JP2023023903A - Building material for concrete reinforcement, and concrete member or structure - Google Patents

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洋輔 山田
Yosuke Yamada
賢司 笹井
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Abstract

To provide a building material for concrete reinforcement that has high tensile elastic modulus and is excellent in alkali resistance, creep resistance, and productivity, as well as a concrete member or structure reinforced by using the building material.SOLUTION: A building material for concrete reinforcement is composed of polyparaphenylene terephthalamide fibers and a matrix resin. A crystallinity of the polyparaphenylene terephthalamide fibers measured by wide-angle X-ray diffraction is 70% or more. A concrete member or structure is reinforced by the building material.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、コンクリート補強用の建築資材及びそれによって補強されたコンクリート部材または構造物に関する。 The present invention relates to a building material for concrete reinforcement and a concrete member or structure reinforced thereby.

建物等の構造物には鉄筋コンクリートが広く用いられている。鉄筋コンクリートは、圧縮強度をコンクリートで確保し、コンクリートだけでは足りない引張強度及びせん断強度を補強するためにコンクリート中に鉄筋が埋設される。 Reinforced concrete is widely used for structures such as buildings. Reinforced concrete secures compressive strength with concrete, and reinforcing bars are embedded in the concrete to reinforce tensile strength and shear strength that are insufficient in concrete alone.

鉄筋コンクリートの耐用年数は、用途や環境にもよるが、一般的に50年前後と言われており、鉄筋コンクリートの劣化の主原因は埋設されている鉄筋の錆びによる劣化であることが知られている。 The service life of reinforced concrete depends on the application and environment, but it is generally said to be around 50 years, and it is known that the main cause of deterioration of reinforced concrete is deterioration due to rusting of embedded reinforcing bars. .

コンクリート内部は高いアルカリ環境下(pH=12.0以上)にあり、埋設されている鉄筋は、その表面に安定した薄い不動態被膜を形成して錆の発生を防いでいる。しかし、年月が経過すると空気中の二酸化炭素や酸性雨等によって中性化が進む(pHが10.0以下になる)ことで不動態被膜が破壊され、発錆環境にさらされる。このため、鉄筋表面をエポキシ樹脂で被覆する方法や、かぶり厚さを大きくとる方法、仕上げ材を塗布する方法等で鉄筋の錆びリスクを低減しているが、完全に解消するまでには至っていない。 The inside of concrete is in a highly alkaline environment (pH = 12.0 or higher), and the embedded reinforcing bars form a stable thin passive film on their surfaces to prevent the generation of rust. However, as time passes, carbon dioxide in the air, acid rain, etc. progresses neutralization (pH becomes 10.0 or less), destroying the passive film and exposing it to a rusting environment. For this reason, methods such as coating the surface of reinforcing bars with epoxy resin, increasing the thickness of the cover, and applying finishing materials have been used to reduce the risk of rusting on reinforcing bars, but the risk has not been completely eliminated. .

ところで、コンクリートの原料の1つであるセメントは、その製造時に大量の二酸化炭素を排出することが知られている。事実、国内セメント産業は、日本の温室効果ガスの総排出量の約4%に相当する二酸化炭素を排出しており、その排出削減対策は、持続可能な社会の実現のための非常に重要な課題となっている。 By the way, it is known that cement, which is one of raw materials for concrete, emits a large amount of carbon dioxide during its production. In fact, the domestic cement industry emits carbon dioxide equivalent to about 4% of Japan's total greenhouse gas emissions. It has become a challenge.

こうした中、高炉セメントやシリカセメント、フライアッシュセメントを含む混合セメントは、一般的に広く普及している普通ポルトランドセメントと比べ、CO排出量原単価が40%小さく、「環境負荷」の面で強みをもつセメント種であることが知られていると共に、その活用はすでに広く進められている。 Under these circumstances, mixed cement containing blast-furnace cement, silica cement, and fly ash cement has a 40% lower CO2 emissions per unit price than ordinary Portland cement, which is widely used in general. It is known to be a cement type with strengths, and its utilization has already been widely promoted.

一方で、上記混合セメントを用いたコンクリートは、通常のポルトランドセメントと比較して中性化速度が速いことが知られており、埋設される鉄筋の発錆リスクは通常のポルトランドセメントよりも高い。 On the other hand, concrete using the mixed cement is known to have a faster neutralization rate than ordinary Portland cement, and the risk of rusting of embedded reinforcing bars is higher than that of ordinary Portland cement.

近年では、鉄筋の代わりにコンクリート構造物の補強部材として、アラミド繊維を組紐状に編み、エポキシ樹脂で硬化させたもの(以下、「アラミド筋」と称する。)が開発されている。アラミド筋は、同一径の鉄筋に比べて軽量で引張強度が高いうえ、錆びない材料として知られている。 In recent years, aramid fibers are braided into braids and hardened with epoxy resin (hereinafter referred to as "aramid bars") as reinforcing members for concrete structures in place of reinforcing bars. Aramid steel is lighter than steel bars of the same diameter, has higher tensile strength, and is known as a material that does not rust.

一方、アラミド繊維はアルカリ環境下において加水分解の影響を受けやすい。そこで、特許文献1ではポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、繊維強化プラスチックとして、耐アルカリ性を向上させている。しかし、製造時の不良や施工時の取り扱いによってポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が露出した場合、強度が低下する恐れがあるうえ、埋設後はその状況が確認できないため、コンクリートが崩壊するまでその問題に気付くことができない。 On the other hand, aramid fibers are susceptible to hydrolysis in alkaline environments. Therefore, in Patent Document 1, polyparaphenylene terephthalamide fibers are impregnated with a thermosetting resin to improve alkali resistance as a fiber-reinforced plastic. However, if the polyparaphenylene terephthalamide fiber is exposed due to defects during manufacturing or handling during construction, there is a risk that the strength will decrease. can't notice

特許文献2では、アラミド繊維の表面に耐アルカリ性に優れたポリエチレン系樹脂を被覆した繊維複合体が提示されている。該複合体は確かに優れた耐アルカリ性を有しているが、予め熱可塑性樹脂を被覆する工程が必要であり、また被覆したポリエチレン系樹脂はコンクリートやアラミド繊維との接着性に劣るといった問題がある。 Patent Document 2 proposes a fiber composite in which the surfaces of aramid fibers are coated with a polyethylene-based resin having excellent alkali resistance. Although the composite certainly has excellent alkali resistance, it requires a step of coating with a thermoplastic resin in advance, and the coated polyethylene resin has poor adhesion to concrete and aramid fibers. be.

特許文献3では、結晶サイズをコントロールしたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が耐アルカリ性に優れているため、コンクリートの補強用に威力を発揮することが記載されている。しかし、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の結晶化度は、せいぜい65%程度であり十分なものではない。 Patent Document 3 describes that polyparaphenylene terephthalamide fibers whose crystal size is controlled are excellent in alkali resistance and are effective for reinforcing concrete. However, the crystallinity of polyparaphenylene terephthalamide fibers is at most about 65%, which is not sufficient.

