(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱重量分析により測定される分解開始温度および分解終了温度、ならびに熱重量分析時の昇温速度が、下記式（１）を満足し、かつポリアセタール樹脂を含む、セメント成形体爆裂防止用合成繊維。
【数１】
［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）＜５...（１）
（式中、昇温速度は、１０℃／分である）
【請求項２】
熱重量分析により測定される、分解開始温度が３１０℃以下であり、分解終了温度が３６０℃以下であり、かつポリアセタール樹脂を含む、セメント成形体爆裂防止用合成繊維。
【請求項３】
ＪＩＳ−Ｋ−６７５８（条件：１９０℃、荷重２１．２Ｎ（２．１６kgf））に準じて測定したメルトフローレートが５g/10分以上のポリアセタール系繊維である、請求項１または２に記載のセメント成形体爆裂防止用合成繊維。
【請求項４】
ＪＩＳ−Ｋ−６７５８（条件：１９０℃、荷重２１．２Ｎ（２．１６kgf））に準じて測定したメルトフローレートが５g/10分以上であるポリアセタール樹脂を含む繊維形成性樹脂を溶融紡糸して得られた繊維である、請求項１または２に記載のセメント成形体爆裂防止用合成繊維。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の繊維を、セメント配合物に対して０．０２vol％以上５vol％以下の範囲で混入した配合物により形成された耐爆裂性セメント成形体。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の繊維を、水セメント比が３０mass％以下のセメント配合物に対して０．０５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入した配合物により形成された耐爆裂性セメント成形体。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の繊維であって、繊度が１０dtex以上１００dtex以下である繊維を、水セメント比が２５mass％以下のセメント配合物に対して０．１５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入した配合物により形成された耐爆裂性セメント成形体。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の繊維を、セメント配合物に対して０．０５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入した配合物により形成された、含水率が２mass％以上の耐爆裂性セメント成形体。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれかに記載の繊維であって、繊度が１０dtex以上１００dtex以下である繊維を、セメント配合物に対して０．１５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入した配合物により形成された、含水率が２mass％以上の耐爆裂性セメント成形体。
【請求項１０】
セメント配合物がコンクリートである請求項５〜９のいずれか１項に記載の耐爆裂性セメント成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火災時等におけるセメント成形体の爆裂を防止するために用いられるセメント成形体爆裂防止用合成繊維、及び当該爆裂防止用合成繊維が混入されて成るセメント成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物等のセメント成形体においては、それが火炎に曝される等して加熱されたときに、その表面に亀裂が生じ、うろこ状に爆裂を起こして剥離する現象、いわゆる爆裂現象が見られる。爆裂現象は、セメント成形体内部の水分が熱により水蒸気となって急激に膨張することにより、ならびに高温下におけるセメント成形体の表面と内部の歪差に起因する応力により、発生すると考えられている。この現象は、含水率の高いセメント成形体、およびセメント成形体を成型する際に水と反応するセメントおよびシリカ等の結合材の配合量を多くして圧縮強度を高めた高強度セメント成形体（具体的には高強度コンクリートで形成された構造物）等において、特に顕著であることが知られている。セメント成形体の爆裂性は、それを使用した建築物および構造物（例えばコンクリート建物およびトンネル）等において火災が発生したときに特に問題となる。
【０００３】
なお、以下の説明を含む本明細書において、「セメント成形体」という用語は、セメントペースト、モルタル、およびコンクリートで形成された成形体を総称する意味において使用される。また、「成形体」という用語は、建材のように工場等で生産されるもの、および建築物等の柱、梁および壁（天井を含む）、ならびにトンネル等のように、現場で施工されて製作される構造物の両方を含む意味において使用される。
【０００４】
このようなセメント成形体の爆裂を防止するため、セメント、水および骨材等を含むセメント配合物に予め熱溶融性の合成繊維を混入する手法が、予てより採用されていた。これは、火災時に発生する高温により合成繊維を溶融させ、その後にできた空隙部から内部に発生する水蒸気を放出し、内部圧力の増大を回避して爆裂を防止しようとするものである。
【０００５】
