JP2008013886A - 補強用繊維織物 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂の含浸に優れ、補修または補強効果が良好な補強用繊維織物を提供する。
【解決手段】補強用繊維織物において、一層の織物内に、経糸と緯糸とが規則的に交錯している領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとが存在し、領域Ｂはその周囲を領域Ａで取り囲まれており、経方向および緯方向に繰り返し存在していることを特徴とする補強用繊維織物。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンクリート構造物、鋼構造物および木構造物（以下、それらをまとめて「構造物」呼称することがある。）の効率的な補修または補強方法に適した補強用繊維織物に関する。

従来の既存の構造物の柱、梁、スラブを補修または補強する方法としては、炭素繊維やアラミド繊維などの高機能繊維からなる繊維シートを、構造物の表面に熱硬化性樹脂を用いて接着する方法が提案されている。しかしながら、この方法は、補修または補強量を多く必要とする場合、薄い織物を多数枚貼り付けるか、厚い織物を小数枚貼り付けることとなる。この場合、前者は薄い織物の貼付作業が手間取り、後者は厚い織物への熱硬化性樹脂の含浸が難しいので、施工上満足のいくものではなかった。

このため、特許文献１には、あらかじめ補強用繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸（以下、「予備含浸」と呼称することがある。）させたのち、構造物の表面に貼り付ける方法が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、厚い補強用繊維織物を使用した場合、該織物に熱硬化性樹脂をボイドが実質的にない状態に含浸させることが困難である。しかも、厚い補強用繊維織物においては、織物の構成糸が太い糸束となり、交錯点での糸束の屈曲により繊維の持つ強度が織物に発現されにくいという問題がある。
特許第３４７７１１８号公報（特許請求の範囲）

本発明は、熱硬化性樹脂の含浸に優れ、短時間に構造物を補修または補強することができ、高強度で、補修または補強効果が良好な補強用繊維織物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、補強用繊維織物において、一層の織物内に、経糸と緯糸とが規則的に交錯している領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとを適宜設けることにより、樹脂の含浸性を改善でき、短時間で補修または補強できるのみならず、補強用織物の強度を向上できるという予期せぬ効果により上記問題が一挙に解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、
[１]補強用繊維織物において、一層の織物内に、経糸と緯糸とが規則的に交錯している領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとが存在し、領域Ｂはその周囲を領域Ａで取り囲まれており、経方向および緯方向に繰り返し存在していることを特徴とする補強用繊維織物、
[２]領域Ａが平、朱子、綾もしくは摸紗組織であることを特徴とする前項[１]に記載の補強用繊維織物、
[３]領域Ｂの一辺の長さが１０〜９０mmの範囲内にあることを特徴とする前項[１]または[２]に記載の補強用繊維織物、
[４] 領域Ｂの存在するピッチが、経方向において２０〜４００ｍｍの範囲内にあって、緯方向において２０〜２００mmの範囲内にあることを特徴とする前項[１]〜[３]のいずれかに記載の補強用繊維織物、
[５]織物面積に占める領域Ｂの合計面積比率が５〜３０％の範囲内にあることを特徴とする前項[１]〜[４]のいずれかに記載の補強用繊維織物、および
[６]織物の目付が２５０〜１５００ｇ／ｍ^２の範囲内にあることを特徴とする前項[１]〜[５]のいずれかに記載の補強用繊維織物、
に関する。

本発明によれば、目付が高くなっても樹脂含浸に優れ、かつ強度発現率の高い補強用繊維織物を提供でき、効率の優れた補修または補強工法が実現できる。その作用効果について、本発明者らは次のように考えている。
（１）織物全体としては規則的な織物組織が構成されている中で、所定の間隔で領域Ｂが存在することにより、織物を構成する糸束間および糸束内の単繊維間の空気が領域Ｂを通じて脱気されやすいので、樹脂含浸が容易となる。
（２）領域Ｂにおいて交錯する経・緯の糸束同士の屈曲がないので、織物が引張られた際に各繊維束およびそれを構成する単糸にせん断力が働かないので、織物強度が十分に発現される。

以下、本発明について、必要に応じて図を参照しつつ詳細に説明する。なお、参照される図は、あくまでも本発明を例示するためのものであって、本発明がそれらの図によって限定されるものでないことはいうまでもない。

