JPH10245259A - コンクリート用補強材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ガラス繊維をコンクリート補強材
の芯繊維として使用した場合に起こるアルカリによる強
度低下の問題を解決し、芯繊維と鞘繊維との界面が剥離
するというガラス繊維特有の問題を解決し、コンクリー
トとの結合力に優れたコンクリート補強材の製造方法を
提案する。 【解決手段】 芯鞘構造のコンクリート補強材の芯繊維
として使用する熱硬化牲樹脂含浸ガラス繊維束の表面を
マルチフラメント糸で捲回して該ガラス繊維束の糸軸方
向垂直断面がほぼ円形となるように形状固定を行い、鞘
繊維には樹脂を含浸させたアルカリ耐久性繊維を用いて
該ガラス繊維束の表面を完全に被覆するように配列させ
て、熱処理により該熱硬化性樹脂を硬化せしめる方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート用補
強材の製造方法に関し、更に詳しくは、芯繊維にガラス
繊維を使用した芯鞘構造のコンクリート用補強材であっ
て、アルカリ耐久性に優れ、界面剥離のないコンクリー
ト用補強材の製造方法である。

【０００２】

【従来の技術】引張強度を強化する目的で従来から使用
されていた鉄筋や高強力鋼に替わって、ＦＲＰロッドが
開発され各用途によく使用されている。これらＦＲＰロ
ッドとしては、具体的には、アラミド繊維を使用したＡ
ＦＲＰ、炭素繊維を使用したＣＦＲＰ、ガラス繊維を使
用したＧＦＲＰ等が提案されており、それぞれ特徴を有
している。例えば、特公昭６３−５９９８１号公報に
は、芯部が芳香族ポリエーテルアミドからなり鞘部が熱
硬化性樹脂で形成される棒状体からなるコンクリート用
筋材が開示され、さらに、実開昭４９−６２９１１号公
報、及び特開昭６３−２３６８４８号公報には、芯材に
ガラス繊維を使用し、外層繊維として炭素繊維を使用し
たコンクリート用補強材が開示されている。特公昭６３
−５９９８１号公報に開示されたアラミド１００％のコ
ンクリート補強材は、常温でのクリープ変形量が大きい
という欠点があり、また、実開昭４９−６２９１１号公
報、及び特開昭６３−２３６８４８号公報に開示された
コンクリート補強材では、外層繊維に使用される炭素繊
維がモジュラスが大きく伸度が低いため脆く加工しにく
いことに加えて電気火花に弱点があり、さらにガラス繊
維及び、炭素繊維はマトリックスとして使用する樹脂と
の相溶性が悪く取り扱いが困難であった。

【０００３】また、特公平７−１８２０６号公報には、
連続補強繊維束（芯繊維）に、芯繊維の回りを捲回する
繊維、さらに該捲回繊維の外層に二次補強繊維を配置
し、該二次補強繊維の回りに捲回する繊維を配置するこ
とにより繊維と熱硬化性樹脂との界面接着性が低い欠点
を改良した構造用ロッドが開示されている。しかしなが
ら、特公平７−１８２０６号公報では、芯繊維にガラス
繊維を使用するものをその範囲に含むものであるが、二
次補強繊維には芯繊維としてガラス繊維を使用した場合
のガラス繊維のアルカリ耐久性を改良する思想はないか
ら、二次繊維が芯繊維を被覆する思想はなく、ガラス繊
維を芯繊維に使用した場合の問題点を解決したものでは
ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガラス繊維
をコンクリート補強材の芯繊維として使用した場合に起
こるアルカリによる強度低下の問題を解決し、加えてガ
ラス繊維を芯繊維に使用した場合に起こる芯繊維と鞘繊
維との界面が剥離するというガラス繊維特有の問題を解
決しコンクリートとの結合力に優れたコンクリート補強
材の製造方法を提案するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、芯繊維として
ガラス繊維束を用い、該ガラス繊維束を被覆する鞘繊維
からなる芯鞘構造のコンクリート用補強材の製造方法で
あって、該ガラス繊維を熱硬化性樹脂浴に通して該熱硬
化性樹脂を含浸させた後糸軸方向に配列させて繊維束と
なし、該樹脂含浸ガラス繊維束の表面をマルチフラメン
ト糸で捲回して該ガラス繊維束の糸軸方向と垂直な断面
がほぼ円形となるように形状固定を行い、次いで鞘繊維
として熱硬化性樹脂を含浸させたアルカリ耐久性繊維を
用いて該ガラス繊維束の表面を完全に被覆するように該
ガラス繊維束の長手方向に配列させて供給し引抜き成型
を行った後、熱処理により該熱硬化性樹脂を硬化せしめ
ることを特徴とするコンクリート用補強材の製造方法に
ある。以下、本発明を詳細に説明する。

