JP2001504427A - コンクリート結合強度を向上させた繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンクリートと繊維の間の結合を、オキシアルキレン基中に炭素原子を少なくとも３個有する特定のグリコールエーテル類およびグリセロールエーテル類から選択される繊維被覆材を用いることを通して向上させる。本発明はそのようにして被覆した繊維、この被覆繊維を用いてコンクリートを修飾する方法、そして上記被覆繊維を含有させたセメント含有組成物に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 コンクリート結合強度を向上させた繊維 発明の分野 本発明は、コンクリート捕強用繊維、より詳細には、コンクリート結合強度向 上材（ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）、例えば特別なグリコールエーテル類またはグリセロールエ ーテル類などで被覆した繊維を用いることに関する。 発明の背景 コンクリートでは、これに追加的引張り強度を与えかつ衝撃損傷および亀裂伝 播（自己誘発亀裂を包含）に対する補強を与える目的で、金属、ガラスおよび合 成材料、例えばポリオレフィン類などから作られた繊維が用いられている。ポリ オレフィン繊維、例えばポリプロピレン繊維などは、この材料の性質から疎水性 を示す傾向があり、それを水含有コンクリートミックスに入れた時にそれがより 容易に分散すると言った表面張力特性を与える目的で、湿潤剤（ｗｅｔｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を用いる必要がある。米国特許第５，３９９，１９５号（Ｄａｎ ａｋｌｏｎ Ａ／Ｓに譲渡）には、フィラメントの束を滑剤塗布用ローラーに通 すことを通して湿潤剤で処理したポリオレフィン繊維が記述されている。その湿 潤剤は、それを合成繊維に通常に塗布すると上記繊維が親水性になると言った湿 潤剤、例えば乳化剤、界面活性剤、デタージェント（ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ）お よびそれらの混合物から選択可能である。上記’１９５特許に示されている例に は、グリセリドの脂肪酸エステル類、脂肪酸アミド類、ポリグリコールエステル 類、ポリエトキシル化アミド 類、ノニオン界面活性剤およびカチオン界面活性剤が含まれる。しかしながら、 本発明者らは、従来技術の繊維被覆材（ｆｉｂｅｒ ｃｏａｔｉｎｇｓ）をコン クリート用途で用いるといくらか問題が生じると考えている。エチレンオキサイ ドから誘導されたある種の被覆材配合または脂肪部分を含むある種の被覆材配合 は空気を発生するか或は発泡の原因になる可能性があり、そのような発泡が繊維 表面近くで起こると亀裂生成中に繊維が引き抜かれる傾向が増大する可能性があ る。従って、新規な被覆繊維、繊維被覆材、そして新規な被覆繊維を用いてコン クリートの特性を変える方法が求められている。 発明の要約 従来技術の欠点を克服する点で、本発明は、コンクリートとの結合強度が増強 されていて耐引き抜き性（ｐｕｌｌ−ｏｕｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が向上し た被覆繊維を提供するものであり、これは、被覆繊維を混和させたセメント含有 ミックス（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｍｉｘ）が示す空気連行能力（ａｉｒ ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ）の抑制に役立つと考えて いる。繊維、好適にはポリプロピレンから作られた繊維を、オキシアルキレン基 中に炭素原子を少なくとも３個有する特別なグリコールエーテル類およびグリセ ロールエーテル類から選択される材料で被覆する。繊維被覆材である好適なグリ コールエーテルはジプロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテルである一方、繊 維被覆材である好適なグリセロールエーテルはジ−ｔ−ブチルグリセロールであ る。コンクリートの特性を変える本発明の典型的な方法は、上述した被覆材で被 覆した繊維をコンクリート、モルタルまたはセメントミックスにセメントの全乾 燥重量を基準にして０．０５から１ ０重量％の量、より好適には０．１から５重量％の量で添加しそしてその結果と して生じたミックスを混合することを包含する。本発明はまた上述した被覆繊維 を含有させたセメント含有組成物にも関する。 典型的な態様の詳細な説明 用語「ペースト」、「モルタル」および「コンクリート」は本技術分野の用語 であり、ペーストは水硬セメント結合剤［他を排除するものでないが通常はポー トランドセメント、メーソンリーセメントまたはモルタルセメントであり、これ にはまた石灰石、水和石灰、フライアッシュ（ｆｌｙ ａｓｈ）、高炉スラグ、 およびシリカフューム（ｆｕｍｅ）、または上記セメントに通常入れられる他の 材料が入っていてもよい］と水で構成される混合物であり、モルタルは追加的に 微細骨材を含有さ７せたペーストであり、そしてコンクリートは追加的に粗い骨 材を含有させたモルタルである。