説明

補強材及び補強構造

【課題】大地震や大衝撃の際にもエネルギー吸収性能を発揮し、また、仮に構造体が破壊されたとしても構造体の破壊片の崩落を防いで被害を抑え、さらに、耐火性を向上させて建築物や可燃物がある箇所にも適用可能にすることを目的とする。
【解決手段】柱10の柱頂部11の表面を被覆するように柱10に対して一体に設けられて柱頂部11を補強する補強材1であって、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層2が備えられ、樹脂補強層2に、不燃性または難燃性を有する液状、粉状、粒状或いは破砕片状の混入材4が混入されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、構造体を補強する補強材、及びその補強材を用いた補強構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、コンクリート造の構造体の耐震補強構造として、炭素繊維シートや鋼板からなる補強材を補強部位の表面に沿って配設すると共に接着剤やアンカーボルトなどの接合材を介して構造体と一体化させる構造が知られている。この耐震補強構造によれば、補強材の剛性によって耐震性能を向上させることができる。
【0003】
また、従来、コンクリート造の構造体の剥離防止構造として、例えば下記特許文献1に示すように、構造体の表面に樹脂製の補強層を形成する構造が提案されている。この構造では、構造体の表面にエポキシ樹脂等からなるプライマーが塗布され、そのプライマー層の上にポリウレア樹脂等からなる樹脂塗膜が塗布され、その樹脂塗膜層の上にアクリルウレタン樹脂等からなるトップコートが被膜されている。この剥離防止構造によれば、樹脂塗膜の強度などの物性によって構造体のコンクリート剥離を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−60197号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記した従来の耐震補強構造では、炭素繊維シートや鋼板の破断伸びが小さい(炭素繊維シート:約14%、鋼板:約21%)ので、大地震や大衝撃によって構造体が大変形すると、補強材やそれを構造体に接合する接合材が破断してエネルギー吸収性能を発揮することができないおそれがある。このため、上記した従来の耐震補強構造では、大地震や大衝撃に対応できないという問題がある。
また、仮に大地震や大衝撃によってコンクリート構造体が破壊されると、内部の鉄筋が破断していなくても破壊されたコンクリート片が崩れ落ちて被害が甚大となる。
また、上記した従来の剥離防止構造における補強層では、ポリウレア樹脂の耐火性が低いので、建築物や可燃物がある箇所への適用はできないという問題がある。
【0006】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、大地震や大衝撃の際にもエネルギー吸収性能を発揮することができ、また、仮に構造体が破壊されたとしても構造体の破壊片の崩落を防いで被害を抑えることができ、さらに、耐火性を向上させて建築物や可燃物がある箇所に適用することができる補強材及び補強構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る補強材は、構造体の補強部位の表面を被覆するように前記構造体に対して一体に設けられて前記補強部位を補強する補強材であって、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が備えられ、該樹脂補強層に、不燃性または難燃性を有する液状、粉状、粒状或いは破砕片状の混入材が混入されていることを特徴としている。
【0008】
また、本発明に係る補強構造は、構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する補強構造であって、前記補強材に、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が備えられ、該樹脂補強層に、不燃性または難燃性を有する液状、粉状、粒状或いは破砕片状の混入材が混入されていることを特徴としている。
【0009】
このような特徴により、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が、例えば10〜25MPa程度の高強度と例えば400%程度の大きな破断伸び(伸び変形性能)を有する。このため、構造体の変形が塑性域に達しても、上記樹脂補強層が構造体の大変形に追従して伸び変形するので、樹脂補強層によって構造体の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。
また、仮に、構造体の変形が塑性域に達して構造体が破壊されても上記樹脂補強層によって構造体が保持されるので、構造体の破壊片の一体性が確保され、構造体の破壊片の崩落が防止される。
