JP4541259B2 - 繊維補強モルタル組成物 - Google Patents

Description

本発明は、金属短繊維が分散混合された、まだ固まっていないモルタル組成物であって、流動性に優れ、かつ硬化後の曲げ強度を改善したものに関する。

モルタルおよびコンクリート（以下これらを「セメント系材料」という）の強度や靱性を改善する手法として、セメント系混練物中に短繊維を配合させる手法が知られている（特許文献１〜４）。その短繊維として繊維長の異なる２種類の金属繊維を使用した短繊維補強コンクリートも開発されている（特許文献４）。

特表平９−５００３５２号公報 特開平１１−２４６２５５号公報 特開２００１−１８１００４号公報 特開平９−２９５８７７号公報

近年、建築物の高層化や大規模化等に対応するため、圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度化を図りつつ、曲げ強度についても３０Ｎ／ｍｍ²以上、あるいは４０Ｎ／ｍｍ²以上といった高レベルを実現できるセメント系材料のニーズが高まっている。セメント系材料にこのような特性を付与するには金属や有機質の短繊維を添加することが有効である。例えば特許文献３には、粗骨材の粒径を２ｍｍ以下に制限するとともに長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維あるいは有機質繊維を添加して、曲げ強度／圧縮強度の比を向上させたセメント系材料が開示されている。

現場での施工性や構造設計の多様化に充分対応するには、上記のような短繊維補強セメント系材料においても、混練物の状態で高い流動性を呈することが望まれる。しかしながら、混練物の「流動性」と硬化体の「曲げ強度」を高いレベルで安定して両立させることは必ずしも容易ではない。一般に短繊維の長さおよび添加量が増大するほど曲げ強度は向上する反面、流動性は低下する。逆に短繊維の長さおよび添加量が少ないほど流動性は良くなる反面、曲げ強度の向上効果は小さくなる。つまり、「流動性」と「曲げ強度」はトレードオフの関係にあり、そのことが「流動性」と「曲げ強度」の同時改善を難しくしている要因になっている。

コスト面や流動性改善の面を重視すると、短繊維の添加量をできるだけ少なく抑えることが有利である。この場合は、硬化体の曲げ強度を向上させることが一層難しくなる。特許文献３では「流動性」と「曲げ強度」の両立、あるいはさらに短繊維の添加量低減に関し特段の配慮はなされていない。また、細骨材の粒径を２ｍｍ以下に制限することは、粒径５ｍｍ以下の細骨材を使用している一般的なモルタルへの適用が排除されることにつながり、汎用性の面でも改善の余地がある。

一方、特許文献４によれば、長さの異なる２種類の短繊維を混合することにより、曲げ強度等の機械的特性のバラツキを少なくすることが可能になるという。しかし、この文献では粗骨材を含むコンクリートを対象としており、曲げ強度の高い超高強度モルタルを得る手法については開示がない。また、流動性の改善についても特段の配慮はなされていない。

本発明は、粒径５ｍｍ以下の細骨材を使用するモルタルにおいて、その混練物の流動性を充分に確保しながら３０Ｎ／ｍｍ²以上あるいは特に４０Ｎ／ｍｍ²以上の高い曲げ強度を実現し、かつ繊維の使用量低減にも配慮した繊維補強モルタル組成物を提供しようというものである。

発明者らは詳細な検討の結果、モルタルに添加する短繊維として、繊維長さの分布曲線に２つ以上のピークをもつ配合の金属繊維を使用し、かつ、その繊維長分布と添加量を適正化したとき、単一長さの繊維からなる金属繊維を添加したものと比べ、「流動性」と「曲げ強度」を高いレベルで両立できることを知見した。すなわち、流動性の低下を抑制しながら曲げ強度の向上が可能になる。

本発明では、引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維が、繊維長の分布曲線に２つ以上のピークをもち、かつ下記（１）〜（３）式を満たす配合で分散混合されており、フロー値２００ｍｍ以上の流動性を有し、硬化後に曲げ強度３３.８Ｎ／ｍｍ²以上あるいは特に４０Ｎ／ｍｍ²以上を呈するモルタル組成物を提供する。
Ｌ_P1＝１２.５±７.５ ……（１）
Ｌ_P1≦０.８Ｌ_P2 ……（２）
Ｖ₁＋Ｖ₂≦３.５ ……（３）

ここで、繊維長の分布曲線における最も高いピークと２番目に高いピーク（以下これらを「主たる２つのピーク」ということがある）のうち、繊維長が短い方のピークをＰ１、長い方のピークをＰ２と呼ぶとき、
Ｌ_P1：Ｐ１のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
Ｌ_P2：Ｐ２のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
Ｖ₁：繊維長さが平均繊維長未満である繊維の合計混入率（体積％）、
Ｖ₂：繊維長さが平均繊維長以上である繊維の合計混入率（体積％）、
である。

