JPH11292582A

JPH11292582A - 繊維ストランド

Info

Publication number: JPH11292582A
Application number: JP9140398A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Tezuka; 光晴手塚; Mitsuru Awata; 満粟田; Akira Shiraki; 明白木
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】フレッシュ性能としては、繊維ストランドの
分散性、作業性がよく、硬化体性能としては、強度の高
い繊維強化セメントを提供すること。【解決手段】多数の繊維単糸と樹脂とからなる繊維ス
トランドであって、樹脂の圧縮強度が３０〜３００kgf/
cm²、繊維ストランドの長さ方向に対する繊維単糸のな
す角が３〜２０度、かつ、繊維ストランドに占める繊維
単糸の割合が９５〜９９重量％であることを特徴とする
繊維ストランド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として土木・建
築分野において使用される強度・耐久性・流動性に優れ
た短繊維強化コンクリートに用いられる繊維ストランド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートの強度を上げるために、繊
維をコンクリートに配合することはよく知られている。
しかし、従来の繊維強化コンクリートでは、繊維として
は、ロッドおよびメッシュ等の長繊維が用いられ、短繊
維は、粗骨材を配合していないモルタルや吹き付け補修
材に用いられているにすぎなかった。短繊維がコンクリ
ートの強化材として用いにくい理由は、繊維を単糸分散
しやすい状態、すなわち、未集束状態に近い繊維ストラ
ンドでコンクリートに配合すると、コンクリートマトリ
ックス中の水分、セメントペースト分またはモルタル分
が、繊維ストランドの繊維間に吸収され、コンクリート
マトリックスの流動成分が不足し、結果として施工時の
コンクリートの流動性が低下するからである。また、単
糸状態の繊維や未集束状態に近い繊維ストランドは、コ
ンクリートに混練すると、繊維がファイバーボールにな
ったりして、マトリックス全体に繊維を均一に分散する
ことができないので、強度のばらつきが生じるという問
題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、流動性の低下
や強度のばらつきを防ぐために、繊維同士を強い結合力
で集束させる方法が提案されている。しかし、例えば、
特開昭６３−２０３８７６号公報では、炭素繊維をエポ
キシ樹脂で硬化させＦＲＰ状にして短繊維化し、強度の
上昇を図ることが提案されているが、樹脂を大量に用い
るため、コンクリートマトリックスと繊維ストランドと
の付着性が悪くなり、曲げ等の荷重がかかると、繊維が
容易に引き抜かれてしまい補強効果が現れにくいという
問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、コンクリ
ートと混練するときは、強い集束力をもつストランド状
態で、施工時には、単糸状態になって、コンクリート中
に均一に分散された状態になる繊維ストランドは、上記
課題を解決しうることを見出し、具体的には、コンク
リートのフレッシュ状態での流動性を向上させ、ファイ
バーボールを防ぐには、ストランドの集束性を高めるこ
とが有効であり、このために、ストランドの風合いを堅
くするため含浸剤として特定の樹脂を特定量用いる。
さらに、混練後に単糸分散に近い状態にするために、撚
りの回数を多くすることにより、含浸した集束剤が絞り
出され、表面に多くの樹脂がたまるようにする。これら
により、コンクリート中の分散に優れ、且つ補強効果の
高い本発明の繊維ストランドが得られることを見出し本
発明に到達した。すなわち本発明の要旨は、多数の繊維
単糸と樹脂とからなる繊維ストランドであって、樹脂の
圧縮強度が３０〜３００kgf/cm²、繊維ストランドの長
さ方向に対する繊維単糸のなす角が３〜２０度、かつ、
繊維ストランドに占める繊維単糸の割合が９５〜９９重
量％であることを特徴とする繊維ストランドに存する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
通常、多数の繊維単糸を集束剤と呼ばれる樹脂で集束し
たものを繊維ストランドというが、本発明においては繊
維ストランドを形成する繊維単糸の本数は１，０００本
以上、好ましくは１，０００本以上５０，０００本以
下、特に好ましくは６，０００本以上１２，０００本以
下である。繊維ストランドを形成する繊維単糸の本数が
１，０００本以下だと繊維ストランドをコンクリートへ
添加したとき、切断しやすく補強効果が得られにくい。
一方、５０，０００本を超えると、繊維単糸の添加量が
等しくても繊維ストランドの数が少なくなり、十分な補
強効果が得られにくく、また、十分な補強効果を得るた
めには多量の繊維単糸を必要とし、経済的ではない。

