(57)【要約】【課題】放射性廃棄物処分施設の構造材などに用いられるセメント系成形体に十分な強度及び放射性核種移行抑制機能を付与し、且つ長期にわたりひび割れの発生を防止することのできるセメント系成形体補強用短繊維を提供すること。【解決手段】撚り加工を施した１種もしくは繊度の異なる２種以上の玄武岩繊維単糸を合撚した合撚糸を樹脂で集束したセメント系成形体補強用短繊維である。このセメント系成形体補強用短繊維中に占める樹脂の質量割合は１．０質量％〜１０．０質量％であることが望ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
玄武岩を溶融紡糸した玄武岩繊維が樹脂で集束されていることを特徴とするセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項２】
前記集束される玄武岩繊維が、無撚りの玄武岩繊維束であるか又は撚り加工を施した玄武岩繊維単糸であることを特徴とする請求項１に記載のセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項３】
前記集束される玄武岩繊維が、撚り加工を施した１種もしくは繊度の異なる２種以上の玄武岩繊維単糸を合撚したものであることを特徴とする請求項１に記載のセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項４】
前記無撚りの玄武岩繊維束及び前記玄武岩繊維単糸の繊度が６８ｔｅｘ〜４８００ｔｅｘであることを特徴とする請求項２又は３に記載のセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項５】
繊維長が５ｍｍ〜６０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項６】
前記樹脂が、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル共重合体、エポキシ系重合体、ビニル系重合体、エステル系重合体及びビニル−エステル共重合体からなる群から選択されるものであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項７】
前記セメント系成形体補強用短繊維中に占める前記樹脂の質量割合が１．０質量％〜１０．０質量％であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のセメント系成形体補強用短繊維。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載のセメント系成形体補強用短繊維が０．０５体積％〜５．０体積％添加されていることを特徴とするセメント系成形体。
【請求項９】
放射性廃棄物処分施設の構造材及び空間充填材の少なくとも一部に用いられることを特徴とする請求項８に記載のセメント系成形体。
【請求項１０】
非磁性又は非導電性を有する施設の構造材の少なくとも一部に用いられることを特徴とする請求項８に記載のセメント系成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系成形体補強用短繊維及びそのセメント系成形体補強用短繊維を添加したセメント系成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート、モルタルなどのセメント系成形体の耐久性を向上させるために用いる補強繊維として、錆びないこと、耐セメントアルカリ性に優れること、セメント系成形体への質量比混入率が小さくできることなどの理由により、ポリオレフィン繊維が注目されている。しかし、ポリプロピレン繊維に代表されるポリオレフィン繊維は、セメントとの接着性が弱く、充分な補強効果が得られ難いという問題があった。そこで、セメントとの接着性を改善した補強繊維として、断面形状が３〜６個の突起を有する略多角形であり、その突起部の先端に繊維の長手方向に沿って凹部あるいは凸部を一対の平行な凹凸刻印ローラーなどで付形したポリオレフィン短繊維が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
しかし、上記ポリオレフィン短繊維のような有機繊維は、それ自体の強度が低く、伸びが大きいという特性のため、曲げ靭性の付与には効果があるものの、高い引張強度が要求される分野には向かないという問題があった。特に、放射性廃棄物処分施設の構造材及び空間充填材として用いられるセメント系成形体には、長期にわたり極めて高い耐久性が要求されるだけでなく、放射性核種の移行抑制機能が高いことも要求されるため、有機繊維では十分に対応することができなかった。
【０００４】
鋼繊維、Ｅガラス繊維などの無機繊維を用いれば、放射性核種移行抑制機能を高めることができると考えられるが、鋼繊維は、腐食しやすいという問題があり、また、Ｅガラス繊維は、耐セメントアルカリ性に劣るという問題がある。そこで、上述したような問題を解決し得る補強繊維として、マトリックス樹脂を含浸、硬化させた撚糸状の炭素繊維束からなるコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材が提案されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２０４９８号公報
