CN112981993B - 合成纤维绳索以及含有其的混凝土构造物和长形物体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有适度的弯曲容易性并且能够以较高的固定效率固定于混凝土中的合成纤维绳索以及含有其的混凝土构造物和长形物体。碳纤维绳索(1)具备：将浸渍有热固性树脂(5)的多根碳纤维(4)扎捆成束的芯线(2)；以及分别为将浸渍有热固性树脂(5)的多根碳纤维(4)扎捆成束的多根侧线(3)。上述热固性树脂(5)处于固化状态，上述多根侧线(3)的各侧线利用树脂固化性被定型。定型后的多根侧线(3)的各侧线成为在上述芯线(2)的周围绞合的状态。

Description

合成纤维绳索以及含有其的混凝土构造物和长形物体

本申请是申请日为2016年6月29日、申请号为201610495035.6、发明名称为“合成纤维绳索以及含有其的混凝土构造物和长形物体”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及合成纤维绳索以及含有其的混凝土构造物和长形物体。

背景技术

专利文献1记载了将碳纤维制或铝纤维制的棒状体插入混凝土构造物以实现强度提高的技术方案。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2000-110365号公报

在钢筋混凝土柱穿孔有长孔，将碳纤维制棒状体敲打进上述长孔中。之后，通过向长孔内的剩余部分空隙填充流动状固化性树脂，将碳纤维制棒状体固定于混凝土中。碳纤维制棒状体只不过是通过与其表面接触的流动状固化性树脂固定于混凝土中。

发明内容

本发明的目的是提供一种使混凝土等侵入绳索内部以增大绳索与混凝土等的接触面积从而能够提高固定效率的合成纤维绳索。

本发明的另一目的是提供一种被进行弯曲时产生适度挠曲的操作性优异的合成纤维绳索。

基于本发明的合成纤维绳索具备：芯线，其具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维被扎捆成束；以及多根侧线，其分别具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维分别被扎捆成束，所述树脂处于固化状态，所述多根侧线分别利用所述树脂的固化性被定型，定型后的多根侧线分别为在所述芯线的周围绞合的状态。

由浸渍有树脂的多根合成纤维构成的芯线及侧线保持通过使所述树脂固化在树脂固化时的形状。如果是热固性的树脂，通过施加热，所述树脂固化，如果是热可塑性树脂，通过冷却，所述树脂固化。若在赋予规定形状的状态下使所述树脂固化，则芯线和侧线在之后也能够继续维持其形状。

构成芯线和侧线的合成纤维(并非棉或丝等天然纤维，而是由化学合成的高分子化合物制成的纤维)包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、PBO(polyp-phenylenebenzobisoxazole)纤维等其他的纤维。这些纤维非常细，通过捆束多根合成纤维，从而能够浸渍树脂。

通过使利用上述树脂的固化性预先定型的多根侧线分别成为在芯线的周围绞合的状态，构成合成纤维绳索。根据本发明，通过预先进行的、利用上述树脂固化性的侧线的定型，能够在合成纤维绳索的内部，具体而言在芯线及其周围的侧线之间以及相邻的侧线彼此之间，在实质上不损害绞合状态的情况下，确保适当的空间或间隙。

构成合成纤维绳索的芯线及其周围的侧线分别是树脂固化的状态的绳线，因此在芯线与其周围的侧线、以及相邻的侧线彼此之间允许滑移(错位)。由此，提供一种被进行弯曲时容易产生适度的挠曲并且操作性优异的合成纤维绳索。例如，能够将长形的合成纤维绳索卷绕成小径的卷轴而紧凑化，在作业现场的操作也将变得轻松。基于本发明的合成纤维绳索例如适合用作电线(输电线)、光纤电缆、海底电缆等其他的较长的部件或设备的加强材料。

