(57)【要約】【課題】複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）について、ＨＰＦＲＣＣの本来の特性である変形能を維持したまま、更に、クラック発生後の耐せん断破断性についても好ましい強度を有するＨＰＦＲＣＣを提供すること。【解決手段】複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）を、アスペクト比が３０以上で、且つ、引張り強度が１０００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であるポリマー繊維と、アスペクト比が５以上３０以下で、且つ、弾性係数が、１９．７ＧＰａ以上２１．６ＧＰａ以下である剛繊維と、がマトリクス中にランダムに分散配合されており、前記ポリマー繊維は、前記マトリクス中に１体積％以上３体積％以下の配合比で含有されており、前記剛繊維は、前記マトリクス中に０．１体積％以上２．２体積％以下の配合比で含有されているＨＰＦＲＣＣとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上、且つ、前記一軸引張試験による平均ひび割れ幅が０．２ｍｍ以下である複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料であって、
アスペクト比が３０以上で、且つ、引張り強度が１０００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であるポリマー繊維と、
アスペクト比が５以上３０以下で、且つ、弾性係数が、１９．７ＧＰａ以上２１．６ＧＰａ以下である剛繊維と、がマトリクス中にランダムに分散配合されており、
前記ポリマー繊維は、前記マトリクス中に１体積％以上３体積％以下の配合比で含有されており、
前記剛繊維は、前記マトリクス中に０．１体積％以上２．２体積％以下の配合比で含有されている複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料。
【請求項２】
前記剛繊維がスチール繊維である請求項１に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料。
【請求項３】
前記ポリマー繊維がビニロン短繊維である請求項１又は２に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料からなる橋梁部材。
【請求項５】
複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の製造方法であって、
アスペクト比が３０以上で、且つ、引張り強度が１０００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であるポリマー繊維と、
アスペクト比が５以上３０以下で、且つ、弾性係数が、１９．７ＧＰａ以上２１．６ＧＰａ以下である剛繊維と、
セメント系組成物と、を混合して混錬物を得る工程と、
前記混錬物を硬化させてセメント複合材料を得る工程と、からなり、
前記混錬物中の前記ポリマー繊維の含有量が１体積％以上３体積％以下であり、
前記混錬物中の前記剛繊維の含有量が０．１体積％以上２．２体積％以下であり、
前記セメント系組成物は、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が２０％以上６０％以下で、且つ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）である、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）に関する。更に詳しくは、従来のＨＰＦＲＣＣの有する優れた引張性能に加えて、耐せん断破断性をも向上させた改良型のＨＰＦＲＣＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント系の複合材料として、セメントマトリクス中に短繊維をランダム配合することによって強度を向上させたＨＰＦＲＣＣが開発され既に普及している。従来型のＨＰＦＲＣＣとして、図５に示すＨＰＦＲＣＣ２のように、マトリクス１０の中に材料の強度を向上させるためのポリマー繊維１１を３次元ランダム配向させることにより、引張り強度、曲げ強度及び靱性を向上させた複合材料が知られている（非特許文献１参照）。
【０００３】
