CN103154373A

CN103154373A - 钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料

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Publication number: CN103154373A
Application number: CN2011800417847A
Authority: CN
Inventors: 小森笃也; 小林朗; 秀熊佑哉; 大垣贺津雄
Original assignee: Kanae Co Ltd
Current assignee: Kanae Co Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: JP5820435B2; US20150068679A1; JP5380551B2; JPWO2012029966A1; HK1185638A1; US20130157060A1; EP2612970A1; EP2612970A4; CN103154373B; WO2012029966A1; US9682535B2; EP2612970B1; US9079379B2; JP2013234569A

Abstract

本发明提供能够避免由于日光照射等而无法获得补强效果的情况，获得足够的补强效果，并且能够避免纤维片材在达到断裂强度前从钢结构物表面剥离的钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料。本发明在钢结构物的表面上使包含增强纤维的纤维片材粘接而一体化的钢结构物的补强方法中，具有（a）在钢结构物的表面涂布聚脲树脂油灰剂、使其固化、形成弹性层的工序，（b）在形成了弹性层的钢结构物的表面利用粘合剂粘接纤维片材的工序。

Description

钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料

技术领域

本发明涉及使用包含连续的增强纤维的片状的含有增强纤维的材料（以下称为“纤维片材”）对桥、栈桥、烟囱等，进而对船、车辆、航空器等的钢结构物进行修补补强（以下简称为“补强”）的钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用的弹性层形成材料。

背景技术

近年来，作为已存或新设的钢结构物的补强方法，有在其表面粘贴或卷绕碳纤维片材、芳族聚酰胺纤维片材等连续增强纤维片材的碳纤维片材粘接施工法、芳族聚酰胺纤维片材粘接施工法等连续纤维片材粘接施工法。此外，还有将使未固化的基体树脂浸渍了连续纤维束的纤维片材粘接后，使其固化的施工法。

此外，为了省略现场的树脂的含浸，也开发了使用油灰状粘接树脂将工场生产的板厚1～2mm、宽5cm左右的FRP板粘接的FRP板粘接补强施工法。

采用这样的方法补强的钢结构物，只要是将纤维片材与钢结构物一体地粘接，就能够获得纤维片材产生的高的补强效果。但是，由于因负荷而使钢结构物变形等，纤维片材断裂前其从钢结构物表面剥离的情况下，不能实现所期待的目的。

因此，专利文献1对于在钢结构物的表面设置缓冲材料层，然后用粘合剂粘接纤维片材进行补强的方法进行了公开。此外，作为缓冲材料层，对于能够使用热固化性树脂、热塑性树脂等树脂进行了公开。此外，公开了单独使该树脂固化时的23℃下的拉伸模量为0.1～50N/mm²。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3553865号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，本发明人的研究实验的结果，新发现对钢结构物进行补强时纤维片材从钢结构物表面剥离的问题与用纤维片材对混凝土结构物进行补强的情形不同，钢结构物表面的温度产生大的影响。因此，用纤维片材对钢结构物进行补强的情况下，充分考虑钢结构物表面的温度变得必要。钢结构物（钢材）因温度引起的伸长、因车辆通行等引起的挠曲与混凝土结构物相比大。因此，如果使刚性高的连续纤维片材粘接于钢结构物，担心纤维片材从其端部剥离。

其中，已知，钢结构物例如在我们国家由于盛夏的直射日光，其表面上升到60℃左右的温度。因此可知，如果使用以往方式的采用纤维片材的补强中使用的粘合剂等，由于该高的表面温度，粘合剂软化，有时无法获得必要的补强效果。

此外，上述专利文献1的补强方法中，如果形成缓冲材料层的树脂的拉伸模量低，用刚性高的连续纤维片材等补强，有可能缓冲材料层不能传递本来应传递给纤维片材的应力。即，这种情况下，纤维片材没起作用，不能补强。

因此，本发明的目的在于提供在用纤维片材对钢结构物进行了补强的情况下，能够避免由于日光照射等，无法获得纤维片材产生的补强效果的情况，获得充分的补强效果，并且能够避免纤维片材在达到断裂前从钢结构物表面剥离的钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料。

用于解决课题的手段

上述目的通过本发明涉及的钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料实现。简要地，根据第1的本发明，提供钢结构物的补强方法，其特征在于，在钢结构物的表面上将包含增强纤维的纤维片材粘接而一体化的钢结构物的补强方法中，具有如下工序：

（a）将聚脲树脂油灰剂涂布在前述钢结构物的表面，使其固化，形成弹性层，

（b）利用粘合剂将前述纤维片材粘接于形成了前述弹性层的前述钢结构物的表面。

根据第1的本发明的一实施方式，对于前述（b）工序中使用的粘合剂，调整其玻璃化转变温度以使高温时也能够维持补强效果。例如，使前述粘合剂的玻璃化转变温度为60℃以上。

根据第1的本发明的另一实施方式，前述（a）工序中形成前述弹性层的聚脲树脂油灰剂包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂，其组成为：

