本實用新型涉及合成纖維繩索以及含有其的混凝土構造物和長形物體。

背景技術：

專利文獻1記載了將碳纖維制或鋁纖維制的棒狀體插入混凝土構造物以實現強度提高的技術方案。

【現有技術文獻】

【專利文獻】

專利文獻1：日本特開2000-110365號公報

在鋼筋混凝土柱穿孔有長孔，將碳纖維制棒狀體敲打進上述長孔中。之后，通過向長孔內的剩余部分空隙填充流動狀固化性樹脂，將碳纖維制棒狀體固定于混凝土中。碳纖維制棒狀體只不過是通過與其表面接觸的流動狀固化性樹脂固定于混凝土中。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種使混凝土等侵入繩索內部以增大繩索與混凝土等的接觸面積從而能夠提高固定效率的合成纖維繩索。

本實用新型的另一目的是提供一種被進行彎曲時產生適度撓曲的操作性優異的合成纖維繩索。

基于本實用新型的合成纖維繩索具備：芯線，其具有浸漬有樹脂的多根合成纖維，所述多根合成纖維被扎捆成束；以及多根側線，其分別具有浸漬有樹脂的多根合成纖維，所述多根合成纖維分別被扎捆成束，所述樹脂處于固化狀態，所述多根側線分別利用所述樹脂的固化性被定型，定型后的多根側線分別為在所述芯線的周圍絞合的狀態。

由浸漬有樹脂的多根合成纖維構成的芯線及側線保持通過使所述樹脂固化在樹脂固化時的形狀。如果是熱固性的樹脂，通過施加熱，所述樹脂固化，如果是熱可塑性樹脂，通過冷卻，所述樹脂固化。若在賦予規定形狀的狀態下使所述樹脂固化，則芯線和側線在之后也能夠繼續維持其形狀。

構成芯線和側線的合成纖維(并非棉或絲等天然纖維，而是由化學合成的高分子化合物制成的纖維)包括碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、PBO(polyp-phenylenebenzobisoxazole)纖維等其他的纖維。這些纖維非常細，通過捆束多根合成纖維，從而能夠浸漬樹脂。

通過使利用上述樹脂的固化性預先定型的多根側線分別成為在芯線的周圍絞合的狀態，構成合成纖維繩索。根據本實用新型，通過預先進行的、利用上述樹脂固化性的側線的定型，能夠在合成纖維繩索的內部，具體而言在芯線及其周圍的側線之間以及相鄰的側線彼此之間，在實質上不損害絞合狀態的情況下，確保適當的空間或間隙。

構成合成纖維繩索的芯線及其周圍的側線分別是樹脂固化的狀態的繩線，因此在芯線與其周圍的側線、以及相鄰的側線彼此之間允許滑移(錯位)。由此，提供一種被進行彎曲時容易產生適度的撓曲并且操作性優異的合成纖維繩索。例如，能夠將長形的合成纖維繩索卷繞成小徑的卷軸而緊湊化，在作業現場的操作也將變得輕松。基于本實用新型的合成纖維繩索例如適合用作電線(輸電線)、光纖電纜、海底電纜等其他的較長的部 件或設備的加強材料。

在一個實施方式中，對所述芯線和所述多根側線的各側線而言，在長度方向上具有(在長度方向上存在)所述側線與所述芯線接觸的接觸部分、以及所述側線與所述芯線不接觸的非接觸部分這二者。即，芯線周圍的多根側線具有在長度方向的全長上不與芯線連續接觸、與芯線不接觸(側線從芯線浮起)的部分。通過接觸部分防止合成纖維繩索的走形。非接觸部分成為芯線與側線之間的空間，因此有助于提高繩索的彎曲容易性，并且對混凝土、砂漿等其他的凝固劑或凝結劑的滲透也有幫助。例如，當在混凝土中埋入合成纖維繩索時，混凝土向合成纖維繩索內滲透，合成纖維繩索被牢固地固定于混凝土中。基于本實用新型的合成纖維繩索例如還適合用作混凝土構造物的加強材料。

