JPH07100357B2 - 繊維補強セメントモルタル成形体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は長繊維よりなる網状体をセメントモルタルマト
リツクス中に配向・埋設してなる繊維補強セメントモル
タル成形体に関する。

〈従来技術〉 一般に、繊維補強セメントモルタル成形体は板、筒、中
空板、ブロツクなどの形状で土木・建築用部材として広
く用いられる。

従来繊維補強セメントモルタル成形体としてはいわゆる
石綿スレートが代表的な例であつたが、最近では石綿に
よる環境公害・防止の観点から各種の有機、無機繊維が
用いられるようになつてきた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、これらのほとんどは短繊維を２次元又は
３次元ランダムにセメントモルタル中に分散させる方法
にて製造されるため、高強度高靱性成形体を得るには大
量の繊維を要し、無駄が多い。

特に高性能繊維を用いる場合には、繊維の強度や弾性が
十分に引き出せずコスト高になりやすいという欠点があ
つた。

このため長繊維を予め直線状又は格子状に成形し、セメ
ントモルタルマトリツクス断面に一次元又は二次元に重
点的に配向させてモルタル成形体の物性を改善させる方
法も考えられている。

この方法によれば、繊維が二次元又は三次元ランダム配
向の成形体に比べて同一曲げ又は引張強度を得るのに少
量ですみ、材料設計ができるうえ、高性能繊維になるほ
どその力学的性能を有効に利用できるという利点があ
る。

しかしながら、従来の長繊維による補強方法では、セメ
ントモルタルマトリツクスと補強繊維間の付着力、ある
いは繊維同志の付着力が不十分で引抜けが起こりやす
く、十分な強度が引き出せないという欠点があつた。

一方繊維束を樹脂含浸してロツト状にすれば繊維強化樹
脂体として高強度が期待できるが、これらを交差させ、
格子状とし、その接点を接着させただけでは載荷時に各
ロツドがセメントモルタルマトリツクスから引抜けてし
まうという難点があつた。

一方、繊維表面に凹凸をつけたり、フイブリル（ひげ
根）化することにより、セメントモルタルマトリツクス
と繊維の付着力は改善できるが、高強度繊維になるほど
最大応力度に達すると繊維の破断が急激に生じ、補強材
料としてのねばり強さ、すなわち靱性に乏しいという欠
点を有する。

また、成形体の靱性を上げるには繊維の伸度を大きくし
たり、繊維とセメントモルタルマトリツクスの付着強度
を調節したり、圧縮側のセメントモルタルマトリツクス
を圧壊させるなどの工夫もなされているが、成形体にお
ける断面設計が困難で品質の安定性に欠けるという難点
があつた。

〈問題点を解決するための手段〉 そこで、本発明者等はかかる問題点に鑑み鋭意検討した
結果、予め絡み織された網状体であつて、該網状体を構
成する絡み繊維が曲げモーメントによつて生ずる引張応
力の方向に配置されるようにセメントモルタル中に埋設
することによりこれら問題点が解決されることを見い出
し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は、セメントモルタルマトリツ
クスへの応力伝達性に優れ、かつ少量の長繊維を用いる
だけで高強度、高靱性かつ耐衝撃性にすぐれた繊維補強
セメントモルタル成形体を提供することにある。

そして、その目的は繊維網状体で補強されたセメントモ
ルタル成形体であつて、前記網状体が絡み織りにて構成
されるとともに、樹脂含浸処理がなされており、かつ曲
げモーメントによつて生じる最大の引張応力の方向に前
記網状体を構成する絡み繊維が配置されるようにセメン
トモルタル中に埋設されていることを特徴とする繊維補
強セメントモルタル成形体により容易に達成される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に用いるセメントモルタルは普通ポルトランドセ
メント、早強ポルトランドセメントのほか、セメント製
品を通常製造するのに用いるような水硬性を有するセメ
ントであれば特に限定されるものではない。

補強用繊維は、有機・無機いかなる材質のものでもよい
が、特に炭素繊維、耐アルカリガラス繊維、アラミド繊
維、高強度ビニロン繊維など単系強度が150kgf/mm²以上
で、、耐アルカリ性を有するものが特に好ましい。

本発明においては補強用繊維を絡み織りした網状体を用
いる。第１図にその形状の一例を示す。

第１図中１は絡み織り繊維で、２は横糸繊維である。こ
の例では一種類の繊維束を用いているため１の繊維数
が、２の繊維数の２倍になつているが、縦、横の繊維数
は成形体の設計条件に応じて任意に決めることができ
る。

また、縦繊維と横繊維の材質、種類は適宜選択決定され
る。網状体の目開きは、セメントモルタルマトリツクス
の連続性を防げない範囲で任意であるが、通常は10マス
/inch以下（2.5mm＠以上）であり、好ましくは５マス/i
nch（5mm＠）〜〜２マスinch（12.7mm＠）の範囲とする
のが実用的である。

本発明においては、これら網状体への樹脂含浸処理を行
なうが、かかる処理は常法によつて行なうことができ、
例えばレジンバスに浸漬してもよいし、ローラーで含浸
してもよい。

