JP2003335559A

JP2003335559A - コンクリート補強材及びそれを用いたコンクリート成形体

Info

Publication number: JP2003335559A
Application number: JP2002143450A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nishibori; 真治西堀
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】作業性に優れ、コンクリート成形体の補強効
果が高く、またコンクリート成形体の靭性を維持するこ
とができるコンクリート補強材及びそれを用いたコンク
リート成形体を提供することを目的とするものである。【構成】本発明のコンクリート補強材は、連続した無
機繊維束に樹脂を含浸させ、それを硬化させてから切断
した長尺状のコンクリート補強材であって、表面に０．
０５〜３．０ｍｍの凹凸高低差を有することを特徴とす
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、スチールファイバ
や樹脂ロッド（樹脂成形体）の代替としてコンクリート
の補強材として用いるコンクリート補強材及びそれを用
いたコンクリート成形体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンクリート成形体は、構造体と
して種々の用途に用いられているが、特に、トンネルの
内壁や高架壁では、剥落防止のため、補強材としてポリ
プロピレンなどの樹脂成形体やスチールファイバを混入
させて用いられている。このようなコンクリート成形体
には、応力が加わってもクラックが発生しにくく（高強
度）、またクラックが発生しても、補強材が切断されず
に剥落しない（高靭性）、すなわち、図４に示すよう
に、曲げ試験において、クラック発生時の荷重値Ｐが大
きく、クラックが発生した後でも、応力荷重が低くなり
にくいことが求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】外部からの応力によっ
てコンクリート成形体にクラックが発生した際、クラッ
ク中で橋渡ししている補強材が、全て脆性破壊を起こす
と、コンクリートの剥落が発生しやすくなるが、スチー
ルファイバは、コンクリートと接着せず、コンクリート
との界面での摩擦力が低いため、応力がダイレクトに加
わることによる脆性破壊が発生しにくく、コンクリート
の剥落が発生しにくくなる。

【０００４】しかし、スチールファイバは、金属に特有
の錆びが発生しやすい。特に、外部からの応力によって
コンクリート成形体にクラックが発生して、破壊に至ら
なかった場合においても、そのクラックを通して大気に
晒されたスチールファイバは、錆びて強度が低下し、錆
びた箇所で脆性破壊が起こりやすくなり、コンクリート
の剥落が発生しやすくなるという問題を有している。ま
た、スチールファイバは、コンクリートとの混練時にお
いて、コンクリート中の水分との濡れが悪いため、コン
クリートの流動性が悪くなって、作業性が悪くなるとい
う問題も有している。

【０００５】また、ポリプロピレンなどの樹脂成形体
は、弾性率が低いため、コンクリートの補強材として用
いても、コンクリートの補強効果や靭性に乏しく、スチ
ールファイバと同等のコンクリートの補強効果や靭性を
得ようとするためには、樹脂成形体を多量に添加する必
要があり、作業性の悪化やコストアップとなるため好ま
しくない。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、作業性に優れ、コンクリート成形体の補強効果が
高く、またコンクリート成形体の靭性を維持することが
できるコンクリート補強材及びそれを用いたコンクリー
ト成形体を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく種々の実験を繰り返した結果、連続した無機
繊維束を多量の樹脂で固化し、表面に小さい凹凸を付与
したコンクリート補強材をコンクリートの補強材として
用いると、コンクリートの補強効果に優れ、コンクリー
トと接着しないため、切断されにくく、また、クラック
発生後の引き抜けの抵抗力が大きいため、コンクリート
成形体の靭性が維持され、コンクリートの剥落が発生し
にくくなることを見出し、本発明を提案するに至った。

【０００８】すなわち、本発明のコンクリート補強材
は、連続した無機繊維束に樹脂を含浸させ、それを硬化
させてから切断した長尺状のコンクリート補強材であっ
て、表面に０．０５〜３．０ｍｍの凹凸高低差を有する
ことを特徴とする。

