JPH02296953A - 複合構造材及び複合構造材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水和された水硬性無機微粉体で連続繊維を
固めた繊維強化型被覆材によって金属管を被覆し、圧力
をかけたときの歪度が小さくまた耐圧性、耐蝕性等に優
れた複合構造材及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、建築物の構造材としては、金属管単独またはその
内部にコンクリートを充填固化した構造材が使用されて
いる。

また、近年ではこれをさらに進めて、水和された水硬性
無機微粉体で連続炭素繊維を固めてなる繊維強化型被覆
材の枠体内にコンクリートを充填固化させ、大きな強度
を持たせた複合構造材が開発されており、これは特開昭
６３−２８９１３８号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、金属管単独の、またはこれとコンクリートとか
らなる構造材の場合は、金属管は一般に高い靭性を有す
るために材軸方向に大きな圧力がかかっても容易には破
壊されない特長を有するが、金属管の表面が外部に露出
すると腐食し易く、また耐火性能が劣るため外周部を耐
火材で被覆しなければならないという問題点があった。

一方、繊維強化型被覆材とコンクリートとからなる複合
構造材では、コンクリートに加圧される圧力をその外周
面に位置する繊維強化型被覆材が支持するためにその強
度は大きくなるが、連続繊維を水硬性無機微粉体で固め
た繊維強化型被覆材は靭性に乏しく、従って許容値以上
の圧力をかけた場合には脆性破壊されるために建築物の
安全性に問題があった。

また、かかる複合構造材は全て非金属で構成されるので
他の構造材との溶接による接合が困難であり、而して接
合強度も大きく保てないという問題点もあった。

そこで、この発明はこのような問題点を考慮してなされ
たものであって、この発明の目的は歪度が低く且つ脆性
破壊しない安全な複合構造材を構成することにあり、ま
た耐蝕性及び耐火性にも優れ且つ他の構造材との接合を
容易に行える複合構造材を構成することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、水和された水硬性無機微粉体で連続繊維を
固めてなる繊維強化型被覆材を金属管の外周面に被覆し
、断面が前記金属管と前記繊維強化型被覆材の二重層を
形成する複合構造材を構成して前記課題を解決している
。

また、この金属管の内部にはコンクリートを充填固化し
た複合構造材とすることもできる。

さらに、水和された水硬性無機微粉体と連続繊維とを混
練してなる未硬化の繊維強化型被覆材をテープ状または
シート状に加工し、これを金属管に巻回して被着した後
に硬化させる方法によってこれら複合構造材を製造する
こともできる。

〔作用〕

連続繊維を水硬性微粉体で固めてなる繊維強化型被覆材
を金属管の外周面に被着してなる複合構造材においては
、これを材軸方向に加圧すると、この金属管にはこの加
圧方向に垂直で且つ全屈管内側から外側方向へ向かう応
力が発生する。この応力は金属管の外周面に被着した繊
維強化型被覆材が受は取り、これを外周方向の引張力に
変換して支える。

また、かかる繊維強化型被覆材は金属管の外周面を覆い
、この外周面が直接外部の空気や水と接触することを防
止するために、この複合構造材は容易に腐食することは
なく、またこの繊維強化型被覆材は耐火性を有するため
に耐火性能にも優れた構造材となる。

なお、コンクリートを金属管内部に充填固化させさらに
その外周面に繊維強化型被覆材を被着した複合構造材で
は、コンクリートが荷重を支持するように使用する。そ
して、その際に発生するすべりせん断心力は金属管と繊
維強化型被覆材が共同して支える構造となる。

この際、所定の圧力までは繊維強化型被覆材がその応力
を支えるために、構造材の歪は小さく抑えられる。そし
て、所定の圧力において繊維強化型被覆材が脆性破壊さ
れても今度は金属管がこれに代わって圧力を支持するた
めに、構造材そのものは破壊されることはない。

すなわち、金属管と繊維強化型被覆材とが互いの性質を
補うために・構造材の歪度が小さく且つ脆性破壊されに
くいという特徴を兼ね備えるのみならず、両者がコンク
リートのすベリせん断心力に対して二重の支えとなるた
めにより高い荷重を支持することができる。

また、テープ状またはシート状とした繊維強化型被覆材
を金属管に巻きつけてこの複合構造材を製造する・方法
を取れば、被着作業に枠型を必要としないために、この
作業が加工を施す金属管の長さや太さ、または円柱であ
るか角柱であるか等の形状に制限されることはない。ま
た、テープやシートは均一な厚さを有するので繊維強化
型被覆材の層を均一な厚さで形成するのみならず、その
巻数を加減することにより層の厚さを調整する。

〔実施例〕

この発明に係る複合構造材の実施例を第１図乃至第９図
に基づいて以下に説明する。

第１図は、複合構造材ｌの斜視図を示す。

同図に示すように、金属管たる円筒形の鋼管２の内部に
はコンクリート３が充填固化されており、さらに鋼管２
の外周面には繊維強化型被覆材たるＣＦＲＣ層４が形成
されている。すなわち、かかる複合構造材１の断面はコ
ンクリ−１〜３の外周に金属管２と繊維強化型被覆材４
の二重の層が形成された構造となっている。