このＨＰＦＲＣＣは、引張荷重が付与された際に、セメントマトリクスに多数の微細クラック（以下、「マルチクラック」とも言う）が分散して生じることによって材料全体のひずみ量を吸収し、破断することなく引張変形や曲げ変形に追従する性質を有している。その追従性能は引張ひずみにして１％以上であり、一般的なセメント系材料と比べ飛躍的に高い変形能を有するものである。
【０００４】
そして、近年においては、上記の強度向上のための短繊維として、ビニロン短繊維（ＰＶＡ繊維）を採用し、更に、マトリクスを形成するためのセメント系組成物の水／セメント比等の性状を一定範囲に限定し最適化することにより、より大きな引張りひずみ能力を実現し、引張ひずみが数パーセントに達するような極めて靭性に富むＨＰＦＲＣＣも開発されている（特許文献１参照）。
【０００５】
このようなＨＰＦＲＣＣの卓越した変形性能は、例えば、土木分野ではトンネルの吹き付け等に適用する高耐久補修材料として優れた効果を発揮する。又、建築分野においても、例えば超高層集合住宅の梁部材等に適用した場合に耐震性の向上に有効であることが確かめられている。
【０００６】
ところが、ＨＰＦＲＣＣを橋梁の構造部材である床版や梁に適用するに際しては、更なる特性改善が望まれる場合がある。橋梁の部材は車両走行荷重を頻繁に受ける。橋梁部材が受ける車両走行荷重は、走行に伴って荷重作用点が逐次移動することや、走行毎に車両の走行軸が異なることによって、主応力軸を常に変化させている。このため橋梁部材は、最初にある主応力軸を持つ第１の主応力（引張応力）が作用して微細な第１のクラックが生じ、その主応力軸による荷重が除荷されたのち、次に別の主応力軸を持つ第２の主応力（引張応力）が付与されるという状況を経験する。このような状況では、第２の主応力によって新たに微細な第２のクラックが生じるよりも優先して、既に生じている第１のクラックがせん断ずれを起こしやすくなる場合がある。そうなると第１のクラック部分で比較的容易に材料の破断に至ることとなる。この場合には、ＨＰＦＲＣＣといえども、耐久性は必ずしも十分ではない。
【０００７】
そこで、例えば、ＨＰＦＲＣＣについて、マルチクラック発生後の耐せん断破断性を向上させることを目的として、マトリクスに少量の粗骨材を更に追加して、これにより、耐せん断破断性を向上させたＨＰＦＲＣＣも提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７３９５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２１８３２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「コンクリートライブラリー１２７号  複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針（案）」（コンクリート委員会複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料指針作成小委員会・編：２００７年３月発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１記載のＨＰＦＲＣＣは、上記の通り、高い変形能を有するものではあるが、マルチクラック発生後に各クラックに沿った方向にせん断力を受けた場合の耐せん断破断性については、十分とは言えない場合があった。
【００１１】
又、特許文献２に記載のＨＰＦＲＣＣは、粗骨材の作用により、上記耐せん断破断性を向上したものではあるが、生コンクリートの状態における流動性が低く、鉄筋の隙間にコンクリートが十分に回り込まない等、施工性において問題が生じる場合があった。
【００１２】
本発明は、以上の状況に鑑み、近年、開発が進みつつあるＨＰＦＲＣＣについて、ＨＰＦＲＣＣの本来の特性である変形能を維持したまま、クラック発生後の耐せん断破断性についても好ましい強度を有し、更に、施工性にも優れる、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、ＨＰＦＲＣＣにおいて、従来、マトリクス中にランダムに分散配合されていたポリマー繊維に更に加えて、アスペクト比が３０以下である剛繊維を所定割合でランダムに配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１４】
