JP7801740B2 - Methods for reinforcing or repairing structures - Google Patents
Methods for reinforcing or repairing structuresInfo
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Description
本発明は、コンクリート構造物および／または木造建築物等の構造物の補強または補修方法に関する。 The present invention relates to a method for reinforcing or repairing structures such as concrete structures and/or wooden buildings.
従来、コンクリート構造物および／または木造構造物等の構造物を補強または補修する方法として、当該構造物に対して、ガラス繊維および／または炭素繊維等の補強用繊維を巻き付け、さらにこれら補強用繊維に熱可塑性樹脂を含浸させ、当該樹脂を固化することによる方法が用いられていた（特許文献１参照）。この方法によれば、例えば１ｃｍ幅当たり５００００デニール以上の繊度の高い布状に編織した補強用繊維を使用するとともに、当該繊維に樹脂を含浸させ、樹脂が硬化する前に構造物に巻き付けて補強の作業を行うことが開示されている。 Conventionally, a method for reinforcing or repairing structures such as concrete and/or wooden structures involves wrapping reinforcing fibers such as glass fiber and/or carbon fiber around the structure, impregnating the reinforcing fibers with a thermoplastic resin, and then solidifying the resin (see Patent Document 1). This method uses reinforcing fibers woven into a cloth with a high fineness, for example, of 50,000 denier or more per cm width, and the fibers are impregnated with resin, which is then wrapped around the structure to reinforce it before the resin hardens.
しかしながら、上記方法は補強用繊維を構造物に巻き付けて補強するものであるため、構造物の形状及び大きさ等に制限があり、例えば、橋梁および／または水路などの配管内部へは補強用繊維を巻き付けることができないため、これら構造物の補強は困難であるという問題があった。 However, because the above method involves wrapping reinforcing fibers around a structure to reinforce it, there are limitations on the shape and size of the structure. For example, reinforcing fibers cannot be wrapped around the inside of pipes such as bridges and/or waterways, making it difficult to reinforce these structures.
本発明は、構造物の形状および／または大きさ等に無関係に、コンクリート構造物および／または木造構造物等の構造物を補強または補修する新規な方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a novel method for reinforcing or repairing structures such as concrete structures and/or wooden structures, regardless of the shape and/or size of the structure.
上記目的を達成すべく、本発明は、構造物に補強用繊維シートを接着して前記構造物を補強または補修する方法であって、前記構造物に対して、前記補強用繊維シート及び熱可塑性エポキシ樹脂を重ねて接触させるステップと、前記構造物上において、前記補強用繊維シート及び前記熱可塑性エポキシ樹脂の周縁部の少なくとも一部を少なくとも封止シートによって包括するとともに、前記封止シートを封止するステップと、前記熱可塑性エポキシ樹脂を加熱処理して溶融させるとともに、前記封止シート及び前記構造物により画定される内部空間を真空排気するとともに、前記封止シートにより前記熱可塑性エポキシ樹脂を前記補強用繊維シートに対して押圧または前記補強用繊維シートを前記熱可塑性エポキシ樹脂に対して押圧させ、前記熱可塑性エポキシ樹脂を、前記補強用繊維シートを構成する繊維シートの間隙及び前記構造物の表面に存在する空隙または間隙に含浸させるステップと、前記熱可塑性エポキシ樹脂を冷却及び固化させるステップと、を含むことを特徴とする、構造物の補強または補修方法に関する。 To achieve the above-mentioned objectives, the present invention relates to a method for reinforcing or repairing a structure by adhering a reinforcing fiber sheet to the structure, comprising the steps of: overlapping and contacting the reinforcing fiber sheet and thermoplastic epoxy resin on the structure; enclosing at least a portion of the peripheral edges of the reinforcing fiber sheet and the thermoplastic epoxy resin on the structure with at least a sealing sheet and sealing the sealing sheet; heating the thermoplastic epoxy resin to melt it, evacuating the internal space defined by the sealing sheet and the structure, and pressing the thermoplastic epoxy resin against the reinforcing fiber sheet or pressing the reinforcing fiber sheet against the thermoplastic epoxy resin using the sealing sheet, thereby impregnating the thermoplastic epoxy resin into gaps in the fiber sheets constituting the reinforcing fiber sheet and into voids or gaps present on the surface of the structure; and cooling and solidifying the thermoplastic epoxy resin.
本発明によれば、補強用繊維シートを用い、これに対して熱可塑性エポキシ樹脂を接着剤として用い、当該熱可塑性エポキシ樹脂の加熱溶融後の冷却固化に基づく接着効果によって、補強用繊維シートを構造物に接着するようにしている。したがって、従来のような、補強用繊維を巻き付けることが困難な、例えば橋梁の裏面および／または配管内部などにも上記補強用繊維シートを貼り付け、接着することができる。この結果、構造物の形状および／または大きさ等に無関係に、コンクリート構造物および／または木造構造物等の構造物を補強または補修する新規な方法を提供することができる。「Ａおよび／またはＢ」という表現は「ＡおよびＢのうち少なくとも一方」を意味する。 According to the present invention, a reinforcing fiber sheet is used with a thermoplastic epoxy resin as an adhesive, and the reinforcing fiber sheet is bonded to a structure by the adhesive effect of the thermoplastic epoxy resin, which is heated to melt and then cooled and solidified. Therefore, the reinforcing fiber sheet can be attached and bonded to areas where it is difficult to wrap reinforcing fibers as in the past, such as the underside of a bridge and/or the inside of a pipe. As a result, a new method can be provided for reinforcing or repairing structures such as concrete structures and/or wooden structures, regardless of the shape and/or size of the structure. The expression "A and/or B" means "at least one of A and B."