【特許文献２】特開２００７−７０２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の炭素繊維複合樹脂線材に使用する炭素繊維は非常に高価である上に、炭素繊維とセメントとでは線膨張係数が大きく異なるため、長期の使用においてセメント系成形体にひび割れが発生する可能性があるという問題があった。
【０００７】
従って、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放射性廃棄物処分施設の構造材などに用いられるセメント系成形体に十分な強度及び放射性核種移行抑制機能を付与し、且つ長期にわたりひび割れの発生を防止することのできるセメント系成形体補強用短繊維を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を行った結果、玄武岩を溶融紡糸した玄武岩繊維（バサルト繊維）を樹脂で集束させた短繊維が上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、玄武岩を溶融紡糸した玄武岩繊維が樹脂で集束されていることを特徴とするセメント系成形体補強用短繊維である。
本発明において、集束される玄武岩繊維は、無撚りの玄武岩繊維束であってもよいし、撚り加工を施した玄武岩繊維単糸であってもよいし、撚り加工を施した１種もしくは繊度の異なる２種以上の玄武岩繊維単糸を合撚したものであってもよい。
本発明において、無撚りの玄武岩繊維束及び玄武岩繊維単糸の繊度は６８ｔｅｘ〜４８００ｔｅｘであることが好ましい。また、セメント系成形体補強用短繊維の繊維長は５ｍｍ〜６０ｍｍであることが好ましい。
本発明において、集束に使用する樹脂は、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル共重合体、エポキシ系重合体、ビニル系重合体、エステル系重合体及びビニル−エステル共重合体からなる群から選択されるものであることが好ましい。また、セメント系成形体補強用短繊維中に占める樹脂の質量割合は１．０質量％〜１０．０質量％であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放射性廃棄物処分施設の構造材などに用いられるセメント系成形体に十分な強度及び放射性核種移行抑制機能を付与し、且つ長期にわたりひび割れの発生を防止することのできるセメント系成形体補強用短繊維を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるセメント系成形体補強用短繊維の外観を示す一例である。
【図２】本発明によるセメント系成形体補強用短繊維の外観を示す一例である。
【図３】本発明によるセメント系成形体補強用短繊維の外観を示す一例である。
【図４】本発明によるセメント系成形体補強用短繊維の外観を示す一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によるセメント系成形体補強用短繊維は、玄武岩を溶融紡糸した玄武岩繊維が樹脂で集束されていることを特徴とするものである。バサルト繊維は、天然の玄武岩を高温で溶融させた後、紡糸したもので非晶性の人造鉱物繊維である。バサルト繊維は、引張強度、耐熱性及び耐食性に優れ、また、放射性核種の移行抑制に悪影響を及ぼすことがなく、そして安価である。
【００１２】
セメント系成形体補強用短繊維は、図１に示されるように、多数本の玄武岩繊維モノフィラメント２を引き揃えた無撚りの玄武岩繊維束を樹脂３で集束させたもの１であってもよいし、図２に示されるように、多数本の玄武岩繊維モノフィラメント２に撚りを掛けた玄武岩繊維単糸を樹脂３で集束させたもの４であってもよいし、図３に示されるように、多数本の玄武岩繊維モノフィラメント２に撚りを掛けた玄武岩繊維単糸を複数本合撚したものを樹脂３で集束させたもの５であってもよい。合撚糸状のセメント系成形体補強用短繊維５としては、例えば、図４（ａ）に示されるように、同繊度の玄武岩繊維単糸を３本撚り合わせたもの、図４（ｂ）に示されるように、同繊度の玄武岩繊維単糸を２本撚り合わせたもの、図４（ｃ）に示されるように、異繊度の玄武岩繊維単糸を２本撚り合わせたもの、図４（ｄ）に示されるように、異繊度又は同繊度の玄武岩繊維単糸を２本異なる速度で撚り合わせ、ループ６又は突起７の部位を生じさせたものが挙げられる。
【００１３】
玄武岩繊維単糸における撚り数は、特に限定されるものではないが、８〜４０回／ｍであることが好ましい。合撚糸における撚りの数も、特に限定されるものではないが、４０〜２００回／ｍであることが好ましく、６０〜１４０回／ｍであることがより好ましい。単糸及び合撚糸における撚り数が大き過ぎると、樹脂が内部に浸透しにくくなり、得られるセメント系成形体補強用短繊維自体の強度が低下する場合があるので好ましくない。撚りの方向は、特に限定されるものではなく、Ｓ撚り及びＺ撚りのいずれであってもよい。合撚においては、玄武岩繊維単糸に緊張を与えつつ撚り加工及び樹脂集束することでセメント系成形体補強用短繊維の伸びを小さくできる。
