JP2016166111A

JP2016166111A - コンクリート補強用線材

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Publication number: JP2016166111A
Application number: JP2015047211A
Authority: JP
Inventors: 野村　幸弘; Yukihiro Nomura; 幸弘野村; 奥山　幸成; Yukinari Okuyama; 幸成奥山
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-09-15

Abstract

【課題】曲げ強度、靱性に優れたセメント成型体を得るためのセメント中に配合する流動性に優れ且つ補強効果の高い補強用線材の提供。【解決手段】撚りのない糸（芯糸）と下撚りをかけた糸（鞘糸）を引き揃え、下撚りと反対方向の上撚りをかけ、芯糸の周りに鞘糸が波状に巻きついた形状の壁撚り糸とし、さらに樹脂加工を施すことによって螺旋形状を維持したコンクリート補強用線材であって、コンクリート、モルタルに混入して高い補強効果を得るコンクリート補強用線材。撚りのない糸（芯糸）がポリビニルアルコール繊維であり、下撚りを掛けた糸（鞘糸）が重合平均分子量１００万以上の高分子量ポリエチレン繊維又はパラ系全芳香族ポリアミド繊維であるコンクリート補強用繊維。【選択図】図１

Description

本発明は、補強用線材に関する。更に詳しくは、コンクリート、モルタルに混入して強度および／または靱性を向上させる目的に用いる補強用線材に関する。

従来、補強用線材について、鋼線あるいは鉄線等をコンクリート等に混入する技術が知られていた。しかし、鋼線あるいは鉄線等の金属線材を用いた場合、錆が発生するという問題があった。

一方、かかる錆びの発生という問題点を解消すべく有機系線材というが使用され、代表的なものとしてはビニロンフィラメント線材が使用されている。
しかし、かかる発明は錆びないという点では改良されたものの補強効果という点で元々の強度が低いことから鋼線には劣るという問題があった。そこで、補強効果の高い構造として螺旋形状が提案されたが、工業的に得ることが難しく実現に至っていない。（例えば特許文献１）。

特開2001-261403号公報

本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、コンクリート、モルタルの補強効果に優れた補強用線材を提供することにある。

昨今、生物模倣技術、所謂バイオミメティクスへの関心が高くなっている。本発明者らは自然界で良く観察される螺旋構造、植物の蔓が他に周回して巻き付き螺旋形状となることで強固に自らを固着安定させていることに着目し鋭意検討した結果、この螺旋構造を以下に示す手段により工業的に実現することが可能であることを見いだし、上記課題の補強効果の高い有機系繊維線材を提供するに至った。

本発明により、引き抜き抵抗が高く、コンクリート或いはモルタルの強度および／または靱性を大きく向上させる補強用線材を提供することができる。

本発明に用いられる壁撚り糸の形状の概略図である。

以下、本発明を詳述する。
本発明は、意匠糸として知られる壁撚り糸（壁糸）を補強材として使用するものである。本来、壁撚り糸の強さは芯糸となる撚りのない糸が寄与する。しかし本発明での芯糸の役割は、「構造の形成」と「樹脂加工等での形状の維持」であり、強度は芯糸を周回して螺旋状となる下撚りを掛けた糸が担うことが重要となる。

すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
１．撚りのない糸（芯糸）と下撚りをかけた糸（鞘糸）を引き揃え、下撚りと反対方向の上撚りをかけ、芯糸の周りに鞘糸が波状に巻きついた形状である壁撚り糸に、単位重量に対して１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の樹脂を付与、硬化させ、長さが１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下に切断したことを特徴とするコンクリート補強用線材。
２．撚りのない糸（芯糸）が、繊度が５０ｄｔｅｘ以上４００ｄｔｅｘ以下で且つ、撚りのない糸（芯糸）と下撚りを掛けた糸（鞘糸）の繊度の比が２倍以上５倍以下であるであることを特徴とする、上記１記載のコンクリート補強用線材。
３．上撚りが１００回／ｍ以上３００回／ｍ以下であることを特徴とする請求項１、２いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
４．下撚りを掛けた糸の撚数が２００回／ｍ以上４００回／ｍ以下であることを特徴とする、上記１、２いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
５．撚りのない糸（芯糸）が、引張強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維であることを特徴とする上記１〜４、いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
６．撚りのない糸（芯糸）が、重量平均分子量が１０万以上１００万以下のポリエチレン繊維であることを特徴とする上記５に記載の補強用線材コンクリート補強用線材。
７．撚りのない糸（芯糸）が、ポリビニルアルコール繊維であることを特徴とする上記５に記載の補強用線材コンクリート補強用線材。
８．下撚りを掛けた糸（鞘糸）が、繊度が１４００ｄｔｅｘ以下で且つ引っ張り強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引っ張り弾性率が５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である高強度有機繊維であることを特徴とする、上記１〜７いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
９．該鞘糸が、重量平均分子量が１００万以上の高分子量ポリエチレン繊維であることを特徴とする上記１〜８いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
１０．該鞘糸がパラ系全芳香族ポリアミド繊維であることを特徴とする上記１〜８いずれかに記載のコンクリート補強用線材。

以下、本発明を詳細に説明する。
本願において、壁撚り糸構造を有することが必要である。壁撚り糸（壁糸）とは、下撚をかけた糸と撚りのない糸を引きそろえ、下撚と反対方向の上撚をかけた糸のことをいい、本願においては、下撚をかけた糸を鞘糸、引きそろえた糸を芯糸ともいう。下撚りの好ましい撚糸回数は２００回／ｍ以上、４００回／ｍ以下である。下撚りを掛けた糸が収束した状態であるために、２５０回／ｍ以上、３５０回／ｍ以下であるとより好ましい。

本願の壁撚り糸において、特に上撚りの回数が重要である。上撚りの好ましい回数は１００回／ｍ以上、３００回／ｍ以下であり、より好ましくは、１５０回／ｍ以上、２５０回／ｍ以下である。上撚りの回数が１００回／ｍより少ない場合、切断された芯糸の長さの間に下撚りを掛けた糸の周回が１回以下となり、螺旋の効果が少なくなる。結果として壁撚り糸の効果が少なくなり、糸の引き抜けが発生してしまうため好ましくない。一方、３００回／ｍを超す場合は芯糸に巻き付く鞘糸の角度が大きくなりすぎ、鞘糸の強度が充分に発揮されず、補強効果が得られない。

上記撚数であれば、鞘糸、芯糸とも断面が円形に近くなるため、補強効果を得るために重要である。

補強線材としての強度を得るためには、撚りのない糸と下撚りを掛けた糸の繊度の比が２倍以上５倍以下であることが重要である。繊度の比が２倍未満の場合は体積当たりの強度が不足し、５倍を超す場合は、芯糸が下撚りを掛けた糸に負けて螺旋構造を維持出来ず、十分な補強効果が得ることができない。

コンクリートを繊維で補強する場合の繊維含有率は、数％程度であり、補強効果を発揮するためには混入する補強繊維の本数が多い方が良い。逆に、混入する補強繊維の本数が多すぎる場合には均一に分散しない、流動性が悪くなるという不具合が起きる。したがって、壁撚り糸の総繊度は３００ｄｔｅｘ以上１８００ｄｔｅｘ以下にすることが望ましく、芯糸の繊度は５０ｄｔｅｘ以上４００ｄｔｅｘ以下、鞘糸は２５０ｄｔｅｘ以上１４００ｄｔｅｘ以下が好ましい。

芯糸は、上撚りを掛ける工程や樹脂を含浸させる工程で破断しないことが必要である。引張強度は１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましい。より好ましくは１５ｃN／dtex以上、さらに好ましくは２０ｃN／dtex以上である。強度が低い場合、含浸した樹脂の重さで破断する恐れがある。引張弾性率は樹脂加工を行っても伸びにくい方が好ましく、２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましい。より好ましくは３００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘより低い場合、加工中に伸びてしまい、下撚りを掛けた糸が真っ直ぐになる、いわゆる壁撚り糸の形態が維持できなくなるため、好ましくない。

