JP4817304B2 - 繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリート、及びそれを用いてなる法枠の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維補強されたモルタル又はコンクリートに関するものであり、さらには短繊維補強モルタル又はコンクリートを用いた法枠の施工方法に関する。

昨今の建築・土木建造物の信頼性向上の要求に対し、特にコンクリートのひび割れを抑制する方法が提案されている。例えばセメント成形体のプラスチック収縮ひび割れを抑制するために、セメント成形体１ｃｍ³あたりの総表面積が１５０〜１０００ｍｍ²の有機短繊維を添加する方法が提案されている（特許文献１）。短繊維添加によるプラスチック収縮抑制効果については、繊維本数、繊維径等ではなく単位体積あたりの総表面積により決定されるとされている。一方で同特許には、有機短繊維の少なくとも一部の界面摩擦接着力が１．５ＭＰａ以上であれば乾燥収縮ひび割れを抑制できるとされている。
しかしながら、乾燥収縮ひび割れは硬化したマトリクスで起こるマトリクス内の収縮引張力により発現するものであり、単に界面摩擦接着力が高くともマトリクスの収縮引張力に抗するだけの補強効果がなければ乾燥収縮ひび割れは抑制できない。
該特許には繊維強度は３００ＭＰａ以上あればよいとされているが、該強度では乾燥収縮ひび割れは十分抑制できない。
また、繊維強度は高くとも、表面積の大きな細い繊維で達成しようとすると、細いために繊維強力自体は弱く、モルタル又はコンクリートの剥離・剥落を有効に防止し得ない危惧がある。
一方、繊維強力を確保するために太い繊維でひび割れと剥離・剥落の防止を達成しようとすると、必要な総表面積を満たすには必然的に多量の繊維を添加しなければならず、施工性の悪化とコストの上昇の問題がある。

また、繊維長が３〜１０ｍｍで、アスペクト比が５〜２５０の合成繊維Ａと、繊維長が１２〜３０ｍｍでアスペクト比が３０〜１３００のポリビニルアルコール系繊維Ｂとを、ＡとＢとの質量比Ａ／Ｂが０．１〜３となるように混合した補強繊維を０．４〜５体積％含有した繊維補強セメント成型体が開示されている（特許文献２参照）。
しかし特許文献２に記載の内容は、モルタル中の分散を単にアスペクト比の異なる繊維を混合使用することによって解決するものであり、補強繊維の強度については配慮されておらず、かつ補強繊維を０．４〜５体積％添加するために、施工性の低下が危惧され、ひいては品質面での懸念もある。

一方で、ひび割れ抑制を要求される用途として、環境保全、防災の観点からの法面保護工がある。その中でも、法枠工は、形成切土法面、自然斜面などに連続した格子枠を作ることによって法面の安定を図り、また、枠内に緑化を施すことにより周辺環境との調和を図ることができる工法である。これは、例えば法面上に金網等の網体を張設し、この網体の上にモルタル又はコンクリート吹き付け用の線材、網材を格子状に配置し、この格子状の線材を埋め込むようにモルタル又はコンクリートを吹き付けて格子状の膨出体による法枠を形成することで得られる。なお、ここでいう法枠には、横枠や縦枠のみ、独立したＴ字状、十字状等の吹付けコンクリート又はモルタル構造物、さらにそれらの組合せなども含む。
この法枠工法は一般に、自在に変形できる金網型枠を地山なりに設置し、この金網型枠内に鉄筋を配置し、地盤にアンカーを打設し、コンクリートまたはモルタルを吹付けて法枠を構築する工法で、この法枠と地山とが一体になるとともに、法枠が連続して形成されるため、面として法面を抑えることができる。
この工法は、鉄筋挿入工（ロックボルト工）やグラウンドアンカーの受圧構造物としても使用でき、地山状況に応じて枠断面やスパンを自由にかつ経済的に選択することができる。また、枠内裸地部には、植生工法を施すことにより周辺環境との調和を図ることができる。
一方、コンクリートまたはモルタルの吹付け工法は、空気圧送方式と呼ばれている吹付け機を用いて圧縮空気によりコンクリートをのり面や斜面に高圧、高速で吹き付ける工法が標準である。吹付け方式には、湿式吹付け方式と乾式吹付け方式があるが、大半は湿式吹付け方式を用いている。また、近年はポンプを併用したポンプ併用空気圧送方式による施工も増えている。これは、ノズル先端までポンプ圧送されたコンクリートまたはモルタルに、途中からＹ字管等で圧縮空気を併せて吹き付ける方式である。

