(57)【要約】【課題】コンクリートに高い強度や靱性が付与された新規な繊維補強コンクリートを提供すること。【解決手段】ポリオレフィン系繊維又はポリアミド系繊維のモノフィラメントからなり、その形状が扁平状であり、その片面又は両面に平面状底部を有する窪みが複数形成されており、かつ、該モノフィラメントの繊度の平方根Ｘ（（ｄｔｅｘ）１／２）と窪みの深さＹ（ｍｍ）との関係が、式０．０１１６１８Ｘ−０．４３２３０≦Ｙ≦０．０１１６１８Ｘ−０．０２４７７　　　　　　　　（Ｉ）（式中、窪みの深さＹは、該扁平状モノフィラメントの最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）で示される。）を満足し、その長手方向の長さが５〜６０ｍｍの範囲である短繊維コンクリート補強材を、繊維混入率１．０〜５．０体積％の割合で含有することを特徴とする高強度繊維補強コンクリート。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系繊維又はポリアミド系繊維のモノフィラメントからなり、その形状が扁平状であり、その片面又は両面に平面状底部を有する窪みが複数形成されており、かつ、該モノフィラメントの繊度の平方根Ｘ（（ｄｔｅｘ）１／２）と窪みの深さＹ（ｍｍ）との関係が、式
０．０１１６１８Ｘ−０．４３２３０≦Ｙ≦０．０１１６１８Ｘ−０．０２４７７　　　　　　　　（Ｉ）
（式中、窪みの深さＹは、該扁平状モノフィラメントの最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）で示される。）を満足し、その長手方向の長さが５〜６０ｍｍの範囲である短繊維コンクリート補強材を、繊維混入率１．０〜５．０体積％の割合で含有することを特徴とする高強度繊維補強コンクリート。
【請求項２】
コンクリート補強材を、繊維混入率２．０〜４．０体積％の割合で含有する請求項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【請求項３】
コンクリート補強材の引張強度が、２．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲である請求項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【請求項４】
コンクリート補強材が、
（１）その最大幅（Ｗ）が０．３０〜２．００ｍｍで、扁平率が最大厚さ（Ｔ１）と最大幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｔ１）で１．５〜８の範囲であり、
（２）その両面に、平面状底部を有する窪みが長手方向２．５４ｃｍ当たり合計で１２〜４８個形成されており、
（３）片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と窪みの平面状底部（平面状底部に通じる斜面部分を含まず）の合計面積（Ｓ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）が０．０２〜０．４２の範囲であり、
（４）片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と該平面図面積から窪み部分（平面状底部及び斜面部分の合計）を除いた面積（Ｓ３）との比（Ｓ３／Ｓ１）が０．２０〜０．８５の範囲であり、且つ
（５）最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との比（Ｔ２／Ｔ１）が０．１０〜０．８２の範囲のものである請求項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【請求項５】
モノフィラメントが、ポリプロピレン系繊維である請求項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道高架橋、道路橋、トンネル等のコンクリート構造物等に用いられる新規な高強度繊維補強コンクリートに関する。本明細書において、コンクリートとは、コンクリートのみならず、モルタル、セメントモルタル、セメントペースト等を包含する概念である。
【０００２】
【従来の技術】
繊維系材料を混入していないコンクリート構造物の場合、コンクリートが、圧縮には強いが引張には弱いという脆性的な材料であるため、引張強度等を改善するために、内部の補強鉄筋と組み合わせて使用されている。この場合、高い靱性を付与しようとすれば、鉄筋量が多くなり、コンクリートの打設が困難となったり、配筋自体が不可能となったりするといった問題がある。特に、例えば、鉄道高架橋、道路橋、トンネル等のプレキャスト部材接合部や柱梁接合部等の過密な配筋が起こり易い部位、構造物において、この問題が大きい。
【０００３】
コンクリートの引張強度等の強度や靱性は、コンクリート中に無機系、有機系の短繊維である補強材を混入することにより、改善することができる。すなわち、あらかじめコンクリート中に通常長さ５〜６０ｍｍ程度の短繊維を混入しておけば、コンクリートの強度や靱性を改善でき、必要な配筋量を低減することができる。
【０００４】
しかしながら、従来のコンクリート補強材として用いられている短繊維は、コンクリートに高い強度や靱性を付与する点から、必ずしも、好適な短繊維が開発されているとは言えない。
【０００５】