特開2003-074146号公報JP 2003-074146 A 特開2016-186131号公報JP 2016-186131 A 特開昭58-004812号公報JP-A-58-004812

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、引張弾性率が高く、耐アルカリ性及び耐クリープ性に優れ、生産性にも優れたコンクリート補強用の建築資材、並びに、それによって補強されたコンクリート部材または構造物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high tensile modulus, excellent alkali resistance and creep resistance, and excellent productivity. The object is to provide a concrete member or structure.

本発明者等は上記目的を達成すべく、アラミド繊維及びアラミド筋の検討結果から得られた知見、すなわちポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の結晶化度により特性が異なること、及びこの詳細は不明であるが、本発明の目的に合致するポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、広角X線回折により測定される結晶化度が70%以上である、との知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂とから構成されるコンクリート補強用の建築資材であって、前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、広角X線回折により測定される結晶化度が70%以上であることを特徴とするコンクリート補強用の建築資材を提供する。
また本発明は、上記のコンクリート補強用の建築資材によって補強されたことを特徴とするコンクリート部材または構造物を提供する。
In order to achieve the above object, the present inventors have obtained the knowledge obtained from the results of examination of aramid fibers and aramid muscles, that is, that the properties of polyparaphenylene terephthalamide fibers differ depending on the degree of crystallinity, and that the details are unknown. However, it was made based on the finding that the polyparaphenylene terephthalamide fiber that meets the object of the present invention has a degree of crystallinity of 70% or more as measured by wide-angle X-ray diffraction.
That is, the present invention provides a building material for concrete reinforcement comprising a polyparaphenylene terephthalamide fiber and a matrix resin, wherein the polyparaphenylene terephthalamide fiber has a degree of crystallinity measured by wide-angle X-ray diffraction. To provide a building material for reinforcing concrete, characterized in that the is 70% or more.
The present invention also provides a concrete member or structure reinforced by the building material for concrete reinforcement.

本発明によれば、引張弾性率が高く、耐アルカリ性及び耐クリープ性に優れ、生産性にも優れたコンクリート補強用の建築資材、並びに、それによって補強されたコンクリート部材または構造物を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is provided a building material for concrete reinforcement which has a high tensile modulus, excellent alkali resistance and creep resistance, and excellent productivity, and a concrete member or structure reinforced thereby. can be done.

本発明のコンクリート補強用の建築資材は、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂とから構成されるものであって、前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、広角X線回折により測定される結晶化度が70%以上であることを特徴とする。これにより、コンクリート補強用の建築資材を調製したときに、十分な引張弾性率と耐アルカリ性、耐クリープ性を得ることができる。前記の結晶化度は、75%以上が好ましく、78%以上がより好ましい。結晶化度が70%未満では、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の引張弾性率が不十分となり、また、十分な耐アルカリ性、対クリープ性が得られないという不都合がある。一方、前記の結晶化度が85%を越えるとポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の破断伸びが極端に低下し、得られるコンクリート補強用の建築資材についても破断伸びが低下する傾向がみられる。 The building material for concrete reinforcement of the present invention is composed of polyparaphenylene terephthalamide fibers and a matrix resin, and the polyparaphenylene terephthalamide fibers have a crystallinity measured by wide-angle X-ray diffraction. is 70% or more. This makes it possible to obtain sufficient tensile modulus, alkali resistance, and creep resistance when preparing a building material for reinforcing concrete. The crystallinity is preferably 75% or more, more preferably 78% or more. If the degree of crystallinity is less than 70%, the tensile elastic modulus of the polyparaphenylene terephthalamide fiber is insufficient, and sufficient alkali resistance and creep resistance cannot be obtained. On the other hand, when the degree of crystallinity exceeds 85%, the elongation at break of the polyparaphenylene terephthalamide fiber is extremely lowered, and the elongation at break of the resulting building material for reinforcing concrete tends to be lowered.

本発明のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、アルカリ処理(pH=12.8、70℃、48時間)後の引張強度保持率が90%以上であることが望ましい。該引張強度保持率が90%以上であれば、本発明のコンクリート補強用の建築資材に万一製品不良があった場合、あるいは、施工時の取り扱いによってポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が露出した場合でも、建築資材の性能劣化が抑えられるため、コンクリート建造物の寿命が縮まるのを防止できる。一方、前記の引張強度保持率が90%未満になると、コンクリート構造物の寿命が縮まるという不都合がある。前記の引張強度保持率は、95%以上が好ましく、98%以上がより好ましい。 The polyparaphenylene terephthalamide fiber of the present invention preferably has a tensile strength retention of 90% or more after alkali treatment (pH=12.8, 70° C., 48 hours). If the tensile strength retention rate is 90% or more, even if the building material for concrete reinforcement of the present invention has a product defect, or even if the polyparaphenylene terephthalamide fiber is exposed due to handling during construction. Since deterioration of the performance of building materials is suppressed, it is possible to prevent shortening of the service life of concrete structures. On the other hand, when the tensile strength retention rate is less than 90%, there is a problem that the service life of the concrete structure is shortened. The tensile strength retention rate is preferably 95% or more, more preferably 98% or more.

本発明のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、引張弾性率が100GPa以上であることが望ましい。本発明のコンクリート補強用の建築資材は、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂とから構成されている関係上、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が、本発明のコンクリート補強用の建築資材の機械的特性の大部分を担っている。ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の引張弾性率が100GPa以上であれば、コンクリート補強用の建築資材としての十分な補強効果を発揮することができる。一方、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の引張弾性率が100GPa未満になると、十分な補強効果が得られないという不都合がある。前記の引張弾性率は、105GPa以上が好ましく、110GPa以上がより好ましい。 The polyparaphenylene terephthalamide fiber of the present invention preferably has a tensile modulus of 100 GPa or more. Since the building material for concrete reinforcement of the present invention is composed of polyparaphenylene terephthalamide fiber and matrix resin, the polyparaphenylene terephthalamide fiber is the mechanical property of the building material for concrete reinforcement of the present invention. responsible for most of the If the tensile elastic modulus of the polyparaphenylene terephthalamide fiber is 100 GPa or more, it can exhibit a sufficient reinforcing effect as a building material for reinforcing concrete. On the other hand, if the tensile elastic modulus of the poly-paraphenylene terephthalamide fiber is less than 100 GPa, there is an inconvenience that a sufficient reinforcing effect cannot be obtained. The tensile elastic modulus is preferably 105 GPa or more, more preferably 110 GPa or more.

本発明のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、ASTM D7269に準じて求めた引張破断荷重の50%の応力にて、気温20℃、湿度65%RHで、1,000時間放置した後のクリープが、3.0%以下であることが望ましい。前記のクリープが3.0%以下であれば、本発明のコンクリート補強用の建築資材は、長期使用に十分耐え得ることが可能となる。ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の前記のクリープが3.0%を越えると、コンクリートの補強効果が経時的に低下しやすくなるという不都合がある。前記のクリープは、2.9%以下が好ましく、2.8%以下がより好ましい。 The poly-p-phenylene terephthalamide fiber of the present invention has a stress of 50% of the tensile breaking load determined according to ASTM D7269, a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65% RH for 1,000 hours. It is desirable to be 3.0% or less. If the above creep is 3.0% or less, the building material for reinforcing concrete of the present invention can withstand long-term use. If the creep of the polyparaphenylene terephthalamide fiber exceeds 3.0%, there is a problem that the reinforcing effect of concrete tends to decrease with time. The creep is preferably 2.9% or less, more preferably 2.8% or less.

<ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維>
本発明のコンクリート補強用の建築資材には、上記のとおり、引張弾性率が高く、耐アルカリ性及び耐クリープ性に優れたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を用いることが必須である。
<Polyparaphenylene terephthalamide fiber>
As described above, it is essential for the building material for concrete reinforcement of the present invention to use polyparaphenylene terephthalamide fibers that have a high tensile modulus and are excellent in alkali resistance and creep resistance.

本発明において、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(PPTA)とは、テレフタル酸とパラフェニレンジアミンを重縮合して得られる重合体であるが、少量のジカルボン酸及びジアミンを共重合したものも使用できる。重合体または共重合体の分子量(重量平均分子量)は通常20,000~25,000が望ましい。 In the present invention, poly-p-phenylene terephthalamide (PPTA) is a polymer obtained by polycondensation of terephthalic acid and p-phenylenediamine, but copolymers of small amounts of dicarboxylic acid and diamine can also be used. The molecular weight (weight average molecular weight) of the polymer or copolymer is usually desirably 20,000 to 25,000.

通常のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、ポリパラフェニレンテレフタルアミドを濃硫酸に溶解し、その粘調な溶液を紡糸口金から押し出し、空気中または水中に紡出することによりフィラメント状にし、その後、水酸化ナトリウム水溶液で中和し、最終的に120~500℃の乾燥・熱処理を行う。その後、油剤を付与し、繊維に浸透させることで製造する(米国特許第3,767,756参照)。 Ordinary poly-p-phenylene terephthalamide fibers are made by dissolving poly-p-phenylene terephthalamide in concentrated sulfuric acid, extruding the viscous solution from a spinneret, and spinning in air or water to form filaments. It is neutralized with an aqueous sodium oxide solution, and finally dried and heat-treated at 120 to 500°C. After that, an oil solution is applied and the fibers are permeated to manufacture (see US Pat. No. 3,767,756).

本発明のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、通常の乾燥・熱処理に加え、さらに、一定張力下にて200℃以上で熱処理条件を変更しながら、広角X線構造回折により測定されるポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の結晶化度を70%以上となるように調整したものである。
上記の追加の熱処理に関しては、通常のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を製造した後に別工程で実施してもよいし、通常の乾燥・熱処理工程の直後に連続して実施してもよい。
The polyparaphenylene terephthalamide fiber of the present invention is measured by wide-angle X-ray structure diffraction while changing the heat treatment conditions at 200 ° C. or higher under constant tension in addition to ordinary drying and heat treatment. The crystallinity of the amide fiber is adjusted to 70% or more.
The above additional heat treatment may be carried out in a separate step after the normal polyparaphenylene terephthalamide fiber is produced, or may be carried out continuously immediately after the normal drying and heat treatment steps.

上記の油剤としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維に用いることができる一般的な油剤を用いることができ、例えば、脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体もしくはその誘導体、鉱物油等が挙げられる。そのなかでも、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体及びその誘導体の中から選択される少なくとも1種のポリエーテル化合物を、油剤全量に対して、少なくとも50質量%含有する油剤が好ましい。前記のポリエーテル化合物は、水系溶媒で容易に洗い流すことができるため扱いやすく(精錬しやすい)、また、マトリクス樹脂との親和性にも優れることが多いため好ましい。ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維に対する油剤の付着量は、0.3~5質量%が好ましく、より好ましくは0.4~3質量%、さらに好ましくは0.5~2質量%である。 As the oil agent, general oil agents that can be used for polyparaphenylene terephthalamide fibers can be used, and examples thereof include fatty acid esters, polyoxyethylene polyoxypropylene copolymers or derivatives thereof, and mineral oils. be done. Among them, an oil containing at least 50% by mass of at least one polyether compound selected from polyoxyethylene polyoxypropylene copolymers and derivatives thereof is preferred. The above polyether compounds are preferable because they are easy to handle (easy to refine) because they can be easily washed away with an aqueous solvent, and they often have excellent affinity with the matrix resin. The amount of the oil agent attached to the polyparaphenylene terephthalamide fiber is preferably 0.3 to 5% by mass, more preferably 0.4 to 3% by mass, and still more preferably 0.5 to 2% by mass.

また、油剤中に反応性の官能基を有する成分、例えば、硬化性エポキシ化合物(脂肪族エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物)が油剤に配合されていることがより好ましい。このような油剤を用いることにより、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂との接着性を向上させることができる。
前記の硬化性エポキシ化合物としては、例えば、多価アルコールのポリグリシジルエーテル化物等が挙げられる。具体的には、グリセロールジグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等を挙げることができる。硬化性エポキシ化合物は、1種単独で用いても、2種以上の混合物を用いても良い。
Further, it is more preferable that the oil contains a component having a reactive functional group, such as a curable epoxy compound (aliphatic epoxy compound, aromatic epoxy compound). By using such an oil agent, it is possible to improve the adhesiveness between the polyparaphenylene terephthalamide fiber and the matrix resin.
Examples of the curable epoxy compounds include polyglycidyl etherified polyhydric alcohols. Specific examples include glycerol diglycidyl ether, glycerol triglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether, pentaerythritol polyglycidyl ether and the like. The curable epoxy compounds may be used singly or as a mixture of two or more.

前記硬化性エポキシ化合物は、油剤全量を100として、20~50質量%配合されていることが好ましい。より好ましくは30~50質量%、さらに好ましくは35~50質量%である。このような配合油剤を用いることにより、マトリクス樹脂との接着性が良好で、生産性及び集束性に優れるポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を得ることができる。また、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂との接着力が高まると、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂の界面接着性の向上に繋がるので、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維束の内部に、外部からアルカリ溶液が侵入するのを抑えることができる。 The curable epoxy compound is preferably blended in an amount of 20 to 50% by mass, with the total amount of the oil agent being 100%. More preferably 30 to 50 mass %, still more preferably 35 to 50 mass %. By using such a blended oil agent, it is possible to obtain polyparaphenylene terephthalamide fibers that have good adhesiveness to the matrix resin and are excellent in productivity and bundling properties. Further, when the adhesive strength between the polyparaphenylene terephthalamide fiber and the matrix resin increases, it leads to the improvement of the interfacial adhesiveness between the polyparaphenylene terephthalamide fiber and the matrix resin. It is possible to suppress the intrusion of the alkaline solution from the

本発明のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は連続繊維であればかまわないので、繊維の太さも、コンクリート補強用の建築資材としての機能を発揮できる太さであれば限定されない。 Since the polyparaphenylene terephthalamide fiber of the present invention may be a continuous fiber, the thickness of the fiber is not limited as long as it can exhibit its function as a building material for reinforcing concrete.

