(57)【要約】  【課題】  比較的短時間で簡易に製造することができ、しかも流動性と靭性に優れた繊維補強セメント複合材料を提供すること。  【解決手段】  セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料であって、前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量が５０〜２００重量部であり、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量が調整され、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％としたことを特徴とする。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料であって、
前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量が５０〜２００重量部とされ、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量が調整され、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％としたことを特徴とする繊維補強セメント複合材料。
【請求項２】
前記減水剤の合計添加量が、セメント１００重量部に対して０．１〜２．０重量部であることを特徴とする請求項１記載の繊維補強セメント複合材料。
【請求項３】
前記無機系混和材の平均粒径が、１〜１５μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の繊維補強セメント複合材料。
【請求項４】
前記無機系混和材が、石灰石粉又は高炉スラグ粉の少なくとも何れか一方であることを特徴とする請求項１〜３の何れか記載の繊維補強セメント複合材料。
【請求項５】
繊維添加後に、スランプフロー値が６００ｍｍ以上、Ｊ１４ロート流下時間が９０秒以下となるように前記有機繊維の繊維長が３〜２０ｍｍであり、ＰＶＡ繊維又はＰＥ繊維の少なくとも何れか一方であることを特徴とする請求項１〜４の何れか記載の繊維補強セメント複合材料。
【請求項６】
セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料の製造方法であって、
前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量を５０〜２００重量部とし、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量を調整し、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％とすることを特徴とする繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維補強セメント複合材料とその製造方法に関し、特に、流動性と靭性に優れた繊維補強セメント複合材料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の劣化部分を補修するための補修材として、セメント組成物中に各種繊維が添加されてなる繊維補強セメント複合材料（ＦＲＣ複合材料）が提案されている。
しかしながら、この種の繊維補強セメント複合材料を製造する際に、単にセメント系材料と繊維材料とを撹拌混合しようとすると、セメント系材料および繊維材料が均一になりにくく、例えば、繊維のダマ（ファイバーボール）が生じてしまう、といった問題が発生し、全体として均一な靭性を発揮しうる繊維補強セメント複合材料が得られないという問題がある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、繊度が８〜２７０ｄｔｅｘであるＰＶＡ系繊維を添加することにより、繊維の均一分散性と流動性との両立を図る方法が開示されており（段落０００５等）、また、セルロース系化合物を粘性化剤として添加することにより繊維の分散性をさらに高めうることも記載されている（段落００２３等）。
【０００４】
また、特許文献２には、該セメント複合材料として、セメント系調合材料にＰＶＡ短繊維を配合して１％以上の引張ひずみを示す高靭性ＦＲＣ材料を製造するに際し、以下の手順、即ち、
（１）結合材、骨材成分および配合水の一部を練り混ぜる、
（２）高性能ＡＥ減水剤および配合水の残部を添加して練り混ぜ、Ｊ１４ロート流下時間が５〜３０秒の流動物とする、
（３）増粘剤を添加して練り混ぜる、
（４）ＰＶＡ短繊維を添加して練り混ぜる、
という手順を経る方法（請求項１等）が開示されており、さらに、前記（４）の手順の後に、以下の手順
（５）高性能ＡＥ減水剤を添加して練り混ぜる、
という手順を加えた方法（請求項２等）も開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５３７５１号公報
【特許文献２】特開２００５−２３８６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１記載の方法では、フロー値が２００ｍｍに満たないようなグラウト材しか得られておらず（表１）、ポンプによる圧送性や、補修部分への充填性といった施工性の優れたＦＲＣ複合材料は得られていない。
