(57)【要約】【課題】モルタルやコンクリートとの高い接着性と、高い繊維強力利用率とを兼ね備え、モルタルおよびコンクリートに対する高い補強効果を有するコンクリート補強用繊維を提供することを目的とする。【解決手段】有機繊維を含んでなるコンクリート補強用繊維であって、前記有機繊維が表面に凹凸を有する撚糸状の繊維束であり、前記凹凸の間隔が０．５〜１０ｍｍである、コンクリート補強用繊維。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機繊維を含んでなるコンクリート補強用繊維であって、前記有機繊維が表面に凹凸を有する撚糸状の繊維束であり、前記凹凸の間隔が０．５〜１０ｍｍである、コンクリート補強用繊維。
【請求項２】
前記凹凸の深さが５０μｍ以上である、請求項１に記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項３】
前記繊維束の太さが１５０〜１０００μｍであり、かつ、アスペクト比が１０〜１０００である、請求項１または２に記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項４】
引張伸度が３〜２０％である、請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項５】
繊維の全含有量に対して３〜３０質量％の樹脂を含んでなる、請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項６】
前記有機繊維がポリビニルアルコール系繊維から構成される、請求項１〜５のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項７】
有機繊維のヤング率が１０〜１０００ＧＰａである、請求項１〜６のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項８】
有機繊維を撚糸して、表面に０．５〜１０ｍｍの間隔で凹凸を有する繊維束を作製することを含む、請求項１〜７のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート補強用繊維およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントを含むモルタルやコンクリート等の水硬性材料を補強するために様々な繊維が提案されている。例えば、特許文献１には、セメントとの化学的接着が不十分なポリプロピレン系繊維において、物理的な引抜き抵抗を確保するために、表面にエンボス加工を施したセメント強化用ポリプロピレン繊維が記載されている。また、特許文献２には、撚糸状の炭素繊維束を樹脂で固定することにより、表面に凹凸を有するコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材が記載されており、特許文献３には、合成繊維糸条の表面が硬化性樹脂で被覆硬化されてなるコンクリート補強材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１６２９７号公報
【特許文献２】特開２００７−７０２０４号公報
【特許文献３】特開平１０−１８２２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されるような繊維表面へのエンボス加工は、その加工を施す過程で繊維に欠陥を生じ、繊維強度の低下を生じやすいという問題があった。また、特許文献２に記載されるような炭素繊維束から構成される補強材においては、本来剛直である炭素繊維をさらに樹脂で強固に固定することにより得られる補強材は剛直である一方、非常に脆く、セメント等との混練時に折れやすく、さらに、斜め方向に引張られる場合にはその強度が極端に低下することにより炭素繊維本来の強度を十分に利用できない（即ち、繊維の強力利用率が非常に低くなる）という問題があった。また、特許文献３に記載されるような補強材においては、合成繊維糸条の表面を樹脂で被覆硬化するものであるため、繊維表面を被覆する樹脂により合成繊維が本来有するセメントとの親和性が低下してしまい、十分に高い補強性を確保することは困難であった。
【０００５】
したがって、本発明は、モルタルやコンクリートとの高い接着性と、高い繊維強力利用率とを兼ね備え、モルタルおよびコンクリートに対する高い補強効果を有するコンクリート補強用繊維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】
【０００６】
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［１］〜［８］を提供するものである。
