JPS6251907B2 - - Google Patents

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JPS6251907B2
JPS6251907B2 JP2970380A JP2970380A JPS6251907B2 JP S6251907 B2 JPS6251907 B2 JP S6251907B2 JP 2970380 A JP2970380 A JP 2970380A JP 2970380 A JP2970380 A JP 2970380A JP S6251907 B2 JPS6251907 B2 JP S6251907B2
Authority
JP
Japan
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cement
fibers
fiber
weight
boric acid
Prior art date
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Expired
Application number
JP2970380A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56125266A (en
Inventor
Arata Oka
Akio Mizobe
Junichi Hikasa
Masaki Okazaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
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Publication of JPS56125266A publication Critical patent/JPS56125266A/en
Publication of JPS6251907B2 publication Critical patent/JPS6251907B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は高アルカリ物質中で使用しても物理的
特性が損なわれないポリビニルアルコール(以下
PVAと略記)繊維で強化された繊維強化セメン
ト材料に関する。 天然の鉱物繊維である石綿、無機繊維である
種々のガラス繊維、シラス繊維、その他セラミツ
ク、カーボン等の繊維、鋼等の金属繊維等は耐候
性、耐熱性、高ヤング率、高強度という点で繊維
状での機械的特性は優れている。 従来からセメント複合材用には石綿が用いられ
ているが、これは資源の枯渇及び、衛生上の問題
が提起されている。またガラス繊維、シラス繊維
は耐アルカリ性が悪く、特に耐アルカリガラス繊
維と言えその耐アルカリ性の耐久性に問題を生じ
ている。 鋼などを用いた金属繊維は接着性や錆の発生の
点で問題がある。セラミツク繊維やカーボン繊維
等はコスト的に高価で工業的に常用するのは困難
と考えられる。 それに代る有機合成繊維を用いる場合、機械
的、物理的性質を全て満足するものは未だ得られ
ていない。現状のポリプロピレン、ポリエチレン
等のポリオレフイン系繊維は耐薬品性は良いが耐
熱性、高強度、高ヤング率のものは得られない。
ポリアミド繊維も同様である。またポリエステル
繊維は耐アルカリ性に欠点がある等々の短所を有
している。 本発明は、無機繊維の特長である耐薬品性、特
に耐アルカリ性を有し、なおかつ高ヤング率、高
強度、低伸度のPVA繊維を含有する繊維強化水
硬性物質を提供することである。水硬性物質とは
水和反応により硬化される無機セメント又は無機
の結合材又は接着剤を有する物質である。水和反
応により硬化する結合材には例えばポルトランド
セメント、シリカセメント、フライアツシユセメ
ント、アルミナセメント、高炉セメント、石膏等
が載げられている。 硼酸を有する物質をセメント材料に用いること
は従来からセメント凝固に対し、大変悪影響を与
えるものとして使われないものである。なぜなら
ば「砂糖、フミン酸、硼酸及び硼砂等は石膏や石
灰の存在においてもセメントのアルミン酸塩を溶
解し、すみやかにアミノ珪酸塩ゲルを生じ、微量
ではゲルが引続く水和を妨害し、凝結を遅らせ、
ある量以上では多量のゲルの生成により瞬結をき
たす。正常の水和は不可能となり強度は著しく害
される。」と窯業ハンドブツク(技報堂、窯業協
会編昭和34年発行15行目)に明記され、硼酸等は
悪いものの代名詞というのが通説となつている。 しかし本発明は特に硼酸又は硼砂を含むPVA
繊維を用いることによつてセメント等水硬性物質
特有のアルカリ性溶液中の挙動にこの硼酸又は硼
砂が有効に作用していることを見出した。かかる
事実はセメント凝固へ悪影響をすると言われてい
る硼酸又は硼砂はセメントアルカリ性物質中で逆
にその硼酸がPVAをゲル化することを最高に利
用し、セメント凝固には悪影響がないばかりか、
セメント補強材用繊維として大変有効に作用して
いることを示している。更にもう一つの硼酸の利
点は、PVA系繊維中の硼酸は繊維とセメントと
の接着性を向上させることである。この理由は明
らかではないが、PVAと硼酸の反応はよく知ら
れておりアルカリ性下では分子間架橋することが
知られている。セメント成形品中での繊維中に存
在する硼酸が介在してPVAをセメント成分との
間に何らかの反応を起しているのかも知れない。
0.1〜0.7%の硼酸を含有する繊維はセメント成形
品中では強アルカリのため上述の如く、該当成形
品中では当然PVA分子間に架橋が起り、分子の
動きが拘束され一層高ヤング率化し、補強効果を
高めるという特長を有することを発見した。 PVA繊維はPVA原液に硼酸を添加し、苛性ア
ルカリ性芒硝浴へノズルを通して湿式で紡糸する
ことにより、PVA原液は硼酸の作用により硼酸
架橋し、ゲル化凝固する。この紡出糸を酸で中和
し、芒硝及び過剰の硼酸を洗滌することにより高
い延伸倍率のものが得られる。即ち、紡糸速度と
最終巻取ローラの速度比を%で示して全延伸倍率
を900%以上とすると、高強力、低伸度、更に高
ヤング率等の機械的性質を有し、かつ耐熱水性、
耐アルカリ性のPVA繊維が得られる。但し、こ
のPVA繊維中には0.1〜0.7%の硼酸を含むことが
最大の特長である。 硼酸含有率が0.7%以上では分子内分子間架橋
がしつかりしており、充分な延伸性は得られず操
業性もない。また、0.1%以下ではセメントとの
接着性向上に寄与しないと共に工業的に洗滌する
ことが難しい。 本発明者等はこのようにして得た種々のPVA
繊維を用いてセメント材料を検討し、以下のよう
