(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張り強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が４００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維にカバリングされた低融点繊維が熱接着することにより部分的に熱融着されてなることを特徴とするコンクリート補強用繊維。
【請求項２】
高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維の単繊維径が５〜５０μであることを特徴とする請求項１記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項３】
総繊度が１００ｄｔｅｘ〜６，０００ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項４】
低融点繊維がポリエチレン繊維であることを特徴とする請求項１記載のコンクリート補強用繊維。
【請求項５】
引張り強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が４００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維に低融点繊維で３０〜９００Ｔ／ｍのカバリング数でカバリングし、次いで加熱処理を施すことを特徴とするコンクリート補強用繊維の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のコンクリート補強用繊維を強化材としてなることを特徴とする繊維補強コンクリート製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般コンクリート、トンネルの吹付けコンクリート、法面コンクリートや道路舗装コンクリート等の補強用として混練性、圧送性等の施工性に優れかつ補強効果に優れたコンクリート補強用繊維および高いタフネスを有し、耐衝撃性さらには耐久性に優れた高性能繊維補強コンクリート製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年鉄道トンネル壁面や橋梁から外壁の剥離落下事故が発生し高い耐ひび割れ性、タフネスを有し、耐衝撃性に優れさらに長期耐久性に優れた繊維補強コンクリート製品が求められている。しかしながら、粗骨材の混入した一般的なコンクリート、トンネルの吹付けコンクリートや法面コンクリートに繊維径の細いマルチフィラメントを混練することは非常に困難であった。そこで、繊維径の太いモノフィラメント、マルチフィラメントを樹脂等で収束した繊維や、異形断面をもつ鋼繊維等がもちいられている。しかし、マルチフィラメントを収束すると表面積が減少することによりセメントマトリックスとの付着が減少し性能が低くなるという問題があった。鋼繊維は重量が重く錆の発生やセメント製品の表面平滑性等の問題があった。また、鋼繊維をもちいる吹付けコンクリートでははね返りといった問題があった。このため軽量で混練性、施工性が良く高性能なコンクリート補強用繊維が求められていた。一方、高強度・高弾性率ポリエチレン繊維はセメントアルカリ性に対する化学安定性が高く、耐候性にも優れているためモルタル製品ではマルチフィラメントのカットファイバーを用いて高靭性な繊維補強コンクリート製品が開発されている。しかし、粗骨材の混入した一般コンクリートの場合カット長は粗骨材径より長くする必要がある。カット長の長いマルチフィラメントを混練するために水結合材比を高くし、流動性の高い高炉スラグ微粉末を混入した繊維補強コンクリートが開発されている。しかし、この場合も混練性は必ずしも充分ではなく糸がらみのため圧送性が低といった問題があった。従って、マルチフィラメントとマトリックスとの接着面積を減少させることがなく、かつ、ある程度収束させ混練性、圧送性の良好なワーカビリティーの高いコンクリート補強繊維を開発する必要があった。汎用のポリプロピレン樹脂の表面に凹凸を付けたロットやポリプロピレンをネット状に加工した繊維も開発されているが、汎用ポリプロピレン繊維の強度は低く、高性能なコンクリート製品は製造できず、一般的にコンクリートのひび割れ防止に使用されている。セメントマトリックスとの接着性が良く繊維径の太いビニロン繊維もコンクリート補強用繊維としてもちられているが強度・弾性率が十分ではなくコンクリートの弾性率が低くなる傾向がある。また、高強度コンクリートでは繊維の破断により高靭性が得られないといった問題点があった。従って、高性能なコンクリート製品を製造するためには高強度・高弾性率繊維を用いたコンクリート補強繊維を開発する必要があった。特に、耐久性に優れた高性能コンクリート製品を製造するためはアルカリ耐性、耐候性に優れた高強度・高弾性率ポリエチレン繊維を用いたコンクリート製品の開発が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる問題点を解消するためには繊維径の細い高強度マルチフィラメントを部分的に融着させある程度収束させることにより混練性を高めると同時に、セメントマトリックスとの付着性能を高めるため各単繊維はセメントマトリックスと出来るだけ接着させる必要がある。