JPS60186448A - 繊維補強セメント製品 - 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】 本発明は曲げ特性、耐アルカリ性および耐衝撃性が改良
された繊維補強セメント製品に関する。

従来セメント製品１例えばコンクリートなどで紘機械的
性質、特に引張特性１曲げ特性あるいは耐衝撃性などを
改良するため、金属ｉｔｅｍ、ガラス繊維５合繊維５合
士繊維ック繊維などを配合することが試みられている。

ステンレス繊維に代表される金属繊維およびカーボン繊
維に代表される七ラミック繊維は耐アルカリ性が優れて
いる上、引張強度が他の繊維に比較して数段高いレベル
にあり、これらの繊維で補強したセメント製品は卓越し
′ｌｆ：、跣能を示すが１価格が高いという問題や１曲
げ時の靭性が低いという問題がある。また、金属繊維は
比重が亮く、コンクリートなどのセメント製品中へ均−
分散させるために施工法が限定されるという問題があり
、さらにカーボン繊維の場合は耐衝撃性が低いという問
題がある。

さらにまた、ガラス繊維も金属繊維に次いで高い引張強
度と引張弾性率を有するが、耐アルカリ性に劣るという
問題がある。ガラス繊維の耐アルカリ性を高めるため、
従来種々の方法が提案されているが、これら従来の方法
では金属繊維並の耐アルカリ性は期待できないし、加工
費も決して安価なものではなく、繊維価格も必然的に高
価なものとなってしまう。

一方、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、ポ
リプロピレン繊維、ポリエステル繊維などの合成繊維を
セメント製品補強材として用いることも種々行なわれて
いるが、これら従来の合成繊維は金属繊維やガラス繊維
に比べると曲げ時の靭性は良好であるが、引張強度１引
張弾姓率とも低く、セメント製品の補強用繊維として用
いる場合補強効果が乏しい上、アルカリに対する耐久性
も十分とはいえない。

本発明者等は、このような現状に鑑み、高度の耐久性を
存する繊維補強セメント製品を低価格で得るべく鋭意検
討した結果、特願昭５８−１５２２６１号、同１５４６
２２号および同１６１０４４号等に記載の方法で得られ
るポリエチレン等の可撓性高分子からなる高強力、高弾
跣平合成繊維をセメント製品の補強用繊維として用いる
ことによって、前記する従来繊維で補強されたセメント
製品がもつ問題点をすべて解消するセメント製品が得ら
れることを見出し１本発明に到達した。

即ち５本発明は、少なくとも１７０ｋｐ／−の引張強度
と少なくとも４５００１ｖ／−の引張弾性率を有する可
撓性高分子鎖からなる合成繊維を補強材として用いたこ
とを特徴とする繊維補強セメント製品である。

従来のガラス繊維や全芳香族ポリアミド繊維等を補強材
として用いたセメントよりも優れた高性能繊維補強セメ
ント製品を目的とするには、補強用繊維として、少なく
とも１７０ｋｐ／−の引張強度と少なくとも４５００ｋ
ｆ／ＩＩｊ以上の引張弾性率を満たす性能が要求される
。

本発明の繊維補強セメント製品に補強材として用いる合
成繊維は、可撓性高分子鎖からなり、少なくとも１７０
に、／Ｊ、好ましくは２７０ｋｐ／ｍＪ以上、特に３６
０ｋｐ／−以上の引張強度と少なくとも４５００呻／−
１好ましくは７２００１ｖ／−以上、特に９０００ｋＦ
／１１Ｊ以上の引張弾性率を有するものであり、ここで
、引張強度が１７０ｋｆ／−未満。

ま之は引張弾性率が４５００ｋｙ／−未満の場合にあっ
ては、繊維補強セメント製品としての引張特性、曲げ特
性が劣るものとなり、金属繊維やガラス繊維、ひいては
芳香族ポリアミド繊維を補強材として用いるものと競合
できなくなる。

