(57)【要約】【課題】補強繊維が水硬性成形体中に均一に分散していることにより、高い強度を有し、かつ外観にも優れる水硬性成形体、および前記水硬性成形体を効率よく得ることのできる製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】耐アルカリ性繊維を含んでなる水硬性成形体であって、該成形体の全部または一部から、縦横の長さがそれぞれ３〜７ｃｍとなるよう等分に切出した２０個の切出片の平均比重に対する前記各切出片の比重の変動幅が１５％以下である、水硬性成形体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐アルカリ性繊維を含んでなる水硬性成形体であって、
該成形体の全部または一部から、縦横の長さがそれぞれ３〜７ｃｍとなるよう等分に切出した２０個の切出片の平均比重に対する前記各切出片の比重の変動幅が１５％以下である、水硬性成形体。
【請求項２】
耐アルカリ性繊維の座屈部が、繊維長さ１ｍｍあたり０．５個以下である、請求項１に記載の水硬性成形体。
【請求項３】
耐アルカリ性繊維のアスペクト比が２０〜２０００である、請求項１または２に記載の水硬性成形体。
【請求項４】
水硬性成形体１ｍ３当たり、１．０×１０５〜１．０×１０１３本の耐アルカリ性繊維を含んでなる、請求項１〜３のいずれかに記載の水硬性成形体。
【請求項５】
５×１６ｃｍの切出片としての曲げ強度が６Ｎ／ｍｍ２以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の水硬性成形体。
【請求項６】
耐アルカリ性繊維が、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項１〜５のいずれかに記載の水硬性成形体。
【請求項７】
水硬性組成物および水を含む混合物と耐アルカリ性繊維とを、往復回転式攪拌機を用いて撹拌混合することを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の水硬性成形体の製造方法。
【請求項８】
往復回転式攪拌機により上下対流を生じさせて、水硬性組成物および水を含む混合物と耐アルカリ性繊維とを撹拌混合する、請求項７に記載の水硬性成形体の製造方法。
【請求項９】
往復回転式攪拌機の撹拌翼を２００回／分以上１０００回／分以下の往復回転速度で往復回転させる、請求項７または８に記載の水硬性成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水硬性成形体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントなどの水硬性物質を用いた成形品は、モルタルやコンクリートなどの建築資材や土木資材として一般的に広く利用されている。このような水硬性物質を用いた成形品においては、その弱点でもある引張強度を向上させるために、成形時に補強繊維を混入させることが広く行われている。中でも、工場で製造できる二次製品において補強繊維を混入させることが検討されており、補強繊維を配合した成形品をより効率的に製造するための様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、通常、混合−混練−押出−プレス工程によって行われる水硬性無機質成形体の製造方法において、混練および押出し工程を省略することにより生産効率を向上させた繊維補強水硬性無機質成形体の製造方法が記載されている。また、特許文献２には、所定の繊維径とアスペクト比を有し、座屈部の少ない耐アルカリ性繊維を用いることにより、自由水が少なく流動性の低い水硬性物質を用いた場合であっても強度が高く良好な外観を有する水硬性成型体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４-１９５９５７号公報
【特許文献２】特開２０１６-１２４７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されるような水硬性成形体の製造方法は、混練工程を含まないため繊維を分散させることが難しい。このため、繊維添加量を多くした場合には成形性が著しく悪化し、外観および強度をともに兼ね備えた成形品を得ることは困難であった。同様に、特許文献２に記載されるような水硬性成型体においても、添加する繊維量を増やした場合には繊維の再凝集を抑えることが難しく、成形性が悪くなるため、その外観、性能および強度において十分に満足し得るものではなかった。
【０００６】
したがって、本発明は、補強繊維が水硬性成形体中に均一に分散していることにより、高い強度を有し、かつ外観にも優れる水硬性成形体、および前記水硬性成形体を効率よく得ることのできる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、以下の好適な態様を提供するものである。
［１］耐アルカリ性繊維を含んでなる水硬性成形体であって、
該成形体の全部または一部から、縦横の長さがそれぞれ３〜７ｃｍとなるよう等分に切出した２０個の切出片の平均比重に対する前記各切出片の比重の変動幅が１５％以下である、水硬性成形体。
［２］耐アルカリ性繊維の座屈部が、繊維長さ１ｍｍあたり０．５個以下である、前記［１］に記載の水硬性成形体。
［３］耐アルカリ性繊維のアスペクト比が２０〜２０００である、前記［１］または［２］に記載の水硬性成形体。
［４］水硬性成形体１ｍ３当たり、１．０×１０５〜１．０×１０１３本の耐アルカリ性繊維を含んでなる、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の水硬性成形体。
