JPH1160309A - 炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法 - Google Patents
炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH1160309A JPH1160309A JP9211786A JP21178697A JPH1160309A JP H1160309 A JPH1160309 A JP H1160309A JP 9211786 A JP9211786 A JP 9211786A JP 21178697 A JP21178697 A JP 21178697A JP H1160309 A JPH1160309 A JP H1160309A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- humic acid
- carbon fiber
- cement
- carbon fibers
- treated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
- C04B14/386—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
- C04B2103/0004—Compounds chosen for the nature of their cations
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素繊維のセメント組成物への分散性とマト
リックスとの付着性を改善し、曲げ性状に優れたセメン
ト組成物を提供する。 【解決手段】 セメント組成物の補強材として使用する
炭素繊維をフミン酸類で処理することによって、炭素繊
維のセメント組成物中への分散性を改善し、更に、セメ
ントマトリックスとの付着性を向上させることを特徴と
するものである。フミン酸処理した炭素繊維を使用する
ことによって、曲げ性状に優れた炭素繊維補強セメント
組成物が製造できる。
リックスとの付着性を改善し、曲げ性状に優れたセメン
ト組成物を提供する。 【解決手段】 セメント組成物の補強材として使用する
炭素繊維をフミン酸類で処理することによって、炭素繊
維のセメント組成物中への分散性を改善し、更に、セメ
ントマトリックスとの付着性を向上させることを特徴と
するものである。フミン酸処理した炭素繊維を使用する
ことによって、曲げ性状に優れた炭素繊維補強セメント
組成物が製造できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築材料として使
用する炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法に
関する。
用する炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】建築用板材として、従来、石綿スレート
板が広範囲に使用されてきたが、石綿の有害性が叫ばれ
るようになり、最近では、石綿の代替品としての各種繊
維の建材への利用が増加している。特に、セメント系建
材の補強には、鋼繊維、ガラス繊維、ポリマー繊維、炭
素繊維等が用いられている。
板が広範囲に使用されてきたが、石綿の有害性が叫ばれ
るようになり、最近では、石綿の代替品としての各種繊
維の建材への利用が増加している。特に、セメント系建
材の補強には、鋼繊維、ガラス繊維、ポリマー繊維、炭
素繊維等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素繊
維は、セメントマトリックスと付着しにくく、短繊維と
して用いる場合には、セメント組成物との練混ぜに際し
て分散性に劣るので、繊維の補強効果が得にくいのが現
状である。そのため、曲げ性状に優れた炭素繊維補強セ
メント組成物を得るには、その付着性を改善する必要が
ある。本発明は、以上のような問題点を解決し、炭素繊
維を有効に利用した優れた性能をもつ炭素繊維補強セメ
ント組成物を提供することを目的とする。
維は、セメントマトリックスと付着しにくく、短繊維と
して用いる場合には、セメント組成物との練混ぜに際し
て分散性に劣るので、繊維の補強効果が得にくいのが現
状である。そのため、曲げ性状に優れた炭素繊維補強セ
メント組成物を得るには、その付着性を改善する必要が
ある。本発明は、以上のような問題点を解決し、炭素繊
維を有効に利用した優れた性能をもつ炭素繊維補強セメ
ント組成物を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、セメント組成
物の補強材として使用する炭素繊維をフミン酸類で処理
することによって、短繊維として用いる場合には、炭素
繊維のセメント組成物中への分散性を改善し、更に、短
繊維及び長繊維のいずれを用いる場合でも、炭素繊維と
セメントマトリックスとの付着性を向上させることを特
徴とするものである。フミン酸処理した炭素繊維を使用
することによって、曲げ性状に優れた炭素繊維補強セメ
ント組成物が製造できる。以下にその詳細を説明する。
物の補強材として使用する炭素繊維をフミン酸類で処理
することによって、短繊維として用いる場合には、炭素
繊維のセメント組成物中への分散性を改善し、更に、短
繊維及び長繊維のいずれを用いる場合でも、炭素繊維と
セメントマトリックスとの付着性を向上させることを特
徴とするものである。フミン酸処理した炭素繊維を使用
することによって、曲げ性状に優れた炭素繊維補強セメ
ント組成物が製造できる。以下にその詳細を説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明で使用するフミン酸類は、
フミン酸、フミン酸塩及びフミン酸の誘導体の塩類であ
る。フミン酸としては、草炭、亜炭若しくは褐炭等の若
年炭類又はこれらを酸化剤により酸化分解して得られる
