JPS62212272A - 繊維補強セメント押出製品の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は繊維補強セメント押出製品の製造方法に関し６
建築材料の内外壁、防遮音壁、豚舎スノコ副の材料にお
いて、従来使用されている補強繊維である石綿に代えて
、カーボンファイバで補強し１寸法安定性に優れ、高強
度かつ高靭性なセメント押出製品の製造方法に１！Ｊす
る。

〔従来の技術〕

従来の繊維補強セメント押出製品はポルトランドセメン
）・および細骨材に、補強ｉａ誰として短繊維の石綿を
ポルトランドセメントおよび細骨材の合４１に対して１
０〜３０屯量％混合し、ざらに増粘剤、水を加えて混練
し、押出成形機によって成形し、自然養生、蒸気養生し
硬化後、乾燥し製造されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

センメント系建築材料は、従来成形性、補強性の観点か
ら石綿を使用するのが・般的とされてさた。しかしなが
ら近年、石綿が発ガン性物賀であると言われてきており
、人体への影響を重視して１作業環境の改善、建築材料
への使用晴の抑制、または使用の禁止と年々規制が強化
されてきている。そこで１石綿の代ＳａＷとして、ガラ
ス繊維、ロックウール繊維、有機合成繊維、カーボンフ
ァイバ、金属ｍ雄、または最近になってチタン酸カリ繊
維、アルミナ、ムライトｉのいわゆるセラミックス繊Ｍ
等が提案されている。

しかしながら、これらのｊａ雑を用いて、１法安定性に
優れ、高強度かつ高靭性なセメント押出製品を製造しよ
うとする場合には種々の問題点が生じる。

まずこのセメント押出製品の寸法安定性を確保しようと
する場合には、成形後の養生方法として従来より採用さ
れている自然養生、蒸気養生では安定性に欠けるので、
高温高圧養生（オートクレーブ養生）が必須条件となる
。オートクレーブ養生ではガラス繊維、ロックウール繊
維を使用した場合には、セメントの水和によって生成さ
れるアルカリ物質によって、たとえ耐アルカリ性ガラス
繊維、ロックウール繊維と言えども劣化し、さらに、高
温高圧雰囲気によってこの劣化が助長され高強度を得る
ための補強繊維の効果を見出すことはできない。

次に、金属繊維を使用した場合は、繊維の直径が０．１
　ｍ　ｍ以トのものは剛性が大きすぎて成形体の表面に
繊維が突出する等の欠点を有し、０．１ｍｍ未満のもの
、特に１０μｍ程度のステンレス製等の合金繊維では強
度その他の物性値を満足するものが得られるが高価なた
めに利用できない。

また有機繊維は耐熱性が乏しく、パルプ等の天然繊維は
高温高圧養生には耐えるが強度の増加は期待できない、
セラミックス繊維、チタン酸カリａｍ等は建築材料であ
るセメント製品への利用は、研究開発途上にあり未だ工
業化されていない。

次に、工業化され市販されているモノフィラメントのカ
ーボンファイバは耐アルカリ性、高強度、高弾性でオー
トクレーブ養生にも耐えるが。

押出成形方法においては、押出成形機内の素地の剪断力
によって、カーボンファイバが短く折れて、有効な補強
効果を有する繊維とはならなかった。

本発明はこのような従来の石綿代任繊維の欠点を解消し
、集束したカーボンファイバを用い、適１Ｅな処理条件
によって処理することにより、寸法安定性に優れ、強度
や惰性が大きく安価な、繊維補強セメント押出製品を製
造する方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ポルトランドセメントおよびシリカ粉末を主
原料とし、これに細骨材、補強繊維として集束したカー
ボンファイバ、増粘剤および水を加えて混練し、押出成
形し、オートクレーブ養生することを特徴とする繊維補
強セメント押出製品の製造方法である。

〔作用〕

押出製品の高強度、寸法安定性を確保するためには、従
来の養生方法では、セメントの水和反応が緩慢に進行す
るために、目標強度達成まで１力月以上の養生期間を必
要とした。蒸気養生の場合でも一昼夜程度蒸気養生して
、さらに２〜３週間自然養生して、目標強度が達成され
る。しかしながら、これらの方法で得られた硬化体の水
和物はゲル状物質であり、この成形体は乾燥、湿潤の繰
返しの環境下におかれ、ゲル状物質が伸縮を繰返し１寸
法安定性に欠けるばかりでなく亀裂が発生し、最終的に
は成形体の崩壊につながる。

