JP2003073159A - 耐爆裂性高強度セメント質硬化体およびその製造方法 - Google Patents

耐爆裂性高強度セメント質硬化体およびその製造方法

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泰雄 井澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮強度が105MPaを超える高強度セメ
ント質硬化体について、火災熱による爆裂性を改良(爆
裂防止)することにあり、もって火災に対する安全性を
向上させること。 【解決手段】圧縮強度が105MPaを超える高強度セ
メント質硬化体を製造する配合物(有機質繊維を含まな
い場合が好ましい)に、有機質繊維(長さ;0.5〜
5.0mm、直径が0.04〜0.4mmのビニロン繊
維、ポリプロピレン繊維など)を1.0体積%を超え1
0体積%以下添加したのち、混練し成形し硬化させた耐
爆裂性高強度セメント質硬化体およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐爆裂性高強度セ
メント質硬化体及びその製造方法に関し、特に、特定量
の有機質繊維を添加することによって、火災時における
安全性を改良した耐爆裂性高強度セメント質硬化体およ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、通常のコンクリ−トに比べ圧縮強
度が著しく改良された高強度セメント質硬化体が開発さ
れ、様々な構造物への適用が期待されている。しかしな
がら、その高強度セメント質硬化体が緻密質であるため
に、その周辺で火災が発生し高温状態になった場合、該
硬化体内部の水が水蒸気に変化し体積が膨張しても、外
部へ飛散できず蓄積されて膨張圧が高まり、ついには爆
裂を起こし該硬化体自体を部分的・全体的に破壊する、
という現象が生じる。以上のように、高強度セメント質
硬化体は、高強度を具備する一方で、火災安全性に対す
る信頼性が低い、という問題点を有していた。
【0003】通常のセメント質硬化体に対する火災時の
爆裂防止手段として、以下のような技術が知られてい
る。特許第2620910号公報には、火災曝露したと
き150〜300℃の温度で軟化、収縮、溶融、又は分
解し毛細管孔を形成できる材料として、直径0.003
〜0.35mm、長さ5〜35mmの有機繊維(例;ポ
リプロピレン繊維)をコンクリ−ト1mについて0.
05〜1容量%含有させ耐スポ−リング性を改良したコ
ンクリ−ト製プレハブ部材(圧縮強度90〜105N/
mm)が記載されている。
【0004】そのほか特開平11−1973号公報に
は、コンクリ−ト構造物の火災時に発生する爆裂を正確
に制御する方法として、水セメント比および合成繊維
(爆裂防止用材料)の混入量を制御因子とし、最初に前
者で調整し、それで不十分な場合に後者を原材料に添加
して調整する方法であって、該合成繊維(例;ポリエチ
レン、ビニロン)として、長さ5〜50mm、太さ10
〜100μmのものを用いる旨、が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記特許第26209
10号公報に開示された技術は、圧縮強度が比較的低い
105MPa以下のセメント質硬化体を対象として、そ
の原材料に有機繊維を混入することにより、該硬化体の
耐スポ−リング性を改良する点にある。しかし、この方
法では、105MPa以上の高強度の発現を期待して設
計された原材料に該有機繊維を添加し製造された硬化体
は、緻密過ぎて火災熱による毛細管孔の形成が不十分な
ために爆裂するという、という問題点を有していた(後
記表4の比較例1および比較例4参照)。
【0006】また、圧縮強度が105MPaを超える高
強度セメント質硬化体を製造する場合、水セメント比は
配合設計時に決められ自由に変更できないので、前記特
開平11−1973号公報に開示される方法を高強度セ
メント質硬化体の爆裂防止手段として採用することがで
きない。
【0007】一般的に、通常のコンクリ−ト・モルタル
原材料に有機質繊維を配合する目的は、コンクリ−ト・
モルタルの引張強度、曲げ強度等の向上を図ることにあ
り、圧縮強度は該有機質繊維を配合しなかった場合に比
して低下するから、コンクリ−ト・モルタルの用途に応
じて、いずれの特性を重視するかにより有機質繊維の配
合の適否が決められている。
【0008】本発明は、上記従来技術の問題点、知見に
鑑みなされたものであって、その目的は、圧縮強度が1
05MPaを超える高強度セメント質硬化体について、
・火災熱による爆裂性を改良(爆裂防止)することにあ
り、もって火災に対する安全性を向上させた耐爆裂性高
強度セメント質硬化体およびその製造方法を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、一定の圧縮強
度を発現できるセメント質硬化体中に有機質繊維の特定
量を均一に分散させたことを特徴とし、これにより、前
記目的を達成することのできる耐爆裂性高強度セメント
質硬化体およびその製造方法を提供することにある。
【0010】すなわち、本発明(耐爆裂性高強度セメン
ト質硬化体)は、 「・圧縮強度が105MPaを超える高強度セメント質
硬化体を製造する配合物に、 ・有機質繊維を1.0体積%を超え10体積%以下添加
したのち、 ・混練し成形し硬化させたものであること」(請求項
1)を要旨とする。
【0011】また、本発明(耐爆裂性高強度セメント質
硬化体の製造方法)は、 「・圧縮強度が105MPaを超える高強度セメント質
