JP2002020152A - 繊維補強コンクリート材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維補強コンクリート材料の繊維による補強
効果を格段に向上させ、しかもカットファイバーが混練
されたフレッシュコンクリートの取り扱い性に優れた繊
維補強コンクリート材料の製造方法を提供すること。 【解決手段】 フレッシュコンクリートに補強用繊維を
混練させるに際し、該フレッシュコンクリートにシラン
カップリング剤および／またはチタネートカップリング
剤を混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ強度、曲げ靱
性およびフレッシュコンクリートの取り扱い性が同時に
改善されたコンクリート材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コンクリート系材料の機械的特
性、特に、曲げ強度、引張強度、衝撃強度等を向上させ
る目的で、様々な種類のカットファイバー、メッシュな
どの繊維が補強材料として使用されている。そして、繊
維によるコンクリート材料の補強効果を高めるために、
コンクリートと複合する前に各繊維に接着処理を施すこ
とも、特開昭５６−１１５４５１号公報、特開平４−２
８７６号公報、特開平９−７６４０４号公報などに開示
されている。

【０００３】しかしながら、上記のような繊維の接着処
理は、処理後、コンクリート材料と複合するまでの保管
温度や時間が制約されたり、繊維の補強効果が経時的に
低下するという問題がある上、繊維補強コンクリートの
製造工程において、接着処理を施すための余分の工程、
労力、時間、設備、資材、ユーティリティなどを必要と
するという、経済性や操業性の面での不都合があった。

【０００４】一方、コンクリート材料をカットファイバ
ーで補強する場合、打設や成形の際には、既にカットフ
ァイバーが分散している必要があるため、コンクリート
を水とともに混練した硬化前のコンクリート（以下フレ
ッシュコンクリートと称することがある）にカットファ
イバーも同時に加えて混練するか、またはフレッシュコ
ンクリートを作った後、硬化する前に改めてカットファ
イバーとフレッシュコンクリートとを混練するかのいず
れかの方法を取る必要がある。

【０００５】しかしながら、フレッシュコンクリート中
にカットファイバーが存在する場合、その取り扱い性は
フレッシュコンクリートのみの場合に比べて大きく損な
われ、打設や成形といった作業性が低下する。その理由
は、フレッシュコンクリートが液体である水とセメント
等の固形分とが混合した非常に粘度の高い流動体である
ため、マトリックス中にカットファイバーが存在する
と、マトリックス各箇所に剪断応力に対する抵抗が発生
するからである。

【０００６】このような問題を解決するため、市販のコ
ンクリート混和剤、いわゆる「減水剤」「流動化剤」を
添加することが考えられるが、これらの混和材をカット
ファイバーが混練されたフレッシュコンクリートに用い
た場合には充分な効果は発現せず、コンクリート材料を
カットファイバーで補強するに際し、接着処理が不要
で、しかもカットファイバーが混練されたフレッシュコ
ンクリートの取り扱い性に優れたコンクリート材料の補
強方法が切望されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する問題点を解消し、繊維補強コンクリート材料
の繊維による補強効果を格段に向上させ、しかもカット
ファイバーが混練されたフレッシュコンクリートの取り
扱い性に優れた繊維補強コンクリート材料の製造方法を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため鋭意検討した結果、フレッシュコンクリー
トにシランカップリング剤および／またはチタネートカ
ップリング剤を添加するとき所望の繊維補強コンクリー
トが得られることを見出し、本発明に至った。

【０００９】かくして本発明によれば、フレッシュコン
クリートに補強用繊維を混練させるに際し、該フレッシ
ュコンクリートにシランカップリング剤および／または
チタネートカップリング剤を混合することを特徴とする
繊維補強コンクリート材料の製造方法が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明におけるコンクリート材料
とは、無機質または有機質の結合材によって骨材を結合
成型する混合物、ならびにその硬化体であればどの様な
ものでもよい。コンクリート材料は結合材により分類す
ることができ、例えば、結合材が無機質のものでは、セ
メントを結合材としたセメントコンクリート、石灰類を
結合材とした石灰コンクリート、さらには、石膏コンク
リート、硫黄コンクリート等を挙げることができる。ま
た、結合材が無機質および有機質の混合物の場合は、ポ
リマーセメントコンクリート、ポリマー含浸コンクリー
ト等を挙げることができる。さらに、結合材が有機質の
場合は、レジンコンクリート等を挙げることができ、本
発明においては、いずれを使用することも可能である。
さらに、骨材を全く使用しない系、例えば、セメントの
みの硬化体等にも本発明を適応することが可能である。