本発明に言う可撓性分子鎖とは、応力や熱を受けた際、
＠Ｉ転し得る分子結合からなる分子鎖のことで、全芳香
族系ポリアミドや全芳香族系ポリエステルなどを構成す
る分子鎖は、剛直分子鎖であって本発明に言う可撓性分
子鎖に含まれない。これらの剛直な分子鎖を含む高分子
は繊維軸方向に配向した際、引張強度は高くなるが、衝
撃強度は低くなる傾向にある。従って１本発明の繊維補
強セメント製品の補強材として用いる合成繊維が可撓性
高分子鎖からなることは、このような問題を解決する九
めの必須要件である。

本発明における可撓性高分子鎖からなる合成繊維とは２
例えば高分子量のポリエチレン、ポリプロピレン等のポ
リオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ（フッ化）
ビニリデン等を紡糸して得５− られる繊維をいうがこれ等に限定されるものではない。

本発明の繊維補強セメント製品の補強材として用いる合
成繊維は、＠記する構成要件を満足するものであればい
ずれでもよいが、特に重量平均分子量５　Ｘ　１０５以
上の高分子量ポリエチレンであると、価格面および製糸
の容易さの面で有利であり１さらに、全芳香族ポリアミ
ド繊維やポリエステル繊維等に比較して、耐アルカリ性
に特に優れることも一１明している。

一般的に合成繊維はセメントとの接着性があまり良くな
いのでセメントとの接着性を向上させるために種々の方
法１例えば、起毛する方法、太細繊維を用いる方法や、
ｌａ維を親水化処理する方法などが採用されているが、
これら従来の方法では未だ充分な効果は得られていない
。ところが本発明者等によって合成繊維の横断面偏平化
率が１．７以上、好ましくは２．５以上、特に４以上で
あると接着性の向上に有効であること、更に、繊維の表
面に無数の縦長の多条溝を付与した合成繊維を用６− いる事により接着性の問題はほとんど解決することが判
明しているので、このような接着性向上の技術的手段を
採用することは、従来の繊維補強セメント製品に比べ、
特に曲げ特性、引張特性の優れた繊維補強中メント製品
が得られるので好ましい。

ここに言う繊維の横断面偏平化率とは繊維軸に直角な横
断面において長軸長さくａ關）と短軸の長さくｂａｌｍ
）を測定し、偏平化率はａ　／　ｂで示す値である。

さらに、ここに言う多条溝とは繊維軸方向に配列された
無数の多条溝であって、該多条溝としては、繊維の横断
面の外周方向の平均距離１０μ当り２個以上、特に５〜
５０個配列していることにより、前記する効果が顕著と
なる。

本発明の繊維補強セメント製品の補強材として用いる繊
維の単糸デニー／Ｉ／、短繊維長さは特に限定されるも
のではないが、単糸デニールは１〜４００デニ一／ｌ／
％特に３〜１００デニールが好ましく、短繊維長さは５
〜１００１ａ＋、特に７〜７０−が好ましい。また、長
繊維状もしくは織編物状。

不織布状で使用することも可能である。

本発明の繊維補強セメント製品の補強材用合成繊維は１
００％使いであると繊維補強セメント製品とした場合、
繊維の持つ性能を充分に発揮することができるが、目的
により他の繊維１例えば炭素繊維、全芳香族系ポリアミ
ド繊維あるいはガラス繊維と混合使用する事も可能であ
る。

次に本発明の繊維補強セメント製品の製造方法について
簡単に説明する。

本発明の繊維補強セメント製品は、例えば可焼性高分子
鎖を有する高分子量のポリエチレン（例えば重量平均分
子量がｌＸ１Ｏ５以上、好ましくはｌＸ１０６以上の超
高分子量ポリエチレン）をデカリン、キシレンあるいは
パフフィン等の溶媒に溶媒の沸点以下で完全に溶解後、
紡糸装置内でポリエチレン溶液が固化しない温度で、室
温の大気中。

″または水中あるいは冷却装置付の中空管中に押出す。

押出して得られた糸は、内部に溶媒を含有しているから
その状態で糸が溶けない程度に加熱し、全延伸倍率が１
０倍以上、好ましくは２０倍以上になるよう１段または
多段で延伸することによって得られ次ポリエチレン繊維
を、そのままあるいは適当な長さに切断された短繊維状
として、成型母体となるセメント、水、必要に応じて砂
および砕石等と組合せ混合することにより容易に得るこ
とができる。