芯糸はコンクリートに練り混ぜて使われるために柔軟性に富んだ有機繊維であることが好ましい。より好ましくはコンクリートに混入されて使われることから耐アルカリ性に優れるポリエチレン繊維あるいはポリビニルアルコール繊維を用いるとよい。

芯糸に用いられるポリエチレン繊維は、重量平均分子量が１０万以上１００万以下であることが好ましい。

本発明で用いる鞘糸は、コンクリート補強用線材の主体となるため、高強度を有していることが好ましい。好ましくは２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度繊維が好ましい。引張弾性率は伸びにくい方が好ましく、５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましい。より好ましくは６００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。高強度繊維の種類としては、高強度ポリエチレン繊維、パラ系全芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリベンズオキサゾール繊維などが知られているが、これに限定されるものではない。特に高強度ポリエチレン繊維がコンクリート内部のアルカリ性環境での強度低下が小さいため、好ましい。

鞘糸に用いられるポリエチレン繊維は、重量平均分子量が１００万以上であることが好ましい。

本願発明の壁撚り糸は樹脂を含浸して固めることで必要な形状を固定する必要がある。樹脂の種類に関しては特に限定はないが、コンクリート中に補強用線材として混合し、練り混ぜられても形態が維持できる強度を有することが必要である。壁撚り糸に対して、樹脂含有量は１０ｗｔ％以上、２０％ｗｔ以下が好ましい。樹脂含有量が１０ｗｔ％未満の場合、繊維間に樹脂が含浸していない部分が発生し、コンクリートとの混合中に壁撚り糸の形状が維持出来ず、充分な補強硬化が得られなくなるため好ましくない。一方、樹脂含有量が２０ｗｔ％を超す場合は繊維とコンクリートの間の樹脂膜が厚くなりすぎるために樹脂界面で引き抜けやすい上に体積当たりの補強繊維の割合が少なくなるため、目的とする補強効果を得ることが難しい。より好ましくは樹脂含有量が１２％以上１８％以下である。

本発明の樹脂加工された壁撚り糸は、補強用線材と使用される場合、長さ１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下で用いられる必要がある。１０ｍｍに満たない場合、壁撚り糸の「螺旋の効果」が得られないため、補強材としての効果が減少してしまう。一方、２０ｍｍを超す場合は壁撚り糸の螺旋の効果は充分得られるが、同じ体積の補強材を使用した場合、本数が少なくなるためコンクリートの強度向上の効果が薄れてしまうため好ましくない。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
なお、使用した繊維の物性を表１に、実施例比較例で得られたコンクリートの性能を表２に示した。

（１）繊度
ＪＩＳＬ−１０９５９．４．１記載の方法で測定した。
（２）引張強度、破断伸度、及び初期弾性率
ＪＩＳＬ１０１３８．５．１に準拠して測定しており、万能試験機（株式会社オリエンテック製、「テンシロン万能材料試験機ＲＴＦ−１３１０」）を用い、サンプル長２００ｍｍ（チャック間長さ）、伸長速度１００ｍｍ／分の条件で歪−応力曲線を雰囲気温度２０℃、相対湿度６５％条件下で測定した。破断点での応力と伸びから引張強度と破断伸度を、曲線の原点付近の最大勾配を与える接線から初期弾性率を計算して求めた。この時、測定時にサンプルに印加する初荷重をサンプル１００００ｍ当りの質量（ｇ）の１／１０とした。なお、引張強度、破断伸度、及び初期弾性率は１０回の測定値の平均値を使用した。

（３）極限粘度
溶媒を温度１３５℃のデカリンとし、ウベローデ型毛細粘度管を用いて、種々の希薄溶液の比粘度を測定した。希薄溶液粘度の濃度に対するプロットから最小２乗近似で得られる直線の原点への外挿点より極限粘度を決定した。測定に際し、サンプルを約５ｍｍ長の長さに分割又は切断し、サンプルに対して１質量％の酸化防止剤（エーピーアイコーポレーション社製、「ヨシノックス（登録商標）ＢＨＴ」）を添加し、１３５℃で４時間攪拌溶解して測定溶液を調製した。