さらに、不燃性または難燃性を有する液状、粉状、粒状或いは破砕片状の混入材が上記した樹脂補強層に混入されているため、当該樹脂補強層は難燃性を持ち、補強構造の耐火性能が向上する。
【0010】
また、本発明に係る補強構造は、前記補強部位内に定着するアンカー部が備えられ、該アンカー部は、前記補強部位の表面に形成された溝部及び孔部のうちの少なくとも一方に前記ポリウレア樹脂が充填されることで前記樹脂補強層と一体に形成されていることが好ましい。
これにより、アンカー部を介して補強材が構造体に固定されるので、補強材と構造体との一体性が向上し、補強材が補強部位の表面から剥がれにくくなる。
【0011】
また、本発明に係る補強構造は、構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する補強構造であって、前記補強材に、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が備えられると共に、前記補強材を被覆する耐火被覆が備えられていることが好ましい。
これにより、耐火被覆によって補強構造の耐火性能がさらに向上する。
【0012】
また、本発明に係る補強構造では、構造体は、壁状をなし、少なくとも壁の表裏面が補強材によって被覆されていることが好ましい。
これにより、構造体の壁状部分が補強材によって包み込まれた状態となるため、形状保持の効果が発揮され、壁状構造物の面内せん断、および面外せん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0013】
また、本発明に係る補強構造では、構造体は、少なくとも両側面と下面との3面が補強材によって被覆された梁であってもよい。
この場合、梁の3面(両側面と下面)が補強材によって包み込まれた状態となるため、形状保持の効果が発揮され、梁の曲げ、軸力およびせん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0014】
また、本発明に係る補強構造では、構造体は、周面が補強材によって被覆された柱であってもよい。
この場合、柱の周面が補強材によって包み込まれた状態となるため、形状保持の効果が発揮され、柱の曲げ、軸力およびせん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0015】
また、本発明に係る補強構造は、構造体の補強部位の表面に補強材を被覆することで、構造体に対して一体に設けて補強部位を補強する補強構造であって、補強材は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなる樹脂製の補強塗膜であることを特徴としている。
【0016】
このような特徴により、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなる補強塗膜が、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性(強度、伸び)に優れた合成樹脂であり、例えば10〜25MPa程度の高強度と例えば200%以上の大きな破断伸び(伸び変形性能)を有する。このため、構造体の変形が塑性域に達しても、補強塗膜が構造体の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜によって構造体の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。
【0017】
仮に、構造体がコンクリートである場合において、構造体の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜によって構造体の表面が被覆された状態が維持される。これにより、構造体のコンクリート片の散逸が防止され、また、構造体が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。そのため、コンクリート片が周囲に飛散するといった被害の増大を防止することができる。
しかも、補強塗膜は変形抵抗を有しているので、構造物の躯体に衝撃が加わって撓み変形したときに、補強塗膜の変形抵抗力によって躯体を元の形状に戻す力が働く。その結果、躯体は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。
【0018】
また、本発明に係る補強構造では、構造体は、壁状をなし、少なくとも壁の表裏面が補強塗膜によって被覆されていることが好ましい。
これにより、構造体の壁状部分が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果(ラッピング効果)により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。つまり、壁状構造物の面内せん断、および面外せん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0019】
