JP4368796B2 - 無機マトリックス布装置及び方法 - Google Patents

Description

［０００１］本発明は構造支持体、厳密には、そのような構造支持体を補強するための方法及び強化装置に関する。

［０００２］コンクリート又はセメントペースト、レンガ又は石積みユニット等のような材料で作られている壁、柱、及びその他の構造体は、支持構造体として広く利用されている。トンネル、ビルの構造支持体、橋支持体、高速道路の高架道路橋支持体及びパーキング構造物支持体は、これらセメント質構造支持体の数多くの用途のほんの一部である。これらの支持体は様々な形状で存在しており、円形、方形及び長方形断面が最も一般的である。しかしながら、規則的な多角形断面及び不規則な断面を含め、数多くの他の断面形状も利用されている。構造支持体の寸法は、目的とする用途次第で様々に変化する。５０フィートを超える高さ及び長さを有する構造支持体は、様々な用途に広く利用されている。

［０００３］コンクリートの構造支持体を鋼製のロッド、メッシュ又はバーを使って補強することは一般的に行われている。鋼材による補強は、支持体に、かなりの構造的強度（例えば、圧縮、引張、曲げ及び／又は切断関する抵抗力）を提供するが、これらの支持体には、地震又は爆発の際に生じる非対称な荷重及び水平方向変位を受けたとき、構造的に崩れる出来事が数多く起こっている。コンクリート構造物は、圧縮が適切であっても、地震、爆発、地盤沈下及び限度を超える負荷に伴う応力により、亀裂の発生、崩壊及び部分的損壊を受ける。そのような構造物の構造的な損傷は、破壊的な結果になりかねない。従って、補強されている及び補強されていないコンクリート及びセメントの構造支持体が、地震又は爆発の間に加えられる非対称な荷重及び水平方向変位に耐え得る能力を、引き続き強化する必要がある。

［０００４］支持構造体の構造的完全性を高める１つの方法は、構造支持体を形成する前に、金属補強材を追加することである。非対称荷重又は水平方向変位に対する抵抗力を高めるために、支持構造体の製作に別の設計的特徴を取り入れてもよい。しかしながら、地震の起き易い地域には、相当大きな非対称荷重又は水平方向変位にも耐えられる適切な金属補強材又は構造設計を備えていない数百万の構造支持体が現存している。従って、そのような既存の構造支持体を補強して地震又は爆発の際に損傷する恐れを無くすか又は減ずるための、簡単で、効果的で、比較的安価な装置を提供する必要がある。

［０００５］コンクリート柱のようなセメント質構造体を補強する１つの方法は、構造体の外面を、複合補強材層又は織物強化プラスチック（ＦＲＰ）で包むことである。アイズリ・ジュニアへの米国特許第５，６０７，５２７号では、樹脂マトリックス内に配置されている少なくとも１つの織物層を有する複合補強材層が、コンクリート柱の外面の回りに巻き付けられている。織物層は、柱の外周面の回りに、柱の軸に対し実質的に垂直方向に伸張する第１及び第２の並行な耳を有している。アイズリが開示している好適な織物には、ガラス、ポリアラミド、グラファイト、シリカ、水晶、炭素、セラミック及びポリエチレンで作られた織物が含まれている。この特許で示唆されている好適な樹脂には、ポリエステル、エポキシ、ポリアミド、ビスマレイミド（bismaleimide）、ビニルエステル、ウレタン及びポリ尿素が含まれ、エポキシベースの樹脂が好適とされている。

［０００６］セメント質構造支持体を補強する別の方法が、ワタナベ他への米国特許第６，０１７，５８８号に開示されている。この特許は、構造支持体の表面上にプライマ層を形成し、必要に応じてプライマ層上にパテ層を形成し、繊維シートで被覆する前、後、又は前後に、プライマ層（又はパテ層）に含浸樹脂を塗布して樹脂を繊維シート内の空間内に浸透させ、その後、樹脂、プライマ、パテ及び含浸樹脂を硬化させることにより、ＦＲＰを使って構造支持体を補強する方法を開示している。これに関連しているプライマ、パテ及び含浸樹脂は、全て、樹脂組成物を含んでいる。開示されている繊維シートは、炭素、アラミド又はガラス繊維を含んでいる。この特許の補強構造体に関し主張されている利点は、構造支持体の表面に対する補強材の粘着性が高められていることである。

［０００７］上記装置の様な補強ＦＲＰ装置は、可燃性で、有害で、塗布する間の取り扱いが難しいことが多い。また、硬化後は、耐火性が低く、補強対象のコンクリート又はれんがに対する接着性が低く、水／空気の透過性が低く、その結果水分が蓄積するようになる。更に、相当に経費が掛かり、損傷時には剥離する傾向にある。

［０００８］既存の支持構造体に対する、又は新しい構造物の支持構造体に対する、修理又は補強装置が必要とされている。

［０００９］本発明の第１の好適実施形態によれば、構造支持体を補強するための方法が提供されている。この方法は、無機マトリックス内に埋め込まれた耐アルカリ繊維層を有する補強装置を構造支持体に塗り付ける段階を備えている。

［００１０］好適な耐アルカリ繊維層は、サイズ剤が塗布されたＡＲガラスでできており、サイズ剤上に樹脂コーティングが施され、無機マトリックスが樹脂コーティングに接着し、樹脂コーティングがサイズ剤（size）に接着している。ＡＲガラスは、Ｅガラスの様な他の種類のガラス繊維と違って、アルカリの攻撃に対する耐性が高く、時間が経過しても高い強度を保持する。これは、ガラス繊維の中に、最適レベルの酸化ジルコニア（ＺｒＯ₂）が存在しているからである。この種類のガラスは、耐化学薬品性が高く、一般的なポートランドセメントの様な従来型のセメントセメント質材料の水和反応によって生成される極めて高いアルカリ性に耐性を有する。

［００１１］好適な無機マトリックスは、セメント、コンクリート又はモルタルのようなセメント質材料で構成されている。無機マトリックスは、セメント全体に細かく切った強化繊維を分布させた通常のポートランドセメントで構成されていれば更に望ましい。そのような繊維には、炭素、ＡＲガラス、セルロース、レーヨン、或いは、例えばアラミド、ポリオレフィン、ポリエステル又はそれらの混成物のようなポリマー材料で作られた繊維が含まれる。

［００１２］本発明の別の実施形態によれば、構造支持体を補強する方法は、ａ）無機マトリックスの第１層を構造支持体に塗り付ける段階と、ｂ）ＡＲガラス繊維層にサイズ剤が塗布されており、サイズ剤の上に樹脂コーティングが施され、無機マトリックスが樹脂コーティングに接着し、樹脂コーティングがサイズ剤に接着している、第１ＡＲガラス開放繊維層をマトリックス内に埋め込む段階と、ｃ）無機マトリックスの第２層を第１ＡＲガラス開放繊維層に塗り付ける段階と、を含んでいる。予備の繊維層及び無機マトリックス層を追加してもよい。

［００１３］本発明の別の実施形態にれば、構造支持体と、構造支持体に接着している補強装置とを含んでいる構造支持装置が提供されており、補強装置は、無機マトリックス内に埋め込まれているＡＲガラス繊維層を備えており、ＡＲガラス繊維層にはサイズ剤が塗布されており、サイズ剤の上に樹脂コーティングが施され、無機マトリックスが樹脂コーティングに接着し、樹脂コーティングはサイズ剤に接着している。

