JP2009515071A - 建築部材および建築構造体を補強する方法 - Google Patents

Abstract

本建築部材は、ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維から形成された補強構造体が埋め込まれているセメントモルタル層によって被覆された中心構造体を含む。本方法は、補強される構造体の上にセメントモルタル層を形成すること、および前記セメントモルタル層中にポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維から形成されている補強構造体を埋め込むことからなる。さらに前記モルタルは、不飽和コポリマー樹脂、流動化添加剤およびチキソトロピー添加剤を含む。

Description

本発明は、建築部材および建築構造体を補強する方法に関する。

建築構造体（レンガ、プレーンコンクリート、補強コンクリートなどで建設されている。）は、これらの設置後、環境からの侵食により、または不十分な施工により、および／またはその特定用途のための材料の不適当な選択により引き起こされ、時間の経過に伴って緩速であるが進行する劣化を受けることが知られている。

建築構造体は、この延性を増大させるために、構造体を包み込む、電気溶接されたメッシュを適用することによって伝統的に補強されている。

しかし、この方法は、電気溶接されたメッシュの重量および取り扱い難さに起因する設置の難しさおよび特に侵食性の環境においては電気溶接されたメッシュの腐食のリスク含む多くの欠点を呈する。

これらの欠点を克服するために、炭素または他の繊維のバンド（ｂａｎｄ）および布地の使用に基づく補強システムが開発されて来ており、前記のバンドおよび布地は、建築構造体と炭素バンドとの間の接着を確実にするために熱可塑性樹脂、通常はエポキシ樹脂を使用して適用されている。

しかし、このシステムはまた、これが耐え得る温度が不十分であること（この点において、エポキシ樹脂の存在により温度が約８０℃に制限され、したがって火事の場合においてエポキシ樹脂は、急速に劣化し、構造体からの炭素補強バンドの非常に急速な分離を引き起こす。）を含むある種の欠点を示している。

炭素繊維による補強システムの使用のさらなる欠点は、エポキシ樹脂を使用することによる作業者および環境への有害性、エポキシ樹脂および炭素バンドの両方の（非常に高い）コスト、および最終的にはエポキシ樹脂が、建築構造体と外側との間の温湿度の移動を妨げる障壁を創り出し、それゆえに実際には水分が建築構造体の中に閉じ込められたままになり、外部の方に自然に移行できないことに由来する。

さらなる補強システムは、ドイツ特許ＤＥＡ１９５２５５０８に記載されており、この特許は、建築構造体にセメントモルタル層の形態の鉱物マトリックスを適用し、次いでその上に繊維補強メッシュを押し込んで、これをセメントモルタル中に埋め込み、最後に第１の層と同じタイプの第２のセメントモルタル層を適用することによって建築構造体を補強することを教示している。

しかし、この補強システムは、セメント、充填剤およびスチレン／アクリレートの水分散体の混合物から形成されるセメントモルタルを使用し、後者（スチレン／アクリレートの水分散体）が、特にセメントモルタルに対して高い流動性を与えるために、セメントモルタルが垂直の壁に適用されるときにこれを流れさせてしまい、さらにスチレン／アクリレートの存在が、乾燥セメントモルタル中に亀裂の形成のために劣化を引き起こすという無視できない欠点を呈する。

これらの欠点を克服するために、ＥＰ１２４５５４７には、処理される部材に特定のセメントモルタルを適用し、このセメントモルタル層中に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル、ポリエチレンまたは同様のもののメッシュを埋め込んで、最後に第１のセメントモルタル層の上に第２のセメントモルタル層を適用することからなる補強システムが記載されている。

特に、前記特許に記載されたセメントモルタルは、建築部材と外部環境との間の温湿度の移行を可能にし、建築構造体と同じ耐火性を呈する。

予想外なことに、ＥＰ１２４５５４７に示されているタイプのセメントモルタルは、ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維から形成される補強構造体と共に、他のタイプの補強材よりも驚くほど良好である機械的結果（補強材に関して）が（ＥＰ１２４５５４７に示される利点に加えて）得られることが観察された。

特に、前記の補強構造体は、織物（横糸および縦糸繊維が一緒に織られている。）またはメッシュ（横糸および縦糸繊維が相互に重ねられているけれども織られていない。）から形成される。

したがって、本発明の技術上の目的は、建築構造体と外部との間で温湿度の移動を確実にし、建築部材が、火に対する耐性および侵食性の化学的環境に対する耐性を示し、他方で同時に非常に高い機械的性質（補強材に関して）を示す、建築部材および建築構造体を補強する方法を提供することである。

前記の技術上の目的は、これらの目的および他の目的と共に、付属の特許請求の範囲に記載の建築部材および建築構造体を補強する方法によって本発明に従って達成される。

発明のさらなる特徴および利点は、非限定的な実施例として提供される付属の図面に関して与えられる、本発明の部材および方法に関する、好ましいが排他的ではない実施形態の説明からさらに明らかになる。