［１］有機繊維を含んでなるコンクリート補強用繊維であって、前記有機繊維が表面に凹凸を有する撚糸状の繊維束であり、前記凹凸の間隔が０．５〜１０ｍｍである、コンクリート補強用繊維。
［２］前記凹凸の深さが５０μｍ以上である、前記［１］に記載のコンクリート補強用繊維。
［３］前記繊維束の太さが１５０〜１０００μｍであり、かつ、アスペクト比が１０〜１０００である、前記［１］または［２］に記載のコンクリート補強用繊維。
［４］引張伸度が３〜２０％である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
［５］繊維の全含有量に対して３〜３０質量％の樹脂を含んでなる、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
［６］前記有機繊維がポリビニルアルコール系繊維から構成される、前記［１］〜［５］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
［７］有機繊維のヤング率が１０〜１０００ＧＰａである、前記［１］〜［６］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維。
［８］有機繊維を撚糸して、表面に０．５〜１０ｍｍの間隔で凹凸を有する繊維束を作製することを含む、前記［１］〜［７］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モルタルやコンクリートとの高い接着性と、高い繊維強度とを兼ね備え、モルタルおよびコンクリートに対する高い補強効果を有するコンクリート補強用繊維を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明のコンクリート補強用繊維は、有機繊維を含んでなる。本発明のコンクリート補強用繊維において、有機繊維は撚糸状の繊維束であり、繊維束表面に凹凸を有する。本発明において、前記凹凸の間隔は０．５〜１０ｍｍである。ここで、本発明において「凹凸の間隔」とは、繊維束表面の同一線上において隣接する凸部同士の頂点間の距離を意味する。繊維束における凹凸の間隔が０．５ｍｍ未満であると、繊維同士の拘束が強くなり、繊維強度が低下する傾向にあり、高い繊維強力利用率を確保することが困難となる。一方、凹凸の間隔が１０ｍｍを超える場合、凹凸形状が明確でなくなるため、コンクリート材料との十分な物理的接着性（引き抜き抵抗性）を得難くなる。本発明のコンクリート補強用繊維において、凹凸の間隔は、０．６ｍｍ以上であることが好ましく、０．７ｍｍ以上であることがより好ましく、０．９ｍｍ以上であることがさらに好ましく、１０ｍｍ以下であることが好ましく、９ｍｍ以下であることがより好ましく、８ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
繊維束の凹凸の間隔は、撚糸条件を制御することにより調整することが可能であり、例えば、繊維束を構成する繊維単独での撚り数、繊維束の撚り数、および繊維束の構成本数等を制御することにより、所望の値に調整することができる。
なお、凹凸の間隔は、例えば、定長状態を維持した繊維束について、光学顕微鏡を用いて繊維束表面の同一線上にて隣接する凸部同士の頂点間の距離を複数箇所で測定し、その平均値として算出することができる。
【００１０】
前記凹凸の深さは、５０μｍ以上であることが好ましく、８０μｍ以上であることがより好ましく、１００μｍ以上であることがさらに好ましい。ここで、本発明において「凹凸の深さ」とは、繊維束表面の同一線上にある凹部の最低辺部と凸部の頂点との高さの差を意味する。また、後述するように、本発明においては通常、撚糸状の繊維束が樹脂により被覆されており、その場合に「凹凸の深さ」は樹脂で被覆された状態において測定される深さを意味する。繊維束における凹凸の深さが上記下限値以上であると、当該凹凸がコンクリート硬化後の繊維の引き抜けを抑制するアンカー効果として働き、コンクリート材料に対する高い物理的接着性を確保することができ、高い補強性能を付与することができる。また、凹凸の深さの上限値は特に限定されるものではないが、通常５００μｍ以下であり、撚糸数増加による繊維束の強力利用率低下抑制の観点から、４５０μｍ以下であることが好ましく、４００μｍ以下であることがより好ましい。
繊維束の凹凸の深さは、例えば、繊維束を構成する繊維単独での撚り数、繊維束の撚り数、繊維束の構成本数および樹脂の付着量（含有量）等を制御することにより、所望の値に調整することができる。なお、凹凸の深さは、例えば、定長状態を維持した繊維束について、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて繊維束表面の同一線上にて隣接する凹部の最低辺部と凸部の頂点との高さの差を複数箇所で測定し、その平均値として算出することができる。