［５］５×１６ｃｍの切出片としての曲げ強度が６Ｎ／ｍｍ２以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載の水硬性成形体。
［６］耐アルカリ性繊維が、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも一種である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の水硬性成形体。
［７］水硬性組成物および水を含む混合物と耐アルカリ性繊維とを、往復回転式攪拌機を用いて撹拌混合することを含む、前記［１］〜［６］のいずれかに記載の水硬性成形体の製造方法。
［８］往復回転式攪拌機により上下対流を生じさせて、水硬性組成物および水を含む混合物と耐アルカリ性繊維とを撹拌混合する、前記［７］に記載の水硬性成形体の製造方法。
［９］往復回転式攪拌機の撹拌翼を２００回／分以上１０００回／分以下の往復回転速度で往復回転させる、前記［７］または［８］に記載の水硬性成形体の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、補強繊維が水硬性成形体中に均一に分散していることにより、外観および強度面等の性能において優れる水硬性成形体を提供することができ、また、前記水硬性成形体を効率よく得ることのできる製造方法を提供することもできる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。
【００１０】
＜水硬性成形体＞
本発明の水硬性成形体は、耐アルカリ性繊維を含んでなり、上記耐アルカリ性繊維に加えて、通常、セメントや石膏などの水硬性物質を含む。
本発明の水硬性成形体において、その全部または一部から、縦横の長さがそれぞれ３〜７ｃｍとなるよう等分に切出した２０個の切出片の平均比重（以下、「平均比重」ともいう）に対する前記各切出片の比重（以下、「局所比重」ともいう）の変動幅（以下、「比重変動幅」ともいう）は１５％以下である。
【００１１】
上記比重の変動幅は、水硬性成形体に含まれる耐アルカリ性繊維の分散状態を示す指標となる。すなわち、耐アルカリ性繊維が水硬性成形体中に繊維凝集体（ファイバーボール）として存在する場合、繊維凝集体を形成する繊維自身の比重が水硬性物質に対して非常に小さく、繊維凝集体が空気を多く含んでいるため、繊維凝集体を含む成形体の嵩比重は繊維凝集体のない成形体と比較して小さくなる。このため、繊維凝集体が存在する切出片の局所比重は、切り出し後の水硬性成形体の平均比重と比較して小さくなり、各切出片の局所比重を平均比重と比較することにより水硬性成形体における繊維の分散状態を評価することができる。
【００１２】
耐アルカリ性繊維が水硬性成形体中に均一に分散して存在していると、上記比重変動幅が小さくなることから、本発明において上記比重変動幅は１５％以下であり、１０％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましく、６％以下であることがさらに好ましい。変動幅の下限値の理想は０％であるが、例えば０．５％以上であってもよい。比重変動幅が１５％を超えると、繊維凝集体が数多く存在し、水硬性成形体における耐アルカリ性繊維の分散のばらつきが大きくなるため、高い強度と外観を兼ね備えた水硬性成形体を得ることが困難となる。
【００１３】
本発明において、上記比重変動幅の測定・算出は、例えば以下の手順に従い行うことができる。
ｉ）切出片の作製
比重変動幅を測定・算出するための切出片の作製は、測定対象とする水硬性成形体の大きさに応じて、所定のほぼ同じ大きさ（体積）を有する切出片が得られるように水硬性成形体を等分に切出すことにより行う。一塊の水硬性成形体から２０個の所定のほぼ同じ大きさの切出片が得られる限り、水硬性成形体の全部を切出してもよく、水硬性成形体の一部を切出してもよい。水硬性成形体の一部を切出す場合、２０個の切出片を連続して切出してもよく、また、成形体の任意の箇所から切出してもよい。また、切出片の切出し面の縦横の長さはそれぞれ３〜７ｃｍの範囲であり、かかる範囲にある限り、切出し面の形状は正方形であっても長方形であってもよい。切出片の厚みは特に限定するものではないが、切出し前の水硬性成形体において厚みに差がある場合には、２０個の切出片の厚みがほぼ同じになるよう切出片を削り出すか、縦横の長さを調整することにより、２０個の切出片の大きさ（体積）が同じになるよう切出すことが必要である。なお、一塊の水硬性成形体から２０個の切出片を切出しできない場合には、２つ以上の同一品である水硬性成形体から合計２０個の切出片を切出す。
本発明の一態様である実施例においては、比重変動幅を測定・算出するための各切出片がそれぞれ５ｃｍ角の正方形の切出し面を有するよう水硬性成形体を切り出した。
【００１４】
ｉｉ）各切出片の局所比重測定
次いで、２０個の各切出片の局所比重をそれぞれ測定し、全局所比重の平均値を水硬性成形体の平均比重として算出する。切出片の局所比重の測定は、当該技術分野において従来用いられる方法により行えばよく、例えば比重測定キット（例えば、株式会社エーアンドディー製比重測定キットＡＤ−１６５３等）を用いて容易に測定することができる。
【００１５】
ｉｉｉ）比重変動幅の算出
上記手順により測定・算出した２０個の切出片の局所比重を、該２０個の切出片の平均比重とそれぞれ比較し、最も大きな比重差を有する局所比重を、下記式に従って平均比重で除することにより比重変動幅（％）を算出することができる。
