(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、細骨材、粗骨材及びチョップドストランドを含むガラス繊維混入コンクリートであって、前記チョップドストランドを構成するガラス繊維を０．２〜５ｋｇ／ｍ3含有し、前記チョップドストランドは、分子量が５００００以下の酢酸ビニル樹脂とアミノシランカップリング剤とを含むサイジング剤を表面に０．５〜２．０質量％被覆してなり、前記チョップドストランドの水中解繊時間が５分以上であり、混練後のストランドの残存率が５０質量％以下であることを特徴とするガラス繊維混入コンクリート。
【請求項２】
前記チョップドストランドを構成するガラス繊維が、ＺｒＯ2を１４質量％以上含有してなる耐アルカリ性ガラス繊維であることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維混入コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木及び建築分野において使用されるガラス繊維混入コンクリートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート製品は、土木及び建築分野において広く使用されているが、このようなコンクリート製品は、乾燥時に水分が減少し収縮することによってクラックが発生しやすく、このようなクラックを長期に亘って放置すると、徐々にクラックが成長し、コンクリート製品が劣化するため好ましくない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
クラックの発生を抑制するためには、コンクリート製品にチョップしたガラス繊維束、いわゆるチョップドストランドを混ぜることが効果的とされており、ガラス繊維の含有率が高くなるほど、その効果は高くなるが、原料費が高くなるため、ガラス繊維の含有率をできる限り少なくすることが望ましい。また、チョップドストランドをコンクリートに混入させる場合、ガラス繊維の分散性が悪くなると、ガラス繊維が少ない部分で、クラックが発生しやすくなるため、ガラス繊維は均一に分散していることが望ましい。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、少量のガラス繊維の含有率であっても、クラックの発生を抑制することができ、ガラス繊維が均一に分散するガラス繊維混入コンクリートを得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく種々の実験を繰り返した結果、混練時にチョップドストランドが多量にフィラメント化し、また、混練時にすぐにフィラメント化せずにある程度時間が経ってからフィラメント化するようにしたチョップドストランドを使用することによって、ガラス繊維の含有率が少量であっても、クラックの発生を抑制することができ、ガラス繊維が均一に分散するガラス繊維混入コンクリートが得られることを見出し、本発明を提案するに到った。
【０００６】
すなわち、本発明のガラス繊維混入コンクリートは、セメント、細骨材、粗骨材及びチョップドストランドを含むガラス繊維混入コンクリートであって、チョップドストランドを構成するガラス繊維を０．２〜５ｋｇ／ｍ3含有し、チョップドストランドは、分子量が５００００以下の酢酸ビニル樹脂とアミノシランカップリング剤とを含むサイジング剤を表面に０．５〜２．０質量％被覆してなり、チョップドストランドの水中解繊時間が５分以上であり、混練後のストランドの残存率が５０質量％以下であることを特徴とする。
【０００７】
【作用】
本発明のガラス繊維混入コンクリートは、チョップドストランドの水中解繊時間が５分以上、好ましくは５〜１２０分であるため、混練時にチョップドストランドがすぐにフィラメント化せずにある程度時間が経ってからフィラメント化するようになり、ガラス繊維が均一に分散したコンクリート製品を得ることができる。
【０００８】
チョップドストランドは、表面に分子量が５００００以下の酢酸ビニル樹脂とアミノシランカップリング剤を含むサイジング剤を０．５〜２．０質量％被覆してなるものである。このサイジング剤には、上記した成分以外にもエチレン酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、潤滑剤等を含めることができる。
【０００９】
また、本発明のガラス繊維混入コンクリートは、型枠に流し込んだ直後の生コンクリートにおいて、フィラメント化せずストランド状態で残存するチョップドストランドの割合、いわゆるストランドの残存率が５０質量％以下であるため、クラックの発生を抑制することができる。すなわち、混練時に、完全にフィラメント状態に解繊したチョップドストランドが半分以上になり、ガラス繊維の含有率が低くても、コンクリート製品全体にガラス繊維が行き届くためである。