<マトリクス樹脂>
本発明において、マトリクス樹脂は、本発明のコンクリート補強用の建築資材の必須構成要素であり、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維に含浸させて使用する。
マトリクス樹脂の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を使用することができる。熱可塑性樹脂は、加熱により可塑性を示すことから、熱可塑性樹脂を使用することで、現場で曲げ加工できるコンクリート補強用の建築資材を提供できる。熱硬化性樹脂は熱による可塑性を持たないことから、熱硬化性樹脂を使用することで、耐熱性及び耐火性に優れるコンクリート補強用の建築資材を提供できる。
<Matrix resin>
In the present invention, the matrix resin is an essential component of the building material for concrete reinforcement of the present invention, and is used by impregnating the polyparaphenylene terephthalamide fiber.
The type of matrix resin is not particularly limited, and at least one selected from thermoplastic resins and thermosetting resins can be used depending on the purpose. Since thermoplastic resins exhibit plasticity when heated, building materials for reinforcing concrete that can be bent on site can be provided by using thermoplastic resins. Since thermosetting resins do not have plasticity due to heat, the use of thermosetting resins makes it possible to provide building materials for concrete reinforcement that are excellent in heat resistance and fire resistance.

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、熱硬化エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。 Examples of thermoplastic resins include polypropylene resins, polyethylene resins, ABS resins, polyvinyl chloride resins, polycarbonate resins, polyacetal resins, polyethylene terephthalate resins, polybutylene terephthalate resins, polyphenylene sulfide resins, polyamide resins, modified polyphenylene ether resins, and liquid crystals. polyester resins, polyimide resins, syndiotactic polystyrene resins, polycyclohexanedimethylene terephthalate resins, thermoplastic epoxy resins, and the like. Examples of thermosetting resins include unsaturated polyester resins, phenol resins, vinyl ester resins, thermosetting epoxy resins, urea resins, and the like.

上記の樹脂の中でも、耐アルカリ性に優れ、かつポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維との接着性に優れている樹脂が好ましく、具体例としては、熱可塑性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化エポキシ樹脂等を例示することができる。これらのマトリクス樹脂を使用することにより、本発明のコンクリート補強用の建築資材及び該建築資材で補強されるコンクリートの寿命が延びるという利点がある。 Among the above resins, resins having excellent alkali resistance and excellent adhesiveness with polyparaphenylene terephthalamide fibers are preferred. Specific examples include thermoplastic epoxy resins, urea resins, unsaturated polyester resins, and thermosetting resins. An epoxy resin etc. can be illustrated. By using these matrix resins, there is an advantage that the life of the building material for reinforcing concrete of the present invention and the concrete reinforced with the building material is extended.

本発明で用いるマトリクス樹脂には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて各種添加剤を配合することができる。添加剤としては、例えば、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、加水分解抑制剤、酸化防止剤、滑剤、核剤、可塑剤、着色防止材、つや消し剤、難燃剤、帯電防止材、離型剤、充填剤(ガラスファイバー、カーボンファイバー、ガラスビーズ、中空ガラス、タルク等のフィラー)、顔料及び染料等が挙げられ、これらの添加剤等から選ばれる1種または2種以上を配合することができる。これらの配合量は通常用いられる量で良い。 Various additives can be added to the matrix resin used in the present invention as necessary within a range that does not impair the effects of the present invention. Examples of additives include heat stabilizers, light stabilizers, ultraviolet absorbers, hydrolysis inhibitors, antioxidants, lubricants, nucleating agents, plasticizers, coloring inhibitors, matting agents, flame retardants, antistatic agents, Release agents, fillers (fillers such as glass fiber, carbon fiber, glass beads, hollow glass, talc, etc.), pigments, dyes, etc., and one or more selected from these additives are blended. be able to. The blending amount of these may be the amount normally used.

<コンクリート補強用の建築資材>
本発明のコンクリート補強用の建築資材は、上記のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維にマトリクス樹脂を含浸することにより製造することができる。
その一例として、具体的には、a)ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維から組紐や布帛等の繊維製品を製造する工程、b)得られた組紐あるいは布帛等の繊維製品にマトリクス樹脂を含浸する工程、c)含浸したマトリクス樹脂を硬化させる工程、さらに必要に応じて、d)得られたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維-マトリクス樹脂複合体を切断する工程を経て、本発明のコンクリート補強用の建築資材が製造される。
なお、上記の工程a)の前後で、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の表面に付着している油剤を洗い流す工程(精錬工程)を含んでいても良い。
また、上記の工程b)において、下記式(I)で表される、含侵率を95%以上とすることが望ましく、97%以上であることがより望ましい。含浸率が95%未満であると、応力伝達が不十分となりやすく、コンクリート補強用の建築資材としての機能(補強効果)が十分発揮できないばかりか、未含侵部分にアルカリ性の液体が含浸しやすくなるというリスクが生じる。
含侵率(%)=A/(A+B)×100 ・・・ (I)
A: 建築資材の任意の切断面における繊維と樹脂が占める部位の総面積
B: 建築資材の任意の切断面における空隙となっている部位の総面積
<Building materials for concrete reinforcement>
The building material for concrete reinforcement of the present invention can be produced by impregnating the polyparaphenylene terephthalamide fiber with a matrix resin.
Specifically, as an example thereof, a) a step of producing a textile product such as a braid or a fabric from a polyparaphenylene terephthalamide fiber, b) a step of impregnating the obtained braid or a textile product such as a fabric with a matrix resin, Through the step of c) curing the impregnated matrix resin and optionally d) cutting the obtained polyparaphenylene terephthalamide fiber-matrix resin composite, the building material for concrete reinforcement of the present invention is obtained. manufactured.
Before and after the above step a), a step (refining step) of washing off the oil agent adhering to the surface of the polyparaphenylene terephthalamide fiber may be included.
In step b) above, the impregnation rate represented by the following formula (I) is desirably 95% or more, more desirably 97% or more. If the impregnation rate is less than 95%, the stress transmission tends to be insufficient, and the function (reinforcing effect) as a building material for reinforcing concrete cannot be sufficiently exhibited. there is a risk of becoming
Impregnation rate (%)=A/(A+B)×100 (I)
A: Total area occupied by fiber and resin on any cross section of the building material B: Total area of voids on any cross section of the building material

また、曲げ状の建築資材は、a)ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維糸条から組紐等を製造する工程、b)得られた組紐等にマトリクス樹脂を含浸する工程、c)所望の曲げ形状の成形枠にセットする工程、d)含浸したマトリクス樹脂を硬化させる工程、及び、e)得られた樹脂含浸製紐糸を切断する工程を経て製造される。 In addition, bending-shaped building materials are produced by a) a step of producing a braid or the like from polyparaphenylene terephthalamide fiber threads, b) a step of impregnating the obtained braid or the like with a matrix resin, and c) forming a desired bending shape. It is manufactured through the steps of setting in a frame, d) curing the impregnated matrix resin, and e) cutting the resulting resin-impregnated cord yarn.

上記の製造工程では、コンクリートとの接着力を向上させるため、所望に応じて、マトリクス樹脂を含浸させた組紐や布帛等の繊維製品に、砂やシリカ等の粉状物を付着させる工程を含むことができる。粉状物の粒径は、本発明の目的を損なわない限り大きさは限定されないが、0.1~5.0mm程度のものが好ましい。 In the above-mentioned manufacturing process, in order to improve the adhesive strength with concrete, if desired, a step of adhering powdery substances such as sand and silica to fiber products such as braids and fabrics impregnated with matrix resin. be able to. The particle size of the powder is not limited as long as it does not impair the purpose of the present invention, but it is preferably about 0.1 to 5.0 mm.