［００１４］本発明の更に別の実施形態によれば、無機マトリックス内に埋め込まれた繊維層を有する補強装置を構造支持体に塗り付ける段階を含む、構造支持体を補強する方法が提供されている。繊維層は、ＰＶＡ繊維、炭素繊維、アラミド繊維又はそれらの組み合わせを含んでいる。

［００３１］本発明の補強装置を使って、構造支持体を補強する補強装置及び方法を提供している。本補強装置は、セメント質支持構造体との接着性が改良されており、既存の補強装置よりも、構造支持体から剥離する傾向が少ない。

［００３２］本発明では、以下の様に用語を定義する。
［００３３］接着剤接着交叉配置繊維／メッシュ 互いに鋭角又は直角に重ね合わされている並行な織物ヤーンの層から成る織布。これらの層は、ヤーンの交点で、接着剤、糊又は熱接着によって接着されている。

［００３４］セメント質材料／複合材 ポートランドセメント、モルタル、プラスター、フライアッシュ、スラグ、シリカフューム、メタカオリン、石膏、ジオポリマー、及び／又は、砂又は砂利を含む骨材のような他の成分を含む材料の様な無機質の水硬化材料と、発泡剤の様な添加剤又は混合剤と、アクリル増強材を含む樹脂と、防水添加剤と、収縮低減混合剤（ＳＲＡ）と、空気連行（ＡＥ）混合剤と、難燃剤と、ガラス、ＰＶＡ、ポリプロピレン、セルロース、グラファイト又はそれらの混成物を含む細断した繊維とである。

［００３５］コーティング／結合剤／仕上げ剤 繊維を守り、布に安定性を与えるために、処理（例えば織る又は編む）後に布に塗布する、一般的には無機質の化合物。
［００３６］繊維 フィラメント材料を指すのに用いられる一般的用語。しばしば、繊維はフィラメントと同義に用いられる。フィラメントは、通常、直径の少なくとも１００倍の有限長さを有していると一般的に解されている。殆どの場合、フィラメントは、溶融槽から引き出し、巻き取るか、或いは、基板上に堆積させることによって作られる。

「００３７」フィラメント 繊維材料の最小単位。引き出し及び巻き取りの間に形成される基本単位であり、それらが集められ、複合材に用いる繊維のストランドになる。通常、フィラメントは非常に長く、直径が非常に小さい。織物フィラメントの中には、それらが十分に強くて柔軟な場合、ヤーンとして機能できるものもある。

［００３８］ガラス繊維 無機質の融合生成物が結晶化することなく固体状態まで冷却したものから作られた繊維。
［００３９］ガラスフィラメント 小径で長い長さに引かれたガラスの形態。

［００４０］無機マトリックス 例えばセラミック、ガラス、セメント質材料及びジオポリマー（無機樹脂）の様な殆ど無機質の成分から成るマトリックス材料。
［００４１］編物 フィラメント、粗糸又はヤーンの鎖を相互に輪にすることによって作られる編物
［００４２］マット 無作為に方向付けられた細断フィラメント、短い繊維、又は渦巻き状フィラメントが、結合剤によって緩く保持されたもので構成されている繊維材料。

［００４３］粗糸 数多くの連続したフィラメント、ストランド、又は並行な束に集められたもの
［００４４］サイズ剤 個々のフィラメントを１つに結合し、堅くして、処理（例えば、織る又は編む）する間の耐摩耗性を与えるために、ガラスフィラメントの引き抜き後に、微粒コーティングとして粗糸に塗布される、一般的には無機質の化合物。

［００４５］引張強度 試験片の、ゲージ長さ以内の、単位断面積当たりの最大荷重又は力。所与の試験片を破断するのに必要な引張応力。
［００４６］テックス １キロメートルのヤーン、フィラメント、繊維又は他の織物ストランドのグラム表示重量に等しい線密度（又はゲージ）を表す単位。

［００４７］たて糸 織物の長手方向に走るヤーン、繊維又は粗糸。長くてほぼ平行なヤーン、繊維又は粗糸のグループ。
［００４８］たて編み物 たて編み物は、ヤーンが概ね布の長手方向に走っている編み物の種類である。

［００４９］織り方（ｗｅａｖｅ） ヤーン、繊維又は粗糸を織り交ぜることによって織物を形成する特定の方法。織り方は、例えば、からみ織のような「織り方の種類」によって定義することもできる。

［００５０］よこ糸 織物の横糸又は繊維。この繊維は、たて糸と垂直に走っている。フィル、フィリングヤーン又はウーフとも呼ばれる。
［００５１］織物 ヤーン、繊維、粗糸又はフィラメントを織り交ぜて、無地、ハーネスサテン又はからみ織の様な布模様を形成することによって作られる材料（通常は平坦な構造）。

［００５２］ヤーン 天然又は人造何れかのフィラメント、繊維又はストランドを集めて、織物材料に編むか、織るか、織り交ぜるかに使用するのに適した連続する長さに形成したもの。フィラメント、繊維又はストランドを集めた場合、撚りがあってもよいし、無くてもよい。

［００５３］図１に、支持構造体２０を補強する補強装置１０を示す。本発明は、多種多様な支持構造体を補強するのに用いることができる。そのような支持構造体には、例えば、壁、梁、外部遮断布装置（ＥＩＦＳ）スラブ、煙突、排気筒、タンク、柱、サイロ、軸、管、導管、トンネルなどがある。支持構造体は、平坦でも、円形でも、他の形状であってもよい。本発明は、特に、補強が施されているいないに関わらず、セメント、コンクリート、れんが及び石炭殻ブロックの様な、セメント質又は石積材料で構成される支持構造体を補強するのに非常に適している。本発明の補強装置に特に適している１つの構造支持体は、未補強の石積（ＵＲＭ）壁である。

［００５４］補強装置１０は、少なくとも１つの耐アルカリ開放繊維層（alkali-resistant open fibrous layer）１２（図１には２つの繊維層を示している）と、無機マトリックス１４を備えている。繊維層１２は、マトリックス１４内に埋め込まれている。装置１０は、支持構造体２０の表面に塗り付けられている。

［００５５］以下の詳細な説明及び例は、本発明を使って、構造体の１つの表面に塗り付けることにより構造体を支持することについて述べているが、当業者には理解できるように、本発明はこれに限定されるものではなく、支持構造体の形状又は種類次第で、どの様な数の表面にも適用することができる。従って、例えば、本発明の補強装置を、建物の壁、管、壁又は他の構造物の外側表面及び内側表面に適用することができる。

