JP2905690B2 - 炭素繊維補強コンクリート - Google Patents
炭素繊維補強コンクリートInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/10—Coating or impregnating
- C04B20/1055—Coating or impregnating with inorganic materials
- C04B20/1062—Metals
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
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Description
【０００１】本発明は、改善された炭素繊維補強コンク
リートに関する。
リートに関する。
【０００２】
【従来の技術】建築、土木材料として使われているセメ
ント系マトリックスは、脆性的性質を持ち、これ単独で
は構造材としての信頼性に欠けるため、これを補強、補
完する目的で従来から鉄筋が用いられている。近年、補
強繊維により構造材の特性（主に強度）の一層の改善が
検討されてきている。例えば、セメントマトリックスに
炭素繊維を適量混合することによって、従来のセメント
コンクリートでは発現し得なかった強度特性、変形特
性、弾性特性などを付与することができ、新規構造材料
として大きな期待が寄せられている。
ント系マトリックスは、脆性的性質を持ち、これ単独で
は構造材としての信頼性に欠けるため、これを補強、補
完する目的で従来から鉄筋が用いられている。近年、補
強繊維により構造材の特性（主に強度）の一層の改善が
検討されてきている。例えば、セメントマトリックスに
炭素繊維を適量混合することによって、従来のセメント
コンクリートでは発現し得なかった強度特性、変形特
性、弾性特性などを付与することができ、新規構造材料
として大きな期待が寄せられている。
【０００３】しかしながら、炭素繊維の適用によって、
通常のコンクリートの実施工では考えられなかった基本
的な問題点が存在することが判明した。それは、金属が
炭素繊維補強コンクリートと接触すると、金属の腐食
（酸化）が著しく進行するという現象である。即ち、炭
素繊維補強コンクリートの実施工において、鉄筋や鉄
骨、型枠、結束線、アンカーファスナーやスペーサーそ
の他の金物などを使用した場合に、これらの金属が炭素
繊維補強コンクリートと接触する面で、通常のコンクリ
ートでは考えられない急速な腐食が進行する。
通常のコンクリートの実施工では考えられなかった基本
的な問題点が存在することが判明した。それは、金属が
炭素繊維補強コンクリートと接触すると、金属の腐食
（酸化）が著しく進行するという現象である。即ち、炭
素繊維補強コンクリートの実施工において、鉄筋や鉄
骨、型枠、結束線、アンカーファスナーやスペーサーそ
の他の金物などを使用した場合に、これらの金属が炭素
繊維補強コンクリートと接触する面で、通常のコンクリ
ートでは考えられない急速な腐食が進行する。
【０００４】これには種々の原因が作用していると考え
られるが、その基本となるのは炭素繊維の電導性と酸化
還元電位である。即ち、炭素繊維は、極めて電導性が良
好で、その電位は貴金属並みの貴な電位を有しており、
これより卑な鉄などの金属とこの炭素繊維が接触する
と、そこに局部電池が形成され、この局部電池作用がそ
の金属腐食の主因となっている。従って、炭素繊維補強
コンクリートにおける金属の腐食を防ぐには、炭素繊維
の電導性を下げるか、あるいは酸化還元電位を卑な電位
にするか、または炭素繊維と卑な金属との接触を断つこ
とが考えられる。
られるが、その基本となるのは炭素繊維の電導性と酸化
還元電位である。即ち、炭素繊維は、極めて電導性が良
好で、その電位は貴金属並みの貴な電位を有しており、
これより卑な鉄などの金属とこの炭素繊維が接触する
と、そこに局部電池が形成され、この局部電池作用がそ
の金属腐食の主因となっている。従って、炭素繊維補強
コンクリートにおける金属の腐食を防ぐには、炭素繊維
の電導性を下げるか、あるいは酸化還元電位を卑な電位
にするか、または炭素繊維と卑な金属との接触を断つこ
とが考えられる。
【０００５】従来から炭素繊維補強コンクリートにおい
て金属の腐食を防止すべく次のような様々な工夫が試み
られている。 （１）炭素繊維補強コンクリートと金属との間に樹脂、
セラミック、ゴム成分の何れかからなる電気絶縁層を形