【０００６】図１は、本発明方法を説明するための概略
工程図であり、芯繊維及び鞘繊維は樹脂浴に通して樹脂
を含浸させる必要があるが、同浴で含浸させるもの、別
浴で含浸させるもののいずれであってもよい。図１に示
すように芯繊維に対しては樹脂絞りを行なった後にマル
チフィラメント糸を捲回させ、さらに樹脂を含浸させた
鞘繊維を配列被覆させる工程からなっている。

【０００７】本発明に芯繊維として使用するガラス繊維
は、市販のガラス繊維が使用でき、単繊維径が１０〜３
０μｍの範囲にある単繊維からなるマルチフィラメント
糸を使用するものが例示され、トータルデニール、フィ
ラメント数等についてはコンクリート補強材の用途によ
って適宜決めらる。該ガラス繊維は、樹脂浴に供給され
熱硬化性樹脂を含浸させるが、ガラス繊維の１本１本に
樹脂が浸透するように拡巾された状態で供給される。該
樹脂浴を通過した後、該ガラス繊維は余分の樹脂を取り
除き繊維束として集束される（樹脂絞り）。

【０００８】次いで該ガラス繊維束の表面に別途準備さ
れたマルチフィラメント糸を１〜１００ピッチ／１０ｃ
ｍの密度で捲回させて該繊維束の断面形状がほぼ円形に
なるように形状を固定化する必要がある。該捲回数が１
ピッチ／１０ｃｍ未満では、芯繊維のガラス繊維束の断
面を円形に保持することが困難であり、捲回数が１００
ピッチ／１０ｃｍを超えるものは、作業効率が低下する
のみならず芯繊維（ガラス繊維）と鞘繊維のなじみが悪
くなり好ましくない。さらに好ましい捲回密度の範囲
は、２〜８０ピッチ／１０ｃｍである。

【０００９】該マルチフィラメント糸は、繊維の種類と
しては特に限定されるものではなくガラス繊維、炭素繊
維、アラミド系繊維を用いてもよく、また、ポリエステ
ル繊維やポリアミド繊維を用いてもよいが、後述する鞘
繊維と同種の繊維である方が工程作業上は取り扱い性が
よい。また、該マルチフィラメント糸の繊度（トータル
デニール）は、２０〜５０００デニールの範囲にあるも
のを使用することが必要である。該マルチフィラメント
糸のデニールが２０デニール未満では、該ガラス繊維束
を硬く捲回して該ガラス繊維の円形断面の形状を保持す
ることが困難となり、また、５０００デニールを超える
と該ガラス繊維束の捲回繊維による表面の凹凸が大とな
り、さらに該マルチフィラメント糸には通常は樹脂が含
浸されていないのでマルチフィラメント糸の割合が増加
することは芯繊維（ガラス繊維）と鞘繊維のなじみが悪
くなり好ましくない。さらに好ましい繊度の範囲は、５
０〜３０００デニールである。また、該マルチフィラメ
ント糸を構成する単繊維はそのデニールが細いものが好
ましく０．５〜５デニールの範囲のものが好適に使用さ
れる。

