JPH053422B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭素繊維補強セメント製品の製造方
法に関する。さらに詳しくは、セメント製品中に
炭素繊維クロス、炭素繊維マツト、ペーパー状炭
素繊維などの平面状炭素繊維製品あるいは炭素の
長繊維、短繊維を層状に配することより成る炭素
繊維補強セメント製品の製造方法に関する。

［従来の技術］ セメント製品の補強方法としては、アスベスト
繊維あるいはガラス繊維を混入することが現在広
く行われている。

さらに最近では、強度の一層の向上を目的とし
てセメント製品の補強のために炭素繊維が用いら
れることがある。セメント製品の補強のために炭
素繊維を用いることは最新の技術であり、炭素繊
維補強セメント製品の製造方法として決定的なも
のは現在のところ存在しないが、セメント製品中
における炭素繊維の分布形態からは次の二通りの
方法がある。

即ち、長さ３〜10mm程度に切断した短繊維（チ
ヨツプドフアイバー）をセメントモルタルと三次
元的に均一に混合する方法と炭素繊維を二次元的
に層状に配置する方法である。

短繊維を三次元的に均一に混合して補強する方
法は、炭素繊維を均一に分散混合することが難し
い。即ちセメントモルタルとチヨツプドフアイバ
ーを混合する湿式混合の場合、あるいはセメン
ト、砂とチヨツプドフアイバーを混合した後に水
を加える乾式混合の場合の、いずれの方法におい
ても炭素繊維が相互に固まり、いわゆるフアイバ
ーボールが発生し易く、また混合時に気泡を取り
込み易く製品の強度の発現が阻害される恐れがあ
る。

一方、本発明が対象とする技術である、炭素繊
維を二次元的に層状に配して補強する方法は、上
記のような欠点ないし不都合が見られない技術で
あるが、該技術も次項で述べるような理由によ
り、所謂の補強効果を発現させることが難しい。

［発明が解決しようとする問題点］ 炭素繊維を二次元的に配してセメント製品の補
強を行う場合の第一の問題点は、炭素繊維層内に
セメントモルタルが混入し難いことである。炭素
繊維は親水性が小さく、アスベスト繊維等と異な
り本質的にセメントモルタルとなじみにくい。さ
らにセメントモルタルを構成する砂や骨材粒子の
うち或る粒子径以上のものは物理的に炭素繊維間
〓に入つて行くことが不可能である。従つて、こ
のような状態で炭素繊維層を有するセメント製品
を製造しても炭素繊維層内における炭素繊維相互
の剥離のために強度を発現することはできない。

次に問題となるのは、炭素繊維層とセメントモ
ルタル層との接着力が小さいという点である。何
らかの手段により炭素繊維層内の剥離の問題を解
決したとしても、炭素繊維層とセメントモルタル
層との結合が十分でない。即ち両者の接触界面に
おいては、平面的な接触となるために炭素繊維と
セメントモルタルとの複雑なからみ合いによる結
合が期待できないことと炭素繊維とセメントモル
タルとの化学的な結合力が非常に小さいことによ
り層間での剥離が起こり易い。

本発明は、上記のような炭素繊維層内における
剥離の問題、および炭素繊維層とセメントモルタ
ル層との層間剥離の問題の両者を一挙に解決する
ことを技術的課題とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記技術的課題を解決する本発明は、炭素繊維
を層状に配して成る炭素繊維層とセメントモルタ
ル層とを各１層以上積層して成る炭素繊維補強セ
メント製品の製造方法において、主剤が(A)常温で
液状のエポキシ樹脂、(B)石油の潤滑油留分のエキ
ストラクト、(C)ノニルフエノールまたはジノニル
フエノールを必須成分とし、硬化剤が常温で液状
のポリアミド樹脂から成り、該セメントモルタル
層の凝結が終了した時点において未だ粘着性を有
しているエポキシ樹脂組成物を、該セメントモル
タル層の表面全体に層状に配し、この上に該炭素
繊維層を積層させてプレスすることによつて、該
エポキシ樹脂組成物を該炭素繊維層の内部に含浸
させ、かつ、該炭素繊維層と該セメントモルタル
層とを界面全体に存在させることを特徴とする。

