U.D.C 624.012.45 620.193.2
連続繊維シート耐震補強工法における繊維シート
表面保護塗装についての研究
－その
1：試験概要および屋外暴露における外観変化－
成瀬 義幸
＊伊藤 正憲
＊＊早川 健司
＊＊＊前原 聡
＊＊＊鈴木 将充
＊＊＊＊ 要 約： 耐震補強のための新たな工法の開発が活発に行われている中で，連続繊維シートの巻付け・被覆による補強工法は，簡便かつ 安全性の高い工法として注目されている1)2)。 しかしながら，高分子系の繊維シートを用いるために，屋外での使用に際しては，紫外線等の劣化因子から繊維シート表面を 保護する措置が不可欠であるため，ふっ素樹脂塗装の高耐候性に着目し，連続繊維シート表面の保護材としての適性を評価する ために，屋外暴露法による耐候性試験を実施した。 その結果，暴露初期における塗装および繊維シート表面の外観変化から，連続繊維シート表面は無塗装では変色と明度の低下 が生じること，また，２液形ふっ素樹脂塗装に比べて環境に配慮した弱溶剤形や水性の方が初期の表面汚れが幾分大きいことを 確認した。 ｷｰﾜｰﾄﾞ： 耐震補強 連続繊維シート ふっ素樹脂塗装 屋外暴露試験 耐候性 防汚性 目 次： 1.はじめに 4.試験結果 2.塗装概要 5.まとめ 3.試験概要 1. はじめに 兵庫県南部地震以降，各地で耐震補強が進められ， 新たな工法の開発も活発に行われている。中でも，連 続繊維シートの巻付け・被覆による補強工法(写真１)は， 簡便かつ安全性の高い工法として注目されており，さ らに，被災した建物の迅速復旧を可能にするものとし て，今後の普及が期待されている。 しかしながら，高分子系の繊維シートを用いること から，屋外での使用に際しては，紫外線等の劣化因子 から繊維シート表面を保護する措置が不可欠である。 加えて，建築物のライフサイクルにおける環境負荷の 低減を考慮すると，繊維シートの保護材には耐候性・ メンテナンス性に優れ，かつ建設廃材を極力抑制でき るものが望ましい。 著者らは，繊維シート表面保護方法を検討していく 中で，高耐候性ふっ素樹脂塗装に着目し，保護材とし ての適性を評価することとした。 本報では，屋外暴露法による耐候性試験の概要と， 暴露初期の段階で明らかになった塗装および繊維シー ト表面の汚染性・変色などの外観変化状況について報 告する。 2. 塗装概要 塗装下地となる連続繊維補強シート面の表面形状を 写真２に示す。連続繊維シートなどの材種は次に示す ものを用いた。 ・繊維種 ：アラミド繊維 ・接着剤種：１液形ポリウレタン系接着剤 塗 装 を 選 定 す る 上 で ， 以 下 の 点 に 留 意 し ， 事 前 に 下 塗 り(素 地 調 整 方 法 )ま で 含 め 塗 料 製 造 元 と の 協 議 を 行 っ た 。 *基盤技術開発部 **土木総本部 土木技術部 **技術研究所 土木研究室 ***横浜支店 土木部 東急建設技術研究所報No.37 写真１ 連続繊維シート巻き付け補強工法に よる耐震補強実験状況 51 ＊基盤技術開発部 ＊＊土木総本部 ＊＊＊技術研究所 土木研究室 ＊＊＊＊横浜支店 土木部 U.D.C 624.012.45 620.193.2連続繊維シート耐震補強工法における繊維シート
表面保護塗装についての研究
－その 1：試験概要および屋外暴露における外観変化－
成瀬 義幸
＊伊藤 正憲
＊＊早川 健司
＊＊＊前原 聡
＊＊＊鈴木 将充
＊＊＊＊51 東急建設技術研究所報No.37
3.1 外観変化記録 外観目視：表面汚れの変化，劣化 事象など 計測記録：光沢度・色差 （測定条件を表２に記載） 記録間隔：0 ヶ月,0.5 ヶ月,1 ヶ月, 2 ヶ月,3 ヶ月,4 ヶ月, 6 ヶ月,8 ヶ月,10 ヶ月, 12 ヶ月 （以後1 年おきに記録） 3.2 引張り強度試験 屋外暴露供試体から連続繊維シー ト抜取り→引張り試験を行い，経年 による繊維シートの強度変化(劣化) を評価する。 試験間隔：0 ヶ月,1 ヶ月,3 ヶ月, 6 ヶ月,12 ヶ月 （以後２試料でX,Y 年を想定）。 4. 試験結果 暴露初期の目視による外観変化お よび光沢度・色差の変化を以下に示す。 