JPH0834649A - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents
複合材料及びその製造方法Info
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- JPH0834649A JPH0834649A JP7083195A JP7083195A JPH0834649A JP H0834649 A JPH0834649 A JP H0834649A JP 7083195 A JP7083195 A JP 7083195A JP 7083195 A JP7083195 A JP 7083195A JP H0834649 A JPH0834649 A JP H0834649A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/02—Treatment
- C04B20/023—Chemical treatment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
- A45D—HAIRDRESSING OR SHAVING EQUIPMENT; EQUIPMENT FOR COSMETICS OR COSMETIC TREATMENTS, e.g. FOR MANICURING OR PEDICURING
- A45D24/00—Hair combs for care of the hair; Accessories therefor
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
- E04C5/07—Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、補強部材への基体部材の接
合を高める方法及び該方法により製造される複合材料を
提供することにある。 【構成】 凝結可能状態にあるセメント質基体すなわち
マトリックスに接合される補強材料により補強すなわち
強化された複合材料、構造又は人造物の製造方法。基体
部材は補強部材と接触した状態で凝結し、補強部材に接
合される。補強部材への基体部材の接合は、基体部材と
補強部材とを接触させる前に、補強部材の表面をフッ素
化させることにより高められる。
合を高める方法及び該方法により製造される複合材料を
提供することにある。 【構成】 凝結可能状態にあるセメント質基体すなわち
マトリックスに接合される補強材料により補強すなわち
強化された複合材料、構造又は人造物の製造方法。基体
部材は補強部材と接触した状態で凝結し、補強部材に接
合される。補強部材への基体部材の接合は、基体部材と
補強部材とを接触させる前に、補強部材の表面をフッ素
化させることにより高められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基体すなわちマトリッ
クス（matrix）が補強材により強化すなわち補強された
複合材料、構造及び／又は人造物（artifacts）の製造
方法に関する。また、本発明は、特に前記方法により製
造される複合材料、構造及び／又は人造物に関する。
クス（matrix）が補強材により強化すなわち補強された
複合材料、構造及び／又は人造物（artifacts）の製造
方法に関する。また、本発明は、特に前記方法により製
造される複合材料、構造及び／又は人造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】構成部材を接合的に一体固定する前に補
強部材の表面をフッ素化するのに、任意の適当な方法を
使用できる。“フッ素化（fluorinated)”とは、補強部
材の表面をフッ素含有ガスで処理し、前記表面へのフッ
素置換結合を形成することを意味する。この目的のため
に任意の適当な方法を使用でき、例えばフッ素化方法と
して、米国特許第３，６４７，６１３号、第３，８６
５，６１５号、第４，０２０，２２３号、第４，１４
２，０３２号、第４，２３７，１５６号、第４，２６
４，７５０号、第４，２９６，１５１号、第４，４０
４，２５６号、第４，５０８，７８１号、第４，５５
７，９４５号、第４，７６４，４０５号及び第４，８１
８，６１９号並びに南アフリカ国特許第８５／９５００
号及び第８７／８２４０号に記載されたものがある。
強部材の表面をフッ素化するのに、任意の適当な方法を
使用できる。“フッ素化（fluorinated)”とは、補強部
材の表面をフッ素含有ガスで処理し、前記表面へのフッ
素置換結合を形成することを意味する。この目的のため
に任意の適当な方法を使用でき、例えばフッ素化方法と
して、米国特許第３，６４７，６１３号、第３，８６
５，６１５号、第４，０２０，２２３号、第４，１４
２，０３２号、第４，２３７，１５６号、第４，２６
４，７５０号、第４，２９６，１５１号、第４，４０
４，２５６号、第４，５０８，７８１号、第４，５５
７，９４５号、第４，７６４，４０５号及び第４，８１
８，６１９号並びに南アフリカ国特許第８５／９５００
号及び第８７／８２４０号に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、補強
部材への基体部材の接合を高める方法及び該方法により
製造される複合材料を提供することにある。
部材への基体部材の接合を高める方法及び該方法により
製造される複合材料を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１態様によれ
ば、セメント質基体すなわちマトリックスを有し、該マ
トリックスがこれに接合される補強材料により補強すな
わち強化された複合材料、構造又は人造物の製造方法に
おいて、凝結可能状態にあるセメント質基体部材に補強
部材を接触させ、該基体部材を補強部材に接合させるべ
く、補強部材と接触した状態で基体部材を凝結させ又は
凝結できるようにし、補強部材への基体部材の接合を高
めるための工程を有し、該工程が、基体部材と補強部材
とを接触させる前に、補強部材の表面をフッ素化させる
ことからなる製造方法が提供される。
ば、セメント質基体すなわちマトリックスを有し、該マ
トリックスがこれに接合される補強材料により補強すな
わち強化された複合材料、構造又は人造物の製造方法に
おいて、凝結可能状態にあるセメント質基体部材に補強
部材を接触させ、該基体部材を補強部材に接合させるべ
く、補強部材と接触した状態で基体部材を凝結させ又は
凝結できるようにし、補強部材への基体部材の接合を高
めるための工程を有し、該工程が、基体部材と補強部材
とを接触させる前に、補強部材の表面をフッ素化させる
ことからなる製造方法が提供される。
【０００５】フッ素化は、補強部材を、１〜５００kPa
（好ましくは５〜１５０kPa）の圧力、及び０℃より高
く構成部材の融点より低い温度（一般に２０〜１００
℃）でフッ素含有ガスに暴露することにより行うのが好
ましい。フッ素含有ガスとしては、フッ素自体
（Ｆ2）、ＸｅＦ2のようなフッ素化貴ガス又はＣｌ
Ｆ3、ＢｒＦ5、ＩＦ7等のフルオロハロゲンがある。ま
た、フッ素含有ガスとして、他のガス（硫黄酸化物、窒
素酸化物、炭素酸化物、ハロゲン、ハロゲン間化合物、
窒素、酸素、オゾン又は空気のようなこれらの混合物
等）との混合物の一部を構成するものとする。このよう
なガス混合物中のフッ素含有ガスの比率は広範囲に変化
できる。したがって、フッ素含有ガスは、前記混合物の
０．１〜９９．９体積％（一般的には１〜３０体積％）
を構成するものでよい。より詳しくは、好ましいガス混
合物は、５〜２０体積％のＦ2のようなフッ素化ガス及
び５〜９５体積％の酸素（Ｏ2）からなる。フッ素化
は、通常、真空チャンバを備えた反応器であって、真空
チャンバ内にガスを供給し且つ排出させる手段、圧力制
御装置、温度制御装置及び反応器内のガス混合物の組成
を制御する装置が設けられた反応器の中で行われる。
（好ましくは５〜１５０kPa）の圧力、及び０℃より高
く構成部材の融点より低い温度（一般に２０〜１００
℃）でフッ素含有ガスに暴露することにより行うのが好
ましい。フッ素含有ガスとしては、フッ素自体
（Ｆ2）、ＸｅＦ2のようなフッ素化貴ガス又はＣｌ
Ｆ3、ＢｒＦ5、ＩＦ7等のフルオロハロゲンがある。ま
た、フッ素含有ガスとして、他のガス（硫黄酸化物、窒
素酸化物、炭素酸化物、ハロゲン、ハロゲン間化合物、
窒素、酸素、オゾン又は空気のようなこれらの混合物
等）との混合物の一部を構成するものとする。このよう
なガス混合物中のフッ素含有ガスの比率は広範囲に変化