在一个实施方式中，对所述芯线和所述多根侧线的各侧线而言，在长度方向上具有(在长度方向上存在)所述侧线与所述芯线接触的接触部分、以及所述侧线与所述芯线不接触的非接触部分这二者。即，芯线周围的多根侧线具有在长度方向的全长上不与芯线连续接触、与芯线不接触(侧线从芯线浮起)的部分。通过接触部分防止合成纤维绳索的走形。非接触部分成为芯线与侧线之间的空间，因此有助于提高绳索的弯曲容易性，并且对混凝土、砂浆等其他的凝固剂或凝结剂的渗透也有帮助。例如，当在混凝土中埋入合成纤维绳索时，混凝土向合成纤维绳索内渗透，合成纤维绳索被牢固地固定于混凝土中。基于本发明的合成纤维绳索例如还适合用作混凝土构造物的加强材料。

在其他实施方式中，对所述多根侧线的各侧线而言，在长度方向上具有与相邻的侧线接触的接触部分、以及与相邻的侧线不接触的非接触部分这二者。即，芯线周围的多根侧线具有在长度方向的全长上不与相邻的侧线连续接触、与相邻的侧线不接触的部分(侧线与侧线之间具有间隙)。通过接触部分防止合成纤维绳索的走形。非接触部分有助于提高绳索的弯曲容易性，对混凝土、砂浆等其他的凝固剂或凝结剂的渗透进入合成纤维绳索的内部也有帮助。

优选地，关于上述芯线与上述侧线之间的接触部分及非接触部分、以及相邻的侧线彼此之间的接触部分和非接触部分的任一者也在长度方向上重复存在上述接触部分和上述非接触部分。从而提供了一种在全长容易弯曲的绳索。将这种合成纤维绳索用于混凝土结构的情况下，能够在合成纤维绳索的长度方向上分散并确保允许混凝土渗透的内部空间，而且能够分散并确保允许混凝土从外部向内部渗透进入的入口。

附图说明

图1是碳纤维绳索的主视图。

图2是碳纤维绳索的分解立体图。

图3是沿图1的III－III线的放大剖视图。

图4是沿图1的IV－IV线的放大剖视图。

图5是沿图1的V－V线的放大剖视图。

图6是表示混凝土拉拔试验的结果的曲线图。

具体实施方式

实施例

图1表示碳纤维绳索的外观。图2是碳纤维绳索的分解立体图。图3至图5分别是沿图1的III－III线、IV－IV线、V－V线的碳纤维绳索的放大剖视图。

碳纤维绳索1由一根芯线2、以及在其周围处于绞合状态的六根侧线3(3a～3f)构成(1×7结构)。从剖面观察，碳纤维绳索1、芯线2以及侧线3均具有大致圆形的形状。另外，从剖面观察，碳纤维绳索1在其中心配置有芯线2，并且以包围芯线2的方式设有六根侧线3。碳纤维绳索1具有例如5mm～20mm左右的直径。

芯线2和侧线3均是将浸渍有热固性树脂(例如，环氧树脂)5的多根例如数万根长形的碳纤维4捆束成剖面为圆形的绳线，因此碳纤维绳索1整体包含有数十万根左右的碳纤维4。每根碳纤维4非常细，具有例如5μm～7μm的直径。也可以通过将浸渍有热固性树脂5的多根碳纤维4扎束，并将该碳纤维束绞合多根，分别形成芯线2和侧线3。芯线2和侧线3也可以说是碳纤维复合材料(CFRP)(Carbon Fiber Reinforced plastics)制的绳线。

对芯线2和侧线3而言，在本实施例中使用相同粗细(剖面面积)的绳线。但也可以使用比芯线2细或者比芯线2粗的侧线3。通过不同的碳纤维4的根数，能够任意地调整芯线2和各根侧线3的粗细。

对构成碳纤维绳索1的芯线2和侧线3而言，均使用对热固性树脂5预先施加热并使其固化的状态的绳线。即，通过在利用热固性树脂5的热固性而发生固化的状态下的芯线2的周围，配置同样利用热固性树脂5的热固性而发生固化的状态下的侧线3并使其成为绞合的状态，制作碳纤维绳索1。由于各芯线2和各侧线3的热固性树脂5固化，因此在芯线2及其周围的侧线3、以及侧线3彼此之间允许适当的滑移。