即ち、無機系繊維の場合、例えば、鋼繊維は、繊維混入量を１．５体積％以上に増加させることは困難であり、又水や大気中の酸素等によって、発錆するため、コンクリート表面の美観を損ね、場合によっては、コンクリート表面のポップアウトを引き起こすという欠点がある。ガラス繊維には、セメント中のアルカリによって、劣化し、補強効果が徐々に低下するという欠点がある。炭素繊維には、耐久性上の問題は発生しないが、破断伸度が低く、コンクリートの練混ぜ中に繊維自体が損傷し、補強効果が低下する、さらに高価であるという欠点を有する。
【０００６】
また、有機系繊維の場合は、例えば、従来のビニロン繊維の場合には、通常、数十μ程度の太さのモノフィラメント繊維を物理的に収束したものであるため、マルチフィラメント状態では有していた大きな表面積が減じられ、結果的にコンクリートマトリックスとの間の付着強度が低下し、補強効果が低い。
【０００７】
さらに、従来のポリプロピレン繊維の扁平状モノフィラメントに凹凸を付与してカットしたコンクリート補強材が、特開平１１−１１６２９７号公報に開示されているが、該公報には、凹凸の程度に関する具体的な開示はなく、コンクリートに高い強度や靱性を付与する観点から、更なる開発が望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、コンクリートに高い強度や靱性が付与された新規な繊維補強コンクリートを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記従来技術の現状に鑑み、特定の扁平状モノフィラメントに複数の窪みを形成してなるコンクリート補強材について鋭意研究したところ、該モノフィラメントの繊度の平方根Ｘと窪みの深さＹの関係について特定の式を満足する場合には、該モノフィラメントの最大の補強効果が発揮できること、窪みが特定形状で特定数形成されている場合には更に補強効果が向上すること、この補強材はコンクリートに高い強度や靱性を付与するという目的を十分に達成できること等を見出し、更に検討を重ねて、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、以下の高強度繊維補強コンクリートに係る。
【００１１】
１．ポリオレフィン系繊維又はポリアミド系繊維のモノフィラメントからなり、その形状が扁平状であり、その片面又は両面に平面状底部を有する窪みが複数形成されており、かつ、該モノフィラメントの繊度の平方根Ｘ（（ｄｔｅｘ）１／２）と窪みの深さＹ（ｍｍ）との関係が、式
０．０１１６１８Ｘ−０．４３２３０≦Ｙ≦０．０１１６１８Ｘ−０．０２４７７　　　　　　　　（Ｉ）
（式中、窪みの深さＹは、該扁平状モノフィラメントの最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）で示される。）を満足し、その長手方向の長さが５〜６０ｍｍの範囲である短繊維コンクリート補強材を、繊維混入率１．０〜５．０体積％の割合で含有することを特徴とする高強度繊維補強コンクリート。
【００１２】
２．コンクリート補強材を、繊維混入率２．０〜４．０体積％の割合で含有する上記項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【００１３】
３．コンクリート補強材の引張強度が、２．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲である上記項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【００１４】
４．コンクリート補強材が、
（１）その最大幅（Ｗ）が０．３０〜２．００ｍｍで、扁平率が最大厚さ（Ｔ１）と最大幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｔ１）で１．５〜８の範囲であり、
（２）その両面に、平面状底部を有する窪みが長手方向２．５４ｃｍ当たり合計で１２〜４８個形成されており、
（３）片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と窪みの平面状底部（平面状底部に通じる斜面部分を含まず）の合計面積（Ｓ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）が０．０２〜０．４２の範囲であり、
（４）片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と該平面図面積から窪み部分（平面状底部及び斜面部分の合計）を除いた面積（Ｓ３）との比（Ｓ３／Ｓ１）が０．２０〜０．８５の範囲であり、且つ
（５）最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との比（Ｔ２／Ｔ１）が０．１０〜０．８２の範囲のものである上記項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【００１５】
５．モノフィラメントが、ポリプロピレン系繊維である上記項１に記載の高強度繊維補強コンクリート。
【００１６】
【発明の実施の形態】
コンクリート補強材の素材
本発明の繊維補強コンクリートにおいて、混入されるコンクリート補強材の素材は、ポリオレフィン系繊維又はポリアミド系繊維のモノフィラメントである。モノフィラメントの材質としては、補強材をセメント、骨材と混合する際の剛性の点から、ポリオレフィン系繊維が好ましく、ポリプロピレン系繊維がより好ましい。
【００１７】
