JPS6322636A - 繊維補強セメントモルタル成形体 - 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〉 本発明は長繊維よりなる網状体をセメントモルタルマト
リックス中に配向・埋設してなる繊維補強セメントモル
タル成形体に関する。

〈従来技術〉 一般に、繊維補強セメントモルタル成形体は板、筒、中
空板、ブロックなどの形状で土木・建築用部材として広
く用いられる。

従来繊維補強セメントモルタル成形体としてはいわゆる
石綿スレートが代表的な例であったが、最近では石綿に
よる環境公害・防止の観点から各種の有機、無機繊維が
用いられるよってなってきた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、これらのほとんどは短繊維をλ次元又は
３次元ランダムにセメントモルタル中に分散させる方法
にて製造されるため、高強度高靭性成形体を得るには大
量の繊維を要し、無駄が多い。

特に高性能繊維を用いる場合には、繊維の強度や弾性が
十分に引き出せずコスト高になシやずいという欠点があ
った。

このため長繊維を予め直線状又は格子状に成形シ、セメ
ントモルタルマトリックス断面に−次元又は二次元に重
点的に配向させてモルタル成形体の物性を改善させる方
法も考えられている。

張強度を得るのに少量ですみ、材料設計ができるうえ、
高性能繊維になるほどその力学的性能を有効に利用でき
るという利点がある。

しかしながら、従来の長繊維による補強方法では、セメ
ントモルタルマトリックスと補強繊維間の付着力、ある
いは繊維同志の付着力が不十分で引抜けが起こりやすく
、十分な強度が引き出せないという欠点があった。

一方繊維束を樹脂含浸してロット状にすれば４維強化樹
脂体として高強度が期待できるが、これらを交差させ、
格子状とし、その接点を接着させただけでは載荷時に各
ロットがセメントモルタルマトリックスから引抜けてし
まうという難点があった。

一方、繊維表面に凹凸をつけたシ、フィブリル（ひげ根
）化することにより、セメントモルタル中）　ＩＪラッ
クス繊維の付着力は改善できるが、高強度繊維になるほ
ど最大応力度に達する、と繊維の破断が急激に生じ、補
強材料としてのねばシ強さ、すなわち靭性に乏しいとい
う欠点を有する。

また、成形体の靭性を上げるＫは繊維の伸度を大きくし
たり、繊維とセメントモルタルマトリックスの付着強度
を調節したり、圧縮側のセメントモルタルマトリックス
を圧壊させるなどの工夫もなされているが、成形体にお
ける断面設計が困難で品質の安定性に欠けるという難点
があった。

く問題点を解決するための手段〉 そこで、本発明者等はかかる問題点に鑑み鋭意検討した
結果、予め絡み織された網状体であって、該網状体を構
成する絡み繊維が曲げモーメントによって生ずる引張応
力の方向に配置されるようにセメントモルタル中に埋設
することによシこれら問題点が解決されることを見い出
し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は、セメントモルタルマトリッ
クスへの応力伝達性に優れ、かつ少量の長繊維を用いる
だけで高強度、高靭性かつ耐衝撃性にすぐれた繊維補強
セメントモルタル成形体を提供することにある。

そして、その目的は繊維網状体で補強されたセメントモ
ルタル成形体であって、前記網状体が絡み織りにて構成
されるとともに、樹脂含浸処理がなされており、か゛つ
曲げモーメントによって生じる最大の引張応力の方向に
前記網状体を構成する絡み繊維が配置されるようにセメ
ントモルタル中に埋設されていることを特徴とする繊維
補強セメントモルタル成形体により容易に達成される。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に用いるセメントモルタルは普通ポルトランドセ
メント、早強ポルトランドセメント’Ｄ　ｉミか、てメ
ント委品を通常製造するＤに用いるような水７曲を耳す
るセメントでちれば博）こ限定されるものではない。

補強用繊維は、有機・無機いかなる材質のものでもよい
が、特に炭素繊維、耐アルカリガラス繊維、アラミド繊
維、高強度ビニロン像惟など単糸強度が／　！Ｏｋｇｆ
／ａｔ　　以上で、耐アルカリ性を有するものが特に好
ましい。