［００５６］無機マトリックス１４は、セメントペースト、モルタル又はコンクリートの様なセメント質材料、及び／又は、石膏及びジオポリマー（無機樹脂）の様な他の種類の材料を含んでいるのが望ましい。無機マトリックスは、細断された繊維がセメント中に分散されているポートランドセメントを含んでいると更に望ましい。繊維は、ＡＲガラス繊維であるのが望ましいが、例えば、他の種類のガラス繊維、アラミド、ポリオレフィン、炭素、グラファイト、ポリエステル、ＰＶＡ、ポリプロピレン、天然繊維、セルロース繊維、レーヨン及びそれらの混成物を含んでいてもよい。無機マトリックスは、例えばフライアッシュ、ラテックス、スラグ及びメタカオリンの様な他の成分又は添加剤や、アクリル、ポリビニルアセテート等の様な樹脂や、酸化シリコン、酸化チタニウム及び亜硝酸シリコンを含むセラミックや、硬化促進剤や、シロキサン、硼砂（borax）の様な耐水及び／又は耐火添加剤や、増量剤や、硬化遅延剤や、分散剤や、染料及び着色料や、光安定剤及び熱安定剤や、縮小低減混合剤や、空気連行剤や、それらの組み合わせを含んでいてもよい。或る好適な実施形態では、無機マトリックスは、耐アルカリ開放繊維層に塗布されている樹脂コーティングと接着接合を形成する樹脂を含んでいる。

［００５７］無機マトリックスは、支持構造体と良く接着するのが望ましい。例えば、ポートランドセメントは、コンクリート、れんが及びコンクリート石積ユニット（ＣＭＵ）と非常に良好に接着する。無機マトリックスは、硬化剤、又は、例えば、着色剤、光安定剤及び熱安定剤の様な他の添加剤を含んでいてもよい。

［００５８］無機マトリックスの１つの内側表面１６は、支持構造体の表面２２と直接接触しているのが望ましい。無機マトリックス１４は、支持構造体２０と好適な融和性を持っているので、この２つの材料の間に接着剤を塗布する必要はないが、無機マトリックスと支持構造体の間又はそれらの中に、接着剤を加えるのを排除するものではない。

［００５９］耐アルカリ繊維層１２は、無機マトリックス１４に対する補強材である。繊維層１２は、マトリックスがセメントペースト、モルタル、或いは、コンクリート又はジオポリマー（geopolymers）の様な材料で構成されている場合、無機マトリックスの高アルカリ性環境内で、補強装置１０に対して長期耐久性を提供するのが望ましい。繊維層は、ガラス繊維、ＰＶＡ繊維、炭素繊維又はアラミド繊維、或いは、例えば、それ等の何れかの組み合わせで構成されているとよい。繊維層は、Ｓａｉｎｔ Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘが、セムヒル（Ｃｅｍ−ＦＩＬ）の商標で製造している様なＡＲガラス（耐アルカリ性ガラス）で構成されているのが最も望ましい。Ｅガラスの様な他の種類のガラス繊維と違って、ＡＲガラスは、長い期間に亘って、アルカリの攻撃に対する高い耐性と、高い強度を保持する。これは、ガラス繊維内に、最適レベルのジルコニア（ＺｒＯ₂）、例えば、望ましくは約１０％から約２５％のＺｒＯ₂が、存在するからである。この種類のガラスは、化学物質への耐性が高く、通常のポートランドセメントの様なセメント質材料の水和反応によって生成される非常に高いアルカリ性に耐性を有している。更に、ＡＲガラスは、耐地震及び耐爆発用途に使うのに必要な優れた強化特性を有している。ＡＲガラスは、高い引張強度と弾性率を有しており、錆びることがない。本来は耐アルカリ性ではないＥガラス、ＥＣＲガラス、Ｃガラス、Ｓガラス及びＡガラスの様な他のガラス繊維は、適しているわけではないが、塩化ポリビニル樹脂コーティングの様な耐アルカリ材でコーティングすれば使用できる。

［００６０］好適なＡＲガラス繊維は、粗糸又はヤーンとして作られるのが望ましい。ＡＲガラス繊維の線密度は、ヤーンを用いる場合の約７６テックスから、粗糸を用いる場合の２５００テックスの範囲内にあるのが望ましい。炭素繊維を用いる場合、トウとして、望ましくはフィラメント計数が、約３，０００から２４，０００の範囲で提供されるのが望ましい。ＡＲガラスの好適な特性には、新しいフィラメントの引っ張り強さが少なくとも約１２７６ＭＰａ（１８５，０００ｐｓｉ）以上、ヤング弾性率が約（６８．９５−８２．７４）×１０³ＭＰａ（１０−１２ｘ１０⁶ｐｓｉ）、破断時歪みが少なくとも約１．５％以上、水の吸い上げが約０．１％未満、及び、軟化温度が約８６０℃、等が含まれる。

［００６１］繊維層１２は、例えば、無地又はからみ織の様な様々な織り方、或いは、連続繊維の編み又は撚り方によって形成することができる。繊維層は、スクリムに配してもよいし、或いは不連続又は連続繊維をランダムに配向して不織マットにしたもので形成してもよい。図２に示すように、或る好適な実施形態では、繊維層１２ａ及び１２ｂは、１つの方向（例えばよこ糸方向又は充填（fill）方向）には繊維１インチ当たり２本の粗糸を有し、別の方向（例えばワープ方向）から９０度の方向には繊維１インチ当たり１本の粗糸を有しているガラス繊維の双方向繊維層である。（別の好適実施形態では、ガラス繊維の双方向繊維層は、各方向に、１インチ当たり１本の粗糸を有している。）繊維の向き、密度及び繊維の種類を変えることによって、具体的用途に合わせて強度を調節することができる。更に、布の編み方、組み方、織り方を変えて、補強強度を増すこともできる。繊維層１２内の開口部１８（図１参照）は、繊維層１２ａ及び１２ｂの各側に配置されている無機マトリックス１４の層１４ａ−ｃの間でインタフェースが取れるようになっていなければならない。

［００６２］繊維層は、更に、サイズ剤を含んでいるのが望ましい。ＡＲガラスで構成されている繊維層と共に用いるのに好適なサイズ剤は、１）エポキシポリマーと、ビニル及びアミン連結剤と、非イオン界面活性剤、２）エポキシポリマーと、アミン連結剤と、非イオン界面活性剤、３）エポキシポリマーと、メタクリル及びエポキシ連結剤と、陽イオン及び非イオン界面活性剤（パラフィン潤滑剤）、４）無水重合アクリレートアミン（例えば、ＰＣＴ特許出願第ＷＯ９９／３１０２５号に開示の物質、なお同特許出願を参考文献としてここに援用する）と、メタクリル及びエポキシ連結剤と、非イオン界面活性剤、５）無水重合エポキシアミン（例えば、Ｍｏｉｒｅａｕ、その他に発行の米国特許第５，９６１，６８４号に開示されているもの、なお同特許出願を参考文献としてここに援用する）と、ビニル及びアミン連結剤と、非イオン界面活性剤、の上記各配合物の内の１つを備えた水性サイズ剤を含んでおり、上記各配合物は、ＳａｉｎｔＧｏｂａｉｎＶｅｔｒｏｔｅｘ社のＳａｉｎｔＧｏｂａｉｎＶｅｔｒｏｔｅｘ Ｃｅｍ−ＦＩＬ Ｓ．ＬのＣｅｍＦＩＬ補強材で作られている。非イオン界面活性剤は、有機シランを含んでいるのが望ましい。これらのサイズ剤は、以下に説明するようなＡＲガラス繊維層及びセメント質材料に好適なコーティングと親和性があり、初期ガラス強度を改良し、布形成を容易にする。サイズ剤は、繊維層の重量の２．５％以下が望ましく、１．５％未満であれば最も望ましい。

