JP6734006B2

JP6734006B2 - 繊維強化コンクリート

Info

Publication number: JP6734006B2
Application number: JP2016073186A
Authority: JP
Inventors: 誉久羽根井
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017178755A

Description

本発明は、例えばポンプ圧送などによるフレッシュ状態のコンクリートの輸送に適した繊維強化コンクリートに関する。

建設現場で打設するコンクリートの供給は、通常は、生コン工場や施工施設内のプラントなどで、セメントや骨材などを所定の配合にして水を加え、練り上げられたフレッシュコンクリートを、アジテーター車で打設現場まで搬送し、そこからホース等の輸送管で打設箇所にポンプ圧送される。コンクリートには、硬化後の靱性向上と、膨張材や収縮低減剤を多用しない場合の収縮時のひび割れ抵抗向上のため、短繊維を混和させることがある。短繊維の材質は、鋼などの金属、カーボン、ガラス、人造鉱物、高分子樹脂などがあり、目的や用途により選定される。例えば、土間打ちコンクリートや地山補強用の吹付コンクリートなどの一般的な用途で使用する場合は、耐折性、耐食性およびコスト的な観点等を考慮すると、高分子樹脂製の短繊維が使用されることが多い。これまでの、モルタルやコンクリート混和用の高分子樹脂性の短繊維は、弾性を高めることを中心に開発・商品化が行われてきたため、一般に非常にしなやかであり、外力によって折れて破損したり、折れ曲がったままとなることは希有であった。（例えば、特許文献１参照。）

一方、このような高分子樹脂製短繊維を混和したフレッシュコンクリートは、繊維とセメントや骨材等との比重差から材料分離を起こすことがある。特に、輸送管での圧送中に、材料分離が生じ易い。圧送中に材料分離が生じると、そのしなやかさが故に繊維が互いに絡み易く、これは、圧送する輸送距離が長くなるほど、また繊維が長くなるほど傾向が強まる。繊維の絡まりが進むと、混合性が低下し、繊維の凝集が大きくなると輸送時の圧送障害となり、輸送管閉塞を起こすこともある。さらに、繊維の絡まりが進んだコンクリートを打設すると、繊維ダマがコンクリート中に散在するようになり、繊維混和による本来の効果が得られないばかりか、強度発現性や耐久性などのコンクリートの物性低下に繋がる。通常は、材料分離抑制に有効な手段である増粘剤の混和（例えば、特許文献２参照。）は、短繊維の凝集化作用もあるため、短繊維を併用する場合は弊害となる虞がある。繊維の絡みの軽減のために、フレッシュコンクリートの圧送距離を長くできなかったり、繊維強化作用に劣る比較的短い長さの繊維、例えば繊維長１２ｍｍ以下の短繊維（例えば、特許文献３参照。）しか使用できない等の制約があった。

特公平０５−８７４６０号公報特公平０７−１７４１６号公報特開２００１−２５３７３７号公報

本発明は、短繊維を含有する繊維強化コンクリートであって、注水後も輸送管を介しての圧送性に優れ、また材料分離を起こし難く、打設の際に繊維凝集物（繊維ダマ）の混在も見られず、繊維強化が十分発現される良好な性状の施工物の形成に適した繊維強化コンクリートの提供を課題とする。

本発明者は、前記課題解決のため検討した結果、少なくとも特定の短繊維、セメント及び骨材を含有するコンクリートが、前記課題を総じて解決できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、次の（１）〜（４）で表す繊維強化コンクリートである。
（１）セメント、細骨材、粗骨材及び表面に凹凸を有する繊度２０００±２００デシテックス且つ剛性率２．０ＧＰａ以上のポリプロピレン短繊維を含有する繊維強化コンクリート。
（２）ポリプロピレン短繊維の表面の凹凸が、表面に設けられたリブ状及び／又は節状の隆起物によって形成されることを特徴とする前記（１）の繊維強化コンクリート。
（３）ポリプロピレン短繊維の長さが２０〜４０ｍｍである前記（１）又は（２）の繊維強化コンクリート。
（４）さらに、粘度がチキソトロピー性である増粘剤を含有する前記（１）〜（３）何れかの繊維強化コンクリート。

本発明によれば、材料分離を起こすことなく、短繊維の分散性に非常に優れた繊維強化コンクリートが得られるので、打設現場でのフレッシュコンクリートの圧送に適した流動性を十分確保でき、輸送距離が制約されず、又短繊維としては繊維補強作用が強くなる比較的長目の繊維の使用も可能となる。しかも、本発明で使用する短繊維は、コンクリート結合相との密着性にも優れるので、繊維強化型コンクリートとしての施行性や耐久性も向上する。