なPVA繊維を基本的に配合したセメント材料が
極めて優れたものであることを見出した。 即ち、セメントモルタル液中に浸漬後の繊維の
ヤング率が6.8×102〜2.26×103Kg/mm2でかつその
強度が80〜160Kg/mm2、その時の伸度が10%以下
であり、セメントモルタルへ練り込み硬化後破壊
したときの破断面に露出する繊維長が500ミクロ
ンメーター(μm)以下の物性をもち、かつ繊維
中に0.1〜0.7%の硼酸を有するポリビニルアルコ
ール繊維を0.5〜10重量%配合したセメント単独
またはセメントと骨材、セメントと骨材と鉄筋あ
るいは鉄骨による繊維強化セメント材料である。 複合材補強理論から言えば高ヤング率が必要で
あるが、複合材の補強性に関しては一般に述べら
れていることだけでは充分とは思えない。たとえ
ば繊維とセメントマトリツクスとの接着性や繊維
の配向等による要因があり、いわゆる補強効率を
高くすることが必要である。本発明においては
PVA繊維中の硼酸がその補強効率を高める大な
る要因となつていると思われる。即ち、PVAと
硼酸との反応はPHによつて変化し、PHが5〜6以
上のアルカリ中では、PVAの水酸基と硼酸は架
橋する。したがつてセメントモルタル液のごとき
高アルカリ浴中においては硼酸は該アルカリによ
り結合力が高く脱落せず、強固に架橋していると
推定される。それゆえにセメント複合体中での
PVA繊維はこの硼酸によつて強固な構造とな
り、通常セメント凝固に対して硼酸等を用いるこ
とは悪いこととされていた欠点を克服したもので
ある。 また繊維の持つ切断強度はセメントマトリツク
ス中では100%利用されていない。それは繊維補
強セメントの破壊強力がセメントの破壊強力と繊
維の破断強力の合力に到つていないことがわか
る。即ちプレーンなセメントモルタルの破断伸度
は0.02%以下という極めて小さい伸びの範囲であ
る。このように小さな伸びの範囲で繊維強力が十
分に発揮される場合は繊維とセメントの接着が完
全であれば微小長さの繊維は破断面で伸長した形
で切断することになる。そのために露出部分の繊
維長が接着性に関し重要なフアクターとなつてい
るはずである。 本発明者等は、補強繊維のセメントマトリツク
スとの親和性、接着性の良・不良の尺度として、
繊維混合セメント凝固物の破断面に露出した切断
繊維の長さがほぼ500μmを境としてセメント材
料の効果を左右し、前記切断長が小さければ小さ
い程セメント材料の曲げ強度は高い値を示すこと
を知見した。 また上記切断長が500μm以下の物性を持つ硼
酸含有PVA繊維は、前記のように硼酸の結合効
果が大きいためか、セメントモルタル液中に浸漬
後のそのヤング率が6.8×102〜2.26×103Kg/mm2
かつその強度が80〜160Kg/mm2、その時の伸度が
10%以下であることをつきとめた。 尚本発明でセメントモルタル液とは普通ポルト
ランドセメントを水1に対し0.75とり水に投入
し、撹拌機で常時撹拌しているスラリー状の液で
あり、前記ヤング率等の特性は、該セメントモル
タル中に繊維を緊張あるいは無緊張下で浸漬し、
1週間経過後のものである。 前記特性の如きPVA繊維は例えば次のように
してつくられる。用いるPVAは重合度800〜3000
で、好ましくは1400〜2600のものである。ケン化
度は94〜99.9モル%のものを用いる。このPVAを
10〜20%水溶液となし、そのPHを4.5以下に保ち
つつ硼酸をPVAに対し0.5〜3重量%添加する。
この原液を口金を通して苛性アルカリ性芒硝浴中
へ紡出し、凝固させる。紡糸時PVAと混合して
いた硼酸は急激なアルカリ性によりPVAと硼酸
が反応しPVAは凝固する。しかしこのアルカリ
性は後のPVAの着色及び硼酸除去のために中和
して取り除き、硼酸含有率を0.1〜0.7%の範囲に
なるまで水洗除去する。かかる繊維は完全に乾燥
され、熱延伸及び熱処理され巻き取られる。延伸
倍率は、最終的に全延伸倍率を900%以上、好ま
しくは1100%以上となるように実施される。 この繊維を利用する方法としては、3〜25mmの
切断長にカツトし、セメント等に混入するか、あ
るいはカツトしないフイラメント状のままで使用
することができる。 セメント材料中でのPVA系合成繊維の含有率
は0.5〜10重量%がよく、好ましくは1〜5重量
%である。このPVA系合成繊維の含有率が0.5重
量%以下の場合はその補強効果が少く意味がな
く、また10重量%以上では補強効果にはあまり寄
与せず、かえつてセメントスラリー、又はモルタ
ル中での分散性及び流動性が悪化し、その取扱い
性が困難となり意味がなくなる。 次に石綿の添加率は0〜15重量%がよい。まず
第1に0重量%とは石綿を使わないことを意味
し、更に石綿を15重量%まで添加することはその
補強性もさることながら分散助剤及び成形時の補
強材料として用いることであり石綿の使用に関し
何ら制限されるものではない。しかし石綿添加量
が15重量%を越える使用量については成形性、分
散性、及び経済性から無意味である。 更に耐アルカリガラス繊維のチヨツプドストラ
ンドを添加使用することも可能である。その添加
率は0〜10重量%である。耐アルカリガラス繊維
のチヨツプドストランドを添加する時は3〜10重
量%が補強効果としてはPVA繊維との相乗効果
があるが、10重量%以上ではその混入したコンク
リート又はモルタルの取扱い性が悪化するととも
に補強効果に対する経済性が悪化する。 更に添加繊維として分散助剤(材)としてのパ
ルプを用いてもよい。パイプの種類は砕木パル
プ、クラフトパルプ、セミケミカルパルプ、亜硫
酸パルプ、ソーダパルプ、ケミグランドパルプ、
更に竹、ワラ、こうぞ、みつまたを用いてもよ
く、新聞古紙又はダンボール古紙等の回収パルプ
でもよい。特に限定されるものではない。 これまで添加してきた繊維系の混合物の分散性
等から各繊維状物が十分分散しているならば、耐
アルカリ性の悪い、更に燃焼性の有機物はできる
限り添加しない方がよいことは言うまでもない。
パルプの添加率は好ましくは添加率の低い0.5〜
2重量%がよい。前記の理由からパルプの添加率
は0〜5重量%で、5重量%以上の添加では分散
効果はあるものの補強性、耐屈曲性を悪化する
し、土木建築材料としての難燃性が失われる。 このようにして得た混合繊維とセメント単独あ
るいはセメントと砂等の細骨材との混合物、又は
更に砂利や砕石等の粗骨材を加えた混合物を用い
てもよい。更にこれらセメントモルタル及びコン
クリートを鉄筋又は鉄骨構造材と併用しセメント
成型物又は構築物とする材料、又は舗装道路等の
