JPS62260755A - 炭素繊維補強セメント製品の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、炭素ｍ雄補強セメント製品の製造方法に関す
る。さらに詳しくは、セメント製品中に炭素繊維クロス
、炭素繊維マット、ペーパー状炭素繊維などの平面状炭
素繊維製品あるいは炭素の長繊維、短繊維を層状に配す
ることより成る炭素繊維補強セメント製品の製造方法に
関する。

［従来の技術］ セメント製品の補強方法としては、アスベスト湛雄ある
いはガラス繊維を混入することか現在広く行われている
。

さらに最近ては、強度の一居の向上を目的としてセメン
ト製品の補強のために炭素繊維か用いられることかある
、セメント製品の補強のために炭素ｔａｌｌを用いるこ
とは最新の技術であり、炭素繊維補強セメント製品の製
造方法として決定的なものは現在のところ存在しないが
、セメント製品中における炭素繊維の分布形態からは次
の二通りの方法がある。

即ち、長さ　３〜ｌｈ■程度に切断した短繊維（チョツ
プドファイバー）をセメントモルタルと三次元的に均一
に混合する方法と炭素繊維を二次元的に層状に配丹する
方法である。

短ｆａ維を三次元的に均一に混合して補強する方法は、
炭素繊維を均一に分散混合することが難しい、即ちセメ
ントモルタルとチョツプドファイバーを混合する湿式混
合の場合、あるいはセメント、砂とチョツプドファイバ
ーを混合した後に水を加える乾式混合の場合の、いずれ
の方法においても炭素ａｍか相互に固まり、いわゆるフ
ァイバーボールが発生し易く、また混合蒔に気泡を取り
込み易く製品の強度の発現が阻害される恐れがある。

一方、本発明か対象とする技術である、炭素繊維を二次
元的に層状に配して補強する方法は、上記のような欠点
ないし不都合が見られない技術であるか、該技術も次項
て述べるような理由により、所期の補強効果を発現させ
ることが難しい。

［発明が解決しようとする問題点］ 炭素繊維を二次元的に配してセメント製品の補強を行う
場合の第一の問題点は、炭素ｗＬ維層内にセメントモル
タルが混入し難いことである。炭素ｍＭｔは親木性が小
さく、アスベストｍＭ１等と異なり木質的にセメントモ
ルタルとなじみにくい、さらにセメントモルタルを構成
する砂や骨材粒子のうち成る粒子径以上のものは物理的
に炭素＃ｌ維間隙に入ワて行くことか不可能である。従
って、このような状態て炭素繊維層内ル層るセメント製
品を製造しても炭素縁ｍ層内における剥離のために強度
を発現することはてきない。

次に問題となるのは、炭素繊維層とセメントモルタル層
との接着力が小さいという点である。何らかの手段によ
り炭素繊維層内の澗敲の問題を解決したとしても、炭素
ｔａ雑居とセメントモルタル層との結合か十分でない、
即ち両者の接触界面においては、平面的な接触となるた
めに炭素ｍｒａとセメントモルタルとの複雑なからみ合
いによる結合か期待てきないことと炭素Ｆａ維とセメン
トモルタルとの化学的な結合力が非常に小さいことによ
り層間ての利殖か起こり易い。

本発明は、上記のような炭素繊維層内における２１ＩＳ
の問題、および炭素繊維層とセメントモルタル層との居
間剥離の問題の両者を一挙に解決することを技術的課題
とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記技術的課題を解決する本発明は、炭素ｔａ維を層状
に配して炭素縁Ｉｎ層とセメントモルタル層とを各１層
以上積層して成る炭素繊維補強セメント製品の製造方法
において、該炭素１ａ雄居の内部及び該炭素繊維層とセ
メントモルタル層との界面に、該セメントモルタル居の
凝結か終了した時点において、未た粘着性を有している
エポキシ樹脂組成物を存在させることを特徴とする。

