JPH0733273B2

JPH0733273B2 - 繊維強化セメント硬化体

Info

Publication number: JPH0733273B2
Application number: JP8227486A
Authority: JP
Inventors: 弘井上; 孝井上; 信夫藤井
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPS62241852A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は繊維強化セメント硬化体に関し、特にポリビニ
ルアルコール繊維で補強した繊維強化セメント製品に関
するものである。

［従来の技術］従来よりセメント・コンクリートは安価であり、圧縮強
度、熱的性質、耐久性などの物性が優れていることから
建設材料として重要な役割をはたしてきたが、一方、引
張り、曲げ強度が弱いという欠点を有するため補強する
技術が広く検討されている。この例としては鉄筋による
補強セメントやセメント・コンクリートを繊維で補強し
た繊維強化セメント硬化体（以下FRCと略記する）は古
くから研究されている。その中で石綿セメント製品はそ
の強度、耐久性、不燃性等の優れた性能及びコストの安
さから広く用いられて来たが、近年、石綿の人体に対す
る有害性から石綿代替繊維の開発が急がれている。加え
て、省エネ、省力ファッション性等多様化するニーズに
対応するため、様々な補強用人造繊維が検討されてい
る。

このような人造繊維による補強の例としては、ガラス繊
維、炭素繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニト
リル繊維、ポリアラミド繊維、ポリビニルアルコール繊
維（以下PVA繊維と略記する）等が上げられるが、セメ
ントとの接着性、耐アルカリ性、比強度の面でPVA繊維
が優れた補強性を有することが知られている。（「高分
子加工」35巻１号（1986年）37〜42頁）他方、PVA繊維とポリアクリル繊維のブレンド物をセメ
ントの補強用に用いる例が特開昭60-204649号公報に報
告されている。

［発明が解決しようとする問題点］ PVA繊維を代表とする補強繊維を用いる場合の問題点は
セメント中への繊維の分散性であり、セメント中への繊
維分散性が悪いと、セメントマトリックス中でファイバ
ーボールを形成し、セメントの補強効率が低下し、FRC
の強度低下、強度のバラツキを引き起こすと同時に、フ
ァイバーボールが表面に出る事によってFRCの外観を著
しく悪化させ、商品価値を低下させる事が知られてい
る。この繊維分散性を改良する方法としては、前記の
「高分子加工」に示されている様に、繊維のアスペクト
比を下げる事で改良することができる。しかし、繊維の
アスペクト比を小さくすると、セメントとの接触面積が
減少するため、破断時に繊維のスリ抜け現象が発生し、
セメントの補強効果が低下するという問題点が新たに生
ずるためアスペスト比を下げる方法にも限界がある。以
上の理由により単独の繊維で、繊維分散性と補強効果双
方を満足する事は困難である。

また、PVA繊維の表面に界面活性剤を付着するという解
決策がとられているが、作業が繁雑であったりあるいは
発泡するという問題点を有している。

他方、種類の異なる補強繊維を混合して用いる方法とし
ては、前記の特公昭60-204649号公報に開示されている
が、これはPVA繊維とアクリル繊維をブレンドするとい
うもので、補強繊維のコストダウンを狙ったものであ
り、アクリル繊維の比率が増えるに従ってFRCの強度低
下が起こり、好ましくない。

本発明者等はこの様な従来の問題点を解決すべく鋭意研
究を行った結果、FRCの補強繊維として、アスペクト比
の異なるPVA繊維を２種以上混合して用いることにより
繊維の分散性が改良され、同時に補強強度が増大するこ
とを発見し本発明を完成した。

［問題点を解決するための手段］即ち、本発明はセメント・コンクリートに補強繊維およ
びパルプを混合してなる繊維強化セメント硬化体であっ
て、補強繊維としてアスペクト比の異なる２種以上のポ
リビニルアルコール繊維を用いることを特徴とする繊維
強化セメント硬化体である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のFRCはセメント・コンクリート（以下セメント
と略記する）に補強繊維としてPVA繊維を用い、特にア
スペクト比の異る２種以上のPVA繊維を使用するもので
あり、好ましくは、混合する補強繊維の繊度が15デニー
ル以下であり、アスペクト比が400〜1000であるもの
と、アスペクト比が400以下のものであるものを組み合
せる事で、又更に好ましくは、混合する補強繊維の内、
アスペクト比の大きな繊維とアスペクト比の小さな繊維
の混合比率が95:5〜20:80のPVA繊維を用いたFRCであ
る。