できる。したがって、フッ素含有ガスは、前記混合物の
０．１〜９９．９体積％（一般的には１〜３０体積％）
を構成するものでよい。より詳しくは、好ましいガス混
合物は、５〜２０体積％のＦ2のようなフッ素化ガス及
び５〜９５体積％の酸素（Ｏ2）からなる。フッ素化
は、通常、真空チャンバを備えた反応器であって、真空
チャンバ内にガスを供給し且つ排出させる手段、圧力制
御装置、温度制御装置及び反応器内のガス混合物の組成
を制御する装置が設けられた反応器の中で行われる。
【０００６】より詳しくは、フッ素化の条件は、フッ素
化された構成部材に、２０℃の温度において少なくとも
４０mN／ｍの表面張力が付与されるものを含む。
化された構成部材に、２０℃の温度において少なくとも
４０mN／ｍの表面張力が付与されるものを含む。
【０００７】本発明の第２態様によれば、セメント質基
体すなわちマトリックスを有し、該マトリックスがこれ
に接合される補強材料により補強すなわち強化された複
合材料、構造及び／又は人造物において、基体又はマト
リックスが凝結可能なセメント質基体部材からなり、該
基体部材が、前記補強材料からなる補強部材と接触した
状態で凝結し且つ該補強部材に接合しており、補強部材
がフッ素化された表面を有し、該表面に基体部材が接合
している複合材料、構造及び／又は人造物が提供され
る。
体すなわちマトリックスを有し、該マトリックスがこれ
に接合される補強材料により補強すなわち強化された複
合材料、構造及び／又は人造物において、基体又はマト
リックスが凝結可能なセメント質基体部材からなり、該
基体部材が、前記補強材料からなる補強部材と接触した
状態で凝結し且つ該補強部材に接合しており、補強部材
がフッ素化された表面を有し、該表面に基体部材が接合
している複合材料、構造及び／又は人造物が提供され
る。
【０００８】セメント質マトリックスは比較的小さい引
張り強度及び／又は破壊靱性を有し、一方、補強部材は
比較的大きい引張り強度を有する。より詳しくは、マト
リックスは、セメント、コンクリート、セメント質モル
タル又は注型可能又は凝結可能な材料を含有する関連セ
メント等の任意のセメント質材料で構成できる。
張り強度及び／又は破壊靱性を有し、一方、補強部材は
比較的大きい引張り強度を有する。より詳しくは、マト
リックスは、セメント、コンクリート、セメント質モル
タル又は注型可能又は凝結可能な材料を含有する関連セ
メント等の任意のセメント質材料で構成できる。
【０００９】したがって、補強部材の材料が大気温度で
固体であり且つ下記のもの、すなわち、（ｉ）脂肪族ポ
リオレフィン、例えばポリエチレン又は、ポリプロピレ
ン、並びに他のポリマー、例えば、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポ
リカーボネート、ポリ塩化ビニル、（ii）例えば１，３
−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチル−１，３
−ブタジエン、ピペリレン、３−ブチル−１，３−オク
トジエン、フェニル−１，３−ブタジエン等１モル当り
４ないし１２、好ましくは４ないし８の炭素数のモノマ
ーからなるブロック共重合体又は共重合体及び重合共役
ジエン （iii）例えばスチレン、１−ビニル−ナフタレン、２
−ビニル−ナフタレン、３−メチルスチレン、４−ｎ−
プロピルスチレン、４−シクロヘキシルスチレン、４−
ドデシルスチレン、２−エチル−４−ベンジルスチレ
ン、４−ｐ−トリルスチレン、４−（４−フェニル−ｎ
−ブチル）スチレンのモノマーからなる置換芳香族化合
物及び重合ビニル、（iv）芳香族ポリアミド、例えばケ
ブラー（ＫＥＶＬＡＲ，商標名）、（ｖ）カーボン、
（vi）ガラス、から選択される。
固体であり且つ下記のもの、すなわち、（ｉ）脂肪族ポ
リオレフィン、例えばポリエチレン又は、ポリプロピレ
ン、並びに他のポリマー、例えば、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポ
リカーボネート、ポリ塩化ビニル、（ii）例えば１，３
−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチル−１，３
−ブタジエン、ピペリレン、３−ブチル−１，３−オク
トジエン、フェニル−１，３−ブタジエン等１モル当り
４ないし１２、好ましくは４ないし８の炭素数のモノマ
ーからなるブロック共重合体又は共重合体及び重合共役
ジエン （iii）例えばスチレン、１−ビニル−ナフタレン、２
−ビニル−ナフタレン、３−メチルスチレン、４−ｎ−
プロピルスチレン、４−シクロヘキシルスチレン、４−
ドデシルスチレン、２−エチル−４−ベンジルスチレ
ン、４−ｐ−トリルスチレン、４−（４−フェニル−ｎ
−ブチル）スチレンのモノマーからなる置換芳香族化合
物及び重合ビニル、（iv）芳香族ポリアミド、例えばケ
ブラー（ＫＥＶＬＡＲ，商標名）、（ｖ）カーボン、
（vi）ガラス、から選択される。
【００１０】補強部材は、補強材料の粒子、例えばグラ
ニュール又は繊維で構成できる。この場合、より詳しく
は、補強部材は繊維の形態にすることができる。繊維の
長さは３〜６００mm、一般的に１０〜５０mmにでき、且
つ繊維の幅は５〜１０００μｍにできる。基体すなわち
マトリックス中の繊維の比率は広範囲に変えることがで
きるけれども、通常は２〜８５体積％にするのが好まし
い。
ニュール又は繊維で構成できる。この場合、より詳しく
は、補強部材は繊維の形態にすることができる。繊維の
長さは３〜６００mm、一般的に１０〜５０mmにでき、且
つ繊維の幅は５〜１０００μｍにできる。基体すなわち
マトリックス中の繊維の比率は広範囲に変えることがで
きるけれども、通常は２〜８５体積％にするのが好まし
い。
【００１１】
【作用、効果】本件出願人は理論による拘束を望むもの
ではなく、表面フッ素化は、補強部材の何らかの化学的
官能基をフッ素及び他の基と置換することにより（すな
わち補強部材の表面を機能化(functionalizing)するこ
とにより）、補強部材の滑らかな表面が改質されるもの
と考える。このようにして表面の親水性の性質が変化さ
れ、表面に電気陰性度が付与される。これにより、補強
部材のワーカビリティ（作業性）、したがって補強部材
へのセメント質マトリックスの物理的接合が高められ
る。しかしながら、表面フッ素化により、補強部材の表
面がセメント質マトリックスとの化学的結合を得るよう
に改質されると考えることもできる。これは、表面フッ
素化により表面が活性化され、表面上に遊離基が形成さ
れることにより達成される。これらの遊離基はコンクリ
ート中に存在する酸素と反応し、補強部材へのセメント
質マトリックスの化学的結合を生じさせる。一般的な基
の形態は、−ＣＦ、アシルフルオリド等である。これら
とセメント質マトリックスとの反応は緩慢であり、酸水
解又は加水分解、より詳しくは鉱酸加水分解により促進
される。したがって、繊維を、例えば稀鉱酸溶液（例え
ば塩酸溶液）中に浸漬して、該稀鉱酸溶液と接触させる
ことができる。
ではなく、表面フッ素化は、補強部材の何らかの化学的
官能基をフッ素及び他の基と置換することにより（すな
わち補強部材の表面を機能化(functionalizing)するこ
とにより）、補強部材の滑らかな表面が改質されるもの
と考える。このようにして表面の親水性の性質が変化さ
れ、表面に電気陰性度が付与される。これにより、補強
部材のワーカビリティ（作業性）、したがって補強部材
へのセメント質マトリックスの物理的接合が高められ
る。しかしながら、表面フッ素化により、補強部材の表
面がセメント質マトリックスとの化学的結合を得るよう
に改質されると考えることもできる。これは、表面フッ
素化により表面が活性化され、表面上に遊離基が形成さ
れることにより達成される。これらの遊離基はコンクリ
ート中に存在する酸素と反応し、補強部材へのセメント
質マトリックスの化学的結合を生じさせる。一般的な基
の形態は、−ＣＦ、アシルフルオリド等である。これら
とセメント質マトリックスとの反応は緩慢であり、酸水
解又は加水分解、より詳しくは鉱酸加水分解により促進
される。したがって、繊維を、例えば稀鉱酸溶液（例え
ば塩酸溶液）中に浸漬して、該稀鉱酸溶液と接触させる
ことができる。
【００１２】本発明の一実施例では、補強部材は、補強
材料の粒子、例えばグラニュール又は繊維で構成でき
る。この場合、より詳しくは、補強部材は繊維の形態に
することができる。繊維の長さは３〜６００mm、一般的
に１０〜５０mmにでき、且つ繊維の幅は５〜１０００μ
ｍにできる。基体すなわちマトリックス中の繊維の比率