土木材料としてもよい。 次に繊維組成の一部の耐アルカリガラス繊維の
代りに合成繊維、又は合成パルプ、天然繊維そし
て金属繊維を使用することができる。その添加量
は10重量%までである。更に詳しくその内容を説
明すると、使用する合成繊維としてはポリオレフ
イン系のポリエチレン、ポリプロピレン等のフイ
ラメント又はフイルム状から作つたスリツトヤー
ン、スプリツトヤーン等のストランド、ポリアミ
ド系のナイロン6、ナイロン66、その他ポリアク
リロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリ
デン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイ
ミド等、例えばケブラーなどのチヨツプドストラ
ンドを用いることができる。また合成パルプとし
てはポリエチレン、ポリプロピレン、又は更にそ
れらポリマーに無機充填物を混合したポリマーを
フラツシユ紡糸して得たもの等も使用することが
できる。 これら有機合成繊維を添加することは、伸度の
大きい、かつ低ヤング率のものを加えることによ
つて曲げ強度のみならず、耐衝撃性を向上させる
効果を合わせて有するものになる。 次に天然繊維としては植物系のパルプ以外の木
綿、マニラ麻、黄麻、楮、三椏、雁皮、動物系の
羊毛、獣毛でもよい。これらはモルタル中の繊維
分散及び軽量化を助ける。 金属繊維には鉄、鋼、各種ステンレススチール
の繊維状のもの又はストランド状のものでよい。
その他炭素繊維、雲母等を使うことができる。以
上耐アルカリガラス繊維等の代りの繊維のモルタ
ル又はコンクリートへの添加率は10重量%までが
取扱い性の面、施工性の面から限度となり、これ
を越えると経済的にも不利となる。金属繊維に関
してはセメントのひびわれ、風化による錆の発生
による補強効果の低下、及び高い比重のために添
加重量に対する体積の効果が少い。それら欠点を
補うのが本発明のPVA繊維である。また、炭素
繊維、雲母等はセメントモルタルとの接着性が悪
いために十分にその補強性を発揮できない。それ
らをPVA繊維で分散することにより耐久性のあ
る複合材料とすることができた。 これら繊維補強セメントモルタル又はコンクリ
ート等を成形する方法は種々あるが特に限定され
るものでない。例えば加圧成型法、振動成型法、
振動及び加圧併用成型法、遠心力成型法、抄造成
型法、巻取成型法、真空成型法、そして押出し成
型法に利用できる。フイラメント状の使い方とし
ては繊維軸方向に応力のかかるものに利用される
フイラメントワインデイング、板状成型品、厚板
板状成型品、鉄筋入成型品等に用いられる。また
織布、ネツト、不織布として板状成形品、円筒状
成形品等に利用することも可能である。 このPVA繊維の利用の範囲は、セメント瓦、
厚形スレート、波形石綿スレート、石綿セメント
板及びその二次製品、石綿パーライト板、水道用
石綿セメント管、パルプセメント板、パルプセメ
ント管、石綿セメント円筒、木毛及び木片セメン
ト板、コンクリート板、コンクリートブロツク人
造石、モルタル板、テラゾブロツク、テラゾタイ
ル、鉄筋コンクリート組立塀、コンクリートプレ
ハブ部材、プレストレスコンクリートダブルTス
ラグ等の構造材、矢板又は鉄筋コンクリート矢
板、プレストレスコンクリート矢板、遠心鉄筋コ
ンクリート基礎くい、鉄筋コンクリート管、遠心
鉄筋コンクリート管、遠心鉄筋コンクリートポー
ル等のセメント・石膏等を凝固させて用いる場合
の脆性マトリツクス補強材として十分利用でき
る。 前述したセメント製品に限らずこれら以外の構
造物、建築内外装部材、土木材料に応用使用する
ことができ、その具体的な利用方法には次の各種
用途が示される。まず第一に土木関係に用いられ
るものとしては道路舗装材料として例えば一般道
路の舗装、高速道路、滑走路、オーバレイ、歩道
橋の舗装、橋床の舗装、それらの補修材又は歩道
用板等に利用できる。また成形型枠として用いる
型枠、捨型枠にも利用できる。パイプ類としては
下水管、電らん管、ケーブルダクト等がある。ま
た道路部材としては防音材、道路標識、舗装補強
材、側溝、トンネル内装材、パイル等に利用でき
る。第二に建築関係部材としては外装材料があ
り、それらはシエル構造物、カーテンウオール外
壁パネル、スレート等の屋根材、パラペツト、ス
パンドレル、外装レリーフに用いることができ
る。また内装材料としては壁材、レリーフ、床
材、天井材に利用することができる。その他型
枠、捨て型枠、床板、はり、機械台基礎、原子炉
圧力容器、液化石油ガスの容器、建築物内の間仕
切り、階段材料があげられる。第三に海洋又は漁
業部材としては船舶用機材、ボート、等フエロセ
メント用セメント材料とすべく薄いシエル構造組
成物に用いるもの、浮子、浮棧橋、漁礁、テトラ
ポツト等消波ブロツク、護岸ブロツク、に利用で
きる。第四に農業、蓄産関係部材としてはタン
ク、サイロ、苗床、フエンスポツト、鉢、フラワ
ーポツト、側溝等の矢板、等に利用できる。その
他放射性物質等廃棄物処理用の容器等の材料に使
用することができる。その他材料の使用に関して
は限定されるものではない。 次に本発明を実施例でもつてさらに説明する。 実施例1、比較例1 4%の硼酸を添加した重合度1750、ケン化度
99.9モル%の16%濃度のPVA水溶液を苛性アルカ
リ性芒硝浴中に1000ホールの金板を用いて紡糸し
た。硫酸々性浴で付着カセイソーダを完全に中和
し、紡糸したPVA繊維中の硼酸含有率が0.1〜0.7
%以内になるよう水洗した。かかるフイラメント
を乾風式乾燥機で乾燥し300%熱延伸し更に熱処
理して巻取つた。この時全延伸倍率は1300%で繊
維中の残存硼酸量は0.4%であり、3025drのフイ
ラメントを得た。 また比較のために残存硼酸量を0.05%まで洗滌
したものと、硼酸含有率の高い1.2%程度のもの
を作製し、これら各々の繊維を熱延伸し、熱処理
してそれらの繊維物性を調べ表−1に示した。 このようにして得た繊維を3mmの長さに切断
し、水セメント比を0.5とし、このカツト繊維を
セメントに対し2重量%となるように添加混合
し、型枠に入れプレス成型した。養生は28日間水
中にて行つた。この成型物の曲げ強度及びその破
断面に露出したPVA繊維の平均長さは414μmで
あり、その毛羽足は短いものであつた。表−1に
示した。またその成型板の曲げ強度を測定した。
比較例で述べた洗滌工程でPVA繊維中の残存硼
酸量を1.2%としたものの熱延伸性は悪く650%と
低かつた。そのため十分な繊維物性を示す繊維は
得られず、満足な製品特性は得られなかつた。