また，熱可塑性エポキシ樹脂の加熱溶融時に被施工面から水蒸気等のガスが発生するが、本発明では、当該熱可塑性エポキシ樹脂の加熱溶融の際に、当該熱可塑性エポキシ樹脂及び補強用繊維シートを包括する封止シート内を真空排気するようにしている。したがって、上記ガスが熱可塑性エポキシ樹脂を介した補強用繊維シートの構造物への接着を妨げる障害物となることがない。なお、熱可塑性エポキシ樹脂及び補強用繊維シートを封止シートで包括しているので、湿潤下、さらには水中においても、構造物に対する補強または補修が可能である。 Furthermore, when thermoplastic epoxy resin is heated and melted, gases such as water vapor are generated from the application surface. However, in the present invention, the sealing sheet that encases the thermoplastic epoxy resin and the reinforcing fiber sheet is evacuated to a vacuum when the thermoplastic epoxy resin is heated and melted. Therefore, the gas does not become an obstacle that prevents the reinforcing fiber sheet from adhering to the structure via the thermoplastic epoxy resin. Furthermore, because the thermoplastic epoxy resin and the reinforcing fiber sheet are encased in the sealing sheet, structures can be reinforced or repaired even in wet conditions, and even underwater.
なお、上記真空排気により、封止シートが熱可塑性エポキシ樹脂を圧迫するので、当該熱可塑性エポキシ樹脂は補強用繊維シートの間隙内、さらには構造物の表面に存在する空隙または間隙に良好に入り込み、補強用繊維シートと構造物との間の接着剤としてより有効に機能するようになる。 In addition, the vacuum evacuation causes the sealing sheet to compress the thermoplastic epoxy resin, allowing the thermoplastic epoxy resin to easily penetrate into the gaps in the reinforcing fiber sheet and even into voids or gaps present on the surface of the structure, allowing it to function more effectively as an adhesive between the reinforcing fiber sheet and the structure.
以下、本発明の詳細及びその他の特徴について、実施の形態に基づいて説明する。図１は、本ステップを概略的に示す図である。 Details and other features of the present invention are described below based on an embodiment. Figure 1 is a diagram showing this step in outline.
図１は、本発明の構造物の補強または補修方法を示す概略構成図である。本発明では、最初に、構造物１１に対して補強用繊維シート１３を熱可塑性エポキシ樹脂１２を介して貼り付ける。構造物１１としては、コンクリート構造物および／または木造構造物等を挙げることができる。 Figure 1 is a schematic diagram showing the method of reinforcing or repairing a structure of the present invention. In the present invention, a reinforcing fiber sheet 13 is first attached to a structure 11 via a thermoplastic epoxy resin 12. Examples of the structure 11 include a concrete structure and/or a wooden structure.
また、本実施形態では、構造物１１と補強用繊維シート１３との間に熱可塑性エポキシ樹脂１２を配設するようにしているが、熱可塑性エポキシ樹脂１２と補強用繊維シート１３とが積層し、当該積層体が構造物１１に接触するようにして配設すれば、溶融した熱可塑性エポキシ樹脂１２は補強用繊維シート１３の間隙内さらには構造物の表面に存在する空隙または間隙に良好に入り込むようになる。例えば、構造物１１と熱可塑性エポキシ樹脂１２との間に補強用繊維シート１３を配設してもよい。 In addition, in this embodiment, the thermoplastic epoxy resin 12 is disposed between the structure 11 and the reinforcing fiber sheet 13. However, if the thermoplastic epoxy resin 12 and the reinforcing fiber sheet 13 are laminated and the laminate is disposed in contact with the structure 11, the molten thermoplastic epoxy resin 12 will efficiently penetrate into the gaps in the reinforcing fiber sheet 13 and into voids or gaps present on the surface of the structure. For example, the reinforcing fiber sheet 13 may be disposed between the structure 11 and the thermoplastic epoxy resin 12.
補強用繊維シート１３としては、炭素繊維シートおよび／またはガラス繊維シートなどの高強度繊維シートの他、アラミド繊維シートなどの比較的柔軟で伸縮性に富む繊維シートを用いることができる。前者の高強度繊維シートは主として強度が重視される、例えば橋梁裏面等への使用に適しており、後者の柔軟で伸縮性に富む繊維シートは、コンクリートブロック等の隅角部等のように、強度に加えて柔軟性が要求されるような箇所への使用に適している。 The reinforcing fiber sheet 13 can be a high-strength fiber sheet such as a carbon fiber sheet and/or a glass fiber sheet, or a relatively flexible and stretchable fiber sheet such as an aramid fiber sheet. The former, high-strength fiber sheet is primarily suitable for use where strength is important, such as the underside of a bridge, while the latter, flexible and stretchable fiber sheet, is suitable for use in places where flexibility is required in addition to strength, such as the corners of concrete blocks.
また、炭素繊維シート等は導電性を有するので、例えば、鉄道車両用のトンネル内部の補強などの場合には、鉄道車両のパンタグラフ等へ悪影響を及ぼすことが想定される。したがって、このような構造物への補強または補修に対しては、アラミド繊維シートおよび／またはガラス繊維シートが好ましい。なお、上記補強用繊維シートは、一般には補強用繊維を長尺布状に編織して形成する。 In addition, because carbon fiber sheets and the like are electrically conductive, they may adversely affect the train's pantographs, for example, when used to reinforce the interior of a railway tunnel. Therefore, aramid fiber sheets and/or glass fiber sheets are preferred for reinforcing or repairing such structures. The reinforcing fiber sheets are generally formed by weaving reinforcing fibers into a long cloth.