は広範囲に変えることができるけれども、通常は２〜８
５体積％にするのが好ましい。一般に、繊維は一定断面
（例えば円形断面）の連続モノフィラメントとして製造
し、次にバラバラの短繊維に切断されるか、繊維質フィ
ルム又はテープとして製造される。ポリプロピレンの繊
維は、セメント質マトリックスのアルカリ性環境中での
耐アルカリ性があり、融点が比較的高く且つ比較的低コ
ストである点で特に適していると考えられる。
材料の粒子、例えばグラニュール又は繊維で構成でき
る。この場合、より詳しくは、補強部材は繊維の形態に
することができる。繊維の長さは３〜６００mm、一般的
に１０〜５０mmにでき、且つ繊維の幅は５〜１０００μ
ｍにできる。基体すなわちマトリックス中の繊維の比率
は広範囲に変えることができるけれども、通常は２〜８
５体積％にするのが好ましい。一般に、繊維は一定断面
（例えば円形断面）の連続モノフィラメントとして製造
し、次にバラバラの短繊維に切断されるか、繊維質フィ
ルム又はテープとして製造される。ポリプロピレンの繊
維は、セメント質マトリックスのアルカリ性環境中での
耐アルカリ性があり、融点が比較的高く且つ比較的低コ
ストである点で特に適していると考えられる。
【００１３】複合材料、構造又は人造物は、基体部材が
注型、押出し又は流動できる形態（例えば粉末、スラ
リ、ペースト又は液体の形態）にある場合には、繊維と
マトリックス材料すなわちセメント質基体とを混合し、
例えばキャスティング又はモールディングにより構造又
は人造物等の製品を成形し、その後、マトリックス材料
が凝結できるようにするか又は凝結させることにより、
マトリックス材料自体を繊維に接合的に固定する。かく
して、本発明の複合材料、構造マトリックス人造物は、
予混合、吹付け、コンクリート吹付け、パルプ（pulp）
方式、ハンドレイアップ（hand lay-up）、及び連続製
造法等の既知の方法で製造できる。繊維は、複合材料、
構造又は人造物中に均一ではあるがランダムに分散され
る。
注型、押出し又は流動できる形態（例えば粉末、スラ
リ、ペースト又は液体の形態）にある場合には、繊維と
マトリックス材料すなわちセメント質基体とを混合し、
例えばキャスティング又はモールディングにより構造又
は人造物等の製品を成形し、その後、マトリックス材料
が凝結できるようにするか又は凝結させることにより、
マトリックス材料自体を繊維に接合的に固定する。かく
して、本発明の複合材料、構造マトリックス人造物は、
予混合、吹付け、コンクリート吹付け、パルプ（pulp）
方式、ハンドレイアップ（hand lay-up）、及び連続製
造法等の既知の方法で製造できる。繊維は、複合材料、
構造又は人造物中に均一ではあるがランダムに分散され
る。
【００１４】本発明の他の実施例では、補強部材は、ガ
ラス、カーボン（例えば黒鉛）又はプラスチックのバ
ー、ロッド、グリル、シーブ、マット、メッシュ、ウェ
ブ状補強要素又はフェルト状繊維シートの形態にするこ
とができる。バー又はロッドの形態にする場合には、補
強部材は、鋼製補強体（鉄筋）の態様で比較的短く又は
長くすることができる。マットを使用する場合には、マ
ットに孔を穿けることができ、このようなマットとし
て、ディッタ プロダクト（Dita Products Pty社，138
Axle Road,Devland,Johannesburg，南アフリカ）から
ロクフロー（“LOKFLOR"）の商標で南アフリカ内で市販
されているものがある。異形補強要素を使用する場合に
は、Ｘ又はＹ形断面形状をもつバー又はロッドにするこ
とができる。繊維シートを使用する場合には、織成シー
ト又はフェルト状シートにすることができる。そればか
りか、補強部材は、前記フッ素化表面が得られる他の任
意の適当な形状及び寸法にすることができる。この場合
補強部材はセメント質マトリックス中に埋入される。埋
入は、マトリックス材料が注型、押出し又は流動可能な
形態をなしている間にマトリックス材料中に置くことに
より行われ、その後、マトリックス材料が凝結し、マト
リックス材料自体が補強部材に接合的に固定される。
ラス、カーボン（例えば黒鉛）又はプラスチックのバ
ー、ロッド、グリル、シーブ、マット、メッシュ、ウェ
ブ状補強要素又はフェルト状繊維シートの形態にするこ
とができる。バー又はロッドの形態にする場合には、補
強部材は、鋼製補強体（鉄筋）の態様で比較的短く又は
長くすることができる。マットを使用する場合には、マ
ットに孔を穿けることができ、このようなマットとし
て、ディッタ プロダクト（Dita Products Pty社，138
Axle Road,Devland,Johannesburg，南アフリカ）から
ロクフロー（“LOKFLOR"）の商標で南アフリカ内で市販
されているものがある。異形補強要素を使用する場合に
は、Ｘ又はＹ形断面形状をもつバー又はロッドにするこ
とができる。繊維シートを使用する場合には、織成シー
ト又はフェルト状シートにすることができる。そればか
りか、補強部材は、前記フッ素化表面が得られる他の任
意の適当な形状及び寸法にすることができる。この場合
補強部材はセメント質マトリックス中に埋入される。埋
入は、マトリックス材料が注型、押出し又は流動可能な
形態をなしている間にマトリックス材料中に置くことに
より行われ、その後、マトリックス材料が凝結し、マト
リックス材料自体が補強部材に接合的に固定される。
【００１５】本発明の更に別の実施例では、補強部材
は、表面層として基体部材に固定され、これにより、基
体部材を補強し且つ複合構造又は人造物を形成する。こ
の場合、セメント質基体は、表面がフッ素化された表面
補強層と接触させて型内に注入することができる。より
詳しくは、複合人造物は、補強部材がセメント質基体に
接合的に取り付けられたパイプとして構成できる。前記
部材は管状であり、補強部材は、接合的にセメント質部
材に固定された該部材のための内部ライニング及び／又
は外部ライニングを形成する。セメント質部材に接合的
に固定された補強部材の表面はフッ素化されている。
は、表面層として基体部材に固定され、これにより、基
体部材を補強し且つ複合構造又は人造物を形成する。こ
の場合、セメント質基体は、表面がフッ素化された表面
補強層と接触させて型内に注入することができる。より
詳しくは、複合人造物は、補強部材がセメント質基体に
接合的に取り付けられたパイプとして構成できる。前記
部材は管状であり、補強部材は、接合的にセメント質部
材に固定された該部材のための内部ライニング及び／又
は外部ライニングを形成する。セメント質部材に接合的
に固定された補強部材の表面はフッ素化されている。
【００１６】
【実施例】以下、加工試料及び添付図面に示す実施例に
関連して本発明を説明する。
関連して本発明を説明する。
【００１７】第１試験 例１−本発明 真空引きされ、次に５kPaの圧力で１０：９０のＦ2：Ｏ
2体積比をもつフッ素／酸素のフッ素化雰囲気が充填さ
れた２０リットルのステンレス鋼真空反応容器内に、長
さ５００mm、直径２５μｍのポリプロピレン繊維を入れ
た。繊維の表面をフッ素化すべくこの雰囲気に３０分間
暴露した後、フッ素化雰囲気を反応容器から排出し且つ
繊維を取り出した。
2体積比をもつフッ素／酸素のフッ素化雰囲気が充填さ
れた２０リットルのステンレス鋼真空反応容器内に、長
さ５００mm、直径２５μｍのポリプロピレン繊維を入れ
た。繊維の表面をフッ素化すべくこの雰囲気に３０分間
暴露した後、フッ素化雰囲気を反応容器から排出し且つ
繊維を取り出した。
【００１８】次に、フッ素化された繊維を、次の配合を
もつコンクリート試験混合物と混合した。
もつコンクリート試験混合物と混合した。
【００１９】 混合は均質混合物を得るためであり、用いた比率は、１
ｍ3のコンクリートに対して１５ｋｇの繊維、すなわち
２：９８の繊維：コンクリート体積比である。混合物は
型（モールド）内に充填され且つ一定密度（最大密度）
となるように振動が加えられ、凝結させた。使用した型
の寸法は、３００×７５×７５mm 、３００×７５×１
５mm及び３００×７５×１２mmである。
ｍ3のコンクリートに対して１５ｋｇの繊維、すなわち
２：９８の繊維：コンクリート体積比である。混合物は
型（モールド）内に充填され且つ一定密度（最大密度）
となるように振動が加えられ、凝結させた。使用した型
の寸法は、３００×７５×７５mm 、３００×７５×１
５mm及び３００×７５×１２mmである。
【００２０】例２−調整（Control） 例１の繊維がフッ素化されない点を除き、実験を繰り返
した。
した。