参照图2，成为在芯线2的周围绞合的状态的6根侧线3均预先被定型为螺旋状，另一方面，芯线2不具有螺旋状的定型。毋庸多言，侧线3的螺旋形状是在将热固性树脂5热固化之前定型的。各侧线3的螺旋状的定型的捻距大致相同，并且各侧线3的螺旋内径与芯线2的直径大致相等。

在此，在各侧线3，具有以部分向外略微膨胀的方式被定型的部分(以下，称作膨胀部分)。在图1所示的碳纤维绳索1中，略微强调性地示出了四处膨胀部分3A～3D。

参照图3，在剖面观察具有膨胀部分3A的部分时，芯线2周围的6根侧线3a～3f中的1根(侧线3a)不与芯线2接触，远离芯线2向外错位。以发生这种错位的方式，对侧线3a预先进行定型。通过侧线3a远离芯线2的方式，从而在芯线2与侧线3a之间确保了内部空间(非接触部分)11。

由于芯线2和侧线3剖面均为圆形，因此在芯线2与侧线3之间必然存在有不接触的部分(例如，在图3中，由芯线2、侧线3c、侧线3d形成的剖面为大致三角形的空间)(使用附图标记20表示)，但是本说明书中所说的内部空间11并不是指该剖面为大致三角形的空间20，而是指通过对侧线3预先进行的定型所确保的芯线2与侧线3之间的空间。通过确保内部空间11，两个剖面为大致三角形的空间20连接在一起。

在图3中，侧线3a与位于其两侧的两根侧线3b、3f中的一个侧线3f相接触，但与另一侧线3b不接触，向远离侧线3b的方向错位(以发生这种错位的方式，对侧线3a预先进行定型)。通过侧线3a远离侧线3b的方式，从而在侧线3a与侧线3b之间确保了间隙12。

参照图4，在剖面观察具有其他膨胀部分3B的部分时，芯线2周围的六根侧线3a～3f中的两根(侧线3e、3f)不与芯线2接触，从而在芯线2与侧线3e、3f之间确保了内部空间11。由于侧线3e、3f相邻，因此两个内部空间11是连续的，其结果是形成了宽阔的内部空间。另外，虽然其他侧线3c与芯线2接触，但是该侧线3c与位于其两侧的两根侧线3b、3d双方分离，从而在侧线3c的两侧分别确保了间隙12。

在图4中，内部空间11被示为封闭空间，但是内部空间11并非与外部完全隔断的空间，而是与外部连通的开放空间。即，在芯线2与侧线3之间确保的内部空间11与在碳纤维绳索1的长度方向的其他位置相邻的两根侧线3分离所确保的上述间隙12连续。通过间隙12，内部空间11与外部连通。

参照图5，在剖面观察具有膨胀部分3C、3D的部分时，芯线2周围的六根侧线3中的四根(侧线3b、3c、3e、3f)不与芯线2接触，确保了内部空间11。另外，在侧线3a与3b之间、侧线3c与3d之间、侧线3e与3f之间、侧线3f与3a之间确保了间隙12。

如此，碳纤维绳索1根据作为剖面的位置的不同，内部空间11以及间隙12的位置和数量不同。但是，根据剖面和位置的不同，既存在内部空间11和间隙12完全不会出现的情况，反之，也可能存在在芯线2的全周六根侧线3都不接触芯线2的情况。另外，如图3～图5所示，剖面上示出的内部空间11和间隙12的大小(芯线2与侧线3之间的距离、相邻的侧线3之间的距离)是多种多样的。这表示多个膨胀部分3A～3D的程度是多种多样的。此外，在碳纤维绳索1中不存在极大的膨胀部分(内部空间11和间隙12)，从而不会有实质上损害绞合状态的情况。

上述的膨胀部分在碳纤维绳索1的长度方向上反复形成。即，关于芯线2和多根侧线3的各侧线，在长度方向上反复出现上述侧线3接触上述芯线2的接触部分(不具有内部空间11的部分)、以及上述侧线3不接触上述芯线2的非接触部分(具有内部空间11的部分)。同样地，对相邻的侧线3彼此而言，在长度方向上也反复出现接触部分(不具有间隙12的部分)以及非接触部分(具有间隙12的部分)。