（i）主剂：是以异氰酸酯作为反应成分的预聚物，使用以NCO重量%计末端残存的异氰酸酯调整为1～16重量份的预聚物。

（i i）固化剂：使用包含芳香族胺作为主成分的固化剂，使用以主剂的NCO：胺比计按1.0：0.55～0.99重量份计算的固化剂。

（iii）填充剂：包含硅石粉、触变剂等，以1～500重量份适当地配合。

（iv）添加剂：包含着色剂、粘性调节剂、增塑剂等，以1～50重量份适当地配合。

根据第1的本发明的另一实施方式，前述（b）工序中使用的粘合剂是常温固化型环氧树脂、环氧丙烯酸酯树脂、丙烯酸系树脂、MMA树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂或光固化型树脂。此外，优选地，前述粘合剂为环氧树脂粘合剂，该环氧树脂粘合剂以主剂、固化剂的2成分型而提供，其组成为：

（i）主剂：使用包含环氧树脂作为主成分、根据需要包含硅烷偶联剂等作为粘接增强赋予剂的主剂。

（ii）固化剂：包含胺类作为主成分，主剂的环氧树脂：固化剂的各个的胺当量比为1：1。

根据第1的本发明的另一实施方式，在前述钢结构物的表面形成前述弹性层前，具有对前述钢结构物的表面进行基底处理的工序和/或涂布底漆的工序。

根据第1的本发明的另一实施方式，前述纤维片材是用线材固定材料将沿一方向并丝的连续的增强纤维相互固定的纤维片材。或者，前述纤维片材是使基体树脂浸渍增强纤维、固化的连续的纤维增强塑料线材多根沿纵向以帘状并丝，用线材固定材料将线材相互固定的纤维片材。或者，前述纤维片材是使沿一方向并丝的连续的增强纤维片材含浸树脂、使前述树脂固化的纤维片材。

根据第1的本发明的另一实施方式，将前述纤维片材以多层在前述钢结构物的表面层叠粘接，与前述钢结构物一体化。

根据第2的本发明，提供钢结构物补强用弹性层形成材料，其是在上述记载的钢结构物的补强方法中由形成前述弹性层的聚脲树脂油灰剂构成的钢结构物补强用弹性层形成材料，其特征在于，前述聚脲树脂油灰剂包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂，其组成为：

（ii）固化剂：使用包含芳香族胺作为主成分的固化剂，使用以主剂的NCO：胺比计按1.0：0.55～0.99重量份计算的固化剂。

（iv）添加剂：包含着色剂、粘性调节剂、增塑剂等，以1～50重量份适当地配合。上述聚脲树脂油灰剂固化时的拉伸伸长率为400%以上，拉伸强度为8N/mm²以上，拉伸模量为60N/mm²以上500N/mm²以下。

根据第3的本发明，提供钢结构物的补强结构体，是对钢结构物进行补强的补强结构体，其特征在于，具有：

（a）在前述钢结构物的表面涂布聚脲树脂油灰剂而形成的弹性层、

（b）在形成了前述弹性层的前述钢结构物的表面利用粘合剂粘接的、含浸了树脂的纤维片材层。

第3的本发明中，根据一实施方式，前述弹性层固化时的拉伸伸长率为400%以上，拉伸强度为8N/mm²以上，拉伸模量为60N/mm²以上500N/mm²以下。

第3的本发明中，根据另一实施方式，对于前述粘合剂，调整其玻璃化转变温度以使高温时也能够维持补强效果。例如，前述粘合剂的玻璃化转变温度为60℃以上。

第3的本发明中，优选地，前述聚脲树脂油灰剂包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂，其组成为：

（iv）添加剂：包含着色剂、粘性调节剂、增塑剂等，以1～50重量份适当地配合。此外，前述粘合剂使用常温固化型环氧树脂、环氧丙烯酸酯树脂、丙烯酸系树脂、MMA树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂或光固化型树脂。优选地，前述粘合剂为环氧树脂粘合剂，该环氧树脂粘合剂以主剂、固化剂的2成分型而提供，其组成为：

发明的效果

根据本发明的钢结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料，能够避免由于日光照射而无法获得补强效果的情况，获得充分的补强效果，并且能够避免纤维片材在达到断裂强度前从钢结构物表面剥离。

附图说明

图1是用于说明本发明的钢结构物的补强方法和补强结构体的经补强的钢结构物的实例的截面图。

图2是表示本发明的钢结构物的补强方法中能够使用的纤维片材的一实施例的图。

图3是表示本发明的钢结构物的补强方法中能够使用的纤维片材的另一实施例的图。

图4是表示本发明的钢结构物的补强方法中能够使用的纤维片材的一实施例的斜视图。

图5是构成本发明的钢结构物的补强方法中能够使用的纤维片材的纤维增强塑料线材的实例的截面图。

图6为表示本发明的钢结构物的补强方法中能够使用的纤维片材的另一实施例的斜视图。

图7为说明本发明的钢结构物的补强方法的一实施例的工序图。

图8为说明本发明的钢结构物的补强方法的另一实施例的工序图。

图9为说明用于证实本发明的钢结构物的补强方法的弯曲强度试验装置的构成的图。

图10为表示按照本发明补强的钢结构物的弯曲试验结果的图。

图11为表示用于将本发明和比较例进行比较的补强过的钢结构物的弯曲试验结果的图。

图12为表示用于将本发明和比较例进行比较的补强过的钢结构物的弯曲试验结果的图。

具体实施方式

以下对本发明涉及的钢结构物的补强方法及补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料，参照附图更详细地说明。