【００２１】例３−本発明 例１のポリプロピレン繊維を同比率のポリプロピレンネ
ットと置換した点を除き、実験を繰り返した。このネッ
トは、型内にコンクリート混合物を半充填し、この上
に、型の水平断面と同じ輪郭をもつネットパネルを平ら
に敷き、続いて型内にコンクリート混合物を完全に充填
して、コンクリートのブロック（塊）を補強するのに使
用した。ネットは、アルネット（Alnet）（専売）会社
から南アフリカ内で入手でき且つ「ＡＬＮＥＴ ８０
％」の商標で販売されているものである。
ットと置換した点を除き、実験を繰り返した。このネッ
トは、型内にコンクリート混合物を半充填し、この上
に、型の水平断面と同じ輪郭をもつネットパネルを平ら
に敷き、続いて型内にコンクリート混合物を完全に充填
して、コンクリートのブロック（塊）を補強するのに使
用した。ネットは、アルネット（Alnet）（専売）会社
から南アフリカ内で入手でき且つ「ＡＬＮＥＴ ８０
％」の商標で販売されているものである。
【００２２】例４−調整（Control） 例３のネットがフッ素化されない点を除き、実験を繰り
返した。
返した。
【００２３】型内で形成された供試体（試験キューブあ
るいは試験ブロック）に、凝結後すなわち２８日以上経
過後、破砕（圧縮）試験及び他の試験を行った。
るいは試験ブロック）に、凝結後すなわち２８日以上経
過後、破砕（圧縮）試験及び他の試験を行った。
【００２４】供試体についての試験の結果、次のことが
判明した。
判明した。
【００２５】堅固で完全な結合が、フッ素化された繊維
又はネットと、コンクリートマトリックスとの間で生じ
ていることが判明した。したがって、繊維又はネットを
露出させるためキューブを切断し、目視検査を行った結
果、フッ素化された繊維及びネットがコンクリートに強
固に結合しており、露出した繊維を、コンクリートを破
壊することなく手でコンクリートマトリックスから引き
抜くことができないことが判明した。
又はネットと、コンクリートマトリックスとの間で生じ
ていることが判明した。したがって、繊維又はネットを
露出させるためキューブを切断し、目視検査を行った結
果、フッ素化された繊維及びネットがコンクリートに強
固に結合しており、露出した繊維を、コンクリートを破
壊することなく手でコンクリートマトリックスから引き
抜くことができないことが判明した。
【００２６】これに対し、繊維及びネットがフッ素化さ
れない場合には、同様な試験を行った結果、繊維又はネ
ットとコンクリートとの間の結合は全く認められず、露
出した繊維は、コンクリートを破壊することなく手でコ
ンクリートマトリックスから容易に引き抜くことができ
ることが分かった。
れない場合には、同様な試験を行った結果、繊維又はネ
ットとコンクリートとの間の結合は全く認められず、露
出した繊維は、コンクリートを破壊することなく手でコ
ンクリートマトリックスから容易に引き抜くことができ
ることが分かった。
【００２７】また、フッ素化された繊維又はネットの使
用により、フッ素化されない繊維又はネットと比較し
て、供試体の強度を増大させることが判明した。しかし
ながら、留意すべきは、引張り強度は改善されるけれど
も圧縮強度は影響を受けず、繊維又はネット補強部材を
備えていないコンクリートの圧縮強度と実質的に同じで
あることである。
用により、フッ素化されない繊維又はネットと比較し
て、供試体の強度を増大させることが判明した。しかし
ながら、留意すべきは、引張り強度は改善されるけれど
も圧縮強度は影響を受けず、繊維又はネット補強部材を
備えていないコンクリートの圧縮強度と実質的に同じで
あることである。
【００２８】第２試験 この試験に用いた原料は全て商業的に入手できるもので
あり、次の通りである。
あり、次の通りである。
【００２９】−ポリプロピレン繊維： ０．５×１．３
mmの矩形断面、長さ１９mm、比重０．９１、引張り強度
１２０ＭＰａ及び破断時の伸び１４％を有する直接押出
しにより製造されたポリプロピレン角形フィラメント。
mmの矩形断面、長さ１９mm、比重０．９１、引張り強度
１２０ＭＰａ及び破断時の伸び１４％を有する直接押出
しにより製造されたポリプロピレン角形フィラメント。
【００３０】−セメント質材料： ８０重量％の普通ポ
ルトランドセメントと２０重量％のフライアッシュとの
混合物。
ルトランドセメントと２０重量％のフライアッシュとの
混合物。
【００３１】−骨材： ９mmの最大粒径をもつ川砂利、
乾燥天然川砂。
乾燥天然川砂。
【００３２】次の方法を用いてポリプロピレン繊維の表
面改質を行った。１１ｍ3の鋼製真空反応容器を使用
し、該反応容器を１０kPa（絶対圧力）まで真空引きし
た。次に、２０％Ｆ2／８０％Ｎ2の混合物を、室温で３
０kPaの絶対圧力まで充填した。酸素は全く導入しなか
った。反応容器内の残留空気中の酸素を、オキシ−フッ
素化（oxy-fluorination）に使用した。ポリプロピレン
繊維は３０分間曝した。
面改質を行った。１１ｍ3の鋼製真空反応容器を使用
し、該反応容器を１０kPa（絶対圧力）まで真空引きし
た。次に、２０％Ｆ2／８０％Ｎ2の混合物を、室温で３
０kPaの絶対圧力まで充填した。酸素は全く導入しなか
った。反応容器内の残留空気中の酸素を、オキシ−フッ
素化（oxy-fluorination）に使用した。ポリプロピレン
繊維は３０分間曝した。
【００３３】供試体としてのプレーン（補強なしの）コ
ンクリート及び全てのセメント質基体は、下記の混合比
及び混合方法を用いて回転ドラム内で製造した。
ンクリート及び全てのセメント質基体は、下記の混合比
及び混合方法を用いて回転ドラム内で製造した。
【００３４】混合比（容量で，by mass）： セメント：フライアッシュ：水：細骨材：粗骨材＝０．
８：０．２：０．４２：１．５：１．５ 混合方法：ミキサに全量の石及び砂を充填し、始動後３
０秒間混合する。１／３の水を添加し、１分間混合す
る。２分間かけて、１／２のセメント質材料と他の１／
３の水とを一緒に添加する。セメント質基体部材すなわ
ち混合物中で繊維がボール状になることすなわち団塊化
を防止し且つ繊維の均一分散を達成するため、全ての繊
維を徐々にミキサ内に添加する。この研究では、改質ポ
リプロピレン（modified polypropylene、“MPP”）及
び非改質ポリプロピレン（unmodified polypropylene、
“UMPP"）の繊維強化コンクリート（fibre reinforced
concrete、“FRC”）の供試体を製造するのに、０．３
％、１．０％及び２．０％の繊維体積含有率を用いた。
セメント質材料と残余の水とを一緒に、２分間かけて添
加する。
８：０．２：０．４２：１．５：１．５ 混合方法：ミキサに全量の石及び砂を充填し、始動後３
０秒間混合する。１／３の水を添加し、１分間混合す
る。２分間かけて、１／２のセメント質材料と他の１／
３の水とを一緒に添加する。セメント質基体部材すなわ
ち混合物中で繊維がボール状になることすなわち団塊化
を防止し且つ繊維の均一分散を達成するため、全ての繊
維を徐々にミキサ内に添加する。この研究では、改質ポ
リプロピレン（modified polypropylene、“MPP”）及
び非改質ポリプロピレン（unmodified polypropylene、
“UMPP"）の繊維強化コンクリート（fibre reinforced
concrete、“FRC”）の供試体を製造するのに、０．３
％、１．０％及び２．０％の繊維体積含有率を用いた。
セメント質材料と残余の水とを一緒に、２分間かけて添
加する。
【００３５】全ての供試体は、直径１６mm、長さ６００
mmの丸い直状鋼製ロッドを用いて突き固めによる圧縮を
行って、混合直後の混合物を、２層（曲げ試験）又は３
層（圧縮試験）にして型内に注型することにより製造さ
れた。注型後、供試体を型内に２４時間保持し、次に、
型から取出し、材令２８日まで、２１±２℃の温度で水
中養生した。
mmの丸い直状鋼製ロッドを用いて突き固めによる圧縮を
行って、混合直後の混合物を、２層（曲げ試験）又は３
層（圧縮試験）にして型内に注型することにより製造さ
れた。注型後、供試体を型内に２４時間保持し、次に、
型から取出し、材令２８日まで、２１±２℃の温度で水
中養生した。
【００３６】凝結した供試体に次の試験、すなわち、１
５０mm（直径）×３００mm（高さ）の円筒状供試体を圧
縮（ＡＳＴＭ Ｃ−３９）し、１５２mm（直径）×５
３．５mm（厚さ）の供試体に衝撃落下荷重を加え（「繊
維強化コンクリートの特性の測定」という名称のＡＣＩ
委員会、第５４４回報告、表題番号８５−Ｍ５８のＡＣ