比重変動幅（％）＝平均比重に対して最大差を有する局所比重／平均比重×１００
【００１６】
本発明の水硬性成形体の十分に高い強度および優れた外観を確保する観点から、水硬性成形体に含まれる耐アルカリ性繊維の座屈部の数は、繊維長さ１ｍｍあたり０．５個以下であることが好ましい。本発明において「座屈部」とは繊維が座屈する部分をいい、繊維の欠陥部分を意味する。座屈部は、例えば、セメント等の水硬性物質および水を含む混合物と耐アルカリ性繊維とを共に混合する場合に、ミキサーの攪拌因子（羽根形状、攪拌速度、攪拌時間等）、成形材料中の骨材因子（大きさ、形状、比重、硬度等）等による物理的衝撃により形成される。
【００１７】
耐アルカリ性繊維が座屈部を有すると、繊維の引張強度が低下するため、水硬性成形体中に本数自体は十分な繊維が存在していても、繊維１本１本の強度は弱く、実質的に成形体の補強に寄与する繊維の本数も少なくなる。このため、繊維による補強効果が得られ難くなる。また、座屈部を中心に繊維が折れ曲がるために繊維同士が絡み易くなり、繊維の均一分散を阻害することにもなる。したがって、本発明において、耐アルカリ性繊維の座屈部の数は、繊維長さ１ｍｍあたり０．４個以下であることがより好ましい。耐アルカリ性繊維の座屈部の数が繊維長さ１ｍｍあたり０．５個以下であれば、耐アルカリ性繊維による補強性能を効率的に確保することができ、水硬性成形体の強度および外観をより向上させることができる。耐アルカリ性繊維に座屈部が存在しないことが理想であるため、座屈部の数の下限値は、通常、繊維長さ１ｍｍあたり０個以上である。
なお、繊維の座屈部の数は、後述の実施例に記載する方法で定量することができる。
【００１８】
本発明において、耐アルカリ性繊維のアスペクト比は、２０〜２０００であることが好ましい。耐アルカリ性繊維のアスペクト比が上記範囲内であると、繊維同士が絡まり難く、繊維を水硬性物質と水とを含む混合物中に均一に分散させることが容易となり、外観に優れるとともに、高い強度を有する水硬性成形体を得ることができる。本発明において、耐アルカリ性繊維のアスペクト比は、２５〜１９００であることがより好ましく、３０〜１８００であることがさらに好ましい。
また、耐アルカリ性繊維のアスペクト比が、５０〜２０００であることも好ましい一態様であり、５５〜１９００であってもよく、６０〜１８００であってもよい。
なお、アスペクト比とは、繊維長（Ｌ）と繊維径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）を意味している。本発明において、アスペクト比は、ＪＩＳ  Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準じて平均繊維長を算出し、平均繊維径との比により繊維のアスペクト比を算出することができる。
【００１９】
本発明における耐アルカリ性繊維の本数は、用いる繊維の種類、繊維径、アスペクト比などに応じて適宜設定することができるが、水硬性成形体１ｍ３あたり、１．０×１０５〜１．０×１０１３本の耐アルカリ性繊維を含むことが好ましい。本発明の水硬性成形体は、従来の水硬性成形体と比較して、多量の繊維を成形体内に均一に分散させた状態で含むため、耐アルカリ性繊維によるより高い補強効果を得ることができ、高い強度を有する。得られる補強効果と均一分散性の両面の観点から、耐アルカリ性繊維の本数は、水硬性成形体１ｍ３あたり、１．０×１０６〜１．０×１０１２本であることがより好ましく、１．０×１０７〜１．０×１０１１本であることがさらに好ましい。
【００２０】
本発明において、耐アルカリ性繊維の平均繊維強度は特には限定されないが、好ましくは５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは７ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。耐アルカリ性繊維の平均繊維強度が上記下限値以上であると、曲げ強度に優れた成型体を得ることができる。本発明における耐アルカリ性繊維の平均繊維強度の上限値は、繊維の種類に応じて適宜設定されるが、例えば、３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。
なお、平均繊維強度は、後述する実施例に記載された方法により測定できる。
【００２１】
本発明における耐アルカリ性繊維は、セメントアルカリに対する化学的な耐久性を有する限り、有機繊維であっても無機繊維であってよい。耐アルカリ性無機繊維としては、例えば、耐アルカリ性ガラス繊維、鋼繊維（スチールファイバー）、ステンレスファイバー、炭素繊維、セラミック繊維およびアスベスト繊維等が挙げられる。耐アルカリ性有機繊維としては、ポリビニルアルコール（以下、「ＰＶＡ」ともいう）系繊維（ビニロン繊維等）、ポリオレフィン系繊維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン／プロピレン共重合体繊維等）、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアミド系繊維（ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド６，１０等）、アラミド繊維（特にパラアラミド繊維）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール系繊維（ＰＢＯ繊維）、アクリル繊維、レーヨン系繊維（ポリノジック繊維、溶剤紡糸セルロース繊維等）、ポリフェニレンサルファイド繊維（ＰＰＳ繊維）、およびポリエーテルエーテルケトン繊維（ＰＥＥＫ繊維）等が挙げられる。これらの耐アルカリ性繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。耐アルカリ性繊維の添加量は、水硬性成形体１００質量部に対して好ましくは０．１〜１０質量部、より好ましくは０．２〜５質量部、さらに好ましくは０．５〜２質量部である。