なお，引張り強度試験結果は次 報にて報告する。 4.1 外観変化記録 屋外暴露 6 ヶ月までの供試体表面の外観を写真５に 示す。結果を以下に列記する。 ・無塗装H は，暴露早々(0.5 ヶ月)より表面の褐色化 の進行が認められた ・暴露後 6 ヶ月の時点での塗装表面への汚れの付着 状況について，付着の少ない順に示すと次の通り (汚れ小)：A(2 液形ふっ素)＞D(2 液形ふっ素)＞ E(弱溶剤性ふっ素)・F(水性ふっ素) ＞C(水性ふっ素)＞水性アクリル ＞B(弱溶剤性ふっ素)：(汚れ大) ・暴露後 2 ヶ月ほどで低汚染塗装である 2 液形ふっ 素 A・D の他の塗装に対する汚れの付着の少な さが顕著に認められるようになった ・弱溶剤性ふっ素B は 1 ヶ月経過時より塗装表面の 汚れ・灰色化が目立ちはじめ，3 ヶ月経過で汚れの 付着が全塗装中最大になり，4 ヶ月経過時に幾分汚 れが減少したが，6 ヶ月経過現在でも，全塗装中最 も汚れが目立つ 写真５ 屋外暴露３ヶ月までの供試体外観変化概要 A B C D E F G H 暴 露 初 期 １ ヶ 月 ３ ヶ 月 ６ ヶ 月 図１ 屋外暴露６ヶ月までの各種測定結果一覧 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 � � � � � �初 期 � �� � 暴露期��月� A B C D E F G H -20 -15 -10 -5 0 0 1 2 3 4 5 6 � � 変 化 � �初 期 � 暴露期��月� A B C D E F G H 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6 � � � � � � �初 期 � 暴露期��月� A B C D E F G H 53 ①弾性(柔軟性)に富む下地への付着性および下地 追従性 ②凹凸や空隙(繊維間の隙間)の多い下地に対する 塗膜の連続性の確保 そこで，各塗装仕様ごとに，事前に引張り付着力試 験と，碁盤目テープ法による試験を行い，下塗り層の シート表面からの界面剥離の有無により，塗装の連続 繊維シート下地との付着性を確認した(写真３)。 以上の結果を踏まえて選定した塗装種(上塗り塗装)お よび塗装仕様を表 1 に示す。ふっ素樹脂塗装(艶消し白 色ソリッド)は，2 液形に加えて，施工時の環境影響に も配慮した，弱溶剤性・水性も併せて評価することと した。 3. 試験概要 スレート(300×150×5mm)の１平面に連続繊維シート を張付け，塗装を施して供試体とし，屋外暴露法によ る耐候性試験を実施して塗装の繊維シート保護性能を 評価することとした。 屋外暴露条件を以下に列記する。 ・暴露方法：南面45°傾斜暴露（写真４） ・試験場所：東急建設(株)技術研究所 実験棟屋上 北緯35.33.27.5,東経 139.20.4.5 ・暴露期間：平成22 年 12 月～ また，評価は「外観変化の記録」および「繊維シー ト引張り強度試験」の2 通りで行う。 測定方法 ・光沢度 ：鑑面 60°反射（※JIS Z 8741 準拠） ・色彩色差：L*a*b*計測（※JIS Z 8722 準拠） 使用機器 ・光沢度計 ：IG-330（堀場製作所製） ・色彩色差計：CR-400（コニカミノルタ製） １条件における測定数 ・光沢度：9 ヶ所 ・色彩 ：9 ヶ所 写真２ 連続繊維シート表面形状 写真３ 塗装引っ張り付着力試験結果例 表 1 塗装種および塗装仕様一覧 A B C D E F G H 3フッ化２液 3フッ化弱溶剤性 3フッ化水性 4ふっ化２液 4フッ化弱溶剤性 3フッ化水性 アクリル水性 (繊維シート素地) A社 － ２液形ふっ素上塗 弱溶剤性ふっ素上塗 水性ふっ素上塗 ２液形ふっ素上塗 弱溶剤性ふっ素上塗 水性ふっ素上塗 水性アクリル上塗 （２５） （２５） （２５） （２５） （２５） （２５） （２５） ２液形ふっ素中塗 弱溶剤性ふっ素中塗 水性ふっ素中塗 ２液形ふっ素中塗 弱溶剤性ふっ素中塗 水性ふっ素中塗 水性アクリル上塗 （３０） （２５） （２５） （３０） （３０） （３０） （３０） 溶剤形変性エポキシ 弱溶剤形変性エポキシ 水性エポキシ 