ところでこれら法枠は、吹き付けの施工性（湧水処理などの吹付け面の事前処理、製造・圧送方法、圧送時の材料分離、養生方法、仕上げの巧拙など）によりひび割れが生じることがあり、その結果、法枠内部の鉄筋等鋼材が腐食すると、その部分のモルタル又はコンクリート表面が浮き上がることで剥離し、やがて剥落する。このような剥離を生ずることは、法枠のその後の耐久性に大きな影響を及ぼすばかりでなく、剥落落下による人や動物など第三者への影響が懸念される。
これを解決するために、法枠を構成するモルタル又はコンクリートに、補強繊維を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。しかしながら、特許文献３の場合は、モルタル又はコンクリートに対し繊維を体積比で０．５〜２．０％も添加せねばならず、そのためスランプロスが大きく混練性、施工性は著しく不良となる。また特許文献４の場合は、一種または二種以上の短繊維の補強材を体積比で０．０１〜３．０％の割合で混練させる場合であるが、補強繊維の添加量の多寡によりその補強性に差が生じ、補強性と添加量に関する目安が無いために施工性のみを考慮して使用される場合があることから品質面での懸念がある。

特開２００１−１３９３６１号公報 特開平５−１３９８０３号公報 特開平１１−２１９０５号公報 特開２０００−２０４５６０号公報

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、モルタル、コンクリートのひび割れを分散、抑制し、更には剥離、剥落を防止することのできる繊維補強モルタル、繊維補強コンクリート、およびこれらを用いることで課題を解決することのできる法枠の施工方法を提供することを目的とする。

本発明者は上記問題点を鑑みて鋭意検討を行い、補強繊維の物性とひび割れに対する補強性との間に所定の関係があることを知得し、これらの関係を用いることによって繊維補強モルタル又はコンクリート、さらにはこれらを用いてなる法枠の品質を向上させることが可能となることを見出した。

すなわち本発明は、
（１）補強繊維（I)と補強繊維(II)とからなるポリビニルアルコール系補強繊維を含む繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートであって、該補強繊維（I)は、直径が０．１５ｍｍを超え０．３ｍｍ以下、繊維長が１２〜２０ｍｍで、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ ² 以上で、その含有量が、全補強繊維あたり５０〜９５質量％であり、該補強繊維(II)は、直径が０．０１〜０．１５ｍｍ、繊維長が４〜１２ｍｍで、かつ引張強度が１０００Ｎ／ｍｍ ² 以上で、その含有量が、全補強繊維あたり５０〜５質量％であり、モルタル又はコンクリート１ｍ³当たりに添加される前記補強繊維（I）及び補強繊維(II)の、各々の総表面積〔Ｓｕ：単位（ｍｍ²／ｍ³）〕と引張破断強度〔σｆ：単位（Ｎ／ｍｍ²）〕の積の総和が１００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）≦Ｓｕ×σｆ≦４００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）であることを特徴とする繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリート、及び
（２）前記（１）に記載の繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートを用いることを特徴とする法枠の施工方法、
を提供する。

本発明の特徴を有する補強繊維を、該繊維の表面積と引張破断強度との積が所定の関係式を満たす条件でモルタル又はコンクリートに混入して得られた繊維補強モルタル又はコンクリート製品は、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止性に優れたものである。
また、本発明の特徴を有する補強繊維を、該繊維の表面積と引張破断強度との積が所定の関係式を満たす条件でモルタル又はコンクリートに混入して施工することによって、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止性に優れた法枠を得ることが出来る。

モルタル又はコンクリートは、フレッシュ時でも硬化時でも種々の要因で体積変化や変形が生じるが、その動きを拘束されると内部に引張応力が発生し、それが限界を超えると破断が生じ、これがひび割れとなって具象化する。ひび割れには、初期硬化時のプラスチック状のペーストが収縮することにより生じるプラスチック収縮ひび割れ、また硬化後の乾燥収縮ひび割れ等がある。
また、ひび割れ発生の要因としては、設計に関係するもの、荷重に関係するもの、外的要因に関係するもの、モルタル・コンクリートの材料的性質に関係するもの、モルタル・コンクリートの製造、運搬に関係するもの、施工に関係するものと、多数の要因が絡んでおり、その因子を全て解消することは非常に困難である。そのため、種々の因子によりモルタル・コンクリート内部に発生する引張応力に耐えるだけ、マトリクスの強度を上げる必要があり、補強繊維はそのために用いられる。