【００２２】
これらのうち、耐アルカリ性繊維としては、水硬性成形体の補強性能を有しつつ、低コストで製造できる観点から、耐アルカリ性ガラス繊維、炭素繊維、ポリビニルアルコール系繊維（ビニロン繊維等）、ポリオレフィン系繊維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン／プロピレン共重合体繊維等）、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましく、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることがより好ましく、ポリビニルアルコール系繊維であることがさらに好ましい。ポリビニルアルコール系繊維は、ポリビニルアルコール系重合体を溶剤に溶解した紡糸原液を用いて、湿式、乾湿式または乾式のいずれの方法によって紡糸されたものであってもよい。
【００２３】
本発明の水硬性成形体は、上記耐アルカリ性繊維のほかに水硬性物質を含み、必要に応じて骨材や各種の混和材料（混和材・混和剤）などを含む。
【００２４】
本発明において、水硬性物質としては、例えばセメントや石膏等が挙げられ、セメントを含むことが好ましい。セメントとしては、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、超早強ポルトランドセメント、および中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セメント、シリカセメント、ならびにフライアッシュセメントが挙げられる。石膏としては、２水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられる。これらの水硬性物質は、単独でまたは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２５】
本発明において、骨材としては、例えば細骨材、軽量骨材、粗骨材等が挙げられる。これらの骨材は、単独でまたは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２６】
細骨材としては、例えば平均粒径が５ｍｍ以下、例えば０．１〜５ｍｍである細かい粒子が挙げられる。具体的には、例えば、粒径が５ｍｍ以下である砂類；珪石、フライアッシュ、高炉スラグ、火山灰系シラス、各種汚泥、および岩石鉱物等の無機質材を粉末化または顆粒状化した細骨材等が挙げられる。また、砂類としては、例えば、川砂、山砂、海砂、砕砂、珪砂、鉱滓、ガラス砂、鉄砂、灰砂、炭酸カルシウム、人工砂等の砂類が挙げられる。
【００２７】
軽量骨材としては、例えば火山砂利、膨張スラグ、炭殻等の天然軽量骨材、発泡真珠岩、発泡パーライト、発泡黒よう石、バーミキュライト、およびシラスバルーン等の人工軽量骨材が挙げられる。
【００２８】
粗骨材としては、例えば、粒径５ｍｍ以上のものが重量で８５％以上含まれる各種砂利類、人工骨材、再生骨材などが挙げられる。
【００２９】
水硬性組成物における水硬性物質（セメント）に対する骨材の割合は、例えば、Ｓ（骨材）／Ｃ（セメント）の重量比で０．１〜１０であり、好ましくは０．５〜５．０である。
【００３０】
本発明の水硬性成形体は、適宜、必要に応じて各種混和剤を含んでよい。混和剤としては、例えば、ＡＥ剤、流動化剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤、硬化促進剤、凝結遅延剤等が挙げられる。混和剤は、単独でまたは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
本発明の水硬性成形体は、また、必要に応じて水溶性高分子物質を含んでいてもよい。水溶性高分子物質としては、例えばメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロースエーテル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、およびリグニンスルホン酸塩等が挙げられる。水溶性高分子物質は、単独でまたは二種以上を組み合わせて使用されていてもよい。
【００３２】
本発明の水硬性成形体は、耐アルカリ性繊維を十分に均一な分散状態で含んでいるため、曲げ強度に優れている。このため、本発明の水硬性成形体の５ｃｍ×１６ｃｍの切出片としての曲げ強度は、好ましくは６Ｎ／ｍｍ２以上であり、より好ましくは６．５Ｎ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは７Ｎ／ｍｍ２以上、特に好ましくは７．５Ｎ／ｍｍ２以上である。また、５ｃｍ×１６ｃｍの切出片としての曲げ強度の下限値は特に限定されるものではなく、通常２５Ｎ／ｍｍ２以下である。
なお、曲げ強度は、後述する実施例に記載された方法によって測定することができる。
【００３３】
＜水硬性成形体の製造方法＞