溶剤形変性エポキシ 弱溶剤形変性エポキシ 水性変性エポキシ 水性エポキシ （５０） （５０） （５０） (１００：５０×２） （１００） (１００：５０×２） （５０） 引張り ○(基材破壊) ○(基材破壊) ○(基材破壊) ○(基材破壊) ○(基材破壊) ○(基材破壊) ○(基材破壊) 碁盤目 ○(25/25) ○(25/25) ○(25/25) ○(25/25) ○(25/25) ○(25/25) ○(25/25) ※１：塗装仕様の()内は膜厚(μm)，※２：碁盤目テープ法はJIS K 5600(2mm角)に則る 付着性 確認結果 塗装記号 上塗り仕様 製造元 A社 B社 塗装 仕様 上塗 中塗 下塗 写真４ 屋外暴露試験風景 表２ 光沢度・色彩色差測定条件一覧 52 東急建設技術研究所報No.37 52
3.1 外観変化記録 外観目視：表面汚れの変化，劣化 事象など 計測記録：光沢度・色差 （測定条件を表２に記載） 記録間隔：0 ヶ月,0.5 ヶ月,1 ヶ月, 2 ヶ月,3 ヶ月,4 ヶ月, 6 ヶ月,8 ヶ月,10 ヶ月, 12 ヶ月 （以後1 年おきに記録） 3.2 引張り強度試験 屋外暴露供試体から連続繊維シー ト抜取り→引張り試験を行い，経年 による繊維シートの強度変化(劣化) を評価する。 試験間隔：0 ヶ月,1 ヶ月,3 ヶ月, 6 ヶ月,12 ヶ月 （以後２試料でX,Y 年を想定）。 4. 試験結果 暴露初期の目視による外観変化お よび光沢度・色差の変化を以下に示す。 なお，引張り強度試験結果は次 報にて報告する。 4.1 外観変化記録 屋外暴露 6 ヶ月までの供試体表面の外観を写真５に 示す。結果を以下に列記する。 ・無塗装H は，暴露早々(0.5 ヶ月)より表面の褐色化 の進行が認められた ・暴露後 6 ヶ月の時点での塗装表面への汚れの付着 状況について，付着の少ない順に示すと次の通り (汚れ小)：A(2 液形ふっ素)＞D(2 液形ふっ素)＞ E(弱溶剤性ふっ素)・F(水性ふっ素) ＞C(水性ふっ素)＞水性アクリル ＞B(弱溶剤性ふっ素)：(汚れ大) ・暴露後 2 ヶ月ほどで低汚染塗装である 2 液形ふっ 素 A・D の他の塗装に対する汚れの付着の少な さが顕著に認められるようになった ・弱溶剤性ふっ素B は 1 ヶ月経過時より塗装表面の 汚れ・灰色化が目立ちはじめ，3 ヶ月経過で汚れの 付着が全塗装中最大になり，4 ヶ月経過時に幾分汚 れが減少したが，6 ヶ月経過現在でも，全塗装中最 も汚れが目立つ 写真５ 屋外暴露３ヶ月までの供試体外観変化概要 A B C D E F G H 暴 露 初 期 １ ヶ 月 ３ ヶ 月 ６ ヶ 月 図１ 屋外暴露６ヶ月までの各種測定結果一覧 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 � � � � � �初 期 � �� � 暴露期��月� A B C D E F G H -20 -15 -10 -5 0 0 1 2 3 4 5 6 � � 変 化 � �初 期 � 暴露期��月� A B C D E F G H 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6 � � � � � � �初 期 � 暴露期��月� A B C D E F G H 53 東急建設技術研究所報No.37 53
*基盤技術開発部 材料・構造グループ **国際事業部 プロジェクト統括部 ***設計本部 構造設計部 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 地 震 力 Q （ kN ） 水平変位 （mm） heq=0.23 応答スペクトル 第2種地盤（Gs=2.025） 第1種地盤 （Gs=1.35） 応答値 免震層の水平特性 （目標性能） U.D.C 624.07
軽量構造物を対象とした免震構造用
高減衰積層ゴム支承の開発（その２）
鈴木 敏志
＊豊嶋 学
＊三輪 晋也
＊竹田 史朗
＊＊竹中 宏明