The present invention provides polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as
PVA (abbreviated as PVA) relates to fiber-reinforced cement materials reinforced with fibers. Natural mineral fibers such as asbestos, inorganic fibers such as various types of glass fibers, glass fibers, other ceramic fibers, carbon fibers, and metal fibers such as steel have excellent weather resistance, heat resistance, high Young's modulus, and high strength. It has excellent mechanical properties in fibrous form. Conventionally, asbestos has been used for cement composite materials, but this poses resource depletion and hygiene problems. Furthermore, glass fibers and shirasu fibers have poor alkali resistance, and in particular, they can be called alkali-resistant glass fibers, causing problems in the durability of their alkali resistance. Metallic fibers made of steel or the like have problems in terms of adhesion and rust formation. Ceramic fibers, carbon fibers, etc. are expensive and difficult to use regularly in industry. When using an organic synthetic fiber instead, one that satisfies all mechanical and physical properties has not yet been obtained. Current polyolefin fibers such as polypropylene and polyethylene have good chemical resistance, but cannot provide heat resistance, high strength, or high Young's modulus.
The same applies to polyamide fibers. Furthermore, polyester fibers have disadvantages such as poor alkali resistance. The present invention provides a fiber-reinforced hydraulic material that has chemical resistance, particularly alkali resistance, which is a feature of inorganic fibers, and also contains PVA fibers that have a high Young's modulus, high strength, and low elongation. A hydraulic substance is a substance with an inorganic cement or an inorganic binder or adhesive that hardens by a hydration reaction. Examples of binders that harden through a hydration reaction include portland cement, silica cement, fly ash cement, alumina cement, blast furnace cement, and gypsum. The use of substances containing boric acid in cement materials has traditionally been prohibited as it has a very negative effect on cement coagulation. This is because "sugar, humic acid, boric acid, borax, etc., even in the presence of gypsum or lime, dissolve cement aluminates and immediately form aminosilicate gels, and in trace amounts the gels interfere with subsequent hydration. slow down coagulation,
If the amount exceeds a certain level, a large amount of gel will be formed, resulting in instant setting. Normal hydration is no longer possible and strength is severely impaired. '' is clearly stated in the Ceramics Handbook (edited by Gihodo, Ceramics Association, published in 1950, line 15), and it is a common belief that boric acid is synonymous with bad things. However, the present invention specifically applies to PVA containing boric acid or borax.