【００１１】
本発明のコンクリート補強用繊維に含まれる繊維束の太さは、１５０〜１０００μｍであることが好ましく、２００〜９００μｍであることがより好ましく、２５０〜８００μｍであることがさらに好ましい。ここでいう「繊維束の太さ」とは、撚糸された繊維束の太さ（繊維束径）を意味し、繊維束が複数本の繊維束を合撚して得られる場合には、合撚糸状の繊維束の太さを意味する。繊維束の太さが上記範囲内にあると、繊維自体の強度や柔軟性を維持したまま、コンクリート中での繊維束の分散性がよく、十分な補強性能を得ることができる。本発明において、繊維束の太さは、例えば、定長状態を維持した繊維束について、光学顕微鏡を用いて繊維束の凹部および凸部における繊維径を測定し、その平均値として算出することができる。また、所定の長さの重量測定から算出するデニール（ｄｒ）から換算することにより算出することができる。
【００１２】
本発明において、繊維束のアスペクト比は、１０〜１０００であることが好ましく、１５〜９００であることがより好ましく、２０〜８００であることがさらに好ましい。繊維束のアスペクト比が上記範囲内にあると、モルタルやコンクリートに添加した場合に、繊維同士が絡まってできるファイバーボールを形成し難く、容易に均一な分散が可能となるため、補強性能を効果的に発現することができ、また外観的にも優れたコンクリートを得ることができる。なお、アスペクト比とは繊維（束）長（Ｌ）と繊維（束）太さ（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）を意味する。例えば、繊維束のアスペクト比は、所定量に切断された繊維束の長さおよび太さを光学顕微鏡で測定することにより算出することができる。
【００１３】
本発明のコンクリート補強用繊維は、繊維束の撚糸条件を制御して繊維束表面に特定の凹凸形状を形成することにより、コンクリート材料（セメントなど）に添加した場合に、当該凹凸がコンクリート硬化後の繊維の引き抜けを抑制するアンカー効果として働き、それによりセメント等に対する高い物理的接着性を生じる。このため、本発明のコンクリート補強用繊維は、優れた耐引抜き性等を発揮することができ、繊維自体の有するコンクリート材料に対する親和性（化学的接着性）に加え、高い物理的接着性により、モルタルやコンクリートをより強固に、かつ、効果的に補強することができる。
【００１４】
本発明において、撚糸状の繊維束は、所定の間隔の凹凸を有する限りその構成は特に限定されるものではなく、例えば、複数本の繊維または繊維束を撚り合わせることにより得られる繊維束であってもよく、単一の繊維束（単一糸）に撚りを施したものであってもよい。繊維束表面に凹凸を付与し易く、モルタルやコンクリートに対する高い物理的接着性をもたらし得ることから、本発明のコンクリート補強用繊維を構成する撚糸状の繊維束は、複数本の繊維または繊維束を撚り合わせて得られるものであることが好ましい。
【００１５】
本発明の好適な一実施態様において、撚糸状の繊維束は、複数本の繊維束を撚り合わせた構成を有する。この場合において、撚糸状の繊維束を構成する１本の繊維束の総合繊度は、撚糸数増加による強力利用率の低下の抑制、ならびに撚糸による繊維束の収束性および撚糸工程の優れた通過性確保の観点から、例えば、５００〜１００００ｄｔｅｘでることが好ましく、より好ましくは５５０〜９０００ｄｔｅｘ、さらに好ましくは６００〜８０００ｄｔｅｘである。また、前記１本の繊維束は、例えば、ヤーン繊度が１００〜５０００ｄｔｅｘの、好ましくは１５０〜４０００ｄｔｅｘの、より好ましくは２００〜３０００ｄｔｅｘの有機繊維を、例えば１〜６本、好ましくは２〜５本、より好ましくは３〜４本束状にした構成からなる。
【００１６】
本発明において、繊維束の凹凸の間隔や深さは、繊維束の撚り数や撚り状態、繊維束の構成本数、および樹脂の付着量（含有量）等の撚糸条件を制御することにより、所望の範囲に調整することができる。本発明において、繊維束の撚り数は、用いる繊維の種類や繊度、および単糸繊度等に応じて適宜決定することができるが、例えば、５〜７０回／１０ｃｍであることが好ましく、より好ましくは８〜６０回／１０ｃｍであり、特に好ましくは１０〜５０回／１０ｃｍである。繊維束の撚り数が上記範囲にあると、得られる繊維束の表面に、モルタルやコンクリートに対する高い物理的接着性をもたらし得る凹凸を付与することができる。
【００１７】
