JP2022088231A - Cement composition and concrete molded body - Google Patents

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Shunsuke Sato
憲司 山下
Kenji Yamashita
洋志 岡屋
Hiroshi Okaya
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Daiwa Boseki KK
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Abstract

To provide a cement composition and a concrete molded body having a high compressive strength and improved bending characteristics, especially toughness.SOLUTION: A cement composition contains cement, water, fine aggregate, and reinforcing fiber, wherein the reinforcing fiber contains thick fiber and fine fiber having different fiber diameters, a fiber diameter DA of the thick fiber exceeds 0.35 mm, a fiber diameter DB of the fine fiber is 0.026 mm or more and 0.1 mm or less, and a ratio LB/DB of a fiber length LB to a fiber diameter DB of the fine fiber is 20 or more and 800 or less, a fiber diameter ratio DA/DB between the thick fiber and the fine fiber is 10 or more, and a blending ratio by volume of the thick fiber to the fine fiber is 50/50 to 95/5.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、補強繊維を含むセメント組成物およびコンクリート成形体に関する。 The present invention relates to cement compositions and concrete molded bodies containing reinforcing fibers.

セメント組成物を硬化してなるコンクリート成形体を強化するために、セメント組成物に補強繊維を配合することが行われている。例えば、特許文献1には、剥落の防止と爆裂の防止を図るために、繊維径が20μm以上の太径繊維体と、繊維径が20μm未満の細径繊維体とを含む有機繊維体を表層部に設けたセメント組成物が提案され、具体的には、太径繊維体として繊維径が49μmで、繊維長さが20mmのポリプロピレン繊維を用い、細径繊維体として繊維径が18μmで、繊維長さが10mmのポリプロピレン繊維を用いたコンクリート構造物が開示されている。特許文献2には、靭性を高め耐衝撃性を改善するために、繊度が100~10000dtex、長さが100mm以下であるポリビニルアルコール系繊維および繊度0.1~80dtex、長さ100mm以下のポリオレフィン系繊維を含有する水硬性成形体が提案されている。特許文献3には、繊維径が200μm以上2000μm以下、繊維長が5mm以上60mm以下である有機短繊維A群および繊維径が10μm以上150μm以下、繊維長が4mm以上20mm以下である有機短繊維B群をA:B=70:30~10:90の混合割合で含有する水硬性材料混練成形体が提案されている。 In order to strengthen the concrete molded body obtained by hardening the cement composition, reinforcing fibers are added to the cement composition. For example, in Patent Document 1, in order to prevent peeling and explosion, an organic fiber body containing a large-diameter fiber body having a fiber diameter of 20 μm or more and a small-diameter fiber body having a fiber diameter of less than 20 μm is provided as a surface layer. A cement composition provided in the portion is proposed. Specifically, a polypropylene fiber having a fiber diameter of 49 μm and a fiber length of 20 mm is used as a large-diameter fiber, and a fiber having a fiber diameter of 18 μm as a small-diameter fiber is used. A concrete structure using a polypropylene fiber having a length of 10 mm is disclosed. Patent Document 2 describes polyvinyl alcohol fibers having a fineness of 100 to 10000 dtex and a length of 100 mm or less and polyolefin fibers having a fineness of 0.1 to 80 dtex and a length of 100 mm or less in order to enhance toughness and improve impact resistance. A water-hardened molded body containing fibers has been proposed. Patent Document 3 describes organic staple fibers A having a fiber diameter of 200 μm or more and 2000 μm or less and a fiber length of 5 mm or more and 60 mm or less, and organic staple fibers B having a fiber diameter of 10 μm or more and 150 μm or less and a fiber length of 4 mm or more and 20 mm or less. A water-hard material kneaded molded product containing a group in a mixing ratio of A: B = 70: 30 to 10:90 has been proposed.

特開2014-91668号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-91668 特開2001-139360号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-139360 特開2003-327462公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-327462

しかしながら、引用文献1~3に記載のセメント組成物の場合、靭性が高いものの圧縮強度が低いことや圧縮強度は高いものの靭性が低いことなどの問題があった。 However, in the case of the cement compositions described in Cited Documents 1 to 3, there are problems such as high toughness but low compressive strength and high compressive strength but low toughness.

本発明は、上記従来の問題を解決するため、圧縮強度が高く、曲げ特性、特に靭性が向上したセメント組成物およびコンクリート成形体を提供する。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a cement composition and a concrete molded body having high compressive strength and improved bending characteristics, particularly toughness.

本発明は、セメント、水、細骨材、および補強繊維を含むセメント組成物であり、前記補強繊維は、繊維径が異なる太繊維と細繊維を含み、前記太繊維の繊維径DAは0.35mmを超え、前記細繊維の繊維径DBは0.026mm以上0.1mm以下であり、前記細繊維の繊維長と繊維径の比率LB/DBが20以上800以下であり、前記太繊維と前記細繊維の繊維径比率DA/DBは10以上であり、前記太繊維と前記細繊維の配合比率は体積比で50/50~95/5であることを特徴とするセメント組成物に関する。 The present invention is a cement composition containing cement, water, fine aggregates, and reinforcing fibers. The reinforcing fibers include thick fibers and fine fibers having different fiber diameters, and the fiber diameter DA of the thick fibers is 0. The fiber diameter DB of the fine fiber exceeds 35 mm, the fiber diameter DB of the fine fiber is 0.026 mm or more and 0.1 mm or less, the ratio LB / DB of the fiber length to the fiber diameter of the fine fiber is 20 or more and 800 or less, and the thick fiber and the above. The present invention relates to a cement composition characterized in that the fiber diameter ratio DA / DB of the fine fibers is 10 or more, and the blending ratio of the thick fibers and the fine fibers is 50/50 to 95/5 in volume ratio.

本発明は、また、前記セメント組成物を硬化してなるコンクリート成形体に関する。 The present invention also relates to a concrete molded body obtained by hardening the cement composition.

本発明によれば、圧縮強度が高く、曲げ特性、特に靭性が向上したセメント組成物およびコンクリート成形体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cement composition and a concrete molded body having high compressive strength and improved bending characteristics, particularly toughness.

図1は、本発明の1例の太繊維の繊維断面の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a fiber cross section of an example of a thick fiber of the present invention. 図2は、本発明の1例の太繊維の繊維断面の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a fiber cross section of an example of a thick fiber of the present invention. 図3は、本発明の1例の細繊維の繊維断面の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a fiber cross section of an example of the fine fiber of the present invention. 図4は、本発明の1例の細繊維の繊維断面の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a fiber cross section of an example of the fine fiber of the present invention. 図5は、曲げ試験後の実施例1のセメント硬化体の破断面を観察した走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is a scanning electron micrograph of the fracture surface of the hardened cement body of Example 1 after the bending test. 図6は、本発明の1例の細繊維の繊維断面における凸部の各寸法を説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic view illustrating each dimension of the convex portion in the fiber cross section of the fine fiber of one example of the present invention. 図7は、曲げ試験における荷重と開口変位の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the load and the opening displacement in the bending test.

本発明者らは、上記従来の問題を解決するため、鋭意検討した結果、補強繊維として繊維径が異なる太繊維と細繊維を含むセメント組成物において、太繊維と細繊維の繊維径およびその比率、細繊維の繊維長と繊維径の比率、並びに太繊維と細繊維の配合比を所定の範囲に調整することで、該セメント組成物を硬化してなるコンクリート成形体が高い圧縮強度を維持しつつ、曲げ特性、特に靭性が向上することを見出した。 As a result of diligent studies to solve the above-mentioned conventional problems, the present inventors have found that in a cement composition containing thick fibers and fine fibers having different fiber diameters as reinforcing fibers, the fiber diameters of the thick fibers and the fine fibers and their ratio thereof. By adjusting the ratio of the fiber length to the fiber diameter of the fine fibers and the blending ratio of the thick fibers to the fine fibers within a predetermined range, the concrete molded body obtained by curing the cement composition maintains high compressive strength. At the same time, it was found that the bending characteristics, especially the toughness, were improved.