本発明の繊維補強セメント製品の原料である繊維補強セ
メント組成物を混合調整する方法として、例えば０重量
基準でセメント１００部に対し水３０〜７０部、必要に
応じて砂や砕石２０〜６００部を配合して水性混合物を
調製し、更に所定長さに切断され皮繊維を好ましくは前
記混合物に対して０．２〜Ｂ容量％添加混合する方法が
挙げられる。

必要に応じ、他の金属繊維などの繊維と併用することも
可能である。

以上のように本発明の繊維補強セメント製品は、従来の
繊維補強セメント製品に比べて１曲げ特性。

耐アルカリ性および耐衝撃性の改良された繊維補強セメ
ント製品を提供することが可能である利点　９− を有している。

本発明の繊維補強セメント製品の用途としては、特に限
定するものではないが１例えば各種建築構成部材、管、
くい、ポール、組立へい、みぞ、基礎ブロック１屋根瓦
等が挙げられる。ここで１本発明の繊維補強セメント製
品は、打設工法、吹付工法等の現場施工において用いる
まだ固まらない繊維補強セメント混合物をも包含する。

本発明の評価に用いた物性の測定方法は以下による。

〈繊維の引張強度および引張弾性率の測定法〉ＪＩＳ−
Ｌ１０１３（１９８１）　に規定の方法による。

〈繊維の耐アルカリ性試験の方法〉 繊維試料を１０チ苛註ソーダ溶液中で１時間約１００℃
で煮沸処理をし、該煮沸処理後の試料を中和、水洗し友
後風乾し、該試料について前記。

繊維引張強度測定方法により引張強度を測定した。

予め測定した同試料の煮沸処理前の引張強度の値より下
記（１）式から強度保持率を算出した。

１０− ×１００　・・・・・・　（１） 〈セメント製品の曲げ強度の測定方法〉ＪＩＳ−Ａ１１
０６（１９７６）　に規定の方法に準する。

〈セメント製品の衝撃強度の測定方法〉ＪＩＳ−Ａ１３
０１（１９７５）　に規定の方法に準じ、１．５ｍの高
さから重さ１陽のなす形おもりをサンプルの中心部に落
す操作を１０回繰返し１サンプルが破壊されなかった回
数で表わした。

以下本発明を実施例により詳述するが１本発明はもとよ
り、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１゜ 重量平均分子量がｌＸ１０６乃至１．８　Ｘ　１０’の
可撓在高分子鎮を有する超高分子量ポリエチレンをデカ
リンに溶解して紡糸原液となした後、該紡糸原液を紡糸
装置内でポリエチレン溶液が固化しない温度で紡糸口金
から室温の大気中に押し出して冷却しゲル状繊維を形成
する。このデカリンを含有するゲル状繊維を、該ゲル状
繊維が溶断しない温度で温度と延伸倍率を種々変えて延
伸し、第１表の実験Ａ１〜６に示す特性を有する種々の
ポリエチレン繊維を得た。

それぞれのポリエチレン繊維を長さ２０關に切断したも
のを、ポルトランドセメント１００重量部、水５０重量
部、細骨材（海砂）８５０重量部、粗骨材（粒径１５閣
以下の砕石）７００重量部からなる水性混合物中に２容
量％添加し、繊維が均一に分散されるまで混合機中で攪
拌した。練り上った混合物を曲げ強度試験および衝撃強
度試験用サンプ／Ｉ／ｍ枠（厚さ３　ｃｍ　、巾１５０
．長さ５０口）に流し込み２８日間放置し、それぞれ第
１表実験点１〜６に示す特性を育する繊維補強セメント
製品を得た〇 比較のために、補強用ポリエチレン繊維をまったく入れ
ていない前記の水性混合物のみのもの。

および２０■の長さに切断した第１表実験Ａ８に示す繊
維特性を有する全芳香族ポリアミド（ポリバラフェニレ
ンテレフタルアミド）Ｗ＆ＮＡヲｎ記トまったく同じ組
成の水性混合物中に２容量Ｓ添加し、繊維が均一に分散
されるまで混合機中で攪拌して得られ死屍合物をそれぞ
れ実験点１〜６の場合と同様に曲げ強度試験および衝撃
強度試験用サンプル型枠（厚さ３　ｃｍ　、巾１５ｃＩ
ｎ１長さ５０ｃｒｌＫ）に流し込み２８日間放置し、得
られたそれぞれのセメント製品の特性を実験Ａ７および
実験点８として併記した。

１３− −１４− 第１表から明らかな如く１本発明の繊維補強セメント製
品（実験Ａ２〜６）は、高い曲げ強度と良好な耐衝撃性
を示し、″また本発明例に用いた繊維はアルカリ処理に
よる強度保持率は１００チと高い値を示し、比較例の実
験Ａ８で示すポリバラフェニレンテレフタルアミドの場
合に比べて、極めて耐アルカリ性、耐衝撃性が改良され
ていることが判る。また本発明の繊維補強セメント製品
（実験屋２〜６）より、繊維の横断面偏平化率が大きく
なるほど、セメント製品の曲げ強度特性が向上している
ことも―ｊる。

一方、補強繊維の強度１弾性率共に本発明で特定する値
を満たさない繊維を用いたセメント製品（実験ＡＩ）は
、繊維を全く添加していないもの（実験Ａ７）よりはセ
メント製品の特性は若干優れるが、大きな改良効果がな
いことが判る。

実施例２゜ 重量平均分子量が１．９　Ｘ　１０６の超高分子量ポリ
エチレンを用いて溶液紡糸し、得られたゲルファイバー
を高倍率で多段延伸し、引張強度２８０ｋｆ１５− ／−１引張弾性率７２４０ｋｆ／Ｊ、繊維横断面偏平化
率３．３で、繊維表面に繊維の横断面の外周方向の平均
距離１０μ当り２個以上配列した多条溝を有する単繊維
デニール１．８ｄのポリエチレンフィラメントを得た。

繊維表面に多条溝を有する場合と有しない場合との比較
のために前記の多条溝を有する場合と同一高分子量のポ
リエチレンを用いて溶液紡糸し、得られたゲルファイバ
ーを延伸時。

溶剤の蒸発量を制御して高倍率で多段延伸し、引張強度
２８６ｋｆ／Ｊ、引張弾性率７３５０ｋｒ／−。

繊維横断面偏平化率２．９で、繊維表面には多条溝の発
現が繊維の横断面の外周方向の平均圧Ｍ１０μ当り２個
未満で、実質的に多条溝が認められない単繊維デニール
１．８ｄのポリエチレンフィラメントを得た。

これらそれぞれのフィラメントをそれぞれ長さ２０關に
切断したものを、ポルトランドセメント１００重量部、
水５０重量部、細骨材（海砂）８５０重量部、粗骨材（
粒径１５ｍ以下の砕石）７００重量部からなる水性混合
物中に２容量ｔｓ添−１６＝ 加し、繊維が均一に分散されるまで混合機中で攪拌した
。練り上った混合物を曲げ強度試験および衝撃強度試験
用サンプル型枠（厚さ３画、巾１５０、長さ５０ｃＦｎ
）に流し込み２８日間放置し、それぞれの繊維補強セメ
ント製品を得た。前者、多条溝を存する繊維よりなる繊
維補強セメント製品の曲げ強度は１２２ｋｆ／”、耐衝
撃性は１０回で。

後者、多条溝を有しない繊維よりなる成形物の曲げ強度
は６４神／ｄ、耐衝撃性は６回であつ几。

本実施例より明らかな如く１表面に多数の多条溝を有す
る繊維を用いることにより、ポリエチレン繊維と成形母
体セメントとの接着性が優れて改良されていることがわ
かる。

特許出願人　東洋紡績株式会社 １７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１７０）ｃｒ／−の引張強度と少なくと
   も４５００１ｙ／−の引張弾性率を有する可撓性高分子
   鎖からなる合成繊維を補強材として用いたことを特徴と
   する繊維補強セメント製品。 ２、　合成繊維が高分子量ポリエチレンである特許請求
   の範囲第１項記載の繊維補強セメント製品。 ３、　合成繊維が表面に無数の縦長の多条溝を有する特
   許請求の範囲第１項乃至第２項のいずれかに記載の繊維
   補強セメント製品。 ４、　合成繊維の横断面偏平化率が１．７以上である特
   許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の繊維
   補強セメント製品。