生成物、さらに風化した石炭類からアルカリ水溶液を用
いて抽出し、この溶液に酸性水溶液を添加することによ
り沈降して得られるフミン酸が用いられる。酸化分解の
ための酸化剤としては、空気、酸素、オゾン、過酸化水
素水、亜硝酸、硝酸、過マンガン酸塩類、クロム酸塩
類、重クロム酸塩類等が挙げられる。酸性水溶液として
は、塩酸、硝酸、硫酸等の鉱酸類、又はギ酸、酢酸、シ
ュウ酸等の水溶性有機酸類の水溶液がある。また、土壌
中からアルカリ水溶液で抽出し、酸性水溶液を添加する
ことにより沈降して得られるフミン酸もこのフミン酸に
含まれる。ここで得られたフミン酸は、未だに化学的構
造は明らかにされていないが、一般的に、酸性水溶液に
不溶、アルカリ水溶液に可溶な不定形高分子有機酸と定
義されている。
フミン酸、フミン酸塩及びフミン酸の誘導体の塩類であ
る。フミン酸としては、草炭、亜炭若しくは褐炭等の若
年炭類又はこれらを酸化剤により酸化分解して得られる
生成物、さらに風化した石炭類からアルカリ水溶液を用
いて抽出し、この溶液に酸性水溶液を添加することによ
り沈降して得られるフミン酸が用いられる。酸化分解の
ための酸化剤としては、空気、酸素、オゾン、過酸化水
素水、亜硝酸、硝酸、過マンガン酸塩類、クロム酸塩
類、重クロム酸塩類等が挙げられる。酸性水溶液として
は、塩酸、硝酸、硫酸等の鉱酸類、又はギ酸、酢酸、シ
ュウ酸等の水溶性有機酸類の水溶液がある。また、土壌
中からアルカリ水溶液で抽出し、酸性水溶液を添加する
ことにより沈降して得られるフミン酸もこのフミン酸に
含まれる。ここで得られたフミン酸は、未だに化学的構
造は明らかにされていないが、一般的に、酸性水溶液に
不溶、アルカリ水溶液に可溶な不定形高分子有機酸と定
義されている。
【０００６】フミン酸塩としては、フミン酸とアルカリ
金属との塩類、あるいは、フミン酸のアンモニウム塩類
を使用でき、さらにフミン酸と２価以上の陽イオンと結
合した塩類も使用できる。フミン酸との塩類を形成する
アルカリ金属は、カリウム、ナトリウム、リチウム、ル
ビジウム、セシウム、フランシウムであるが、好ましく
は、カリウム、ナトリウムである。フミン酸と結合する
２価以上の陽イオンとしては、アルカリ土類金属のベリ
リウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、
バリウム等の各イオン、その他の金属イオンとして亜
鉛、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、クロム、
アルミニウム等の各イオンが挙げられ、好ましくは、マ
グネシウム、カルシウム、鉄、銅、アルミニウム等の各
イオンである。
金属との塩類、あるいは、フミン酸のアンモニウム塩類
を使用でき、さらにフミン酸と２価以上の陽イオンと結
合した塩類も使用できる。フミン酸との塩類を形成する
アルカリ金属は、カリウム、ナトリウム、リチウム、ル
ビジウム、セシウム、フランシウムであるが、好ましく
は、カリウム、ナトリウムである。フミン酸と結合する
２価以上の陽イオンとしては、アルカリ土類金属のベリ
リウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、
バリウム等の各イオン、その他の金属イオンとして亜
鉛、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、クロム、
アルミニウム等の各イオンが挙げられ、好ましくは、マ
グネシウム、カルシウム、鉄、銅、アルミニウム等の各
イオンである。
【０００７】フミン酸の誘導体塩類としては、フミン酸
とアルデヒド類、アミン類又はフェノール類等とを縮重
合させたフミン酸の誘導体のアルカリ金属塩類又はアン
モニウム塩類を用いることができる。フミン酸の誘導体
を形成するアルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、
アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、イソブチル
アルデヒド等が挙げられ、好ましくは、ホルムアルデヒ
ド、アセトアルデヒドである。フミン酸の誘導体を形成
するアミン類としては、アンモニア、メチルアミン、エ
チルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｉｓｏ−ブチルアミン
等が挙げられ、好ましくは、メチルアミン、エチルアミ
ンである。フミン酸の誘導体を形成するフェノール類と
しては、フェノール、メチルフェノール、メトキシフェ
ノール、ハロゲン化フェノール、ニトロフェノール等が
挙げられ、好ましくは、フェノール、メチルフェノー
ル、メトキシフェノールである。これらのフミン酸の誘
導体の塩類を形成するアルカリ金属は、カリウム、ナト
リウム、リチウム、ルビジウム、セシウム、フランシウ
ム等があり、好ましくは、カリウム、ナトリウムであ
る。
とアルデヒド類、アミン類又はフェノール類等とを縮重
合させたフミン酸の誘導体のアルカリ金属塩類又はアン
モニウム塩類を用いることができる。フミン酸の誘導体
を形成するアルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、
アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、イソブチル
アルデヒド等が挙げられ、好ましくは、ホルムアルデヒ
ド、アセトアルデヒドである。フミン酸の誘導体を形成
するアミン類としては、アンモニア、メチルアミン、エ
チルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｉｓｏ−ブチルアミン
等が挙げられ、好ましくは、メチルアミン、エチルアミ
ンである。フミン酸の誘導体を形成するフェノール類と
しては、フェノール、メチルフェノール、メトキシフェ
