(57)【要約】【課題】セメント材料補強用短繊維をセメント材料に混練する際に、ファイバーボールの発生の少ない補強用として好適な短繊維を提供する。【解決手段】繊維長が６ｍｍ以上、アスペクト比が４０〜４００のセメント補強用短繊維であって、短繊維集合体としたときの嵩密度が５ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とするセメント補強用短繊維。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維長が６ｍｍ以上、アスペクト比が４０〜４００のセメント補強用短繊維であって、短繊維集合体としたときの嵩密度が５ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とするセメント補強用短繊維。
【請求項２】
補強用短繊維がポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリケトン繊維、高強力ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリベンザゾール繊維、セルロース繊維、セラミック繊維、動物繊維、植物繊維からなる群から選ばれた少なくとも１種の繊維から構成されている請求項１記載の補強用短繊維。
【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・テレフタルアミド繊維である請求項２に記載のセメント補強用短繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント成形品の補強用繊維に関するものである。詳しくは、繊維材料の混入により施工時の作業性を阻害することなく、強度補強用として好適な補強用繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セメントなどの水性硬化粉体や反応基を含んだフェノール樹脂またはそのプレポリマーなどの熱硬化性粉体を含み、砂や石などの骨材や木粉やパルプなどの増量材または軽量化材などを一種または複数種含んだ混練物は、コンクリート摺材を作成する工程中で得られる。
【０００３】
最終的に水添やプレス、加熱、場合によっては養生工程を経て、得られる硬化物の引張りや曲げ、捻れに対する抵抗強度は、圧縮に対する抵抗強度に比較して一般的に低い。そのため、硬化物の引張りや曲げ、捻れに対する強度を向上、更に乾燥収縮によるひび割れを抑制させるべく、混練時に短繊維を添加・分散させて硬化物に内包させる方法は多方面で既になされている。
【０００４】
硬化物の短繊維添加効果は添加量が多いほど高いが、添加した繊維が全て有効に働くとは限らない。添加した短繊維の一部は混練中に、セメント材料や細骨材や粗骨材、また短繊維同士が絡まって塊となったり、短繊維が添加状態のまま数百本が離解せずに貝柱やファイバーボールのような状態のまま残ったりする。これらを「分散不良物」と呼ぶ。この分散不良物に含まれる短繊維は目的とする硬化物の引張りや曲げ、捻れに対する強度の向上、更にひび割れ抑制に貢献しない上、繊維間に空気を含みセメント材料の圧縮強度を低下させたり、施工性を阻害することになる。
【０００５】
補強用短繊維の分散不良物を発生させない対策としては添加量を減らすことが考えられるが、目的とする補強用短繊維の効果が得られなくなるため、所定の繊維混入量でファイバーボールや繊維間の空気量を減らす必要がある。
このためにはセメント材料に投入する前の補強用短繊維がファイバーボールを発生せず、尚且つ繊維間になるべく空気を含まないことが必要である。
【０００６】
こうした問題の対策として特開平５−１３９８０３号公報には特定の繊維長とアスペクト比を有する２種類の合成繊維を補強繊維とすることが開示されている。確かにこの方法によりある程度繊維の絡まりによる塊りやファイバーボールの発生はある程度低下できるものの完全ではなかった。
【０００７】
又取扱いを容易にし、且つ塊状になるのを防止する目的で、デンプン、ポリビニルアルコール（以下、「ＰＶＡ」という）に代表される集束剤を用いてサイジングした繊維を使用する提案がなされてきた。（例えば、特開平７−３００７７３号公報、特開平８−３２５９４７号公報、特開平９−２７８５０３号公報等）集束されたセメント補強用繊維は、一定の長さにカットしたチップ状にて使用されるが、当該繊維集束体は、前述したようにサイジングされているため、取扱いが容易となると共にセメント組成物の撹拌中に添加しても塊状になることは少なくなるものの、短繊維集束体としては均一に分散するが単繊維のレベルでは均一な分散とはならず十分な強度や衝撃性のセメントは得られていなかった。又集束剤を使用するためコストが上がるとか、歩留まりが低下するという問題もあった。
【０００８】