前記太繊維は、繊維径DAが0.35mmを超える。太繊維の繊維径DAが0.35mm以下であると、靱性の低下に繋がることがある。前記太繊維は、靭性の観点から、繊維径DAが0.4mm以上であることが好ましく、0.5mm以上であることがより好ましい。前記太繊維は、特に限定されないが、例えば、コンクリート中に太繊維を万遍なく行き渡らせる(分散させる)点から、繊維径DAが1.5mm以下であることが好ましく、1.2mm以下であることがより好ましい。本発明において、繊維径は、繊維断面の外接円の直径D(最大差し渡し長さ)を意味する。なお、本発明において、繊維断面の外接円が存在しない場合は、繊維径は、最小包含円の最大差し渡し長さを意味する。 The thick fiber has a fiber diameter DA of more than 0.35 mm. If the fiber diameter DA of the thick fiber is 0.35 mm or less, it may lead to a decrease in toughness. From the viewpoint of toughness, the thick fiber preferably has a fiber diameter DA of 0.4 mm or more, and more preferably 0.5 mm or more. The thick fiber is not particularly limited, but for example, the fiber diameter DA is preferably 1.5 mm or less, preferably 1.2 mm or less, from the viewpoint of evenly distributing (dispersing) the thick fiber in concrete. Is more preferable. In the present invention, the fiber diameter means the diameter D (maximum transfer length) of the circumscribed circle of the fiber cross section. In the present invention, when the circumscribed circle of the fiber cross section does not exist, the fiber diameter means the maximum transfer length of the minimum inclusion circle.

前記太繊維は、特に限定されないが、繊維長LAは15mm以上48mm以下であることが好ましく、20mm以上45mm以下であることがより好ましい。LAが15mm以上であると、靭性を向上しやすい。LAが48mm以下であると、セメント組成物中の繊維の分散性が良好になる。 The thick fiber is not particularly limited, but the fiber length LA is preferably 15 mm or more and 48 mm or less, and more preferably 20 mm or more and 45 mm or less. When LA is 15 mm or more, toughness is likely to be improved. When the LA is 48 mm or less, the dispersibility of the fibers in the cement composition becomes good.

前記太繊維は、特に限定されないが、繊維長LAと繊維径DAの比LA/DAは、25以上60以下であることが好ましく、28以上50以下であることがより好ましい。LA/DAが25以上であると、靭性が向上しやすい。LA/DAが50以下であると、圧縮強度が低下しにくい。 The thick fiber is not particularly limited, but the ratio LA / DA of the fiber length LA to the fiber diameter DA is preferably 25 or more and 60 or less, and more preferably 28 or more and 50 or less. When LA / DA is 25 or more, toughness tends to be improved. When LA / DA is 50 or less, the compressive strength is unlikely to decrease.

前記細繊維は、繊維径DBが0.026mm以上0.1mm以下である。DBが上記範囲内にあると、靱性が向上しやすく、セメント組成物中の繊維の分散性がよい傾向にある。DBは0.035mm以上0.09mm以下であることが好ましく、0.040mm以上0.08mm以下であることがより好ましい。 The fine fibers have a fiber diameter DB of 0.026 mm or more and 0.1 mm or less. When the DB is within the above range, the toughness tends to be improved and the dispersibility of the fibers in the cement composition tends to be good. The DB is preferably 0.035 mm or more and 0.09 mm or less, and more preferably 0.040 mm or more and 0.08 mm or less.

前記細繊維は、繊維長LBと繊維径DBの比率LB/DBが20以上800以下である。LB/DBが20以上であると、靭性が向上しやすい。LB/DBが800以下であると、セメント組成物中の繊維の分散性がよく、圧縮強度が低下しにくく、靭性が向上しやすい。LB/DBは、65以上700以下であることが好ましく、70以上650以下であることがより好ましい。 The fine fibers have a ratio LB / DB of fiber length LB and fiber diameter DB of 20 or more and 800 or less. When the LB / DB is 20 or more, the toughness tends to be improved. When the LB / DB is 800 or less, the dispersibility of the fibers in the cement composition is good, the compressive strength is unlikely to decrease, and the toughness is likely to be improved. The LB / DB is preferably 65 or more and 700 or less, and more preferably 70 or more and 650 or less.

前記細繊維は、特に限定されないが、繊維長LBが1mm以上20mm以下であることが好ましく、2mm以上18mm以下であることがより好ましい。LBが1mm以上であると、靭性が向上しやすい。LBが20mm以下であると、セメント組成物中の分散性が良好になる。 The fine fibers are not particularly limited, but the fiber length LB is preferably 1 mm or more and 20 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 18 mm or less. When the LB is 1 mm or more, the toughness tends to be improved. When the LB is 20 mm or less, the dispersibility in the cement composition becomes good.

前記太繊維と前記細繊維の繊維径比率DA/DBは、10以上である。DA/DBが10以上であると、靱性が向上しやすい。DA/DBは、12以上50以下であることが好ましく、13以上45以下であることがより好ましい。DA/DBが50以下であると、曲げ比例限界強度(LOP)が低下しにくく、靱性が向上しやすい。 The fiber diameter ratio DA / DB of the thick fiber and the fine fiber is 10 or more. When the DA / DB is 10 or more, the toughness tends to be improved. The DA / DB is preferably 12 or more and 50 or less, and more preferably 13 or more and 45 or less. When the DA / DB is 50 or less, the bending proportional limit strength (LOP) is unlikely to decrease, and the toughness tends to improve.

前記太繊維と細繊維の繊維長比率LA/LBは、特に限定されないが、1以上40以下であることが好ましく、1.2以上30以下であることがより好ましい。このように太繊維の繊維長が細繊維の繊維長と同等かそれよりも長いと、セメント組成物中への繊維の分散性が良好となり、靱性が向上しやすい。 The fiber length ratio LA / LB of the thick fiber to the fine fiber is not particularly limited, but is preferably 1 or more and 40 or less, and more preferably 1.2 or more and 30 or less. When the fiber length of the thick fiber is equal to or longer than the fiber length of the fine fiber, the dispersibility of the fiber in the cement composition becomes good and the toughness tends to be improved.

前記太繊維は、繊維断面形状が特に限定されず、例えば、円状、楕円状、扁平形状、十字状などのいずれであってもよいが、母材との接触面積が大きくなり靱性が向上するという観点から、扁平形状または十字状の断面形状を有する繊維を含むことが好ましい。図1は扁平形状の断面形状を有する繊維断面の模式図である。図2は十字状の断面形状を有する繊維断面の模式図である。図1および図2において、Dは繊維径を示している。本発明において、特に記載がなければ繊維断面とは、当該繊維の長手方向に対し、垂直な面となるように切断した切断面を指し、断面形状とは当該繊維の長手方向に対し、垂直な面となるように切断した切断面の形状を指す。 The cross-sectional shape of the thick fiber is not particularly limited, and may be any of a circular shape, an elliptical shape, a flat shape, a cross shape, and the like, but the contact area with the base material is increased and the toughness is improved. From this point of view, it is preferable to include fibers having a flat shape or a cross-shaped cross section. FIG. 1 is a schematic view of a fiber cross section having a flat cross-sectional shape. FIG. 2 is a schematic view of a fiber cross section having a cross-shaped cross section. In FIGS. 1 and 2, D indicates a fiber diameter. In the present invention, unless otherwise specified, the fiber cross section refers to a cut surface cut so as to be a plane perpendicular to the longitudinal direction of the fiber, and the cross-sectional shape is perpendicular to the longitudinal direction of the fiber. Refers to the shape of the cut surface cut so as to be a surface.