また、樹脂含浸後は一定時間懸垂乾燥させることが好ま
しい。

絡み織りされた網状体に含浸する樹脂としては非水溶性
の樹脂が適している。

特に繊維集合体への含浸性がよく、施工が容易で低粘度
かつ常温硬化型の樹脂が適しているが、これらの樹脂は
セメントモルタル中のアルカリ環境下で経年劣化がない
ものであることが好ましい。

具体的には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フエノール
樹脂などを用いるのがよい。

なお、特に絡み織りされた網状体に可撥性が要求される
場合には、高重合度のSBRラテツクスを用いるもよい。

更には、軟化点が40℃以上の未硬化状態のエポキシ樹脂
等も用いてもよい。

これらの樹脂を、絡み織り網状体に含浸し、樹脂を硬化
させた後、曲げモーメントにより生じる最大の引張応力
の方向に絡み織り繊維をセメントモルタル中に配置させ
る。

すなわち第２図、第３図に示すように網状体４の絡み織
り繊維１をセメントモルタル供試体３の長手方向すなわ
ち、曲げモーメントによつて生じる最大の引張応力の方
向に配向する。

この例ではモルタル供試体３の下端にのみ網状体が１層
入つているが、断面設計条件によつては複数層積層して
もよいし、供試体上端にも積層してよい。

この際、樹脂は必ずしも硬化していなくてもよいが、硬
化させた方が、施工・積層とも容易であり、取扱時に繊
維の損傷も防止できるので好ましい。

マトリツクスとの付着をさらに向上させるためには、樹
脂含浸・硬化後再度網表面に樹脂にて細砂などを付着さ
せ、マトリツクスへの投錨効果をもたせてもよい。

ここで、絡み織りした繊維を樹脂含浸・硬化した後、モ
ルタルと積層させずに切り出し、単に絡み織りした二本
のねじりをかけた繊維強化樹脂製ロツド（FRPロツド）
の形で、引張強度を測定すると、直線状に樹脂含浸した
一本のFRPロツドの強度よりやや大きいだけなので、補
強効果は、ほとんど期待できない。

しかしながら、本発明の如く絡み織り網状体としてモル
タルに積層させると横糸との絡みがあるためマトリツク
スとの付着力が向上して直線状FRPロツド２本分に近い
強度が発現し、また応力発生時に横糸を引きこむので、
同時に靱性も大幅に向上する。

これら繊維網状体のモルタルへの埋込みは常法によつて
行えばよい。

例えば従来の積層・埋設法によつてもよいし、予め立体
的に型枠内に組込んだ後、モルタルを注入して硬化させ
てもよい。

この際、バイプレーター等により振動をかけて脱泡して
やれば、モルタルマトリツクスと補強用繊維集合体との
付着はさらに緊密になり、良好な機械的物性を得ること
ができる。

この方法によれば、通常の鉄筋コンコリートと同様の断
面設計法が適用でき、少量の長繊維で効率的な補強が可
能になる。

さらに本発明に於いては、長繊維よりなる絡み織り繊維
の網状体をモルタルに埋込むに際し、該モルタルに短繊
維を含有させるのが好ましい。即ち、短繊維含有モルタ
ルを用いる場合は、第５図に示すように、絡み織り網状
体のみを積層した場合に比し、たわみ量の全域に互り高
水準の曲り応力を有する成形体を得ることができる。第
５図は各供試体の曲げ応力〜ひずみ曲線であり、図中７
はセメントモルタル中に第４図に示すと同様の絡み織り
網状体を埋込んだ供試体、８はダイレクトスプレー法で
モルタルに短繊維を混合した供試体、９は供試体７に用
いたと同じ絡み織り網状体に、ダイレクトスプレー法で
短繊維を混合したモルタルを注入した供試体である。

モルタルと混合する短繊維の種類は特に限定されず、絡
み織り繊維と同質のものあるいは異質のものの何れでも
使用できるが、特に炭素繊維、耐アルカリ性ガラス繊
維、アラミド繊維、高強度ビニロン繊維等が好ましく用
いられる。これらの短繊維は通常１〜50mm程度の長さを
もつものが用いられ、モルタルとの混合はダイレクトス
プレー法又はプレミツクス法等周知の方法に従つて行わ
れる。モルタルとの混合量はモルタル100容量部当り0.2
〜10容量部の範囲から選ばれる。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限定される
ものではない。

実施例１ 高強度炭素繊維（東邦ベスロン製“HTA−７−3000"、ツ
イストなし）を絡み織りした網（3.5マス／インチ）を
溶剤希釈（トルエン：イソプロピルアルコール＝4:1重
量比）した常温硬化型エポキシ樹脂（大日本色材製、主
剤“Ｂ−910R"、硬化剤：“Ｂ−910H"）にて含浸し、風
乾させた。