＊＊＊要 約： 本開発は，木造戸建住宅に代表される重量の軽い構造物（以下，軽量構造物という）を高減衰積層ゴム支承のみで免震化でき るシステムの構築を目指している。本報では，前報１）に引き続き，軽量構造物に適用可能な免震構造用高減衰積層ゴム支承の開 発を目的に行った実験研究について述べる。ここでは，免震告示による構造計算方法で，第 2 種地盤において簡略法による地盤 増幅係数の評価にも対応可能となる性能を目標としている。前報で実験を行った積層ゴム支承は，水平変形性能と荷重支持能力 については，目標を満足する結果が得られた。しかし，水平剛性が高く，加速度の低減率が小さいという課題が残された。本報 では，前報の実験結果を踏まえて，目標性能を満足できる積層ゴム支承の形状について検討し，静的載荷実験および振動台実験 による性能確認を実施した。実験の結果，検討した積層ゴム支承は目標をほぼ満足する性能を有することが確認できた。 ｷｰﾜｰﾄﾞ： 軽量構造物，高減衰積層ゴム，免震告示，第 2 種地盤，ハリンクスモデル，中空断面，振動台実験 目 次： 1.はじめに 5.静的載荷実験 2.高減衰積層ゴム支承の目標性能 6.振動台実験 3.既往の研究と課題 7.まとめ 4.形状検討 1. はじめに 本開発は，軽量構造物を高減衰積層ゴム支承のみで 免震化できるシステムの構築を目指している。一般に 軽量構造物に適用する積層ゴム支承は，細長い形状と なることが予想されるが，形状が細長くなると座屈安 定性が損なわれると考えられており，従来，積層ゴム 支承のみで軽量構造物を免震化することは不可能と考 えられてきた。しかし，西村による近年の研究成果に よって，細長い形状でも一定の条件を満足すれば，大 変形領域における座屈安定性の高い積層ゴム支承を実 現可能であることが理論的に示されている２）３）。また， 実験研究により理論の妥当性が検証されている４）５）。 著者らは，この基礎研究の成果を基に，東京都市大学 （旧武蔵工業大学）西村研究室および東洋ゴム工業株 式会社と共同で，軽量構造物を対象とした免震工法の 研究開発を継続的に行っている。また，これまでの研 究成果として，軽量構造物に適用可能な高減衰積層ゴ ム支承を開発し，免震架台は RC 造，免震装置は高減 衰積層ゴム支承のみという軽量構造物用のシンプルな 免震システムを実現している６）。 開発した免震システムは，建物の立地条件（地盤条 件）に対して適用に一定の制限があるが，現在，適用 範囲拡大を目指し，高減衰積層ゴム支承の性能向上に 関する検討を行っている。本報は，前報１）に引き続き 行った高減衰積層ゴム支承の性能向上に関する実験研 究について述べたものである。 2. 高減衰積層ゴム支承の目標性能 前報１）では，免震告示による構造計算方法で，地盤 条件を第 2 種地盤，地盤増幅係数 Gs の算定に簡略法 （Gs=2.025）を用いた場合を想定して設計的な検討を 行い，高減衰積層ゴム支承の目標性能を設定した。具 体的な目標数値は以下の通りである。 1) 積層ゴム支承 1 個あたりの支持荷重 68.6kN 2) 等価粘性減衰定数 0.23 以上 3) 水平変位 400mm における等価固有周期 2.4 秒 4) 設計使用範囲 400mm 以上 上記の性能について，免震告示に示される地震力 Q と免震層の水平特性（ここでは，積層ゴム支承 1 個あ たりの水平特性）の関係を示すと図1 の通りとなる。 図 1 免震層の応答値と目標性能 東急建設技術研究所報No.37 55 4.2 光沢度・色差計測結果 屋外暴露 6 ヶ月経過までの光沢保持率・L 値および色 差の変化を図1 に示す。結果を以下に列記する。 ・暴露初期からの光沢保持率変化は，目視による変 化傾向と一致しなかった ※艶消し仕様でもともとの光沢度が低く(10～30) 測定ごとの変動が大きいことも目視との不一致 の一因と考えられる ・初期からの色差(⊿E)変化傾向は，目視による外観 変化傾向(汚れの大小)とほぼ一致した ※汚れの付着が少ないほど色差(⊿E)変化も小さい ・塗装では，色差(⊿E)変化量と明度(L)の変化量がほ ぼ一致した ・目視で変色(褐色化)が認められた無塗装 H では， 明度(L)変化より色差(⊿E)変化の方が大きかった 5. まとめ 本研究では，各種ふっ素樹脂塗装について，外観の 美観性を把握する上で目安となる，暴露初期の変色・ 汚染などの外観変化を把握することができた。 