Ｉマテリアルジャーナル、１９８８年、１１月〜１２月
号、第５８３〜５９３頁）、１００×１００×３５０mm
の角柱状（Prismatic）供試体を３００mmのスパンで支
持して曲げる試験を行った（ＡＳＴＭ Ｃ−１０１
８）。
５０mm（直径）×３００mm（高さ）の円筒状供試体を圧
縮（ＡＳＴＭ Ｃ−３９）し、１５２mm（直径）×５
３．５mm（厚さ）の供試体に衝撃落下荷重を加え（「繊
維強化コンクリートの特性の測定」という名称のＡＣＩ
委員会、第５４４回報告、表題番号８５−Ｍ５８のＡＣ
Ｉマテリアルジャーナル、１９８８年、１１月〜１２月
号、第５８３〜５９３頁）、１００×１００×３５０mm
の角柱状（Prismatic）供試体を３００mmのスパンで支
持して曲げる試験を行った（ＡＳＴＭ Ｃ−１０１
８）。
【００３７】鋼製リング／収縮試験を用いて、拘束収縮
試験（restrained shrinkage test）を行った。中間に
重い鋼製リングが設けられた木製の円筒状ベース型を使
用して、リング状コンクリート供試体（直径１７０／２
５０mm、厚さ４０mm）を型内に注入した。成形品を取り
出した後、リング状供試体の頂面及び底面をシリコーン
ゴムを用いてシールし、供試体の外周面のみを介して乾
燥（水分蒸発）が行われるようにした。供試体は２１±
２℃の温度で空気乾燥された。発生したクラックの幅及
び長さを５日毎に測定し、セメント質基体のクラックコ
ントロール（ひび割れ抑制）能力を定量化した。
試験（restrained shrinkage test）を行った。中間に
重い鋼製リングが設けられた木製の円筒状ベース型を使
用して、リング状コンクリート供試体（直径１７０／２
５０mm、厚さ４０mm）を型内に注入した。成形品を取り
出した後、リング状供試体の頂面及び底面をシリコーン
ゴムを用いてシールし、供試体の外周面のみを介して乾
燥（水分蒸発）が行われるようにした。供試体は２１±
２℃の温度で空気乾燥された。発生したクラックの幅及
び長さを５日毎に測定し、セメント質基体のクラックコ
ントロール（ひび割れ抑制）能力を定量化した。
【００３８】図１に参照番号１０で示すダンベル形供試
体について、繊維引抜き試験を行った。供試体の厚さは
２０mm、最大幅は５１mmである。ポリメチルメタクリレ
ートの特注の型を用いて、繊維埋入供試体を製造した。
供試体の中央に繊維１２を埋入し、供試体の２つの葉形
部１６、１８間の結合を防止するため２枚のプラスチッ
クシート１４を使用した。２４時間後に供試体を型から
取り出し、次に、２１±２℃の温度で２８日間水中養生
した。モータ駆動形のモンサント（Monsanto，商標名）
伸び計を用いて、１０mm／分の引抜き速度で引抜き試験
を行った。供試体に荷重を加えるのに、鋼製の“Ｃ”形
ペンチを使用した。接合による剪断結合強度は、次式す
なわち、Ｔau＝Ｐ／（ＡＬ）を用いて計算した。ここ
で、Ｐは離脱する前の最大引抜き力、Ａは繊維の周囲、
Ｌは結合長さである。
体について、繊維引抜き試験を行った。供試体の厚さは
２０mm、最大幅は５１mmである。ポリメチルメタクリレ
ートの特注の型を用いて、繊維埋入供試体を製造した。
供試体の中央に繊維１２を埋入し、供試体の２つの葉形
部１６、１８間の結合を防止するため２枚のプラスチッ
クシート１４を使用した。２４時間後に供試体を型から
取り出し、次に、２１±２℃の温度で２８日間水中養生
した。モータ駆動形のモンサント（Monsanto，商標名）
伸び計を用いて、１０mm／分の引抜き速度で引抜き試験
を行った。供試体に荷重を加えるのに、鋼製の“Ｃ”形
ペンチを使用した。接合による剪断結合強度は、次式す
なわち、Ｔau＝Ｐ／（ＡＬ）を用いて計算した。ここ
で、Ｐは離脱する前の最大引抜き力、Ａは繊維の周囲、
Ｌは結合長さである。
【００３９】プレーンコンクリートと比較した混合直後
のＭＰＰ及びＵＭＰＰ繊維によるＦＲＣのワーカビリテ
ィは標準スランプ試験により決定し、ＦＲＣの流動時間
は、それぞれ、ＡＳＴＭ Ｃ１４３及びＡＳＴＭ Ｃ−
９９５にしたがって、倒立スランプコーン試験により決
定した。プレーンＭＰＰ繊維及びＵＭＰＰ繊維コンクリ
ートの吸水性及び見掛け気孔率は、ＡＳＴＭ Ｃ−９４
８法を用いて測定した。
のＭＰＰ及びＵＭＰＰ繊維によるＦＲＣのワーカビリテ
ィは標準スランプ試験により決定し、ＦＲＣの流動時間
は、それぞれ、ＡＳＴＭ Ｃ１４３及びＡＳＴＭ Ｃ−
９９５にしたがって、倒立スランプコーン試験により決
定した。プレーンＭＰＰ繊維及びＵＭＰＰ繊維コンクリ
ートの吸水性及び見掛け気孔率は、ＡＳＴＭ Ｃ−９４
８法を用いて測定した。
【００４０】ここに示す全ての結果は、３つの供試体試
験から計算された平均値である。
験から計算された平均値である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
【表５】
【００４６】
【表６】
【００４７】プレーンコンクリートと比較して、ＵＭＰ
Ｐ繊維又はＭＰＰ繊維コンクリートのスランプが小さい
ことが理解されよう。一般に、コンクリート中に繊維を
添加すると、コンクリート混合物の剛性が高められる。
これは、高アスペクト比をもつ繊維モノフィラメントが
高い比表面積を有し且つ或る量の混合水を吸収するた
め、特にスランプ試験におけるような静的状態にあると
きにワーカビリティが低下するからである。一方、表面
改質後は、親水性表面をもつＰＰ繊維が多量の水を強く
吸収する。同時に、水はセメント粒子の表面上にも吸着
される。繊維表面上に水が強く吸着されると、繊維とセ
メント粒子との間又は繊維同士の間に潤滑作用が生じ
る。動的状態下では、この潤滑作用が高められ、繊維コ
ンクリートは良好な移動性を呈する。したがって、繊維
強化コンクリートのワーカビリティを測定するとき、倒
立スランプコーン試験による流動時間の動的試験の方
が、静的スランプ試験よりも実用的である。表１から、
プレーンコンクリートと比較して、繊維強化コンクリー
トのスランプの損失度合いは、その流動時間の増大度合
いより大きいことが理解されよう。
Ｐ繊維又はＭＰＰ繊維コンクリートのスランプが小さい
ことが理解されよう。一般に、コンクリート中に繊維を
添加すると、コンクリート混合物の剛性が高められる。
これは、高アスペクト比をもつ繊維モノフィラメントが
高い比表面積を有し且つ或る量の混合水を吸収するた
め、特にスランプ試験におけるような静的状態にあると
きにワーカビリティが低下するからである。一方、表面
改質後は、親水性表面をもつＰＰ繊維が多量の水を強く
吸収する。同時に、水はセメント粒子の表面上にも吸着
される。繊維表面上に水が強く吸着されると、繊維とセ
メント粒子との間又は繊維同士の間に潤滑作用が生じ
る。動的状態下では、この潤滑作用が高められ、繊維コ
ンクリートは良好な移動性を呈する。したがって、繊維
強化コンクリートのワーカビリティを測定するとき、倒
立スランプコーン試験による流動時間の動的試験の方
が、静的スランプ試験よりも実用的である。表１から、
プレーンコンクリートと比較して、繊維強化コンクリー
トのスランプの損失度合いは、その流動時間の増大度合
いより大きいことが理解されよう。
【００４８】表２から明らかなように、コンクリート中
に繊維を混入すると、材料の気孔率及び不連続性が増大
し、この結果、吸水性及び見掛け気孔率が大きくなる。
ＦＲＣの吸水性及び見掛け気孔率は、ＭＰＰ繊維を用い
る場合には低下する。これは、主として、改質ＰＰ繊維
とセメント質マトリックスとの間のより濃密な界面構造
及び緊密な結合によるものであり、このため内部クラッ
ク及び空隙が低減される。
に繊維を混入すると、材料の気孔率及び不連続性が増大
し、この結果、吸水性及び見掛け気孔率が大きくなる。
ＦＲＣの吸水性及び見掛け気孔率は、ＭＰＰ繊維を用い
る場合には低下する。これは、主として、改質ＰＰ繊維
とセメント質マトリックスとの間のより濃密な界面構造
及び緊密な結合によるものであり、このため内部クラッ
ク及び空隙が低減される。
【００４９】一般的には、非改質ＰＰ繊維とコンクリー
トとの間の界面には粗くて弱い層が存在することが認め
られている。
トとの間の界面には粗くて弱い層が存在することが認め
られている。
【００５０】コンクリートに繊維を添加すると、乾燥ク
ラックの発生が大幅に低減される。繊維強化コンクリー
トの乾燥クラックは、プレーンコンクリートの乾燥クラ
ックより少なく、表３から明らかなように、繊維表面の
改質により繊維のクラックコントロール能力を改善でき
る。これは、多分、表面改質によるＰＰ繊維とコンクリ
ートマトリックスとの間のより強力な接合によりＰＰ繊
維のクラック架橋能力が改善されることによるものであ
