JP2512608B2 - 繊維強化セメント成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化セメント成形体の製造方法に関
し、特に、繊維の分散性及び賦形性が改良された高強度
のセメント硬化体を製造する方法を提供するものであ
る。

〔従来の技術〕

セメント成形品には、成形時における成形性を良好な
ものとするために、並びに硬化後の機械的強度を高める
ために、補強材として石綿が混入されてきている。しか
しながら、近年、石綿を使用することによる健康上の問
題が指摘されている。従って、石綿に代わる補強材とし
て、各種の合成繊維が利用されてきている。

合成繊維を用いた繊維強化セメント硬化体を製造する
方法の一例が、特開昭58−213666号公報に記載されてい
る。この先行技術の方法では、セメントに無機質充填材
及び合成繊維が配合され、該セメント100重量部に対し
て15〜30重量部の水が加えられ、混練時に繊維表面に傷
を付けやすい混練機を用いて混合され、しかる後硬化体
の賦形に必要な水が追加され、次いで賦形が行われる。

また、上記のようにセメント及び無機質充填材と共に
合成繊維を少量の水に加えて混練する方法の他に、特開
昭64−77503号に開示されているように、水30重量部以
上に水溶性高分子物質0.1重量部以上を溶解した水溶液
に、１種類の無機質充填材200重量部以下を加えて混合
した後、合成繊維0.3〜７重量部を添加して揺動混合を
行い、次いでセメント100重量部を添加してさらに揺動
混合を行い、これらの工程により得られた混合物を賦形
する方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

セメントや骨材に混合された場合に分散性に優れてい
る石綿に比べて、合成繊維は、繊維同士が交絡してファ
イバーボールを形成し易く、一旦形成されたファイバー
ボールは容易に解繊されないため、セメントマトリック
ス中に繊維が均一に分散され難い傾向がある。従って、
繊維を添加したにも関わらず、得られた硬化体の強度が
充分な大きさになり難きという問題があった。

特開昭58−213666号に開示されている方法では、セメ
ント及び無機質充填材と共に、合成繊維を少量の水に加
えて混練するため、混練自体は良好に行われる。しかし
ながら、繊維に無数の傷が生じたり、繊維が切断したり
するため、繊維自体の強度が低下すると共に、それによ
って硬化物の強度が低下するという問題がある。のみな
らず、水30重量部以上を含む混合物を成形型内で押圧賦
形する場合、賦形完了前に成形型内で水分の分離が生
じ、その結果混合物が部分的に流動不良となり完全な賦
形が行われなかったり、硬化体の強度が不均一になった
りするという問題もあった。

また、特開昭64−77503号に開示されている方法で
は、水30重量部以上に水溶性高分子物質0.1重量部以上
を溶解した水溶液に、無機質充填材200重量部以下を加
えて混合した後に、合成繊維0.3〜７重量部を添加して
揺動混合を行い、次いでセメント100重量部を加えて混
練するため、通常、混練は充分に行われる。しかしなが
ら、水温が変動すると混合物の流動性に影響を及ぼし、
混合中にセメントの硬化が始まり、材料の流動性が低下
し賦形が不可能になるという問題があった。また、水温
が充分に低い場合においても、時として賦形完了前に成
形型内で水分の分離が生じ、混合物が部分的に流動不良
となり、完全な賦形が行われなかったり、硬化体の強度
が不均一となったりするという問題があった。

よって、本発明の目的は、繊維の分散性及び賦形性に
優れており、従って強度が均一な高強度セメント成形体
を製造し得る方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本発明の繊維強化セメント成形体の製造方法は、下記
の各工程を備えることを特徴とする。

すなわち、本発明は、40℃以下の水に水溶性高分子物
質を溶解した、または溶解しつつある水溶液の粘度を30
〜40cpsに調整した後、該水溶液約30〜50重量部に無機
質充填材200重量部以下を加えて混合し、次に合成繊維
0.3〜７重量部を添加して約３〜10秒間揺動混合を行う
第１の工程と、 上記第１の工程で得られた混合物にセメント100重量
部を添加して揺動混合を行う第２の工程と、 第２の工程で得られた混合物を、開閉可能な成形型内
に入れ、0.3mm/秒以上の速度で該混合物を押圧し、賦形
する第３の工程とを備えることを特徴とする。

