JPH08294912A - 繊維強化コンクリートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維の分散不良およびファイバーボールの生
成が抑制され、強度等のばらつきの少ないコンクリート
を製造する。 【構成】 補強繊維とセメント成分を混合する際に、振
動を与えることを特徴とする繊維強化コンクリートの製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化コンクリートの
製造方法に関し、より詳しくは、土木・建築分野におい
て使用される強度・耐久性に優れた炭素短繊維強化コン
クリートの製造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化コンクリートで使われる繊維は
その強度・靱性を上げるため一般的に鋼繊維、ガラス繊
維および有機繊維等が用いられている。しかし、鋼繊維
を使用した場合、未補強に対する曲げ強度の上昇率が低
く５０％程度であり、しかも初期ひび割れ発生時の荷重
が低い等の問題がある。さらに錆等の耐久性の問題が生
じたり、特に道路舗装用として使用した場合、轍に鋼繊
維が突出し、自動車のタイヤがパンクするという問題が
生じることがあった。

【０００３】ガラス繊維および有機繊維を用いると、繊
維の耐アルカリ性能やそれの持つ引張強度・弾性率等の
性能の影響で、その補強効果が極めて低く、ひび割れ進
展に対する抑制程度で強度上昇は望めない。一方、炭素
繊維を使用した場合、繊維の劣化防止等の耐久性は改善
される。しかし、炭素繊維強化コンクリートでは、ロッ
ドおよびメッシュ等の長繊維でのみ行われ、短繊維によ
るものは粗骨材未混入のモルタルや吹き付け補修材程度
であった。そのような用途に限られていたのも、炭素繊
維を短繊維で混入した場合、粗骨材存在下では、切断・
損傷が激しく、成形体に及ぼす繊維補強効果は小さかっ
たためである。敢えて使用した場合も、既に発生したひ
び割れ進展に対する抑制程度であった。炭素繊維をエポ
キシで硬化させロッド状にして短繊維化し、強度の上昇
を図ろうとする試みもあったが、曲げ荷重がかかるとマ
トリックス−繊維間で繊維の素抜けが起こり、補強効果
が不十分であった。

【０００４】コンクリートの強度上昇およびひび割れ防
止を目的として各種繊維を添加した場合、ほぼ例外な
く、混練時、繊維表面にマトリックス中の水分が取られ
ることによる、繊維未添加時に比べた流動性の低下が起
こり、作業性が悪化する。それだけでなく、混練時の繊
維の分散不良から製品のばらつきや、分散不良により弱
い部分ができやすいため大型の製品の製造が困難となる
という問題をも引き起こす可能性が極めて高かった。
又、ばらつきを抑えるために十分な混練をしようとして
長時間の混練を行えば、繊維自体が折れたり粉化したり
してしまい、結局高強度の繊維強化コンクリートを得る
ことはできなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは前記課題
を解決すべく種々検討を重ねた結果、混練中に振動を与
えることにより、繊維の分散不良およびファイバーボー
ルの生成が抑制され、強度等のばらつきの少ない繊維強
化コンクリートを製造することを見いだし、本発明を完
成したものである。

【０００６】

【課題を解決させるための手段】即ち、本発明は、補強
繊維とセメント成分を混合する際に、振動を与えること
を特徴とする繊維強化コンクリートの製造方法に存す
る。以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明にお
いて用いられるセメント成分としては公知のセメント成
分を用いることが出来、例えば普通ポルトランドセメン
ト、早強ポルトランドセメント、高炉セメント、アルミ
ナセメントおよび低収縮セメントのいずれでも良く、好
ましくは低収縮セメントおよび早強ポルトランドセメン
トを用いる。

【０００７】本発明で用いられる補強繊維としては、鋼
繊維、炭素繊維、合成繊維、ガラス繊維等いずれの繊維
でもかまわないか、特に分散不良になりやすく、また折
れやすい炭素繊維の場合に好適である。例えば、炭素繊
維としては、引張強度が３００ｋｇ／ｍｍ² 以上、好ま
しくは３００ｋｇｆ／ｃｍ² 、伸度は１％以上であるも
のが特に好ましく、例えばコールタールピッチ、石油ピ
ッチ、石炭液化物、ポリアクリロニトリル、セルロース
等を原料とした炭素繊維を用いることができる。ここで
いう、伸度とは炭素繊維の引張強度をその引張弾性率で
除した値である。

【０００８】繊維の形状としては、使用される粗骨材の
最大寸法に対して１倍以上のもの、好ましくは１．５倍
以上がよく、実際の長さで言えば２０ｍｍ以上のもの、
好ましくは３０ｍｍ以上のものである。繊維長が２０ｍ
ｍ以下であると、複合材料としての臨界繊維長に達して
いないため、補強効果が小さい。糸径としては、５〜３
０μｍ、好ましくは６〜１８μｍのものが好適に用いら
れる。

