(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレストレス付与前の鉄筋コンクリート材の長手方向に沿って繊維強化樹脂長尺体が周方向に並んだ層を少なくとも１層設け、その外周に未硬化樹脂を含浸した強化繊維を巻き付け、硬化し、繊維強化樹脂製管状体とした後、３次元プレストレスを付与する、３次元プレストレスコンクリートの施工方法。
【請求項２】
長手方向に沿って繊維強化樹脂長尺体が周方向に並んだ層が複数の繊維強化樹脂長尺体がその幅方向に並んでおり、隣り合う繊維強化樹脂長尺体を可撓性材料で連結した層である請求項１記載の３次元プレストレスコンクリートの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、現場への搬入、配置が容易で、かつ繊維強化樹脂による付加的な補強効果が得られる、繊維強化樹脂製管状体及びそれを用いた３次元プレストレスコンクリートの施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート材は、ほかの材料に比べ安価で耐久性が高いため、建設用材料として多量に使用されているが、コンクリートが脆性材料であるため、コンクリート構造物が瞬時に破壊する危険性を有する。そのため、鉄筋コンクリート、プレストレスコンクリートとして使用されることが多い。鉄筋は引張強度、圧縮強度ともに強く、また、延性的な材料でもある。そのため、鉄筋コンクリートでは、引張に対する脆性的な破壊をある程度避けることが可能である。しかし、主引張応力によるせん断破壊、ねじり破壊は脆性的であり、主引張応力によって急激にコンクリートに斜めのひび割れが発生し脆性的に破壊する。
【０００３】
プレストレスコンクリートは、外力によって引張応力が発生する部分に、前もって計画的に圧縮応力（プレストレス）を導入したコンクリートでは、荷重発生時に作用する曲げ引張応力をこのプレストレスで打ち消すことができるので、脆性的な破壊をより一層避けることができる。しかしながら、プレストレスコンクリートでは一方向のみにプレストレスを付与するため、一度過大な荷重が加われば、やはりひび割れを生じて鉄筋コンクリートと同様の脆性的破壊を生じる。しかも、プレストレスコンクリートの脆性度合いは鉄筋コンクリートよりも大であるといわれている。
【０００４】
このようなコンクリートの脆性的破壊を防止する方法として、３次元にプレストレスを付与することが行われている。コンクリートのみ、またはコンクリート中に鉄筋や繊維強化樹脂製筋を内部に配置したコンクリートの周囲にプリプレグを巻いて硬化したり、鋼管や繊維強化樹脂製管状体中にコンクリートを打設して、１方向にプレストレスを付与すると周囲が拘束されているため３次元的にプレストレスが付与されることとなることを応用している。このようにして得られた３次元プレストレスコンクリートの圧縮強度は最大数倍にも増加し、脆性的な性質が大幅に減少するのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の施工面ではまだまだ問題点が多い、前述したように３次元プレストレスコンクリートの施工には、周囲を拘束するために鋼管や繊維強化樹脂製管状体を用いるが、たとえばコンクリート梁では、直径３ｍ、長さ１０ｍにも及ぶことがあり、このような大きさの鋼管や繊維強化樹脂製管状体を現場に搬入配置するには重機を用いても非常な労力、コストが必要となるため、現場で繊維強化樹脂管状体を成形することが試みられている。
【０００６】
繊維強化樹脂管状体は、プリプレグをシートラップして、あるいは強化繊維に樹脂を含浸したものをフィラメントワインディングして成形されるが、前者は現場での成形になじまないし、後者の場合は、現場での施工は容易なもののコンクリートの長手方向に強化繊維を配置することが難しく、繊維強化樹脂による付加的な補強効果が望めない欠点を有する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、現場への搬入、配置が容易で、かつ繊維強化樹脂による付加的な補強効果が得られる、３次元プレストレスコンクリートの施工方法を鋭意検討した結果、本発明に至った。即ち、本発明の第１の要旨は、プレストレス付与前の鉄筋コンクリート材の長手方向に沿って繊維強化樹脂長尺体が周方向に並んだ層を少なくとも１層設け、その外周に未硬化樹脂を含浸した強化繊維を巻き付け、硬化し、繊維強化樹脂製管状体とした後、３次元プレストレスを付与する、３次元プレストレスコンクリートの施工方法にある。
【０００８】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の繊維強化樹脂製管状体は、この管状体の長手方向に沿って後述する繊維強化樹脂長尺体がその周方向に並んだ層を少なくとも一層含むことが必要である。これによって施工現場への搬入及び現場での管状体長手方向への繊維の配向を容易にできる。繊維強化樹脂長尺体の長さは、プレストレスを付与するコンクリート材の長さとほぼ同じであることが好ましい。
【０００９】