尚、本発明において、アスペクト比とは繊維長ｌ（mm）
／繊維径ｄ（mm）を表わす。

本発明で用いられるPVA繊維はFRCの不燃性、比重等の性
能面での制約からセメントへの添加量を下げる必要があ
り、そのためセメントの補強効率の高い高抗張力タイプ
のPVA繊維が好ましい。かかるPVA繊維は未ホルマール化
繊維が用いられるが、補強硬化の点で高延伸倍率を施し
た、いわゆる強力ビニロン繊維が好ましい。このような
PVA繊維を得るにはその紡糸方法として乾式紡糸法、湿
式紡糸法、半溶融紡糸法等があるが、本発明の目的にあ
うような細繊度PVA繊維を得るには乾式紡糸法が好まし
いが、もちろんこれに限定するものでない。補強用PVA
繊維の繊度はセメントマトリックスとの接着表面積を大
きくするために細繊度が好ましく、通常15デニール以
下、好ましくは0.2〜６デニール、さらに好適には0.2〜
３デニールの範囲が望ましい。

15デニールを越える繊維繊度は一般に細繊度繊維とは言
えず、補強効果の上でも好ましくない。また、下限は特
に限定する必要はないが、0.2デニール未満の極細繊度
は一般の紡糸方式ではもはや紡糸性の限界であり安定性
に問題がある。また複合紡糸後分割して極細繊維を得る
方法も知られているが工程が複雑でありまた取扱性の面
からも好ましくない。

本発明において補強繊維として用いるPVA繊維の好まし
い一実施態様を示すと、アスペクト比が400〜1000のも
のとアスペクト比400以下のものを組合せて使用するの
が好適である。

本発明のFRCの補強効果はアスペクト比が400〜1000のPV
A繊維を用いることにより発現され、アスペクト比が400
未満では充分に補強効果が発現せず特に、FRCの変形エ
ネルギー吸収能が悪くなるため、耐衝撃性が低下する、
またアスペクト比が1000を越えると、セメントマトリッ
クス中の分散性が悪くなり、セメントの補強効率が著し
く低下する。なお、本発明において、繊維の分散性を改
良でき尚かつセメントの補強効果が満足できる好適アス
ペクト範囲は400〜800である。

一方、補強繊維の分散性改良効果はアスペクト比400以
下のPVA繊維を使用することにより発現され、アスペク
ト比が400を越えるPVA繊維による混合では分散性向上と
いう目的が達成されない。また、分散性改良効果は、ア
スペクト比の小さな繊維程大きいが、カッティングの回
数が増え生産効率、コストが悪化すると同時に本発明の
特徴である繊維のブレンドによる相剰効果が発現しにく
くなるため好ましくなく、好適アスペクト範囲は100〜4
00である。

このアスペクト比400以下のPVA繊維の全補強繊維中にお
ける混合重量比率は５〜80重量％、好ましくは20〜70重
量％が望ましい。混合重量比率が５重量％未満では分散
性に及ぼす効果が乏しく好ましくなく、80重量％を越え
る混合比率では補強効果が上らず好ましくない。

次に、本発明において用いられるPVA繊維の繊維長はア
スペクト比が1000以下に特定される長さの繊維であれば
特に限定することはないが、それ等の中で0.5〜12mm、
特に１〜8mmの範囲のものが好ましい。

その１例として、繊度１デニールのPVA繊維を0.5〜12mm
の範囲の繊維長に種々切断してスレート板の補強繊維と
して使用し、該PVA繊維のアスペクト比と補強スレート
板の曲げ強度の関係を求めた結果を第１図のグラフに示
す。同第１図において補強繊維の繊維長は長いほど即ち
アスペクト比が大きいほど補強効果は上るがアスペクト
比700以上では補強繊維の分散性が極端に悪くなり、逆
にセメントの補強効果が低下する。従って本発明におけ
る細繊度PVA繊維においては12mmを越える長さで切断す
ることは好ましくない。また、0.5mm未満の繊維長では
セメントマトリックス中で充分補強効果を発揮し得ず好
ましくない。