（１）  一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上、且つ、前記一軸引張試験による平均ひび割れ幅が０．２ｍｍ以下である複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料であって、アスペクト比が３０以上で、且つ、引張り強度が１０００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であるポリマー繊維と、アスペクト比が５以上３０以下で、且つ、弾性係数が、１９．７ＧＰａ以上２１．６ＧＰａ以下である剛繊維と、がマトリクス中にランダムに分散配合されており、前記ポリマー繊維は、前記マトリクス中に１体積％以上３体積％以下の配合比で含有されており、前記剛繊維は、前記マトリクス中に０．１体積％以上２．２体積％以下の配合比で含有されている複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料。
【００１５】
（１）の発明によれば、ＨＰＦＲＣＣの本来の変形能を維持したまま、更に、マルチクラックに沿った方向にかかるせん断力に対しても強い耐せん断破断性を有するＨＰＦＲＣＣを提供することができる。
【００１６】
（２）  前記剛繊維がスチール繊維である（１）に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料。
【００１７】
（２）の発明によれば、上記の耐せん断破断性をより確実に向上させることができる。
【００１８】
（３）  前記ポリマー繊維がビニロン短繊維である（１）又は（２）に記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料。
【００１９】
（３）の発明によれば、ＨＰＦＲＣＣの本来の変形能を維持したまま、更に、マルチクラックに沿った方向にかかるせん断力に対しても強い耐せん断破断性を有し、且つ、経済性においても優れるＨＰＦＲＣＣを提供することができる。
【００２０】
（４）  （１）から（３）のいずれかに記載の複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料からなる橋梁部材。
【００２１】
（４）の発明によれば、特に応力軸方向が刻々と変化する道路構造物等における橋梁部材（梁や床版）の耐久性向上に寄与することができる。
【００２２】
（５）  複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の製造方法であって、アスペクト比が３０以上で、且つ、引張り強度が１０００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であるポリマー繊維と、アスペクト比が５以上３０以下で、且つ、弾性係数が、１９．７ＧＰａ以上２１．６ＧＰａ以下である剛繊維と、セメント系組成物と、を混合して混錬物を得る工程と、前記混錬物を硬化させてセメント複合材料を得る工程とからなり、前記混錬物中の前記ポリマー繊維の含有量が１体積％以上３体積％以下であり、前記混錬物中の前記剛繊維の含有量が０．１体積％以上２．２体積％であり、前記セメント系組成物は、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が２０％以上６０％以下で、且つ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）である複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【００２３】
（５）の発明によれば、ＨＰＦＲＣＣの本来の変形能を維持したまま、更に、マルチクラックに沿った方向にかかるせん断力に対しても強い耐せん断破断性を有するＨＰＦＲＣＣを提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＨＰＦＲＣＣの本来の特性である変形能を維持したまま、更に、クラック発生後の耐せん断破断性についても好ましい強度を有し、施工性にも優れる、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＨＰＦＲＣＣ（改良型）の平面構造を模式的に示す概念図である。
【図２】本発明のＨＰＦＲＣＣ（改良型）のマルチクラック部分に係る平面構造を模式的に示す概念図である。
【図３】本発明のＨＰＦＲＣＣ（改良型）におけるポリマー繊維の配置態様を模式的に示す概念図である。
【図４】本発明のＨＰＦＲＣＣ（改良型）における剛繊維の配置態様を模式的に示す概念図である。
【図５】従来公知の一般的な複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）（改良型）の平面構造を模式的に示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２７】
