JP3546009B2 - 硬化する構造材料から成る製品を補強する構造部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は硬化することができる構造材料で形成される製品をこの構造材料の硬化後、補強する格子状の構造部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート、及びその他の石造物材料、又はセメント状用材から形成される構造体はその構造内に補強材を必要とすることが多い。これ等のコンクリート材料は引張り強さは低いが、良好な圧縮強さを有する。例えば、橋梁、建築物等に構造部材として、コンクリートを使用した時、補強材を使用して、必要な引張り強さを与えることが多い。プレキャスト自動車道路、コンクリートスラブ、歩道、管等のような新しい現存するコンクリート構造物においては、補強材は鋼製開放網、鋼ロッド、及び鋼製格子のような種々の鋼の形状を有する。鋼製格子はドローブリッジのデッキのような鉄筋コンクリート構造に使用されている。これ等の鋼製格子は閉じた多数の小室を有する構造であり、鋼製格子の各部にはコンクリートの長方形、又は方形の支柱を収容し、閉じ込めている。これ等の形式の格子構造は補強材料に使用するにはもともと非常に非効率的である。
【０００３】
補強材として使用される鋼、及びその他の金属は腐食を受け易い。腐食の生成物は鋼柱を膨張させ、コンクリートに「割れ」作用を生ぜしめ、コンクリート構造を解体させ、劣化させる。コンクリート構造のこの破壊と、破砕は湿度が高い区域や、氷や雪を溶かすため、道路、自動車道路、歩道に塩を使用することが多い区域で甚だしい。フロリダ海岸、又はフロリダキーのような区域の水路の上の橋は海洋の空気にさらされるため、橋を劣化させ、これ等の橋を一定期間で再建造することが必要になる程、橋の寿命を短くしている。中東地方のコンクリート構造は地方の酸性砂が入ったコンクリートを使用しており、鉄筋の腐食を引き起こす。
【０００４】
更に、腐食した金属補強部材に起因する割れの可能性のため、このような形態では通常、金属補強部材を最少2.5 cm（１インチ）、又はそれ以上のコンクリートで「覆う」ことが必要であり、このことは、鋼製補強部材をコンクリートの表面から少なくとも2.5 cm（１インチ) は離間させることを意味する。このため、鋼補強部材の太さ、及びこの鋼補強部材の両側の約2.5 cm（約１インチ) のコンクリートのため、パネルのようなコンクリート部材の設計厚さは約7.6 cm（約３インチ) のような或る最小厚さを必要とする。コンクリートの割れを防止するためのこの最小厚さのため、設計上の制約を生じ、パネルの単位面積当たり、比較的重量が増大する。
【０００５】
鉄筋コンクリートの昔からの鉄筋の代わりに、多くの形式のプラスチック補強材が試みられた。鉄筋に代わる一つの試みはエポキシ樹脂をコーティングした鋼ロッドを使用している。しかし、エポキシ樹脂により、鋼を完全にコーティングして覆うことは困難である。また、現場での手荒な取扱いに起因し、エポキシ樹脂でコーティングした鋼ロッドの表面は傷が付き、そのため鋼の一部に集中的な腐食が進行し、上に述べたものと同一の問題が発生する。
【０００６】
補強部材を金属で形成することが許されない病院のエックス線室の壁や床のような鉄筋コンクリート構造にガラス繊維複合ロッドが使用されている。この使用方法は鋼ロッドの使用に類似している。このガラス繊維複合ロッドは縦方向に分離した形状を有しており、それは人の労力によって、マトリックスの形態にされる。次に、このマトリックスの配置構造にコンクリートを注ぐ。
ガラス繊維複合ロッドは表面が変形する点で、鋼ロッドに類似する。鋼製歩道格子に類似するガラス繊維格子もコンクリート補強部材として使用されているが、密実な壁を形成しているその構造はマトリックス材料の自由な移動を許さない。これは「Ｚ」軸線の、即ち推力軸線の補強部材が密実な壁を形成しているからである。
【０００７】
補強コンクリート支持支柱、又は補強コンクリート構造を取り扱うに当たり、巻付け部材を支柱の周りに加えて、ガードルのように作用させ、コンクリートが膨張し、破砕するのを防止している。コンクリートは延性のある材料でないから、このような補強形式は単に柱の外部のためだけである。巻付け部材の一形式では液状の熱硬化性樹脂を含浸させた織物を柱の周りに巻き付けている。このように巻き付ける代表的な構造は柱の円周方向にガラス繊維を有し、柱の長さ方向にガラス繊維、及びケブラー繊維を有している。他の方法では炭素繊維の一方向（円周方向）含浸ストリップ、又はストランドを使用し、このストリップを劣化した柱の周りに張力を加えて巻き付けるように設計している。でき上がった複合体は外部の熱源を使用して、所定位置でキュア、即ち硬化させている。これ等の方法では、補強用巻付け部材に使用される材料はまだキュアしていない状態でコンクリート支柱に加えられる。但し、プレプレグ基材は半キュア状態、即ちＢ段階までキュアさせて採用することもできる。織物を使用する時は、炭素繊維、又はガラス繊維を使用すると、「キンク」を生ずることがある。これは織物の製造プロセスでは織編湿式貼合わせ、又は織編プレプレグにおいて、もともと「キンク」が導入されるからであり、このため完全に真っ直ぐでない繊維が柱の周りに巻き付けられる。