また、本発明に係る補強構造では、構造体は、少なくとも両側面と下面との3面が補強塗膜によって被覆された梁であってもよい。
この場合、梁の3面(両側面と下面)が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果(ラッピング効果)により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。つまり、梁の曲げ、軸力およびせん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0020】
また、本発明に係る補強構造では、構造体は、周面が補強塗膜によって被覆された柱であってもよい。
この場合、柱の周面が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果(ラッピング効果)により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。つまり、柱の曲げ、軸力およびせん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る補強材及び補強構造によれば、構造体の大変形時においても樹脂補強層によるエネルギー吸収性能が発揮されるので、大地震や大衝撃にも対応することができる。
また、仮に、大地震や大衝撃によって構造体が破壊されても補強材によって構造体の破壊片の崩落が防止されるので、被害を小さく抑えることができる。さらに、補強構造の耐火性能が向上するので、建築物や可燃物がある箇所にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明するための補強構造の斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を説明するための補強材の断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を説明するための補強構造の断面図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態を説明するための補強構造の断面図である。
【図5】ポリウレア樹脂の力学的特性を示す図である。
【図6】実施例1による試験結果を示す図である。
【図7】実施例2による試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明に係る補強材及び補強構造の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【0024】
[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図1に示すように、柱10(構造体)を補強する補強材1及び補強構造について説明する。
【0025】
図1に示す柱10は、鉄筋コンクリート造の構造体である。この柱10のうち、地震時に曲げが作用する柱頂部11(補強部位)に補強材1が設けられている。詳しく説明すると、柱頂部11の表面(周面)を被覆するように補強材1を柱10に対して一体に設けて柱頂部11を補強する。
【0026】
補強材1は、柱頂部11の表面を全周に亘って被覆する帯体であり、図2に示すように、柱頂部11を補強する樹脂補強層2を備えている。この樹脂補強層2は、高強度であって変形性能に優れた合成樹脂からなる。樹脂補強層2を構成する合成樹脂としては、引張強度が8MPa以上であって破断伸びが150%以上の物性を有する樹脂からなる。具体的には、鉄筋の十分の一程度の強度(10〜25MPa)と400%程度の破断伸びを有するポリウレア樹脂からなる。ポリウレア樹脂としては、例えば「スワエールAR−100(登録商標:三井化学産資株式会社製)」が用いられる。
なお、樹脂補強層2の厚さ寸法Dは、2mm以上であることが好ましい。
【0027】
上記した樹脂補強層2には、不燃性を有する混入材4が混入されている。混入材4は、樹脂補強層2の耐火性能を向上させるために混入される部材であり、不燃材料からなる。
例えば、混入材4としてガラス片やガラス繊維、ガラスフリット等が樹脂補強層2に分散した状態で混合されている。なお、混入材4としては、ガラス以外の不燃材料を用いることができ、例えばコンクリート、煉瓦、瓦、石綿スレート、鉄鋼、アルミニウム、モルタル、漆喰等を用いることができる。また、難燃材として液状のトリス(β−クロロプロピル)ホスフェート(略称TCPP)をポリウレア樹脂に対して10%程度イソシアネートに添加混入し固化させることでもよい。
【0028】
また、ポリウレア樹脂に対する混入材4の混入量は、5%〜10%であることが好ましい。なお、混入材4の混入量は、混入材4の材質などによって適宜調整されるものである。
また、混入材4は、ポリウレア樹脂に分散して混合される粉状、粒状或いは破砕片状の物質であり、混入材4の大きさ(最大粒径)は、0.1mm〜2mmであることが好ましい。