合撚状の繊維束である場合においては、下撚りを施していてもよい。下撚りを施す場合、その下撚りの撚り数は、用いる繊維の種類や繊度、および単糸繊度等に応じて適宜決定することができるが、例えば、５〜７０回／１０ｃｍであることが好ましく、より好ましくは８〜６０回／１０ｃｍであり、特に好ましくは１０〜５０回／１０ｃｍである。上記範囲の回数で下撚りを施すことにより、合撚後の繊維束の凹凸の深さを明確に維持でき、また凹凸を硬く強固にできるため、モルタルやコンクリートに対するより高い物理的接着性を確保することができる。
【００１８】
本発明において、下撚りを施す場合、上撚りの撚り数との組み合わせの関係において、下撚り数×上撚り数が、１０×５〜５０×５０回／１０ｃｍであることが好ましく、１５×１０〜４５×４５回／１０ｃｍであることがより好ましく、２０×１５〜４０×４０回／１０ｃｍであることが特に好ましい。上記回数で撚糸を施すことにより、合撚後の繊維束の強力利用率を維持でき、且つ凹凸を硬く強固にできるため、モルタルやコンクリートに対するより高い物理的接着性を確保することができる。
【００１９】
本発明において、撚糸は、片撚りであっても諸撚りであってもよく、Ｓ撚りであってもＺ撚りであってもよい。下撚りを施した複数本の撚糸に上撚りを施す場合には、下撚りの方向と上撚りの方向が逆方向であっても、同じ方向であってもよいが、バランスの良い撚りを施すためには下撚りと上撚りの方向が逆方向であることが好ましい。
【００２０】
本発明の好適な一実施態様において、撚糸状の繊維束は当該分野で公知の撚糸機を用いて作成することができる。具体的には、例えば、リング撚糸機等を用いて、各々の繊維に所定の撚りを掛けて巻き取った後、これらの繊維を束ね合撚を掛け繊維束を作成することができる。その後、例えば、樹脂含浸槽を用いて繊維束に樹脂を付与し、乾燥処理およびキュアリング処理を施すことにより、撚糸状態を固定し、一体化された撚糸状の繊維束を作製することができる。
【００２１】
本発明においては、有機繊維を用いることにより、繊維自体が適度な柔軟性を有することから、本発明のコンクリート補強用繊維は、混練時に強いシェアを与えられても折れにくく、繊維束形態を維持することができ、曲げ応力に対する高い耐性を有している。これにより、剛直な炭素繊維等の無機繊維を用いる場合と比較して繊維補強効果を効率的に得ることができる。このため、本発明のコンクリート補強用繊維は、モルタルやコンクリートに配合した場合に、優れた曲げ耐力や耐衝撃性を付与することができる。
【００２２】
本発明のコンクリート補強用繊維を構成する有機繊維は、モルタルやコンクリート中のセメントアルカリに対する化学的耐久性の観点から、耐アルカリ性有機繊維であることが好ましい。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と称することがある）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。中でも、モルタルやコンクリートに対する高い補強性能を確保しつつ、低コストで製造できる観点から、ポリビニルアルコール系繊維、ポリオレフィン系繊維、アラミド繊維およびアクリル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、アラミド繊維およびアクリル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特に好ましい。これらの有機繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００２３】
本発明のコンクリート補強用繊維において、有機繊維のヤング率は１０〜１０００ＧＰａであることが好ましく、１５〜９００ＧＰａであることがより好ましく、２０〜８００ＧＰａであることがさらに好ましい。ヤング率が上記範囲にあると、適度な剛性を有しながら、種々の方向への曲げ応力に対する耐性に優れ、高い繊維強力利用率を実現することができる。なお、ヤング率は、例えば、後述する実施例に記載する方法に従い、測定することができる。
【００２４】
本発明において、有機繊維の繊維強度は特に限定されるものではないが、繊維強度が高い方が、モルタルやコンクリートに添加した際に効果的に強度を高めることが可能であるため、例えば、４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であってよく、好ましくは５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であってよく、より好ましくは６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であってもよい。繊維強度の上限は、繊維の種類に応じて適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、例えば、３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であってよい。