ノール、ハロゲン化フェノール、ニトロフェノール等が
挙げられ、好ましくは、フェノール、メチルフェノー
ル、メトキシフェノールである。これらのフミン酸の誘
導体の塩類を形成するアルカリ金属は、カリウム、ナト
リウム、リチウム、ルビジウム、セシウム、フランシウ
ム等があり、好ましくは、カリウム、ナトリウムであ
る。
【０００８】本発明で使用するフミン酸類は、フミン
酸、フミン酸塩及びフミン酸の誘導体の塩類であるが、
フミン酸は酸性物質として使用でき、フミン酸塩はアル
カリ性物質として使用できる。フミン酸の誘導体の塩類
は、アルカリ性物質として使用できる。
酸、フミン酸塩及びフミン酸の誘導体の塩類であるが、
フミン酸は酸性物質として使用でき、フミン酸塩はアル
カリ性物質として使用できる。フミン酸の誘導体の塩類
は、アルカリ性物質として使用できる。
【０００９】本発明で使用する炭素繊維としては、平均
繊維直径１０μｍ〜２０μｍのもので、その平均繊維長
さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍとした短繊維及びそのように長
さを限定しない長繊維のいずれでもよい。また、短繊維
と長繊維を混合して用いる場合もある。また、炭素繊維
としては、ピッチ系、ＰＡＮ系等、その原料による分類
もあるが、いずれの原料によって製造されたものでも使
用できる。
繊維直径１０μｍ〜２０μｍのもので、その平均繊維長
さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍとした短繊維及びそのように長
さを限定しない長繊維のいずれでもよい。また、短繊維
と長繊維を混合して用いる場合もある。また、炭素繊維
としては、ピッチ系、ＰＡＮ系等、その原料による分類
もあるが、いずれの原料によって製造されたものでも使
用できる。
【００１０】炭素繊維をフミン酸類の水溶液で処理する
方法について説明する。使用する炭素繊維は、例えば、
フミン酸によって処理する。その場合、フミン酸の水溶
液を処理溶液として、処理溶液に炭素繊維を１０℃〜５
０℃の温度下で１〜２４時間浸漬し、さらに、アルミニ
ウムイオン、鉄イオン（二価又は三価を含む。）、銅イ
オン（一価又は二価を含む。）等との硫酸塩、塩酸塩、
硝酸塩等のうち一種以上の塩類水溶液を添加してフミン
酸を炭素繊維に定着させる。炭素繊維に対するフミン酸
類の配合割合は外割りで０．１〜１０重量％が好まし
い。その後、処理溶液から炭素繊維を取り出して乾燥
し、フミン酸処理炭素繊維とする。処理溶液としてのフ
ミン酸水溶液の濃度は、０．１〜１０重量％とする。フ
ミン酸定着用の硫酸アルミニウム水溶液その他の塩類水
溶液濃度は、２〜１０重量％程度とし、処理溶液に硫酸
アルミニウム水溶液その他の塩類水溶液を添加したと
き、その処理溶液のｐＨが５程度以下になるまで、好ま
しくはｐＨ４以下になるまで硫酸アルミニウム水溶液そ
の他の塩類水溶液を添加する。それによって、フミン酸
を炭素繊維に定着させる。但し、炭素繊維へのフミン酸
定着量は、炭素繊維に対してフミン酸処理率を０．１〜
１０重量％になるようにフミン酸水溶液量を添加する。
方法について説明する。使用する炭素繊維は、例えば、
フミン酸によって処理する。その場合、フミン酸の水溶
液を処理溶液として、処理溶液に炭素繊維を１０℃〜５
０℃の温度下で１〜２４時間浸漬し、さらに、アルミニ
ウムイオン、鉄イオン（二価又は三価を含む。）、銅イ
オン（一価又は二価を含む。）等との硫酸塩、塩酸塩、
硝酸塩等のうち一種以上の塩類水溶液を添加してフミン
酸を炭素繊維に定着させる。炭素繊維に対するフミン酸
類の配合割合は外割りで０．１〜１０重量％が好まし
い。その後、処理溶液から炭素繊維を取り出して乾燥
し、フミン酸処理炭素繊維とする。処理溶液としてのフ
ミン酸水溶液の濃度は、０．１〜１０重量％とする。フ
ミン酸定着用の硫酸アルミニウム水溶液その他の塩類水
溶液濃度は、２〜１０重量％程度とし、処理溶液に硫酸
アルミニウム水溶液その他の塩類水溶液を添加したと
き、その処理溶液のｐＨが５程度以下になるまで、好ま
しくはｐＨ４以下になるまで硫酸アルミニウム水溶液そ
の他の塩類水溶液を添加する。それによって、フミン酸
を炭素繊維に定着させる。但し、炭素繊維へのフミン酸
定着量は、炭素繊維に対してフミン酸処理率を０．１〜
１０重量％になるようにフミン酸水溶液量を添加する。
【００１１】得られたフミン酸処理炭素繊維をセメント
組成物に混入させる。本発明で用いるセメント組成物と
は、セメントに骨材及び／又は混和材料を含むか含まな
い組成物である。本発明で用いるセメント、骨材、混和
材料については、特に限定されるものではなく、一般の
セメントペースト、セメントモルタル及びセメントコン
クリートの製造に用いるものが使用できる。例えば、セ
メントとして、普通ポルトランドセメント、早強ポルト
ランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメ
ント、アルミナセメント、骨材として、川砂、川砂利、
砕砂、砕石、人工軽量骨材、混和材料として、減水剤や
ＡＥ減水剤などの化学混和剤、セメント混和剤ポリマ
ー、シリカフューム、高炉スラグ等が使用できる。その
配合割合は、一般に使用されるセメントペースト、セメ
ントモルタル及びセメントコンクリートと同様の条件で
よいが、好ましくは、水セメント比を小さくし、シリカ
フュームを混在するなどして、炭素繊維との付着性を向
上させたセメントマトリックスが得られる配合とする。
但し、混和する炭素繊維の容積分だけ、各材料の容積を
減少させる。本発明に用いるフミン酸処理炭素繊維は、
セメントペースト、セメントモルタル及びセメントコン
クリートのいずれに混入しても、その補強効果を得るこ
とができる。
組成物に混入させる。本発明で用いるセメント組成物と
は、セメントに骨材及び／又は混和材料を含むか含まな
い組成物である。本発明で用いるセメント、骨材、混和