プラスチック収縮ひび割れ抑制に対しては、添加する補強繊維の総表面積が多いほど良好であるという報告がなされている（例えば、浜田、末森ら、コンクリート工学年次論文集,Vol.22,No.2,2000,pp 319-324）。これは、補強繊維がひび割れ部分で絡み合い、プラスチック状態のマトリクスからの補強繊維の引き抜き摩擦力がひび割れの拡大を防いでいるためと考えられている。
繊維補強によるひび割れ抑制のパラメーターとしては、繊維とセメントとの化学的接着力、繊維とセメントとの摩擦接着力、繊維の全表面積が考えられる。化学接着力とは、繊維がセメント中を滑り始めるときに要する表面の付着をはずすために要する力である。また摩擦接着力とは、繊維がセメント中をすべって抜け出ようとするとき得られる摩擦抵抗力であり、この大きさは繊維周辺のセメントの結晶組成、繊維の凹凸形状によって支配される。繊維の表面積は、全繊維の表面積が大きいと、化学的接着力と摩擦接着力も全体として大きくなる。繊維は細いものほど同一質量における表面積が大きくなるので、細い繊維ほどひび割れ抑制には有利である。

一方、材齢が進んでからの乾燥収縮ひび割れに対しても、プラスチック状態の場合と同様に短繊維がひび割れ部分で絡み合うことで、同様にひび割れ拡大が抑制でき、硬化したマトリクスにおいては、繊維の強度が高い補強繊維の方がより効果的である。

本発明の繊維補強モルタル又はコンクリート及びこれらを用いてなる法枠の施工方法は、該繊維の総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）と補強繊維の引張破断強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）の積の総和が下式（１）の範囲を満足することが特徴である。
本発明の法枠の施工方法は、補強繊維を含有するモルタル又はコンクリートを吹付けることによる法枠の施工方法であって、該補強繊維の総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）と引張破断強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）の積の総和が下式（１）の範囲を満足することが特徴である。
１００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）≦Ｓｕ×σｆ≦４００×１０⁹（Ｎ／ｍ³） （１）
Ｓｕ×σｆが１００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）未満であると、ひび割れ抑制効果が僅かであるため、Ｓｕ×σｆは１００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）以上でなければならない。
一方でＳｕ×σｆが４００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）より高い領域では、繊維添加量が多いためスランプロスが非常に大きく、混練性・圧送性が著しく劣るようになるため、Ｓｕ×σｆは４００×１０⁹以下（Ｎ／ｍ³）が好ましい。
より好ましくは、１２０×１０⁹（Ｎ／ｍ³）≦Ｓｕ×σｆ≦３８０×１０⁹（Ｎ／ｍ³）であり、更に好ましくは、１４０×１０⁹（Ｎ／ｍ³）≦Ｓｕ×σｆ≦３６０×１０⁹（Ｎ／ｍ³）である。
なお、本発明でいう補強繊維の総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）は、後述する方法で測定される。

また、添加される補強繊維は、直径０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、繊維長４ｍｍ以上２０ｍｍ未満であり、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ²以上であることが好ましい。
直径が０．０１ｍｍ未満の場合は、繊維が細すぎ、スランプロスが大きくなり混練性、施工性に欠ける場合がある。
一方、直径が０．３ｍｍ以上の場合は、Ｓｕ×σｆが１００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）を満たすために非常に多くの繊維を添加しなければならず、混練性、圧送性に問題が生じるばかりか、コスト的にも高コストとなり好ましくない。より好ましくは、直径が０．０２ｍｍ以上０．２８ｍｍ未満が好ましく、更には直径が０．０３ｍｍ以上０．２６ｍｍ未満が特に好ましい。
また、繊維長が４ｍｍ未満の場合は、繊維とマトリックス間の界面結合力が弱く、繊維は応力の伝播を受けることなく抜けてしまい、補強効果が発現しないため好ましくない。一方で繊維長が２０ｍｍ以上の場合は、混練時に繊維が分散しにくくファイバーボールが発生しやすくなり、ホースが詰まる等施工性が不良となるばかりか、均一分散とならないため得られる繊維補強又はコンクリート製品、あるいはこれらを用いて施工することによって得られる法枠の品質が低下する。そのため、より好ましくは１５ｍｍ〜１９ｍｍであることが望ましい。