【０００９】また、本発明のコンクリート成形体は、補
強材として、連続した無機繊維束に樹脂を含浸させ、そ
れを硬化させてから切断した、表面に０．０５〜３．０
ｍｍの凹凸高低差を有するコンクリート補強材を含むこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明のコンクリート補強材は、連続した無機
繊維束に樹脂を含浸させ、それを硬化させてから切断し
た長尺状のコンクリート補強材であって、表面に０．０
５〜３．０ｍｍの凹凸高低差を有するため、コンクリー
トの補強材として使用すると、コンクリート成形体の機
械的強度が向上するだけでなく、外部からの応力により
コンクリート成形体にクラックが発生しても、錆びるこ
とが無く、また、コンクリート成形体の靭性が維持で
き、コンクリート成形体の剥落の発生を抑制できる。

【００１１】すなわち、表面の凹凸高低差が０．０５ｍ
ｍより小さいと、コンクリート補強材とコンクリートと
の界面での摩擦力が低すぎるため、外部からの応力によ
りコンクリート成形体にクラックが発生した際に、引き
抜けの抵抗力が小さくなりコンクリート成形体の靭性が
維持できない。また、３．０ｍｍよりも大きいと、コン
クリート成形体を作製する際に、コンクリート補強材同
士が絡まり、コンクリート中で均一に分散できないため
好ましくない。

【００１２】凹凸が、少なくともコンクリート補強材の
両端部の表面に形成されていると、上記した効果を有し
やすいが、コンクリート補強材の全表面に形成されてい
ても構わない。

【００１３】また、本発明のコンクリート補強材は、表
面凹凸量１００Ｓｗ／（２Ｓｃ＋Ｌｃ・Ｌｈ）−１００
が１０以上、好ましくは２００以下である。表面凹凸量
が１０より小さいと、コンクリート補強材表面の摩擦力
が低すぎて、コンクリート成形体にクラックが発生した
場合に、引き抜けの抵抗力が低くなって、コンクリート
成形体の靭性が維持されにくいため好ましくない。ま
た、表面凹凸量が２００よりも大きいと、表面凹凸を成
形する際に、型離れしにくいため好ましくない。

【００１４】尚、上記した、Ｓｗはコンクリート補強材
１本あたりの全表面積を、Ｓｃは断面積を、Ｌｃは理想
断面周囲長さを、Ｌｈは長さを示す。ここで、理想断面
周囲長さとは、断面形状が理想断面形状を有していると
仮定したとき、すなわち断面形状が略円形及び略楕円形
の場合、その理想断面形状を真円と仮定して、その断面
積Ｓｃから求めたものである。また、断面形状が略四角
形の場合、その理想断面形状を四角形と仮定して、その
断面積Ｓｃと幅ｗから求めたものである。従って、断面
形状が略円形の場合は、理想断面周囲長さＬｃ＝２（π
・Ｓｃ）^1/2であり、略四角形の場合は、Ｌｃ＝２
（（Ｓｃ／ｗ）＋ｗ）となる。

【００１５】また本発明のコンクリート補強材は、１本
あたりの全表面積Ｓｗが、２０〜１５００ｍｍ²である
と好ましい。全表面積Ｓｗが２０ｍｍ²よりも小さい
と、コンクリートの補強効果が低く、コンクリート成形
体にクラックが発生した場合に、コンクリート成形体の
靭性が維持されにくい。また、全表面積Ｓｗが、１５０
０ｍｍ²よりも大きいと、コンクリートとの界面での摩
擦力が大きすぎるため、応力がダイレクトに加わること
による脆性破壊が発生しやすく、コンクリートの剥落が
発生しやすい。また、コンクリートとの混練時に、コン
クリートの流動性が悪くなって、作業性が悪化しやす
い。

【００１６】また、本発明のコンクリート補強材は、連
続した無機繊維束を２０〜７０体積％含有すると好まし
い。すなわち、連続した無機繊維束が７０体積％よりも
多いと、無機繊維束、たとえばガラス繊維束が、コンク
リート補強材の表面層に多く存在するようになるため、
コンクリートとの接着力が高くなりすぎて、外部からの
応力によって、コンクリート補強材が脆性破壊を起こし
やすく、コンクリートの剥落が発生しやすい。また２０
体積％よりも少ないと、コンクリート補強材の弾性率が
低くなり、コンクリート成形体にクラックが発生した
際、コンクリート補強材が長さ方向に延びて切断されや
すくなり、あるいは、切断されなくても、靭性が維持さ
れなくなるため好ましくない。