参照图1，根据本发明涉及的钢结构物的补强方法，钢结构物100介由弹性层104，在其表面上将包含连续的增强纤维f的纤维片材1粘接而一体化。

本发明的钢结构物的补强方法的特征在于如下构成，其具有：

（a）在钢结构物100的表面102涂布聚脲树脂油灰剂并使其固化，形成作为缓冲层的弹性层104的工序，

（b）在形成了弹性层104的钢结构物100的表面，使用根据需要经调整以使玻璃化转变温度成为60℃以上的粘合剂105将纤维片材1粘接的工序。

即，根据本发明，提供钢结构物的补强结构体，其特征在于，具有：

（a）在钢结构物100的表面102涂布聚脲树脂油灰剂而形成的弹性层104，

（b）利用粘合剂105在形成了弹性层104的钢结构物100的表面102粘接的、含浸了树脂的纤维片材层106。弹性层104的固化时的拉伸伸长率为400%以上，拉伸强度为8N/mm²以上，拉伸模量为60N/mm²以上500N/mm²以下。

根据本发明，优选地，在钢结构物100的表面形成弹性层104前，能够对钢结构物1的表面102进行基底处理，进而在钢结构物表面102涂布底漆。

接下来，对本发明中使用的各材料进行说明。

（纤维片材）

本发明中能够使用各种形态的纤维片材1。具体地，作为具体例1～3，对纤维片材1的实施例进行说明，但本发明中使用的纤维片材1的形态并不限定于这些具体例中所示的形态。

具体例1

图2中示出本发明中能够使用的纤维片材1的一实施例。纤维片材1为使连续的增强纤维f沿一方向并丝以片状构成的未含浸树脂的纤维片材1A。

即，纤维片材1A能够成为将由沿一方向并丝的连续的增强纤维f组成的增强纤维片材用做成筛网状支持体片材等的线材固定材料3保持的构成。例如，作为增强纤维f，使用了碳纤维的情况下，例如将6000～24000根平均直径7μm的单纤维（碳纤维单丝）f集束而成的未含浸树脂的单纤维束多根沿一方向平行地并丝使用。碳纤维片材1A的纤维单位面积重量通常为30～1000g/m²。

使构成作为线材固定材料3的筛网状的支持体片材的纵线4和横线5的表面预先含浸低熔点型的热塑性树脂，将筛网状支持体片材3层叠在以片状排列的碳纤维的单面或两面，加热加压，使筛网状支持体片材3的纵线4和横线5的部分与碳纤维片材熔接。

筛网状支持体片材3除了2轴构成以外，也能使玻璃纤维沿3轴取向形成，或者只配置使玻璃纤维与沿一方向排列的碳纤维正交的横线5，所谓沿1轴取向形成，与前述以片状并丝的碳纤维粘接。

此外，作为上述线材固定材料3的线条，例如在芯部具有玻璃纤维、在其周围配置了低熔点的热熔融粘着性聚酯的双重结构的复合纤维也优选使用。

具体例2

此外，纤维片材1，如图3中所示，也可成为使多个增强纤维f沿一方向并丝的增强纤维片材，例如图2中所示的纤维片材1A含浸树脂Re，使前述树脂固化的纤维片材（所谓FRP板）1B。

上述具体例1、2中说明的纤维片材1A、1B中，作为增强纤维f，并不限定于碳纤维，也能够将玻璃纤维、玄武岩纤维；硼纤维、钛纤维、钢纤维等金属纤维；以及芳族聚酰胺、PBO（聚对亚苯基苯并双恶唑）、聚酰胺、聚芳酯、聚酯等有机纤维单独或者多种混入以混合物使用。

此外，作为具体例2中的纤维片材1B的情形的树脂Re，能够使用热固化性树脂或热塑性树脂，作为热固化性树脂，优选使用常温固化型或热固化型的环氧树脂、乙烯基酯树脂、MMA树脂、丙烯酸系树脂、不饱和聚酯树脂、或酚醛树脂等，此外，作为热塑性树脂，能够适合使用尼龙、维尼纶等。此外，树脂浸渍量为30～70重量%，优选为40～60重量%。

具体例3

此外，如图4和图5中所示，作为纤维片材1，也能够使用将含浸基体树脂R、固化的细径的连续的纤维增强塑料线材2多根沿纵向以帘状并丝、用线材固定材料3将各线材2相互固定的纤维片材1C。

纤维增强塑料线材2是直径（d）为0.5～3mm的大致圆形截面形状（图5（a）），或者可形成宽（w）为1～10mm、厚（t）为0.1～2mm的大致矩形截面形状（图5（b））。当然，根据需要能够形成其他各种截面形状。

