FRP（Fiber Reinforced Polymer：繊維強化ポリマー）は、ガラス繊維などの強化繊維と、樹脂を組み合わせた複合材料です。強化繊維が主に強度や剛性を担い、樹脂が繊維を一体化させることで、軽量でありながら優れた強度と耐久性を発揮します。
FRPの比重は一般的に1.4〜2.5程度であり、鋼材であるSS400の比重7.85と比較して、約1/3〜1/6程度です。
この軽量性は、水門扉や歩道橋などの屋外土木構造物において、製品重量の低減に大きく寄与します。特に水門分野では、扉体重量の軽減により、開閉装置に求められる能力の低減、可動効率の向上、人力施工範囲の拡大、施工の省力化、安全性の向上など、設計・施工・維持管理の各段階でさまざまな効果が期待できます。
FRP水門扉は、鋼製水門扉と比較して扉体重量を軽減できるため、開閉時に必要となる開閉荷重を抑えることができます。
その結果、開閉装置に求められる能力を低減できる場合があり、開閉装置の小型化や操作の省力化、維持管理時の作業負担の軽減に貢献します。
フラップゲート、スイングゲート、マイタゲートなど、内外水位差により自然に開閉する水門では、扉体重量が可動性能に影響します。
軽量なFRP水門扉は、低い内水位でも開きやすく、滞留水を抑えた円滑な自然排水に貢献します。また、外水位が内水位より高くなった場合には、水位差に応じて扉体が閉じやすく、外水の逆流を抑える自然止水機能にも寄与します。
FRP水門扉は、鋼製水門扉と比較して扉体重量を軽減できるため、搬入・据付・交換作業時の取り扱い性に優れています。
現場条件によっては、人力で取り扱える作業範囲が広がり、大型重機の使用を抑えた施工や、限られた作業スペースでの対応が可能となる場合があります。これにより、施工の省力化、作業時間の短縮、作業員の負担軽減に加え、現場作業時の安全性向上にも貢献します。
FRP水門扉は、紫外線、雨水、湿気などの環境作用を受ける屋外設備であるため、表面保護層が重要な役割を担います。FRP母材の積層時に高耐候性ゲルコートを一体成形することで、FRP層を紫外線や水分から保護しています。後塗りの塗装とは異なり、母材と一体化した保護層を形成するため、剥離が生じにくく、長期にわたり安定した性能と外観の維持に貢献します。
写真は、同じ水路に設置されたFRP扉体と鋼製扉体の経年状態を比較したものです。
FRP扉体は、供用開始から50年以上にわたり扉体本体の補修を行うことなく、現在も健全に稼働を続けています。一方、鋼製扉体では、長期供用に伴い錆や腐食が発生し、塗装補修や更新などの維持管理が必要となります。FRP水門扉は、腐食環境下における維持管理負担の軽減に貢献します。
FPR水門
FPR水門（扉体部拡大）
鋼製水門
鋼製水門（扉体部拡大）35年以上供用されたFRP水門扉から採取した積層板の物性試験では、新たに製作した積層板と比較して、引張強度・引張弾性率ともに同程度の値を示しています。この結果は、長期供用後も扉体本体の材料性能が健全に保持されていることを示しており、FRP水門扉の優れた耐久性を裏付けるものです。
津波や出水時には、流木などの漂流物が水門扉に衝突する可能性があります。当社では、流速7.0m/secで漂流物が衝突する状況を想定し、36.5kgの角材を振り子式によりFRP扉体へ衝突させる衝撃試験を実施しました。
試験では、衝撃材の落差を運動エネルギーの関係式により2.5mに設定し、実際の漂流物衝突を想定した条件でFRP扉体の耐衝撃性を確認しています。試験後、スキンプレート表面には衝撃材との接触による汚れが付着した程度で、精製水による清掃で除去できることを確認しました。
この試験により、FRP水門扉が漂流物衝突に対しても一定の耐衝撃性を有することを確認しています。