【0029】
また、上記した樹脂補強層2には、柱頂部11のコンクリート内に定着するアンカー部5が一体に設けられている。このアンカー部5は、補強材1を柱頂部11の表面に固定するための固定部であり、上記した樹脂補強層2と一体に形成されている。詳しく説明すると、アンカー部5は、柱頂部11の表面に形成された溝部12にポリウレア樹脂が充填されることで形成された刃状のアンカー部であり、補強材1の縁部(上端部及び下端部)に沿って延設されており、柱10全周に亘って連続的或いは間欠的に形成されている。
【0030】
なお、アンカー部5の定着長さ寸法L(溝部12の深さ)は、補強材1を確実に保持できる程度にすることが望ましく、具体的には2〜3cmであることが好ましい。また、アンカー部5は、断面視において基端側(樹脂補強層2側)から先端側(柱頂部11の内方側)に向かって漸次縮幅された形状に形成されている。そして、アンカー部5の最大厚さ寸法W(溝部12の幅)は、アンカー部5が破断しない程度にすることが望ましく、具体的には0.5cm〜1cmであることが好ましい。
【0031】
また、上記した補強材1の表面には、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層2を火から保護するための耐火被覆3が被覆されている。この耐火被覆3は、不燃材、準不燃材、難燃材或いは耐火材からなる被膜体であり、例えば、補強材1の表面に発泡耐火シートや耐火パネル、ガラス繊維シートを接着によって貼着したり補強材1の表面に耐火塗料を塗布したりする。なお、この場合、ポリウレア樹脂に不燃性を有する混入材が混入されていなくてもよい。
【0032】
次に、上記した構成からなる補強構造の施工方法について説明する。
【0033】
まず、補強部位の柱頂部11の表面に溝部12を形成する。なお、柱10が既設構造物であれば、柱頂部11の表面にカッターを入れて削ることで溝部12が形成され、柱10が新設構造物であれば、柱10のコンクリート型枠に溝部12を形成する型を突設させておくことで溝部12が形成される。
【0034】
次に、柱頂部11の表面を十分に清掃して塵等を取り除いた後、プライマーを塗布し、その後、ポリウレア樹脂にガラスフリット等の不燃材料からなる混入材4を適量だけ混合し、その不燃材料入り樹脂を柱頂部11の表面に所定厚さだけ吹き付け或いは塗布する。これにより、柱頂部11の表面に耐火性が付与された樹脂補強層2が形成される。また、このとき、柱頂部11表面の溝部12に上記した不燃材料入り樹脂が充填される。これにより、柱頂部11のコンクリート内に定着するアンカー部5が樹脂補強層2と一体に形成される。
なお、プライマーの塗布は省略することも可能であり、或いは、樹脂補強層2と柱頂部11との付着性を高めるために柱頂部11の表面を斫って凸凹に加工してもよい。
【0035】
次に、樹脂補強層2の表面に耐火被覆3を被覆する。耐火被覆3は少なくとも樹脂補強層2全体を覆うように形成することが好ましく、樹脂補強層2からはみ出して柱10の表面にまで形成されていてもよい。
【0036】
上記した補強材1及び補強構造によれば、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層2が、例えば10〜25MPa程度の高強度と例えば400%程度の大きな破断伸び(伸び変形性能)を有する。このため、柱10の変形が塑性域に達しても、上記樹脂補強層2が柱10の大変形に追従して伸び変形するので、樹脂補強層2によって柱10の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、大地震や大衝撃にも対応することができる。
【0037】
また、仮に、柱10の変形が塑性域に達して柱10が破壊されても上記樹脂補強層2によって柱10が保持されるので、柱10の破壊片の一体性が確保され、破壊片の崩落が防止される。これにより、柱10の破壊によって柱構造としての機能は低下するが、被害を小さく抑えることができる。
【0038】
また、柱10の周面が補強材1によって被覆されて包み込まれた状態となるため、形状保持の効果が発揮され、柱10の曲げ、軸力およびせん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0039】
また、不燃性を有する混入材4が上記した樹脂補強層2に混入されているため、当該樹脂補強層2は難燃性を持ち、補強構造の耐火性能が向上する。これにより、建築物や可燃物がある箇所にも適用することができる。
【0040】
また、アンカー部5を介して補強材1が柱10に固定されるので、補強材1と柱10との一体性が向上し、補強材1が柱頂部11の表面から剥がれにくくなる。これにより、エネルギー吸収性能を確実に発揮させることができる。また、アンカー部5が、柱頂部11の表面に形成された溝部12に樹脂補強層2のポリウレア樹脂が充填されることで樹脂補強層2と一体に形成されているため、別途アンカー部材を埋め込んだり打ち込んだりする必要がなく、溝部12を形成するだけで部品数が増加しない。したがって、低コストで容易に補強材1を固定することができる。