（４）重量平均分子量
上記（１）の方法で測定された極限粘度の値から以下の式を用いて重量平均分子量を算出した。
重量平均分子量＝５．３６５×１０⁴×（極限粘度）^1.37

（５）コンクリートの性能評価
線材の補強による効果は、以下の条件でコンクリートを作成し、その性能で評価した。
速強セメントと水、細骨材に７号珪砂を選択し、水セメント比０．３、骨材／セメント比０．２、減水剤「チューポールＳＳＰ-１０４」をセメント比２％、増粘剤ｔｈｉｃｋｅｎｅｒをセメント比０．１％で調合した材料をオムニミキサで１０分間練り混ぜた後、補強線材を所定量混入して、再びオムニミキサで２分間練り混ぜて得たモルタルを４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型に打設して試験体を製作し、２５℃で４週間の養生の後中央部に１２ｍｍの切り欠きを加え、支点間距離１２ｃｍの曲げ試験で確認した。
また、得られたモルタルを用いて流動性の測定をＪＩＳＲ５２０１に従い実施した。

（実施例１）
撚りのない糸として繊度１１０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製ポリエチレン繊維「ツヌーガ（登録商標）」を、下撚りを掛けた糸として繊度４４０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製高強度ポリエチレン繊維「ダイニーマ（登録商標）ＳＫ６０」にＳ３００回／ｍの撚りを掛けたものを使用した。それぞれを引き揃えてＺ２００回／ｍの上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した。得られた壁撚り糸に（株）スリーボンド社製エポキシ樹脂（主剤：２０２２Ｂ、硬化剤：２１０６Ｇ）を重量比が１５％となるように付着させ、１１０℃の加熱炉を１０分間通し樹脂を硬化させた。得られた線材を長さ１５ｍｍに切断して補強用線材とした。

（実施例２）
実施例１で得られた線材を長さ２０ｍｍに切断して補強用線材を作成した。

（実施例３）
実施例１で得られた壁撚り糸に太田化研（株）製オレフィン樹脂（ＨＳＳ）を重量比が１５％となるように付着させ、１１０℃の加熱炉を１０分間通し樹脂を硬化させた。得られた線材を長さ１５ｍｍに切断して補強用線材を作成した

（実施例４）
Ｚ１５０回／ｍの上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（実施例５）
撚りのない糸として繊度２２０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製ポリエチレン繊維「ツヌーガ（登録商標）」を用いた以外は、実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（実施例６）
撚りのない糸として繊度２２０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製ポリエチレン繊維「ツヌーガ（登録商標）」を、下撚りを掛けた糸として繊度８８０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製高強度ポリエチレン繊維「ダイニーマ（登録商標）ＳＫ６０」にＳ３００回／ｍの撚りを掛けたものを、それぞれを引き揃えてＺ１５０回／ｍの上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（実施例７）
撚りのない糸として繊度１１０ｄｔｅｘのユニチカ株式会社製ポリビニルアルコール繊維「ビストロン（登録商標）」を使用した以外は実施例１と同様の方法で１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（実施例８）
実施例７で得られた壁撚り糸に太田化研（株）製オレフィン樹脂（ＨＳＳ）を付着させ、１１０℃の加熱炉を１０分間通し樹脂を硬化させ線材とした。さらに得られた線材を長さ１５ｍｍに切断して補強用線材を作成した。

（実施例９）
撚りのない糸として繊度１１０ｄｔｅｘのユニチカ株式会社製ポリビニルアルコール繊維「ビストロン（登録商標）」を、下撚りを掛けた糸として繊度８８０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製高強度ポリエチレン繊維「ダイニーマ(R)ＳＫ６０」にＳ３００回／ｍの撚りを掛けたものを、それぞれを引き揃えてＺ１５０の上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（実施例１０）
撚りのない糸として繊度１１０ｄｔｅｘのユニチカ株式会社製ポリビニルアルコール繊維「ビストロン（登録商標）」を、下撚りを掛けた糸として繊度４４０ｄｔｅｘの帝人（株）製ｐ−アラミド繊維「テクノーラ（登録商標）」にＳ３００回／ｍの撚りを掛けたものを、それぞれを引き揃えてＺ１５０回／ｍの上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（実施例１１）
Ｚ２５０回／ｍの上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（比較例１）
補強繊維を混入しなかった。