［００６３］繊維層は、随意のコーティング２４を含んでいてもよい。繊維層がガラスで構成されている場合は、コーティングが望ましいが、繊維層が、ＡＲガラス、ＰＶＡ、炭素又はアラミド繊維で構成されている場合は、必ずしも必要ではない。コーティング２４は、ガラス繊維層１２に対して機械的及び化学的な保護を提供する。コーティングは、１つ又は複数のポリマーが入っているアクリレート及び／又は塩化ビニルであるのが望ましい。コーティング２４は、アクリル又はＰＶＣのプラスチゾルであるのが望ましいが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリオレフィン、アクリル酸、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリオレフィン、フェノール等でもよい。好適なコーティングの例には、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ社のＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃによって、ラベル番号５３４で製造されているアクリルコーティングと、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃによって、ラベル番号Ｖ３８で製造されているＰＶＣプラスチゾルコーティングとがある。ＰＶＣプラスチゾルをコーティングとして利用すると、無機マトリックス内の繊維層の耐アルカリ性が更に改良される。アクリルをコーティングとして利用すると、特にマトリックスがアクリルを含んでいる場合、繊維層の無機マトリックスへの粘着が促進される。

［００６４］コーティングは、パラフィンや、パラフィンとアンモニウム塩の組み合わせのような耐水性添加剤と、３Ｍ社からのＦＣ−８２４のようなアルコール及び水をはじく特性を付与するように設計されているフッ素系化学薬品と、有機水素ポリシロキサンと、シリコン油と、ワックスアスファルト乳濁液と、少量のポリ（ビニルアセテート）を含むか又は含んでいないポリ（ビニルアルコール）と、を更に含んでいてもよい。更に、臭化リン酸錯体、ハロゲン化パラフィン、コロイド状の五酸化アンチモン、ホウ砂、未発泡虫跡形、粘土、コロイド状シリカ及びコロイド状アルミニウムの様な難燃剤をコーティングに加えてもよい。更に、色素、防腐剤、分散剤、触媒、増量剤等の随意の成分をコーティングに加えてもよい。

［００６５］コーティングは、繊維層を浸漬被覆することによって塗布しコーティングとるのが望ましいが、スプレー、ロールコーティング等の当該技術で既知の何らかの他の技法で塗布してもよい。コーティングの重量％は、コーティングの種類によって変わるが、コーティングと繊維の総重量の１０から２００重量％の範囲にあるのが望ましい。コーティングは、様々な厚さに塗布することができる。コーティングは、繊維層の繊維がコーティングからはみ出さないように塗布するのが望ましいが、そうではなく断続的に塗布してもよい。コーティング２４を塗布した後で、繊維層１２ａ及び１２ｂ内の開口部１８は、繊維層の各側に配置されている無機マトリックス１４の層１４ａ−ｃの間でインタフェースが取れるようになっていなければならない。

［００６６］本発明の或る好適な実施形態によれば、ＡＲガラス繊維層のサイズ剤とコーティングは、老化後の引張性能及び引張強さの保持を最適にし、ＡＲガラス、サイズ剤、コーティング及びセメント質マトリックスの間の親和性を改良するために組み合わせられる。コーティング２４は、サイズ剤に接着しており、無機マトリックス１４はコーティング２４に接着しているのが望ましい。好適な組み合わせには、１）エポキシポリマー、ビニル及びアミン連結剤、並びに非イオン界面活性剤と、２）エポキシポリマー、アミン連結剤及び非イオン界面活性剤と、３）エポキシポリマー、メタクリル（metacrylic）及びエポキシ連結剤、並びに陽イオン及び非イオン界面活性剤（パラフィン潤滑剤）と、４）無水重合アクリレートアミン、メタクリル及びエポキシ連結剤及び非イオン界面活性剤と、５）無水重合エポキシアミン、ビニル及びアミン連結剤及び非イオン界面活性剤と、から成るグループから選択されるサイズ剤、及びアクリルとＰＶＣプラスチゾルとから成るグループから選択されるポリマーコーティングが含まれている。表１は、様々なコーティング／サイズ剤の組み合わせを使って、５％ＮａＯＨ加速老化試験、トリ−アルカリ性試験（ＴＡＴ）及びセメント内ストランド（ＳＩＣ）試験を行った後の、引張強度及び引張保持性試験の結果を、コーティングが施されていないＡＲガラス及びＥガラスと比較して示している。

注記
¹ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製のエポキシポリマーと、ビニル及びアミン連結剤と、非イオン界面活性剤の混合剤
² Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製
³ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製
⁴ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製のエポキシポリマーと、ビニル及びアミン連結剤と、非イオン界面活性剤の混合剤
⁵ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製のエポキシポリマーと、メタクリル及びエポキシ連結剤と、非イオン及び陽イオン界面活性剤の混合剤
⁶ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製
⁷ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製の無水重合エポキシアミンと、ビニル及びアミン連結剤と、非イオン界面活性剤の混合剤
⁸ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製
⁹ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製
¹⁰ Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ製の無水重合アクリレートアミンと、メタクリル及びエポキシ連結剤と、非イオン及び陽イオン界面活性剤の混合剤

［００６７］５％ＮａＯＨの加速老化試験の実行に際し、ガラス繊維の試験片は、高品質で損傷のない布から集めた。機械方向及び機械横断方向の両方から取った試験片を試験したが、各試験片は、長さ３３０ｍｍ、幅５０ｍｍであった。試験片は、蒸留水の５％ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）アルカリ性槽内に２８日間、放置浸漬し、各試験後に槽は取り替えた。試験片は、アルカリ性槽内で適切な状態に整えた後、少なくとも１リットルの蒸留水で、少なくとも１０回先浄した。先浄後、布の試験片を、室温で７日間乾燥した。乾燥後、布の試験片を、把持スパン５インチで、２インチ／分の速度で張力試験した。

［００６８］ＴＡＴ試験は、標準化に関する欧州委員会（ＣＥＮ）のための技術委員会によって準備されＣＥＮ委員に提出された欧州基準（著作権１９９７年、ＣＥＮ委員）に従って実行した。コーティングされた単一端サンプルを、６０℃の蒸留水１リットル中にＮａＯＨ１ｇ、Ｃａ（ＯＨ）₂０．５ｇ、及びＫＯＨ４ｇを溶かしたトリ−アルカリ性溶液中に入れた。２４時間後に、取り出し、ＰＨ９に達するまで水道水ですすぎ洗いした。次にサンプルを、０．５％ＨＣＬ溶液中に１時間浸し、取り出して、ＰＨ７に達するまで水道水ですすぎ洗いした。次にサンプルを、６０℃のオーブン内で１時間乾燥した。オーブン内での乾燥に続いて、サンプルを、室温で２４時間乾燥させ、その後、張力試験を行った。

［００６９］ＳＩＣ試験は、セメントモルタルのブロック内のストランドセットの引張強さを測定することによって、セメント内のガラスストランド又はフィラメントの耐アルカリ性を評価する。よく伸びたストランドが、セメントと接触しない繊維部分を保護するため自由端をコーティング混合物でコーティングした状態で、金型フレーム内に挿入される。水対セメントの割合が１対０．４３で、セメント対砂の割合が１対０．３４のセメントペーストを混合した後、金型をセメントペーストで満たし、ストランド近くに空気泡が形成されないように振動させる。セメントは、室温で１時間硬化させ、次いで２３時間冷水に入れて、その後、金型フレームを取り外す。