例えば、特開平６−３２１６０６号公報（特許文献１）には、ポリプロピレン繊維やポリエステル繊維を空気連行剤と併せて混入する方法が記載されている。特開平８−１８９０８０号公報（特許文献２）には、プレキャストコンクリート製の打ち込み枠にポリプロピレン繊維を混入する方法が記載されている。特開平１１−２５６８１８号公報（特許文献３）には、型枠内面に合成繊維を接着剤で貼り付けておきコンクリート打設時に剥離する合成繊維をコンクリートと混合させる方法が記載されている。特開平１１−３０３２４５号公報（特許文献４）には、コンクリート強度差を考慮してあらかじめ爆裂の深さを想定し、混入すべき繊維の種類、寸法、量を設定する方法、および１００〜３００℃で軟化又は溶融して体積減少又は分解・揮発する合成繊維を０．０５〜０．５vol％混入する耐爆裂性合成繊維混入コンクリートが記載されている。特開２０００−１４３３２２号公報（特許文献５）には、５００℃加熱時の重量残存率が３０％以下、直径５〜１００μｍ、繊維長５〜４０mmのポリプロピレン繊維やビニロン繊維などの有機繊維を０．０２〜０．２vol％混入する耐爆裂性コンクリートが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３２１６０６号公報
【特許文献２】
特開平８−１８９０８０号公報
【特許文献３】
特開平１１−２５６８１８号公報
【特許文献４】
特開平１１−３０３２４５号公報
【特許文献５】
特開２０００−１４３３２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、セメント成形体、特に高強度コンクリート構造物の火災時の爆裂を防ぐために種々の試みがなされてきたものの、混入する合成繊維を形成しているポリマーの熱挙動に着目して、より効果的な爆裂防止を図った例はない。確かに、従来の技術の欄で挙げた公報に開示されているポリプロピレン繊維やビニロン繊維の混入は効果的である。しかし、爆裂防止用繊維としてより適した繊維は常に求められている。特に、最近では、セメント成形体の高強度化に伴い、セメントマトリックス中の空隙はより減少する傾向にある。そのような高強度セメント成形体においては、火災初期の水蒸気の膨張圧を吸収すること、ならびにその後の高温下におけるコンクリート表面と内部の温度差による歪を吸収することが、より困難となる。したがって、そのような高強度セメント成形体は、火災の初期段階および火災がある程度進行したときのいずれにおいても、爆裂がより生じやすいものである。そのため、かかるセメント成形体においては、繊維による爆裂防止をより強化する必要がある。
【０００８】
従来のポリプロピレン繊維およびビニロン繊維を用いる場合、繊維による爆裂防止を強化する手段としては、セメント配合物に対する繊維の混入量を増加させる方法が有効である。混入量を増大させると、セメント成形体が加熱されたときに形成される空隙部をより多く確保できるためである。しかしながら、一般に、繊維の混入量が多くなるほど、セメント配合物を混練する際に、繊維の分散性が低下し、また、セメント配合物の流動性が低下する。セメント配合物は、その流動性が低下すると、成形性および施工性が低下する。したがって、従来のポリプロピレン繊維等は、その分散性およびそれを分散させたセメント配合物の成形性等を考慮した場合に、セメント成形体（特にコンクリート成形体）の更なる高強度化に十分に対応できないという問題を有している。そのため、より優れた爆裂防止効果を有する繊維が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、かかる課題を解決するため、繊維による爆裂防止について再度検討した。その結果、繊維の混入量を多くしても、セメント成形体が高温となったときに全部の繊維が速やかに分解しなければ、十分な量の空隙部を確保できないと考えられた。また、従来のポリプロピレン繊維およびビニロン繊維は、温度上昇に伴う繊維の分解の進行が遅く、そのために、成形体に混入された繊維全てが空隙部形成に寄与せず、セメント成形体に耐爆裂性を十分に付与できないと考えられる。本発明者らは、かかる知見に基づいて、合成繊維が加熱され溶融するときに必要な熱エネルギー、ならびに合成繊維の分解温度および分解速度に着目し、これらがある所定の条件式を満足する関係にあるときに、繊維がセメント成形体の爆裂防止により効果的であることを見出し、本発明を案出するに至った。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、第１の発明として、熱重量分析により測定される分解開始温度および分解終了温度、ならびに熱重量分析時の昇温速度が、下記式（１）を満足し、かつポリアセタール樹脂を含む、セメント成形体爆裂防止用合成繊維を提供する。
【数２】
［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）＜５...（１）
分解終了温度および分解開始温度は、ともに繊維の状態で測定される温度であり、具体的には、ＪＩＳ  Ｋ−７１２０（１９８７）に準じて測定される温度である。また、式中、昇温速度は、１０℃／分である。
【００１１】
なお、本明細書においては、ある繊維をセメント配合物に対して０．０２vol％混入して作製したセメント成形体における爆裂の度合いが、その繊維を混入しないセメント配合物で作製したセメント成形体と比較して小さいときに、その繊維を「セメント成形体爆裂防止用繊維」と称する。また、ある繊維がセメント成形体の爆裂を防止するというときには、爆裂を生じさせないことだけでなく、当該繊維を含まない場合と比較して、セメント成形体の爆裂の度合いを小さくすることをも意味する。
【００１２】
