(57)【要約】【課題】機械的強度が高く、且つ施工性が良い繊維強化コンクリートを提供すること。【解決手段】本発明に係る繊維強化コンクリートは、ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下である。繊維状物質の直径は６μｍ以上であることが好ましい。また、繊維状物質は束状の状態であることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含む繊維強化コンクリートであって、
前記繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下である、繊維強化コンクリート。
【請求項２】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含む繊維強化コンクリートであって、
前記繊維状物質の含有量が、前記繊維強化コンクリートの総量に対し０．０００１質量％以上であり、
前記繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下である、繊維強化コンクリート。
【請求項３】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含む繊維強化コンクリートであって、
前記繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下であり、
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した曲げ強度が、前記繊維状物質を含まないが同一成分のコンクリートの曲げ強度の１．０５倍以上である、繊維強化コンクリート。
【請求項４】
前記繊維状物質の直径が６μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化コンクリート。
【請求項５】
前記繊維状物質が束状である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化コンクリート。
【請求項６】
前記繊維状物質の含有量が１０質量％以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化コンクリート。
【請求項７】
前記繊維状物質の含有量が１質量％以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化コンクリート。
【請求項８】
前記繊維状物質が玄武岩繊維である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化コンクリート。
【請求項９】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、
コンクリートに対し、該コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、コンクリート強化剤。
【請求項１０】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、
コンクリートに対し、前記繊維状物質の含有量が該コンクリートの総量に対し０．０００１質量％以上、且つ該コンクリート１ｍ３あたりに含まれる該繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、コンクリート強化剤。
【請求項１１】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、
コンクリートに対し、該コンクリート１ｍ３あたりに含まれる該繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下となるように添加して、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した曲げ強度が、前記繊維状物質を含まないが同一成分のコンクリートの曲げ強度の１．０５倍以上になるように用いるための、コンクリート強化剤。
【請求項１２】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、
モルタルに対し、該モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、モルタルの流動性向上剤。
【請求項１３】
ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、
モルタルに対し、前記繊維状物質の含有量が該モルタルの総量に対し０．０００１質量％以上、且つ該モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、モルタルの流動性向上剤。
【請求項１４】
水と、セメントと、ＳｉＯ２を含む繊維状物質とを含むモルタルであって、
前記モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下である、モルタル。
【請求項１５】
水と、セメントと、ＳｉＯ２を含む繊維状物質とを含むモルタルであって、
前記繊維状物質の含有量が、前記モルタルの総量に対し０．０００１質量％以上であり、
前記モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下である、モルタル。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載のモルタルを硬化させる、繊維強化コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化コンクリート及びモルタルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子化合物や無機化合物からなる繊維状物質をコンクリートに添加して、コンクリートの機械的強度を高める技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、モルタル吸着量の逆数を１００倍した「集束結合度」が特定の値を示す非金属無機質繊維をコンクリートに添加することで、コンクリートの靱性を向上できることが報告されている。