本発明の水硬性成形体は、セメント等の水硬性物質に、必要に応じて上記骨材および、本発明の効果を損なわない範囲で、各種混和剤等を含む水硬性組成物および水を含む混合物と、耐アルカリ性繊維とを撹拌混合し、これを硬化させることによって製造することができる。中でも、十分に均一な分散状態で耐アルカリ性繊維を含み、強度および外観に優れた本発明の水硬性成形体を効率よく製造することができるため、本発明の製造方法は、水硬性組成物および水を含む混合物と耐アルカリ性繊維とを、往復回転式攪拌機を用いて撹拌混合すること（以下、「混合工程」ともいう）を含むことが好ましい。
【００３４】
混合工程では、水硬性組成物および水を含む混合物（以下、「水硬性組成物の水混合物」ともいう）と耐アルカリ性繊維とを、往復回転式攪拌機を用いて撹拌混合することにより耐アルカリ性繊維を分散させる。本発明の製造方法の混合工程において、耐アルカリ性繊維の撹拌混合は、水硬性組成物の水混合物に耐アルカリ性繊維を一括投入した後に行ってもよく、水硬性組成物の水混合物中に耐アルカリ性繊維を添加しながら行ってもよい。
【００３５】
水硬性組成物の水混合物は、通常、耐アルカリ性繊維以外の全ての成分を含むものであり、少なくとも水硬性物質および水を含み、水硬性成形体が骨材や各種混和剤等を含む場合には上記混合物中に含まれる。水硬性物質、水、および骨材等の投入および／または混合順序は、特に限定されない。水硬性物質、水、および骨材等の、使用予定である全量がそれぞれ初めから含まれていてもよいし、一部が含まれていてもよい。例えば、混合物が一部の水硬性物質、水および骨材等をそれぞれ含む場合に、残りを、耐アルカリ性繊維の分散中および／または分散後に添加してもよい。混合は、例えば、水硬性物質、水および骨材等を、従来当該分野で用いられている攪拌機等を用いて混合すればよく、例えば、水硬性物質、骨材を乾式で混合した後、水を添加して混合してもよい。
【００３６】
水硬性組成物の水混合物における水の含有量は、混合物の構成等に応じて適宜調整すればよいが、上記混合物における水と水硬性物質（セメント）との混合比率〔水／セメント比（Ｗ／Ｃ）〕として、例えば２０〜７０重量％であり、好ましくは２５〜６０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％である。
【００３７】
次いで、耐アルカリ性繊維を上記混合物に添加し、分散させることにより、水硬性成形材料を得ることができる。本発明の製造方法の混合工程において用いられる往復回転式攪拌機とは、撹拌翼を備えた撹拌軸が、一方回転ではなく、特定の回転角度ごとに反転する機能を有する攪拌機を意味する。このような往復回転式攪拌機としては、例えば、（株）島崎エンジニアリング製の往復回転式攪拌機アジター等を用いることができる。
【００３８】
従来、水硬性組成物の水混合物と繊維の撹拌混合には、プロペラ型やスクリュー型の羽根を一方向に回転させる一般的な回転攪拌機である、モルタルミキサー、アイリッヒミキサー、ナウタミキサー、ロータリー式撹拌機、パンミキサー、プラネタリーミキサー等が広く用いられている。このような一般的な回転攪拌機では、撹拌混合対象とする内容物に対して、一定方向の回転しか与えられない。これに対して、往復回転式攪拌機を用いることにより、撹拌槽内において撹拌混合対象とする内容物に対して複雑な上下対流を生じることができる。このため、水硬性組成物の水混合物中に含まれる繊維が撹拌槽の下層部に沈降／滞留したり、撹拌槽の上層部に浮遊／滞留したりするのを抑制することができ、さらにこの上下対流により、撹拌槽内の水硬性組成物の水混合物の一部のみならず全体に繊維を分散させることができる。これにより、従来の方法においては均一に分散させることが難しかったような比較的多量の耐アルカリ性繊維を成形体中に十分に均一な状態で分散させることができ、結果として、高い強度を有し、外観にも優れる本発明の水硬性成形体を得ることができる。また、一定方向の回転による撹拌混合時と比較して、撹拌流が複雑であるため、より短時間で水硬性組成物の水混合物中に繊維を分散させることができ、効率よく本発明の水硬性成形体を得ることができる。
【００３９】
また、従来、水硬性成形体において、繊維の分散性および成形性を向上させる観点から、比較的アスペクト比の小さな繊維を用いることが一般的であるが、この場合、繊維の比表面積が小さくなるため水硬性組成物に対する繊維の接着性が低く、補強性能には劣る。一方、繊維の接着性を上げて補強性能を高めるには、繊維のアスペクト比を大きくすることが好ましいが、この場合、水硬性組成物の水混合物への繊維の分散がし難く、無理に混合しようとすると繊維が損傷するため、結局補強性能の低下につながる。このように、補強性能と繊維の分散性とはトレードオフの関係にある。これに対して、本発明の製造方法においては、往復回転式攪拌機を用いることにより、上述したように水硬性組成物の水混合物中に複雑な上下対流を生じ、従来困難とされていた、アスペクト比の比較的大きな耐アルカリ性繊維を、比較的多量に、混合物中に均一分散させることが可能となる。
【００４０】
