JP4780872B2

JP4780872B2 - 繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法

Info

Publication number: JP4780872B2
Application number: JP2001252347A
Authority: JP
Inventors: 清光長谷川; 英野中
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: JP2003062826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維入りのモルタル・コンクリートを混練する方法に関するもので、特に、繊維をモルタルやコンクリート中に均一に分散させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モルタルあるいはコンクリート中に繊維を均一に分散させ、その引張強度や曲げ強度あるいは耐衝撃性を向上させた繊維補強モルタル・コンクリートや、炭素繊維などの導電性繊維や炭素粉などの導電性材料を混入させて電磁シールド性能を付与したコンクリート電波吸収体などの、繊維入りモルタル・コンクリートの開発が盛んに行われてきている。
このような、繊維入りモルタル・コンクリートを作製する場合には、通常、ミキサー等の混練機を用い、セメント、水、砂、及び繊維を練り混ぜて作製する。このとき、まず、所要量のセメント、砂、繊維を一定時間（２〜３分）攪拌して混ぜ合わせた後、所要量の水を入れて一定時間混練することにより、上記繊維をモルタルやコンクリート中に分散させる。なお、上記炭素繊維などの導電性繊維や炭素粉などの導電性材料を混入する場合も、上記と同様の方法で混練する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法で混練すると、繊維が多い場合には上記繊維の分散性が悪くなり、モルタルあるいはコンクリート中に繊維を均一に分散させることができないといった問題点があった。特に、上記繊維が、炭素繊維のように、径が１０μｍ前後と細く、かつ繊維長が５〜１０ｍｍ程度の単繊維が数千本単位で束になった状態で構成された繊維のような場合には、上記繊維を攪拌により１本１本分割する必要があるので、混合する繊維の総量が少ない場合でも分散性が悪く、上記セメント、砂、繊維を混合した過程では、上記繊維はほとんどが束の状態であり、分割されていない。したがって、上記混合物に加水して混練しても、上記繊維をモルタルやコンクリート中に均一に分散させることができなかった。特に、上記繊維が炭素繊維である場合には、炭素繊維の周辺に水がまとわりつき易いため十分な流動性が得られず、混練が一層困難であった。
また、上記炭素繊維のような分散しにくい繊維を均一に分散させるために、水分を補充して混練物の流動性を調整しようとすると、ひび割れが起こるなど、モルタルの性状が悪化してしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、セメント、水、砂、及び繊維を混練する工程を適切に設定することにより、モルタルまたはコンクリート中に、分散性の悪い細長い繊維を均一に分散させる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法は、セメントと水とを水セメント比が２０％〜３０％である状態で攪拌してセメントペーストを作製する第１のステップと、上記セメントペーストに繊維を投入して攪拌する第２のステップと、上記第２のステップで得られた混練物に砂を加えて攪拌する第３のステップと、上記第３のステップで得られた混練物に更に水を加えて攪拌し、上記セメント、繊維、及び砂から成る混練物の流動性を調整する第４のステップと、を有することを特徴とする。
上記の水セメント比の固さのモルタルは、余剰水のない状態、すなわち、セメントの粒子表面に投入した水による水の被膜が形成されたセメント粒子間に水が介在することにより、セメント粒子が吸着し易い状態（粉体工学でいうところのフェニキュラー状態）、望ましくは最も吸着し易い状態（キャピラリー状態）である粉体となるので、上記粘体が練られる際の剪断力やセメント粒子の摩擦力により、混練する繊維が分散性の悪い細長い繊維であっても、これを上記モルタル中に均一に分散させることが可能となる。