材料については、特に限定されるものではなく、一般の
セメントペースト、セメントモルタル及びセメントコン
クリートの製造に用いるものが使用できる。例えば、セ
メントとして、普通ポルトランドセメント、早強ポルト
ランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメ
ント、アルミナセメント、骨材として、川砂、川砂利、
砕砂、砕石、人工軽量骨材、混和材料として、減水剤や
ＡＥ減水剤などの化学混和剤、セメント混和剤ポリマ
ー、シリカフューム、高炉スラグ等が使用できる。その
配合割合は、一般に使用されるセメントペースト、セメ
ントモルタル及びセメントコンクリートと同様の条件で
よいが、好ましくは、水セメント比を小さくし、シリカ
フュームを混在するなどして、炭素繊維との付着性を向
上させたセメントマトリックスが得られる配合とする。
但し、混和する炭素繊維の容積分だけ、各材料の容積を
減少させる。本発明に用いるフミン酸処理炭素繊維は、
セメントペースト、セメントモルタル及びセメントコン
クリートのいずれに混入しても、その補強効果を得るこ
とができる。
【００１２】本発明による炭素繊維補強セメント組成物
のうち炭素繊維の短繊維を用いるものについては、一般
のセメントモルタル用ミキサーやコンクリート用ミキサ
ーを用いて練混ぜた後、成形する。炭素繊維の長繊維を
用いる場合には、長繊維を型枠内に配列した上で、上記
の材料からなるセメントペースト、セメントモルタル又
はセメントコンクリートを流し込んで成形する。練混ぜ
成形した炭素繊維補強セメント組成物には、水中養生、
乾燥養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等の一般的な
セメントコンクリートの養生方法が適用できる。但し、
炭素繊維の短繊維を用いる場合のセメント組成物に対す
るフミン酸処理炭素繊維の配合割合は、例えば、セメン
ト組成物の内割りで１〜２０％（容量％）である。内割
りで１容量％未満であると補強効果が得られないし、２
０容量％をこえるとセメント組成物の成形が困難とな
り、不都合だからである。炭素繊維の長繊維を用いる場
合の炭素繊維の配合割合は、短繊維を用いる場合の最小
の割合以上とするが、上限については、８０％（容量
％）である。この理由として、炭素繊維の配合割合が多
すぎると、結合材としてのセメントペースト、セメント
モルタルまたはセメントコンクリートの流し込みが、不
可能になるからである。
のうち炭素繊維の短繊維を用いるものについては、一般
のセメントモルタル用ミキサーやコンクリート用ミキサ
ーを用いて練混ぜた後、成形する。炭素繊維の長繊維を
用いる場合には、長繊維を型枠内に配列した上で、上記
の材料からなるセメントペースト、セメントモルタル又
はセメントコンクリートを流し込んで成形する。練混ぜ
成形した炭素繊維補強セメント組成物には、水中養生、
乾燥養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等の一般的な
セメントコンクリートの養生方法が適用できる。但し、
炭素繊維の短繊維を用いる場合のセメント組成物に対す
るフミン酸処理炭素繊維の配合割合は、例えば、セメン
ト組成物の内割りで１〜２０％（容量％）である。内割
りで１容量％未満であると補強効果が得られないし、２
０容量％をこえるとセメント組成物の成形が困難とな
り、不都合だからである。炭素繊維の長繊維を用いる場
合の炭素繊維の配合割合は、短繊維を用いる場合の最小
の割合以上とするが、上限については、８０％（容量
％）である。この理由として、炭素繊維の配合割合が多
すぎると、結合材としてのセメントペースト、セメント
モルタルまたはセメントコンクリートの流し込みが、不
可能になるからである。
【００１３】セメント組成物に対するフミン酸処理炭素
繊維の配合割合は、容量％を用いたが、この理由につい
て述べる。本発明は、力学的強度の向上を計るために、
炭素繊維を添加して補強することに関する。炭素繊維に
ついては、比重、形状がそれぞれ異なっているため、繊
維を添加して力学的強度の補強効果を比較するには、繊
維がセメント成形物中で占める割合を一定にして比較す
る必要がある。容量換算による添加の方が、重量換算に
よる添加よりも各繊維の補強効果を同じレベルで比較で
きるからである。例えば、比重の異なる繊維で、長さ、
太さ等が同じものの力学的補強効果を比較する場合、重
量部を同一としても、比重の軽い繊維では１０本とな
り、比重の重い繊維では１０本以下となる。したがっ
て、繊維の絶対容量の差、すなわち、セメント成形物中
で繊維の占める割合の差を生じ、補強効果についての比
較が同じレベルでできない。これに対して、容量部で添
加量を比較する場合には、繊維の絶対量を同一にでき、
力学的補強効果を同じレベルで比較できる。
繊維の配合割合は、容量％を用いたが、この理由につい
て述べる。本発明は、力学的強度の向上を計るために、
炭素繊維を添加して補強することに関する。炭素繊維に
ついては、比重、形状がそれぞれ異なっているため、繊
維を添加して力学的強度の補強効果を比較するには、繊
維がセメント成形物中で占める割合を一定にして比較す
る必要がある。容量換算による添加の方が、重量換算に
よる添加よりも各繊維の補強効果を同じレベルで比較で
きるからである。例えば、比重の異なる繊維で、長さ、
太さ等が同じものの力学的補強効果を比較する場合、重
量部を同一としても、比重の軽い繊維では１０本とな
り、比重の重い繊維では１０本以下となる。したがっ
て、繊維の絶対容量の差、すなわち、セメント成形物中
で繊維の占める割合の差を生じ、補強効果についての比
較が同じレベルでできない。これに対して、容量部で添
加量を比較する場合には、繊維の絶対量を同一にでき、
力学的補強効果を同じレベルで比較できる。
【００１４】したがって、セメント組成物に対するフミ
ン酸処理炭素繊維の配合割合は、容量％で表すが、これ
