JPH11228253A - 高強度セメント硬化体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セメント硬化体と補強繊維との密着性を向上
させて、繊維長の短い補強繊維を良好に分散させて、表
面性、機械的強度、耐衝撃性が共に優れたセメント硬化
体を提供する。 【解決手段】 セメントと無機充填材とからなる組成物
１００重量部に対し、繊維長１〜５ｍｍの補強繊維を
０．５〜２０重量部添加して得られるセメント硬化体を
炭酸化処理して得られることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維補強したセメ
ント硬化体を炭酸化処理した高強度セメント硬化体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セメント硬化体の機械的強
度、特に耐衝撃性を向上させることを目的に、該硬化体
の原料であるセメント硬化性組成物にガラス繊維、カー
ボン繊維、有機繊維等が添加され、その補強効果はセメ
ント硬化体が破壊されるまでその役割を維持しており、
補強繊維がセメントマトリックスから脱離して引き抜か
れたり、それ自体が破断されて、その使命が終わる。

【０００３】そのため、補強繊維は一定以上の長さが必
要であり、その繊維の長さを増加させると、必然的にセ
メント硬化性組成物に於ける補強繊維の組成割合が大き
くなってくる。補強繊維が増加すると、セメント硬化性
組成物の流動性が低下して、その硬化作業性が低下する
ばかりか、セメント硬化体の表面性が劣悪になる。補強
繊維が有機繊維である場合は、その添加量が多いと、セ
メント硬化体の不燃性、耐熱性が低下し、補強繊維がガ
ラス繊維である場合は、得られる硬化体は不燃性で強度
も大きいので経済的であるが、セメント硬化体のアルカ
リ成分によって腐食され、その強度が低下する欠陥があ
った。

【０００４】セメント硬化体の機械的強度を向上させる
方法は、従来より、各種の提案がなされ、例えば、特開
平６−２６３５６２号公報には、セメント硬化体の前養
生を行って、セメント鉱物の水和反応に伴う水酸化カル
シウムの生成が始まってから脱形して、セメント中のエ
ーライトの水和反応が活発化する加速期以降で、硬化体
中に水酸化カルシウムの結晶が多量に生成する減速期を
経て硬化体が緻密になる定常期に相当するまでの期間に
つき、硬化体を炭酸ガス雰囲気で養生して、多量の水酸
化カルシウムの結晶を生成させずに、これを炭酸カルシ
ウムに変化させることによりセメント硬化体の機械的強
度を向上させる方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、上記の炭酸化によって、セ
メント硬化体の機械的強度を向上させる方法は、セメン
ト硬化体の組織の中に多数存在する空間、空隙に於い
て、炭酸ガスの拡散が良好に行われる利点を生かして、
上記の空間、空隙に於いて水酸化カルシウムの炭酸カル
シウムへの変化が行われて、セメント硬化体が緻密化さ
れるので、曲げ強度は増加するが、大幅な耐衝撃性の向
上は期待できない欠陥があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題点を解決するためになされたもので、セメント硬
化体と補強繊維との密着性を向上させて、繊維長の短い
補強繊維を良好に分散させて、表面性、機械的強度、耐
衝撃性が共に優れたセメント硬化体を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の高強度セメント
硬化体は、セメントと無機充填材とからなる組成物１０
０重量部に対し、繊維長１〜５ｍｍの補強繊維を０．５
〜２０重量部添加して得られるセメント硬化体を炭酸化
処理して得られることを特徴とする。

【０００８】セメントとしては、特に限定されず、例え
ば、普通ポルトランドセメント、特殊ポルトランドセメ
ント、アルミナセメント、ローマンセメントなどの単味
セメント；耐酸セメント、耐火セメント、水ガラスセメ
ントなどの特殊セメント；石膏、石灰、マグネシアセメ
ント等の気硬セメント等が挙げられ、これらの中で、機
械的強度、耐水性の点で、ポルトランドセメント、アル
ミナセメントが好適に使用される。