［００７０］セメントブロック及びストランドを含んでいるサンプルは、次いで、８０℃の水中に４日間浸漬することによって老化させられる。サンプルは、次に冷水に浸される。その後、サンプルは、張力計を使って引張強さが試験される。

［００７１］ＴＡＴ、ＮａＯＨで加速した老化（aging）及びＳＩＣ試験の結果は、或るコーティングされたＡＲガラス繊維が、コーティングされていないＡＲガラス及びＥガラスに勝る改良された引張性能を有していることを示している。試験結果は、更に、サイズ剤とコーティングの組み合わせは、引張性能に影響を及ぼすことを示している。無水サイズ剤は、水性サイズ剤より優れている。更に、結果は、Ｃｅｍ−ＦＩＬ無水サイズ剤０２０とＣｅｍ-ＦＩＬ ＰＶＣプラスチゾルＶ３８コーティングの、サイズ剤／コーティングの組み合わせが、最高の引張性能を提供することを示している。

［００７２］補強装置１０は、以下の代表的な方法で、既存の構造支持体２０に適用することができる。構造支持体２０の外側表面２２を、望ましくは水によって湿らせる。（構造支持体の外側表面を湿らす前に、必要に応じ、表面から付着したものを除き、表面を刺激の少ない石鹸で先浄するのが好ましい。）次に、無機マトリックスの第１層１４ｃを、こて塗り又は同様のコーティング技法で、構造支持体２０の湿った表面２２に塗り付ける。マトリックスは、支持体２０に塗り付けるときには、湿っており、未硬化の状態にあると理解頂きたい。マトリックス層の厚さは、１．５２４−６．３５ｍｍ（１／１６から１／４インチ）であるのが望ましく、約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）であれば更に望ましい。厚すぎれば、マトリックスは収縮亀裂を呈するかもしれない。

［００７３］無機マトリックスの第１層１４ｃを塗り付けると、次に耐アルカリ繊維層１２ｂが、マトリックスの第１層１４ｃ内に埋め込まれる。これは、手作業又は何らかの自動化された方法で実行される。普通、繊維層は、ロール状で提供され、ロールから所望の形状及び長さに切断される。繊維層は、支持構造体の向き、及び補強装置に採用されている他の繊維層の向きの両方に対して、様々に向けることができる。この様に繊維層の向きを変えることによって、補強装置の強化及び延性特性を改良することができる。

［００７４］繊維層１２ｂをマトリックスの第１層１４ｃへ埋め込んだ後、無機マトリックスの第２層１４ｂが、繊維層１２ｂの上に塗り付けられる。繰り返しになるが、この層の厚さは、１．５２４−６．３５ｍｍ（１／１６と１／４インチ）の間であれば望ましく、約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）であると更に望ましい。無機マトリックスの各層１４ａ−ｃが塗り付けられた後、マトリックスにはこて塗りが施され、実質的に滑らかな表面が形成される。

［００７５］図１及び図２の代表的な実施形態に示すように、無機マトリックスの第２繊維層１４ｂが塗り付けられた後、第２繊維層１２ａが、マトリックスの第２層１４ｂ内に埋め込まれ、無機マトリックスの第３層１４ａが、第２繊維層１２ａの上に塗り付けられる。必要であれば、第３繊維層を第３マトリックス層１４ａ内に埋め込み、無機マトリックスの第４層を第３繊維層の上に塗り付けてもよい。補強装置が、第１繊維層と第３繊維層の間、及び第２無機マトリックス層と第４無機マトリックス層の間に含んでいるのが望ましいが、追加の繊維層と無機層を採用してもよい。追加の繊維層と無機マトリックスの層は、上記と同じ方法で塗り付けられることになる。装置の所望の層が全て塗り付けられたら、装置は、それ自体で乾燥又は硬化させてもよいし、何らかの既知の手段によって固化又は硬化させてもよい。

［００７６］補強装置１０は、実質的に全表面が覆われるように、支持構造体２０の表面２２に塗り付けのが望ましい。しかしながら、用途によっては、支持構造体の、最も損傷を被りやすい箇所、例えば、剪断又は曲げの最大荷重が掛かる箇所だけに補強装置を適用することが有用なこともある。

［００７７］補強装置は、構造支持装置の、損傷の生じる荷重を大きくし、変位限界又は延性を上げることによって、構造支持体の全体性能を上げる。有害で、扱い辛く、経費が掛かり、剥離し易く、耐火性と水／空気の浸透度が低い従来の繊維強化ポリマー装置とは異なり、本発明の補強装置は、装着し易く、耐火性が改良されており、コンクリート、コンクリート石積ユニット（ＣＭＵ）及びれんがへの接着性も改良されている。更に、補強装置は、構造支持体から剥離し難く、コンクリート又はＣＭＵが、同様の空気及び水浸透性であるために呼吸できるようになっており、見た目もよく（混ぜ込んでコンクリート仕上げにできる）、経費も安い。
具体例
［００７８］本発明及びその利点を、以下の具体例に関連付けて説明する。以下の例は、説明を目的にしたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。以下の例では、上記方法を使用し、石積壁で、そして三層構成サンプルについて試験した。支持装置全体として相当に耐震補強が改良されたことを示す結果が得られた。
例１
［００７９］図３は、軽く補強されたサンプルＣＭＵブロック壁１００（壁１）を、標準の２０．３ｃｍ×２０．３ｃｍ×４０．６ｃｍ（８×８×１６インチ）のＣＭＵ１１０で作ったものである。ＣＭＵは、砂１、タイプ１ポートランドセメント３、消石灰１と、専門家が使えるモルタル混合物を作れるだけの量の水とで構成されているタイプＮのモルタルで作った。壁は高さ１０段で、上部及び下部の２段は中央の６段より４０．６ｃｍ（１６インチ）広く、「Ｉ」字型を形成している。上部２段及び下部２段の全ブロックにはグラウトを一杯に詰め、試験の間に負荷フレーム（図４参照）からの荷重が巧く伝達されるようにし、壁の幅広の上部及び下部区画内で壁の損傷が起こる確率を減じた。＃４の鋼製補強バー１２０を、中央の支台を取り囲むセル内に配置した。鋼製補強バーが入っている全ブロックには、グラウトを一杯に詰めた。９．５２５ｍｍ（３／８インチ）の面殻（faceshell）モルタル敷層を、積み終えグラウトを一杯に詰めたブロックに隣接するクロスウェブユニット付のＣＭＵブロック上に用いて、グラウトが、隣接するセルへ流れ込まないようにした。Ｄｕｒ−ｏ−ｗａｌ接合補強１３０を、上部２段及び下部２段の間の積み上げ接合面に施した。

［００８０］この例の本発明の補強装置は、カナダ、オンタリオ州セント・キャサリンのＳａｉｎｔＧｏｂａｉｎ社が商標名Ｃｅｍ−ＦＩＬとして製造しているＡＲガラスを含む耐アルカリガラス繊維層で構成されており、Ｃｅｍ ＦＩＬ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔが製品ラベル第５１９７号で製造している、エポキシポリマー、ビニル及びアミン連結剤、及び非イオン界面活性剤の混合物から成るサイズ剤と、アクリルとジョージア州アトランタのＱｕｉｃｋｒｅｔｅ社が商標名ＱｕｉｃｋＷａｌｌで製造しているセメント質の無機マトリックスとから成るコーティングとを有している。ＱｕｉｃｋＷａｌｌRマトリックスは、電気モーターミキサーで水及びアクリル増強剤と混ぜ合わせた。