【００１４】
無撚りの玄武岩繊維束及び玄武岩繊維単糸の繊度は、６８ｔｅｘ〜４８００ｔｅｘであることが好ましく、１５０ｔｅｘ〜１２００ｔｅｘであることがより好ましい。また、異繊度の玄武岩繊維単糸を撚り合わせる場合、繊度の大きい玄武岩繊維単糸の繊度と繊度の小さい玄武岩繊維単糸の繊度との比が８：１〜２：１であることが好ましい。繊度の比がこの範囲内であれば、セメントとの接着性及び引抜き抵抗性を高めることができる。
【００１５】
本発明のセメント系成形体補強用短繊維の繊維長（見かけ長さ）は、５ｍｍ〜６０ｍｍであることが好ましく、２０ｍｍ〜４０ｍｍであることがより好ましい。セメント系成形体補強用短繊維の長さが５ｍｍ未満であると、引抜抵抗性が十分に得られない場合があるので好ましくない。一方、セメント系成形体補強用短繊維の長さが６０ｍｍを超えると、フレッシュセメント中での分散性が不良となる場合があるので好ましくない。
【００１６】
本発明のセメント系成形体補強用短繊維の断面形状は、特に限定されるものではなく、正方形、長方形、円、楕円、それらの組み合わせなどが挙げられる。セメント系成形体補強用短繊維の太さは、特に限定されるものではなく、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍであればよい。
【００１７】
玄武岩繊維の集束に使用される樹脂としては、セメント系成形体補強用短繊維をミキサーなどで混練する際に玄武岩繊維が解れない程度に接着でき、セメント系成形体の施工性を損なわないものであればよく、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル共重合体、エポキシ系重合体、ビニル系重合体、エステル系重合体、ビニル−エステル共重合体などが挙げられる。これらの樹脂は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、耐アルカリ性及び施工性の確保という理由から、スチレン−アクリル共重合体及びビニル−エステル共重合体が好ましい。
【００１８】
本発明によるセメント系成形体補強用短繊維中に占める樹脂の割合は、１．０質量％〜１０．０質量％であることが好ましく、５．０質量％〜１０．０質量％であることがより好ましい。樹脂の割合が１．０質量％未満であると、セメント系成形体補強用短繊維自体の強度が不足し、ミキサーなどで混練する際に繊維集合体が解れたり折れたりする場合があるので好ましくない。一方、樹脂の割合が１０．０質量％を超えてもセメント系成形体補強用短繊維自体の強度の向上は頭打ちとなる上に、有機質分が多くなり放射性核種の移行抑制に悪影響を及ぼす可能性もあるので好ましくない。
【００１９】
本発明のセメント系成形体補強用短繊維は、上述した玄武岩繊維束、単糸あるいは合撚糸を樹脂で集束させることにより得ることができる。集束させる方法としては、特に限定されるものではなく、樹脂溶液へ浸漬、樹脂溶液の噴霧、樹脂溶液のコーティングのいずれの方法を採用してもよい。玄武岩繊維束、単糸あるいは合撚糸に樹脂溶液を付着させた後、必要に応じて、絞りロールなどを用いて繊維集合体の内部にまで樹脂を浸透させることができる。また、樹脂を浸透させた後、必要に応じて、加熱乾燥させてもよい。こうして得られた繊維集合体は、所定長さに切断され、セメント系成形体補強用の短繊維として使用される。
【００２０】
本発明のセメント系成形体補強用短繊維は、強化繊維として、セメント、細骨材、粗骨材、水及び適量のコンクリート混和剤、又はセメント、細骨材、水及び適量のモルタル混和剤に配合して用いられ、コンクリート、モルタルなどのセメント系成形体とすることができる。ここで、セメントとしては、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメントなどの水硬性セメント又は石膏、石灰などの気硬性セメントなどのセメント類を使用することができる。細骨材としては、川砂、海砂、山砂、珪砂、ガラス砂、鉄砂、灰砂、その他人工砂などが挙げられる。粗骨材としては、レキ、砂利、砕石、スラグ、各種人工軽量骨材などが挙げられる。混和剤としては、空気連行剤（ＡＥ剤）、流動化剤、減水剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤などが挙げられる。
【００２１】
セメント系成形体補強用短繊維の添加量は、セメント系成形体に対して、通常、０．０５体積％〜５．０体積％である。セメント配合時の繊維の均一分散性、配合セメントの流動性、施工性、セメント系成形体の物性向上効果の点から、セメント系成形体に対するセメント系成形体補強用短繊維の添加量は、０．３体積％〜１．０体積％であることが好ましい。
【００２２】
