JPS61183155A - 繊維補強セメントコンクリ−ト製品の製法 - Google Patents

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〕 本発明は芳香族ポリエーテルアミド繊維で補強したセメ
ントコンクリート製品の製法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、セメントコンクリートミックス中に鋼繊維、
ガラス繊維、炭素繊維、高分子繊維などを混入してコン
クリート製品の引張強度１曲げ強度、耐ｉＥ撃性などの
諸性質を改善しようとする試みが種々提案されている。

特開昭５８−１５１３６３号公報は、このようなコンク
リート補強繊維として。

芳香族ポリエーテルアミド繊維を使用することを開示す
る。また、特開昭５９−３５０５６号公報および特開昭
５９−１２２６５５号公報は芳香族ポリエーテルアミド
長繊維束を熱硬化性樹脂で被覆加工したロンドの使用を
開示する。しかし、これらの公報には。

かような補強コンクリートを高圧養生することについて
は記載がなく、自然養生もしくは大気圧下での昇温（通
常は１００℃以下）養生を意図したものである。

一般に、セメントコンクリート製品を成形硬化させる処
決には、大きく分けて、　（１）、成形品を大気圧常温
下で自然養生（通常は約２８日間）する方法、　（２）
、　１３ｐ化を促進するために大気圧下で６０〜８０℃
の水蒸気を用いて蒸気養生（通常は５〜１２時間）する
方法、そして、（３）、オートクレーブ中で高温高圧下
（約１８０℃で１０気圧）で養生（約８時間）する方法
がよく知られている。（１）と（２）の方法は、いずれ
もコンクリートの乾燥収縮率はほぼ同程度となるが、（
３）の方法によると、前２者に比べ、その乾燥収縮率は
極端に小さくなって、セメントコンクリートの宿命的な
欠点である収縮によるひび割れの発生は大幅に減少させ
ることができることが知られている。この場合、オート
クレーブ処理の条件としては、成形品中の水分の移動を
防止するうえでオートクレーブ内が飽和水蒸気圧になっ
ていることが必要であり、従って、その処理温度で余剰
の水が容器内に存在することが必要である。そして従来
の確立された経験則では。

乾燥収縮を減少させ、ミックス中の水分の移動を防止し
、そして早期強度と耐久性を十分に発揮させるのに必要
なオートクレーブ養生の最適温度は１７７℃（蒸気圧０
．８　　ＭＮ／ｍ）であるとされていた。従って、セメ
ントコンクリートのオートクレーブ養生と言えば、約１
８０℃（約１０気圧の飽和水蒸気圧）近辺のもとての養
生を意味するものであった。

日本建築学会大会学術講演概要集（日本建築学会　昭和
５９年１０月発行、１６７〜１６８頁には、ポリアミド
繊維補強セメントモルタルのオートクレーブ養生の例が
、報告されている。この報告によれば、商品名ＫｅνＩ
ｅｒ　　（デュポン社製品）のポリアミド繊維を混入し
た補強セメントモルタル板を。

前述のようにそれが確立されたオートクレーブ処理条件
である１８５℃、１１気圧下でのオートクレーブ養生を
実施した例が述べられ、その図−３には硬化品の応力ひ
ずみ曲線が示されている。しかしその結果は、意図する
靭性改善効果１曲げ強度の向上効果は達成されていない
ようである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来において、芳香族ポリエーテルアミド繊維による補
強コンクリートのオートクレーブ養生については全く未
解決の問題であり、前記の学会報告に見られるように、
ポリアミド繊維補強コンクリートを最も好ましいオート
クレーブ処理条件で養生したとしても、オートクレーブ
養生による乾燥収縮率低下の効果は得られても２本来の
目的である繊維補強効果は達成され得なかった。従って
従来においては乾燥収縮率を低下させ同時に引張強度や
曲げ強度を高めた芳香族ポリエーテルアミド繊維補強コ
ンクリート製品を得ることはできなかった。