成し、補強コンクリートを硬化させる方法（特開昭６０
−１８４８１０号公報） （２）電気絶縁層に絶縁性樹脂を用いる方法（特開昭６
０−１８６４４６号公報） （３）電気絶縁層に無機材料を用いる方法（特開昭６０
−１８６４４７号公報）及び （４）電気絶縁層にエポキシ樹脂を用いる方法（特開昭
６２−２１７４４号公報） などが知られているが、これらは主として炭素繊維と卑
な金属との接触を断つ方法を試みているものである。
て金属の腐食を防止すべく次のような様々な工夫が試み
られている。 （１）炭素繊維補強コンクリートと金属との間に樹脂、
セラミック、ゴム成分の何れかからなる電気絶縁層を形
成し、補強コンクリートを硬化させる方法（特開昭６０
−１８４８１０号公報） （２）電気絶縁層に絶縁性樹脂を用いる方法（特開昭６
０−１８６４４６号公報） （３）電気絶縁層に無機材料を用いる方法（特開昭６０
−１８６４４７号公報）及び （４）電気絶縁層にエポキシ樹脂を用いる方法（特開昭
６２−２１７４４号公報） などが知られているが、これらは主として炭素繊維と卑
な金属との接触を断つ方法を試みているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術は、何
れの場合においても、電気絶縁性材料で金属材を被覆す
ることにより、金属が補強コンクリート中の炭素繊維と
金属が直接に接触するのを防ぎ、絶縁しようとするもの
であるが、この絶縁による方法には以下に示したような
問題点がある。
れの場合においても、電気絶縁性材料で金属材を被覆す
ることにより、金属が補強コンクリート中の炭素繊維と
金属が直接に接触するのを防ぎ、絶縁しようとするもの
であるが、この絶縁による方法には以下に示したような
問題点がある。
【０００７】ひとつには、型枠など広い面積で炭素繊維
補強コンクリートと接触する金属材を絶縁被覆しようと
する場合、厚みムラが生じやすく、そのため部分的に絶
縁層の欠陥部分が生じて炭素繊維が直接接触し、局部電
池の形成による金属腐食が起きることが挙げられる。ま
た、厚みムラは、得られる炭素繊維補強コンクリートの
表面に微細な凹凸を形成し、塗装の仕上げに悪影響を及
ぼしかねない。
補強コンクリートと接触する金属材を絶縁被覆しようと
する場合、厚みムラが生じやすく、そのため部分的に絶
縁層の欠陥部分が生じて炭素繊維が直接接触し、局部電
池の形成による金属腐食が起きることが挙げられる。ま
た、厚みムラは、得られる炭素繊維補強コンクリートの
表面に微細な凹凸を形成し、塗装の仕上げに悪影響を及
ぼしかねない。
【０００８】このほかにも、例えば鉄筋や鉄骨などの場
合には、コンクリートとの接着性を考慮しなければなら
ず、またこれらを運搬移動したり施工する場合に絶縁層
の剥離が生じやすい、等が問題点として挙げられる。従
って、炭素繊維補強コンクリートを得るに際して、上述
のような不都合による制限が生じない補強コンクリート
の出現が望まれている。
合には、コンクリートとの接着性を考慮しなければなら
ず、またこれらを運搬移動したり施工する場合に絶縁層
の剥離が生じやすい、等が問題点として挙げられる。従
って、炭素繊維補強コンクリートを得るに際して、上述
のような不都合による制限が生じない補強コンクリート
の出現が望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、これら従
来法の如き制約がなく、しかも金属腐食に対する抵抗性
に優れた炭素繊維補強コンクリートを開発すべく鋭意検
討した結果、金属メッキを施した炭素繊維を用いること
により、炭素繊維補強コンクリートと金属材とが接触す
る部位における金属腐食が抑制されることを見出し本発
明に到達した。
来法の如き制約がなく、しかも金属腐食に対する抵抗性
に優れた炭素繊維補強コンクリートを開発すべく鋭意検
討した結果、金属メッキを施した炭素繊維を用いること
により、炭素繊維補強コンクリートと金属材とが接触す
る部位における金属腐食が抑制されることを見出し本発
明に到達した。
【００１０】本発明の要旨とするところは、セメント成
分、炭素繊維及び金属強化材からなる補強コンクリート
において、表面に金属メッキを施した炭素繊維を体積分
率で０．３〜２％含有することを特徴とする炭素繊維補
強コンクリートにある。
分、炭素繊維及び金属強化材からなる補強コンクリート
において、表面に金属メッキを施した炭素繊維を体積分
率で０．３〜２％含有することを特徴とする炭素繊維補
強コンクリートにある。
