JP5054906B2 - Carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar, method for producing the same, and concrete or mortar structure - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材、その製造方法およびコンクリートもしくはモルタル構造物に関する。 The present invention relates to a carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar, a method for producing the same, and a concrete or mortar structure.
コンクリートは、その優れた圧縮強度、耐火性、耐久性、施工性などの特長を生かして、鉄鋼と並び、建築、土木分野の主要材料として主要構造部材として広く使われている。 Concrete is widely used as a main structural member as a main material in the field of construction and civil engineering along with steel, taking advantage of its excellent compressive strength, fire resistance, durability, and workability.
しかし、圧縮強度に比べて、引張強度や曲げ強度が約1/4〜1/10と小さく、また破壊ひずみも約0.02%と極端に小さい脆い材料であり、靭性が低くひび割れしやすいなどの欠点を持つ材料である。 However, it is a brittle material whose tensile strength and bending strength are as small as about 1/4 to 1/10 compared to compressive strength and extremely small in fracture strain of about 0.02%, and has low toughness and easily cracks. It is a material with the disadvantages.
この欠点を改善するため、従来技術として、建築・土木構造物で、大きな曲げ強度、せん断強度、変形特性が求められる部位のコンクリートに、鋼繊維や、ビニロン繊維もしくはポリプロピレン繊維などの有機繊維、または、アラミド繊維やガラス繊維などを用いた繊維強化プラスチック線材(以下、FRP線材という)を混入して使用する技術が提案されてきており(特許文献1−4)、トンネルライニング、法面保護、道路舗装などで使われている。 In order to remedy this drawback, as a conventional technique, in a construction / civil engineering structure, a concrete where a high bending strength, shear strength, deformation characteristics are required, steel fiber, organic fiber such as vinylon fiber or polypropylene fiber, or In addition, a technique of mixing and using a fiber reinforced plastic wire (hereinafter referred to as FRP wire) using aramid fiber or glass fiber has been proposed (Patent Documents 1-4), tunnel lining, slope protection, road It is used in paving.
一般に、鋼繊維を使用する場合は、コンクリート中の鋼繊維は、コンクリートがアルカリ性のため錆びないとされている。しかし、コンクリート中の水酸化カルシウムが空気中の炭酸ガスと反応し、アルカリ性を失ってコンクリートが中性化するとコンクリートの防錆能力が失われ、さらに鋼繊維が酸素と反応すると鋼繊維が錆びる。また、予期しない荷重や乾燥収縮などによるひび割れが発生すると、ひび割れを中心に、鋼繊維に沿って錆びが進展し、コンクリートの劣化が進む。また、海水の作用を受ける沿岸部のコンクリート部材では、コンクリート内部に浸透した海水中の硫酸マグネシウムがセメント成分と反応し、膨張を生じるとともに、コンクリートの微細組織を弛緩させコンクリートを劣化させる。また、塩素イオンは、コンクリート内部に浸透することにより鋼繊維の発錆を促進し、コンクリートの腐食膨張、ひび割れとともに、鋼繊維の強度を低下させ補強効果が低減するという問題もあり、実用面では解決すべき問題が多かった。 In general, when steel fibers are used, the steel fibers in the concrete are not rusted because the concrete is alkaline. However, when the calcium hydroxide in the concrete reacts with carbon dioxide in the air and loses alkalinity and the concrete is neutralized, the rust preventive ability of the concrete is lost, and when the steel fiber reacts with oxygen, the steel fiber is rusted. Moreover, when a crack due to an unexpected load or drying shrinkage occurs, rust progresses along the steel fiber centering on the crack, and the deterioration of the concrete progresses. Further, in coastal concrete members affected by seawater, magnesium sulfate in seawater that has penetrated into the concrete reacts with the cement component to cause expansion, and also loosens the microstructure of the concrete and degrades the concrete. In addition, chlorine ions penetrate into the concrete to promote rusting of the steel fiber, and there is a problem that the reinforcing effect is reduced by reducing the strength of the steel fiber together with the corrosion expansion and cracking of the concrete. There were many problems to be solved.
一方、これまで知られてきている有機繊維は、錆びの発生は防げるが、有機繊維自体の強度・弾性率が低く、伸びが大きいという特性のため、コンクリートに荷重が作用したとき、十分に荷重を負担できず、靭性補強効果はあるものの、十分な強度を達成する補強効果が得られないという問題があった。 On the other hand, organic fibers that have been known so far can prevent the occurrence of rust, but the organic fibers themselves have low strength and elastic modulus and large elongation. Although there is a toughness reinforcing effect, there is a problem that a reinforcing effect for achieving sufficient strength cannot be obtained.
また、アラミド繊維やガラス繊維からなるFRP線材は、長期間にわたりコンクリート中に存在すると、コンクリート中のアルカリ成分が、FRP線材の切断端面あるいは樹脂層を通過して強化繊維に浸透することにより、強化繊維が劣化し、強度補強効果が低下することとなり、長期間の耐久性が求められるコンクリート構造物には使用できないという問題があった。 In addition, when an FRP wire made of aramid fiber or glass fiber is present in concrete for a long period of time, the alkali component in the concrete penetrates the reinforcing fiber through the cut end surface of the FRP wire or the resin layer, thereby strengthening the fiber. There is a problem that the fiber deteriorates and the strength reinforcing effect is lowered, so that it cannot be used for a concrete structure requiring long-term durability.
主にコンクリート補強で用いられる鉄筋の代替として、FRP製のケーブル状物や棒状物を用いてコンクリートを補強することも提案されているが(特許文献5−8)、それらの補強手法は、構造物の骨格として筋を入れるという技術思想が主なものであり、コンクリート材料自体の脆性や靭性の改善、向上を図るというものではない。 Although it has been proposed to reinforce concrete by using FRP cables or rods as an alternative to reinforcing bars mainly used for concrete reinforcement (Patent Documents 5-8), these reinforcement methods are structural. The main idea is to put a streak as the skeleton of the object, and not to improve or improve the brittleness or toughness of the concrete material itself.
一方、近年の技術進展に伴い、例えば、放射性廃棄物処分施設や海洋構造物の分野などでは、従来技術では対応できないような極めて高い耐久性が要求されるようになり、そのような高耐久性を材料的に実現できるコンクリートまたはモルタルが要求されるようになってきた。 On the other hand, with the recent technological progress, for example, in the field of radioactive waste disposal facilities and offshore structures, extremely high durability that cannot be handled by the conventional technology has been required. Concrete or mortar that can be realized as a material has been demanded.
これらの施設や構造物では、耐久性の低さに基づくような破壊や変形は、寸分違わず許されるべきものではなく、半永久的にそれら施設、構造物を完璧に維持・保全できることが要求されるのである。 These facilities and structures should not be allowed to break or be deformed due to their low durability, but must be able to maintain and maintain them completely and permanently. It is.