前記の図面に関して、建築部材は、参照数字１によって全体的に表示して示されている。

建築部材１は、例えばレンガ積み、プレーンコンクリートまたは補強コンクリート物品であり得る、補強されるべき構造要素からなる中心構造体２を含む。

中心構造体２は、セメントモルタル３の層で被覆され、このセメントモルタルは、ＥＰ１２４５５４７に詳細に記載され、５％と９５％との間のセメントと、１０％と７０％との間の７００ミクロン未満の粒子サイズを有する微細な不活性鉱物充填剤と、０．１％と２５％との間の不飽和コポリマー樹脂を含む化学添加剤と、０．０５％と２．５％との間の流動化添加剤とおよび０．００５％と１％との間のセルロース類に属するチキソトロピー添加剤とを含む（全ての特定されるパーセントは、重量によるものであり、セメントモルタルの全重量に対するものである。）。

不飽和コポリマー樹脂は、好ましくはアクリル型であり、不飽和コポリマー樹脂および／または流動化添加剤および／またはチキソトロピー添加剤は、液体混合物としてまたは粉末形態にて、モルタル混合物に加えられる。

ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維（ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０）の形態の補強構造体４は、セメントモルタル層３の内部に埋め込まれ、この補強構造体４は、「ザイロン（Ｚｙｌｏｎ）」の商品名（この繊維の機械的な特徴は、図１に示されている。）の下で東洋紡績株式会社によって製造されているポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維から特別に形成されている。

好ましくは、補強構造体は、織物構造またはメッシュ構造であり、これらの好ましい特徴は、ＥＰ１２４５５４７に示されている。

セメントモルタルのための流動化添加剤（これらもまた、ＥＰ１２４５５４７に詳細に記載されている。）は、ポリ縮合リグニン、ベータナフタレンまたはメラミン−ホルムアルデヒドスルホネートをベースとするポリマー、および変性ポリアクリレート鎖をベースとするポリマーからなる群から選択される。

機械的変形荷重試験は、ＥＰ１２４５５４７に示される補強システムによって曲げに対して補強された寸法６００×１５０×７５ミリメートルのコンクリート試験片上で実施され、異なるタイプの合成メッシュが使用され（これらの中にザイロン繊維がある。）、試験に使用された繊維の化学的メッシュ性質および機械的特性は、図３および２にそれぞれ示されている。

試験片を形成するために使用されるコンクリートの混合物設計は、全ての試験片に関して同じであり、図４の表に示される混合物から構成される。

図５に関して、コンクリート試験片は、補強構造体１１によって補強されて、１２、１３、１４、１５の４つのポイントで曲げ試験にかけられ、荷重およびたわみは、中央線において測定された。

試験は、０．０１ミリメートル／分の試験速度でのコントロールされた変位および５０ｋＮ最大能力のロードセルによって実施された。

試験片には、１センチメートルの深度の切り込みで、アーチ腹面の中心線（１６で）で切り込みを入れた。

合成メッシュの各タイプについて、図５に示された補強された２５個の試験片が調製され、各試験片は、中心線で荷重およびたわみが測定されると共に４つのポイントで曲げ試験にかけられた。

試験結果は、図６から１２に示されている。
具体的に言えば、
ポリプロピレン繊維メッシュを用いて曲げに対して補強されたコンクリート試験片（図６）は、ポリプロピレン繊維が、最大荷重における増加を確実にする能力をほとんど有していず、その結果、効果的な構造補強材を形成することができないことを示した、
アラミド繊維メッシュ（図７）またはガラス繊維メッシュを用いて曲げに対して補強されたコンクリート試験片（図８）は、最大負荷においてわずかな増加を示したが、繊維は、マトリックスからの脱離することによって、曲線の下降分岐によって示されるように急速にその有効性を失う、
炭素繊維メッシュ（図９）または混合された炭素およびアラミド繊維メッシュ（図１０）または混合された炭素およびポリエステル繊維メッシュ（図１１）を用いて曲げに対して補強されたコンクリート試験片は、以前に試験された補強材に比較して最も効果的であることを証明した。この点において、荷重／変位曲線のパターンは、最大荷重における増加および危機タイプの延性のある挙動を示している（曲線の第２の分岐の穏やかな下降）。
ザイロン繊維メッシュを用いて曲げ対して補強されたコンクリート試験片（図１２）は、炭素補強材のそれの２倍の値まで増加する荷重を示し（図において示されるように）、対応する曲線によって境界を示される領域によって推論され得るように、補強延性をかなり増加させる。

また、本発明は、建築構造体を補強する方法に関する。

前記方法は、補強されるべき建築構造体の上に前記のタイプの被覆セメントモルタル層を形成すること、および前記セメントモルタル層中にポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維（ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０）から形成されている補強構造体を埋め込むことからなる。

補強構造体は、好適にはメッシュ構造体である。

本発明の建築部材および建築構造体を補強する方法は、ダメージを受けた構造体に優れた機械的特性を有する補強材が形成されることを可能にするので、特に利点があり、他方で、同時に構造体と外部との間の温湿度移行を可能にし、例えば火または浸食性環境の存在などの過激な条件下でも耐久性を確実にすることが実際に見出された。