（比較例２）
東洋紡株式会社製高強度ポリエチレン繊維「ダイニーマ（登録商標）ＳＫ６０」、８８０ｄｔｅｘにＳ２００回／Ｍの撚りを掛けた撚糸に（株）スリーボンド社製エポキシ樹脂（主剤：２０２２Ｂ、硬化剤：２１０６Ｇ）を重量比が１５％となるように付着させ、１１０℃の加熱炉を１０分間通し樹脂を硬化させた。得られた線材を長さ１５ｍｍに切断して補強用線材を作成した。

（比較例３）
実施例１で得られた線材を長さ８ｍｍに切断した。

（比較例４）
実施例１で得られた線材を長さ２５ｍｍに切断した。

（比較例５）
Ｚ５０回／ｍの上撚りを掛けて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（比較例６）
撚りのない糸として繊度４４０ｄｔｅｘの東洋紡株式会社製ポリエチレン繊維「ツヌーガ（登録商標）」を用いて壁撚り糸を作成した以外は実施例１と同様の方法で長さ１５ｍｍの補強用線材を作成した。

（比較例７）
実施例１で得られた壁撚り糸に（株）スリーボンド社製エポキシ樹脂（主剤：２０２２Ｂ、硬化剤：２１０６Ｇ）を重量比が８％となるように付着させ、１１０℃の加熱炉を１０分間通し樹脂を硬化させ線材とした。さらに得られた線材を長さ１５ｍｍに切断して補強用線材を作成した。

（比較例８）
実施例１で得られた壁撚り糸に（株）スリーボンド社製エポキシ樹脂（主剤：２０２２Ｂ、硬化剤：２１０６Ｇ）を重量比が２３％となるように付着させ、１１０℃の加熱炉を１０分間通し樹脂を硬化させ線材とした。さらに得られた線材を長さ１５ｍｍに切断して補強用線材を作成した。

本発明の補強用線材は、壁撚り糸構造を有することで、コンクリート、モルタルの補強効果に優れたものとなる。

１撚りのない糸（芯糸）
２下撚りを掛けた糸（鞘糸）
３上撚りを掛けた壁撚り糸

Claims

撚りのない糸（芯糸）と下撚りをかけた糸（鞘糸）を引き揃え、下撚りと反対方向の上撚りをかけ、芯糸の周りに鞘糸が波状に巻きついた形状である壁撚り糸に、単位重量に対して１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の樹脂を付与、硬化させ、長さが１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下に切断したことを特徴とするコンクリート補強用線材。
撚りのない糸（芯糸）が、繊度が５０ｄｔｅｘ以上４００ｄｔｅｘ以下で且つ、撚りのない糸（芯糸）と下撚りを掛けた糸（鞘糸）の繊度の比が２倍以上５倍以下であるであることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート補強用線材。
上撚りが１００回／ｍ以上３００回／ｍ以下であることを特徴とする請求項１、２いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
下撚りを掛けた糸の撚数が２００回／ｍ以上４００回／ｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
撚りのない糸（芯糸）が、引張強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維であることを特徴とする請求項１〜４、いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
撚りのない糸（芯糸）が、重量平均分子量が１０万以上１００万以下のポリエチレン繊維であることを特徴とする請求項５に記載の補強用線材コンクリート補強用線材。
撚りのない糸（芯糸）が、ポリビニルアルコール繊維であることを特徴とする請求項５に記載の補強用線材コンクリート補強用線材。
下撚りを掛けた糸（鞘糸）が、繊度が１４００ｄｔｅｘ以下で且つ引っ張り強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引っ張り弾性率が５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である高強度有機繊維であることを特徴とする、請求項１〜７いずれかに記載のコンクリート補強用線材。
該鞘糸が、重量平均分子量が１００万以上の高分子量ポリエチレン繊維であることを特徴とする請求項１〜８に記載のコンクリート補強用線材。
該鞘糸がパラ系全芳香族ポリアミド繊維であることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載のコンクリート補強用線材。