例えば、放射性廃棄物処分施設では、地下100〜1000mに坑道を掘削し、その中心に放射性廃棄物を埋設することなどが計画されている。この場合、放射性廃棄物から漏洩する核種が人間の生活圏内に到達するまでに十分な時間がかかるように、人工バリア材で遮蔽が施されるものである。特に、廃棄物の周辺では、地下水の流れを遮断し、かつ物質が拡散のみで移動する環境、いわゆる「拡散場」を造り出すことにより、核種の移行を遅延することが検討されている。そのための材料としては、天然材料で耐久性があり、透水係数が極めて小さく、さらに水と接触することで膨潤して、多少の変形にも追従して低い透水性を発現するベントナイトの使用が最も有力視されている。 For example, in a radioactive waste disposal facility, it is planned that a tunnel is excavated 100 to 1000 m underground and the radioactive waste is buried in the center thereof. In this case, the artificial barrier material shields the nuclide leaking from the radioactive waste so that it takes a sufficient time to reach the human living area. In particular, in the vicinity of waste, it is considered to delay the migration of nuclides by creating an environment where the flow of matter is blocked only by diffusion and a so-called “diffusion field” is created. For this purpose, the use of bentonite, which is a natural material, has a very low permeability coefficient, swells when in contact with water, and exhibits low permeability by following some deformation, is the most used. It is regarded as promising.
廃棄物処分施設においては、このようなベントナイト等による遮蔽構造の内部に廃棄物格納用の構造物を構築することを要するが、その際、強度を受け持つ構造材料および空間を埋める充填材料としてセメント系材料が使用されることになるのが通常であると考えられる。 In a waste disposal facility, it is necessary to construct a structure for storing waste inside such a shielding structure such as bentonite. At that time, the structural material responsible for the strength and the cement material as a filling material to fill the space are used. It is believed that it is normal for the material to be used.
そして、このセメント系材料にも、力学性能、長期耐久性能および核種や地下水等に対する物質遮断性などが要求され、また、その要求期間が極めて長いので(施設の耐久性に関する耐用年数が数万年に及ぶ可能性もあるのである)、補強材料とした場合には鉄筋が腐食によって消失する可能性もあることから、鉄筋コンクリートまたはモルタルの使用は困難と考えられている。 This cement-based material is also required to have mechanical performance, long-term durability, and substance blocking properties against nuclides and groundwater, etc., and the required period is extremely long (the service life for facility durability is tens of thousands of years) In the case of a reinforcing material, the use of reinforced concrete or mortar is considered difficult because the reinforcing bars may disappear due to corrosion.
同様に海洋構造物を構成するためのコンクリートまたはモルタルにおいても、鉄筋の腐食による耐久性劣化の問題があり、鉄筋コンクリートまたはモルタルを適用するのが困難なことが多い。 Similarly, in concrete or mortar for constituting an offshore structure, there is a problem of durability deterioration due to corrosion of reinforcing bars, and it is often difficult to apply reinforced concrete or mortar.
他方、無筋のセメント系材料を、さまざまな荷重を受けることが避けられない構造材料や充填材料として使用した場合には、何らかの原因で生じたひび割れが発生すると、その進行を抑制する補強材がないため、結果として施設全体の遮蔽性能に影響を与えかねないものである。すなわち、引張り力に対してほとんど抵抗できない無筋のセメント系材料を充填材とした場合には、各種荷重により低拡散層に過大なひび割れが発生する可能性があり、これが核種の選択的移行経路となった場合には、性能評価上は大きなダメージになると考えられる。 On the other hand, if an unreinforced cementitious material is used as a structural material or filling material that cannot avoid being subjected to various loads, if a crack occurs for some reason, there is a reinforcing material that suppresses the progress. As a result, it may affect the shielding performance of the entire facility. In other words, when an unreinforced cementitious material that can hardly resist tensile force is used as the filler, excessive cracking may occur in the low diffusion layer due to various loads, and this is the selective migration path of nuclides. In this case, it is considered that the performance evaluation will cause a great deal of damage.
このような背景下、既に、廃棄物処分施設材料として、金属繊維または有機質繊維を含むセメント系材料を使用することが提案されている(特許文献9)。また、放射性廃棄物の格納フレーム、各種バリア構造体または外殻構造体として、炭素繊維補強セメント系材料で構成することが提案されている(特許文献10)。 Under such a background, it has already been proposed to use a cement-based material containing metal fibers or organic fibers as a waste disposal facility material (Patent Document 9). Further, it has been proposed that a radioactive waste storage frame, various barrier structures, or an outer shell structure be composed of a carbon fiber reinforced cement material (Patent Document 10).
しかしながら、鉄筋に代えて繊維を補強材とした補強セメント系材料を、上記廃棄物処分施設等の部材に用いる場合には、有機繊維では溶解した場合に核種の分散係数に影響を与えることが予想される。 However, when a reinforced cement-based material with a fiber as a reinforcing material instead of a reinforcing bar is used for a member such as the above-mentioned waste disposal facility, it is expected that the dispersion coefficient of nuclides will be affected when dissolved in organic fibers. Is done.
したがって、そのような影響のない無機系の補強材の使用が検討されるべきこととなるが、高耐久性(例えば、4万年にも及ぶ長期耐久性である)に加えて、施工性に優れることも必要となる。 Therefore, the use of inorganic reinforcing materials that do not have such influences should be considered, but in addition to high durability (for example, long-term durability of 40,000 years), workability is also improved. It is also necessary to be excellent.
無機繊維としては、特許文献9および特許文献10に提案されている炭素繊維が適するものと考えられるが、これらの提案においては、炭素繊維が樹脂を含浸、硬化した複合材料でなく炭素繊維そのものであるため、コンクリートに練り混ぜ時に骨材に削られ折損し、十分な長さを維持できなくなるため、また表面凹凸がないため、コンクリートとの定着力が低いため、曲げ靭性の改善に寄与するところが少なく、ひび割れ発生に対する抑制効果が十分ではないという問題がある。
As the inorganic fibers, the carbon fibers proposed in Patent Document 9 and
また、材料の練り混ぜ時に炭素繊維が破断しやすいという問題があり、所望するレベルの強度向上効果が思うように発現できないという問題があった。
本発明の目的は、上述したような点に鑑み、コンクリートもしくはモルタルからなる構造物の補強において、コンクリート、モルタルのひび割れを防ぎ、靭性に優れ、長期間にわたり、コンクリート、モルタルに対する強度の著しい向上効果・補強効果を維持することのできるコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材とその製造方法、およびコンクリートもしくはモルタル構造物を提供することにある。 In view of the above-mentioned points, the object of the present invention is to prevent the cracking of concrete and mortar in the reinforcement of a structure made of concrete or mortar, has excellent toughness, and has a remarkable improvement effect on the strength of concrete and mortar over a long period of time. The object is to provide a carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar capable of maintaining a reinforcing effect, a method for producing the same, and a concrete or mortar structure.
上述したような点に鑑み、本発明のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材は、以下の(1)の構成からなるものである。
(1)マトリックス樹脂が含浸、硬化され、かつ1メートル当たり50〜120回の撚りをかけられている撚糸状の炭素繊維束からなり、該炭素繊維束はその表面に凸凹を有し、その間隔が3〜25mmである該束長さが5〜50mmの線材であり、該線材を構成する撚糸が、多数本のフィラメントを集束した、幅/厚みの比が20以上の扁平状の炭素繊維束を撚り加工した撚糸であることを特徴とするコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材。
In view of the above-described points, the concrete or mortar reinforcing carbon fiber composite resin wire of the present invention has the following configuration (1).