膨胀部分可以在各侧线3的长度方向上每隔规定间隔设置，也可以随机设置。对所有的侧线3而言，可以在长度方向上以相同的间隔设置膨胀部分，也可以针对每个侧线3使膨胀部分在长度方向的间隔不同。膨胀部分分散设置于碳纤维绳索1，在碳纤维绳索1的长度方向上，内部空间11和间隙12分散存在。

如上所述，碳纤维绳索1由于芯线2和侧线3的各侧线的热固性树脂5固化，因此在芯线2与侧线3之间、侧线3彼此之间允许滑移，进而由于具有内部空间11和间隙12，因此被进行弯曲时产生适度的挠曲，从而操作性比较优异。能够卷绕成小径的卷轴而紧凑化，作业现场的操作也将变得轻松。碳纤维绳索1适合于例如用作输电线等长形物体的芯材。

另外，碳纤维绳索1可用作例如混凝土构造物的加强材料。将碳纤维绳索1埋设于凝固前的混凝土(新浇混凝土)中时，混凝土以相邻的侧线3彼此之间的间隙12为入口进入碳纤维绳索1内。从间隙12进入碳纤维绳索1的内部的混凝土进入芯线2与侧线3之间所确保的内部空间11，其结果，碳纤维绳索1与混凝土之间的接触面积变大。但是，根据新浇混凝土的粘度、内部空间11、间隙12的大小等的不同，也有可能混凝土未完全充满内部空间11，但是在混凝土与碳纤维绳索1的外周面(表面)接触的基础上，在碳纤维绳索1的内部也会发生与混凝土的接触，因此实现了混凝土与碳纤维绳索1之间的接触面积的增大。因此，例如，与钢筋相比，能够大幅提高附着应力度，能够以较高的固定效率将碳纤维绳索1固定于混凝土中。混凝土构造物包括桥大梁、桥墩、桥壁栏杆、防护壁等。

图6是表示横轴为滑移位移(mm)、纵轴为附着应力度(N/mm²)的混凝土拉拔试验结果的曲线图。曲线图中的实线表示上述的碳纤维绳索1的试验结果，虚线表示不具有内部空间11和间隙12的碳纤维绳索的试验结果。构成绳索的芯线以及侧线的直径、根数和结构、以及混凝土中的埋入长度(附着长度)在相同的条件下进行了测量。

混凝土拉拔试验依照土木学会制定的“基于拉拔试验的连续纤维加强材料与混凝土之间的附着强度试验方法”进行。在该试验中，制作在碳纤维绳索的两端伸出到外部的状态下埋设有其中间部分的混凝土块。使用拉伸试验机，对从混凝土块的一端向外伸出的碳纤维绳索以规定的载荷速度施加拉伸负荷，使用位移计对从混凝土块的另一端向外伸出的碳纤维绳索的位移量(滑移位移)进行测量。

附着应力度τ(N/mm²)是使用以下公式所计算出的。

附着应力度τ＝P/u·L

其中，P表示拉伸负荷(kN)，u表示碳纤维绳索的标称周长(mm)，L表示相对于混凝土块的附着长度(mm)。

从混凝土拉伸试验的结果可以看出，与不具有内部空间11和间隙12的碳纤维绳索的附着应力度(虚线)相比，上述的碳纤维绳索1的附着应力度(实线)大幅提高，混凝土固定效率较高。

碳纤维绳索1中的侧线3的定型程度(通过侧线3实现的束缚的程度)可使用碳纤维绳索1的直径D、构成碳纤维绳索1的芯线2的直径σ₁和侧线3的直径σ₂，由D/(σ₁+2σ₂)×100(％)(以下，称作定型率)表示。如果具有100.1～105(％)左右的定型率，则碳纤维绳索1被进行弯曲时会产生适度的挠曲，从而混凝土固定效率也会提高。但是，在重视混凝土固定效率要进一步提高混凝土固定效率的情况下，也可以将多根侧线3定型使其具有更大的例如110％左右的定型率。