繊維長の分布曲線は、図１に例示するように、横軸に繊維長、縦軸に繊維の体積（または体積に比例する値）をいずれも等分目盛りでとったグラフにプロットされる曲線である。具体的には、横軸を微小繊維長区分（例えば１ｍｍ幅以下）に分割し、各微小繊維長区分ごとに当該区分に属する繊維の合計体積を集計し、各集計値を〔横軸値，縦軸値〕＝〔各微小繊維長区分の中央値，その区分に属する繊維の合計体積値〕の座標にプロットし、各プロットした点を曲線で結んだとき、その曲線が本発明でいう「繊維長の分布曲線」である。ピークの数は３つ以上存在しても構わないが、ここでは最も高いピークと２番目に高いピークに着目した場合のＬ_P1およびＬ_P2を用いて発明を特定する。ただし、平均繊維長Ｌ_M（「横軸の各微小繊維長区分の中央値×当該区分に属する繊維の合計体積」の総和を繊維の全体積で除した値）がＬ_P1とＬ_P2の間にある分布形態のものが対象となる。また、前記最も高いピークおよび２番目に高いピークがそれぞれ１つだけ定まる場合が対象となる。

図２には、Ｐ１およびＰ２にピーク幅がほとんどない場合の繊維長の分布曲線を例示してある。これは、繊維長Ｌ_P1の金属繊維製品と、繊維長Ｌ_P2の金属繊維製品とを混合（ブレンド）した場合の典型的な分布曲線である。この場合、両ピークの高さがそれぞれ、ほぼそのままＶ₁およびＶ₂に相当すると見てよい。

Ｖ₁、Ｖ₂の繊維混入率（体積％）は、繊維添加前のモルタル１ｍ³に対する、繊維添加量（ｍ³）の割合をいう。ここでいうモルタル組成物は、まだ固まっていないモルタルの混練物であって、金属繊維を分散混合したものである。金属繊維の径は０.１〜１ｍｍのものが使用できる。

また本発明では、前記（１）〜（３）式に加え、さらに下記（４）〜（６）式を満たす配合で金属繊維を分散混合させたモルタル組成物を提供する。
Ｖ₂≧−０.０２Ｌ_P2＋１.２ ……（４）
Ｌ_P1×Ｖ₁＋Ｌ_P2×Ｖ₂≧０.３Ｌ_P2×Ｖ₂−０.３Ｌ_P1＋２９ ……（５）
Ｖ₂＜０.８のときは、Ｖ₁≧０.８ ……（６）
（１）〜（６）式を同時に満たす金属繊維の配合は、硬化後に特に高い曲げ強度を得るための好ましい配合である。

金属繊維は、さらに下記（７）式を満たすように配合されていることが好ましい。
Ｌ_P2≦３５ ……（７）

ただし本発明では、下記（８）式の関係を満たして隣接するピーク群は１つのピークとみなして取り扱う。
Ｌ_B−Ｌ_A≦０.１Ｌ_B ……（８）
ここで、
Ｌ_A：隣り合う２つのピークのうち、繊維長が短い方のピーク位置に相当する繊維長、
Ｌ_B：隣り合う２つのピークのうち、繊維長が長い方のピーク位置に相当する繊維長、
である。
このようにして１つのピークとみなされたピークを、以下「みなしピーク」と呼ぶことがある。みなしピークのピーク位置に相当する繊維長Ｌ_Xは、当該ピーク群を構成する各ピークについての「ピーク位置に相当する繊維長×ピーク高さ」の総和を「各ピーク高さ」の総和で除した値として算出すればよい。みなしピークのピーク高さは、当該ピーク群を構成する「各ピーク高さ」の総和とする。

図３に、（８）式を満たして隣接するピーク群について、繊維長の分布曲線を例示する。この例では３つのピーク［１］〜［３］が隣接して存在している。ピーク［１］とピーク［２］は、Ｌ_A＝Ｌ_[1]、Ｌ_B＝Ｌ_[2]としたとき（８）式を満たす関係にあるとする。同様にピーク［２］とピーク［３］も、Ｌ_A＝Ｌ_[2]、Ｌ_B＝Ｌ_[3]としたとき（８）式を満たす関係にあるとする。このとき、［１］〜［３］の３本のピークからなるピーク群は１つのピークとみなされる。そして、そのピーク位置に相当する繊維長Ｌ_Xは、次式、
Ｌ_X＝（Ｌ_[1]×ｈ_[1]＋Ｌ_[2]×ｈ_[2]＋Ｌ_[3]×ｈ_[3]）／（ｈ_[1]＋ｈ_[2]＋ｈ_[3]）
によって算出される。また、このみなしピークの高さはｈ_[1]＋ｈ_[2]＋ｈ_[3]となる。

以上のモルタル組成物において、特にフロー値２３０ｍｍ以上の高流動性を有するものが提供される。また、硬化後に圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ²以上、曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上の硬化体を構築するものが好適な対象となる。圧縮強度はＪＩＳ Ｒ５２０１に規定の「圧縮強さ」に相当するものである。曲げ強度は「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ ５５２−１９９９）」に規定の試験方法に準拠して４０×４０×１６０ｍｍの試験体を用いて測定される値を採用する。フロー値はＪＩＳ Ｒ５２０１に準じて、落下運動を加えない方法により定めることができる。