(1) It consists of a twisted carbon fiber bundle impregnated and cured with a matrix resin and twisted 50 to 120 times per meter, and the carbon fiber bundle has irregularities on its surface, and the distance between the carbon fiber bundles A flat carbon fiber bundle having a width / thickness ratio of 20 or more, in which the bundle length is 5 to 50 mm, the twisted yarn constituting the wire is a bundle of a large number of filaments A carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar, which is a twisted yarn obtained by twisting a wire.
また、かかる本発明のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材において、好ましい具体的態様として、以下の(2)〜(4)の構成からなるものである。
(2)前記撚糸状の炭素繊維束が、複数本の炭素繊維束の合撚糸状であることを特徴とする上記(1)記載のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材。
(3)前記線材の断面積が、0.15〜3平方ミリメートルの範囲であることを特徴とする上記(1)または(2)記載のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材。
(4)前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする上記(1)、(2)または(3)記載のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材。
Moreover, in the carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar according to the present invention, the following specific configurations (2) to (4) are preferable as specific embodiments.
(2) The carbon fiber composite resin wire for concrete or mortar reinforcement according to the above (1), wherein the twisted carbon fiber bundle is a twisted yarn shape of a plurality of carbon fiber bundles.
(3) The concrete or mortar reinforcing carbon fiber composite resin wire according to the above (1) or (2 ), wherein a cross-sectional area of the wire is in a range of 0.15 to 3 square millimeters.
(4) The carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar according to the above (1), (2) or (3 ), wherein the matrix resin is a thermosetting resin.
また、本発明にかかるコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材の製造方法は、以下の(5) の構成からなる。
(5)炭素繊維束からなる撚糸に樹脂を含浸させ、前記撚糸に張力を付与しながら、加熱炉内で連続的に樹脂を加熱、硬化させた後、5〜50mmの長さに切断して上記(1)記載の炭素繊維複合樹脂線材を得ることを特徴とするコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材の製造方法。
Moreover, the manufacturing method of the carbon fiber composite resin wire for concrete or mortar reinforcement concerning this invention consists of the following structures (5) .
(5) Impregnating a twisted yarn made of a carbon fiber bundle with a resin and continuously heating and curing the resin in a heating furnace while applying tension to the twisted yarn, and then cutting to a length of 5 to 50 mm A method for producing a carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar, wherein the carbon fiber composite resin wire according to (1) is obtained .
また、本発明にかかるコンクリートもしくはモルタル構造物は、以下の(6)の構成からなり、さらに好ましくは、以下の(7)〜(10)のいずれかに記載の構成からなる。
(6)マトリックス樹脂が含浸、硬化され、かつ1メートル当たり50〜120回の撚りをかけられている撚糸状の炭素繊維束からなり、該炭素繊維束はその表面に凸凹を有し、その間隔が3〜25mmである該束長さが5〜50mmの線材であり、該線材を構成する撚糸が、多数本のフィラメントを集束した、幅/厚みの比が20以上の扁平状の炭素繊維束を撚り加工した撚糸である炭素繊維複合樹脂線材を補強材料として、コンクリートもしくはモルタル中に使用してなることを特徴とするコンクリートもしくはモルタル構造物。
(7)上記(2)、(3)または(4)記載のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材を補強材料として、コンクリートもしくはモルタル中に使用してなることを特徴とするコンクリートもしくはモルタル構造物。
(8)コンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材を補強材料として、コンクリートもしくはモルタル混練物中に、体積割合で0.2〜5%の混入率で使用してなることを特徴とする上記(6)または(7)記載のコンクリートもしくはモルタル構造物。
(9)放射性廃棄物の処分施設を構成する材料として用いられることを特徴とする上記(6)、(7)または(8)記載のコンクリートもしくはモルタル構造物。
(10)海洋構造物を構成する材料として用いられることを特徴とする上記(6)、(7)または(8)記載のコンクリートもしくはモルタル構造物。
The concrete or mortar structure according to the present invention has the following configuration (6), and more preferably has the configuration described in any of the following (7) to (10) .
(6) It consists of a twisted carbon fiber bundle impregnated and cured with a matrix resin and twisted 50 to 120 times per meter, and the carbon fiber bundle has irregularities on its surface, and the distance between the carbon fiber bundles A flat carbon fiber bundle having a width / thickness ratio of 20 or more, in which the bundle length is 5 to 50 mm, the twisted yarn constituting the wire is a bundle of a large number of filaments A concrete or mortar structure characterized by using a carbon fiber composite resin wire, which is a twisted yarn obtained by twisting, as a reinforcing material in concrete or mortar.
(7) Concrete or mortar structure characterized by using the carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar as described in (2), (3) or (4) above as a reinforcing material in concrete or mortar object.
(8) as a concrete or reinforced material mortar reinforcing carbon fiber composite resin wire, the concrete or mortar kneaded product, the above characterized by comprising using at mixture ratio 0.2 to 5 percent by volume ratio ( The concrete or mortar structure according to 6) or (7) .
(9) The concrete or mortar structure as described in ( 6), (7) or (8) above, which is used as a material constituting a radioactive waste disposal facility.
(10) The concrete or mortar structure as described in ( 6), (7) or (8) above, which is used as a material constituting an offshore structure.
請求項1−4のいずれかにかかる本発明によれば、コンクリートもしくはモルタルからなる構造物の補強において、コンクリート、モルタルのひび割れを防ぎ、靭性に優れ、長期間にわたり、コンクリート、モルタルに対する強度の著しい向上効果・補強効果を維持することのできるコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材を提供することができる。
According to the present invention according to any one of
請求項5にかかる発明によれば、コンクリートもしくはモルタルからなる構造物の補強において、コンクリート、モルタルのひび割れを防ぎ、靭性に優れ、長期間にわたり、コンクリート、モルタルに対する強度の著しい向上効果・補強効果を維持することのできるコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材の製造方法を提供することができる。 According to the invention of claim 5 , in the reinforcement of a structure made of concrete or mortar, the crack of the concrete and mortar is prevented, and the toughness is excellent, and the strength and strength of the concrete and mortar are significantly improved over a long period of time. The manufacturing method of the carbon fiber composite resin wire for concrete or mortar reinforcement which can be maintained can be provided.
請求項6−10のいずれかにかかる本発明によれば、コンクリート、モルタルのひび割れを防ぎ、靭性に優れ、長期間にわたり、コンクリート、モルタルに対する強度の著しい向上効果・補強効果を維持することができるコンクリートもしくはモルタル構造物を提供することができる。 According to this invention concerning any one of Claims 6-10, the crack of concrete and mortar is prevented, it is excellent in toughness, and the remarkable improvement effect and reinforcement effect with respect to concrete and mortar can be maintained over a long period of time. Concrete or mortar structures can be provided.
以下、更に詳しく本発明のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材について説明する。 Hereinafter, the carbon fiber composite resin wire for reinforcing concrete or mortar of the present invention will be described in more detail.