ＣＦＲＣは、水和された水硬性微粉体で連続炭素繊維を
固めた繊維補強セメントをいい、この水硬性微粉体には
ポルトランドセメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セ
メント、高炉セメント又はこれらと潜在水硬性を有する
超微粒子シリカとの混合材等を用い、また連続繊維とし
てＰＡＮ系の炭素繊維を用いている。そして、これら各
種配合物に水を添加して混練し、これを鋼管２の外周面
に凝結させて、ＣＦＲＣ層４を形成させる。

第２図は、この複合構造材の圧縮試験の説明図である。

同図（ａ）には試験に使用する試料へのサイズを示す。

すなわち、試料Ａの鋼管は内径ｄ−２６０＋ｎｍ。

長さ１＝６００ｍｍ、また厚さｔ２＝２ｍｍとして、鋼
管内部にはコンクリートを充填固化させている。

また鋼管２の外周面に被着されているＣＦＲＣ層４につ
いてはその厚さｔ＋＝９ｍｍとする。そして、かかる試
料Ａのコンクリート部分に支圧板１１を介して上下から
圧力ｆ、を加圧し、試料内部に発生する垂直応力σ２と
試料に生じる歪度εとの関係のデータを取る。

同図（ａ）、　（ｂ）に示すように、試料Ａのコンクリ
−１・３に上下から圧力ｆｃを加圧すると、円柱状のコ
ンクリート３の内部では加圧方向に垂直であって中心か
ら外側方向に、半径方向応力σ８が発生する。すなわち
、この半径方向応力σ８は、鋼管の半径方向外側に向か
う力であって、コンクリート３を外側方向に破砕するよ
うに働く。そして、コンクリート３の外周面に配設され
た鋼管２とＣＦＲＣ層４はこの半径方向応力σ８に抗し
てコンクリート３を押圧し、而してこれがタガとして働
いてその破砕を防く。その際、これら鋼管２及びＣＦＲ
Ｃ層４が受は取った半径方向応力σ８は円周方向に作用
する引張力ｐとなる。円筒形の鋼管２、ＣＦＲＣ層４は
その形状から大きな引張力ｐを与えても破砕されず、而
して複合構造材１は大きな圧縮力を支えることができる
。

この試料Ａの圧縮試験の結果を、コンクリート３と鋼管
２からなる試料Ｂとコンクリート３とＣＦＲＣ層４から
なる試料Ｃと比較して第３図に示す。なお、試料Ｂと試
料Ｃのコンクリート３のナイズ、及び鋼管２．ＣＦＲＣ
層４の厚さは試料Ａと同一とする。

同図かられかるように、試料Ａの応力−歪度特性は、試
料Ｂに比してＣＦＲＣ層４が鋼管２を補強して靭性を弱
めるためにグラフ上その傾斜は試料Ｂと比して大きくな
っており、同一応力力たりの歪度が小さい構造材となっ
ている。また、試料Ｃに比しては鋼管２がＣＦＲＣ層４
の脆性を補っており、試料Ｃがａ、　＝６００ｋｇｆ／
Ｇｆｌ付近で脆性破壊するのに対して、試料ＡではＣＦ
ＲＣ層が破壊された後も鋼管２が応力を支え続けるため
により耐圧性のある構造材となっていることがわかる。

すなわち、本願発明の複合構造材は、歪度が小さいのみ
ならず、靭性を有し耐圧性にも優れた構造材であること
がわかる。

またさらに、本願発明の構造材では鋼管２の外周面はＣ
ＦＲＣ層４に覆われて外部に露出せず、鋼管の発錆、腐
食が防止されるために耐蝕性に優れ、特に海洋構造物に
使用する際に有効である。

また、ＣＦＲＣは耐火被覆としての特徴を有するため、
これを被着した本実施例の複合構造材は耐火性に優れる
という特徴も有する。

本願発明の複合構造材と他の部材との接合方法を第４図
及び第５図に説明する。

第４図は、コンクリート板体との接合構造を示す。

複合構造材１の鋼管２の両端に複数の鉄筋５を複合構造
材ｌの半径方向に放射状に溶接し取付ける。そして、そ
の両端をそれぞれコンクリート板体１２．１３に埋設し
て固定することによって、両者を接合する。すなわち、
複合構造材１の鉄筋５がコンクリート床体１２に食い込
んでいるために、両者の接合強度を大きなものとするこ
とがきる。また、この複合構造材１は、かかるように容
易に且つ確実に鉄筋５を接合することができるために、
鉄筋コンクリート構造の建築物の構造材として適すると
いう特長を有する。

特に、海洋構造物に使用する場合は水密性を有するＣＦ
ＲＣを用い、同図に示すように鋼管２が露出する両端部
をコンクリート板体１２．１３に埋没させ、鋼管２が直
接海水に接触しないようにして使用する。