本発明によれば、特異な繊維長分布をもつ金属繊維を配合させる手法によって、モルタルフロー２００ｍｍ以上あるいはさらに２３０ｍｍ以上という流動性を維持しながら、硬化後に曲げ強度３３.８Ｎ／ｍｍ²あるいはさらに４０Ｎ／ｍｍ²以上を呈するモルタル組成物を得るための具体的手段が提供された。このような高レベルの「流動性」と「曲げ強度」を両立させることは、単一長さの金属繊維を配合させていた従来のモルタルでは実現が極めて難しかったことである。また、本発明のモルタル組成物は、骨材の最大径を一般的な５ｍｍ以下とすることができ、骨材の径を制限することによる汎用性の低下も防止できる。さらに、本発明では使用する繊維の繊維長分布に応じて曲げ強度が最も高くなる近傍の繊維配合を特定しているので、繊維の使用量に対する「流動性」と「曲げ強度」の改善効率（コストメリット）が極めて高い。したがって本発明は、種々のセメント系材料構造物において、高強度モルタルの普及に寄与するものである。

本発明ではモルタル組成物の流動性を高く維持しながら硬化後の曲げ強度を顕著に向上させるために、繊維長の分布曲線に２つ以上のピークをもつ特異な繊維長分布の金属短繊維を配合させる。短繊維補強コンクリートまたはモルタルでは、一般に、繊維長が長いほど強度向上には有利であるとされる。しかし本発明者らの詳細な調査によれば、単に繊維長を長くするよりも、比較的長い繊維長を有する繊維と、比較的短い繊維長を有する繊維とを適度に混合した分布状態の繊維配合とする方が、流動性を維持しつつ高い曲げ強度を実現できることが明らかになった。そのメカニズムについては現時点で未解明であるが、セメントマトリクス中において、本来強度向上に有利な長い繊維どうしの間に短い繊維が入り込む分散形態が得られ、これが曲げに対する抵抗力を顕著に増大させているものと推察される。
以下、本発明を特定するための事項について説明する。

短繊維は、引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度を有する金属繊維を使用する。このような高強度金属繊維の代表的なものに鋼繊維やステンレス鋼繊維が挙げられる。形状については種々調査したところ、ストレート型で充分であるが、波形加工やインデント加工を施してセメントマトリクスに対するアンカー効果を向上させたものも適用できる。引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ²を下回る繊維では本発明の効果が安定して得られない場合がある。引張強さの上限については特に制限はない。鋼繊維では１０００〜２０００Ｎ／ｍｍ²級のものが製造されており、これを問題なく使用できる。あまり強度の高い金属繊維を使用してもそれに見合った特性向上は期待できないので、引張強さ７５０〜２５００Ｎ／ｍｍ²の範囲で金属繊維を選択すればよい。

発明者らの検討によれば、モルタルの曲げ強度を改善する上で、金属繊維の径よりも、長さ分布の方が大きく影響することがわかった。一般に引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度金属繊維は、０.１〜１ｍｍ程度の径のものが製造されており、入手可能である。この範囲の径を有するものであれば本発明に適用することができるが、０.１〜０.８ｍｍ径のものが分散性等を考慮して総合的に見ると好適であり、０.１〜０.４ｍｍ径のものが一層好ましい。金属繊維の断面形状は円、楕円、扁平形状など種々のものがあり、いずれも使用できる。「径」は長手方向に垂直な断面における長径を意味する。

繊維長については、分布曲線の主たる２つのピークのうち、繊維長さが短い方のピークＰ１の位置に相当する繊維長（ｍｍ）が下記（１）式を満たす必要がある。
Ｌ_P1＝１２.５±７.５ ……（１）
（１）式を外れてＬ_P1が小さくなると、セメントマトリクス中で長い繊維の間を埋めることによる補強作用が充分に発揮できなくなると推察され、結果的に曲げ強度の向上作用に乏しくなる。逆に（１）式を外れてＬ_P1が大きくなると、単一のピークをもつ繊維長分布の場合に対して、２つ以上のピークをもつ繊維長分布に調整したことによる効果があまり顕著に現れず、コストメリットが小さくなる。（１）式に代えて下記（１）’式を採用することがより好ましい。
Ｌ_P1＝１２.５±５ ……（１）’

繊維長の分布曲線における主たる２つのピークＰ１とＰ２の間隔は、下記（２）式を満たすように離れていることが望ましい。
Ｌ_P1≦０.８Ｌ_P2 ……（２）
（２）式を外れて主たる２つのピークが近づきすぎると、単一のピークをもつ繊維長分布の場合に対して、２つ以上のピークをもつ繊維長分布に調整したことによる効果があまり顕著に現れず、コストメリットが小さくなる。
なお、主たる２つのピーク高さの差に関しては、低い方のピーク高さが、高い方のピーク高さの１／４以上であることが望ましい。「みなしピーク」である場合のピーク高さについては前述のとおりである。