本発明の好ましい実施ｊＥ様は、（１）エポキシ樹脂組
成物か主剤および硬化剤を混合したものから成り、主剤
が（八）常温で液状のエポキシ樹脂。

（ＩＩ）石油の潤滑油留分のエキストラクト、（Ｃ）ノ
ニルフェノールまたはジノニルフェノールを必須成分と
し、硬化剤か常温て液状のポリアミド樹脂であること、
（２）主剤の組成か（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂１
５〜８０ｗｔ％、好ましくは２０〜６０ｗｔ％、（Ｂ）
石油の潤滑油留分のエキストラクト１０〜８４ＷＬ％、
好ましく　ハ２５〜７５ｗｔ％、（Ｃ）　／　＝　Ｊ［
／　７　ｘノールまたはジノニルフェノールｌ〜ｚｏｗ
ｔ％、好ましくはｌＮ１５９１ｔ％であること、である
。

本発明において、エポキシ樹脂組成物とは、後に詳述す
るごとく、エポキシ樹脂と硬化剤の他に、改質あるいは
増量を目的として、第３成分（一種類とは限らない）を
加えた混合物をいう。

また、セメントモルタルとはＪＩＳ　Ａ　０２０：Ｉ　
ｒコンクリート用語」に記載されているモルタルをいう
。

以下、本発明について詳述する。

本発明においては、セメントモルタルが炭素繊維層内に
侵入しないために起こる炭素繊維層内での剥離を防止す
るために、エポキシ樹脂組成物を炭素繊維層内に含浸さ
せることで解決した。エポキシ樹脂は炭素繊維となじみ
がよく、相互の接着力が強いことは、本発明か対象とす
る炭素Ｈ＆維補強セメント製品において、予想をはるか
に超える程であった。

次に炭素繊維層とセメントモルタル層との界面における
結合力を強めるためには、セメントモルタルと炭素繊維
とを直接接触させずにエポキシ樹脂組成物を介して接着
させることて解決した。

エポキシ樹脂組成物は炭素繊維はもちろんセメントモル
タルとも強く接着するが、接着界面に水か存在する場合
、接着が阻害される。実際にエポキシ樹脂組成物を含浸
した炭素繊維層を含有するセメント製品を製造する場合
に、水分を多量に含むセメントモルタルを打ち継いで行
く必要があり、エポキシ樹脂ｍ酸物とセメントモルタル
の接着界面における水分の存在は不可避である。本発明
においては、セメントの水和反応によりてセメントモル
タル中の水分か経時的に減少することを利用することに
より、この問題を解決した。

即ち、セメントモルタルが凝結した時点においては、接
着界面にはエポキシ樹脂組成物とモルタルとの接着を実
質的に阻害する程の水分が存在しない。このため、セメ
ントモルタル居の凝結が終了した時点においてエポキシ
樹脂組成物が未だ粘若性を有していれば、以後の硬化に
よりエポキシ樹脂組成物は炭素繊維層とセメントモルタ
ルを強固に結合する。

セメントモルタルの凝結とは、セメントモルタルが混合
直後の流動体から固体に変化する現象をいう。凝結に要
する時間は種々の条件によって異なるか一例を上げれば
、普通ポルトランドセメントと７号硅砂を用いて、砂・
セメント比０．５、水・セメント比４０％のセメントモ
ルタルの場合。

混合から凝結終了までに要する時間は常温で約３時間で
ある。

エポキシ樹脂組成物とは、エポキシ樹脂と硬化剤の他に
単独または複数の成分を加えた混合組成物をいう。本発
明を実施するに当っては、エポキシ樹脂、硬化剤、第３
成分を使用直前に混合してもよいが、あらかじめ第３成
分をエポキシ樹脂または硬化剤に混合しておくいわゆる
二液タイプとして使用する方か一般的である。

エポキシ樹脂はすぐれた性質を有する樹脂であるが、高
価なことがその利用の拡大を妨げている要因となってい
る。

本発明は、主としてエポキシ樹脂の増量のために第３成
分を混合して用いることを好ましい条件としているか、
第３成分を加えないてエポキシ樹脂を用いても差し支え
ない。第３成分としては。