また、熱可塑性エポキシ樹脂１２は、構造物１１及び補強用繊維シート１３に対して接着性を呈するものである。 The thermoplastic epoxy resin 12 also exhibits adhesive properties to the structure 11 and the reinforcing fiber sheet 13.
この熱可塑性エポキシ樹脂１２は、エポキシ基を２つ有する（ａ）第１の２官能化合物と、フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する（ｂ）第２の２官能化合物と、を含む化合物を重付加反応により直鎖状に重合した重合型熱可塑性エポキシ樹脂である。 This thermoplastic epoxy resin 12 is a polymerizable thermoplastic epoxy resin obtained by linearly polymerizing a compound containing (a) a first bifunctional compound having two epoxy groups and (b) a second bifunctional compound having two functional groups selected from the group consisting of phenolic hydroxyl groups, amino groups, carboxyl groups, mercapto groups, isocyanate groups, and cyanate ester groups through a polyaddition reaction.
熱可塑性エポキシ樹脂１２は、以下に示すように特に水酸基を有し、当該水酸基が構造物１１及び補強用繊維シート１３と反応するので、これらに対する接着性を呈するようになると推察される。 The thermoplastic epoxy resin 12 contains hydroxyl groups, as shown below, which are thought to react with the structure 11 and the reinforcing fiber sheet 13, thereby exhibiting adhesive properties to these.
エポキシ基を２つ有する（ａ）第１の２官能化合物としては、例えば、カテコールジグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、ｔ－ブチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエーテル等のベンゼン環を１個有する一核体芳香族ジエポキシ化合物類、ジメチロールシクロヘキサンジグリシジルエーテル、３，４－エポキシシクロヘキセニルメチル－３，４－エポキシシクロヘキセニルカルボキシレート、リモネンジオキシド等の脂環式エポキシ化合物類、ビス（４－ヒドロキシフェニル）メタンジグリシジルエーテル、１，１－ビス（４－ヒドロキシフェニル）エタンジグリシジルエーテル、２，２－ビス（４－ヒドロキシフェニル）プロパンジグリシジルエーテル等のビスフェノール型エポキシ化合物及びこれらが部分縮合したオリゴマー混合物（ビスフェノール型エポキシ樹脂）、３，３’，５，５’－テトラメチルビス（４－ヒドロキシフェニル）メタンジグリシジルエーテル、３，３’，５，５’－テトラメチルビス（４－ヒドロキシフェニル）エーテルジグリシジルエーテル等が挙げられる。 (a) First bifunctional compounds having two epoxy groups include, for example, mononuclear aromatic diepoxy compounds having one benzene ring, such as catechol diglycidyl ether, resorcinol diglycidyl ether, t-butylhydroquinone diglycidyl ether, and phthalic acid diglycidyl ether; alicyclic epoxy compounds, such as dimethylolcyclohexane diglycidyl ether, 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3,4-epoxycyclohexenylcarboxylate, and limonene dioxide; bis(4-hydroxyphenyl) Examples include bisphenol-type epoxy compounds such as bisphenol-type epoxy resins (bisphenol epoxy resins) and bisphenol-type epoxy compounds such as bisphenol-type epoxy compounds, bisphenol-type epoxy compounds, and bisphenol-type epoxy compounds, including bisphenol-type epoxy compounds, bisphenol-type epoxy compounds, and bisphenol-type epoxy compounds, such as bisphenol-type epoxy compounds, bisphenol-type epoxy compounds, and bisphenol-type epoxy compounds, including bisphenol-type epoxy compounds, bisphenol-type epoxy compounds, and bisphenol-type epoxy compounds.
また、ヒドロキノンジグリシジルエーテル、メチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、２，５－ジ－ｔ－ブチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、ビフェニル型またはテトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂類、ビスフェノールフルオレン型またはビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂等の、単独では結晶性を示し、室温で固形であっても２００℃以下の温度で融解し液状となるエポキシ樹脂は使用することができる。 Also usable are epoxy resins that exhibit crystallinity when used alone and are solid at room temperature but melt to become liquid at temperatures below 200°C, such as hydroquinone diglycidyl ether, methylhydroquinone diglycidyl ether, 2,5-di-t-butylhydroquinone diglycidyl ether, biphenyl or tetramethylbiphenyl epoxy resins, bisphenolfluorene or biscresolfluorene epoxy resins.
フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する（ｂ）第２の２官能化合物としては、例えば、１分子中にフェノール性水酸基を２つ有する化合物が好ましい。 (b) The second bifunctional compound having two of at least one functional group selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group, and a cyanate ester group is preferably, for example, a compound having two phenolic hydroxyl groups in one molecule.
この種の化合物としては、例えば、カテコール、レゾルシン、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、ｔ－ブチルヒドロキノン、２，５－ジ－ｔ－ブチルヒドロキノン等のベンゼン環１個を有する一核体芳香族ジヒドロキシ化合物類、２，２－ビス（４－ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）、１，１－ビス（４－ヒドロキシフェニル）エタン（ビスフェノールＡＤ）、ビス（ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェノールＦ）、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾールフルオレン等のビスフェノール類、ジヒドロキシナフタレン等の縮合環を有する化合物、ジアリルレゾルシン、ジアリルビスフェノールＡ、トリアリルジヒドロキシビフェニル等のアリル基を導入した２官能フェノール化合物等が挙げられる。 Examples of this type of compound include mononuclear aromatic dihydroxy compounds having one benzene ring, such as catechol, resorcinol, hydroquinone, methylhydroquinone, t-butylhydroquinone, and 2,5-di-t-butylhydroquinone; bisphenols such as 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (bisphenol A), 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane (bisphenol AD), bis(hydroxyphenyl)methane (bisphenol F), bisphenolfluorene, and biscresolfluorene; compounds having condensed rings such as dihydroxynaphthalene; and bifunctional phenol compounds having an allyl group, such as diallylresorcinol, diallylbisphenol A, and triallyldihydroxybiphenyl.