所望に応じて必要量の特定材料、例えば水硬セ メント、水および微細もしくは粗い骨材などを本明細書の以下に記述する如き被 覆繊維と一緒に混合することを通して、本発明の「セメント含有」組成物を生じ させることができる。 コンクリートの特性を変える本発明の方法は、グリコールエーテルおよびグリ セロールエーテルから成る群から選択される被覆材で被覆した繊維をセメントの 全乾燥重量を基準にして０．０５から１０重量％の量でコンクリート、モルタル またはセメントミックスに添加し、その結果として生じたミックスを混合するこ とで、個々の繊維が中に均一に分布しているコンクリート、モルタルまたはペー ストミックスを得、そしてこのミックスをある形状物に流し込み成形することを 包含する。より好適には、上記被覆繊維の添加量をセメントの全乾燥重量を基準 にして０． １−５％、より好適には０．５−２％にする。この用語「形状物」は、キャスト コンクリート（ｃａｓｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ）で作られる壁、床、パネル、ブロ ック、舗装材、或はその他、ビルディングもしくは土木工学構造物、例えばビル ディング、パーキングガレージ、ブリッジデッキ、トンネルなどの構成要素を意 味し、それらを指す。また、本発明の被覆繊維をモルタルで用いることも可能で ある。 本発明の典型的な繊維には鋼、ガラス、炭素繊維、セルロース、レーヨン、ま たは合成材料、例えばポリオレフィン類、ナイロン、ポリエステルおよびアクリ ル系（ａｃｒｙｌｉｃｓ）が含まれる。ポリオレフィン類、例えばポリプロピレ ンなどが好適である。ポリプロピレン繊維はモノフィラメント、コレイテッド・ フィブリレーテッド（ｃｏｌｌａｔｅｄ ｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ）、リボン形 態であってもよいか、或は他の形状を有していてもよく、そしていろいろサイズ および寸法を有するアレイ（ａｒｒａｙ）の一部を受け持っていてもよい。また 、機械的または化学的手段を用いて繊維を束にしてもよく、或はその上、特殊な パッケージング（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）技術を用いてセメント含有組成物に導入 することも可能である（例えばＷ．Ｒ．Ｇｒａｃｅの米国特許第５，２２４，７ ７４号を参照）。本発明の繊維の被覆は繊維製造過程中または繊維製造後に公知 方法を用いて実施可能である。 本発明の典型的な被覆繊維は、式： ＲＯ（ＡＯ）_n−Ｈ ［式中、 ＲはＣ₁−Ｃ₇アルキル基またはＣ₅−Ｃ₇シクロアルキル基を含んで成り、ＡはＣ₃ −Ｃ₄アルキレン基を含んで成り、Ｏは酸素であり、ｎは１から １０の整数を表し、そしてＨは水素である］ で表されるグリコールエーテルで覆われた繊維である。上記グリコールの鎖を構 成するＡＯ基（例えば「オキシアルキレン」）類が含有するアルキレンエーテル 基は単一の種類であってもよいか、或はアルキレンエーテル基の混合物であって もよく、これらはブロック配列またはランダム配列していてもよい。本発明で意 図するオキシアルキレン基は炭素原子を少なくとも３個有するものである。 好適なグリコールエーテル類は、式 で表されるジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、式 で表されるジ−プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、および式 で表されるジ−プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテルである。 本発明の他の典型的な被覆繊維は、式： ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、ＡはＣ₂−Ｃ₄基 であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ で表されるグリセロールエーテルで覆われた繊維である。 好適なグリセロールエーテルは、式 で表されるジ−ｔ−ブチルグリセロールである。 以下に示す非制限実施例で本発明のさらなる説明を行う。 実施例１ この実施例では、公知湿潤剤であるポリエチレングリコール−ラウリルエーテ ル（例えば米国特許第５，３９９，１９５号のコラム８、１１、１０−１２を参 照）と化学的に類似したエチレングリコール、即ちトリエチレングリコールモノ ブチルエーテル（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅから商標「ブトキシトリグリコー ル」の下で入手可能）が示す相対的空気連行性能を本発明で意図する如きジ−プ ロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテルとの比較で示す。空気連行剤を２重量 ％（セメントの乾燥重量を基準）用いて対照サンプルのモルタルを作成した。こ の空気連行剤はＷ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ ＆ Ｃｏ．−Ｃｏｎｎ．