(57)【要約】【課題】曲げ強度、曲げ靱性及び耐衝撃性において優れた補強効果を発揮し、かつ施工時の流動性を阻害しない、セメント等補強用繊維を提供すること。【解決手段】引張弾性率が４５ＧＰａ以上、長さが１〜６０ｍｍ、単糸繊度が１０〜１００ｄｔｅｘであるセメント補強用短繊維とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張弾性率が４５ＧＰａ以上、長さが１〜６０ｍｍ、単糸繊度が１０〜１００ｄｔｅｘ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】
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、ポリ塩化ビニル繊維、ポリアリレート繊維、ポリベンザゾール繊維、セラミック繊維、鋼繊維、動物繊維、及び植物繊維からなる群から選ばれた少なくとも１種である請求項１に記載のセメント補強用短繊維。
【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。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載のセメント補強用短繊維を含むセメント組成物。
【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流動性低下等の作業性を阻害することなく、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】
コンクリートやモルタル、石こう等の水硬化性原料を用いた成形品の曲げ強度、対衝撃強度等の機械的特性を向上させる目的として、各種繊維による補強が提案され、既に実用化されている。コンクリート、モルタル、石膏等のセメント等成形品補強用繊維への要求特性としては、高ヤング率、高強度、マトリックスとしてのセメント等との高度な界面結合力、セメント中のアルカリに対する耐侵食性、マトリックス中での均一分散等が挙げられている。従来、セメント等の補強用繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、スチールファイバー等の金属繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維等の合成繊維が単独もしくは組み合わせて用いられている。（例えば特開２００２−２７５７３９号公報、特開２００５−１５２５３号公報、特開２００５−２２０４９８号公報、特開平５−１３９８０３号公報等）
【０００３】
これらの補強繊維は通常、数百本以上の細い単繊維の集合体からなるため、そのままでは取扱いが困難であるばかりでなく、セメント組成物の撹拌中に添加した場合において均一に分散せず、塊状になり、セメント組成物の流動性が低下したり、又補強繊維としての効果が低下するという問題があった。  また、セメント組成物の流動性を阻害しないように、繊維添加量を減らした場合、目的の曲げ強度強力、曲げ靱性が得られなくなるという問題点があった。
【０００４】
そこで、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集束体として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り流動性低下の問題はなくなるものの、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を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。又集束体とする工程が必要であるためコストが高くなるという問題もあった。
【０００５】
こうした現状に鑑み、集束体とせずとも繊維混入時のセメントの流動性低下が少なく、且つ繊維一本一本がセメント中で均一に分散するセメント補強用繊維の開発が大いに望まれていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７５７３９号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２５３号公報
【特許文献３】特開２００５−２２０４９８号公報
【特許文献４】特開平５−１３９８０３号公報
【特許文献５】特開平７−３００７７３号公報
【特許文献６】特開平８−３２５９４７号公報
【特許文献７】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】
【０００７】
本発明は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は集束体とせずとも繊維混入によるセメント施工時の流動性が低下することなく、且つセメント補強用繊維として均一に分散する繊維及びそれを含むセメント組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、繊維混入による施工時の流動性低下は、繊維の弾性率、長さ及び繊度と大きな関係があることを見出した。
【０００９】
かくして、本発明によれば、
短繊維の引張弾性率（単位：ＧＰａ）が４５以上、長さが１〜６０ｍｍ、単糸繊度が１０〜１００ｄｔｅｘである、セメント補強用短繊維、
が提供される。さらには本発明の短繊維を含むセメント組成物が提供される。
短繊維としてはアラミド繊維であることが好ましく、特にコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維が特に好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の繊維により、繊維混入による流動性の低下が小さく、特に通常のセメント、モルタル、コンクリートに比べて飛躍的に曲げ強度、曲げ靱性を向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によるセメント補強用短繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維等の無機繊維、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、ポリアリレート繊維、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、等の有機繊維のいずれをも使用することができる。パラ系アラミド繊維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。
【００１２】
ここで本発明のセメント補強用短繊維の引張弾性率（単位：ＧＰａ）は４５ＧＰａ以上である必要がある。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容易に繊維同士が絡まり易く塊り状になりやすい。所定の補強効果を得るために繊維添加量を増やさなければならず、そのためセメント組成物の流動性の低下を招く場合がある。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。