本発明はこの問題の解決を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記問題を解決する処決として、芳香族ポリ
エーテルアミド繊維を混入して混練したセメントコンク
リート未硬化物をオートクレーブに装入し、このオート
クレーブ中で１００℃以上１４３　”Ｃ以下の飽和水蒸
気圧下で成形硬化させることを特徴とする繊維補強セメ
ントコンクリート製品の製法を提供するものである。

ここで、芳香族ポリエーテルアミド繊維とは。

繰り返し単位が以下の（１）〜（４）からなり、この繰
り返し単位のモル数の関係が実質的に（１）　十＋４）
　＝　ｆ２）であり、そして、　（１）　＋　（２）　
＋　（３１＋　（４）　＝　１００モル％とする場合、
（３１＝ｏ〜９０モル％、（４）＝５０〜５モル％。

好ましくは（４）＝３０〜１０モル％である重合体から
なる繊維である。

ただし１式中＋　Ａｒｌ　＋　Ａｒ２　＋　Ａｒ３は同
一でも相異ってもよく、結合鎖が共に同軸方向または平
行軸方向に伸びている芳香族性炭素環残基、最大間隔を
表す環原子によって結合しなければならない芳香族複素
環残基、およびこれらの組合せを表わし。

Ｒｔ−Ｒ５は同一でも相異ってもよ（、炭素数５以下の
アルキル基および水素原子を表わし。

Ａｒ４　、　Ａｒ５は同一でも相異ってもよく、パラフ
ェニレン基、メタフェニレン基より選ばれる。

結合鎖が同軸方向に伸びている芳香族性炭素環残基とは
１例えば、１．４−フェニレン、１．４−ナフチレンな
どを意味し、結合鎖が平行軸方向に伸びている芳香族性
炭素環残基とは１例えば、１．５−ナフチレン、２．６
−ナフチレンなどを意味する。そしてこのような芳香族
性炭素環残基は、−Ｎ＝Ｎ−。

−ＣＨ＝ＣＨ−、−（、：Ｃ−からなる群より選ばれる
基によって互いに結合していてもよい。

炭素数５以下のアルキル基としては、メチル基。

エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基などが挙
げられるが、好ましくはメチル基である。

芳香族性炭素環残基および芳香族性複素環残基には、炭
素原子に置換基を結合していてもよい。

このような置換基には、ハロゲン基（例えば、塩素、臭
素、フッ素）、低級アルキル基（例えば。

メチル、エチル、イソプロピル、ノルマルプロピル基な
ど）、低級アルコキシ基（例えば、メトキシ、エトキシ
基）、シアノ基、アセチル基、ニトロ基が挙げられ、好
ましくは、塩素基とメチル基である。

このような芳香族ポリエーテルアミドからなる繊維は、
高い耐熱性、引張強度１弾性率、耐アルカリ性を有する
ことは良く知られている。そしてこのような芳香族ポリ
エーテルアミド繊維をセメントコンクリートに配合する
ことによって高い曲げ強度および引張強度を有する補強
コンクリートが得られることも前述の公報に開示されて
いるように良く知られている。しかし、公知の芳香族ポ
リエーテルアミド繊維補強コンクリートは、乾燥圧縮率
が高く、従って収縮によるひび割れの問題があった。

本発明者らは、この芳香族ポリエーテルアミド繊維補強
コンクリートのオートクレーブ養生を試みたところ、前
述の学会発表に見られるとおり。

最も確立されたオートクレーブ養生条件である約１８０
℃（１０気圧）のもとでは１曲げ強度および引張強さ強
度は、やはり改善が望めなかった。ところが、この芳香
族ポリエーテルアミド繊維補強コンクリートの場合には
、推奨されているオートクレーブ養生温度よりも低い温
度（具体的には１４０〜１５０℃付近）において１曲げ
強度および引張強度がピークを示す領域が存在し、この
領域より高温側では急激にその値が劣化する事実を知見
することができた。