その結果を以下にまとめる。 ・無塗装(繊維シート露出)では，暴露早々より表面の 褐色化が顕著に現れる ・2 液形ふっ素樹脂塗装の低汚染性(防汚性)は暴露後 2 ヶ月ほどで認められ，6 ヶ月経過時においても低 汚染性は全塗装中最も優れる ・環境に配慮したふっ素樹脂塗装(弱溶剤性・水性)は， 暴露後6 ヶ月経過時において，2 液形ふっ素樹脂塗 装ほどの防汚性は認められない 今後，連続繊維シートの引張り強度試験結果など， 塗装による繊維シートの保護性能の評価結果について， より詳細に報告していく予定である。 謝 辞 本研究は，東京大学生産技術研究所（研究代表者：加藤佳孝准教授）との共同研究の一貫として行っているものです。また，本研 究を行うに当たり，各塗料製造元のご担当の方々に多大な御協力をいただきました。ご関係者の皆様に，厚く御礼申しあげます。 参考文献 1) 鈴木将充他,(社)土木学会学術講演会,Vol.64,pp805-806,2009. 2) 小島文寛，笠倉亮太,伊藤正憲：水硬性ポリウレタン樹脂を含浸させた連続繊維シートを用いた迅速復旧工法の開発, 東急建設技術研究所報,No.35,pp1-8,2009.
A Study of Paint for Surfase Protect of Polymer Fiber Seat for Aseismic Retrofit.
Part1:Outline of Experiment and Change in Appearance for Outdoor Exposure Test
Y.Naruse, M.Itou, K.Hayakawa
S.Maehara, and M.Suzuki
Have been active in the development of new methods for retrofitting, construction reinforced by continuous fiber sheets coated with a wound, one that is attracting attention as a convenient and secure method.
However, in order to use a sheet of polymer fibers, when used outdoors because it is essential that measures to protect the fibers from the sheet surface degradation factors such as ultraviolet rays, high resistance to focusing fluorine resin coating, in order to evaluate the suitability of the continuous fiber sheet as a surface protective material was tested by exposure to outdoor weathering.
As a result, the change in appearance of the surface sheet and fiber coating in the initial exposure, the surface of continuous fiber sheets are unpainted can cause a decrease in brightness and color, and solvent less environmentally friendly than paint fluororesin form two liquid slightly higher contamination was confirmed that the initial surface water forms and more
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東急建設技術研究所報No.37
