(57)【要約】【課題】コンクリート材に対する高い定着力を有するコンクリート補強用繊維強化複合材料およびそれを含むコンクリート構造物を提供する。【解決手段】強化繊維の束と熱可塑性樹脂を含む線状物であるコンクリート補強用繊維強化複合材料。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維の束と熱可塑性樹脂を含む線状物であるコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項２】
繊維体積含有率（Ｖｆ値）が、１０％以上７０％以下である請求項１に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項３】
前記コンクリート補強用繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の太さが０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である請求項１または２に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項４】
前記強化繊維は、炭素繊維である請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂である請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項６】
少なくとも１箇所が曲がった形状をなしている請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項７】
前記コンクリート補強用繊維強化複合材料の長さ方向の長さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料を含むコンクリート材からなるコンクリート構造物。
【請求項９】
前記コンクリート材における前記コンクリート補強用繊維強化複合材料の含有量が１ｋｇ／ｍ３以上３５０ｋｇ／ｍ３以下である請求項８に記載のコンクリート構造物。
【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強化複合材料およびそれを含むコンクリート構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
柱や住宅、高層ビル等の建造物には、コンクリートが多用されている。建造物にコンクリートを用いる場合、コンクリートのみでは強度が不足する。そこで、コンクリートの強度を補強するために、コンクリート内部に補強材が配される。補強材が配されたコンクリートとしては、例えば、芯に鉄筋を配した鉄筋コンクリートや、金属繊維を配合した鋼繊維補強コンクリートが挙げられる。
【０００３】
大気中の二酸化炭素がコンクリート内に侵入すると、コンクリートが中性化する。コンクリートの中性化が進行するに伴って、コンクリート内部に配された鉄筋や金属繊維を構成する金属が錆びやすくなる。コンクリート内部で錆が発生すると、コンクリートにひび割れが生じる。さらに、コンクリートが金属繊維を含む場合、金属繊維は端部が非常に鋭利であるため、金属繊維により作業者が負傷する危険性がある。これらの理由から、金属に替わる補強材が考案されている。金属に替わる補強材としては、例えば、炭素繊維が挙げられる。
【０００４】
コンクリートに炭素繊維を配合する技術としては、例えば、セメント系無機質材に、エポキシ樹脂等のサイジング材を０．１質量％以上１０質量％以下程度付与した炭素繊維を配合することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、コンクリートに炭素繊維を配合する技術としては、炭素繊維を１２０００本束ねた炭素繊維束にエポキシ樹脂を付与し、繊維ストランドに占める炭素繊維単糸の含有率が８５質量％以上９９．８質量％の炭素繊維ストランドを作製し、コンクリートにその炭素繊維ストランドを混合して、炭素繊維強化コンクリートを得ることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１１０４８６号公報
【特許文献２】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】
【０００７】
しかしながら、サイジング材を０．１質量％以上１０質量％以下程度付与した炭素繊維や、炭素繊維を１２０００本束ねた炭素繊維束にエポキシ樹脂を付与し、繊維ストランドに占める炭素繊維単糸の含有率が８５質量％以上９９．８質量％の炭素繊維ストランドは、コンクリートに対する定着力が十分ではなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、コンクリート材に対する高い定着力を有するコンクリート補強用繊維強化複合材料およびそれを含むコンクリート構造物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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
［１］強化繊維の束と熱可塑性樹脂を含む線状物であるコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［２］繊維体積含有率（Ｖｆ値）が、１０％以上７０％以下である前記［１］に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［３］前記コンクリート補強用繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の太さが０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である前記［１］または前記［２］に記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［４］前記強化繊維は、炭素繊維である前記［１］〜前記［３］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［５］前記熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂である前記［１］〜前記［４］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［６］少なくとも１箇所が曲がった形状をなしている前記［１］〜前記［５］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［７］前記コンクリート補強用繊維強化複合材料の長さ方向の長さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である前記［１］〜前記［６］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料。