上記化合物（ａ）と化合物（ｂ）とは、次に例示するように重付加反応により直鎖状に重合することができる。直鎖状に重合したことは、溶剤への可溶性、熱溶融性等で確かめることができる。なお、本発明の目的を阻害しないかぎり、一部に架橋構造が存在することを排除するものではない。 The above compounds (a) and (b) can be polymerized into a linear chain by a polyaddition reaction, as shown in the following example. Linear polymerization can be confirmed by solubility in solvents, thermal melting properties, etc. Note that the presence of a partial crosslinked structure is not excluded, as long as it does not impede the objectives of the present invention.
上記重合反応に用いる重合触媒としては、リン系触 媒の他、１，２－アルキレンベンズイミダゾール（ＴＢＺ）、及び２－アリール－４，５ －ジフェニルイミダゾール（ＮＰＺ）が挙げられる。これらは、１種または２種以上を組 み合わせて用いられる。リン系触媒は、再流動性を向上させるので好適である。
The polymerization catalyst used in the above polymerization reaction includes phosphorus-based catalysts, 1,2-alkylenebenzimidazole (TBZ), and 2-aryl-4,5-diphenylimidazole (NPZ). These may be used alone or in combination of two or more. Phosphorus-based catalysts are preferred because they improve reflowability.
上記リン系触媒としては、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、トリ－ｏ－トリルホスフィン、トリ－ｍ－トリルホスフィン、トリ－ｐ－トリルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン－トリフェニルボラン錯体、トリ－ｍ－トリルホスフィン－トリフェニルボラン錯体等が挙げられる。これらの中では、トリ－ｏ－トリルホスフィン、トリ－ｍ－トリルホスフィン－トリフェニルボラン錯体が好ましい。 Examples of the phosphorus-based catalyst include dicyclohexylphenylphosphine, tri-o-tolylphosphine, tri-m-tolylphosphine, tri-p-tolylphosphine, cyclohexyldiphenylphosphine, triphenylphosphine, triphenylphosphine-triphenylborane complex, and tri-m-tolylphosphine-triphenylborane complex. Of these, tri-o-tolylphosphine and tri-m-tolylphosphine-triphenylborane complex are preferred.
重合触媒の使用量は、通常は、上記化合物（ａ）１００質量部に対して、０．１～１０質量部、更には０．４～６質量部、特には１～５質量部であるのが、短時間重合性と可使時間とのバランスが優れている点から好ましい。 The amount of polymerization catalyst used is usually 0.1 to 10 parts by mass, preferably 0.4 to 6 parts by mass, and especially 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the compound (a), which is preferred because it provides an excellent balance between rapid polymerization properties and usable time.
また、熱可塑性エポキシ樹脂１２の分子量はフェノール類および／またはＮＭＰ等の溶剤によって調整する。分子量調整により２５０℃での粘度を１０Ｐａ・ｓ以下とすることができる。したがって、２５０℃以下の温度で熱可塑性エポキシ樹脂１２を加熱溶融することができ、構造物１１がコンクリートの場合でも、当該コンクリートの劣化を抑制して補強、補修を行うことができる。したがって、例えば、温度５℃以下の湿潤環境でも、熱可塑性エポキシ樹脂１２の粘度を５０Ｐａ・ｓ以下とすることができ、寒冷地においても容易に加熱溶融して、構造物１１の補強、補修を行うことができる。 The molecular weight of the thermoplastic epoxy resin 12 is also adjusted using solvents such as phenols and/or NMP. By adjusting the molecular weight, the viscosity at 250°C can be reduced to 10 Pa·s or less. Therefore, the thermoplastic epoxy resin 12 can be heated and melted at temperatures of 250°C or less, and even if the structure 11 is concrete, it can be reinforced and repaired while suppressing deterioration of the concrete. Therefore, for example, even in a humid environment with a temperature of 5°C or less, the viscosity of the thermoplastic epoxy resin 12 can be reduced to 50 Pa·s or less, and it can be easily heated and melted to reinforce and repair the structure 11 even in cold regions.
さらに、上記化合物（ａ）の分子量を調整することにより、２００℃での粘度を１００Ｐａ・ｓ以下とすることができる。したがって、２００℃以下の温度で熱可塑性エポキシ樹脂１２を加熱溶融することができ、構造物１１が木材の場合でも、当該木材の劣化、焼き付きを抑制して補強、補修を行うことができる。したがって、例えば、温度５℃以下の湿潤環境でも、熱可塑性エポキシ樹脂１２の粘度を１００Ｐａ・ｓ以下とすることができ、寒冷地においても容易に加熱溶融して、構造物１１の補強、補修を行うことができる。 Furthermore, by adjusting the molecular weight of the compound (a), the viscosity at 200°C can be reduced to 100 Pa·s or less. Therefore, the thermoplastic epoxy resin 12 can be heated and melted at temperatures of 200°C or less, and even when the structure 11 is made of wood, it is possible to reinforce and repair the wood while suppressing deterioration and seizure. Therefore, for example, even in a humid environment with a temperature of 5°C or less, the viscosity of the thermoplastic epoxy resin 12 can be reduced to 100 Pa·s or less, and it can be easily heated and melted to reinforce and repair the structure 11 even in cold regions.
なお、現状、加熱溶融可能な温度の下限値は１５０℃である。 Currently, the lowest temperature at which it can be heated and melted is 150°C.