近年、特にコンクリートやモルタルの場合、環境保護などの観点からその耐久性向上が重視されるようになっている。この動きを受け、短繊維の添加量は、曲げ強度向上を目的とする場合は０．５〜２％程度、場合によっては３．０％と多量添加が必要となっている。これらを背景に、ファイバーボールの発生やセメント材料中の空気量増加を伴わない適正な補強用短繊維の提供が求められている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１３９８０３号公報
【特許文献２】特開平７−３００７７３号公報
【特許文献３】特開平８−３２５９４７号公報
【特許文献４】特開平９−２７８５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、モルタル、コンクリート等のセメント材料に補強用短繊維を混練した際に、繊維塊り、ファイバーボールの発生等のない、セメント補強用繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、前記課題を解決する為に鋭意検討した結果、補強用繊維の形状と、混入重量における嵩密度を制御するとき、上記の問題が大きく改善できることを見出し本発明に至った。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、
繊維長が６ｍｍ以上、アスペクト比が４０〜４００のセメント補強用短繊維であって、短繊維集合体の嵩密度が５ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とするセメント補強用短繊維。
が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モルタル、コンクリート等のセメント材料に補強用短繊維を混練した際に、施工時のファイバーボール等の発生の少ないコンクリート補強用短繊維が得られるので、セメント材料等の補強用途などに好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明におけるセメント補強用短繊維の繊維としては、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、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリメチルペンテン繊維、ポリアリレート繊維、Ｐ  Ｂ  Ｏ繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリケトン繊維、塩化ビニル繊維、セルロース繊維、パルプ繊維等の有機繊維を任意に使用することが出来る。１種のみ使用することも複数種を併用することも可能である。なかでも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・テレフタラミド等のパラ型アラミドからなる繊維が他の繊維に比べて補強効果が大きいので好ましく、特にコポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維は、高温高圧下強アルカリ性の雰囲気中に長時間保持してもその機械的特性の劣化が小さいので、高温高圧下での蒸気養生、例えば１８０℃、圧力約１０Ｋｇ／ｃｍ２の飽和水蒸気による条件下においても高い強力保持率を有するので好ましい。
【００１５】
本発明のセメント補強用短繊維はセメント補強効果を有するものであれば特に限定されるものではないが、引張弾性率（単位：ＧＰａ）は４５ＧＰａ以上であるものが好ましい。４５ＧＰａ未満では、後述の繊度の範囲でも繊維の剛性が低くなるため、セメントに混練時に容易に繊維同士が絡まり易くファイバーボールや塊り状になりやすい。短繊維の引張弾性率は、好ましくは５０〜３００ＧＰａ、より好ましくは７０ＧＰａ〜１００ＧＰａである。３００ＧＰａを超える場合は繊維が硬すぎて攪拌中に繊維が折れる場合があるので好ましくない。
【００１６】
本発明の補強用短繊維の繊維長は６ｍｍ以上であることが必要で、６ｍｍ未満であればセメントの補強効果が少なく好ましくない。好ましくは６〜６０ｍｍ、より好ましくは６〜４０ｍｍである。
【００１７】
又そのアスペクト比は４０〜４００であることが必要である。ここでアスペクト比とは、（繊維長）／（繊維長さ方向に直交する断面における直径）で表されるものである。アスペクト比が４０未満であれば分散性が良好（繊維の塊りやファイバーボールの発生が少ない）であるがセメント補強効果が少なく好ましくない。又４００を超える場合は絡まり易くなり繊維塊りができ易く好ましくない。
【００１８】
本発明においては、短繊維集合体の嵩密度が５ｍｌ／ｇ以下であることが重要である。この値が５ｍｌ／ｇを超える場合は繊維同士がかさばり易くファイバーボールができやすい。好ましくは０．１〜５ｍｌ／ｇである。
上記の条件を満足する本発明の短繊維をセメントと混練しても分散性良好で繊維塊りやファイバーボールの発生がほとんどなくセメント補強効果も良好である。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。なお、実施例及び比較例で用いた物性の測定方法は下記の通りである。
（１）繊維長、繊度
ＪＩＳ−Ｌ−１０１５に準拠して測定した。