【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。各種金属
の電極電位は、一般に電解液の種類によって異なる。表
１に標準水素電極に対する各純金属の各種溶液に対する
電位を示す（（社）日本電気協会発行「生産と電気」昭
和５９年３月号、ｐ．２６、河原）。表１において下側
の、電位の低いものほど卑で、上のものほど貴である。
これらのうちの任意の２組が接触した場合、下側、即ち
卑の方の金属が接触腐食を受ける可能性があり、その電
位差が大きいほどその腐食の程度が大きいと言える。
の電極電位は、一般に電解液の種類によって異なる。表
１に標準水素電極に対する各純金属の各種溶液に対する
電位を示す（（社）日本電気協会発行「生産と電気」昭
和５９年３月号、ｐ．２６、河原）。表１において下側
の、電位の低いものほど卑で、上のものほど貴である。
これらのうちの任意の２組が接触した場合、下側、即ち
卑の方の金属が接触腐食を受ける可能性があり、その電
位差が大きいほどその腐食の程度が大きいと言える。
【００１２】
【表１】
【００１３】コンクリートのｐＨは通常１２〜１３と高
アルカリであるので４％ＮａＯＨ中での電位を見ると、
炭素繊維に対応するＣの電位は＋０．４４Ｖに対して、
Ｆｅの電位は＋０．１０Ｖと両者間の電位差は大きい。
これらの中間の電位にＡｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｔａ等がある。
アルカリであるので４％ＮａＯＨ中での電位を見ると、
炭素繊維に対応するＣの電位は＋０．４４Ｖに対して、
Ｆｅの電位は＋０．１０Ｖと両者間の電位差は大きい。
これらの中間の電位にＡｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｔａ等がある。
【００１４】本発明において用いる炭素繊維表面に施す
金属メッキとしては、表１の炭素と鉄の中間の電位を示
す金属が挙げられるが、電位ができるだけ鉄に近いもの
が好ましい。即ち、鉄との電位差が０．２Ｖ以内である
ものが好ましく、更に好ましくは、該電位差が０．１Ｖ
以内である。メッキに要する材料費、加工コスト等を考
慮すると、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ等がより好ましい。
金属メッキとしては、表１の炭素と鉄の中間の電位を示
す金属が挙げられるが、電位ができるだけ鉄に近いもの
が好ましい。即ち、鉄との電位差が０．２Ｖ以内である
ものが好ましく、更に好ましくは、該電位差が０．１Ｖ
以内である。メッキに要する材料費、加工コスト等を考
慮すると、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ等がより好ましい。
【００１５】電位差が大きくなると通常の鉄と炭素繊維
との接触で見られるように、ガルバニック腐食が進行し
やすい状態となる。即ち、セメントマトリックス中での
炭素繊維の存在はガルバニック腐食電池のカソード面積
を増大させ、いわゆる小アノード、大カソードを形成し
て腐食を促進するものと考えられる。
との接触で見られるように、ガルバニック腐食が進行し
やすい状態となる。即ち、セメントマトリックス中での
炭素繊維の存在はガルバニック腐食電池のカソード面積
を増大させ、いわゆる小アノード、大カソードを形成し
て腐食を促進するものと考えられる。
【００１６】本発明に用いることのできる炭素繊維とし
ては、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維であっても、
ピッチ系の炭素繊維であってもよいが、強度特性の発現
に優れ、種々の要求性能に対してバランスのとれた特性
を有するポリアクリロニトリル系の炭素繊維が好まし
い。
ては、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維であっても、
ピッチ系の炭素繊維であってもよいが、強度特性の発現
に優れ、種々の要求性能に対してバランスのとれた特性
を有するポリアクリロニトリル系の炭素繊維が好まし
い。
【００１７】本発明のコンクリート中における炭素繊維
の量は、体積分率で０．１〜２０％の範囲であるが、炭
素繊維補強コンクリートの強度およびコストパフォーマ
ンスを考えると０．３〜２％の範囲が好ましい。
の量は、体積分率で０．１〜２０％の範囲であるが、炭
素繊維補強コンクリートの強度およびコストパフォーマ