更には、添加される補強繊維において、直径が０．１５〜０．３ｍｍ、繊維長が１２〜２０ｍｍであり、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ²以上である繊維を全補強繊維質量あたり５０〜９５質量％添加されていることが好ましい。
先に述べたように、ひび割れ分散・抑制のためには１００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）≦Ｓｕ×σｆ（Ｎ／ｍ³）≦４００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）であることが必要であり、そのためには、直径０．０１ｍｍ以上、０．３ｍｍ未満、繊維長４ｍｍ以上、２０ｍｍ未満であり、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ²以上である繊維であれば、どのような繊維構成でも適用可能なのであるが、ひび割れから派生したモルタル又はコンクリートの剥離・剥落を防止するためには、ある程度太い繊維でないと剥離体の自重に抗するだけの絡み合い効果が得られない。

一方、同じ体積分率においては繊度が低い（細い）程、繊維本数が多いことから、細い繊維と混在することでマトリクス中の繊維の存在確率が増加し、即ちマトリクスの絡み合いが増加し、結果としてひび割れの分散効果が得られる。このため、太い繊維と細い繊維を混在させることが好適である。
この様に、太い繊維と細い繊維を混用する場合には、太い繊維は、絡み合い効果の高い補強繊維として、直径が０．１５〜０．３ｍｍ、繊維長が１２〜２０ｍｍであり、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ²以上である繊維を全補強繊維質量あたり５０〜９５質量％添加することが好ましい。
また、より高い分散効果を得るために細い繊維を混用する場合は、直径が０．０１〜０．１５ｍｍ、繊維長が４〜１２ｍｍ、かつ、引張破断強度が１０００Ｎ／ｍｍ²以上である細い繊維を全補強繊維質量あたり５質量％〜５０質量％添加することがより好ましい。細い補強繊維の繊維長は、圧送性及び繊維ボールの発生を抑止する観点から４〜１０ｍｍが特に好ましい。

補強繊維は、式（１）のパラメータを満足するものであれば特に限定されず、ポリビニルアルコール系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリアミド系繊維（アラミド繊維を包含する）、アクリル系繊維、ポリベンゾオキサゾール系繊維、ポリエステル系繊維、レーヨン系繊維（ポリノジック繊維、溶剤紡糸セルロース繊維等）等の合成高分子繊維、また金属繊維やガラス繊維などいずれも適用することができるが、これらの中でもポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと称することがある。）系繊維が特に好ましく使用できる。
ＰＶＡ系繊維は、その分子構造上、親水性に富んだ繊維であり、繊維のＯＨとセメントのＣａが結合するため、セメントと親和性が大きいので化学的接着力が極めて大きく、更にはＰＶＡ系繊維の周辺に水酸化カルシウムに富んだ構造が出来やすく、これが摩擦抵抗を大きくするため好ましいのである。
また、ＰＶＡは分子構造上、水酸基による強固な分子間水素結合を形成しうるために高結晶性であり、そのため高強度な繊維となるので、補強繊維として極めて好ましい。これらの性質から、ＰＶＡ系繊維の使用により、コンクリート、モルタルの長期にわたるひび割れ幅の拡大を抑制する効果が得られる。

本発明に使用できるＰＶＡ系繊維とは、ビニルアルコール系ポリマーを含む繊維であり、機械的性能、水硬性材料との接着性及び耐アルカリ性の観点から、当該繊維中に該ビニルアルコール系ポリマーの含有量が３０質量％以上、特に６０質量％以上、さらに８０質量％以上であるのが好ましい。もちろん他のポリマーとの複合繊維や海島繊維であってもよい。ビニルアルコール系ポリマーの構成は特に限定されず、本発明の効果を損なわない範囲であれば他のユニットにより共重合されていたり、また変性されていてもよい。繊維の機械的性能、耐アルカリ性、耐熱水性等の観点から、変性ユニットは３０モル％以下、特に１０モル％以下とするのが好ましい。また、同じ観点から、３０℃の水溶液で粘度法により求めた平均重合度は１０００以上、特に１５００以上であるのが好ましく、コスト等の点から１００００以下、特に５０００以下、さらに３０００以下であるのが好ましい。また耐熱性、耐久性、寸法安定性の観点から、鹸化度は９９モル％以上、さらに９９．８モル％以上であるのが好ましい。