【００１０】
また、本発明のガラス繊維混入コンクリートは、ガラス繊維の含有量がガラス繊維混入コンクリート１ｍ3に対して、０．２〜５ｋｇ（以後、０．２〜５ｋｇ／ｍ3のように示す）であるため、コストをかけずにクラックの発生を抑制できる。すなわち、チョップドストランドの含有量が、０．２ｋｇ／ｍ3より少ないと、クラックの発生を抑制する効果が小さく、５ｋｇ／ｍ3よりも多いと経済的でないからである。
【００１１】
また、チョップドストランドが、ＺｒＯ2を１４質量％以上含有する耐アルカリ性ガラス繊維からなると、耐アルカリ性に優れており、これをコンクリートに混入してもセメント中のアルカリ性物質によりガラス繊維が浸食されにくいため好ましい。従ってアルカリ性物質によって、ガラス繊維の引張強度が低下するのを防止でき、コンクリートのクラック防止剤として使用しても、クラック防止効果を維持することができる。
【００１２】
本発明において使用可能な耐アルカリ性ガラス繊維の具体的組成は、質量％で、ＳｉＯ2  ５４〜６５％、ＺｒＯ2  １４〜２５％、Ｌｉ2Ｏ  ０〜５％、Ｎａ2Ｏ  １０〜１７％、Ｋ2Ｏ  ０〜８％、Ｒ（ただし、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）  ０〜１０％、ＴｉＯ2  ０〜７％、Ａｌ2Ｏ3  ０〜２％であり、より好ましくは、質量％で、ＳｉＯ2  ５７〜６４％、ＺｒＯ2  １８〜２４％、Ｌｉ2Ｏ  ０．５〜３％、Ｎａ2Ｏ  １１〜１５％、Ｋ2Ｏ  １〜５％、Ｒ（ただし、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）０．２〜８％、ＴｉＯ2  ０．５〜５％、Ａｌ2Ｏ3  ０〜１％である。
【００１３】
さらに、チョップドストランドの長さが、９〜１９ｍｍであると、コンクリートに対して、クラックの発生を抑制でき、作業性が悪化しないため好ましい。すなわち、臨界繊維長が９ｍｍであり、チョップドストランドの長さが９ｍｍより小さいと、コンクリートに対して十分にクラックの発生を抑制する効果が得られず、１９ｍｍより大きいと、コンクリートの混練時にチョップドストランド同士が絡まり、コンクリートの流動性が低下し、作業性が悪化するため好ましくない。
【００１４】
また、チョップドストランドは、ストランド番手が５０ｔｅｘ以上であると、コンクリートの流動性が低下せず、ガラス繊維が均一に分散するコンクリートが得られるため好ましい。また、チョップドストランドを構成するガラス繊維の平均繊維径は、１０〜２５μｍであると、紡糸が容易なため好ましい。
【００１５】
本発明で使用するセメントは、特に限定されないが、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等が使用できる。セメントの添加量は、土木及び建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題はないが、２２０ｋｇ／ｍ3以上あると充分な圧縮強度が得られるため好ましい。
【００１６】
粗骨材は、５ｍｍの目開きの篩で８５質量％以上篩上げが残るものであり（建築材料−改訂版−：理工図書、Ｐ１３２）、粗骨材の種類は、特に限定されないが、砕石や川砂利であると、ガラス繊維混入コンクリートの圧縮強度が高く好ましい。
【００１７】
また、粗骨材の添加量は、土木及び建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題は無いが、１０００ｋｇ／ｍ3以下であると、流動性が良く、材料分離のないコンクリートが得られるため好ましい。
【００１８】
細骨材は、１０ｍｍの目開きの篩で１００質量％通過し、５ｍｍの目開きの篩で８５質量％以上通過するもの（建築材料−改訂版−：理工図書、Ｐ１３２）で、細骨材としては、特に限定されないが、川砂、砕砂、人工軽量骨材等を使用することができる。
【００１９】
また、細骨材の添加量は、土木及び建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題は無いが、１０００ｋｇ／ｍ3以下で、全骨材に対して、細骨材が３５〜６０体積％であると、流動性が良く、材料分離のないコンクリートが得られるため好ましい。
【００２０】
また、本発明のガラス繊維混入コンクリートには、上記した材料以外に、混和材、混和剤等を含めることができる。
【００２１】
フライアッシュやシリカヒュームなどを混和材として用いると、これらの材料が球状であるため、コンクリートの流動性が向上し、ポゾラン物質であるためセメントとの反応性が高く、密で、高強度のコンクリートになりやすい。
【００２２】