硬化体を製造する配合物に、 ・有機質繊維を1.0体積%を超え10体積%以下添加
したのち、 ・混練し成形し硬化させること」(請求項2)をも要旨
とするものである。
【0012】さらに、上記本発明(耐爆裂性高強度セメ
ント質硬化体の製造方法)は、 ・有機質繊維の長さが0.5〜5.0mmであること
(請求項3)、 ・有機質繊維の直径が0.04〜0.4mmであること
(請求項4)、 ・有機質繊維が、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、
ポリエチレン繊維、アラミド繊維から選ばれる1種また
は2種以上の混合繊維であること(請求項5)を特徴と
する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、大まかに
言えば、圧縮強度が105MPa、特に110MPaを
超えるような高強度セメント質硬化体を製造するために
予め配合設計されたセメント配合物に、有機質繊維を特
定量添加して製造された硬化体であって、圧縮強度のあ
る程度の低下を認めつつ、耐爆裂性を改良させた硬化体
である。耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、その用途
にもよるが圧縮強度が90MPa以上発現することが望
ましい。
【0014】耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、有機
質繊維が均一に分散されているために、火災熱によって
硬化体内部に容易に毛細管孔が形成され、逐次発生する
水蒸気を誘導・飛散させ膨張圧を上昇させず、また、硬
化体に不規則な熱応力を生じさせないので、爆裂が発生
することがない。
【0015】有機質繊維の割合は、配合物に対して1.
0体積%を超え10体積%以下の範囲に添加することが
重要である。1.0体積%未満の場合、該繊維量が過少
なために爆裂防止効果が低下するので、逆に、10体積
%を超える場合、硬化体の圧縮強度が極端に低下するほ
か製造時における作業性も低下するので、いずれの場合
も好ましくない。
【0016】有機質繊維の好ましい割合は、製造時の作
業性、コストなどの観点から1.0を超え9.0体積%
以下、より好ましいのは1.5〜8.0体積%、さらに
好ましいのは1.5〜6.0体積%である。なお、有機
質繊維の添加は、圧縮強度の低下を伴う場合が多いの
で、硬化体の用途も勘案してその量を決めることが望ま
しい場合もある。
【0017】耐爆裂性を改良できるのは、高強度セメン
ト質硬化体を製造するために配合設計された配合物に含
まれる有機質繊維の割合が(イ)ゼロの場合、(ロ)
1.0体積%以下の場合などである。なお、配合物中の
有機質繊維の割合が1.0体積%を超える場合は、本発
明が規定する全有機質繊維量が10体積%以下の割合ま
で添加することは差し支えない。
【0018】有機質繊維の長さは、50mm以下であれ
ば概ね使用できる。硬化体製造時の作業性(例;成形時
における打設の難易)、混練時におけるファイバ−ボ−
ル形成の防止、該繊維の入手のし易さなどの観点を考慮
すると、好ましい繊維長は0.5〜30.0mm、より
好ましいのは0.5〜5.0mm、さらに好ましいのは
1.0〜3.0mmである。
【0019】有機質繊維の直径は、硬化体の製造時の作
業性や爆裂防止効果の点から、0.04〜0.4mmが
好ましい。なお、繊維の入手し易さなどの観点から、繊
維の長さに応じて直径を変えることが好ましく、例え
ば、長さが5〜30mmの範囲の繊維を用いる場合は直
径が0.04〜0.05mmが好ましく、長さが5.0
mm未満の繊維を用いる場合は直径0.1〜0.2mm
が好ましい。
【0020】有機質繊維は、火災熱(具体的には、30
0℃以下の温度)を受けて分解、溶融などにより硬化体
中の水蒸気が容易に流動できる大きさの毛細管孔を形成
させることのできる繊維である。そのような繊維として
天然繊維、合成繊維いずれも使用でき、好ましくは合成
繊維である。合成繊維は、具体的に、ビニロン繊維、ポ
リプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維な
どが挙げられる。また、有機質繊維は、2種以上の混合
繊維であっても良く、爆裂防止効果の点から、ビニロン
繊維および/またはポリプロピレン繊維が好ましい。
【0021】耐爆裂性高強度セメント質硬化体を製造す
るために用いる原材料(有機質繊維を除く)、および配
合・混練・成形・養生の各方法は、従来の高強度セメン
ト質硬化体を製造する場合と同じであり、それらについ
て限定するものではない。
【0022】
【実施例】(実施例1〜16、比較例1〜4)以下、実
施例により本発明を説明する。 1.使用材料 以下に示す材料を使用した。 1)セメント;普通ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製) 低熱ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製) 2)シリカフュ−ム 3)骨材;細骨材;珪砂5号 粗骨材;砕石2005 4)金属繊維;鋼繊維(直径:0.2mm、長さ:15mm) 5)高性能AE減水剤;ポリカルボン酸系 6)水;水道水 7)石英粉(平均粒径7μm) 8)高炉スラグ粉(平均粒径8μm) 9)有機質繊維;長さ1.0〜3.0mmのビニロン繊維(直径0.1mm) 長さ6.0mmのビニロン繊維(直径0.04mm) 長さ15.0mmのビニロン繊維(直径0.04mm)