上記第１の発明は、ポリアセタール樹脂を含む繊維であること、および火災時等にセメント成形体が熱にさらされて、徐々にセメント成形体内部の温度が上昇した際の繊維の熱分解挙動を簡便に測定する指標として、昇温速度が１０℃／分であるときの［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）で表される分解時間指標を導き出したことを特徴とする。この指標の値が小さいほど、その繊維の熱分解開始から終了までの時間は短い。第１の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、この値を５以下とすることによって、セメント成形体が高温に曝されたときに速やかに分解して、セメント成形体内に速やかに空隙部を形成することを確保したものである。即ち、このセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、高温下でセメント成形体内部にて水蒸気が発生したとき、および歪みが発生したときに、短時間で爆裂防止効果を発現するものである。また、このセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、セメント成形体中に占める割合が少なくても、その殆どが速やかに分解して空隙部形成に寄与する。即ち、このセメント成形体爆裂防止用合成繊維によれば、セメント配合物に対する混入量をより少なくして、セメント配合物の良好な流動性を確保しつつ、セメント成形体に良好な耐爆裂性を付与することができる。
【００１３】
前記第１の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、ＪＩＳ−Ｋ−６７５８（条件：１９０℃、荷重２１．２Ｎ（２．１６kgf））に準じて測定したメルトフローレートが５g/10分以上のポリアセタール系繊維であることが好ましい。
【００１４】
前記第１の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、ＪＩＳ−Ｋ−６７５８（条件：１９０℃、荷重２１．２Ｎ（２．１６kgf））に準じて測定したメルトフローレートが５g/10分以上であるポリアセタール樹脂を含む繊維形成性樹脂を溶融紡糸して得られた繊維であることが好ましい。
【００１５】
前記好ましいメルトフローレート値はともに、溶融紡糸性を有する、流動性に優れた特定のポリマーを用いて作製した合成繊維が、セメント成形体、特に高強度コンクリート成形体の爆裂防止により効果的であることを見出した結果のものである。
【００１６】
本発明はまた、上記課題を解決するため、第２の発明として、熱重量分析により測定される、分解開始温度が３１０℃以下であり、分解終了温度が３６０℃以下であり、かつポリアセタール樹脂を含むセメント成形体爆裂防止用合成繊維を提供する。
【００１７】
３１０℃以下の分解開始温度は、セメント成形体が熱にさらされたときに、繊維の分解が速やかに開始することを確保し、３６０℃以下の分解終了温度は、低い温度で繊維の分解が終了することを確保している。したがって、第２の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、このように低い分解開始温度および分解終了温度を有することによって、高温下でセメント成形体内部において水蒸気が発生したとき、および歪みが発生したときに、短時間で爆裂防止効果を発現する。
【００１８】
上記第１の発明に関連して説明した、メルトフローレート値は、第２の発明にも適用される。即ち、メルトフローレートが５g/10分以上のポリアセタール系繊維、またはメルトフローレートが５g/10分以上であるポリアセタール樹脂を含む繊維形成性樹脂を溶融紡糸して得られた繊維であって、分解開始温度が３１０℃以下であり、分解終了温度が３６０℃以下である合成繊維等もまた、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維に含まれる。
【００１９】
本発明はまた、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の少なくとも１種類を混入したセメント配合物を用いて作製した耐爆裂性セメント成形体を提供する。具体的には、本発明の耐爆裂性セメント成形体は、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の少なくとも１種類を、コンクリート、モルタル又はセメントペーストであるセメント配合物に対して０．０２vol％以上５vol％以下の範囲で混入した配合物により形成されたものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明はまた、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の少なくとも１種類が、水セメント比が３０mass％以下のセメント配合物に対して０．０５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入された配合物により形成された耐爆裂性セメント成形体を提供する。一般に、水セメント比が小さいセメント配合物を使用して形成したセメント成形体は、緻密であって、高い強度を有し、火炎にさらされたときに爆裂が生じやすいものである。そのようなセメント成形体において、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、爆裂防止効果を有効に発揮して、セメント成形体に耐爆裂性を付与する。水セメント比がより小さいセメント配合物、即ち、水セメント比が２５mass％以下のセメント配合物に対しては、繊度が１０dtex以上１００dtex以下の範囲内にある、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を、０．１５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入することが好ましい。