【0041】
また、耐火被覆3によっても補強構造の耐火性能が向上するため、耐火性が特に求められる箇所にも適用することができる。
また、上記したポリウレア樹脂からなる樹脂補強層2は吹き付けや塗布によって形成されるので、容易に施工することができる。
さらに、混入材4としてリサイクルガラス片を用いることで、均質で良質な補強材1を安価に形成することができる。なお、ポリウレア樹脂に不燃性材料または難燃性材料を混入する方法については、液状の不燃性材料または難燃性材料であれば、構造体表面に吹付け等で塗布被覆する前の液状のポリウレア樹脂に直接添加する方法、粉状、粒状あるいは破砕片状であれば、ポリウレア樹脂を構造体表面に被覆する際に、略同時に別途の吹付け機でポリウレア樹脂表面に吹付ける方法等が考えられる。
【0042】
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図3に示すように、防液堤110(構造体)を補強する補強構造について説明する。
防液堤110は、沿岸に設置された貯油タンクから貯留液が漏出したときに貯留液の流出を防ぐための鉄筋コンクリート造の構造体であり、貯油タンクの外周を囲うように環状に形成されている。この防液堤110の概略構成としては、地中に埋設された耐圧盤113と、その耐圧盤113の上面に立設されて地表面から地上に立ち上げられた周壁部114と、を備えている。
【0043】
上記した構成の防液堤110では、津波(遡上津波)や大規模地震の際に、周壁部114のうちの地上部分の下端部111にひび割れや破断が発生すると想定される。したがって、本実施の形態では、その想定位置Xの部分にのみ補強材1を設ける。すなわち、周壁部114のうちの地上部分の下端部111の外周面及び内周面にそれぞれ補強材1を設置する。なお、ひび割れや破断の発生位置は計算によって想定することが可能である。
【0044】
上述したように補強材1で防液堤110を補強することにより、大規模地震や津波荷重によって防液堤110が破壊されても補強材1が破断しないので、補強材1によって防液堤110の形状及び機能が保持される。これにより、貯留液の流出を防ぐことができ、被害を抑えることができる。
【0045】
[第3の実施の形態]
次に、第3の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図4に示すように、側壁121を有する建物120(構造体)の補強部位(ここでは側壁121)の表面に樹脂製の補強塗膜6(補強材)を被覆することで、建物120の側壁121を補強する補強構造について説明する。
【0046】
建物120は、ビルなどの鉄筋コンクリート造の構造体であり、側壁121や床スラブ122を備えている。ここで、建物120は、例えば大規模地震後の余震によって繰り返し荷重を受けるものである。
そして、側壁121に被覆される補強塗膜6は、壁を形成する2面(内面121aおよび外面121b)のそれぞれに所定の塗布厚(例えば暑さ寸法で4mm)をもって被覆されている。
【0047】
上記した補強塗膜6は、側壁121の内面121aおよび外面121bに吹き付けやローラーなどで塗布される樹脂製の塗膜であって、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる。例えば、補強塗膜6としては、イソシアネートとアミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂を用いることができる。
【0048】
具体的に補強塗膜6は、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性(強度、伸び)に優れた合成樹脂からなる。例えば、ポリウレア樹脂の場合には、図5に示すような力学的特性を有している。ここで、補強塗膜6を構成する合成樹脂としては、例えば引張強度が鉄筋の十分の一程度の20MPa程度(10〜25MPa)であって、破断伸びが200%以上の物性を有する樹脂からなり、例えば「スワエールAR−100(登録商標:三井化学産資株式会社製)」が用いられる。なお、補強塗膜6の厚さ寸法Dは、2mm以上であることが好ましい。
【0049】
ここで、側壁121に補強塗膜6を被覆する施工方法としては、塗布するコンクリート表面を十分に清掃して塵等を取り除いた後、プライマーを塗布し、その後、ポリウレア樹脂を側壁121の表面に所定厚さだけ塗布する。これにより、側壁121の表面に補強塗膜6が形成される。なお、プライマーの塗布は省略することも可能であり、或いは、補強塗膜6と側壁121の躯体との付着性を高めるために躯体の表面を斫って凸凹に加工してもよい。
【0050】