（ケンブリッジ、 マサチューセッツ州）から名称ＤＡＲＡＶＡＩＲ（商標）１０００の下で入手可 能である。トリエチレングリコールモノブチルエーテル（「ブトキシトリグリコ ール」）を２％（ｃ ｗｔ．）の量で用いて２番目のモ ルタルサンプルを調製した。ジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル（ 「ＤＰＴＢ」）をまた２％（ｃ ｗｔ．）の量で含有するように３番目のモルタ ルサンプルを調製した。これらのサンプルを９分間混合した後、ＡＳＴＭ Ｃ１ ８５（１９９４）に従って空気含有量を測定した。その結果を以下の表に要約し 、エチレングリコール（「ブトキシトリグリコール」）は対照サンプルと同様な 量で空気を連行することが立証された。しかしながら、ＤＰＴＢを含有させたサ ンプル３に連行された空気量は、驚くべきことに、ほぼ２／３少ないことが立証 された。 表１ 実施例２ この試験では、いろいろな被覆繊維が示す耐引き抜き性を測定した。長さが２ インチで直径が０．０２５５ｘ．０３９５インチのポリプロピレン繊維を用いて ３種類のサンプルを作成した。サンプル１には、ポリエチレングリコールのモノ ラウレート（「ＰＥＧモノラウレート」）、即ち分子量が約４００−５００のエ ステルを含有して成る被覆材で被覆したポリプロピレン繊維を含めた。別の同じ ナンバー（ｎｕｍｂｅｒ）のポリプロピレン繊維をブトキシトリグリコールで被 覆することを通してサンプル２の調製を行った。別の同じセット（ｓｅｔ）の繊 維をジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル（「ＤＰＴＢ」）で被覆す ることを通してサンプル３の調製を行った。２インチの繊維を被覆材に浸漬する ことで繊維の被覆を行い、空気乾燥させた後、その被覆部分を同じセメントペー スト（スラリー）の中に埋め込んだが、結果として埋め込まれた繊維の長さが１ インチになるようにした。このセメントを１００％の相対湿度下で２４時間硬化 させた。この３サンプルをＩｎｓｔｒｏｎ １０１１で試験して、繊維をセメン トから引き抜くに必要な負荷（ポンド）を測定した。耐引き抜き性、即ち結合強 度（ｐｓｉ）の計算を、繊維引き抜きに要した平均ピーク負荷を測定しそしてこ の値をセメント含有マトリックスに接触している繊維の平均表面積で割ることで 行った。下記の表に３繊維サンプル各々に関して計算した相対結合強度を要約す る。表２ サンプル１が示した結合強度は１２．４８ｐｓｉ（標準偏差０．５３）であっ た。サンプル２も同様な結合強度である１３．０３ｐｓｉ（標準偏差０．５４） を示した。しかしながら、ジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル（「 ＤＰＴＢ」）を被覆材として伴わせたサンプル３は比較的高い結合強度である１ ５．３２ｐｓｉ（標準偏差０．３７）を示した。 この上に示した実施例は単に説明の目的で示したものであり、請求する如き本 発明の範囲を制限することを意図するものでない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月１８日（１９９８．６．１８） 【補正内容】 ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、ＡはＣ₂−Ｃ₄基 であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ ７． 上記グリセロールエーテルがジ−ｔ−ブチルグリセロールでありそして 上記繊維がポリプロピレンを含んで成る請求の範囲第６項記載の方法。 ８． コンクリートの特性を変えるための被覆繊維であって、式 ＲＯ（ＡＯ）_n−Ｈ ［式中、 ＲはＣ₁−Ｃ₇アルキル基またはＣ₅−Ｃ₇シクロアルキル基を含んで成り、ＡはＣ₃ −Ｃ₄アルキレン基を含んで成り、Ｏは酸素であり、ｎは１から１０の整数を表 し、そしてＨは水素である］ で表されるグリコールエーテルおよび式： ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、 ＡはＣ₂−Ｃ₄基であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ で表されるグリセロールエーテルから成る群がら選択される材料で覆われている 繊維を複数含んで成る被覆繊維。 ９． 上記繊維被覆材がジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、ジ −プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテルおよびジ−プロピレングリコール −ｎ−プロピルエーテルから成る群から選択されるグリコールエーテルを含んで 成る請求の範囲第８項記載の被覆繊維。 １０． 上記繊維がポリプロピレンを含んで成りそして上記繊維被覆材がジ− プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテルである請求の範囲第９項記載の被覆 繊維。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 カーカー，オードフート・ブイ アメリカ合衆国マサチユセツツ州01863チ エルムズフオード・ウエルマンアベニユー 119 (72)発明者 ギルバート，ブライアン・エス アメリカ合衆国メリーランド州21044コロ ンビア・ブレナンコート10913