本発明にかかるコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材は、マトリックス樹脂が含浸、硬化され、かつ1メートル当たり50〜120回の撚りをかけられている撚糸状の炭素繊維束からなり、該炭素繊維束はその表面に凸凹を有し、その間隔が3〜25mmである該束長さが5〜50mmの線材であり、該線材を構成する撚糸が、多数本のフィラメントを集束した、幅/厚みの比が20以上の扁平状の炭素繊維束を撚り加工した撚糸であるものである。 Concrete or mortar reinforced carbon fiber composite resin wire according to the present invention will become matrix resin impregnated and cured, and the twisted yarn-like carbon fiber bundle which has been multiplied by 50 to 120 times of twist per meter, the carbon The fiber bundle has irregularities on its surface, the bundle is a wire having a length of 5 to 50 mm with an interval of 3 to 25 mm, and the twisted yarn constituting the wire has a number of filaments bundled together. A twisted yarn obtained by twisting a flat carbon fiber bundle having a thickness ratio of 20 or more .
撚糸状は、図3に示したような単一の繊維束(単一糸)に撚りを施したものでもよく、あるいは、図4に示したように二本もしくはそれ以上の複数本の繊維束を合撚した合撚糸状であってもよい。図3、図4において、1は炭素繊維複合樹脂線材、2は炭素繊維フィラメント、3はマトリックス樹脂で、Lは、隣り合う凸部頂点間の間隔である。 The twisted yarn shape may be a single fiber bundle (single yarn) twisted as shown in FIG. 3, or two or more plural fiber bundles as shown in FIG. A twisted twisted yarn may be used. 3 and 4, 1 is a carbon fiber composite resin wire, 2 is a carbon fiber filament, 3 is a matrix resin, and L is an interval between adjacent convex vertexes.
該撚糸状は、該繊維束が単一の繊維束(単一糸)に撚りを施したもの、あるいは二本もしくはそれ以上の複数本の繊維束を合撚した合撚糸状のもののいずれであっても、撚り数は繊維束1メートル当たり50〜120回の撚りをかけられているものであることが重要である。合撚糸の場合は、合糸の前に、下撚りを掛ける場合も、掛けない場合も含まれるが、いずれの場合も合撚時の上撚りの数が50〜120回/mであることが重要であり、この場合、該撚り数は上撚り数である。 The twisted yarn shape is either one in which the fiber bundle is twisted on a single fiber bundle (single yarn) or a twisted yarn shape in which two or more fiber bundles are twisted together. However , it is important that the number of twists is 50 to 120 twists per meter of fiber bundle. In the case of the twisted yarn, the case where the lower twist is applied before the combined yarn or the case where it is not applied is included, but in either case, the number of the upper twists during the twisting may be 50 to 120 times / m. In this case, the number of twists is the number of top twists.
本発明において、該繊維束は、繊維束表面に凸凹を有しその間隔が3〜25mmであることが重要である。 In the present invention, it is important that the fiber bundle has irregularities on the surface of the fiber bundle and the interval is 3 to 25 mm.
また、本発明にかかる線材を構成する繊維束(撚糸)が、多数本のフィラメントが集束されている幅/厚みの比が20以上の扁平状の炭素繊維束を撚り加工した撚糸であることが重要である。 Further, the fiber bundle (twisted yarn) constituting the wire according to the present invention may be a twisted yarn obtained by twisting a flat carbon fiber bundle having a width / thickness ratio of 20 or more in which a large number of filaments are converged. Is important .
すなわち、幅/厚みの比が20以上である炭素繊維束に、1メートル当たり50〜120回の撚り加工を施すことにより、多数本のフィラメントが集束した炭素繊維束がねじれて、炭素繊維束の表面が凹凸状を呈した状態になる。なお、炭素繊維束の厚みは、JCFS003に規定されたマイクロメータによる方法に基づいて測定する。 That is, a carbon fiber bundle having a width / thickness ratio of 20 or more is twisted 50 to 120 times per meter to twist the carbon fiber bundle in which a large number of filaments are gathered. The surface becomes uneven. The thickness of the carbon fiber bundle is measured based on a method using a micrometer defined in JCFS003.
撚り加工した炭素繊維束に含浸させたマトリックスを、熱風炉などの高温雰囲気下で硬化させることによって、該凹凸の形態が、該補強用炭素繊維複合樹脂線材の表面に維持され、間隔が3〜25mmの凸凹形態を有する炭素繊維強化複合線材を得ることができる。 The matrix impregnated in the twisted carbon fiber bundle is cured in a high-temperature atmosphere such as a hot air furnace, so that the shape of the unevenness is maintained on the surface of the reinforcing carbon fiber composite resin wire, and the interval is 3 to 3. A carbon fiber reinforced composite wire having an uneven shape of 25 mm can be obtained.
このような凹凸形状が、本発明にかかる補強用炭素繊維複合樹脂線材の表面に存在すると、特に、モルタルやコンクリートと混ぜた場合、線材とモルタル、コンクリートとの締結が可能になるという点で好ましく、中でも間隔が3〜25mmである凸凹形態を有するものの場合には、補強硬化として有効に利用できる締結力を得ることができ、本発明の効果を実現する上で重要なものである。 When such a concavo-convex shape is present on the surface of the reinforcing carbon fiber composite resin wire according to the present invention, particularly when mixed with mortar or concrete, it is preferable in that the wire can be fastened with mortar and concrete. In particular, in the case of those having an uneven shape with an interval of 3 to 25 mm, it is possible to obtain a fastening force that can be effectively used for reinforcement and hardening, which is important in realizing the effects of the present invention.
また、本発明の補強用炭素繊維複合樹脂線材を構成する撚糸状の繊維束は、多数本のフィラメントが集束された炭素繊維束であり、その繊度は150〜11,000テックス、好ましくは150〜1,800テックス程度で、撚糸は1本の炭素繊維束や多数本の炭素繊維束を単に引き揃えた状態で撚りが加えられてよいし、また予め下撚り(S撚りまたはZ撚り)をかけた複数本の撚糸をねじりトルクがバランスするように下糸とは逆方向(Z撚りまたはS撚り)になるように撚りをかけるか、または同じ方向(S撚りまたはZ撚り)に撚りを掛けた合撚糸であってもよい。 Further, the twisted fiber bundle constituting the reinforcing carbon fiber composite resin wire of the present invention is a carbon fiber bundle in which a large number of filaments are bundled, and the fineness thereof is 150 to 11,000 tex, preferably 150 to At about 1,800 tex, the twisted yarn may be twisted in a state where one carbon fiber bundle or a number of carbon fiber bundles are simply aligned, or pre-twisted (S twist or Z twist). In order to balance the twisting torque, the twisted yarns were twisted in the opposite direction (Z twist or S twist) or twisted in the same direction (S twist or Z twist). A twisted yarn may be used.
具体的には、幅/厚みの比が20以上である炭素繊維束に、1メートル当たり50〜120回の撚りを施し、本発明にかかる補強用炭素繊維複合樹脂線材の表面に3〜25mmの間隔で凸凹をつけておくと、本発明の複合樹脂線材をコンクリート等に混入した場合、該複合樹脂線材表面の凹凸にコンクリート等が入り込み、線材とコンクリート等との強固な締結がなされることになる。 Specifically, a carbon fiber bundle having a width / thickness ratio of 20 or more is twisted 50 to 120 times per meter, and 3 to 25 mm is formed on the surface of the reinforcing carbon fiber composite resin wire according to the present invention. If the composite resin wire of the present invention is mixed into concrete or the like when the unevenness is provided at intervals, the concrete enters into the irregularities on the surface of the composite resin wire and the wire and concrete are firmly fastened. Become.
