JP2015081212A - 繊維補強セメント系複合材料、及びその製造方法、並びに壁、及びブロック - Google Patents

Abstract

【課題】繊維補強効果が効果的に発揮されると共に取扱い性に優れた繊維補強セメント系複合材料を製造する。
【解決手段】繊維補強モルタルブロック１０は、予め鋼繊維１１とセメント系マトリックス１３よりも比重が小さいＰＰ繊維１２とがセメント系マトリックス１３に混合された原料を用いて成型されている。この繊維補強モルタルブロック１０が組積されて耐震壁が構築される。鋼繊維１１の線径は０．６ｍｍである。
【選択図】図３

Description

本発明は、繊維補強セメント系複合材料、及びその製造方法、並びに壁、及びブロックに関する。

柱と梁で囲まれた空間に高強度繊維補強コンクリートブロックを組積して耐震壁を構築する耐震補強工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、高強度繊維補強コンクリートブロックの耐力は、Ｋ型ブレースと同等かそれ以上である旨、記載されている。

また、繊維補強セメント系複合材料の製造方法として、セメント系マトリックスよりも比重が小さい高強度繊維を型枠の下層部に敷設し、該セメント系マトリックスよりも比重が大きい鋼繊維をその上に敷設した後、該セメント系マトリックスを型枠内に流し込み、該型枠に振動を与え、該セメント系マトリックスを繊維に含浸させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の製造方法では、型枠に振動を与えた際に比重の小さな高強度繊維が浮き上がるのを比重の大きな鋼繊維で抑えることにより、底側に高強度繊維を偏らせる。この底側を、製品の曲げ荷重の作用時の引張応力側とすることにより、曲げに対する耐力が大きい成型品を得ようとしている。

特開２００７−１６２２５５号公報 特開平７−６０７３１号公報

特許文献２に記載の製造方法により特許文献１に記載の繊維補強コンクリートブロックを作製する場合、ブロックを横に寝かせた状態で成型することにより繊維が厚み方向の片側に寄ることに起因して、ブロックの繊維が豊富な片面側では割裂強度やせん断強度が高くなるのに対して、反対側では割裂強度やせん断強度が低くなる。ここで、ブロックの構造性能は、強度が低い部分で評価されるため、ブロックの繊維補強効果が表れ難い。

また、繊維補強コンクリート（又はモルタル）ブロックを作業者が組積する作業では、繊維が細いと、ブロック表面の繊維が棘となり、作業者がブロックを持ち難いという問題がある。ここで、この問題に対処するために繊維の線径を大きくすることが考えられるが、その場合、成型時に繊維が型枠の底側に沈み易くなり、片面側では割裂強度やせん断強度が高いが反対側では割裂強度やせん断強度が低いという成型品が得られる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、繊維補強効果が効果的に発揮されると共に取扱い性に優れた繊維補強セメント系複合材料を製造することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る繊維補強セメント系複合材料は、予め鋼繊維とセメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維とがセメント系マトリックスに混合された原料を用いて成型されたことを特徴とする。

前記繊維補強セメント系複合材料において、前記セメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維はポリプロピレン繊維であってもよい。

また、本発明に係る壁は、前記繊維補強セメント系複合材料を用いて構築されたことを特徴とする。

また、本発明に係るブロックは、前記繊維補強セメント系複合材料からなり、組積されて壁を構成することを特徴とする。

前記ブロックにおいて、前記鋼繊維の線径が０．６ｍｍであってもよい。

また、本発明に係る繊維補強セメント系複合材料の製造方法は、予め鋼繊維とセメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維とをセメント系マトリックスに混合させた原料を用いて繊維補強セメント系複合材料を成型することを特徴とする。

本発明によれば、繊維補強効果が効果的に発揮されると共に取扱い性に優れた繊維補強セメント系複合材料を製造できる。

一実施形態に係るブロックを組積した耐震壁を示す立面図、立断面図、平断面図である。 一実施形態に係るブロックを作製する手順を示す図である。 一実施形態に係るブロックを作製する手順を示す図である。 鋼繊維及びＰＰ繊維の種類及び寸法等についてまとめた表である。 ＰＰ繊維の混合の有無と強度との関係を確認した実験の結果をまとめた表である。 試験体ブロックの強度試験後の状態を示す図である。 鋼繊維とＰＰ繊維との質量パーセント濃度と、鋼繊維の分散性との関係を確認する実験の結果をまとめた表である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る繊維補強モルタルブロック１０を組積した耐震壁１を示す立面図である。この図に示すように、耐震壁１は、柱２、梁３及び床４で囲まれた空間内で組積された多数の繊維補強モルタルブロック（以下、ブロックという）１０と、最上段のブロック１０と梁３とを接合するための梁用の接合ブロック２０と、最下段のブロック１０と床４とを接合するための床用の接合ブロック２１と、左端及び右端のブロック１０と柱２とを接合するための柱用の接合ブロック２２と、梁３に接着された梁用の鋼製のガイド板２４と、床４に接着された床用の鋼製のガイド板２５と、ガイド板２４に打設されたアンカー２６と、柱２に打設されたアンカー２７と、接合ブロック２０に設けられた建込ボルト２８と、接合ブロック２２に設けられた建込ボルト２９とを備えている。