本発明において、水溶性高分子物質を水に溶解させる
のは、水に粘性を付与し、その後に加える無機質充填剤
の沈澱を抑えたり、無機充填剤及び合成繊維分散性を良
くするためであり、また、混合物の流動性を高めて賦形
性を良くするためである。用い得る水溶性高分子物質と
しては、例えばメチルセルロース、カルボキシメチルセ
ルロース、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセ
ルロースまたはポリアクリル酸等が挙げられる。

また、本発明において強度を高めるために用いられる
合成繊維としては、ビニロン、ポリアミド、ポリエステ
ルまたはポリプロピレン等の繊維が挙げられ、太さ２〜
40デニール及び長さ３〜15mmの長さのものが用いられ
る。

本発明においてセメントとは、ポルトランドセメン
ト、アルミナセメントまたは高炉セメント等の水硬性の
ものを指す。

無機質充填材は、安価で安定した増量材として用いる
もので、その結果、賦形後の乾燥収縮により生ずる体積
の変化を小さくすることを狙いとして添加されており、
例えば硅砂、川砂、フライアッシュ、シリカフラワー、
ベントナイト、セピオライト、フォラストナイト、炭酸
カルシウムまたはマイカ等が挙げられる。

また、本発明において揺動混合とは、攪拌羽根を用い
ずに円盤状の揺動盤上に可撓自在のゴム製容器を取り付
けた装置を用い、揺動盤がその傾斜方向と角度を連続的
に変化させることにより、混合される材料が入れられた
ゴム製容器が変形しながら揺動し、内容物を加速し、そ
の速度及び方向に変化を与えることによりランダム方向
に飛散させて混合する方法をいう。この揺動盤の動きの
サイクルは、１〜３回／秒で行われる。

本発明の製造方法において、第１の工程では、まず40
℃以下の水に水溶性高分子物質を溶解した、または溶解
しつつある水溶液の粘度を30〜40cpsに調整する。これ
は、その後に加える無機質充填材の沈澱を防止して、分
散性を高めるため、並びに流動性を付与して賦形性を高
めるためである。

すなわち、上記40℃以下の水溶液の粘度が30cps未満
では、混合物の流動性が不足し、賦形完了前に成形型内
で水の分離が生じ、完全な賦形が行われなかったり、硬
化体の強度が均一にならなかったりするといった問題が
生じるからである。また、上記水溶液粘度が40cpsを超
えると、押圧時の混合物からの水抜けが悪くなり、成形
体の外観不良といった問題が生じる。

水に水溶性高分子物質を溶解した、または溶解しつつ
ある水溶液は、０〜40℃の水30〜50重量部に通常、水溶
性高分子物質0.1〜0.2重量部を溶解して調整する。これ
は、水溶液粘度が上記のように30〜40cpsに調整されて
いても、水温が40℃を超えると混合中にセメントの硬化
が始まり、材料の流動性が低下し、賦形が不可能となる
からである。この時、特に水に溶解し易い水溶性高分子
物質、例えばメチルセルロースを用いれば、無機質充填
材と同時に水に混合することも可能である。

上記のように無機質充填材が分散された粘性のある水
中に合成繊維を加えて揺動混合することにより、合成繊
維が傷付いたり切断されることなく、均一に分散され
る。この場合、無機質充填材の平均粒径が100μｍを超
えると、合繊性間に無機質充填材の粒子が入り難く、繊
維は分散せずに凝集する傾向がある。従って、無機質充
填材の平均粒径は、100μｍ以下であることが好まし
い。

また、合成繊維の添加量が0.3重量部未満では所望の
強度の成形体を得ることができず、逆に７重量部を超え
ると繊維の分散性が低下し、かつ賦形時の流動性も悪化
する。