次に、表１に繊維長0.5〜12mmのPVA繊維のアスペクト比
と繊度（デニール）の分散性に及ぼす影響を求めた１例
を示す。

表１の結果よりセメントマトリックス中において、PVA
繊維の分散性を高めるには繊維長0.5〜12mmの範囲にお
いてもアスペクト比400以下が好ましいことがわかる。

本発明において、セメントへのPVA繊維の混合について
は特に制限はなく、プレミッス法やFRC原料槽中でのブ
レンド等が可能である。

かかる補強繊維は、FRC中に0.5〜７重量％添加するのが
好ましい。0.5重量％未満ではFRCの強度が不足し、７重
量％を越えるとセメント中の均一分散が不可能となると
同時にFRCの不燃性能が損なわれるため好ましくない。
さらに、補強繊維の好適な添加量の範囲は、１〜４重量
％である。

尚、本発明のPVA繊維は幅や径の所々を大きくした異形
繊維や表面に凹凸を有する繊維、表面をエッチングやシ
ランカップリング処理したもの及び、界面活性剤処理を
行なったものも含むことができる。

本発明で使用するセメントとしては、普通ポルトランド
セメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトラ
ンドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩
ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等の
各種ポルトランドセメントや高炉セメント、シリカセメ
ント、フライアッシュセメント等の混合セメント、特殊
セメントとしてアルミナセメント、超早強セメント、コ
ロイドセメント、油井セメント等や、その他半水セッコ
ウ及び水和セッコウとスラグとの混合セメント、マグネ
シア等も使用する事ができる。尚これ等セメントに、AE
剤、減水剤、増粘剤、保水剤、流動化剤、発水剤等の混
和剤や中空パーライト、粉細パーライト、シラス、マイ
カ、炭カル、蛇紋岩、ボールクレイ、バーニキュライ
ト、水酸化アルミ、シリカフラワー、セピオライト、ベ
ントナイト、フライアッシュ等の各種フィラーを併用す
る事もできる。

本発明では、パルプをFRC中に１〜８重量％添加する事
が好ましい。このパルプは湿式抄造時の補強繊維の分散
性向上、セメント捕集性の向上等の抄造性能を改良する
目的で加えられるが、８重量％を越えるとFRCの不燃
性、寸法安定性、比重、耐候性が低下し実用に耐えなく
なる。又１重量％未満ではパルプ添加効果が出ないため
好ましくない。パルプの好適添加量範囲は1.5〜５重量
％である。尚かかるパルプはカナディアンフリーネス
（以下CF値と略記）で示される叩解度の範囲が50〜750m
lのものである事が好ましい。CF値750mlを越えると叩解
度が不足し前記パルプ添加の効果が出ない。又CF値50ml
未満では叩解が高度に進み過ぎ、抄造時に、排水側に逃
げてしまうと同時に、叩解に時間と労力がかかり過ぎ経
済的でない。パルプの好適CF値範囲は100〜500mlであ
る。

本発明で使用するパルプとしては針葉樹、広葉樹の晒、
未晒パルプや新聞紙、クラフト紙、ダンボール等の古
紙、こうぞ、みつまた、雁皮、アバカ、ラミー等から得
られるパルプ及びロープ、麻、綿などのくずから得られ
る繊維があり、各々単独あるいは組み合わせて使用する
事ができる。又ポリエチレン、ポリプロプレン等のフィ
ブリル化繊維も併用する事ができる。

又本発明は、石綿以外の無機繊維例えばセピオライト、
アタパルジャイト、パリゴルスカイト及びロックウー
ル、スラグウール、シラス繊維、アルミナ繊維、シリカ
繊維等と用いる事が可能である、又、同時にアニオン、
ノニオン、カチオン系の凝集剤を抄造時に添加する事も
可能である。