また、上記モノフィラメントの引張強度は、平面状底部を有する窪みの形成後において、２．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。６．０ｃＮ／ｄｔｅｘより高い強度のものを用いても、コンクリートマトリックスに埋め込まれた状態で引張力を受けた場合、引抜け抵抗力に大きな増加は見られず、強度を不必要に高めることは生産を効率よく行う観点から好ましくない。引抜け抵抗力に大きな増加が認められなくなる原因としては、高強度を得るための高延伸によって、フィラメントの分子配向による結晶化が進んで硬くなるため、高強度の繊維に大きな凹凸を形成し難くなり、所望する繊維とコンクリートマトリックスとの付着力を確保できず、繊維の引抜けが発生し易くなること、過度に凹凸を付与した場合には、凹凸を付与する過程で繊維内部に欠陥が生じ易くなり、所望の強度が得難いことが挙げられる。また、２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満ではモノフィラメント自身の強度が不十分である。２．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲であれば、上記繊維内部の欠陥が生じにくい範囲であると共に、延伸倍率がそれほど大きくないために無理がかからず適した範囲の窪みを作れ、生産工程が安定するため、コンクリートマトリックスに埋め込まれたものについて好ましい引抜け抵抗力が得られる。
【００１８】
上記モノフィラメントの引張強度は、より好ましくは２．０〜５．５ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲、特に好ましくは２．２〜４．５ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲である。
【００１９】
コンクリート補強材を構成するモノフィラメントの繊度と窪みの深さの関係
本発明で用いる扁平状モノフィラメントに複数の窪みを形成してなるコンクリート補強材は、該モノフィラメントの繊度の平方根Ｘと窪みの深さＹの関係について、前記式（Ｉ）を満足することにより、該モノフィラメントの最大の補強効果が発揮され、コンクリートに高い強度や靱性を付与するという目的を十分に達成できる。
【００２０】
即ち、本発明者の研究によれば、モノフィラメントの繊度の平方根Ｘ（（ｄｔｅｘ）１／２）と窪みの深さＹ（ｍｍ）の関係が、式
Ｙ＝０．０１１６１８Ｘ−０．１９４６１　　　（ＩＩ）
の近傍となるように窪みを形成したときに、そのモノフィラメントをコンクリートやモルタルに埋め込んだ状態から引っ張り荷重を加える試験における最大荷重である引抜け抵抗力が極大となることが見出された。この式（ＩＩ）よりも、窪みの深さＹが小さい場合は補強材の引き抜けが支配的に生じ、窪みの深さＹが大きい場合は補強材の破断が支配的に生じる。従って、式（ＩＩ）の近傍では、補強材とコンクリートマトリックス間の付着力と、補強材を構成するモノフィラメントの繊度とのバランスがとれた状態であると考えられる。
【００２１】
図１は、本発明で用いる補強材を構成するモノフィラメントの繊度の平方根Ｘ（（ｄｔｅｘ）１／２）と窪みの深さＹ（ｍｍ）の上記関係式（ＩＩ）の直線を示したグラフである。この式（ＩＩ）で表される直線を、実験の振れ幅を考慮して、上下に平行移動した範囲として、Ｙの範囲を決定して得られた該モノフィラメントの繊度の平方根Ｘと窪みの深さＹの関係が前記式（Ｉ）である。
【００２２】
従って、前記式（Ｉ）を満足する場合には、その補強材を混合したコンクリートにおいて、補強材を構成するモノフィラメントの最大の引抜け抵抗力が得られることになる。
【００２３】
コンクリート補強材の形態
本発明で用いるコンクリート補強材の形態を、図面を参照しつつ、説明する。図２は、該コンクリート補強材の一例を示す模式図である。図２の（ａ）は補強材の扁平面の一方を示す平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ１−Ａ２切断線における断面図である。ここで、扁平面とは補強材の最大幅を有する面を意味する。断面図（ｂ）は、Ａ１−Ａ２切断線の位置において、扁平面の一方のみに窪みが有る場合の断面であり、断面図（ｃ）は、Ａ１−Ａ２切断線の位置において、扁平面の両方に窪みが有る場合の断面である。図２の（ａ）における上端及び下端の波線は、それぞれ、同様の形状が、長手方向に更に続いていることを示す。
【００２４】
図２において、１は偏平状のモノフィラメント繊維を、２は窪みの平面状底部に通じる斜面部分を、３は窪みの平面状底部を、４はエンボス加工等により窪みを形成したときに生じる膨らみ部分を、それぞれ示す。また、２の斜面部分及び３の平面状底部を合わせたものが窪み部分である。また、図２の（ｂ）及び（ｃ）におけるＴ２は窪みの平面状底部における最小厚さを、又Ｔ１は補強材の最大厚さを、それぞれ示す。更に、図２のＷは補強材の最大幅を示す。ここで、補強材の最大幅とは、膨らみ部分がある場合は該部分を含んだ幅を意味する。
【００２５】
図２から明らかなように、本発明で用いるコンクリート補強材は、扁平状のモノフィラメントの扁平面に、平面状底部を有する窪みが複数形成されているものである。ここで、個々の窪み部分の平面的な大きさに関係なく、平面状底部を有する窪みである限り、１つの窪みとして扱う。
【００２６】