さらに、合成繊維の揺動混合時間は、約３秒未満では
繊維の分散性が低下して所望の強度の成形体を得ること
ができず、逆に約10秒を越えると繊維同士が交絡してフ
ァイバーボールを形成し易く、得られる硬化体の強度及
び表面性が悪化する。

第２の工程では、第１の工程で得られた混合物にセメ
ント100重量部を加えて再び揺動混合を行うことによ
り、セメントの微粒子が無機質充填材と合成繊維との間
に分散された混合物が得られる。

第３の工程では、上記混合物が成形型内に入れられ、
押圧賦形される。この場合、混合物からの水分の分離が
生じるまでの間に賦形を完了させる必要がある。そこ
で、本発明では、成形型内の混合物の押圧速度を0.3mm/
秒以上で行うことにより、水分の分離が生じるまでに、
混合物を成形型内全体に充満させ、それによって良好な
賦形性を得ている。

第１〜第３の工程を備えることが本発明の必須の構成
であるが、第３の工程により得られた成形体は、賦形性
を保つ程度に成形型内で脱水した後、脱型し、既知の方
法により養生硬化して使用に供される。

〔実施例の説明〕

実施例１ 15℃の水40重量部に、0.15重量部のメチルセルロース
を溶解し、36cpsの粘度の水溶液を得た後、該水溶液
に、粒径100μｍのフライアッシュ30重量部を加えて混
合し、次に５デニール、6mm長のビニロン繊維2.0重量部
を添加して５秒間揺動混合を行う。次に、得られた混合
物に、セメント100重量部を添加して揺動混合を行っ
た。さらに、得られた混合物を、開閉可能な成形型内に
おいて、約65kg/cm²の圧力で、かつ0.3mm/秒以上の速度
で押圧し賦形することにより、繊維強化セメント成形体
を得た。しかる後、得られた成形体を60℃、90％RHにお
いて６時間養生することにより、実施例１の繊維強化セ
メント成形体とした。

なお、揺動混合には、千代田技研工業社製、オムニミ
キサー（容量５）を使用した。

実施例２ 無機質充填材として、フライアッシュに代えて、粒径
100μｍの硅砂粒を30重量部用いたことを除いては、実
施例１と同様にして、繊維強化セメント成形体を得、実
施例２の繊維強化セメント成形体とした。

実施例３ 水溶性高分子として、メチルセルロースに代えてポバ
ールを用いたこと（水溶液粘度は35cps）を除いては、
実施例２と同様して、繊維強化セメント成形体を得、実
施例３の繊維強化セメント成形体とした。

実施例４ 水44重量部に、0.12重量部のメチルセルロースを添加
した高分子水溶液を用い（粘度は32cps）、使用した水
の温度を５℃としたことを除いては、実施例２と同様に
して繊維強化セメント成形体を得、実施例４の繊維強化
セメント成形体とした。

比較例１ 44重量部の水に対して0.10重量部のメチルセルロース
を添加し、高分子水溶液の粘度を26cpsとしたことを除
いては、実施例２と同様にして繊維強化セメント成形体
を得、比較例１の繊維強化セメント成形体とした。

比較例２ 水44重量部に対して0.18重量部のメチルセルロースを
溶解して、44cpsの粘度の高分子水溶液を用いたことを
除いては、実施例２と同様にして繊維強化セメント成形
体を得、比較例２の繊維強化セメント成形体とした。

比較例３ 水温45℃の水38重量部に0.15重量部のメチルセルロー
スを添加・溶解した水溶液（30cps）を用いたことを除
いては、実施例と同様にして繊維強化セメント成形体を
得、比較例３の繊維強化セメント成形体とした。

比較例４ ビニロン繊維を添加して揺動混合を行う時間を１秒と
したことを除いては、実施例２と同様にして繊維強化セ
メント成形体を得、比較例４の繊維強化セメント成形体
とした。