本発明で用いるエポキシ樹脂組成物は、主剤お
よび硬化剤を混合したものから成り、主剤が(A)常
温で液状のエポキシ樹脂、(B)石油の潤滑油留分の
エキストラクト、(C)ノニルフエノールまたはジノ
ニルフエノールを必須成分とし、硬化剤が常温で
液状のポリアミド樹脂である。エポキシ樹脂組成
物の好ましい実施態様は、主剤の組成が(A)常温で
液状のエポキシ樹脂15〜80wt％、好ましくは20
〜60wt％３(B)石油の潤滑油留分のエキストラク
ト10〜84wt％、好ましくは25〜75wt％、(C)ノニ
ルフエノールまたはジノニルフエノール１〜
20wt％、好ましくは１〜15wt％であること、で
ある。

なお、本発明においてセメントモルタルとは、
JIS Ａ 0203「コンクリート用語」に記載されて
いるモルタルをいう。

以下、本発明について詳述する。

本発明においては、セメントモルタルが炭素繊
維層内に侵入しないために起こる炭素繊維層内で
剥離を防止するために、エポキシ樹脂組成物を炭
素繊維層内に含浸させることで解決した。エポキ
シ樹脂は炭素繊維となじみがよく、炭素繊維相互
の接着力が強いことは、本発明が対象とする炭素
繊維補強セメント製品において、予想をはるかに
超える程であつた。

次に炭素繊維層とセメントモルタル層との界面
における結合力を強めるためには、セメントモル
タルと炭素繊維とを直接接触させずにエポキシ樹
脂組成物を層状に介して接着させることで解決し
た。

エポキシ樹脂組成物は炭素繊維はもちろんセメ
ントモルタルとも強く接着するが、接着界面に水
が存在する場合、接着が阻害される。実際にエポ
キシ樹脂組成物を含浸した炭素繊維層を含有する
セメント製品を製造する場合に、水分を多量に含
むセメントモルタルを打ち継いで行く必要があ
り、エポキシ樹脂組成物とセメントモルタルの接
着界面における水分の存在は不可避である。本発
明においては、セメントの水和反応によつてセメ
ントモルタル中の水分が経時的に減少することを
利用することにより、この問題を解決した。

即ち、セメントモルタルが凝結した時点におい
ては、接着界面にはエポキシ樹脂組成物とモルタ
ルとの接着を実質的に阻害する程の水分が存在し
ない。このため、セメントモルタル層の凝結が終
了した時点においてエポキシ樹脂組成物が未だ粘
着性を有していれば、以後の硬化によりエポキシ
樹脂組成物は炭素繊維層とセメントモルタル層を
強固に結合する。

セメントモルタル層の凝結とは、セメントモル
タルが混合直後の流動体から固体に変化する現象
をいう。凝結に要する時間は種々の条件によつて
異なるが一例を挙げれば、普通ポルトランドセメ
ントと７号硅砂を用いて、砂・セメント比0.5、
水・セメント比40％のセメントモルタルの場合、
混合から凝結終了までに要する時間は常温で約３
時間である。

エポキシ樹脂組成物の炭素繊維層内への含浸お
よび炭素繊維層とセメントモルタル層との界面全
体への介在方法は、エポキシ樹脂組成物をセメン
トモルタル層の表面全体に層状に配し、その上に
積層させた炭素繊維層をプレスして炭素繊維層上
面全体にエポキシ樹脂組成物を層状にしみ出させ
ることによつて行う。

エポキシ樹脂組成物とは、エポキシ樹脂と硬化
剤の他に、改質および増量を目的として、第３成
分を加えた混合物をいう。

本発明を実施するに当たつては、エポキシ樹
脂、硬化剤、第３成分を使用直前に混合してもよ
いが、あらかじめ第３成分をエポキシ樹脂または
硬化剤に混合しておくいわゆる二液タイプとして
使用する方が一般的である。

エポキシ樹脂はすぐれた性質を有する樹脂であ
るが、高価なことがその利用の拡大を妨げている
要因となつている。

本発明は、主としてエポキシ樹脂の増量のため
に混合する第３成分として、石油の潤滑油留分を
フルフラール、フエノール、クレゾール等の溶剤
で処理したエキストラクトを用いる。コールター
ル、各種の分解残油などを使用しても差しつかえ
ない。