如上所述，沿一方向并丝、成为帘状的纤维片材1中，各线材2相互只以空隙（g）=0.05～3.0mm相邻分离，用线材固定材料3固定。此外，这样形成的纤维片材1的长（L）和宽（W）根据被补强的结构物的尺寸、形状适当地决定，从处理上的问题出发，一般地使总宽（W）为100～1000mm。此外，可制造长（L）为1～5m左右的长条形的纤维片材或100m以上的纤维片材，使用时适当地切断而使用。

此外，也能够使纤维片材1C的长（L）为1～5m左右、使宽W为比其长1～10m左右而制造。

纤维片材1C的情形下，作为增强纤维f，能够将碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维；硼纤维、钛纤维、钢纤维等金属纤维；以及芳族聚酰胺、PBO（聚对亚苯基苯并双恶唑）、聚酰胺、聚芳酯、聚酯等有机纤维单独或多种混入以混合物使用。此外，使纤维增强塑料线材2浸渍的基体树脂R能够使用热固化性树脂或热塑性树脂，作为热固化性树脂，优选使用常温固化型或热固化型的环氧树脂、乙烯基酯树脂、MMA树脂、丙烯酸系树脂、不饱和聚酯树脂或酚醛树脂等，此外，作为热塑性树脂，可优选使用尼龙、维尼纶等。此外，使树脂浸渍量为30～70重量%，优选为40～60重量%。

此外，作为将各线材2用线材固定材料3固定的方法，如图4中所示，例如，可采用如下方法：使用横线作为线材固定材料3，将沿一方向以帘状排列的多根线材2组成的片材形态的线材，即连续的线材片材相对于线材正交、以一定的间隔（P）打纬、编织。横线3的打纬间隔（P）并无特别限制，考虑制作的纤维片材1的处理性，通常在10～100mm间隔的范围内选择。

此时，横线3为将例如直径2～50μm的玻璃纤维或有机纤维多根集束而成的线条。此外，作为有机纤维，适合使用尼龙、维尼纶等。

作为将各线材2固定为帘状的其他的方法，如图6（a）中所示，作为线材固定材料3，能够使用筛网状支持体片材。

即，也能够成为使形成片材形态的以帘状并丝的多根线材2即线材片材的单侧面或两面用例如直径2～50μm的玻璃纤维或有机纤维制作的、与上述具体例1中说明的同样的构成的筛网状的支持体片材3支持的构成。

此外，作为将各线材2固定为帘状的其他方法，如图6（b）中所示，作为线材固定材料3，例如，能够使用作为压敏粘合带或粘接带等的可挠性带材。可挠性带材3在与形成片材形态的以帘状并丝的各纤维增强塑料线材2的纵向垂直的方向上，粘贴多根的纤维增强塑料线材2的单侧面或两面而固定。

即，作为可挠性带材3，使用宽（w1）2～30mm左右的、氯乙烯带、纸带、布带、无纺布带等压敏粘合带或粘接带。将这些带3，通常以10～100mm间隔（P）在与各纤维增强塑料线材2的纵向垂直的方向上粘贴。

此外，作为可挠性带材3，通过使尼龙、EVA树脂等热塑性树脂，以带状、在与线材2的纵向垂直的方向上在单侧面或两面热熔融粘着也得以实现。

（补强方法）

接下来，参照图7，对钢结构物的补强方法进行说明。根据本发明，使用如前所述制造的纤维片材1，进行钢结构物的补强。

即，根据本发明的钢结构物的补强方法，例如，作为纤维片材1，能够使用在上述具体例1中说明的将增强纤维f沿一方向并丝制作的纤维片材1A，在钢结构物的表面形成的弹性层104上用粘合剂105粘接而一体化。此时，在纤维片材1A与钢结构物的粘接的同时，也能够进行采用该粘合剂的对于纤维片材1A的粘合剂（基体树脂）含浸。

由此，形成具有弹性层104、粘接有含浸了树脂的纤维片材1的纤维片材层106的钢结构物的补强结构体200。

钢结构物100的补强时，通过对于主要受到弯曲力矩和轴力的构件（结构物），使增强纤维的取向方向与由弯曲力矩产生的拉伸应力或压缩应力的主应力方向大致一致而粘接，从而能够使纤维片材1有效地负担应力，高效率地提高结构物的耐负荷力。

此外，在正交的2方向上弯曲力矩作用的情况下，通过使2层以上的纤维片材1正交而层叠粘接以使纤维片材1的增强纤维f的取向方向与由弯曲力矩产生的主应力大致一致，从而高效率地实现耐负荷力的提高。

（第1工序）

如图7（a）、（b）中所示，根据需要，将钢结构物100的被补强面（即被粘接面）101的脆弱部101a，用圆盘磨光机、喷砂、喷钢丸、喷水等研削装置50除去，对钢结构物100的被粘接面101进行基底处理。