なお、上記粘度は、粘弾性測定装置にて周波数１Ｈｚなる条件で測定したものである。 The above viscosity was measured using a viscoelasticity measuring device at a frequency of 1 Hz.
熱可塑性エポキシ樹脂１２は、板状でもよいし、また、不織布のような繊維状でもよい。隅角部などの平面ではない被施工曲面に対しては、不織布のような繊維状の樹脂形態が好ましい。 The thermoplastic epoxy resin 12 may be in the form of a plate or a fiber such as nonwoven fabric. For curved surfaces that are not flat, such as corners, a fibrous resin form such as nonwoven fabric is preferred.
なお、上述のような形状の熱可塑性エポキシ樹脂１２は、プライマと樹脂原料とを混合し、粘度を上述のような範囲に設定したスラリーを形成した後、当該スラリーを塗布または延伸処理した後に塗布することにより形成することができる。 The thermoplastic epoxy resin 12 having the shape described above can be formed by mixing a primer and a resin raw material to form a slurry with a viscosity set within the range described above, and then coating or stretching the slurry and then coating it.
また、熱可塑性エポキシ樹脂１２を板状に形成する場合には、プラズマ溶射法、アーク溶射法、ＲＦプラズマ溶射法、電磁加速プラズマ溶射法、線爆溶射法、電熱爆破粉体溶射法、溶線式フレーム溶射、粉末式フレーム溶射、溶棒式フレーム溶射などのフレーム溶射、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）、レーザ溶射、レーザ・プラズマ複合溶射、コールドスプレー法等の溶射法を用いることもできる。 In addition, when forming the thermoplastic epoxy resin 12 into a plate, other spraying methods can be used, such as plasma spraying, arc spraying, RF plasma spraying, electromagnetic acceleration plasma spraying, wire explosion spraying, electrothermal explosion powder spraying, flame spraying such as wire flame spraying, powder flame spraying, and rod flame spraying, high velocity oxygen flame spraying (HVOF, HVAF), laser spraying, laser-plasma hybrid spraying, and cold spraying.
特に上記溶射法の中でも気泡の少ない高密度な熱可塑性エポキシ樹脂１２の層（膜）を簡易に形成し、溶融した熱可塑性エポキシ樹脂１２が補強用繊維シート１３の間隙内さらには構造物の表面に存在する空隙または間隙に良好に入り込むようにできるとの観点から、粉末式フレーム溶射法を用いることが好ましい。この方法を用いる場合は、熱可塑性エポキシ樹脂１２の原料粉末をフレーム式の溶射ガンに投入すればよい。 Among the above thermal spraying methods, powder flame spraying is particularly preferred because it allows for the easy formation of a high-density thermoplastic epoxy resin 12 layer (film) with few bubbles and allows the molten thermoplastic epoxy resin 12 to easily penetrate into the gaps in the reinforcing fiber sheet 13 and into voids or gaps present on the surface of the structure. When using this method, the raw powder of thermoplastic epoxy resin 12 is simply fed into a flame-type thermal spray gun.
粉末式フレーム溶射法を用いる場合の、熱可塑性エポキシ樹脂１２の樹脂原料の平均粒径は１０～７５０μｍの範囲であることが好ましい。また、溶射ガンの温度は１００～２０００℃の範囲であることが好ましい。さらに、溶射ガンからの吐出量は１～５０ｇ／分、吐出速度は１００～５０００ｍ／分程度であることが好ましい。また、溶射距離は１０～２０ｃｍであることが好ましい。これらの条件を満足することにより、上述した気泡の少ない高密度な熱可塑性エポキシ樹脂１２の層（膜）を簡易に形成できる。 When using powder flame spraying, the average particle size of the resin raw material for the thermoplastic epoxy resin 12 is preferably in the range of 10 to 750 μm. The temperature of the spray gun is preferably in the range of 100 to 2000°C. The discharge rate from the spray gun is preferably 1 to 50 g/min, and the discharge speed is preferably approximately 100 to 5000 m/min. The spraying distance is preferably 10 to 20 cm. By satisfying these conditions, it is possible to easily form the high-density thermoplastic epoxy resin 12 layer (film) with few bubbles described above.
なお、本発明において、熱可塑性エポキシ樹脂１２は、構造物１１と補強用繊維シート１３との間の全面に存在するように設ける必要はない。例えば、図２に示すように、本発明の補強用繊維シートをコンクリートブロック等の隅角部等に貼り付ける場合は、当該隅角部等に熱可塑性エポキシ樹脂１２を存在しないように、例えばコンクリートブロック上にドット状に配設して、補強用繊維シート１３が隅角部の形状に合致するように接触させることができる。 In the present invention, the thermoplastic epoxy resin 12 does not need to be provided so that it is present over the entire surface between the structure 11 and the reinforcing fiber sheet 13. For example, as shown in Figure 2, when the reinforcing fiber sheet of the present invention is attached to the corners of a concrete block or the like, the thermoplastic epoxy resin 12 can be arranged, for example, in a dot pattern on the concrete block so that it is not present in the corners, and the reinforcing fiber sheet 13 can be brought into contact with the corners so that it conforms to the shape of the corners.
熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状に配設するに際して、その形状は半球状、角錐状、円錐台形状等の任意の形状とすることができる。また、その底面の大きさ（直径あるいは長辺の長さ）は、例えば０．０１～１００ｍｍとすることができる。さらに、その配置密度は、１～１００個／ｃｍ２とすることができる。これによって、熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状に配設した場合でも十分な接着強度を保持することができる。 When the thermoplastic epoxy resin 12 is arranged in a dot pattern, the shape can be any shape, such as a hemisphere, a pyramid, or a truncated cone. The size of the base (diameter or length of the long side) can be, for example, 0.01 to 100 mm. Furthermore, the arrangement density can be 1 to 100 pieces/ cm2 . This allows sufficient adhesive strength to be maintained even when the thermoplastic epoxy resin 12 is arranged in a dot pattern.