【０００８】
コンクリート構造、及びコンクリート支柱を補強する他の方法はコンクリート支柱の周りに鋼板を溶接し、これによりコンクリート壁に支持部を与えることである。このような鋼板も腐食を受け易く、支持されている支柱の劣化のため、ばらばらになってしまう。この方法は単に外側の補強であり、外観が悪く、好ましくない。
コンクリート配合物を補強する一方法では0.6 〜2.5 cm（ 1/4〜１インチ) の短い鋼、ナイロン、又はポリプロピレン繊維を使用している。ガラス繊維はポルトランドセメント中のアルカリの侵食に弱いため、Ｅガラス繊維は使用されていない。
【０００９】
アスファルト道路、コンクリート道路、その他の構造用の代表的な構造補強部材は、ここに援用する米国特許第5836715 号に示されている。その補強部材は相互にほぼ直角に配置された縦ストランドの組と、横ストランドの組とを有する格子状工作物から成る。これ等ストランドの交差点でストランドが相互にロックされるよう、この格子状工作物には、ほぼ全体に、樹脂を含浸させている。縦ストランドの組はグループに分けられ、各グループは複数個の隣接するストランドを有し、各グループの少なくとも１個のストランドは横ストランドの組の一側にあり、各グループの少なくとも１個の他のストランドは横ストランドの組の他の側にあって、横ストランドの他の側のグループの他のストランドと隣接して重なる関係にある。これ等ストランドはガラス（Ｅガラスが適切）、炭素、アラミド、又はナイロンから成る。しかし、上に述べたように、セメント状用材内にガラス繊維を使用することは困難である。これは、ポルトランドセメント内のアルカリの侵食に対し、ガラス繊維が弱いからである。更に、上述の米国特許によって開示されている他の繊維は例外的な強度と、コンクリート内のアルカリの侵食に対する例外的な抵抗性はあるが、炭素繊維は比較的コストが高いのが欠点である。
【００１０】
従って、種々の製品を補強するようにした改良された構造部材が待望される。例えば、腐食、又はアルカリの侵食を受けにくく、コンクリート構造の補強、又は材料性質の増強を成し遂げるコンクリート構造用構造補強部材への待望は続いている。このような構造補強部材は腐食、又はアルカリの侵食に対し抵抗性があるだけでなく、比較的安価であるのが好ましい。これ等の構造部材を使用して、製品を補強する方法も待望されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上に述べた先行技術の欠点を除去して、硬化する構造材料から成る製品を補強する構造部材を得るにある。
また特に、本発明の目的は比較的薄い壁のコンクリートパネルを含む種々の異なる製品を有効に補強し得る構造部材を得るにある。
更に本発明の目的は製品を補強する構造部材を利用する方法、及びその構造部材を有効に製造する方法を得るにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明構造部材は、
縦ストランドの少なくともいくつかを互いに離間して配置する縦ストランドの組と、横ストランドの少なくともいくつかを互いに離間させ、かつ前記硬化することができる構造材料が硬化前に通過できる開放構造を画成するよう前記縦ストランドの組に対してほぼ直角に配置した横ストランドの組とを具え、
前記縦ストランド及び横ストランドを織編せず、前記縦ストランドの組は、第１形式の繊維で形成した縦ストランドと、第２形式の繊維で形成した他のストランドとより成るものとし、前記第１形式の繊維は、前記硬化することができる構造材料の硬化後、この構造材料を補強するに十分な強度と、前記硬化することができる構造材料内における劣化に対して前記第２形式の繊維より一層高い抵抗性とを有するものとし、
前記横ストランドの組は、前記第２形式の繊維で形成した少なくともいくつかの横ストランドより成るものとし、
ランドより成るものとし、
前記第１形式の繊維で形成した縦ストランドを前記横ストランドの一側に配置し、第２形式の繊維で形成した他の縦ストランドを前記横ストランドの他の側に配置し、
前記第１形式の繊維は、第２形式の繊維が前記硬化することができる構造材料内で劣化した場合でも、前記硬化することができる構造材料を補強し続けることができるようにしたことを特徴とする。
本発明構造部材によれば、縦ストランドの組の第１形式の繊維はコンクリートのような硬化できる構造材料が硬化後、この構造材料を補強する十分な強さを有する。また、第１形式の繊維は硬化できる材料内で劣化することに対する抵抗が第２形式の繊維より一層高い。そのため、第２形式の繊維が硬化した材料内で腐食した後でも、第１形式の繊維は硬化した材料を補強し続ける。従って、安価な形式の繊維を第２形式の繊維として使用することができ、硬化できる材料内で、この安価な形式の繊維が腐食しても、硬化した構造製品の強度を損なうことがない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