【０００４】
しかしながら、このように繊維状物質をコンクリートに添加する場合、そのコンクリートの原料であるモルタルに繊維状物質を添加し、混練する必要がある。しかしながら、モルタルに繊維状物質を添加すると、粘度が向上し流動性が低くなるため、施工性が悪くなる。したがって、高い施工性と高い強度を兼ね備えるコンクリートを得るためには、さらなる改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−７９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、機械的強度が高く、且つ施工性が良い繊維強化コンクリート及びその原料であるモルタル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】
本発明者らは、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる、ＳｉＯ２を含む繊維状物質を、その表面積の総和が２×１０３ｍ２以下の割合となるように添加し、さらに表面積の総和を１×１０−２ｍ２以上とするか、繊維状物質の含有量を０．０００１質量％以上とすることで、機械的強度が高く、且つ施工性が良い繊維強化コンクリートが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は、以下のものを提供する。
【０００８】
（１）ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含む繊維強化コンクリートであって、
前記繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下である、繊維強化コンクリート。
【０００９】
（２）ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含む繊維強化コンクリートであって、
前記繊維状物質の含有量が、前記繊維強化コンクリートの総量に対し０．０００１質量％以上であり、
前記繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下である、繊維強化コンクリート。
【００１０】
（３）ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含む繊維強化コンクリートであって、
前記繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下であり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した曲げ強度が、前記繊維状物質を含まないが同一成分のコンクリートの曲げ強度の１．０５倍以上である、繊維強化コンクリート。
【００１１】
（４）前記繊維状物質の直径が６μｍ以上である、（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維強化コンクリート。
【００１２】
（５）前記繊維状物質が束状である、（１）〜（４）のいずれかに記載の繊維強化コンクリート。
【００１３】
（６）前記繊維状物質の含有量が１０質量％以下である、（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維強化コンクリート。
【００１４】
（７）前記繊維状物質の含有量が１質量％以下である、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の繊維強化コンクリート。
【００１５】
（８）前記繊維状物質が玄武岩繊維である、（１）〜（７）のいずれかに記載の繊維強化コンクリート。
【００１６】
（９）  ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、コンクリートに対し、該コンクリート１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、コンクリート強化剤。
【００１７】
（１０）  ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、コンクリートに対し、前記繊維状物質の含有量が該コンクリートの総量に対し０．０００１質量％以上、且つ該コンクリート１ｍ３あたりに含まれる該繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、コンクリート強化剤。
【００１８】
（１１）  ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、コンクリートに対し、該コンクリート１ｍ３あたりに含まれる該繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下となるように添加して、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した曲げ強度が、前記繊維状物質を含まないが同一成分のコンクリートの曲げ強度の１．０５倍以上になるように用いるための、コンクリート強化剤。
【００１９】
（１２）  ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、モルタルに対し、該モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、モルタルの流動性向上剤。
【００２０】
（１３）  ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含み、モルタルに対し、前記繊維状物質の含有量が該モルタルの総量に対し０．０００１質量％以上、且つ該モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下となるように添加して用いるための、モルタルの流動性向上剤。