この網は目付重量約95g/m²で、炭素繊維集合体は１本当
り絡み織り方向が6000フイラメント、横方向が3000フイ
ラメントである。

この網状体をからみ絡り繊維方向が長手方向となるよう
にセメントモルタルに配向埋設してW:40×t:20×1:320m
mの曲げ供試体を作製した。

断面方向の繊維体積含有率は0.17％で、繊維網状体はモ
ルタル供試体下端より、２〜3mmの位置に配設した。

セメントは早強ポルトランドセメント、細骨材は豊浦標
準砂を用い、水セメント比は0.55、細骨材率は1.6とし
た。

１週間養生後の供試体をスパン260mmで中央一点載荷曲
げ試験し曲げ強度を求める。

供試体の数はｎ＝３である。

曲げ強度は平均で160.4kg/cm²であり、最大曲げ応力度
到達後も変形が進行し、中央部のたわみは10mmを超え
た。

曲げひびわれは中央から左右にそれぞれ２〜３ケ所発生
したが、供試体が折れて支持端から落下することはなか
つた。

実施例２ 実施例１に於けるセメントモルタルの代りに、早強ポル
トランドセメントに、細骨材として硅砂５号を骨材比0.
66、水を水セメント比0.32混合したものに、炭素繊維
（引張り強度180kg/mm²、引張り弾性率16t/mm²、糸径15
μ）をダイレクトスプレー法にて1.8cmに切断し、容積
比１％混合したものを用いること以外は実施例１と同様
にして供試体を得た。

得られた供試体を実施例１と同様にして曲げ試験を行つ
た。得られた試験結果を第５図に曲線９として示す。

比較例１ 横糸を長手方向とし、絡み繊維方向を短手方向に配向さ
せたほかはモルタル断面積に占める横糸の体積含有率を
上記実施例と同じ0.15％にし、その他の条件も全く同じ
にしてセメントモルタル供試体を作製した。

この供試体を同様に曲げ試験したところ、曲げ強度は18
6kg/cm²であつたが、最大曲げ応力度に達すると直ちに
繊維が破断し、供試体は２片に折れて支持端より脱落し
た。

この時の最大たわみ量は、4.5mmで上記実施例の半分以
下の値であつた。

比較例２ 実施例２に於ける絡み織りした網の配設を行わないこと
以外は実施例２と全く同様にしてダイレクトスプレー法
にて短繊維含有モルタルの供試体を作製し、実施例２と
同様に曲げ試験を行つた。得られた試験結果を第５図に
曲線８として示す。

なお、参考のために、実施例２に短繊維含有モルタルの
代りに、短繊維を含まないモルタル（組成は実施例２と
同じ）を用いること以外は実施例２と全く同様にして作
製した供試体の曲げ試験結果を、第５図に曲線７として
示す。

〈発明の効果〉 本発明によれば、補強繊維とセメントモルタルマトリツ
クスとの付着がよく少量の繊維量で曲げ靱性及び強度に
すぐれたセメントモルタル成形体を得ることができる。

また鉄筋コンクリート構造と同じように用途や荷重条件
に応じた断面設計が効果的にかつ容易に可能である。

なお、補強繊維として炭素繊維を用いた成形体を金属と
接触して用いる場合、あるいは成形体内に鉄筋等の金属
補強材を配設する場合は、炭素繊維が樹脂でコーテイン
グされているので炭素繊維と金属との間が電気的に絶縁
されることとなり、金属の電食が防止されるという利点
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は絡み織り網状体の平面図、 第２図は絡み織り網状体を積層させたモルタル供試体の
見取図（絡み織り繊維を供試体長手方向に配向）、 第３図は絡み織り繊維を積層させたモルタル供試体の断
面図、 第４図は、絡み織り網状体積層モルタルの曲げ応力〜ひ
ずみ曲線（スパン:260mm）、 第５図は各モルタル供試体の曲げ応力〜ひずみ曲線であ
る。 1:絡み織り繊維 2:横糸繊維 3:セメントモルタル 4:絡み織り繊維網状体 5,7:セメントモルタル供試体 （絡み織り繊維を供試体長手方向に配向積層） 6:セメントモルタル供試体 （横糸繊維を供試体長手方向に配向・積層） 8:セメントモルタル供試体 （ダイレクトスプレー法にて短繊維含有モルタルを吹
付） 9:セメントモルタル供試体 （絡み織り繊維を供試体長手方向に配向積層し、これに
ダイレクトスプレー法にて短繊維含有モルタルを注入）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田黒 博文 福岡県北九州市八幡西区大字藤田2447番地 の１ 三菱化成工業株式会社黒崎工場内 (56)参考文献 実開 昭54−143872（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維網状体で補強されたセメントモルタル
   成形体であつて、前記網状体が絡み織りにて構成される
   とともに樹脂含浸処理がなされており、かつ、曲げモー
   メントによつて生じる最大の引張応力の方向に前記網状
   体を構成する絡み繊維が配置されるようにセメントモル
   タル中に埋設されていることを特徴とする繊維補強セメ
   ントモルタル成形体。
2. 【請求項２】セメントモルタルが短繊維を含有している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形体。