（第2工序）

在基底处理过的面102涂布环氧改性聚氨酯树脂底漆103（图7（c））。作为底漆103，并不限于环氧改性聚氨酯树脂系，还有MMA系树脂等，根据弹性层104（图7（d））与被补强钢结构物100的材质适当选择。

再有，底漆103的涂布工序也能够省略。

（第3工序）

在基底处理过的面102以所需的厚度（T）涂布聚脲树脂油灰剂104，使其固化，形成弹性层104（图7（d））。涂布厚度（T），根据被粘接面102的表面的凹凸、纤维片材1的厚度T适当地设定，一般为T=0.2～10mm左右。

本发明中，弹性模量低的聚脲树脂油灰剂，即形成弹性层104的材料（弹性层形成材料）包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂等，如果示出其组成的一例，则如下所述。

（i）主剂：是以异氰酸酯（例如4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯）为反应成分的预聚物，使用以NCO重量%计末端残存的异氰酸酯调整为1～16重量份的预聚物。

（ii）固化剂：使用包含芳香族胺（例如胺值80～90）作为主成分的固化剂，使用以主剂的NCO：胺比计以1.0：0.55～0.99重量份计算的固化剂。此外，也能够包含对甲苯磺酸盐等作为固化促进剂。

（iii）填充剂：包含硅石粉、触变剂，以1～500重量份适当地配合。

其中，聚脲树脂油灰剂固化时的拉伸伸长率为400%以上（通常，400～600%），拉伸强度为8N/mm²以上（通常，8～10N/mm²），拉伸模量为60N/mm²以上500N/mm²以下（通常，60～100N/mm²）。

如果弹性模量小于60N/mm²，不能传送必要的补强应力，相反，如果超过100N/mm²，特别地，如果超过500N/mm²，则产生伸长性能不足的问题。

此外，由于使用聚脲树脂作为油灰剂，因此希望23℃下的采用BM型粘度计测定的2转下的粘度为200～700Pa·s，转数20转下在60～100Pa·s的范围内，触变指数，即采用旋转粘度计测定的不同的转数产生的粘度的测定值之比（转数20转下的粘度÷2转的粘度）为4～7。

即，如果粘度比60Pa·s小，触变指数小于4，涂附后产生流挂等，涂附面的平滑性和屋顶面、壁面的涂布变得困难，相反，如果粘度比100Pa·s大，触变指数超过7，树脂硬，混合存在问题，并且平滑地涂布也变得困难。

在此，下述表1表示将作为上述专利文献1中记载的形成缓冲材料层的材料以往使用的环氧树脂油灰剂和作为本发明中使用的形成弹性层的材料的上述组成的聚脲树脂油灰剂具有的物性进行比较的结果。

[表1]

	现有技术	本发明	备注
				缓冲层的拉伸伸长率	100-200％	423％	偏离大
缓冲层的拉伸强度	0.1-50N/mm²	8.04N/mm²	一致
				缓冲层的拉伸模量	0.1-50N/mm²	61.3N/mm²	偏离
填充剂的量	0-50质量％	33.1质量％	一致
				涂布厚度的规定	100～2000μm	1000μm	一致

[表2]

缓冲层的温度与拉伸模量的关系

试验温度	现有技术	本发明
			-20℃	1600N/mm²	99.2N/mm²
0℃	1500N/mm²	85.1N/mm²
			23℃	100N/mm²	61.3N/mm²
40℃	12N/mm²	61.0N/mm²
			60℃	12N/mm²	61.0N/mm²

由上述表1和缓冲层的温度与弹性模量的关系表（上述表2）的结果可知，使用了环氧树脂油灰剂的情况下，不能使伸长率和韧性共存，特别地，高温时环氧树脂的原料强度降低，不能发挥钢材补强效果。此外，冬季的低温时拉伸性能极端地下降，***，达到早期剥离。

而本发明中使用的聚脲树脂油灰剂能够从-20℃到＋70℃显示稳定的性能。因此可知，聚脲树脂油灰剂能够作为钢结构物补强用弹性层形成材料使用，能够实现不受温度影响的防止剥离、修补补强效果，能够极其适合用于钢结构物的补强施工法。

（第4工序）

如图7（e）、（f）中所示，树脂油灰剂固化，形成弹性层104时，则在该弹性层104上涂布粘合剂105，在该面将纤维片材1挤压、介由弹性层104将其粘接在补强对象混凝土结构物100的表面102。

作为粘合剂105，为了在高温时应用，优选地，使用玻璃化转变温度调整为60℃以上、通常70℃～100℃的粘合剂。如上所述，钢结构物100即钢材在我们国家中，由于盛夏的直射日光，其表面上升到60℃左右的温度。因此，可知，在以往方法的采用纤维片材的补强中使用的粘合剂由于该温度，粘合剂软化，有时无法获得必要的修补补强效果。

因此，作为粘合剂105，通过使用玻璃化转变温度优选60℃以上、通常70℃～100℃的粘合剂，能够避免由于日光照射而无法获得补强效果的情况，能够获得充分的补强效果，并且能够避免在纤维片材达到断裂强度前从钢结构物表面剥离。