ろう。図２には、乾燥クラック幅と材令との関係が示さ
れている。
ラックの発生が大幅に低減される。繊維強化コンクリー
トの乾燥クラックは、プレーンコンクリートの乾燥クラ
ックより少なく、表３から明らかなように、繊維表面の
改質により繊維のクラックコントロール能力を改善でき
る。これは、多分、表面改質によるＰＰ繊維とコンクリ
ートマトリックスとの間のより強力な接合によりＰＰ繊
維のクラック架橋能力が改善されることによるものであ
ろう。図２には、乾燥クラック幅と材令との関係が示さ
れている。
【００５１】ＰＰ繊維表面の改質により、ＰＰ繊維とセ
メント質マトリックスとの間の界面結合が改善され、界
面剪断結合強度は０．３４ＭＰａから０．３８ＭＰａに
増大した。図３には、非改質ＰＰ繊維と比較した表面改
質ＰＰ繊維の剪断結合強度−引抜きスリップ（すべり）
曲線が示されている。表４及び表５には、界面結合に及
ぼす混合比の影響が示されており、図４及び図５には、
種々のマトリックス混合比についての剪断結合強度−引
抜きスリップ曲線が示されている。高いセメント／骨材
比（濃密なコンクリートマトリックス）は界面がより濃
密になるので、界面結合に有効であることが理解されよ
う。水／セメント比が小さいとコンクリートの流動性が
小さく、したがって、コンクリートマトリックスの繊維
を包み込む能力が低下する。高い水／セメント比では、
コンクリートマトリックスが多孔質になり、緊密な界面
結合が得られない。かくして、良好な界面結合を得るに
は、０．４０〜０．５０の間の水／セメント比が最適で
あると考えられる。
メント質マトリックスとの間の界面結合が改善され、界
面剪断結合強度は０．３４ＭＰａから０．３８ＭＰａに
増大した。図３には、非改質ＰＰ繊維と比較した表面改
質ＰＰ繊維の剪断結合強度−引抜きスリップ（すべり）
曲線が示されている。表４及び表５には、界面結合に及
ぼす混合比の影響が示されており、図４及び図５には、
種々のマトリックス混合比についての剪断結合強度−引
抜きスリップ曲線が示されている。高いセメント／骨材
比（濃密なコンクリートマトリックス）は界面がより濃
密になるので、界面結合に有効であることが理解されよ
う。水／セメント比が小さいとコンクリートの流動性が
小さく、したがって、コンクリートマトリックスの繊維
を包み込む能力が低下する。高い水／セメント比では、
コンクリートマトリックスが多孔質になり、緊密な界面
結合が得られない。かくして、良好な界面結合を得るに
は、０．４０〜０．５０の間の水／セメント比が最適で
あると考えられる。
【００５２】図６には、衝撃抵抗試験の結果が示されて
いる。繊維体積含有率が高いほど、衝撃抵抗には有効で
ある。表面改質による繊維とマトリックスとの間の強い
界面結合はクラック発生後の領域の荷重支持能力に有効
であり、したがって落下荷重衝撃等の動的荷重を受ける
ＦＲＣの性能が改善される。
いる。繊維体積含有率が高いほど、衝撃抵抗には有効で
ある。表面改質による繊維とマトリックスとの間の強い
界面結合はクラック発生後の領域の荷重支持能力に有効
であり、したがって落下荷重衝撃等の動的荷重を受ける
ＦＲＣの性能が改善される。
【００５３】３つの供試体の平均に基づいて作製した図
７に示すように、ＵＭＰＰ繊維ＦＲＣ及びＭＰＰ繊維Ｆ
ＲＣの曲げ強度は、プレーンコンクリートの曲げ強度と
実質的に同じである。図８及び図９（これらの図面は、
各場合に１つのみの供試体に基づいて作製したものであ
る）に示すように、曲げ強度−撓み曲線はほぼ直線状で
ある。これは、多分、ＦＲＣが荷重を受けたときに繊維
とマトリックスとの間の摩擦プロセスを制限するＭＰＰ
繊維とコンクリートとの間の強い界面結合によるもので
あろう。これは、ＦＲＣに大きな延性をもたせる上で最
も重要なファクタである。
７に示すように、ＵＭＰＰ繊維ＦＲＣ及びＭＰＰ繊維Ｆ
ＲＣの曲げ強度は、プレーンコンクリートの曲げ強度と
実質的に同じである。図８及び図９（これらの図面は、
各場合に１つのみの供試体に基づいて作製したものであ
る）に示すように、曲げ強度−撓み曲線はほぼ直線状で
ある。これは、多分、ＦＲＣが荷重を受けたときに繊維
とマトリックスとの間の摩擦プロセスを制限するＭＰＰ
繊維とコンクリートとの間の強い界面結合によるもので
あろう。これは、ＦＲＣに大きな延性をもたせる上で最
も重要なファクタである。
【００５４】ＵＭＰＰ繊維及びＭＰＰ繊維の界面の微細
構造は、走査電子顕微鏡（scanningelectronic microsc
ope、“SEM”）を用いて調査された。コンクリートマト
リックスから引き抜かれた後のＵＭＰＰ繊維及びＭＰＰ
繊維の表面を観察した。ＭＰＰ繊維の表面には多量のセ
メント水和生成物が付着して強い界面接合を呈する一
方、ＵＭＰＰ繊維には水和セメントペーストが殆ど付着
しない滑らかな表面を呈している。ＵＭＰＰ及びＭＰＰ
繊維ＦＲＣの界面も検査された。ＭＰＰ繊維とマトリッ
クスとの間には緊密且つ濃密な界面結合が確立される一
方、ＵＭＰＰ繊維とマトリックスとの間の界面は粗いこ
とが容易に理解されよう。
構造は、走査電子顕微鏡（scanningelectronic microsc
ope、“SEM”）を用いて調査された。コンクリートマト
リックスから引き抜かれた後のＵＭＰＰ繊維及びＭＰＰ
繊維の表面を観察した。ＭＰＰ繊維の表面には多量のセ
メント水和生成物が付着して強い界面接合を呈する一
方、ＵＭＰＰ繊維には水和セメントペーストが殆ど付着
しない滑らかな表面を呈している。ＵＭＰＰ及びＭＰＰ
繊維ＦＲＣの界面も検査された。ＭＰＰ繊維とマトリッ
クスとの間には緊密且つ濃密な界面結合が確立される一
方、ＵＭＰＰ繊維とマトリックスとの間の界面は粗いこ
とが容易に理解されよう。
【００５５】したがって、概略的に、この試験は次の点
を明らかにした。
を明らかにした。
【００５６】−ＰＰ繊維とセメントマトリックスとの間
の結合は、繊維表面の化学的改質により改善された。Ｍ
ＰＰ繊維強化コンクリートの吸水性及び見掛け気孔率は
ＵＭＰＰ繊維強化コンクリートの吸水性及び見掛け気孔
率より小さく、ＵＭＰＰ繊維と比較してＭＰＰ繊維のク
ラック架橋能力がより高いことを示した。
の結合は、繊維表面の化学的改質により改善された。Ｍ
ＰＰ繊維強化コンクリートの吸水性及び見掛け気孔率は
ＵＭＰＰ繊維強化コンクリートの吸水性及び見掛け気孔
率より小さく、ＵＭＰＰ繊維と比較してＭＰＰ繊維のク
ラック架橋能力がより高いことを示した。
【００５７】−ＰＰ繊維とセメント質マトリックスとの
間の界面結合は、０．３４ＭＰａから０．３８ＭＰａ
に、１２％改善された。ＵＭＰＰ繊維とＭＰＰ繊維とは
同じ見掛け形状及び円滑表面を有するので、結合力の増
大は化学的結合によるものであるといえる。セメント含
有量が大きい（濃密コンクリート）マトリックスは界面
結合に有効であり、良好な結合が得られる最適水／セメ
ント比は０．４０〜０．５０の範囲である。
間の界面結合は、０．３４ＭＰａから０．３８ＭＰａ
に、１２％改善された。ＵＭＰＰ繊維とＭＰＰ繊維とは
同じ見掛け形状及び円滑表面を有するので、結合力の増
大は化学的結合によるものであるといえる。セメント含
有量が大きい（濃密コンクリート）マトリックスは界面
結合に有効であり、良好な結合が得られる最適水／セメ
ント比は０．４０〜０．５０の範囲である。
【００５８】−ＭＰＰ繊維は、乾燥収縮クラックをコン
トロール（抑制）すべくコンクリート中に入れられる
と、ＵＭＰＰ繊維よりも高いクラックコントロール能力
を有する。
トロール（抑制）すべくコンクリート中に入れられる
と、ＵＭＰＰ繊維よりも高いクラックコントロール能力
を有する。
【００５９】−ＰＰ繊維コンクリートの圧縮性能及び衝
撃抵抗は、表面改質ＰＰ繊維を用いることにより改善さ
れる。
撃抵抗は、表面改質ＰＰ繊維を用いることにより改善さ
れる。
【００６０】−ＳＥＭ観察によれば、繊維表面の改質に
よりＰＰ繊維とセメントマトリックスとの間の緊密且つ
濃密な界面結合が確立されることが証明された。
よりＰＰ繊維とセメントマトリックスとの間の緊密且つ
濃密な界面結合が確立されることが証明された。
【００６１】第３試験 例１ 加水分解による（及び加水分解によらない）フッ素化 １２０mmの長さ及び０．５×１．３mmの断面をもつポリ
プロピレン繊維を、５０℃の２リットルのステンレス鋼
反応容器内に入れた。次に、容器を真空引きし且つ１
０：９０のＦ2：Ｏ2体積比をもつフッ素／酸素のフッ素
化雰囲気を充填し、表７に特定する圧力及び暴露時間で
フッ素化した。
プロピレン繊維を、５０℃の２リットルのステンレス鋼
反応容器内に入れた。次に、容器を真空引きし且つ１