本発明の補強用繊維織物（以下、「本発明の織物」と呼称することがある。）においては、一層の織物内に、経糸と緯糸とが規則的に交錯している領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとが存在している。そして、前記領域Ｂはその周囲を領域Ａで取り囲まれており、経方向および緯方向に繰り返し存在している。換言すれば、本発明の織物は、経糸と緯糸とが規則的に交錯している通常の織物組織の中に、一定の面積で経糸が浮いている領域Ｂが、一定の間隔をもって配置されているという極めて特徴的な構成を有している。この構成は、織物組織図によって、例えば図１のように示される。

領域Ａにおける織物の組織形態としては、平、朱子、綾もしくは摸紗組織が好ましい。図１では領域Ａは平組織となっている。

領域Ａの存在は、本発明の織物の構成において必須であり、もとより、領域Ｂのみでは織物が構成できないことは自明である。しかしながら、領域Ａのみでは、樹脂含浸に支障があり、それは特に高目付の織物において顕著である。

一般的に言って、織物に樹脂を含浸させるのを妨げる大きな要因として、織物を構成する糸束間や、糸束内の空気の存在が挙げられる。そのため、樹脂含浸の際には、ローラーをかけるなどしてそれらの空気の脱気が試みられる。しかし、通常、織物を構成する糸束内の単繊維数が多くなるほど、また、織物組織が密になるほど、脱気は難しくなる。このため、特に高目付の織物では樹脂含浸が難しくなるのである。

そこで、本発明においては、織物の目付を減じることなく脱気を容易ならしめるために、領域Ｂを設ける。

ところで、この領域Ｂを設けることにより、樹脂含浸が容易になるだけでなく、織物の強度向上という効果も得られる。織物の引張強度は、屈曲がなく、構成繊維の各々に均一に張力が分散されたときに最大となるが、通常の織物では交錯点での屈曲により、構成繊維の強度に見合う十分な強度が得られず、すなわち織物強度の発現率が低下する。屈曲による発現率の低下は、構成繊維が伸びやすいものであれば緩和されるが、一般的に言って補強用繊維織物の構成繊維は、高強度・高弾性率であるために伸びが少ないので、特に、高目付の場合には交錯点での屈曲の悪影響が出やすい。本発明においては、領域Ｂは交錯点を持たないので、屈曲による強度低下がなく、結果として織物強度の向上にも寄与するのである。

領域Ｂの形状は、矩形であることが好ましく、その一辺の長さは、１０〜９０mmの範囲内にあることが好ましい。一辺の長さを１０ｍｍ以上とすることは、樹脂含浸をより確実にするためである。ただし、一辺の長さがあまりに長いと織物の形態が崩れやすくなるので、一辺の長さを９０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。

領域Ｂの存在するピッチについては、ピッチが大きすぎると領域Ｂから遠い部分の空気が抜けにくくなって樹脂含浸性が低下する傾向にあり、逆に小さすぎると織物の形態安定性が低下する傾向にあり好ましくない。それらを考慮して、領域Ｂの存在するピッチは、経方向においては２０〜４００ｍｍの範囲内にあることが好ましく、緯方向においては２０〜２００ｍｍの範囲にあることが好ましい。
ここで、領域Ｂの存在するピッチとは、例えば経方向に沿って見たときに、１つの領域Ｂが始まる地点と、次の領域Ｂが始まる地点との経方向における距離を意味するのであって、１つの領域Ｂが終わった地点と、次の領域Ｂが始まる地点との間の領域Ａの長さを意味するのではない。例えば図２に示す例および図３に示す例では、いずれも経方向のピッチが２００ｍｍ、緯方向のピッチが１００ｍｍである。なお、図２および図３は、織物組織図ではなく、領域Ａと領域Ｂとの配置等を示すための模式図である。

前記した本発明の有利な効果は、高目付になるほど従来の織物との差が顕著になり、また、高目付であることは使用枚数を少なくして補修または補強作業の手間を省くことができるので、本発明の織物の目付は、２５０ｇ／ｍ^２以上とすることが好ましい。一方、過度に高目付であると、本発明の織物といえども含浸性が低下する傾向にあり、また、織物強度の発現率が低下する傾向にあるので、本発明の織物の目付は、２５０〜１５００ｇ／ｍ^２の範囲内にあることがより好ましい。