作为具有这样的特性的粘合剂，可列举常温固化型环氧树脂、环氧丙烯酸酯树脂、丙烯酸系树脂、MMA树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、光固化型树脂等，具体地，优选常温固化型环氧树脂和MMA树脂。

本实施例中，使用了环氧树脂粘合剂。环氧树脂粘合剂以主剂、固化剂的2成分型而提供，如果示出其组成的一例，则如下所述。

（i）主剂：使用包含环氧树脂作为主成分、根据需要包含硅烷偶联剂作为粘接增强赋予剂的主剂。环氧树脂，例如，可以为双酚型环氧树脂，特别是用于赋予韧性的橡胶改性环氧树脂，此外，根据用途可添加反应性稀释剂和触变剂。

（ii）固化剂：使用包含胺类作为主成分、根据需要包含固化促进剂、包含着色剂等作为添加剂的固化剂，主剂的环氧树脂：固化剂的胺当量比分别为1：1。胺类可为例如包含间二甲苯二胺和异佛尔酮二胺的脂肪族胺。该组成的环氧树脂的玻璃化转变温度为70℃以上（74℃）。

再有，粘合剂105作为在弹性层104上涂布的粘合剂进行了说明，当然，也能够涂布于纤维片材1，此外，还可涂布于弹性层104的表面和纤维片材1粘接面的两面上。

此外，必要的补强量多的情况下，可在结构物表面粘接多层的纤维片材1。不过，如果将多层的纤维片材1层叠粘接，有时在端部产生应力集中，耐剥离破坏性降低。

因此，为了防止剥离破坏，如图8中所示，优选使各层的纤维片材1的片材长度（L）（参照图1）变化。例如，多层层叠的纤维片材1的长度，从结构物表面102向远离的外层，依次变短，将纤维片材1的端部1a层叠为阶梯状。端部1a的错开长度（h）为30mm～300mm左右是适当的。例如，通过以片材端部1a变短平均100mm的方式粘接，能够获得好结果。

即，通过使多层层叠的纤维片材1的长度（L）向外层依次缩短30～300mm左右，将端部1a层叠为阶梯状，从而能够使片材端部1a处的应力集中减轻，提高耐剥离性。

接下来，为了证实本发明涉及的结构物的补强方法和补强结构体以及钢结构物补强用弹性层形成材料的作用效果，进行了以下的实验。

实验例1

本实验例中，使用纤维片材1，按照粘接施工法对作为钢结构物100的钢材进行了补强。此外，本实验例中使用的纤维片材1是参照图2、作为具体例1说明的构成的纤维片材1A。

作为纤维片材1A中的增强纤维f，使平均直径10μm、集束根数6000根的未含浸树脂的沥青系碳纤维束沿一方向并丝以成为纤维单位面积重量300g/m²，制成片状。在该片状的增强纤维的单侧面将使用玻璃纤维制作的2轴的筛网状支持体3熔接，制成纤维片材1A。

制成这样制作的纤维片材1A的纤维片材1的宽（W）为500mm，长（L）为50m。本实施例中，将该纤维片材适当地切出而使用。

接下来，使用上述纤维片材1，采用与参照图7说明的方法同样的纤维片材粘接施工法，如下所述对作为钢结构物的钢材100进行了补强。不过，本实验例中，在钢材100的下面侧粘贴纤维片材1。

首先，本实验例中，将钢材100的下表面通过喷丸处理进行研扫，成为适度的粗面。在该钢材100的表面102上涂布0.15kg/m²的环氧改性聚氨酯底漆（新日铁マテリアルズ（株）制“FORCAUL-1”（商品名））103。

环氧改性聚氨酯树脂底漆103指触干燥后，使涂附面成为背面的状况下，为了形成弹性层104，用刮刀将上述组成的聚脲树脂油灰剂涂布于钢材（供试体）100以成为大约1mm的厚度（T）。此时，聚脲树脂油灰剂在涂布结束后也不会因自重而滴下，附着于钢材供试体100。

作为弹性层104的形成树脂使用的油灰状聚脲树脂在23℃下的采用BM型粘度计的在2转下的粘度为600Pa·s，转数20转下为95Pa·s。

此外，触变指数（转数20转下的粘度÷2转的粘度）为6.32。

接下来，使涂布于上述钢材表面102的聚脲树脂油灰剂固化，形成了弹性层104。在该弹性层104上以涂布量0.4kg/m²涂附玻璃化转变温度74℃的上述组成的环氧树脂（将纤维片材1多层层叠的情况下作为各个层的底涂层）。接下来，将纤维片材1轻轻挤压于环氧树脂涂布面后，在纤维片材1上，边施加100N左右的挤压力边使宽100mm、直径10mm塑料辊移动。纤维片材是将上述构成的纤维片材用粘合剂层叠全部7层。具体地，层叠新日铁マテリアルズ（株）制的“碳纤维片材C830”（商品名））5层，再层叠新日铁マテリアルズ（株）制的“碳纤维片材C160”（商品名））2层。