同様に、図３に示すように、熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状に配設する代わりに、ストリップ状に配設することもできる。この場合も、補強用繊維シート１３が隅角部の形状に合致するように接触させることができる。 Similarly, as shown in Figure 3, instead of distributing the thermoplastic epoxy resin 12 in dots, it can also be arranged in strips. In this case, too, the reinforcing fiber sheet 13 can be brought into contact with the corner so as to conform to its shape.
熱可塑性エポキシ樹脂１２をストリップ状に配設するに際して、その断面形状は半球状、角錐状、円錐台形状等の任意の形状とすることができる。また、その底面の幅は、例えば０．０１～１００ｍｍとすることができる。さらに、その配置密度は、１～１００本／ｃｍ２とすることができる。これによって、熱可塑性エポキシ樹脂１２をストリップ状に配設した場合でも十分な接着強度を保持することができる。 When the thermoplastic epoxy resin 12 is arranged in a strip shape, its cross-sectional shape can be any shape, such as a hemisphere, a pyramid, or a truncated cone. The width of the bottom surface can be, for example, 0.01 to 100 mm. Furthermore, the arrangement density can be 1 to 100 pieces/ cm2 . This allows the thermoplastic epoxy resin 12 to maintain sufficient adhesive strength even when arranged in a strip shape.
同様に、本発明において、図４に示すように、補強用繊維シートを配管内部に貼り付ける場合も、補強用繊維シートの全面に熱可塑性エポキシ樹脂を設ける必要はなく、配管内部にドット状に配設して、補強用繊維シートが配管内部の形状に合致するように接触させることができる。 Similarly, in the present invention, when a reinforcing fiber sheet is attached to the inside of a pipe as shown in Figure 4, it is not necessary to apply thermoplastic epoxy resin to the entire surface of the reinforcing fiber sheet; it can be arranged in a dot pattern inside the pipe so that the reinforcing fiber sheet comes into contact with the shape of the inside of the pipe.
鉄系の材料から構成される管路においても、熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状に配設するに際して、その形状は半球状、角錐状、円錐台形状等の任意の形状とすることができる。また、その底面の大きさ（直径あるいは長辺の長さ）は、例えば０．０１～１００ｍｍとすることができる。さらに、その配置密度は、１～１００個／ｃｍ２とすることができる。これによって、熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状に配設した場合でも十分な接着強度を保持することができる。 Even in a pipeline made of an iron-based material, when the thermoplastic epoxy resin 12 is arranged in a dot pattern, the shape can be any shape, such as a hemisphere, a pyramid, or a truncated cone. The size of the base (diameter or length of the long side) can be, for example, 0.01 to 100 mm. Furthermore, the arrangement density can be 1 to 100 pieces/ cm2 . This allows sufficient adhesive strength to be maintained even when the thermoplastic epoxy resin 12 is arranged in a dot pattern.
また、ｙに示すように、熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状に配設する代わりに、ストリップ状に配設することもできる。この場合も、補強用繊維シート１３が配管の形状に合致するように接触させることができる。 Also, as shown in y, instead of distributing the thermoplastic epoxy resin 12 in dots, it can be arranged in strips. In this case, too, the reinforcing fiber sheet 13 can be brought into contact with the shape of the piping so as to conform to its shape.
熱可塑性エポキシ樹脂１２をストリップ状に配設するに際して、その断面形状は半球状、角錐状、円錐台形状等の任意の形状とすることができる。また、その底面の幅は、例えば０．０１～１００ｍｍとすることができる。さらに、その配置密度は、１～１００本／ｃｍ２とすることができる。これによって、熱可塑性エポキシ樹脂１２をストリップ状に配設した場合でも十分な接着強度を保持することができる。 When the thermoplastic epoxy resin 12 is arranged in a strip shape, its cross-sectional shape can be any shape, such as a hemisphere, a pyramid, or a truncated cone. The width of the bottom surface can be, for example, 0.01 to 100 mm. Furthermore, the arrangement density can be 1 to 100 pieces/ cm2 . This allows the thermoplastic epoxy resin 12 to maintain sufficient adhesive strength even when arranged in a strip shape.
但し、上記いずれの場合も、補強用シートの全面に熱可塑性エポキシ樹脂を設けることを排除するものではなく、コンクリートブロックおよび／または配管内に配設する補強用繊維シート１３上に配設することもできる。 However, in any of the above cases, it is not excluded to apply the thermoplastic epoxy resin to the entire surface of the reinforcing sheet, and it can also be applied to the concrete block and/or the reinforcing fiber sheet 13 placed inside the pipe.
また、熱可塑性エポキシ樹脂を構造物と補強用繊維シートとの間にドット状に配設等して、接着剤としての熱可塑性エポキシ樹脂の量を適宜調整するようにできる。 Thermoplastic epoxy resin can also be applied in dots between the structure and the reinforcing fiber sheet, allowing the amount of thermoplastic epoxy resin used as an adhesive to be adjusted as needed.
上記のように、熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状あるいはストリップ状に配設するには、構造物１１あるいは補強用繊維シート１３上に直接配設こともできるが、以下に説明する封止シート１５上、具体的には金属シート１４上に配設することもできる（図６参照）。この場合、封止シート１５で構造物１１上に配設された補強用繊維シート１３を包括する際に、当該補強用シート１３上に熱可塑性エポキシ樹脂１２をドット状あるいはストリップ状に配設することができる。 As described above, when disposing the thermoplastic epoxy resin 12 in dots or strips, it can be disposed directly on the structure 11 or the reinforcing fiber sheet 13, but it can also be disposed on the sealing sheet 15 described below, specifically on the metal sheet 14 (see Figure 6). In this case, when the sealing sheet 15 encases the reinforcing fiber sheet 13 disposed on the structure 11, the thermoplastic epoxy resin 12 can be disposed on the reinforcing sheet 13 in dots or strips.