【００１７】また、本発明のコンクリート補強材は、断
面積が０．０５〜４．０ｍｍ²、好ましくは、０．１〜
４．０ｍｍ²であり、長さが２０〜８０ｍｍであると、
コンクリート混練時の作業性に優れ、コンクリートとの
接触面積が大きく、コンクリートの補強効果に優れ、コ
ンクリート成形体の靭性が維持される。すなわち、断面
積が０．０５ｍｍ²よりも小さいと、コンクリートとの
混練時において、粗骨材や細骨材等との接触によりコン
クリート補強材に曲げ応力やせん断応力が加わって切断
され、コンクリートの流動性が悪くなる。断面積が４．
０ｍｍ²よりも大きいと、コンクリートとの接触面積が
小さくなって、コンクリートの補強効果が小さくなり、
また、コンクリート成形体の靭性が維持されにくいため
好ましくない。また、長さが２０ｍｍよりも短いと、コ
ンクリートの補強効果が小さく、また、コンクリート成
形体にクラックが発生した際、引き抜けの抵抗力が小さ
くなって、コンクリート成形体の靭性が維持されにく
い。８０ｍｍよりも長いと、コンクリートとの混練時
に、コンクリートの流動性が悪くなり、作業性が悪化す
るため好ましくない。

【００１８】本発明のコンクリート補強材の断面形状
は、特に限定されないが、円形、楕円形、三角形、四角
形、星型等の形状であっても構わない。

【００１９】また、本発明のコンクリート補強材は、連
続した無機繊維束が、ガラス繊維束や炭素繊維束、特に
ガラス繊維束であると、広範な種類の樹脂への含浸性に
優れ、安価であり、また、弾性率が高いため、コンクリ
ート補強材の弾性率が高くなり、外部からの応力によっ
てコンクリート成形体にクラックが発生しても、コンク
リート補強材が切断されにくく、コンクリート成形体の
靭性が維持されるため好ましい。

【００２０】無機繊維束のストランド太さは、１５０〜
５０００ＴＥＸであると、コンクリート補強材の弾性率
が高くなるため好ましい。

【００２１】ガラス繊維束は、Ｅガラス、Ｔガラス、Ｓ
ガラス、Ｈガラス、ＡＲガラス等の繊維からなるストラ
ンドが使用可能であるが、特に耐アルカリ性に優れたＺ
ｒＯ ₂を多く含む耐アルカリ性ガラス繊維からなるスト
ランドであると、コンクリート補強材が、コンクリート
中のアルカリ成分によって浸食されにくく、強度劣化し
にくいため好ましい。

【００２２】この繊維束に用いるモノフィラメント径
は、特に制限されないが、繊維の製造に適した１２〜２
６μｍであると好ましい。

【００２３】本発明のコンクリート補強材において使用
するマトリックス樹脂は、特に制限はなく、繊維が含浸
しやすく、成形が容易で、ＦＲＰ製品によく使用される
ポリエステル、ビニルエステル等の熱硬化性樹脂や、成
形後に変形可能なポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂が使用可能であ
る。この中でも、特にポリエチレン樹脂やポリプロピレ
ン樹脂は、耐アルカリ性に優れ、成形工程における硬化
速度を制御しやすく、成形後における変形や表面加工が
容易で、安価であり好ましい。

【００２４】本発明のコンクリート成形体は、コンクリ
ート補強材を０．３〜２体積％含有すると好ましい。す
なわち、コンクリート補強材の含有率が０．３体積％よ
りも低いと、コンクリートの補強効果が低く、外部から
の応力によりコンクリート成形体にクラックが発生した
際に、コンクリートの剥落が発生しやすく、２体積％よ
りも高いと、コンクリートの流動性が悪くなり、混練作
業が困難になり好ましくない。

