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JPS63303837A - セメントモルタル又はコンクリ−ト補強用繊維及び該繊維を使用した組成物 - Google Patents

セメントモルタル又はコンクリ−ト補強用繊維及び該繊維を使用した組成物

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JPS63303837A
JPS63303837A JP62089627A JP8962787A JPS63303837A JP S63303837 A JPS63303837 A JP S63303837A JP 62089627 A JP62089627 A JP 62089627A JP 8962787 A JP8962787 A JP 8962787A JP S63303837 A JPS63303837 A JP S63303837A
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JP
Japan
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fiber
section
pva
fibers
strength
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JP62089627A
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Akio Mizobe
溝辺 昭雄
Masaki Okazaki
正樹 岡崎
Mitsuo Mayahara
馬屋原 光郎
Junichi Yoshinaka
吉中 準一
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Ohbayashi Gumi Ltd
Obayashi Corp
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Ohbayashi Gumi Ltd
Obayashi Corp
Kuraray Co Ltd
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Publication date
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    • C04B16/06Macromolecular compounds fibrous
    • C04B16/0616Macromolecular compounds fibrous from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、セメント等水硬性物質と補強繊維を配合する
ことにより、施工性、補強性に優れた建築用又は土木用
建設資材に関する。
〈従来技術とその問題点〉 セメントモルタル及びコンクリート等の水硬性物質より
なる成形物は脆性物質であるため耐曲性が著しく低く、
引張りや曲げの力が作用すると容易に破損したり、亀裂
が入ったり、“又耐衝撃性に劣る欠点を有している。
このような欠点を補うために鉄筋や鉄骨との併用が採ら
れ、更には種々の繊維を添加する方法で補強する方法も
知られている。
本発明者等は、かかるセメントモルタル及びコンクリー
ト(以下モルタル等と略記)の欠点を改良すべく特開昭
59−8664号公報に記載の技術を提案したが、その
後の検討により該特開昭59−8664号公報に記載の
技術に用いる100〜1000DrのPVA系モノフィ
ラメントは補強性は優れているものの、分散性が悪く、
モルタル等の流動性を低下させるために施工性に問題が
あることが判明した。この問題を改善すべく種々検討の
結果、繊度は1000Dr以上にすることが不可欠であ
るという結論に到達した。当時1000Dr以上であっ
て補強に必要な高強力を有するモノフィラメントの製造
技術はなかった。
1000Dr以上のモノフィラメントとしての、ボニ リ・チレン繊維(ボンフィックス 平均直径0.9mm
)が市販されていたが、施工性等は良好なるも繊維の強
度が低いために補強効果が小さい。一方PVA系でも1
000Dr以上の高強力モノフィラメントの製造技術開
発を鋭意検討したが目標を達成することができなかった
従って本発明者等は止むなく高強力が得やすいマルチフ
ィラメントを集束し、その改善を試みた。即ち特開昭6
0−21559号として提案の如く、高強力マルチフィ
ラメントを撚糸し、更に疎水性樹脂でがっちりと集束し
た5000Drまでの集束糸をモルタル等に配合する技
術である。該る集束糸はモルタル等混練する際も、細D
rのモノフィラメントには分繊しないために分散性がよ
く、施工性の問題は解消することができた。しかしなが
ら、本来モルタル等との接着性のよいPVA系繊維では
あるが、集束性を高めるためにその表面を疎水性樹脂で
覆わざるを得なかったために接着性が低下し、従って該
集束糸はそれ自体は高強力であるにも拘らず補強性があ
まりよくない結果となった。加えて該る集束糸はマルチ
フィラメントを撚糸し、更に集束剤で処理し、乾燥、キ
ユアリングを行わなければならず、従って工程数が増加
し、生産性も低いのでがなりのコスト高となる。このこ
とが実用上は特に大きな障害となっている。
以上の如く、モルタル等の補強繊維として、その補強性
、施工性ともに満足すべき繊維はなく当該業界において
はその出現が切望されていた。
く問題を解決するための手段〉 本発明者等はこれまでの経緯から明らかな如く、上記問
題を解決するには、1000Drを越える高強力PVA
系モノフィラメントの開発が不可欠と考え、鋭意研究の
結果、本発明に到達したものである。
問題を解決するための手段、即ち本発明の構成上のポイ
ントは太Dr高強力PVA系モノフィラメントにあり、
本発明の該モノフィラメントは以下の特性を有するもの
である。
(1)繊維断面が短径と長径の比(以下扁平度と略記)
として1:2〜1:10である。扁平状のもの (2) m度1000〜9000Dr (3)強度80kg/mm2以上、ヤング率2300k
g/mm2以上 (4)アスペクト比20〜150 かかる特性を有するPVA系モノフィラメントを通常の
モルタル等に0.1〜4容量%(以゛下vo1%と略記
)混練するだけで従来技術の問題点を一挙に解消するこ
とが可能となった。
即ち本発明は分散性を含む施工性、補強性に優れている
上に、実用上量も問題となる経済性にも優れた画期的技
術である。
以下本発明の構成を詳細に述べる。
1000Dr以上の太繊度で引張り強度80kg/mm
2以上ヤング率2300kg/mm2以上の高強力モノ
フィラメントを製造することが本発明の最大の課題であ
ったが、驚くべきことに繊維の扁平度を1=2〜1:1
0の扁平状にすることによって解決が可能となった。
該太Dr扁平状PVA系モノフィラメントの製造例につ
いて述べる。重合度1000〜6000、ケン化度99
.8%以上のPVAを濃度40〜60重量%含水チップ
状となし、押出し機にて溶解し、扁乎度が1=2〜1:
10になるような扁平状ノズル孔から空気中に乾式紡糸
する。しかる後、はぼ絶乾試態まで乾燥し、200〜2
50°Cの熱風式加熱炉で8倍以上、好ましくは10倍
以上延伸し、必要に応じ定長又は収縮を入れて熱処理す
ればいい。繊度は1000〜9000Drが紡糸しやす
いような断面積を選びDr及び延伸倍率に応じてPVA
紡糸原液の吐出量で調整すればよい。かくして得られる
太Dr扁平状PVAモノフィラメントはモルタル等の補
強に必要な80kg/mm2以上の引張り強度と230
0kg/mm2以上のヤング率を有している。通常のP
VAモノフィラメントは丸断面の紡糸ノズル孔より得ら
れるものであって、はぼ丸断面であり、扁平度としてみ
るなら大きくともC1,8どまりである。かる断面にお
いては1000Dr以上では80kg/mm2以上の高
強度の繊維はどうしても得られず、扁平度・1:2以上
にすることによってはじめて可能となった。その理由は
現時点では明確ではないが、太Drになるが故に扁平化
することにより、紡糸時の乾燥凝固、紡糸後の乾燥、延
伸熱処理等で均一化できるとも考え得るが、それだけで
は説明ができない程扁平化の強力に及ぼす影響は大きい
扁平度は少なくとtl:2は必要であり、1:10以上
は好ましくない。断面の扁平化は繊維の高強力化のみな
らず、単位体積当りの表面積を増大させる意味において
モルタル等との接着性を良くし、補強効果を高めるとい
う一石二鳥の効果を有する。扁平度が1:2以下では太
Dr P V A系モノフィラメント強力向上に寄与せ
ず、また丸断面と比較してもモルタル等の接着性は向上
しない。また1:10以上では、延伸時あるいは巻取時
、更にモルタル等と混練する時に割れを生じて細Dr化
し好ましくない。より好ましくは扁平度1:3〜1:5
であり、また繊度に間しては1500〜4000Drで
ある。
なお扁平度の定義は既述の如く、短径と長径の比であっ
て、その形はその扁平度が本発明の範囲ならいづれでも
よく、例えば矩形、楕円形、まゆ形等がある。
このような太Dr P V A系モノフィラメントをモ
ルタル等に混練し、施工性、補強性の双方を満足させる
ためには適切なアスペクト比を選択する必要がある。好
適な範囲は20〜150である。アスペクト比20以下
の場合、モルタル等と混練する際分散性がよく、スラン
プロスも少ないので施工性は良好なるも硬化したモルタ
ル等から繊維の引抜けが起こり補強効果が小さい。逆に
150以上では施工性が悪くなり好ましくない。より好
ましくは40〜100である。
このような繊維をセメント等水硬性物質をバインダーと
する脆性物に添加して利用する時、使用するバインダー
は通常のポルトランドセメントで普通ポルトランドセメ
ント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランド
セメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルト
ランドセメントが用いられる。混合セメントも限定され
るものではなく、高炉セメント、シリカセメント、フラ
イアッシュセメントも利用でき、その他アルミナセメン
ト、膨張セメント、超早強セメントも用いることができ
る。その他セツコウスラグ系、マグネシア等のバインダ
ーも利用することができる。
骨材としては細骨材として川、海、陸の各砂、砕砂、砕
石が用いられる。粗骨材としてぐり石や砕石を用いる。
また人工の軽量骨材あるいは充填材としての鉱滓、石灰
石、その他発泡パーライト、発泡黒よう石、発泡負岩、
炭カルバーミキュライト、シラスバルーン等の使用も可
能である。
混和剤として空気連行剤(AH剤)、流動化剤、減水剤
、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤も混合利用すること
も可能である。
硬化促進剤として従来から使っている芒硝、石こう、炭
酸ナトリウム、炭酸カルシウム、トリエタノールアミン
、塩化カルシウムも併用することができる。
急結剤賭してケイ酸ソーダ、重クロム酸カルシウム、ケ
イフッ化ソーダを用いることができ、吹付工法、ひぴ割
補修等に炭酸ソーダ、ネ アルミ酸ソーダのような粉末もしくは液体の急結剤を主
成分とする混和剤を用いることも可能である。
凝結遅延剤であるリグニンスルフォン酸塩系、オキシカ
ルボン酸系、あるいは無機系のケイフッ化マグネシウム
、リタール等を用いることができた。
このような繊維を前述のセメント等水硬性物質へ添加す
る時、その添加率は0.1〜4vo1%が適当である。
添加率0.1vo1%以下では繊維の添加率が少ないた
め施工性は良いものの補強効果は得られず無意味である
。また4vo1%以上では繊維容積が多過ぎ、モルタル
等の混練性が悪化し、更には骨材又はモルタルと繊維の
分離やブリージングを起こしたりして施工に耐えられな
くなる。モルタル等で施工性を損なわず、補強性も得よ
うとする条件は0゜1〜4vo 1%である。より好ま
しくは0.5〜3vo 1%である。
本発明による繊維をセメントモルタル中に混練すると、
施工時の経時的なフロー値の変化及びスランプの低下が
少なく、施工面での利点があること、更に補強性の面で
は該繊維の少量添加にてブレーンと比較して曲げ強度は
2〜3倍に向上し、そのタフネスは曲げ応力〜たわみ曲
線からみて数十倍の靭性を有することが判った。
この性能は建築分野及び土木分野の建築資材として広く
応用することができる。
第1に建築関係部材としてはセメントモルタルや軽量骨
材又は気泡を混入した軽量モルタル等の配合での外装材
料があり、それらは屋根材のシングル等シェル構造物、
カーテンウオール、外装パネル、成型瓦等の屋根材、パ
ラベット、スバンドレル、外装レリーフに 。
用いることができる。また内装材料としては間仕切材、
壁材、レリーフ、床材、フリーアクセスフロア−材、天
井材に利用することができる。その他型枠、捨て型枠又
は永久型枠、床板、はり、機材台基礎、個人住宅基礎、
原子炉容器、液化石油ガス容器、石油又は重油等の容器
、階段材料として利用することができる。
第2にコンクリート二次製品としては型枠ミ に成型よる矢板、中・円筒型製品のバイブ、パイル、ボ
ール等にも用いることができる。
道路中コンクリート製品としては歩道用コンクリート平
板、鉄筋コンクリートU形、コンクリート及び鉄筋コン
クリートL形、コンクリート境界ブロック、鉄筋ガード
レールに用いることができる。管類には遠心成型による
遠心力鉄筋コンクリート管があり、その他ソケット付ス
パンバイブ、鉄筋コンクリート管、ロール転圧鉄筋コン
クリート管、無筋コンクリート管、コア一式プレストコ
ンクリート管、水道用石綿セメント管、電らん管、ケー
ブルダクト、下水道管及び潅激排水用製品にも用いるこ
とができる。道路部材としては防音壁等への部材、道路
標識、舗装補強材、側溝、トンネル内装物、パイル等に
利用できる。海洋部材には鉄筋やスチールファイバーは
海水による侵食で錆が発生し長期使用に問題があるが、
本発明の繊維は発錆がないので海中海岸の構築部材に有
効である。また船舶用機材、ポート等フェロセメント用
セメント材料とすべく薄いシェル構造組成物に用いるも
の、浮子、浮桟橋、漁礁、テトラポット等消波ブロック
、護岸ブロックに利用できる。農業育産関係部材として
は、タンクサイロ、苗床、フェンスポット、鉢、フラワ
ーポット、側溝等の矢板等に利用できる。その他放射性
物質等の廃棄物処理用の容器等の材料に使用することが
できる。
第3に土木分野への応用面では一般道路、及び飛行場滑
走路を含めコンクリート道路舗装である。この分野は繊
維補強による曲げ、衝撃強度向上、更に耐摩耗性を向上
し、鉄筋をなくすことが可能あるいは鉄筋量の減少が可
能となり、かつコンクリート床板の厚さも減少すること
ができ、更には工期の短縮、原材料量の節減に有効であ
る。
鉄道用建設資材として、鉄道用枕木、踏切り用渡り板に
用いる鉄筋、鉄骨やスチールファイバーによる通信時の
ノイズの発生、短絡、漏電等による通信障害やリニアモ
ーターカー等の枕木に利用する場合、鉄による磁性障害
排除に本発明繊維を利用することができる。
また吹付は工法としての法面保護やトンネル内吹付に利
用することができる。橋梁用部材としての耐震部材、耐
水部材として橋部、スラブ、および桁用製品として用い
ることができ、スラブ横用プレストコンクリート橋桁、
桁橋用プレストコンクリート橋桁、軽荷重スラブ横用プ
レストコンクリート橋桁、プレストレスコンクリートダ
ブルTスラブにと広範囲に応用することができる。その
他オーバレイ、歩道橋の舗装、構法の舗装、それらの補
修材又は歩道用板等に利用できる。
第4に特殊成型としてはセメントモルタルの押出し成型
材料に添加し、利用することもでき曲げ強度、衝撃強度
を向上することができる。また吹付モルタル及び壁塗り
モルタルとして該繊維を添加することによりひび割防止
は当然のことながら耐衝撃性、耐折強度の向上に用いる
ことができる。その他材料の使用に間しては限定される
ものではない。次に実施例及び比較例で説明する。
以下余白 実施例1及び比較例1〜4 ケン化度99.9モル%、粘度平均重合度1700を有
するPVAを濃度52%の含水チップ状に調整し、表−
1に示す所定の吐出形状を有するノズルより空気中に吐
出し、絶乾後235°Cの熱風式延伸炉で延伸し、23
0°Cの熱処理炉で定長下で熱処理を行ない、表−1に
示す繊維物性、及び断面形状とその扁平度を有する繊維
を得た。比較例として比較例1〜4に示すノズル形状を
変更し、所定の延伸倍率及びDrを変更して他は実施例
1をまったく同一条件にて繊維を作った。
以下余白 実施例1は本発明によるもので、所定の扁平断面ゆえ紡
糸、乾燥、延伸が安定に行うことができ、高い繊維物性
のものが得られた。
比較例1は延伸倍率が低く繊維の強度、ヤング率の低い
ものである。比較例2は扁平度の低い楕円形断面を有す
るものであるが、繊維乾燥時の発泡が激しく起こること
もあって延伸時の断糸が−多く繊維製造が困難で、高い
繊維物性は得られなかった。比較例3は矩形で扁平度の
大きな繊維を製造したが、延伸時及び巻取侍史には繊維
の切断時にもモノフィラメントが割れて安定生産ができ
なかった。また繊維は割れた箇所がささくれたち取り扱
い時点でファイバーポールとなりセメントを混練できな
いものであった。比較例4は細デニールの扁平度の低い
楕円形断面を有する繊維″c +15 Z −y、<T
 *。
実例2〜4及び比較例5〜9 実施例1及び比較例1,2.4の各々の繊維を表−2に
示すアスペクト比の繊維長に切断し補強用繊維とした。
繊維の添加率及び配合組成、及び混練成形、養生は下記
の通り実施した。
比較のために繊維は全く添加しないプレーンを比較例5
として実施例とまったく同一方法によって実施した。
(1)配合組成;セメント; 小野田社製早強セメン): 3.0kg細骨材: 石見
硅石6.5号  : 3.0kg添加剤: マイティ1
50     : 3o3水  : 岡山水道    
 : 1.11kg繊維        1vo1%時
:42g2vo 1%時:84g (2)混練:上記配合の粉体をオムニミキサーにて2分
間よく混合し、更に水とマイティ150を加え2分間混
合後所定量の繊維を添加し、3分間混合した。
(3)成形:暑さ5cm、中及び長さ24 cmの型枠
へ流し込み成形を行った。
(4)脱型、養生:型枠成形後25°c×65%RHの
部屋へ一昼夜放置後脱型し、更に2週間気中養生を行っ
た。
施工性に係る混練時の繊維の分散性の観察、流動性を示
すフロー値の測定、及び補強効果は曲げ強度の測定を下
記に示す方法で行ないその結果を表−2に示した。
(1)分散性:繊維の分散性を観察するためJI S 
A1103に準拠してモルタルを20メツシユの金網に
探り水中にてセメント、砂を洗い落とし、金網上の繊維
の分散状態を肉眼観察した。
分散性の大変よいもの      0 分散性のよいもの        O 繊維同志が若干絡んでいるもの  △ 繊維塊(ファイバーポール)が見られるもの Xとして
分散性を判定した。
(2)フロー値:フロー値はJISR−5201の試験
方法にて測定した。
(3)曲げ強度:養生後厚さ5cm、中5cm、長さ2
4cmに切り出したものをテストピースとし、スパン1
0cm、中央載荷方式にてインストロンTTCMを用い
荷重〜たわみ曲線からひび割強度、いわゆる比例限界強
度(LOP)及びその後の補強繊維によるピーク値を破
壊強度(MOR)として求めた。
以下余白 実施例2〜4は本発明によるもので繊維の分散性、フロ
ー値等の施工性に優れ曲げ強度においてはLOP及びM
ORの補強効果が大きく、優れている。
一方、比較例6は 実施例1のアスペクト比が大きい即
ち繊維長の長いものであり繊維の分散性が悪く、ファイ
バーボールが生成し満足な成形体は得られなかった。比
較例7は比較例1の繊維を用いたものであるが繊維強度
が低く補強効果は得られない。比較例8は比較例2の繊
維を用いたものであるが楕円断面を有し、繊維強度も低
く、補強効果も得られない。比較例9は比較例4の細D
rを用いたもので繊維の分散性も悪く、フロー値の低下
が大きく施工性も悪く、補強効果も得られない。
以下余白 実施例5,6及び比較例10〜15 コンクリ一ト配合での施工性を補強効果をみるために粗
骨材寸法がその最大径20mmの砕石を用い、細骨材に
は石見硅石5号を用い、細骨材率0.6とし次のような
配合で傾胴式ミキサーにて10分間混練した。W/C=
0.55、単位水量210kg、単位セメント量383
kg、細骨材900kg、砕石600kg5AE剤とし
て花王社製マイティ150をセメントに対し1.0%添
加し、目標空気量を5%になるようにした。かかるフレ
ッシュコンクリートに実施例1で製造したPVA繊維を
表−3に示す繊維長のものを添加した。実施例5,6は
本発明による実施例1の繊維を用い、比較例11.12
は各々比較例2,4の繊維を用い、比較例13〜15は
各々RMS182X30p(クラレ社製集束糸)、ポリ
エチレン繊維(三井石油化学製ボンフィックス)及び鋼
繊維(神戸製鋼新製シンコーファイバー)をIvo1%
添加したものであり、比較例10は繊維を全く添加しな
いものである。このようなフレッシュコンクリートを1
010X10X40の型枠へ流し込み、−昼夜20°C
の湿空中受硬化させ、20°Cの水中に28日間養生後
、島津社製の万能試験機RH−200型を用い曲げ強度
、圧縮強度を測定した。曲げ強度はJ I S A11
06法に準拠してスパン30cmとし、三等分載荷方式
とし曲げ応力〜たわみ曲線からLOP、MORを実施例
2と同様の方法で求めた。なおスランプ値はJ I S
 All0I、空気量はJ I S A−1128の方
法で求めた。分散性は実施例2と同一の方法で実施した
以下余白 実施例5,6は繊維の分散性、スランプ値から、施工製
も良好で曲げ強度においてはひび割強度(LOP)及び
ひび割後の破壊強度(MOR)も高い値を示し、補強効
果も優れたものである。
比較例11は施工性はよいものの補強効果は得られない
。比較例12は繊維の分散性が悪く、フレッシュコンク
リート内にファイバーポールが生成し、施工性、補強効
果にも満足する繊維の分散性は良く、スランプの低下は
少なく施工性は良いものの繊維の強度が低いため補強効
果は劣るものである。比較例15は鋼繊維であり施工性
、補強効果ともそこそこであるが水中に長期間放置によ
り、表面から錆が3″−597・         ッ
下余白実施例7及び比較例16.17 単位重量当り、普通ポルトランドセメント193kg 
、細骨材として木更津山砂1113kg、粗骨材として
最大径13mmの八王子産6号砕石を611kg、水を
350kg (W/C= 0.55 )および減水剤と
してホゾリス#70を0.88kg用い、これを2軸式
強制練りミキサーに投入混練してブレーンコンクリート
(比較例16)を練り上げた。
このブレーンコンクリートに実施例1で製造した本発明
の繊維を30化に切断したものを1vo1%添加した(
実施例7)。比較のために一辺0 、5mmの正方形の
断面を有する長さ25mmの鋼繊維を1vo1%添加し
た(比較例17)。繊維添加後約30秒練り混ぜ、スラ
ンプ値及び空気量を測定した。そして硬化コンクリート
の曲げ強度及び曲げタフネス、圧縮強度及び圧縮タフネ
スを測定した。曲げ試験および圧縮試験はアムスラー試
験機を使用した。曲げ強度および曲げタフネスはスパン
長30cmとし、三郷分点載荷方式により曲げ応力/た
わみ曲線から曲げ強度とスパン中央のたわみ量が1/1
50まで変化した時の面積より曲げタフネスを求めた。
圧縮強度および圧縮タフ氷スは荷重/変形曲線から圧縮
強度と変位量がひずみ換算0.75%まで変化したとき
の面積より圧縮タフネスを求めた。供試体は曲げ強度測
定用には10cmX 10cmX40cmの直方体状に
、また圧縮強度測定用にはφ10cmX20cmの円柱
状にそれぞれ成形し、試験材令は7日とした。その結果
を表−4に示す。
以下余白 実施例7の本発明のPVAm雑を用いたものの曲げ及び
圧縮の各々の強度及びタフネスは比較例17の鋼繊維を
用いたものよりも優れ、比較例16のブレーンコンクリ
ートに比べるとはるかに優れた補強性を示した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、繊維の引張り強度が80kg/mm^2以上、ヤン
    グ率が2300kg/mm^2以上、かつその断面の短
    径と長径の比が1:2〜1:10である扁平断面であつ
    て、繊度が1000〜9000デニール(以下Drと略
    )のモノフィラメントであり、アスペクト比(繊維長さ
    を繊度の円相当直径で除した値)が20〜150に切断
    された繊維長を有するセメントモルタル又はコンクリー
    ト補強用ポリビニールアルコール(以下PVAと略)系
    繊維。 2、引張り強度80kg/mm^2以上、ヤング率23
    00kg/mm^2以上、アスペクト比20〜150、
    断面の短径と長径の比が1:2〜1:10の扁平断面で
    あつて、繊度が1000〜9000DRのPVAモノフ
    ィラメント0.1〜4容積%及び必要に応じ細骨材、粗
    骨材、添加剤及び残部がセメント等の水硬性物質よりな
    ることを特徴とするPVA繊維強化セメントモルタル及
    びコンクリート組成物。
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