［８］前記［１］〜前記［７］のいずれかに記載のコンクリート補強用繊維強化複合材料を含むコンクリート材からなるコンクリート構造物。
［９］前記コンクリート材における前記コンクリート補強用繊維強化複合材料の含有量が１ｋｇ／ｍ３以上３５０ｋｇ／ｍ３以下である前記［８］に記載のコンクリート構造物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンクリート材に対する高い定着力を有するコンクリート補強用繊維強化複合材料およびそれを含むコンクリート構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の形状を示す模式図である。
【図２】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の形状を示す模式図である。
【図３】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の形状を示す模式図である。
【図４】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の形状を示す模式図である。
【図５】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の表面に形成された凹凸、凹部または凸部を示す模式図である。
【図６】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の表面に形成された凹部を示す模式図である。
【図７】本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料の表面に形成された凹凸または凸部を示す模式図である。
【図８】実施例において、繊維強化複合材料とコンクリート材との定着性の評価方法を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料およびそれを含むコンクリート構造物の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１３】
［コンクリート補強用繊維強化複合材料］
本実施形態のコンクリート補強用繊維強化複合材料（以下、「繊維強化複合材料」という。）は、強化繊維の束と熱可塑性樹脂を含む線状物である。
すなわち、本実施形態の繊維強化複合材料の形状は、線状であり、細長い形状である。
【００１４】
繊維強化複合材料は、コンクリート組成物中に配合して用いられる。
なお、本実施形態の繊維強化複合材料において、コンクリートは、砂、砂利、セメント、水等を混合して得られたものに限定されず、砂利等を含まないモルタルや、砂等も含まないセメントも含む。
【００１５】
本実施形態の繊維強化複合材料に含まれる強化繊維は、後述する強化繊維の群から適宜選択されるが、それらの強化繊維の中でも炭素繊維が好ましい。
【００１６】
本実施形態の繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂は、後述する熱可塑性樹脂の群から適宜選択されるが、それらの中でも熱可塑性エポキシ樹脂が好ましい。
【００１７】
本実施形態の繊維強化複合材料は、繊維体積含有率（Ｖｆ値）、すなわち、強化繊維の含有率が、１０％以上７０％以下であることが好ましい。
繊維体積含有率（Ｖｆ値）が１０％以上であれば、繊維強化複合材料において、繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の強度を反映させることができる。一方、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が７０％以下であれば、熱可塑性樹脂とコンクリート材との高い定着力を保持することができる。
また、繊維強化複合材料を配合して得られるコンクリート構造物に対して優れた強度を付与することができる観点から、繊維体積含有率（Ｖｆ値）は、１５％以上５０％以下であることがより好ましく、２０％以上４０％以下であることがさらに好ましい。
【００１８】
本実施形態の繊維強化複合材料における繊維体積含有率（Ｖｆ値）は、下記の式（１）によって算出することができる。
Ｖｆ値（％）＝（Ｗ−ρ３×Ｖ）／［（ρ２−ρ３）×Ｖ］×１００・・・（１）
【００１９】
上記の式（１）において、Ｗは繊維強化複合材料の質量（ｇ）、Ｖは繊維強化複合材料の体積（ｃｍ３）、ρ２は繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）、ρ３は繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）を表す。
【００２０】
本実施形態の繊維強化複合材料は、繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の太さが０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが最も好ましい。
繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の太さが０．１ｍｍ以上であれば、繊維強化複合材料が十分な機械的強度を有し、取扱い中に折れることが軽減するため、取扱い性が向上する。一方、繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の太さが３ｍｍ以下であれば、繊維強化複合材料に含まれる１本の強化繊維とコンクリート材との接触面積が大きくなるため、繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物の機械的強度を向上させることができる。
【００２１】
なお、本実施形態の繊維強化複合材料において、繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が円形でない場合には、その断面の長径（最も長い部分）を太さとする。断面の形状としては、円形、楕円形、三角形、四角形（短冊状）、五角形以上の多角形、星形等が挙げられる。
断面の形状が三角形の場合、三角形の長辺が上記の太さの範囲を満たしていればよい。
【００２２】
本実施形態の繊維強化複合材料は、長さ方向の長さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることがより好ましく、２５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
繊維強化複合材料の長さ方向の長さが１０ｍｍ以上であれば、１本の繊維強化複合材料とコンクリート材との接触面積が大きくなり、コンクリート材と繊維強化複合材料の十分な定着力が発現し、繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物の機械的強度を向上させることができる。一方、繊維強化複合材料の長さ方向の長さが１００ｍｍ以下であれば、繊維強化複合材料のコンクリート組成物への混合が容易となり、繊維強化複合材料が混合時に折れることを軽減し、コンクリート組成物に繊維強化複合材料を十分に分散して配合することができる。
【００２３】
コンクリート組成物中に配合される繊維強化複合材料およびコンクリート材に含まれる繊維強化複合材料の形状（外形）は、線状であれば特に限定されず、任意の形状をなしていてもよい。繊維強化複合材料の形状としては、例えば、図１（ａ）に示すような直線状；テープ状；ひねり形状；Ｌ字型、波形等の曲がった形状等が挙げられる。
【００２４】
ひねり形状とは、直線状の繊維強化複合材料が軸方向に対してねじる等のひねりが付与された形状である。ひねり形状は、撚糸状やコイル状等も含む。ひねりの強さや回数は、特に限定されない。
【００２５】
曲がった形状とは、図１（ｂ）〜図４（ｆ）に示すように直線状の繊維強化複合材料を折り曲げる等して角度を付与した形状である。繊維強化複合材料を曲げる箇所の数、繊維強化複合材料を曲げる角度、および繊維強化複合材料を曲げた部分の長さは、特に限定されない。
繊維強化複合材料の曲がった形状としては、例えば、図１（ｂ）に示すように一端部をＬ字状に屈曲させた形状、図１（ｃ）〜図１（ｅ）に示すように一端部を略Ｌ字状に屈曲させた形状（Ｌ字の角が曲率を有する形状）、図１（ｆ）に示すように一端部をコ字状に屈曲させた形状、図２（ａ）に示すように一端部を半円状に屈曲させた形状、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように一端部を渦巻き状に屈曲させた形状、図２（ｄ）に示すように一端部を長さ方向に沿って連続して鋭角状または直角状に互い違いに屈曲させた形状、図２（ｅ）に示すように両端部をＬ字状に屈曲させた形状、図２（ｆ）に示すように両端部を曲線状に屈曲させた形状（曲線の向きが互いに反対向き）、図３（ａ）に示すように両端部を半円状に屈曲させた形状（半円の向きが互いに同じ向き）、図３（ｂ）に示すように両端部を半円状に屈曲させた形状（半円の向きが互いに反対向き）、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように両端部を長さ方向に沿って連続して波形状に互い違いに屈曲させた形状（波形の向きが互いに反対向き）、図３（ｅ）に示すように中央部を枡形状に曲げた形状、図３（ｆ）に示すように中央部を長さ方向に沿って連続して波形状に互い違いに屈曲させた形状、図４（ａ）に示すように全体を長さ方向に沿って連続して波形状に屈曲させた形状、図４（ｂ）に示すように全体を長さ方向に沿って連続して鋭角状または直角状に互い違いに屈曲させた形状、図４（ｃ）〜図４（ｅ）に示すように全体を長さ方向に沿って連続して波形状に互い違いに屈曲させた形状、図４（ｆ）に示すように全体を長さ方向に沿って連続してコ字状に互い違いに屈曲させた形状等が挙げられる。
【００２６】
また、曲がった形状は、機械等で均一に形成されたものであってもよく、手作業で不均一に形成されたものであってもよい。繊維強化複合材料の曲げ部分は、直角、鋭角、鈍角等の角度を有していてもよく、曲率を有して緩やかな曲線をなしていてもよい。
【００２７】
繊維強化複合材料の形状は、直線状または曲がった形状であることが好ましく、曲がった形状であることがより好ましい。曲がった形状の中でも、波形の形状が特に好ましい。繊維強化複合材料の形状が波形の形状であれば、繊維強化複合材料とコンクリート組成物の定着力がより強固になる。
【００２８】
繊維強化複合材料に上記のような形状を付与する際の温度は、特に限定されない。繊維強化複合材料を加熱して変形させてもよく、室温で変形させてもよい。
【００２９】
本実施形態の繊維強化複合材料は、図５（ａ）〜図７（ｂ）に示すように、例えば、表面に凹凸が設けられていてもよく、表面に切れ込み等の凹部が設けられていてもよく、表面に凸部が設けられていてもよい。凹凸、凹部および凸部の形状は、直線で形成されていてもよく、曲線で形成されていてもよい。繊維強化複合材料の表面に切れ込みを入れる方向は、繊維強化複合材料の長さ方向に対して縦方向（平行方向）であってもよく、繊維強化複合材料の長さ方向に対して横方向（垂直方向）あってもよく、繊維強化複合材料の長さ方向に対して斜め方向であってもよい。凹凸、凹部および凸部は、連続に設けられていてもよく、断続的に設けられていてもよい。