【０００９】無機充填材としては、水に溶解せず、セメ
ントとの硬化反応、その他の材料の機能を著しく阻害し
ない限り特に限定されるものではなく、骨材、細骨材、
その他一般的に使用される無機粉体を意味し、例えば、
珪砂、珪石粉、川砂等のセメントモルタル用骨材；高炉
スラグ、フライアッシュ、シリカヒューム、ベントナイ
ト等の混合セメント用混合材；セピオライト、ワラスト
ナイト、マイカ、タルク、炭酸カルシウムなどが挙げら
れ、これらの少なくとも１種が使用できる。

【００１０】補強繊維としては、特に限定されず、有機
繊維、無機繊維を問わない。具体的に例示すれば、ビニ
ロン、ポリプロピレン、アクリル、レーヨン、ポリアミ
ド、ポリエチレングリコールテレフタレート、アラミド
等の合成繊維；カーボン繊維、ガラス繊維、チタン酸カ
リウム繊維、チラノ繊維、ステンレススチール繊維など
の無機繊維が挙げられ、これらの少なくとも１種が使用
できる。

【００１１】本発明に使用される上記補強繊維は、繊維
長が１〜５ｍｍであることが必要である。繊維長が１ｍ
ｍ未満の場合は、補強硬化が少な過ぎ、５ｍｍを超える
場合は、セメント硬化体マトリックスと補強繊維との密
着性が飽和状態に達し、繊維長の増加による補強効果よ
りも、セメント硬化性組成物への分散性が悪くなり、得
られるセメント硬化体の表面性も悪くなる。

【００１２】補強繊維の直径は、１〜５００μｍが好ま
しく、細すぎると、セメント硬化性組成物への混合時
に、再凝集してファイバーボールを形成して分散性を悪
くし、機械的強度が向上しない。又、直径が５００μｍ
を超えると、補強繊維の添加量に対する表面積が減少す
るため、補強の効果が少なくなる。

【００１３】補強繊維の添加量は、セメントと無機充填
材とからなる組成物１００重量部に対し、０．５〜２０
重量部添加されることが必要である。添加量が０．５重
量部未満の場合は、セメント硬化体の機械的強度、耐衝
撃性が充分に発現できず、２０重量部を超えると、セメ
ント硬化性組成物への分散性が悪くなり、得られるセメ
ント硬化体の表面性、機械的強度が悪くなる。

【００１４】上述の説明に於いて、セメント硬化性組成
物とは、セメントと無機充填材とからなる組成物に水を
加えた組成物であって、自己硬化反応が起こる組成物を
意味し、セメント、無機充填材、水の他に、凝結遅延
剤、減水剤、流動化剤等の各種セメント混和剤が配合さ
れても何ら構わない。

【００１５】これらを混合する方法としては、これらが
均一に分散されれば、特に限定されるものではないが、
例えば、オムニミキサー、アイリッヒミキサー等のミキ
サーを好適に使用することができる。

【００１６】セメント硬化性組成物の成形については、
特に限定されるものではなく、セメント硬化性組成物が
均一に混合されて、これが所定の形状に成形され、養生
されることによって、セメント硬化体が作製される。成
形方法としては、特に限定されず、例えば、注型、プレ
ス、押出成形などが挙げられ、養生方法も、特に限定さ
れず、例えば、常温放置、加熱又は加熱・加湿雰囲気で
熟成する方法などが挙げられる。

【００１７】かくして得られたセメント硬化体は、炭酸
化処理されて高強度セメント硬化体にされる。炭酸化処
理とは、セメント硬化体の中のアルカリ成分、特に水酸
化カルシウム成分が炭酸化されるような処理を意味し、
炭酸化処理の方法は、特に限定されるものではなく、気
体、液体、超臨界状態等の二酸化炭素をセメント硬化体
に浸透拡散させて、アルカリ成分を炭酸化させる方法や
セメント硬化性組成物の中に二酸化炭素や炭酸イオンを
発生させる成分を予め添加しておく方法が挙げられる。
これらの中で、気体の二酸化炭素、超臨界状態の二酸化
炭素は拡散性が高く、セメント硬化体を高度に緻密化で
きる点で好ましい。