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． コンクリートの特性を変える方法であって、式 ＲＯ（ＡＯ）_n−Ｈ ［式中、 ＲはＣ₁−Ｃ₇アルキル基またはＣ₅−Ｃ₇シクロアルキル基を含んで成り、ＡはＣ₃ −Ｃ₄アルキレン基を含んで成り、Ｏは酸素であり、ｎは１から１０の整数を表 し、そしてＨは水素である］ で表されるグリコールエーテルおよび式： ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、ＡはＣ₂−Ｃ₄基 であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ で表されるグリセロールエーテルから成る群から選択される被覆材で被覆した繊 維をセメントの全乾燥重量を基準にして０．０５から１０重量％の量でコンクリ ート、モルタルまたはセメントミックスに添加し、その結果として生じたミック スを混合することで、個々の繊維が中に均一に分布しているコンクリート、モル タルまたはペーストミックスを得、そしてこのミックスをある形状物に流し込み 成形することを含む方法。 ２． 上記繊維が鋼、ガラス、アクリル系およびポリオレフィン類から成る群 から選択される材料を含んで成る請求の範囲第１項記載の方法。 ３． 上記繊維がポリプロピレンを含んで成る請求の範囲第１項記載 の方法。 ４． 上記繊維被覆材がジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、ジ −プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテルおよびジ−プロピレングリコール −ｎ−プロピルエーテルから成る群から選択されるグリコールエーテルを含んで 成る請求の範囲第３項記載の方法。 ５． 上記グリコールエーテルがジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエー テルを含んで成る請求の範囲第４項記載の方法。 ６． 上記繊維被覆材が式： ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、ＡはＣ₂−Ｃ₄基 であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ で表されるグリセロールエーテルを含んで成る請求の範囲第４項記載の方法。 ７． 上記グリセロールエーテルがジ−ｔ−ブチルグリセロールでありそして 上記繊維がポリプロピレンを含んで成る請求の範囲第６項記載の方法。 ８． コンクリートの特性を変えるための被覆繊維であって、式 ＲＯ（ＡＯ）_n−Ｈ ［式中、 ＲはＣ₁−Ｃ₇アルキル基またはＣ₅−Ｃ₇シクロアルキル基を含んで成り、 ＡはＣ₃−Ｃ₄アルキレン基を含んで成り、Ｏは酸素であり、ｎは１から１０の整 数を表し、そしてＨは水素である］ で表されるグリコールエーテルおよび式： ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、ＡはＣ₂−Ｃ₄基 であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ で表されるグリセロールエーテルから成る群から選択される材料で覆われている 繊維を複数含んで成る被覆繊維。 ９． 上記繊維被覆材がジ−プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、ジ −プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテルおよびジ−プロピレングリコール −ｎ−プロピルエーテルから成る群から選択されるグリコールエーテルを含んで 成る請求の範囲第８項記載の被覆繊維。 １０． 上記繊維がポリプロピレンを含んで成りそして上記繊維被覆材がジ− プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテルである請求の範囲第９項記載の被覆 繊維。 １１． セメント含有組成物であって、式 ＲＯ（ＡＯ）_n−Ｈ ［式中、 ＲはＣ₁−Ｃ₇アルキル基またはＣ₅−Ｃ₇シクロアルキル基を含んで成り、ＡはＣ₃ −Ｃ₄アルキレン基を含んで成り、Ｏは酸素であり、ｎは１から １０の整数を表し、そしてＨは水素である］ で表されるグリコールエーテルおよび式： ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は水素またはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基であるが、上記Ｒ₁、Ｒ₂お よびＲ₃の少なくとも１つはＣ₁−Ｃ₁₄アルキル基を含んで成り、ＡはＣ₂−Ｃ₄基 であり、そしてｘ、ｙおよびｚは０−１０の整数である］ で表されるグリセロールエーテルから成る群から選択される材料で覆われている 繊維、微細骨材、水、および水硬セメント含有結合剤を含んで成る組成物。