［００８１］ＡＲガラス繊維層は、よこ糸方向に１インチ当たり２本の粗糸を有し、たて糸方向に１インチ当たり１本の粗糸を有し（図２参照）、ポリエステルの縫い糸ヤーンを有する、たて編みよこ糸挿入の開放網状格子を備えた、コーティングされた双方向繊維層であった。コーティングは、約２５−２８％ＤＰＵの重量％で繊維層に塗布されるアクリルで構成されていた。粗糸は、約１２００テックスであった。ＡＲガラス繊維層は、７６．２ｃｍ（３０インチ）幅のロールから、サンプルのＣＭＵブロック壁１００の相当する寸法に切断した。

［００８２］ＱｕｉｃｋＷａｌｌマトリックスの第１層を、厚さ約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）で、サンプル壁上にこて塗りした。次に、第１ＡＲガラス繊維層を、湿ったマトリックスに手で押し込んだ。第１ＡＲガラス繊維層は、２本の粗糸を有する繊維層のよこ糸方向が、サンプルの壁の下部と水平方向に整列するように向けた。次に、厚さ約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）のマトリックスの第２層を、こて塗りで塗り付けた。次に、第２ＡＲガラス繊維層を、マトリックス第２層に手で埋め込んだ。第２ＡＲガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、サンプル壁の下部と垂直になるように向けた。最後に、厚さ約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）のマトリックス第３層を、こて塗りで第２繊維層上に塗り付け、比較的滑らかな表面を形成した。

［００８３］以下に説明する試験を実行する前に、補強装置で補強された壁サンプルを、３０日間かけて硬化させた。
［００８４］本発明の代表的な方法による本発明の代表的な補強装置によって補強したサンプル壁を、米国陸軍工学研究開発センターの建設工学研究実験室で、平面内剪断について試験した。図３−５に示すように、補強装置１５０を付けた壁サンプル１００を、負荷試験フレーム１６０内に設置し、上部及び下部の試験片耳部１０２上に配したボルト締め鋼管１６２と、アイボルト１６６を使って負荷フレーム１６０に取り付けた鋼製チャネル及びロッド１６４とを使って、所定の位置でクランプした。負荷床試験フレーム１６０は、ポストテンション強化済みコンクリート反力強化壁と鋼製フレームで構成されていた。±２０インチのストロークを有する４９．９トン（１１０キップ（kip））油圧作動器（図示せず）を強化壁に取り付け、上部コンクリート梁１６８にボルトで取り付けられている鋼管１７０を通して、サンプル壁１００に水平方向の力（ＨＦ）を加えた。±３インチのストロークを有する２つの２２．８６トン（５０キップ）作動器（北及び南）（図示せず）を、鋼製フレームと水平方向鋼管１７０に取り付け、軸方向（垂直方向）荷重（ＦＶＳ及びＦＶＮ）を掛け、壁試験片に掛かる死荷重をシミュレートした。作動器の油圧は、コンピューター制御した。

［００８５］２つの線形可変差動変換器と８つの線形歪み（ｙｏ−ｙｏ）ゲージを使って、壁サンプル１００を計測し、壁サンプルの動き（Ｄ１−Ｄ１０）（図５参照）を監視した。平面内剪断試験では、南側の作動器は荷重制御に、北側の作動器はストローク制御に設定し、それぞれに２７キップの初期荷重を掛けた。ストローク制御の北側作動器（力ＦＶＮを掛ける）は、南側垂直作動器（力ＦＶＳを掛ける）のストローク信号にも連結していた。この様にして荷重を掛けることにより、合計軸方向負荷を２４．４９トン（５４キップ）一定に維持しながら、垂直作動器の力を互いに変えられるようになるので、試験フレーム１６０の上部コンクリート梁を、試験フレーム１６０の下部コンクリート梁に水平且つ平行に留めることができた。この構成で壁サンプルに平面内剪断荷重を入力した。水平方向作動器を使って、周期的な水平方向力（ＨＦ）を壁サンプルに加えた。表２は、入力時間（秒）と、試験の間に壁に掛かった変位（インチ）を示している。変位力は、壁サンプルが損傷した時点で止めた。

［００８６］図６は、壁１に関する壁試験の経過を示しており、５．０８ｍｍ（０．２インチ）の水平方向変位サイクルの間に、サンプルの下部角（ＬＳ及びＬＮ）で強化材に亀裂が生じ始め、その後、典型的なコンクリートのせん断亀裂として下方向に約４５度で伝播し始めた。１５．２４ｍｍ及び２０．８３ｍｍ（０．６及び０．８インチ）の水平方向変位で、亀裂が、中央支台の中間に断続的に現れ始め、Ｘ状の亀裂を形成し始めた。２５．４ｍｍ（１．０インチ）の変位で、相当量の亀裂が、上部北側凹角部角（ＵＮ）から下向きに対角線状に現れた。同時に、亀裂は、同じ角から上向き４５度の方向に成長し始めた。最終的に、３０．４８ｍｍ（１．２インチ）の変位で、補強材には、上部北側凹角部角（ＵＮ）からサンプル全体を横断して対角線状に南側凹角部角（ＬＳ）まで亀裂が入り、支台ＣＭＵブロックの背面が剪断され床に崩れ落ちたので、試験を終了した。

［００８７］図７は、壁１サンプルの荷重対（Ｄ４及びＤ７における）変位の背骨状曲線、並びに制御サンプルの背骨状（backbone）曲線を示している。制御サンプルは、補強装置を適用していない上記のＣＭＵ壁であった。
例２
［００８８］補強装置を適用した第２壁サンプル２００（壁２）を、壁サンプル１に関して説明したのと同じ方法を使って試験した。壁２は、例１で説明した材料及び手順に従って作り、壁２に適用した補強装置は、例１で説明した材料で作った。例１と例２の違いは、強化材の付着方法に関する違いだけである。壁２の補強装置を付着させる際に、第１ガラス繊維層を、２本の粗糸を有する布のよこ糸方向が、壁の下部に対して４５°の角度に、上部左角（ＵＳ）から下部右角（ＬＮ）まで走るように向けた。第２ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、サンプル壁２００の下部に対し垂直になるように向けた。

［００８９］図８に示すように、壁２の補強材は、７．６２ｍｍ（０．３インチ）の水平方向変位で、壁１と同じ様に亀裂を生じ始めた。亀裂は、下部凹角部角（ＬＳ及びＬＮ）に現れ、コンクリートの剪断亀裂の成長で典型的なように下向きに伝播した。１５．２４ｍｍ（０．６インチ）の水平方向変位で、Ｘ状亀裂が、壁の中央支台区画を横切って現れ始めた。次いで、２０．３２ｍｍ（０．８インチ）の変位で、補強材に、第２支台の床部接合部付近で水平方向の亀裂が生じた。ＣＭＵブロックの背面は剪断され、壁が座屈し始めたので、試験を終了した。

