JP2002137942A - コンクリート補強繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンクリートにクラックが入っても大きくなる
ことを防止する。 【解決手段】補強繊維として繊度が３００〜１５，００
０ｄｔｅｘ、伸度が少なくとも１０％、扁平率が５／４
〜１０／１の異形断面を有するナイロンモノフィラメン
トを混和する。繊維長さは１０〜６０ｍｍ、引張強度は
３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が望ましく、表面には高さ
０．１〜０．５ｍｍの凹凸を形成しておくとすぐれた補
強効果を付与することができる。混和量は０．５〜２ｖ
ｏｌ％程度が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、コンクリートを補
強するコンクリート補強繊維に関し、さらに前記コンク
リート補強繊維を混合したレデーミクストコンクリー
ト、前記繊維により補強されたコンクリート製品および
コンクリート構築物、ならびに繊維補強コンクリート構
築物の施工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、繊維補強コンクリートは、クラッ
クの入りにくいことに重点があり、通常のコンクリート
に較べて引張強度と引張弾性率を向上させることに目標
が置かれていた。そして、スチール繊維の代替として炭
素繊維やガラス繊維が、石綿の代替としてビニロンが検
討されていた。ところが最近、コンクリートの技術的検
討が進展した結果、初期クラックよりもクラックの拡大
が重要視されるようになり、コンクリート補強繊維にも
引張強度および伸度の向上が求められることになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、クラックが
入ってもそれが進展し大きくなることを防止できるコン
クリート補強繊維、前記繊維により補強されたコンクリ
ート製品およびコンクリート構築物、ならびに施工方法
を提供することを課題に、研究した結果、完成されたも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために、ポリアミドを含み、かつ、繊度が３０
０〜１５，０００ｄｔｅｘ、伸度が少なくとも１０％、
扁平率が５／４〜１０／１の異形断面を有するモノフィ
ラメントからなることを特徴とするコンクリート補強繊
維を提供する。

【０００５】ここで、コンクリート補強繊維は、無機フ
ィラーを０．１〜２０重量％の範囲内で含むことが好ま
しく、１〜１０重量％の範囲内で含むことがより好まし
い。

【０００６】このコンクリート補強繊維は、繊維長さが
１０〜６０ｍｍの範囲のものが好適であり、引張強度は
少なくとも３．５ｃＮ／ｄｔｅｘのものが望ましく、さ
らに、表面には高さ０．１〜０．５ｍｍの凹凸を形成し
ておくとすぐれた補強効果を付与することができる。本
発明において引張強度はＪＩＳ Ｌ １０１３（旧ＪＩ
Ｓ Ｌ １０７０）記載の方法に準拠して測定した値で
ある。

【０００７】この無機フィラーは、平均粒子径が０．１
〜１０μｍの範囲内にあるものが好ましく、０．３〜
０．５μｍの範囲内にあるものがより好ましい。本発明
における平均粒子径は、ＪＩＳ Ｚ ８８２２記載の方
法によって測定した粒子径分布における５０％の積算量
に対応する粒子径の値である。

【０００８】前記のコンクリート補強繊維は、好ましく
は、いわゆるデニールミックス、すなわち繊度が異なる
２種類以上のものを混合して用い、あるいは、繊維長ミ
ックス、すなわち繊維長さが異なる２種類以上の前記コ
ンクリート補強繊維を混合して用いるとよい。

【０００９】これらのコンクリート補強繊維が混和され
た、好ましくは０．５〜２ｖｏｌ％混合された補強繊維
混和レデーミクストコンクリート、繊維補強コンクリー
ト製品、繊維補強コンクリート構築物などは、すぐれた
コンクリート素材であり、あるいはコンクリート成型物
として利用することができる。

【００１０】また、本発明は、セメント、砂、砂利およ
び水を主原料とするベースコンクリートに前記のコンク
リート補強繊維を混練した補強繊維含有コンクリート
を、コンクリートポンプを用いて所定の位置に吹き付
け、または打ち込むことを特徴とする繊維補強コンクリ
ート構築物の施工方法、ならびに、セメント、砂、砂利
および水を主原料とするベースコンクリートを施工現場
に運搬して撹拌しながら前記のコンクリート補強繊維を
混練し、混練した補強繊維含有コンクリートを、コンク
リートポンプを用いて所定の位置に吹き付け、または打
ち込むことを特徴とする繊維補強コンクリート構築物の
施工方法を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、さらに詳しく具
体的に説明する。