【０００７】
また、特許文献２記載の方法は、手順（１）及び（２）によって所定の流動性を有する状態とすることによりセメント等の粉体を均一分散させ、その後、手順（３）及び（４）によって粘性を高めた状態で繊維を練り混ぜることにより繊維がダマ（ファイバーボール）となることを防止して均一分散させ、さらに、手順（５）によって流動性を調整し、高靭性ＦＲＣ材料を製造するものであるが、このような複雑な手順を経る必要があり、製造工程が極めて煩雑であるという問題がある。
しかも、本発明者らの研究によれば、該特許文献２記載の方法では、靭性を高める為に繊維の添加量を増加させると、ポンプによる圧送性や自己充填性という点で必ずしも高流動性を有するとは言えず、施工性が劣るという問題が見い出された。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、比較的短時間で簡易に製造することができ、しかも流動性と靭性に優れた繊維補強セメント複合材料を提供することを一の目的とし、また、流動性と靭性に優れた繊維補強セメント複合材料を比較的短時間で簡易に製造することのできる高流動高靭性セメント複合材料調製方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、セメント系材料に無機系混和材や減水剤等を添加して繊維未添加状態の混合物が所定の粘度範囲となるように配合することにより、繊維を添加して撹拌混合した際にも流動性に優れ、しかも繊維が均一分散した繊維補強セメント複合材料を比較的容易に調製しうることを見出し、本発明を想到するに至った。
【００１０】
即ち、本発明に係る繊維補強セメント複合材料は、セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料であって、前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量が５０〜２００重量部とされ、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量が調整され、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％としたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る繊維補強セメント複合材料の製造方法は、セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料の製造方法であって、前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量を５０〜２００重量部とし、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量を調整し、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％とすることを特徴とする。
【００１２】
尚、本発明において、粘度は実施例に記載された方法により測定されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る繊維補強セメント複合材料、及びその製造方法によれば、従来の高分子系増粘剤を用いて粘度を調整する場合と比較して、主として無機系混和材の配合によって粘度を調整するために速やかに所定の粘性と流動性とを備えた状態の繊維補強セメント複合材料とすることができ、また、そのような流動特性を有するものに有機繊維を添加混合しているため、該有機繊維の均一分散を図ることができる。また、従来法では、粘度調整のために高分子系増粘剤の添加量を比較的多めにしており、凝結へ悪影響を及ぼす場合もあったが、本発明では、そのような虞もない。
【００１４】
従って、本発明に係る繊維補強セメント複合材料、及びその製造方法によれば、使用時においてはポンプによる圧送性や自己充填性といった流動性に優れ、且つ、硬化後には高い靭性を発揮する優れた繊維補強セメント複合材料を、比較的短時間で且つ簡易に調製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る繊維補強セメント複合材料と、その製造方法について、詳細に説明する。
本発明に係る繊維補強セメント複合材料は、上述のように、セメント、無機系混和材、減水剤、細骨材、水、および有機繊維を混合して繊維補強セメント複合材料を調製する方法であって、前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材を５０〜２００重量部とし、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるよう調整し、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％とするものである。
【００１６】
より具体的に言えば、有機繊維以外の材料、即ち、セメントと、無機系混和材と、減水剤と、細骨材と、水とを含むセメント混合物を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるようにこれらの配合を定めておき、さらに、含有量が１〜３体積％となる有機繊維を配合することにより、繊維補強セメント複合材料を調製するものである。