コールタール、各種の分解残油なとは好ましく、石油の
潤滑油留分なフルフラール、フェノール、クレゾール等
の溶剤で処理したエキストラクトが特に好ましい。

エキストラクトなエポキシ樹脂に混合して用いる場合１
両者の相溶性を改良するためにノニルフェノールまたは
ジノニルフェノールを加えることが好ましい。相溶性を
改良するためのノニルフェノールまたはジノニルフェノ
ールの混合量はエポキシ樹脂とエキストラクトの混合比
によって異なるが、エポキシ樹脂とエキストラクトの合
計の量に対して２０ｗｔ％以下でよい。例えば、ビスフ
ェノールＡタイプのエポキシ樹脂（２５℃における粘度
１３０ボイズ）と潤滑油留分のフルフラールエキストラ
クト（２５℃における粘度７ボイズ）を重量比で１対２
に混合したものに対してジノニルフェノールを１０ｗｔ
％混合すれば、この三成分より成る組成物は０°Ｃ以上
の温度において相溶し、長時間貯蔵しても相分離するこ
とはない。

上記三成分を主剤側（エポキシ樹脂を含む側）の必須成
分として用いる場合は、硬化剤としては常温て液状のポ
リアミド樹脂を用いることが硬化物の性能の上から特に
好ましい。他の硬化剤を用いると硬化後にエキストラク
トのブリーディング（にじみ出し）か起こり、硬化物の
性能か劣る場合がある。エポキシ樹脂の硬化剤として用
いるポリアミド樹脂とは、ダイマー酸とポリアミンの縮
合により生成するものをいう。

［作用］ 炭素ｍ雑居にエポキシ樹脂組成物を含浸することにより
、炭素ａｍは相互に固着され炭素繊維層内における剥離
が防止される。

エポキシ樹脂組成物がセメントモルタルの凝結終了後に
粘着性を有していることにより、セメントモルタルに含
まれていた水による接着に対する悪影響がなくなり、炭
素ｍ雑居とセメントモルタル層はエポキシ樹脂組成物に
より強固に接着され、居間での剥離が防止される。

［実施例］ 以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

実施例１ 本発明の方法により１寸法（縦×横×厚さ）が３０ｃｍ
ｘ　：ｌＯｃ＋ａＸ　　４ｃｍの５層より成る炭素ａｍ
補強セメントモルタル成型品を製作した。各居の内容は
次のよってある。

第１居：セメントモルタル層 第２層：エポキシ樹脂組成物を含浸した炭素繊維クロス
層 第３層：セメントモルタル層 第４Ｆ３：エポキシ樹脂組成物を含浸した炭素繊維クロ
ス層 第５層：セメントモルタル層 セメントモルタルは、普通ポルトランドセメントと７号
硅砂を砂・セメント比０．５、水・セメント比４０％で
混合した。このセメントモルタルは２０℃において、混
合後３時間で凝結が完了する。

エポキシ樹脂組成物は、ビスフェノールＡタイプのエポ
キシ樹脂（２５℃における粘度１３０ボイズ）１００重
量部１石１石用滑油留分のエキストラクト（２５℃にお
ける粘度７ボイズ）２００重量部、ジノニルフェノール
１５重量部をあらかじめ混合しておき主剤とし、使用直
前にポリアミド樹脂硬化剤（２５℃における粘度２３ポ
イズ）を混合したものである。主剤と硬化剤の混合比は
、重量比て７：１である。このエポキシ樹脂！［ｌｊ＆
物は、混合後厚さＳ＋ｉ＋ｓ以下に拡げて２０℃に保持
した場合、４時間後てあっても粘着性を有している。

炭素繊維クロスは、　ＰＡＮ糸長ｍ！ｉを平織にしだも
のて、厚さ０．３層犀、目付２６０ｇ／ｍ”である。

次に製造方法について説明する。

成型に先立ち、セメントモルタルを混合し、続いてエポ
キシ樹脂組成物の主剤と硬化剤を十分混合する。セメン
トモルタルとエポキシ樹脂組成物の混合後、直ちに型枠
（内寸法３Ｑｃｓｘ　３０ｃｍｘ　　４Ｃ！ｌ）の底面
に第１層としてセメントモルタルを厚さＳｍｍに打設し
た。第１層打設後直ちにエポキシ樹脂組成物を厚さ１ｍ
ｓに第１層上に塗布し。