【０００９】そして、好適には、かかる繊維を集束剤を
用いて繊維ストランドとしたものを、用いるのが好まし
い。繊維ストランド１束の本数としては、少ないほど補
強効果が著しい。これは載荷時に負担する繊維ストラン
ドの本数が単純に増加するためである。繊維の添加量
は、０．１ｖｏｌ％以上、好ましくは０．５ｖｏｌ％以
上が良い。

【００１０】繊維の集束剤は、特に限定されず、粗骨材
を入れたコンクリートに投入したときに、チョップドス
トランド状の炭素繊維が切断することなく、ばらけ始め
る程度の集束剤、例えば硬化剤未添加のエポキシエマル
ジョンや、ポリビニルアルコール系として、未ケン化ポ
リ酢酸ビニル、部分ケン化ポリビニルアルコール、完全
ケン化ポリビニルアルコールがある。また、メチルセル
ロース、エチルセルロース、カルボキシルエチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導
体、可溶性デンプン等のデンプン誘導体も用いられる。
好ましくは硬化剤未添加のエポキシエマルジョンが用い
られる。本発明で用いられるエポキシエマルジョンとし
ては、以下のエポキシ化合物を界面活性剤でエマルジョ
ン化したものが使用できる。エポキシ化合物とは、例え
ば、ビスフェノール型、ノボラック型、脂環族型、レゾ
ール型、アミノ型などのエポキシ化合物のモノマー、低
重合物が挙げられ、中でも、ビスフェノールＡ型で分子
量が４７０以下、あるいはノボラック型で分子量が６０
０以下のエポキシ化合物が好ましい。例えば、シェル化
学社製“エピコート”８１５，８２７，８２８および８
３４，ＣＩＢＡ−ＧＥＩＧＹ（チバーガイギー）社製
“アラルダイト”ＥＣＮ−１２３５である。

【００１１】これらをエマルジョン化する界面活性剤と
しては、ポリオキシメチレンのヒマシ油エーテル、ノニ
ルフェニルエーテル、スチレン化フェニルエーテルなど
のポリオキシエチレンアルキルエーテルまたはポリオキ
シエチレンアルキルアリルエーテルおよびポリビニルア
ルコールなどの中から選ばれた少なくとも１種類の界面
活性剤が挙げられる。

【００１２】繊維の集束剤の添着量は、コンクリートの
練り具合および強度の面から言えば少ないほど良く、繊
維の取扱い性が問題にならない程度、繊維の品質が劣化
しない程度および環境衛生に悪影響を及ぼさない程度の
量をつければ良い。正確の量は集束剤の種類によっても
異なるが、例えば、松本油脂のエポキシエマルジョンで
言えば、繊維に対する重量％が５ｗｔ％以下好ましくは
２ｗｔ％以下が良い。

【００１３】尚、本発明のコンクリートには、その他
に、コンクリート成分として公知の材料、例えば：粗骨
材や細骨材、減水剤等を含有せしめてもよい。粗骨材
（砂利）としては、種類・径は特に限定されず、砕石、
人工軽量粗骨材、酸化鉄鋼石などどれでもよい。好まし
くは径が５０ｍｍ以下の砕石がよい。添加量は土木用お
よび建築用として用いられる通常の調合であれば特に問
題なく、好ましくは１５００ｋｇ／ｍ³ 以下がよい。

【００１４】細骨材（砂）としては砂、ケイ石、砂利、
シラスバルーンフライアッシュ、シリカフューム等が挙
げられる。添加量は土木用および建築用として用いられ
る通常の調合であれば特に問題なく、好ましくは１５０
０ｋｇ／ｍ³ 以下がよい。細骨材率（砂率）は、土木用
および建築用として用いられる通常の調合であれば特に
問題なく、好ましくは３０〜６０％が良い。

【００１５】減水剤としてはトリアジン環系高縮合物塩
を主成分とする特殊界面活性剤、特殊スルホン基カルボ
キシル基含有多元ポリマー、アニオン型特殊高分子活性
剤、ナフタレンスルホン酸縮合物リグニンスルホン酸誘
導体、オキシカルボン酸、リグニンスルホン酸等が挙げ
られる。添加量はセメント１００部に対して１〜５部混
入する。

【００１６】また、分散剤、減水剤の他に消泡剤、発砲
剤等の混和剤も適宜添加できる。本発明においてセメン
ト原料と炭素繊維、水、その他助剤を混練する混合機と
しては、繊維を混合している際に振動を与えることがで
きればよく、通常用いられる全ての混合機が使用でき、
パドル型、プロペラ型、櫂型、タービン型、パン型、リ
ボン型、スクリュー型、ワーナ型、ニーダー型等の攪拌
翼を有する混合機の場合は、繊維とセメント原料とを水
を加えずにまず混合し、ついで水を加えて混練する。ま
たは、繊維以外の原料を水とともに練り、普通コンクリ
ートを製造した後に、炭素繊維を加えて再び混練しても
よい。