含有させる金属繊維の総量（セメント系混練物中の体積％）は、（３）式を満たす範囲とする。
Ｖ₁＋Ｖ₂≦３.５ ……（３）
（３）式の左辺は含有させる金属繊維の総量（体積％）を表す。繊維の総量が５体積％を超えると、単一のピークをもつ繊維長分布を採用した場合と比較して、曲げ強度を向上させるために必要な繊維の使用量を低減させる効果が充分に発揮されず、コストメリットが小さくなる。また、充分な流動性を確保することが難しくなる。（３）式に代えて下記（３）’’式を採用することがより好ましい。
Ｖ₁＋Ｖ₂≦２.５ ……（３）’’

繊維長の長い金属繊維は曲げ強度を向上させるための寄与が大きいので、ある程度以上の混入率を確保する必要がある。ただし、その寄与の程度はピークＰ２の位置（すなわちＬ_P2）によって変わってくる。したがって、むやみに繊維長の長い繊維の配合率を増やすと、流動性を損ねるだけで高い曲げ強度が得られないという事態も起こりうる。発明者らの詳細な研究の結果、長い繊維の配合量をＬ_P2に応じて下記（４）式を満たすように確保することが、曲げ強度を顕著に向上させる上で極めて有利になることがわかった。
Ｖ₂≧−０.０２Ｌ_P2＋１.２ ……（４）
（４）式は、Ｌ_P2が小さい場合ほど、Ｖ₂が多くなるような配合とすべきことを意味する。

一方、前述のように、曲げ強度は長い繊維と短い繊維の相乗作用によって顕著に向上し、それぞれの混入率を適正化した場合に例えば曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上といった優れた特性が達成される。発明者らは様々な繊維長分布の金属繊維を使用して、上記相乗作用を検討したところ、下記（５）式を満たす配合領域の中に曲げ強度の顕著な向上がもたらされ、かつ流動性も高く維持される「解」が存在することを突き止めた。
Ｌ_P1×Ｖ₁＋Ｌ_P2×Ｖ₂≧０.３Ｌ_P2×Ｖ₂−０.３Ｌ_P1＋２９ ……（５）
この式は、主たる２つのピークの位置（Ｌ_P1およびＬ_P2）に応じて、確保すべき短い繊維と長い繊維のそれぞれの量（Ｖ₁およびＶ₂）が変動することを表したものである。適切なＶ₁およびＶ₂の組み合わせは、長い繊維の繊維長（Ｌ_P2）および混入率（Ｖ₂）によって変わってくる。また、短い繊維の繊維長（Ｌ_P1）によっても影響を受ける。

ただし、長い繊維の混入率が低い領域では、（５）式に従うだけでは安定して高い曲げ強度が得られない場合がある。そこで種々検討の結果、Ｖ₂が０.８体積％未満の場合には下記（６）式を適用することが望ましい。
Ｖ₂＜０.８のときは、Ｖ₁≧０.８ ……（６）

このように（４）〜（６）式は、前記（１）〜（３）式を満たす配合の金属繊維において、さらに曲げ強度を顕著かつ安定的に向上させるための具体的な手法を与えるものである。流動性については、後述するモルタルの成分設計を採用したものにおいて、（４）〜（６）式を満たす範囲の中でフロー値２００ｍｍ以上あるいはさらに２３０ｍｍ以上を実現することができる。具体的には、（４）〜（６）式を満たす範囲内において、Ｖ₁またはＶ₂を低減していくと、フロー値２００ｍｍ以上あるいはさらに２３０ｍｍ以上の領域を見出すことができる。

使用する繊維の繊維長があまり長くなると流動性の低下が大きくなり、本発明においては不利となる。具体的には下記（７）式を満たすことが望ましい。
Ｌ_P2≦３５ ……（７）

本発明で対象とする金属繊維としては、繊維長の分布曲線に３つ以上のピーク（みなしピークを構成するピーク群は１つのピークと数える）が存在しているものであっても構わない。ただしその場合、３番目に高いピークの高さは２番目に高いピークの高さの１／２以下であることが望ましい。また、Ｌ_P1±（Ｌ_P1×０.１）の範囲にＶ₁の５０％以上が含まれ、Ｌ_P2±（Ｌ_P2×０.１）の範囲にＶ₂の５０％以上が含まれるような分布を有する金属繊維が好適な対象となる。

そのような好適な金属繊維の分布は、単一の繊維長を有する繊維で構成される２種類以上の金属繊維製品を混合（ブレンド）することによって比較的簡単に実現可能である。特に２種類の金属繊維製品を使用したモルタル組成物としては以下のi)、ii)のようなものが挙げられる。

i) 引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維で構成される平均繊維長Ｌ_M1の金属繊維製品と、引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維で構成される平均繊維長Ｌ_M2の金属繊維製品とを混合することにより、繊維長の分布曲線に２つのピークをもち、かつ前記（１）〜（３）式を満たす配合とした金属繊維が分散混合されており、フロー値２００ｍｍ以上あるいはさらに２３０ｍｍ以上の流動性を有し、硬化後に曲げ強度３０Ｎ／ｍｍ²以上あるいはさらに４０Ｎ／ｍｍ²以上を呈するモルタル組成物。
ii) 引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維で構成される平均繊維長Ｌ_M1の金属繊維製品と、引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維で構成される平均繊維長Ｌ_M2の金属繊維製品とを混合することにより、繊維長の分布曲線に２つのピークをもち、かつ前記（１）〜（６）式を満たす配合とした金属繊維が分散混合されているフロー値２００ｍｍ以上あるいは２３０ｍｍ以上のモルタル組成物。