通过用塑料辊从片材1上滚压，环氧树脂成为了从纤维片材1的各纤维的间隙渗出的状态，即使无任何保持，在粘贴于钢材100的状态下也没有剥离。

再有，如本实施例的情形那样，将纤维片材1多层层叠的情况下，作为各个层的面涂层，以涂布量0.2kg/m²将环氧树脂105涂布于纤维片材1的表面，用橡胶刮刀将表面整饰平坦。然后，在室温下陈化1周。在纤维片材1的粘贴面，没有产生任何空隙，能够与钢材100极其良好地粘接。

使用如上所述制作的纤维片材补强钢材（本发明）100和作为粘合剂的玻璃化转变温度为48℃的环氧树脂含浸粘合剂，对于使用了聚氨酯树脂油灰剂（比较例1）和软质型环氧树脂油灰剂（比较例2）作为油灰剂的纤维片材补强钢材100，使用图9中所示的试验装置，进行了支点间距离Ls设为80mm的3点弯曲试验。钢材100的截面为宽W0=25mm、厚T0=2.0mm、全长L0=100mm。3个试验体除了如上所述将纤维片材粘接于钢材表面的粘合剂105和油灰剂104不同以外，采用相同的构造、材料制作。

将本实验中的本发明、比较例1、2的各个构成材料汇总，如下表3所示。

[表3]

	油灰剂	浸渍的粘合剂	连续纤维片材
				本发明	聚脲树脂油灰	Tg74°C环氧	C830×5层+C160×2层
比较例1	聚氨酯树脂油灰	Tg48°C环氧	C830×5层+C160×2层
				比较例2	软质环氧树脂油灰	Tg48°C环氧	C830×5层+C160×2层

将弯曲试验的结果示于图10和图11。由图11中所示的使温度/载荷变化的弯曲试验图，关注到以下的内容。

即，比较例1的情况下，在30℃附近发生载荷下降，发生了环氧树脂含浸粘合剂的软化。另一方面，利用了在低温下***的环氧树脂的性质，显示了高载荷。在该状况下，在高温侧不能满足日本的气候条件和修补补强性能。

比较例2的情况下，低温时软质环氧树脂油灰剂由于该温度而***，载荷上升前，早期达到剥离。这表示未能补强的状况。高温侧由于软质环氧树脂油灰剂的早期的材料破坏而达到剥离。

与之相比，本发明的聚脲树脂油灰剂从低温到高温显示稳定的性能，确认确立符合日本的国土气象条件的修补补强材料和施工法方式。

实验例2

本实验例中，使用与上述实验例1中说明同样的纤维片材1，按照粘接施工法，对作为钢结构物100的钢材进行了补强。

即，本发明的纤维片材补强钢材（本发明）100，通过与上述实验例1同样地，使用聚氨酯改性环氧树脂底漆作为底漆103，使用上述组成的聚脲树脂油灰剂作为用于弹性层104的油灰剂，进而使用玻璃化转变温度74℃的上述组成的环氧树脂作为粘合剂105，将如上所述制作的纤维片材1粘贴于钢材100。

比较例3通过使用环氧树脂底漆作为底漆103、没有使用用于弹性层104的油灰剂、还使用玻璃化转变温度74℃的上述组成的环氧树脂作为粘合剂105，将如上所述制作的纤维片材1粘贴于钢材100。

比较例4通过与上述实验例1中使用的同样地，使用了环氧改性聚氨酯树脂底漆作为底漆103，还使用了聚脲树脂油灰剂作为用于弹性层104的油灰剂，但使用了玻璃化转变温度48℃的环氧树脂（新日铁マテリアルズ（株）制“FR-E3P”（商品名））作为粘合剂，将如上所述制作的纤维片材1粘贴。

使用如上所述制作的3个试验体，进行了与实验例1同样的弯曲试验。将试验的结果示于表4和图12中。

[表4]

单位(N)

由图12中所示的使温度/载荷变化的弯曲试验图可理解以下内容。

比较例3使用了与本发明相同的玻璃化转变温度74℃的高Tg的环氧树脂粘合剂作为粘合剂，但没有使用聚脲树脂油灰剂，将纤维片材1粘贴于钢材100。因此，与本发明相比，比较例3中，未能获得聚脲树脂油灰剂（弹性层104）的效果，温度上升的同时，未实现充分的钢材的补强。再有，比较例3中，环氧树脂粘合剂也与比较例2同样地最终剥离。

比较例4使用了与本发明相同的聚脲树脂油灰剂，但使用了玻璃化转变温度48℃的比较低的Tg的环氧树脂粘合剂作为粘合剂。这种情况下，也同样地，利用聚脲树脂油灰剂（弹性层104）的效果，纤维片材层106的剥离与本发明同样地没有发生，但从玻璃化转变温度48℃左右开始，缓慢地弯曲载荷降低，与本发明相比，高温时未充分实现补强本身。即，比较例4中，使用了碳纤维的纤维片材层106与钢材一起显示出弯曲的状况。因此，高温时，为了获得补强效果，也必须调整粘合剂的玻璃化转变温度，为了应对其气候条件所需的温度，粘合剂的玻璃化转变温度为60℃以上、优选70℃以上是必要的。