【００２１】
本発明はまた、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の少なくとも１種類が、セメント配合物に対して０．０５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入された配合物により形成された、含水率が２mass％以上の耐爆裂性セメント成形体を提供する。含水率が２mass％以上のセメント成形体は、火炎にさらされたときに、水蒸気発生に起因する爆裂を生じやすいものである。そのようなセメント成形体が、上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を含むと、爆裂が有効に防止されて、耐爆裂性を有するものとなる。上記第１〜第２の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、セメント配合物に対して０．１５vol以上０．５vol％以下の範囲で混入されると、セメント配合物の成形性または施工性を確保するとともに、含水量が２mass％以上のセメント成形体の爆裂を有効に防止する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
第１の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、熱溶融性または熱分解性を有する合成繊維であって、分解によって体積減少し、短時間で分解が終了するものである。第１の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、具体的には、分解時間指標である［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）（昇温速度は１０℃／分）の値が５未満の合成繊維であり、より好ましくは３未満の合成繊維である。分解時間指標が５を超えると、火災時等にセメント成形体内部で水蒸気が発生したとき、および歪みが発生したときに、爆裂防止効果の発現が遅延する傾向にある。
【００２３】
前述のとおり、第１の発明に関連する熱重量分析は、ＪＩＳ−Ｋ−７１２０（１９８７）に準じて実施される。熱重量分析は、例えば、熱重量分析装置（商品名：ＴＧ／ＤＴＡ２００、セイコー電子工業社製）を用いて実施できる。第１の発明においては、１０mgの試料を、昇温速度１０℃／分の条件にて分析して得られる、分解開始温度および分解終了温度を使用する。
【００２４】
第１の発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を構成するのに適した樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、およびポリアセタール等を挙げることができる。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、これらの中から、前記熱重量分析に基づいて決定される分解時間指標が前述の条件を満たすものを選択して、製造される。
【００２５】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、前記の樹脂から選択した２以上の樹脂を組み合わせて成る、並列型、芯鞘型または分割型等の複合繊維であってよい。また、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、上記分解時間指標ならびに／または分解開始温度および分解終了温度が上記条件を満たす、２以上の繊維を混合した形態で提供してよい。また、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の断面形状は、円形、異形および中空等のいずれであってもよい。
【００２６】
前記樹脂の中でも特にポリアセタール樹脂を含む合成繊維は、分解時間指標が小さく、また、分解終了温度が低いことから、セメント成形体爆裂防止用合成繊維として、好ましく用いられる。ポリアセタール樹脂を含む合成繊維は、ポリアセタール樹脂のみから成る繊維であってもよく、またはポリアセタール樹脂と他の樹脂との組み合わせから成る繊維、例えば、ポリアセタール樹脂とポリオレフィン樹脂との混合樹脂から成る繊維、もしくはポリアセタール樹脂／ポリオレフィン樹脂の組み合わせから成る複合繊維であってもよい。前記ポリアセタール樹脂が合成繊維に占める割合は、４５mass％以上であることが好ましい。ポリアセタール樹脂の割合が４５mass％未満であると、分解時間指標が大きくなる、あるいは分解終了温度が高くなる傾向にある。
【００２７】