本発明の繊維強化コンクリートを構成するセメントは特に限定されない。具体的には、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸等の各種ポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメント等の各種混合セメント、エコセメント等の特殊セメントを挙げることができ、このうち２種以上を併用することもできる。

本発明の繊維強化コンクリートを構成する細骨材は、モルタルやコンクリートに使用できる細骨材なら何れのものでも良い。好適には、例えば、山砂、川砂、海砂等の天然普通細骨材や岩石の砕砂等の普通細骨材を挙げることができる。本発明の繊維強化コンクリート中の細骨材の含有量は、特に制限されず、目的、用途、粗骨材使用量等に応じて適宜定めれば良い。細骨材含有量の、好適な目安を例示すると、セメント含有量１００質量部に対し、概ね２００〜３００質量部が挙げられる。このような量の細骨材の含有によってコンクリートの粘性が増し、繊維の材料分離が抑制される傾向を見ることができる。

本発明の繊維強化コンクリートを構成する粗骨材は、モルタルやコンクリートに使用できる粗骨材なら何れのものでも良い。好適には、例えば、山砂利、海砂利などの天然普通粗骨材、岩石砕石等からなる普通粗骨材を挙げることができる。これ以外の、例えば人工軽量骨材や再生骨材などの使用も許容される。本発明の繊維強化コンクリート中の粗骨材の含有量は特に制限されず、目的、用途、細骨材使用量等に応じて適宜定めれば良い。粗骨材含有量の、好適な目安を例示すると、セメント含有量１００質量部に対し、概ね２００〜３００質量部が挙げられる。このような量の粗骨材の含有によって、圧送に適した流動性になる傾向が見られる。

本発明の繊維強化コンクリートを構成する短繊維は、表面に凹凸を有する繊度２０００±２００デシテックス且つ剛性率２．０ＧＰａ以上のポリプロピレン製の短繊維である。短繊維を含有することで、コンクリートの靱性が飛躍的に向上すると共に、収縮に伴うひび割れを抑制することができる他、壁面や斜面に施工しても良好な付着性を発現できる。短繊維の材質のポリプロピレンは、耐酸・耐アルカリ性や強度に優れ、本発明で必要とする繊度や剛性率が得やすく、さらには、高分子樹脂の中では比較的水に近い比重であることが水性スラリー中での分散し易さにとって有利である。ポリプロピレンは、以下の繊維特性を満たすものであれば、構造・分子量等は特に限定されない。

繊維特性のうち、繊度２０００±２００デシテックス（ｄｔｅｘ）のポリプロピレン短繊維とは、繊度が概ね２０００ｄｔの短繊維を使用するが、使用する短繊維の繊度には許容されるバラツキ範囲があることを示し、許容範囲に基づく使用繊維の繊度の最大値が２２００ｄｔ、最小値は１８００ｄｔであることを示す。繊度は断面形状にとらわれない繊維の太さの単位であり、本発明で使用する短繊維の繊度は、従前の一般的なモルタル・コンクリート用高分子樹脂質短繊維よりも数倍〜数十倍ほど大きい。従って、太く、その分絡み難く、また折れ難い構造の短繊維であり、よって凝集が起こり難い。繊度が１８００ｄｔ未満の繊維では、太さが細くなるため、繊維同士が絡み易く、ダマなどの凝集体を形成することがあるので、その含有は好ましくない。繊度が２２００デシテックを超える繊維では、繊維が太くなり過ぎるため、セメントスラリーや骨材などとの比重差から混練物中で浮力を受け易くなり、材料分離を起こすことがある他、施工物の表面に露呈すると仕上げ施工に手間がかるので、その含有は好ましくない。

また、本発明で使用する前記ポリプロピレン短繊維は、剛性率剛性率剛性率が２．０ＧＰａ以上のものとする。材質がポリプロピレンから逸脱しない限り、剛性率の上限は特に制限されない。剛性率２．０ＧＰａ以上とすることで応力を受けても大きくは曲がり難く、混練中や圧送中における繊維の絡まりを抑えることができる。剛性率が２．０ＧＰａ未満の短繊維では、形状変形し易く、特に、曲がり易くなり、繊維同士が絡まる原因となるので、その含有は好ましくない。