【０００６】本発明で用いられる繊維単糸は、繊維径が
通常３〜２０μm 、好ましくは５〜１８μm 、引張強度
が通常２００kgf/mm²以上、好ましくは４００kgf/mm²
以上、伸度が通常１．５％以上、好ましくは２．０％以
上であればよく、このような繊維としてはアラミド繊
維、炭素繊維が挙げられ、好ましくは炭素繊維が用いら
れる。炭素繊維としては、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、伸度とは繊維の引張強度をその引張弾性率で除した
値である。

【０００７】本発明の繊維ストランドは、繊維単糸の束
に所定の撚りを掛けた状態で、これを集束剤となる特定
の樹脂により集束することにより得ることができる。繊
維ストランドの長さ方向に対する繊維単糸のなす角は、
撚りの度合いともいい、３〜２０度、好ましくは５〜１
０度である。撚りの度合いが３〜２０度というのは、１
メートルあたりの撚りの回数で表すと、２５〜２００回
／ｍに相当する。撚りの度合いが３度未満だと、集束剤
がストランドの内部まで浸透し、繊維単糸同士が強固に
接着されるので、コンクリート中で繊維ストランドが単
糸に分散することができない。また２０度を超えると、
繊維切れなどの損傷が生じるなどの不具合が生じたり、
一定長さ当たりの繊維重量が多くなって効果的にコンク
リートを補強できなくなる。

【０００８】繊維ストランドを構成する樹脂は、一般的
に集束剤として使用されているものであればよいが、繊
維に添着したときに得られる繊維ストランドの風合いが
堅いものが選択され、具体的には、圧縮強度が３０〜３
００kgf/cm²、好ましくは４０〜１００kgf/cm²の樹脂
である。圧縮強度が３０kgf/cm²に満たないと繊維単糸
をストランドとして集束を維持するための凝集力が弱
く、３００kgf/cm²以上であると凝集力が強すぎコンク
リート中において繊維ストランドがばらけないという問
題が生じる。本発明で言う、圧縮強度は、底面５mm×５
mm、高さ５mmの樹脂硬化体を試験体とし、試験体に圧縮
荷重を掛けて測定したときの値を示す。

【０００９】このような集束剤としては、通常、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、ナイロン樹
脂などが挙げられる。これらの樹脂は溶剤に溶かして
も、水分散型エマルジョン状態で使用してもよいが、水
分散型エマルジョン状態が好ましい。樹脂を溶剤に溶か
す場合の溶剤としては、アルコール、ケトン、塩化メチ
レン、ＴＨＦ等が挙げられる。特にエポキシ樹脂の場
合、溶解の速さおよび沸点の観点から、特にケトン、な
かでもメチルエチルケトンが好ましい。また、樹脂には
必要に応じて硬化剤を使用してもよく、エポキシ樹脂の
場合、特にアミン系硬化剤が好ましく用いられる。

【００１０】このようにして得られた繊維ストランド
は、その風合いが堅いものであり、風合いが堅い繊維ス
トランドは、繊維単糸間に存在する集束剤の炭素繊維に
対する接着が強く、繊維ストランド中の単糸間が開きに
くくなっているので、余分なセメントを吸収しないの
で、フレッシュのコンクリートの流動性を低下させにく
い。風合いの堅さは、長さ５０ｃｍの繊維ストランドを
地面と水平にして一端だけを固定して、１分間以上静置
して測定し、自重によって反対側の端がもとの水平の位
置から垂れることがないものを風合いが堅いという。