【００３０】
表面に凹凸を有する繊維強化複合材料としては、例えば、図５（ａ）に示すように、繊維強化複合材料１０の表面１０ａにおいて長さ方向に沿ってかつ外周全周に螺旋状に凹部１１が形成され、繊維強化複合材料１０の表面１０ａに連続に凹凸が設けられたものが挙げられる。
表面に凹部を有する繊維強化複合材料としては、図５（ｂ）に示すように、繊維強化複合材料２０の表面２０ａにおいて略十字状の凹部２１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
表面に凹凸を有する繊維強化複合材料としては、例えば、図５（ｃ）に示すように、繊維強化複合材料３０の表面３０ａにおいて長さ方向に沿ってかつ外周全周に、間隔を置いて複数の線状（筋状）の凹部３１が形成され、繊維強化複合材料３０の表面３０ａに凹凸が連続に凹凸が設けられたものが挙げられる。
【００３１】
表面に凹凸を有する繊維強化複合材料としては、例えば、図５（ｄ）に示すように、繊維強化複合材料４０の表面４０ａにおいて長さ方向に対して垂直方向かつ外周全周に凹部４１が形成され、繊維強化複合材料４０の表面４０ａに連続に凹凸が設けられたものが挙げられる。
表面に凹部を有する繊維強化複合材料としては、図５（ｅ）に示すように、繊維強化複合材料５０の表面５０ａにおいて長さ方向に対して垂直方向に直線状の凹部５１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
表面に凹部を有する繊維強化複合材料としては、図５（ｆ）に示すように、繊維強化複合材料６０の表面６０ａにおいて長さ方向に沿って直線状の凹部６１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
【００３２】
表面に凹部を有する繊維強化複合材料としては、図６（ａ）に示すように、繊維強化複合材料７０の表面７０ａにおいて長さ方向に対して斜めに直線状の凹部７１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
表面に凹部を有する繊維強化複合材料としては、図６（ｂ）に示すように、繊維強化複合材料８０の表面８０ａにおいて長さ方向に沿って連続して波形状に凹部８１が形成されたものが挙げられる。
【００３３】
表面に凸部を有する繊維強化複合材料としては、図７（ａ）に示すように、繊維強化複合材料９０の表面９０ａに粒状の樹脂が間隔を置いて付与され、その樹脂からなる凸部９１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
表面に凸部を有する繊維強化複合材料としては、図７（ｂ）に示すように、繊維強化複合材料１００の表面１００ａにおいて長さ方向に対して垂直方向かつ外周全周に直線状に樹脂が付与され、その樹脂からなる凸部１０１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
表面に凸部を有する繊維強化複合材料としては、図７（ｃ）に示すように、繊維強化複合材料１１０の表面１１０ａにおいて長さ方向に沿ってかつ外周全周に螺旋状に樹脂が付与され、その樹脂からなる凸部１１１が形成されたものが挙げられる。
【００３４】
表面に凹凸を有する繊維強化複合材料としては、図７（ｄ）に示すように、繊維強化複合材料１２０の表面１２０ａにおいて長さ方向に沿って外周全周に樹脂が連続的に波形状に付与され、その樹脂からなる凸部１２１と凹部１２２が複数形成されたものが挙げられる。
表面に凸部を有する繊維強化複合材料としては、図７（ｅ）に示すように、繊維強化複合材料１３０の表面１３０ａにおいて長さ方向に対して垂直方向かつ外周全周に球状に樹脂が付与され、その樹脂からなる凸部１３１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
表面に凸部を有する繊維強化複合材料としては、図７（ｆ）に示すように、繊維強化複合材料１４０の表面１４０ａに球状の樹脂が間隔を置いて付与され、その樹脂からなる凸部１４１が間隔を置いて複数形成されたものが挙げられる。
【００３５】
凹凸および凹部を形成する方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。強化繊維の束に熱可塑性樹脂を付与する際のダイスの開口部の形状によって凹凸および凹部を形成する方法、強化繊維の束に熱可塑性樹脂を付与した後、繊維強化複合材料の表面にカッター等で切れ込みを形成する方法、金型等の型を用いて繊維強化複合材料を加圧あるいは加熱加圧して凹凸および凹部を形成する方法、繊維強化複合材料の表面に粒状の樹脂や、無機物を含む樹脂を付与する方法。
【００３６】
本実施形態の繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状は、特に限定されない。繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状としては、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形、五画形以上の多角形状、星形等が挙げられる。繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状は、円形であることが好ましい。繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が円形であれば、コンクリート材の表面に対する繊維強化複合材料の付着力と、繊維強化複合材料の表面積とのバランスがとれて、繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物中において、気泡が形成されることを抑制できる。
【００３７】
本実施形態の繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂としては、強化繊維およびコンクリート材との親和性の高い樹脂を用いることが好ましい。
【００３８】