【００２１】
（１４）  水と、セメントと、ＳｉＯ２を含む繊維状物質とを含むモルタルであって、前記モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下である、モルタル。
【００２２】
（１５）  水と、セメントと、ＳｉＯ２を含む繊維状物質とを含むモルタルであって、
前記繊維状物質の含有量が、前記モルタルの総量に対し０．０００１質量％以上であり、前記モルタル１ｍ３あたりに含まれる前記繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下である、モルタル。
【００２３】
（１６）  （１４）又は（１５）に記載のモルタルを硬化させる、繊維強化コンクリートの製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、機械的強度が高く、且つ施工性が良い繊維強化コンクリート及びその原料であるモルタルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１及び比較例１のコンクリート試験片の曲げ強度σｂ（Ｎ／ｍｍ２）対繊維状物質の割合（質量％）プロットである。
【図２】実施例１及び比較例１のコンクリート試験片の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）対繊維状物質の割合（質量％）プロットである。
【図３】実施例１及び比較例１、２のモルタルのフロー値（ｃｍ）対繊維状物質の割合（質量％）プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００２７】
なお、本明細書において、「モルタル」とは、「コンクリート」又は「繊維強化コンクリート」の原料として用い得る、少なくともセメントと水とを含む未硬化の混合物をいう。また、「コンクリート」及び「繊維強化コンクリート」とは、「モルタル」が硬化した混合物をいう。
【００２８】
＜第１の態様の繊維強化コンクリート＞
本発明に係る繊維強化コンクリートは、ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含むものであり、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下である。
【００２９】
このような繊維強化コンクリートは、繊維状物質を添加しないコンクリートと比較して、機械的強度が高くなり、また、流動性が、繊維状物質を添加しないコンクリートと同等か又はそれよりも高くなる。コンクリートに繊維状物質が添加されると、その繊維状物質は、ＳｉＯ２を含むため、ＳｉＯ２を主成分とするコンクリートに対する親和性が高く、分散性も高い。そして、このようにしてコンクリート中に分散された繊維状物質の周囲には、通常のコンクリートとは異なる、強度の高い相が形成される。このような層が分散して存在することにより、コンクリートの強度が全体として高められる。また、上述したとおり、ＳｉＯ２とモルタルとの親和性は高く、また接触面積も小さいため、流動性が低下しない。さらに、驚くべきことに、上述のような繊維状物質を特定の量以上添加すると、寧ろモルタルの流動性が向上することが見出された。このような現象は、通常の繊維強化コンクリートでは見られなかった現象である
【００３０】
なお、本明細書において、「表面積」とは、オリンパス社製工業用顕微鏡ＢＸＦＭにおいて測定した値をいう。ここで、「表面積」とは繊維及びコーティングされた繊維がコンクリートと接触している領域（接触領域）の集合である。繊維を含有したコンクリートの一部を切断し、その切断面に見られる繊維及びコーティングされた繊維に対してコンクリートが接触している領域を上記の顕微鏡で観察して、その接触領域を計測する。含有された繊維の表面積を求める対象であるコンクリートの複数の切断面を観察して、それらの切断面の顕微鏡観察から繊維及びコーティングされた繊維がコンクリートと接触している領域について各々計測し、外挿を伴って集計して、対象コンクリートに含まれる繊維の表面積の総和とする。
【００３１】
（繊維状物質）
繊維状物質としては、ＳｉＯ２を含むものであれば特に限定されない。ＳｉＯ２のみから構成されていてもよく、他の成分を含んでいてもよい。
【００３２】
一実施形態において、繊維状物質がＳｉＯ２以外の成分を含む場合、繊維状物質に含み得る金属元素としては、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、チタン、カリウム、リチウム、スカンジウム、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛等を含むことが好ましい。これらの金属元素の状態としては、特に限定されないが、少なくとも酸化物の状態で存在することが好ましく、原子比で８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上の金属元素が酸化物の状態で存在することがより好ましい。金属元素が酸化物の状態で存在することにより、機械的又は熱的な強度を高めることができる。また、酸化物は、一般的には、原料として鉱物を用いることや、金属や金属塩を加熱等によって酸化することにより、容易に得ることができるという利点も有する。なおここで「金属元素」とは、長周期型元素周期表でホウ素とアスタチンを結ぶ線より左側の元素が金属元素である。具体的に、ホウ素とアスタチンを結ぶ線は、Ｂ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｔｅ、Ａｔを通るものであるので、第三周期においてはＡｌ（アルミニウム）まで、第四周期においてはＧｅ（ゲルマニウム）まで、第五周期においてはＳｂ（アンチモン）まで、第六周期においてはＰｏ（ポロニウム）までの元素をいう。
【００３３】
一実施形態において、繊維状物質がＳｉＯ２以外の成分を含む場合、繊維状物質に含み得る非金属元素としては、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素を含むことができる。