本発明において、モルタル又はコンクリートに使用される水硬性物質は、特に限定されず、セッコウ、セッコウスラグ、マグネシア等が挙げられるが、中でもセメントが好適に使用される。ポルトランドセメントがその代表的なものであるが、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等を使用してもよく、またこれらを併用してもよい。また、混和材として、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、石粉などを併用してもよい。

また、一般に粗骨材や細骨材等の骨材をモルタルやコンクリートに配合すると、繊維が損傷されやすく補強効果が奏されにくい場合が多いが、本発明の施工方法では、優れた補強効果を奏することができる。
粗骨材としては、例えば、砂利、礫、砕石、ぐり石、破石、スラグ、各種人工骨材等が使用できる。細骨材としては川砂、山砂、海砂、砕砂、珪砂、鉱滓、ガラス砂、鉄砂、灰砂、炭酸カルシウム、その他人工砂等が挙げられる。
その他発泡真珠岩、発泡パーライト、発泡黒よう石、バーミキュライト、シラスバルーン、発泡ポリスチレン等の人工軽量骨材を配合してもよい。
更に、混和剤として、空気連行剤（ＡＥ剤）、流動化剤、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤、硬化促進剤、凝結遅延剤などを併用してもよい。

本発明の繊維補強モルタル又はコンクリートの成型体は、予め所定の形状に成型し、硬化完成品として供給される種々の繊維補強モルタル又はコンクリート製品に使用することができる。また本発明の法枠の施工方法としては、例えば、法面に網体または線材（鉄筋など）を格子状に設置し、その上から上記構成の繊維補強モルタル又はコンクリートを格子状に吹き付けて法枠を形成する施工方法が利用できるが、法枠を構成するにあたり、その方法は特に限定されない。

以下、実施例によって、本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定されるものではない。
なお、本発明において、繊維径、繊維引張破断強度、法枠のひび割れ幅、およびひび割れ分散性、剥落防止効果は以下の方法により測定、評価されたものを意味する。

［繊維径 （ｍｍ）］
先ず、繊維状物の一定糸長の質量を測定し、見掛け繊度をｎ＝５以上で測定し、繊度（ｄｔｅｘ）の平均値を求めた。なお、一定糸長の質量測定により繊度が測定できないものは、振動リード法による繊度測定装置（Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ製、商品名：ＶＩＢＲＯＭＡＴ Ｍ）により繊度を測定した。次いで、得られた繊度と密度から繊維径を求めた。

［繊維総表面積Ｓｕ （ｍｍ²／ｍ³）］
（１）１本の繊維を円筒に見立て、上記で測定した繊維径と繊維長より繊維１本当りの表面積および体積を算出した。一方、繊維添加量から混練後のモルタル又はコンクリート（複合材）１ｍ³当りの繊維の総体積を算出した。
（２）複合材１ｍ³当りの繊維の総体積を繊維１本当りの体積で除して、複合材１ｍ³当りの総繊維本数を求めた。
（３）上記（１）、（２）より求めた繊維１本当りの表面積と複合材１ｍ³当りの総繊維本数とを乗ずることにより複合材１ｍ³当りの繊維総表面積とした。

［繊維引張破断強度σｆ （Ｎ／ｍｍ²）］
予め温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下で２４時間繊維を放置して調湿した後、単繊維を試長１０ｃｍ、引張速度５ｃｍ／分としてインストロン型試験機〔（株）島津製作所製、オートグラフ〕にて繊維強力を測定し、該強力を繊度から算出した繊維断面積で除して繊維強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）を求めた。

［ひび割れ幅 （ｍｍ）］
米国道路局基準 AASHTO PP34-99に準拠したひび割れ試験にて測定した。
詳細には、鋼製の管状型枠（高さ約１５ｃｍ、内径約３２ｃｍ、外径約４１ｃｍ）を用い、内側拘束とし、モルタル又はコンクリートをリング状に打設した。打設１日後、モルタル又はコンクリートの上下面は樹脂シールを施し、外径側の型枠を外し、リング状試験体を得る。リング状試験体の外周からのみ水分が放出されるようにすることで、試験体外周に引張応力が生じ、その結果試験体外周にひび割れが発生するので、これを観察する試験方法であり、温度２０℃、湿度４０％に保たれた恒温恒湿度室内に放置し、９１日経過後のひび割れ幅を３箇所クラックゲージで読み取り、その平均値をひび割れ幅とした。