【００１１】さらに、本発明においては、コンクリート
材料が軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）であっても良
い。軽量気泡コンクリートの場合、無数の気泡が存在す
るため、長繊維で補強することが有効である。

【００１２】本発明においては、繊維材料を補強材とし
て用いるが、その形態はカットファイバー、長繊維、織
物およびメッシュなど、特に限定されるものではない。
しかし、カットファイバーを用いた場合は、前述の如く
混練の際にフレッシュコンクリ−トの流動性が低下する
ので、本発明の効果が顕著に発現する。

【００１３】本発明におけるカットファイバーとは連続
繊維を適度な長さにカットしたものであり、その長さは
２〜６０ｍｍであることがフレッシュコンクリートの取
り扱い性とコンクリート材料の補強効果の点で好まし
い。

【００１４】ここで、フレッシュコンクリートとは、水
とともに混練され、硬化する前の流動性のあるコンクリ
ートのことを指す。

【００１５】補強繊維は、有機繊維、無機繊維いずれも
使用することができる。有機繊維としては、ポリエステ
ル繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、
ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレ
ン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊
維等を挙げることができる。また、無機繊維としては、
炭素繊維、ガラス繊維、鋼繊維、セラミック繊維等を挙
げることができる。

【００１６】これらの繊維は、単独で使用されても、ま
た、複合されて使用されてもよい。中でも、アラミド繊
維を使用することが補強効果の点からは好ましい。アラ
ミド繊維は、強度、モジュラスが高いだけでなく、靱性
も大きいため、補強効果が優れている。アラミド繊維の
中でも、強度、耐薬品性、耐湿熱性に著しく優れる、コ
ポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレンテ
レフタラミド繊維を使用することが好ましく、特に高温
高圧下でオートクレーブ養生を行う場合には、耐薬品性
の優れる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繊維を使用すれば本願の効果が
さらに顕著に発現する。

【００１７】本発明で使用するシランカップリング剤と
は、下記式で示すような加水分解可能なアルコキシ基
（ＲＯ−）と有機官能基（Ｘ）を１分子中に持つ化合物
である。

【００１８】

【化１】

【００１９】上記式中ＲＯ−は、具体的にはＣＨ₃Ｏ
−、Ｃ₂Ｈ₅Ｏ−、ＣＨ₃ＯＣ₂Ｈ₄Ｏ−などであり、加水
分解後はシラノール基を生成する。また、式中Ｘ−はビ
ニル基、エポキシ基、メルカプト基、アクリル基、アミ
ノ基等である。シラノール基は親水性、有機官能基
（Ｘ）は親油性であり、異なる極性基を同一分子内に持
つことになり、更にシラノール基は架橋反応もできるの
で、コンクリート材料中での補強用繊維とコンクリート
マトリックスとの界面接着力を向上させることができ
る。

【００２０】さらに、上記化合物は両極性基を持つた
め、界面活性剤と類似の作用を呈し、フレッシュコンク
リート中で疎水性のセメント粒子の表面に吸着して親水
性に変化させることにより、セメント粒子を分散させる
ので、結果的にフレッシュコンクリートの流動性が向上
する。

【００２１】上記化合物の具体例としては、３−アミノ
プロピルトリエトキシシランや３−グリシドプロピルメ
トキシシランなどが例示される。

【００２２】また、本発明で使用するチタネートカップ
リング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイル
チタネート、イソプロピルトリステアロイルチタネー
ト、或いはイソプロピルトリ（ジブチルピロフォスフェ
ート）チタネートなどが例示される。

【００２３】上記のシランカップリング剤やチタネート
カップリング剤を混合したフレッシュコンクリートは、
混入しない場合に比べてその流動性が優れ、その後の打
設や成形が容易になる。そして、打設や成形、必要なら
ば発泡や高温高圧水蒸気養生を行った繊維補強コンクリ
ート材料は、補強用繊維のコンクリートマトリックスと
の接着が非常に優れる結果、補強効果が優れ、機械的特
性、特に、曲げ強度、曲げタフネス、引張強度、圧縮強
度、衝撃強度が優れる。