【００１３】
繊維の長さは１〜６０ｍｍの範囲内であることが必要である。１ｍｍより短いと曲げ強度、曲げ靱性において繊維添加による補強効果が得られない場合がある。また、６０ｍｍを超えると混練中に短繊維同士が絡んで流動性が低下したり、又細かく折れたりして施工性を阻害したり繊維添加による補強効果が得られない場合がある。また、セメント組成物の流動性の低下を抑えて、繊維を添加しない場合と同等に保持する意味で、好ましくは２〜２０ｍｍ、より好ましくは３〜１５ｍｍの範囲内が好ましい。
【００１４】
本発明のセメント補強用繊維において、単糸繊度は１０〜１００ｄｔｅｘであることが必要である。単糸繊度が１０ｄｔｅｘ未満の場合は、４５ＧＰａ以上の高弾性繊維であっても繊維の剛性が不足し絡まり易くなり好ましくなく、又セメントがアルカリ性であるために繊維の芯近くまで劣化が起こってその引張強度の低下が大きくなり、目的の補強効果が得られなくなる場合がある。逆に１００ｄｔｅｘを超える場合は繊維径が大き過ぎるため繊維本数が不足し補強セメントの強度や耐衝撃性が低下し好ましくない。好ましくは１５〜７５ｄｔｅｘ、より好ましくは２０〜５０ｄｔｅｘである。
【００１５】
又本発明のセメント補強用短繊維はアスペクト比（繊維長／繊維断面直径）が１０〜２，０００の範囲内であることが好ましい。アスペクト比が１０未満であると、目的である補強効果が得ることができず、一方、２０００を超える場合は、繊維の取り扱い性が著しく低下し、施工時の流動性の低下を招く場合がある。上記アスペクト比は、好ましくは５０〜１０００、より好ましくは６０〜５００である。
【００１６】
本発明のセメント補強短繊維はセメントマトリックスに対する繊維分率が０．１〜５％の範囲で添加することが好ましい。０．１％未満であればセメント補強効果がなく、５％を超える場合はファイバーボールが形成されやすく又セメント組成物粘度が上昇するため好ましくない。好ましくは１〜３％である。この範囲であれば施工の支障となるほどの粘度上昇はなく高強度化できるので好ましい。
【００１７】
本発明のセメント補強用短繊維を得るには上述の高弾性繊維を公知の方法で紡糸延伸して製糸化し、その後特定のアスペクト比になるように公知の方法でカットすることにより得られる。又天然由来の繊維については本発明の範囲のものを選択して使用すればよい。
本発明の短繊維を含むセメント組成物は施工時の流動性が良好で固形物は無添加のものと比べ強度が大幅に向上し、重量は抑えられるので建築構造物等に適する。
【実施例】
【００１８】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、実施例における各種の評価は、次のようにして測定した。
（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／繊維直径（繊維長さ方向に直交する断面における繊維径）
（３）セメントペーストの流動性を示すフロー値の測定方法
普通ポルトランドセメント１，５００ｇ、水６３０ｇ、及び補強用繊維を、モルタルミキサー（（株）マルイ製、ＭＩＣ−３６２型、容量：５Ｌ）を用いて１４０ｒｐｍ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直径を、円形が歪んでいる場合は最短径と最長径の相加平均をフロー値する。フロー値が大きいほどセメントペーストの流動性が高く、取り扱い性が良いと判断する。ただし、最長径は最短径の１〜２倍の範囲内とし、２倍を超えると測定不能、取り扱い性が悪いと判断する。
（４）セメント曲げ強度測定方法
普通ポルトランドセメント１，５００ｇ、水６３０ｇ、メチルセルロース１５ｇ、及び補強用繊維を、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、均一なペーストを得た。次いで、このペーストを、空気養生（２５℃×２８日間）を行って繊維補強セメントペーストを得た。上記セメントペーストより、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍのサンプルを切り出し試験片とした。上記試験片を、３点曲げ測定法にしたがって測定した。
すなわち、１０トン用引張圧縮試験機（ＴＯＹＯ  ＢＡＬＤＷＩＮ社製、ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ  ＴＥＳＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＭＯＤＥＬ  ＵＴＭ  １０ｔ）を用い、支点間距離１０ｃｍの中心を２ｍｍ／分の速度で圧縮し、応力の最高点より曲げ強度を求めた。
【００１９】
［実施例１］
補強用繊維として帝人テクノプロダクツ（株）製のアラミド繊維テクノーラ（引張弾性率７４ＧＰａ、繊度２０ｄｔｅｘ、断面径４５μｍ、長さ６ｍｍ、アスペクト比１３３）を混合体積分率Ｖｆ、すなわちセメントマトリックスに対する繊維分率が１．０％となるように混合し、セメントペーストの流動性を示すフロー値の測定と曲げ強度測定を行い、評価結果を表１に示す。
【００２０】
［比較例１］
補強用繊維材料を添加せず、セメントペーストの流動性を示すフロー値の測定と曲げ強度測定を行い、評価結果を表１に示す。
【００２１】
［実施例２〜６、比較例２〜６］
実施例１において、アラミド短繊維の添加量、長さ又は単糸繊度を表１に示す通り変更してセメントペーストの流動性を示すフロー値の測定と曲げ強度測定を行い、評価結果を表１に示す。
【００２２】
［実施例７］  
実施例１において短繊維の添加量を３％とした以外は同様に行った。評価結果を表１に示す。３％にしてもセメントペーストの粘度上昇は少なく曲げ強度も良好であった。
【００２３】
［比較例７］
実施例１においてアラミド短繊維として帝人テクノプロダクツ（株）製のアラミド繊維コーネックス（引張弾性率７ＧＰａ、  繊度１４．４ｄｔｅｘ、断面径３８μｍ、長さ６ｍｍ、アスペクト比１５９）を用いた以外は同様に行った。評価結果を表１に示す。
【００２４】
［比較例８］
実施例１においてアラミド短繊維の代わりに帝人ファイバー（株）製のポリエステル短繊維テイジンテトロン（引張弾性率１３ＧＰａ、繊度２４ｄｔｅｘ、断面径４８μｍ、長さ６ｍｍ、アスペクト比１２５）を用いた以外は同様に行った。評価結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2009298635.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のセメント補強用短繊維は混入によるコンクリートの流動性低下が小さく、施工が繊維未混入と同様に可能であり且つ、優れた機械特性を有した耐久性の高いコンクリート、モルタル、セメント材料を得ることができるので、各種コンクリート補強用途などに好適に使用できる。