これらの場合、使用する金属繊維製品の平均繊維長Ｌ_M1およびＬ_M2は、それぞれＬ_P1およびＬ_P2に相当すると見てよい。また、各金属繊維製品の配合量がそれぞれＶ₁およびＶ₂に相当する。これらの金属繊維製品の一部を平均繊維長の異なる他の製品で置換することもできる。この場合、前述の「みなしピーク」が構成されるように置換すればよい。金属繊維製品においても繊維長には若干のバラツキが見られるが、通常、平均繊維長（公称値）±２ｍｍの間に全繊維の９０質量％以上が含まれる。このような製品は本発明において問題なく使用できる。

なお、前記（１）〜（３）式、あるいはさらに（４）〜（６）式、あるいはさらに（７）式を満たし、Ｌ_P1±（Ｌ_P1×０.１）の範囲にＶ₁の５０％以上が含まれ、Ｌ_P2±（Ｌ_P2×０.１）の範囲にＶ₂の５０％以上が含まれ、２番目に高いピークの高さが最も高いピークの高さの１／４以上であり、繊維長の分布曲線に３つ以上のピーク（みなしピークを構成するピーク群は１つのピークと数える）をもつ場合は３番目に高いピークの高さが２番目に高いピークの高さの１／２以下であるような、特に好ましい繊維長分布を有する金属繊維を分散混合したモルタル組成物では、上記i)、ii)のような単一の繊維長を有する繊維で構成される長・短２種類の金属繊維製品を混合（ブレンド）したモルタル組成物と同様の「流動性」および「曲げ強度」の挙動を示す。つまり、上記のような好ましい繊維長分布の金属繊維を分散混合したモルタル組成物の特性については、２種類の金属繊維製品を混合（ブレンド）して同様のＬ_P1、Ｌ_P2、Ｖ₁、Ｖ₂値に調整したモルタル組成物を用いることによってシミュレートすることが可能である。

本発明のモルタル組成物を構成する前記金属繊維以外の材料としては、以下のように、一般的な高強度モルタルと同様のものを採用することができる。
・セメント： ポルトランドセメントをはじめとする市販の種々のセメントが使用できる。
・水： 一般的なコンクリートまたはモルタルの練り混ぜ水に適合する水が使用できる。
・細骨材： 最大粒径５ｍｍ以下のコンクリート用細骨材が使用できる。
・混和材： ポゾラン、フライアッシュ、シリカフューム等、公知の混和剤を添加することができる。
・混和剤： 高性能減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、消泡剤、収縮低減剤などを添加することができる。

各種材料の選択やそれらの配合量については、金属繊維を添加しない場合に、モルタルフローが少なくとも２００ｍｍ以上、好ましくは２３０ｍｍ以上、さらに好ましくは２４０ｍｍ以上であり、圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ²以上、好ましくは２００Ｎ／ｍｍ²以上となるような成分設計を行うことによって決定できる。例えば、本発明出願人らが特願２００５−１２０１２７にて開示した結合材（例えばセメント１００質量部に対して、シリカフュームと石炭ガス化フライアッシュの合計５〜４０質量部、石膏０.５〜８質量部を含むもの）を使用し、金属繊維を添加しない場合のフロー値が上記のようになる配合を採用することが望ましい。
このような成分設計のモルタル組成物に、前述の規定に従う金属繊維を添加し、金属繊維が均等に分散するように混練して混練物を作ると、本発明のモルタル組成物が得られる。混練方法は従来の短繊維補強モルタルと同様とすればよい。

なお、フロー値を２００ｍｍ以上に規定したのは自己充填による流れ込み成形に対応するためである。モルタルのフロー値（ＪＩＳ Ｒ５２０１、落下なし）が２００ｍｍに達しないと自己充填によって部材を成形することが困難になる場合がある。フロー値が２３０ｍｍ以上になると施工時に締め固めを不要にすることもでき、また、その優れた流動性のメリットを活かして構造物の設計自由度拡大にも寄与できる。一方、あまりフロー値が高すぎると繊維補強モルタルでは流動中に繊維の沈降が起こり、均質な硬化体ができない。このため、繊維添加後のフロー値は２００〜２７０ｍｍとすることが望ましく、２３０〜２７０ｍｍとすることが一層好ましい。

金属繊維として、以下の２種類の鋼繊維製品を用意した。いずれも、繊維長の分布は、平均繊維長±２ｍｍの範囲に全繊維の９０質量％以上が含まれるものである（実施例２以降で使用する製品において同様）。
〔鋼繊維１〕
・平均繊維長：１０ｍｍ
・繊維径：０.２ｍｍ
・形状：円形断面、ストレート型
・引張強さ：約２０００Ｎ／ｍｍ²
〔鋼繊維２〕
・平均繊維長：２０ｍｍ
・繊維径：０.２ｍｍ
・形状：円形断面、ストレート型
・引張強さ：約２０００Ｎ／ｍｍ²

