003852085.tif 000004
【図２】
0003852085.tif 000005
【図３】
0003852085.tif 000006
【図４】
0003852085.tif 000007
【図５】
0003852085.tif 000008