比較例５ ビニロン繊維を添加して揺動混合を行う時間を15秒と
したことを除いては、実施例２と同様にして繊維強化セ
メント成形体を得、比較例５の繊維強化セメント成形体
とした。

上記実施例１〜４及び比較例１〜５で得た各セメント
成形体について、ビニロン繊維の分散性及び得られた成
形体の表面性状を観察した。結果を、下記の第１表に示
す。

ビニロン繊維分散性については、繊維が完全に分散さ
れ凝集がまったく認められないものを○印を付して、分
散されているがやや凝集が認められるものを△印を付
し、著しい凝集が認められ分散不良となっているものを
×印を付して表した。

また、成形体の表面形状については、表面が平滑であ
り繊維のムラが認められないものについては○印を付
し、表面の凹凸または繊維のムラがやや認められるもの
を△印を付し、表面の凹凸または繊維のムラが著しいも
のを×印を付して表した。

得られたセメント成形体の曲げ強さを、JIS−A1408に
準じて測定した。測定経過を、第１表に併せて示す。

第１表から明らかなように、実施例１〜４の各セメン
ト成形体では、ビニロン繊維の分散性及び成形体の表面
性の何れについても良好であることがわかる。これに対
して、比較例１〜５の何れにおいても得られた成形体の
表面性形状が良好ではないことがわかる。また、繊維の
分散性についても、比較例1,4,5では分散性が不良であ
り、比較例３ではやや凝集が生じていることがわかる。

また、曲げ強さについても、実施例１〜４のセメント
成形体は、比較例１〜５のセメント成形体と同等以上の
値を示すことがわかる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、第１の工程におい
て、40℃以下の水に水溶性高分子物質を溶解した、また
は溶解しつつある水溶液の粘度を30〜40cpsに調整して
おき、該水溶液約30〜50重量部に対して200重量部以下
の無機質充填材を加えて混合し、しかる後合繊性0.3〜
７重量部を添加して約３〜10秒間揺動混合を行うため、
無機質充填材の沈澱を抑制して、繊維の混合物中におけ
る分散性を高めることが可能とされている。よって、混
合物に適当な流動性及び脱水性を与えることができるた
め、賦形性が改善される。

また、無機質充填材が分散されたものに合成繊維を加
えて揺動混合を行うものであるため、合繊繊維の間に無
機質充填材粒子が容易に進入し、繊維が傷付いたり切断
することなく均一に分散される。

また、第２の工程において、粘性を有する水溶液に安
定な状態で分散された無機質充填材や合成繊維の間に、
これらよりもさらに小さい粒子からなるセメントを加え
て再び揺動混合するため、セメント粒子が容易にかつ均
一に分散され、しかも合成繊維はこの段階でも終始傷が
付いたり切断されることなく均一な分散状態となるよう
に混合される。

さらに、第３の工程においては、成形型内に入れられ
た混合物を0.3mm/秒以上の速度で押圧賦形するため、混
合物の水分が分離するまでに賦形が完了され、従って成
分が均一で表面性状に優れ、さらに曲げ強度の大きなセ
メント成形体を得ることができる。

よって、本発明の製造方法によれば、健康上問題とな
る石綿を使用することなく、また分散助剤を加えること
なく、賦形が良好に行われ、かつ充分に脱水された高強
度のセメント成形体を提供することが可能となる。

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Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】40℃以下の水に水溶性高分子物質を溶解し
   た、または溶解しつつある水溶液の粘度を30〜40cpsに
   調整した後、該水溶液約30〜50重量部に無機質充填剤20
   0重量部以下を加えて混合し、次に合成繊維0.3〜７重量
   部を添加して約３〜10秒間揺動混合を行う第１の工程
   と、 前記第１の工程で得られた混合物にセメント100重量部
   を添加して揺動混合を行う第２の工程と、 前記第２の工程で得られた混合物を、開閉可能な成形型
   内に入れ、0.3mm/秒以上の速度で該混合物を押圧し賦形
   する第３の工程とを備えることを特徴とする、繊維強化
   セメント成形体の製造方法。