【００１０】次いで表面にマルチフィラメント糸を捲回
させたガラス繊維束に樹脂を含浸させた鞘繊維を供給す
る。該鞘繊維は、該ガラス繊維束の表面が鞘繊維により
完全に被覆されるように配列させて供給することが重要
であり、このためには、該ガラス繊維束を通すガイド孔
の周りに鞘繊維が均等に分散する状態で供給必要があ
る。

【００１１】該鞘繊維は樹脂を含浸しているのでガラス
繊維の周りに均等に分散させることが乾燥状態の繊維を
分散させるよりははるかに難しく、また繊維束を引抜き
ながら余分な樹脂を除くことが必要であり、これら分散
・配列・引抜きを同時に行い、且つ、ガラス繊維表面を
完全に被覆するものが好ましい。鞘繊維をガラス繊維束
の表面に被覆させるには、図２に示すようなガイドに通
して分散・配列・引抜きを同時に行なうものが好適に例
示される。すなわち、ガイド孔４には該ガラス繊維を通
し、該ガイド孔４の周りに３個以上の鞘繊維用ガイド孔
５を設ける。図２に示すものは、本発明方法に使用する
ガイドの実施態様を説明する図であり、本発明はこれに
限定されるものではない。

【００１２】本発明に使用する鞘繊維は、アルカリ耐久
性の繊維である必要がある。アルカリ耐久性繊維とは、
炭素繊維、ビニロン繊維、アラミド系繊維等が有効に例
示されるが、炭素繊維は伸度が少なくコンクリートに負
荷された荷重により炭素繊維が先に破断するおそれがあ
り、アラミド系繊維を使用するものが最適に例示され
る。アラミド系繊維としては、公知のアラミド繊維が使
用出来るが、特にアルカリ耐久性に優れることから、芳
香族ポリエーテルアミド繊維、なかでもコポリパラフェ
ニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミ
ド繊維を使用するものが好ましい。なお、本発明に使用
する芯繊維と鞘繊維との使用割合は、該芯繊維の体積含
有率（芯鞘繊維に対する芯繊維の割合）が１０〜８０
％、好ましくは２０〜７０％の範囲となるものが好適に
提示される。該体積含有率が１０％未満では、ガラス繊
維の特長をコンクリート補強材に反映させることが出来
ず引張強度が不足し、また、該体積含有率が８０％を超
えると鞘繊維による被覆が困難になり本発明の目的を達
成することが出来ず好ましくない。

【００１３】さらに本発明に使用する熱硬化性樹脂とし
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（例えばエポキシアクリレート樹脂）、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂等が有効に使用される。こ
の熱硬化性樹脂の補強材に占める割合は、２０〜７０％
が好ましく、さらに好ましくは３０〜６０％の範囲であ
る。該熱硬化性樹脂の体積含有率が１０％未満では、芯
繊維と鞘繊維との接着性が不十分であり、また、７０％
を超えると繊維による補強効果が発揮されず本発明の目
的を達成することが出来ず好ましくない。

【００１４】なお、該鞘繊維の被覆の維持安定化のため
に、鞘繊維の周りを該鞘繊維と同種、又は、異種のアル
カリ耐久性繊維を用いて螺旋状に捲回させて強固な構造
としたものが例示される。

【００１５】

【発明の作用】本発明の方法によって得られるコンクリ
ート補強材は、図３に示すように芯繊維１の周りをマル
チフィラメント糸２が捲回し、さらに該マルチフィラメ
ント糸２の外側に鞘繊維３が該芯繊維１の糸軸方向に配
列し、該芯繊維を被覆している構造を有する。従ってコ
ンクリート補強材として使用されても、該ガラス繊維が
直接コンクリートに接触することはなく、ガラス繊維の
アルカリによる強度低下の問題を克服したものである。
図３は、本発明の方法によって得られるコンクリート補
強材を示す斜視図である。