前記細繊維は、繊維断面形状が特に限定されず、例えば、円状、あるいは楕円状、扁平形状、多葉状、十字状など異形状のいずれであってもよいが、異形状の繊維断面を有する繊維であると、母材との接触面積が大きくなり靱性が向上するという点で好ましい。特に、前記細繊維は一部がフィブリル化可能な断面形状を有する繊維を含むことが好ましく、3つ以上の凸部を有する多葉状の断面形状を有する繊維を含むことがより好ましい。凸部の数は、3個以上16個以下であることが好ましく、より好ましくは3個以上8個以下であり、さらに好ましくは3個以上5個以下である。具体的には、多葉状としては、例えば、3個の凸部を有する三葉状、4個の凸部を有する四葉状、8個の凸部を有する八葉状などが挙げられる。細繊維の断面形状が3つ以上の凸部を有する多葉状であることで、セメント材料と接触する表面積を増加できるとともに、セメント材料が入り込むスペースを確保できる。また、多葉状の断面形状は、凸部が繊維の中心付近から放射状に形成されていることが好ましい。凸部が放射状に形成されることで、セメント材料が隣り合う凸部間に入り込み易くなる。凸部が放射状に形成されている多葉状の断面形状としては、例えば、図3に示されている四葉状、図4に示されている八葉状などが挙げられる。図3および図4において、Dは繊維径を示している。凸部は、繊維の長さ方向(繊維側面)に対して、連続、不連続のいずれであってもよいが、製造工程性を考慮すると、凸部は繊維側面において連続して存在していることが好ましい。 The fine fiber is not particularly limited in the cross-sectional shape of the fiber, and may have an irregular shape such as a circular shape, an elliptical shape, a flat shape, a multi-leaf shape, or a cross shape, but has a deformed fiber cross section. A fiber is preferable in that the contact area with the base material is large and the toughness is improved. In particular, the fine fibers preferably include fibers having a cross-sectional shape that can be partially fibrillated, and more preferably contain fibers having a multi-leaf-shaped cross-sectional shape having three or more convex portions. The number of convex portions is preferably 3 or more and 16 or less, more preferably 3 or more and 8 or less, and further preferably 3 or more and 5 or less. Specifically, examples of the multi-leaf shape include a three-leaf shape having three convex portions, a four-leaf shape having four convex portions, an eight-leaf shape having eight convex portions, and the like. Since the cross-sectional shape of the fine fiber is a multi-leaf shape having three or more convex portions, the surface area in contact with the cement material can be increased, and a space for the cement material to enter can be secured. Further, in the multi-leaf-shaped cross-sectional shape, it is preferable that the convex portions are formed radially from the vicinity of the center of the fiber. By forming the convex portions in a radial pattern, the cement material can easily enter between the adjacent convex portions. Examples of the multi-leaf-shaped cross-sectional shape in which the convex portions are formed radially include a four-leaf shape shown in FIG. 3 and an eight-leaf shape shown in FIG. In FIGS. 3 and 4, D indicates a fiber diameter. The convex portion may be continuous or discontinuous with respect to the length direction of the fiber (fiber side surface), but the convex portion exists continuously on the fiber side surface in consideration of the manufacturing process. Is preferable.

前記細繊維は、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときにフィブリル化することが好ましい。細繊維をフィブリル化可能な形状にすることで、靱性が向上しやすい。理由は定かではないが、初期荷重によりセメント硬化体の一部に亀裂が入った時、繊維にも亀裂が入り、ひび割れの進展に従って、繊維のフィブリル化が進むため、破壊に要するエネルギー(破壊エネルギー)が大きくなっていると推定される。そのことは、図5に示すとおり、曲げ試験後のセメント硬化体の破断面を走査型電子顕微鏡で観察したときに、細繊維(例えば、4個の凸部を有する四葉状)は、凸部における繊維の中心に向かうくびれた部分(以下、「根元部分」ともいう)を境目にして割裂してフィブリル化しているものが見られることからも言える。 It is preferable that the fine fibers are fibrillated when stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body and cracks or cracks occur. Toughness is likely to be improved by making the fine fibers into a shape that can be made into fibril. The reason is not clear, but when a part of the cement hardened body cracks due to the initial load, the fiber also cracks, and as the crack progresses, the fiber becomes fibrilized, so the energy required for destruction (destructive energy) ) Is estimated to be large. As shown in FIG. 5, when the fracture surface of the cement hardened body after the bending test is observed with a scanning electron microscope, the fine fibers (for example, a four-leaf shape having four convex portions) have convex portions. It can also be said from the fact that some of the fibers are split and fibrillated at the constricted part toward the center of the fiber (hereinafter, also referred to as the "root part").

フィブリル化可能な細繊維としては、上述したとおり、3つ以上の凸部を有する多葉状の断面形状を有する繊維を用いることができる。凸部を有することで母材との接触面積を増やすことができ、根元部分を境目にして割裂しやすく、その結果フィブリル化が起こりやすくなるからである。前記多葉状の断面形状を有する繊維において、繊維断面に存在する少なくとも一つの凸部において、先端部分が略曲線状であり、根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていることが好ましい。より好ましくは、繊維断面に存在する全ての凸部において、先端部分が略曲線状であり、根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっている。かかる形状を有することにより、根元から変形し易く、セメント材料が隣り合う凸部間の凹部に入り込み易くなり、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときにフィブリル化しやすくなる傾向にある。 As the fine fibers that can be fibrillated, as described above, fibers having a multi-leaf-like cross-sectional shape having three or more convex portions can be used. This is because the contact area with the base material can be increased by having the convex portion, and the root portion is easily split at the boundary, and as a result, fibrillation is likely to occur. In the fiber having a multi-leaf cross-sectional shape, the tip portion is substantially curved in at least one convex portion existing in the fiber cross section, and the width of the root portion is smaller than the maximum width of the tip portion. Is preferable. More preferably, in all the convex portions present in the fiber cross section, the tip portion has a substantially curved shape, and the width of the root portion is smaller than the maximum width of the tip portion. Having such a shape makes it easy to deform from the root, and the cement material easily enters the recesses between the adjacent protrusions, and when stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body, it becomes fibrillated when cracks or cracks occur. It tends to be easier.

繊維断面における凸部の根元部分の幅は、図6に示しているように、凸部の2つの根元を結ぶ線の長さWbをいう。前記凸部における根元部分の幅Wbは、3μm以上40μm以下であることが好ましく、より好ましくは4μm以上30μm以下であり、さらに好ましくは6μm以上20μm以下である。凸部の根元部分の幅Wbが前記範囲内にあると、隣り合う凸部間に形成される凹部にセメント粒子や粒子径の小さい骨材が入り込みやすくなり、補強効果が高まる。また、根元部分の幅Wbが前記範囲内にあると、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときにフィブリル化しやすくなる傾向にある。なお、凸部の根元部分の幅Wbは、繊維束の繊維断面を電子顕微鏡などで拡大して、任意の繊維10本の値を平均して求めることができる。 As shown in FIG. 6, the width of the root portion of the convex portion in the fiber cross section refers to the length Wb of the line connecting the two roots of the convex portion. The width Wb of the root portion of the convex portion is preferably 3 μm or more and 40 μm or less, more preferably 4 μm or more and 30 μm or less, and further preferably 6 μm or more and 20 μm or less. When the width Wb of the root portion of the convex portion is within the above range, cement particles and aggregate having a small particle diameter can easily enter the concave portion formed between the adjacent convex portions, and the reinforcing effect is enhanced. Further, when the width Wb of the root portion is within the above range, stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body, and when cracks or cracks occur, fibrilization tends to occur easily. The width Wb of the root portion of the convex portion can be obtained by enlarging the fiber cross section of the fiber bundle with an electron microscope or the like and averaging the values of 10 arbitrary fibers.

繊維断面における凸部の先端部分の最大幅は、図6に示しているように、凸部の2つの根元を結ぶ線の中点uから凸部の先端(頂点t)までを結ぶ線を引き、その線から凸部の外形に向けて垂線を引いたときの最大長さWtをいう。凸部における先端部分の最大幅Wtは、4μm以上48μm以下であることが好ましく、より好ましくは6μm以上36μm以下であり、さらに好ましくは8μm以上30μm以下である。上記範囲内にあると、隣り合う凸部間に形成される凹部にセメント粒子や粒子径の小さな骨材が入り込みやく、補強効果が高まるとともに、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときに凸部が応力を受けやすくフィブリル化しやすくなる。なお、凸部の先端部分の最大幅Wtは、繊維束の繊維断面を電子顕微鏡などで拡大して、任意の繊維10本の値を平均して求めることができる。 As shown in FIG. 6, the maximum width of the tip portion of the convex portion in the fiber cross section is drawn from the midpoint u of the line connecting the two roots of the convex portion to the tip (vertex t) of the convex portion. , The maximum length Wt when a perpendicular line is drawn from that line toward the outer shape of the convex portion. The maximum width Wt of the tip portion of the convex portion is preferably 4 μm or more and 48 μm or less, more preferably 6 μm or more and 36 μm or less, and further preferably 8 μm or more and 30 μm or less. When it is within the above range, cement particles and aggregates having a small particle diameter easily enter the concave portions formed between the adjacent convex portions, the reinforcing effect is enhanced, and stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body. When cracks or cracks occur, the convex parts are susceptible to stress and become fibrillated. The maximum width Wt of the tip portion of the convex portion can be obtained by enlarging the fiber cross section of the fiber bundle with an electron microscope or the like and averaging the values of 10 arbitrary fibers.