【００１７】
本発明における前記無機系混和材としては、粒径が８０μｍ以下の無機系混和材を好適に使用することができ、平均粒径が１〜１５μｍである無機系混和材をより好適に使用することができる。平均粒径が１〜１５μｍである無機系混和材を使用した場合には、繊維添加前のセメント混合物の粘度を上記範囲に調整しやすいという効果がある。
【００１８】
該無機系混和材としては、例えば、高炉スラグ、石灰石、珪石、メタカオリン、フライアッシュ、シリカヒューム等の粉末を用いることができ、中でも、石灰石粉又は高炉スラグ粉の少なくとも何れか一方を用いることが好ましい。
【００１９】
該無機系混和材の添加量は、セメント１００重量部に対し、５０〜２００重量部とする。該無機系混和材の添加量が、セメント１００重量部に対して５０重量部未満であると、繊維を添加した際にファイバーボールが生成されやすく、また、材料分離が生じやすくなるため、好ましくない。また、２００重量部を超えて添加すると、流動性が低下し、また、硬化後の曲げ強度や曲げ靭性等が低下し、補修材としての性能に劣った繊維補強セメント複合材料となるため、好ましくない。
また、斯かる観点から、該無機系混和材の添加量は、セメント１００重量部に対して７０〜１５０重量部とすることが好ましい。
【００２０】
尚、本発明における前記セメントとしては、特に限定されず、普通ポルトランドセメントや各種ポルトランドセメント等を使用することができる。
【００２１】
また、本発明において、前記減水剤としては特に限定されるものではなく、例えば、メラミン系減水剤、ナフタレン系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤等の種々の減水剤を使用することができる。
中でも、メラミン系減水剤とナフタレン系減水剤との合計量が５０重量％を越える比率の減水剤を使用することが好ましい。斯かる比率の減水剤を使用することにより、セメント等の粉体粒子が均一分散されやすくなると同時に、繊維添加後においても優れた流動性を発揮するものとなる。
【００２２】
前記メラミン系減水剤およびナフタレン系減水剤としては、市販されているものを使用することができ、液状又は粉末状の何れも使用可能である。
また、該減水剤の添加量は、メラミン系減水剤およびナフタレン系減水剤を用いる場合には、両者の合計量が、セメント１００重量部に対して０．５〜２．０重量部となる量が好ましく、同じく０．８〜２．０重量部となる量がより好ましく、同じく１．０〜１．８重量部となる量がさらに好ましく、同じく１．０〜１．４重量部となる量が特に好ましい。このような添加量とすることにより、材料分離を防止しつつ優れた流動性向上作用を発揮させることができる。
また、ポリカルボン酸系減水剤を用いる場合には、セメント１００重量部に対して０．１〜１．０重量部となる量が好ましく、同じく０．１〜０．５重量部となる量がより好ましい。
【００２３】
前記細骨材としては、モルタル又はコンクリート用として従来公知の細骨材を使用することができるが、中でも、粒径が１．２ｍｍ以下であるものが好ましく、例えば、５号珪砂、６号珪砂、７号珪砂等を使用することができる。
【００２４】
また、該細骨材の添加量としては、特に限定されるものではないが、前記セメント１００重量部に対し、２０〜１００重量部とすることが好ましく、２５〜７５重量部とすることがより好ましい。
【００２５】
本発明において使用する有機繊維は、特に限定されるものではないが、好ましくは繊維長が３〜２０ｍｍであり、より好ましくは繊維長が６〜２０ｍｍであり、特に好ましくは繊維長が８〜１８ｍｍであるものを使用する。
斯かる繊維長の有機繊維を用いることにより、ポンプによる圧送性や自己充填性といった流動性を良好に維持しつつ、硬化後には高靭性を発揮する繊維補強セメント複合材料となる。
【００２６】
また、該有機繊維としては、特に限定されるものではなく、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維等、種々の有機繊維を用いることができる。
中でも、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、の少なくとも何れか一方であることが好ましく、該繊維を用いることにより、硬化後に高い靭性が得られるという効果がある。
【００２７】
また、該有機繊維の添加量は、製造される繊維補強セメント複合材料に占める該有機繊維の量が、１〜３体積％となる量であり、斯かる添加量とすることにより、流動性に優れ、しかも硬化後には高い靱性が得られる繊維補強セメント複合材料となる。
【００２８】
また、本発明において、繊維補強セメント複合材料の練混ぜ手順としては、有機繊維以外の材料を予め撹拌混合してセメント混合物を調製した後、有機繊維を添加混合するようにしてもよく、あるいは、有機繊維を含めた水以外の材料（粉体）を予め撹拌混合した後、水を添加混合するようにしてもよい。