【００１６】ガラス繊維は鞘繊維のみならず含浸樹脂と
のなじみが悪く、その対策として鞘繊維にも樹脂を含浸
させるため鞘繊維の側圧が大となり、その結果、鞘繊維
を用いて配列・被覆・引抜き成型を行なう際に、該ガラ
ス繊維束の断面形状が変形し円形とはなり難い。例え
ば、図２に示すガイドを使用した場合には、該ガラス繊
維束の断面形状はほぼ三角状をなし、このため鞘繊維に
よる完全な被覆を得るのが困難であるばかりか、コンク
リート補強材として使用した場合に補強材内部の応力分
散が不均一となり芯成分と鞘成分の界面での剥離（界面
剥離）の原因となる。該界面剥離はガラス繊維束がコン
クリートのアルカリ成分と接触する機会となるものであ
り疲労耐久性が低下する原因となるものである。本発明
方法では、この問題解決のために芯繊維１のガラス繊維
束はその糸軸と垂直な断面の形状がほぼ円形に形成され
ており、鞘繊維の被覆が均一に行われるだけでなく、こ
れにより荷重負荷時に補強材内部の応力が均等に分散し
界面剥離が発生し難く、その結果疲労耐久性が向上する
ことがわかった。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれにより何等限定されるもので
はない。なお、実施例中の［部］は重量部を示し、ま
た、実施例及び比較例で用いた物性値は以下の方法によ
り測定を行った。 （１）引張強度 試料（補強材）の引張試験は、変位制御型オートグラフ
（１０トン）を用い、試料長を４０ｃｍ、引張速度を５
ｍｍ／分で行い、ｎ数は１０〜２０として測定し、その
平均値で引張強度（初期）を求めた。 （２）耐久性引張強度 試料（補強材）を温度４０℃の環境下で１．０モル／Ｌ
の水酸化ナトリウム溶液に６０日間浸漬した後、前記の
方法で引張強度を測定し、初期引張強度の維持率で示し
た。

【００１８】（３）芯繊維／鞘繊維の剥離有無の判定 掴み間隔２０ｃｍの距離で両端を把持し固定した試料
（補強材）のほぼ中央部に１Ｋｇｆ／ｍｍ²の繰り返し
荷重（１００回）を負荷した後、該試料の軸方向垂直断
面を切断し、芯／鞘繊維の境界の剥離状態を判定する。

【００１９】［実施例１〜１２］芯繊維として、単繊維
直径が１３μｍのガラス繊維マルチフィラメント糸（日
東グラスファイバー製ＲＳＰ１１０ＰＡ−５３５）を２
７本合糸して、ガラス繊維束を得た。該ガラス繊維束を
以下の構成からなる樹脂浴に導き、樹脂含浸後に引抜き
成型法により補強材の芯材とした。 ・熱硬化性樹脂： 日本ユピカ製アクリレート樹脂ネオ
ポール８２５０（Ｈ）１００部 ・硬化促進剤： ３部 ・滑剤： １部 ・樹脂濃度： キシレン溶媒中 ３８％

【００２０】次いで、該ガラス繊維束芯材の表面に、下
記に示すアラミド繊維よりなるマルチフィラメント糸
（４００デニール／２６６デニール）を捲回させた後、
前記と同じ樹脂浴で樹脂含浸させた下記に示すアラミド
繊維（１５００デニール／１０００フィラメント）５４
本を鞘繊維として使用して、該ガラス繊維束の表面を完
全に被覆するように、ガラス繊維束を通すガイド孔の周
りに９ケの鞘繊維供給用ガイド孔を設けた二重ノズル
に、該ガラス繊維束と鞘繊維とを同時に供給してガラス
繊維束の長手方向に配列させた。 アラミド繊維： 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｛帝人株式会社
製 テクノーラ（登録商標）｝

【００２１】次いで前記３成分よりなる芯鞘構造の繊維
束を温度：１６０℃、時間：７．５分で熱処理して含浸
した熱硬化性樹脂を硬化せしめて線径６ｍｍの補強材を
得た（実施例１）。同様に該補強材において、芯繊維と
してのガラス繊維、鞘繊維としてのアラミド繊維及び熱
硬化性樹脂の体積含有率（全補強材に対する体積含有
率）、芯繊維に捲回するアラミド繊維の繊度と捲回密度
とを表１記載のように変化させて得られた補強材（実施
例２〜１２）の性能を表１に併せて示す。