また、特に、本発明は硬化することができる構造材料から形成された製品を、その構造材料の硬化後、補強する構造部材である。この硬化することができる材料は通常のコンクリート、アスファルト、又はポリマーコンクリートにすることができる。構造部材は補強格子の形状であり、縦ストランドの組を有し、少なくとも若干のストランドは離間している。縦ストランドは第１形式の繊維、及び第２形式の繊維の少なくとも一方の形式の繊維で形成される。上述したように、第１形式の繊維は硬化できる材料を、その硬化後、補強する十分な強さを有し、しかも、硬化できる材料内で劣化することに対する抵抗が第２形式の繊維より強い。本発明の一実施例によれば、第１形式の繊維は炭素繊維から成り、第２形式の繊維はガラス繊維から成る。炭素繊維は硬化できる材料を、その硬化後、補強する十分な強さを有する。その逆に、ガラス繊維は炭素繊維より非常に安価であるが、硬化できる材料内で腐食する。
【００１４】
また、格子も横ストランドの組を有し、そのストランドの少なくとも若干は離間しており、縦ストランドの組に対し、ほぼ直角に配置されており、硬化できる材料が硬化前に、通過できる開口構造を画成している。横ストランドも第１形式の繊維、及び第２形式の繊維のうちの少なくとも１個の形式の繊維で形成されており、格子状工作物は第１形式の繊維で一部形成されており、硬化した材料内で第２形式の繊維が腐食した後でも、この第１形式の繊維が硬化した材料を補強し続ける。
【００１５】
縦ストランドの組はグループに分割することができ、各グループは複数個の隣接するストランドを有し、各グループの少なくとも１個のストランドが横ストランドの組の一側にあり、各グループの少なくとも１個の他のストランドが横ストランドの組の他の側にある。特に、横ストランドの一側にある縦ストランドは第１形式の繊維から成り、横ストランドの他の側にある縦ストランドは第２形式の繊維から成る。
【００１６】
本発明の一実施例による格子は、ほぼ全体にわたり、熱硬化性Ｂ段階樹脂を含浸させ、ストランドの交差点において、ストランドを相互にロックすると共に、格子を半可撓性状態に維持し、これにより、補強すべき製品の形状に格子を適合させることができる。使用前に、熱硬化性樹脂を完全にキュアし、即ち硬化させ、ストランドの交差点でストランドを相互にロックし、格子を比較的剛強状態に維持してもよい。
【００１７】
この補強格子の一つの特別に有用な用途はコンクリートで造った薄い壁の製品に使用することである。この格子は薄い壁パネルを約 7.6cm（約３インチ）より薄くすることができる。関連する方法も本発明の一部を形成している。
【００１８】
このようにして、本発明はコンクリート、及びアスファルトのための強力で、比較的安価な補強部材を提供する。第１形式の炭素繊維は硬化できる材料をその硬化後に補強するのに必要な強度を有し、第２形式のガラス繊維は硬化できる材料内に埋設される前に、補強格子の構造を維持するのに役立つ。第１形式の繊維の耐久性と強度との故に、第２形式の繊維を安価なものにすることができると共に、これ等の繊維の腐食についての懸念を除去している。
【００１９】
【実施例】
添付図面を参照して、以下に本発明を詳細に説明する。本発明は次に記載する実施例に限定されることはなく、むしろ、この詳細な説明は当業者が本発明を実施し得る程度に詳述するものである。
【００２０】
図１には、製品を補強するための本発明を具体化する構造補強部材を示す。この構造補強部材はコンクリート、アスファルトのような硬化できる構造材料が硬化する前に、この硬化できる構造材料内に設置することによって、硬化できる構造材料により形成される製品を補強するのに使用することができる。この構造部材は格子状工作物１０から成り、更に、この格子状工作物１０は互いにほぼ直角に配置された縦ストランド１２の組と、横ストランド１４の組とから成る。これ等ストランドのおのおのは例えばガラス線維（Ｅガラスが特に適する）、炭素繊維、アラミド繊維、又はナイロン繊維から成る複数個の連続繊維から成る。
【００２１】
本発明の好適な実施例を示す図１、及び図６に明らかなように、格子、即ち格子状工作物のストランド１２、１４の若干を第１形式の繊維１１で形成し、他のストランドの若干を第２形式の繊維１６で形成するのが有利である。第１形式の繊維１１はコンクリートが硬化した後、コンクリート構造を補強するのに十分な引張弾性率と剛性とを有する。また第１形式の繊維１１はアルカリの侵食に抵抗性があり、経年によるコンクリートからの侵食に抵抗性がある。第１形式の繊維としての炭素繊維が特に有用であることがわかった。
【００２２】
本発明の好適な実施例によれば、第２形式の繊維１６はガラスで形成される。ガラス繊維は炭素繊維程強力でなく、アルカリの侵食、及びコンクリート材料からの腐食を受け易い。実際に、コンクリート構造内のガラス繊維は数年経過すると、解体し、繊維の初期の全ての強度が失われることがわかった。しかし、ガラス繊維は炭素繊維より著しく安価である。本発明においては両形式の繊維の利点を保有し、しかも、欠点を最少にする。特に、ガラス繊維１６はコンクリートによって包囲される前に、格子状工作物１０を取り扱っている間に、又はコンクリートの次の硬化工程中に、補強機能を発揮するだけである。ガラス繊維がコンクリートの侵食を受けなければ、ガラス繊維はコンクリートを補強するのに十分であるというのが実際である。しかし、たとえ、ガラス繊維が次に腐食し、その全ての強度を失ったとしても、炭素繊維１１はコンクリートを補強し続ける。一方、一部だけ炭素繊維で形成された補強格子状工作物１０を使用すれば全体を炭素繊維で形成された補強格子より著しく安価である。図１、及び図６においては、炭素繊維のストランドに斜線を施して示し、ガラス繊維のストランドは白抜きのまま示した。