従って、コンクリート等に引張力がかかった場合に線材が引張力を負担し、コンクリート等の強度を向上させるとともに、線材によりコンクリートのひび割れの進展が阻止されることになり、コンクリートの靭性および強度が大幅に向上する。また、線材は錆びることがないので鋼繊維のように線材自体の強度低下がなく、耐久性が飛躍的に向上する。 Therefore, when tensile force is applied to concrete, etc., the wire rod will bear the tensile force and improve the strength of the concrete, etc., and the wire rod will prevent the development of cracks in the concrete, and the toughness and strength of the concrete will be reduced. Greatly improved. Moreover, since the wire does not rust, the strength of the wire itself does not decrease as in the case of steel fibers, and the durability is dramatically improved.
炭素繊維束の撚り数が1メートル当たり50回未満、あるいは凹凸の間隔が25mmよりも大きいものになると、長さ当たりの線材とコンクリート等の上述した締結箇所が少なくなる方向であり、コンクリート等に引張力がかかった場合、線材がコンクリートから抜けやすくなり、線材による引張力の負担が小さくなり好ましくない。 When the number of twists of the carbon fiber bundle is less than 50 times per meter, or when the unevenness interval is larger than 25 mm, the above-mentioned fastening points such as the wire rod and the concrete per length are reduced, and the concrete or the like When a tensile force is applied, the wire is easy to come off from the concrete, and the burden of the tensile force by the wire is reduced, which is not preferable.
特に、撚数が50回未満では線材表面の凹凸構造が小さくなり、線材とコンクリート等の締結力が小さくなり、補強効果も小さくなるので用途により好ましくない。 In particular, when the number of twists is less than 50, the uneven structure on the surface of the wire is reduced, the fastening force between the wire and concrete is reduced, and the reinforcing effect is reduced, which is not preferable depending on the application.
また、撚り数が1メートル当たり120回よりも大きくなるか、あるいは凹凸の間隔が3mmより小さいと、上述した締結箇所が多くなり引張を十分に負担することができる点では好ましいものの、線材の軸方向に対する繊維の配向角度が大きくなり、線材の引張強度が低下する方向になるので、用途によっては好ましくない場合があり、また、樹脂を含浸させる際、撚り数に比例して繊維の拘束が強くなり、フィラメント間に隙間を形成することができず、樹脂の含浸が悪くなる方向であり、十分な強度を有する線材が得られないことがあり、さらに、その場合、ミキサーなどでコンクリート等と線材を練り混ぜる際に、線材の樹脂含浸不良部で線材が割れたり、折れたりする可能性があるので、やはり好ましくない。 Further, if the number of twists is larger than 120 times per meter or the interval between the concaves and convexes is smaller than 3 mm, it is preferable in that the number of fastening points described above increases and the tension can be sufficiently borne, but the shaft of the wire Since the orientation angle of the fiber with respect to the direction increases and the tensile strength of the wire decreases, it may not be preferable depending on the application, and when impregnating the resin, the fiber is strongly restrained in proportion to the number of twists. The gap between the filaments cannot be formed and the impregnation of the resin is worsened, and a wire having sufficient strength may not be obtained. When kneading, there is a possibility that the wire rod may be broken or broken at the resin impregnated defective portion of the wire rod.
なお、本発明でいう凹凸の間隔とは、表面同一線上での線材の凹部と凸部の直径の差が0.1mm以上の隣接する凸部と凸部の間隔(距離)、または凹部と凹部の間隔(距離)のことをいい、100個の間隔を測定しその平均である。該間隔の測定は、読み取り顕微鏡を使用し、図3および図4に示す線材の隣り合う凸部頂点間の距離Lを測定するものである。 In addition, the space | interval of an unevenness as used in the field of this invention is the space | interval (distance) of an adjacent convex part and convex part whose difference of the diameter of the concave part and convex part of a wire on the surface same line is 0.1 mm or more, or a recessed part and a recessed part The interval (distance) is measured, and 100 intervals are measured and averaged. The distance is measured by using a reading microscope to measure the distance L between adjacent convex vertices of the wire shown in FIGS. 3 and 4.
また、本発明による線材は、5〜50mm長さにカットしてある。線材の長さが5mm未満では、線材とコンクリート等との締結力が小さく、引張力が付加された場合、線材が母材のコンクリート等から抜けやすく、線材の強度が十分に発現できないので好ましくない。 Moreover, the wire according to the present invention is cut to a length of 5 to 50 mm. When the length of the wire is less than 5 mm, the fastening force between the wire and the concrete is small, and when a tensile force is applied, the wire is easy to come off from the concrete or the like of the base material, and the strength of the wire cannot be fully expressed. .
また、線材の長さが50mmよりも大きいものでは、ワーカビリティへの影響が過大となり、線材をコンクリート等に均一に混ぜるのが難しくなるという不都合がある。また、コンクリート等への締結力は線材の長さが長いほど大きいが、必要以上に長いと、練混ぜ中に線材が折損し、結局、線材長が不均一となり強度のばらつきが大きくなるので望ましくない。 Moreover, when the length of the wire is larger than 50 mm, the influence on workability becomes excessive, and it is difficult to uniformly mix the wire with concrete or the like. In addition, the fastening force to concrete etc. increases as the length of the wire increases, but if longer than necessary, the wire breaks during mixing, which is undesirable because the wire length becomes uneven and the strength varies greatly. Absent.
本発明に使用する撚糸からなる繊維束は、多数本のフィラメントを集束した、幅/厚みの比が20以上である炭素繊維束を撚り加工した撚糸であることが重要である。 It is important that the fiber bundle made of the twisted yarn used in the present invention is a twisted yarn obtained by twisting a carbon fiber bundle having a width / thickness ratio of 20 or more in which a large number of filaments are bundled.
炭素繊維束の幅/厚み比が20未満では撚り加工時、幅方向に送られる中央と両端のフィラメントの撚り中央での糸長差が小さく、撚り線表面の凹凸が小さくなる。そのためCFRPに加工したときに、凹部と凸部の厚み差(凹部と凸部の直径差)が0.1mm以下となり、コンクリート等とCFRP線材の締結力が小さく、CFRP線材の凹部と凸部の厚み差(凹部と凸部の直径の差)が0.1mm以下と小さくなり、コンクリート等とCFRP線材の締結力が小さくなりCFRP線材強度を十分に発現できない。 When the width / thickness ratio of the carbon fiber bundle is less than 20, the yarn length difference between the center sent in the width direction and the twist center of the filaments at both ends is small and the unevenness on the surface of the stranded wire becomes small. Therefore, when processed into CFRP, the thickness difference between the concave and convex portions (diameter difference between the concave and convex portions) is 0.1 mm or less, the fastening force between the concrete and the CFRP wire is small, and the concave and convex portions of the CFRP wire are The thickness difference (difference between the concave and convex diameters) is as small as 0.1 mm or less, and the fastening force between the concrete and the CFRP wire becomes small, and the CFRP wire strength cannot be fully expressed.
