(57)【要約】【課題】被補強体であるコンクリート等の凝集力が高い場合であってもす抜けが起こりにくく、高い補強効果が得られるコンクリート等の補強用材料及びその製造方法を提供すること。【解決手段】繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材を、流動状態にある熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂中に浸漬して該樹脂を付着させた後、該樹脂を略球状に凝縮させて乾燥、硬化させると共に、さらに基材表面にセメント粒子を撹乱浮遊させつつ付着させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材の表面を、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂と、セメント粒子とで被覆した樹脂被覆体からなり、該樹脂被覆体は、その長さ１ｃｍあたりに少なくとも１個の略球状の突起部を有しており、且つ該突起部の断面径が突起部を除く部分の平均径の１．３倍以上であることを特徴とするコンクリート等の補強用材料。
【請求項２】
樹脂被覆体の基材が、アラミド繊維である請求項１記載のコンクリート等の補強用材料。
【請求項３】
アラミド繊維がコポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレンテレフタラミド繊維である請求項２記載のコンクリート等の補強用材料。
【請求項４】
セメント粒子が、樹脂被覆体表面の４０％以上を被覆している請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート等の補強用材料。
【請求項５】
繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材を、流動状態にある熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂中に浸漬して該樹脂を付着させた後、該樹脂を略球状に凝縮させて乾燥、硬化させると共に、さらに基材表面にセメント粒子を撹乱浮遊させつつ付着させることを特徴とするコンクリート等の補強用材料の製造方法。
【請求項６】
基材が、アラミド繊維である請求項５記載のコンクリート等の補強用材料の製造方法。
【請求項７】
アラミド繊維がコポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレンテレフタラミド繊維である請求項６記載のコンクリート等の補強用材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート等の補強用材料及びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、コンクリートやモルタル材料等に使用することにより、その曲げ強度などの機械的特性を可及的に向上させることが可能なコンクリート等の補強用材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からモルタルやコンクリート材料の曲げ強度、耐衝撃強度等の機械的特性を向上させるために、アスベスト、ガラス繊維、スチール繊維、及び、炭素繊維等の無機繊維が用いられてきた。その中でアスベスト繊維は、古くから使用されてきたが、発ガン性の問題等から現在は使用が規制されるようになってきた。また、ガラス繊維は、耐アルカリ性のものでも、セメント中のアルカリにより劣化し、長期的に補強効果を維持することが困難であるため、大量使用には至っていない。スチール繊維は、コンクリート中で腐食が生じ、これによってコンクリート材料にひび割れが生じるという問題がある。また、スチール繊維に防錆処理を施しても長期的には腐食に耐えられず、しかも防錆処理にコストがかかり有用ではない。炭素繊維は、セメント中に分散させるための混練処理中に折れて短くなり、必要な長さが維持できないので期待通りの補強効果が得られなくなるという問題を有している。
【０００３】
これに対して、有機高分子重合体からなる繊維については、例えば、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維等による補強が有効であり、既に実用化されている。
【０００４】
確かに、これらの繊維を使用して補強を行うことによりコンクリート等の材料の曲げ強度、耐衝撃強度等の機械的特性を向上させることが可能になるが、補強効果を充分に発現させるためには、コンクリート材料中の繊維の１本１本が周囲のコンクリートと強固に結合していることが重要である。しかし、上記の繊維は、コンクリート中では、アルカリや腐食によって劣化して強度低下を生じたり、コンクリート材料中にひび割れ等を生じさせるばかりでなく、経年変化や各種の荷重負荷によりコンクリート界面との結合性が低下し、補強効果を充分に発揮できないという欠点を有している。
【０００５】
このような問題を解決するため、先に本発明者らは、特開２００１−３２８８５３号公報（特許文献１）において、繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材の表面を熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂で被覆し、少なくとも１個以上の突起部を形成させた樹脂被覆体を開示したが、該樹脂被覆体は、被補強体であるコンクリート等の凝集力が高い場合には、樹脂被覆体のす抜けが起こるという問題があった。
【０００６】
上記の問題を解決するためには、例えば、国際公開第９９／０３７９６号パンフレット（特許文献２）に記載の如く、基材にバインダー液を付着せしめた後、セメント粒子が充填された容器をくぐらせて、基材表面にセメント粒子を付着させることが考えられるが、上記の樹脂被覆体に該方法を適用しようとすると、形成された突起部がセメント粒子や容器の抵抗により、消滅してしまうという新たな問題が発生する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３２８８５３号公報
【０００８】
【特許文献２】
国際公開第９９／０３７９６号パンフレット
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解消し、被補強体であるコンクリート等の凝集力が高い場合であってもす抜けが起こりにくく、高い補強効果が得られるコンクリート等の補強用材料及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、突起部を形成させた樹脂被覆体にセメント粒子を付着させるに際し、セメント粒子を撹乱浮遊させて付着させるとき、所望の樹脂被覆体が得られることを究明し、本発明に至った。
【００１１】
かくして本発明によれば、繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材の表面を、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂と、セメント粒子とで被覆した樹脂被覆体からなり、該樹脂被覆体は、その長さ１ｃｍあたりに少なくとも１個の略球状の突起部を有しており、且つ該突起部の断面径が突起部を除く部分の平均径の１．３倍以上であることを特徴とするコンクリート等の補強用材料が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材を、流動状態にある熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂中に浸漬して該樹脂を付着させた後、該樹脂を略球状に凝縮させて乾燥、硬化させると共に、さらに基材表面にセメント粒子を撹乱浮遊させつつ付着させることを特徴とするコンクリート等の補強用材料の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明のコンクリート等の補強用材料とは、砂等の骨材とセメントとを混練して作成されるコンクリートや、主としてセメントにより作成され、小さな骨材を含むか若しくは骨材を含まないモルタル等の補強用に使用することが出来る材料を意味する。
【００１４】
本発明のコンクリート等の補強用材料は繊維状若しくは可撓性のある棒形状を有する基材の表面を、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂と、セメント粒子とで被覆した樹脂被覆体からなる。
【００１５】
ここで、基材として使用される繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、スチール繊維等の無機繊維、及びアラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）系繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ナイロン繊維、脂肪族ポリエステル系繊維若しくは芳香族ポリエステル系繊維、アクリル繊維、塩化ビニル繊維、ポリビニルアルコール系繊維、セルロース繊維、パルプ繊維等の有機繊維である。
【００１６】
特に、アラミド繊維は、高い引張強度と耐薬品性を有し、且つ、軽量であるため、近年セメント薄板等の補強用材料として多く用いられるようになってきた。すなわち、セメント材料にアラミド短繊維を添加し、ルーダーを用いて混練し、これを押出成形することにより得られる薄板は、曲げ強度、耐衝撃強度が著しく向上して薄板をより薄くすることが可能となる。
【００１７】
中でも、パラ型アラミド繊維が好ましく例示される。パラ型アラミド繊維としては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタラミドやコポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド共重合体繊維等をあげることが出来る。
【００１８】
特に、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維を基材として用いた場合は、優れた引抜き特性を有するために他の繊維に比べて補強効果が優れている上、耐アルカリ性にも優れているため、温度が２００℃程度のオートクレーブ養生にも耐えることができ、長期にわたって高性能を保持することが出来る。
【００１９】
これら繊維の太さ（繊維糸条の総繊度）は、１１１．１〜１００００ｄｔｅｘ（１００〜９０００ｄｅ）の範囲のものが例示されるが、より好ましくは２２２．２〜３３３３．３ｄｔｅｘ（２００〜３０００ｄｅ）の範囲のものである。但し、特にこの範囲に限定されるものではない。
【００２０】
該繊度が細い場合には、コンクリートに混入する一定重量当りのコンクリートとの接触面積が増加するので、補強には好ましい場合があるが、前記の範囲を外れて細い場合には、補強用繊維としての絶対強力が不足することがあり好ましくない。
【００２１】
一方、該繊度が太い場合には、補強用繊維としての絶対強力は充分であるが、一定重量当りのコンクリートとの接触面積が減少（本数が少なくなる）し、補強効率を低下させることがあるので好ましくない。また、これらの繊維の長さ方向と直交する断面は、通常の円型形状や、長方形、偏平形状、その他異型断面形状のものも使用し得るが、円型形状若しくは円型形状に近い形状のものが取り扱い上は好ましい。
【００２２】
次に、本発明のコンクリート等の補強用材料に使用する樹脂は、耐アルカリ性の熱可塑性樹脂、及び／又は、熱硬化性樹脂であれば特に制限なく使用されるが、好ましくは、エポキシ系樹脂、ビニールエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、ホルムアルデヒド系樹脂、フルオロ重合体系樹脂等の熱硬化性樹脂が使用され、中でも、エポキシ系樹脂やビニールエステル系樹脂が特に好ましく使用される。これらの樹脂は、浸漬法やスプレー法により前記の基材となる繊維表面に付与し、乾燥及び必要により熱処理することにより樹脂被覆体とすることが出来る。
【００２３】
上記の樹脂被覆体は、その長さ１ｃｍあたりに少なくとも１個の略球状の突起部を有しており、且つ該突起部の断面径が突起部を除く部分の平均径の１．３倍以上であることが必要である。
【００２４】
図１は、本発明のコンクリート等の補強用材料である樹脂被覆体を切断したものを模式的に示す側面図である。図１において、１は樹脂被覆体が有する突起部を示し、２は該突起部を除く部分を示す。該突起部１の最大径：ｄ１と突起部を除く部分２の平均径：ｄ２の比率：ｄ１／ｄ２は１．３倍以上であることが必要であり、好ましくは、１．５倍以上、さらに好ましくは、３倍以上である。該比率が１．３倍未満の場合は、コンクリート材料中において、該樹脂被覆体の引抜き抵抗値を充分に大きくすることができず、本発明の効果が得られない。
【００２５】
このような突起部は、１ｃｍ当りに１個以上形成されていることが必要であり、実用的には２〜３個のものが好ましく例示される。
【００２６】
このような突起部を形成させる方法としては、基材となる繊維表面に樹脂を付着させ、乾燥する際に、該樹脂の表面張力による凝縮作用を利用して該樹脂を球形状に凝縮させ（これが突起部となる）、該凝縮部を繊維の長さ方向に沿って多数形成させる方法が好ましく例示される。
【００２７】
上記のように、樹脂を球形状に凝縮させるには、使用する樹脂の濃度と付着量とを適宜調節すれば良いが、例えば、アラミド繊維の場合、２０℃における粘度が５０センチポイズ（ｃｐｓ）以上の樹脂を、繊維の重量に対して６０〜２５０重量％付着させ、乾燥、硬化の前に繊維を２５度以上傾斜させた状態で走行させることにより製造することができる。
【００２８】
また、本発明においては、上記の樹脂被覆体にセメント粒子が付着されていることが肝要である。セメント粒子を付着させる手段としては、上記の如く繊維を２５度以上傾斜させた状態で走行させ、樹脂を凝縮させた後、乾燥、硬化する前に、セメント粒子を撹乱浮遊させたチャンバー内を通過させる方法が挙げられる。
【００２９】
ここで、セメント粒子は一般に市販されているものを任意に用いることができ、例えばポルトランドセメントやポルトランドセメントにシリカやフライアッシュを混ぜた混合セメント、アルミナセメント等を用いることができる。
【００３０】
また、上記セメント粒子を撹乱浮遊させる方法は、例えばセメント粒子を充填したチャンバー内に空気を強制的に吹きこ込んで空気の乱流を起こす方法などが例示される。この際、セメント粒子を撹乱浮遊させずに樹脂被覆体を付着させようとすると、突起部が消滅し、本発明の効果が充分に発揮されなくなる。
【００３１】
この際、セメント粒子は樹脂被覆体表面の４０％以上を被覆していることが好ましい。
【００３２】
かくして得られた樹脂被覆体は、適度な長さ、例えば長さ３ｃｍにカットされ、コンクリート等の材料中に混ぜられて、突起による物理的な引抜き抵抗、セメント粒子による界面接着力向上効果を呈し、コンクリート等の補強用材料として良好な補強効果を示す。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその説明内容に限定されるものではない。なお、実施例で用いた試験片の作製方法、評価方法は下記の通りである。
【００３４】
（１）補強用材料の引抜き強力（単位；Ｎ／本）
アルミ板の上に、早強ポルトランドセメントからなるモルタルを厚さ：１５ｍｍとなるように流し込む際に、該アルミ板に垂直な方向に補強用材料を埋め込み、ヘッドスピード：２０ｍｍ／分の条件で、定速型引張試験機により該補強用材料を引抜く際の強力を測定した。
【００３５】
（２）コンクリートの曲げ強度（単位；Ｎ／ｃｍ２）
容量１０トンの引張圧縮試験機（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ  ＵＴＭ  １０−ｔｏｎ  Ｔｏｙｏ  Ｂａｌｄｗｉｎ  Ｃｏ  Ｌｔｄ製）を用い、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの試験片の３点曲げ法において、支点からの距離：１０ｃｍの点を２ｍｍ／分で圧縮し、応力の最高点より曲げ強度を求めた。なお、該試験片は、早強ポルトランドセメント：１１７４ｇ、補強用材料：５．９ｇ、水：４９３ｇをオムニミキサー中に投入した後、粘剤としてメチルセルロース：１１．７ｇを加えて、４００ｒｐｍの条件で５分間混練を行った後、型枠（４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ）に流し込み、室温にて１ケ月間養生を行ったものを使用した。
【００３６】
（３）セメント粒子による補強用材料表面の被覆率（単位；％）
補強用材料の表面拡大写真をマイクロデジタルハイスコープ（株式会社ハイロックス製ＫＨ−２４００ＤＰ）にて撮影し、次いで長手方向を軸にして９０度回転させて同様の写真を撮影し、更に９０度回転させて同様の写真を撮影し、更に９０度回転させて同様の写真を撮影し、合計４箇所の拡大写真を撮影する。次に、それぞれの写真において、基材の直径に相当する長さの範囲を縦横各４０倍（面積比で１６００倍）に拡大し、デジタルプラニメーター（内田洋行製ＫＰ−９０Ｎ）を用いてセメント粒子により被覆されていない部分の面積を測り、被覆率を算出した（１０箇所の平均値）。
【００３７】
［実施例１］
アラミド繊維であるコポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレンテレフタラミド繊維（帝人株式会社製「テクノーラ」、１６６６．７ｄｔｅｘ）を基材として用い、該アラミド繊維をビニールエステル樹脂（２０℃における粘度１２００ｃｐｓ）中に浸漬して樹脂を付着させた後、４５°に傾斜させた状態で１分間走行させ、さらにセメント粒子を撹乱浮遊させたチャンバー内を通過させ、１７０℃の温度条件下で乾燥、硬化させた後、３０ｍｍの長さにカットした。
【００３８】
尚、セメント粒子の撹乱浮遊は、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、長さ５０ｃｍのアクリル樹脂製チャンバーに、底部から３ｃｍの高さまでセメント粒子（住友大阪セメント株式会社製「普通ポルトランドセメント」）を入れ、該チャンバーの上部に取り付けたファンを駆動させることにより、実施した。
【００３９】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されており、樹脂により形成された突起部を有していた。
【００４０】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００４１】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００４２】
［比較例１］
実施例１において、セメント粒子を撹乱浮遊させることなく（ファンを停止する）、チャンバー底部から３ｃｍまでの高さにあるセメント粒子中を通過させた以外は実施例１と同様に実施した。
【００４３】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されていたが、突起部は形成されていなかった。
【００４４】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００４５】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００４６】
［比較例２］
実施例１において、セメント粒子が撹乱浮遊されたチャンバーを通過させない以外は実施例１と同様に実施した。
【００４７】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されており、樹脂により形成された突起部を有していた。
【００４８】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００４９】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００５０】
［実施例２］
実施例１において、チャンバーの長さを３倍の１５０ｃｍに変更した以外は実施例１と同様に実施した。
【００５１】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されており、樹脂により形成された突起部を有していた。
【００５２】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００５３】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００５４】
［実施例３］
実施例１において、チャンバーの長さを半分の７５ｃｍに変更した以外は実施例１と同様に実施した。
【００５５】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されており、樹脂により形成された突起部を有していた。
【００５６】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００５７】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００５８】
［実施例４］
実施例１において、アラミド繊維に代えてポリエチレン繊維（東洋紡株式会社製１３３３．３ｄｔｅｘ）を使用し、乾燥、硬化温度を９０℃にした以外は実施例１と同様に実施した。
【００５９】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されており、樹脂により形成された突起部を有していた。
【００６０】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００６１】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００６２】
［実施例５］
実施例１において、アラミド繊維に代えて炭素繊維（東邦テナックス株式会社製１９８０ｄｔｅｘ）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。
【００６３】
得られた補強用材料は樹脂とセメント粒子とで基材の表面が被覆されており、樹脂により形成された突起部を有していた。
【００６４】
該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率ｄ１／ｄ２、１ｃｍ当たりの突起部の個数、及びセメント粒子の被覆率を表１に示す。
【００６５】
また、上記補強用材料を補強材として用い、上記（１）および（２）に記載した方法により試験片を作成して、補強用材料の引抜き強力とコンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に併せて示す。
【００６６】
【表１】
2004307232.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補強用材料の断面を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
１  突起部
２  突起部を除く部分
【図１】
2004307232.tif 000004