は計算によって容易に得られる。容量計算では、繊維の
重量を計測し、真比重を用いて計算する。
ン酸処理炭素繊維の配合割合は、容量％で表すが、これ
は計算によって容易に得られる。容量計算では、繊維の
重量を計測し、真比重を用いて計算する。
【００１５】本発明は、セメント組成物の補強材として
使用する炭素繊維をフミン酸類で処理することによっ
て、炭素繊維のセメント組成物への分散を改善し、更
に、セメントマトリックスとの付着性を向上させること
を特徴とするものである。フミン酸処理した炭素繊維を
使用することによって、曲げ性状に優れた炭素繊維補強
セメント組成物が製造できる。
使用する炭素繊維をフミン酸類で処理することによっ
て、炭素繊維のセメント組成物への分散を改善し、更
に、セメントマトリックスとの付着性を向上させること
を特徴とするものである。フミン酸処理した炭素繊維を
使用することによって、曲げ性状に優れた炭素繊維補強
セメント組成物が製造できる。
【００１６】本発明に用いるフミン酸塩類は、いまだに
化学構造式は明らかにされていない不定形高分子有機酸
である。このフミン酸は、親水基の活性基（カルボキシ
ル基、フェノール性水酸基）、親油性の活性基（アルキ
ル基）を有し、水の表面張力を下げるなどの界面活性特
性を持っている。フミン酸が炭素繊維の表面に定着する
ことにより、炭素繊維表面に親水性の活性基（カルボキ
シル基、フェノール性水酸基等）を付与することとな
る。この炭素繊維表面の活性基類は、陽イオンと容易に
反応し、さらに負に帯電している。したがって、フミン
酸処理した炭素繊維は、セメントマトリックスを構成す
るカルシウムやセメントマトリックスの正に帯電した部
分とそれぞれ結合し、炭素繊維とセメントマトリックス
との付着性を向上せしめるものと考えられる。さらに、
本発明の炭素繊維のセメントマトリックスとの付着性向
上の機構を考えると、炭素繊維のみならず、合成繊維等
の繊維質類にフミン酸を定着処理することにより、同様
な効果が期待できる。
化学構造式は明らかにされていない不定形高分子有機酸
である。このフミン酸は、親水基の活性基（カルボキシ
ル基、フェノール性水酸基）、親油性の活性基（アルキ
ル基）を有し、水の表面張力を下げるなどの界面活性特
性を持っている。フミン酸が炭素繊維の表面に定着する
ことにより、炭素繊維表面に親水性の活性基（カルボキ
シル基、フェノール性水酸基等）を付与することとな
る。この炭素繊維表面の活性基類は、陽イオンと容易に
反応し、さらに負に帯電している。したがって、フミン
酸処理した炭素繊維は、セメントマトリックスを構成す
るカルシウムやセメントマトリックスの正に帯電した部
分とそれぞれ結合し、炭素繊維とセメントマトリックス
との付着性を向上せしめるものと考えられる。さらに、
本発明の炭素繊維のセメントマトリックスとの付着性向
上の機構を考えると、炭素繊維のみならず、合成繊維等
の繊維質類にフミン酸を定着処理することにより、同様
な効果が期待できる。
【００１７】
【実施例】以下に、炭素繊維をフミン酸で処理し、それ
を混入して製造したフミン酸処理炭素繊維補強セメント
の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。 炭素繊維の製造および処理 炭素繊維は、平均繊維直径１８μｍ、平均繊維長さ３ｍ
ｍ及び６ｍｍの短繊維に対してフミン酸処理率０．１、
０．５、及び１．０重量％毎にフミン酸処理溶液に１日
浸漬後、硫酸アルミニウム水溶液（５重量％水溶液）を
添加して処理溶液をｐＨ４に調整し、フミン酸を定着さ
せ、更に、処理溶液から炭素繊維を取り出して天日で乾
燥し、フミン酸処理炭素繊維とした。その後、１日水中
浸漬し、脱水機（シャープ社製：愛情スリムサイズ２
８、型式番号ＥＳ−２８Ｆ３）を用いて２０分間脱水し
た。
を混入して製造したフミン酸処理炭素繊維補強セメント
の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。 炭素繊維の製造および処理 炭素繊維は、平均繊維直径１８μｍ、平均繊維長さ３ｍ
ｍ及び６ｍｍの短繊維に対してフミン酸処理率０．１、
０．５、及び１．０重量％毎にフミン酸処理溶液に１日
浸漬後、硫酸アルミニウム水溶液（５重量％水溶液）を
添加して処理溶液をｐＨ４に調整し、フミン酸を定着さ
せ、更に、処理溶液から炭素繊維を取り出して天日で乾
燥し、フミン酸処理炭素繊維とした。その後、１日水中
浸漬し、脱水機（シャープ社製：愛情スリムサイズ２
８、型式番号ＥＳ−２８Ｆ３）を用いて２０分間脱水し
た。
【００１８】実施例１ 普通ポルトランドセメント、シリカフューム、高性能減
水剤及びフミン酸処理炭素繊維を用いて、以下のフミン
酸処理炭素繊維補強セメント組成物を得た。 普通ポルトランドセメント ４００重量部 シリカフューム １６０重量部 高性能減水剤 ２４重量部 炭素繊維に対するフミン酸処理率 ０．１、０．５、及び１．０重量％ 処理水溶液で処理した平均繊維長さ３ｍｍフミン酸処理炭素繊維 ２９．４２重量部 （組成物の単位容量容積当たりの炭素繊維混入率：５ｖｏｌ％） 水 １２０重量部 フミン酸処理炭素繊維補強セメント組成物は、セメント
と水を混合してセメントペーストを得て、そこにフミン
酸処理炭素繊維を入れて練混ぜて調製した。調製した組
成物を４０×４０×１６０ｍｍに成形し、１日湿空（２
０℃、８０％Ｒ．Ｈ．）後、オートクレーブ（１８９
℃、１０ＭＰａ、３時間保持）養生して、フミン酸処理
炭素繊維補強セメント硬化体を作製した。作製した供試
体について、インストロン万能試験機を用いて、クロス
ヘッド速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで中央集中載荷法（スパ
ン、１００ｍｍ）によって、供試体の曲げ強さ試験を行
った。同時に、供試体中央部のたわみをダイヤルゲージ
を用いて測定し、フミン酸処理炭素繊維補強セメント硬
化体の曲げ強さ及び曲げタフネスを求めた。