エキストラクトをエポキシ樹脂に混合して用い
る場合、両者の相溶性を改良するためにノニルフ
エノールまたはジノニルフエノールを加える。ノ
ニルフエノールまたはジノニルフエノールの混合
量は、エポキシ樹脂とエキストラクトの混合比に
よつて異なるが、エポキシ樹脂とエキストラクト
の合計の量に対して20wt％以下でよい。例えば、
ビスフエノールＡタイプのエポキシ樹脂（25℃に
おける粘度130ポイズ）と潤滑油留分のフルフラ
ールエキストラクト（25℃における粘度７ポイ
ス）を重量比で１対２に混合したものに対してジ
ノニルフエノールを10wt％混合すれば、その三
成分より成る組成物は、０℃以上の温度において
相溶し、長時間貯蔵しても相分離することはな
い。

硬化剤としては常温で液状のポリアミド樹脂を
用いる。上記ポリアミド樹脂は、セメントモルタ
ル層の凝結が終了する時点において、エポキシ樹
脂等が未だ粘着性を有する作用がある。他の硬化
剤を用いると硬化後にエキストラクトのブリーデ
イング（にじみ出し）が起こり、硬化物の性能が
劣る場合がある。エポキシ樹脂の硬化剤として用
いるポリアミド樹脂とは、ダイマー酸とポリアミ
ンの縮合により生成するものをいう。

［作用］ 炭素繊維層にエポキシ樹脂組成物を含浸するこ
とにより、炭素繊維は相互に固着され炭素繊維層
内における剥離が防止される。

エポキシ樹脂組成物がセメントモルタルの凝結
終了後に粘着性を有していることにより、セメン
トモルタルに含まれていた水による接着に対する
悪影響がなくなり、炭素繊維層とセメントモルタ
ル層はエポキシ樹脂組成物により界面全体が強固
に接着され、層間での剥離が防止される。

［実施例］ 以下、本発明について実施例を挙げて説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例 １ 本発明の方法により、寸法（縦×横×厚さ）が
30cm×30cm×４cmの５層より成る炭素繊維補強セ
メントモルタル成型品を製作した。各層の内容は
次のようである。

第１層：セメントモルタル層 第２層：エポキシ樹脂組成物を含浸した炭素繊維
クロス層 第３層：セメントモルタル層 第４層：エポキシ樹脂組成物を含浸した炭素繊維
クロス層 第５層：セメントモルタル層 セメントモルタルは、普通ポルトランドセメン
トと７号硅砂を砂・セメント比0.5、水・セメン
ト比40％で混合した。このセメントモルタルは20
℃において、混合後３時間で凝結が完了する。

エポキシ樹脂組成物は、ビスフエノールＡタイ
プのエポキシ樹脂（25℃における粘度 130ポイ
ズ）100重量部、石油の潤滑油留分のエキストラ
クト（25℃における粘度 ７ポイズ）200重量部、
ジノニルフエノール15重量部をあらかじめ混合し
ておき主剤とし、使用直前にポリアミド樹脂硬化
剤（25℃における粘度23ポイズ）を混合したもの
である。主剤と硬化剤の混合比は、重量比で７：
１である。このエポキシ樹脂組成物は、混合後厚
さ５mm以下に拡げて20℃に保持した場合、４時間
後であつても粘着性を有している。

炭素繊維クロスは、PAN系長繊維を平織にし
たもので、厚さ0.3mm、目付260ｇ／m²である。

次に製造方法について説明する。

成型に先立ち、セメントモルタルを混合し、続
いてエポキシ樹脂組成物の主剤と硬化剤を十分混
合する。セメントモルタルとエポキシ樹脂組成物
の混合後、直ちに型枠（内寸法30cm×30cm×４
cm）の底面に第１層としてセメントモルタルを厚
さ５mmに打設した。第１層打設後直ちにエポキシ
樹脂組成物を厚さ１mmに第１層上に塗布し、30cm
×30cmの寸法の炭素繊維クロスを重ね、上部より
押しつけてエポキシ樹脂組成物をクロス上面にし
み出させる（第２層）。次いで第３層のセメント
モルタルを厚さ2.7cmに打ち継ぎ、第４層のエポ
キシ樹脂含浸炭素繊維を第２層と同様に配し、そ
の上に第５層のセメントモルタルを打ち継ぎ全体
の厚さを４cmとした。

このセメントモルタル成型品を温度20℃、湿度
65％の雰囲気で気中養生し、材令28日目に幅４cm
に切り出して曲げ強度を３点曲げ試験により測定
した。試験条件はスパン長さ10cm、載荷速度0.5
mm／minである。曲げ試験の結果、曲げ強度は
280Kg／cm²であつた。

比較例 １ エポキシ樹脂組成物を用いないで、実施例１と
同様の５層より成る炭素繊維補強セメントモルタ
ル成型品を製作した。

このものを実施例１におけると同様に養生し、
材令28日目に幅４cmに切り出して、実施例１と同
条件で曲げ試験を行つたところ曲げ強度は120
Kg／cm²であつた。

比較例 ２ エポキシ樹脂組成物の主剤に、硬化反応促進の
ためにフエノール10wt％を加えた他は実施例１
と全く同様にして、５層より成る炭素繊維補強セ
メントモルタル成型品を製作した。

本比較例に用いたエポキシ樹脂組成物は、主剤
と硬化剤を混合後粘着性を失うまでの時間が、５
mm以下の厚さにして20℃で保持した場合、1.5時
間以下であつた。

本比較例に用いたセメントモルタルは混合後、
凝結終了までに３時間を要するので、本比較例の
場合エポキシ樹脂組成物が粘着性を失つた時点で
セメントモルタルの凝結は終了していない。

この成型品を実施例１と同様に養生し、材令28
日目に幅４cmに切り出して、実施例１と同条件で
曲げ試験を行つたところ93Kg／cm²であり、曲げ強
度測定後の断片には、エポキシ樹脂組成物を含浸
した炭素繊維層とセメントモルタル層との層間の
剥離が見られた。

［発明の効果］ 本発明は、炭素繊維層中にエポキシ樹脂組成物
を含浸させることにより炭素繊維層内における剥
離を防止する効果があり、また炭素繊維層とセメ
ントモルタル層はエポキシ樹脂組成物により界面
全体が接着されているので層間の剥離も防止で
き、炭素繊維の引つ張り強さを十分生かした補強
が行える。

また、エポキシ樹脂組成物の主剤として、高価
なエポキシ樹脂を単体で使用せず、これに石油の
潤滑油留分のエキストラクトおよびノニルフエノ
ールまたはジノニルフエノールを混合したもの、
ならびに硬化剤として主剤の硬化完了時点をセメ
ントモルタル層の凝結終了時点以降に遅らせる作
用を有するポリアミド樹脂から成る特殊な組成物
を用いるため、低コストで製造工程の簡単な炭素
繊維補強セメント製品を製造することができる。

さらに、本発明で使用するエポキシ樹脂組成物
の炭素繊維層内全体への含浸および炭素繊維層と
セメントモルタル層との界面全体への介在方法
は、エポキシ樹脂組成物をセメントモルタル層の
表面全体に層状に配し、その上に積層させた炭素
繊維層をプレスするだけで足りるため、格別な設
備を要さず、しかも迅速に炭素繊維補強セメント
製品を製造することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素繊維を層状に配して成る炭素繊維層とセ
   メントモルタル層とを各１層以上積層して成る炭
   素繊維補強セメント製品の製造方法において、主
   剤が(A)常温で液状のエポキシ樹脂、(B)石油の潤滑
   油留分のエキストラクト、(C)ノニルフエノールま
   たはジノニルフエノールを必須成分とし、硬化剤
   が常温で液状のポリアミド樹脂から成り、該セメ
   ントモルタル層の凝結が終了した時点において未
   だ粘着性を有しているエポキシ樹脂組成物を、該
   セメントモルタル層の表面全体に層状に配し、こ
   の上に該炭素繊維層を積層させてプレスすること
   によつて、該エポキシ樹脂組成物を該炭素繊維層
   の内部に含浸させ、かつ、該炭素繊維層と該セメ
   ントモルタル層との界面全体に存在させることを
   特徴とする炭素繊維補強セメント製品の製造方
   法。 ２ 主剤の組成が(A)常温で液状のエポキシ樹脂15
   〜80wt％、(B)石油の潤滑油留分のエキストラク
   ト10〜84wt％、(C)ノニルフエノールまたはジノ
   ニルフエノール１〜20wt％であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の炭素繊維補強セ
   メント製品の製造方法。