［００９０］図９は、壁２サンプルの荷重対（Ｄ４及びＤ７における）変位の背骨状曲線、並びに制御サンプルの背骨状曲線を示している。この場合も、制御サンプルは、補強装置を適用していないＣＭＵ壁であった。
例３
［００９１］補強装置が適用されている第３壁サンプル３００（壁３）を、壁サンプル１及び２に関して説明したのと同じ試験方法を使って試験した。壁３は、例１で説明した材料及び手順に従って作った。壁３に適用した補強装置は、強化材に付着させたマトリックスの最後の層が、通常のＱｕｉｃｋＷａｌｌ製品よりも砂を多く含んでいるＱｕｉｃｋＣｒｅｔｅ製のＱｕｉｃｋＷａｌｌ Ｓａｎｄｅｄ（商標名）材で構成されていることを除いて、例１で説明した材料組成で作った。

［００９２］壁３に適用した補強装置は、マトリックスの第３層と、最上部のコーティングとして付着させたマトリックスの第４層（ＱｕｉｃｋＷａｌｌ Ｓａｎｄｅｄ材）の中に埋め込んだ第３ガラス繊維層を含んでいる。壁３の補強装置を塗り付ける際、第１ガラス繊維層は、２本の粗糸を有する織物のよこ糸方向が、壁の下部に対して４５°に、上部左角（ＵＳ）から下部右角（ＬＮ）に走るように向けた。第２ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、壁の下部に対して４５°に、上部右角（ＵＮ）から下部左角（ＬＳ）に走るように向けた。第３ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、壁３の下部に対し垂直になるように向けた。

［００９３］図１０に示すように、補強材の亀裂は、５．０８ｍｍ（０．２インチ）の水平方向変位時に、下部北側凹角部角（ＬＮ）で始まった。７．６２ｍｍ（０．３インチ）から２５．４ｍｍ（１．０インチ）の変位で、亀裂は、その箇所の床接合部に沿って、長さ１７．８７ｃｍ（７インチ）まで成長した。１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の水平方向変位で、他方の下部凹角部角（ＬＳ）に亀裂が入り始め、下方向に向かった。この亀裂は、次の水平方向変位の振幅でも続いた。２０．３２ｍｍ（０．８インチ）の水平方向変位で、そこに新しい亀裂が入り始め、床接合部沿いに約２０．３２ｃｍ（８インチ）となった。壁１の損傷と同じ線沿いの対角線状亀裂が、１２．７ｍｍ（０．５インチ）の水平方向変位で始まり、０．８変位サイクルの間に成長した。０．８インチの変位で、上部北凹角部角（ＬＮ）に亀裂が入り始め、上方向に向かった。次に、１．０インチの水平方向変位で、同じ角に、更に幾つかの亀裂が入り始め、全てが上向きに様々な角度で成長した。１．０インチの水平方向変位サイクルの間に、ＣＭＵブロックが剪断し始め、壁の崩壊の危険が差し迫ってきたので、試験を中止した。壁の端部と裏側を確認すると、背面にはＸ状の亀裂が相当に広がっており、前面では強化材のすぐ裏で、剪断が始まっていたことが分かった。補強材は、この試験中損傷しなかった。

［００９４］図１１は、壁３サンプルの荷重対（Ｄ４及びＤ７における）変位の背骨状曲線、並びに制御サンプルの背骨状曲線を示している。この場合も、制御サンプルは、補強装置を適用していないＣＭＵ壁であった。
例４
［００９５］図１２に示すような三層構成サンプル４００を、３個、標準的な８ｘ８ｘ１６インチＣＭＵを使って組み立てた。三層構成サンプル４００は、３つのブロック４０２、４０４及び４０６を、中央のブロック４０４を３／４インチだけずらして、積み上げ接着して作った。３つの三層構成サンプルに適用した補強装置４１０は、マトリックス層が、通常のＱｕｉｃｋＷａｌｌ製品とは異なるＱｕｉｃｋＷａｌｌ Ｓａｎｄｅｄ（商標名）材料で構成されていることを除いて、上記例で説明した材料組成で作った。

［００９６］３つの三層構成サンプル４００への補強装置の付着する方法は、上記３つの壁サンプルへの塗り付け方と同じとした。第１の三層構成サンプル（三層構成材１）には、２つのガラス繊維層を取り付けた。第１三層構成材の第１ガラス繊維層は、２つの粗糸を有する繊維層のよこ糸方向が、（図２に示しているように）端部上に立っている三層構成材の下部と水平方向に整列するように向けた。第２ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、三層構成材の下部に対し垂直となるように向けた。第２の三層構成サンプル（三層構成材２）にも、２つのガラス繊維層を取り付けた。第２サンプルの第１ガラス繊維層は、布のよこ糸方向が、三層構成材の下部に対して４５°の角度で、上部左角から下部右角へと走るように向けた。第２ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、三層構成サンプルの下部に対し垂直となるように向けた。第３の三層構成サンプル（三層構成材３）には、３つのガラス繊維層を取り付けた。第３三層構成サンプルの第１ガラス繊維層は、織物のよこ糸方向が、三層構成材の下部に対して４５°の角度で、上部左角から下部右角へと走るように向けた。第２ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、三層構成材の下部に対して４５°の角度で、上部右角から下部左角へと走るように向けた。第３ガラス繊維層は、繊維層のよこ糸方向が、三層構成材の下部に対し垂直となるように向けた。壁サンプルについて、三層構成材は、試験まで３０日間掛けて硬化させた。

［００９７］三層構成材４００を、４５３．６トン（１００万ポンド）の試験フレーム内で試験した。サンプルは、中央のオフセットブロックが上に出るように、試験フレームの負荷プラテン上に配置した。鋼鈑を、三層構成サンプルの両端にボルト留めし、三層構成材に２１７７ｋｇ（４８００ポンド）の締付け力が掛かるように締付けた。この力は、壁サンプルに１．０３４ＭＰａ（１５０ｐｓｉ）の軸方向加重が加わることに相当する。次に、０．０６９ｍｍ（０．００２７インチ）／秒の一定の荷重速度で、三層構成材に圧縮荷重を掛けた。表３には、各三層構成サンプルの最大荷重を記している。

［００９８］補強装置は、三層構成サンプルの一面だけに付着させたので、補強材を塗り付けていない面への荷重に対しては耐性が低かった。このため、裏面殻が剪断され、裏面の中央面が、隣接するブロック面と水平な点まで圧縮される結果となった。全ての例で、強化材が塗り付けられている面は、圧縮に抵抗した。図１３は、三層構成材試験の荷重対クロスヘッド変位の関係を示す。

［００９９］三層構成材１は、補強装置に対する損傷が最低であった。水平方向から約３０度の角度に、モルタル接合部に沿って分布する長さ約２５．４ｍｍ（１インチ）の毛髪状亀裂が数本あった。

［０１００］三層構成材２は、補強材に対する損傷が最大であった。亀裂は、三層構成材の凹角部角から広がった。大きな亀裂は下部で広がり、小さな亀裂は上部で広がった。補強材を調べてみると、数箇所の剥離開始が見られた。三層構成材を試験機械から取り外した後で、中央ブロックのＣＭＵ面から強化材を引き剥がすと、無傷のままであった。