凸部において、先端部分の最大幅Wtと、根元部分の幅Wbとの比(Wt/Wb)は、好ましくは1.2以上5.0以下であり、より好ましくは1.3以上3.5以下であり、さらに好ましくは1.5以上2.5以下である。Wt/Wbが上記範囲を満たすと、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときにフィブリル化しやすくなる傾向にある。凸部の先端部分の最大幅Wt及び凸部の根元部分の幅Wbは、繊維束の繊維断面を電子顕微鏡などで拡大して、任意の繊維10本の値を平均して求めることができる。 In the convex portion, the ratio (Wt / Wb) of the maximum width Wt of the tip portion and the width Wb of the root portion is preferably 1.2 or more and 5.0 or less, and more preferably 1.3 or more and 3.5. It is less than or equal to, and more preferably 1.5 or more and 2.5 or less. When Wt / Wb satisfies the above range, stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body, and when cracks or cracks occur, fibrillation tends to occur easily. The maximum width Wt of the tip portion of the convex portion and the width Wb of the root portion of the convex portion can be obtained by enlarging the fiber cross section of the fiber bundle with an electron microscope or the like and averaging the values of 10 arbitrary fibers.

凸部の長さは、図6に示されているように、凸部の2つの根元を結ぶ線の中点uから凸部の先端(頂点t)までを結ぶ線の長さLをいう。凸部の長さLは、12μm以上45μm以下であることが好ましく、より好ましくは16μm以上41μm以下であり、さらにより好ましくは18μm以上36μm以下である。凸部の長さLが12μm以上であると、凸部が根元から変形しやすく、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときにフィブリル化しやすくなる傾向にある。凸部の長さLが45μm以下であると、凸部間に形成された凹部でのセメント材料の結合ないし係止が良好になる。凸部の長さLは、繊維束の繊維断面を電子顕微鏡等で拡大して、任意の繊維10本の値を平均して求めることができる。 As shown in FIG. 6, the length of the convex portion refers to the length L of the line connecting the midpoint u of the line connecting the two roots of the convex portion to the tip (vertex t) of the convex portion. The length L of the convex portion is preferably 12 μm or more and 45 μm or less, more preferably 16 μm or more and 41 μm or less, and even more preferably 18 μm or more and 36 μm or less. When the length L of the convex portion is 12 μm or more, the convex portion is easily deformed from the root, stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body, and when cracks or cracks occur, it tends to be easily fibrilized. When the length L of the convex portion is 45 μm or less, the bonding or locking of the cement material in the concave portion formed between the convex portions becomes good. The length L of the convex portion can be obtained by enlarging the fiber cross section of the fiber bundle with an electron microscope or the like and averaging the values of 10 arbitrary fibers.

凸部の長さLと、凸部の根元部分の幅Wbとの比(L/Wb)は1.2以上4.0以下であることが好ましく、より好ましくは1.5以上3.5以下であり、さらに好ましくは1.8以上3.0以下である。L/Wbが前記範囲を満たすと、凸部が根元から変形しやすく、セメント硬化体に曲げや衝撃などの応力が加わり、亀裂やひび割れが生じるときにフィブリル化しやすくなる傾向にある。 The ratio (L / Wb) of the length L of the convex portion to the width Wb of the root portion of the convex portion is preferably 1.2 or more and 4.0 or less, and more preferably 1.5 or more and 3.5 or less. It is more preferably 1.8 or more and 3.0 or less. When L / Wb satisfies the above range, the convex portion is easily deformed from the root, stress such as bending or impact is applied to the hardened cement body, and when cracks or cracks occur, it tends to be easily fibrilized.

前記太繊維と前記細繊維は、繊維断面形状が異なる繊維を含むことが好ましい。これにより、セメント組成物の圧縮強度および靭性がより高まる。前記太繊維は、扁平形状または十字状の断面形状を有する繊維を含み、前記細繊維は、3つ以上の凸部を有する多葉状の断面形状を有する繊維を含むことがより好ましい。 The thick fibers and the fine fibers preferably contain fibers having different fiber cross-sectional shapes. This further enhances the compressive strength and toughness of the cement composition. It is more preferable that the thick fibers include fibers having a flat or cross-shaped cross-sectional shape, and the fine fibers include fibers having a multi-leaf-shaped cross-sectional shape having three or more convex portions.

前記太繊維と前記細繊維としては、特に限定されず、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維などを適宜用いることができる。ポリオレフィン繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ4-メチルペンテン-1、その共重合体、酸性基など官能基を変性した重合体などのポリオレフィン系樹脂で構成された繊維が挙げられる。 The thick fiber and the fine fiber are not particularly limited, and polyolefin fiber, vinylon fiber, acrylic fiber, aramid fiber, carbon fiber, glass fiber and the like can be appropriately used. Examples of the polyolefin fiber include fibers composed of a polyolefin resin such as polypropylene, polyethylene, poly 4-methylpentene-1, a copolymer thereof, and a polymer modified with a functional group such as an acidic group.

前記太繊維と前記細繊維は、耐アルカリ性および汎用性の観点から、ポリオレフィン系繊維を含むことが好ましく、ポリオレフィン系繊維を50質量%以上含むことが好ましく、ポリオレフィン系繊維を60質量%以上含むことが好ましく、ポリオレフィン系繊維を75質量%以上含むことが好ましく、ポリオレフィン系繊維を85質量%以上含むことが好ましく、実質的にポリオレフィン系繊維からなることが特に好ましい。 From the viewpoint of alkali resistance and versatility, the thick fibers and the fine fibers preferably contain polyolefin-based fibers, preferably 50% by mass or more of polyolefin-based fibers, and 60% by mass or more of polyolefin-based fibers. It is preferable that the polyolefin-based fiber is contained in an amount of 75% by mass or more, the polyolefin-based fiber is preferably contained in an amount of 85% by mass or more, and it is particularly preferable that the polyolefin-based fiber is substantially composed of the polyolefin-based fiber.

前記ポリオレフィン系繊維は、ポリオレフィン系樹脂を50質量%以上含む合成繊維であることが好ましく、ポリオレフィン系樹脂を60質量%以上含む合成繊維であることがより好ましく、ポリオレフィン系樹脂を75質量%以上含む合成繊維であることがさらに好ましく、ポリオレフィン系樹脂を85質量%以上含む合成繊維であることがさらにより好ましく、実質的にポリオレフィン系樹脂からなることが特に好ましい。ポリオレフィン系樹脂は、耐アルカリ性の観点から、ポリプロピレンおよびポリメチルペンテンからなる群から選ばれる一つ以上であることが好ましい。 The polyolefin fiber is preferably a synthetic fiber containing 50% by mass or more of the polyolefin resin, more preferably a synthetic fiber containing 60% by mass or more of the polyolefin resin, and 75% by mass or more of the polyolefin resin. It is more preferably a synthetic fiber, further preferably a synthetic fiber containing 85% by mass or more of a polyolefin-based resin, and particularly preferably a substantially polyolefin-based resin. From the viewpoint of alkali resistance, the polyolefin-based resin is preferably one or more selected from the group consisting of polypropylene and polymethylpentene.