【００１８】

【作用】本発明は、セメント硬化性組成物の中に、短い
繊維長の補強繊維を均一分散させてセメント硬化体とな
し、これを炭酸化してセメント硬化体を緻密化して、補
強繊維とセメント硬化体との密着性を向上させることに
よって、高強度のセメント硬化体とするものである。即
ち、セメント硬化体を繊維で補強するには、繊維長の長
い補強繊維の方が効果が大きいが、セメント硬化性組成
物への分散性が悪く、その添加量も多くできない上に、
セメント硬化体の表面性も悪くなる。

【００１９】本発明は、相対的に分散性のよい繊維長の
短い補強繊維をセメント硬化体に分散させて、その表面
性が維持できる分だけその添加量を増加させ、且つ、セ
メント硬化体の中の補強繊維の界面が炭酸化によって、
緻密に主に炭酸カルシウムで充填させて、補強繊維が短
くなってもセメント硬化体マトリックスから引き抜け難
くなるため、セメント硬化体が高強度になると推定され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に実施例を掲げて本発明を更
に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定
されるものではない。

【００２１】実施例１〜４、比較例１、２ （１）セメント硬化体の作製 普通ポルトランドセメント（秩父小野田セメント社製）
と珪砂が重量で２：１である組成物１００重量部に対
し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（２０℃に於
ける２重量％水溶液の粘度が３００００ｃｐｓのもの）
１重量部、表１に示す各種繊維の所定重量部、及び、水
２５重量部を混合した後に、ニーダーに投入、混練し
て、セメント硬化性組成物を得た。しかる後に、上記セ
メント硬化性組成物をプレスで１００ｋｇ／ｃｍ² の圧
力で加圧し、６０℃、９０％ＲＨで１２時間水蒸気養生
を行い、厚さ５ｍｍのセメント硬化体を得た。

【００２２】（２）セメント硬化体の炭酸化処理 上記（１）で得られたセメント硬化体をオートクレーブ
に入れ、二酸化炭素雰囲気下で温度７０℃、圧力８０ｋ
ｇ／ｃｍ² で、１時間放置して、炭酸化処理を行って、
高強度セメント硬化体を得た。

【００２３】（３）評価方法 上記（２）で得られた高強度セメント硬化体を下記に示
す評価方法に基づいて各種物性を測定し、表１に纏め
た。

【００２４】（ａ）曲げ強度 高強度セメント硬化体を切断して、試料を作製して、Ｊ
ＩＳ Ａ １４０８に準拠して、曲げ強度を測定した。

【００２５】（ｂ）落球試験 高強度セメント硬化体を２００ｍｍ角に切断して、ＪＩ
Ｓ Ａ ５４２３に準拠して、所定の高さより金属球を
落下させ、クラックの発生の有無を調べた。クラックの
発生は、落球試験後に、試料の表面に水をかけ、裏面に
水が透水するか否かで判断し、クラックの発生が観測さ
れなかった最も高い落球高さを測定した。

【００２６】（ｃ）表面性 目視により、表面の平滑性を確認し、表面が平滑である
場合に○印、平滑でない場合に×印で表記した。

【００２７】比較例３ 上記の実施例に於いて、炭酸化処理を施さなかったこと
以外は、実施例４と同様にして、セメント硬化体を得
た。得られたセメント硬化体は、上記（ａ）〜（ｃ）の
評価を行い、結果を表１に纏めた。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明の高強度セメント硬化体は、炭酸
化処理をすることにより補強繊維とセメント硬化体との
密着性が向上するので、補強効果を発現する有効繊維長
を短くすることができる。その結果、同等の機械的強度
を得るために必要な補強繊維の添加量が少なくて済むの
で、その分散性が良好となり、セメント硬化体の表面性
も向上する。特に有機繊維を利用する場合は、少ない添
加量で所望の機械的強度が発現できるので、難燃性や不
燃性のセメント硬化体の設計が容易となる。又、表面性
を損なわない最大添加量に於いては、短い繊維長にでき
る分量だけ、補強繊維の本数が増加するので、機械的強
度、耐衝撃性が一段と向上する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セメントと無機充填材とからなる組成物
   １００重量部に対し、繊維長１〜５ｍｍの補強繊維を
   ０．５〜２０重量部添加して得られるセメント硬化体を
   炭酸化処理して得られることを特徴とする高強度セメン
   ト硬化体。