［０１０１］三層構成材３は、補強材の上部凹角部角に小さな毛髪状亀裂が生じており、それが、試験片の補強材側に唯一視認できる損傷であった。
結果
［０１０２］ＡＲガラス布で補強した無機マトリックスを、上記壁のような支持構造体に塗り付ける利点は、変位限界を上げることによって、支持構造体に強度を付加し、構造体の性能を改良することである。これらの利点は、地震及び爆発に対する耐性を改良する結果となる。図７、９及び１１に示す背骨状曲線は、考察中の支持構造体の工学的強度を表している。工学的強度は、背骨状曲線に写し出されたピーク負荷で定義される。工学的目的に関して言えば、工学的強度の方が、実測ピーク荷重よりも良い装置性能指標になるが、それは、ピーク荷重値を考える場合には存在することもしないこともある安全係数を組み込んでいるからである。

［０１０３］試験した各補強壁サンプルにおいて、工学的荷重は、補強材を有しない制御サンプル以上に改良された。壁１は、制御サンプルより５７％強度が上がり、最も良く機能し、４２％強度上昇の壁及び３、３８％強度上昇の壁２の順で続いた。図１４は、米国陸軍工学研究開発センターの建設工学研究実験室において、同様の条件の下で、先の試験で試験した、壁サンプルに適用された繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）補強装置の様々な構成を示している。ＦＲＰ補強サンプルは、２４．４９トン（５４キップ）の軸方向荷重を加えて平面内剪断の負荷を加えた。図１５は、図１４に示す様々な構成で適用したＦＲＰ補強装置を有するサンプル壁に関するサンプル壁１−３の工学的荷重の増大を、補強材を有していない制御サンプルと比較したものである。

［０１０４］各壁が抵抗した最大水平方向荷重を、工学的荷重及び制御サンプル壁との比較と共に、表４に示している。各壁の最大水平方向荷重耐性の順位は、工学的荷重の順位と同じである。壁１は、強度増加が最大であっただけでなく、損傷前の変位も最良であった。図１６は、壁の変位を、お互いに比較し、更に、先の試験で試験したＦＲＰ補強壁サンプルとも比較している。表５は、壁１−３のゲージＤ７とＤ４（図５参照）の間の最大変位を示し、それらの値を、補強材が適用されていない制御サンプルと比較している。試験した壁は、壁２の２９％から壁１の４４％までの改良を示している。

［０１０５］壁サンプル１−３の試験結果を纏めると、本発明のＡＲガラス補強無機マトリックス強化装置は、平面内剪断において、壁サンプルの工学的強度に、２１．３２−２４．０４トン（４７−５３キップ）、又は３８−５７％の水平方向耐性を付け加えた。本材料は、平面内剪断において、壁サンプルに、１４．７４−３０．９９ｍｍ（０．５８−１．２２インチ）、又は２９−４４％の水平方向変位を付け加えた。壁１は、互いに、そして壁に対し０°及び９０°で付着させた２つの織物の繊維層を有しており、他の構成よりも良好な性能を示した。壁サンプルに対して、２つのガラス繊維層が±４５°で配置され、第３繊維層が０°及び９０°で配置されている３つのガラス繊維層は、互いに０°及び９０°で配置されているが、壁サンプルに対しては±４５°で配置されている２つのガラス繊維層よりも良好な性能を示した。全ての壁の損傷は、ブロックの前面と後面の間の剪断によるものであった。壁１−３の補強装置がＣＭＵ壁から剥離することはなかった。

本発明による代表的な補強装置を有する支持構造体の斜視断面図である。 本発明の補強装置の或る実施形態を有する支持構造体の部分断面図である。 本発明の補強装置の代替実施形態を試験する際に用いられるコンクリート石積ユニット（ＣＭＵ）壁サンプルの正面図である。 試験フレーム内に取り付けられた壁サンプルの前面図である。 変位測定位置と、水平及び垂直力の方向とを示す壁サンプル及び試験フレームの図である。 平面内剪断試験の間の亀裂の成長を示す壁サンプル１の正面図である。 壁サンプル１の荷重対変位の背骨状曲線と、制御サンプルの背骨状曲線とを示すグラフである。 平面内剪断試験の間の亀裂の成長を示す壁サンプル２の正面図である。 壁サンプル２の荷重対変位の背骨状曲線と、制御サンプルの背骨状曲線とを示すグラフである。 平面内剪断試験の間の亀裂の成長を示す壁サンプル３の正面図である。 壁サンプル３の荷重対変位の背骨状曲線と、制御サンプルの背骨状曲線とを示すグラフである。 本発明による代表的な補強装置を有する三層構成サンプルの斜視図である。 三層構成サンプル試験の荷重対クロスヘッド変位の関係を示すグラフである。 壁１−３を試験する際に使用された条件と同じ条件で試験される壁サンプルに適用される繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）補強装置の各種構成を示している。 壁サンプル１−３の、図１４に示す各種構成に適用されているＦＲＰ補強装置を有する壁サンプルへの工学的荷重の増加と、補強材を有していない制御サンプルの工学的荷重とを比較するグラフである。 壁サンプル１−３の壁の変位を、互いに比較し、先に試験されたＦＲＰ補強壁サンプルとも比較しているグラフである。

Claims (9)

1. 構造支持体を補強する方法であって、
   無機セメント質マトリックスの層を前記構造支持体に付着させる段階と、
   前記無機セメント質マトリックス内にＡＲガラス繊維織物叉は不織の層を埋め込む段階とを備え、
   前記ＡＲガラス繊維織物叉は不織の層は、ＡＲガラスヤーンと、前記ＡＲガラスヤーン上のサイズ剤と、前記サイズ剤上に施された樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングとを有し、
   また、前記方法は、
   前記無機セメント質マトリックスを前記樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングに付着させる段階を更に備えることを特徴とする方法。
2. 前記サイズ剤は、無水重合エポキシアミンと、ビニル及びアミン連結剤と、非イオン界面活性剤との混合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記無機セメント質マトリックスを前記樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングに接着する段階を備え、前記無機セメント質マトリックスは、前記樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングとの接着接合を形成する樹脂を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記無機セメント質マトリックスの層を前記構造支持体に付着させる段階を備え、前記構造支持体は、水スプレーで湿らせていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ＡＲガラス繊維織物叉は不織の層の上に無機セメント質マトリックスの層をこて塗りで塗り付ける段階を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ＡＲガラス繊維織物叉は不織の層の上にこて塗りで塗り付けられた無機セメント質マトリックスの層をこて塗りで塗り付ける段階と、
   前記こて塗りで塗り付けられた無機セメント質マトリックスの層内に他のＡＲガラス繊維の層を埋め込む段階とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングは、一つ叉は複数のアクリレートと塩化ビニルとを含む少なくとも一つのポリマーを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングは、パラフィン、パラフィンとアンモニウム塩の組み合わせ、フッ素系化学薬品、有機水素ポリシロキサン、ワックスアスファルト乳濁液、ポリビニルアルコール、及びポリビニルアセテートからなる群からなる耐水性添加剤を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記樹脂ＰＶＣプラスチゾルコーティングは、臭化リン酸錯体、ハロゲン化パラフィン、コロイド状の五酸化アンチモン、ホウ砂、未発泡虫跡形、粘土、コロイド状シリカ、及びコロイド状アルミニウムからなる群の一つを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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