【００２５】次に、本発明のコンクリート補強材及びそ
れを用いたコンクリート成形体の製造方法を説明する。

【００２６】まず、１２〜２６μｍのモノフィラメント
径で、ストランド太さが１５０〜５０００ｔｅｘのガラ
ス繊維ストランドあるいは炭素繊維ストランドを用意す
る。次に、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂が入った
含浸ダイに上記ストランドを通過させ、ダイの出口か
ら、熱硬化性樹脂の場合には、加熱しながら引き出し、
熱可塑性樹脂の場合には、冷却しながら引き出し成型
し、２０〜８０ｍｍの長さにカットすることによって、
表面に０．０５〜３．０ｍｍの凹凸１２を有するコンク
リート補強材１０（図１）が作製され、コンクリート補
強材の断面積は、ダイの出口の形状によって決定され
る。尚、表面の凹凸形状や断面形状は、成形時にプレス
型、歯車等によって形成される。ここで、上記したよう
にして作製したコンクリート補強材１０は、図２に示す
ように、モノフィラメント１２がコンクリート補強材１
０の長さ方向と平行に並び、断面方向にほぼ均一に散在
している。

【００２７】さらに、普通ポルトランドセメント、高炉
セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等
のセメントをコンクリート１ｍ³あたりの質量で２２５
ｋｇ以上（以後ｋｇ／ｍ³と表す）、川砂等の細骨材１
５００ｋｇ／ｍ³以下、川砂利等の粗骨材１５００ｋｇ
／ｍ³以下に、材料分離が生じない程度に水や混和剤を
添加して混練し、次いで所定の長さにカットされたコン
クリート補強材を０．３〜２体積％になるよう添加後、
さらに混練してコンクリートを作製し、所望の形状にな
るように、型に流し込み、硬化後型を外してコンクリー
ト成形体を得る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明のコンクリート補強材及びそれ
を用いたコンクリート成形体を実施例に基づいて詳細に
説明する。

【００２９】表１〜３に本発明の実施例１〜１７と比較
例１８、１９を示す。図３は、図１に示したコンクリー
ト補強材１０、粗骨材１５及び細骨材１６を含むコンク
リート成形体１４を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】まず、表１〜３に示すストランド太さを示
すガラス繊維ストランド及び炭素繊維ストランドと、ポ
リプロピレン樹脂及びスチールファイバを準備した。
尚、ガラス繊維ストランドは、質量％でＳｉＯ₂ ６
１．０％、ＺｒＯ₂ １９．５％、Ｌｉ₂Ｏ１．５％、
Ｎａ₂Ｏ１２．３％、Ｋ₂Ｏ２．６％、ＣａＯ０．
５％、ＴｉＯ₂ ２．６％の組成を有する。また、ガラ
ス繊維及び炭素繊維の集束剤としては、変性ポリプロピ
レン樹脂を用いた。

【００３４】次に、実施例１、３〜８、１０、１２〜１
７のガラス繊維ストランド及び実施例２、９、１１の炭
素繊維ストランドを２４０℃に加熱されたポリプロピレ
ン樹脂が入れられた含浸ダイ中に浸漬し、２ｍ／分の速
度でダイの円筒状成形出口を通過させ、表１〜３に示す
凹凸高低差の凹凸パターンを有する成形型により凹凸を
形成し、冷却ローラで冷却し、表１〜３に示す長さにカ
ットして断面形状が略円形や略長方形のコンクリート補
強材を作製した。

【００３５】コンクリート補強材の凹凸高低差、全表面
積及び断面積は、触針式表面形状測定機（サーフコム４
７５Ａ−３Ｄ、東京精密製）によって測定した。

【００３６】さらに、普通ポルトランドセメントを３６
３ｋｇ／ｍ³、最大粒径５．０ｍｍの川砂（細骨材）を
８５９ｋｇ／ｍ³、最大粒径２５ｍｍの川砂利（粗骨
材）を８０６ｋｇ／ｍ³、水を１６１ｋｇ／ｍ³及び高性
能ＡＥ減水剤（株式会社エヌエムビー製：商品名レオビ
ルドＳＰ−８Ｎ）を４．７ｋｇ／ｍ³の比率で混練し、
次いで上記したコンクリート補強材、ポリプロピレン樹
脂を０．８体積％に、スチールファイバを０．５体積％
になるように添加した後、３０秒間混練してコンクリー
トを作製した。尚、スチールファイバは、０．５体積％
よりも多く添加すると、著しく作業性が悪化したため、
添加量を０．５体積％とした。

【００３７】コンクリート成形時の作業性の評価は、コ
ンクリートの流動性を示すスランプ値を用いて行った。
このスランプ値は、上記したコンクリートの一部を採取
し、ＪＩＳＡ１１０１に示すコンクリートのスラン
プ試験方法に準じて測定した。尚、スランプ値が大きい
ほどコンクリートの流動性に優れ、作業性が良くなるこ
とを示している。