【００２２】［比較例１〜４］実施例１において、捲回
繊維の捲回密度を０．５ピッチ／１０ｃｍとした以外は
実施例１と同様にして作成したもの（比較例１）、該捲
回密度を１０５ピッチ／１０ｃｍとした以外は実施例１
と同様にして作成したもの（比較例２）、さらに実施例
１において、捲回繊維の繊度を１５デニールとし、捲回
密度を１２ピッチ／１０ｃｍとした以外は実施例１と同
様に作成したもの（比較例３）、該捲回繊維の繊度を５
１００デニールとし、捲回密度を１２ピッチ／１０ｃｍ
とした以外は実施例１と同様に作成したもの（比較例
４）の補強材の性能を表１に併せて示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１において、芯繊維束の断面の真円性の
判定として、◎印はほとんど真円であるものを示し、○
印はほぼ真円であるものを示し、×印は真円でないもの
をそれぞれ示す。

【００２５】［比較例５］実施例１において、補強材の
繊維束として、ガラス繊維のみを使用し実施例１の樹脂
浴にて含浸させ、繊維束の体積含有率を５５％とする以
外は同様に引抜き成型、熱処理を行い線径６ｍｍのガラ
ス繊維補強材を得た。この補強材を実施例１と同様の評
価を行なった結果は以下の通りである。 初期引張強度 １６９Ｋｇｆ／ｍｍ² 耐久性引張強度 ５０％

【００２６】実施例１〜１２では、芯繊維束の断面が円
形になり、鞘繊維による被覆も完全に行われ引張強度の
耐久性がある補強材が得られたが、比較例１，３では被
覆性が十分でなく引張強度の耐久性が悪く、比較例２，
４では初期の引張強度が十分でなく芯繊維のガラス繊維
束と鞘繊維の接着牲が不良であり引張強度の耐久性もな
かった。比較例５は、初期の引張強度は高いものが得ら
れるが引張強度の耐久性が不良であり、いずれも本発明
の目的を達成することは出来なかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明するための概略工程図であ
る。

【図２】本発明方法に使用するガイドの実施態様を説明
する図である。

【図３】本発明の方法によって得られるコンクリート補
強材を示す斜視図である。

【符号の説明】

１は芯繊維 ２は捲回繊維 ３は鞘繊維 ４はガラス繊維束を通すカイド孔 ５は鞘繊維用ガイド孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯繊維としてガラス繊維束を用い、該ガ
   ラス繊維束を被覆する鞘繊維からなる芯鞘構造のコンク
   リート用補強材の製造方法において、該ガラス繊維を熱
   硬化性樹脂浴に通して該熱硬化性樹脂を含浸させた後糸
   軸方向に配列させて繊維束となし、該樹脂含浸ガラス繊
   維束の表面に繊度２０〜５０００デニールのマルチフラ
   メント糸を捲回密度が１〜１００ピッチ／１０ｃｍの範
   囲で捲回させて該ガラス繊維束の糸軸方向と垂直な断面
   がほぼ円形となるように形状固定を行い、次いで鞘繊維
   として熱硬化性樹脂を含浸させたアルカリ耐久性繊維を
   用いて該ガラス繊維束の表面を完全に被覆するように該
   ガラス繊維束の長手方向に配列させて供給し引抜き成型
   を行った後、熱処理により該熱硬化性樹脂を硬化せしめ
   ることを特徴とするコンクリート用補強材の製造方法。
2. 【請求項２】 該ガラス繊維束を通すガイド孔の周りに
   ３以上の鞘繊維用ガイド孔を設けて該鞘繊維をほぼ均等
   に分散せしめて供給し引き抜きを行なう請求項１記載の
   コンクリート用補強材の製造方法。
3. 【請求項３】 アルカリ耐久性繊維がアラミド系繊維で
   ある請求項１、または請求項２記載のコンクリート用補
   強材の製造方法。