【００２３】
第１形式、及び第２形式の繊維は必ずしも一方が炭素繊維で、他方がガラス繊維であるという訳でなく、上に述べたように、これ等の繊維が他の組成から成っていても良い。ガラス繊維の性能を最適なものにするため、コーティング（例えばシランのコーティング）することによって寸法を定めることができ、このようなコーティングはアルカリの侵食作用に対する抵抗を助け、以下に説明する熱硬化性樹脂に対して優れた相容性を与える。この格子の繊維には、代わりに、又は付加的に（ブタジエンスチレンゴムラテックスのような）ゴム等でコーティングし、ガラス繊維の腐食を最少にする。更に、本発明補強格子はコンクリート構造に使用することに限定されず、高濃度の塩化カルシウムを有する雨水に露出するような他の種類の腐食作用を繊維が受ける場合に相当するアスファルト道路のような他の製品に使用することができる。
【００２４】
図示の実施例においては、縦ストランド１２の組を複数個のグループ１３に分割し、各グループ１３は２個の隣接するストランドを有する。横ストランド１４の組を複数個のグループ１５に分割し、図２、図３、及び図６の図示の実施例では、各グループ１５は数個の隣接するストランドを有する。しかし、縦ストランドと同様、横ストランドも唯１個のストランドで各グループを構成することもできる。例えば、図１は個々の横ストランドを相互に分割し、即ち各横ストランドを唯１個のストランドで構成した実施例を示している。各組のストランドのグループは相互に分離されていて、開放構造を画成している。ここに、開放構造とは縦、横のストランドが画成する方形、又は長方形の空間のことで、ここを通じて、セメントのような物質を流し込むことができる。また、図示の実施例では、縦ストランド１３の各グループの１個のストランドは横ストランドの組の一側にあり、縦ストランド１３の各グループの他のストランドは横ストランドの他の側にあり、横ストランドの両側にある縦のストランドは接近して重ねた関係にある。従って、ストランドのこれ等の組は織編されていない。また、縦ストランドが結果として重なっていることによって、横方向のストランドの「締付け作用」又は「カプセル化作用」を達成し、交差点に機械的、及び化学科学的結合を生じている。
【００２５】
第１形式の繊維１１、及び第２形式の繊維１６は格子内で種々の配置にすることができる。例えば、図１に示すように、縦ストランド１２、又は縦ストランドのグループ１３を第１形式の繊維１１と、第２形式の繊維１６とに交互になるように配置することができる。図示しないが、同様に、横ストランド１４、又は横ストランドのグループ１５を第１形式の繊維１１と、第２形式の繊維１６とに交互になるように配置することができる。横方向の全てのストランドを両方の形式のうちの一方の形式の繊維で構成してもよい。代案として、縦方向の全てのストランドを両方の形式のうちの一方の形式の繊維で構成してもよい。また、他の利益を達成するため、縦方向、又は横方向のいずれか、又は両方向に、第１形式、又は第２形式でない付加的繊維を設けることすらできる。
【００２６】
図６に示す特殊な実施例は、縦方向と、横方向との両方向について、ガラス繊維１６のストランドの３個のグループの次に、炭素繊維１１の１個のストランドを設け、この４番目毎のストランドを少なくとも一部が炭素繊維である繊維によって形成する。隣接する炭素繊維のストランド間の最大間隔は 5.1〜6.4 cm(2〜2.5 インチ) であると考えられているが、この間隔は当業者が適当と思う種々の因子によって定める値である。このガラス繊維１６はポンド当たり433 ヤードの収量を有するＰＰＧから入手できる形式１７１５であり、各グループ内に２個のストランドの束に配置されている。上に説明したように、各グループ１３の２個の縦ストランド１２は横ストランド１４の両側に配置されている。炭素繊維１１のストランドはポンド当たり425 フィートの収量を有する４８Ｋトウ（それぞれほぼ48000 個のフィラメントをそろえた束) で形成することができる。炭素繊維１１も３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ、及び２４Ｋトウで形成することができる。しかし、当業者には明らかなように、一層大きな繊維トウでも或る場合には一層小さい繊維トウより一層経済的なこともある。
【００２７】