次に、本発明のFRCは以上の様な成分をハチェック法を
代表とする湿式抄造法で抄造する事により得ることがで
きる。即ち、ミキサー等の攪拌混合機に、セメント、補
強繊維、パルプ、水及び必要ならば各種助剤を投入し、
均一なセメントスラリーを作る。次にチェスト等の貯槽
に移送し、チェスト中でセメントが沈降しない様にゆっ
くり攪拌を続けながら抄造槽へ一定流量で送る。この時
点で必要ならば、凝集剤を加える。抄造槽の中では、抄
造シリンダーが一定の速度で回転しており、セメントス
ラリー中の固形分はこの抄造シリンダーに抄き上げられ
る。抄き上げられたウェットマットは、フェルトのベル
トに転写されメーキングロール上に一定の厚みまで巻き
取られた後取り外され、成型、プレス養生を行ないFRC
を得ることができる。以上の様な工程は石綿セメント板
の抄造条件とほぼ同一であり、得られたFRCは繊維の分
散性の良好な、強度が高く、性能のバラツキの少ない商
品価値の優れたものである。

［作用］本発明において、セメントに補強繊維としてPVA繊維を
用いて補強効果を上げるためには表面積を大きくする目
的から細繊度繊維を使用する必要があるが、この場合繊
維長による影響が大きく現出する。即ち、補強強度から
は繊維長の長いアスペクト比の大きな繊維が求められる
が、補強効果の上で重要な因子であるマトリックス中の
分散性の点では繊維長の短いアスペクト比の小さな繊維
が好ましいという相反する要求性状が求められる。

しかるに、本発明はPVA繊維を使用してセメントの補強
を行う際、細繊度系を使用し、且つ切断繊維長を種々変
化させ、これらアスペクト比の異る２種以上のPVA繊維
を混合して使用することにより、繊維のマトリックス中
の分散性を向上せしめさらに強度面でも十分な補強効果
を高めることができるものと推定される。

［実施例］本発明を以下に示す実施例で具体的に説明する。

尚、本発明は、以下に説明する実施例によって何等制限
を受けるものではない。又特に断わりの無い限り各実施
例、比較例において％は重量％を表わす。

実施例１〜３セメントとして電気化学工業社製、普通ポルトランドセ
メントを、パルプはクラフト古紙をビーターで叩解しCF
値100mlに調整したものを用いた。又補強繊維は、繊度
１デニール、繊維強度12g/デニールのPVA繊維で、カッ
ト長6mm、アスペクト比600のもの及びカット長3mm、ア
スペクト比300のものを用いた。以上のものを表２に示
した配合組成に従ってミキサーに投入し、水を加え良く
攪拌し均一な10％スラリーを調整した。このセメントス
ラリーをチェストへ移送した後、チェストから一定流量
で抄造槽へ送った。この時点でセメントスラリーを２％
に希釈し、それと同時に、ポリアクリルアミド系アニオ
ン凝集剤である第一工業社製、ハイセットP-730をセメ
ントに対して200ppm添加した。抄造シリンダーで抄造さ
れたウェットマットはメーキングロールで所定の厚みま
で積層した時点で抄造物を取り外し、成型した後、60kg
/cm²の圧力で30秒間プレスを行ない、次に75℃で６時
間、更に室温で７日間養生を行なった。得られたFRCに
ついて評価を行なった。その結果を表２に示す。

実施例４パルプとしてクラフト古紙をCF300mlまで叩解したもの
を用いる事、並びに補強繊維として繊度0.5デニール、
繊維強度12g/デニール、カット長6mm、アスペクト比850
のPVA繊維と繊度１デニール、繊維強度12g/デニール、
カット長3mm、アスペクト比300のPVA繊維を用いる事以
外は実施例１と同様に行うFRCを得た。その評価の結果
を表２に示す。

実施例５補強繊維として繊度２デニール、繊維強度12g/デニー
ル、カット長6mm、アスペクト比420のPVA繊維及び繊度
１デニール、繊維強度12g/デニール、カット長3mm、ア
スペクト比300のPVA繊維を用いる以外は実施例４と同様
に行いFRC得た。その評価の結果を表２に示す。

実施例６補強繊維として繊度１デニール、繊維強度12g/デニー
ル、カット長6mm、アスペクト比600のPVA繊維と繊度６
デニール、繊維強度11g/デニール、カット長6mm、アス
ペクト比240のPVA繊維を用いる以外は実施例１と同様に
行いFRCを得た。その評価の結果を表２に示す。