前記ポリプロピレンとしては、特に限定されないが、立体規則性の点で高強度繊維が得られるということから、アイソタクチックペンタッド分率(IPF:モル%)が、好ましくは90%以上、より好ましくは93%以上、さらに好ましくは94%以上のポリプロピレンを用いることができる。なおIPFは、n-ヘプタン不溶分成分について「マクロモレキュラーズ」(Macromoleculer,Vol.6,925(1973)およびMacromoleculer,Vol.8,687(1975))に準じて測定するとよい。 The polypropylene is not particularly limited, but the isotactic pentad fraction (IPF: mol%) is preferably 90% or more, more preferably 90% or more, because high-strength fibers can be obtained in terms of stereoregularity. 93% or more, more preferably 94% or more polypropylene can be used. The IPF may be measured for the n-heptane insoluble component according to "Macromoleculars" (Macromoleculer, Vol. 6, 925 (1973) and Macromoleculler, Vol. 8, 687 (1975)).

前記ポリプロピレンとしては、特に限定されないが、Q値(Mw/Mn)が6未満であることが、高い延伸性を有するので、高強度の繊維が得られ、好ましい。より好ましいQ値は、5未満であり、さらに好ましくは4以下である。 The polypropylene is not particularly limited, but a Q value (Mw / Mn) of less than 6 is preferable because it has high stretchability and high-strength fibers can be obtained. A more preferable Q value is less than 5, and more preferably 4 or less.

前記太繊維と前記細繊維は、単一繊維でもよく、複合繊維でもよい。複合繊維としては、例えば、芯鞘型複合繊維、偏心芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維、分割型複合繊維および海島型複合繊維などが挙げられる。いずれの成分も、例えば鞘成分と芯成分のいずれも、ポリオレフィン系樹脂であることが好ましく、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、またはポリプロピレンとポリメチルペンテンの混合物であることがより好ましい。 The thick fiber and the fine fiber may be a single fiber or a composite fiber. Examples of the composite fiber include a core-sheath type composite fiber, an eccentric core-sheath type composite fiber, a side-by-side type composite fiber, a split type composite fiber and a sea-island type composite fiber. Both components, for example, both the sheath component and the core component are preferably polyolefin-based resins, and more preferably polypropylene, polymethylpentene, or a mixture of polypropylene and polymethylpentene.

セメント組成物において、前記太繊維と前記細繊維の配合比率は体積比で50/50~95/5である。太繊維と細繊維の配合比率が上記範囲内にあると、圧縮強度が低下しにくく、靭性が向上しやすい。セメント組成物において、前記太繊維と前記細繊維の配合比率は体積比で65/35~90/10であることが好ましい。 In the cement composition, the blending ratio of the thick fiber and the fine fiber is 50/50 to 95/5 in volume ratio. When the blending ratio of the thick fiber and the fine fiber is within the above range, the compressive strength is less likely to decrease and the toughness is likely to be improved. In the cement composition, the blending ratio of the thick fiber and the fine fiber is preferably 65/35 to 90/10 in volume ratio.

セメント組成物は、用途などに応じて、前記補強繊維を適量含むことができる。例えば、セメント組成物は、前記補強繊維(太繊維および細繊維の合計)0.05体積%以上2.0体積%以下含んでもよく、0.1体積%以上0.5体積%以下含んでもよい。ここで、補強繊維の含有量は、セメント組成物において、補強繊維を除くその他の成分の合計体積を100体積%とした場合の体積%(vol%)である。補強繊維によるコンクリート成形体の圧縮強度および靭性を向上しつつ、施工性も良好になる。 The cement composition may contain an appropriate amount of the reinforcing fiber depending on the intended use and the like. For example, the cement composition may contain 0.05% by volume or more and 2.0% by volume or less of the reinforcing fibers (total of thick fibers and fine fibers), or 0.1% by volume or more and 0.5% by volume or less. .. Here, the content of the reinforcing fiber is volume% (vol%) when the total volume of the other components excluding the reinforcing fiber is 100% by volume in the cement composition. While improving the compressive strength and toughness of the concrete molded body by the reinforcing fiber, the workability is also improved.

セメント組成物は、セメント、水、細骨材、および補強繊維を混合し、撹拌することで得ることができる。撹拌は、例えば、パン型ミキサー、オムニミキサーなどの撹拌機を用いて行うことができる。材料間の混和性を高めるとともに、補強繊維の分散性を高める観点から、まず、セメント、および細骨材を撹拌混合し、次いで、水を添加して撹拌混合し、次いで、補強繊維を添加して撹拌混合してもよい。 The cement composition can be obtained by mixing and stirring cement, water, fine aggregate, and reinforcing fibers. Stirring can be performed using, for example, a stirrer such as a bread type mixer or an omni mixer. From the viewpoint of increasing the miscibility between the materials and enhancing the dispersibility of the reinforcing fibers, first, the cement and the fine aggregate are stirred and mixed, then water is added and mixed, and then the reinforcing fibers are added. May be stirred and mixed.

セメント組成物は、セメント、水、細骨材、および補強繊維に加えて、さらに粗骨材を含んでもよい。この場合は、材料間の混和性を高めるとともに、補強繊維の分散性を高める観点から、まず、セメント、および細骨材を撹拌混合し、次いで、水を添加して撹拌混合し、次いで、粗骨材を添加して撹拌混合し、最後に補強繊維を添加して撹拌混合してもよい。 The cement composition may further contain coarse aggregate in addition to cement, water, fine aggregate, and reinforcing fibers. In this case, from the viewpoint of increasing the miscibility between the materials and enhancing the dispersibility of the reinforcing fibers, first, the cement and the fine aggregate are stirred and mixed, then water is added and stirred and mixed, and then the coarse aggregate is added. Aggregate may be added and stirred and mixed, and finally reinforcing fibers may be added and stirred and mixed.

前記セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメントなどの各種セメントを使用することができる。前記細骨材や粗骨材としては、珪砂、川砂、海砂、浜砂、砕石の他高炉スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、電気炉傘下スラグといった各種スラグなどを使用することができ、セメント組成物の用途に応じて骨材の粒子径を選択して細骨材、粗骨材として使用することができる。 As the cement, various cements such as ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, ultra-early-strength Portland cement, moderate heat Portland cement, low heat Portland cement, and sulfate-resistant Portland cement can be used. As the fine aggregate and coarse aggregate, various slags such as silica sand, river sand, sea sand, beach sand, crushed stone, blast furnace slag, ferronickel slag, copper slag, and slag under the electric furnace can be used, and the cement composition. The particle size of the aggregate can be selected according to the use of the object and used as a fine aggregate or a coarse aggregate.

前記セメント組成物は、必要に応じて、混和剤を含んでもよい。前記混和剤としてはAE剤、AE減水剤、高機能AE減水剤、流動化剤、硬化促進剤、防錆剤、凝結遅延剤、急結剤、および収縮低減剤などが挙げられる。 The cement composition may contain an admixture, if necessary. Examples of the admixture include an AE agent, an AE water reducing agent, a high-performance AE water reducing agent, a fluidizing agent, a curing accelerator, a rust preventive, a condensation retarder, a quick-setting agent, and a shrinkage reducing agent.