【００１２】本発明コンクリート補強繊維には、ポリア
ミドを含むポリアミド繊維を用いる。中でもナイロン繊
維を用いることが好ましい。このナイロン繊維に含まれ
るナイロンとしては、ナイロン６、ナイロン６６、高収
縮性共重合ナイロン、柔軟性共重合ナイロン、低融点ナ
イロンなどを用いるとよい。

【００１３】使用される補強繊維の繊度は、３００〜１
５，０００ｄｔｅｘが好ましく、より好ましくは２，０
００〜８，０００ｄｔｅｘである。３００ｄｔｅｘ未満
では細すぎてコンクリート中での分散が不均一になり、
ファイバーボールになりやすく施工性や補強強度に問題
を生じる傾向がある。一方、１５，０００ｄｔｅｘを超
えるとコンクリートとの接着面積が減少し補強繊維が引
き抜けやすくなって、補強効果に劣るようになる。

【００１４】本発明コンクリート補強繊維には扁平であ
り、好ましくは表面に凹凸のある異形断面繊維が用いら
れる。扁平率、すなわち繊維軸方向に対する垂直な断面
（横断面）における幅（Ｗ）と厚さ（Ｔ）との比（Ｗ／
Ｔ）は、５／４〜１０／１が好ましく、より好ましくは
４／３〜５／２の範囲である。１０／１よりも大きくな
るとコンクリートに対する接着力は大きくなるが補強繊
維の強度が低下して補強効果が低下し、またコンクリー
ト中での分散性も悪くなる傾向がある。厚さの比率が大
きくなって扁平率が５／４をきるようになっても補強効
果は低下する。

【００１５】本発明のコンクリート補強繊維には、無機
フィラーたとえばシリカ、チタン、タルク、珪素、コバ
ルトを添加することにより糸剛性が向上する。無機フィ
ラーは、０．１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量
％の範囲で添加するとよい。２０重量％を越えて添加す
ると繊維の伸度が低下して補強効果が低下する。０．１
重量％未満では糸剛性向上効果が得られない。

【００１６】この無機フィラーは、平均粒子径が０．１
〜１０μｍ、好ましくは０．３〜０．５μｍであること
が好ましい。平均粒子径が１０μｍを越えると、無機フ
ィラーの分散むらが生じやすく、繊維の強度低下につな
がることがある。平均粒子径が０．１μｍ未満では糸の
剛性向上効果が得られにくい。無機フィラーを繊維を構
成する樹脂に二軸押出機等により均一に分散させた樹脂
を繊維化することにより糸剛性が向上する。また、重合
段階で無機フィラーを均一に分散させると特に大きな効
果が得られ、この繊維を補強繊維として混合したコンク
リートは、破壊後の強度が向上する。

【００１７】表面の凹凸は、繊維軸方向断面（縦断面）
に現れる凹凸や突起が好ましく、その高低差は０．１〜
０．５ｍｍが好適である。０．１ｍｍ以下では補強効果
が小さくなり、０．５ｍｍ以上になると、コンクリート
に対する接着力は大きくなるが補強繊維の強度が低下し
て補強効果が低下する。

【００１８】補強繊維を扁平化し、表面に凹凸を形成し
て異形断面繊維に加工するには、断面形状が丸形の繊維
にエンボス加工を施す方法が、繊維軸方向に連続加工す
ることもできて好適である。

【００１９】前記のようにして異形断面に加工したコン
クリート補強繊維は、伸度が少なくとも１０％、好まし
くは２０％以上、引張強度が少なくとも３．５ｃＮ／ｄ
ｔｅｘ、好ましくは５ｃＮ／ｄｔｅｘ、さらに好ましく
は７ｃＮ／ｄｔｅｘのものを使用する。伸度が１０％に
達しない補強繊維は、コンクリート構造物等として十分
な延性、じん性を得ることができない傾向があり、クラ
ックの進展防止効果も不十分になる。また、引張強度
は、３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上でないとコンクリート補
強繊維としての強度が不足するようになる。両面異形断
面加工することにより糸剛性の低下を小さくし、また、
コンクリートとの接着性を向上させる。

【００２０】コンクリート補強繊維の平均繊維長さは、
１０〜６０ｍｍが好ましく、より好ましくは２０〜５０
ｍｍである。１０ｍｍ未満ではコンクリートからの抜け
を発生しやすく、６０ｍｍを超えると分散性が悪くなる
傾向がある。