また、混和剤としては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０４に記載のＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤のほかに、収縮低減剤や防水剤を用いることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明のガラス繊維混入コンクリートを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
表１に、本発明のガラス繊維混入コンクリート（試料Ｎｏ．１、２）、比較例のガラス繊維混入コンクリート（試料Ｎｏ．３、４）を示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１中Ｎｏ．１〜４のガラス繊維混入コンクリートは、以下のようにして作成した。
【００２７】
まず、ＳｉＯ2  ６１．０質量％、ＺｒＯ2  １９．５質量％、Ｌｉ2Ｏ  １．５質量％、Ｎａ2Ｏ  １２．３質量％、Ｋ2Ｏ  ２．６質量％、ＣａＯ  ０．５質量％、ＴｉＯ2  ２．６質量％の組成を有する溶融ガラスを、多数のブッシングノズルから引き出し、サイジング剤を塗布し、表１に示すストランド番手となるようにガラスストランドを作製し、巻き取ってケーキを得た。尚、実施例Ｎｏ．１、２のサイジング剤は、固形分表示で、分子量が５００００以下の酢酸ビニル樹脂を１０質量％、アミノシラン（カップリング剤）を０．５質量％含み、比較例Ｎｏ．３のサイジング剤は、固形分表示で分子量が１０００００以上の酢酸ビニル樹脂を１０質量％、アミノシラン（カップリング剤）を０．５質量％含み、比較例Ｎｏ．４のサイジング剤は、固形分表示で水溶性高分子樹脂を５質量％含むように調整した。尚、Ｎｏ．１〜４で使用したガラス繊維の平均繊維径は、 １３μｍであった。
【００２８】
また、Ｎｏ．１〜３は、１３０℃、１０時間の条件で乾燥した後に、Ｎｏ．４は乾燥せずに、ストランドを解舒しながら表１に示す長さに切断し、ガラスチョップドストランドを作製した。
【００２９】
次に、普通ポルトランドセメントを５７８ｋｇ／ｍ3、最大粒径５．０ｍｍの川砂（細骨材）を５７８ｋｇ／ｍ3、最大粒径２５ｍｍの川砂利（粗骨材）を５７８ｋｇ／ｍ3及び水を２４９ｋｇ／ｍ3混練し、次いで上記したチョップドストランドを表１に示す量となるように添加した後、３０秒間混練して、コンクリートを作製した。
【００３０】
チョップドストランドの水中解繊時間は、得られたチョップドストランドを５リットルの水に５ｇ投入して１０００ｒｐｍで攪拌し、ストランド状態のチョップドストランドが無くなったかどうかを目視により判定し、攪拌開始からストランド状態のチョップドストランドが無くなった状態までの時間を計測して求めた。
【００３１】
また、ストランドの残存率は、型枠に流し込んだ直後の生コンクリートの一部を採取し、セメント分を洗い流した後に骨材を除去してガラス繊維のみとしたものを乾燥し、全ガラス繊維の質量とストランド状態のガラス繊維の質量を測定して求めた。
【００３２】
また、コンクリートの流動性を示すスランプ値は、上記したコンクリートの一部を採取し、ＪＩＳ  Ａ  １１０１に示すコンクリートのスランプ試験方法に準じて測定した。尚、スランプ値が大きいほどコンクリートの流動性に優れていることになる。
【００３３】
さらに、木製型枠の中に、目空きが５０ｍｍで、直径が５ｍｍのメッシュ筋を溶接した６００×７００×４．５ｍｍの鉄板を敷設し、この型枠に上記したコンクリートを５０ｍｍの厚みになるように流し込み、鏝均しを行った後、２０℃、６０ＲＨ％で２４時間放置した後、総てのクラックのクラック幅とクラック長さを測定し、各クラックの面積（クラック幅×クラック長さ）を求め、総てのクラック面積の総和をクラック面積の総面積とした。
【００３４】
コンクリートの均質性は、クラックの総面積を測定後のコンクリートを破断し、破断面を目視で観察し、ガラス繊維が均一に分散しているものを「○」、ガラス繊維が局在化しているものを「×」とした。
【００３５】
表１からわかるように、実施例Ｎｏ．１、２は、チョップドストランドの水中解繊時間が３０分で、ストランドの残存率が５０質量％以下であるため、スランプ値が若干低いものの、コンクリートの流動性は問題なく、且つクラックの総面積が小さくクラックの発生がほとんど無かった。
【００３６】
それに対して、比較例Ｎｏ．３は、チョップドストランドの水中解繊時間が長く、ストランドの残存率が高いため、クラックが多量に発生した。また、比較例Ｎｏ．４は、チョップドストランドの水中解繊時間が短いため、コンクリート中のガラス繊維の分散性が悪く、コンクリートの表面において、クラックが局所的に発生した。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラス繊維混入コンクリートは、少量のガラス繊維の含有率であっても、クラックの発生を抑制することができ、ガラス繊維が均一に分散しているため、土木及び建築分野での使用に好適である。