熱可塑性樹脂を用いることにより、繊維強化複合材料を成形した後であっても、繊維強化複合材料を加熱して、再び、波形、Ｌ字型等の任意の形状に成形することができる。
【００３９】
また、熱可塑性樹脂を用いることにより、コンクリート組成物に含まれるセメントが固まる際に発する水和熱により強化繊維の束の表面に付着している熱可塑性樹脂が軟化、変形し、コンクリート組成物が硬化した際には、コンクリート材と繊維強化複合材料がより密着して定着するため、繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物の機械的強度を向上させることができる。
【００４０】
熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂等が挙げられる。
【００４１】
これらの熱可塑性樹脂の中でも、コンクリート組成物中の高アルカリ環境下においても優れた耐久性および機械的強度を有するものとして、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂が好ましく、エポキシ樹脂が特に好ましい。熱可塑性エポキシ樹脂は、炭素繊維およびコンクリート材との定着力に優れる。また、熱可塑性エポキシ樹脂は、ケトン溶剤に溶解することができるため、繊維強化複合材料を構成する素材ごとに分別してリサイクルすることができる。
【００４２】
熱可塑性エポキシ樹脂としては、強化繊維の束に熱可塑性エポキシ樹脂を付与した後に反応させる後反応型の熱可塑性エポキシ樹脂が好ましい。
後反応型の熱可塑性エポキシ樹脂とは、架橋剤や触媒、重合開始剤や重合促進剤等の硬化剤を添加することにより、反応が開始または促進されて硬化する反応型樹脂であって、硬化した後も熱可塑性を有する樹脂である。
【００４３】
なお、本実施形態における後反応型の熱可塑性エポキシ樹脂は、反応後にフェノキシ樹脂となるものを含む。後反応型の熱可塑性エポキシ樹脂を用いた場合、強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込むため、コンクリート構造物において、強化繊維の強度をより効果的に活用することができる。その結果、繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物の機械的強度をより高くすることができる。また、強化繊維の束の内部にまで熱可塑性エポキシ樹脂が入り込んでいることにより、セメント、砂利、繊維強化複合材料等を配合したコンクリート組成物に水を添加する際に、繊維強化複合材料に水が吸収され、添加する水量が増加することを抑制し、得られるコンクリート材の強度が低下することを抑制できる。
【００４４】
本実施形態の繊維強化複合材料に含まれる強化繊維としては、無機繊維、有機繊維、またはこれらを複合したものが挙げられる。
強化繊維としては、具体的には、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維等が挙げられる。
【００４５】
強化繊維は、熱可塑性樹脂と親和性の高いものを用いることが好ましく、上記の強化繊維の中でも、軽量かつ優れた機械的強度を有する観点から、炭素繊維が好ましい。
【００４６】
炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。これらの炭素繊維の中でも、弾性率、機械的強度、コストのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維がより好ましい。
【００４７】
本実施形態の繊維強化複合材料では、強化繊維としては、強化繊維の単繊維を複数本束ねた強化繊維の束が用いられる。
強化繊維の束とは、２本以上の強化繊維の単繊維を集束させたものであれば、集束剤で集束させたものであってもよく、集束剤を用いずに束ねたものであってもよい。生産性の観点からは、強化繊維の束としては、集束剤で集束させたものが好ましい。なお、集束剤を用いる場合には、熱可塑性樹脂と親和性の高いものを用いることが好ましい。熱可塑性樹脂と親和性の高い集束剤を用いることにより、強化繊維の束の内部に熱可塑性樹脂が含浸しやすくなるため、優れた強度を有するとともに、強度が安定した繊維強化複合材料を得ることができる。
【００４８】
強化繊維の束は、強化繊維の単繊維を５００本以上１０００００本以下束ねたものであることが好ましく、強化繊維の単繊維を１０００本以上１００００本以下束ねたものであることがより好ましい。
強化繊維の単繊維が５００本以上であれば、十分な強度をコンクリート構造物に付与することができる繊維強化複合材料が得られる。一方、強化繊維の単繊維が１０００００本以下であれば、コンクリート組成物に繊維強化複合材料を十分な本数や密度で配合することができる。
【００４９】
具体的には、強化繊維の束としては、例えば、炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維の単繊維を３０００本（３Ｋ）束ねた製品、６０００本（６Ｋ）束ねた製品、１２０００本（１２Ｋ）束ねた製品、２４０００本（２４Ｋ）束ねた製品、４００００本（４０Ｋ）束ねた製品、５００００本（５０Ｋ）束ねた製品、６００００本（６０Ｋ）束ねた製品等が挙げられる。本実施形態の繊維強化複合材料では、これらの炭素繊維の束としては、繊維強化複合材料が必要とする機械的強度、長さおよび太さに応じて、１本または複数本束ねたもの、あるいは任意の本数に分繊したものが用いられる。
【００５０】
炭素繊維の束としては、具体的には、東レ株式会社製のトレカ（登録商標）糸（Ｔ７００ＳＣ−２４０００等）、三菱ケミカル株式会社製のパイロフィル（登録商標）、東邦テナックス株式会社製のテナックス（登録商標）等の炭素繊維の束、または、これらの炭素繊維の束を複数束ねたものが挙げられる。
炭素繊維の束としては、無撚糸、有撚糸、解撚糸等が用いられる。
【００５１】
強化繊維の束の長さは、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