It has been found that by using fibers, boric acid or borax effectively affects the behavior of hydraulic substances such as cement in alkaline solutions. This fact indicates that boric acid or borax, which is said to have an adverse effect on cement coagulation, can best utilize the fact that boric acid gels PVA in an alkaline cement substance, and not only does it have no adverse effect on cement coagulation.
This shows that it works very effectively as a fiber for cement reinforcement. Yet another advantage of boric acid is that boric acid in PVA fibers improves the adhesion between the fibers and cement. Although the reason for this is not clear, the reaction between PVA and boric acid is well known, and it is known that intermolecular crosslinking occurs under alkaline conditions. It may be that boric acid present in the fibers in the cement molded product intervenes and causes some kind of reaction between PVA and the cement components.
Fibers containing 0.1 to 0.7% boric acid are strongly alkaline in cement molded products, so as mentioned above, naturally crosslinking occurs between PVA molecules in the molded product, restricting molecular movement and further increasing Young's modulus. It was discovered that it has the feature of increasing the reinforcing effect. PVA fibers are produced by adding boric acid to the PVA stock solution and spinning it wet through a nozzle in a caustic alkaline sodium sulfate bath.The PVA stock solution is crosslinked by the action of the boric acid, gelling and coagulating. A high draw ratio can be obtained by neutralizing this spun yarn with acid and washing away the sodium sulfate and excess boric acid. In other words, if the total stretching ratio is 900% or more, expressed as a percentage of the spinning speed and the speed of the final take-up roller, it has mechanical properties such as high strength, low elongation, and high Young's modulus, and is resistant to hot water. ,
Alkali-resistant PVA fibers are obtained. However, the greatest feature of this PVA fiber is that it contains 0.1 to 0.7% boric acid. If the boric acid content is 0.7% or more, intramolecular crosslinking is strong, and sufficient stretchability and workability are not obtained. Moreover, if it is less than 0.1%, it does not contribute to improving adhesion with cement and is difficult to wash industrially. The present inventors have developed various PVAs obtained in this way.
We investigated cement materials using fibers and found that cement materials that basically contain PVA fibers as shown below are extremely superior. That is, the Young's modulus of the fiber after being immersed in the cement mortar solution is 6.8×10 2 to 2.26×10 3 Kg/mm 2 , the strength is 80 to 160 Kg/mm 2 , and the elongation at that time is 10% or less. , polyvinyl alcohol fibers with physical properties such that when broken after being kneaded into cement mortar and hardened, the fiber length exposed on the fractured surface is 500 micrometers (μm) or less, and has 0.1 to 0.7% boric acid in the fibers. It is a fiber-reinforced cement material containing 10% by weight of cement alone, cement and aggregate, or cement and aggregate and reinforcing bars or steel frames. According to the theory of reinforcing composite materials, a high Young's modulus is necessary, but I do not think that what is generally stated is sufficient regarding the reinforcing properties of composite materials. For example, there are factors such as the adhesion between the fibers and the cement matrix and the orientation of the fibers, and it is necessary to increase the so-called reinforcement efficiency. In the present invention
It is thought that boric acid in PVA fiber is a major factor in increasing its reinforcing efficiency. That is, the reaction between PVA and boric acid changes depending on the pH, and in an alkali with a pH of 5 to 6 or more, the hydroxyl group of PVA and boric acid crosslink. Therefore, it is presumed that in a highly alkaline bath such as a cement mortar solution, boric acid has a high binding strength due to the alkali and does not fall off, and is strongly crosslinked. Therefore, in the cement composite
PVA fibers have a strong structure due to the presence of boric acid, which overcomes the disadvantage of using boric acid or the like for cement coagulation, which was generally considered to be bad. Furthermore, the cutting strength of fibers is not fully utilized in the cement matrix. It can be seen that the breaking strength of the fiber-reinforced cement does not reach the resultant force of the breaking strength of the cement and the breaking strength of the fibers. That is, the elongation at break of plain cement mortar is within an extremely small elongation range of 0.02% or less. When the fiber strength is sufficiently exerted in such a small elongation range, if the adhesion between the fiber and cement is perfect, the fiber of minute length will be cut in an elongated form at the fracture surface. Therefore, the fiber length of the exposed portion must be an important factor regarding adhesiveness. The present inventors used the following as a measure of the affinity and adhesion of reinforcing fibers with the cement matrix:
The length of the cut fibers exposed on the fracture surface of the fiber-mixed cement solidified material influences the effectiveness of the cement material, with a limit of approximately 500 μm, and the smaller the cut length, the higher the bending strength of the cement material. I found out. In addition, the boric acid-containing PVA fibers having the above-mentioned physical properties with a cut length of 500 μm or less have a Young's modulus of 6.8×10 2 to 2.26×10 after immersed in cement mortar, probably due to the large binding effect of boric acid as described above. 3 Kg/mm 2 and its strength is 80 to 160 Kg/mm 2 , and its elongation is
We found that it was less than 10%. In the present invention, the cement mortar liquid is a slurry-like liquid prepared by adding 0.75 parts of ordinary Portland cement to 1 part of water and constantly stirring it with a stirrer. The fibers are immersed in it under tension or no tension,
This is after one week has passed. PVA fibers having the above characteristics are produced, for example, as follows. The PVA used has a polymerization degree of 800 to 3000.
and preferably 1400 to 2600. The degree of saponification used is 94 to 99.9 mol%. This PVA
A 10-20% aqueous solution is prepared, and 0.5-3% by weight of boric acid is added to PVA while keeping the pH below 4.5.
