(57)【要約】【課題】  従来の鋼製製品と比較して靭性に優れ、かつ錆の発生、電磁波障害の発生の懸念がなく、さらに軽量化を達成することができ、また樹脂製製品と比較しても高い機械的強度を示す締結用部材を提供する。【解決手段】  補強繊維が含有されてなる水硬性組成物からなる締結用部材。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強繊維として有機合成繊維が含有されてなる水硬性組成物からなる締結用部材。
【請求項２】
下記１）、２）を共に満足する有機合成繊維を補強繊維として含有されてなる請求項１記載の締結用部材。
１）繊維繊度が５〜２００ｄｔｅｘ、繊維長が４〜２５ｍｍであること、
２）繊維強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、アスペクト比が１００〜６００であること、
【請求項３】
補強繊維がポリビニルアルコール系繊維および／またはポリオレフィン系繊維である請求項１または２記載の締結用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機繊維を添加してなる水硬性組成物を成型することによって得られる、締結用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物の施工において、定着、剥落防止の目的でアンカーボルト、セパレータなどに鋼製の締結用部材が多く用いられている。しかしながら鋼製の締結用部材は錆発生の問題を抱えており、また導電による漏電、電磁波障害などの弊害もある。錆発生の問題に対してはステンレス製ボルトからなる締結部材を用いることで解決できるが、高価であるという問題があった。さらに一度に多くの締結用部材を運搬するには重いため、作業に支障をきたしやすいという問題点があった。一方、樹脂製の締結用部材を用いることによって、上記問題点を解決することができるが、コンクリート構造物とは膨張率の差があるために、締結用部材の形状、材質等に関して配慮が必要であり、さらには紫外線劣化の懸念、耐火性に劣るなどの問題点があった。
【０００３】
上記した問題点を解決するために、コンクリート製のボルト、ナット類を用いる方法が提案されている（例えば特許文献１〜２参照。）。これらの方法により鋼製締結用部材のもつ錆発生の弊害、導電性による障害、作業性の低下などの問題や、樹脂製締結用部材のもつ紫外線劣化の懸念、耐火性不足などの問題は解決される。しかしながら、接合部位は構造が不連続になるため欠点となりやすく、応力を受けると大きなひずみを生じる可能性があるので、特許文献１、２のように脆性な特性を有するコンクリート製部材は適用不可能であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３６１２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、コンクリート構造物に適用する際に上記したような問題を生じず、靭性に優れた繊維補強水硬性硬化体組成物からなる締結用部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために本発明者等は鋭意検討を行った結果、コンクリート製締結用部材を製造するにあたり、普通コンクリートに補強繊維として有機繊維を配合した高靭性コンクリートを用いることによって、コンクリート構造物に適用する際に上記したような問題点を生じない、高靭性の繊維補強水硬性硬化体組成物からなる締結用部材を提供することを見出した。
【０００７】
すなわち本発明は、補強繊維として有機合成繊維が含有されてなる水硬性組成物からなる締結用部材に関するものであり、好ましくは下記１）、２）を共に満足する有機合成繊維を補強繊維として含有されてなる上記の締結用部材である。
１）繊維繊度が５〜２００ｄｔｅｘ、繊維長が４〜２５ｍｍであること、
２）繊維強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、アスペクト比が１００〜６００であること、
さらに本発明は、より好ましくは補強繊維がポリビニルアルコール系繊維および／またはポリオレフィン系繊維である上記の締結用部材に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の繊維補強水硬性組成物で構成される締結部材は、従来の鋼製製品と比較して靭性に優れ、かつ錆の発生、電磁波障害の発生の懸念がなく、さらに軽量化を達成することができる。また樹脂製製品と比較しても高い機械的物性を示す材料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の締結用部材についてさらに詳しく説明する。本発明における締結用部材は、水、セメント、砂等からなる水硬性物質に後述の特性を有する本発明の補強繊維を配合して得られる水硬性組成物を流し込み、押出し等の一般的な成型方法によって得られる。
【００１０】
本発明の締結用部材に用いる補強繊維としては一般的にコンクリート補強用繊維として用いられている繊維を用いることができるが、中でも有機合成繊維であることが必要である。特に強度、耐アルカリ性などの観点から、ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略記する）系繊維、あるいはポリオレフィン系繊維等の有機合成繊維を用いるのが好ましく、さらにはＰＶＡ系繊維とポリオレフィン系繊維を併用してもかまわない。ポリプロピレン繊維などのポリオレフィン系繊維は一般的に強力が低いため高靭性化が十分に達成されにくいが、高延伸などにより強力を高めることにより使用可能となる。一方、鋼繊維を用いると錆発生の原因になることや、繊維そのものの密度が大きいため軽量となりにくい。ガラス繊維は耐アルカリ性が低く耐久性が低くなるなどの問題を抱えている。また炭素繊維は一般的に繊維径が小さいために混練時に繊維が均一に分散しにくいなどの問題がある。