強化繊維の束の長さが１０ｍｍ以上であれば、繊維強化複合材料は、強化繊維が有する機械的強度を発揮することができる。一方、強化繊維の束の長さが１００ｍｍ以下であれば、生産性に優れた繊維強化複合材料を提供することができる。
【００５２】
強化繊維の束を構成する強化繊維の単繊維の長さは、強化繊維の束と同様に１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。つまり、強化繊維の束を構成する強化繊維の単繊維の長さとは、強化繊維の単繊維を複数本一方向に束ねて得られる強化繊維の束の長さと実質的に同一であることが好ましい。
【００５３】
本実施形態の繊維強化複合材料によれば、強化繊維の束と熱可塑性樹脂を含み、熱可塑性樹脂が、強化繊維およびコンクリート材との親和性に優れるため、コンクリート材と繊維強化複合材料との定着性に優れ、コンクリート構造物の強度を向上することができる。また、本実施形態の繊維強化複合材料によれば、熱可塑性樹脂を含むため、繊維強化複合材料を配合したコンクリート組成物に含まれるセメントが固まる際に発する水和熱により、強化繊維の束の表面に付着している熱可塑性樹脂が軟化、変形し、コンクリート組成物が硬化した際には、コンクリート材と繊維強化複合材料がより密着して定着する。したがって、本実施形態の繊維強化複合材料は、コンクリート材に対する高い定着力を有する。よって、本実施形態の繊維強化複合材料によれば、機械的強度に優れた繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物を提供することができる。
また、本実施形態の繊維強化複合材料によれば、金属以外の強化繊維を含むため、作業者が繊維強化複合材料を含むコンクリート構造物の取り扱いにおいて、安全に作業することができる。
【００５４】
［コンクリート構造物］
本実施形態のコンクリート構造物は、本実施形態の繊維強化複合材料を含むコンクリート材からなる。すなわち、本実施形態のコンクリート構造物は、上述の強化繊維の束と熱可塑性樹脂を含む繊維強化複合材料を含有するコンクリート材からなる。
【００５５】
コンクリート材は、コンクリート組成物を、水等を用いて硬化させたものであって、セメント、セメントと砂等の細骨材を混合させたモルタル、セメントと砂利等の粗骨材、砂等の細骨材を混合させたコンクリート等のことである。
【００５６】
コンクリート組成物は、セメントと、砂利等の粗骨材と、砂等の細骨材とを含み、必要に応じて、流動化剤、減水剤等の公知の混和材や混和剤を配合したものである。
【００５７】
セメントとしては、特に限定されず、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等が挙げられる。
【００５８】
コンクリート組成物における粗骨材や細骨材の含有量は、目的とするコンクリート構造物の必要とする機械的強度等に応じて適宜調整される。
【００５９】
コンクリート組成物に対する水の添加量は、コンクリート組成物における粗骨材や細骨材の含有量を考慮して、コンクリート組成物におけるセメントの含有量に応じて適宜調整される。
【００６０】
本実施形態のコンクリート構造物は、コンクリート材１００体積％に対して、繊維強化複合材料を０．１０体積％以上２０体積％以下含むことが好ましく、１．０体積％以上１５体積％以下含むことがより好ましく、２．０体積％以上１０体積％以下含むことがさらに好ましい。
繊維強化複合材料の含有率が０．１０体積％以上であれば、繊維強化複合材料によりコンクリート構造物を十分に補強することができる。一方、繊維強化複合材料の含有率が２０体積％以下であれば、繊維強化複合材料によりコンクリート構造物が有する機械的強度が損なわれない。
【００６１】
本実施形態のコンクリート構造物は、コンクリート材におけるコンクリート補強用繊維強化複合材料の含有量が１ｋｇ／ｍ３以上３５０ｋｇ／ｍ３以下であることが好ましく、１０ｋｇ／ｍ３以上２５０ｋｇ／ｍ３以下であることがより好ましく、２５ｋｇ／ｍ３以上１６０ｋｇ／ｍ３以下であることがさらに好ましい。
コンクリート材におけるコンクリート補強用繊維強化複合材料の含有量が１ｋｇ／ｍ３以上であれば、繊維強化複合材料によりコンクリート構造物を十分に補強することができる。一方、コンクリート材におけるコンクリート補強用繊維強化複合材料の含有量が３５０ｋｇ／ｍ３以下であれば、コンクリート構造物の生産性と機械的強度のバランスを保持することができる。
【００６２】
本実施形態のコンクリート構造物によれば、本実施形態の繊維強化複合材料を含むため、繊維強化複合材料とコンクリート材の定着力に優れるコンクリート構造物を提供することができる。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６４】
［実施例１］
複数の強化繊維を一方向に束ねた強化繊維の束として炭素繊維を６０００本（６Ｋ）束ねたものと、熱可塑性樹脂として熱可塑性エポキシ樹脂を含む熱可塑性樹脂溶液とを用いて、直線状の繊維強化複合材料を作製した。
炭素繊維を６０００本（６Ｋ）束ねたものとしては、東レ株式会社製のトレカ（登録商標）Ｔ３００−６０００を用いた。
熱可塑性樹脂溶液としては、熱可塑性エポキシ樹脂（後反応型樹脂ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＲ６８５０Ｖ、ナガセケムテックス株式会社製）１００質量部と、硬化剤（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＸＮＨ６８５０Ｖ、ナガセケムテックス株式会社製）６．５質量部と、メチルエチルケトン１０質量部とを含むものを用いた。
【００６５】
炭素繊維の束を巻いたドラムから、そのまま炭素繊維の束を引き出しながら、炭素繊維の束に熱可塑性樹脂溶液（粘度１００ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ．２０、１２ｒｐｍ。東機産業株式会社：ＴＶＢ−１５型粘度計、２０℃）を付与した。
その後、熱可塑性樹脂溶液を付与した炭素繊維の束を、１５０℃にて２０分間熱処理し、熱可塑性樹脂溶液を反応させて、固化させ、炭素繊維の束と熱可塑性樹脂からなる直線状の固化物を得た。