第１の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、ＪＩＳ−Ｋ−６７５８（条件：１９０℃、荷重２１．２Ｎ（２．１６kgf））に準じて測定したメルトフローレート（以下、ＭＦＲと略す）が５g/10分以上のポリアセタール系繊維から成るものであることが好ましい。ここで「ポリアセタール系繊維」とは、ポリアセタール樹脂のみから成る繊維、およびポリアセタール樹脂を含む繊維を総称する用語である。ポリアセタール樹脂を含む繊維において、ポリアセタール樹脂が繊維に占める割合は、好ましくは４５mass％以上である。その理由は先に説明したとおりである。ポリアセタール系繊維は、先に第１の発明に関連して説明したように、分解時間指標が小さい（即ち、短時間で分解が終了する）、ならびに分解開始温度および分解終了温度が低いことから、セメント成形体において優れた爆裂防止効果を発揮する。さらに、上記のようなメルトフローレートを有する場合には、低温での流動性に優れる。本発明者らが試験したところ、低温での流動性が大きい繊維は、比較的低い温度で分解が開始し、また比較的短い時間で分解が終了する傾向にあることが認められた。したがって、上記の範囲のＭＦＲを有するポリアセタール系繊維は、火災時等にセメント成形体が熱にさらされて徐々にセメント成形体内部の温度が上昇するときに、低い温度で熱分解が開始し、昇温過程において早い段階で熱分解が終了する。上述のように、そのような熱分解特性を示す繊維は、セメント成形体内部で水蒸気が発生するとき、または歪みが発生するときに、爆裂防止効果を早期に発現する。
【００２８】
前記ポリアセタール系繊維のＭＦＲが５g/10分未満であると、加熱されたときの流動性が低く、爆裂防止効果が低下する傾向にある。また、ＭＦＲが５g/10分未満である繊維を製造するには、それと同程度のＭＦＲを有する樹脂を使用する必要があるが、そのような樹脂は硬いために、繊維製造時において紡糸性が悪い。紡糸性は、紡糸温度を上昇させることにより向上させ得るが、紡糸温度を高くすると、製造に要するエネルギーが多くなり、またガスの発生量が多くなるため、環境上好ましくない。前記ポリアセタール系繊維は、好ましくは、２０g/10分以上のＭＦＲを有する。
【００３０】
前記ポリアセタール系繊維を、その製造方法とともに説明する。ポリアセタール系繊維を構成する樹脂は、繊維形成後のＭＦＲが５g/10分以上となるように、流動性を考慮して選択される。樹脂は、より好ましくは、繊維の分解時間（即ち、分解速度）、ならびに／または繊維の分解開始温度および分解終了温度を考慮して選択される。具体的には、ＭＦＲが５g/10分以上であるポリアセタール樹脂を選択し、準備する。ポリアセタール樹脂は、［−（ＣＨ２）−Ｏ−］ｍで示される、オキシメチレンモノマーを繰り返し単位とするポリオキシメチレンホモポリマーまたはコポリマーである。前記ポリアセタール樹脂の比重は、１．４５以下であることが好ましく、１．４３以下であることがより好ましい。ポリアセタール樹脂の比重が１．４５を超えると、低温での流動性および熱分解性に劣る傾向にある。ポリアセタール樹脂は、単独で、あるいは他の樹脂と混合して繊維形成性樹脂として使用される。ポリアセタール樹脂と他の樹脂とを混合した樹脂を使用する場合も、そのＭＦＲは５g/10分以上であることが好ましい。以下の説明を含む本明細書において、ポリアセタール樹脂だけから成る繊維形成性樹脂およびポリアセタール樹脂と他の樹脂とを混合して成る繊維形成性樹脂を総称して、ポリアセタール系樹脂と呼ぶ。
【００３１】
なお、ポリアセタール樹脂は、一般に結晶性に優れ、結晶化度が大きく、これを使用すれば、高強度の繊維が得られる。尤も、セメント成形体の爆裂防止効果を達成するに際して、繊維の強度は特に考慮する必要はない。
【００３２】
次いで、選択したポリアセタール系樹脂を用いて、公知の溶融紡糸法により、あるいはフィルム開繊法等により繊維を作製する。
【００３３】
溶融紡糸法によりポリアセタール系樹脂を繊維化する場合、単一繊維となるように繊維化してよく、あるいは他の樹脂とともに複合繊維となるように繊維化してよい。ポリアセタール系繊維は、例えば、紡糸温度を１８０℃以上２３０℃以下の範囲に設定して、ポリアセタール系樹脂を溶融紡糸して紡糸フィラメントを得、次いで延伸倍率を１．５倍以上に設定して延伸処理を施し、必要に応じて繊維処理剤を繊維表面に付与した後、所定の繊維長に切断することにより得られる。
【００３４】
フィルム開繊法によりポリアセタール系樹脂を繊維化する場合、ポリアセタールフィルムを作製し、スリッターやポーキュパインローラーを用いてフィルムを裂き、所定の繊維長に切断してポリアセタール系繊維を得る。
【００３５】
前記繊維処理剤は、セメント配合物に混入し混練したときの分散性を考慮して、通常使用される公知の処理剤から適宜選択される。繊維処理剤としては、例えば、炭素数１０〜１８のノルマルアルキルホスフェートカリウム塩およびノルマルアルキルホスフェートナトリウム塩等のノルマルアルキルホスフェート金属塩、ならびに燐酸カリウム、燐酸ナトリウムおよび燐酸カルシウム等の燐酸金属塩が挙げられる。繊維処理剤はこれらから２以上選択し、混合して使用してよい。繊維処理剤の付着量は、繊維質量に対して０．２mass％以上、２０mass％以下の範囲であることが好ましい。より好ましい繊維処理剤の付着量の下限は、０．８mass％である。より好ましい繊維処理剤の付着量の上限は、２mass％である。
【００３６】
以上、本発明の第１の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維を、その製造方法とともに説明した。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、上述の方法に従って得られる繊維、即ち、ＭＦＲが５g/10分以上であるポリアセタール樹脂を含む繊維形成性樹脂を繊維化して得られる繊維として特定することもできる。
【００３８】