上述した建物120では、側壁121の変形が塑性域に達しても、補強塗膜6が側壁121の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜6によって補強塗膜6の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。建物120がコンクリートであることから、側壁121の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜6は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜6によって側壁121の表面(内面121aおよび外面121b)が被覆された状態が維持される。これにより、側壁121のコンクリート片の散逸が防止され、また、側壁121(建物120)が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。そのため、コンクリート片が周囲に飛散するといった被害の増大を防止することができる。
しかも、補強塗膜6は変形抵抗を有しているので、側壁121の躯体に衝撃が加わって撓み変形したときに、補強塗膜6の変形抵抗力によって躯体を元の形状に戻す力が働く。その結果、躯体は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。
【0051】
また、側壁121の内面121aおよび外面121bが補強塗膜6によって被覆されて包み込まれた状態となり、その効果(ラッピング効果)により、上述した形状保持がより効果的に発揮される。つまり、側壁121の面内せん断、および面外せん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0052】
このように第3の実施の形態による補強塗膜6は、従来のような防水目的で使用することに限定されず、長期間、水と接触することのない補強部位に対して補強塗膜によって補強することを可能としたものであり、通常的には防水とは判断されない状況下での塗布補強することができる。
【0053】
次に、上述した第3の実施の形態による補強構造の効果を裏付けるために行った試験例(実施例1、2)について以下説明する。
【0054】
(実施例1)
実施例1では、矩形断面の鉄筋コンクリート製の梁材を試験体に使用し、その梁材の表面にポリウレア樹脂を塗布しない試験体4と、ポリウレア樹脂を塗布した試験体1、2、3とに対して載荷装置を使用した衝撃曲げ試験を行い、ポリウレア樹脂の塗布状況を変えた試験体1〜4の変形状態(亀裂や剥離)を確認した。
各試験体1〜4の梁材は、縦100mm×横120mmで長さ寸法が1200mmの6面を有する構造体であり、4週強度で25N/mmのコンクリートを使用している。さらに、試験体1〜3の内部にD13(芯被り35mm)、せん断補強筋D6を使用している。そして、載荷条件としては、試験体1〜4を長さ方向を水平方向に向けて配置し、試験体1〜4の長さ方向の中心部に対して30kNの荷重を準静的な0.0001m/sの速度で載荷を付与した。
【0055】
ここで、試験体1は梁材の6面に塗布厚4mmのポリウレア樹脂を塗布したものであり、試験体2は梁材の6面に塗布厚2mmのポリウレア樹脂を塗布したものであり、試験体3は梁材のうち長さ方向を水平方向に向けた状態で上面および下面の2面のみに塗布厚2mmのポリウレア樹脂を塗布したもの(4側面にポリウレア樹脂を塗布しない場合)であり、試験体4は鉄筋とポリウレア樹脂を施していないものである。
【0056】
図6は、上記試験体1〜4において、横軸を載荷点の変形量δ(mm)とし、縦軸を荷重P(kN)とした曲げ試験結果を示している。
図6に示すように、試験体1の場合には、変形量δが略40mmで破壊し、その破壊箇所においてコンクリート片が生じた。
上下2面にポリウレア樹脂2mmを塗布した試験体3の場合は、変形量δが略60mmで破壊しているが、ポリウレア樹脂を塗布しない試験体4の場合よりはじん性が高い、つまり拘束効果(ラッピング効果)を有し、一定の形状保持効果があることが確認された。
また、梁材の表面全周(6面)にポリウレア樹脂を塗布した試験体1、2においては、降伏後(図6の降伏点P1より右側)でも30kNの荷重が維持されていることが確認できることから、ラッピング効果が大きく、形状保持効果が高いことがわかる。
【0057】
(実施例2)
次に、実施例2では、上記実施例1における梁材の6面に塗布厚2mmでポリウレア樹脂を塗布し、衝撃曲げ試験で載荷速度を変えた試験を行い、変形状態(亀裂や剥離)を確認した。
第1試験T1は4m/s(高速)の載荷速度とし、第2試験T2は0.5〜1m/s(中速)の載荷速度とし、第3試験T3は0.1〜0.5m/s(低速)の載荷速度とし、第4試験T4は0.0001m/s(準静的速度)の載荷速度とした。
【0058】
図7は、上記第1試験T1〜第4試験T4において、横軸を載荷点の変形量δ(mm)とし、縦軸を荷重P(kN)とした曲げ試験結果を示している。