在其他實施方式中，對所述多根側線的各側線而言，在長度方向上具有與相鄰的側線接觸的接觸部分、以及與相鄰的側線不接觸的非接觸部分這二者。即，芯線周圍的多根側線具有在長度方向的全長上不與相鄰的側線連續接觸、與相鄰的側線不接觸的部分(側線與側線之間具有間隙)。通過接觸部分防止合成纖維繩索的走形。非接觸部分有助于提高繩索的彎曲容易性，對混凝土、砂漿等其他的凝固劑或凝結劑的滲透進入合成纖維繩索的內部也有幫助。

優選地，關于上述芯線與上述側線之間的接觸部分及非接觸部分、以及相鄰的側線彼此之間的接觸部分和非接觸部分的任一者也在長度方向上重復存在上述接觸部分和上述非接觸部分。從而提供了一種在全長容易彎曲的繩索。將這種合成纖維繩索用于混凝土結構的情況下，能夠在合成纖維繩索的長度方向上分散并確保允許混凝土滲透的內部空間，而且能夠分散并確保允許混凝土從外部向內部滲透進入的入口。

本實用新型的第三個目的是提供一種混凝土構造物，上述的合成纖維繩索埋設于混凝土中。

本實用新型的第四個目的是提供一種長形物體，上述合成纖維繩索被用作其加強材料。

附圖說明

圖1是碳纖維繩索的主視圖。

圖2是碳纖維繩索的分解立體圖。

圖3是沿圖1的III－III線的放大剖視圖。

圖4是沿圖1的IV－IV線的放大剖視圖。

圖5是沿圖1的V－V線的放大剖視圖。

圖6是表示混凝土拉拔試驗的結果的曲線圖。

具體實施方式

圖1表示碳纖維繩索的外觀。圖2是碳纖維繩索的分解立體圖。圖3至圖5分別是沿圖1的III－III線、IV－IV線、V－V線的碳纖維繩索的放大剖視圖。

碳纖維繩索1由一根芯線2、以及在其周圍處于絞合狀態的六根側線3(3a～3f)構成(1×7結構)。從剖面觀察，碳纖維繩索1、芯線2以及側線3均具有大致圓形的形狀。另外，從剖面觀察，碳纖維繩索1在其中心配置有芯線2，并且以包圍芯線2的方式設有六根側線3。碳纖維繩索1具有例如5mm～20mm左右的直徑。

芯線2和側線3均是將浸漬有熱固性樹脂(例如，環氧樹脂)5的多根例如數萬根長形的碳纖維4捆束成剖面為圓形的繩線，因此碳纖維繩索1整體包含有數十萬根左右的碳纖維4。每根碳纖維4非常細，具有例如5μm～7μm的直徑。也可以通過將浸漬有熱固性樹脂5的多根碳纖維4扎束，并將該碳纖維束絞合多根，分別形成芯線2和側線3。芯線2和側線3也可以說是碳纖維復合材料(CFRP)(Carbon Fiber Reinforced plastics)制的繩線。

對芯線2和側線3而言，在本實施例中使用相同粗細(剖面面積)的繩線。但也可以使用比芯線2細或者比芯線2粗的側線3。通過不同的碳纖維4的根數，能夠任意地調整芯線2和各根側線3的粗細。

對構成碳纖維繩索1的芯線2和側線3而言，均使用對熱固性樹脂5預先施加熱并使其固化的狀態的繩線。即，通過在利用熱固性樹脂5的熱固性而發生固化的狀態下的芯線2的周圍，配置同樣利用熱固性樹脂5的熱固性而發生固化的狀態下的側線3并使其成為絞合的狀態，制作碳纖維繩索1。由于各芯線2和各側線3的熱固性樹脂5固化，因此在芯線2及其周圍的側線3、以及側線3彼此之間允許適當的滑移。

參照圖2，成為在芯線2的周圍絞合的狀態的6根側線3均預先被定型為螺旋狀，另一方面，芯線2不具有螺旋狀的定型。毋庸多言，側線3的螺旋形狀是在將熱固性樹脂5熱固化之前定型的。各側線3的螺旋狀的定型的捻距大致相同，并且各側線3的螺旋內徑與芯線2的直徑大致相等。