次いで、図１に示すように、本発明では、例えばガラスシートからなる封止シート１５の内面に、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、銅などの金属からなる金属シート１４が配設されたシートで、構造物１１上に配設された熱可塑性エポキシ樹脂１２及び補強用繊維シート１３からなる構造体を包括し、さらに封止シート１５上に高周波電源１７に接続されたコイル１６を配設する。なお、上記包括に際しては、例えば、封止シート１５の端部を養生テープ１８で固定する。 Next, as shown in Figure 1, in the present invention, a metal sheet 14 made of a metal with excellent thermal conductivity, such as aluminum or copper, is arranged on the inner surface of a sealing sheet 15 made of, for example, a glass sheet, and this sheet encases the structure made of thermoplastic epoxy resin 12 and reinforcing fiber sheet 13 arranged on the structure 11. Furthermore, a coil 16 connected to a high-frequency power source 17 is arranged on the sealing sheet 15. When encasing the structure, the edges of the sealing sheet 15 are fixed with masking tape 18, for example.
次いで、高周波電源１７のスイッチをオンにし、コイル１６に電流を流し、当該電流に基づく電磁誘導によって封止シート１５下面の金属シート１４を加熱し、熱可塑性エポキシ樹脂１２を加熱溶解する。同時に、封止シート１５の端部に設けられた排気口１５Ａから封止シート１５内部を真空排気する。 Next, the high-frequency power supply 17 is switched on, current flows through the coil 16, and the metal sheet 14 on the underside of the sealing sheet 15 is heated by electromagnetic induction based on the current, thereby heating and melting the thermoplastic epoxy resin 12. At the same time, the inside of the sealing sheet 15 is evacuated through the exhaust port 15A provided at the end of the sealing sheet 15.
このとき、熱可塑性エポキシ樹脂１２の加熱溶融時に、構造物１１の被施工面から水蒸気等のガスが発生するが、本発明では、熱可塑性エポキシ樹脂１２の加熱溶融の際に、当該熱可塑性エポキシ樹脂１２及び補強用繊維シート１３を包括する金属シート１４、すなわち封止シート１５内を真空排気するようにしている。したがって、上記ガスが熱可塑性エポキシ樹脂１２を介した補強用繊維シート１３の構造物１１への接着を妨げる障害物となることがない。 When the thermoplastic epoxy resin 12 is heated and melted, gases such as water vapor are generated from the application surface of the structure 11. However, in the present invention, when the thermoplastic epoxy resin 12 is heated and melted, the metal sheet 14 that encases the thermoplastic epoxy resin 12 and the reinforcing fiber sheet 13, i.e., the sealing sheet 15, is evacuated to a vacuum. Therefore, the gases do not become an obstacle that prevents the adhesion of the reinforcing fiber sheet 13 to the structure 11 via the thermoplastic epoxy resin 12.
なお、熱可塑性エポキシ樹脂及び補強用繊維シートを金属シート１４、すなわち封止シート１５で包括しているので、湿潤下、さらには水中においても、構造物１１に対する補強または補修が可能である。 In addition, because the thermoplastic epoxy resin and reinforcing fiber sheet are enclosed in the metal sheet 14, i.e., the sealing sheet 15, the structure 11 can be reinforced or repaired even in wet conditions or even underwater.
なお、上記真空排気により、金属シート１４、しいては補強用繊維シート１３が熱可塑性エポキシ樹脂１２を圧迫するので、当該熱可塑性エポキシ樹脂１２は補強用繊維シート１３の間隙内さらには構造物１１の表面に存在する空隙または間隙に良好に入り込み、補強用繊維シート１３と構造物１１との間の接着剤としてより有効に機能するようになる。 In addition, the above-mentioned vacuum evacuation causes the metal sheet 14, and ultimately the reinforcing fiber sheet 13, to compress the thermoplastic epoxy resin 12, allowing the thermoplastic epoxy resin 12 to effectively penetrate into the gaps in the reinforcing fiber sheet 13 and into voids or gaps present on the surface of the structure 11, allowing it to function more effectively as an adhesive between the reinforcing fiber sheet 13 and the structure 11.
さらに、熱可塑性エポキシ樹脂１２を加熱溶融する方法として，ブロア（熱風）加熱および／またはヒーター内蔵ローラによる圧着法を用いずに、金属シート１４の電磁誘導加熱を用いているので、熱効率および／または温度制御性も良好で，湿潤下、さらには水中においても、構造物１１に対する補強または補修が可能である。 Furthermore, the thermoplastic epoxy resin 12 is heated and melted by electromagnetic induction heating of the metal sheet 14, rather than by blower (hot air) heating and/or pressure bonding using a heater-equipped roller. This results in excellent thermal efficiency and/or temperature controllability, making it possible to reinforce or repair the structure 11 even in wet conditions or even underwater.
以上説明したように、本発明によれば、補強用繊維シートを用い、これに対して熱可塑性エポキシ樹脂を接着剤として用い、当該熱可塑性エポキシ樹脂の接着効果によって、補強用繊維シートを構造物に接着するようにしている。したがって、従来のような、補強用繊維を巻き付けることが困難な、例えば橋梁の裏面および／または配管内部などにも上記補強用繊維シートを貼り付け、接着することができる。 As explained above, according to the present invention, a reinforcing fiber sheet is used with a thermoplastic epoxy resin as an adhesive, and the adhesive effect of the thermoplastic epoxy resin is used to adhere the reinforcing fiber sheet to a structure. Therefore, the reinforcing fiber sheet can be attached and adhered to areas where it is difficult to wrap reinforcing fibers as in the past, such as the backside of a bridge and/or the inside of a pipe.