本発明の織物を構成する繊維は、高強度繊維として引張強度が、１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の、炭素繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリバラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、全芳香族ポリエステル繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等から、汎用繊維として、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維およびポリビニルアルコール繊維からなる群より選択される１種または２種以上であることが好ましい。

本発明の織物は、経糸にのみ高強度繊維を配した一方向補強繊維織物であってもよく、経糸および緯糸に高強度繊維を配した二方向補強繊維織物であってもよい。

本発明の織物における経糸の繊度は、９００〜１６２００ｄｔｅｘの範囲内にあることが好ましい。経糸の繊度が９００ｄｔｅｘ以下では、織物が薄くなりすぎ、前記した本発明の有利な効果において、従来の織物との差が小さくなるので好ましくない。一方、１６２００ｄｔｅｘを超えると、経糸としての糸束が太くなりすぎ、交錯点での屈曲により、織物強度の発現率が低下する傾向にあるので好ましくない。なお、必要に応じて上記繊度の範囲よりも細い糸を補助的に経糸に配しても構わない。

本発明の織物における緯糸の繊度は、１８０〜１６２００ｄｔｅｘの範囲にあることが好ましい。さらに詳細には、本発明の織物が一方向補強用繊維織物である場合、緯糸は専ら織物形態の保持を目的とするので、緯糸の繊度は１８０〜８１０ｄｔｅｘの範囲内にあることが好ましい。また、本発明の織物が二方向補強用繊維織物である場合、緯糸の繊度は９００〜１６２００ｄｔｅｘの範囲内にあることが好ましいが、必要に応じてその範囲よりも細い糸を補助的に緯糸に配しても構わない。

本発明の織物を構造物の補修または補強に用いる際には、熱硬化性樹脂を含浸して用いるのが好ましい。熱硬化性樹脂としては、主として常温硬化型熱硬化性樹脂が用いられ、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、メチルメタクリレート樹脂等が挙げられる。

本発明の織物を用いる構造物の補修または補強方法の好ましい態様としては、構造物の表面を定法に従い下地処理し、プライマーを塗布した後、熱硬化性樹脂を下塗りし、本発明の織物を貼り付けて樹脂を含浸させた後、ついで同じ熱硬化性樹脂を上塗りしてさらに含浸させる。この過程で、樹脂を良好に含浸させるべく、ローラーがけ等により脱気を促進することが好ましい。

前記の方法における熱硬化性樹脂の塗布量としては、補強用繊維織物の目付にもよるが、例えば目付が５００ｇ／ｍ^２の場合、目安として構造体表面に塗布する下塗りの熱硬化性樹脂の量は約６００ｇ／ｍ^２、補強用繊維織物を貼り付けた後、塗布する熱硬化性樹脂の量は約３００ｇ／ｍ^２の合計約９００ｇ／ｍ^２である。補強用繊維織物がさらに高目付の厚い織物である場合には、予め補強用繊維織物に樹脂を含浸させる予備含浸方法を併用してもよい。

前記の方法により補強用繊維織物に含浸された熱硬化性樹脂が硬化した後には、外力に対する保護や耐候性向上のため、定法に従い、樹脂塗装やモルタル被覆をすることが好ましい。このようにして上記のように補修または補強された構造物は、力学的強度、耐久性に優れたものとなる。

本発明の補強用繊維織物は、例えば既存のコンクリート構造物の柱、梁、スラブ、壁、鋼構造物の柱、梁、スラブ、接合部、木構造物の接合部等に適用できる。また、新設の構造物にも適用できることは言うまでもない。

以下に、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
[実施例１] 経糸として、繊度が８０００ｄｔｅｘ（フィラメント数６０００本、強度２１ｃＮ／ｄｔｅｘ）の高弾性率アラミド繊維（東レ・デュポン株式会社製「ケブラー（登録商標）」を幅方向２５ｍｍあたり２６本、織機に供給した。緯糸として、５６０ｄｔｅｘ（フィラメント数２００本）のポリエステル繊維を、長手方向２５ｍｍあたり１７本供給して、図２に示すような、平組織からなる領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとが存在し、領域Ｂはその周囲を領域Ａで取り囲まれており、経方向および緯方向に繰り返し存在している、本発明の幅５００ｍｍの一方向補強用織物を製織した。この織物の目付は８５０ｇ／ｍ^２、全表面積に対する領域Ｂの比率は１１．２６％であった。