在此，在各側線3，具有以部分向外略微膨脹的方式被定型的部分(以下，稱作膨脹部分)。在圖1所示的碳纖維繩索1中，略微強調性地示出了四處膨脹部分3A～3D。

參照圖3，在剖面觀察具有膨脹部分3A的部分時，芯線2周圍的6根側線3a～3f中的1根(側線3a)不與芯線2接觸，遠離芯線2向外錯位。以發生這種錯位的方式，對側線3a預先進行定型。通過側線3a遠離芯線2的方式，從而在芯線2與側線3a之間確保了內部空間(非接觸部分)11。

由于芯線2和側線3剖面均為圓形，因此在芯線2與側線3之間必然存在有不接觸的部分(例如，在圖3中，由芯線2、側線3c、側線3d形成的剖面為大致三角形的空間)(使用附圖標記20表示)，但是本說明書中所說的內部空間11并不是指該剖面為大致三角形的空間20，而是指通過對側線3預先進行的定型所確保的芯線2與側線3之間的空間。通過確保內部空間11，兩個剖面為大致三角形的空間20連接在一起。

在圖3中，側線3a與位于其兩側的兩根側線3b、3f中的一個側線3f相接觸，但與另一側線3b不接觸，向遠離側線3b的方向錯位(以發生這 種錯位的方式，對側線3a預先進行定型)。通過側線3a遠離側線3b的方式，從而在側線3a與側線3b之間確保了間隙12。

參照圖4，在剖面觀察具有其他膨脹部分3B的部分時，芯線2周圍的六根側線3a～3f中的兩根(側線3e、3f)不與芯線2接觸，從而在芯線2與側線3e、3f之間確保了內部空間11。由于側線3e、3f相鄰，因此兩個內部空間11是連續的，其結果是形成了寬闊的內部空間。另外，雖然其他側線3c與芯線2接觸，但是該側線3c與位于其兩側的兩根側線3b、3d雙方分離，從而在側線3c的兩側分別確保了間隙12。

在圖4中，內部空間11被示為封閉空間，但是內部空間11并非與外部完全隔斷的空間，而是與外部連通的開放空間。即，在芯線2與側線3之間確保的內部空間11與在碳纖維繩索1的長度方向的其他位置相鄰的兩根側線3分離所確保的上述間隙12連續。通過間隙12，內部空間11與外部連通。

參照圖5，在剖面觀察具有膨脹部分3C、3D的部分時，芯線2周圍的六根側線3中的四根(側線3b、3c、3e、3f)不與芯線2接觸，確保了內部空間11。另外，在側線3a與3b之間、側線3c與3d之間、側線3e與3f之間、側線3f與3a之間確保了間隙12。

如此，碳纖維繩索1根據作為剖面的位置的不同，內部空間11以及間隙12的位置和數量不同。但是，根據剖面和位置的不同，既存在內部空間11和間隙12完全不會出現的情況，反之，也可能存在在芯線2的全周六根側線3都不接觸芯線2的情況。另外，如圖3～圖5所示，剖面上示出的內部空間11和間隙12的大小(芯線2與側線3之間的距離、相鄰的側線3之間的距離)是多種多樣的。這表示多個膨脹部分3A～3D的程度是多種多樣的。此外，在碳纖維繩索1中不存在極大的膨脹部分(內部空間11和間隙12)，從而不會有實質上損害絞合狀態的情況。

上述的膨脹部分在碳纖維繩索1的長度方向上反復形成。即，關于芯線2和多根側線3的各側線，在長度方向上反復出現上述側線3接觸上述芯線2的接觸部分(不具有內部空間11的部分)、以及上述側線3不接觸上述芯線2的非接觸部分(具有內部空間11的部分)。同樣地，對相鄰的側線3彼此而言，在長度方向上也反復出現接觸部分(不具有間隙12的部分)以及非接觸部分(具有間隙12的部分)。

膨脹部分可以在各側線3的長度方向上每隔規定間隔設置，也可以隨機設置。對所有的側線3而言，可以在長度方向上以相同的間隔設置膨脹部分，也可以針對每個側線3使膨脹部分在長度方向的間隔不同。膨脹部分分散設置于碳纖維繩索1，在碳纖維繩索1的長度方向上，內部空間11和間隙12分散存在。