上記の繊維製品の形態としては、表面に適度な凹凸があり、コンクリートとの接着力に優れている点で、組紐、撚り紐、布帛の形態が望ましく、組紐や撚り紐の形態がより好まましい。製紐方法としては、公知の手段を用いることができる。通常は組紐機(製紐機)により組紐が作製され、例えば丸打ち、角打ち、平打ち等、任意の組紐状のものが作製される。編成方法としては、例えば、4本のフィラメントを準備し、右側または左側の糸を交互に真中に配置して組み上げていく方法等が挙げられる。製紐に用いるフィラメントの数は、4本に限らず、8本、12本、または16本等がある。コンクリート補強用の建築資材に使用する組紐や撚り紐の本数は、特に限定されるものではなく、所望の本数だけ用いることで構わない。 As the form of the textile product, braided cord, twisted cord, or fabric is desirable because the surface has moderate unevenness and excellent adhesion to concrete, and braided cord or twisted cord is more preferable. new. A known means can be used as the method of making the string. Usually, a braid is produced by a braiding machine (a braiding machine), for example, a braid of any braid shape such as round, square, or flat braid is produced. As a knitting method, for example, a method of preparing four filaments, arranging the yarn on the right side or the left side alternately in the middle, and braiding them, or the like can be mentioned. The number of filaments used for string making is not limited to 4, but may be 8, 12, 16, or the like. The number of braided cords or twisted cords used in building materials for reinforcing concrete is not particularly limited, and a desired number may be used.

コンクリート補強用の建築資材の形状は、直線状であっても、曲げ状であっても良く、所望により適宜な形状を選択することができる。上記の曲げ状としては、例えば、コの字型、L字型、U字型あるいは螺旋状、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形が挙げられる。曲げ状は、これに限られるものではなく、ケースに応じて、様々な形状に曲げたものを使用することが可能である。 The shape of the building material for concrete reinforcement may be linear or curved, and an appropriate shape can be selected as desired. Examples of the bent shape include U-shaped, L-shaped, U-shaped, spiral, triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal and other polygonal shapes. The bent shape is not limited to this, and various bent shapes can be used depending on the case.

本発明において、広角X線回折により測定される結晶化度が70%以上であるポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を使用する理由の1つは、コポリパラフェニレン・3,4’-オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維に比べて、高い引張弾性率を有している点にある。したがって、本発明のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を使用しない場合は、本発明で定義する引張強度保持率、引張弾性率及びクリープを満足するアラミド繊維が得られない。すなわち、コンクリート補強用の建築資材として重要である、アルカリ環境下における引張強度保持率を高く維持できることがポイントなのである。 In the present invention, one of the reasons for using polyparaphenylene terephthalamide fibers having a crystallinity of 70% or more as measured by wide-angle X-ray diffraction is copolyparaphenylene/3,4'-oxydiphenylene terephthalamide. It has a higher tensile modulus than fibers. Therefore, if the polyparaphenylene terephthalamide fiber of the present invention is not used, an aramid fiber satisfying the tensile strength retention rate, tensile modulus and creep defined in the present invention cannot be obtained. In other words, the point is that it can maintain a high tensile strength retention rate in an alkaline environment, which is important as a building material for concrete reinforcement.

<コンクリート部材または構造物>
本発明のもう一つの形態は、上記のコンクリート補強用の建築資材を補強材として用いたコンクリート部材またはコンクリート構造物である。
<Concrete member or structure>
Another form of the present invention is a concrete member or concrete structure using the building material for reinforcing concrete as a reinforcing material.

コンクリート部材としては、外部からの衝撃を受ける既設コンクリート構造物に用いられる部材が該当する。例えば、PCマクラギ、電柱等が挙げられる。 Concrete members include members used in existing concrete structures that receive impacts from the outside. Examples include PC sleepers, utility poles, and the like.

本発明のコンクリート補強用の建築資材をコンクリート部材に適用する場合は、当該建築資材を、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を用いて、ストランド、織編物、組紐、撚り紐の少なくとも1つの形態に形成するのが良い。例えば、現場でポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維からなる織編物とマトリクス樹脂とを用いて、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維にマトリクス樹脂を含浸させたものを、コンクリート部材表面に接着させることでコンクリート部材を補強する。 When the building material for concrete reinforcement of the present invention is applied to a concrete member, the building material is formed into at least one form of strand, woven or knitted fabric, braid, and twisted cord using polyparaphenylene terephthalamide fiber. is good. For example, a woven or knitted fabric made of polyparaphenylene terephthalamide fiber and a matrix resin are used on site, and the polyparaphenylene terephthalamide fiber impregnated with the matrix resin is adhered to the surface of the concrete member to reinforce the concrete member. do.

他の実施態様としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維からなる組紐や撚り紐とマトリクス樹脂とを用いて、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維にマトリクス樹脂を含浸させたものを、コンクリート部材の孔に挿入もしくは貫通させて接着させることで、コンクリート部材を補強する。 In another embodiment, a braided or twisted cord made of polyparaphenylene terephthalamide fibers and a matrix resin are used, and the polyparaphenylene terephthalamide fibers impregnated with the matrix resin are inserted or inserted into the holes of the concrete member. By penetrating and bonding, the concrete member is reinforced.

別の実施態様としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維からなるストランドや織編物、組紐とマトリクス樹脂とを用いて、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維にマトリクス樹脂を含浸させたものを、コンクリート部材に螺旋状に巻き付ける方法により、コンクリート部材を補強する。 In another embodiment, strands, woven or knitted fabrics, or braids made of polyparaphenylene terephthalamide fibers and a matrix resin are used, and the polyparaphenylene terephthalamide fibers impregnated with the matrix resin are spirally attached to the concrete member. Reinforcing concrete members by wrapping them around.

コンクリート構造物としては、土木用途では、例えば、鉄道施設、道路施設、エネルギー施設(火力発電、風力発電、原子力発電、水力発電、ガス貯蔵施設等)、ダム・河川施設、上下水道施設、空港施設等が挙げられ、建築用途では、例えば、ビル、病院、学校、住宅、工場等が挙げられる。 As concrete structures, in civil engineering applications, for example, railroad facilities, road facilities, energy facilities (thermal power generation, wind power generation, nuclear power generation, hydraulic power generation, gas storage facilities, etc.), dam/river facilities, water supply and sewage facilities, airport facilities etc., and examples of architectural uses include buildings, hospitals, schools, residences, factories, and the like.

本発明のコンクリート補強用の建築資材をコンクリート構造物に適用する場合は、当該建築資材を、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を用いて、組紐の形態に形成し、前記組紐とマトリクス樹脂とを用いて、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維にマトリクス樹脂を含浸させたものを、組紐ロッド、丸形ロッド、異形ロッド、平板ロッド、二次元格子等に成形する。 When the building material for concrete reinforcement of the present invention is applied to a concrete structure, the building material is formed into a braid using polyparaphenylene terephthalamide fiber, and the braid and a matrix resin are used to form the braid. , Polyparaphenylene terephthalamide fibers impregnated with a matrix resin are formed into a braided rod, a round rod, a deformed rod, a flat plate rod, a two-dimensional lattice, or the like.