一方、モルタルの材料として以下のものを用意した。
・結合材： 高強度用特殊セメント、比重２.９８
（特願２００５−１２０１２７に開示のもの、すなわち、質量比で、普通ポルトランドセメント：１００、シリカフューム＋石炭ガス化フライアッシュ：２０を含み、石膏を加えたもの、ただしシリカフューム：石炭ガス化フライアッシュ＝７：３）
・水： 水道水
・細骨材： 砕砂、比重２.６４、吸水率１.５７、最大粒径５ｍｍ、粗粒率２.７７
・混和剤： 高性能減水剤（ポリカルボン酸系）、消泡剤（ポリアルキレングリコール誘導体）

金属繊維を除いたモルタルの配合は以下のとおりである。
・単位量（ｋｇ／ｍ³）において、水：２０５、結合材：１２８６、細骨材：９０６、高性能減水剤：３８.５８、消泡剤：６.４３
・水結合材比：１５.９％
この配合の混練物に、上記鋼繊維１、鋼繊維２を種々の混入率（体積％）で添加して、分散混合し、金属繊維の配合が異なる１５種類のモルタル組成物を作った。

各モルタル組成物のＬ_P1およびＬ_P2はそれぞれ２種類の各鋼繊維の平均繊維長に一致するとみなすことができ、また、Ｖ₁およびＶ₂はそれぞれ２種類の各鋼繊維の混入率（体積％）に等しいとみなすことができる（実施例２〜４において同じ）。
各モルタル組成物について、フロー値をＪＩＳ Ｒ５２０１（ただし落下運動なし）に準じて測定した。また、各モルタル組成物の硬化体（４０×４０×１６０ｍｍの試験体）を作り、曲げ強度を「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ ５５２−１９９９）」に準拠した方法で測定した。そして以下の基準で評価した（実施例２以降において同じ）。
Ａ（極めて優秀）：フロー値２３０ｍｍ以上、曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上のもの。
Ｂ（優秀）：Ａは満たさないがフロー値２００ｍｍ以上、曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上のもの。
Ｃ（良好）：Ｂは満たさないがフロー値２００ｍｍ以上、曲げ強度３０Ｎ／ｍｍ²以上のもの。
Ｄ（不良）：フロー値２００ｍｍ未満または曲げ強度３０Ｎ／ｍｍ²未満のもの。
結果を表１に示す。なお圧縮強度についてもφ５０×１００ｍｍの試験体を用いて調べたが、いずれも１５０Ｎ／ｍｍ²を上回るものである（実施例２以降において同様）。
モルタルの練り混ぜ方法と養生方法は特願２００５−１２０１２７に開示の方法とした。

金属繊維として以下の２種類の鋼繊維を使用し、金属繊維の配合が異なる１７種類のモルタル組成物を作ったこと以外、実施例１と同様の条件で実験を行った。
〔鋼繊維３〕
・平均繊維長：１５ｍｍ
・繊維径：０.２ｍｍ
・形状：円形断面、ストレート型
・引張強さ：約２０００Ｎ／ｍｍ²
〔鋼繊維２〕
実施例１の鋼繊維２と同じ。
結果を表２に示す。

金属繊維として以下の２種類の鋼繊維を使用し、金属繊維の配合が異なる６種類のモルタル組成物を作ったこと以外、実施例１と同様の条件で実験を行った。
〔鋼繊維１〕
実施例１の鋼繊維１と同じ。
〔鋼繊維４〕
・平均繊維長：３０ｍｍ
・繊維径：０.２ｍｍ
・形状：円形断面、ストレート型
・引張強さ：約２０００Ｎ／ｍｍ²
結果を表３に示す。

金属繊維として以下の２種類の鋼繊維を使用し、金属繊維の配合が異なる１１種類のモルタル組成物を作ったこと以外、実施例１と同様の条件で実験を行った。
〔鋼繊維３〕
実施例２の鋼繊維３と同じ。
〔鋼繊維４〕
実施例３の鋼繊維４と同じ。
結果を表４に示す。

本発明の規定を満たす配合で金属繊維を含有させた本発明例のモルタル組成物は、いずれもフロー値２００ｍｍ以上の優れた流動性を維持しながら曲げ強度３０Ｎ／ｍｍ²以上を呈した（評価Ａ〜Ｃのもの）。これらは、高強度モルタルが適用される様々な構造設計の構造物において、健全な硬化体を施工性良く構築することができるものである。中でも前記の（４）〜（６）式を満たすものは４０Ｎ／ｍｍ²以上の極めて高い曲げ強度を呈した（評価Ａ、Ｂのもの）。さらに（４）〜（６）式を満たす領域においてフロー値２３０ｍｍ以上が実現できることが確認された（評価Ａのもの）。
また、本発明の規定に従って２種類の繊維を分散混合したものでは、単一繊維長の鋼繊維を単独で添加した場合に比べ、同等もしくは少ない繊維混入率で流動性を高く維持しながら曲げ強度の一層の向上が可能であった（例えばＮｏ.２−１７とＮｏ.２−４、２−７、２−８、２−１１の対比、およびＮｏ.４−１１とＮｏ.４−４、４−６の対比）。