如上所述，碳纖維繩索1由于芯線2和側線3的各側線的熱固性樹脂5固化，因此在芯線2與側線3之間、側線3彼此之間允許滑移，進而由于具有內部空間11和間隙12，因此被進行彎曲時產生適度的撓曲，從而操作性比較優異。能夠卷繞成小徑的卷軸而緊湊化，作業現場的操作也將變得輕松。碳纖維繩索1適合于例如用作輸電線等長形物體的芯材。

另外，碳纖維繩索1可用作例如混凝土構造物的加強材料。將碳纖維繩索1埋設于凝固前的混凝土(新澆混凝土)中時，混凝土以相鄰的側線3彼此之間的間隙12為入口進入碳纖維繩索1內。從間隙12進入碳纖維繩索1的內部的混凝土進入芯線2與側線3之間所確保的內部空間11，其結果，碳纖維繩索1與混凝土之間的接觸面積變大。但是，根據新澆混凝土的粘度、內部空間11、間隙12的大小等的不同，也有可能混凝土未完全充滿內部空間11，但是在混凝土與碳纖維繩索1的外周面(表面)接觸的基礎上，在碳纖維繩索1的內部也會發生與混凝土的接觸，因此實現了混凝土與碳纖維繩索1之間的接觸面積的增大。因此，例如，與鋼筋相比，能夠大幅提高附著應力度，能夠以較高的固定效率將碳纖維繩索1固定于混凝土中。混凝土構造物包括橋大梁、橋墩、橋壁欄桿、防護壁等。

圖6是表示橫軸為滑移位移(mm)、縱軸為附著應力度(N/mm²)的混凝土拉拔試驗結果的曲線圖。曲線圖中的實線表示上述的碳纖維繩索1的試驗結果，虛線表示不具有內部空間11和間隙12的碳纖維繩索的試驗結果。構成繩索的芯線以及側線的直徑、根數和結構、以及混凝土中的埋入長度(附著長度)在相同的條件下進行了測量。

混凝土拉拔試驗依照土木學會制定的“基于拉拔試驗的連續纖維加強材料與混凝土之間的附著強度試驗方法”進行。在該試驗中，制作在碳纖維繩索的兩端伸出到外部的狀態下埋設有其中間部分的混凝土塊。使用拉伸試驗機，對從混凝土塊的一端向外伸出的碳纖維繩索以規定的載荷速度施加拉伸負荷，使用位移計對從混凝土塊的另一端向外伸出的碳纖維繩索的位移量(滑移位移)進行測量。

附著應力度τ(N/mm²)是使用以下公式所計算出的。

附著應力度τ＝P/u·L

其中，P表示拉伸負荷(kN)，u表示碳纖維繩索的標稱周長(mm)，L表示相對于混凝土塊的附著長度(mm)。

從混凝土拉伸試驗的結果可以看出，與不具有內部空間11和間隙12的碳纖維繩索的附著應力度(虛線)相比，上述的碳纖維繩索1的附著應力度(實線)大幅提高，混凝土固定效率較高。

碳纖維繩索1中的側線3的定型程度(通過側線3實現的束縛的程度)可使用碳纖維繩索1的直徑D、構成碳纖維繩索1的芯線2的直徑σ₁和側線3的直徑σ₂，由D/(σ₁+2σ₂)×100(％)(以下，稱作定型率)表示。如果具有100.1～105(％)左右的定型率，則碳纖維繩索1被進行彎曲時會產生適度的撓曲，從而混凝土固定效率也會提高。但是，在重視混凝土 固定效率要進一步提高混凝土固定效率的情況下，也可以將多根側線3定型使其具有更大的例如110％左右的定型率。

在上述的實施例中，對于由使熱固性樹脂5浸漬多根碳纖維4的線束、并通過對其施加熱使其固化得到的芯線2和側線3構成碳纖維繩索1的例子進行了說明，但是也可以代替熱固性樹脂5而使用熱可塑性樹脂(例如，聚酰胺)。另外，也可以代替碳纖維而使用玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、PBO(polyp-phenylenebenzobisoxazole)纖維等其他的合成纖維。

附圖標記說明

1 碳纖維繩索

2 芯線

3、3a、3b、3c、3d、3e、3f 側線

3A、3B、3C、3D 膨脹部分

4 碳纖維

5 熱固性樹脂

11 內部空間

12 間隙