また、本発明で使用する前記ポリプロピレン短繊維は、繊度２０００±２００デシテックス且つ剛性率２．０ＧＰａ以上のものであることに加え、その表面が、全体的に、凹凸を有するものである。繊維表面の凹凸は、好ましくは、表面に設けられた隆起部によって形成される構造である。より好ましくは、表面に設けられたリブ又は／及び節によって形成される。ここで、リブ、節は、建設材の異形棒鋼などで見られるリブ、節の概念とほぼ同義である。より詳しくは、リブは、主に繊維の長さ方向に存する畝状の隆起構造であり、例えば、繊維の両端まで伸びる単一乃至複数の隆起物、また比較的短い隆起物が多数散在するもの、また、複数の隆起物が重なり合ったもの等が挙げられる。ここで例示した以外の隆起構造でも良い。畝状の隆起物の断面形状は、例えば山形、台形、長方形などが挙げられるが、他の形状でも良く、制限されない。また、節は、主に繊維径方向に沿って存する隆起物であり、例えば繊維外周を輪状や螺子状の隆起として存在するもの、短い畝状、点状、楔状などの隆起物が繊維表面一体に散在するものを挙げられるが、これ以外の状態で存在するものでも良い。また、リブと節は同時に存在しても良く、それらは互いに重なり合い、例えば格子状や鱗状、その他複雑な隆起紋様を形成していても良い。このような模様の隆起構造は、繊維の全面に存するものでも、散在するものでも良いが、局所的に存在しただけのものは避けるのが望ましい。また、繊維表面に溝を設け、結果として繊維表面に凹凸を具備させることも可能である。溝を施すと、本来の太さよりも部分的に太さが減少する箇所が現れるため、折線や断線を回避する上で、隆起物を設けて、凹凸を形成させるのが好ましい。表面に凹凸を具備する短繊維を使用することで、フレッシュコンクリート中で繊維の分離が起こり難くなり、また、打設後も前記ポリプロピレン短繊維とコンクリート結合相との付着性が向上し、繊維配合効果を十分発現させることができる。

また、本発明で使用するポリプロピレン短繊維の長さは、特に制限されない。好ましくは、混練性や圧送性を含む良好な施工性と繊維配合効果を両立する上で適切な範囲であることから、長さは２０〜４０ｍｍとする。また、本発明で使用する前記ポリプロピレン短繊維のコンクリート中の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、繊維配合効果をより確実に奏させる上で、コンクリート１ｍ³あたりの含有割合で、０．５〜１．５体積％とする。

本発明の繊維強化コンクリートは、本発明の効果を阻害しない限り、前記以外の成分も含有することができる。このような成分として、例えば、何れもモルタルやコンクリートで使用される増粘剤、減水剤、分散剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、速硬剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、ポゾラン反応性物質、乾燥収縮低減剤、膨張材、気泡材発生剤、消泡剤、再乳化形粉末樹脂、ポリマーディスパーション、撥水剤、増量材等が挙げられる。特に、例えば、練り置きをする場合などは、増粘剤を含有使用するのが材料分離をより確実に防止できるので好ましい。増粘剤としては、粘度の変化に関しチキソトロピー性を具備するものを使用することが、フレッシュコンクリートの長距離圧送を伴う場合は、特に好ましい。また、短繊維を多目に使用する場合等では、その分散性を幇助する上で、減水剤類の併用が望ましい。

本発明の繊維強化コンクリートに使用する混練水の量は特に限定されず、施工環境等に応じて、セメントや他の水和反応活性を具備する成分と概ね過不足無く反応できる量であれば良い。目安として、例えば、フレッシュコンクリートを長距離圧送し、常温下で打設する場合の好適な混練水量は、コンクリート中のセメント含有量１００質量部に対し、４５〜６０質量部とする。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載した実施例に限定されるものではない。尚、実施例は、特記無い限り、２０（±１）℃の常温環境下で行った。

普通ポルトランドセメント（市販品）、細骨材（静岡県掛川産山砂（表乾比重２．５８））、粗骨材（茨城県桜川市富谷産砕石（表乾比重２．６４））、増粘剤（市販品、粘度がチキソトロピー性を具備するもの。）、ポリカルボン酸系粉末状高性能減水剤（市販品）及び以下の何れも表面に隆起した畝が格子状の隆起模様となるで覆われたＦ１〜Ｆ８に表す短繊維（但し、Ｆ８の表面は、隆起が無い平滑面）から選定される材料と水を表１に表す配合量となるよう２軸強制ミキサに投入し、約９０秒間混練してフレッシュコンクリートを得た。