窪み部分の平面的な輪郭形状は、図２の（ａ）に示した例では、正方形であるが、これに限られず、円形、楕円形、長方形、平行四辺形、菱形、これらの形状の種々の組み合わせ等の、いずれの形状であってもよい。また、窪み部分の平面的な大きさも、窪み自体が本発明特定の面積比の範囲内である限りにおいて限定されず、同じ大きさの窪みが連続的に形成されていても、異なる大きさの窪みが周期的に又は適宜の順で形成されていてもよい。更に、窪みの深さも、本発明特定の最大厚さ（Ｔ１）と最小厚さ（Ｔ２）との比の範囲内である限りにおいて限定されず、同じ深さの窪みが連続的に形成されていても、異なる深さの窪みが周期的に又は適宜の順で形成されていてもよい。
【００２７】
また、窪み部分における平面状底部の平面状とは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察して、概ね平面とみなせる状態を意味する。該平面状には、数学的意味での平面のみならず、曲面部分を有するもの、うねりのような起伏を有するもの、微細な凹凸を有するもの等が包含される。
【００２８】
また、窪み部分の全体的な立体形状としては、コンクリートの微細な容器としての役割を果たし、コンクリートが充填されてアンカー効果が発現できる形状であればよく、例えば、箱状、トレイ状、茶碗状、什器状、皿状等の各種容器形状が挙げられる。
【００２９】
窪みは、補強材を構成する扁平状モノフィラメントの片面又は両面に形成される。補強効果の観点からは、両面に形成することが、好ましい。窪みを両面に形成する場合、両面に形成された窪みの位置は、一致している必要はなく、異なっていても構わない。
【００３０】
本発明で用いるコンクリート補強材の好ましい形態は、次の通りである。該補強材を構成するモノフィラメントは、その形状が扁平状であり、最大幅（Ｗ）が０．３０〜２．００ｍｍの範囲であるのが好ましい。２．００ｍｍ以上に大きくなると、例えば１ｍ３中に同一補強材料を同一体積％分投入する時に、補強材の本数が少なくなり、コンクリート補強効果が低下する傾向にある。一方、補強材の本数を多くするために、０．３０ｍｍよりも細くしすぎると柔らかくなりすぎてファイバーボール現象を起こしてセメントや骨材とうまく混ざらない傾向がある。最大幅は、０．３５〜１．８０ｍｍの範囲がより好ましく、０．５０〜１．６０ｍｍの範囲が特に好ましく、０．７０〜１．４０ｍｍの範囲が最も好ましい。最大幅は、例えば、ノギス、マイクロスコープ等により、容易に測定できる。
【００３１】
また、扁平状モノフィラメントの最大厚さ（Ｔ１）は、通常、好ましくは０．２〜０．６ｍｍ程度、より好ましくは０．２５〜０．５５ｍｍ程度であるのが望ましい。
【００３２】
また、扁平状モノフィラメントの扁平率としては、通常、最大厚さ（Ｔ１）と最大幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｔ１）で好ましくは１．５〜８程度、より好ましくは２〜５程度の範囲であるのが望ましい。
【００３３】
本発明で用いるコンクリート補強材においては、上記扁平状モノフィラメントの扁平面に、平面状底部を有する窪みが、長手方向２．５４ｃｍ当たり、両面の合計で１２〜４８個形成されているのが好ましい。ここで、２．５４ｃｍの長さは、１インチの長さを意味する。窪みの数は、例えば、目盛り付きのルーペ等により、容易に測定できる。
【００３４】
窪みの個数が、４８個／２．５４ｃｍを超えると、窪みの斜面部分が近づきすぎて斜面部分に対してモノフィラメントの長手方向にかかる剪断力により該斜面部分が削り取られ易くなったり、延ばされ易くなって大きな引抜け抵抗力が得られなくなってしまい、補強効果は少なくなる。一方、１２個／２．５４ｃｍを下回ると、窪みの斜面数が少なすぎて大きな摩擦力が発生しないばかりかコンクリートとの接触面積も少なくなって抜け易くなる。窪みの数は、１４〜４４個／２．５４ｃｍの範囲がより好ましく、２０〜４０個／２．５４ｃｍの範囲が特に好ましい。
【００３５】
また、モノフィラメントの扁平面の片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と窪みの平面状底部の合計面積（Ｓ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）が０．０２〜０．４２の範囲であるのが好ましい。平面図面積とは、モノフィラメントの扁平面の片面を真上から見たとき時の面積を意味する。ここで、Ｓ１は２．５４ｃｍ当たりの窪み部分を含めた扁平面全体の平面図面積を、又Ｓ２は２．５４ｃｍ当たりの扁平面に形成された複数の窪みの平面状底部の各面積の合計面積を、それぞれ意味する。Ｓ２／Ｓ１が０．４２を超えると窪みの平面状底部面積が増大し、窪み部分以外の平滑部分が縮小することになり、引抜け時にコンクリートやモルタルとの摩擦で該平滑部分が削られやすくなるために引抜け抵抗力が減少する方向になる。一方、Ｓ２／Ｓ１が０．０２未満では窪みの平面状底部面積が狭くてアンカー効果が出ず、引抜け抵抗力が減少する。Ｓ２／Ｓ１は、０．０３〜０．３５の範囲がより好ましく、０．０５〜０．２５の範囲が特に好ましい。
【００３６】
また、モノフィラメントの扁平面の片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と該平面図面積から窪み部分を除いた面積（Ｓ３）との比（Ｓ３／Ｓ１）が０．２０〜０．８５の範囲であるのが好ましい。ここで、Ｓ３は２．５４ｃｍ当たりの扁平面に形成された複数の窪み部分を除いた平面図面積（片面）を意味する。Ｓ３／Ｓ１が０．２０未満であると窪み部分以外の平滑部分が縮小することになり、引抜け時にコンクリートやモルタルとの摩擦で該平滑部分が削られやすくなるために引抜け抵抗力が減少することになる。また、０．８５を超えると窪み部分が少なくなるのでアンカー効果が低くなり引抜け抵抗力も低くなる。Ｓ３／Ｓ１は、０．２５〜０．８０の範囲であるのがより好ましく、０．３０〜０．７５の範囲であるのが特に好ましい。