【００２４】また、上記のようなフレッシュコンクリー
トの流動性向上の効果は、コンクリートにカットファイ
バーを混練させた場合に限らず、長繊維により補強した
場合にも発現する。

【００２５】シランカップリング剤やチタネートカップ
リング剤の添加量はフレッシュコンクリート中の固形分
重量に対して６重量％以下であることが好ましい。該添
加量が６重量％を超えると混練時に固形分と水とが分離
して一様なフレッシュコンクリートが得られなくなる場
合がある。

【００２６】上記のようなコンクリート材料を製造する
方法は、公知の方法を採用することができ、特別な設備
も手段も要しない。また、コンクリートの材料も何ら特
別のものではなく、従来公知の珪酸質材料および石灰質
材料等が使用でき、必要ならば起泡剤などの添加剤を加
えたり、成形後、高温高圧下で水蒸気養生してもよい。

【００２７】珪酸質材料としては、珪石、珪砂、高炉ス
ラグ、フライアッシュ等、また、石灰質材料としては、
生石灰、消石灰等を使用することができる。また、多く
の場合、原料としてセメントを使用するが、その種類は
特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメン
ト、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセ
メント、低熱ポルトランドセメント等を使用することが
できる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、
実施例で用いた試験片の作製方法、評価方法は下記の通
りである。

【００２９】（１−ａ）コンクリート材料１（モルタ
ル）の作成方法 普通ポルトランドセメント、ＩＳＯ砂、メチルセルロー
ス、カットファイバー、水をオムニミキサ（型式：ＯＭ
−１０−Ｅ、容量：１０Ｌ、ＧＡＲＢＲＯ社製）を用い
て４００ｒｐｍの速度で約３分間練り混ぜた後、オムニ
ミキサを一旦停止させてシランカップリング剤を加え、
再びオムニミキサーを作動させて同じ条件で更に３分練
り混ぜ、（水／セメント＝０．４５、かつ、砂／セメン
ト＝０．５）カットファイバーが混練されたフレッシュ
コンクリートを得た。上記方法により得られたフレッシ
ュコンクリートを型枠（４×４×１６ｃｍ）に打設し、
気中、室温にて２８日間養生を行った後、曲げ強度の測
定を行った。

【００３０】（１−ｂ）コンクリート材料２（軽量気泡
コンクリート）の作成方法 珪石、生石灰、セメント、石膏、アルミニウム粉末、補
強繊維、カットファイバー、水（水／固形分重量＝０．
６５）をオムニミキサ（型式：ＯＭ−１０−Ｅ、容量：
１０Ｌ、ＧＡＲＢＲＯ社製）を用いて４００ｒｐｍの速
度で約３分間練り混ぜた後、オムニミキサを一旦停止さ
せてシランカップリング剤を加え、再びオムニミキサー
を作動させて同じ条件で更に３分練り混ぜ、カットファ
イバーが混練されたフレッシュコンクリートを得た。上
記方法により得られたフレッシュコンクリートを型枠
（４×４×１６ｃｍ）に打設し、水が蒸発しない状態で
約４０℃下４時間保持して発泡させた。引き続きオート
クレーブ養生（１８０℃×１０時間）を行うことにより
軽量気泡コンクリート供試体を得た。常温にて風乾し、
水分率が１０±２％の時に曲げ強度の測定を行った。

【００３１】（２）フレッシュコンクリートの流動性を
示すフロー値 水平に配置した５０ｃｍ角のアルミ板上に立てたミニス
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）にフレッシュ
コンクリートに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。このときのフレッシュ
コンクリートはアルミ板上に円形に広がる。このときの
広がった円の直径を測定し、フロー値とする。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と
する。フロー値が大きいほどフレッシュコンクリートの
流動性が高く、取り扱い性が良いと判断する。但し、最
長径は最短径の１〜２倍の範囲内とし、２倍を越える場
合は測定不能で、取り扱い性が悪いと判断する。

【００３２】（３）コンクリート材料の曲げ強度 曲げ強度の測定は、中央集中裁荷により行った。すなわ
ち、１０ｔｏｎ用引張圧縮試験機（ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ
ＴＥＳＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＭＯＤＥＬ
ＵＴＭ １０ｔ、ＴＯＹＯ ＢＡＬＤＷＩＮ社製）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力を測定し、曲げ強度
を求めた。