（２）アスペクト比
繊維長／繊維長さ方向に直交する断面における直径
（３）ファイバーボール発生の有無の評価
普通ポルトランドセメント１，５００ｇ、水６３０ｇ、及びセメント材料に対する容積対比２％の補強用繊維を、オムニミキサー（ＧＡＲＢＲＯ社製、型式：ＯＭ−１０−Ｅ、容量：１０Ｌ）を用いて４００ｒｐｍの撹拌速度で約３分間混練し、ペーストを得た。次いで、水平に配置した５０ｃｍ角のアルミ板にミニスランプコーン（高さ１５ｃｍ、下面内径１０ｃｍ、上面内径５ｃｍの内側がくり貫かれた円錐柱）に得られたペーストを摺り切りで注ぎ入れ、ミニスランプコーンをゆっくり垂直に引き上げる。このときのセメントペーストはアルミ板上に円形に広がる。このときの広がった円形のペーストを目視し、ファイバーボールが発生したか目視で判断する。
（４）短繊維集合体の嵩密度の測定
ファイバーボールの発生の有無の評価を行う際に使用した補強用短繊維と同重量の補強用繊維を、タッピング式粉体減少度測定（筒井理化学機器株式会社、型式：ＴＰＭ−１）を用いて、直径３０ｍｍの１５０ｍｌ測定用のメスシリンダーに投入し、１００ｇの荷重をかけて、タッピング幅３２ｍｍとして２００回の振動を与えた後の短繊維体積量を測定し、重量で除して嵩密度（ｍｌ／ｇ）を求めた。
【００２０】
［実施例１］
補強用ポリエステル繊維（帝人ファイバー（株）製、断面径０．３３ｍｍ  長さ１２ｍｍ、アスペクト比４０、密度１．４ｇ／ｃｍ３）を２８ｇ投入し、短繊維体積量を測定すると１１６ｍｌで、短繊維嵩密度は４．１４（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールは無かった。
【００２１】
［比較例１］
実施例１において、補強用ポリエステル繊維（帝人ファイバー（株）製、断面径０．２ｍｍ、長さ１２ｍｍ、アスペクト比６０  密度１．４ｇ／ｃｍ３）を２８ｇ投入した以外は実施例１と同じ操作をおこなった。短繊維体積量を測定すると１５０ｍｌで、短繊維嵩密度は５．３５（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールは存在した。
【００２２】
［実施例２］
補強用ポリビニルアルコール繊維（断面径０．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ、アスペクト比７５、密度１．３ｇ／ｃｍ３  クラレ株製）を２６ｇ投入し、短繊維体積量を測定すると１１２ｍｌで、短繊維嵩密度は４．３１（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールは無かった。
【００２３】
［実施例３］
補強用鋼繊維（断面径０．２ｍｍ  長さ１５ｍｍ、アスペクト比７５、密度７．９ｇ／ｃｍ３）を１５８ｇ投入し、短繊維体積量を測定すると１１０ｍｌで、短繊維嵩密度は０．６９（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールは無かった。
【００２４】
［実施例４］
補強用パラ型アラミド繊維（断面径０．０２１ｍｍ  長さ６ｍｍ、アスペクト比２８６密度１．３９ｇ／ｃｍ３  帝人テクノプロダクツ製  テクノーラ）を２７．８ｇ投入し、短繊維体積量を測定すると１２０ｍｌで、短繊維嵩密度は４．３２（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールは無かった。
【００２５】
［比較例２］
補強用ポリビニルアルコール繊維（断面径０．１ｍｍ  長さ１２ｍｍ、アスペクト比１２０、密度１．３ｇ／ｃｍ３  クラレ株製）を２６ｇ投入し、短繊維体積量を測定すると１５４ｍｌで、短繊維嵩密度は５．９２（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールが発生していた。
【００２６】
［比較例３］
補強用パラ型アラミド繊維（断面径０．０１２ｍｍ  長さ７ｍｍ、アスペクト比５８０  密度１．３９ｇ／ｃｍ３  帝人テクノプロダクツ製  テクノーラ）を２７．８ｇ投入し、短繊維体積量を測定すると１５４ｍｌで、短繊維嵩密度は７．９１（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールが発生していた。
【００２７】
［比較例４］
補強用パラ型アラミド繊維（断面径０．０２１ｍｍ  長さ７ｍｍ、アスペクト比３３３、密度１．３９ｇ／ｃｍ３  帝人テクノプロダクツ製  テクノーラ）を２７．８ｇ投入、短繊維体積量を測定すると１４０ｍｌで、短繊維嵩密度は５．０３（ｍｌ／ｇ）であり、同重量の短繊維についてファイバーボール有無の評価を行った結果、ファイバーボールが発生していた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、モルタル、コンクリート等のセメント材料に補強用短繊維を混練した際に、施工時の作業性を阻害しないコンクリート補強用短繊維が得られるので、セメント材料等の補強用途などに好適に使用することができる。