【００２１】さらに、本発明のコンクリート補強繊維
は、繊度が異なる２種類以上のものを混合して使用して
もよい。すなわち、繊度が３００〜１５，０００ｄｔｅ
ｘの間にあって、繊度が異なる本発明コンクリート補強
繊維を２種類以上、混合して使用することができる。繊
度の異なる本発明補強繊維を使用することによって、コ
ンクリート中での分散性がよくなるという利点がある。
混合する補強繊維の繊度は、繊度比で１．５〜３倍の範
囲が好ましい。

【００２２】また、本発明のコンクリート補強繊維は、
繊維長さの異なる２種類以上のものを混合して使用して
もよい。すなわち、繊維長さが、好ましくは１０〜６０
ｍｍの範囲にあって長さの異なる２種類以上の本発明コ
ンクリート補強繊維を混合して、あるいは繊維長さが好
ましくは１０〜６０ｍｍの範囲内に分布しているものを
使用することができる。繊維長さの異なる本発明補強繊
維を混合して使用することによって、コンクリート中で
の分散性を改善することができる。混合する補強繊維の
長さの比率は１．５〜３倍の範囲が好ましい。

【００２３】前記本発明のコンクリート補強繊維は、通
常、セメント、砂、砂利及び水を混和したベースコンク
リートに対し、０．５〜２ｖｏｌ％程度を添加する。
０．５ｖｏｌ％未満では、十分な補強効果を得にくく、
２ｖｏｌ％を超えるとコンクリート中での分散性が悪く
なる。本発明のコンクリート補強繊維は、ベースコンク
リートに０．５〜２ｖｏｌ％混和した補強繊維混和レデ
ーミクストコンクリートとして、吹付用、打込用等に便
利に利用することができる。

【００２４】本発明コンクリート補強繊維は、ポリアミ
ドを素材として含んでいるので、耐アルカリ性があり、
コンクリート中で半永久的にその特性を維持し、各種の
コンクリート製品中に混和し製品の強度向上と軽量化を
図ることができる。この効果は、ナイロン６などのナイ
ロンを用いることにより、特に向上する。利用できるコ
ンクリート製品としては、各種のパネル、パイプ、枕
木、電柱など多岐にわたる。本発明補強繊維の混和量は
使用目的によって別途試験検討する必要があるが、一般
的にコンクリート製品中には、０．５〜２ｖｏｌ％程度
を加えるとよい。

【００２５】本発明コンクリート補強繊維は、道路や滑
走路の舗装用、トンネル、建築物スラブ、永久型枠、斜
面の保護壁などのコンクリート構築物に対してもコンク
リート製品と同様、有効に利用することができる。クラ
ックの進展を防止し例えばトンネル内壁の剥落防止等に
有効である。混和量は、前記コンクリート製品と同様に
使用目的によって別途試験検討する必要があるが、一般
的に、０．５〜２ｖｏｌ％程度を加えるとよい。

【００２６】前記した本発明のコンクリート補強繊維を
利用して施工する際、補強繊維を粗原料として任意にど
の段階において混和してもよいが、通常はセメント、
砂、砂利および水を主原料とするベースコンクリートに
補強繊維とを混練し、混練した補強繊維含有コンクリー
トをコンクリートポンプ等を用いて所定の位置に吹き付
け、または打ち込むとよい。あるいは、セメント、砂、
砂利および水を主原料とするベースコンクリートを、た
とえばアジテータ車を用い、施工現場に運搬して撹拌し
ながら補強繊維を混練し、混練した補強繊維含有コンク
リートを、コンクリートポンプなどを用いて所定の位置
に吹き付け、または打ち込んでもよい。なお、本発明の
補強繊維は、上記したコンクリートはもちろんのこと、
モルタルやセメントモルタルにも好適に用いることがで
きる。

【００２７】

【実施例】実施例をあげて本発明の効果を説明する。繊
維補強剤のコンクリートに対する付着力の評価は、ＪＣ
Ｉ−ＳＦ８に準拠し、最大引抜荷重とタフネス（じん
性）とを測定することにより行った。タフネスは、繊維
引抜けから切断までの応力−歪曲線の面積を計測して算
出した。曲げ特性の評価は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠
し、最大曲げ強度とタフネス（じん性）とを測定するこ
とにより行った。タフネスは曲げ開始から５ｍｍ変形ま
での応力−歪曲線の面積を計測して算出した 実施例１ 繊度が６，６００ｄｔｅｘのナイロン６モノフィラメン
トにエンボスロール（絞パターン：格子状）を用いて異
形断面加工を施し、ストランドカッターを用いて長さ３
０ｍｍに切断した。得られたコンクリート補強繊維の断
面形状は、幅：１．６８ｍｍ、厚さ：０．５４ｍｍ、扁
平率：３．１、引張強度：５．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸
度：３８．５％、表面凹凸差：０．２４ｍｍであった。
このコンクリート補強繊維のコンクリートに対する付着
力を前記方法により評価した。付着特性の曲線を図１
に、評価結果を表１に示す。