【００３３】（４）コンクリート材料の曲げ強度向上率 シラン（チタネート）カップリング剤を添加させた場合
のコンクリート材料の曲げ強度Ｓｔと、シラン（チタネ
ート）カップリング剤を添加させなかった場合のコンク
リート材料の曲げ強度Ｓｕを各々測定し、次式により算
出する。

【００３４】

【数１】

【００３５】［実施例１〜１３、比較例１〜５］カット
ファイバーとして、帝人株式会社製のアラミド繊維「テ
クノーラ」（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繊維）、東邦レーヨン株式会
社製のＰＡＮ系炭素繊維「ベスファイト」、或いはユニ
チカ株式会社製のビニロン繊維「ミューロン」を使用し
た。また、シランカップリング剤として、表１に示す信
越化学（株）製のシランカップリング剤を用い、上記
（１−ａ）又は（１−ｂ）の方法により製造したコンク
リート材料の、フレッシュコンクリートのフロー値とコ
ンクリート材料の曲げ強度の測定を行い、また曲げ強度
向上率を算出し、その結果を表１に記した。

【００３６】

【表１】

【００３７】［実施例１４］普通ポルトランドセメン
ト、ＩＳＯ砂、メチルセルロース、水をオムニミキサ
（型式：ＯＭ−１０−Ｅ、容量：１０Ｌ、ＧＡＲＢＲＯ
社製）を用いて４００ｒｐｍの速度で約３分間練り混ぜ
た後、オムニミキサを一旦停止させてシランカップリン
グ剤である３−アミノプロピルトリエトキシシランをコ
ンクリート材料の固形分対比０．１ｗｔ％加え、再びオ
ムニミキサーを作動させて同じ条件で更に３分練り混ぜ
た。（水／セメント＝０．４５、かつ、砂／セメント＝
０．５）得られたフレッシュコンクリートを型枠（４×
４×１６ｃｍ）に、まず底面から１ｃｍの高さまで打設
し、次にアラミド繊維（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繊維、テクノーラ
Ｔ−２００、帝人株式会社製）からなる、構成原糸デニ
ールが１５００ｄｅの２軸メッシュ（繊維間隔ピッチ：
２ｃｍ）を型枠（４×４×１６ｃｍ）の底から５ｍｍの
位置に、メッシュの経糸が供試体梁の長手方向に平行と
なるように、また、型枠底面にメッシュが平行になるよ
うにして置き、直ちにフレッシュコンクリートによる打
設を再開して完了した。次いで、気中、室温にて２８日
間養生を行った後、曲げ強度の測定を行った。フレッシ
ュコンクリートのフロー値は３０８ｍｍφ、得られたコ
ンクリート材料の曲げ強度は１３３３×１０⁴Ｐａであ
った。

【００３８】［比較例６］実施例１４において、シラン
カップリング剤を添加しなかった以外は実施例１４と同
様に実施した。この際のフレッシュコンクリートのフロ
ー値は２８５ｍｍφ、得られたコンクリート材料の曲げ
強度は８３３×１０⁴Ｐａであった。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、フレッシュコンクリー
トの流動性が向上し、その取り扱い性が向上する。さら
に、本発明によれば、繊維補強コンクリート系材料の繊
維による補強効果が向上する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレッシュコンクリートに補強用繊維を
   混練させるに際し、該フレッシュコンクリートにシラン
   カップリング剤および／またはチタネートカップリング
   剤を混合することを特徴とする繊維補強コンクリート材
   料の製造方法。
2. 【請求項２】 シランカップリング剤および／またはチ
   タネートカップリング剤の混合量が、フレッシュコンク
   リート中の固形分重量に対して６重量％以下である請求
   項１記載の繊維補強コンクリート材料の製造方法。
3. 【請求項３】 補強繊維が短繊維である請求項１または
   ２記載の繊維補強コンクリート材料の製造方法。
4. 【請求項４】 補強繊維がアラミド繊維である請求項
   １、２または３記載の繊維補強コンクリート材料の製造
   方法。
5. 【請求項５】 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ラミド繊維であ
   る請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維補強コンク
   リート材料の製造方法。
6. 【請求項６】 コンクリートが軽量気泡コンクリートで
   ある請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維補強コン
   クリート材料の製造方法。