その後、その固化物を４０ｍｍの長さに切断して、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が３０％の繊維強化複合材料を得た。
得られた繊維強化複合材料は、その長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が円形であり、太さが１．０ｍｍであった。
なお、引抜試験用の試料として、別途、長さ１．２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。
得られた繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面を、走査型電子顕微鏡（商品名：Ｓ３０００Ｈ、株式会社日立サイエンスシステムズ製）を用いて１００倍で観察した結果、炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂が入り込んでいることが確認された。
【００６６】
［実施例２］
実施例１と同様にして、炭素繊維の束と熱可塑性樹脂からなる直線状の固化物を得た。
得られた固化物を再度加熱して波形に成形し、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が３０％の繊維強化複合材料を得た。
得られた繊維強化複合材料は、その長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が楕円形であり、太さ（長径の長さ）が２．０ｍｍであった。
なお、引抜試験用の試料として、別途、長さ１．２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。
得られた繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面を、実施例１と同様にして走査型電子顕微鏡を用いて１００倍で観察した結果、炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂が入り込んでいることが確認された。
【００６７】
［実施例３］
複数の強化繊維を一方向に束ねた強化繊維の束として、炭素繊維を６００００本（６０Ｋ）束ねたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、直線状でかつ長さ４０ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が３０％の繊維強化複合材料を得た。
炭素繊維としては、三菱ケミカル株式会社製のパイロフィルＴＲＨ５０  ６０Ｍを用いた。
得られた繊維強化複合材料は、その長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が円形であり、太さが２．５ｍｍであった。
なお、引抜試験用の試料として、別途、長さ１．２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。
得られた繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面を、実施例１と同様にして走査型電子顕微鏡を用いて１００倍で観察した結果、炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂が入り込んでいることが確認された。
【００６８】
［実施例４］
実施例１と同様の強化繊維および熱可塑性樹脂溶液を用いて、直線状でかつ長さ４０ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が５０％の繊維強化複合材料を得た。
得られた繊維強化複合材料は、その長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が円形であり、太さが０．７ｍｍであった。
なお、引抜試験用の試料として、別途、長さ１．２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。
得られた繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面を、実施例１と同様にして走査型電子顕微鏡を用いて１００倍で観察した結果、炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂が入り込んでいることが確認された。
【００６９】
［実施例５］
実施例１と同様にして、炭素繊維の束と熱可塑性樹脂からなる線状の固化物を得た。
得られた固化物を実施例２と同様にして再度加熱して波形に成形し、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が５０％の繊維強化複合材料を得た。
得られた繊維強化複合材料は、その長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が楕円形であり、太さ（長径の長さ）が１．９ｍｍであった。
なお、引抜試験用の試料として、別途、長さ１．２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。
得られた繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面を、実施例１と同様にして走査型電子顕微鏡を用いて１００倍で観察した結果、炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂が入り込んでいることが確認された。
【００７０】
［実施例６］
実施例３と同様の強化繊維と、実施例１と同様の熱可塑性樹脂溶液とを用いて、直線状の繊維体積含有率（Ｖｆ値）が５０％の繊維強化複合材料を得た。
得られた繊維強化複合材料は、その長さ方向に対して垂直な方向の断面の形状が円形であり、太さが２．４ｍｍであった。