在上述的实施例中，对于由使热固性树脂5浸渍多根碳纤维4的线束、并通过对其施加热使其固化得到的芯线2和侧线3构成碳纤维绳索1的例子进行了说明，但是也可以代替热固性树脂5而使用热可塑性树脂(例如，聚酰胺)。另外，也可以代替碳纤维而使用玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、PBO(polyp-phenylenebenzobisoxazole)纤维等其他的合成纤维。

本发明涉及以下的技术方案。

项1.一种合成纤维绳索，其特征在于，具备：

芯线，其具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维被扎捆成束；以及

多根侧线，其分别具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维分别被扎捆成束，

所述树脂处于固化状态，所述多根侧线分别利用所述树脂的固化性被定型，

定型后的多根侧线分别为在所述芯线的周围绞合的状态。

项2.根据项1所述的合成纤维绳索，其特征在于，所述芯线和所述多根侧线的各侧线在长度方向上具有所述侧线与所述芯线接触的接触部分、以及所述侧线与所述芯线不接触的非接触部分这二者。

项3.根据项1或2所述的合成纤维绳索，其特征在于，所述多根侧线的各侧线在长度方向上具有与相邻的侧线接触的接触部分、以及与相邻的侧线不接触的非接触部分这二者。

项4.根据项2所述的合成纤维绳索，其特征在于，所述接触部分和所述非接触部分在长度方向上反复存在。

项5.根据项3所述的合成纤维绳索，其特征在于，所述接触部分和所述非接触部分在长度方向上反复存在。

项6.一种混凝土构造物，其特征在于，项1至5中任一项所述的合成纤维绳索埋设于混凝土中。

项7.一种长形物体，其特征在于，项1至5中任一项所述的合成纤维绳索被用作其加强材料。

附图标记说明

1 碳纤维绳索

2 芯线

3、3a、3b、3c、3d、3e、3f 侧线

3A、3B、3C、3D 膨胀部分

4 碳纤维

5 热固性树脂

11 内部空间

12 间隙。

Claims (12)

1.一种合成纤维绳索，具备：

芯线，其具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维被扎捆成束；以及

多根侧线，其分别具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维分别被扎捆成束，

在所述合成纤维绳索中，

所述树脂处于固化状态，所述多根侧线分别利用所述树脂的固化性被定型，

定型后的多根侧线分别为在所述芯线的周围绞合的状态，

所述芯线和所述多根侧线的各侧线在长度方向上具有所述侧线与所述芯线接触的接触部分、以及所述侧线与所述芯线不接触的非接触部分这二者，

根据作为剖面的位置的不同，接触部分和非接触部分的位置和数量不同。

2.一种合成纤维绳索，具备：

芯线，其具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维被扎捆成束；以及

多根侧线，其分别具有浸渍有树脂的多根合成纤维，所述多根合成纤维分别被扎捆成束，

在所述合成纤维绳索中，

所述树脂处于固化状态，所述多根侧线分别利用所述树脂的固化性被定型，

定型后的多根侧线分别为在所述芯线的周围绞合的状态，

所述多根侧线的各侧线在长度方向上具有与相邻的侧线接触的接触部分、以及与相邻的侧线不接触的非接触部分这二者，

根据作为剖面的位置的不同，接触部分和非接触部分的位置和数量不同。

3.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述接触部分和所述非接触部分在长度方向上反复存在。

4.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述侧线利用所述树脂的固化性而定型为具有向外的膨胀部分，由此形成所述非接触部分。

5.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述合成纤维选自碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维以及PBO纤维之中。

6.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述合成纤维绳索具有5～20mm的直径。

7.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述合成纤维具有5～7μm的直径。

8.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述芯线和所述侧线的粗细相同。

9.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，所述芯线的粗细和所述侧线的粗细不同。

10.根据权利要求1或2所述的合成纤维绳索，其中，当所述合成纤维绳索的直径为D、构成所述合成纤维绳索的所述芯线的直径为σ₁、所述侧线的直径为σ₂时，由D/(σ₁+2σ₂)×100％表示的定型率为100.1～110％。

11.一种混凝土构造物，其中，权利要求1或2所述的所述合成纤维绳索被埋设于混凝土中。

12.一种长形物体，其中，权利要求1或2所述的所述合成纤维绳索被用作其加强材料。

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