評価Ａが得られなかったものについて見ると、以下のとおりである。
Ｎｏ.１−１１（本発明例）、１−１４（本発明例）、２−６（本発明例）、２−１０（本発明例）、２−１３（本発明例）、２−１５（評価Ｄの比較例）、２−１６（本発明例）、２−１７（１種類の繊維のみを使用した参考例）、３−１（本発明例）、３−４（評価Ｄの比較例）、３−５（本発明例）、３−６（本発明例）、４−１（曲げ強度が本発明対象外である参考例）、４−２（本発明例）、４−５（本発明例）、４−７（本発明例）、４−８（本発明例）、４−１０（評価Ｄの比較例）、４−１１（１種類の繊維のみを使用した参考例）は（４）式を外れてＶ₂が少なかったため曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上を達成できず、評価Ｃまたは評価Ｄとなった。
Ｎｏ.１−１（本発明例）、１−２（本発明例）、１−３（本発明例）、１−５（本発明例）、２−１（本発明例）、２−３（本発明例）、３−２（本発明例）は（４）式を満たす量のＶ₂を確保したものの、（５）式を満たさなかったことにより曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上を達成できず、評価Ｃとなった。
Ｎｏ.１−４（本発明例）、１−７（本発明例）、１−１０（評価Ｄの比較例）、１−１２（本発明例）、１−１３（本発明例）、１−１５（本発明例）、２−２（本発明例）、２−５（本発明例）、２−９（本発明例）、２−１２（本発明例）、２−１４（本発明例）、４−９（本発明例）は（４）〜（６）式を満たして４０Ｎ／ｍｍ²以上の高い曲げ強度が得られているものの、流動性が犠牲になったことにより評価Ｃまたは評価Ｄとなった。
Ｎｏ.４−３（本発明例）はＶ₂が少ないものにおいて（６）式を満たさなかったことにより、曲げ強度が４０Ｎ／ｍｍ²を下回り、評価Ｃとなった。

実施例１の表１に示した本発明例Ｎｏ.１−５、１−６、１−８に相当するモルタル組成物として、鋼繊維２の代わりに下記の鋼繊維５および鋼繊維６を等量ずつ使用して実施例１と同様の条件でモルタル組成物を作り、同様の実験を行った。この場合、鋼繊維５と鋼繊維６は前記（８）式の関係を満たして隣接するピーク群を形成し、１つのピークとみなすことができる。その「みなしピーク」のピーク位置に相当する繊維長Ｌ_Xは２０ｍｍと算出され、これがＬ_P2に相当するので、Ｌ_P2の値は実施例１と同じである。またＶ₂の値も実施例１と同じになる。したがって、Ｌ_P1、Ｌ_P2、Ｖ₁、Ｖ₂の各値は実施例１と同じである。
〔鋼繊維１〕
実施例１の鋼繊維１と同じ。
〔鋼繊維５〕
・平均繊維長：１９ｍｍ
・繊維径：０.２ｍｍ
・形状：円形断面、ストレート型
・引張強さ：約２０００Ｎ／ｍｍ²
〔鋼繊維６〕
・平均繊維長：２１ｍｍ
・繊維径：０.２ｍｍ
・形状：円形断面、ストレート型
・引張強さ：約２０００Ｎ／ｍｍ²
鋼繊維５および鋼繊維６は、鋼繊維２の切断前の長繊維を用意してそれぞれの長さに切り揃えたものであり、いずれも平均繊維長±２ｍｍの間に全繊維の９０質量％以上が含まれる。結果を表５に示す。

表５の試料Ｎｏ.（ハイフン以降）は、対応する表１の試料のＮｏ.と一致させてある。表５からわかるように、２種類の鋼繊維で賄った「みなしピーク」Ｐ２をもつ繊維長分布の配合を採用した場合でも、フロー値および曲げ強度は実施例１と同様の挙動を示した。

実施例２の表２に示した本発明例Ｎｏ.２−３、２−４、２−７に相当するモルタル組成物として、鋼繊維３および鋼繊維２の他に、鋼繊維１を０.２５体積％含有させたモルタル組成物を作り、同様の実験を行った。この場合、繊維長の分布曲線は３つのピークをもつ。そのうちＰ１およびＰ２は実施例２と同様であり、鋼繊維１に起因して３番目に高いピークが存在する。Ｌ_P1、Ｌ_P2、Ｖ₁、Ｖ₂の各値は実施例２と同じである。
〔鋼繊維１〕
実施例１の鋼繊維１と同じ。
〔鋼繊維３〕
実施例２の鋼繊維３と同じ。
〔鋼繊維２〕
実施例１の鋼繊維２と同じ。
結果を表６に示す。

表６の試料Ｎｏ.（ハイフン以降）は、対応する表２の試料のＮｏ.と一致させてある。表６からわかるように、繊維長の分布曲線に３つのピークが存在する場合でも、最も高いピークと２番目に高いピークに着目して設定された前記（１）〜（６）式を満たす範囲に優れた流動性を維持しながら硬化後の曲げ強度を４０Ｎ／ｍｍ²以上に顕著に向上させることのできる「解」を見出すことができる。