This stock solution is spun through a nozzle into a caustic salt bath and solidified. The boric acid mixed with PVA during spinning reacts with the rapid alkalinity, and the PVA coagulates. However, this alkalinity is neutralized and removed in order to color the PVA and remove boric acid later, and the boric acid content is removed by washing with water until the boric acid content falls within the range of 0.1 to 0.7%. Such fibers are completely dried, hot drawn, heat treated and wound. The stretching ratio is adjusted so that the final total stretching ratio is 900% or more, preferably 1100% or more. This fiber can be used by cutting it into lengths of 3 to 25 mm and mixing it into cement, etc., or by using it as an uncut filament. The content of PVA synthetic fibers in the cement material is preferably 0.5 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight. If the content of PVA synthetic fibers is less than 0.5% by weight, the reinforcing effect is small and meaningless, and if it is more than 10% by weight, it does not contribute much to the reinforcing effect, and on the contrary, it may be used in cement slurry or mortar. Dispersibility and fluidity deteriorate, making handling difficult and meaningless. Next, the addition rate of asbestos is preferably 0 to 15% by weight. First of all, 0% by weight means that asbestos is not used, and adding asbestos up to 15% by weight means that it is used not only for its reinforcing properties but also as a dispersion aid and reinforcing material during molding. There are no restrictions on the use of asbestos. However, if the amount of asbestos added exceeds 15% by weight, it is meaningless from the viewpoint of moldability, dispersibility, and economy. Furthermore, it is also possible to add chopped strands of alkali-resistant glass fiber. Its addition rate is 0 to 10% by weight. When adding chopped strands of alkali-resistant glass fibers from 3 to 10% by weight, they have a synergistic reinforcing effect with PVA fibers, but if they exceed 10% by weight, the handling of concrete or mortar mixed with them may be affected. As this situation worsens, the economic efficiency of the reinforcing effect also deteriorates. Furthermore, pulp as a dispersion aid (material) may be used as the additive fiber. Types of pipes include groundwood pulp, kraft pulp, semi-chemical pulp, sulfite pulp, soda pulp, chemical ground pulp,
Furthermore, bamboo, straw, kozo, and mitsumata may be used, and recycled pulp such as used newspaper or cardboard may also be used. It is not particularly limited. It goes without saying that if each fibrous material is sufficiently dispersed due to the dispersibility of the fibrous mixture that has been added so far, it is better to avoid adding organic materials that have poor alkali resistance and are combustible as much as possible.
The pulp addition rate is preferably a low addition rate of 0.5~
2% by weight is good. For the above reasons, the addition rate of pulp is 0 to 5% by weight; if it is added in excess of 5% by weight, although it has a dispersion effect, the reinforcing properties and bending resistance deteriorate, and the flame retardancy as a civil engineering and construction material is lost. . A mixture of the thus obtained mixed fibers and cement alone, or a mixture of cement and fine aggregate such as sand, or a mixture in which coarse aggregate such as gravel or crushed stone is further added may be used. Furthermore, these cement mortar and concrete may be used in combination with reinforcing bars or steel frame structural materials to make cement molded products or structures, or as civil engineering materials such as paved roads. Synthetic fibers or synthetic pulp, natural fibers and metal fibers can then be used in place of the alkali-resistant glass fibers in some of the fiber compositions. The amount added is up to 10% by weight. To explain in more detail, the synthetic fibers used include strands such as slit yarns and split yarns made from filaments or films such as polyolefin-based polyethylene and polypropylene, polyamide-based nylon 6 and nylon 66, and other polyacrylonitrile and polyamide fibers. Chopped strands of vinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyester, polyimide, polyamideimide, etc., such as Kevlar, can be used. As the synthetic pulp, polyethylene, polypropylene, or those obtained by flash spinning a polymer obtained by mixing these polymers with an inorganic filler can also be used. Addition of these organic synthetic fibers has the effect of improving not only bending strength but also impact resistance by adding those with high elongation and low Young's modulus. Next, the natural fibers may be cotton, manila hemp, jute, kozo, mitsumata, gampi, animal wool, or animal hair other than vegetable pulp. These aid in fiber dispersion and weight reduction in the mortar. The metal fibers may be fibers or strands of iron, steel, or various types of stainless steel.