第１図は、後述の実施例のうちの一例を示したものであ
るが、この図に代表されるように、セメントペースト（
Ｏ印）でも、またセメントモルタル（・印）でも、芳香
族ポリエーテルアミド繊維を混入した（本例では繊維混
入率は２νｏ１％）コンクリートは、そのオートクレー
ブ養生温度によって大きく曲げ強度が変動し、１４０〜
１５０℃付近（より正確には、１４０〜１４３℃付近）
よりも高温になると（従って、より高圧になると）、こ
の点を境にして急激にその値が低下し、１８０℃では常
温常圧下での養生のものにも劣るような結果となった。

そして、１４０〜１４３℃付近での養生では。

そのペーストの曲げ強度は３５０　ｋｇ　／　ｃｓａ　
、モルタルでは２００　ｋｇ　／　ｄにも達することが
できる。

一方、第２図は、芳香族ポリエーテルアミド繊維補強モ
ルタルの空中養生品（φ印）とオートクレーブ養生品（
○印）の材令４ケ月までの収縮率（長さ変化率）を比較
したものであるが、この図に見られるように、１４０℃
Ｘ４Ｈｒのオートクレーブ養生によっても、長さ変化率
は極めて小さくなり、オートクレーブ養生効果が十分に
発揮されることがわかる。

すなわち、セメントコンクリートの宿命的な欠陥である
高い収縮率、低い曲げ強度、引張強度。

耐衝撃性などを同時に改善するという本発明の目的は、
芳香族ポリエーテルアミド繊維補強コンクリートを１４
３℃以下の温度でオートクレーブ養生することによって
始めて可能となる。なお、１００℃未満の温度ではオー
トクレーブ本来の高温高圧処理とはならないので、１０
０℃〜１４３℃のオートクレーブ温度で処理することが
必要である。

芳香族ポリエーテルアミド繊維の配合量については、こ
れが多くなれば曲げ強度、引張強度は向上するが（第３
図および第４図）、圧縮強度が低下する（第５図）よう
になるので、マトリックスに対して４　Ｖｏ１％以下、
好ましくは３　Ｖｏ１％以下とするのがよい。しかし、
　　０．５　Ｖｏ１％未満では本発明による補強効果は
期待しがたい。

また芳香族ポリエーテルアミド繊維の長さについては、
長さが長くなると曲げ強度および引張強度は向上する（
第６図および第７図）。しかし。

１０ｍｍを越えるようになると、繊維の分散性がやや不
良となり流動性が悪くなる。従って繊維の形態としては
、繊維径１．５〜５０デニール、カット長さ２〜５０ｍ
ｍ、好ましくは、５〜１０ｍｍのものを使用するのがよ
い。繊維断面は丸断面であってもよいがセメント製品と
の結合力を強めるために異形断面のものが好ましい。ま
た、フィブリル化若しくは起毛せしめて枝毛を多数有す
るようにしたり、大デニール部と細デニール部の連続的
な繰り返しからなる太細繊維を用いると、セメントとの
結合力を高めることもできる。

以下に１本発明法による効果を実施例により具体的に説
明する。

〔実施例〕

Ａ、使用材料 セメント 早強ポルトランドセメント（日本セメント株式会社！！
り 骨材 粉末珪石（秩父鉱業株式会社製） シラスバルーン（三真産業株式会社製）シリカフラワー
（ユニオン化成株式会社製）混和剤 メチルセルローズ　旧４０００　　（以下、ＭＣと呼ぶ
）（信越化学工業株　式会社製） ＳＮデフォ−マー　１４−ＨＰ　　（サンノプコ株式会
社製） Ｎ　Ｌ　−４０００（ポゾリス物産株式会社製）水 水道水（調布市） 芳香族ポリエーテルアミド繊維 バラフェニレンジアミン２５モル％、テレフタル酸クロ
リド５０モル％、３，４−ジアミノ−ジフェニルエーテ
ル２５モル％からなる重合体を湿式紡糸して得た１５０
０デニール１０００フイラメントのフィラメント繊維（
以下、ＨＭ−５０と呼ぶ）。この芳香族ポリエーテルア
ミド繊維は、密度１．３９　　ｇ／ｃＩ１１．引張強度
３１０ｋｇ／ｍ２．引張弾性率７５００ｋｇ／ａｍ２．
破断伸度４．２％、線径１２．４μｍ、アスペクト比（
β／ｄ　）　８０６である。