なお、この鉄筋は溶接により接合するのみならず鉄筋を
鋼管２内に挿通させコンクリート３を充填固化する方法
によって固定することもできる。

第５図は、鉄骨梁との接合構造を示す。

この複合構造材１の中途部には、ＣＦＲＣを被覆せず鋼
管２の外周面が外側に露出する部分を形成してその四方
にブラケット６を溶接しており、このブラケット６に鉄
骨梁１４を固定することによって複合構造材１と鉄骨梁
１４の接合を行う構造としている。従って、本願発明の
複合構造材では鉄骨梁を直接接合することができるため
に、幅広い使用態様を取ることができる。

ＣＦＲＣ層の形成方法の一例を第６図及び第７図に示す
。

第６図に示すように、ＣＦＲＣは未硬化（硬化途中）の
状態であって適度な粘性と鋭利な刃体によって切断可能
な柔らかさを持ち且つ均一な厚さを有するテープ７の状
態に加工されており、このテープ７を鋼管２の外周面に
順次隙間なく巻きつけていくことによって複合構造材１
の所定の部分にＣＦＲＣ層４を形成していく。そして、
このテープ７の巻きつけ作業が完了したら、これを静置
して凝結させ鋼管２へのＣＦＲＣの被着を完了する。

また、第７図に示すようにシート８の状態にして、これ
を鋼管２に数層に巻きつけることによってＣＦＲＣ層４
を形成することもできる。

かかるＣＦＲＣ層の形成方法を用いれば、テープやシー
トの長さを調節するだけで任意の太さや長さの鋼管に加
工を施すことができ、またこの未硬化のＣＦＲＣは柔軟
性に富むために円柱や角柱といった鋼管の形状に制限さ
れることはなく容易に加工を加えることができる。さら
に、このテープ及びシートは均一の厚さを有するために
ＣＦＲＣ層の厚さを均一に保つことができるのみならず
、その巻数を加減することにより容易にＣＦ　）’？　
ＣＭの厚さを調整することができる。

なお、以上は鋼管の内部にコンクリートを充填固化した
構造材について説明してきたが、第８図に示すように、
鋼管２の内部は空洞となっている複合構造材９としても
よい。

この場合、複合構造材９の材軸方向にかかる圧力は鋼管
２自身が支持することになる。

その際、鋼管はそれのみでは材軸方向に圧力を加えると
その加圧方向中央部に応力が集中して座屈するが、本願
考案の複合構造材では、たとえ鋼管２に圧力が加圧され
ても鋼管２の外周面に被着されるＣＦＲＣ層４が鋼管の
脹らみを支えるためにその座屈を防ぐことができる。

また、以上は円筒の鋼管について説明してきたが、かか
る構造の複合構造材は円柱状のものに限られるものでは
なく、第９図に示すように角筒の鋼管２を使用して角柱
状の複合構造材１０とするなど任意な形状とすることが
できるのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本願発明の複合構造材によっては
、繊維強化型被覆材と金属管が互いの欠点を補い、単位
荷重力たりの歪度が低く且つ脆性破壊しない安全な複合
構造材を構成することができるという効果を有する。

また、かかる構造材では金属管の外周面が外部に露出し
ないために耐蝕性に優れた構造材とすることができるの
みならず、この繊維強化型被覆材は耐火性を有するため
に耐火性にも優れた構造材ともなる。

さらに、他の構造材との接合を金属管部分の溶接によっ
て行うことができるために接合がきわめて容易で接合強
度を大きく保つことができるという効果も有する。

加えて、テープ状やシート状の繊維強化型被覆材を金属
管に巻きつける複合構造材の製造方法では、任意の形状
及びサイズの金属管に容易に加工を施すことができ、ま
た繊維強化型被覆材の層の厚さを均一に形成することが
できるのみならず、その巻数を加減することによりその
厚さを容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は複合構造材の斜視図、第２図（ａ）、　（ｂ）
は圧縮試験の説明図、第３図は圧縮試験の結果を示す応
力−歪特性図、第４図はコンクリート板体との接合構造
の説明図、第５図は鉄骨梁との接合構造の説明図、第６
図及び第７図はＣＦＲＣの被着方法の説明図、第８図は
鋼管の中にコンクリートが充填固化されていない複合構
造材の斜視図、第９図は鋼管が角筒である複合構造材の
斜視図である。 １．９．１０・・・複合構造材、２・・・鋼管、３・・
・コンクリート　４・・・ＣＦＲＣ層、５・・・鉄筋、
６・・・ブラケット　７・・・テープ状ＣＦＲＣ，８・
・・シート状ＦＲＣ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水和された水硬性無機微粉体で連続繊維を固めて
   なる繊維強化型被覆材を金属管の外周面に被覆し、断面
   が前記金属管と前記繊維強化型被覆材の二重層を形成す
   る複合構造材。
2. （２）前記金属管の内部にはコンクリートを充填固化し
   た請求項（１）に記載された複合構造材。
3. （３）水和された水硬性無機微粉体と連続繊維とを混練
   してなる未硬化の繊維強化型被覆材をテープ状またはシ
   ート状に加工し、これを金属管に巻回して被着した後に
   硬化させる複合構造材の製造方法。