Ｆ１；繊維長３０ｍｍ、繊度２０００ｄｔ、剛性率２．３のポリプロピレン繊維
Ｆ２；繊維長２０ｍｍ、繊度２０００ｄｔ、剛性率２．３のポリプロピレン繊維
Ｆ３；繊維長４０ｍｍ、繊度２０００ｄｔ、剛性率２．３のポリプロピレン繊維
Ｆ４；繊維長３０ｍｍ、繊度１８００ｄｔ、剛性率２．２のポリプロピレン繊維
Ｆ５；繊維長３０ｍｍ、繊度２１７０ｄｔ、剛性率２．４のポリプロピレン繊維
Ｆ６；繊維長３０ｍｍ、繊度１１８０ｄｔ、剛性率２．３のポリプロピレン繊維
Ｆ７；繊維長３０ｍｍ、繊度２０００ｄｔ、剛性率１．５のポリプロピレン繊維
Ｆ８；繊維長３０ｍｍ、繊度２０００ｄｔ、剛性率２．３のポリプロピレン繊維

［フレッシュコンクリートの性状評価］
得られたフレッシュコンクリートは、ＪＩＳＡ１１０１に規定するの「コンクリートのスランプ試験方法」に準じて流動性を測定した。尚、繊維を配合しなったコンクリート（参考品）に限り、ＪＩＳＡ１１５０に規定する「コンクリートのスランプフローの試験方法」に準じてフローを測定した。

また、混練後直ちに、ポンプ圧送によって、内径約６．５ｃｍ、長さ１５ｍの耐圧樹脂製ホース中を連続的に輸送した。ポンプ側の吐出口での設定圧送量を１０ｍ³／時とし、圧送圧送開始から５分後のフレッシュコンクリートのホース吐出口での流量を測定した。また、輸送先に、幅１ｍ、長さ１ｍ、高さ２０ｃｍの木型を設置し、圧送した前記フレッシュコンクリートを打設した。打設時のフレッシュコンクリート中にダマ状になった繊維の混入有無を目視で調べた。以上の結果を表２に表す。

［打設したコンクリートの評価］
また、空気中に放置した打設から３時間経過後の打設コンクリートの表面を目視で観察し、コンクリート表面のブリーディング水の発生状況を調べた。ブリーディング水が全く見られなかったものをブリーディング発生「無」と判断し、僅かでも見られたものをブリーディング発生「有」と判断した。さらに、空気中に放置した打設から３時間経過後の打設コンクリートの表面を目視で観察し、コンクリート表面のひび割れ発生を調べた。コンクリートが硬化しており、ひび割れの発生が全く見られなかったものをひび割れ抵抗性「良好」と判断し、ひび割れが多少とも見られたものや未硬化であったものは、ひび割れ抵抗性「不良」と判断した。

また、空気中に放置した打設から７日経過後の硬化したコンクリートを、コアドリルで直径１０ｃｍの円柱状に刳り抜き、打設高さ方向の断面を目視で観察した。断面の上層部に明らかに繊維の偏在が確認されたものを、繊維偏在「有」と判断し、確認されなかったものを繊維偏在「無」と判断した。また、前記打設から７日経過してコンクリートから、ダイヤモンドカッターで高さ１０ｃｍ、幅１０ｃｍ、長さ４０ｃｍの角柱状のコンクリートを切り出し、これを２１日間水中養生して供試体とした。この供試体の曲げ強度をＪＳＣＥ−Ｇ５５２で規定する「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（案）」に準拠した方法で測定した。以上の結果を表２に纏めて表す。

表２の結果から、本発明の繊維強化コンクリートは、ポンプ圧送による輸送に適した流動性を具備することがわかる。また、本発明の繊維強化コンクリートは、繊維を含まないコンクリートと比べても、同じポンプ圧で遜色ない輸送量であったことから、繊維の絡み等に起因する輸送障害は発生せず、良好な圧送性を具備できることがわかる。さらに、このような輸送を経て打設した本発明の繊維強化コンクリートても、材料分離が起こらず、高い曲げ強度が得られ、繊維が均一分散するときの効果が十分現れていることがわかる。

Claims

セメント、細骨材、粗骨材及び表面に凹凸を有する繊度２０００±２００デシテックス且つ剛性率２．０ＧＰａ以上のポリプロピレン短繊維を含有する繊維強化コンクリート。
ポリプロピレン短繊維の表面の凹凸が、表面に設けられた隆起物によって形成されることを特徴とする請求項１記載の繊維強化コンクリート。
ポリプロピレン短繊維の長さが２０〜４０ｍｍである請求項１又は２記載の繊維強化コンクリート。
さらに、増粘剤を含有する請求項１〜３何れか記載の繊維強化コンクリート。