【００１１】繊維ストランドにおける繊維単糸の割合
は、９５〜９９重量％、好ましくは９６〜９８重量％で
ある。繊維が炭素繊維の場合、繊維ストランドにおける
繊維単糸の割合は、繊維と集束剤とからなる繊維ストラ
ンド中の繊維の占める割合で、窒素雰囲気中で、４５０
℃、３０分間加熱処理したときの重量減を集束剤の重量
として算出する。繊維ストランドにおける繊維単糸の割
合が高すぎると、集束剤が少なすぎるため切断時にばら
けが生じる。また、繊維単糸の割合が低過ぎる、すなわ
ち集束剤の添着量が多すぎると、切断時の性能は良くて
も、コンクリートと繊維ストランドとの付着力が低下す
るため、補強効果が低減する。本発明の繊維ストランド
は、通常、所定の本数の長繊維の繊維単糸にを溶媒で希
釈した集束剤に含浸する前あるいは後に、撚りをかけ、
その後、集束剤を分散させていた溶媒を完全に蒸発さ
せ、所定の長さに切断することにより得られる。

【００１２】繊維ストランドの長さは、コンクリートに
配合されている粗骨材の最大寸法に対して通常１．５倍
以上、好ましくは２倍以上がよく、具体的には３０〜２
００mmが好ましく用いられる。繊維ストランドの長さが
３０mm未満であると、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。なお、長さ３０mm
以上の繊維ストランドと併用する場合は、長さ３０mm未
満の繊維ストランドを添加しても良い。また、繊維スト
ランドが２次元的あるいは１次元的に配向されるような
条件であれば、繊維ストランドの長さの長化効果は著し
くなる。また、繊維ストランドの直径は通常、０．３〜
３mmである。

【００１３】本発明の繊維ストランドは、コンクリート
に配合することにより繊維強化コンクリートとすること
ができる。本発明の繊維ストランドは、コンクリートと
の混練初期では繊維ストランド自体が剛直なため、ファ
イバーボールが生じず、均一に分散し、混練を続けると
ストランドから枝が分かれるように繊維が突出するので
周囲のコンクリートと付着がとれ、補強効果が上昇する
のである。

【００１４】コンクリートは通常、セメント、粗骨材、
細骨材、混和剤および水を主成分とする。セメントとし
ては、普通ポルトランド、早強ポルトランド、超早強ポ
ルトランド等が用いられる。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２５０kg/m³以上でがよい。粗骨材（砂
利）としては、例えば、砕石、人工軽量粗骨材、酸化鉄
鋼石などが用いられる。好ましくは、平均粒径が３０mm
以下の砕石がよい。添加量は、通常の調合であれば特に
問題なく、好ましくは１０００kg/m³以下がよい。細骨
材（砂）としては、例えば、砂、ケイ石、シリカヒュー
ム、人工軽量細骨材等が用いられる。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１５００kg/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４０〜８０
％がよい。

【００１５】繊維ストランドの添加量は、通常０．１体
積％以上、好ましくは０．４体積％以上、更に好ましく
は０．５体積％以上である。添加量の増加に伴って、曲
げ強度やタフネスは増大する。なお、過剰添加はコスト
面だけでなく、補強効果上昇の非効率化や流動性の低下
を招くので、好ましくは０．４〜１．０体積％、更に好
ましくは０．５〜０．７体積％である。混和剤として
は、減水剤、分散剤、消泡剤、発泡剤等があげられる。
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部に対して通常１〜３部である。

【００１６】繊維強化コンクリートは、セメント、粗骨
材、細骨材、炭素繊維ストランド、水、混和剤などを混
練し、必要により振動機で振動を与えながら型枠に流し
込み、常温養生または蒸気養生、必要に応じてオートク
レーブ養生して硬化させることにより得られる。混練す
る混合機としては、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、
２軸型、オムニ型等の撹拌翼を有する混合機の場合は、
普通コンクリートを製造した後に、炭素繊維を加えて再
び混練する。繊維を乾式状態から添加してもよい。