このゲル状物質の伸縮を低下させるためには。

ゲル状物質を結晶化することが好ましく、そのためには
カルシウムΦシリケート・ハイドレート、例えば結晶性
のトバモライトを生成させることが有効である。また、
嵩比重と強度とは正の相関関係にあるので、ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ２モル比を２．５〜０．９程度になるようにポルト
ランドセメントの他にシリカ粉末を加えて嵩比重を調整
して。

５〜２５ｋｇ／ｃｒｎ’の圧力下で、５〜１５時間オー
トクレーブ養生することによって、成形体の高強度と寸
法安定性を確立することができる。

ポルトランドセメントとシリカ粉末の配合割合は上記Ｃ
ａＯ／ＳｉＯ２モル比に対応させ９：１〜２：ｌとする
。この範囲内では押出製品の曲げ強度が著しく向上する
。この配合割合が９：１より大きくなるとカルシウム・
シリケートの生成が妨げられ、寸法安定性などの物性が
劣化するので不適当であり、２：１より小さくなると強
度が低下するので好ましくない。

セメント硬化体は通常ゲル状物質から構成されているが
、本発明方法によれば、セメントとシリカ粉末を混合し
てオートクレーブ養生することによって結晶性の物質と
なるために硬化体の構造が緻密となり、高強度を発現し
、しかも乾湿の繰返しによる膨張、収縮が小さいために
寸法安定性が優れる。

次に補強繊維は前述したように従来有効なものはなかっ
たが１本発明者は鋭意研究を行った結果、市販の直径が
３〜２０Ｂｍのモノフィラメントのカーボンファイバを
合成樹脂で多数本集束したものを混合することによって
、オートクレーブ養生した場合に繊維が劣化することな
く高強度で高靭性な無石綿セメント押出製品を開発する
ことに到達した。集束したカーボンファイバは、長尺な
ロービング状にしたカーボンファイバをフェノール樹脂
、フタル酸樹脂、尿素メラミン樹脂。

エポキシ樹脂、アクリル樹脂等から１種を選び。

カーボンファイバを所定の本数に東ね希釈した樹脂槽内
を通過させ乾燥することによって強固に集束することが
でき、これを所定の長さに切断し、希望したチョツプド
ストランドカーボンファイバを作成した。

集束したモノフィラメントカーボンファイバの本数の種
類は例えば３本、１０本、５０本。

２００本の４種から構成され、これを適量に混合して用
いる。

カーボンファイバの集束と集束されたカーボンファイバ
の直径に変化をもたせ混合しマトリックスと混練し、押
出成形したとき、モノフィラメントで使用した場合は押
出成形機内の素地の剪断力によって、カーボンファイバ
は短く折れて、有効な補強効果を有する繊維とはならな
かったが、集束されたカーボンファイバは折損すること
なく、損傷もなく成形される。その理由は明確ではない
が合成樹脂で強固に集束したためと考えられる。

カーボンファイバの量はポルトランドセメントとシリカ
粉末、細骨材、増粘剤の合量に対して０．３〜７重量％
の範囲内で混合して用いる。カーボンファイバが０．３
ｉ１［１％未満では補強効果が少なく、７重揄％を越え
ると押出製品の成形が困難となる。

細骨材は耐候性改善の目的で混合する。

本発明方法は、ポルトランドセメント、シリカ粉末に細
骨材、カーボンファイバを加え、ざらに増粘剤としてメ
チルセルローズ、ポリビニルアルコール等から１種を選
び、０．５〜５虫量％添加し、水を１５〜３０玉量％加
えて充分に混練した後、押出成形して成形体とする。こ
の成形体を５ｋｇ／ｃｍ’　〜２５ｋｇ／ｃｒｎ’の範
囲内の飽和蒸気圧５〜１５時間オートクレーブ養生を行
うことによって無石綿な高強度、高靭性なカーボンファ
イバで補強されたセメント押出成形品の製造が可能であ
る。

次に実施例によって詳しく説明するが１本発明は以下の
実施例に限定されるものではない。

〔実施例〕

実施例−１ ポルトランドセメント驕とシリカ粉末ｔＸ、との関係を
示す実施例として、第１表に示した原料配合表に従って
各、原料を混練し、押出成形し、１８０℃で５時間オー
トクレーブ養生し乾燥してＮｏ、１〜Ｎｏ、６の成形体
を得た。その物性イ１を第２表に第１表 第２表 示した。なお、カーボンファイバは直径１５ｇ、ｍのモ
ノフィラメン）１０本を集束した。長さ１０ｍｍのもの
を使用した。