（実施例）
構造物１１としてコンクリート片を用い、これに低粘度化した熱可塑性エポキシ樹脂１２（原料はナガセケムテックス社製）を介して、＃２００ｇ／ｍ２の炭素繊維シート１３（日鉄ケミカル＆マテリアル社製）を配設し、アルミ箔１４被覆ガラスクロス１５（アスカゼ２１）で熱可塑性エポキシ樹脂１２及び炭素繊維シート１３を包括した。
(Example)
A concrete piece was used as the structure 11, and a #200 g/ m2 carbon fiber sheet 13 (manufactured by Nippon Steel Chemical & Material Co., Ltd.) was placed on top of it via a low-viscosity thermoplastic epoxy resin 12 (the raw material is manufactured by Nagase ChemteX Corporation). The thermoplastic epoxy resin 12 and the carbon fiber sheet 13 were then wrapped in aluminum foil 14-coated glass cloth 15 (Asukaze 21).
次いで、高周波電源１７に接続されたコイル１６をガラスクロス１５上に配設し、熱可塑性エポキシ樹脂１２を２２０℃に加熱して溶融させ、炭素繊維シート１３の間隙内に含浸させ、熱可塑性エポキシ樹脂１２を接着剤として炭素繊維シート１３をコンクリート片１１に接着させた。なお、２２０℃における粘度は約１Ｐａ・Ｓであった。また、この粘度は粘弾性測定装置にて周波数１Ｈｚなる条件で測定した。 Next, a coil 16 connected to a high-frequency power source 17 was placed on the glass cloth 15, and the thermoplastic epoxy resin 12 was heated to 220°C to melt it and impregnate the gaps in the carbon fiber sheet 13, bonding the carbon fiber sheet 13 to the concrete piece 11 using the thermoplastic epoxy resin 12 as an adhesive. The viscosity at 220°C was approximately 1 Pa·S. This viscosity was also measured using a viscoelasticity measuring device at a frequency of 1 Hz.
以上のようにして熱可塑性エポキシ樹脂１２でコンクリート片１１と炭素繊維シート１３とを接着させた後、炭素繊維シート１３を剥離しようとしたところ、コンクリート片１１の表層部分が破壊してしまった。すなわち、炭素繊維シート１３は熱可塑性エポキシ樹脂１２によって構造物であるコンクリート片１１に強固に接着していることが判明した。 After bonding the concrete piece 11 and carbon fiber sheet 13 with the thermoplastic epoxy resin 12 in the manner described above, when an attempt was made to peel off the carbon fiber sheet 13, the surface layer of the concrete piece 11 was destroyed. In other words, it was determined that the carbon fiber sheet 13 was firmly bonded to the concrete piece 11, which is a structure, by the thermoplastic epoxy resin 12.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態および／またはその変形は、発明の範囲および／または要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and/or variations thereof are included within the scope and/or spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
１１ 構造物
１２ 熱可塑性エポキシ樹脂
１３ 補強用繊維シート
１４ 金属シート
１５ 封止シート
１６ コイル
１７ 高周波電源
１８ 養生テープ
REFERENCE SIGNS LIST 11 Structure 12 Thermoplastic epoxy resin 13 Reinforcing fiber sheet 14 Metal sheet 15 Sealing sheet 16 Coil 17 High frequency power source 18 Masking tape
Claims (9)
前記構造物に対して、前記補強用繊維シート及び熱可塑性エポキシ樹脂を重ねて接触させるステップと、
前記構造物上において、前記補強用繊維シート及び前記熱可塑性エポキシ樹脂の周縁部の少なくとも一部を少なくとも封止シートによって包括するとともに、前記封止シートを封止するステップと、
前記熱可塑性エポキシ樹脂を加熱処理して溶融させるとともに、前記封止シート及び前記構造物により画定される内部空間を真空排気するとともに、前記封止シートにより前記熱可塑性エポキシ樹脂を前記補強用繊維シートに対して押圧または前記補強用繊維シートを前記熱可塑性エポキシ樹脂に対して押圧させ、前記熱可塑性エポキシ樹脂を、前記補強用繊維シートを構成する繊維シートの間隙及び前記構造物の表面に存在する空隙または間隙に含浸させるステップと、
前記熱可塑性エポキシ樹脂を冷却及び固化させるステップと、
を含むことを特徴とする、構造物の補強または補修方法。 A method for reinforcing or repairing a structure by adhering a reinforcing fiber sheet to the structure, comprising:
placing the reinforcing fiber sheet and the thermoplastic epoxy resin in contact with the structure;
a step of covering at least a portion of the peripheral edge of the reinforcing fiber sheet and the thermoplastic epoxy resin with a sealing sheet on the structure and sealing the sealing sheet;
a step of heating the thermoplastic epoxy resin to melt it, evacuating the internal space defined by the sealing sheet and the structure, and pressing the thermoplastic epoxy resin against the reinforcing fiber sheet with the sealing sheet or pressing the reinforcing fiber sheet against the thermoplastic epoxy resin, thereby impregnating the thermoplastic epoxy resin into gaps between the fiber sheets constituting the reinforcing fiber sheet and into voids or gaps present on the surface of the structure;
allowing the thermoplastic epoxy resin to cool and solidify;
A method for reinforcing or repairing a structure, comprising:
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