【００１１】
本発明の締結用部材に用いる補強繊維は繊度５〜２００ｄｔｅｘ、繊維長が４〜２５ｍｍであり、強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、アスペクト比が１００〜６００の有機合成繊維であることが好ましい。繊度が５ｄｔｅｘよりも小さい場合はコンクリートとの練り混ぜが困難になり、均一な繊維の分散が達成されない。また繊度が２００ｄｔｅｘよりも大きい場合はセメントとの付着力を確保するに十分な表面積が得られにくく、従って靭性が発揮されにくくなる。より好ましくは６〜１５０ｄｔｅｘであり、さらに好ましくは１０〜１２０ｄｔｅｘである。また繊維長が４ｍｍよりも小さい場合はセメントとの付着力が不足して靭性が発揮されにくくなり、逆に２５ｍｍよりも大きい場合には繊維同士の絡まりが発生しやすく、ファイバーボールの発生等、繊維分散不良の原因となる。より好ましくは５〜２０ｍｍであり、さらに好ましくは６〜１８ｍｍである。
【００１２】
本発明で用いる補強繊維の強度は高ければ高いほど良いが、高靭性を達成するためには、８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の強度を有することが好ましい。８ｃＮ／ｄｔｅｘよりも強度が低い場合は靭性が十分に発揮されない。より好ましくは９ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、さらに好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、繊維強度の上限は無いが、実際の製造技術上の観点から３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。また補強繊維のアスペクト比は１００〜６００であることが好ましい。アスペクト比が１００より小さい場合はセメントとの付着力が不足して靭性が発揮されにくくなり、逆に６００よりも大きい場合には繊維同士の絡まりが発生しやすく、ファイバーボールの発生等、繊維分散不良の原因となる。より好ましくは１５０〜５５０の範囲であり、さらに好ましくは２００〜５００の範囲である。なお、アスペクト比は繊維長を繊維断面面積と同一面積を有する円の直径で除することによって求められる。
【００１３】
水硬性物質に対する本発明の補強繊維の添加量は、所望する靭性にあわせて調節することが可能であるが、実用上好ましい靭性を得るためには１．０体積％以上であることが好ましい。特にひび割れ分散を達成し、かつひび割れ幅をより小さく抑えるためには１．２体積％以上添加することがより好ましい。しかしながら繊維添加量が大きくなると繊維同士の絡み合いが増大して繊維の均一分散が達成されにくくなり、その結果施工性が低下する、所望する靭性が得られないなどの不具合が生じる。従って、繊維添加量の上限は５．０体積％以下であることが好ましく、より好ましくは３．０体積％以下である。
【００１４】
本発明に使用される水硬性物質は特に限定されないが、ポルトランドセメントに代表される一般的なセメントを用いることができ、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等を使用してもよく、これらを併用してもよい。また骨材としては、細骨材として川、海、陸の各砂、破砂、砕石等やこれらの混合砂、あるいは粒度を調節した珪砂類、珪砂粉等を用いることができる。また人工の軽量骨材、充填材を配合してもよく、具体的にはシリカフューム、フライアッシュ、石灰石粉、パ−ライト、炭酸カルシウム、バ−ミュライト、シラスバル−ン等が挙げられる。さらに混和剤として、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、空気連行剤、流動化剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨脹剤、硬化促進剤、凝結遅延剤などを併用してもよい。中でも増粘剤を使用することは遠心成形時の形状維持、補強繊維の均一分散に有効であり、セメントに対して０．０５〜５質量％を添加するのが好適である。また高性能ＡＥ減水剤を併用することは、フレッシュコンクリートの流動性を改善し、成形体表面の平滑性の改善、成形体の厚みの均一化などに有効である。
【００１５】
水硬性物質の組成は特に限定されないが、本発明の締結用部材は一般的には比較的小さな形状で複雑な構造となるため、実質的に粗骨材を配合しないことが好ましく、その場合はより優れた補強効果を得ることができる。粗骨材を配合しない場合の配合としては、具体的に挙げるならば、セメント８０〜１２０質量部、水４０〜８０質量部を配合した組成物とするのが好ましく、さらに他の添加剤等配合してもよい。さらに砂および／または充填材８０〜４００質量部配合した組成物とするのが好ましく、また上述の混和剤で例示するような他の添加剤等を配合してもよい。
【００１６】
本発明の締結用部材は型枠への流し込み、押出し、厚入りなどの一般的な方法によって成形される。得られた成形体は水中、蒸気中、あるいは調湿雰囲気中など一般的な既知の方法によって養生を行うことができる。このような養生の前に、常温よりも高温の、蒸気中での短時間の一次養生を行ってもよい。
【００１７】
本発明の、締結用部材を製造するにあたり、普通コンクリートに補強繊維として有機合成繊維を配合することによって高靭性コンクリートとし、これを用いることによって、従来の鋼製部材由来の錆の発生や電磁波障害の発生の懸念がなく、さらに軽量化を達成することができる。また樹脂製製品と比較しても高い機械的強度を示す材料が得られる。