３０ｃＩＩｘ　３０ｃ■の寸法の炭素繊維クロスを重ね
、上部より押しつけてエポキシ樹脂組ｒ＆物をクロス上
面にしみ出させる（第２層）。次いて第３居のセメント
モルタルを厚さ１７ｃｍに打ち継ぎ、第４居のエポキシ
樹脂含浸炭素繊維を第２層と同様に配し、その上に第５
居のセメントモルタルを打ち継ぎ全体の厚さを４ｃ＊と
した。

このセメントモルタル成型品を温度２０℃、湿度６５％
の雰囲気て気中養生し、材令２８日目に輻４Ｃ１１に切
り出して曲げ強度を３点曲げ試験により測定した。試験
条件はスパン長さ１０ｃｍ、載荷速度０．５＋＊ｍ／ｗ
ｉｎである。曲げ試験の結果、曲げ強度は２８０ｋｇ／
ｃｒｎ’であった。

比較例１ エポキシ樹脂組成物を用いないで、実施例１と同様の５
層より成る炭素繊維補強セメントモルタル成型品を製作
した。

このものを実施例１におけると同様に養生し、材令２８
日目に幅４ｃＩ１１に切り出して、実施例１と同条件で
曲げ試験を行ったところ曲げ強度は１２０ｋｇ／ｃｒｎ
’であった。

比較例２ エポキシ樹脂組成物の主剤に、硬化反応促進のためにフ
ェノール１０ｗｔ％を加えた他は実施例１と全く同様に
して、５層より成るＪ２２層維補強セメントモルタル成
型品を製作した。

本比較例に用いたエポキシ樹脂組成物は、主剤と硬化剤
を混合後粘若性を失うまでの時間が、５ｍｍ以下の厚さ
にして２０℃で保持した場合。

１．５時間以下であった。

本比較例に用いたセメントモルタルは混合後。

凝結終了まてに３時間を要するので、本比較例の場合エ
ポキシ樹脂組成物が粘着性を失った時点でセメントモル
タルの凝結は終了していない。

この成型品を実施例１と同様に養生し、材令２８日目に
幅４ｃ＋ｓに切り出して、実施例１と同条件て曲げ試験
を行ったところ９：１ｋｇ／ｃｒｔ＋’であり、曲げ強
度測定後の断片には、エポキシ樹脂組成物を含浸した炭
素繊維層とセメントモルタル層との層間の剥離が見られ
た。

［発明の効果コ 本発明は、炭素ｍ離層中にエポキシ樹脂組成物を含浸さ
せることにより炭素ｍ離層内における剥離を防止する効
果があり、また炭素縁ｌＩＢ層とセメントモルタル層は
エポキシ樹脂組成物により接着されているので居間の剥
離も防止でき、炭素繊維の引っ張り強さを十分生かした
補強が行える。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維を層状に配して成る炭素繊維層とセメン
   トモルタル層とを各１層以上積層して成る炭素繊維補強
   セメント製品の製造方法において、該炭素繊維層の内部
   及び該炭素繊維層とセメントモルタル層との界面に、該
   セメントモルタル居の凝結が終了した時点において、未
   だ粘着性を有しているエポキシ樹脂組成物を存在させる
   ことを特徴とする炭素繊維補強セメント製品の製造方法
   。
2. （２）エポキシ樹脂組成物が主剤および硬化剤を混合し
   たものから成り、主剤が（Ａ）常温で液状のエポキシ樹
   脂、（Ｂ）石油の潤滑油留分のエキストラクト、（Ｃ）
   ノニルフェノールまたはジノニルフェノールを必須成分
   とし、硬化剤が常温で液状のポリアミド樹脂であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の炭素繊維補強
   セメント製品の製造方法。
3. （３）主剤の組成が（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂１
   ５〜８０ｗｔ％、（Ｂ）石油の潤滑油留分のエキストラ
   クト１０〜８４Ｗｔ％、（Ｃ）ノニルフェノールまたは
   ジノニルフェノール１〜２０重量％であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の炭素繊維補強セメント
   製品の製造方法。