請求項２に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法は、上記繊維を繊維長が２〜１８ｍｍの短繊維とし、繊維の分散性を向上させるようにしたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法は、上記モルタル・コンクリートの流動性や施工性などを適正化するため、上記第４のステップに記載の混練物の水セメント比を２５％〜６０％としたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項４に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法は、上記繊維を金属で被覆した炭素繊維としたもので、これにより、電磁シールド性能に優れたモルタル・コンクリートを得ることが可能となる。
請求項５に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法は、上記炭素繊維に加えて、炭素粉を混入させたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態においては、セメント、水、炭素繊維と、砂、炭素粉、化学混和剤を、以下に示すような配合比（重量比）で混練して電磁シールド用のモルタルを作製する場合について説明する。なお、使用する炭素繊維としては、径が７μｍ〜８μｍ、繊維長が２ｍｍ〜１６ｍｍで、その表面に厚さが０．２μｍ〜０．３μｍのニッケル等の金属被膜を施した、単繊維が３０００，６０００，１２０００本束になったものを用いるが、ここでは、上記混合する炭素繊維として、径が７．５μｍ、繊維長が６ｍｍ程度の、０．２５μｍ厚のニッケル被膜を施した、単繊維が約３０００本束になった状態の繊維を用いた。
なお、炭素繊維の繊維長が２ｍｍ未満の場合には、炭素繊維の束に対してセメントペーストの剪断力、摩擦力が十分伝わらないため、束が分散しない。また、繊維長が１６ｍｍを越えると、繊維同士が絡み合い、炭素繊維がペースト中に分散しない。
本発明の混練方法においては、繊維長が２ｍｍ〜１６ｍｍの単繊維が分散性がよく、更に繊維長が６ｍｍの単繊維（チャップトファイバー）が最も分散性がよい。
セメント ‥‥１
水 ‥‥０．２５〜０．６
炭素繊維 ‥‥０．０１〜０．０５
炭素粉 ‥‥０〜０．４
砂、砂利 ‥‥０〜２
化学混和剤 ‥‥０．００５〜０．０４
本発明では、上記セメント、水、砂、炭素繊維、及び炭素粉を、図１に示すような工程フローに従って混練することにより、モルタル中に、分散性の悪い細長い炭素繊維を均一に分散させる。
まず、砂を加える前に、所要量のセメントに、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が２０〜３０％となるように加水し、材料が均質に混ざるまで（１分以上）攪拌し（ステップＳ１）、しかる後に、上記セメントペーストに炭素繊維を投入し、上記炭素繊維が分割・分散するまで（５分以上）攪拌する（ステップＳ２）。
上記の水セメント比の固さのセメントペーストは、いわゆる余剰水のない状態（フェニキュラー状態あるいはキャピラリー状態）での粘体であるので、上記粘体が練られる際の剪断力やセメント粒子の摩擦力により、上記束になった状態の繊維を効率よく分割・分散することができる。したがって、上記セメントペースト中に、上記炭素繊維を均一に分散させることができる。
なお、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が２０％より低いとセメントペーストが硬くなり、セメントが粉状態で混練することになるので、炭素繊維が分散しない。また、３０％より高いとセメントペーストが柔らかくなりすぎて摩擦力が減少し、炭素繊維が分散しない。したがって、最初に加水するときの水セメント比（Ｗ／Ｃ）は上記のように、２０〜３０％とするのがよく、好ましくは２３〜３０％、更に好ましくは２７〜２９％とするのがよい。
【０００８】
次に、練り上がった材料に砂を入れ、材料が均質に混ざるまで（１分以上）攪拌する（ステップＳ３）。砂は、上記ステップＳ１またはステップＳ２の段階で入れると、炭素繊維の分散性が悪くなるので、炭素繊維を分散させた状態で入れるようにする必要がある。
その後、残りの水と化学混和剤とを入れて、上記セメント、繊維、及び砂から成る混練物の流動性を調整する（ステップＳ４）。すなわち、上記残りの水を追加することにより、最終的な水セメント比（Ｗ／Ｃ）を２５〜６０％とし、モルタル性状を施工性や用途に応じた流動性に適正化する。
最後に炭素粉を入れ、材料が均一になるまで（１分以上）攪拌する（ステップＳ５）。炭素粉は上記化学混和剤を吸着し易いので、本例のように、先に化学混和剤を投入して流動性を確保しながら十分混練した後、炭素粉を入れるようにすることが望ましい。