なお、引抜試験用の試料として、別途、長さ１．２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。
得られた繊維強化複合材料の長さ方向に対して垂直な方向の断面を、実施例１と同様にして走査型電子顕微鏡を用いて１００倍で観察した結果、炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂が入り込んでいることが確認された。
【００７１】
［定着性の評価］
実施例１〜実施例６で得られた繊維強化複合材料の一端部を、次のようにして、コンクリート材に固定した。
図８（ａ）に示すように、繊維強化複合材料２００の一端部２００Ａの外周に、第１のポリプロピレン製テープ（リンテック社製シリコーン粘着テープ）３００を巻き回した。
第１のＰＰテープ３００は、繊維強化複合材料２００が所定の長さ以上にコンクリート材７００と定着することを防ぐために設けた。
図８（ａ）に示すように、巻き回した第１のＰＰテープ３００の上面３００ａから、繊維強化複合材料２００の長さ方向に沿って２０ｍｍの間隔を置いて、繊維強化複合材料２００の外周に、第１のＰＰテープと同一組成の第２のポリプロピレン製テープ（以下、「第２のＰＰテープ」と言う。）４００を巻き回した。
第２のＰＰテープ４００は、繊維強化複合材料２００が所定の長さ以上にコンクリート材７００と定着することを防ぐために設けた。
図８（ａ）に示すように、巻き回した第２のＰＰテープ４００の外周にシリコーンキャップ５００を装着した。
シリコーンキャップ５００は、コンクリート材７００の上面７００ａにて繊維強化複合材料２００に応力が集中することを防ぐために設けた。
このように第１のＰＰテープ３００、第２のＰＰテープ４００およびシリコーンキャップ５００を設けた繊維強化複合材料２００を、図８（ａ）に示すように、その一端部２００Ａが鉛直下方となるように固化する前のコンクリート組成物６００中に埋め込んだ。
その後、コンクリート組成物６００を固化させてコンクリート材７００とし、コンクリート材７００に繊維強化複合材料２００の一端部２００Ａおよび第２のＰＰテープ４００とシリコーンキャップ５００を設けた部分を固定した。
コンクリート材７００からの繊維強化複合材料２００の引抜試験を行うことにより、繊維強化複合材料２００とコンクリート材７００との定着性を評価した。
引抜試験による連続繊維補強材とコンクリートとの付着強度試験方法（ＪＳＣＥ−Ｅ  ５３９−２００７）に準拠して、株式会社島津製作所製の万能試験機（ＵＨ−１００ｋＮＩ）を用いて、引抜試験を行った。
【００７２】
コンクリート組成物６００は、セメント、細骨材および水からなるモルタルを、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの角柱となるように打設して用いた。
セメントとしては、ポルトランドセメントを用いた。
コンクリート組成物６００の配合を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2019156669.tif 000002
【００７４】
実施例１〜実施例６で得られた繊維強化複合材料の引抜試験の結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2019156669.tif 000003
【００７６】
実施例１、実施例２および実施例５では、コンクリート材に埋め込まれていない部分の繊維強化複合材料が破断した。
実施例３、実施例４および実施例６では、コンクリート材から繊維強化複合材料が抜けてしまった。コンクリート材から抜けた繊維強化複合材料を観察したところ、コンクリート材と熱可塑性樹脂の界面が剥離していた。
【００７７】
実施例１〜実施例６における繊維強化複合材料の引抜試験の結果から、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が小さい（熱可塑性樹脂の含有量が多い）繊維強化複合材料の方が、長さが等しく、繊維体積含有率（Ｖｆ値）が大きい繊維強化複合材料よりも、コンクリート材との定着性に優れることが分かった。また、波形の繊維強化複合材料の方が、直線状の繊維強化複合材料よりも、コンクリート材との定着性に優れることが分かった。
【００７８】
また、実施例３は、実施例１よりも強化繊維の量が１０倍となっているが、引張強度は２倍程度しか向上しなかった。この結果から、強度増加や生産におけるコストの観点から、繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の量は少ないことが好ましく、繊維強化複合材料は細いことが好ましいことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明のコンクリート補強用繊維強化複合材料は、耐久性に優れるだけでなく、作業者の負担軽減や安全性向上といった作業性の改善に寄与するとともに、作業効率の向上に寄与することができるため、その産業利用可能性は大である。
【符号の説明】
【００８０】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，２００・・・繊維強化複合材料、１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，１２２・・・凹部、９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１・・・凸部、３００・・・第１のＰＰテープ、４００・・・第２のＰＰテープ、５００・・・シリコーンキャップ、６００・・・コンクリート組成物、７００・・・コンクリート材。
【図１】
2019156669.tif 000004
【図２】
2019156669.tif 000005
【図３】
2019156669.tif 000006
【図４】
2019156669.tif 000007
【図５】
2019156669.tif 000008
【図６】
2019156669.tif 000009
【図７】
2019156669.tif 000010
【図８】
2019156669.tif 000011