一般に、複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）とは、セメント系材料に、強度を向上させるための短繊維を配合してなる複合材料のことを言い、詳しくは、一軸引張応力下において擬似ひずみ硬化特性を示し、微細で高密度の複数ひび割れ（マルチクラック）を形成する高靭性材料のことを言う。特に、本明細書においては、非特許文献１に記載の定義に従い、「複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）」とは、非特許文献１に記載の所定の一軸引張試験により求めた引張終局ひずみの平均値が０．５％以上、且つ、同試験による平均ひび割れ幅を、同文献に記載の所定方法により測定して得た値が０．２ｍｍ以下であるセメント複合材料のことを言うものとする。又、本明細書において「引張り強度」と言う場合は、測定対象の短繊維を引張試験機のチャック間に挟んで引張試験を行った際の最大荷重を、短繊維の初期断面積で処した値のことを言うものとする。
【００２８】
上記定義によるＨＰＦＲＣＣのうち、従来公知の一般的なＨＰＦＲＣＣの一例としては、図５に示す通り、ビニロン短繊維等のポリマー繊維１１をマトリクス１０中にランダムに分散配合したものが挙げられる。この従来型のＨＰＦＲＣＣ２は、上述の通り、マルチクラック発生後における引張り強度と高い靱性を有することを特徴とする。
【００２９】
このような従来型のＨＰＦＲＣＣ２に対して、本発明の改良型のＨＰＦＲＣＣ１は、図１に示す通り、上記のポリマー繊維１１に加えて、更に、剛繊維１２をマトリクス１０中にランダムに分散配合したものであり、且つ、この剛繊維１２のアスペクト比を本願特有の低アスペクト比の範囲に限定したものである。
【００３０】
即ち、本発明のＨＰＦＲＣＣは、上記定義による広義の一般的ＨＰＦＲＣＣのうち、特に本願特有の追加構成要件である剛繊維を、本願特有の態様において備えるものであり、これにより、マルチクラック発生後における各クラックに沿った方向へのせん断力に対する耐せん断破断性をも飛躍的に向上させたものである。この特性を発揮させるための独自の構成要件である剛繊維１２以外の構成要件については、特許文献１記載のＨＰＦＲＣＣ等、従来公知のＨＰＦＲＣＣと同様の構成要件の下で製造することができる。
【００３１】
＜複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）＞
図２に示す通り、本発明のＨＰＦＲＣＣ１においては、マルチクラック１００の方向に対して略垂直なＡ方向（以下、単に「Ａ方向」とも言う）への引張り力に対する引張り強度は、ポリマー繊維１１の応力によって備えさせることができる。この点は従来品であるＨＰＦＲＣＣ２と同様である。しかし、ＨＰＦＲＣＣ１は、マルチクラック１００の方向に対して略平行なＢ方向（以下、単に「Ｂ方向」とも言う）へのせん断力に対する強度、即ち、耐せん断破断性を、剛繊維１２の応力によって保持している点が従来品であるＨＰＦＲＣＣ２と大きく異なる。
【００３２】
ポリマー繊維１１は、ビニロン短繊維（ＰＶＡ繊維）、ポリプロピレン短繊維（ＰＰ繊維）、ポリエチレン短繊維（ＰＥ繊維）等のポリマー樹脂を含んでなる短繊維からなる高靭性材料である。上記の繊維の中でも、ポリマー繊維１１に用いる短繊維は、引張り強度、マトリクスとの付着強度、経済性をバランス良く兼ね備えるビニロン短繊維（ＰＶＡ繊維）であることが好ましい。ＰＶＡ繊維は、マトリクスと繊維の摩擦付着強度が１〜６ＭＰａ、化学付着強度が４０ＭＰａ以下である。ポリマー繊維１１をＰＶＡ繊維とすることによって、製造コストを相対的に安価に抑えつつ、ＨＰＦＲＣＣ１に、十分な引張り強度や曲げ強度を備えさせることができる。
【００３３】
又、ポリマー繊維１１は、ポリエチレン短繊維（ＰＥ繊維）を用いることもできる。ポリエチレン短繊維（ＰＥ繊維）としては、特に「コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ。３４、Ｎｏ．１、２０１２」に記載の高強度ポリエチレン繊維を好ましく用いることができる。ポリマー繊維１１を高強度ポリエチレン繊維とすることにより、製造コストはやや嵩むこととなるものの、ＨＰＦＲＣＣ１を、極めて高い引張り強度や曲げ強度を有するものとすることができる。
【００３４】
又、ポリマー繊維１１は、高性能化の観点からは、高強度ポリエチレン短繊維（ＰＥ繊維）を好ましく用いることもできる。ポリマー繊維１１を高強度ポリエチレン（ＰＥ繊維）とすることにより、ＨＰＦＲＣＣ１を、引張靱性を保持しながら更に高強度化することができる。