上記混合工程において、往復回転式撹拌翼の往復回転速度は、水硬性組成物の水混合物を構成する成分、耐アルカリ繊維の添加量および添加速度、撹拌翼の反転角度等に応じて、適宜調整することができるが、本発明において、往復回転式攪拌機の往復回転速度は、２００回／分以上であることが好ましく、２５０回／分以上であることがより好ましく、３００回／分以上であることがさらに好ましく、また、１０００回／分以下であることが好ましく、９００回／分以下であることがより好ましく、８００回／分以下であることがさらに好ましい。往復回転速度が上記下限値以上であると、水硬性組成物の水混合物中に耐アルカリ性繊維を十分に均一な分散状態で配合することができるため、高い強度を有し、外観にも優れる水硬性成形体を得ることができる。また、往復回転速度が上記上限値以下であると、繊維の撹拌混合工程中に耐アルカリ性繊維同士が絡み合い難く、繊維凝集体の発生を抑制することができるとともに、耐アルカリ性繊維の欠陥（座屈部）が生じ難い。往復回転速度が遅すぎる場合には、水硬性組成物の水混合物中に耐アルカリ性繊維を均一に分散させることが難しくなり、往復回転速度が速すぎる場合には、耐アルカリ性繊維が傷付きやすくなり、繊維長さ１ｍｍあたりの座屈部の数が増す傾向にあり、いずれの場合も得られる水硬性成形体の強度を確保し難くなる。なお、往復回転速度とは、撹拌翼が回転開始点から回転を始め、反転して回転開始点に戻るまでを１回転とした場合にかかる速度を意味する。
【００４１】
耐アルカリ性繊維と水硬性組成物の水混合物との撹拌時間は、水硬性組成物の水混合物を構成する成分、耐アルカリ繊維の添加量および添加速度、撹拌翼の反転角度等に応じて、適宜決定すればよい。本発明の製造方法においては、往復回転式攪拌機を用いることにより、撹拌槽内に複雑な撹拌流が生じるため、より短時間で水硬性組成物の水混合物中に繊維を均一に分散させることができる。したがって、本発明の製造方法において、耐アルカリ性繊維と水硬性組成物の水混合物との撹拌時間は、例えば３０〜６００秒程度であることができ、４０〜３００秒であってもよい。
【００４２】
往復回転式攪拌機の回転翼の回転角度は、水硬性組成物の水混合物を構成する成分、耐アルカリ繊維の添加量および添加速度等に応じて、適宜選択すればよい。ここで、本発明において回転角度とは、撹拌翼が反転するまでの回転角度を意味し、例えば９０°（１／４回転）、１８０°（１／２回転）、または３６０°（１回転）のいずれであってもよい。
【００４３】
耐アルカリ性繊維を添加しながら撹拌混合する場合、その投入速度は、水硬性組成物の水混合物を構成する成分、耐アルカリ繊維の添加量等に応じて、適宜決定すればよい。耐アルカリ性繊維の添加速度は、例えば、水硬性組成物の水混合物中の固形分１０００ｋｇあたり、６．０ｋｇ／秒以下であってよく、好ましくは４．５ｋｇ／秒以下であり、より好ましくは４．０ｋｇ／秒以下である。上記範囲内の添加速度で耐アルカリ性繊維を水硬性組成物の混合物に添加すると、繊維の均一分散性がより向上するため、繊維凝集体の形成が抑制され、結果として水硬性成形体の強度および外観を十分に向上させることができる。なお、「混合物の固形分１０００ｋｇあたり」とは、混合物の固形分の量に応じて添加速度が変わることを意味する。例えば、混合物の固形分が少ないほど、添加速度は小さく設定される。
【００４４】
例えば、耐アルカリ性繊維の分散性を向上させるため、耐アルカリ性繊維を定量供給してもよく、解された状態の繊維を投入してもよく、これらの方法を、単独でまたは組み合わせて行ってもよい。
【００４５】
繊維を定量供給する場合、所定量の範囲で耐アルカリ性繊維を連続式に投入できる限り特に限定されない。例えば、耐アルカリ性繊維の投入量および／または投入速度を制御しながら供給する装置として、各種定量供給装置（例えば、振動フィーダー、スクリューフィーダー、またはベルトフィーダー等）を用いることができる。
【００４６】
繊維を解す場合、例えば、繊維凝集体が発生するのを抑制できる程度に、繊維凝集体を、より小さな繊維集合体単位まで、所定の離解手段等により解すことができる。なお、繊維凝集体を解す場合、繊維強度を維持する観点から、繊維のフィブリル化、繊維の粉砕および座屈部の形成が生じない範囲で行うのが好ましい。
【００４７】
繊維凝集体は、通常、乾式において各種方法で解すことができる。例えば、繊維凝集体（繊維ベール、繊維ベールの粗解繊物、ショートカットファイバー束等）は、突起物を有するロールに繊維を引っかけることにより解してもよく、対向する回転ギアの間を通過させて解してもよく、溝を持つ回転ディスクのせん断力により解してもよく、エアフローの衝突力により解してもよい。これらの方法は、単独でまたは二種以上組み合わせて行ってもよい。例えば、繊維凝集体（所定の長さに切断されたショートカットファイバーの塊等）を乾式で解すことにより繊維同士を引き離し、繊維凝集体を解してもよい。
【００４８】
耐アルカリ性繊維には、混合物への添加に先立って、離解処理することが、繊維凝集体の形成をさらに抑制する観点から好ましい。離解処理とは、繊維群を解すことにより、繊維同士を引き離し、単繊維の形成を促進する処理である。
【００４９】
離解処理は、通常、乾式下において各種方法で行うことができる。例えば、対向する回転ギアの間を通過させて繊維を解す処理、突起物を有するロールに繊維を引っかけることにより解す処理、溝を持つ回転ディスクのせん断力により繊維を解す処理、およびエアフローの衝突力により繊維を解す処理からなる群から選択される１種以上の処理が挙げられる。好ましくは対向する回転ギアの間を通過させて繊維を解す処理を行う。
【００５０】
対向する回転ギアの間を通過させて繊維を解す処理においては、ギア間のクリアランスを繊維が通過する際に、ギアの回転力により耐アルカリ性繊維が解される。
【００５１】
突起物を有するロールに繊維を引っかけることにより解す処理においては、回転するロールの突起物で繊維を引っかけて、梳くことにより、繊維を解すことができる。
【００５２】
溝を持つ回転ディスクのせん断力により繊維を解す処理においては、繊維と、溝を持つローターと固定子との鋸歯状の刃の相互作用により、バイアス方向にドラフトしながら解繊することができる。
【００５３】