【００３７】
ここで、上記Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各面積は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による表面写真より窪み部分とそれ以外の部分との境界部及び窪みの平面状底部に通じる斜面部分と該平面状底部との境界部に線を引いて求めた。
【００３８】
また、補強材の最大厚さ即ちモノフィラメントの最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との比（Ｔ２／Ｔ１）が０．１０〜０．８２の範囲であるのが好ましい。Ｔ２／Ｔ１が０．８２を超える浅い窪みではコンクリートと補強材との間の引抜け時摩擦に大きな値は期待できず、一方、Ｔ２／Ｔ１が０．１０未満の深い窪みとなるとモノフィラメント自身の強度低下を生じる。Ｔ２／Ｔ１は、０．１０〜０．７０の範囲であるのがより好ましく、０．１４〜０．６０の範囲であるのが特に好ましい。ここで、上記Ｔ１及びＴ２の各厚さは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による断面写真及びダイヤルゲージ式の厚み計を用いて、測定した。
【００３９】
本発明で用いるコンクリート補強材は、扁平状モノフィラメントに特定形態の窪みが形成された長繊維を、長手方向の長さが、５〜６０ｍｍ程度の範囲、好ましくは１０〜５０ｍｍ程度の範囲になるように幅方向に切断して得られる短繊維状のものとして、使用する。
【００４０】
コンクリート補強材の製造方法
本発明で用いるコンクリート補強材は、例えば、ポリオレフィン系樹脂又はポリアミド系樹脂を紡糸してモノフィラメントとし、これを熱延伸及び熱弛緩処理後に、エンボス加工等により、窪みを形成し、同時に扁平状とすることにより、好適に製造することができる。また、必要に応じて、更に、幅方向に切断して、短繊維とすることができる。
【００４１】
原料のポリオレフィン系樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸アルキル等のポリエチレン系樹脂、エチレン−プロピレンブロック共重合体、エチレン−プロピレンランダム共重合体、プロピレン単独重合体等のポリプロピレン系樹脂、ポリブテン−１等を挙げることができ、これらの一種を又は二種以上をブレンドして使用できる。これらの中では、耐熱性、耐久性等の点でポリプロピレン系樹脂が好ましい。エチレン−プロピレン共重合体の場合における共重合割合としては、通常、両者の合計量に対して、エチレン１〜２０モル％程度、プロピレン９９〜８０モル％程度とするのが好ましい。また、ポリプロピレン系樹脂に、紡糸性向上等のためにポリエチレン樹脂等を５〜４０重量％程度ブレンドすることもできる。ポリオレフィン系樹脂のメルトフローレート（ＪＩＳ　Ｋ　７２１０法に準拠、以下「ＭＦＲ」という）としては、０．１〜３０ｇ／１０ｍｉｎが好ましく、１〜１０ｇ／１０ｍｉｎであるのがより好ましい。
【００４２】
また、原料のポリアミド系樹脂としては、例えば、６−ナイロン、６６−ナイロン等を挙げることができ、これらの一種を又は二種以上をブレンドして使用できる。
【００４３】
紡糸は、例えば、ポリオレフィン系樹脂又はポリアミド系樹脂を、押出機等に投入して、円形、楕円形、扁平形等のノズルから紡糸し、冷却することにより、行うことができる。
【００４４】
また、紡糸を行う際に、例えば、芯層及び鞘層からなる複合モノフィラメント等となるようにして、これを使用することもできる。
【００４５】
熱延伸及び熱弛緩処理は、例えば、原料のポリオレフィン系樹脂又はポリアミド系樹脂を溶融紡出し、原料樹脂の融点以下〜軟化点以上の温度にて延伸する。この際、モノフィラメントの軽量化のため、発泡剤を混入することもできる。
【００４６】
延伸温度は、通常、１５０〜９０℃程度であり、延伸倍率は、通常、１３〜５倍程度好ましくは１０〜７倍程度である。熱延伸法としては、熱ロール式、熱風オーブン式、熱板式、沸水式、これらの方式の組み合わせ等により、行うことができる。
【００４７】
ここで、得られたモノフィラメントの繊度は、通常、８８０〜５，５００ｄｔｅｘ程度の範囲、好ましくは１，１００〜４，０００ｄｔｅｘ程度の範囲、より好ましくは１，６５０〜３，３００ｄｔｅｘ程度の範囲とするのが適当である。
【００４８】
モノフィラメントのエンボス加工は、上記延伸工程後、例えば、複数本のモノフィラメントを並列に並べて、二個の金属製ロールの間を通過させて行うことができる。二個のロールは、その一方又は両方を、エンボスロールとする。エンボスロールの表面には、例えば、相交差する細い直線状斜線等の凹部等を設けておく。
【００４９】
このエンボス加工により、モノフィラメントが、前記扁平率を有する扁平状になると共に、本発明特定の窪みが形成される。
【００５０】
また、本発明補強材は、エンボス加工以外にも、例えば、平滑なモノフィラメント面に砂を一定時間叩きつけるという方法によっても、製造することができる。
【００５１】
上記により得られた、扁平状モノフィラメントに特定形態の窪みが形成された長い繊維状の補強材は、使用に際して、幅方向に切断して、短繊維補強材とする。短繊維補強材の長さとしては、通常、好ましくは５〜６０ｍｍ程度、より好ましくは１０〜５０ｍｍ程度とするのが適当である。
【００５２】