【００３５】
ポリマー繊維１１の引張り強度は、１０００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下、好ましくは、１４００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ以下である。更に、見かけの繊維強度が、１０００ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下であることがより好ましい。ここで見かけの繊維強度は、当該ＰＶＡ繊維が、当該ＨＰＦＲＣＣ（標準水中養生、材齢２８日）の材料中で破断する強度であり、これはそのような硬化体について引張破断試験を行うことによって実測できる。
【００３６】
又、ポリマー繊維１１としてＰＶＡ繊維を採用する場合においては、特に、その引張り強度は、１０００ＭＰａ以上２４００ＭＰａ以下、好ましくは、１４００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下である。更に、見かけの繊維強度が１０００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下であることがより好ましい。
【００３７】
ポリマー繊維１１の引張り強度を上記範囲とすることにより、ＨＰＦＲＣＣ１に、Ａ方向への引張り力に対する十分な引張り強度を備えさせることができる。又、上記引張強度は、マトリクスを形成するセメント組成物の水／セメント比等に応じて更に最適な範囲へと適宜最適化することがより好ましい。この点詳細は後述する。
【００３８】
ポリマー繊維１１の繊維直径は３０〜５０μｍであり、そのアスペクト比は、１５０以上、好ましくは２００以上３００以下である。ポリマー繊維１１の形状と大きさをこの範囲とすることによって、マルチクラックの発生による高靱性等の特性を得ることができる。その理由は以下の通りである。
【００３９】
ＨＰＦＲＣＣ１において、マトリクス１０内に配合されたポリマー繊維１１は、主としてＡ方向への引張り力や曲げモーメントに抵抗することを目的として配置されるものである。よって、これらの力によるマトリクス１０からの引き抜きに対して抵抗する必要がある。この引き抜きに対する抵抗力を保持するためには、図３に示す通り、ポリマー繊維１１のマトリクス１０への最大の埋まり込み部分の長さＬ１の、ポリマー繊維１１の長さＬ０に対する比は、Ｌ１＝Ｌ０／２となる。このとき繊維が引抜けず破断することが効率的である。よってポリマー繊維１１のアスペクト比は、見かけの繊維強度の０．５倍を付着強度で徐した値以上となることが好ましい。ＰＶＡ繊維付着強度は３ＭＰａ程度であるから、見かけの繊維強度１０００ＭＰａ以上と考えると、アスペクト比は少なくとも１５０程度以上となることが好ましい。このためポリマー繊維１１のアスペクト比は一定以上の大きさであることが必要となる。具体的には、ポリマー繊維１１のアスペクト比を、少なくとも１５０以上とすることにより、ＨＰＦＲＣＣ１に必要な引張り強度を備えさせることができる。アスペクト比が３０未満である場合には、マルチクラックの発生による上記特性が得にくくなる。一方、アスペクト比が３００を超える場合には、水セメント比及び砂セメント比を後述のように調整した組成物において繊維を３次元方向にランダム（均質）に分散させることが難しくなり、後述の繊維配合量範囲においてマルチクラックの発生による上記特性が得られにくくなる。尚、ＰＶＡ短繊維は直径や長さが異なる複数の種類のものを混合して用いてもよいが、その場合は個々の短繊維の直径及び長さが上記の規定を満たすようにする。
【００４０】
ポリマー繊維１１のマトリクス１０中への配合量は、ＨＰＦＲＣＣ１のマトリクス１０中において、１体積％〜３体積％、好ましくは、１．５体積％〜２．５体積％の配合量となるようにする。１体積％未満であると、クラック分散型の特性である引張り強度の向上効果が十分に発現しない。又、３体積％を超えて多量に配合させても効果は飽和し不経済となるため好ましくない。
【００４１】
剛繊維１２は、スチール繊維、ステンレス等の剛繊維からなる短繊維である。上記の繊維の中でも、剛繊維１２は、スチール繊維であることが好ましい。剛繊維１２をスチール繊維とすることによって、ＨＰＦＲＣＣ１のせん断抵抗性の大幅改善が経済性を保持したまま実現される。
【００４２】
又、剛繊維１２は、美観の観点からは、ステンレス繊維を用いることもできる。剛繊維１２をステンレス繊維とすることにより、ＨＰＦＲＣＣ１の表面に錆が生じることを防ぎ、美観に優れた部材を実現することができる。
【００４３】