【００１７】このようにして得られた繊維強化コンクリ
ートは、フレッシュ性状としては、ＪＩＳＡ１１０
１に準じて測定したスランプ値が、通常５〜２５ｃｍ、
好ましくは５〜２０ｃｍである。また、次式により求め
られたコンクリート中の繊維の分散係数は０．８５以上
である。分散係数が０．８５に満たないと繊維の分散が
不良になり試験体間の強度のばらつきが大きくなり好ま
しくない。分散係数：α＝exp （−ψ）

【００１８】

【数１】ψ（ｘ）＝√（Σ（Ｘi-Ｘ）²/n）／Ｘここで、Ｘｉ：試料中に含まれる繊維ストランド数、
ｎ：試料数、Ｘ：試料中に含まれる繊維ストランド数の
平均とする。なお、分散係数は、０〜１の間の数値であ
り、１に近い方が繊維がコンクリート中で分散している
ことを示している。また、ＪＩＳＡ１１０６に準じ
て測定した繊維強化コンクリート硬化体の曲げ強度は、
通常７０kgf/cm²以上、好ましくは８０kgf/cm²であ
り、十分な強度を有する。曲げ強度が小さいと繊維強化
コンクリートを施工して得られる構造物に十分な強度が
得られない恐れがあるので好ましくない。

【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。まず、実施例および比較例に用いた炭素繊維ス
トランドを次に示す。＜炭素繊維ストランドＡ＞繊維単糸としては、直径７μ
ｍの連続炭素繊維（東レ（株）製「Ｔ−７００Ｓ」）１
２，０００本を束にして、リングツイスターによって撚
りの度合いが５度になるよう４０回／ｍで撚りを掛けた
後に、集束剤として、樹脂が硬化したときの圧縮強度が
６０kgf/cm²となるエポキシ樹脂エマルジョン（油化シ
ェルエポキシ（株）製「エピレッツ３５１０」）濃度
３．０重量％液およびアミン系硬化剤（油化シェルエポ
キシ（株）製「エピキュア８５３５」）１．５重量％液
に希釈した集束剤液に浸漬させ、滑車を通して良くしご
いた後、巻き取り機に巻き取った。ついで、１２０℃で
乾燥させた後、所定の長さに切断した。得られた炭素繊
維ストランドの直径は０．８〜１．２ｍｍであった。な
お、本実施例において、市販の炭素繊維に付着している
微量の樹脂は、集束剤とはみなしていない。

【００２０】＜炭素繊維ストランドＢ＞集束剤として、
エポキシ樹脂エマルジョンの濃度を５．０重量％、アミ
ン系硬化剤の濃度２．５重量％にかえ、集束剤樹脂が硬
化したときの圧縮強度が６０kgf/cm²となるようにした
ほかは、繊維ストランドＡと同様に行った。＜炭素繊維ストランドＣ＞撚りの度合いを１１度に変え
た他は炭素繊維ストランドＡと同様に行った。＜炭素繊維ストランドＤ＞撚りの度合いを１．５度に変
えた他は炭素繊維ストランドＡと同様に行った。＜炭素繊維ストランドＥ＞撚りの度合いを３９度に変え
た他は炭素繊維ストランドＡと同様に製造した。

【００２１】＜炭素繊維ストランドＦ＞集束剤として、
エポキシ樹脂エマルジョンの濃度を５．０重量％、アミ
ン系硬化剤を配合せず、集束剤樹脂が硬化したときの圧
縮強度が５kgf/cm²となるようにした他は、繊維ストラ
ンドＡと同様に行った。＜炭素繊維ストランドＧ＞集束剤として、硬化したとき
の圧縮強度が５００kgf/cm²となる溶媒系エポキシ樹脂
（油化シェル製「エピコート８２８」）濃度５．０重量
％、溶媒系硬化剤（油化シェル製「エピコートＢ００
２」）濃度２．５％を用いたほかは、繊維ストランドＡ
と同様に行った。得られた炭素繊維Ａ〜Ｇの性状を表−
１に示す