【００３４】
一実施形態において、ＳｉＯ２の含有量としては、例えば繊維状物質の総量に対し５質量％以上、１０質量％以上、１５質量％以上、２０質量％以上、２５質量％以上、３０質量％以上、３５質量％以上、４０質量％以上、４５質量％以上、５０質量％以上、５５質量％以上、６０質量％以上、６５質量％以上、７０質量％以上、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上であってよい。ただし、ＳｉＯ２の含有量としては、繊維状物質の総量に対し５質量％未満であってもよい。一方で、放射線遮蔽剤に含まれるＳｉＯ２の含有量としては、繊維状物質の総量に対し、９５質量％以下、９０質量％以下、８５質量％以下、８０質量％以下、７５質量％以下、７０質量％以下、６５質量％以下、６０質量％以下、５５質量％以下、５０質量％以下、４５質量％以下、４０質量％以下、３５質量％以下、３０質量％以下、２５質量％以下、２０質量％以下、１５質量％以下、１０質量％以下であってよい。ただし、ＳｉＯ２の含有量としては、繊維状物質の総量に対し９５質量％超であってもよい。なお、本明細書において、各種元素の量は、測定対象を室温下で、日本電子製走査型電子顕微鏡ＪＳＭ−５６００）を用いて、エネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザーで測定した元素の量をいう。
【００３５】
一実施形態において、ＳｉＯ２の含有量としては、繊維状物質の総量に対し、３０質量％以上であることが好ましく、３５質量％以上であることがより好ましく、４０質量％以上であることがさらに好ましい。ＳｉＯ２の含有量が所要量以上であることにより、繊維の軽量性及び柔軟性を高め、コンクリートの軽量性及び靱性を高めることができる。一方で、繊維状物質に含まれるＳｉＯ２の含有量の上限値としては、７０質量％以下であることが好ましく、６５質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以下であることがさらに好ましい。
【００３６】
一実施形態において、金属元素の含有量としては、例えば繊維状物質の総量に対し１質量％以上、２質量％以上、５質量％以上、７質量％以上、１０質量％以上、１５質量％以上、２０質量％以上、２５質量％以上、３０質量％以上、３５質量％以上、４０質量％以上、４５質量％以上、５０質量％以上、５５質量％以上、６０質量％以上、６５質量％以上、７０質量％以上、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上であってよい。ただし、ＳｉＯ２の含有量としては、繊維状物質の総量に対し１質量％未満であってもよい。一方で、繊維状物質に含まれるＳｉＯ２の含有量としては、繊維状物質の総量に対し、９５質量％以下、９０質量％以下、８５質量％以下、８０質量％以下、７５質量％以下、７０質量％以下、６５質量％以下、６０質量％以下、５５質量％以下、５０質量％以下、４５質量％以下、４０質量％以下、３５質量％以下、３０質量％以下、２５質量％以下、２０質量％以下、１５質量％以下、１０質量％以下、７質量％以下、５質量％以下、２質量％以下、１質量％以下であってよい。ただし、金属元素の含有量としては、繊維状物質の総量に対し９５質量％超であってもよい。
【００３７】
一実施形態において、金属元素の含有量の総量としては、繊維状物質の総量に対し、１０質量％以上であることが好ましく、１２％質量以上であることがより好ましく、１５質量％以上であることがさらに好ましく、１７％質量以上であることが特に好ましい。金属元素の含有量が、所要量以上であることにより、繊維の強度を高めることができる。一方で、繊維状物質に含まれる金属元素の含有量としては、４５質量％以下であることが好ましく、４２質量％以下であることがより好ましく、４０質量％以下であることがさらに好ましく、３８質量％以下であることが特に好ましい。全金属元素の含有量が、所要量以下であることにより、繊維強化コンクリートをより軽量化することができる。また、繊維状物質の加工性を高めることもできる。
【００３８】
繊維状物質としては、人工物及び天然物由来のもののいずれを用いることもできる。一実施形態において、繊維状物質としては、経済性の観点から、鉱物を用いることが好ましい。鉱物としては、例えば、火成岩、堆積岩、変成岩を用いることができる。火成岩は、ＳｉＯ２を含んでいるため、繊維の原料としてそのまま用いることができる。また、火成岩は、採掘量が多いため、経済的な観点からも利点を有する。火成岩としては、例えば、かんらん岩、斑れい岩、閃緑岩、花こう閃緑岩、花こう岩、キンバリー岩、玄武岩、安山岩、デーサイト、流紋岩を用いることができる。この中でも、玄武岩を用いることがより好ましい。
【００３９】
玄武岩は、上述したように火成岩の一種であり、ＳｉＯ２の含有量が４５〜５２質量％で斑状組織を有するものである。玄武岩は、輝石・かんらん石や斜長石等を含む鉱物であり、地球表面で最も一般的に見られる岩石である。したがって、玄武岩を用いることにより、繊維状物質の原料コストの増大や、大量製造・採掘による環境への悪影響を抑制することができるという利点を有する。また、玄武岩は繊維化しやすいという利点もあり、バサルトファイバーとして市販されている。
【００４０】
玄武岩は、採掘される場所によって、アルカリ玄武岩、洪水玄武岩、海洋島玄武岩、深海底玄武岩、島弧玄武岩等に分類され、それぞれ含まれる元素の種類やその含有量が僅かに異なるが、ケイ素、アルミニウム、鉄、マグネシウム及びカルシウムの酸化物を主成分とする。具体的に、玄武岩の組成としては、概ね、酸化ケイ素４０〜６０質量％、酸化アルミニウム１０〜２０質量％、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３の合計）５〜１５質量％、酸化マグネシウム１〜１５質量％、酸化カルシウム５〜１５質量％、酸化チタン０〜５質量％、酸化マンガン０〜５質量％、酸化ナトリウム０〜５質量％、酸化カリウム０〜３質量％、五酸化二リン０〜１質量％程度である。
【００４１】