図7に示すように、各試験T1〜T4ともに降伏後でも準静的最大荷重が維持されていることがわかる。このことから、ポリウレア樹脂を梁材の6面全体にわたって塗布する場合には、載荷速度にかかわらず、準静的最大荷重が維持されることを確認することができる。このとき、梁材の試験体は大きく変形し、約5度程度の角度で屈曲していたが、コンクリート片が生じることもなく、梁材としての形状が保持されていた。このように、ポリウレア樹脂を塗布した梁材は、衝撃や持続的な加力に対して有効であり、コンクリート片の発生を防ぐことができることが確認できた。
【0059】
以上、本発明に係る補強材及び補強構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、混入材4としてガラス等の不燃材料を用いているが、本発明は、樹脂補強層に混入させる混入材として、例えば木毛セメント板や石膏ボード等の準不燃材料を用いることも可能であり、また、例えば難燃合板、難燃繊維板、難燃プラスチック板等の難燃材料を用いることも可能である。さらに、これら不燃材料、準不燃材料及び難燃材料を適宜組み合わせて用いることも可能である。
【0060】
また、上記した実施の形態では、加熱溶融したポリウレア樹脂にガラスフリット等の不燃材料からなる混入材4を適量だけ混合し、その不燃材料入り樹脂を補強部位の柱頂部11の表面に吹き付けたり塗布したりすることで樹脂補強層2が形成されているが、本発明は、他の方法で補強材を補強部位に設けることも可能である。例えば、ガラス片等の不燃材料を板状に敷き並べ、その上からポリウレア樹脂を吹き付けて板状の補強材を作製し、その補強材のポリウレア樹脂側を補強部位に貼り付けてもよい。また、モルタル内にガラス片等の不燃材料を混合させ、それとポリウレア樹脂を固化させて補強材を作製してもよい。
【0061】
また、上記した実施の形態では、補強材1を保持するアンカー部5が補強材1の端部(上端部および下端部)に沿って延設されているが、本発明は、補強材1の端部以外の部分にアンカー部5が延設されていてもよい。また、上記した実施の形態では、柱頂部11の表面に形成された溝部12にポリウレア樹脂が充填されることで刃状のアンカー部5が形成されているが、本発明は、柱頂部11の表面に孔部を形成し、その孔部にポリウレア樹脂が充填されることでピン状のアンカー部を形成してもよい。このピン状のアンカー部は、補強材1のうちの端部位置にのみ配設されていてもよく、或いは補強材1全体に均等に配設されていてもよい。さらに、本発明は、上記した刃状のアンカー部5及びピン状のアンカー部がそれぞれ設けられていてもよい。なお、上記したアンカー部5に代えて、あるいは上記したアンカー部5に加えて、コンクリートアンカーやボルト、鉄筋等のアンカー部材を補強部位の表面に埋め込んだり打ち込んだりしてもよい。また、本発明は、補強部位に対する補強材の接着性が高い場合や、接着剤を介して補強材を補強部位の表面に接着する場合などには、上記したアンカー部5やアンカー部材を省略することが可能である。
【0062】
また、上記した実施の形態では、補強材1の表面に耐火被覆3が被覆されているが、本発明は、ポリウレア樹脂に不燃性を有する混入材が混入されている場合には耐火被覆3を省略することも可能である。
また、上記した実施の形態では、補強材1が樹脂補強層2のみからなる単層構造になっているが、本発明は、樹脂補強層2の表面や裏面に他の層を積層させた複数構造にすることも可能である。
【0063】
また、上記した実施の形態では、柱10のうち、曲げが作用する柱頂部11を補強部位とし、その補強部位の表面に補強材1を設けているが、本発明は、補強材1を設ける範囲は適宜変更可能である。例えば、構造体の表面全体に補強材1を設けてもよく、或いは、せん断応力が作用する箇所にのみ補強材1を設けてもよい。
【0064】
また、上記した実施の形態では、柱10や防液堤110を補強する補強材1及び補強構造について説明しているが、本発明は、柱10や防液堤110以外の構造物に適用することも可能である。例えば、壁や梁、スラブなどの建築物の他の構造物を補強してもよく、或いは、受水槽や橋脚、橋桁、トンネルなどを補強してもよい。例えば構造体が梁の場合には、少なくとも梁の両側面と下面との3面が補強材によって被覆されていることが好ましく、これにより梁の3面(両側面と下面)が補強材によって包み込まれた状態となるため、形状保持の効果が発揮され、梁の曲げ、軸力およびせん断に抵抗する補強構造となり、ひび割れの進展を防止することができる。
【0065】
また、上述した第3の実施の形態の構造体として鉄筋コンクリート造の建物120としているが、これに限定されることはなく、例えば柱、梁、スラブ、屋根などの建築物の他の構造物を補強してもよく、或いは、床版、防液堤、ロックシェッド、スノーシェッド、橋梁高欄、桟橋などのコンクリート製の構造体や、石積み橋脚、石積み擁壁などの石積み構造、或いは橋梁の鋼桁(鋼構造、合成構造)、鋼製の橋脚、鋼製のタンク等の構造物などを補強してもよい。要は、構造体として液体や気体を除いた形状保持可能なものであればいかなる構造体であってもかまわない。例えば、多孔質体のスポンジ、木製、ゴムやジェリー状の構造物又は粉体であってもよい。