具体的には、前記セメント、前記無機混和材、前記細骨材および前記減水剤を水とともに混練して粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓのセメント混合物を調製し、該セメント混合物と有機繊維とを混合する方法、あるいは、予め、水を加えて混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合された前記セメント、前記無機混和材、前記細骨材および前記減水剤に、有機繊維を加えて混合撹拌し、その後、水を添加混合するようにしてもよい。
また、粘度の範囲は、３０００〜８０００ｍＰａ・ｓとすることが好ましく、４０００〜７０００ｍＰａ・ｓとすることがより好ましい。
【００２９】
本発明においては、練り混ぜ手段として、二軸強制練りミキサー、汎用パン型ミキサー、グラウトミキサー、ハンドミキサー等といった多様な練り混ぜ手段を用いることができ、何れの練り混ぜ手段を使用した場合でも、従来よりも大幅な時間短縮を図ることができる。
【００３０】
本発明の製造方法によれば、極めて短時間（例えば、５分程度）で練り混ぜを完了し、ファイバーボールのない均一な繊維補強セメント複合材料を得ることが出来る。
また、得られた繊維補強セメント複合材料は、フレッシュ性状として、繊維添加後のスランプフロー値が６００ｍｍ以上、Ｊ１４ロート流下時間が９０秒以下を満たすような、優れた流動特性を有するものとなる。
【００３１】
さらに、本発明の製造方法により得られた繊維補強セメント複合材料は、硬化体性状として、曲げ強度が１０Ｎ／ｍｍ2以上であり、曲げ靭性係数が８．０Ｎ／ｍｍ2以上の優れた強度特性を発揮しうるものである。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明する。尚、使用した材料及びミキサーを下記表１及び表２に示す。
【表１】
2010095406.tif 000002
【００３３】
【表２】
2010095406.tif 000003
【００３４】
（実施例１）
グラウトミキサー（５０リットル練り）に、水と有機繊維以外の材料を投入し、１分間混練し、次いで、有機繊維を投入して２分間混練し、ミキサーの周壁に付着した材料を掻き落した後に、さらに２分間混練し、繊維補強セメント複合材料を調製した。各材料の配合は、下記表に示した通りである。
繊維添加前のセメント混合物、及び繊維添加後の繊維補強セメント複合材料について、粘度と分散性の評価を行った。また、繊維添加後の繊維補強セメント複合材料については、Ｊ１４漏斗流下時間、スランプフローを測定するとともに、凝結時間（始発）と、材齢２８日における硬化体の曲げ強度及び曲げ靭性係数を測定した。測定方法は、以下に示すとおりである。
【００３５】
＜粘度測定＞
水と有機繊維以外の材料を１分間混練した際のセメント混合物について、リオン社製ビスコテスター「ＶＴ−０４」（ローターＮｏ．１使用）を用いて粘度を測定した。
＜分散性評価＞
目視および指触により、練りダマ等の未混練部分の有無を確認した。
＜Ｊ１４漏斗試験＞
ＪＳＣＥ−Ｆ５１４「充てんモルタルの流動性試験方法」に準拠し、練り上がり直後の繊維補強セメント複合材料について、Ｊ−１４漏斗の流下時間を測定した。
＜スランプフロー試験＞
ＪＩＳ  Ａ  １１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠し、練り上がり直後の繊維補強セメント複合材料について、スランプフローを測定した。
＜材料分離の有無＞
スランプフロー試験後に、ペーストと繊維の分離の有無を、目視により確認した。
＜ファイバーボール生成の有無＞
目視、指触により、ファイバーボールの生成の有無を確認した。
＜凝結時間＞
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して測定した。
＜曲げ強度＞
ＪＳＣＥ−Ｇ５５２「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（案）」に準拠し、材齢２８日における曲げ強度を測定した。
＜曲げ靭性係数＞
ＪＳＣＥ−Ｇ５５２「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（案）」に準拠し、材齢２８日における曲げ靭性係数を測定した。
【００３６】
（実施例２及び比較例１、２）
普通ポルトランドセメントに代えて早強ポルトランドセメントを用いることを除き、他は実施例１と同様にして実施例２の繊維補強セメント複合材料を調製した。
また、無機混和材である石灰石粉末に代えて有機系増粘剤を用いることを除き、他は実施例１、実施例２と同様にして、比較例１、比較例２の繊維補強セメント複合材料を調製した。各成分の配合、及び評価結果を下記表３に示す。
【００３７】
【表３】
2010095406.tif 000004
【００３８】
（実施例３〜１４、及び比較例３〜７）
材料の種類及び配合量を変えて実施例１と同様の試験を行った。材料の配合及び結果を下記表４及び表５に示す。
【００３９】
【表４】
2010095406.tif 000005
【００４０】
【表５】
2010095406.tif 000006
【００４１】
（実施例１５〜１７）
異なる混練装置を用いて、実施例１と同じ配合の繊維補強セメント複合材料を調製した。結果を下記表６に示す。
【００４２】
【表６】
2010095406.tif 000007