【００２５】
また、有機繊維の引張伸度は特に限定されるものではないが、引張伸度が高い方が、モルタルやコンクリートに添加した際に効率的に補強効果を得ることが可能であるため、例えば３％以上であってよく、好ましくは４％以上であってよく、より好ましくは５％以上であってもよい。有機繊維の引張伸度の上限は、繊維の種類に応じて適宜決定することができ、特に限定されるものではないが、例えば２０％以下であってよい。
【００２６】
本発明のコンクリート補強用繊維は、樹脂を含んでなることが好ましい。コンクリート補強用繊維を構成する撚糸状の繊維束の内部や表面に樹脂が存在することにより、撚糸状の繊維束の撚糸状態を固定し一体化することができ、モルタルやコンクリートに添加した際にもその撚糸状態を維持することができ、高い補強性能を発揮することができる。また、樹脂が繊維束表面に薄く付着することにより、繊維束に適度な剛性をもたらし、より高い補強効果を得ることができる。
【００２７】
前記樹脂としては、撚糸状態の繊維束の内部や表面に樹脂を浸透または付着させた後、硬化させることにより繊維束の撚糸状態を固定することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。具体的には、エポキシ樹脂、ビニルエステル系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。中でも、耐アルカリ性、繊維束への含浸性、および取扱い時の安全性等の観点から、エポキシ樹脂、ビニルエステル系樹脂を用いることが好ましく、エポキシ樹脂を用いることがより好ましい。
【００２８】
本発明においては、前記樹脂を樹脂単独で用いてもよいが、必要に応じて、樹脂を硬化剤、硬化促進剤、溶剤等と混合した樹脂液（樹脂組成物）として用いることができる。
【００２９】
例えば、樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂の硬化剤としては、例えば、アミン系硬化剤、ポリアミノアミド系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール樹脂系硬化剤などが挙げられる。これらの硬化剤は、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化剤を用いる場合、硬化剤の量は特に限定されるものではなく、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）と硬化剤の配合割合（質量比、樹脂：硬化剤）は、例えば１：０．１〜１：１．５程度であってよい。
【００３０】
また、硬化促進剤としては、例えば、アミン類、アミド化合物、ホスフィン類などが挙げられる。これらの硬化促進剤は、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いてもよい。必要に応じて硬化促進剤を用いることにより、硬化反応の速度を速めて、樹脂の硬さや強度を高めることができる。
【００３１】
溶剤としては、水、炭化水素系溶剤、ハロゲン系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤などが挙げられる。これらの溶剤は、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶剤を用いる場合、溶剤の量は特に限定されるものではなく、所望する樹脂組成物の濃度および粘度等に応じて適宜決定すればよく、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）１００質量部に対して、例えば１０〜１２０質量部であってよく、２０〜１００質量部であってもよい。溶剤の量を調整することにより、繊維束に付着する樹脂量の制御がしやすくなり、例えば、溶剤を含まない樹脂組成物を用いることにより、比較的多くの樹脂を付着させることができる。
【００３２】
本発明において、前記樹脂の含有量は、コンクリート補強用繊維に含まれる全繊維の含有量（１００質量％）に対して、固形分換算として、３〜３０質量％であることが好ましく、４〜２５質量％であることがより好ましく、５〜２０質量％であることがさらに好ましい。樹脂の含有量が上記下限値以上であると、繊維束の撚糸状態をしっかりと固定することができ、繊維束に適度な剛直性をもたらすこともできる。また、樹脂の含有量が上記上限値以下であると、繊維束表面に存在する凹凸形状を被覆する樹脂の層を薄くすることができるため、実質的に凹凸形状をつぶすことなく、コンクリート材料との高い物理的接着性を確保することができる。樹脂量が少な過ぎる場合には、コンクリートに添加した際の補強効果を十分に確保することが困難であり、また、ミキサーでの混練時に繊維束が外れ、ファイバーボールを形成し、流動性が低下する傾向にある。一方、樹脂量が多過ぎる場合にも、その過度な剛直性より、ミキサーでの混練時に繊維束が折れてしまうため、コンクリートに配合した際の補強効果を十分に確保することが困難となる傾向にある。