【0023】2.混練物の製造 表1、表2および表3に示す原材料を使用した配合物
(配合番号No.1〜No.20)を二軸練りミキサ−
に投入し混練して、モルタルおよびコンクリ−トの各混
練物を製造した。なお、表中、No.1〜16はモルタ
ル混練物、No.17〜20はコンクリ−ト混練物であ
る。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】得られた各混練物およびその硬化体につい
て、下記の特性を測定し、結果を表4に列記した。 1)モルタル(No.1〜16) ・フロ−値:JIS R 5201「セメントの物理試
験方法、11.フロ−試験」に規定された方法に準じて
測定した(ただし、15回行うべき落下運動について
は、操作しなかった)。 ・圧縮強度:有機質繊維を添加した場合および無添加の
場合のそれぞれのモルタル混練物をφ50×100mm
の型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃
で48時間蒸気養生し、得た各硬化体の圧縮強度(3本
の平均値)を測定した。 ・爆裂:全てのモルタル混練物をφ50×100mmの
型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃で
48時間蒸気養生して得た硬化体を電気炉(30kW)
に挿入し1時間で1000℃まで昇温させ冷却させたの
ち、爆裂の有無を観察した。
【0028】2)コンクリ−ト(No.17〜20) ・スランプ:JIS A 1101「コンクリ−トのス
ランプ試験方法」に準じて測定した。 ・圧縮強度:有機質繊維を添加した場合及び無添加の場
合のそれぞれのコンクリ−ト混練物をφ10×20cm
の型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃
で48時間蒸気養生し、得た各硬化体の圧縮強度(3本
の平均値)を測定した。 ・爆裂:全てのコンクリ−ト混練物をφ10×20cm
の型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃
で48時間蒸気養生して得た硬化体を電気炉(30k
W)に挿入し1時間で1000℃まで昇温させ冷却させ
たのち、爆裂の有無を観察した。
【0029】
【表4】
【0030】表4より、 1)実施例1〜16から、圧縮強度が105MPaを超
える高強度セメント質硬化体製造用原材料に、有機質繊
維を規定量添加し製造したモルタル・コンクリ−ト硬化
体は、爆裂の形跡が観察されず、目的を達成できること
が判明した。
【0031】2)比較例1、3および4から、有機質繊
維が無添加の場合および有機質繊維を0.7体積%添加
した場合のモルタル・コンクリ−ト硬化体は、爆裂が認
められた。また、比較例2から、有機質繊維の添加量が
過多の場合は、爆裂は起こらなかったものの、混練物の
流動性および圧縮強度とが急激に低下し、好ましい配合
でないことが確認された。
【0032】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明の耐爆裂性
高強度セメント質硬化体は、高強度セメント質硬化体製
造用原材料の配合物に、有機質繊維を1.0体積%を超
え10体積%(外割)以下添加してなる硬化体およびそ
の製造方法を特徴とし、これにより、高強度セメント質
硬化体の耐爆裂性の向上(爆裂防止)という効果を奏
し、もって、火災に対する安全性の実を上げることがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 宣人 千葉県佐倉市大作2−4−2 太平洋セメ ント株式会社中央研究所内 Fターム(参考) 4G012 PA24 PC12 PC15

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮強度が105MPaを超える高強度
    セメント質硬化体を製造する配合物に、有機質繊維を
    1.0体積%を超え10体積%以下添加したのち、混練
    し成形し硬化させたものであることを特徴とする耐爆裂
    性高強度セメント質硬化体。
  2. 【請求項2】 圧縮強度が105MPaを超える高強度
    セメント質硬化体を製造する配合物に、有機質繊維を
    1.0体積%を超え10体積%以下添加したのち、混練
    し成形し硬化させることを特徴とする耐爆裂性高強度セ
    メント質硬化体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記有機質繊維の長さが50mm以下で
    あることを特徴とする請求項2記載の耐爆裂性高強度セ
    メント質硬化体の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記有機質繊維の直径が0.04〜0.
    4mmであることを特徴とする請求項2または請求項3
    記載の耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記有機質繊維が、ビニロン繊維、ポリ
    プロピレン繊維、ポリエチレン繊維、 アラミド繊維か
    ら選ばれる1種または2種以上の混合繊維であることを
    特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の耐爆裂性高
    強度セメント質硬化体の製造方法。
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