Other materials such as carbon fiber and mica can also be used. As mentioned above, the addition rate of alternative fibers such as alkali-resistant glass fibers to mortar or concrete is limited to 10% by weight in terms of handling and workability, and exceeding this limit is economically disadvantageous. Regarding metal fibers, the reinforcing effect decreases due to cracks in the cement, the occurrence of rust due to weathering, and the volume effect on the added weight is small due to the high specific gravity. The PVA fiber of the present invention compensates for these drawbacks. Furthermore, carbon fibers, mica, etc. cannot sufficiently exhibit their reinforcing properties because of their poor adhesion to cement mortar. By dispersing them with PVA fibers, we were able to create a durable composite material. There are various methods for forming these fiber-reinforced cement mortar or concrete, but there are no particular limitations. For example, pressure molding method, vibration molding method,
It can be used in vibration and pressure molding methods, centrifugal force molding methods, paper molding methods, winding molding methods, vacuum molding methods, and extrusion molding methods. Filament-shaped fibers are used for filament winding, plate-shaped molded products, thick plate-shaped molded products, reinforcing bar-filled molded products, etc., which are used for products that are subjected to stress in the direction of the fiber axis. It can also be used as a woven fabric, net, or nonwoven fabric for plate-shaped molded products, cylindrical molded products, etc. The scope of use of this PVA fiber is cement tiles,
Thick slate, corrugated asbestos slate, asbestos cement board and its secondary products, asbestos perlite board, asbestos cement pipe for water supply, pulp cement board, pulp cement pipe, asbestos cement cylinder, wood wool and wood chip cement board, concrete board, concrete Artificial stone blocks, mortar boards, terrazzo blocks, terrazzo tiles, reinforced concrete assembly walls, prefabricated concrete members, structural materials such as prestressed concrete double T slag, sheet piles or reinforced concrete sheet piles, prestressed concrete sheet piles, centrifugal reinforced concrete foundation piles, reinforced concrete pipes, centrifugal reinforced concrete It can be fully used as a brittle matrix reinforcing material when solidifying cement, plaster, etc. for pipes, centrifugal reinforced concrete poles, etc. It can be applied not only to the above-mentioned cement products but also to structures other than these, building interior and exterior parts, and civil engineering materials, and the following various uses are shown as specific usage methods. First of all, it is used in civil engineering as a road paving material, such as for paving general roads, expressways, runways, overlays, paving pedestrian bridges, paving bridge decks, repair materials for these, or sidewalk boards, etc. can. It can also be used for formwork used as molding formwork and waste formwork. Pipes include sewer pipes, electric lamp pipes, cable ducts, etc. Further, as road materials, it can be used for soundproofing materials, road signs, pavement reinforcement materials, side gutters, tunnel interior materials, piles, etc. Second, building-related members include exterior materials, which can be used for shell structures, curtain wall exterior wall panels, roofing materials such as slate, parapets, spandrels, and exterior reliefs. Furthermore, it can be used as interior material for wall materials, reliefs, floor materials, and ceiling materials. Other materials include formwork, disposable formwork, floorboards, beams, machine platform foundations, nuclear reactor pressure vessels, liquefied petroleum gas containers, partitions in buildings, and staircase materials. Thirdly, marine or fishery components include those used in thin shell structure compositions for use as cement materials for ferrocement such as marine equipment, boats, etc., floats, floating bridges, fishing reefs, wave-dissipating blocks such as tetrapods, seawall blocks, etc. available for use. Fourthly, as agricultural and stock-producing related parts, it can be used for tanks, silos, seedbeds, fence pots, pots, flower pots, sheet piles for side ditches, etc. It can also be used for materials such as containers for processing waste such as radioactive materials. There are no limitations on the use of other materials. Next, the present invention will be further explained with reference to Examples. Example 1, Comparative Example 1 Polymerization degree 1750 with addition of 4% boric acid, saponification degree
A PVA aqueous solution with a concentration of 16% (99.9 mol%) was spun using a 1000-hole gold plate in a caustic salt bath. The adhering caustic soda is completely neutralized in a sulfuric acid bath, and the boric acid content in the spun PVA fiber is 0.1 to 0.7.
It was washed with water so that it was within %. The filament was dried in a dry air dryer, hot-stretched to 300%, further heat-treated, and wound. At this time, the total stretching ratio was 1300%, the amount of boric acid remaining in the fiber was 0.4%, and a filament of 3025 dr was obtained. For comparison, we prepared fibers with a residual boric acid content of 0.05% and a fiber with a high boric acid content of around 1.2%, and hot-drawn and heat-treated the fibers to examine their physical properties. -1. The fibers thus obtained were cut into lengths of 3 mm, the water-cement ratio was set to 0.5, the cut fibers were added and mixed to the cement in an amount of 2% by weight, and the mixture was placed in a mold and press-molded. Curing was carried out in water for 28 days. The bending strength of this molded product and the average length of the PVA fibers exposed on the fractured surface were 414 μm, and the fluff was short. It is shown in Table-1. The bending strength of the molded plate was also measured.
Although the amount of boric acid remaining in the PVA fiber was set to 1.2% in the washing process described in the comparative example, the hot stretchability was poor and was as low as 650%. Therefore, fibers exhibiting sufficient fiber physical properties could not be obtained, and satisfactory product characteristics could not be obtained.

【表】 実施例 2 重合度1730、ケン化度99.9モル%の16.5%水溶
液をPH3.5の酸性原液とし、PVAに対し、1.5%の
硼酸を添加し、苛性アルカリ芒硝浴に紡糸した。
酸性浴中でこのアルカリを完全に中和し付着硫
酸、芒硫及び硼酸を0.2%になるように水洗し
た。これを乾燥後熱延伸し、全延伸率1350%とし
巻取つた。単繊維デニール1.8drのものを得た。 このようにして得られた繊維を6mmにカツト
し、この繊維を2重量%、クリソタイル石綿のグ
レード5Rを5重量部そして若干のパルプと残り
を普通ポルトランドセメント93重量%とする水分
散液とし、小型実験室用スレート抄造機を用いス
レート板をつくり、プレス後気中2週間後の曲げ
強度を測定した。この成型物の破断面を光学顕微
鏡で観察し、破断面から露出した繊維長を測定す
ると平均358μmと短いものであつた。比較のた
めに硼酸含有率0.9%のものは同一条件で1350%
は延伸できず糸は得られなかつた。そのために
800%とし、実施例2と同様に評価した。その結
果を表−2に示した。
[Table] Example 2 A 16.5% aqueous solution with a degree of polymerization of 1730 and a degree of saponification of 99.9 mol% was used as an acidic stock solution with a pH of 3.5, and 1.5% of boric acid was added to PVA, followed by spinning in a caustic alkaline sodium sulfate bath.