このやり方で着想された建築部材および建築構造体を補強する方法は、全て発明の概念の範囲に入る多数の変更形態および変形形態を受け入れることができ、さらに技術的に均等な要素によって、全ての詳細を置換することができる。

実際に、使用される材料および寸法については、必要に応じて、および技術状況に応じて任意に選択することができる。

ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維（ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０、「ザイロン（ｚｙｌｏｎ）」の名前で市場において売買されている。）の機械的特性を示す表である。 ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維（ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０、「ザイロン」の名前で市場において売買されている。）の機械的特性を他の合成繊維と比較する表である。 曲げ試験を実行する際に使用された合成メッシュの物理的性質を示している表である。 曲げ試験において使用される試験片を作るために使われたコンクリート混合物を示している表である。 曲げに対してコンクリート試験片を補強し、変形に対してこれらを補強するためのスキームを示す図である。 は、ポリプロピレン繊維メッシュ補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 アラミド繊維メッシュ補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 ガラス繊維メッシュ補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 炭素繊維メッシュ補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 炭素繊維／アラミド繊維メッシュ補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 炭素繊維／ポリエステル繊維メッシュ補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維（ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０、「ザイロン」の名前で市場において売買されている。）のメッシュから形成された補強材を有する試験片についての荷重−たわみダイアグラムを示しているグラフである。 本発明の建築部材の図式的な断面図である。

Claims (15)

1. セメントモルタル層によって被覆された中心構造体を含み、
   セメントモルタル層は、５％と９５％との間のセメントと、１０％と７０％との間の７００ミクロン未満の粒子サイズを有する微細な不活性鉱物充填剤と、０．１％と２５％との間の不飽和コポリマー樹脂を含む化学添加剤と、０．０５％と２．５％との間の流動化添加剤とおよび０．００５％と１％との間のセルロース類に属するチキソトロピー添加剤とを含み（全ての特定されたパーセントは、重量によるものであり、セメントモルタルの全重量に対するものである。）、
   補強構造体が、前記セメントモルタル層中に埋め込まれており、前記補強構造体は、ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維から形成されていることを特徴とする
   建築部材。
2. 前記不飽和コポリマー樹脂および／または前記流動化添加剤および／または前記チキソトロピー添加剤が、液体混合物としてまたは粉末形態にて、モルタル混合物に加えられることを特徴とする、請求項１に記載の建築部材。
3. 前記ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維が、ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の建築部材。
4. 前記補強構造体が、織物構造体であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の建築部材。
5. 前記補強構造体が、メッシュであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の建築部材。
6. 前記流動化添加剤が、ポリ縮合リグニン、ベータナフタレンまたはメラミン−ホルムアルデヒドスルホネートをベースとするポリマーおよび変性ポリアクリレート鎖をベースとするポリマーからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の建築部材。
7. 補強されるべき建築構造体の上に、５％と９５％との間のセメントと、１０％と７０％との間の７００ミクロン未満の粒子サイズを有する微細な不活性鉱物充填剤と、０．１％と２５％との間の不飽和コポリマー樹脂を含む化学添加剤と、０．０５％と２．５％との間の流動化添加剤とおよび０．００５％と１％との間のセルロース類に属するチキソトロピー添加剤とを含む（全ての特定されたパーセントは、重量によるものであり、セメントモルタルの全重量に対するものである。）被膜セメントモルタル層を形成すること、および
   前記セメントモルタル層中に補強構造体を埋め込むことからなり、
   前記補強構造体は、ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維から形成されていることを特徴とする、
   建築構造体の補強方法。
8. 前記不飽和コポリマー樹脂および／または前記流動化添加剤および／または前記チキソトロピー添加剤が、液体混合物としてまたは粉末形態にて、モルタル混合物に加えられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維が、ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０を有することを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記補強構造体が、織物構造体であることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記補強構造体が、メッシュであることを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記流動化添加剤が、ポリ縮合リグニン、ベータナフタレンまたはメラミン−ホルムアルデヒドスルホネートをベースとするポリマーおよび変性ポリアクリレート鎖をベースとするポリマーからなる群から選択されることを特徴とする、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. ５％と９５％との間のセメントと、１０％と７０％との間の７００ミクロン未満の粒子サイズを有する微細な不活性鉱物充填剤と、０．１％と２５％との間の不飽和コポリマー樹脂含む化学添加剤と、０．０５％と２．５％との間の流動化添加剤とおよび０．００５％と１％との間のセルロース類に属するチキソトロピー添加剤とを含む（全ての特定されたパーセントは、重量によるものであり、セメントモルタルの全重量に対するものである。）、
    セメントモルタルを用いて形成される構造体を補強するためのポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維の使用。
14. 前記不飽和コポリマー樹脂および／または前記流動化添加剤および／または前記チキソトロピー添加剤が、液体混合物としてまたは粉末形態にて、モルタル混合物に加えられることを特徴とする、請求項１３に記載の繊維の使用。
15. 前記ポリ［ベンズ（１，２−Ｄ：５，４−Ｄ’）ビスオキサゾール−２，６−ジイル−１，４−フェニレン］繊維が、ＣＡＳ Ｎｏ．６０８５７−８１−０を有することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の繊維の使用。

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