［施工性（圧送性）、ひび割れ分散性、剥落防止効果］
断面１５０ｍｍ角、長さ６００ｍｍのユニット式金網型枠（一対の金網型枠をセパレータで連結したもの）に、直径１０ｍｍの鉄筋２本を、上下に各1本配置（有効高さ１０５ｍｍ）させたものに、補強繊維混入モルタルを吹付け、１６０×１６０×６００ｍｍの供試体を作製した。
この、吹付けの際の補強繊維混入モルタルの飛散状況、流動性により圧送性を評価した。
供試体を２８日間気中養生後、ＪＩＳ Ａ１１０６に準拠し、スパン４５０ｍｍの三等分載荷曲げ試験を実施し、曲げ撓み７ｍｍまで載荷後の供試体の表面状態を確認した。載荷供試体の引張側（支点側）の表面にはクラックが発生するが、このクラックの発生状況をもってひび割れ分散性を相対比較した。
また、載荷に応じて供試体表面のクラックが剥離し剥落するが、その表面剥離状況をもって剥落防止効果を相対比較した。
ひび割れの分散性、剥離・剥落防止性、及び施工性は次の基準により評価した。
ひび割れの分散性
○：ひび割れ本数３本以上 ＞ △：ひび割れ本数２本まで ＞ ×：ひび割れ本数１本
剥離・剥落防止性
◎：モルタル小片の剥落なし ＞ ○ ＞ △ ＞ ×：破片を繋ぎ止められず部分的に剥落
施工性
○：圧送トラブルなし ＞ △：ホース脈動あり ＞ ×：ホース詰り頻発

実施例１〜８、比較例１〜１４
１００Ｌ容量のパンミキサーを用いて、普通ポルトランドセメント、海砂（細骨材Ｓ１）、砕砂（細骨材Ｓ２）を表１に示す質量割合で配合し、１０秒間ドライブレンドした後、水を添加し、６０秒間混練して、水（Ｗ）／セメント（Ｃ）＝５５質量％、骨材（Ｓ）／セメント（Ｃ）＝４００質量％のセメント系スラリーを調製した。その後、これに表２及び表３に示す補強繊維を、表２及び表３に示す所定の体積比で投入して６０秒間混練し、繊維混合セメント系スラリーを調製した。

各実施例および比較例の組成のモルタルを用いて、前述の「ひび割れ幅 （ｍｍ）」テスト法に基づき、リング状試験体を、温度２０℃、湿度４０％に保たれた恒温恒湿度室内に放置し、９１日経過後のひび割れ幅を３箇所クラックゲージで読み取り、その平均値をひび割れ幅として測定した。
図１に、各実施例、比較例の補強繊維の総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）と補強繊維の引張破断強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）の積Ｓｕ×σｆと、ひび割れ開口幅の関係を示す。

図１から、Ｓｕ×σｆ（Ｎ／ｍ³）とひび割れ開口幅の関係にはよい相関関係が得られることが判る。この結果は、リングの内側を拘束し外周部からのみ乾燥を進める、非常にクラックの開口しやすい試験により得られたものであり、そのひび割れ幅自体は、必ずしも法枠膨出体におけるひび割れ幅と一致しないものであるが、乾燥収縮ひび割れを抑制するには、Ｓｕ×σｆを大きくすると効果があることが判明した。

吹付けによる法枠形成時の圧送性、及び吹付けて得た供試体を２８日養生後に三等分載荷曲げ試験を実施した際のひび割れ分散性、剥離・剥落防止効果について、各実施例および比較例の組成のモルタルを用いて確認した。
実施例の試験結果を表２に、比較例の試験結果を表３に示す。