０：９０のＦ2：Ｏ2体積比をもつフッ素／酸素のフッ素
化雰囲気を充填し、表７に特定する圧力及び暴露時間で
フッ素化した。
【００６２】
【表７】
【００６３】各条件下で３つの繊維をフッ素化した。フ
ッ素化完了後、各条件の繊維を下記のように別々に処理
した。
ッ素化完了後、各条件の繊維を下記のように別々に処理
した。
【００６４】−１つの繊維は、更に処理することなく保
持した。
持した。
【００６５】−１つの繊維は、ＮａＯＨの１モル／リッ
トル溶液中に３０分間浸漬した。
トル溶液中に３０分間浸漬した。
【００６６】−１つの繊維は、５％ ｖ／ｖのＨＣｌ溶
液中に３０分間浸漬した。
液中に３０分間浸漬した。
【００６７】特定時間経過後、溶液から繊維を取り出
し、水ですすぎ、且つ乾燥した。その後、第２試験と同
様にしてダンベル形のセメント質供試体を製造し、且
つ、約２１℃の温度で１４日間水中養生した後試験した
点を除き第２試験と同様にして、供試体に繊維引抜き試
験を行った。得られた結果が表８に示されており、した
がって表８は、接合による剪断結合強度と表面フッ素化
方法との関係を示している。
し、水ですすぎ、且つ乾燥した。その後、第２試験と同
様にしてダンベル形のセメント質供試体を製造し、且
つ、約２１℃の温度で１４日間水中養生した後試験した
点を除き第２試験と同様にして、供試体に繊維引抜き試
験を行った。得られた結果が表８に示されており、した
がって表８は、接合による剪断結合強度と表面フッ素化
方法との関係を示している。
【００６８】
【表８】
【図１】 第２試験における繊維引抜き試験に使用され
る供試体を示す斜視図、
る供試体を示す斜視図、
【図２】 第２試験における乾燥クラック幅と材令との
関係を示すグラフ、
関係を示すグラフ、
【図３】 第２試験における非改質ポリプロピレン繊維
と比較した表面改質ポリプロピレンの剪断結合強度と引
抜きスリップとの関係を示すグラフ、
と比較した表面改質ポリプロピレンの剪断結合強度と引
抜きスリップとの関係を示すグラフ、
【図４】 ０．４２の水／セメント重量比をもつ種々の
セメント／骨材比についての表面改質ポリプロピレン繊
維の剪断結合強度と引抜きスリップとの関係を示すグラ
フ、
セメント／骨材比についての表面改質ポリプロピレン繊
維の剪断結合強度と引抜きスリップとの関係を示すグラ
フ、
【図５】 １：３のセメント／骨材比をもつ種々の水／
セメント比についての表面改質ポリプロピレン繊維の剪
断結合強度と引抜きスリップとの関係を示すグラフ、
セメント比についての表面改質ポリプロピレン繊維の剪
断結合強度と引抜きスリップとの関係を示すグラフ、
【図６】 プレーンコンクリート及び非改質ポリプロピ
レン繊維強化コンクリートと比較した表面改質ポリプロ
ピレン繊維強化コンクリートの衝撃抵抗試験における打
撃回数とコンクリートの種類との関係を示すグラフ、
レン繊維強化コンクリートと比較した表面改質ポリプロ
ピレン繊維強化コンクリートの衝撃抵抗試験における打
撃回数とコンクリートの種類との関係を示すグラフ、
【図７】 非改質繊維強化コンクリート及びプレーンコ
ンクリートすなわち非強化コンクリートと比較した表面
改質ポリプロピレン繊維強化コンクリートの曲げ強度と
コンクリートの種類との関係を示すグラフ、
ンクリートすなわち非強化コンクリートと比較した表面
改質ポリプロピレン繊維強化コンクリートの曲げ強度と
コンクリートの種類との関係を示すグラフ、
【図８】 ０．３％の繊維体積含有率をもつ改質及び非
改質ポリプロピレン繊維強化コンクリートの曲げ強度と
撓みとの関係を示すグラフ、
改質ポリプロピレン繊維強化コンクリートの曲げ強度と
撓みとの関係を示すグラフ、
【図９】 ２．０％の繊維体積含有率をもつ改質及び非
改質ポリプロピレン繊維強化コンクリートの曲げ強度と
撓みとの関係を示すグラフ。
改質ポリプロピレン繊維強化コンクリートの曲げ強度と
撓みとの関係を示すグラフ。
１０ ダンベル形供試体 １２ 繊維 １４ プラスチックシート １６ 葉形部 １８ 葉形部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 14:02 Ｚ 14:06） Ｚ 111:20
Claims (15)
- 【請求項１】 セメント質基体すなわちマトリックスを
有し、該マトリックスがこれに接合される補強材料によ
り補強すなわち強化された複合材料、構造又は人造物の
製造方法において、凝結可能状態にあるセメント質基体
部材に補強部材を接触させ、該基体部材を補強部材に接
合させるべく、補強部材と接触した状態で基体部材を凝
結させ又は凝結できるようにし、補強部材への基体部材
の接合を高めるための工程を有し、該工程が、基体部材
と補強部材とを接触させる前に、補強部材の表面をフッ
素化させることからなることを特徴とする製造方法。 - 【請求項２】 補強部材の表面フッ素化が、１〜５００
kPaの圧力、及び０℃より高く且つ補強部材の材料の融
点より低い温度で、補強部材をフッ素含有ガスに暴露す
ることにより行われることを特徴とする請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】 フッ素含有ガスが、５〜２０体積％のフ
ッ素化ガス及び５〜９５体積％の酸素からなることを特
徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 表面フッ素化は、２０℃で少なくとも４
０mN／ｍの表面張力が補強部材に付与される程度に行う
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
方法。 - 【請求項５】 補強部材の表面フッ素化を行った後で且
つ補強部材と基体部材とを互いに接触させる前に、補強
部材を水又は稀酸溶液中に入れ、補強部材の表面上の基
を加水分解又は酸水解することを特徴とする請求項１〜
４のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 セメント質基体すなわちマトリックスを
有し、該マトリックスがこれに接合される補強材料によ
り補強すなわち強化された複合材料、構造及び／又は人
造物において、基体すなわちマトリックスが凝結可能な
セメント質基体部材からなり、該基体部材が、前記補強
材料からなる補強部材と接触した状態で凝結し且つ該補
強部材に接合しており、補強部材がフッ素化された表面
を有し、該表面に基体部材が接合していることを特徴と
する複合材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項７】 セメント質マトリックスが比較的小さい
引張り強度及び／又は破壊靱性を有し、一方、補強部材
が比較的大きい引張り強度を有することを特徴とする請
求項６に記載の複合材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項８】 補強部材の材料が大気温度で固体であり
且つ下記のもの、すなわち、 （ｉ）ポリエチレン又は、ポリプロピレンを含む脂肪族
ポリオレフィン、 （ii）ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレ
フタレートグリコール、ポリカーボネート、ポリ塩化ビ
ニルを含むポリマー、 （iii）１，３−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジ
メチル−１，３−ブタジエン、ピペリレン、３−ブチル
−１，３−オクトジエン、フェニル−１，３−ブタジエ
ンからなるグループから選択されたモノマーを含むブロ
ック共重合体又は共重合体及び重合共役ジエン、 （iv）スチレン、１−ビニル−ナフタレン、２−ビニル
−ナフタレン、３−メチルスチレン、４−ｎ−プロピル
スチレン、４−シクロヘキシルスチレン、４−ドデシル
スチレン、２−エチル−４−ベンジルスチレン、４−ｐ
−トリルスチレン、４−（４−フェニル−ｎ−ブチル）
スチレンからなるグループから選択された置換芳香族化
合物及び重合ビニル （ｖ）芳香族ポリアミド「ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ，商
標名）」、 （vi）カーボン、 （vii）ガラス、 から選択されることを特徴とする請求項７に記載の複合
材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項９】 補強部材が繊維の形態をなしており、該
繊維は長さ１０〜６００mm及び幅５〜１０００μｍを有
し、基体すなわちマトリックス中の繊維の比率が２〜８