ブロック１０は、繊維補強モルタルを原料として成型された成型品であり、矩形状の外枠部１０Ａと、外枠部１０Ａ内のＶ字状の斜材１０Ｂとを備えている。上下左右に並んだブロック１０は、互いに接着されている。

接合ブロック２０、２１、２２は、繊維補強モルタルブロック１０よりも厚みが大きい直方体状のブロックであり、接合ブロック２０は、最上段のブロック１０の上面に、接合ブロック２１は、最下段のブロック１０の下面に、接合ブロック２２は、左端又は右端のブロック１０の側面に接着されている。接合ブロック２０には複数の建込ボルト２８が梁の長手方向に並べて設けられ、接合ブロック２２には１本の建込ボルト２９が設けられている。

梁用のガイド板２４は、梁３の一端から他端まで延びる長尺の鋼板であり、その長手方向にアンカー２６が２列で打設されている。また、床用のガイド板２５は、梁用のガイド板２４の直下において床４に接着された長尺の鋼板であり、床用の接合ブロック２１が接着されている。

ここで、接合ブロック２０と梁３との間には、アンカー２６と建込ボルト２８とが埋設されるようにグラウトが充填されており、これにより、ブロック１０が、接合ブロック２０、アンカー２６、建込ボルト２８及びグラウトを介して梁３に一体化されている。

また、アンカー２７が、柱２に２列で打設されている。ここで、接合ブロック２２と柱２との間には、アンカー２７と建込ボルト２９とが埋設されるようにグラウトが充填されており、これにより、ブロック１０が、接合ブロック２２、アンカー２７、建込ボルト２９及びグラウトを介して柱２に一体化されている。

図２及び図３は、一実施形態に係るブロック１０を作製する手順を示す図である。まず、図２に示すように、予め鋼繊維１１とＰＰ（ポリプロピレン）繊維１２とを、セメントと水と混練したモルタルであるセメント系マトリックス１３に混合させた原料を型枠５に流し込む。次に、図３に示すように、型枠５に対してバイブレーター（図示省略）により振動を与えて原料を締め固めることにより、原料を脱泡する。その後、硬化した成型品たるブロック１０を脱型する。

図４は、鋼繊維１１及びＰＰ繊維１２の種類及び寸法等についてまとめた表である。この表に示すように、鋼繊維１１の比重は、ＰＰ繊維１２の比重よりも大きく、また、鋼繊維１１の比重は、セメントマトリックスの比重（例えば、２．３）よりも大きく、ＰＰ繊維１２の比重は、セメントマトリックスの比重よりも小さい。

鋼繊維１１としては、例えば、東京製綱株式会社製のコンクリート補強用鋼繊維（以下、東京製綱製の鋼繊維という）や神鋼建材工業株式会社製のスチールファイバードラミックス（登録商標、以下、ドラミックスという）等が挙げられる。東京製綱製の鋼繊維の一例としては、引張強度が２０００Ｎ／ｍｍ^２以上で、線径が０．１５〜０．２２ｍｍ、長さが１３ｍｍ、１５ｍｍ、比重が７．８のものが挙げられる。また、ドラミックスの一例としては、線径が０．５０ｍｍ、長さが３０ｍｍ、比重が７．８、引張強度が１０８０Ｎ／ｍｍ^２以上のもの等が挙げられる。なお、本実施形態では、線径が０．６ｍｍの鋼繊維１１を作製して使用している。

ＰＰ繊維１２としては、例えば、大日製罐株式会社製のポリストロン（登録商標）、神鋼建材工業株式会社製のポリミックス（商品名）等が挙げられる。ポリストロンの一例としては、線径０．７５ｍｍ、長さが３２．４５ｍｍ、比重が０．９１、引張強度が４５０Ｎ／ｍｍ^２以上のものが挙げられる。また、ポリミックスの一例としては、線径が０．６５ｍｍ、長さが３０．４５ｍｍ、比重が０．９１、引張強度が５０１Ｎ／ｍｍ^２以上のものが挙げられる。

図５は、ＰＰ繊維１２の混合の有無と強度との関係を確認した実験の結果をまとめた表である。この実験では、ＰＰ繊維１２を混合した試験体ブロックとＰＰ繊維１２を混合しない試験体ブロック（図６参照）とをそれぞれ作製し、試験体ブロックに圧縮荷重、ひび荷重、割裂荷重、及び直接せん断荷重とを加えて、圧縮強度、割裂強度、及び直接せん断強度を測定した。