水剤及びフミン酸処理炭素繊維を用いて、以下のフミン
酸処理炭素繊維補強セメント組成物を得た。 普通ポルトランドセメント ４００重量部 シリカフューム １６０重量部 高性能減水剤 ２４重量部 炭素繊維に対するフミン酸処理率 ０．１、０．５、及び１．０重量％ 処理水溶液で処理した平均繊維長さ３ｍｍフミン酸処理炭素繊維 ２９．４２重量部 （組成物の単位容量容積当たりの炭素繊維混入率：５ｖｏｌ％） 水 １２０重量部 フミン酸処理炭素繊維補強セメント組成物は、セメント
と水を混合してセメントペーストを得て、そこにフミン
酸処理炭素繊維を入れて練混ぜて調製した。調製した組
成物を４０×４０×１６０ｍｍに成形し、１日湿空（２
０℃、８０％Ｒ．Ｈ．）後、オートクレーブ（１８９
℃、１０ＭＰａ、３時間保持）養生して、フミン酸処理
炭素繊維補強セメント硬化体を作製した。作製した供試
体について、インストロン万能試験機を用いて、クロス
ヘッド速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで中央集中載荷法（スパ
ン、１００ｍｍ）によって、供試体の曲げ強さ試験を行
った。同時に、供試体中央部のたわみをダイヤルゲージ
を用いて測定し、フミン酸処理炭素繊維補強セメント硬
化体の曲げ強さ及び曲げタフネスを求めた。
【００１９】比較例１ 実施例１において、フミン酸処理炭素繊維を使用しない
以外は、実施例１と同様の方法でセメントペースト硬化
体を作製し、実施例１と同様にして試験した。
以外は、実施例１と同様の方法でセメントペースト硬化
体を作製し、実施例１と同様にして試験した。
【００２０】比較例２ 実施例１において、フミン酸で処理しない炭素繊維を使
用した以外は、実施例１と同様の方法で炭素繊維補強セ
メント硬化体を作製し、実施例１と同様にして試験し
た。
用した以外は、実施例１と同様の方法で炭素繊維補強セ
メント硬化体を作製し、実施例１と同様にして試験し
た。
【００２１】実施例２、実施例３ 実施例１において、フミン酸処理率０．５重量％で処理
したフミン酸処理炭素繊維を５．６５重量部（組成物の
単位容積当たりの炭素繊維混入率：１ｖｏｌ％）及びフ
ミン酸処理炭素繊維を１７．２９重量部（組成物の単位
容積当たりの炭素繊維混入率：３ｖｏｌ％）添加し、そ
れ以外は、実施例１と同様の方法でフミン酸処理炭素繊
維補強セメント硬化体を作製し、実施例１と同様にして
試験した。
したフミン酸処理炭素繊維を５．６５重量部（組成物の
単位容積当たりの炭素繊維混入率：１ｖｏｌ％）及びフ
ミン酸処理炭素繊維を１７．２９重量部（組成物の単位
容積当たりの炭素繊維混入率：３ｖｏｌ％）添加し、そ
れ以外は、実施例１と同様の方法でフミン酸処理炭素繊
維補強セメント硬化体を作製し、実施例１と同様にして
試験した。
【００２２】比較例３、比較例４ 実施例２及び実施例３において、フミン酸で処理しない
炭素繊維を使用した炭素繊維補強セメントとした以外
は、実施例１と同様にして試験した。
炭素繊維を使用した炭素繊維補強セメントとした以外
は、実施例１と同様にして試験した。
【００２３】実施例４ 実施例１において、平均繊維長さ６ｍｍのフミン酸処理
した炭素繊維を使用した以外は、実施例１と同様の方法
でフミン酸処理炭素繊維補強セメント硬化体を作製し、
実施例１と同様にして試験した。
した炭素繊維を使用した以外は、実施例１と同様の方法
でフミン酸処理炭素繊維補強セメント硬化体を作製し、
実施例１と同様にして試験した。
【００２４】比較例５ 実施例４において、フミン酸で処理しない炭素繊維を使
用した炭素繊維補強セメントとした以外は、実施例１と
同様にして試験した。
用した炭素繊維補強セメントとした以外は、実施例１と
同様にして試験した。
【００２５】実施例１〜４及び比較例１〜５の結果を表
１に示す。
１に示す。
【表１】
【００２６】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、炭素繊維の
セメント組成物中への分散性を改善し、セメントマトリ
ックスとの付着性を向上させ、曲げ性状に優れた炭素繊
維補強セメント組成物を製造することができる。また、
特に、フミン酸処理炭素繊維で補強したセメント組成物
の曲げタフネスの増加が著しく、これは、セメントマト
リックスとの付着性の向上によるものである。したがっ
て、長繊維を用いた場合においても同様の効果が得られ
る。さらに、本発明で得られるフミン酸処理炭素繊維補
強セメント組成物は、炭素繊維の特性をより効果的に利
用できる。炭素繊維の導電性効果により、セメント成型
物の導電性がより向上し、静電気防止や電磁波シールド
効果などにも期待できる。
セメント組成物中への分散性を改善し、セメントマトリ
ックスとの付着性を向上させ、曲げ性状に優れた炭素繊
維補強セメント組成物を製造することができる。また、
特に、フミン酸処理炭素繊維で補強したセメント組成物
の曲げタフネスの増加が著しく、これは、セメントマト
リックスとの付着性の向上によるものである。したがっ
て、長繊維を用いた場合においても同様の効果が得られ
る。さらに、本発明で得られるフミン酸処理炭素繊維補
強セメント組成物は、炭素繊維の特性をより効果的に利
用できる。炭素繊維の導電性効果により、セメント成型
物の導電性がより向上し、静電気防止や電磁波シールド
効果などにも期待できる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１１月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【実施例】以下に、炭素繊維をフミン酸で処理し、それ
を混入して製造したフミン酸処理炭素繊維補強セメント
の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。 炭素繊維の製造および処理 炭素繊維は、平均繊維直径１８μｍ、平均繊維長さ３ｍ
ｍ及び６ｍｍの短繊維に対してフミン酸処理率０．１、