第２の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、ポリアセタール樹脂を含み、かつ熱重量分析により測定される、分解開始温度が３１０℃以下であり、分解終了温度が３６０℃以下である繊維である。好ましい分解開始温度は３０５℃以下であり、好ましい分解終了温度は３５０℃以下である。分解開始温度が３１０℃を超えると、爆裂防止性を向上させるために、セメント配合物への繊維混入量を増加させる必要がある。繊維混入量の増加は、繊維の分散性およびスラリーの流動性低下に起因する、成形性および施工性の低下を招く場合がある。分解終了温度が３６０℃を超えると、火災時等にセメント成形体内部で水蒸気が発生したとき、および歪みが発生したときに、爆裂防止効果の発現が遅延する傾向にある。
【００３９】
次に、上記第１〜第２の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維（これら２つの発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維を総称して「本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維」と呼ぶ場合がある）に共通する形態を説明する。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、セメント配合物に繊維を混入し混練したときの分散性を考慮し、繊維質量に対して、１０mass％以上、４０mass％以下の水分が付着していることが好ましい。
【００４０】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、その単繊維繊度が、０．５dtex以上、４００dtex以下の範囲であることが好ましい。より好ましい単繊維繊度の下限は、１０dtexである。より好ましい単繊維繊度の上限は、１００dtexである。さらにより好ましい単繊維繊度の上限は、２０ｄtexである。単繊維繊度が０．５dtex未満であると、火災時にセメント成形体内部で発生した水蒸気の経路となる空隙部を形成し難く、単繊維繊度が４００dtexを超えると、十分な爆裂防止性が得られない場合がある。
【００４１】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維はいずれも、その繊維長が、２mm以上、３０mm以下の範囲であることが好ましい。より好ましい繊維長の下限は、４mmである。より好ましい繊維長の上限は、２５mmである。繊維長が２mm未満であると、十分な爆裂防止性が得られない場合がある。繊維長が３０mmを超えると、セメント配合物に繊維を混入し混練したときの分散性が悪く、均一なセメント成形体を得られない場合がある。
【００４２】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、セメント成形体が火災等のために高温となったときに、容易に体積減少して速やかにセメントマトリックス内に空隙部を形成させて、セメント成形体の爆裂を抑制し、防止するものとなり得る。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、セメントマトリックスの空隙が少ない高強度コンクリートから成る成形体の爆裂防止用繊維として特に有用である。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、好ましくは８０N/mm２以上、より好ましくは１２０N/mm２以上の高強度コンクリートに混入される。
【００４３】
前述のように、高強度コンクリートから成る成形体においては、通常のコンクリートから成る成形体と比較してセメントマトリックスの空隙が少ない。そのため、例えば火災時に成形体表面が急激に加熱されて２５０℃以上になった際に、初期には成形体内の水分が水蒸気化しその膨張圧によって水蒸気爆発状態となって爆裂が発生しやすく、次にコンクリート表面と内部の温度差により歪差に起因する応力が生じたときにも、これらの内部圧力をコンクリート自身が吸収しきれずに爆裂が発生しやすい。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、これが予め高強度コンクリート内に混入し分散されていると、成形体が急激に加熱された場合でも、より低温で溶融しはじめ、速やかに分解して体積減少し、繊維混入部分を空隙部にする。そして、この空隙部が、初期に発生する水蒸気の通路となり、また、前記内部応力を緩和および発散する役割をし、それによりコンクリート成形体の爆裂が防止されることとなる。
【００４４】
本発明の耐爆裂性セメント成形体は、第１〜第２の発明に係るセメント成形体爆裂防止用合成繊維のいずれか１つ又は複数を、セメント配合物に対して、０．０２vol％以上５vol％以下の範囲で混入した配合物で成形されたものである。「セメント配合物」とは、セメント成形体を構成する材料の配合物であり、一般に、セメント、骨材、混和材および水の混合物である。セメント配合物は、その組成に応じて、コンクリート、モルタル、およびセメントペーストに分類される。
【００４５】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の好ましい混入量の下限は、０．０５vol％であり、好ましい混入量の上限は、３．５vol％である。さらに好ましい混入量の上限は、１vol％である。繊維混入量が０．０２vol％未満であると、爆裂防止効果が不十分である。繊維混入量が５vol％を超えると、セメント成形体の強度の低下を招き、また、セメント配合物に繊維を混入し混練したときに分散不良を引き起こし、均一なセメント成形体を得られない場合がある。
【００４６】