一実施形態において、繊維状物質の繊維径（繊維の直径）は、例えば６μｍ以上、８μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、３０μｍ以上、３５μｍ以上、４０μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、６０μｍ以上、７０μｍ以上、８０μｍ以上、９０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以上であってよい。ただし、繊維径としては、６μｍ未満であってもよい。繊維径が所要量以上であることにより、繊維の強度をより高め、コンクリートの靱性を高めることができる。一方で、繊維径としては、例えば２０ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、１２０μｍ以下、１００μｍ以下、８０μｍ以下、５０μｍ以下であってよい。ただし、繊維径としては、２０ｍｍ超であってもよい。繊維径が所要量以下であることにより、繊維の柔軟性をより高め、コンクリートの靱性を高めることができる。なお、「繊維径」とは、繊維軸方向に垂直な断面が円形である場合にはその直径をいい、円形でない場合には繊維軸方向に垂直な断面の重心から断面の両端に延びた直線のうち、最長のものをいう。
【００４２】
一実施形態において、繊維状物質の繊維長（繊維の長さ）は、例えば２０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以上、２００ｍｍ以上、５００ｍｍ以上、１０００ｍｍ以上、２０００ｍｍ以上、５０００ｍｍ以上、１００００ｍｍ以上であってよい。ただし、繊維長としては、０．１ｍｍ未満であってもよい。繊維長が所要量以上であることにより、繊維の強度を高め、コンクリートの靱性をより高めることができる。一方で、繊維長としては、２００００ｍｍ以下、１００００ｍｍ以下、５０００ｍｍ以下、２０００ｍｍ以下、１０００ｍｍ以下、５００ｍｍ以下、２００ｍｍ以下、１００ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下であってよい。ただし、繊維長としては、１０００ｍｍ超であってもよい。繊維径が所要量以下であることにより、モルタルの混合のハンドリング性を高めることができる。
【００４３】
一実施形態において、繊維状物質の密度としては、例えば１．０ｇ／ｃｍ３以上、１．１ｇ／ｃｍ３以上、１．２ｇ／ｃｍ３以上、１．３ｇ／ｃｍ３以上、１．４ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１．５ｇ／ｃｍ３以上、１．７ｇ／ｃｍ３以上、２．０ｇ／ｃｍ３以上、２．１ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。ただし、密度としては、１．０ｇ／ｃｍ３未満であってもよい。密度が所要量以上であることにより、コンクリートの密度と近いものとなり、分散性を高め、強度及び施工性を高めることができる。一方で、密度としては、例えば、５．０ｇ／ｃｍ３以下、４．５ｇ／ｃｍ３以下、４ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、３．５ｇ／ｃｍ３以下、３．２ｇ／ｃｍ３以下、３．０ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、２．７ｇ／ｃｍ３以下、２．６ｇ／ｃｍ３以下、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることがさらに好ましい。ただし、密度としては、５．０ｇ／ｃｍ３超であってもよい。密度が所要量以下であることにより、コンクリートの密度と近いものとなり、繊維状分散性を高め、強度及び施工性を高めることができ、また、コンクリートの軽量性を確保することができる。
【００４４】
繊維状物質の含有数としては、特に限定されず、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに１つ含まれていても、２つ以上が含まれていてもよい。また、繊維状物質１つが、繊維強化コンクリート１ｍ３単位の複数に存在する場合、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりの平均個数が０超１未満であってもよい。
【００４５】
一実施形態において、繊維状物質の表面積としては、例えば２×１０−９ｍ２／ｇ以上、５×１０−９ｍ２／ｇ以上、１×１０−８ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、７×１０−８ｍ２／ｇ以上、５×１０−７ｍ２／ｇ以上、２×１０−７ｍ２／ｇ以上、１×１０−７ｍ２／ｇ以上であることがより好ましい。表面積が所要量以上であることにより、繊維の強度をより高め、コンクリートの靱性を高めることができる。ただし、繊維状物質の表面積としては、例えば２×１０−９ｍ２／ｇ未満であってもよい。一方で、繊維状物質の表面積としては、例えば、２×１０−３ｍ２／ｇ以下、１×１０−３ｍ２／ｇ以下、７×１０−４ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、５×１０−４ｍ２／ｇ以下、２×１０−４ｍ２／ｇ以下、１×１０−４ｍ２／ｇ以下であることがより好ましく、７×１０−５ｍ２／ｇ以下、５×１０−５ｍ２／ｇ以下、２×１０−５ｍ２／ｇ以下であることがさらに好ましい。表面積が所要量以下であることにより、モルタルの流動性をより向上させることができる。
【００４６】
一実施形態において、繊維状物質としては、上述したとおり繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下として添加する限りにおいて、束状であるものを用いることもできる。この場合、表面積としては、束状物の表面積を、表面積の総和の算出に用いる。
【００４７】