０．５、及び１．０重量％毎にフミン酸処理溶液に１日
浸漬後、硫酸アルミニウム水溶液（５重量％水溶液）を
添加して処理溶液をｐＨ４に調整し、フミン酸を定着さ
せ、更に、処理溶液から炭素繊維を取り出して天日で乾
燥し、フミン酸処理炭素繊維とした。
を混入して製造したフミン酸処理炭素繊維補強セメント
の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。 炭素繊維の製造および処理 炭素繊維は、平均繊維直径１８μｍ、平均繊維長さ３ｍ
ｍ及び６ｍｍの短繊維に対してフミン酸処理率０．１、
０．５、及び１．０重量％毎にフミン酸処理溶液に１日
浸漬後、硫酸アルミニウム水溶液（５重量％水溶液）を
添加して処理溶液をｐＨ４に調整し、フミン酸を定着さ
せ、更に、処理溶液から炭素繊維を取り出して天日で乾
燥し、フミン酸処理炭素繊維とした。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】実施例１ 普通ポルトランドセメント、シリカフューム、高性能減
水剤及びフミン酸処理炭素繊維を用いて、以下のフミン
酸処理炭素繊維補強セメント組成物を得た。 普通ポルトランドセメント ４００重量部 シリカフューム １６０重量部 高性能減水剤 ２４重量部 炭素繊維に対するフミン酸処理率 ０．１、０．５、及び１．０重量％ 処理水溶液で処理した平均繊維長さ３ｍｍフミン酸処理炭素繊維 ２９．４２重量部 （組成物の単位容量容積当たりの炭素繊維混入率：５ｖｏｌ％） 水 １２０重量部 フミン酸処理炭素繊維補強セメント組成物は、セメント
と水を混合してセメントペーストを得て、そこにフミン
酸処理炭素繊維を入れて練混ぜて調製した。調製した組
成物を４０×１０×１６０ｍｍに成形し、１日湿空（２
０℃、８０％Ｒ．Ｈ．）後、オートクレーブ（１８０
℃、１０ＭＰａ、３時間保持）養生して、フミン酸処理
炭素繊維補強セメント硬化体を作製した。作製した供試
体について、インストロン万能試験機を用いて、クロス
ヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで中央集中載荷法（スパ
ン、１００ｍｍ）によって、供試体の曲げ強さ試験を行
った。同時に、供試体中央部のたわみをダイヤルゲージ
を用いて測定し、フミン酸処理炭素繊維補強セメント硬
化体の曲げ強さ及び曲げタフネスを求めた。
水剤及びフミン酸処理炭素繊維を用いて、以下のフミン
酸処理炭素繊維補強セメント組成物を得た。 普通ポルトランドセメント ４００重量部 シリカフューム １６０重量部 高性能減水剤 ２４重量部 炭素繊維に対するフミン酸処理率 ０．１、０．５、及び１．０重量％ 処理水溶液で処理した平均繊維長さ３ｍｍフミン酸処理炭素繊維 ２９．４２重量部 （組成物の単位容量容積当たりの炭素繊維混入率：５ｖｏｌ％） 水 １２０重量部 フミン酸処理炭素繊維補強セメント組成物は、セメント
と水を混合してセメントペーストを得て、そこにフミン
酸処理炭素繊維を入れて練混ぜて調製した。調製した組
成物を４０×１０×１６０ｍｍに成形し、１日湿空（２
０℃、８０％Ｒ．Ｈ．）後、オートクレーブ（１８０
℃、１０ＭＰａ、３時間保持）養生して、フミン酸処理
炭素繊維補強セメント硬化体を作製した。作製した供試
体について、インストロン万能試験機を用いて、クロス
ヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで中央集中載荷法（スパ
ン、１００ｍｍ）によって、供試体の曲げ強さ試験を行
った。同時に、供試体中央部のたわみをダイヤルゲージ
を用いて測定し、フミン酸処理炭素繊維補強セメント硬
化体の曲げ強さ及び曲げタフネスを求めた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】実施例１〜４及び比較例１〜５の結果を表
１に示す。
１に示す。
【表１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 英武 東京都八王子市久保山町１丁目９番113号 (72)発明者 鈴木 実 山形県飽海郡遊佐町大字菅里字十里塚２− 184
Claims (4)
- 【請求項１】 セメント組成物に、フミン酸類処理炭素
繊維を混入することを特徴とする炭素繊維補強セメント
組成物。 - 【請求項２】 上記フミン酸類が、若年炭類又はこれら
を酸化剤により酸化分解して得られる生成物から抽出
し、これに酸性水溶液を添加して得られるフミン酸；該
フミン酸とアルカリ金属との塩類、該フミン酸のアンモ
ニウム塩類、又は該フミン酸と２価以上の陽イオンと結
合した塩類；該フミン酸とアルデヒド類、アミン類又は
フェノール類とを縮重合させたフミン酸の誘導体のアル
カリ金属塩類又はアンモニウム塩類の一群から選ばれる
少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載
の炭素繊維補強セメント組成物。 - 【請求項３】 上記セメント組成物に対して、上記フミ
ン酸類処理炭素繊維が短繊維の場合は該炭素繊維を内割
りで１〜２０容量％を混入し、上記フミン酸類処理炭素
繊維が長繊維の場合は該炭素繊維を１〜８０容量％を混
入することを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維補強
セメント組成物。 - 【請求項４】 炭素繊維をフミン酸類の水溶液で処理
し、アルミニウム、鉄、又は銅の硫酸塩、塩酸塩、又は
硝酸塩のうち一種以上を添加してフミン酸類処理炭素繊
維を得た後、セメント組成物に混入することを特徴とす