従って、高強度・高弾性マルチフィラメントを簡便に部分的に融着させ混練性、圧送性に優れたコンクリート補強用繊維および高性能な繊維補強コンクリート製品を提供することが本発明の課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、引張り強度１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が４００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維が部分的に融着されてなることを特徴とするコンクリート補強用繊維であり、具体的には高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維の単繊維径が５〜５０μであることを特徴とする上記記載のコンクリート補強用繊維、総繊度が１００ｄｔｅｘ〜６，０００ｄｔｅｘであることを特徴とする上記記載のコンクリート補強用繊維、高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維にカバリングされた低融点繊維が熱接着することにより部分的に熱融着されてなることを特徴とする上記記載のコンクリート補強用繊維、低融点繊維がポリエチレン繊維であることを特徴とする上記記載のコンクリート補強用繊維である。
また本発明は、引張り強度１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が４００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度・高弾性率マルチフィラメント繊維に低融点繊維でカバリングし、次いで加熱処理を施すことを特徴とするコンクリート補強用繊維の製造方法であり、具体的にはカバリング数が３０〜９００Ｔ／ｍであることを特徴とする上記記載のコンクリート補強用繊維の製造方法である。
更に本発明は、上記記載のコンクリート補強用繊維を強化材としてなることを特徴とする繊維補強コンクリート製品である。
以下、本発明を詳述する。
【０００５】
本発明の高性能繊維補強用繊維において好適に用いることのできる高強力・高弾性率繊維としては、高い繊維補強効果を出すためには高強度・高弾性率繊維の引張り強度が少なくとも１０ｃN／ｄTex以上、弾性率が４００ｃN／ｄTex以上であることを特徴とする高靭性繊維補強セメント製品である。さらに、引張り強度１５ｃN/ｄTex以上、弾性率が５００ｃN／ｄTex以上であることが好ましい。各々１０ｃN／ｄTex、４００ｃN/ｄTex以下では補強効果があまり認められない。
【０００６】
さらに、本発明に用いる補強用繊維は混練で単繊維間の繊維のからみを防ぐために融着繊維をカバーリングし部分的に融着させることを特徴とする繊維である。従って、本発明に用いる繊維はある程度収束しているため繊維束としてはセメントマトリックスに均一に分散する。その一方で、各単繊維はセメントマトリックスと接着することができるためセメントマトリックスとの付着表面積は大きく付着強度は強い。また、高強度・高弾性率繊維を直線に配列しその周囲を融着繊維でカバーリングするため高強度・高弾性率繊維の性能を最大限発揮させることができる。
【０００７】
本発明の高靭性繊維補強コンクリート製品において好適に用いることのできる高強力・高弾性率繊維としては、超高分子量のポリオレフィン繊維が挙げられる。ポリオレフィンとしてはポリエチレンやポリプロピレンが一般的であるが特に規定される物ではない。さらに好ましくは強度・弾性率が高い超高分子量ポリエチレンが好ましい。また、本発明に用いられる超高分子量のポリエチレン繊維はセメントアルカリ性下でも非常に安定であり、耐光性にも優れるため本発明の繊維補強セメント製品は耐久性に優れる。さらに、融着繊維として好適に用いることができる繊維については部分的に融着できるものであれば特に制限するものではないが、耐久性を考慮すると耐候性に優れたポリオレフィンが好ましく、芯鞘構造のうち少なくとも外側の鞘部は低融点ポリオレフィン樹脂であることがのぞましい。さらに、好ましくは芯部がポリプロプレン樹脂からなり鞘部が低融点ポリエチレンからなる熱接着複合繊維を使用すると熱ローラー等の熱処理により簡単に熱融着することができ、繊維束に適度な剛性を付与することができる。
【０００８】
また、本発明にもちいるコンクリート補強用繊維はその総繊度１００ｄｔｅｘ〜６，０００ｄｔｅｘであるのが好ましい。さらに、好ましくは４００〜４，０００ｄｔｅｘである。総繊度を少なくすると単位体積当たりの投入本数を増やすことができるが補強用繊維の生産性が悪くコスト的には総繊維が太いほど低コストで製造できる。一方、あまり繊維束が太くなるとその繊維束がセメントマトリックスの欠陥部位となり繊維補強コンクリートの性能が低下する。
【０００９】
さらに、本発明の融着繊維のカバーリング数は３０〜９００Ｔ／ｍであることが好ましくさらに好ましくは４０〜２００Ｔ／ｍである。撚角度（芯糸の糸長方向とカバリング糸との角度）は５〜４０°、好ましくは１０〜３０°、更に好ましくは１０〜２４°である。また、粗骨材混入コンクリートを補強するためにはコンクリート補強用繊維のカット長は粗骨材の径より長い必要がある。繊維束を収束させるためには少なくとも１Ｔ／カット長以上カバーリングする必要がある。一方、カバーリング数を増加させると繊維束の収束性は高まり混練性は向上するが、あまり多くなると単繊維とセメントマトリックスとの付着が低下し繊維補強コンクリート製品の性能が低下する。従って、カバーリング数を適切に選択することにより最適な混練性と補強効果をもつコンクリート補強用繊維を得ることができる。
【００１０】
本発明でもちいるコンクリート補強用繊維の単繊維径は５〜５０μであることが好ましく、さらに好ましくは１０〜４０μである。単繊維の径が太くなると各単繊維とセメントマトリックスとの付着面積が少なくなり繊維束の付着力が低下する。単繊維径が小さくなると繊維束の剛性が低下する等のため混練性は逆に低下する。
【００１１】
【実施例】
（実施例１〜４、比較例１，２）
以下に本発明に用いた繊維の製造法を記載する。
高強度・高弾性率ポリエチレン繊維（２６４０、１７６０および４４０ｄｔｅｘ）を芯糸に芯部がポリプロプレン鞘部が低融点ポリエチレンからなる熱接着性複合繊維（７６０ および１９０ｄｔｅｘ）を巻糸としてカバーリング（撚条件：４７Ｔ／ｍｍ、撚方向：Z）した。比較例２の場合はカバーリング数１０００Ｔ／ｍとした。さらに接着熱ローラー（約１２０℃）および非接着熱ヒーター（約１２０℃）で加熱部分融着した。融着繊維はカット長３０ｍｍにカットして使用した。
【００１２】
以下に本発明にもちいるコンクリート補強用繊維の強度・弾性率に関する測定法および測定条件を説明する。
本発明に用いるコンクリート補強用繊維の強度，弾性率は、オリエンティック社製「テンシロン」を用い、試料長２００ｍｍ（チャック間長さ）、伸長速度１００％／分の条件で歪ー応力曲線を雰囲気温度２０℃、相対湿度６５％条件下で測定し、曲線の破断点での応力を強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、曲線の原点付近の最大勾配を与える接線より弾性率（ｃＮ／ｄｔｅｘ）を計算して求めた。なお、各値は５回の測定値の平均値を使用した。
得られた繊維の物性値を表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004645930.tif 000002
【００１４】
本発明で用いた実験方法を以下に示す。
表２に使用材料の一覧を示す。セメントには早強ポルトランドセメント、混和材として高炉スラグ微粉末を用いた。
【００１５】
調合：表３に使用調合を示す。すべての調合について、コンクリート補強繊維としてはカット長３０ｍｍの繊維を用い、繊維体積率Ｖｆ＝１．０％一定とした。
【００１６】
【表２】
0004645930.tif 000003
【００１７】
【表３】
0004645930.tif 000004
【００１８】
混練：容量５５ｌの強制２軸ミキサーを使用した。混練手順は、セメント、高炉スラグ、砂、砕石を１５秒間空練後、水、高性能ＡＥ減水剤を加え、３０秒間混練後、繊維を投入しながら３分間練り混ぜた。供試体の締め固めには高周波バイブレーターを使用した。
【００１９】
試験方法：スランプ試験はＪＩＳ Ａ１１０１に準拠して行なった。圧縮試験はＪＩＳＡ１１０８法に準拠し、φ１００×２００ｍｍ円柱供試体を用い、圧縮応力−ひずみ曲線を測定した。曲げ試験は ＪＩＳ Ａ１１０６に準拠し、１００×１００×４００ｍｍの角柱供体を用い、中央３点曲げ載荷（スパン長３００ｍｍ）により過重−載荷点変位曲線を測定した。なお、供試体は各３個ずつ作製し、標準養生材齢１４日後試験を行なった。また、ヤング係数は１／３割線弾性係数、曲げタフネスはＪＣＩ基準に準拠し、基準変位２ｍｍまでの荷重−変位曲線下の面積として求めた。
【００２０】
比較例１として通常カット品３０ｍｍを使用した。実施例１〜２ではカバーリング糸の太さを変化させ、実施例３〜４では高強度・高弾性率ポリエチレン繊維と融着繊維の重量比を一定とし総繊度を変化させ単位体積当たりの投入本数を変化させた。
【００２１】
比較例２としてカバーリング数を増やし融着糸の表面の全面をカバーリング糸で融着したロット状の融着糸を３０ｍｍにカットして使用した。
【００２２】
【表４】
0004645930.tif 000005
【００２３】
スランプ値、圧縮および曲げ強度試験結果を表４に示す。スランプ値は収束の程度が高くなるほど大きくなった。比較例に比べ糸がらみも殆どなく圧送や吹付けコンクリートとして使用できる流動性が確認された。特に実施例１および２は極めて混練性、ワーカビリティーに優れている。圧縮強度は比較例より高く、収束性を高めるほど高くなる傾向があった。曲げ強度、曲げタフネスは実施例３が通常繊維と同等、実施例１、２および４が通常繊維より高くなった。特に、総合的には実施例１がワーカビリティー、性能共極めて優れている。また、投入本数の多い実施例４は極めて高い曲げ強度と曲げタフネスを示した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によると、粗骨材が混入された一般コンクリートやその他、トンネル吹付けコンクリート、法面コンクリートおよび道路舗装コンクリート等に好適な混練性、ワーカビリティーに優れたコンクリート補強用繊維と耐久性に優れた高性能繊維補強コンクリート製品を提供することを可能とした。