【００３３】
通常、繊維束を被覆する樹脂の量が多くなるほど、繊維束の剛性が高まる傾向にあるため、従来技術においては、コンクリートに対する補強効果を向上させる観点から繊維束に付着させる樹脂量を多くする手法が一般に採用されている。これに対して、本発明は、繊維束に付着させる樹脂の量をできる限り少なくすることにより、有機繊維が元来有する繊維強度と適度な柔軟性を活用し、種々の曲げ応力に対する優れた耐性を確保するとともに、繊維束表面に形成した凹凸によるコンクリート材料に対する物理的接着性を最大限発揮させることで、多量の樹脂を付着させることにより得ていた繊維の剛性に起因する補強効果よりも優れた補強効果をもたらすことができる。
【００３４】
本発明のコンクリート補強用繊維は、例えば、有機繊維から構成される複数本の繊維束を撚り合わせることにより、その表面に０．５〜１０ｍｍの間隔で凹凸を有する撚糸状の繊維束を得る工程（撚糸工程）、得られた撚糸状の繊維束に樹脂を付着させる工程、および付着させた樹脂を硬化させる工程を含む方法により製造することができる。また本発明のコンクリート補強用繊維は、撚糸前の有機繊維に樹脂を付着させた後、撚糸工程を施し、次いで樹脂を硬化させる工程を含む方法によっても製造することができる。本発明のコンクリート補強用繊維の製造方法は、必要に応じて、所望の長さに繊維を切断する工程等を含んでいてよい。
【００３５】
撚糸工程は、既述した通り、得られる繊維束の表面に０．５〜１０ｍｍの間隔で凹凸を付与し得るような撚糸条件下で行われる。
【００３６】
繊維束への樹脂の付着は、従来公知の方法を用いることができ、例えば、繊維束または繊維を樹脂浴に浸漬して樹脂を含浸させる方法、繊維束に樹脂を吹き付ける方法、樹脂が付いた複数ローラーやガイドに繊維束を接触させ付与する方法などを用いることができる。なお、繊維束に対する樹脂の付着量は、樹脂濃度、樹脂浴への滞留時間、搾液ガイドあるいはニップローラー等により制御することができる。
【００３７】
樹脂の硬化方法および硬化条件は、用いる樹脂の種類に応じて適宜決定することができる。例えば、熱硬化性樹脂を用いる場合には、樹脂を付着した繊維束を、例えば１００〜２４０℃で０．１〜１時間硬化させることで、本発明のコンクリート補強用繊維を得ることができる。また、光硬化性樹脂を用いる場合には、例えば、紫外線照射等により行うことができる。
【００３８】
本発明のコンクリート補強用繊維の引張伸度は３〜２０％であることが好ましく、４〜１９％であることがより好ましく、５〜１８％であることがさらに好ましい。引張伸度が上記範囲内にあると、高い強力利用率を確保できるため好ましい。コンクリート補強用繊維の引張伸度は、使用する繊維の種類、樹脂の付着量、撚糸条件等により制御することができる。なお、引張伸度は、例えば、後述する実施例に記載する方法に従い、測定することができる。
【００３９】
本発明のコンクリート補強用繊維の引張強度は４００〜３０００Ｎ／ｍｍ２であることが好ましく、５００〜２８００Ｎ／ｍｍ２であることがより好ましく、６００〜２６００Ｎ／ｍｍ２であることがさらに好ましい。引張強度が上記範囲内にあると、高い補強性能を確保できるだけでなく、高い強力利用率を確保できるため好ましい。コンクリート補強用繊維の引張強度は、使用する繊維の種類、樹脂の付着量、撚糸条件等により制御することができる。なお、引張強度は、例えば、後述する実施例に記載する方法に従い、測定することができる。
【００４０】
本発明のコンクリート補強用繊維の繊維強力利用率は、例えば、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上であり、さらに好ましくは７０％以上である。なお、本発明においては、繊維を垂直に引張り求めた強度に対して、繊維を斜め４５°の角度で引張り求めた強度の割合を繊維強力利用率とする。
【００４１】
本発明のコンクリート補強用繊維は、セメントに対する化学的接着性および物理的接着性の両方に優れるため、モルタルやコンクリートに配合することにより、効果的にモルタルやコンクリートを補強することができる。そのため、本発明のコンクリート補強用繊維を含むモルタルやコンクリートは、種々の方向からの衝撃に対して高い耐性を有し、優れた耐久性を有する。なお、本発明において、単に「コンクリート補強」と記載されている場合においても、他に明確に記載しない限り、用語「コンクリート補強」にはモルタルの補強も含まれるものとする。
【実施例】
【００４２】