実施例７補強繊維として繊度１デニール、繊維強度12g/デニー
ル、カット長6mm、アスペクト比600のPVA繊維及び繊度
１デニール、繊維強度12g/デニール、カット長3mm、ア
スペクト比300および繊度0.5デニール、繊維強度12g/デ
ニール、カット長1mm、アスペクト比135のPVA繊維を用
いる事以外は実施例１と同様に行いFRCを得た。その評
価の結果を表２に示す。

比較例１補強繊維として繊度１デニール、繊維強度12g/デニー
ル、カット長6mm、アスペクト比600のPVA繊維を単独で
用いる他は実施例１と同様に行いFRCを得た。その評価
の結果を表２に示す。

比較例２補強繊維として繊度１デニール、繊維強度12g/デニール
のPVA繊維であって、カット長が3mm、アスペクト比300
のものを単独で用いる以外は実施例４と同様に行いFRC
を得た。その評価の結果を表２に示す。

比較例３補強繊維として繊度２デニール、繊維強度12g/デニール
のPVA繊維であって、カット長3mm、アスペクト比210の
もの及びカット長が1mm、アスペクト比が71のPVA繊維を
用いる以外は実施例４と同様に行いFRCを得た。その結
果を表２に示す。

比較例４補強繊維として繊度0.5デニール、繊維強度12g/デニー
ル、カット長10mm、アスペクト比1410のPVA繊維及び繊
度１デニール、繊維強度12g/デニール、カット長3mm、
アスペクト比300のPVA繊維を用いる以外は実施例１と同
様に行いFRCを得た。その評価の結果を表２に示す。

［評価法］繊維分散性：繊維の分散性は、ミキサーで均一混合され
た10％セメントスラリーを２％スラリーに希釈したもの
を角型シートマシンで抄造して得られたウェットマット
からセメントを水洗により除去した後の繊維の分散状況
を目視によって判定した。

繊維が全体に均一に広がっているもの ◎ 繊維が全体に広がっているが、所々に明確にファイバー
ボールの確認ができるもの △ 繊維がファイバーボールを形成し、不連続に広がってい
るもの × とし◎と△の中間の繊維分散状態を○とした。

表面状態：ハチェックマシンで抄造されたウェットマッ
トの状況を観察し目視で判定表面が平滑で優れているもの ◎ 表面は平滑だが若干劣るもの ○ 表面は一応平滑だが表面に若干繊維の毛玉が見られるも
の △ 表面状態が悪く表面に毛玉が明確に判定できるもの × 曲げ強度:JIS A 1408に準拠曲げ強度のバラツキ：曲げ強度測定値の最大値と最小値
の差が 50kg/cm²以下のもの ◎ 50〜80kg/cm²のもの ○ 80〜110kg/cm²のもの △ 110kg/cm²以上のもの × 衝撃強度:JIS K 7110のIzod衝撃試験法に準拠し、但し
試料は抄造シリンダーの円周方向にサンプリングを行な
いノッチ無しで測定した。

［発明の効果］本発明は、アスペクト比が異る補強繊維を２種以上組み
合せた補強繊維を用いる事により、セメントマトリック
ス中の繊維分散性と、セメントの補強効率という相反す
る要求特性を同時に満足させ、性能の優れた石綿不含FR
Cを、安定に、従来の湿式抄造法で供給する事が可能と
なり工業的にも非常に有用である。

またPVA繊維表面に界面活性剤を付着して分散性を上げ
る作業の繁雑性もなく、工業的見地からみて、極めて有
意である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるPVA繊維のアスペクト比と補強
スレート板の曲げ強度の関係の１例を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメント・コンクリートに補強繊維および
パルプを混合してなる繊維強化セメント硬化体であっ
て、補強繊維としてアスペクト比の異なる２種以上のポ
リビニルアルコール繊維を用いることを特徴とする繊維
強化セメント硬化体。
【請求項２】補強繊維として繊度が15デニール以下であ
り、アスペクト比が400〜1000とアスペクト比が400以下
のポリビニルアルコール繊維を用いる特許請求の範囲第
１項記載の繊維強化セメント硬化体。
【請求項３】アスペクト比が400以下のポリビニルアル
コール繊維の全補強繊維中における重量比率が５〜80重
量％である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維
強化セメント硬化体。