これらの結果から法枠のモルタル片又はコンクリート片の剥離・剥落状態と補強繊維の関係について考察する。
図２は、実施例２の試験体の三等分載荷曲げ試験をした際の、曲げ撓み７ｍｍまで載荷後の供試体の表面のクラック状態を示す図である。実施例２は、直径０．２ｍｍで繊維長１８ｍｍ、引張破断強度σｆが１０００Ｎ／ｍｍ²のビニロン繊維９０質量％と、直径０．０４ｍｍ、繊維長８ｍｍ、引張破断強度σｆが１４００Ｎ／ｍｍ²のビニロン繊維１０質量％で補強繊維を構成し、総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）と補強繊維の引張破断強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）の積Ｓｕ×σｆが、１２３×１０⁹であり、ひび割れが毛状に試験体の幅全体に分散し、開口部は認められず、剥離・剥落が防止されている。
これは、直径０．２ｍｍと直径０．０４ｍｍの繊維を混用したことにより、補強繊維がよく分散し、ひび割れ分散効果が高くなることで、1つのひび当たりの開口幅が小さくなっただけでなく、直径０．２ｍｍの繊維がひび割れ部を絡み合わせ、開口及び剥離・剥落を防止しているためと考えられる。
なお、他の実施例においても、ひび割れの分散状態、剥離・剥落防止効果は、ほぼ図２と同様であった。

図３（ａ）は、比較例２、すなわち、補強繊維に直径０．４ｍｍ、繊維長１８ｍｍ、引張破断強度１０００Ｎ／ｍｍ²のビニロン繊維のみを使用し、総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）と補強繊維の引張破断強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）の積Ｓｕ×σｆが、７７×１０⁹の構成とした場合の試験体のひび割れ状態を示している。このように太い繊維を単独で使用すると、ひび割れ分散性が低く、１つのひび当たりの開口幅が大きく、金網型枠が露出し、剥離・剥落する傾向がある。太い繊維でも、Ｓｕ×σｆが１００×１０⁹以上４００×１０⁹以下の構成にすれば剥離・剥落防止効果が得られるが、繊維の必要添加量が必然的に多くなり、そのため施工性が悪くなるばかりか、コストの点でも好ましくない。
一方、図３（ｂ）は、比較例１４、すなわち、補強繊維に直径０．０１４ｍｍ、繊維長３ｍｍ、引張破断強度１１８０Ｎ／ｍｍ²のビニロン繊維のみを使用し、総表面積Ｓｕ（ｍｍ²／ｍ³）と補強繊維の引張破断強度σｆ（Ｎ／ｍｍ²）の積Ｓｕ×σｆが、６６９×１０⁹の構成とした場合の試験体のひび割れ状態を示している。
このように、細い繊維を単独で使用した場合は、ひび割れ分散性は高いが、繊維が細すぎ、かつ、繊維長が短すぎるためにクラック架橋効果がなく、金網型枠の露出が見えるほど開口し、剥離・剥落を有効に防止できない。
図４は、補強繊維を全く添加しない比較例１の場合の、ひび割れ状態を示す。ひびは大きく開口、伝播し、金網型枠が大きく露出するほど剥離・剥落している。

以上、ビニロン繊維の補強効果をまとめて考察すると、直径が０．１５ｍｍ以上、０．３ｍｍ未満、繊維長が１２ｍｍ以上、２０ｍｍ未満の繊維の場合は、太いためマトリクス絡み合い効果は高いのであるが、ひび割れ分散性はそれほどなく、そのため曲げタワミに追随した１つのひび当りの開口幅は大きく、十分剥離・剥落を防止できない場合がある。
一方、直径が０．０１ｍｍ以上、０．１５ｍｍ未満、繊維長が４ｍｍ以上、１２ｍｍ未満の繊維の場合は、ひび割れ分散性は優れるため、１つのひび当りの開口幅は小さいが、細すぎることから剥離体の自重に負けて繊維が破断或いは抜けが生じ、剥離・剥落を誘発する。

上記したように、添加される補強繊維は、直径が０．１５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、繊維長が１２ｍｍ以上２０ｍｍ未満であり、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ²以上である繊維を全補強繊維質量あたり５０質量％以上９５質量％未満添加されていることが好ましいのである。該繊維が５０％未満の場合、剥離体の自重に負けて繊維が破断或いは抜けが生じ、剥離・剥落を誘発するため好ましくない。また該繊維が９５質量％以上の場合、金網型枠界面からのモルタル剥離を抑制できないため好ましくない。好ましくは５５質量％以上９０質量％未満、更には６０質量％以上８５質量％未満が特に好ましい。
なお、そもそも繊維添加により、ひび割れが生じ難いのであるから、剥離・剥落の確率も減少するのであるが、更に上述の通り絡み合い効果もあることから、繊維補強は、剥離・剥落防止に対し非常に有効なのである。