剛繊維１２の弾性係数は、１９．７ＧＰａ以上  ２１．６ＧＰａ以下、好ましくは、２１．１ＧＰａ以上２１．６ＧＰａ以下である。剛繊維１２の弾性係数を上記範囲とすることにより、ＨＰＦＲＣＣ１に、Ｂ方向へのせん断力に対する十分な耐せん断破断性を備えさせることができる。
【００４４】
剛繊維１２のアスペクト比は、５以上３０以下、好ましくは１０以上３０以下である。その理由は以下の通りである。マトリクス１０内に配合された剛繊維１２は、主としてマルチクラック発生後の主応力軸回転下におけるＢ方向へのせん断力に抵抗して、各クラックのせん断ずれを抑制することを目的に配置されるものである。よって、せん断力に対する抵抗力を保持するためには、図４に示す通り、剛繊維１２のアスペクト比は、ポリマー繊維１１の場合とは異なり、長さよりも太さの方が重要となる。よって、従来のＨＰＦＲＣＣにおいては、マトリクス中に配向する短繊維のアスペクト比は、３０以上であることが必須とされていたが、本発明の改良型のＨＰＦＲＣＣにおいては、それとは異なり、剛繊維１２のアスペクト比については、３０以下であっても上記目的に対して有効に作用する。
【００４５】
一方、ＨＰＦＲＣＣにおいては、一般的な基準値としてマルチクラック１００のひび割れ幅を最大でも０．２５ｍｍ以下に抑えることができることが分かっている（「高靱性セメント複合材料に生じる引張ひずみとひび割れ幅の関係に関する実験的検討、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．２８、ｐｐ３５３−３５８、２００６」参照）。又、本発明者らの知見によれば、クラックが発生する箇所にランダムに配向する繊維の長さを、クラックのひび割れ幅の２倍以上とすることにより、マトリクス中でクラックを跨ぐことのできる繊維の割合を１／２以上とできることも分かっている。以上より、前記ひび割れ幅０．２５ｍｍに対して必要となる最小の繊維長さは０．５ｍｍとなる。尚、市場に現実にそんざいする剛繊維の一般的な最小直径が０．１ｍｍ程度である。よって、剛繊維１２のアスペクト比が５以上であれば、上記目的に対して有効に作用する。
【００４６】
尚、剛繊維１２は、マルチクラック発生後の主応力回転下において、せん断力を向上させるのみならず、新たな主引張り軸方向に垂直な第二方向のクラックを発生させ、無損傷のＨＰＦＲＣＣと同様の引張り曲げ応力下での強度性能を発揮させることもできる。
【００４７】
剛繊維１２のマトリクス１０中への配合量は、マトリクス１０中において、０．１体積％〜２．２体積％、好ましくは、０．５体積％〜２．０体積％の配合量となるようにする。０．１体積％未満であると、耐せん断破断性の向上効果が十分に発現しない。又、２．２体積％を超えた場合においては、スランプフローが低下し、施工が困難となるため好ましくない。剛繊維１２のマトリクス１０中への配合量を上記範囲の配合量とすることによって、ＨＰＦＲＣＣ１に十分な耐せん断破断性を備えさせることができる。
【００４８】
マトリクス１０は、セメント系組成物にポリマー繊維１１及び剛繊維１２を混錬してなる混錬物を硬化することによって得ることができる。セメント系組成物としては、特許文献１及び２に記載の従来のＨＰＦＲＣＣの製造に用いられているセメント系組成物を適宜用いることができる。このセメント系組成物は、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が２０％以上６０％以下で、且つ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下であることが好ましい。
【００４９】
又、マトリクス１０の上記の水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）や、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）は、ポリマー繊維１１の引張り強度との組合せによって、更に最適な範囲とすることが、より好ましい。例えば、マトリクス１０の水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が３０％以上で、且つ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下である場合には、ポリマー繊維１１の引張り強度は、１０００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ未満であることが好ましい。一方、マトリクス１０の水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が３０％以上で、且つ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下である場合には、ポリマー繊維１１の引張り強度は、１５００ＭＰａ以上２４００ＭＰａ以下であることが好ましい。尚、マトリクス１０の具体的調合方法については、特に限定されない。具体例としては、特許文献１及び２に記載の方法を挙げることができ、これにより好ましく行うことができる。