エアフローの衝突力により繊維を解す処理においては、繊維投入時に、エアノズルで圧縮空気を付与することで繊維を解すことができる。エアは、少なくとも一方向から付与されていれば、特に制限はない。
【００５４】
本発明の製造方法おいて、耐アルカリ性繊維を撹拌混合した水硬性成形材料を、型枠へ投入し、成形することができる。この際、必要に応じて、振動を加えてもよい。振動は、通常型枠を振動させることにより行われる。振動を加えることによって、水硬性成形材料が型枠内部において、より均等に分布することが可能となる。
【００５５】
振動させる際の振動数は、振動数１０〜１０００Ｈｚであることが好ましく、より好ましくは２０〜９００Ｈｚ、さらに好ましくは３０〜８００Ｈｚである。振幅は、０．１〜２０μｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜１８μｍ、さらに好ましくは１〜１５μｍである。
【００５６】
型枠へ投入された水硬性成形材料を、上面成形型やロールなどを用いてプレスにより押圧してもよい。
押圧時の圧力は、混練された水硬性成形材料の状態、型枠の形態などによって適宜設定可能であるが、１０〜１５０ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは２０〜１４０ＭＰａ、さらに好ましくは３０〜１３０ＭＰａである。上記範囲の圧力により押圧することにより、水硬性成形材料に含まれる耐アルカリ性繊維を傷つけることなく、十分に一体化することが可能となる。
【００５７】
押圧は、必要に応じて加熱を行いながら行ってもよい。加熱温度としては、４０〜９０℃程度が好ましく、より好ましくは４５〜８５℃、更に好ましくは５０〜８０℃である。
【００５８】
所定の形状に成型後は、１００℃以下の雰囲気で養生を行うことによって水硬性成形材料を硬化させることにより、水硬性成形体を得ることができる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
水硬性成形体における平均繊維強度、アスペクト比、座屈部の数、比重変動幅および切出片における曲げ強度は、以下の測定方法に従い測定した。
【００６１】
［平均繊維径（μｍ）およびアスペクト比］
ＪＩＳ  Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準じて平均繊維長を算出し、平均繊維径との比により繊維のアスペクト比を評価した。なお、平均繊維径については、無作為に繊維を１００本取り出し、それぞれの繊維の長さ方向の中央部における繊維径を光学顕微鏡により測定し、その平均値を平均繊維径とした。
【００６２】
［平均繊維強度］
ＪＩＳ  Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準拠し、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のち、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、この強力を繊度で除して繊維強度を算出した。無作為に選んだ繊維１０本以上について繊維強度を測定し、その平均値を平均繊維強度とした。
【００６３】
［繊維に存在する座屈部の数］
成形体を５質量％塩酸水溶液に２０℃で浸漬し、セメントを溶解した後、繊維をピンセットで２０本取りだした。その繊維を、青色染料を溶解した８０℃の温水に３０分浸漬後、できるだけ重ならないようにスライドガラス上に拡げた後、カバーガラスを載せ、評価サンプルとした。この評価サンプルを、キーエンス社製ビデオマイクロスコープにて拡大観察し、各繊維の長さを測定し、全繊維に存在する座屈部の染色部分の個数をカウントした。その後、以下式にて、繊維１ｍｍあたりの座屈部の数を算出した。
繊維１ｍｍあたりに存在する座屈部の数（個／ｍｍ）＝カウントした座屈部の総個数（個）／２０本の繊維の合計の長さ（ｍｍ）
【００６４】
［比重変動幅］
水硬性成形体から５ｃｍ角の切出片を２０個切り出し、株式会社エーアンドディー製比重測定キットＡＤ−１６５３を用いて、各切出片の比重（局所比重）をそれぞれ測定した。その後、水硬性成形体の平均比重として、２０個の切出片の局所比重の平均値を算出した後、２０個の切出片の局所比重と平均比重とを比較し、最も差異の大きな比重差を平均比重で除することで、変動幅を算出した。
比重変動幅（％）＝平均比重に対して最大差を有する局所比重／平均比重×１００
【００６５】
［切出片の曲げ強度］
水硬性成形体より、幅５ｃｍ、長さ１６ｃｍの短冊状に切出片を６個切り出し、切出片の測定時の含水率を一定に調整するため、切出片を４０℃に調整した乾燥機にて７２時間乾燥した。曲げ強度の測定方法は、ＪＩＳＡ１４０８に準じて測定し、得られた結果から平均値を算出し、曲げ強度とした。曲げ強度の測定は、島津社製オートグラフＡＧ５０００−Ｂにて、試験速度（戴荷ヘッドスピード）２ｍｍ／分、中央戴荷方式で曲げスパン１４６ｍｍで行った。
【００６６】
［曲げ強度変動幅］
上記と同様に、切出片を６個切り出し、ＪＩＳＡ１４０８に準じて曲げ強度を測定した。その後、水硬性成形体の曲げ強度結果から平均値を算出し平均曲げ強度とし、最も差異の大きな曲げ強度差を平均曲げ強度で除することで変動幅を算出した。
曲げ強度変動幅（％）＝平均曲げ強度に対して最大差を有する切出片曲げ強度／平均曲げ強度×１００
【００６７】
［衝撃強度試験法］
上記と同様に、切出片を６個切り出し、シャルピー衝撃試験方法ＪＩＳ  Ｋ７１１１  １号に準拠してシャルピー衝撃強度を測定した。得られた結果から平均値を算出し、シャルピー衝撃強度とした。
【００６８】