表２、表３から、添加された補強繊維の総表面積と引張破断強度の積の総和が１００×１０⁹≦Ｓｕ×σｆ≦４００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）である場合においては、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果は良好な結果であった（実施例１〜８）。
ただし、実施例６は圧送時にホースの脈動が見られ、スムーズな吹付けが実施できなかった。一方、Ｓｕ×σｆが１００×１０⁹未満の場合（比較例２〜６）は、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果は、繊維未添加の比較例１と変わらず悪いものであった。
また、Ｓｕ×σｆが４００×１０⁹より大きい場合（比較例７、８）は、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果は良好な結果であったが、練り混ぜ時にファイバーボールが形成されたり、モルタル流動性が著しく低下したりして、圧送性に劣るものであった。

さらに、ポリプロピレン繊維Ｂ，ＣはＳｕ×σｆが１００×１０⁹未満であり、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果は不良であった（比較例９，１０）。
また比較例１１は繊維径０．４ｍｍ以上の場合であるがＳｕ×σｆが１００×１０⁹未満であり、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果は不良であった。比較例１２は、繊維引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ²以下である以外は実施例８と同じ条件であるが、実施例８に比べＳｕ×σｆが６５×１０⁹と低い値となり、そのためひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果も低いものであった。比較例１３は繊維長が３０ｍｍの場合であるが、繊維長が長すぎるため混練時にファイバーボールが形成され、吹付けの際にホースが閉塞する等、圧送性に非常に難があるものであった。比較例１４は繊維長が４ｍｍ未満の場合であるが、Ｓｕ×σｆが６６９×１０⁹と非常に大きいにも関わらずひび割れ分散性及び剥離・剥落防止効果も低いものであった。
これは繊維長が短すぎるために、ひび割れを絡み合わせる効果が十分得られなかったためである。

本発明によれば、所定物性の補強繊維をモルタル又はコンクリートに混入するので、吹付け等により施工し、硬化後のモルタル又はコンクリートにおいて、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止性に優れた法枠を施工することができる。
また、本発明の繊維補強モルタル又はコンクリート製品は、ひび割れ分散性及び剥離・剥落防止性に優れるので、板状、柱状、管状、異型断面状等の各種建築物用又は構造物用のモルタル又はコンクリート製品として利用できる。

本発明の実施例、比較例の補強繊維の〔繊維強度×繊維総表面積〕と該補強繊維を添加したモルタルによる試験体（法枠）のひび割れ幅との関係を示す図である。 本発明の実施例７の「ひび割れ分散性テスト」におけるクラック発生状況を示す図である。 （ａ）比較例１１の太い補強繊維のみを用いた場合の「ひび割れ分散性テスト」におけるひび割れの開口、剥離・剥落状況を示す図である。（ｂ）比較例１４の細い補強繊維のみを用いた場合の「ひび割れ分散性テスト」におけるひび割れの開口、剥離・剥落状況を示す図である。 比較例１の補強繊維を全く用いない場合の「ひび割れ分散性テスト」におけるひび割れの開口、剥離・剥落状況を示す図である。

Claims (2)

1. 補強繊維（I)と補強繊維(II)とからなるポリビニルアルコール系補強繊維を含む繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートであって、
   該補強繊維（I)は、直径が０．１５ｍｍを超え０．３ｍｍ以下、繊維長が１２〜２０ｍｍで、かつ引張破断強度が８００Ｎ／ｍｍ ² 以上で、その含有量が、全補強繊維あたり５０〜９５質量％であり、
   該補強繊維(II)は、直径が０．０１〜０．１５ｍｍ、繊維長が４〜１２ｍｍで、かつ引張強度が１０００Ｎ／ｍｍ ² 以上で、その含有量が、全補強繊維あたり５０〜５質量％であり、
   モルタル又はコンクリート１ｍ³当たりに添加される前記補強繊維（I）及び補強繊維(II)の、各々の総表面積〔Ｓｕ：単位（ｍｍ²／ｍ³）〕と引張破断強度〔σｆ：単位（Ｎ／ｍｍ²）〕の積の総和が
   １００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）≦Ｓｕ×σｆ≦４００×１０⁹（Ｎ／ｍ³）
   であることを特徴とする繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリート。
2. 請求項１に記載の繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートを用いることを特徴とする法枠の施工方法。

Images