【００１８】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。なお、本発明において繊維繊度、繊維強度、破断伸度、繊維分散性、得られた成型体の充填性、密度、引張り強度、引張り最大歪み、ひび割れ分散性は以下の測定方法により測定されたものを意味する。
【００１９】
［繊維繊度  ｄｔｅｘ］
得られた繊維状物の一定試長の質量を測定して見掛け繊度をｎ＝１０以上で測定し、平均値を求めた。なお、一定糸長の質量測定により繊度が測定できないものはＶＩＢＲＯＭＡＴ  Ｍ［Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ製］により測定した。
【００２０】
［繊維強度  ｃＮ／ｄｔｅｘ］
予め温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下で５日間繊維を放置して調湿した後、単繊維を試長６０ｍｍとし、引張速度６０ｍｍ／分としてＦＡＦＥＧＲＡＰＨ  Ｍ［Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ製］にて繊維強力を測定し、該強力を繊度で除して強度をｎ＝１０以上で測定し、平均値を求めた。
【００２１】
［繊維分散性］
スラリー状態を目視にて観察し、繊維が均一に分散している場合は「均一」、目視および／または触感にてファイバーボール等の凝集が発生している場合は「不均一」として繊維の分散状態を評価した。
【００２２】
［成型体の充填性］
図１に示すような型枠に流し込んで得られた寸切ボルト状試験片の外観を目視にて評価した。評価方法はネジ山が１／６周以上欠損している場合は不良、欠損が１／６周以下であれば不良無しと判断した。
【００２３】
［成型体の密度  ｇ／ｃｍ３］
図１に示すような型枠に流し込んで得られた寸切ボルト状試験片の質量を精秤し、ピクノメーターにて液相置換法で測定した。
【００２４】
［成型体の引張り強度  Ｎ／ｍｍ２、成型体の引張り最大歪み  ％］
島津製作所製オートグラフを用い、得られた寸切ボルト状試験片を図２に示すような治具を用いて直接引張り試験を実施した。測定条件はクロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ、変位速度一定として、初期クラック時の強度（σｉ）、初期クラック発生より以後の最大強度（σｐ）、σｐにおける引張り歪み（ε）を求めた。引張り歪み（ε）は図２に示すように変位計にて測定した。得られた引張り荷重ー変位曲線の例を図３に示す。
【００２５】
［ひび割れ分散性］
成形体の引張強度測定における把持部間６０ｍｍで、最大強度（σｐ）における、試験体表面に観察されるひび割れについて本数を測定し、またクラックゲージを用いて最大ひび割れ幅を測定した。
【００２６】
［実施例１〜３、参考例１、比較例１〜２］
（１）セメント（太平洋セメント製普通ポルトランドセメント）、砂（珪砂7号）、増粘剤（信越化学工業製「ｈｉ−メトローズ９０ＳＨ−４０００」）、を表１に示す組成にて、４Ｌスケールホバートミキサーを用いて６０秒間乾式混合した後、水及び高性能ＡＥ減水剤（竹本油脂製「チューポールＳＳＰ−１０４」）を添加して３分間湿式混合した。これに表２に示すＡ〜Ｅの繊維を各々添加してさらに２分間混合し、スラリーを得た。この時、得られたスラリーを目視観察および／または触感にて繊維分散状態を評価した。結果を表１に示す。なお繊維を添加していない場合のスラリーを参考例１とした。
（２）上記（１）にて得られたスラリーを、図１に示すような加工を施したシリコーン樹脂製の型枠に流し込み、振動台上にて絞め固めを行った。その後５０℃の養生槽に移し、１２時間の１次養生後に脱型し、締結用部材を得た。脱型後の締結用部材を目視観察し、充填性の確認を行った。結果を表１に示す。
（３）１次養生後に２０℃、６５％ＲＨの環境下にて１４日間の養生を実施した後、成形後の成型体の密度測定、および直接引張り試験、ひび割れ分散性評価を行った。結果を表３に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
【表３】
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【００３０】
表１に示すように、本発明の補強繊維が添加されてなる実施例１〜３の締結用部材は、繊維分散状態及び充填性も良好であり、さらに表３のひび割れ分散性の評価において５本以上、最大幅０．１ｍｍ以下の複数ひび割れが観察され、見かけ上高い靭性を有することがわかった。一方、比較例１、２の締結用部材は、繊維分散状態及び充填性が悪く、さらに１〜２本、最大幅０．３ｍｍ以上の大きなひび割れが発生していることが観察され、靭性に乏しいことがわかった。なお参考例１は繊維が添加されていないため、ひび割れ分散性の評価において、ひび割れと同時に締結用部材が完全に破断した。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によって、繊維補強水硬性組成物で構成される締結用部材が得られる。本発明の締結用部材は従来の鋼製製品と比較して靭性に優れ、かつ錆の発生、電磁波障害の発生の懸念がなく、さらに軽量化を達成することができる。また樹脂製製品と比較しても高い機械的強度を示す材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の締結用部材を製造するための型枠の構造を示す断面図および側面図。
【図２】本発明の締結用部材の直接引張り試験方法を示す図。
【図３】本発明の実施例および比較例の引張り荷重ー変位曲線の一例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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