図１に示す実施例は全部ガラス繊維１６で形成された横ストランド１４と、炭素繊維１１、及びガラス繊維１６の両方を含む縦ストランド１２とを有する。縦ストランドの各グループ１３は上に述べたように、横ストランド１４の両側に位置する１対のストランドを具える。しかし、縦ストランドの両方がガラス繊維で形成されているグループと、縦ストランドの一方が炭素繊維から成り、他方がガラス繊維から成るグループとに、縦ストランドが交互に並んでいる。炭素繊維のストランド１１は全て、横ストランド１４の同一の側に位置しており、交互の縦ストランドのグループ１３は一側に炭素繊維ストランドを有し、他の側にガラス繊維ストランドを有している。従って、炭素繊維ストランドがガラス繊維ストランドより一層強いから、ガラス繊維の横ストランドを炭素繊維の縦ストランドに接合するように、ガラス繊維の横ストランドはまず機能する。それぞれの交互の縦ストランドのグループ１３も横ストランド１４の両側に炭素繊維のストランド１１を有することもでき、これにより、縦ストランドと横ストランドとの交差点に長い技術語の「交差点結合強さ」を生ずる。
【００２８】
格子状工作物１０にほぼ全体にわたり熱硬化性Ｂ段階樹脂を含浸させ、交差点において、ストランドを相互にロックし、格子状工作物１０を半可撓性状態に維持し、補強すべき製品の形状に格子状工作物１０を適合させる。完成製品に組み込むように、格子状工作物は設計されており、この材料を最終用途の製品の形状、又は機能に適合するようにし、次に構造複合体を形成するようにキュア、即ち硬化させる。製品の形状に適合する格子状工作物の能力により、完成製品の最終構造に加えられる熱、又は発生する本来の熱によって、この部材をキュア、即ち硬化させることができる。例えば、舗装道路に高温のアスファルトを敷設する場合、又は屋根工事のため高温アスファルトを使用する場合、格子状工作物に含浸された熱硬化性Ｂ段階樹脂はこれ等の工程中に使用される高温アスファルトの熱によってキュアされる。この樹脂は所定の温度のアスファルトを加えることによって、キュアされるように、格子に含浸させるために選択される。コンクリート構造に組み込む前に、格子をキュアし、又は一部キュアするように熱を加えることができる。
【００２９】
図１に示すように、ストランドの交差によって、格子内に1.3 〜15.2cm(1/2〜６インチ) の範囲の方形、又は長方形を含む種々の形状の開口を形成することができる。図１に示す方形の開口は縦方向に2.5cm(１インチ) 、横方向に2.5cm(1インチ) の寸法を有する。各ストランドのガラス繊維の束の寸法は変化することができる。ポンド当たり、1800ヤードから56ヤードまでの収量のガラス繊維ストランドの範囲、また特に、ポンド当たり247 ヤードから433 ヤードまでの収量のガス繊維ストランドの範囲を使用することができる。
Curinier等に与えられた米国特許第4242779 号に開示されているウェブ製造機械のような通常の機械を使用して、この格子状工作物１０を構成することができる。この米国特許第4242779 号をここに援用する。
【００３０】
Ｂ段階樹脂はＡ段階を終えて熱的に再活性化した熱硬化性樹脂であり、製品は通常の溶剤に対し、一部のみの溶解性を有しており、65.6〜82.2℃(150〜180 °F)では完全に溶解しない。適切な樹脂としてはエポキシ樹脂、石炭酸樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル、架橋性ポリ塩化ビニル、及びイソフタルポリエステルがある。これ等の樹脂の全てに共通な特性は熱硬化系であり、これ等の樹脂は剛強複合体内に架橋結合し、完全にキュアした時、即ち硬化した時は、再び軟化することはできず、再成型することもできない。また、これ等の樹脂はＢ段階になることができ、この段階で完全にキュアせず、軟化することができ、最終用途の製品の形状に適合するように再び形状を変えることができ、又は以下に説明するような３次元の形状に波形になることができる。好適な実施例は水のエマルジョンによって平坦な開口を有するメッシュスクリムに加えられたウレタンエポキシ樹脂を使用する。
【００３１】
格子状工作物１０を製造する好適な方法はここに援用する米国特許第5836715号に記載されている「浸漬」操作で樹脂を加える工程を含む。この「浸漬」操作においては、浴内の樹脂は水で乳化されており、この水は次のニッピング操作、及び加熱操作によって蒸発させる。上述したようにＢ段階になり得る樹脂は適しており、この構造部材のために試みられる樹脂は非溶剤型をベースとする樹脂であり、水で乳化されていても、水で乳化されていなくともよい。ポリエチレン、又はＰＰＳのような樹脂も利用することができる。これ等の樹脂はエマルジョン形のコーティング操作で加えられ、Ｂ段階になるようにキュアされる。また、個々のフィラメント自身に、或る程度まで、樹脂を含浸させることができる。
【００３２】
格子状工作物１０に熱硬化性Ｂ段階樹脂を含浸させることによって、特に熱を加えることにより、半可撓性になり、補強すべき製品の形状に適合する。格子状工作物が補強すべき製品の形状に一旦、適合すれば、このＢ段階樹脂を熱硬化状態になるようキュアし、即ち硬化させ、冷却すれば剛性が加わり、生じた製品の性質が改善される。
【００３３】
この含浸格子状工作物１０の利点の１つはアスファルト道路工事における加熱されるアスファルトコンクリートのように、通常の製作工程で得られる熱を使用して、補強すべき製品の形状に適合させて、その位置でキュア、即ち硬化させることができることである。代案として、外部の熱によってキュア、即ち硬化させてもよく、その場合は、完成製品に組み込む前に、剛強状態になるようにキュアすることができ、又は望ましければ、完成製品に組み込んだ後に、追加の熱を加えてもよい。