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。実施例および比較例中の「％」および「部」は、特記しない限り、「質量％」および「質量部」である。
【００４３】
コンクリート補強用繊維の繊維束の太さ（繊維束径）、アスペクト比、引張強度、引張伸度、表面凹凸の間隔および深さ、ならびに有機繊維のヤング率は、それぞれ、以下の方法に従い測定／算出した。
【００４４】
［繊維束の太さ］
所定の長さに切断された繊維束を無作為に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凹部および凸部の繊維径を各５０本ずつ光学顕微鏡により測定し、その平均値を繊維束の太さとした。
【００４５】
［アスペクト比］
所定の長さに切断された繊維束を、ＪＩＳ  Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準拠して平均繊維長を算出し、前述の繊維束の太さとの比により繊維のアスペクト比を算出した。
【００４６】
［引張強度］
ＪＩＳ  Ｌ  １０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」に準拠し、引張試験機インストロン５５４３型（ＩＮＳＴＲＯＮ社製）を用い、試長２００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎにて測定を実施した。
【００４７】
［引張伸度］
ＪＩＳ  Ｌ  １０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」に準拠し、引張試験機インストロン５５４３型（ＩＮＳＴＲＯＮ社製）を用い、試長２００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎにて測定を実施した。
【００４８】
［表面凹凸の間隔］
連続した繊維束を０．０９ｃＮ／ｄｔｅｘで枷取り固定し、任意の位置２５箇所に対し光学顕微鏡を用い、繊維束表面の同一線上にて隣接する凸部同士の頂点間の距離を測定し、その平均値を表面凹凸の間隔とした。
【００４９】
［表面凹凸の深さ］
前述の表面凹凸の間隔測定と同様に準備した繊維束を用い、任意の位置２５箇所に対し、光学顕微鏡を用い、繊維束表面の同一線上にて隣接する凹部の最低辺部と凸部の頂点との高さの差（距離）を測定し、その平均値を表面凹凸の深さとした。
【００５０】
［ヤング率］
ＪＩＳ  Ｌ  １０１３「化学繊維フィラメント糸試験方法」に準拠し、引張試験機インストロン５５４３型（ＩＮＳＴＲＯＮ社製）を用い、試長２００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎにて測定を実施した。
【００５１】
１．コンクリート補強用繊維の調製
以下の方法により、コンクリート補強用繊維の調製を行った。
（１）実施例１
引張強度：１０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度：６．７％、ヤング率：２６ＧＰａの１４００ｄｔｅｘのＰＶＡ長繊維（ポリビニルアルコール繊維：（株）クラレ社製）を、加地鉄工所社製リング撚糸機を用い、コード数３本、３０×１５回／１０ｃｍ（下撚り×上撚り）、工程速度１０ｍ／分で合撚しボビンに巻き取った。その後、１ｍ／分で回転する送り出しローラーより連続する繊維束を容積１．５Ｌの樹脂含浸槽へ送り出し、エポキシ樹脂（三菱化学社製：Ｗ２８２１Ｒ７０）、硬化剤（三菱化学社製：ＷＤ１１Ｍ６０）および水を３１％／３８％／３１％で混合した樹脂液内を通過させた後、ステンレス製棒ガイドを用いて余分な樹脂液を搾液した。その後、防爆乾燥機内で１８０℃×１０分、その後２３０℃×２分乾燥およびキュアリングを施し巻き取った。これらを束ね合わせてギロチンカットに導き、長さ３０ｍｍに切断し、本発明のコンクリート補強用繊維を得た。
【００５２】
（２）実施例２〜６
表１に記載するコード構成、コード数および樹脂含有量に変更した以外は、実施例１と同工程および同条件を用いて、各々のコンクリート補強用繊維を得た。なお、実施例４および６では、樹脂付着工程において、エポキシ樹脂および硬化剤のみを４５％／５５％で混合した樹脂液を使用した。
【００５３】
（３）実施例７
引張強度：２４．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度：４．５％、ヤング率７４ＧＰａの１６００ｄｔｅｘのアラミド繊維（帝人株式会社製）を用い、コード数を２本とした以外は、実施例１と同工程および同条件を用いて、コンクリート補強用繊維を得た。
【００５４】
（４）比較例１