第２表から、ポルトランドセメントとシリカ粉末の比が
９＝１〜２：１で曲げ強度の著しい向上が見られる。

実施例−２ 実施例−１の配合表中のＮｏ、５の原料配合を使用し、
そのうち七ノフィラメントであるカーボンファイバの直
径と集束本数を変えた試験を行った。養生条件等は実施
例−１と同様である。その結果を第３表に示した。

無集束のカーボンファイバを用いた比較例（Ｎｏ、７．
Ｎｏ、１１）では曲げ強度、衝撃強度が小さく、集束数
が３００本のカーボンファイバを用いた比較例（Ｎｏ、
１６）では曲げ強度の向上がなかったが、実施例（Ｎｏ
、８〜Ｎｏ、１０．　Ｎｏ。

１２〜Ｎｏ、１５）では曲げ強度、衝撃強度とも著しく
向上した。

第３表 実施例−３ 実施例−２と同様の原料配合と養生条件も同様にして、
カーボンファイバの添加量を変化させた場合の押出製品
の物性値を第４表に示した。但し、カーボン七ノフィラ
メントの直径は１２ＩＬｍ、集束本数ｌＯ本のものを使
用した。

カーボンファイバの添加率が０．３〜７．０重量％の実
施例（Ｎｏ、１８〜Ｎｏ、２１）はカーボンファイバを
添加しない比較例（Ｎｏ、１７）に比し曲げ強度、衝撃
強度とも極めて優れたｔ！ａを示した。

またカーボンファイバを１０００重量％添加した比較例
（Ｎｏ、２２）では成形下ス敵であった。

第４表 実施例−４ 実施例−２と同様の原料配合と養生条件も同様にして、
モノフィラメントである集束したカーボンファイバの集
束本数とその配合割合を変化させた場合の実施例を第５
表に示した。但し、モノフィラメントの直径は１５ｇｍ
のものを使用した。

実施例Ｎｏ、２３〜Ｎｏ、３０は何れも曲げ強度、衝撃
強度が優れているが、特にカーボンファイバの集束本数
の異なるもの複数種を混合して混入した場合に好成績を
示している。

比較例 実施例−１のＮｏ、１．Ｎｏ、２、Ｎｏ、５．　Ｎｏ、
６とそれぞれ同一配合で成形された硬化体Ｎｏ。

３１、Ｎｏ、３２、Ｎｏ、３３、Ｎｏ、３４についてそ
れぞれオートクレーブ養生前と蒸気養生量について物性
値を比較した。

養生条件はオートクレーブの場合は飽和蒸気温度１８０
℃で５時間養生後物性を測定し、蒸気養生の場合は６０
℃で５時間養生し、さらに２０℃、ＲＨ８０％以上の恒
温室で３週間放置して物性を測定し、その結果を第６表
に示した。

蒸気養生量に比してオートクレーブ養生したものは曲げ
強度が大幅に増加し、寸法安定性を示す長さ変化（％）
が著しく小さい。

ｌ　９ 〔発明の効果〕 以上のように、モノフィラメントのカーボンファイバを
合成樹脂で集束し、これをマトリックスと混線し押出成
形して該成形体をオートクレーブ査生することによって
、無石綿で高強度、高靭性、寸法安定性に優れた繊維補
強セメント押出製品の製造方法を確立す・ることができ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ポルトランドセメントおよびシリカ粉末を主原料と
   し、これに細骨材、集束したカーボンファイバ、増粘剤
   および水を加えて混練 し、押出成形し、オートクレーブ養生することを特徴と
   する繊維補強セメント押出製品の製造方法。 ２　ポルトランドセメントとシリカ粉末の配合割合が重
   量比で９：１〜２：１の範囲内であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の繊維補強セメント押出製品
   の製造方法。 ３　前記集束したカーボンファイバが、モノフィラメン
   トのカーボンファイバを３〜 ２００本の範囲内で集束したもので、その集束本数の種
   類が数種からなり、その長さが ５〜５０ｍｍの範囲内であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の繊維補強セメント押出
   製品の製造方法。 ４　カーボンファイバの配合量がポルトランドセメント
   とシリカ粉末の細骨材、増粘剤の合量に対して０．３〜
   ７重量％であることを特徴とす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押出製
   品の製造方法。