また、上記の長い繊維状補強材又は短繊維補強材は、必要に応じて、表面の親水化、活性化等の目的で、繊維表面を界面活性剤、分散剤、カップリング剤等で処理してもよいし、コロナ放電処理、紫外線照射、電子線照射等の処理をしてもよい。
【００５３】
高強度繊維補強コンクリート
本発明の高強度繊維補強コンクリートは、上記の短繊維コンクリート補強材が、繊維混入率１．０〜５．０体積％の割合で含有されていることを特徴とするものである。ここで、繊維混入率が１．０体積％未満ではコンクリートに高強度、高靱性を付与する効果が不十分となる場合があり、一方５．０体積％を越えるとコンクリートの製造、運搬、打設、締固め等の作業性が悪化し、しかも、これを改善しようとして単位水量、単位セメント量を増しても、作業性を改善しきれない上に不経済な配合となる点から好ましくない。繊維混入率は、好ましくは２．０〜４．０体積％程度である。
【００５４】
ここで、繊維混入率（ＦＣ、Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｎｔｅｎｔ）は、式
ＦＣ＝（Ｖ１／Ｖ２）×１００　　　　　　　（ＩＩＩ）
（式中、Ｖ１は繊維補強コンクリートの単位体積（１，０００リットル＝１ｍ３）中に混入された補強繊維の体積（リットル）を示し、Ｖ２は繊維補強コンクリートの単位体積（１，０００リットル＝１ｍ３）を示す。）で表される割合（体積％）である。
【００５５】
本発明の繊維補強コンクリートは、特定量の上記短繊維コンクリート補強材を、常法に従って、各種コンクリートに混入することにより、調製できる。例えば、該補強材を、水、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤等と共に混合し、その際に、通常、コンクリート中の該補強材の含有量が１．０〜５．０体積％、好ましくは２．０〜４．０体積％程度となるように調整することにより、容易に調製できる。
【００５６】
上記セメントとしては、例えば、普通セメント、早強セメント、超早強セメント、中庸熱セメント、低熱セメント、耐硫酸塩セメント等の各種ポルトランドセメント；ジェットセメント、アルミナセメント等の特殊セメント等を使用することができる。
【００５７】
細骨材、粗骨材としては、例えば、川砂利、砕石、スラグ砕石等を使用することができる。また、混和剤としては、例えば、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等を挙げることができる。
【００５８】
また、繊維補強コンクリートのフレッシュ性状としては、具体的用途に応じて適宜調整すればよいが、例えば、高性能ＡＥ減水剤をセメント重量に対して０．３〜２．０重量％程度用い、スランプが２．５〜２１ｃｍ程度、空気量が、１．０〜６．０体積％程度に調整するのが好ましい。ここで、本発明で用いる短繊維補強材は、フレッシュ性状に及ぼす影響が小さいという特性を有している。
【００５９】
本発明の高強度繊維補強コンクリートは、常法に従って、現場施工用、プレキャスト構造体用等として使用でき、高強度且つ高靱性のコンクリート構造体が得られる。特に、鉄道高架橋、道路橋、トンネル等に好適に使用でき、高強度且つ高靱性のコンクリート構造物が得られる。
【００６０】
本発明の繊維補強コンクリートにより得られるコンクリート構造物は、高い引張強度、曲げ強度等を有し、又高い靱性を有するという特徴を有している。従って、例えば、鉄道高架橋、道路橋、トンネル等のプレキャスト部材接合部や柱梁接合物等の過密な配筋が起こり易い部位、構造物等に好適に使用できる。
【００６１】
【実施例】
以下、実験例及び実施例を挙げて、本発明をより一層具体的に説明する。
【００６２】
実験例１
ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ３．０ｇ／１０ｍｉｎ、測定温度２３０℃）に紡糸性向上の目的でポリエチレン樹脂（ＭＦＲ４．０ｇ／１０ｍｉｎ、測定温度１９０℃）を２５重量％混ぜた樹脂混合物を使用して、扁平ノズルにより、モノフィラメントを紡糸した。この際、延伸条件、延伸倍率を変えることにより、設定引張強度で約３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ（低強力タイプ）、約５ｃＮ／ｄｔｅｘ（中強力タイプ）及び約７ｃＮ／ｄｔｅｘ（高強力タイプ）の３種類、太さ（繊度）で１，６００ｄｔｅｘ、２，２００ｄｔｅｘ及び４，４００ｄｔｅｘの３種類である、合計９種類のモノフィラメントを得た。
【００６３】
次いで、各モノフィラメントを１５本平行に並べた状態で二つのエンボスロールの間を通してエンボス加工を行った。即ち、各モノフィラメントについて、上記状態で、エンボス加工用ロールのニップ圧を変えて、平面状底部を有する浅い窪み又は深い窪みの２種類のエンボス加工を行い、その両面に窪みが形成された扁平状モノフィラメントを得た。窪み部分の平面的形状は、図２のような正方形である。また、エンボス加工用でない二つのロールを用いて、同様のニップ圧で、加圧加工を行い、窪みのない扁平状モノフィラメントを得た。このようにして窪みのないもの、浅い窪みを形成したもの及び深い窪みを形成したものの２７種類の扁平状モノフィラメントを得た。
【００６４】
得られた各サンプルの形態の測定を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真、デジタルノギス（ＰＥＡＣＯＣＫ社製、ＤＩＡＬ　　ＴＨＩＣＫ−ＮＥＳＳ　　ＧＡＵＧＥ、ＭＯＤＥＬ　　Ｈ．Ｍｉｔｕｔｏｙｏ　　Ｄｉｇｉｍａｔｉｃ　　Ｃａ−ｌｉｐｅｒ）及びルーペを使用して、行った。