一実施形態において、繊維状物質が束状である場合、繊維状物質としては、バインダ樹脂、カップリング剤により結合されたものや繊維を撚り併せて撚糸としたもの、潤滑剤を塗布したものを用いることが好ましい。繊維状物質を束状として用いることにより、繊維一本当たりが細いことに繊維の柔軟性を保持しながらも、全体として繊維状物質の表面積を低下させることができ、結果としてコンクリート施工の際の流動性を確保することができる。なお、バインダ樹脂としては、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、グリオキザール樹脂、フェノール樹脂、ブタジエン樹脂、メタクリル樹脂等を用いることができる。また、カップリング剤としては、アクリルシアン、アミノシラン等を用いることができる。さらに、潤滑剤としてはアンモニウム塩等を用いることができる。
【００４８】
一実施形態において、繊維状物質の含有量としては、例えば繊維強化コンクリートの総量に対し０．０００１質量％以上、０．０００２質量％以上、０．０００５質量％以上、０．００１質量％以上、０．００２質量％以上、０．００５質量％以上、０．０１質量％以上、０．０２質量％以上、０．０５質量％以上、０．１０質量％以上、０．１１質量％以上、０．１２質量％以上、０．１３質量％以上、０．１４質量％以上、０．１５質量％以上、０．１６質量％以上、０．１７質量％以上、０．１８質量％以上、０．１９質量％以上、０．２０質量％以上、０．２２質量％以上、０．２４質量％以上、０．２６質量％以上、０．２８質量％以上、０．３０質量％以上、０．３２質量％以上、０．３４質量％以上、０．３６質量％以上、０．３８質量％以上、０．４０質量％以上、０．４２質量％以上、０．４４質量％以上、０．４６質量％以上、０．４８質量％以上、０．５０質量％以上、０．５５質量％以上、０．６０質量％以上、０．６５質量％以上、０．７０質量％以上、０．７５質量％以上、０．８０質量％以上であってよい。ただし、繊維状物質の含有量としては、繊維強化コンクリートの総量に対し０．０００１質量％未満であってもよい。本発明に係る繊維強化コンクリートは、繊維状物質を微量でも添加すると、曲げ強度が向上する。また、０．１５質量％以上添加することで、驚くべきことに、繊維強化コンクリートの原料たるモルタルの流動性を高められる。また、繊維状物質の含有量としては、繊維強化コンクリートの総量に対し２０質量％以下、１９質量％以下、１８質量％以下、１７質量％以下、１６質量％以下、１５質量％以下、１４質量％以下、１３質量％以下、１２質量％以下、１１質量％以下、１０質量％以下、９質量％以下、８質量％以下、７質量％以下、６質量％以下、５質量％以下、４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下、１質量％以下であってよい。ただし、繊維状物質の含有量としては、繊維強化コンクリートの総量に対し２０質量％超であってもよい。
【００４９】
上述したとおり、本発明に係る繊維強化コンクリートは、１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が１×１０５ｍ２以下である。一般的に、繊維状のものはなるべく細く（径が小さく）、またその長さは短い方がコンクリートへの分散性が高いため、繊維強化コンクリートの１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和は大きくなる傾向にある。
【００５０】
これに対し、本発明者らの知見によれば、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の比表面積の総和を寧ろ小さくすることで、従来の繊維強化コンクリートにおいて起こる流動性低下の問題を解決できることが見出された。また、繊維状物質がＳｉＯ２を含むことで、モルタルの主成分であるＳｉＯ２との親和性を高める、また密度を同等として、分散性を高めることで、流動性を維持できることも見出した。
【００５１】
一実施形態において、繊維強化コンクリートの、１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和としては、２×１０３ｍ２以下、１×１０３ｍ２以下、７×１０２ｍ２以下、５×１０２ｍ２以下、２×１０２ｍ２以下、１×１０２ｍ２以下、７×１０ｍ２以下、５×１０ｍ２以下、２×１０ｍ２以下、１×１０ｍ２以下であることが好ましい。また、表面積の総和としては、１×１０−２ｍ２以上、７×１０−１ｍ２以上、５×１０−１ｍ２以上、２×１０−１ｍ２以上、１×１０−１ｍ２以上であってよい。
【００５２】
以上のような繊維状物質によれば、コンクリートの靱性、特に曲げ強度を高め、また、モルタルの流動性を向上させることができる。すなわち、以上のような繊維状物質は、コンクリート強化剤や、モルタルの流動性向上剤として利用することができる。
【００５３】
（その他の成分）
本発明のコンクリートは、以上のような繊維状物質の他に、少なくともセメント及び水を含んでなる。また、用途に応じて、土木又は建築用に用いられる、粗骨材、細骨材、混和剤等を含むことができる。
【００５４】
本発明の繊維強化コンクリートは、本発明の効果を阻害しない限りにおいて、いかなる成分も含有することができる。このような成分としては、いずれもモルタルやコンクリートに含有することができる増粘剤、流動化剤、減水剤、分散剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、速硬剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、ポゾラン反応性物質、乾燥収縮低減剤、膨張材、気泡材発生剤、消泡剤、再乳化形粉末樹脂、ポリマーディスパーション、撥水剤、増量材等が挙げられる。特に、例えば、練り置きをする場合等は、材料分離をより確実に防止する観点から増粘剤を含有使用することが好ましい。増粘剤としては、フレッシュコンクリートの長距離圧送を伴う場合は、粘度の変化に関しチキソトロピー性を具備するものを使用することが好ましい。また、短繊維を多目に使用する場合等では、その分散性を幇助する上で、減水剤類を併用することが好ましい。
【００５５】
従来の繊維強化コンクリートの原料たるモルタルでは、上述したように、繊維状物質を添加することにより、流動性が低下する。なおこのような場合、例えば、流動化剤を添加することにより流動性を向上させてモルタルの混練の操作性を高めることが一般に行われている。これに対し、本発明の繊維強化コンクリートの原料たるモルタルでは、上述した特定の繊維状物質を添加することにより、流動性の低下を防止することができる。したがって、上述した特定の繊維状物質以外の流動化剤の添加量としては、繊維強化コンクリートの総量に対し、例えば５質量％以下、２質量％以下、１質量％以下、０．５質量％以下、０．２質量％、０．１質量％以下、０．０５質量％以下、０．０２質量％以下、０．０１質量％以下、０．００５質量％以下、０．００２質量％以下、０．００１質量％以下、０．０００５質量％以下、０．０００２質量％以下、０．０００１質量％以下と、従来の繊維強化コンクリートと比べて少量であってよい。また、上述した特定の繊維状物質以外の流動化剤の添加量としては、０質量％以上、０．００００１質量％以上、０．００００２質量％以上であってよい。
【００５６】
繊維強化コンクリートの曲げ強度としては、繊維状物質を含まないが同一成分のコンクリートの曲げ強度の１．０５倍以上、１．１倍以上、１．２倍以上、１．３倍以上、１．４倍以上、１．５倍以上、１．６倍以上、１．７倍以上、１．８倍以上、１．９倍以上、２．０倍以上、２．２倍以上、２．４倍以上、２．６倍以上、２．８倍以上、３．０倍以上、３．５倍以上、４倍以上であってよい。なお、「曲げ強度」とは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した値をいう。
【００５７】
以上のような繊維強化コンクリートは、強度が高く且つ施工性に優れる。強度の観点からは、最大で繊維状物質を添加しない従来のコンクリートに比べて、驚くべきことに、例えば４〜５倍の曲げ強度を有するものとなり得る。これは、コンクリートを従来の１／４〜１／５の薄さ、使用量とすることができ、繊維状物質のコストを加えたとしても、十分にコストを低減させることができる。
【００５８】
（第１の態様のモルタル）
本発明に係るモルタルは、水と、セメントと、ＳｉＯ２を含む繊維状物質とを含むモルタルであって、モルタル１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下であるものである。このようなモルタルを効果することにより、上述した第１の態様の繊維強化コンクリートを製造することができる。
【００５９】
モルタル中の水の含有量としては、特に制限されず、例えば３０質量％以上、３５質量％以上、４０質量％以上、４５質量％以上であってよい。また、水の含有量としては、例えば７５質量％以下、７０質量％以下、６５質量％以下、６０質量％以下であってよい。
【００６０】
なお、このモルタルに含まれる、繊維状物質、セメント、その他の成分としては、第１の態様の繊維強化コンクリートと同様のものを、同様の使用量で用いることができる。なお、モルタルを硬化させることにより、水がごく僅かに蒸発するが、使用量の範囲に影響を及ぼすものではない。
【００６１】
モルタルのフロー値としては、繊維状物質を含まないが同一成分のモルタルの曲げ強度の０．９０倍以上、０．９２倍以上、０．９５倍以上、０．９７倍以上、１倍以上、１．０２倍以上、１．０５倍以上、１．０７倍以上、１．１倍以上、１．１２倍以上、１．１５倍以上、１．１７倍以上、１．２０倍以上、１．２２倍以上、１．２５倍以上、１．２７倍以上、１．３０倍以上であってよい。なお、「フロー値」とは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した値をいう。このフロー値は、流動性の指標として用いられるものである。
【００６２】
（製造方法）
本発明に係る繊維強化コンクリートの製造方法は、少なくとも、水と、セメントと、ＳｉＯ２を含む繊維状物質とを、得られるモルタル１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が１×１０−２ｍ２以上２×１０３ｍ２以下となるように混練してモルタルを得た後、そのモルタルを硬化する方法である。
【００６３】
原料の混練方法、及びモルタルの硬化の方法やそれらに用いる機器としては、土木・建築の分野において従来行われている方法であれば特に限定されない。
【００６４】
＜第２の態様の繊維強化コンクリート＞
本発明に係る繊維強化コンクリートは、ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含むものであり、繊維状物質の含有量が、繊維強化コンクリートの総量に対し０．０００１質量％以上であり、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下である。
【００６５】
このような繊維強化コンクリートによれば、第１の態様の繊維強化コンクリートと同様にして、繊維状物質を添加しないコンクリートと比較して、機械的強度が高くなり、また、その原料たるモルタルの流動性が、繊維状物質を添加しないコンクリートと同等か又はそれよりも高くなる。
【００６６】
このような繊維強化コンクリートの原料たるモルタルにおいても、繊維状物質の含有量
及び繊維状物質の表面積の総和は、上述した第２の態様の繊維強化コンクリートのものと同様である。
【００６７】
なお、第２の態様の繊維強化コンクリート及びその原料たるモルタルにおける、繊維状物質の含有量及び繊維状物質の表面積の総和以外の、繊維状物質、その他の成分及び製造方法に関するその他の特徴は、上述した第１の態様の繊維強化コンクリートの特徴と同様である。
【００６８】
＜第３の態様の繊維強化コンクリート＞
本発明に係る繊維強化コンクリートは、ＳｉＯ２を含む繊維状物質を含むものであり、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和が２×１０３ｍ２以下であり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した曲げ強度が、前記繊維状物質を含まないが同一成分のコンクリートの曲げ強度の１．０５倍以上である。