繊維強化樹脂長尺体が周方向に並んだ層は、後述する繊維強化樹脂長尺体が幅方向に並んでおり、隣り合う繊維強化樹脂長尺体を可撓性材料で連結したものであることが現場への搬入および配置の点で好ましい。ここで、可撓性材料およびこれを用いて繊維強化樹脂長尺体を連結するには、たとえば以下の（１）〜（３）のようにして得ることができる。
【００１０】
（１）繊維強化樹脂長尺体を繊維で絡み織りする。
（２）繊維強化樹脂長尺体を並べたものの少なくとも一方の面に不織布、フィルムあるいはシートを接着剤を介して重ね、繊維強化樹脂長尺体を並べたものと不織布、フィルムあるいはシートを接着する。
（３）繊維強化樹脂長尺体を並べたものの少なくとも一方の面に不織布、フィルムあるいはシートを重ね、加熱して繊維強化樹脂長尺体と不織布、フィルムあるいはシートを融着する。
【００１１】
（１）の繊維、あるいは、（２）、（３）で不織布を構成する繊維としては、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等の有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維が例示され、用途に応じ選択して使用できるが、特に限定しない。
【００１２】
（２）の方法で使用する接着剤としては公知なものが使用でき、特に限定しないがキャリアとして不織布を含むシート状接着剤が好適に使用される。
【００１３】
繊維強化樹脂長尺体と可撓性材料との連結形態は、長尺体の長手方向全長に渡っていてもよいし、あるピッチを定めてそのピッチごとに連結してある形態であってもよい。
【００１４】
本発明において、繊維強化樹脂長尺体の断面形状は、矩形、円形（中空を含む）、楕円形、多角形のいずれでもよく、撚り線のように円形が複数組合わさってできたものでもよい。
【００１５】
繊維強化樹脂長尺体の成形方法は、上記の形状を得ることが出きるものであればよく特に限定しないが、引抜成形、シートラップ、ハンドレイアップ、スプレーアップ等が例示できる。繊維強化樹脂長尺体の強度が高く、均一な形状が得やすいことから引抜成形、シートラップが好ましい。
【００１６】
繊維強化樹脂長尺体を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等の無機強化繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の有機強化繊維が例示できるがこれらに限定するものではない。また、強化繊維は単一の強化繊維を用いてもよいし、複数の強化繊維を組み合わせて使用してもよい。比強度、比弾性率が高いので炭素繊維が好ましい。
【００１７】
繊維強化樹脂長尺体中の強化繊維は、長尺体の長手方向に配向していることが好ましい。
繊維強化樹脂を構成する樹脂としては、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、フェノール樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、紫外線あるいは可視光の照射により硬化を開始する光硬化性樹脂が例示できるがこれらに限定するものではない。
【００１８】
本発明において、繊維強化樹脂長尺体を周方向に並んだ層の外側に、実質的に周方向に連続する強化繊維を含む繊維強化樹脂層が少なくとも１層含むことが必要である。この層により、プレストレス付与時にコンクリートに発生する３次元方向の変形が拘束される。この層の厚みは、付与するプレストレスの強さとの関係において決定することが必要である。
【００１９】
繊維強化樹脂長尺体からなる層の外側に巻き付ける強化繊維束に含浸する樹脂としては、前述の繊維強化樹脂長尺体を構成する樹脂と同じであってもよいし、異なっていてもよく、長尺体を構成する樹脂の説明中に例示したものが例示できるがこれらに限定されるものではない。
【００２０】
強化繊維束についても前述の繊維強化樹脂長尺体を構成する強化繊維と同じであってもよいし、異なっていてもよく、長尺体を構成する強化繊維の説明中に例示したものが例示できるがこれらに限定されるものではない。
【００２１】
次に本発明の３次元プレストレスコンクリートの施工方法について説明する。
本発明の施工方法においては、プレストレス付与前のコンクリート材の長手方向に沿って繊維強化樹脂長尺体が周方向に並んだ層を少なくとも１層設け、その外周に未硬化樹脂を含浸した強化繊維を巻き付け、硬化し、繊維強化樹脂製管状体とした後、すなわち、上述の繊維強化樹脂管状体をプレストレス付与前のコンクリート材の周りに現場において成形した後、プレストレス付与を行うことが必要である。このとき、長手方向に沿って繊維強化樹脂長尺体が周方向に並んだ層が複数の繊維強化樹脂長尺体がその幅方向に並んでおり、隣り合う繊維強化樹脂長尺体を可撓性材料で連結したものであるのが作業性の面から好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下実施例により、本発明を更に具体的に説明する。
（実施例１）