【００６５】
次に、長さ３０ｍｍ×幅１６ｍｍ×高さ１１ｍｍの直方体容器２個を使い、その内の１個の１６ｍｍ×１１ｍｍの面の中央部に上記の各モノフィラメントの３０ｍｍカットサンプル１片の一端から１５ｍｍが埋設されるようにセメントを水で練り上げたものを詰めた。他端の１５ｍｍ側にも同様に処し、２個の練り上げセメントの直方体が接する中央部を、未固化セメント同士が接触固化しないように薄い離型膜材で分離した。このようにして上記２７種類の扁平状モノフィラメントのそれぞれについて、同様に埋め込み、７日間の固化日数経過後に、固化物の直方体部分をチャックで掴んだ状態で引張り試験機に掛けて、各水準サンプルの引抜け抵抗力を調べた。
【００６６】
表１に、繊度１，６００ｄｔｅｘのモノフィラメントを用いて得たサンプルの形態及び試験結果を記す。表１において、Ｎｏ．１〜３は低強力タイプのモノフィラメントを、Ｎｏ．４〜６は中強力タイプのモノフィラメントを、Ｎｏ．７〜９は高強力タイプのモノフィラメントを、それぞれ用いて得たサンプルである。また、表１における引張強度は、エンボス加工又は加圧加工後の測定値である。
【００６７】
【表１】
2004026620.tif 000002
【００６８】
表１において、窪み数が片面当たり１０個（両面で２０個）形成されたサンプル（Ｎｏ．２、３、５、６、８及び９）は、いずれも、前記式（Ｉ）の関係を満足するものであった。
【００６９】
表２に、繊度２，２００ｄｔｅｘのモノフィラメントを用いて得たサンプルの形態及び試験結果を記す。表２において、Ｎｏ．１〜３は低強力タイプのモノフィラメントを、Ｎｏ．４〜６は中強力タイプのモノフィラメントを、Ｎｏ．７〜９は高強力タイプのモノフィラメントを、それぞれ用いて得たサンプルである。表２における引張強度は、エンボス加工又は加圧加工後の測定値である。
【００７０】
【表２】
2004026620.tif 000003
【００７１】
表２において、窪み数が片面当たり１０個（両面で２０個）形成されたサンプルの内Ｎｏ．５以外のもの（Ｎｏ．２、３、６、８及び９）は、いずれも、前記式（Ｉ）の関係を満足するものであった。
【００７２】
表３に、繊度４，４００ｄｔｅｘのモノフィラメントを用いて得たサンプルの形態及び試験結果を記す。表３において、Ｎｏ．１〜３は低強力タイプのモノフィラメントを、Ｎｏ．４〜６は中強力タイプのモノフィラメントを、Ｎｏ．７〜９は高強力タイプのモノフィラメントを、それぞれ用いて得たサンプルである。表３における引張強度は、エンボス加工又は加圧加工後の測定値である。
【００７３】
【表３】
2004026620.tif 000004
【００７４】
表３において、全てのサンプル（Ｎｏ．１〜９）は、いずれも、前記式（Ｉ）の関係を満足しないものであった。
【００７５】
表１〜３の結果より、次の点が明らかである。引抜け抵抗力をみると、各繊度内における扁平状モノフィラメントの引張強度と引抜け抵抗力に正比例関係は無く、必ずしも低強力タイプより高強力タイプの方に高い値が出るとは限らない。
【００７６】
また、扁平状モノフィラメントの片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの平面図面積（Ｓ１）と窪みの平面状底部の合計面積（Ｓ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）の値が大きいほど抜けにくい結果（引抜け抵抗力が大きい値）になっている。これは、窪みがある程度の底面積を有する方が良いことを示す。これは、一定長中に同数の窪みが存在する時、Ｖ字窪みよりも底面積を有する窪みのほうがセメントとの接触面積が大きくなるためである。
【００７７】
また、扁平状モノフィラメントの片面の長手方向２．５４ｃｍ当たりの面積（Ｓ１）と窪み部分以外の平面部分の面積（Ｓ３）との比（Ｓ３／Ｓ１）が０．２０〜０．８５の範囲であるものがよい。これはモノフィラメントに引張力が作用すると、窪み部分に侵入したコンクリートから強い押し圧を受ける。このコンクリートの押し圧に削り取られにくくするには窪み部分と窪み部分との間の仕切り部（ここでは平滑部がそれに該当する）を厚くしたほうがよいからである。
【００７８】
また、扁平状モノフィラメントの最大厚さ（Ｔ１）と窪みの平面状底部における最小厚さ（Ｔ２）との比（Ｔ２／Ｔ１）が０．７程度以下に高い引抜け抵抗力が出ている。これは、単に窪みを作っても浅い窪みでは効果が出ない領域があるということであり、窪みの深い方がコンクリートとの付着力が大きいことを示している。当然、窪み無しのモノフィラメントは境界面でアンカー効果が無いために滑りやすくて小さな引抜け抵抗力しか出ていない。また、Ｔ２／Ｔ１比が、０．１未満になっても引抜け抵抗力は低くなるが、これは窪みが深すぎるためにモノフィラメント強度が低下して引張力作用時にモノフィラメントが切断してしまうからである。
【００７９】
従って、ポリオレフィン系樹脂等のモノフィラメントの強度について必ずしも高強度でなくても高い引抜け抵抗力が出せること、窪みを的確な範囲内の形状にすることによりコンクリートの補強効果や剥落抑制効果が顕著に向上することが判明した。
【００８０】
実施例１
実験例１の表２のＮｏ．６のサンプルを、幅方向に切断して、長さ３０ｍｍの短繊維補強材を得た。
【００８１】