コンクリートの圧縮強度が高いほど、セメントマトリックスの空隙が低下するため、繊維混入量も多くすることが好ましい。例えば、８０N/mm２以上の高強度コンクリートについては、繊度１０〜１００dtexの本発明のセメント爆裂防止用合成繊維が、０．０５vol％以上、１vol％以下の範囲で、セメント配合物に対して混入されていることが好ましい。
【００４７】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、高温下で速やかに分解するため、セメント配合物に対する混入量が少なくても、優れた爆裂防止効果を発揮する。そのため、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、高強度コンクリート構造物用の水セメント比が３０mass％以下のセメント配合物に対して、０．０５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入した場合でも、優れた爆裂防止効果を発揮する。特に、繊度が１０dtex以上１００dtex以下の範囲のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を、水セメント比が２５mass％以下のセメント配合物に対して、０．１５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入する場合には、セメント成形体において優れた爆裂防止効果が得られるとともに、セメント配合物の成形性または施工性が最適化される。また、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、その混入量がセメント配合物に対して、０．０５vol％以上０．５vol％以下である場合でも、含水率が２mass％以上となるようなセメント成形体、例えばトンネルの壁および天井等においても優れた爆裂防止効果を発揮する。特に繊度が１０dtex以上１００dtex以下の範囲のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を、０．１５vol％以上０．５vol％以下の範囲で混入する場合には、セメント配合物の成形性または施工性が最適化されるため、含水量が２mass％以上となるセメント成形体の作製に好都合である。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を０．５vol％混入して作製した、水セメント比が２５mass％以下のセメント配合物から成る成形体または含水率が２mass％以上のセメント成形体と、同じ量のポリプロピレン繊維を添加して作製したそれらのセメント成形体とは、爆裂防止効果において有意な差があり、前者の方が優れた耐爆裂性を示す。
【００４８】
高強度のセメント成形体を得るには、水セメント比は２０mass％以下であることが好ましい。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、そのような水セメント比のセメント配合物にも混入した場合でも、優れた爆裂防止効果を発揮する。
【００４９】
【実施例】
［実施例１］
ＭＦＲ９、比重１．４１のポリアセタール樹脂（製品名：Ｍ９０Ｓ，ポリプラスチックス社製）を用いて２３０℃にて溶融紡糸し、６７dtexの未延伸糸（紡糸フィラメント）を得た。前記未延伸糸を１３０℃で４倍に乾式延伸し、アルキルフォスフェートカリウム塩を付与した後、切断して１７dtex×１０mmの短繊維とし、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を得た。熱重量分析装置：ＴＧ／ＤＴＡ２００（商品名、セイコー電子工業社製）を用いて、前記繊維を１０ｍｇ使用し、昇温速度１０℃／分の条件で熱重量分析を行った。その結果、分解開始温度は２９９．８℃、分解終了温度は３２６．９℃であり、［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）は２．７１であった。
【００５０】
前記繊維を、セメントと骨材を重量比で４：１の割合で配合した、コンクリートに対し１vol％混入した。このコンクリートを用いて、中心部に鉄筋を入れた４０cmφ、８０cm高の８０N/mm２の高強度コンクリートブロックを作製し、本発明の耐爆裂性セメント成形体を得た。前記成形体をＪＩＳ−Ａ−１３０４に準じて加熱した結果、爆裂は発生せず、繊維の爆裂防止効果が確認された。
【００５１】
［実施例２］
ＭＦＲ４５、比重１．４１のポリアセタール樹脂（製品名：Ｍ４５０，ポリプラスチックス社製）を用いて２０５℃にて溶融紡糸したこと以外は、実施例１と同様の方法で、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を得た。前記繊維製造時において、紡糸性は良好であり、ガスの発生も低減されていた。前記繊維の熱重量分析を行った結果、分解開始温度は２９７．９℃、分解終了温度は３２５．５℃であり、［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）は２．７６であった。
【００５２】
得られた繊維を使用して、実施例１と同様の方法で本発明の耐爆裂性セメント成形体であるコンクリートブロックを得た。この成形体をＪＩＳ−Ａ−１３０４に準じて加熱した結果、爆裂は発生せず、繊維の爆裂防止効果が確認された。
【００５３】
［実施例３］