セメント系成形体の製造方法としては、セメント系成形体補強用短繊維を、セメント系粉体又はスラリー中に分散してセメント系混合物とし、これを湿式抄造成形法、押出成形又は注型成形法によって所定形状に成形した後、自然養生、蒸気養生、オートクレーブ養生などによって、各種のセメント系成形体を製造することができる。より具体的には、セメント、細骨材、粗骨材、水などよりなるコンクリート混合物をベースコンクリートとし、このベースコンクリートを混練後に、続けてセメント系成形体補強用短繊維を投入し混練を行なうことが好ましい。混練時間は１回当たりの混合量により異なるが、一般的には、ベースコンクリートの混練は４５〜９０秒、セメント系成形体補強用短繊維を投入後の混練についても４５〜９０秒の範囲が適当である。
【００２３】
このようにして得られたセメント系成形体は、十分な強度及び放射性核種移行抑制機能を有し、且つ長期にわたりひび割れの発生を防止することができることから、放射性廃棄物処分施設の構造材及び空間充填材として好適である。また、本発明のセメント系成形体補強用短繊維は、非磁性・非導電性であることから、これを添加したセメント系成形体は、非磁性又は非導電性が要求される施設、例えば、リニアモーターカーのガイドウェイ、送変電施設、医療施設、精密電気機器が設置される施設、鉄道トンネル、跨線橋などの構造材としても好適である。また、本発明のセメント系成形体は、上記した用途に限らず、一般の土木建築用構造材にも当然に利用できる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例及び比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００２５】
＜製造例１＞
多数本の玄武岩繊維モノフィラメント（原糸径１３μｍ）を引き揃えた玄武岩繊維束（繊度１２００ｔｅｘ）をラインスピード２３ｍ／ｍｉｎで巻き取りながら、ライン上でポリゾール（登録商標）ＡＰ６０９Ｌ（昭和電工株式会社製、スチレン−アクリル共重合体エマルジョン）に浸漬したネルローラーに通した後、３４０℃の炉内に通過・乾燥させた玄武岩繊維束を約２４ｍｍの長さに切断した。得られた製造例１の短繊維には、８質量％の樹脂が付着していた。
【００２６】
＜実施例１＞
１００Ｌ２軸強制パン型ミキサーを使用し、普通ポルトランドセメント（比重：３．１６）４４７ｋｇ／ｍ3、細骨材（表乾比重２．５９、最大粒径５ｍｍ）９６９ｋｇ／ｍ3、粗骨材（表乾比重２．６４、最大粒径１５ｍｍ）６５８ｋｇ／ｍ3、水（市水）１９０ｋｇ／ｍ3及びＡＥ剤（ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤）２．０ｋｇ／ｍ3の配合比率で予め９０秒間混合した。次いで、製造例１の短繊維を２６．６ｋｇ／ｍ3の比率で添加し、短繊維量が１．０体積％、水／セメント比が４２．５質量％の配合になるように、全量４０Ｌで更に４５秒間混合し、生コンクリートを得た。生コンクリートのスランプをＪＩＳ  Ａ１１０１（コンクリートのスランプ試験方法）に従って評価した。
この生コンクリートを使用し、ＪＳＣＥ  Ｆ５５２（社団法人土木学会／鋼繊維補強コンクリートの強度及びタフネス試験用供試体の作り方）に従い、コンクリート試験用供試体を作製した。なお、コンクリートは、常温型養生を２４時間行った後、離型し、２７日間、水中養生したものを供試体とした。
得られたコンクリート試験用供試体の物性を下記に従って評価した。結果を下記表１に示す。
・引張強度：ＪＩＳ  Ａ１１１３（コンクリートの割裂引張強度試験方法）に従う。
・曲げ強度及び曲げ靭性：ＪＳＣＥ  Ｇ５５２−２００７（鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度及び曲げタフネス試験方法）に従う。
【００２７】
＜比較例１＞
製造例１で得られた短繊維の代わりに、未集束の玄武岩繊維モノフィラメント（原糸径１３μｍ）を使用すること、及びＡＥ剤（ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤）の配合比率を３．８ｋｇ／ｍ3とすること以外は実施例１と同様にしてコンクリート試験用供試体を作製した。得られたコンクリート試験用供試体の物性を実施例１と同様にして評価した。結果を下記表１に示す。
【００２８】
＜比較例２＞
製造例１で得られた短繊維の代わりに、ポリプロピレン短繊維（荻原工業株式会社製バルチップ（登録商標）ＭＫ、繊維長３０ｍｍ、繊度３５０００ｔｅｘ）を使用すること以外は実施例１と同様にしてコンクリート試験用供試体を作製した。得られたコンクリート試験用供試体の物性を実施例１と同様にして評価した。結果を下記表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【符号の説明】
【００３０】
１  セメント系成形体補強用短繊維（無撚り）、２  玄武岩繊維モノフィラメント、３  樹脂、４  セメント系成形体補強用短繊維（単糸）、５  セメント系成形体補強用短繊維（合撚糸）、６  ループ、７  突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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