本発明によるコンクリート等の補強用炭素繊維複合樹脂線材に使用する強化繊維は、コンクリート等の外力による変形を抑えるため、高強度、高弾性率であることが重要であり、さらに、耐食性、特に耐アルカリ性に優れていることが重要であり、炭素繊維が最も好ましいものであり、本発明の如くに、炭素繊維を使用することにより長期間の使用に耐え得るコンクリートもしくはモルタル構造物が得られるのである。 Reinforcing fibers used in carbon fiber composite resin wires for reinforcement such as concrete according to the present invention are important to have high strength and high elastic modulus in order to suppress deformation due to external forces such as concrete. It is important to be excellent in alkalinity, and carbon fiber is the most preferable, and a concrete or mortar structure that can withstand long-term use can be obtained by using carbon fiber as in the present invention. .
本発明にかかる炭素繊維複合樹脂線材に使用されるマトリックス樹脂は、一般的に使用されるエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、あるいはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が使用できるが、コンクリート等は強アルカリであり、アルカリに侵されない樹脂であること、および炭素繊維との接着性、耐塩水性、耐水性などから、エポキシ樹脂を使用することが最も好ましい。 As the matrix resin used in the carbon fiber composite resin wire according to the present invention, a thermosetting resin such as a generally used epoxy resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, or phenol resin can be used. Etc. are strong alkalis, and it is most preferable to use an epoxy resin from the viewpoint of being a resin that is not affected by alkalis, and adhesion to carbon fibers, salt water resistance, water resistance, and the like.
本発明の炭素繊維複合樹脂線材における炭素繊維の体積含有率、つまり炭素繊維束とマトリックス樹脂との体積割合は、マトリックス樹脂比率が大きすぎると、コンクリート等中で線材に応力が作用した際に、炭素繊維束の表面に付着したマトリックス樹脂から破壊が始まるので好ましくなく、また、マトリックス量が少なすぎると線材強度が低くなり、ミキサーで練りまぜたときに線材が折れたりするので好ましくなく、本発明者らの各種知見によれば、炭素繊維束の比率は全体に対して40〜80体積%程度とするのが好ましく、より好ましくは50〜70体積%程度とすることである。 The volume content of carbon fibers in the carbon fiber composite resin wire of the present invention, that is, the volume ratio of the carbon fiber bundle and the matrix resin, when the matrix resin ratio is too large, when stress acts on the wire in concrete or the like, It is not preferable because the fracture starts from the matrix resin attached to the surface of the carbon fiber bundle, and if the amount of the matrix is too small, the strength of the wire is lowered, and the wire is broken when kneaded with a mixer. According to their various findings, the ratio of the carbon fiber bundle is preferably about 40 to 80% by volume, more preferably about 50 to 70% by volume with respect to the whole.
本発明による炭素繊維複合樹脂線材は、多数本(例えば12,000本)の炭素繊維フィラメントからなる撚りをかけた炭素繊維束に樹脂を含浸させ、張力を付与しながら加熱炉内で連続的に加熱し、該樹脂を硬化させた後、線材長さ5〜50mmに切断加工することにより得ることができる。その際に、樹脂含浸した撚糸に張力を付与することで余分な樹脂、空隙をしぼり出すことができ、炭素繊維体積含有率が上述した範囲にある高い高強度、高弾性率の線材を製造できるものである。 The carbon fiber composite resin wire according to the present invention is obtained by impregnating a resin into a twisted carbon fiber bundle composed of a large number (for example, 12,000) of carbon fiber filaments, and continuously applying the tension in a heating furnace. After heating and curing the resin, it can be obtained by cutting to a wire length of 5 to 50 mm. At that time, by applying tension to the resin-impregnated twisted yarn, excess resin and voids can be squeezed out, and a high-strength, high-elastic modulus wire with a carbon fiber volume content in the above-described range can be produced. Is.
また、加熱炉内でガイド等に非接触な状態で連続的に硬化、成形することにより、表面にコンクリート等との締結に適した凹凸形態を有する線材を複雑な装置を使用することなく、安価に製造することが可能である。 In addition, by continuously curing and forming in a heating furnace in a non-contact state with a guide or the like, a wire having an uneven shape suitable for fastening with concrete or the like on the surface can be obtained without using a complicated device. Can be manufactured.
本発明による複合線材は、その断面積は0.15〜3平方ミリメートルであることが好ましく、より好ましくは0.6〜1.6平方ミリメートルである。あまりに線材が細いと、表面凹凸が小さくなるので、コンクリートとの十分な締結効果が得られないばかりか、セメント、砂、砂利、水とのミキシングの際、線材が折れてしまうことも多くあり、締結効果の小さい短い線材が多くなることとなり、機械的性質の安定したコンクリート等構造物を得ることが難しくなる。 The cross-sectional area of the composite wire according to the present invention is preferably 0.15 to 3 square millimeters, more preferably 0.6 to 1.6 square millimeters. If the wire is too thin, the surface unevenness will be small, so not only a sufficient fastening effect with concrete will not be obtained, but the wire will often break when mixing with cement, sand, gravel, water, The number of short wires having a small fastening effect increases, and it becomes difficult to obtain a structure such as concrete having stable mechanical properties.
また、線材の断面積が3平方ミリメートルよりも大きなものになると、同一線材量で比較した場合、コンクリート等中に分散する線材の本数が少なくなる。その結果、1本の線材が負担する荷重は、線材とコンクリート等との締結力であるので、線材の本数が少ないほど強度補強効果は小さくなり、また、コンクリート等中における線材と線材の間隔も大きくなるので、線材によるひび割れの抑止効果が小さくなり好ましくない。 Moreover, when the cross-sectional area of the wire is larger than 3 square millimeters, the number of wires dispersed in concrete or the like is reduced when compared with the same wire amount. As a result, the load borne by one wire is the fastening force between the wire and concrete, so the smaller the number of wires, the smaller the strength reinforcement effect, and the spacing between the wire and the wire in concrete etc. Since it becomes large, the inhibitory effect of the crack by a wire becomes small and is not preferable.
一方、線材量を多くすれば、強度補強効果も向上し、また、線材と線材の間隔も狭くなりひび割れ抑止に対する十分な効果は得られるが、材料費が上がり高価な構造物となる。 On the other hand, if the amount of the wire is increased, the strength reinforcing effect is improved and the distance between the wire and the wire is narrowed, and a sufficient effect for preventing cracking can be obtained, but the material cost increases and the structure becomes expensive.
本発明のコンクリート等構造物は、本発明の炭素繊維複合樹脂線材を、混入率で0.2〜5体積%程度として、セメント、砂、砂利、混和材に水を加えて数分間練り込んで得られるものである。線材の混入率が、0.2体積%未満では補強効果が小さく、5体積%よりも大きいと高価な構造物になるので、本発明者等の各種知見によれば、より効果的な補強効果が得られる範囲として、0.2〜5体積%が好ましいのである。 The concrete and other structures of the present invention are made by mixing the carbon fiber composite resin wire of the present invention with a mixing rate of about 0.2 to 5% by volume, adding water to cement, sand, gravel, and admixture for several minutes. It is obtained. If the mixing rate of the wire is less than 0.2% by volume, the reinforcing effect is small, and if it is more than 5% by volume, an expensive structure is formed. Therefore, according to various knowledge of the present inventors, more effective reinforcing effect Is preferably 0.2 to 5% by volume.