The alkali was completely neutralized in an acidic bath, and the adhering sulfuric acid, sodium sulfur, and boric acid were washed with water to a concentration of 0.2%. After drying, this was hot stretched to a total stretching ratio of 1350% and wound up. I got one with a single fiber denier of 1.8 dr. The fibers thus obtained were cut into 6 mm pieces, and an aqueous dispersion containing 2% by weight of the fibers, 5 parts by weight of grade 5R chrysotile asbestos, some pulp, and the remainder 93% by weight of ordinary Portland cement, A slate board was made using a small laboratory slate machine, and its bending strength was measured two weeks after pressing in air. The fractured surface of this molded product was observed with an optical microscope, and the fiber length exposed from the fractured surface was measured and found to be as short as 358 μm on average. For comparison, the boric acid content of 0.9% is 1350% under the same conditions.
could not be drawn and no yarn could be obtained. for that
It was set as 800% and evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table-2.

【表】 実施例2の繊維を75℃まで昇温したセメントモ
ルタル中へ投入した時、収縮応力は1gでその時
の収縮率は1.8%であつた。曲げ強度も比較例に
比べ大変高いものが得られた。 実施例3及び比較例3 実施例2で得たPVA繊維を4mmの長さに切断
し、クリソタイルアスベスト5Rを添加したもの
と、添加しないもの、更に耐アルカリガラス繊維
を10mmに切断したチヨツプドストランドあるいは
他の繊維を上記混合物へ添加し、更に細骨材とし
て豊浦産標準砂を加え、更に普通ポルトランドセ
メントを加えドライミツクスし、最後に水を加え
モルタルとした。このモルタルの水/セメント比
は全て0.5一定とし、細骨材/セメント比は3と
した。用いた繊維の主要値を表−3に示した。
[Table] When the fibers of Example 2 were put into cement mortar heated to 75°C, the shrinkage stress was 1 g and the shrinkage rate was 1.8%. The bending strength was also significantly higher than that of the comparative example. Example 3 and Comparative Example 3 The PVA fiber obtained in Example 2 was cut to a length of 4 mm, and chrysotile asbestos 5R was added and not added, and alkali-resistant glass fiber was cut to a length of 10 mm. Dostrand or other fibers were added to the above mixture, standard sand from Toyoura was added as a fine aggregate, ordinary Portland cement was added and dry mixed, and finally water was added to form a mortar. The water/cement ratio of this mortar was all constant at 0.5, and the fine aggregate/cement ratio was 3. Table 3 shows the main values of the fibers used.

【表】 比較例3としてPVA繊維なしのものを示し比
較した。これらセメントモルタル混合液を4cm×
4cm×16cmの型枠で流しこみ、20℃で水中で28日
養生後その物性を比較した。その組成及び物性値
を表−4に示した。
[Table] As Comparative Example 3, a product without PVA fiber was shown and compared. 4cm x 4cm of these cement mortar mixture
The material was poured into a 4 cm x 16 cm mold and cured in water at 20°C for 28 days, then its physical properties were compared. Its composition and physical property values are shown in Table 4.

【表】 PVA繊維を加えたものは加えないものに比べ
曲げ強度が1.4〜1.7倍と向上し、引張り強度も1.3
〜1.5倍と向上する。
[Table] The bending strength of those with PVA fibers is 1.4 to 1.7 times higher than those without PVA fibers, and the tensile strength is also 1.3 times higher.
Improved by ~1.5 times.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 セメントモルタル液中に浸漬後の繊維のヤン
グ率が6.8×102〜2.26×103Kg/mm2でかつその強度
が80〜160Kg/mm2、その時の伸度が10%以下であ
り、セメントモルタルへ練り込み硬化後破壊した
ときの破断面に露出する繊維長が500ミクロンメ
ーター以下の物性をもち、かつ繊維中に0.1〜0.7
%の硼酸を有するポリビニルアルコール繊維を
0.5〜10重量%配合したセメント単独またはセメ
ントと骨材、セメントと骨材と鉄筋あるいは鉄骨
による繊維強化セメント材料。 2 石綿を0〜15重量%、パルプを0〜5重量
%、耐アルカリガラス繊維を0〜10重量%を併用
配合した特許請求の範囲第1項記載の繊維強化セ
メント材料。 3 石綿を0〜15重量%、パルプを0〜5重量
%、耐アルカリガラス繊維以外の合成繊維、合成
パルプ、天然繊維あるいは金属繊維を0〜10重量
%を併用配合した特許請求の範囲第1項記載の繊
維強化セメント材料。
[Claims] 1. The Young's modulus of the fiber after immersed in cement mortar solution is 6.8×10 2 to 2.26×10 3 Kg/mm 2 , the strength is 80 to 160 Kg/mm 2 , and the elongation at that time is 6.8×10 2 to 2.26×10 3 Kg/mm 2 . 10% or less, the fiber length exposed at the fracture surface when broken after being kneaded into cement mortar after hardening is 500 micrometers or less, and the fiber contains 0.1 to 0.7
Polyvinyl alcohol fiber with % boric acid
Fiber-reinforced cement materials containing 0.5 to 10% by weight of cement alone, cement and aggregate, cement and aggregate and reinforcing bars or steel frames. 2. The fiber-reinforced cement material according to claim 1, which contains 0 to 15% by weight of asbestos, 0 to 5% by weight of pulp, and 0 to 10% by weight of alkali-resistant glass fiber. 3. Claim 1, which contains 0 to 15% by weight of asbestos, 0 to 5% by weight of pulp, and 0 to 10% by weight of synthetic fibers other than alkali-resistant glass fibers, synthetic pulp, natural fibers, or metal fibers. Fiber-reinforced cement material as described in Section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014208583A (en) * 2013-03-29 2014-11-06 株式会社クラレ Reinforcing fiber for hydraulic molded body and hydraulic material containing the same

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