如上可知，根据按照本发明的钢结构物的补强方法、补强结构体和钢结构物补强用弹性层形成材料，能够有效地对钢结构物100进行补强。

附图标记说明

1 纤维片材

2 纤维增强塑料线材

3 线材固定材料（横线、筛网支持体片材、可挠性带材）

100 钢结构物

103 底漆

104 弹性层

105 粘合剂

106 纤维片材层

200 补强结构体

Claims

1.钢结构物的补强方法，是在钢结构物的表面上粘接包含增强纤维的纤维片材而一体化的钢结构物的补强方法，其特征在于，具有如下工序：

2.权利要求1所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，对于前述（b）工序中使用的粘合剂，调节其玻璃化转变温度以使在高温时也能够维持补强效果。

3.权利要求1或2所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述粘合剂的玻璃化转变温度为60℃以上。

4.权利要求1～3的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述（a）工序中形成前述弹性层的聚脲树脂油灰剂包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂，其组成为：

（i）主剂：是以异氰酸酯为反应成分的预聚物，使用以NCO重量%计末端残存的异氰酸酯调整为1～16重量份的预聚物，

（ii）固化剂：使用包含芳香族胺作为主成分的固化剂，使用以主剂的NCO：胺比计按1.0：0.55～0.99重量份计算的固化剂，

（iii）填充剂：包含硅石粉、触变剂等，以1～500重量份适当地配合，

5.权利要求1～4的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述（b）工序中使用的粘合剂是常温固化型环氧树脂、环氧丙烯酸酯树脂、丙烯酸系树脂、MMA树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂或光固化型树脂。

6.权利要求5所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述粘合剂为环氧树脂粘合剂，该环氧树脂粘合剂以主剂、固化剂的2成分型而提供，其组成为：

（i）主剂：使用包含环氧树脂作为主成分、根据需要包含硅烷偶联剂等作为粘接增强赋予剂的主剂，

7.权利要求1～6的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，在前述钢结构物的表面形成前述弹性层前，具有对前述钢结构物的表面进行基底处理的工序和/或涂布底漆的工序。

8.权利要求1～7的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述纤维片材是将沿一方向并丝的连续的增强纤维相互用线材固定材料固定的纤维片材。

9.权利要求1～7的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述纤维片材是使基体树脂浸渍增强纤维、固化的连续的纤维增强塑料线材多根沿纵向以帘状并丝，用线材固定材料将线材相互固定的纤维片材。

10.权利要求1～7的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，前述纤维片材是使沿一方向并丝的连续的增强纤维片材含浸树脂、使前述树脂固化的纤维片材。

11.权利要求1～10的任一项所述的钢结构物的补强方法，其特征在于，将前述纤维片材以多层在前述钢结构物的表面层叠、粘接，与前述钢结构物一体化。

12.钢结构物补强用弹性层形成材，是在权利要求1～3的任一项所述的钢结构物的补强方法中由形成前述弹性层的聚脲树脂油灰剂构成的钢结构物补强用弹性层形成材，其特征在于，前述聚脲树脂油灰剂包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂，其组成为：

（i）主剂：是以异氰酸酯作为反应成分的预聚物，使用以NCO重量%计末端残存的异氰酸酯调整为1～16重量份的预聚物，

（iv）包含添加剂：着色剂、粘性调节剂、增塑剂等，以1～50重量份适当地配合。

13.权利要求12所述的钢结构物补强用弹性层形成材，其特征在于，前述聚脲树脂油灰剂固化时的拉伸伸长率为400%以上，拉伸强度为8N/mm²以上，拉伸模量为60N/mm²以上500N/mm²以下。

14.钢结构物的补强结构体，是对钢结构物进行补强的补强结构体，其特征在于，具有：

（a）在前述钢结构物的表面涂布聚脲树脂油灰剂而形成的弹性层，

15.权利要求14所述的钢结构物的补强结构体，其特征在于，前述弹性层固化时的拉伸伸长率为400%以上，拉伸强度为8N/mm²以上，拉伸模量为60N/mm²以上500N/mm²以下。

16.权利要求14或15所述的钢结构物的补强结构体，其特征在于，对于前述粘合剂，调整其玻璃化转变温度以使在高温时也能够维持补强效果。

17.权利要求14～16的任一项所述的钢结构物的补强结构体，其特征在于，前述粘合剂的玻璃化转变温度为60℃以上。

18.权利要求14～17的任一项所述的钢结构物的补强结构体，其特征在于，前述聚脲树脂油灰剂包含主剂、固化剂、填充剂、添加剂，其组成为：

19.权利要求14～18的任一项所述的钢结构物的补强结构体，其特征在于，前述粘合剂为常温固化型环氧树脂、环氧丙烯酸酯树脂、丙烯酸系树脂、MMA树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂或光固化型树脂。

20.权利要求19所述的钢结构物的补强结构体，其特征在于，前述粘合剂为环氧树脂粘合剂，该环氧树脂粘合剂以主剂、固化剂的2成分型而提供，其组成为：