【００５０】
＜ＨＰＦＲＣＣの製造方法＞
上述のセメント系組成物と、ポリマー繊維１１と、剛繊維１２とを、ＨＰＦＲＣＣ１におけるマトリクス１０中での配合比が、上述の配合比となるような配合量比で混練することにより、ＨＰＦＲＣＣ１を製造するための混練物を得ることができる。具体的には、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が２０％以上６０％以下で、且つ、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下であるセメント系組成物に、上記混錬物中のポリマー繊維１１の含有量が１体積％以上３体積％以下となり、上記混錬物中の剛繊維１２の含有量が０．１体積％以上２．２体積％以下となるように、それぞれの繊維を配合することにより、ＨＰＦＲＣＣ１におけるマトリクス１０中でのポリマー繊維１１と剛繊維１２との配合比を上述の配合比とすることができる。
【００５１】
又、ポリマー繊維１１と、剛繊維１２とは、混練によって３次元方向にランダムに分散させることが可能である。そのような状態にした後、型枠に打設し、構造材料とする。工事現場で打設することもできるし、工場でプレキャスト材とすることもできる。用途によっては内部に鉄筋を存在させても構わない。
【００５２】
上記の混練物を硬化させてなる本発明のＨＰＦＲＣＣは、供用中に主応力軸が変化する梁や床版等の構造部材に適している他、既存のセメント系構造物のうち多方向にひび割れが発生する箇所への補修・補強用途にも適している。又、普通コンクリート構造物の靱性向上や剥落防止を図りたい場合には、そのコンクリートの代替としても適している。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例及び比較例により本発明を更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。
【００５４】
（実施例）
実施例１〜４として、下記のマトリクス中に下記のポリマー繊維と下記の剛繊維とをランダム配合した改良型のＨＰＦＲＣＣを作製するための混錬物を得た。各繊維の混錬物中への配合量はそれぞれの実施例において表１に記載の通りのそれぞれ異なる配合量とした。
ポリマー繊維：ＰＶＡ繊維。繊維径＝４２μｍ、アスペクト比＝２８６、引張り強度＝１２００ＭＰａ。
剛繊維：スチール繊維。繊維径＝２００μｍ、アスペクト比＝３０、弾性率＝２１ＧＰａ。
セメント系組成物：普通ポルトランドセメントを使用し、硬化に寄与するその他の粉体としてフライアッシュを置換率ＦＡ／（Ｃ＋ＦＡ）×１００＝３０％で配合させ、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）＝４６％、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）＝０．６４とした。
上記混練物を型枠に打設し、脱型後、２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．の大気環境で養生した材齢約２８日のセメント複合材料の板状体とし、これを実施例１〜４のＨＰＦＲＣＣとした。これらの板状体のサイズは４２０×５５０×２０（ｍｍ）とした。
【００５５】
（比較例）
比較例１として、上記実施例１と同組成のセメント系組成物中に、実施例１と同じポリマー繊維をランダム配合し、剛繊維は配合せずに、ＨＰＦＲＣＣ用の混錬物を得た。
比較例２として、上記実施例１と同組成のセメント系組成物中に、比較例１と同じく実施例１と同じポリマー繊維をランダム配合し、剛繊維は配合せずに、そして更に、下記の粗骨材を混錬物中の配合量が９体積％となるように混入し、ＨＰＦＲＣＣ用の混錬物を得た。
粗骨材：ＪＩＳ  Ａ５００５に規定される市販の砕石２００５を１０ｍｍ以下に篩ったもの。
上記混練物を型枠に打設し、脱型後、実施例と同条件で養生した材齢約２８日のセメント複合材料の板状体とし、これを比較例１〜２のＨＰＦＲＣＣとした。これらの板状体のサイズも実施例と同サイズとした。
【００５６】