これにより、炭素繊維及び炭素粉を均一に分散させた、電磁シールド性能に優れたモルタルを得ることができる。
【０００９】
本発明による混練方法によって作製した電磁シールド用モルタルから１０ｍｍ厚の板状の試料を作製し、その電磁シールド効果をＫＥＣ法にて測定した結果を図２及び図３のグラフに示す。
図２は、セメント１００重量部に対し炭素繊維を１．５重量部、水を４０重量部、炭素粉を１０重量部配合し、異なる混練時間で混練したものである。なお、同図の□で示す攪拌時間０分は、上記ステップＳ１を省略して、セメント、水、炭素繊維を同時に投入して攪拌したものである。また、図３は、セメント１００重量部に対して水を４０重量部、炭素繊維をそれぞれ１．５，３，４重量部、炭素粉を１０重量部配合し、一定の混練時間で混練したものである。ここで、横軸は測定周波数を、縦軸は炭素繊維を入れなかったモルタルの電磁波遮蔽性能に対する本発明のモルタルの電磁波遮蔽性能をｄＢ単位で表わしたものである。
図２に示すように、本発明の電磁シールド用モルタルは、同時攪拌を行った場合でも、炭素繊維を入れなかったモルタルに比較して約２０ｄＢ以上シールド性が向上していることが確認された。また、そのシールド効果は、本発明のセメントペーストに炭素繊維を投入した場合の方が大きく、かつ混練時間が長いほど向上しており、混練により、炭素繊維の分割・分散が一層進行することが確認された。
また、図３に示すように、シールド効果は炭素繊維の配合量の増加に従って向上している。したがって、配合量と混練時間とを適宜組合わせることで、十分な電磁シールド効果を有する電磁シールド用モルタルを得ることができる。
【００１０】
なお、上記実施の形態では電磁シールド用モルタルの混練方法について説明したが、これに限るものではなく、本発明は、繊維補強モルタル・コンクリートやコンクリート電波吸収体などの、繊維入りモルタル・コンクリート一般の混練方法にも適用可能である。
また、上記例では、混合する炭素繊維として、ニッケル等の金属で表面を被覆した炭素繊維を用いて、上記炭素繊維への水のまとわりつきを防止し、セメント中の炭素繊維の分散性を向上させるようにしたが、特に表面処理していない炭素繊維であっても、本発明の混練方法により、十分な分散性を確保できる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、繊維入りモルタル・コンクリートを混練する際に、はじめに、セメントと水とを水セメント比が２０％〜３０％である状態で攪拌してから繊維を投入して攪拌し、しかる後に砂を加えて攪拌し、更に水を加えて攪拌して、セメント、繊維、及び砂から成る混練物の流動性を調整するようにしたので、混練する繊維が分散性の悪い細長い繊維であっても、これをモルタル中に均一に分散させることができる。
また、上記繊維として、金属被覆した炭素繊維を用いることにより、炭素繊維の分散性を更に向上させることができ、電磁シールド性能に優れたモルタル・コンクリートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法を示す工程フロー図である。
【図２】本発明による炭素繊維入りモルタルの電磁シールド特性を示す図である。
【図３】本発明による炭素繊維入りモルタルの電磁シールド特性を示す図である。

Claims

繊維入りのモルタルまたはコンクリートを混練する方法であって、
セメントと水とを水セメント比が２０％〜３０％である状態で攪拌してセメントペーストを作製する第１のステップと、
上記セメントペーストに繊維を投入して攪拌する第２のステップと、
上記第２のステップで得られた混練物に砂を加えて攪拌する第３のステップと、
上記第３のステップで得られた混練物に更に水を加えて攪拌し、上記セメント、繊維、及び砂から成る混練物の流動性を調整する第４のステップと、
を有することを特徴とする繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法。
上記繊維を繊維長が２〜１８ｍｍの短繊維としたことを特徴とする請求項１に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法。
上記第４のステップにおいて、上記混練物の水セメント比を２５％〜６０％としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法。
上記繊維を金属で被覆した炭素繊維としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法。
上記炭素繊維に加えて、炭素粉を混入させたことを特徴とする請求項４に記載の繊維入りモルタル・コンクリートの混練方法。