本発明の炭素繊維複合樹脂線材を、コンクリートもしくはモルタル中に使用してコンクリートもしくはモルタル構造物を製造することにより、本発明のコンクリートもしくはモルタル構造物が製造できる。 The concrete or mortar structure of the present invention can be produced by using the carbon fiber composite resin wire of the present invention in concrete or mortar to produce a concrete or mortar structure.
該コンクリートもしくはモルタル構造物は、極めて優れた高耐久性を示すものであり、前述した放射性廃棄物の処分施設を構成する材料として、あるいは海洋構造物を構成する材料として好適に用いられるものである。 The concrete or mortar structure exhibits extremely high durability, and is preferably used as a material constituting the above-mentioned radioactive waste disposal facility or as a material constituting an offshore structure. .
以下、実施例に基づいて本発明のコンクリートもしくはモルタル補強用炭素繊維複合樹脂線材について説明をする。 Hereinafter, the concrete or mortar reinforcing carbon fiber composite resin wire of the present invention will be described based on examples.
各物性値は、以下に記載する測定法によるものである。
(1)繊維束表面の凹凸の間隔:
読み取り顕微鏡を使用し、図3および図4に示す線材の隣り合う凸部頂点間の距離Lを測定する。100個の間隔(該距離L)を測定して平均値を用いた。
(2)表面同一線上での線材の凹部と凸部の各直径とその差:
凹凸差の測定は、読みとり顕微鏡を使用して凹部と凸部の頂点に基準線を合わせて、その差を読みとりその2倍を直径差とする。
(3)炭素繊維束の幅/厚みの比:
厚みは、JCFS003に規定されたマイクロメーターによる方法に準じて測定し、幅はノギスを用いて測定した。測定は各5回行い、その平均値を使用した。
(4)スランプ
JISA1101に準じて、円錐台の容器にコンクリートを入れ、上下を逆にした後、容器を垂直方向に取り除き、コンクリート塊の直径を測定する。
(5)曲げ強度、圧縮強度、曲げ靭性係数
JIS R5201(1997)に準じて評価した。
Each physical property value is based on the measurement method described below.
(1) Uneven spacing on the fiber bundle surface:
Using a reading microscope, the distance L between adjacent vertexes of the wire shown in FIGS. 3 and 4 is measured. 100 intervals (the distance L) were measured and the average value was used.
(2) Diameters of the concave and convex portions of the wire on the same surface and their differences:
In measuring the unevenness difference, a reading microscope is used to align the reference line at the apex of the concave and convex portions, the difference is read, and twice the difference is taken as the diameter difference.
(3) Width / thickness ratio of carbon fiber bundle:
The thickness was measured according to the method using a micrometer defined in JCFS003, and the width was measured using a caliper. The measurement was performed 5 times, and the average value was used.
(4) Slump According to JIS A1101, put concrete in a truncated cone container, turn it upside down, remove the container in the vertical direction, and measure the diameter of the concrete block.
(5) Bending strength, compressive strength, bending toughness coefficient It evaluated according to JISR5201 (1997).
実施例1、比較例1、2
表1の材料を用いて表2の配合の繊維補強コンクリートを練り混ぜた。使用した繊維は、(1)〜(3)下記の3種であり、配合量はいずれも1.5体積%である。繊維は練り始めから90秒後に投入し、繊維投入後更に90秒練混ぜた。表2の配合においてSPは高性能AE減水剤(エヌ・エムビー株式会社製の商品名SP8HUのポリカルボン酸系高性能AE減水剤)である。
Example 1, Comparative Examples 1 and 2
Fiber reinforced concrete having the composition shown in Table 2 was mixed using the materials shown in Table 1. The used fibers are the following three types (1) to (3), and the blending amount is 1.5% by volume. The fiber was added 90 seconds after the start of kneading, and further kneaded for 90 seconds after the fiber was added. In the formulation of Table 2, SP is a high-performance AE water reducing agent (trade name SP8HU, a polycarboxylic acid-based high-performance AE water reducing agent manufactured by NMB).
(1) 炭素繊維:1束12,000本のフイラメントからなる炭素繊維束(引張強度:4,900MPa、引張弾性率:230GPa)に、1メートル当たり100回の撚りをかけた撚糸に張力をかけ、樹脂の中をくぐらせてエポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂と硬化剤の芳香族アミンを各100部と22部を混合したもの)を含浸し、スクイズガイドを通して過剰な樹脂を除き、横長加熱炉の中を連続的に通して、150℃で2分間加熱硬化後、長さ30mmに切断した繊維体積含有率65%、断面積が0.7平方ミリメートルの炭素繊維強化複合線材を製作した。
(2) ステンレス鋼繊維1:SUS430製の径0.5mm、長さ25mmのステンレス鋼短繊維である。
(3) ステンレス鋼繊維2:SUS430製の径0.6mm、長さ40mmのステンレス鋼短繊維である。
(1) Carbon fiber: Tension is applied to a twisted yarn obtained by twisting 100 times per meter to a carbon fiber bundle (tensile strength: 4,900 MPa, tensile elastic modulus: 230 GPa) composed of 12,000 filaments. , Through the resin, impregnated with epoxy resin (100 parts and 22 parts of bisphenol A epoxy resin and hardener aromatic amine each), remove excess resin through squeeze guide, and heat horizontally A carbon fiber reinforced composite wire rod having a fiber volume content of 65% and a cross-sectional area of 0.7 square millimeters cut into a length of 30 mm was manufactured by continuously passing through a furnace and heat-curing at 150 ° C. for 2 minutes.
(2) Stainless steel fiber 1: A stainless steel short fiber made of SUS430 having a diameter of 0.5 mm and a length of 25 mm.
(3) Stainless steel fiber 2: Stainless steel short fiber made of SUS430 having a diameter of 0.6 mm and a length of 40 mm.
得られた混練物のフレッシュ性状(スランプ、空気量)と硬化後の力学的特性を試験した。その結果を表3に示した。養生は50℃の促進水中養生を6日間実施した。また、各特性の測定は、以下に準じた。
スランプ:JIS A1101
空気量:JIS A1128
圧縮強度:JIS A1108
ヤング係数:JSCE G502
曲げ強度:JIS A1106
曲げ靱性係数:JSCE−G 552
The resulting kneaded product was tested for fresh properties (slump, air content) and mechanical properties after curing. The results are shown in Table 3. Curing was accelerated water curing at 50 ° C. for 6 days. Moreover, the measurement of each characteristic was based on the following.