【００６９】
このような繊維強化コンクリートによれば、第１の態様の繊維強化コンクリートと同様にして、繊維状物質を添加しないコンクリートと比較して、高い機械的強度を有するものであり、また、その原料たるモルタルの流動性が、繊維状物質を添加しないコンクリートと同等か又はそれよりも高くなる。
【００７０】
なお、第３の態様の繊維強化コンクリート及びその原料たるモルタルにおける、繊維状物質の含有量、繊維強化コンクリートの曲げ強度以外の、繊維状物質、その他の成分及び製造方法に関するその他の特徴は、上述した第１の態様の繊維強化コンクリートの特徴と同様である。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明の実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、この実施例に何ら限定されるものではない。
【００７２】
＜コンクリート試験片の作製＞
以下の手順に従い、実施例１及び比較例１、２のコンクリート試験片を作製した。
【００７３】
（実施例１）
室温で、８５０ｇのセメントと、４５０ｇの水と、バサルトファイバー（玄武岩繊維）の撚糸（１本あたり繊維径１２μｍの繊維を約１５００本を束ねて撚って、直径１ｍｍ、長さ１２ｍｍの撚糸状としたもの）と、細骨材と、フライアッシュと、減水材とを混合し、ステンレス容器中でモルタルミキサーを用いて１５０ｒｐｍで５分混練し、スラリー状のモルタルを得た。次いで、乾燥養生してモルタルを硬化させ、供試体型枠によって４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍのコンクリート試験片を得た。
【００７４】
ここで、バサルトファイバーの撚糸を１３ｇ（モルタルの総量に対する撚糸量（以下、「繊維状物質の割合」ということもある。）０．５質量％）、２０ｇ（繊維状物質の割合０．７５質量％）、２６ｇ（繊維状物質の割合１質量％）と変化させた。なお、これらの試料の、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和は、それぞれ６．４ｍ２、９．５ｍ２、１２．７ｍ２である。
【００７５】
（比較例１）
バサルトファイバーの撚糸を添加しなかったこと以外、実施例１と同様にして、コンクリート試験片を得た。
【００７６】
（比較例２）
バサルトファイバーの撚糸の代わりに、繊維径５μｍのカーボンファイバー繊維を用いたこと以外、実施例１と同様にして、コンクリート試験片を得た。なお、繊維強化コンクリート１ｍ３あたりに含まれる繊維状物質の表面積の総和は、それぞれ５．０×１０３ｍ２、７．５×１０３ｍ２、１．０×１０４ｍ２である。
【００７７】
＜コンクリート試験片の評価＞
以下の手順に従い、実施例１及び比較例１、２のコンクリート試験片の曲げ強度、フロー値及び圧縮強度を測定・評価した。
【００７８】
（曲げ強度試験）
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して曲げ強度を測定した。図１は、実施例１及び比較例１のコンクリート試験片の曲げ強度σｂ（Ｎ／ｍｍ２）対繊維状物質の割合（質量％）プロットである。なお、比較例１においては繊維状物質を添加していないため、図１において、便宜上、横軸である繊維状物質の割合に関わらず、無添加（繊維状物質の割合が０質量％）の値を記載した。
【００７９】
図１から分かるように、特定の繊維状物質を添加した実施例１のコンクリート試験片は、繊維状物質を添加していない比較例１のコンクリート試験片に比べて、高い曲げ強度を示した。その曲げ強度の上昇は、繊維状物質の割合にしたがって増加することも分かった。
【００８０】
（圧縮強度試験）
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して圧縮強度を測定した。図２は、実施例１及び比較例１のコンクリート試験片の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）対繊維状物質の割合（質量％）プロットである。なお、比較例１においては繊維状物質を添加していないため、図２において、便宜上、横軸である繊維状物質の割合に関わらず、無添加（繊維状物質の割合が０質量％）の値を記載した。
【００８１】
図２から分かるように、特定の繊維状物質を添加した実施例１のコンクリート試験片は、繊維状物質を添加していない比較例１のコンクリート試験片に比べて、圧縮強度に大きな変化はなかった。
【００８２】
（フロー値試験）
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠してフロー値を測定した。図３は、実施例１及び比較例１、２のモルタルのフロー値（ｃｍ）対繊維状物質の割合（質量％）プロットである。なお、比較例１においては繊維状物質を添加していないため、図３において、便宜上、横軸である繊維状物質の割合に関わらず、無添加（繊維状物質の割合が０質量％）の値を記載した。
【００８３】
図３から分かるように、特定の繊維状物質を添加した実施例１のモルタルは、繊維状の物質が低い場合、具体的に０．１５質量％未満では、コンクリート繊維状物質を添加していない比較例１のモルタルと同等であり、繊維状物質の添加による流動性の低下は見られなかった。０．１５質量％を超えると、驚くべきことに、コンクリート繊維状物質を添加していない比較例１のモルタルに比べてフロー値が高くなった。これに対し、比較例２のモルタルでは、その繊維状物質の割合が増加するとともに、コンクリート繊維状物質を添加していない比較例１のモルタルに比べてフロー値が減少することが分かった。以上からも分かるように、特定の繊維状物質を添加することにより、フロー値を低下させることを防止し、そしてさらに特定の量以上添加することにより、フロー値を向上させることができる。
【図１】
2019137582.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019137582.tif 000005