本発明のコンクリート補強用の建築資材は、耐アルカリ性に優れているため、上記コンクリート部材及びコンクリート構造物に関する実施態様のなかでも、コンクリート内部に埋設し補強する態様において特にその効果を発揮する。
また、本発明のコンクリート補強用の建築資材は、土木用途に適している。理由としては、土木は屋外での施工が主であり、従来の鉄筋を錆びさせる環境要因(雨、酸性雨、海水、SOx・NOx等の腐食性ガス、雷、融雪剤等)が多いことが挙げられる。本発明のコンクリート補強用の建築資材を用いることで、管理コスト低減や構造物の寿命増などの効果が期待される。そのため、本発明のコンクリート補強用の建築資材により多大なる恩恵を受け得る状況にあると言える。
Since the building material for concrete reinforcement of the present invention is excellent in alkali resistance, it exhibits its effect particularly in the mode of embedding and reinforcing concrete, among the embodiments relating to the above-mentioned concrete members and concrete structures.
Moreover, the building material for concrete reinforcement of the present invention is suitable for civil engineering applications. The reason is that civil engineering is mainly done outdoors, and there are many environmental factors (rain, acid rain, seawater, corrosive gases such as SOx and NOx, lightning, snow melting agents, etc.) that rust conventional reinforcing bars. mentioned. By using the building material for concrete reinforcement of the present invention, effects such as reduction of management costs and extension of the life of structures are expected. Therefore, it can be said that the building material for reinforcing concrete of the present invention is in a state of being able to receive great benefits.

また近年、環境負荷低減に対する様々な取組みに関連して、コンクリートを構成する材料の中で環境負荷の大きいセメントの使用量を削減し、産業副産物を利用する取組みが行われている。例えば、CO排出量原単価の低い産業副産物を多く配合したセメントの代表例として、高炉スラグを混和材として用いた高炉セメント、シリカ質の混合材を用いたシリカセメント、フライアッシュを混和材として用いたフライアッシュセメント等が提案されている。このような混和材を、従来のポルトランドセメントに混合した混合セメントを用いたコンクリートは、脱炭素に寄与することが期待されている(例えば、特開2018-145033号公報、特開2015-202978号公報参照)。 In recent years, in connection with various efforts to reduce the environmental load, efforts have been made to reduce the amount of cement used, which has a large environmental load among the materials constituting concrete, and to utilize industrial by-products. For example, representative examples of cement containing a large amount of industrial by-products with low CO2 emission unit costs are blast furnace cement using blast furnace slag as an admixture, silica cement using a siliceous admixture, and fly ash as an admixture. The fly ash cement etc. which used it are proposed. Concrete using mixed cement in which such an admixture is mixed with conventional Portland cement is expected to contribute to decarbonization (for example, JP-A-2018-145033, JP-A-2015-202978. Gazette).

しかし、高炉スラグを高い比率で配合したコンクリートは、従来のコンクリートと比較して中性化速度が速いという問題点がある。これらの問題点を解決するため、減水剤により中性化を抑制する方法、シリカ質の副産物から原因物質を除去する方法等が提案されているが、本発明のコンクリート補強用の建築資材を用いることで、さらに脱炭素化に大きく貢献できる可能性がある。
ここで、中性化とは、元来アルカリ性のコンクリートが、長い間空気中にあると表面が空気中の炭酸ガス(CO)と反応して(II)式に示すように炭酸カルシウムが生成し、pHが8.5~10程度に減少することをいう。
Ca(OH)+CO→CaCO+HO (II)
However, concrete containing a high proportion of blast-furnace slag has the problem of a faster neutralization rate than conventional concrete. In order to solve these problems, a method of suppressing neutralization with a water reducing agent, a method of removing the causative substance from the siliceous by-product, etc. have been proposed, but the building material for concrete reinforcement of the present invention is used. This has the potential to contribute significantly to decarbonization.
Here, neutralization means that when concrete, which is originally alkaline, is left in the air for a long time, the surface reacts with carbon dioxide gas (CO 2 ) in the air to form calcium carbonate as shown in formula (II). It means that the pH is reduced to about 8.5 to 10.
Ca(OH) 2 + CO2CaCO3 + H2O (II)

鉄筋が位置するコンクリートの中性化は、アルカリ性の時と違って鉄筋に対する防食機能が低下するため、コンクリート構造物を劣化させる要因となる。鉄筋が錆びれば錆の体積は元の鉄筋の2~4倍にもなるので、これに伴ってコンクリート表面にひび割れがますます増え、そのひび割れ面からも水と空気の進入が激しくなり、コンクリート中の鉄筋の腐食が進行する。つまり、中性化は鉄筋コンクリート構造物の耐久性に重要な影響を及ぼす。この中性化速度を予測する予測式は、経過時間に関する√t則に従うことが知られ、中性化期間tと中性化深さxとの間に、x=A√tの関係が成立することを基本としている。 Neutralization of concrete in which reinforcing bars are located causes deterioration of concrete structures because the anti-corrosion function of the reinforcing bars is lowered unlike in the case of alkalinity. If the reinforcing steel rusts, the volume of the rust increases to 2 to 4 times that of the original reinforcing steel. Corrosion of the reinforcing steel inside progresses. In other words, neutralization has a significant effect on the durability of reinforced concrete structures. It is known that the prediction formula for predicting the neutralization speed follows the √t law regarding elapsed time, and the relationship x=A√t is established between the neutralization period t and the neutralization depth x. It is based on doing

本発明のコンクリート補強用の建築資材は、耐アルカリ性に優れているため、JIS A1153:2012 コンクリートの促進中性化試験方法 6.1 中性化の促進方法 により求めた、促進試験における中性化速度係数が2.5mm/√週以上であるコンクリート(従来のコンクリートの中性化速度係数:2.1mm/√週)において、好ましく使用できる。中性化により、コンクリート部材中の鉄筋が錆び、膨張してコンクリートにひび割れが発生し、コンクリートの寿命が縮められる。中性化速度係数が2.5mm/√週以上であるコンクリートは鉄筋に与える影響が大きい。しかし、本発明のコンクリート補強用の建築資材を適用することにより鉄筋の錆による劣化を無くすことが可能となる。 Since the building material for concrete reinforcement of the present invention has excellent alkali resistance, it is neutralized in the accelerated test determined by JIS A1153:2012 Concrete Accelerated Neutralization Test Method 6.1 Accelerated Neutralization Method It can be preferably used in concrete having a rate coefficient of 2.5 mm/√week or more (conventional concrete neutralization rate coefficient: 2.1 mm/√week). Neutralization causes the reinforcing bars in the concrete members to rust and expand, causing cracks in the concrete and shortening the life of the concrete. Concrete with a neutralization rate coefficient of 2.5 mm/√week or more has a large effect on reinforcing bars. However, by applying the building material for concrete reinforcement of the present invention, it becomes possible to eliminate deterioration due to rust of reinforcing bars.