ンスを考えると０．３〜２％の範囲が好ましい。
【００１８】また、本発明の炭素繊維補強コンクリート
に用いる鉄筋としては、通常の補強コンクリートに使用
されているもので良く、特に制限はない。また、積極的
に黒皮を生成させた鉄筋を使用することも通常であり、
この場合にはこの酸化被膜が絶縁層として作用するた
め、不完全ではあるが局部電池生成の抑制が期待でき
る。
に用いる鉄筋としては、通常の補強コンクリートに使用
されているもので良く、特に制限はない。また、積極的
に黒皮を生成させた鉄筋を使用することも通常であり、
この場合にはこの酸化被膜が絶縁層として作用するた
め、不完全ではあるが局部電池生成の抑制が期待でき
る。
【００１９】本発明における炭素繊維補強コンクリート
は、セメントマトリックス中に炭素繊維を分散させたも
のであれば砂や砂利などの骨材の有無やその量の多少、
或いは各種の添加材や混和材の量の多少を問わず、更に
セメントの種類を問わず、局部電池形成に基づく金属腐
食に対して、防止効果を発揮するものである。
は、セメントマトリックス中に炭素繊維を分散させたも
のであれば砂や砂利などの骨材の有無やその量の多少、
或いは各種の添加材や混和材の量の多少を問わず、更に
セメントの種類を問わず、局部電池形成に基づく金属腐
食に対して、防止効果を発揮するものである。
【００２０】
【実施例】以下に、実施例に基づいて、より具体的に本
発明を説明する。 ［参考例］ Ｎｉメッキ炭素繊維の製造例 ポリアクリロニトリル系炭素繊維としてノンサイズのＴ
Ｒ−４０−１２Ｌ（三菱レイヨン（株）製、商品名）
を、界面活性剤を含むパラジウムヒドロゾルＴＣＰ２４
１（戸田工業（株）製）に７０℃、５分間浸漬した。次
に、このパラジウムを吸着した炭素繊維をメッキ装置に
て、硫酸ニッケル２９０ｇ／リットル、塩化ニッケル５
０ｇ／リットル、ほう酸４０ｇ／リットルのニッケルメ
ッキ浴中で、０．８３ｍ／分の送り速度、電解電流３０
Ａでメッキを行った。得られたＮｉメッキ炭素繊維の比
抵抗は、９．８×１０-5Ω・ｃｍであった。
発明を説明する。 ［参考例］ Ｎｉメッキ炭素繊維の製造例 ポリアクリロニトリル系炭素繊維としてノンサイズのＴ
Ｒ−４０−１２Ｌ（三菱レイヨン（株）製、商品名）
を、界面活性剤を含むパラジウムヒドロゾルＴＣＰ２４
１（戸田工業（株）製）に７０℃、５分間浸漬した。次
に、このパラジウムを吸着した炭素繊維をメッキ装置に
て、硫酸ニッケル２９０ｇ／リットル、塩化ニッケル５
０ｇ／リットル、ほう酸４０ｇ／リットルのニッケルメ
ッキ浴中で、０．８３ｍ／分の送り速度、電解電流３０
Ａでメッキを行った。得られたＮｉメッキ炭素繊維の比
抵抗は、９．８×１０-5Ω・ｃｍであった。
【００２１】
【実施例１，２】参考例により作製したＮｉメッキ炭素
繊維を、表２に示す配合のセメントペースト中に容積分
率０．５％（実施例１）および１％（実施例２）の割合
で混練した。その炭素繊維補強コンクリートの中に、＃
４００のサンドペーパーで研磨し、アセトンで十分脱脂
した黒皮なし普通鉄筋を埋設し、４０℃×５時間の蒸気
養生を施した後、オートクレーブ中で１８０℃×１０気
圧×５時間の腐食加速試験を実施した。鉄筋を、蒸気養
生、オートクレーブ処理の後に、コンクリート中から取
り出し、その腐食状況として鋼材表面の腐食発生率（腐
食面積／全表面積×１００％）を調べた。その結果を表
３に示した。
繊維を、表２に示す配合のセメントペースト中に容積分
率０．５％（実施例１）および１％（実施例２）の割合
で混練した。その炭素繊維補強コンクリートの中に、＃
４００のサンドペーパーで研磨し、アセトンで十分脱脂
した黒皮なし普通鉄筋を埋設し、４０℃×５時間の蒸気
養生を施した後、オートクレーブ中で１８０℃×１０気
圧×５時間の腐食加速試験を実施した。鉄筋を、蒸気養
生、オートクレーブ処理の後に、コンクリート中から取
り出し、その腐食状況として鋼材表面の腐食発生率（腐
食面積／全表面積×１００％）を調べた。その結果を表
３に示した。
【００２２】
【表２】
【００２３】［比較例］実施例で用いたと同じ配合のセ
メントペースト中に、アクリロニトリル系炭素繊維（Ｔ
Ｒ−４０−１２Ｌ：三菱レイヨン（株）製）を、容積分
率１％の割合で混練し、該炭素繊維補強コンクリート中
における鋼材の腐食発生率を実施例と同様にして調べ
た。その結果を併せて表３に示した。比較例に比し、実
施例に示したＮｉメッキ炭素繊維は鋼材の腐食をかなり
低減できていることが確認出来た。