２つ以上のピークをもつ「繊維長の分布曲線」を模式的に例示した図。 単一の繊維長を有する繊維で構成される長・短２種類の金属繊維製品を混合することにより得られる「繊維長の分布曲線」を模式的に例示した図。 「繊維長の分布曲線」のうち（８）式を満たして隣接するピーク群の部分を模式的に例示した図。

Claims (7)

1. 引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維が、繊維長の分布曲線に２つ以上のピークをもち、かつ下記（１）〜（３）式を満たす配合で分散混合されており（ただし鉱物繊維を配合したものを除く）、フロー値２００ｍｍ以上の流動性を有し、硬化後に曲げ強度３３.８Ｎ／ｍｍ²以上を呈するモルタル組成物。
   Ｌ_P1＝１２.５±７.５ ……（１）
   Ｌ_P1≦０.８Ｌ_P2 ……（２）
   Ｖ₁＋Ｖ₂≦３.５ ……（３）
   ここで、繊維長の分布曲線における最も高いピークと２番目に高いピークのうち、繊維長が短い方のピークをＰ１、長い方のピークをＰ２と呼ぶとき、
   Ｌ_P1：Ｐ１のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
   Ｌ_P2：Ｐ２のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
   Ｖ₁：繊維長さが平均繊維長未満である繊維の合計混入率（体積％）、
   Ｖ₂：繊維長さが平均繊維長以上である繊維の合計混入率（体積％）、
   である。ただし、平均繊維長はＬ_P1とＬ_P2の間にあるものとし、前記最も高いピークおよび２番目に高いピークがそれぞれ１つだけ定まる場合を対象とする。
2. 引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維が、繊維長の分布曲線に２つ以上のピークをもち、かつ下記（１）〜（３）式を満たす配合で分散混合されており（ただし鉱物繊維を配合したものを除く）、フロー値２００ｍｍ以上の流動性を有し、硬化後に曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上を呈するモルタル組成物。
   Ｌ_P1＝１２.５±７.５ ……（１）
   Ｌ_P1≦０.８Ｌ_P2 ……（２）
   Ｖ₁＋Ｖ₂≦３.５ ……（３）
   ここで、繊維長の分布曲線における最も高いピークと２番目に高いピークのうち、繊維長が短い方のピークをＰ１、長い方のピークをＰ２と呼ぶとき、
   Ｌ_P1：Ｐ１のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
   Ｌ_P2：Ｐ２のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
   Ｖ₁：繊維長さが平均繊維長未満である繊維の合計混入率（体積％）、
   Ｖ₂：繊維長さが平均繊維長以上である繊維の合計混入率（体積％）、
   である。ただし、平均繊維長はＬ_P1とＬ_P2の間にあるものとし、前記最も高いピークおよび２番目に高いピークがそれぞれ１つだけ定まる場合を対象とする。
3. 引張強さ７５０Ｎ／ｍｍ²以上の金属繊維が、繊維長の分布曲線に２つ以上のピークをもち、かつ下記（１）〜（６）式を満たす配合で分散混合されており（ただし鉱物繊維を配合したものを除く）、フロー値２００ｍｍ以上の流動性を有し、硬化後に曲げ強度３３.８Ｎ／ｍｍ ² 以上を呈するモルタル組成物。
   Ｌ_P1＝１２.５±７.５ ……（１）
   Ｌ_P1≦０.８Ｌ_P2 ……（２）
   Ｖ₁＋Ｖ₂≦３.５ ……（３）
   Ｖ₂≧−０.０２Ｌ_P2＋１.２ ……（４）
   Ｌ_P1×Ｖ₁＋Ｌ_P2×Ｖ₂≧０.３Ｌ_P2×Ｖ₂−０.３Ｌ_P1＋２９ ……（５）
   Ｖ₂＜０.８のときは、Ｖ₁≧０.８ ……（６）
   ここで、繊維長の分布曲線における最も高いピークと２番目に高いピークのうち、繊維長が短い方のピークをＰ１、長い方のピークをＰ２と呼ぶとき、
   Ｌ_P1：Ｐ１のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
   Ｌ_P2：Ｐ２のピーク位置に相当する繊維長（ｍｍ）、
   Ｖ₁：繊維長さが平均繊維長未満である繊維の合計混入率（体積％）、
   Ｖ₂：繊維長さが平均繊維長以上である繊維の合計混入率（体積％）、
   である。ただし、平均繊維長はＬ_P1とＬ_P2の間にあるものとし、前記最も高いピークおよび２番目に高いピークがそれぞれ１つだけ定まる場合を対象とする。
4. 金属繊維がさらに下記（７）式を満たすように配合されている請求項３に記載のモルタル組成物。
   Ｌ_P2≦３５ ……（７）
5. 硬化後に圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ²以上、曲げ強度４０Ｎ／ｍｍ²以上を呈する請求項３または４に記載のモルタル組成物。
6. フロー値が２３０ｍｍ以上である請求項１〜５に記載のモルタル組成物。
7. 金属繊維は０.１〜１ｍｍ径である請求項１〜６に記載のモルタル組成物。

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