[比較例１] 領域Ｂを全く設けずに織物全体を平組織としたこと以外は実施例１と同じにして、通常の幅５００ｍｍの一方向補強用平織物を製織した。

[実施例２] 経糸として、実施例１で用いたのと同じ高弾性率アラミド繊維を幅方向２５ｍｍあたり１３本を織機に供給した。緯糸として、経糸と同じ高弾性率アラミド繊維を長手方向２５ｍｍあたり１３本供給して、図３に示すような、平組織からなる領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとが存在し、領域Ｂはその周囲を領域Ａで取り囲まれており、経方向および緯方向に繰り返し存在している、幅１０００ｍｍの本発明の二方向補強用織物を製織した。この織物の目付は８５０ｇ／ｍ^２、全表面積に対するＢの比率は１０．６％であった。

[比較例２] 領域Ｂを全く設けずに織物全体を平組織としたこと以外は実施例２と同じにして、幅１０００ｍｍの通常の二方向補強用平織物を製織した。

実施例１、２および比較例１、２で得られた織物に、樹脂を含浸し、ＦＲＰ板を作製した。樹脂としては、常温硬化型エポキシ樹脂（ＳＲＩハイブリッド株式会社製ＧＢ−３５）を用い、広げたフィルム上に、ＧＢ−３５を塗布量８００ｇ／ｍ^２で下塗りをし、織物を置き、回転ローラーでしごいた後、さらに同じ樹脂を塗布量４００ｇ／ｍ^２で上塗りをした。その後、一週間常温に保持して樹脂を硬化させた。
なお、前記織物を回転ローラーでしごいた際に、目視観察により下塗りした樹脂が毛細管現象で織物の表面にまで移動する時間を測定して、これを樹脂含浸時間として評価した。
前記樹脂硬化後のＦＲＰ板から、ＪＩＳ Ｚ ２２０１−１３Ｂに従い試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ７０７３に準拠し、精密万能試験機（島津製作所製「オートグラフ（登録商標）ＡＧ−１０ＴＥ」）を使用して、引張速度２ｍｍ／分で、引張強度試験を実施した。

測定結果を下表１にとりまとめた。

実施例１，２ともにそれぞれに対応する比較例に対して樹脂含浸性が約３倍程度向上することが確認された。また、樹脂含浸時の補強用織物の形態保持性も問題なく、引張強度では実施例１，２ともにそれぞれに対応する比較例に対して約１０％の向上が確認された。

本発明の補強用繊維織物を用いれば、優れた補修または補強効果が容易に得られる補修または補強方法に利用できる。

本発明の補強用繊維織物の組織を例示する織物組織図である。 本発明の補強用繊維織物の形態を例示する平面模式図である。 本発明の補強用繊維織物の形態を例示する平面模式図である。

符号の説明

１：領域Ａ
２：領域Ｂ
３：補強用繊維織物

Claims (6)

1. 補強用繊維織物において、一層の織物内に、経糸と緯糸とが規則的に交錯している領域Ａと、経糸と緯糸とが交錯せず経糸が浮いている領域Ｂとが存在し、領域Ｂはその周囲を領域Ａで取り囲まれており、経方向および緯方向に繰り返し存在していることを特徴とする補強用繊維織物。
2. 領域Ａが平、朱子、綾もしくは摸紗組織であることを特徴とする請求項１に記載の補強用繊維織物。
3. 領域Ｂの一辺の長さが１０〜９０mmの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の補強用繊維織物。
4. 領域Ｂの存在するピッチが、経方向において２０〜４００ｍｍの範囲内にあって、緯方向において２０〜２００mmの範囲内に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織物。
5. 織物面積に占める領域Ｂの合計面積比率が５〜３０％の範囲内に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織物。
6. 織物の目付が２５０〜１５００ｇ／ｍ^２の範囲内にあ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織物。