【００１７】本発明の要旨は、補強繊維とセメント成分
を混合する際に、振動を与えることにある。この時の振
動数は、補強繊維の含有量、混合物の粘度等により異な
るが、通常３０００ｒｐｍ以上の振動数であることが好
ましい。又、振動を与える方法は、特に限定されず、例
えば攪拌軸を振動させたり、攪拌翼に振動機を取り付け
たり、攪拌翼と同調して回転する棒状振動機を設けたり
等、任意に設置できるが、機構の簡易さ、既存の装置の
小改良で済むこと等の点から、混合機の混合槽の外壁
に、箱状振動機のような振動機を設置することが好まし
い。振動機を設置する位置については特に限定されず、
混合機の混合槽中に均一に振動を与えられればよい。ま
た、振動機のエネルギーを無駄なく使用するためには、
混合機の混合槽の側面及び／又は底面に振動機を設置す
ればよく、また、混合槽中に均一に振動を与えるという
点や、一度に大量の混練を行う大型の混合機を用いる場
合には、複数の振動機を設置することが好ましく、具体
的には例えば２基設置する場合には、互いに対向するよ
うに設置することが好ましく、３基であれば、互いに１
２０度ずれた位置に設置すればよい。すなわち通常攪拌
機の攪拌槽の断面は円形であるので、３基以上の振動機
を設置する場合には、実質的にこの断面の円に内接する
多角形の頂点に振動機を設置すればよい。

【００１８】本発明で使用する振動機としては特に限定
されないが、振動効率の優れた高周波振動モータを内蔵
した振動機を使用することが好ましい。

【００１９】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例 可変型高周波振動機（特殊電気工業社製振動機；形式Ｈ
Ｖ７５０Ｂ、振動機６０００〜７２００ｒｐｍ、出力
０．７５ｋｗ）を設置した内容積７０リットルのパン型
ミキサーに、早強ポルトランドセメントのセメント量４
００ｋｇ／ｍ³ 、砕石６号（最大粒径１５ｍｍ）の量が
９００ｋｇ／ｍ³ 、秩父産砂岩細砂（砂率５０ｖｏｌ
％）の量が８６６ｋｇ／ｍ³ になるよう投入し、３０秒
乾式混合し、つぎに減水剤「パリックＳＡ」４部を水に
加え２０４重量部（Ｗ／Ｃは５０ｗｔ％）にしたもの
（単位水量は２００ｋｇ／ｍ³ ）を加えて湿式混合す
る。さらに炭素繊維（フィラメント数１２０００本）を
２０ｍｍのチョップドストランドに切断したものを、全
体の体積分率で１．０％加え、振動数６０００ｒｐｍ以
上の振動を与えながら３０秒湿式混合する。この混練物
を型枠に流し込み、１６時間後脱型する。得られた繊維
強化コンクリートの流動性を図る指標として、ＪＩＳＡ
−１１０１に準じて、スランプ値を測定し、又、空気量
をＪＩＳＡ−１１２８に準じて測定した。

【００２０】強度試験体の養生は２０℃、６０ＲＴ％の
状態で行い、４週間養生後、曲げ試験をＪＩＳＡ１１０
６に準じて行った。なお、載荷速度は２ｍｍ／ｍｉｎ、
試験対数はｎ＝１２で行った。 比較例 湿式混合時に振動を与えない以外は実施例１と同様にし
て、繊維強化コンクリートを得、実施例１と同様に試験
を行った。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明を用いて、好
適には炭素短繊維を混入したコンクリートを混練するこ
とによって製造した硬化体が、強度の高くかつばらつき
の少ない炭素繊維強化コンクリートを得ることが可能と
なる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補強繊維とセメント成分を混合する際
   に、振動を与えることを特徴とする繊維強化コンクリー
   トの製造方法。
2. 【請求項２】 振動の振動数が３０００ｒｐｍ以上であ
   る請求項１記載の繊維強化コンクリートの製造方法。
3. 【請求項３】 混合の際に使用される混合機の混合槽の
   側面及び／又は底面に振動機を設置する請求項１又は２
   に記載の繊維強化コンクリートの製造方法。
4. 【請求項４】 振動機を複数設置する請求項３記載の繊
   維強化コンクリートの製造方法。
5. 【請求項５】 該補強繊維が炭素繊維である請求項１乃
   至５のいずれかに記載の繊維強化コンクリートの製造方
   法。