Ｂ、混練方法 混練はオムニミキサー（容量１０ｍ２）を使用して行っ
た。混練の手順および時間は。

セメントペースト（第１表の調合魚１〜３）の場合には
。

ＨＭ−５０＋セメント＋水−０，５〜３．５分１手こね
後−最高２分。

セメントモルタル（第１表の調合陽４〜６）の場合には
。

ＨＭ−５０＋　（セメント＋Ｍ　Ｃ＋　１４−ＨＰ　＋
シリカフラワー）十水−０，５〜３５分。

＋シラスバルーン＋粉末珪石−０，５〜１．５　分。

＋水−＋０，５〜１．５分。

手こね後−最高２分 ＋ＮＬ　４０００−最高０．５分。

Ｃ０供試体の成形方法および養生方法 成形は、木製型枠（４Ｘ　Ｉ　Ｘ１６ｃｍ）と金属製型
枠（４Ｘ　４　Ｘ１６ｃｍ）を使用し、これに混線物を
流し込む方式で行った。

養生は、オートクレーブ養生の場合には、打設後型枠と
共に温度２０℃、相対湿度８０％の条件室に２日間静置
したあと脱型し、各種のオートクレーブ温度のもとてオ
ートクレーブ養生を実施した（オートクレーブ養生時間
は４時間）。オートクレーブから取り出したあとは、各
試験に供するまで温度２０℃相対湿度６５％の条件室に
静置した。

オートクレーブ養生を行わない比較試験（空中養生）の
場合には、打設後型枠と共に温度２０℃。

相対湿度８０％の条件室に１日間静置したあと脱型し、
ついで、温度２０℃、相対湿度６５％の条件室に静置し
た。

Ｄ、配合割合 供試体の配合例を第１表の調合表に示した。第１表にお
いて、Ｗ／Ｃは水セメント比、Ｓ／Ｃは骨材セメント比
、繊維混入率（ｖ０１％）は、硬化前の混練物に対する
容量％１重量調合およびバッチ調合の掴のＦは繊維の量
である。

第１表の調合魚１〜６の各々について、　（４×１ｘ１
６ｃｍ）の供試体を４５本、　　（４Ｘ４Ｘ１６ｃｍ）
の供試体を３０本づづ作成し、これらを養生条件をいろ
いろ変えた処理に供した。

前記のようにして作成した養生後のコンクリート成品を
曲げ強度、引張強度１重量変化率、長さ変化率などの各
種試験に供した。曲げ試験は支点間の距離を１００ｍｍ
として２ｔオートグラフで実施した。

これらの試験結果を第１図〜第１２図に総括して示した
。図中のＶｆは芳香族ポリエーテルアミド繊維（ＨＭ−
５０）の混入率（Ｖｏ１％）である。

これらの結果から次のことがわかる。

第１図は、第１表の調合阻２（○印）と調合寛５　（・
印）について、オートクレーブ養生温度と曲げ強度との
関係を示したものであるが、いずれの場合にも１曲げ強
度がピークを示すオートクレーブ養生温度が存在するこ
とがわかる。この曲げ強度がピークを示す養生温度は１
４０℃付近でありこれを越えると曲げ強度は急激に低下
する。そして、この曲げ強度がピークを示すところでは
、空中養生の場合よりも高い値を示す。