図５の表に示すように、圧縮強度については、ＰＰ繊維１２を混合することにより低下する傾向にあるが、ひび強度、割裂強度、及びせん断強度については、ＰＰ繊維１２を混合することにより上昇する傾向があることが確認された。

また、ＰＰ繊維１２を混合しない場合には、図６に示すように、試験体ブロック１１０の型枠底側では、ひびや割裂が生じないのに対して、試験体ブロック１１０の打設面側では、ひびや割裂が生じることが確認された。

図７は、鋼繊維１１とＰＰ繊維１２との質量パーセント濃度と、鋼繊維１１の分散性との関係を確認する実験の結果をまとめた表である。ここで、鋼繊維１１の分散性は目視で確認した。図７の表に示すように、鋼繊維１１の質量パーセントが２．０％、ＰＰ繊維１２の質量パーセントが０．０％である試験体１では、鋼繊維１１の分散性が悪く、成型品の打設面側は明らかに鋼繊維１１が少ないのに対して、成型品の型枠底側は明らかに繊維が多いことが目視で確認された。

一方、鋼繊維１１の質量パーセント濃度が１．５％、ＰＰ繊維１２の質量パーセント濃度が０．５％である試験体２、鋼繊維１１の質量パーセント濃度が１．２５％、ＰＰ繊維１２の質量パーセント濃度が０．７５％である試験体３、及び、鋼繊維１１の質量パーセント濃度が１．０％、ＰＰ繊維１２の質量パーセント濃度が１．０％である試験体４では、鋼繊維１１の分散性が良く、鋼繊維１１が成型品の型枠底側に偏ることなく全体的に分布していることが目視で確認された。

以上説明したように、本実施形態に係る繊維補強モルタルからなるブロック１０は、予め鋼繊維１１とセメント系マトリックス１３よりも比重が小さい繊維であるＰＰ繊維１２とがセメント系マトリックス１３に混合された原料を用いて成型されている。ここで、ブロック１０の成型時、特に、成型品を締め固めるためにバイブレーターにより型枠５に振動を与えている時に、セメント系マトリックス１３よりも比重が大きい鋼繊維１１は、型枠５の底側に沈降しようとする。それに対して、セメント系マトリックス１３よりも比重が小さいＰＰ繊維１２は、打設面側に浮き上がろうとして、鋼繊維１１の沈降を妨げる。これによって、鋼繊維１１の型枠５の底側への偏りが抑えられ、鋼繊維１１が成型品の全体に均等に分散される。従って、ブロック１０の割裂・せん断・ひびに対する強度を、片面側に偏らせることなく、両面側で高めることができ、繊維補強効果を効果的に発揮させることができる。

特に、本実施形態では、ブロック１０の取扱い性を考慮して、線径が０．６ｍｍと太い鋼繊維１１を用いているため、鋼繊維１１は妨げるものがなければ沈降し易いが、ＰＰ繊維１２が鋼繊維１１の沈降を妨げることにより、繊維補強効果を効果的に発揮させると共に取扱い性に優れた繊維補強モルタルブロック１０を製造できる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、セメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維としてＰＰ繊維を用いたが、パラ型アラミド繊維（例えば、テクノーラ（登録商標：帝人株式会社製））等の他の繊維を用いてもよい。また、セメント系マトリックスは、モルタルに限らず、コンクリートを用いてもよい。

１ 耐震壁、２ 柱、３ 梁、４ 床、５ 型枠、１０ ブロック、１０Ａ 外枠部、１０Ｂ 斜材、１１ 鋼繊維、１２ ＰＰ繊維、１３ セメント系マトリックス、２０、２１、２２ 接合ブロック、２４、２５ ガイド板、２６、２７ アンカー、２８、２９ 建込ボルト

Claims (6)

1. 予め鋼繊維とセメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維とがセメント系マトリックスに混合された原料を用いて成型された繊維補強セメント系複合材料。
2. 前記セメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維はポリプロピレン繊維である請求項１に記載の繊維補強セメント系複合材料。
3. 請求項１又は請求項２に記載の繊維補強セメント系複合材料を用いて構築された壁。
4. 請求項1又は請求項２に記載の繊維補強セメント系複合材料からなり、組積されて壁を構成するブロック。
5. 前記鋼繊維の線径が０．６ｍｍである請求項４に記載のブロック。
6. 予め鋼繊維とセメント系マトリックスよりも比重が小さい繊維とをセメント系マトリックスに混合させた原料を用いて繊維補強セメント系複合材料を成型する繊維補強セメント系複合材料の製造方法。

Images