［シャルピー衝撃強度変動幅］
上記と同様に、切出片を６個切り出し、ＪＩＳ  Ｋ７１１１  １号に準拠してシャルピー衝撃強度を測定した。その後、水硬性成形体のシャルピー衝撃強度結果から平均値を算出し平均シャルピー衝撃強度とし、最も差異の大きなシャルピー衝撃強度差を平均シャルピー衝撃強度で除することで、変動幅を算出した。
曲げ強度変動幅（％）＝平均曲げ強度に対して最大差を有する切出片曲げ強度／平均曲げ強度×１００
実施例および比較例において、以下の成分を用いた。
（繊維）
・ＰＶＡ１：ポリビニルアルコール系繊維（ビニロン）、平均繊維径７μｍ、(株)クラレ製
・ＰＰ  ：ポリプロピレン繊維、平均繊維径１４μｍ
・ＰＶＡ２：ポリビニルアルコール系繊維（ビニロン）、平均繊維径２７μｍ、(株)クラレ製
・ＰＶＡ３：ポリビニルアルコール系繊維（ビニロン）、平均繊維径３９μｍ、(株)クラレ製
なお繊維ＰＶＡおよびＰＰは、各実施例および比較例において所定のアスペクト比を有するように切断して用いた。
（セメント）
・普通ポルトランドセメント：太平洋セメント社製
（骨材）
・６号珪砂：トーヨーマテラン社製
【００６９】
［実施例１］
＜混練工程＞
〔水／セメント比（Ｗ／Ｃ）：４５質量％〕となるよう水を２８質量部投入した容器において、５００回／分で往復回転式攪拌機〔往復回転式攪拌機アジター、回転角度：９０°（１／４回転）、（株）島崎エンジニアリング製〕を運転し、普通ポルトランドセメント６２質量部、６号珪砂３７．５質量部を容器に投入し、６０秒間混練した。次いで、ＰＶＡ１を０．５質量部投入し、往復回転式攪拌機〔往復回転式攪拌機アジター、回転角度：９０°（１／４回転）、（株）島崎エンジニアリング製〕を用いて、４００回／分の往復回転速度で９０秒間混練した。
【００７０】
＜成形工程＞
上記混練工程によって得られた混練物を、幅５０ｃｍ、長さが１８０ｃｍの型枠に流し込んだ後、厚み１０ｍｍを目標として充填した。
型枠に充填された混練物に対し、振動プレス機を用いて、４０ＭＰａの圧力で振動数２００Ｈｚ、振幅１μｍの振動を与えながらプレスした。次いで、一次養生のために、温度５０℃および湿度９８％で２４時間保持した。その後、二次養生のために、一次養生後の成形体を湿布で包み、温度２０℃および湿度６０％の環境下で２８日間養生した。
得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。なお、表中に記載の水硬性成形体中の繊維本数は、添加する繊維重量を繊維の比重で除し、さらに繊維一本あたりの体積で除すことで算出した値である。
【００７１】
［実施例２］
ＰＶＡ１を１．５質量部とした以外は、実施例１と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を、表１に示す。
【００７２】
［実施例３］
耐アルカリ性繊維として０．５質量部のポリプロピレン繊維を用いた以外は、実施例１と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７３】
［実施例４］
往復回転式撹拌機の回転速度を１２００回／分とした以外は、実施例２と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７４】
［実施例５］
耐アルカリ性繊維として２．０質量部のＰＶＡ２を用いた以外は、実施例１と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７５】
［実施例６］
耐アルカリ性繊維として２．０質量部のＰＶＡ３を用いた以外は、実施例１と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７６】
［比較例１］
耐アルカリ性繊維を用いなかった以外は、実施例１と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７７】
［比較例２］
撹拌機としてモルタルミキサー（日工社製、型番ＴＭＭ−１型）を用い、回転速度を２００回／分とした以外は、実施例２と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７８】
［比較例３］
撹拌機としてアイリッヒミキサー（日本アイリッヒ社製、型番Ｒ０８）を用いた以外は、実施例２と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００７９】
［比較例４］
撹拌機としてナウタミキサー（ホソカワミクロン社製、型番ＶＮ−５）を用い、回転速度を２００回／分とした以外は、実施例２と同様にして水硬性成形体を得た。得られた水硬性成形体の特性を表１に示す。
【００８０】
【表１】
2018108915.tif 000002
【００８１】
比重変動幅が１５％以下である本発明の水硬性成形体（実施例２）においては、比重変動幅が１５％を超える水硬性成形体と比較して、同じＰＶＡ繊維を同じ本数用いていても、曲げ強度が著しく高く、補強性能に優れていることが示された。往復回転式攪拌機を用いることにより、比重変動幅の小さい（すなわち、均一分散性に優れた）水硬性成形体が得られ、撹拌条件を制御することにより、繊維に損傷を与えることなく、水硬性成形体中に繊維を均一に分散させることができ、高い強度を有する水硬性成形体を得られることが確認された。また、比重変動幅が１５％以下である本発明の水硬性成形体においては、曲げ強度及びシャルピー衝撃強度が高く、強度に優れており、かつ、繊維が均一に分散されていることにより曲げ強度及びシャルピー衝撃強度の変動幅も小さいことが確認された。