表１に示す通り、打ち込みコード数を１本とし、撚数を８回／１０ｃｍとした以外は、全て実施例１と同工程および同条件を用いてコンクリート補強用繊維を得た。
【００５５】
（５）比較例２
表１に記載する撚数に変更した以外は、実施例３と同工程および同条件を用いて、コンクリート補強用繊維を得た。
【００５６】
（６）比較例３
表１に記載する撚数に変更した以外は、実施例３と同工程および同条件を用いて、コンクリート補強用繊維を得た。
【００５７】
（７）比較例４（モノフィラメント）
コンクリート補強用繊維として、４４００ｄｔｅｘのＰＶＡモノフィラメント繊維（（株）クラレ社製）を用いた。なお、このＰＶＡモノフィラメント繊維の引張強度は８８０ｃＮ／ｄｔｅｘであり、引張伸度は６．５％であり、ヤング率は２６ＧＰａであった。
【００５８】
２．コンクリート補強用繊維の評価
以下のコンクリート成分を用いて、得られたコンクリート補強用繊維の性能評価（流動性、曲げ強度およびタフネス）を行った。
＜コンクリート成分＞
セメント（Ｃ）        ：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
細骨材（Ｓ）          ：石見銀砂６．５号（瓢屋社製）
シリカフューム（ＳＦ）：Ｅｆａｃｏ  Ｓｉｌｉｃａ（ＥＦＡＣＯ社製）
添加剤（ＳＰ）        ：ＳＳＰ−１０４（竹本油脂社製）
水（Ｗ）              ：水道水
【００５９】
流動性、曲げ強度およびタフネスの評価は、それぞれ以下の方法に従い行った。
【００６０】
（１）流動性
（ｉ）測定方法
容量５０Ｌの二軸強制練りミキサー（メーカー：（株）マルイ製、品番：ＳＤ−５５）を用いて、Ｃ：９００質量部、Ｓ：９３０質量部、ＳＦ：２３０質量部を３０秒間ドライブレンドした後、Ｗ：１８０質量部およびＳＰ（２．５％／Ｃ）を添加し、掻き落としも含め８分間混合し、２０Ｌの水硬性組成物を得た。この水硬性組成物に対して、各々得られたコンクリート補強用繊維を２．０ｖｏｌ％添加し、更に２分混合した。
上記繊維を添加した水硬性組成物を、ＪＩＳ  Ａ１１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠してスランプフローを測定し、流動性を評価した。
【００６１】
（ｉｉ）評価基準
比較例４のモノフィラメントにおける流動性を基準として、以下の基準で評価した。
５：より優れている
４：優れている
３：同等（比較例４のモノフィラメントの流動性）
２：劣っている
１：より劣っている（ファイバーボール発生）
【００６２】
（２）曲げ強度
（ｉ）測定方法
前述したコンクリート補強用繊維を添加した水硬性組成物を、1０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの型枠に流し込んだ後、高温高湿槽にて４０℃×９８％ＲＨにて１日、更に９０℃×９８％ＲＨにて２日間養生処理を行い、角柱試験体を得た。
得られた試験体を用い、ＪＣＩ−ＳＦ４「繊維補強コンクリートの曲げ強度及びタフネス試験方法」に準拠して、曲げ強度試験を行った。
【００６３】
（ｉｉ）評価基準
比較例４のモノフィラメントにおける曲げ強度を基準として、以下の基準で評価した。
５：より優れている
４：優れている
３：同等（比較例４のモノフィラメントの曲げ強度）
２：劣っている
１：より劣っている
【００６４】
（３）タフネス（強靭性）
（ｉ）測定方法
上記（２）曲げ強度の測定用の角柱試験体と同様の条件および手順にて、角柱試験体を得た。得られた試験体を用いて、ＪＣＩ−ＳＦ４「繊維補強コンクリートの曲げ強度及びタフネス試験方法」に準拠して、曲げ強度試験を行い、得られた荷重−たわみ曲線下の面積から曲げタフネスを算出した。
【００６５】
（ｉｉ）評価基準
比較例４のモノフィラメントにおけるタフネスを基準として、以下の基準で評価した。
５：より優れている
４：優れている
３：同等（比較例４のモノフィラメントのタフネス）
２：劣っている
１：より劣っている
【００６６】
【表１】
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【００６７】
繊維束表面に０．５〜１０ｍｍの間隔で凹凸を有する本発明のコンクリート補強用繊維（実施例１〜７）では、撚糸されていないモノフィラメントからなり、繊維表面に凹凸を有しないコンクリート補強用繊維（比較例４）と比較して、コンクリートに添加した場合に優れた曲げ強度および／またはタフネスを付与し得ることが確認された。また、繊維束表面の凹凸が不明確なコンクリート補強用繊維（比較例１）や、表面に凹凸を有していてもその間隔が１０ｍｍを超えるまたは５ｍｍ未満であるコンクリート補強用繊維（比較例２および３）と比較しても、本発明のコンクリート補強用繊維はコンクリート補強効果に優れることが確認された。