【００３８】また、上記したコンクリートを１５ｃｍ×
１５ｃｍ×６０ｃｍの型枠に流し込み、１６時間後脱型
してコンクリート成形体を得た。

【００３９】コンクリートの補強効果とコンクリート成
形体の靭性は、コンクリート成形体の曲げ試験により評
価し、この曲げ試験では、２０℃、６０％ＲＨで２週間
養生したコンクリート成形体を用い、スパン４５ｃｍ、
載荷速度０．２ｍｍ／分の条件での三等分点載荷曲げ試
験を行い、コンクリートの補強効果は、最大荷重値（ク
ラック発生時の荷重値）で評価した。また、コンクリー
ト成形体の靭性は、クラック発生後のたわみ量が５ｍｍ
の時の荷重値、すなわち、コンクリート成形体の中央部
底面に取り付けた１５０ｍｍのパイ型変位計によってク
ラックの開口幅を測定し、クラックの開口幅の３／４倍
に相当するクラック発生後のたわみ量（中央補正たわみ
量）が５ｍｍの時の荷重値を測定して評価した。尚、コ
ンクリート成形体の靭性は、スチールファイバと同程度
であることが必要とされる。また、このときの荷重値が
小さい程、コンクリートの剥落が発生しやすいことを表
している。

【００４０】表１〜３に示すように、実施例１〜１７
は、作業性に優れ、コンクリートの補強効果及びコンク
リート成形体の靭性に優れていた。

【００４１】それに対して、比較例１８は、作業性に優
れるものの、コンクリートの補強効果及びコンクリート
成形体の靭性が劣っていた。また、比較例１９は、コン
クリートの補強効果及びコンクリート成形体の靭性に優
れるものの、作業性が劣っていた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコンクリ
ート補強材をコンクリートの補強材として使用すると、
外部からの応力によりクラックが発生しにくく、また、
コンクリートにクラックが発生しても、コンクリートの
剥落が発生しにくい。

【００４３】また、本発明のコンクリート補強材を用い
たコンクリート成形体は、クラックが発生しにくく、コ
ンクリートの剥落が発生しにくいため、土木や建築分野
における構造体として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンクリート補強材である。

【図２】本発明のコンクリート補強材の断面拡大図であ
る。

【図３】本発明のコンクリート成形体である。

【図４】コンクリート成形体の曲げ試験における応力変
化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０コンクリート補強材１１無機繊維束１２凹凸１３モノフィラメント１４コンクリート成形体１５粗骨材１６細骨材Ｐクラック発生時の応力値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続した無機繊維束に樹脂を含浸させ、
それを硬化させてから切断した長尺状のコンクリート補
強材であって、表面に０．０５〜３．０ｍｍの凹凸高低
差を有することを特徴とするコンクリート補強材。
【請求項２】表面凹凸量１００Ｓｗ／（２Ｓｃ＋Ｌｃ
・Ｌｈ）−１００が１０以上であることを特徴とする請
求項１に記載のコンクリート補強材。ここで、コンクリ
ート補強材において、Ｓｗは、コンクリート補強材１本
あたりの全表面積、Ｓｃは、断面積、Ｌｃは、理想断面
周囲長さ、Ｌｈは、長さを指す。
【請求項３】１本あたりの全表面積Ｓｗが２０〜１５
００ｍｍ²であることを特徴とする請求項１又は２に記
載のコンクリート補強材。
【請求項４】連続した無機繊維束を２０〜７０体積％
含有す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材。
【請求項５】断面積Ｓｃが０．０５〜４．０ｍｍ²で
あり、長さＬｈが２０〜８０ｍｍであることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート補強
材。
【請求項６】連続した無機繊維束が、ガラス繊維スト
ランドあるいは炭素繊維ストランドからなることを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載のコンクリート補
強材。
【請求項７】補強材として、請求項１〜６のいずれか
に記載のコンクリート補強材を含むことを特徴とするコ
ンクリート成形体。
【請求項８】コンクリート補強材を０．３〜２．０体
積％含むことを特徴とする請求項７に記載のコンクリー
ト成形体。