弾性率２４ｔ／ｍｍ2の炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製ＴＲ３０Ｇ）を一方向に引き揃え、１３０℃硬化エポキシ樹脂を含浸したプリプレグ（三菱レイヨン株式会社製ＴＲ３４０Ｇ１２５ＳＭＬ、樹脂含有率３３重量％、炭素繊維目付１２５ｇ／ｍ2、厚さ０．１３ｍｍ）を繊維軸を揃えて８枚積層し、１３０℃×１時間なる条件で成形し炭素繊維強化エポキシ樹脂成形板を得た。この板を繊維軸方向が長手方向となるように、長さ６００ｍｍ、幅２０ｍｍに切り分け矩形断面を有する繊維強化樹脂長尺体とした。長尺体を幅方向に２４本並べ、この上にナイロン１２繊維からなる不織布（ダイセル化学工業株式会社製、目付３０ｇ／ｍ2）を幅５０ｍｍに切断したテープをピッチ７０ｍｍで配置し、これを１００℃に加熱したプレスにて熱圧着し、図１の繊維強化樹脂長尺体をえた。
【００２３】
５ｍｍφ鉄筋を埋め込み、この鉄筋に張力（張力除去したときに３５０ｋｇｆ／ｃｍ2なるプレストレスがかかる）を付与した、直径１５０ｍｍφ、長さ６００ｍｍのコンクリート製円柱に上記繊維強化樹脂長尺体を巻き付けた（図２；コンクリート製円柱は図示せず）、このとき巻き余った長尺体は不織布による連結部にカッターを差し込み切断することにより容易に除去することができた。巻きはじめと巻き終わりを荷作りテープで仮固定し巻き崩れがないようにした。
【００２４】
弾性率２４ｔ／ｍｍ２の炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製ＴＲ３０Ｇ）に２０℃の粘度２０ポイズの低粘度の室温硬化エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製ＥＰ８０１Ｐ／Ｂ００２Ｗ＝１００／４８重量部）を樹脂含有率が約４５重量％となるように含浸しながら厚み１ｍｍになるまで巻き付けた（図３；コンクリート製円柱は図示せず）。これを室温に２４時間放置して硬化した。
【００２５】
鉄筋に付与した張力を取り除くことで、コンクリート製円柱に３次元的にプレストレスを付与できた。
【００２６】
（実施例２）
弾性率２４ｔ／ｍｍ２の炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製ＴＲ３０Ｇ）を一方向に引き揃え、１００℃硬化ビニルエステル樹脂を含浸し、１３０℃に加熱した１０ｍｍφ金型から引き抜きつつ硬化して、引き抜き成形棒（炭素繊維体積含有率６１％、直径９．５ｍｍφ）を得た。この引き抜き成形棒を幅方向に４０本並べ、ポリエステル繊維（三菱レイヨン株式会社製、フィラメント数４８、繊度１５０デニール）でピッチ１２ｍｍで絡み織りし、図４の繊維強化樹脂長尺体を得た。
【００２７】
５ｍｍφ鉄筋を埋め込み、この鉄筋に張力（張力除去したときに３５０ｋｇｆ／ｃｍ２なるプレストレスがかかる）を付与した、直径１５０ｍｍφ、長さ６００ｍｍのコンクリート製円柱に上記繊維強化樹脂長尺体を巻き付けた（図５；コンクリート製円柱は図示せず）、このとき巻き余った長尺体はポリエステル繊維による連結部にカッターを差し込み切断することにより容易に除去することができた。巻きはじめと巻き終わりを荷作りテープで仮固定し巻き崩れがないようにした。
【００２８】
弾性率２４ｔ／ｍｍ2の炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製ＴＲ３０Ｇ）に２０℃の粘度２０ポイズの低粘度の室温硬化エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製ＥＰ８０１Ｐ／Ｂ００２Ｗ＝１００／４８重量部）を樹脂含有率が約４５重量％となるように含浸しながら厚み１ｍｍになるまで巻き付けた（図６；コンクリート製円柱は図示せず）。これを室温に２４時間放置して硬化した。
【００２９】
鉄筋に付与した張力を取り除くことで、コンクリート製円柱に３次元的にプレストレスを付与できた。
【００３０】
【発明の効果】
上述の如く構成された本発明によれば、現場への搬入、配置が容易で、かつ繊維強化樹脂による付加的な補強効果が得られる、繊維強化樹脂製管状体及びそれを用いた３次元プレストレスコンクリートの施工方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】幅方向に並んだ複数の繊維強化樹脂長尺体（矩形断面）を不織布で連結したものの概念図である。
【図２】コンクリート（図示せず）の周囲に繊維強化樹脂長尺体を配置したところの概念図である。
【図３】繊維強化樹脂長尺体の外側に樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付けるところの概念図である。
【図４】幅方向に並んだ複数の繊維強化樹脂長尺体（丸断面）を繊維で絡み織りして連結してものの概念図である。
【図５】コンクリート（図示せず）の周囲に繊維強化樹脂長尺体を配置したところの概念図である。
【図６】繊維強化樹脂長尺体の外側に樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付けるところの概念図である。
【符号の説明】
１ 繊維強化樹脂長尺体
２ 不織布
３ 繊維
４ 樹脂を含浸した強化繊維
【図１】
0003844525.tif 000002
【図２】
0003844525.tif 000003
【図３】
0003844525.tif 000004
【図４】
0003844525.tif 000005
【図５】
0003844525.tif 000006
【図６】
0003844525.tif 000007