【００２８】比較例１ 実施例１と同様にして、ただし扁平率を１．２として加
工し、伸度が３２．０％であったナイロン６のコンクリ
ート補強繊維を実施例１と同様に評価した。評価結果を
表１に示す。

【００２９】比較例２ コンクリート補強繊維として、ビニロンモノフィラメン
ト（クラレ製“クラテック”４，０００ｄｔｅｘ）を用
い、実施例１と同様に評価した。付着特性の曲線を図１
に、評価結果を表１に示す。

【００３０】比較例３ コンクリート補強繊維として、ポリプロピレン（ＰＰ）
モノフィラメント（萩原工業製“バルチップ”６，４０
０ｄｔｅｘを用い、実施例１と同様に評価した。付着特
性の曲線を図１に、評価結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】実施例２ シリカを１重量％添加した繊度が６，６００ｄｔｅｘの
ナイロン６モノフィラメントを実施例１の方法で異形断
面化、切断して得られたコンクリート補強繊維の断面形
状は、幅：１．３７ｍｍ、厚さ：０．９５ｍｍ、扁平
率：１．４、引張強度５．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度：５
０％であった。このコンクリート補強繊維をコンクリー
トに１．０ｖｏｌ％添加し、コンクリートの曲げ特性を
前記方法により評価した。その結果を表２に示す。

【００３３】実施例３ シリカを３重量％添加した繊度が６，６００ｄｔｅｘの
ナイロン６モノフィラメントを実施例１の方法で異形断
面化、切断して得られたコンクリート補強繊維の断面形
状は、幅：１．３７ｍｍ、厚さ：０．９５ｍｍ、扁平
率：１．４、引張強度５．９ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度：４
４％であった。このコンクリート補強繊維を実施例２と
同様に評価した。その結果を図２および表２に示す。

【００３４】実施例４ シリカを５重量％添加した繊度が６，６００ｄｔｅｘの
ナイロン６モノフィラメントを実施例１の方法で異形断
面化、切断して得られたコンクリート補強繊維の断面形
状は、幅：１．３７ｍｍ、厚さ：０．９５ｍｍ、扁平
率：１．４、引張強度５．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度：３
２％であった。このコンクリート補強繊維を実施例２と
同様に評価した。その結果を表２に示す。

【００３５】実施例５ シリカを３重量％添加した繊度が９，０００ｄｔｅｘの
ナイロン６モノフィラメントを実施例１の方法で異形断
面化、切断して得られたコンクリート補強繊維の断面形
状は、幅：１．６８ｍｍ、厚さ：１．００ｍｍ、扁平
率：１．７、引張強度６．０ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度：３
４％であった。このコンクリート補強繊維を実施例２と
同様に評価した。その結果を図２および表２に示す。

【００３６】実施例６ シリカを２５重量％添加し、モノフィラメントを作成し
たが、糸ムラが大きく、また伸度が小さいため延伸が困
難で、品質が不安定で高品質のものが得られない。その
糸を用いて測定を行ったが、バラツキの多いデータしか
得られなかった。

【００３７】比較例４ 繊度が６，６００ｄｔｅｘのナイロン６モノフィラメン
トを実施例２の方法で異形断面化、切断して得られたコ
ンクリート補強繊維の断面形状は、幅：１．３７ｍｍ、
厚さ：０．９５ｍｍ、扁平率：１．４、引張強度５．７
ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度：５０％であった。このコンクリ
ート補強繊維を実施例２と同様に評価した。その結果を
表２に示す。

【００３８】比較例５ 比較例３に用いたＰＰモノフィラメントを実施例２と同
様に評価した。その結果を図２および表２に示す。な
お、評価に際し、コンクリートに補強繊維を添加、混合
したときの補強繊維のコンクリート中での分散性が悪
く、均一に分散させるのに手間がかかった。