一方で、中性化速度係数が2.5mm/√週未満のコンクリートでは、本発明のコンクリート補強用の建築資材による十分な効果が得られにくいという不都合がある。本発明のコンクリート補強用の建築資材による十分な効果が期待できるという点では、コンクリート構造物の中性化速度係数:3.0mm/√週以上が望ましく、4.0mm/√週以上がより望ましい。 On the other hand, concrete having a neutralization rate coefficient of less than 2.5 mm/√week has the disadvantage that it is difficult to obtain a sufficient effect from the building material for reinforcing concrete of the present invention. The neutralization rate coefficient of concrete structures is preferably 3.0 mm/√week or more, more preferably 4.0 mm/√week or more, in that sufficient effects can be expected from the building material for concrete reinforcement of the present invention. .

上記のとおり、本発明のコンクリート補強用の建築資材は、結晶化度が高いポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリックス樹脂とから構成されており、耐アルカリ性にも優れ、クリープも小さいことから、多岐にわたって使用可能である。また、鉄筋と異なり、軽量であるため、取扱いが容易である。鉄筋と異なり、腐食等の心配がないコンクリート部材、構造物を構築できる。 As described above, the building material for reinforcing concrete of the present invention is composed of polyparaphenylene terephthalamide fibers with a high degree of crystallinity and a matrix resin, and has excellent alkali resistance and low creep. Available. Also, unlike reinforcing bars, it is lightweight and therefore easy to handle. Concrete members and structures can be constructed without worrying about corrosion, unlike reinforcing bars.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。また、以下の実施例等において、特に言及する場合を除き、「質量%」は「%」と略記する。なお、実施例中に記載した評価方法は以下の通りである。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to them. In addition, in the following examples and the like, "% by mass" is abbreviated as "%" unless otherwise specified. The evaluation methods described in the examples are as follows.

(1)結晶化度
ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維束を4cmに切断したもの20mgを秤量した。この繊維束の両端をエナメル線で結束し試料を調製した。調製した試料を繊維試料ホルダーに設置して、広角X線回折を測定した。得られた広角X線回折パターンをピーク分離して、得られた結晶のピーク面積と非晶のピーク面積から結晶化度を算出した。
<測定条件>
装置 : Rigaku社製 高分子用SmartLab
X線源 : CuKα線(Niフィルター使用)
出力 : 40kV 50mA
検出器 : D/teX(一次元検出器)
測定方向: 赤道線方向スキャン
<結晶化度の算出>
結晶化度(%)=結晶のピーク面積/(結晶+非晶のピーク面積)×100
(1) Crystallinity 20 mg of a polyparaphenylene terephthalamide fiber bundle cut into 4 cm was weighed. A sample was prepared by binding both ends of this fiber bundle with an enameled wire. Wide-angle X-ray diffraction was measured by placing the prepared sample in a fiber sample holder. The obtained wide-angle X-ray diffraction pattern was peak-separated, and the degree of crystallinity was calculated from the obtained crystal peak area and amorphous peak area.
<Measurement conditions>
Apparatus: SmartLab for polymers manufactured by Rigaku
X-ray source: CuKα ray (using Ni filter)
Output: 40kV 50mA
Detector: D/teX (one-dimensional detector)
Measurement direction: Equatorial direction scan <calculation of crystallinity>
Crystallinity (%) = crystalline peak area / (crystalline + amorphous peak area) x 100

(2)引張特性
製造例で得られたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維について、ASTM D7269に準じて評価を行い、引張強度(Section11;Breaking Strength)、引張弾性率(Section15;Modulus)を測定した。
(2) Tensile Properties The polyparaphenylene terephthalamide fibers obtained in Production Examples were evaluated according to ASTM D7269 to measure tensile strength (Section 11; Breaking Strength) and tensile modulus (Section 15; Modulus).

(3)耐アルカリ性評価
製造例で得られたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を、pH=12.8に調整した水酸化ナトリウム水溶液に完全に浸るように、耐圧容器にセットした。耐圧容器の蓋を閉めた後、70℃のオーブン内で48時間処理した。処理後、イオン交換水で洗浄(水溶液のpHが8.6以下になるまで)し、糸の含水率が10%以下になるまで50℃×4時間以上乾燥し、気温20℃、湿度65%RHの室内で24時間放置した。
上記(2)の方法で引張強度を求め、処理前後の保持率を算出した。
(3) Alkali Resistance Evaluation The polyparaphenylene terephthalamide fiber obtained in Production Example was set in a pressure vessel so as to be completely immersed in an aqueous sodium hydroxide solution adjusted to pH=12.8. After closing the lid of the pressure-resistant container, it was treated in an oven at 70° C. for 48 hours. After treatment, wash with ion-exchanged water (until the pH of the aqueous solution is 8.6 or less), dry at 50°C for 4 hours or more until the moisture content of the yarn is 10% or less, temperature 20°C, humidity 65%. It was left in a RH room for 24 hours.
The tensile strength was determined by the method (2) above, and the retention before and after the treatment was calculated.

(4)耐クリープ性評価
製造例で得られたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維について、ASTM D7269に準じ、定速伸長型引張試験機を用いて、気温20℃、湿度65%RHの室内で試料が切断したときの破断荷重(Section12;Breaking Tenacity)を測定した。破断荷重の50%荷重下で1000時間荷重を掛け続けた後、糸長を測定して、下記式によりクリープ率を算出した。
クリープ率(%)=[(Lc-Lo)/Lo]×100
(Lo:原糸長(mm)、Lc:1000時間後の糸長(mm))
(4) Evaluation of Creep Resistance The polyparaphenylene terephthalamide fiber obtained in Production Example was tested in accordance with ASTM D7269 using a constant-speed extension tensile tester in a room at a temperature of 20° C. and a humidity of 65% RH. Breaking load (Section 12; Breaking Tenacity) when cutting was measured. After applying a load of 50% of the breaking load for 1000 hours, the yarn length was measured and the creep rate was calculated by the following formula.
Creep rate (%) = [(Lc - Lo) / Lo] x 100
(Lo: original yarn length (mm), Lc: yarn length after 1000 hours (mm))

[製造例1]
通常の方法で得られたパラフェニレンテレフタルアミド(分子量約20,000)1kgを4kgの濃硫酸に溶解し、直径0.1mmのホールを1000個有する口金からせん断速度30,000sec-1となるよう吐出し、4℃の水中に紡糸した後、10%の水酸化ナトリウム水溶液で、10℃×15秒の条件で中和処理し、その後、200℃×15秒間の条件で加熱乾燥後、さらに前述の加熱乾燥時の半分の張力でさらに220℃×10秒間追加加熱乾燥し、水分率3.0%のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維(総繊度3,300dtex)を得た。
このポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維に、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体を油剤として、水分率0%に換算した時の繊維質量に対し1.0%となるよう付与した後、巻き上げてパッケージにした。
[Production Example 1]
1 kg of paraphenylene terephthalamide (molecular weight: about 20,000) obtained by a conventional method was dissolved in 4 kg of concentrated sulfuric acid, and was passed through a die having 1,000 holes with a diameter of 0.1 mm at a shear rate of 30,000 sec −1 . After being discharged and spun in water at 4°C, it was neutralized with a 10% sodium hydroxide aqueous solution under the conditions of 10°C for 15 seconds, and then dried by heating under the conditions of 200°C for 15 seconds. The fibers were additionally heated and dried at 220° C. for 10 seconds at half the tension used for drying by heating to obtain polyparaphenylene terephthalamide fibers (total fineness of 3,300 dtex) with a moisture content of 3.0%.
A polyoxyethylene polyoxypropylene copolymer as an oil agent is applied to the polyparaphenylene terephthalamide fiber so that it becomes 1.0% with respect to the fiber mass when converted to a moisture content of 0%, and then wound up and packaged. bottom.