Slump: JIS A1101
Air volume: JIS A1128
Compressive strength: JIS A1108
Young's modulus: JSCE G502
Bending strength: JIS A1106
Flexural toughness coefficient: JSCE-G552
表3の結果から、本発明に従うカーボンFRP線材配合のコンクリートは高いスランプ値を有してワーカビリテイが良好であり、且つステンレス鋼繊維配合のものに匹敵する強度特性を有していることがわかる。表3の曲げ靭性係数は、これが大きいほど曲げ荷重に対するエネルギー吸収程度が大きいことを表すが、カーボンFRP線材配合のコンクリートはこの曲げ靭性係数が高く、非常に良好な曲げ靭性を示すことがわかる。 From the results in Table 3, it can be seen that the concrete containing the carbon FRP wire according to the present invention has a high slump value, good workability, and strength properties comparable to those of the stainless steel fiber blend. The bending toughness coefficient in Table 3 indicates that the greater the value, the greater the energy absorption with respect to the bending load. However, it can be seen that the concrete containing carbon FRP wire has a high bending toughness coefficient and exhibits very good bending toughness.
図1は、このカーボンFRP線材配合のコンクリートの荷重−たわみ曲線を示したものであり、実施例1として、n数=2で行った各サンプルの個別の該荷重−たわみ曲線データを表したものであり、実線がサンプルNo.1、破線がサンプルNo.2のものである。 FIG. 1 shows the load-deflection curve of the concrete containing this carbon FRP wire, and as Example 1, the individual load-deflection curve data of each sample performed with n number = 2 is shown. The solid line indicates the sample No. 1 and the broken line indicates the sample No. Two.
比較例3
実施例1において、使用繊維を、径が0.017mmで長さが18mmの市販のカーボン短繊維(三菱化学産資株式会社製)に代えて、1.5体積%配合した以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを練り混ぜた。その硬化品について曲げ強度試験を行った。得られた荷重−たわみ曲線を図2に示した。すなわち、図2は、このカーボンFRP線材配合のコンクリートの荷重−たわみ曲線を示したものであり、比較例3として、n数=2で行った各サンプルの個別の該荷重−たわみ曲線データを表したものであり、実線がサンプルNo.1、破線がサンプルNo.2のものである。
Comparative Example 3
In Example 1, the fiber used was replaced with a commercially available short carbon fiber (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) having a diameter of 0.017 mm and a length of 18 mm. Concrete was kneaded in the same manner as in 1. The cured product was subjected to a bending strength test. The obtained load-deflection curve is shown in FIG. That is, FIG. 2 shows the load-deflection curve of the concrete mixed with this carbon FRP wire, and as Comparative Example 3, the individual load-deflection curve data of each sample performed with n number = 2 is shown. The solid line indicates the sample No. 1 and the broken line indicates the sample No. Two.
図2の結果を図1のものと比較すると明らかなように、通常のカーボン繊維を用いた比較例3の図2では、最大荷重で破断が発生するのに対し、図1の本発明のカーボンFRP線材を用いた本発明例では最大荷重後にも破断せずに破断伸びを示し、良好な曲げ靭性を示すことがわかる。 As is apparent from the comparison of the results of FIG. 2 with those of FIG. 1, in FIG. 2 of Comparative Example 3 using ordinary carbon fibers, the fracture occurred at the maximum load, whereas the carbon of the present invention of FIG. It turns out that the example of this invention using a FRP wire shows elongation at break without breaking even after the maximum load and shows good bending toughness.
実施例2、3、4、比較例4
実施例1の炭素繊維強化複合繊維の製造と同様の方法で、樹脂含浸量を調整することで長さ30mmに切断した繊維体積含有率60%、断面積が0.8平方ミリメートル、凹凸差が0.2mmの炭素繊維強化複合線材を製作した。
Examples 2, 3, 4 and Comparative Example 4
In the same manner as in the production of the carbon fiber reinforced composite fiber of Example 1, by adjusting the resin impregnation amount, the fiber volume content cut to 30 mm in length is 60%, the cross-sectional area is 0.8 square millimeter, and the unevenness difference is A 0.2 mm carbon fiber reinforced composite wire was produced.
表1に示す材料に、本発明によるCFRP線材を繊維体積混入率でゼロ及び、2%、1%、0.5%を練り混ぜた4種類の試験体を製作、材齢28日で曲げ強度、圧縮強度を測定した。試験結果に表4に示すが、線材表面の凹凸とコンクリートが強固に締結するとともにコンクリートに発生するクラックの伝播も線材で阻止されるので、補強材なしのコンクリートに比べ曲げ靭性係数が大きく向上することが分かる。 Four types of specimens were prepared by mixing the CFRP wire according to the present invention with zero and 2%, 1%, and 0.5% of the fiber volume mixing ratio in the materials shown in Table 1, bending strength at the age of 28 days The compressive strength was measured. The test results are shown in Table 4. As the unevenness of the wire surface and the concrete are firmly fastened, the propagation of cracks generated in the concrete is also blocked by the wire, so the bending toughness coefficient is greatly improved compared to the concrete without the reinforcing material. I understand that.
実施例5、6、比較例5、6
1束12,000本のフィラメントからなる炭素繊維束(引張強度;4,900MPa、引張弾性率;230GPa)に、1メートル当たり100回の撚りをかけた撚糸に張力をかけ、実施例1の炭素繊維強化複合繊維の製造と同様の方法で繊維体積含有率60%、断面積が0.8平方ミリメートルの炭素繊維強化複合線材を製作した。該線材を長さを各3mm、10mm、40mm、70mmに切断した。
Examples 5 and 6 and Comparative Examples 5 and 6
A carbon fiber bundle of 12,000 filaments (tensile strength: 4,900 MPa, tensile elastic modulus: 230 GPa) was twisted 100 times per meter, and tension was applied to the twisted yarn. A carbon fiber reinforced composite wire having a fiber volume content of 60% and a cross-sectional area of 0.8 square millimeters was produced in the same manner as the production of the fiber reinforced composite fiber. The wire was cut into 3 mm, 10 mm, 40 mm, and 70 mm lengths.
表1に示す材料に、本発明によるCFRP線材を繊維体積混入率1.0%を練り混ぜた4種類の試験体を製作、常温で1日、50℃で5日養生し、総材齢6日で特性を測定した。試験結果を表5に示すが、線材長さが10mm、40mmの線材は、コンクリートが強固に締結するとともにコンクリートに発生するクラックの伝播も線材で阻止されるので、線材長さが3mmの線材で補強したコンクリートに比べ曲げ靭性係数が大きく向上することが分かる。 Four types of specimens were prepared by mixing the CFRP wire according to the present invention with a fiber volume mixing ratio of 1.0% into the materials shown in Table 1, and cured at room temperature for 1 day and at 50 ° C. for 5 days. Characteristics were measured in days. The test results are shown in Table 5. As for the wire rods having a wire length of 10 mm and 40 mm, the concrete is firmly fastened and the propagation of cracks generated in the concrete is also blocked by the wire rod. It can be seen that the bending toughness coefficient is greatly improved compared to reinforced concrete.
線材長さ70mmの場合は、ワーカビリティが著しく低下し、スランプが7cmまで低下した。さらに混練の過程で破断、折損の問題が発生した。 When the wire length was 70 mm, the workability was remarkably lowered and the slump was lowered to 7 cm. Furthermore, problems of breakage and breakage occurred during the kneading process.
1:炭素繊維複合樹脂線材
2:炭素繊維フィラメント
3:マトリックス樹脂
1: Carbon fiber composite resin wire 2: Carbon fiber filament 3: Matrix resin
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