上記短繊維補強材を用いて、繊維補強コンクリートを次の配合に基づき、調製した。即ち、普通ポルトランドセメント４１７ｋｇ／ｍ３、水１７１ｋｇ／ｍ３、砂（ＦＭ２．９０）８８０ｋｇ／ｍ３、砂利（ＦＭ６．８７）８１３ｋｇ／ｍ３及び高性能減水剤（花王（株）製、商品名「マイティー１５０」）セメント重量に対して１．２重量％を、容量５５リットルの強制練り２軸型ミキサを用いて、９０秒間練り混ぜた後、上記短繊維補強材９．１ｋｇ／ｍ３を加えて、更に３０秒間練り混ぜた。この配合において、Ｗ／Ｃは４１％、ｓ／ａは５３％、繊維混入量は１．０体積％であった。
【００８２】
練り混ぜられた繊維補強コンクリートのフレッシュ性状は、スランプ（ＪＩＳＡ　１１０１に準じて測定）９．０ｃｍ、空気量（ＪＩＳ　Ａ　１１０８に準じて測定）１．９体積％であった。
【００８３】
実施例２
実施例１において、各成分の配合量を、普通ポルトランドセメント５１０ｋｇ／ｍ３、水２１０ｋｇ／ｍ３、砂（ＦＭ２．９０）９５７ｋｇ／ｍ３、砂利（ＦＭ６．８７）４９１ｋｇ／ｍ３、高性能減水剤（花王（株）製、商品名「マイティー１５０」）セメント重量に対して１．２重量％及び短繊維補強材２７．３ｋｇ／ｍ３に、それぞれ変更した以外は、実施例１と同様にして、繊維補強コンクリートを調製した。この配合において、Ｗ／Ｃは４１％、ｓ／ａは６７％、繊維混入量は３．０体積％であった。
【００８４】
練り混ぜられた繊維補強コンクリートのフレッシュ性状は、スランプ（ＪＩＳＡ　１１０１に準じて測定）６．０ｃｍ、空気量（ＪＩＳ　Ａ　１１０８に準じて測定）１．１体積％であった。
【００８５】
実施例１及び２で得た繊維混入量１．０体積％又は３．０体積％の繊維補強コンクリートを用いて、ＪＳＣＥ　Ｇ５５１及びＪＳＣＥ　Ｇ５５２に準じて、圧縮強度及び曲げ強度を調べた。圧縮強度についてはφ１０×２０ｃｍの供試体を、曲げ強度については１０×１０×４０ｃｍの供試体を、それぞれ用いた。また、比較のため、補強繊維を混入していないコンクリートについても、同様に強度を調べた。材齢７日の供試体各３個の平均値である、試験結果を、表４に示す。
【００８６】
【表４】
2004026620.tif 000005
【００８７】
また、図３に、実施例２の繊維補強コンクリートを用いて得られた繊維混入量が３．０体積％の３個の各コンクリート供試体（Ｎｏ．１、２及び３）について、上記曲げ強度を測定した際の荷重−たわみ曲線のグラフを示す。
【００８８】
図３より、本発明の繊維補強コンクリートは、ひび割れが生じた後も高い荷重に耐えることができ、高い曲げ強度及び高い靱性が付与されていることが明らかである。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の繊維補強コンクリートによれば、使用した短繊維補強材が、優れた補強効果を有していることに基づき、コンクリート構造物に高い強度及び高い靱性が付与される、特に、コンクリート構造物の引張強度、曲げ強度等が顕著に向上している。
【００９０】
従って、例えば、鉄道高架橋、道路橋、トンネル等のプレキャスト部材接合部や柱梁接合物等の過密な配筋が起こり易い部位、構造物において、鉄筋量を多くし過ぎることなく、高い強度及び靱性を付与でき、コンクリートの打設が困難となったり、配筋自体が不可能となったりするといった問題を、好適に解消できる。
【００９１】
上記本発明の効果は、使用したコンクリート補強材が、好ましくは次のような形態を有することに起因すると考えられる。
【００９２】
即ち、本発明で使用する補強材は、特定の扁平状モノフィラメントに、特定の関係式を満足する深さの窪みを形成したことにより、更には窪みが特定形態であり、又該窪みを特定数形成したことにより、コンクリートとの付着性が著しく向上しており、これを用いたコンクリート構造物のクラックの進展を顕著に抑えたり、高い引抜け抵抗力や曲げ強度を有するコンクリート構造物が得られる。
【００９３】
また、本発明で用いる補強材は、コンクリートとのアンカー効果が高いことにより、コンクリート構造物に荷重がかかりひび割れが発生したときに、そのひび割れの進展を防ぐ効果が発揮され、ひいてはコンクリート構造体の破壊強度が向上する効果が期待出来る。
【００９４】
また、本発明で用いる補強材は、セメント等と容易に混合でき、安全面で問題がなく、高強度を付与できるため、補強材使用量を減少でき、コスト的にも有利であり、比較的高強度でない素材を有効に使用できるという利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明で用いる補強材を構成するモノフィラメントの繊度の平方根Ｘ（（ｄｔｅｘ）１／２）と窪みの深さＹ（ｍｍ）の関係式（ＩＩ）の直線を示したグラフである。
【図２】図２は、本発明で用いるコンクリート補強材の一例を示す模式図であり、（ａ）は補強材の扁平面の一方を示す平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ１−Ａ２切断線における断面図である。図２の（ａ）における上端及び下端の波線は、それぞれ、同様の形状が、長手方向に更に続いていることを示す。
【図３】実施例２において、繊維混入量が３．０体積％の３個の各コンクリート供試体について、曲げ強度を測定した際の荷重−たわみ曲線のグラフを示す。
【符号の説明】
１　偏平状のモノフィラメント繊維
２　窪みの平面状底部に通じる斜面部分
３　窪みの平面状底部
４　補強材の膨らみ部分
Ｔ１　補強材の最大厚さ
Ｔ２　窪みの平面状底部における最小厚さ
Ｗ　補強材の最大幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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