本発明のセメント組成物は、硬化されてコンクリート成形体として用いられ、例えば、ダム用などのマスコンクリート、高層ビル,プレキャスト工場製品などの流動化コンクリート、高層ビル,大型構造物などの高流動コンクリートや低発熱コンクリート、橋梁,高層ビル,プレキャスト工場製品などの高強度コンクリート、建築物の床や壁,コンクリート製品,漏水防止用などの膨張コンクリート、パイル,ポール,長大橋,建築物の梁などのプレストレストコンクリート、厚さが薄い部材,壁,スラブなどの低収縮コンクリート、防水ライニング,パイプ,U字溝などのポリマーコンクリート、トンネル覆工コンクリート製品,プレキャスト部材などの繊維補強コンクリート、水槽,プール,地下水などの圧力水が作用する箇所などの水密コンクリート、海中の橋脚基礎,護岸,防波堤などの水中コンクリート、道路の舗装,街路樹の根固め,貯水桝などの透水性・排水性コンクリート、凍結融解や塩害,アルカリ骨材反応による補修及び劣化防止,地下構造物などの止水や防水などの樹脂含浸コンクリート、原子力発電,アイソトープ貯蔵庫,医療用照射室などの遮蔽用コンクリート、鉄筋増の壁,床,屋根材,外壁,間仕切りなどの軽量コンクリート、水中コンクリート工事,放射線遮へいコンクリート工事などの複雑な箇所で通常のコンクリートで施工が困難な場合などのプレパックドコンクリート、トンネルの一次覆工,ライニングなどの吹付けコンクリート、裏込めコンクリート、均しコンクリートなどの再生コンクリート、舗装用コンクリート、転圧コンクリート工法によるダム,転圧コンクリート舗装、即時脱型方式による製品などの超硬練りコンクリート、まくら木,ブロック,防護柵,建物の壁などのプレキャストコンクリートとして有用である。 The cement composition of the present invention is hardened and used as a concrete molded body, for example, mass concrete for dams, fluidized concrete such as high-rise buildings and precast factory products, high-fluidized concrete such as high-rise buildings and large structures. And low heat concrete, bridges, high-rise buildings, high-strength concrete such as precast factory products, building floors and walls, concrete products, expanded concrete for water leakage prevention, piles, poles, long bridges, prestressed building beams, etc. Concrete, thin members, low shrinkage concrete such as walls and slabs, polymer concrete such as waterproof linings, pipes and U-shaped grooves, tunnel lining concrete products, fiber reinforced concrete such as precast members, water tanks, pools, groundwater, etc. Watertight concrete such as places where pressure water acts, underwater concrete such as underwater bridge pedestal foundations, shore protections, breakwaters, road pavement, rooting of street trees, water-permeable / drainable concrete such as water storage basins, freeze-thaw and salt damage , Repair and deterioration prevention due to alkali aggregate reaction , Resin impregnated concrete such as waterproofing and waterproofing of underground structures , Nuclear power generation , Isotope storage , Shielding concrete such as medical irradiation room , Reinforcing wall, floor, roof Lightweight concrete such as materials, outer walls, partitions, prepacked concrete when construction is difficult with ordinary concrete in complicated places such as underwater concrete work, radiation shielding concrete work, primary lining of tunnels, spraying of lining, etc. Recycled concrete such as concrete, backfill concrete, leveled concrete, paving concrete, dam by compaction concrete method, compaction concrete pavement, super hard kneaded concrete such as products by immediate demolding method, pillow wood, block, guard fence, It is useful as precast concrete for building walls.

前記セメント組成物を硬化することでコンクリート成形体を得ることができる。具体的には、所定形状の型枠にセメント組成物を充填し、セメント組成物を打設した後は、セメント組成物(コンクリート)の表面が乾燥しないよう十分に水分を与える。水分を与える方法としては、公知の方法、例えば湛水養生、散水養生、湿布養生、湿砂養生、噴霧養生といった方法で水分を補給し、コンクリートの表面に給水しながら養生することができる他、型枠から脱型した後、水中で養生する水中養生といった方法で養生することが挙げられる。また、養生を行う環境は気温が5℃以上35℃以下の空気中で行うこともできるし、水中養生の場合は、水温を5℃以上35℃以下に調整した水中で養生することもできる。空気中で養生を行う場合、コンクリートの表面の乾燥を防ぐためできるだけ相対湿度が高い雰囲気下で養生することが好ましい。養生期間は養生方法によって変化するが、前記養生方法で、コンクリートの表面が乾燥しないよう十分に水分を与え、コンクリートの表面を湿潤状態に保った状態で養生した場合、気温20~30℃、湿度95%以上の状態で28日以上養生すれば、十分に水和反応が進んだコンクリート成形体を得ることができる。 A concrete molded body can be obtained by curing the cement composition. Specifically, the cement composition is filled in a mold having a predetermined shape, and after the cement composition is poured, sufficient moisture is given so that the surface of the cement composition (concrete) does not dry out. As a method of giving water, it is possible to replenish water by a known method such as flooding, watering, compress curing, wet sand curing, spray curing, etc., and to cure while supplying water to the concrete surface. After removing the mold from the mold, it can be cured by a method such as underwater curing. Further, the curing environment can be performed in the air having a temperature of 5 ° C. or higher and 35 ° C. or lower, and in the case of underwater curing, the curing can be performed in water in which the water temperature is adjusted to 5 ° C. or higher and 35 ° C. or lower. When curing in air, it is preferable to cure in an atmosphere with as high a relative humidity as possible in order to prevent the concrete surface from drying out. The curing period varies depending on the curing method, but when the concrete surface is sufficiently moistened to prevent it from drying and the concrete surface is kept moist, the temperature is 20 to 30 ° C and the humidity is 20 to 30 ° C. If it is cured for 28 days or more in a state of 95% or more, a concrete molded body having a sufficiently advanced hydration reaction can be obtained.

前記コンクリート成形体は、ビルディングや橋梁などの強度を必要とする用途の場合、JIS A 1108に準じて測定した圧縮強度が37.2N/mm2以上であることが好ましく、37.5N/mm2以上であることがより好ましい。 In the case of applications requiring strength such as buildings and bridges, the concrete molded body preferably has a compressive strength of 37.2 N / mm 2 or more measured according to JIS A 1108, preferably 37.5 N / mm 2 . The above is more preferable.

前記コンクリート成形体は、トンネル覆工や道路、橋梁などひび割れが入った後にも耐久性を必要する用途の場合、日本コンクリート工学会のJCI-S-001-2003の切り欠きはりを用いたコンクリートの破壊エネルギー試験方法に基づいて測定した開口変位7.5mm時の破壊エネルギーが0.510N/mmを超えることが好ましく、0.530N/mm以上であることがより好ましく、0.590N/mm以上であることがさらに好ましい。 The concrete molded body is made of concrete using the notch beam of JCI-S-001-2003 of the Japan Concrete Engineering Society for applications that require durability even after cracks such as tunnel lining, roads, and bridges. The fracture energy at an opening displacement of 7.5 mm measured based on the fracture energy test method preferably exceeds 0.510 N / mm, more preferably 0.530 N / mm or more, and 0.590 N / mm or more. It is more preferable to have.

前記コンクリート成形体は、ビルディングや橋梁などの強度を必要とする用途の場合、日本コンクリート工学会のJCI-S-001-2003の切り欠きはりを用いたコンクリートの破壊エネルギー試験方法に基づいて測定した曲げ比例限界強度(LOP)が4000N以上であることが好ましく、4500N以上であることがより好ましい。 The concrete molded body was measured based on the concrete fracture energy test method using the notch beam of JCI-S-001-2003 of the Japan Concrete Engineering Society for applications requiring strength such as buildings and bridges. The bending proportional limit strength (LOP) is preferably 4000 N or more, and more preferably 4500 N or more.

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.

実施例で用いた測定方法および評価方法を説明する。 The measurement method and the evaluation method used in the examples will be described.

(繊維径)
繊維断面を走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、型番「SU3500」)で観察し、2次元画像計測ソフト(スカラ株式会社製、Micro Measure)で繊維径を算出した。
(Fiber diameter)
The cross section of the fiber was observed with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, model number "SU3500"), and the fiber diameter was calculated with two-dimensional image measurement software (manufactured by SCARA Co., Ltd., Micro Machine).

(圧縮強度)
セメント組成物を円柱状の型枠(直径100mm、高さ200mm)に充填し、得られた供試体をJIS A 1108に準じて圧縮強度を測定した。
(Compressive strength)
The cement composition was filled in a columnar mold (diameter 100 mm, height 200 mm), and the obtained specimen was measured for compressive strength according to JIS A 1108.

(曲げ試験)
セメント組成物を型枠(高さ100mm、幅100mm、長さ400mm)に充填し、得られた供試体を日本コンクリート工学会のJCI-S-001-2003の切り欠きはりを用いたコンクリートの破壊エネルギー試験方法に基づいて曲げ比例限界強度(LOP)および破壊エネルギーを測定・算出した。
(Bending test)
The cement composition is filled in a formwork (height 100 mm, width 100 mm, length 400 mm), and the obtained specimen is used to break concrete using a notch beam of JCI-S-001-2003 of the Japan Concrete Engineering Society. Bending proportional limit strength (LOP) and fracture energy were measured and calculated based on the energy test method.