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】本発明のコンクリート補強繊維は、従来
から使用されていたスチール繊維よりも軽量で取り扱い
が容易であり、施工時等に突出した補強繊維に突き刺さ
るなどの事故を起こしにくく、かつ錆が表面に出て美観
を損なうこともない。また、本発明補強繊維は素材が親
水性のあるポリアミドを含むので、オレフィン系繊維を
素材とする補強繊維に較べるとコンクリートとの接着性
およびコンクリートスラリー中の分散性が良好、かつ引
張強度が高いので接着性のよさと相俟ってコンクリート
物性がよいという特長がある。ビニロン系補強繊維との
比較においても、伸度がはるかに大きく、適度の接着性
によりコンクリートに延性やタフネスを付与できる特長
がある。

【００４１】さらに、本発明のコンクリート補強繊維
は、扁平率が５／４〜１０／１の異形断面を有するの
で、コンクリートに対する接着力、補強繊維強度および
コンクリート中での分散性に優れており、この補強繊維
を添加したコンクリートのクラックの進展を抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例にあげたコンクリート補強繊維のコンク
リートに対する付着特性を示す。

【図２】実施例にあげたコンクリート補強繊維のコンク
リートに対する曲げ特性の応力−歪み曲線を示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 28/00 Ｃ０４Ｂ 28/00 Ｅ０４Ｇ 21/02 Ｅ０４Ｇ 21/02 //(Ｃ０４Ｂ 28/00 (Ｃ０４Ｂ 28/00 16:06 16:06 Ａ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ 14:06） 14:06） Ｚ 111:20 111:20

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリアミドを含み、かつ、繊度が３００〜
   １５，０００ｄｔｅｘ、伸度が少なくとも１０％、扁平
   率が５／４〜１０／１の異形断面を有するモノフィラメ
   ントからなることを特徴とするコンクリート補強繊維。
2. 【請求項２】無機フィラーを０．１〜２０重量％の範囲
   内で含む、請求項１に記載のコンクリート補強繊維。
3. 【請求項３】無機フィラーを１〜１０重量％の範囲内で
   含む、請求項２に記載のコンクリート補強繊維。
4. 【請求項４】繊維長さが１０〜６０ｍｍであることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート
   補強繊維。
5. 【請求項５】引張強度が少なくとも３．５ｃＮ／ｄｔｅ
   ｘである、請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリー
   ト補強繊維。
6. 【請求項６】表面に高さ０．１〜０．５ｍｍの凹凸が形
   成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のコンク
   リート補強繊維。
7. 【請求項７】無機フィラーの平均粒子径が０．１〜１０
   μｍの範囲内にある、請求項２〜６のいずれかに記載の
   コンクリート補強繊維。
8. 【請求項８】無機フィラーの平均粒子径が０．３〜０．
   ５μｍの範囲内にある請求項７に記載のコンクリート補
   強繊維。
9. 【請求項９】繊度が異なる２種類以上の請求項１〜８の
   いずれかに記載のコンクリート補強繊維が混合されてな
   る、コンクリート補強繊維。
10. 【請求項１０】繊維長さが異なる２種類以上の請求項１
    〜８のいずれかに記載のコンクリート補強繊維が混合さ
    れてなる、コンクリート補強繊維。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載のコン
    クリート補強繊維を０．５〜２ｖｏｌ％の範囲内で含有
    している、レデーミクストコンクリート。
12. 【請求項１２】請求項１〜１０のいずれかに記載のコン
    クリート補強繊維を０．５〜２ｖｏｌ％の範囲内で含有
    している、繊維補強コンクリート製品。
13. 【請求項１３】請求項１〜１０のいずれかに記載のコン
    クリート補強繊維を０．５〜２ｖｏｌ％の範囲内で含有
    している、繊維補強コンクリート構築物。
14. 【請求項１４】セメント、砂、砂利および水を主原料と
    するベースコンクリートと請求項１〜１０のいずれかに
    記載のコンクリート補強繊維とを混練した補強繊維含有
    コンクリートを、コンクリートポンプを用いて所定の位
    置に吹き付け、または打ち込む、繊維補強コンクリート
    構築物の施工方法。
15. 【請求項１５】セメント、砂、砂利および水を主原料と
    するベースコンクリートを、施工現場に運搬して撹拌し
    ながら請求項１〜１０のいずれかに記載のコンクリート
    補強繊維を混練し、混練した補強繊維含有コンクリート
    を、コンクリートポンプを用いて所定の位置に吹き付
    け、または打ち込む、繊維補強コンクリート構築物の施
    工方法。