【００３４】
一旦、キュアすると、格子状工作物は比較的剛強である。このため、プレキャストコンクリート部片、アスファルト付きベース板等の製品を補強するようにした構造部材を製造することができる。このような剛強な格子状工作物はＢ段階樹脂を含浸させた平坦格子状工作物と同一のストランド形態、及び組成から構造的に成るが、相違するのはＢ段階樹脂が完全にキュアされたＣ段階に進んでいることである。この格子状工作物の生じた剛強状態は製品の補強を更に強化する。
【００３５】
構造補強部材の他の実施例は図２に符号３２において示すように、３次元構造部材から成る。この３次元構造部材３２は上に述べたＢ段階樹脂を含浸させた平坦格子状工作物１０から出発して、次に上述の米国特許第5836715 号に記載された技術に従って、この工作物１０を３次元構造に処理する。また特に、縦ストランド１２の組を波形にして、交互の突条と溝とにし、横ストランド１４の組をほぼ直線状のままにする。
【００３６】
この３次元構造部材３２はコンクリート構造、及びアスファルト道路のような種々の用途の種々の要求に従って変化する種々のパラメータ、及び格子の形態を受け入れることができる。格子の高さは最終製品の制約を受け入れるように変化させることができる。例えば、コンクリート用の格子は一般に、アスファルト舗装用の格子よりも高さが高い。これは本質的に、通常、厚さが5.1 〜6.4cm(2 〜2.5 インチ) しかない上部に配置するアスファルトに比較し、一層厚い新たなコンクリート道路を補強する必要があるためである。上部に配置する厚さが12.7〜28.0cm(5〜11インチ) になる新アスファルト道路構造では、一層高さの高い格子を設ける。一般に、それぞれ5.1 〜12.7cm(2〜5 インチ) の厚さの複数個の層になるようにアスファルト舗装にアスファルトを加える。また、アスファルト補強用のこの好適な格子は1.3 〜10.2cm(1/2〜4 インチ) の高さを有する。種々の幅の格子も設けることができる。例えば、2.1m(7フィート) までの格子も現在、試みられている。しかし、例としてあげたこの幅を越える格子も制約はない。
【００３７】
上述のような熱硬化性Ｂ段階樹脂を有する３次元構造部材３２は格子状工作物を半可撓性にし、補正すべき製品の形状に適応させることができる。補強すべき製品の形状にこの格子状工作物を一旦適合させてから、Ｂ段階樹脂をキュアし、生ずる製品に剛性を加え、性質を改善する。図２に開示した格子状工作物の利益の１つは、補強することを希望する製品の形状に適合させることができ、アスファルト道路における加熱されるアスファルトコンクリートのように通常の製作プロセスにおいて得られる熱を使用し、又は外部の熱源から加熱することによって、その位置でキュアすることができることである。もし希望すれば、完成品に組み込む前に、構造部材３２をキュアして、剛強状態にすることもできる。特定の樹脂によって所定の温度で格子状工作物を熱的にキュアすることができる。
【００３８】
３次元構造部材３２は多くの潜在的用途を有する。好適な実施例は補強コンクリート、又はアスファルト道路の製造方法である。またプレキャストコンクリート板においてコンクリート構造を補強するため、また、二重Ｔ形コンクリートビーム、コンクリート管、コンクリート壁パネルを補強するため、更に、道路建設における下部ベースとして使用する岩石骨材のような骨材ベースを安定化させるため、この３次元格子状工作物を使用することができる。
【００３９】
図３は本発明を具体化して、製品を補強するようにした３次元構造複合体部材４０の他の実施例を示す。この実施例は上述の部材３２に類似する３次元波形部材３２ａから成るが、縦ストランド１２ａの波形部分は約４５°傾いている。一方、部材３２では波形部分は垂直であった。更に、横ストランドグループ１４ａの数と配置とが相違している。図面に示すように、この部材３２ａは上述したほぼ平坦な格子状工作物１０と組み合わせて使用する。特に、この３次元格子状工作物の平面のうちの一つの平面と同一平面になるようにほぼ平坦な格子状工作物１０を位置させる。
【００４０】
上述したように、この３次元複合部材４０にＢ段階樹脂を含浸させることができ、又は代案として、以下に説明するポルトランドセメントコンクリート製品のような補強すべき製品に組み込む前に、この含浸させた樹脂を完全にキュアさせることができる。
【００４１】
本発明の他の実施例を図４に示し、この実施例は３次元構造補強部材３２ｂから成り、この補強部材３２ｂは図２に示すものに非常に類似する構造の格子状工作物から成り、この格子状工作物は相互に直角に配置された縦繊維ストランド１３ｂのグループと、横繊維ストランド１５ｂのグループとを具える。更に、この部材３２ｂはこの格子状工作物の縦繊維ストランドに成型された特殊位置４２を有し、これにより、この波形の溝の少なくとも若干に波形の方向に鋼、又はガラス繊維ロッド４４を設置することができる。好適な実施例では、これ等の特殊位置４２によって、波形によって画成された上面と下面との間に鋼、又はガラス繊維ロッド４４を設置することができ、その位置は、例えば、波形格子状構造を設置した基礎、又は表面から約2.5cm(約１インチ) である。