(補強繊維)
下記表1に示す太繊維と細繊維を用いた。
細繊維1~4は、以下の繊維を用いた。
細繊維1:繊維断面は4つの凸部を有する4葉状、凸部の先端部分における最大幅Wtは14.2μm、根元部分の幅Wbは7.9μm、Wt/Wbは1.79、凸部の長さLは18.7μm、L/Wbは2.4、単繊維繊度5.4dtex、繊維長15mmのポリプロピレン(プロピレン単独重合体:Q値3.1)からなる単一繊維。
細繊維2:繊維断面は4つの凸部を有する4葉状、凸部の先端部分における最大幅Wtは9.1μm、根元部分の幅Wbは5.3μm、Wt/Wbは1.72、凸部の長さLは11.3μm、L/Wbは2.1、単繊維繊度2.2dtex、繊維長15mmのポリプロピレン(プロピレン単独重合体:Q値3.1)からなる単一繊維。
細繊維3:繊維断面は4つの凸部を有する4葉状、凸部の先端部分における最大幅Wtは24.3μm、根元部分の幅Wbは13.6μm、Wt/Wbは1.79、凸部の長さLは31.3μm、L/Wbは2.30、単繊維繊度15.0dtex、繊維長12mmのポリプロピレン(プロピレン単独重合体:Q値3.1)からなる単一繊維。
細繊維4:細繊維1の繊維長を3mmとした以外は、繊維1と同様の形状を有する単一繊維。
(Reinforcing fiber)
The thick fibers and fine fibers shown in Table 1 below were used.
The following fibers were used as the fine fibers 1 to 4.
Fine fiber 1: The fiber cross section is a four-leaf shape with four convex portions, the maximum width Wt at the tip of the convex portion is 14.2 μm, the width Wb at the root portion is 7.9 μm, Wt / Wb is 1.79, and the convex portion. A single fiber having a length L of 18.7 μm, L / Wb of 2.4, a single fiber fineness of 5.4 dtex, and a fiber length of 15 mm made of polypropylene (propylene homopolymer: Q value 3.1).
Fine fiber 2: The fiber cross section is a four-leaf shape with four convex portions, the maximum width Wt at the tip of the convex portion is 9.1 μm, the width Wb at the root portion is 5.3 μm, Wt / Wb is 1.72, and the convex portion. A single fiber made of polypropylene (propylene homopolymer: Q value 3.1) having a length L of 11.3 μm, L / Wb of 2.1, a single fiber fineness of 2.2 dtex, and a fiber length of 15 mm.
Fine fiber 3: The fiber cross section is a four-leaf shape with four convex portions, the maximum width Wt at the tip of the convex portion is 24.3 μm, the width Wb at the root portion is 13.6 μm, Wt / Wb is 1.79, and the convex portion. A single fiber made of polypropylene (propylene homopolymer: Q value 3.1) having a length L of 31.3 μm, an L / Wb of 2.30, a single fiber fineness of 15.0 dtex, and a fiber length of 12 mm.
Fine fiber 4: A single fiber having the same shape as the fiber 1 except that the fiber length of the fine fiber 1 is 3 mm.

Figure 2022088231000001
Figure 2022088231000001

(実施例1)
セメント(普通ポルトランドセメント、宇部三菱セメント株式会社製)を417kg/m3、水を179kg/m3、細骨材(川砂、大阪府淀川産、JIS A 1102(2014)「骨材のふるい分け試験方法」 6.4に準じた粗粒率2.85)858kg/m3、粗骨材:砕石(東京都青梅産、JIS A 1102(2014)「骨材のふるい分け試験方法」 6.4に準じた粗粒率8.21)933kg/m3、補強繊維を合計1.82kg/m3(0.2体積%)配合して十分に攪拌して混合し、セメント組成物を得た。補強繊維として、下記表2に示す太繊維と細繊維を下記表2に示す配合割合で用いた。得られたセメント組成物を圧縮強度用に直径10cm、高さ20cmの円柱状型枠に、曲げ試験用に10cm×10cm×高さ40cmの型枠に充填した。打設後、20℃条件下で24時間養生後、脱型し、20℃条件下で27日間水中養生してセメント硬化体(コンクリート成形体)を得た。
(Example 1)
Cement (ordinary Portland cement, manufactured by Ube Mitsubishi Cement Co., Ltd.) 417 kg / m 3 , water 179 kg / m 3 , fine aggregate (Kawasago, Yodogawa, Osaka Prefecture, JIS A 1102 (2014) "Aggregate sieving test method" Coarse grain ratio 2.85 according to 6.4) 858 kg / m 3 , coarse aggregate: crushed stone (from Oume, Tokyo, JIS A 1102 (2014) "Aggregate sieving test method" According to 6.4 Coarse grain ratio 8.21) 933 kg / m 3 and a total of 1.82 kg / m 3 (0.2% by volume) of reinforcing fibers were blended and sufficiently stirred and mixed to obtain a cement composition. As the reinforcing fibers, the thick fibers and fine fibers shown in Table 2 below were used in the blending ratios shown in Table 2 below. The obtained cement composition was filled in a cylindrical mold having a diameter of 10 cm and a height of 20 cm for compressive strength, and in a mold having a diameter of 10 cm × 10 cm × a height of 40 cm for a bending test. After casting, it was cured under 20 ° C. conditions for 24 hours, then demolded, and cured in water under 20 ° C. conditions for 27 days to obtain a cement hardened body (concrete molded body).

(実施例2~7)
補強繊維として、下記表2に示す太繊維と細繊維を表2に示す配合割合で用いた以外は、実施例1と同様にしてコンクリート成形体を得た。
(Examples 2 to 7)
A concrete molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thick fibers and fine fibers shown in Table 2 below were used as the reinforcing fibers in the blending ratios shown in Table 2.

(比較例1)
補強繊維を添加していない以外は、実施例1と同様にしてコンクリート成形体を得た。
(Comparative Example 1)
A concrete molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that no reinforcing fiber was added.

(比較例2)
補強繊維として、下記表2に示す太繊維のみを用いた以外は、実施例1と同様にしてコンクリート成形体を得た。
(Comparative Example 2)
A concrete molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the thick fibers shown in Table 2 below were used as the reinforcing fibers.

(比較例3)
補強繊維として、下記表2に示す細繊維のみを用いた以外は、実施例1と同様にしてコンクリート成形体を得た。
(Comparative Example 3)
A concrete molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the fine fibers shown in Table 2 below were used as the reinforcing fibers.

(比較例4~6)
補強繊維として、下記表2に示す太繊維と細繊維を表2に示す配合割合で用いた以外は、実施例1と同様にしてコンクリート成形体を得た。
(Comparative Examples 4 to 6)
A concrete molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thick fibers and fine fibers shown in Table 2 below were used as the reinforcing fibers in the blending ratios shown in Table 2.

実施例および比較例において、コンクリート成形体の圧縮強度、曲げ比例限界強度(LOP)および破壊エネルギーを上述したとおりに測定・算出してその結果を下記表2に示した。実施例2において、曲げ試験後のセメント硬化体の破断面を走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、型番「SU3500」、100倍)で観察し、その結果を図5に示した。図7には、比較例2、実施例1~3のコンクリート成形体の曲げ試験における荷重と開口変位の関係を示した。 In Examples and Comparative Examples, the compressive strength, bending proportional limit strength (LOP) and fracture energy of the concrete molded body were measured and calculated as described above, and the results are shown in Table 2 below. In Example 2, the fracture surface of the cement hardened body after the bending test was observed with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, model number "SU3500", 100 times), and the results are shown in FIG. FIG. 7 shows the relationship between the load and the opening displacement in the bending test of the concrete molded bodies of Comparative Example 2 and Examples 1 to 3.

Figure 2022088231000002
Figure 2022088231000002

図5から分かるように、実施例1において、4個の凸部を有する四葉状の細繊維は、くびれた部分(根元部分)を境目にして割裂してフィブリル化している。このように、4個の凸部を有する四葉状の細繊維を用いた場合、初期荷重によりセメント硬化体の一部に亀裂が入ったときに、繊維に亀裂が生じ、ひび割れの進展と同時に、該細繊維のフィブリル化が進むため、破壊に要するエネルギー(破壊エネルギー)が大きくなっていると推測される。 As can be seen from FIG. 5, in Example 1, the four-leaf-shaped fine fibers having four convex portions are split and fibrilized at the constricted portion (root portion) as a boundary. In this way, when four-leaf-shaped fine fibers having four protrusions are used, when a part of the cement hardened body is cracked by the initial load, the fibers are cracked, and at the same time as the cracks are developed, the fibers are cracked. It is presumed that the energy required for destruction (destruction energy) is increasing due to the progress of fibrilization of the fine fibers.