[製造例2]
追加乾燥加熱の条件を240℃×10秒としたこと以外は、製造例1と同様に行い、水分率2.8%のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維(総繊度3,300dtex)を得た。
[Production Example 2]
Polyparaphenylene terephthalamide fibers (total fineness 3,300 dtex) with a moisture content of 2.8% were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the conditions for additional drying and heating were 240° C.×10 seconds.

[製造例3]
付与する油剤を、グリセロールポリグリシジルエーテルとポリエチレングリコール脂肪酸エステルを、60:40(質量比)で混合した油剤としたこと以外は、製造例1と同様に行い、水分率3.2%のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を(総繊度3,300dtex)を得た。
[Production Example 3]
The procedure was carried out in the same manner as in Production Example 1, except that the oil to be applied was a mixture of glycerol polyglycidyl ether and polyethylene glycol fatty acid ester at a ratio of 60:40 (mass ratio). A phenylene terephthalamide fiber (total fineness 3,300 dtex) was obtained.

[製造例4]
追加乾燥加熱の条件を260℃×10秒としたこと以外は、製造例1と同様に行い、水分率2.8%のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維(総繊度3,300dtex)を得た。
[Production Example 4]
Polyparaphenylene terephthalamide fibers (total fineness 3,300 dtex) with a moisture content of 2.8% were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the additional drying and heating conditions were 260° C.×10 seconds.

[製造例5]
追加乾燥加熱を行わないこと以外は製造例1と同様に行い、水分率6.8%のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維(総繊度3,300dtex)を得た。
[Production Example 5]
Polyparaphenylene terephthalamide fibers (total fineness 3,300 dtex) with a moisture content of 6.8% were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that additional drying and heating were not performed.

[製造例6]
帝人社製の“テクノーラ”(登録商標)(コポリパラフェニレン・3,4’-オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維;3,300dtex)を用いた。
[Production Example 6]
"Technora" (registered trademark) (copolyparaphenylene/3,4'-oxydiphenylene terephthalamide fiber; 3,300 dtex) manufactured by Teijin Limited was used.

[実施例1~4、比較例1~2]
製造例1~5で得られたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、及び製造例6のコポリパラフェニレン・3,4’-オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維について、結晶化度、引張弾性率、引張強度保持率(耐アルカリ性)、耐クリープ性の評価結果を表1に示す。
[Examples 1-4, Comparative Examples 1-2]
Crystallinity, tensile modulus, and tensile strength retention of the polyparaphenylene terephthalamide fibers obtained in Production Examples 1 to 5 and the copolyparaphenylene/3,4'-oxydiphenylene terephthalamide fiber of Production Example 6 Table 1 shows the evaluation results of (alkali resistance) and creep resistance.

Figure 2023023903000001
Figure 2023023903000001

表1に示す通り、結晶化度が70%を下回るポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、引張弾性率、耐アルカリ性及び耐クリープ性が劣っていた(比較例1)。共重合成分を含むアラミド繊維は、耐アルカリ性は優れているものの、引張弾性率及び耐クリープ性が劣っていた(比較例2)。このことから、これらの繊維は、コンクリート補強用の建築資材として不十分であることがわかる。 As shown in Table 1, the polyparaphenylene terephthalamide fiber with a crystallinity of less than 70% was inferior in tensile modulus, alkali resistance and creep resistance (Comparative Example 1). Aramid fibers containing a copolymer component had excellent alkali resistance, but were inferior in tensile modulus and creep resistance (Comparative Example 2). From this, it can be seen that these fibers are insufficient as building materials for concrete reinforcement.

一方、実施例1~4のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、引張弾性率、耐アルカリ性及び耐クリープ性に優れており、コンクリート補強用の建築資材として優れた機能を発揮しうることがわかる。 On the other hand, the poly-p-phenylene terephthalamide fibers of Examples 1 to 4 are excellent in tensile modulus, alkali resistance and creep resistance, and can exhibit excellent functions as building materials for reinforcing concrete.

本発明のコンクリート補強用の建築資材は、鉄筋の代替として有用であると共に、脱炭素社会の実現に貢献しうるものである。 The building material for concrete reinforcement of the present invention is useful as a substitute for reinforcing bars and can contribute to the realization of a decarbonized society.

Claims (7)

ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維とマトリクス樹脂とから構成されるコンクリート補強用の建築資材であって、前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維は、広角X線回折により測定される結晶化度が70%以上であることを特徴とするコンクリート補強用の建築資材。 A building material for reinforcing concrete comprising a polyparaphenylene terephthalamide fiber and a matrix resin, wherein the polyparaphenylene terephthalamide fiber has a crystallinity of 70% or more as measured by wide-angle X-ray diffraction. A building material for reinforcing concrete, characterized by: 前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維のアルカリ処理(pH=12.8、70℃、48時間)後の引張強度保持率が、90%以上である、
請求項1に記載のコンクリート補強用の建築資材。
The polyparaphenylene terephthalamide fiber has a tensile strength retention rate of 90% or more after alkali treatment (pH = 12.8, 70 ° C., 48 hours).
A building material for reinforcing concrete according to claim 1.
前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維のASTM D7269に準じて求めた引張弾性率が、100GPa以上である、
請求項1または2に記載のコンクリート補強用の建築資材。
The polyparaphenylene terephthalamide fiber has a tensile modulus of 100 GPa or more, as determined according to ASTM D7269.
A building material for reinforcing concrete according to claim 1 or 2.
前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維のASTM D7269に準じて求めた引張破断荷重の50%の応力にて1,000時間放置した後のクリープが、3.0%以下である、
請求項1~3いずれかに記載のコンクリート補強用の建築資材。
The creep after standing for 1,000 hours at a stress of 50% of the tensile breaking load determined according to ASTM D7269 of the polyparaphenylene terephthalamide fiber is 3.0% or less.
A building material for reinforcing concrete according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4いずれかに記載の建築資材によって補強されたことを特徴とするコンクリート部材または構造物。 A concrete member or structure reinforced with the building material according to any one of claims 1 to 4. JIS A1153により求めた促進試験による中性化速度係数が、2.5mm/√週以上である、請求項5に記載のコンクリート部材または構造物。 6. The concrete member or structure according to claim 5, having a neutralization rate coefficient of 2.5 mm/√week or more in an accelerated test determined according to JIS A1153. 土木用途に用いられる、請求項5または6に記載のコンクリート部材または構造物。 The concrete member or structure according to claim 5 or 6, which is used for civil engineering applications.
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