る炭素繊維補強セメント組成物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211786A JPH1160309A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211786A JPH1160309A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1160309A true JPH1160309A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16611592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9211786A Pending JPH1160309A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1160309A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2904624A1 (fr) * | 2006-08-04 | 2008-02-08 | Airbus France Sas | Procede d'obtention d'un materiau composite et structure obtenue a partir dudit materiau |
| JP2015511921A (ja) * | 2012-01-17 | 2015-04-23 | サン−ゴバン イゾベ | フミン酸及び／又はフルボ酸に基づく、繊維、特にミネラル繊維用のサイジング組成物、及びそれから得られる絶縁製品 |
-
1997
- 1997-08-06 JP JP9211786A patent/JPH1160309A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2904624A1 (fr) * | 2006-08-04 | 2008-02-08 | Airbus France Sas | Procede d'obtention d'un materiau composite et structure obtenue a partir dudit materiau |
| JP2015511921A (ja) * | 2012-01-17 | 2015-04-23 | サン−ゴバン イゾベ | フミン酸及び／又はフルボ酸に基づく、繊維、特にミネラル繊維用のサイジング組成物、及びそれから得られる絶縁製品 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6749679B2 (en) | Composition of materials for production of acid resistant cement and concrete and methods thereof | |
| CN106396555B (zh) | 一种基于纤维素纤维内养护的超高性能水泥基复合材料及其制备方法 | |
| JP2788834B2 (ja) | グリコールを組み入れる水硬セメント硬化促進性混和剤 | |
| KR101179506B1 (ko) | 유?무기복합 고강도 시멘트 제로 콘크리트 조성물 | |
| CN115057671B (zh) | 一种轻质高强混凝土及其制备方法 | |
| CN114477920A (zh) | 一种绿色环保轻质高强混凝土 | |
| KR101120062B1 (ko) | 건축물 폐재의 순환골재를 이용한 지오폴리머 콘크리트 및 그 제조방법 | |
| JPH0634097B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化剤 | |
| KR20160127958A (ko) | 건축 외벽용 반응성 분체 콘크리트 인조석재 및 이의 제조방법 | |
| CN113955998A (zh) | 一种抗收缩超高韧性混凝土及制备方法 | |
| JP5259094B6 (ja) | 鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体 | |
| GB1561748A (en) | Additive for cements | |
| JPH1160309A (ja) | 炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法 | |
| KR102550407B1 (ko) | 고로슬래그 잔골재 및 레미콘회수수가 적용된 친환경 모르타르 조성물 | |
| JPH11246257A (ja) | 植物繊維セメント成形体及びその製造方法 | |
| CN114014610A (zh) | 一种碳纤维增强的超高性能混凝土及其制备方法 | |
| JPH1029840A (ja) | 天然繊維補強セメント組成物の製造方法 | |
| JP4791200B2 (ja) | 水和硬化体およびその製造方法 | |
| JPH1192198A (ja) | 炭素繊維補強セメント組成物及びその製造方法 | |
| DE4104596A1 (de) | Selbsthaertende wasserhaltige mischung zur erzielung chemisch resistenter materialien, verfahren zu ihrer herstellung sowie verwendung der mischung | |
| JP4796402B2 (ja) | 水和硬化体およびその製造方法 | |
| JP6646908B2 (ja) | 高速度交通システム構造物用コンクリート部材、及びその製造方法 | |
| JPH05116996A (ja) | セメント混和材及びセメント硬化体の製造方法 | |
| JP2010083698A (ja) | セメント硬化体の製造方法及びセメント硬化体 | |
| JP4827548B2 (ja) | 水和硬化体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |