JPH01308858A - 炭素繊維補強セメントモルタルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭素繊維補強セメントモルタルの製造方法に
関する。さらに詳しくは、軽量高強度を要求される壁材
、床材等の製造用原料として好適なセメントモルタルに
関する。

〔従来の技術〕

炭素繊維は引張強さ、引張弾性率が掻めて高く、化学的
にも、熱的にも極めて安定しているためプラスチック等
の強化材として実用されるほか、セメント系硬化物の強
化材としても注目されている。

この炭素繊維強化セメントは、通常、つぎのような材料
から構成、される。

（１１セメント ポルトランドセメント等の水硬性のバインダー（２）骨
材 ケイ砂粉、水砕粉、シラスバルーン等の微粉（粒径：１
５０〜２００μ以下）。

（３）水 セメントの硬化助剤として使用される。

（４）増粘剤（水溶性高分子バインダー）メチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコ
ール等の潤滑性のある水溶性高分子が使用され、炭素繊
維の分散性向上のための潤滑作用、押出し用モルタルの
可塑性向上作用を有する。

（５）炭素繊維 ２〜１２龍長さにチョップされた単繊維。セメントモル
タル強化用としては、必ずしも高弾性炭素繊維である必
要はなく、弾性率２〜４ｔ／ｍ”の低弾性型で十分であ
る。

このような繊維補強セメントに使用されるセメント補強
用繊維としての炭素繊維の特徴は、（１）化学的に安定
であること。したがって、セメント中でも劣化せず、オ
ートクレーブ養生等の高温処理に耐えることができるこ
と。これは、ガラス繊維、有機繊維によっては得られな
い利点である。

（２）公害物質でないこと。したがって、建材製造工場
内の雰囲気、破壊時の大気汚染のおそれがない。これに
対して、石綿は公害物質として問題となっている。

（３）軽量（密度：１．６ｇ／ａＩｌ）であり、かつ添
加量が少なくてよい（約３　ｖｏ１％）こと。したがっ
て、軽量な高強度セメント製品を安価に製造することが
できる。これは、他の無機繊維、金属繊維によっては達
成することができない特徴である。

以上のとおり、炭素繊維の特性は、他の繊維によっては
代替できないものであり、特にオートクレーブ養生等の
マトリックスの高度処理により、石綿以外の繊維では達
成することのできない高度な製品を供し得るものである
。このように、炭素繊維は、セメントモルタル補強用繊
維として理想的な特性を備えるものである。

ところが、実際には、つぎのような理由により炭素繊維
モルタルの混練は著しく困難であり、改善法が望まれて
いた。その理由というのは、（１）　　　炭素繊維の開
繊が困難であること、さらに詳細に説明すると、現在容
易に入手できる炭素繊維は２〜１２鶴長にチョップされ
た単繊維であり、モルタル中での均一分散が難しい。し
たがって、均質な練り上りが得にくく、混練に時間がか
かる。

（２）炭素繊維は嵩ぼる（見掛は密度＜０．０５ｇ／、
Ａ　こと。このた柘、混練機容量の効率的利用ができな
い。また、混練に際しては、セメントに比べて容量が大
きいため容器壁に溢れ出るので、かき落し等の手間が必
要となる。

（３）　　炭素繊維は水とのなじみが良くないこと。

したがって、開繊が難しく、開繊しても再びからみ合う
ため、水溶性高分子からなるバインダを潤滑剤として利
用する必要がある。また、流動性が悪く、押出し圧を上
げることとなる。

以上のような問題があったため、均質な繊維強化セメン
ト材を得るためには、オムニミキサ等の特殊なミキサを
使用しなければならず、また通常のセメントモルタルを
混練する場合と比べて長い時間と手間を要するものであ
った。

そこでこれら問題を解決するために、先行発明として本
出願人は、先に特開昭６２−３０５５号公報によって開
示した。この先行発明は、チョツプド炭素単繊維が、溶
媒中で適当な水溶性高分子バインダを用いると、比較的
少量の骨材等の粉体によってよく開繊できること（以下
、この目的に用いる粉体を粉状開繊材と呼ぶ）、および
溶媒を蒸発させると取扱い易いフェルト状の炭素繊維開
繊材が得られ、これを配合材料として用いると、一般の
ミキサによっても容易にかつ短時間に炭素繊維をモルタ
ル中に均一分散できること、の知見に基いて成されたも
ので、その基本的な考え方は、（１）　　チョツプド炭
素繊維の集合体をあらかじめ粉体スラリーと混合するこ
とにより開繊せしめておき、このプレミックス材を他の
セメントモルタル材と配合することにより一般的ミキサ
による均質混練を可能とする； （２）溶媒を蒸発させることにより見掛は比重０．２ｇ
／ａａ以上のフェルト状物を得、ミキサ装入時に炭素繊
維が嵩ぼる欠点を克服する；゛（３）粉体スラリーにあ
らかじめ水溶性バインダを加えておき、乾燥によって炭
素繊維開繊材がフェルト状固形物の形で得られる。また
、水溶性バインダは炭素繊維表面にコーティングされた
増粘剤としても働らき、押出し材の流動性を改善する；
にある。

すなわち、上記先行発明は、炭素繊維強化セメントモル
タル材を作成する上で必要な材料により、高炭素繊維含
有かつ均一分散のフェルト状になったプレミックス材を
あらかじめ調製し°ζおき、好ましくは、これを適当な
大きさに成形／切断したものを、セメントモルタル用配
合材料として使用できるようなすものである。

ところで近年、セメントそルタル用膨張材が広く実用化
され、水／セメント比の高いセメントモルタルでも収縮
によるひび割れの発生を防ぐことができるようになって
きた。また、かかるセメントモルタルの硬化後乾燥させ
ることにより、軽量骨材などの高価な材料を多量に用い
なくても、ρ＝０．８〜１．２ｇ／ｃｉの軽量セメント
部材を安価に得ることができる。ただし、密度の低下に
伴って曲げ強度も低下するが、この部材を炭素繊維によ
って補強することにより、飛躍的な曲げ強度・の向上を
もたらすことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記プレミックス材を使用して、かかる
低密度モルタルを製造する場合、炭素繊維と骨材の均一
混合より、むしろ上記プレミックス材のセメントモルタ
ルへの溶解の方が律速過程であることが明らかとなって
きた。すなわち、セメントモルタル中に水分が多いため
セメントモルタルの流動性が大となり、混練機のせん断
力がきかなくなり、上記プレミックス材を機械的に開繊
しにくくなるとともに、上記プレミックス材が溶は出す
過程で、セメントモルタルの粘度が上がり、上記プレミ
ックス材内に浸透しにくくなり、水溶性高分子バインダ
が十分水と接触、熔解しなくなるという問題が生じてき
た。

このセメントモルタル軟度の上限値は、後述の実施例で
示すように、フロー値で１８０龍となる。

そこで本発明の主たる目的は、上記プレミックス材の低
密度（高含水）セメントモルタルへの溶解を速やかにし
て、迅速、容易に高強度炭素繊維補強セメントモルメタ
ルを得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するための本発明は、長さ２〜１２ｍの
炭素繊維単繊維と水溶性高分子バインダとのみを溶媒を
用いて混練してフェルト状物を得、このフェルト状物を
切断した後溶媒を蒸散させるか、溶媒を蒸散させた後に
そのフェルト状物を切断することによって得られるプレ
ミックス材をセメント、骨材と混合後、水を加え、フロ
ー値を１８０龍以上とすることを特徴とするものである
。

〔作　用〕 本発明では、炭素単繊維と水溶性高分子バインダとの２
成分を混練し、次いで切断・乾燥を行い、プレミックス
材を製造するものであるから、プレミックス材中に、従
来技術におけるような粉状開繊材を含んでいないため、
プレミックス材へのセメントモルタルの混入が容易とな
り、汎用されている混練機のせん断力のかからないよう
な低密度条件でもプレミックス材を開繊でき、速やかに
均質な高流動性炭素繊維含有セメントモルタルを得るこ
とができる。

また、低密度セメントモルタルの場合、粉状開繊材なし
でも、セメントモルタルとプレミックス材との比重差に
よる混合の悪さを解消できる。

〔発明の具体的構成〕

以下本発明をさらに具体的に説明する。

本発明に用いるプレミックス材の成分は、実質的にバイ
ンダ、炭素繊維（以下ＣＦと略記する）、溶媒からなる
ものである。上記バインダの具体例としては、メチルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルア
ルコール、その他セメントの硬化を阻害しないような水
溶性高分子であればよい。このバインダの使用に際して
は、ＣＦのからみ合い防止（潤滑剤）、流し込み、押し
出し、吹きつけ等の使用目的に応じ粘度を選択する。

このバインダはセメントモルタルに配合された時には増
粘剤として働き、また流動性を付与するものである。

上記ＣＦとしては、長さ２〜１２ｍｍのチョツプドＣＦ
単繊維を用いる。ＣＦの長さを２〜１２１ｍとするのは
、２鶴未満では十分な補強効果が顕れないからであり、
１２ｍを超えると分散性が悪くなるからである。

上記溶媒としては、水、アルコール等を用いる。

上記プレミックス材は、例えば次のような手順で製造さ
れる。第１表中の各材料を計量後、高分子バインダ水溶
液を作製し、次に、炭素繊維を該溶液中に投入し、均質
なフェルト状になるまで混合する。得られるフェルト状
物は薄片状に切断後、加熱あるいは減圧あるいは自然乾
燥により、溶媒を蒸散させてプレミックス材を作製する
。該フェルト状物質の溶媒を蒸散させた後、切断して製
品としても良い。

上記のようにして製造したプレミックス材の炭素繊維含
有率をもとに他のモルタル材料と配合し、約１分の空練
りの後、所定量の水を加え、２〜３分の混練によって均
一な炭素繊維含有セメントモルタルを作製できる。

本発明に用いるミキサー（混練機）は、オムニミキサー
に限らず、セメントモルタル混練に用いられる各種公知
ミキサーを使用できる。

〔実施例〕

次に実施例により本発明の効果を明らかにする。

実施例に用いたプレミックス材の配合を第１表に示す。

また、第２表に、比較例として、粒状開繊材を用いたプ
レミックス材の配合（特開昭６２−３０５５号公報参照
）を示す。

上記第１表、第２表に示す各配合の材料を、３０１オム
ニミキサにより混練した。Ａ−１、Ｚ−］については薄
く延ばし、１１０℃で乾燥した後、１０〜２０１會に切
断してセメントモルタルの混練試験に供し、また、Ａ−
２、Ｚ−２にいては、薄く延ばした後、アスピレータに
より減圧乾燥した後、１０〜２Ｏｎに切断してセメント
モルタルの混練試験に供した。

第３表に本発明のプレミックス材を用いた炭素繊維含有
セメントモルタルの混練試験結果を示す。

第３表より、本発明によれば汎用ミキサを用い、短時間
で均質な炭素繊維含有セメントモルタルを得ることがで
きることがわかる。

次に、第４表に前記従来法（特開昭６２−３０５５号）
によるプレミックス材による炭素繊維台をセメントモル
タルの混練試験結果を比較例として示す。

第４表において、第３表の実施例１に相当する比較例１
では均質な炭素繊維含有セメントモルタルが得られた。

しかし、Ｗ／Ｃが高くなり、材料の流動性が増大する。

また、実施例２に相当する配合の比較例では、攪拌力の
大きなオムニミキサでは均一な炭素繊維含有セメントモ
ルタルが得られたものの、汎用ミキサである左官用モル
タルミキサでは、プレミックス材の溶解が充分行われず
、芯がやや残った。さらに、Ｗ／Ｃの高い比較例３（実
施例３に相当）でも同様の結果であった。なお、混練試
験はプレミックス材を用いない混練方法を考慮し、混練
時間１１分で打ち切った。

次に、第５表にプレミックス材を用いない場合の炭素繊
維含有セメントモルタル混練試験結果を示す。

第５表より、プレミックス材を用いない場合は、均質な
炭素繊維含有セメントモルタルは得られるものの、攪拌
力の大きなオムニミキサを用いても本発明で得られたプ
レミックス材を用いた場合の２〜３倍の時間をかけなけ
れば混練が完了しない。

また、前記第３表と第４表との比較より明らかな通り、
モルタル軟度（フロー値）が１８０ｎ以上では、先願発
明より本発明の方が優れている。

さらに本発明では炭素繊維に水溶性高分子バインダがコ
ーティングされているので高いフロー値のセメントモル
タルが得られる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、少ない手間と短い時間で
高強度な炭素繊維補強セメントモルタルを得ることがで
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）長さ２〜１２ｍｍの炭素繊維単繊維と水溶性高分
   子バインダーとのみを溶媒を用いて混練してフェルト状
   物を得、このフェルト状物を切断した後溶媒を蒸散させ
   るか、溶媒を蒸散させた後にそのフェルト状物を切断す
   ることによって得られるプレミックス材をセメント、骨
   材と混合後、水を加え、フロー値を１８０ｍｍ以上とす
   ることを特徴とする炭素繊維補強セメントモルタルの製
   造方法。