上記の各板状体について、その板の長辺方向が第１の主応力軸となる曲げ変形を加えることにより、第１のクラックを導入した。そのクラックの導入は、長辺方向５１０ｍｍの間隔で２箇所の支点を設け、３１０ｍｍの間隔で２箇所の作用点から荷重を負荷する「４点曲げ試験」によって行った。最大引張ひずみ量が４０％となるように片面から荷重を負荷した後、裏返して同様の荷重を負荷することにより、第１の微細なクラックを導入した。この第１のクラックが導入された板状体を、ここでは「初期クラック導入材」と呼ぶ。
【００５７】
次に、その初期クラック導入材から、２５０×長辺Ｌ×２０（ｍｍ）の供試材を切り出した。その際、初期クラック導入材の長辺方向（第１の主応力軸の方向）と、供試材の長辺方向とのなす角度θが、４５°となるように供試材を切り出した。供試材の長辺Ｌは、少なくとも３４０ｍｍ以上の寸法を確保してある。即ち、初期クラック導入時の主応力軸に対して、４５°の角度で、各供試材にせん断力がかかる状態を疑似的に再現した。これは、図２におけるＢ方向がＡ方向に対して４５°の方向となっている状態であり、これにより、マルチクラック１００に対して略平行な方向への一定のせん断力がかかっている状態である。
【００５８】
切り出された供試材について、長辺方向３４０ｍｍの間隔で２箇所の支点を設け、１７０ｍｍの間隔で２箇所の作用点から荷重を負荷する「４点曲げ試験」を実施した。供試材が破断に至るまで０．５ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で作用点に押し当てる治具を降下させる方法で行った。破断までの最大荷重時における変位量を測定し、当該供試材に上記せん断力を付与した際の変形能を評価した。結果を表１に示す。
【００５９】
又、上記実施例及び比較例の各板状体とした混錬物（生コンクリート）について、施工性の指標とするために流動性（スランプフロー）を測定した。結果を表１に示す。尚、スランプフローは、コンクリートのスランプフロー試験方法（ＪＩＳ  Ａ  １１５０）により測定したものである。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
表１から、ポリマー繊維１１のみをランダム配合した従来のＨＰＦＲＣＣ（比較例１）は、せん断力に対する変形能が不十分であることが分る。又、粗骨材を更に添加したＨＰＦＲＣＣ（比較例２）では、上記変形能の向上は見られるものの、スランプフローが低く施工性の面で問題があることが分る。尚、ＨＰＦＲＣＣの場合、粘性が高いことに起因し、一般的にスランプフローは、少なくとも４６０ｍｍ以上であることが好ましい。スランプフローが、４６０ｍｍ未満であると、型枠への充填性が不十分となってしまうため好ましくない。
【００６２】
適正量、適性態様の剛繊維をランダム混合した本発明のＨＰＦＲＣＣ（実施例１〜４）は、優れた変形能が維持できる。これは、低アスペクト比の剛繊維の存在により、初期に形成されたクラックにおけるせん断ずれが抑止されるためである。したがって、道路床版のように主応力軸が種々変化する用途において、本発明のＨＰＦＲＣＣは安定して優れた耐久性を呈することが期待される。
【００６３】
又、本発明のＨＰＦＲＣＣ（実施例１〜４）は、そのスランプフローの値から分る通り、施工性においても好ましいものである。但し、剛繊維の混入量が２．０体積％を大きく超える場合には、流動性が低下し、施工性において問題が生じる可能性がある。このことから、ＨＰＦＲＣＣに、０．１体積％以上２．２体積％以下の含有量範囲で、低アスペクト比の剛繊維を混合させると、主応力軸の変化によるせん断力に対しても、優れた変形能を十分に発揮しうるＨＰＦＲＣＣとすることができることが分る。
【００６４】
以上より、本発明によれば、近年、開発が進みつつあるＨＰＦＲＣＣについて、ＨＰＦＲＣＣの本来の特性である変形能を維持したまま、更に、クラック発生後の耐せん断破断性についても好ましい強度を有する複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（ＨＰＦＲＣＣ）を提供することができることが分る。
【符号の説明】
【００６５】
１          ＨＰＦＲＣＣ
１０        マトリクス
１１        ポリマー繊維
１２        剛繊維
１００      マルチクラック
２          ＨＰＦＲＣＣ（従来型）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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