さらに、水中に設けられる既設の構造物の表面に対して補強塗膜を施すことも可能である。
【0066】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
ところで、本発明においてアンカー部5が備えられている場合には、ポリウレア樹脂に不燃性を有する混入材が混入されておらず、また、耐火被覆が備えられていなくても、耐火性を必要としないときは補強構造として有効である。
さらに、本発明に関連した参考例を簡単に記す。本発明では構造体表面にポリウレア樹脂を被覆するようにしたものであるが、構造体表面ではなく、構造体内部に配設するようにしてもよい。例えば、棒状のゴム体の外側面にポリウレア樹脂を被覆し、その被覆されたゴム体を構造体内部に補強材として埋設することでもよい。
【符号の説明】
【0067】
1 補強材
2 樹脂補強層
3 耐火被覆
4 混入材
5 アンカー部
6 補強塗膜(補強材)
10 柱(構造体)
11 柱頂部(補強部位)
12 溝部
110 防液堤(構造体)
111 下端部(補強部位)
120 建物(構造体)
121 側壁(補強部位)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造体の補強部位の表面を被覆するように前記構造体に対して一体に設けられて前記補強部位を補強する補強材であって、
ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が備えられ、
該樹脂補強層に、不燃性または難燃性を有する液状、粉状、粒状或いは破砕片状の混入材が混入されていることを特徴とする補強材。
【請求項2】
構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する補強構造であって、
前記補強材に、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が備えられ、
該樹脂補強層に、不燃性または難燃性を有する液状、粉状、粒状或いは破砕片状の混入材が混入されていることを特徴とする補強構造。
【請求項3】
請求項2に記載された補強構造において、
前記補強部位内に定着するアンカー部が備えられ、
該アンカー部は、前記補強部位の表面に形成された溝部及び孔部のうちの少なくとも一方に前記ポリウレア樹脂が充填されることで前記樹脂補強層と一体に形成されていることを特徴とする補強構造。
【請求項4】
構造体の補強部位の表面を被覆するように補強材を前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する補強構造であって、
前記補強材に、ポリウレア樹脂からなる樹脂補強層が備えられると共に、前記補強材を被覆する耐火被覆が備えられていることを特徴とする補強構造。
【請求項5】
前記構造体は、壁状をなし、少なくとも壁の表裏面が前記補強材によって被覆されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の補強構造。
【請求項6】
前記構造体は、少なくとも両側面と下面との3面が前記補強材によって被覆された梁であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の補強構造。
【請求項7】
前記構造体は、周面が前記補強材によって被覆された柱であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の補強構造。
【請求項8】
構造体の補強部位の表面に補強材を被覆することで、前記構造体に対して一体に設けて前記補強部位を補強する補強構造であって、
前記補強材は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤と、の化学反応により形成された化合物からなる樹脂製の補強塗膜であることを特徴とする補強構造。
【請求項9】
前記構造体は、壁状をなし、少なくとも壁の表裏面が前記補強塗膜によって被覆されていることを特徴とする請求項8に記載の補強構造。
【請求項10】
前記構造体は、少なくとも両側面と下面との3面が前記補強塗膜によって被覆された梁であることを特徴とする請求項8に記載の補強構造。
【請求項11】
前記構造体は、周面が前記補強塗膜によって被覆された柱であることを特徴とする請求項8に記載の補強構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−207519(P2012−207519A)
【公開日】平成24年10月25日(2012.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−26440(P2012−26440)
【出願日】平成24年2月9日(2012.2.9)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】(000175021)三井化学産資株式会社 (47)
【Fターム(参考)】