図7から分かるように、補強繊維として太繊維のみを用いた比較例2においては、ひび割れ直後の荷重は低くなっている。これは、太繊維は繊維本数(総表面積)が少ないため、ひび割れが入ると一度に広がりやすく、太繊維と単位断面積あたりの母材との摩擦力が弱い(付着面積×単位面積の摩擦力/繊維断面積が小さい)ため、曲げ試験においてひび割れ直後、繊維が滑りやすく、曲げ荷重は低くなると推測される。
補強繊維として所定の繊維径を有する太繊維、所定の繊維径と繊維径/繊維長を有する細繊維を所定の割合で用いた実施例1~3では、ひび割れ直後の荷重、ひび割れ開口が拡大した後の荷重どちらも荷重が高く、靭性が向上していた。これは、細繊維は繊維本数(総表面積)が多く、ひび割れ直後は、細繊維と単位断面積あたりの母材との摩擦力が強い(付着面積×単位面積の摩擦力/繊維断面積が大きい)ため、細繊維が滑りにくく、曲げ荷重は高くなり、ひび割れ開口が拡大した後には、太繊維により荷重が維持されることで、曲げ荷重が高くなり、ひび割れ直後および開口後のいずれにおいても、靭性が向上すると推測される。
As can be seen from FIG. 7, in Comparative Example 2 in which only the thick fiber is used as the reinforcing fiber, the load immediately after the crack is low. This is because thick fibers have a small number of fibers (total surface area), so if cracks occur, they tend to spread at once, and the frictional force between the thick fibers and the base metal per unit cross-sectional area is weak (adhesion area x unit area frictional force). / Since the fiber cross-sectional area is small), it is presumed that the fiber is slippery immediately after cracking in the bending test and the bending load is low.
In Examples 1 to 3 in which thick fibers having a predetermined fiber diameter and fine fibers having a predetermined fiber diameter and fiber diameter / fiber length were used as reinforcing fibers in a predetermined ratio, the load immediately after cracking and the crack opening were expanded. Both of the later loads were high and the toughness was improved. This is because fine fibers have a large number of fibers (total surface area), and immediately after cracking, the frictional force between the fine fibers and the base material per unit cross-sectional area is strong (adhesion area x unit area frictional force / fiber cross-sectional area is large). ) Therefore, the fine fibers are not slippery, the bending load is high, and after the crack opening is expanded, the load is maintained by the thick fibers, so that the bending load is high, both immediately after the crack and after the opening. It is presumed that the toughness will improve.

実施例2と実施例6の対比から分かるように、荷重が掛かったとこに割裂しやすい四葉形状を有する細繊維を用いた実施例2の方が、開口変位7.5mm時の破壊エネルギーが高く、開口後の靭性が高い。細繊維が四葉形状を有することで、初期荷重で一部で亀裂が入った後、徐々に繊維軸方向に亀裂が進展して、結果破壊に必要なエネルギーが大きくなっていると推測される。 As can be seen from the comparison between Example 2 and Example 6, the fracture energy at the opening displacement of 7.5 mm is higher in Example 2 using fine fibers having a four-leaf shape that is easily split at the place where the load is applied. , High toughness after opening. It is presumed that since the fine fibers have a four-leaf shape, after some cracks are formed by the initial load, the cracks gradually develop in the fiber axial direction, and as a result, the energy required for fracture is increased.

本発明のセメント組成物は、硬化されてコンクリート成形体として用いられ、例えば、流動化コンクリート、高流動コンクリート、低発熱コンクリート、高強度コンクリート、膨張コンクリートプレストレストコンクリート、ポリマーコンクリート、繊維補強コンクリート、水密コンクリート、水中コンクリート、透水性・排水性コンクリート、樹脂含浸コンクリート、遮蔽用コンクリート、軽量コンクリート、プレパックドコンクリート、吹付けコンクリート、再生コンクリート、舗装用コンクリート、超硬練りコンクリート、プレキャストコンクリートとして有用である。 The cement composition of the present invention is hardened and used as a concrete molded body, for example, fluidized concrete, high fluidized concrete, low heat generation concrete, high strength concrete, expanded concrete prestressed concrete, polymer concrete, fiber reinforced concrete, watertight concrete. , Underwater concrete, water permeable / drainable concrete, resin impregnated concrete, shielding concrete, lightweight concrete, prepacked concrete, sprayed concrete, recycled concrete, paving concrete, super hard kneaded concrete, precast concrete.

Claims (12)

セメント、水、細骨材、および補強繊維を含むセメント組成物であり、
前記補強繊維は、繊維径が異なる太繊維と細繊維を含み、
前記太繊維の繊維径DAは0.35mmを超え、
前記細繊維の繊維径DBは0.026mm以上0.1mm以下であり、
前記細繊維の繊維長と繊維径の比率LB/DBが20以上800以下であり、
前記太繊維と前記細繊維の繊維径比率DA/DBは10以上であり、
前記太繊維と前記細繊維の配合比率は体積比で50/50~95/5であることを特徴とするセメント組成物。
A cement composition containing cement, water, fine aggregate, and reinforcing fibers.
The reinforcing fibers include thick fibers and fine fibers having different fiber diameters, and the reinforcing fibers include thick fibers and fine fibers.
The fiber diameter DA of the thick fiber exceeds 0.35 mm,
The fiber diameter DB of the fine fibers is 0.026 mm or more and 0.1 mm or less.
The ratio LB / DB of the fiber length to the fiber diameter of the fine fiber is 20 or more and 800 or less.
The fiber diameter ratio DA / DB of the thick fiber and the fine fiber is 10 or more, and the fiber diameter ratio is 10 or more.
A cement composition characterized in that the blending ratio of the thick fiber and the fine fiber is 50/50 to 95/5 in volume ratio.
前記太繊維および細繊維は、いずれもポリオレフィン系繊維を含む請求項1に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1, wherein both the thick fibers and the fine fibers contain polyolefin fibers. 前記細繊維は、一部がフィブリル化可能な断面形状を有する繊維を含む請求項1又は2に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1 or 2, wherein the fine fibers include fibers having a cross-sectional shape that can be partially fibrillated. 前記細繊維は、繊維断面の形状が3つ以上の凸部を有する多葉状の繊維を含む請求項1~3のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the fine fiber contains a multi-leaf fiber having a convex portion having a fiber cross-sectional shape of three or more. 前記太繊維は、繊維断面の形状が扁平形状もしくは十字形状の繊維を含む請求項1~4のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the thick fiber contains a fiber having a flat or cross-shaped cross section. 前記太繊維と前記細繊維は、繊維断面形状が異なる繊維を含む請求項1~5のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the thick fiber and the fine fiber contain fibers having different fiber cross-sectional shapes. 前記太繊維と前記細繊維の繊維長比率LA/LBは、1以上40以下である請求項1~6のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the fiber length ratio LA / LB of the thick fiber and the fine fiber is 1 or more and 40 or less. 前記細繊維の繊維長LBは、1mm以上20mm以下である請求項1~7のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 7, wherein the fiber length LB of the fine fibers is 1 mm or more and 20 mm or less. 前記太繊維の繊維長LAは、15mm以上48mm以下である請求項1~8のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the fiber length LA of the thick fiber is 15 mm or more and 48 mm or less. 前記太繊維の繊維長と繊維径の比率LA/DAは、25以上60以下である請求項1~9のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the ratio LA / DA of the fiber length to the fiber diameter of the thick fiber is 25 or more and 60 or less. さらに粗骨材を含む請求項1~10のいずれか1項に記載のセメント組成物。 The cement composition according to any one of claims 1 to 10, further comprising a coarse aggregate. 請求項1~11のいずれか1項のセメント組成物を硬化してなるコンクリート成形体。 A concrete molded body obtained by curing the cement composition according to any one of claims 1 to 11.
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