メントペースト中に、アクリロニトリル系炭素繊維（Ｔ
Ｒ−４０−１２Ｌ：三菱レイヨン（株）製）を、容積分
率１％の割合で混練し、該炭素繊維補強コンクリート中
における鋼材の腐食発生率を実施例と同様にして調べ
た。その結果を併せて表３に示した。比較例に比し、実
施例に示したＮｉメッキ炭素繊維は鋼材の腐食をかなり
低減できていることが確認出来た。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【発明の効果】本発明の炭素繊維補強コンクリートは、
鋼材の電位に近い金属でメッキした炭素繊維を用いてい
るため、コンクリート中の鉄筋、鉄骨等の腐食を効率よ
く抑えることが可能となった。
鋼材の電位に近い金属でメッキした炭素繊維を用いてい
るため、コンクリート中の鉄筋、鉄骨等の腐食を効率よ
く抑えることが可能となった。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 24:00） 111:26 (72)発明者 武井 吉一 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿 島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 末永 龍夫 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿 島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 里山 公治 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿 島建設株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−78159（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 28/02 C04B 14/38 C04B 41/88
Claims (2)
- 【請求項１】 セメント成分、炭素繊維及び金属強化材
からなる補強コンクリートにおいて、表面に金属メッキ
を施した炭素繊維を体積分率で０．３〜２％含有するこ
とを特徴とする炭素繊維補強コンクリート。 - 【請求項２】 炭素繊維表面にメッキする金属の電極電
位が鉄よりも貴であり、炭素繊維よりも卑であることを
特徴とする請求項１記載の炭素繊維補強コンクリート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8522994A JP2905690B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 炭素繊維補強コンクリート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8522994A JP2905690B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 炭素繊維補強コンクリート |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277801A JPH07277801A (ja) | 1995-10-24 |
| JP2905690B2 true JP2905690B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=13852744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8522994A Expired - Fee Related JP2905690B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 炭素繊維補強コンクリート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905690B2 (ja) |
-
1994
- 1994-04-01 JP JP8522994A patent/JP2905690B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07277801A (ja) | 1995-10-24 |
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