【００４２】
鋼、又はガラス繊維のロッドをこれ等成型部の所定位置４２に設置した後、これ等最初の鋼ロッドの上に、これ等鋼ロッドに対し直角に付加的鋼ロッド（図示せず）を設置することができ、これ等鋼ロッドをこの複合波形格子状工作物の「Ｚ軸線」繊維に結合することによって、所定位置にこれ等鋼ロッドを保持する。波形格子状工作物に位置４２を「成型」する主要な利点は、この波形格子状工作物を設置した基礎、又はベースから所定距離に、鋼、又はガラス繊維のロッドを設置できることである。ブリッジデッキのような製品に、通常のように鋼ロッドを設置するに当たり、鋼ロッドが基礎に直接位置しないで、基礎の上方に2.5 〜5.1cm(１〜２インチ) に位置するようにするため、小さなプラスチックの座を使用するのが普通である。しかし、図４の実施例では別個の座は必要でない。
【００４３】
構造補強部材を利用する方法。
上述のような構造補強部材の数個の実施例は種々の製品を補強する種々の方法に利用することができる。一つの方法は上述したように、Ｂ段階樹脂を含浸させた格子状工作物を設け、この格子状工作物を適合する関係に製品に加え、次に、この製品に熱を加え、樹脂をキュアして、完全に硬化した樹脂に変換し、これにより格子状工作物を剛強化し、製品を補強する。その位置でキュアすることができる半剛性開放補強部を有する利点があるいずれの製品もこの方法を使用し得る潜在的な用途である。従って、ここに例としてあげた実施例はこのような方法、及び用途を限定するものでない。
【００４４】
図３に示すように、平坦格子と、３次元格子とを組み合わせて使用することによって、波形の方向に、３次元複合格子を利用することができ、更に、完成コンクリート道路を形成するため、格子構造を通じてコンクリートをポンプで送給するから、現場で、作業者がこの材料の上を一層良く歩くことができる。平坦格子を３次元格子の頂部に設置し、金属、又はプラスチックの捩じり結合具のような緊締具によって、この平坦格子を緊締し、平坦格子構造を波形格子構造の頂部に一層良く保持することができる。また、コンクリート道路工事において、平坦複合格子を３次元波形格子構造の下に位置させ、この３次元構造に構造上の完全性を付加する。
【００４５】
３次元格子状工作物は波形３次元構造を上下に重ねて定着させることによって、工事請負人がコンクリート道路に希望する補強量を与える際、融通性がある利点がある。格子構造の開口を通じて、コンクリートを流すことができ、しかもコンクリートの補強量を増大することができる。
【００４６】
ここに説明した新規な格子状工作物の実施例は道路表面を補強することの他に、種々の用途を有する。例えば、高温アスファルト母材を利用するキュアのための加熱機構により、又は完全なキュアのためには恐らくは外部から熱を加えることにより、朽ちた電話用柱を再生することができる。本発明の他の実施例は外部の加熱装置により、又は高温アスファルト母材の外側被着によって、加熱キュアすることにより、地震地域において、一層良好な性能を有する補強コンクリート柱を製造する方法である。
【００４７】
本発明の格子状工作物は、上述したように完全にキュアした時、ポルトランドセメントコンクリートのようなコンクリート材料から成る構造を補強するのに特に有用である。例えば、新道路工事において、基礎を用意し、この基礎の上に、完全にキュアした格子状工作物を設置する。次に液状のコンクリートを基礎の上に注ぎ、このコンクリートの中に格子状工作物を浸漬し、コンクリートを硬化させれば、内部に格子状工作物を埋設した補強コンクリート道路を生ずる。
【００４８】
本発明による補強格子１０を利用する他のコンクリート製品を図５（Ａ）、及び（Ｂ）に示す。或る用途では、薄い壁パネル部５８を有するコンクリート構造を造るのが望ましい。例えば、あまり高い強度を必要としないパネル５８、及び／又は１個、又はそれ以上の数のリブ６０によって補強されるパネルは或る場合には必要とするよりも一層厚い。それは通常の鉄筋コンクリートの制約があるからである。上述したように、鉄筋の腐食により、コンクリートが割れるのを防止するため、鉄筋を覆うよう鉄筋の両側に少なくとも2.5cm(１インチ) の厚さのコンクリートを必要とするのが普通である。
【００４９】
しかし、本発明構造部材では、補強格子用に使用される材料は覆っているコンクリートが2.5cm(１インチ) 以下であっても、覆っているコンクリートが割れるような腐食を生じない。更に、本発明の補強格子１０の全体としての厚さは通常の鉄筋の厚さより著しく薄い。従って、7.6cm(３インチ) より薄く、1.9 〜2.5cm(3/4〜１インチ) の薄さにすらなるコンクリートパネル５８、又はコンクリートの部分は本発明補強格子によって有利に造ることができる。
【００５０】
本発明の他の用途として、予め製造した単一プライのシートを敷設し、又は通常の重ねるシート敷設のようなアスファルトルーフィングを補強する方法が含まれる。ルーフィングを形成中、高温アスファルトの熱により、Ｂ段階樹脂をＣ段階にキュアする。その結果、ルーフィング上を歩き、又は転動移動することによって、サギング（両端が持ち上がる変形）、又はその他の変形、及び破損に対し抵抗する一層強いルーフィングが得られる。