実施例２で作製したセメント成形体爆裂防止用合成繊維を、水：セメント：骨材を重量比で１：５：１０．３６の割合で配合した、水セメント比が２０mass％のコンクリートに対し０．２２vol％混入した。この配合物を用いて、表面から４０mmの位置に鉄筋を入れて、７０cm角１４０cm高の１２０N/mm２の高強度コンクリートブロック（含水率３．２mass％）を作製し、本発明の耐爆裂性セメント成形体を得た。この成形体をＩＳＯ８３４に準じて３時間加熱する加熱試験に付し、混入した繊維の爆裂防止効果を評価するために、加熱により生じた最大爆裂深さを測定するともに、加熱後の表面状態を観察した。その結果を表１に示す。
【００５４】
［実施例４］
実施例２で作製したセメント成形体爆裂防止用合成繊維を、水：セメント：骨材を重量比で１：６．２５：９．９１の割合で配合した、水セメント比が１６mass％のコンクリートに対し０．２２vol％混入した。この配合物を用いて、表面から４０mmの位置に鉄筋を入れて、７０cm角１４０cm高の１５０N/mm２の高強度コンクリートブロック（含水率２．６mass％）を作製し、本発明の耐爆裂性セメント成形体を得た。この成形体をＩＳＯ８３４に準じて３時間加熱する加熱試験に付した。加熱により生じた最大爆裂深さ、および加熱後の表面状態を表１に示す。
【００５５】
［比較例１］
ポリアセタール樹脂に代えて、ポリプロピレン樹脂を使用し、溶融紡糸温度を２７０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、セメント成形体爆裂防止用合成繊維を得た。この繊維を実施例１と同一の条件で熱重量分析した結果、分解開始温度は３１４．１℃、分解終了温度は３７２．４℃であり、［分解終了温度（℃）−分解開始温度（℃）］／昇温速度（℃／分）は５．８３であった。この繊維を、実施例３と同じ組成のセメント配合物に０．２２vol％混入し、実施例３と同様にして、コンクリートブロック（含水率３．２mass％）を作製した。得られたコンクリートブロックをＩＳＯ８３４に準じて３時間加熱する加熱試験に付した。加熱により生じた最大爆裂深さ、および加熱後の表面状態を表１に示す。
【００５６】
［ブランク１］
爆裂防止用の繊維を混入せずに、実施例３と同様にしてブランクのコンクリートブロック（含水率３．２mass％）を作製し、ＩＳＯ８３４に準じて３時間加熱する加熱試験に付した。加熱により生じた最大爆裂深さ、および加熱後の表面状態を表１に示す。
【００５７】
［比較例２］
比較例１で作製したポリプロピレン繊維を、水：セメント：骨材を重量比で１：６．２５：９．９１の割合で配合した、水セメント比が１６mass％のコンクリートに対し０．３３vol％混入した。この配合物を用いて、表面から４０mmの位置に鉄筋を入れて、７０cm角１４０cm高の１５０N/mm２の高強度コンクリートブロック（含水率２．６mass％）を作製し、耐爆裂性セメント成形体を得た。この成形体をＩＳＯ８３４に準じて３時間加熱する加熱試験に付した。加熱により生じた最大爆裂深さ、および加熱後の表面状態を表１に示す。
【００５８】
［ブランク２］
爆裂防止用の繊維を混入せずに、実施例４と同様にしてブランクのコンクリートブロック（含水率２．６mass％）を作製し、ＩＳＯ８３４に準じて３時間加熱する加熱試験に付した。加熱により生じた最大爆裂深さ、および加熱後の表面状態を表１に示す。
【００５９】
なお、最大爆裂深さは以下のようにして測定した。
［最大爆裂深さ］
コンクリートブロックの加熱試験後のブロック表面において、爆裂により剥離した深さをノギスで測定して、最も深さの大きい数値を最大爆裂深さとした。
【００６０】
また、繊維を混入したコンクリートの流動性を確認するため、スランプフローを、ＪＩＳ−Ａ−１１５０に準じて測定した。その測定結果も合わせて表１に示す。
【００６１】
【表１】
0004608176.tif 000002
【００６２】
実施例３、比較例１およびブランク１の比較において、ブランク１の最大爆裂深さが最も大きい。このことは、ポリアセタール樹脂から成る繊維（実施例３）およびポリプロピレン繊維（比較例１）がともに、セメント成形体の爆裂防止に寄与していることを示している。実施例３と比較例１は、繊維の混入量は同じであるが、爆裂の度合いは比較例１の方が大きかった。このことは、分解時間指標が小さく、且つ分解開始温度および分解終了温度の低い繊維が、爆裂防止により効果的であることを示している。また、比較例２の成形体は、成形体中の繊維の混入量が実施例４より多いにもかかわらず、その爆裂の度合いは実施例４の成形体よりも大きかった。このことは、セメント配合物の流動性を確保するために繊維の混入量を少なくする場合でも、本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維を用いれば、優れた爆裂防止効果が得られることを示す。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維は、より低温で急激に体積減少することを特徴とする。したがって、この繊維は、これを含むセメント成形体が、火災時等、高温に曝されたときに、従来の繊維と比較して、より早く成形体中に空隙部を形成するので、成形体の爆裂をより確実に防止することができる。
【００６４】
本発明の耐爆裂性セメント成形体は、セメント配合物に対して前記繊維を０．０２vol％以上５vol％以下の範囲で混入することにより得ることができる。本発明のセメント成形体爆裂防止用合成繊維の混入により付与される耐爆裂性は、特に、セメントマトリックスの空隙が少ない８０N/mm２以上の高強度セメント成形体（特にコンクリート成形体）において顕著に認められる。したがって、本発明によれば、火災時における爆裂の度合いがより小さい高強度セメント成形体が得られる。