【００２２】

【表１】

【００２３】＜実施例１＞コンクリート調合Ｐに示す量
の粗骨材、細骨材およびセメントを２軸型ミキサー（５
５リットル）で乾式混合し、次いで、水と混和剤の混合
液を投入し、１５０秒間湿式混合し、コンクリートを得
た。次に、このコンクリートに、繊維長４０mmの炭素繊
維ストランドＡを９．０kg/m³の割合で混入し、１分間
湿式混練して、炭素繊維を含有する混練物とした。ここ
で、得られた混練物の一部を分取し、ＪＩＳＡ１１
０１に準じてスランプ値の測定、繊維分散度の測定を行
った。繊維分散度の測定は、得られた混練物から１００
ｇのコンクリート塊を取り出してストランド数を数える
ことを１回のテストとし、このテストを１０回行い、す
べてのデータを用い、以下の式により算出した。分散係数：α＝exp （−ψ）

【００２４】

【数２】ψ（ｘ）＝√（Σ（Ｘi-Ｘ）²/n）／Ｘここで、Ｘｉ：試料中に含まれる繊維ストランド数、
ｎ：試料数、Ｘ：試料中に含まれる繊維ストランド数の
平均とする。一方、得られた混練物を１０ｃｍ×１０ｃ
ｍ×４０ｃｍの型枠に流し込み、１６時間後脱型して硬
化体を得た。これを、２０℃、６０ＲＴ％で１週間養生
後、曲げ試験をＪＩＳＡ１１０６に準じて行った。
なお、載荷速度は２mm/min、試験体数はｎ＝６で行っ
た。変動係数ψ（ｘ）は、サンプル強度のばらつきの大
きさを表し、上記の式により算出した。結果をまとめて
表−２に示す。

【００２５】

【表２】この配合におけるＷ／Ｃ＝５０重量％、細骨材率は５０
体積％である。また、原料として次のものを用いた。セメント：秩父小野田セメント（株）製、早強ポルトラ
ンドセメント細骨材：砂（浜岡産）、最大寸法５．０ｍｍ粗骨材：軽量骨材メサライト混和剤：竹本油脂製薬（株）製、商品名：チューポール
ＨＰ−１１

【００２６】＜実施例２、３、比較例１〜４＞炭素繊維
ストランドを炭素繊維ストランドＢ（実施例２）、炭素
繊維ストランドＣ（実施例３）、炭素繊維ストランドＤ
（比較例１）、炭素繊維ストランドＥ（比較例２）、炭
素繊維ストランドＦ（比較例３）、炭素繊維ストランド
Ｇ（比較例４）に変えた他は実施例１と同様に行った。
結果を表−２に示す。

【００２７】＜比較例５＞炭素繊維を添加しなかった他
は実施例１と同様に行った。結果を表−２に示す。

【００２８】

【表３】なお、実施例１〜３、比較例１〜５のコンクリートの比
重は１．９〜２．０であった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、フレッシュ性状として
繊維ストランドの分散性および作業性に優れ、硬化体性
能として強度の高い繊維強化コンクリートを得ることが
できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の繊維単糸と樹脂とからなる繊維ス
トランドであって、樹脂の圧縮強度が３０〜３００kgf/
cm²、繊維ストランドの長さ方向に対する繊維単糸のな
す角が３〜２０度、かつ、繊維ストランドに占める繊維
単糸の割合が９５〜９９重量％であることを特徴とする
繊維ストランド。
【請求項２】繊維が炭素繊維であることを特徴とする
請求項１に記載の繊維ストランド。
【請求項３】繊維ストランドがセメント配合用である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維ストラ
ンド。