第２図は、調合隘５について、１４０℃Ｘ４Ｈｒのオー
トクレーブ養生したものと空中養生したちのの養生後の
長さ変化を材令で示したものである。

第１図において曲げ強度が極大を示した１４０”Ｃｘ４
　Ｈｒ（７）　、ｔ　−トクレーブ養生温度によっても
、コンクリート成品の収縮率は非常に小さくなっており
この養生温度でもオートクレーブ処理の目的は十分に達
成できることがわかる。

第３図、第４図および第５図は、調合Ｎａｌ〜３のマト
リックスに対して、長さ６ｍｍのＨＭ−５０を混入率を
変えて混入し、１４０℃Ｘ４Ｈｒのオートクレーブ養生
を実施した場合の曲げ強度、引張強度および圧縮強度を
調べた結果をそれぞれ示したものである。繊維混入率が
高くなると曲げ強度と引張強度は共に向上するが、圧縮
強度は低下することかわかる。

第６図および第７図は、ｍ合階１〜３のマトリックス（
Ｏ印）および調合ＮＣＬ４〜６のマトリックス（・印）
に対して、長さの異なるＨＭ−５０を２Ｖｏ１％混入し
、１４０℃Ｘ４Ｈｒのオートクレーブ養生を実施した場
合の曲げ強度および引張強度を調べた結果を示す。曲げ
強度は繊維長さに応じて増加するが、引張強度は１０ｍ
ｍ程度でその増強効果が飽和するようである。

第８図〜第１２図は、調合１１ｈｌ〜６の各々について
の、養生条件を変えた場合のオートグラフによる曲げ強
度−たわみ曲線を示したものである。第８図は空中養生
、第９図は１２０℃のオートクレーブ養生、第１０図は
１４０°Ｃのオートクレーブ養生。

第１１図は１６０℃のオートクレーブ養生、第１２図は
１８０℃のオートクレーブ養生であり、オートクレーブ
養生はいずれも４Ｈｒである。これらの結果から、ＨＭ
−５０の混入によって、その混入率による若干の差はあ
るものの、高い靭性をもつコンクリート成品が得られる
ことがわかるが、そのさいのオートクレーブ養生の条件
としては、第１１図および第１２図のように１６０℃以
上では良好な結果が得られないことから、１００℃以上
１４０〜１５０℃まで（具体的には１００℃以上１４３
℃まで）の温度とする必要があることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は芳香族ポリエーテルアミド繊維補強コンクリー
トのオートクレーブ養生温度と曲げ強度との関係図、第
２図は同繊維補強コンクリートのオートクレーブ養生成
品と空中養生成品の材令による長さ変化を示す図、第３
図は同繊維補強コンクリートの繊維混入率と曲げ強度と
の関係図、第４図は同繊維補強コンクリートの繊維混入
率と引張強度との関係図、第５図は同繊維補強コンクリ
ートの繊維混入率と圧縮強度との関係図、第６図は同繊
維補強コンクリートの混入繊維長さと曲げ強度との関係
図、第７図は同繊維補強コンクリートの混入繊維長さと
引張強度との関係図、第８図は同繊維補強コンクリート
を空中養生した場合の曲げ強度−たわみ曲線図、第９図
は同繊維補強コンクリートを１２０℃でオートクレーブ
養生した場合の曲げ強度−たわみ曲線図：第１０図は同
繊維補強コンクリートを１４０℃でオートクレーブ養生
した場合の曲げ強度−たわみ曲線図、第１１図は同繊維
補強コンクリートを１６０℃でオートクレーブ養生した
場合の曲げ強度−たわみ曲線図、そして第１２図は同繊
維補強コンクリートを１８０℃でオートクレーブ養生し
た場合の曲げ強度−たわみ曲線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 芳香族ポリエーテルアミド繊維を混入したセメントコン
   クリート未硬化物をオートクレーブに装入し、このオー
   トクレーブ中で１００℃以上１４３℃以下の飽和水蒸気
   圧下で硬化させることを特徴とする繊維補強セメントコ
   ンクリート製品の製法。