図面、及び明細書において、本発明の好適な実施例を説明したが、使用した特定の述語は包括的に説明のために使用したもので、本発明を限定するものでない。本発明の範囲は特許請求の範囲に記載した通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を構成する構造補強部材の斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例を構成する製品を補強する構造部材の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例を構成する製品を補強する構造部材の斜視図である。
【図４】金属、又はガラス繊維のロッドと共に使用する本発明の構造部材の一実施例の斜視図である。
【図５】本発明補強格子で補強された薄い壁のコンクリートパネル構造を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は拡大断面図である。
【図６】本発明構造補強部材の他の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 格子状工作物、格子
１１ 第１形式の繊維、炭素繊維
１２ 縦ストランド
１３、１５ グループ
１４ 横ストランド
１６ 第２形式の繊維、ガラス繊維
３２ ３次元構造部材
３２ａ ３次元波形部材
３２ｂ ３次元構造補強部材
４０ ３次元構造複合部材
４２ 特殊位置
４４ 鋼ロッド、又はガラス繊維のロッド
５８ 壁パネル部

Claims (7)

1. 硬化することができる構造材料で形成される製品をこの構造材料の硬化後、補強する格子状の構造部材において、
   縦ストランドの少なくともいくつかを互いに離間して配置する縦ストランドの組と、横ストランドの少なくともいくつかを互いに離間させ、かつ前記硬化することができる構造材料が硬化前に通過できる開放構造を画成するよう前記縦ストランドの組に対してほぼ直角に配置した横ストランドの組とを具え、
   前記縦ストランド及び横ストランドを織編せず、前記縦ストランドの組は、第１形式の繊維で形成した縦ストランドと、第２形式の繊維で形成した他のストランドとより成るものとし、前記第１形式の繊維は、前記硬化することができる構造材料の硬化後、この構造材料を補強するに十分な強度と、前記硬化することができる構造材料内における劣化に対して前記第２形式の繊維より一層高い抵抗性とを有するものとし、
   前記横ストランドの組は、前記第２形式の繊維で形成した少なくともいくつかの横ストランドより成るものとし、
   前記第１形式の繊維で形成した縦ストランドを前記横ストランドの一側に配置し、第２形式の繊維で形成した他の縦ストランドを前記横ストランドの他の側に配置し、
   前記第１形式の繊維は、第２形式の繊維が前記硬化することができる構造材料内で劣化した場合でも、前記硬化することができる構造材料を補強し続けることができるようにしたことを特徴とする構造部材。
2. 前記第１形式の繊維が炭素繊維から成り、前記第２形式の繊維がガラス繊維から成る請求項１記載の構造部材。
3. 前記縦ストランドの組が複数個の隣接するストランドをそれぞれ含んでいるグループに分割されており、各前記グループの少なくとも１個のストランドが前記横ストランドの組の一側に位置し、各前記グループの少なくとも１個の他のストランドが前記横ストランドの組の他の側に位置し、前記横ストランドの組の両側にある前記縦ストランドの前記ストランドが互いに重なる関係にある請求項１又は２に記載の構造部材。
4. 前記横ストランドの組の一側に位置する前記縦ストランドが前記第１形式の繊維から成り、前記横ストランドの組の他の側に位置する前記縦ストランドが前記第２形式の繊維からなる請求項３記載の構造部材。
5. 前記横ストランドの組の一側に位置する前記縦ストランドが前記第１形式の繊維から成り、前記横ストランドの組の他の側に位置する前記縦ストランドも前記第１形式の繊維から成る請求項３記載の構造部材。
6. 前記ストランドがその交差点で相互にロックすると共に、前記縦ストランドの組と前記横ストランドの組とが形成している格子が補強すべき製品の形状に適合し得る半可撓性状態に前記格子を維持するよう、前記格子のほぼ全体にわたり熱硬化性Ｂ段階樹脂を含浸させた請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の構造部材。
7. 前記ストランドがその交差点で相互にロックすると共に、前記縦ストランドの組と前記横ストランドの組とが形成している格子を比較的剛強状態に維持するよう、前記格子のほぼ全体にわたり完全にキュアした熱硬化性樹脂を含浸させた請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の構造部材。

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