５体積％であることを特徴とする請求項６〜８のいずれ
か１項に記載の複合材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項１０】 補強部材が、ガラス、カーボン又はプ
ラスチックのバー、ロッド、グリル、シーブ、マット、
メッシュ、ウェブ状補強要素又はフェルト状繊維シート
の形態をなしていることを特徴とする請求項６〜８のい
ずれか１項に記載の複合材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項１１】 補強部材が、表面層として基体部材に
固定されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれ
か１項に記載の複合材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項１２】 セメント質基体部材が管状であり、補
強部材が、セメント質基体部材の内部及び／又は外部ラ
イニングを形成し且つ基体部材に接合的に固定されてお
り、セメント質部材に接合的に固定された補強部材の表
面がフッ素化されていることを特徴とする請求項１１に
記載の複合材料、構造及び／又は人造物。 - 【請求項１３】 フッ素化された補強部材が、２０℃で
少なくとも４０mN／ｍの表面張力を有することを特徴と
する請求項６〜１２のいずれか１項に記載の複合材料、
構造及び／又は人造物。項に記載の方法。 - 【請求項１４】 本願明細書に説明し且つ例示したもの
と実質的に同じであることを特徴とする補強部材への基
体の接合を高める新規な方法。 - 【請求項１５】 本願明細書に説明し且つ例示したもの
と実質的に同じであることを特徴とする新規な複合材
料、構造及び／又は人造物。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA94/1497 | 1994-03-03 | ||
| ZA941497 | 1994-03-03 | ||
| US08/398,098 US5744257A (en) | 1994-03-03 | 1995-03-03 | Production of composites |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0834649A true JPH0834649A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=27016121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7083195A Pending JPH0834649A (ja) | 1994-03-03 | 1995-03-03 | 複合材料及びその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5744257A (ja) |
| EP (1) | EP0670291A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0834649A (ja) |
| CN (1) | CN1119143A (ja) |
| ZA (1) | ZA951800B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006096565A (ja) * | 2004-03-31 | 2006-04-13 | Hagihara Industries Inc | セメント補強繊維 |
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|---|---|---|---|---|
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| EP1020220A1 (en) * | 1999-01-11 | 2000-07-19 | Mira Diagnostica GmbH | New hydrophobic polymer comprising fluorine moieties |
| US6462142B1 (en) * | 1999-11-03 | 2002-10-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Processes for improved surface properties incorporating compressive heating of reactive gases |
| US7541089B1 (en) | 2001-05-21 | 2009-06-02 | Cortec Corporation | Composition and method for preserving posttensioning cables in metal reinforced concrete structures |
| CA2502163A1 (en) * | 2002-10-30 | 2004-05-13 | Hagihara Industries Inc. | Polypropylene fiber for cement reinforcement, molded cement made with the fiber, method of constructing concrete structure, and method of spray concreting |
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| US20050222303A1 (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-06 | Cernohous Jeffrey J | Compositions and methods for producing highly filled materials |
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| CN111551407A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-18 | 清华大学 | 胶结双球形颗粒材料及其制备方法 |
| CN112047684B (zh) * | 2020-08-25 | 2022-05-10 | 佛山市广陆混凝土制品有限公司 | 一种耐腐蚀防渗混凝土材料及其制备方法 |
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| US3865615A (en) * | 1973-05-07 | 1975-02-11 | Air Prod & Chem | Non-thrombogenic plastics |
| US4020223A (en) * | 1974-01-17 | 1977-04-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Fluorination of polyolefin and polyacrylonitrile fibers |
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-
1995
- 1995-03-03 JP JP7083195A patent/JPH0834649A/ja active Pending
- 1995-03-03 CN CN95102029A patent/CN1119143A/zh active Pending
- 1995-03-03 ZA ZA951800A patent/ZA951800B/xx unknown
- 1995-03-03 EP EP19950301392 patent/EP0670291A3/en not_active Withdrawn
- 1995-03-03 US US08/398,098 patent/US5744257A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| ZA951800B (en) | 1995-12-21 |
| EP0670291A2 (en) | 1995-09-06 |
| CN1119143A (zh) | 1996-03-27 |
| EP0670291A3 (en) | 1996-04-17 |
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