本発明においては補強用繊維を絡み織りした網状体を用
いる。第１図にその形状の一例を示す。

第１図中／は絡み織）繊維で、２は横糸１維である。こ
の例では一種類の繊維束を用いているため／の繊維数が
、コの械礁数の２倍になっているが、縦、横の繊維数は
成形体の設計条件に応じて任意に決めることができる。

また、縦繊維と横磯惟の材質、種類は適宜選択決定され
る。網状体の目開きは、セメントモルタルマトリックス
の連続性を防シず々い範囲で任意であるが、通常は１０
マス／　１ｎＣｈ　以下（２，夕頭＠以上）であり、好
ましくは！マス／１ｎｃｈ　（ｊ　ｍ＋＠　）　〜〜、
２７ス　：ｒｘＣｈ　（／　２．７　ｇ（＠）の範囲と
するのが実用的である。

本発明においては、これら網状体への樹脂含浸処理を行
なうが、かかる処理は常法によって行なうことができ、
例えばレジンバスに浸漬してもよいし、ローラーで含浸
してもよい。

また、樹脂金没後は一定時間懸垂乾燥させることが好ま
しい。

絡み織りされた網状体に含浸する樹脂としては非水溶性
の樹脂が適している。

特に繊維集合体への含浸性がよく、施工が容易で低粘度
かつ常温硬化型の樹脂が適しているが、これらの樹脂は
セメントモルタル中のアルカリ環境下で経年劣化がない
ものであることが好ましい。

具体的には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール
樹脂などを用いるのがよい。

なお、特に絡み織シされた網状体に可振性が要求される
場合には、高重合度のＳＢＲラテックスを用いるもよい
。

更には、軟化点が’Ｉ　Ｏ′Ｃ以上の未硬化状態のエポ
キシ樹脂等も用いてもよい。

これらの樹脂を、絡み織り網状体に含浸し、樹脂を硬化
させた後、曲げモーメントにより生じる最大の引張応力
の方向に絡み織り繊維をセメントモルタル中に配置させ
る。

すなわち第２図、第３図に示すように網状体ｌの絡み織
り繊維／をセメントモルタル供試体３の長手方向すなわ
ち、曲げモーメントによって生じる最大の引張応力の方
向に配向する。

この例ではモルタル供試体３の下端にのみ網状体が７層
入っているが、断面設計条件によっては複数層積層して
もよいし、供試体上端にも積層してよい。

この際、樹脂は必ずしも硬化していなくてもよいが、硬
化させた方が、施工・積層とも容易であり、取扱時に繊
維の損傷も防止できるので好ましい。

マトリックスとの付着をさらに向上させるためには、樹
脂含浸・硬化後再度網表面に樹脂にて細砂などを付着さ
せ、マトリックスへの投錨効果をもたせてもよい。

ここで、絡み織りした繊維を樹脂含浸・硬化した後、モ
ルタルと積層させずに切シ出し、単に絡み織りした二本
のねじシをかけた繊維強化樹脂製ロンド（ＦＲＰロッド
）の形で、引張強度を測定すると、直線状に樹脂含浸し
た一本のＦＲＰロッドの強度よりやや大きいだけなので
、補強効果は、はとんど期待できない。

しかしながら、本発明の如く絡み織シ網状体としてモル
タルに積層させると横糸との絡みがあるためマトリック
スとの付着力が向上して直線状ＦＲＰロツドコ本分に近
い強度が発現し、また応力発生時に横糸を引きこむので
、同時に靭性も大幅に向上する。

これら繊維網状体のモルタルへの埋込みは常法によって
行えばよい。

例えば従来の積層・埋設法によってもよいし、予め立体
的に型枠内に組込んだ後、モルタルを注入して硬化させ
てもよい。

この際、ツクイブレータ−等によシ振動をかけて脱泡し
てやれば、モルタルマトリックスと補強用繊維集合体と
の付着はさらに緊密てなシ、良好な機械的物性を得るこ
とができる。

この方法によれば、通常の鉄筋コンコリートと同様の断
面設計法が適用でき、少量の長２惟て効率的な補強が可
能になる。

さらに本発明に於いては、長繊維よりなる絡み織シ繊維
の網状体をモルタルに埋込むに際し、該モルタルに短繊
維を含有させるのが好ましい。

即ち、短繊維含有モルタルを用いる場合は、第５図に示
すように、絡み織シ網状体のみを積層した場合に比し、
たわみ量の全域に互り高水準の曲シ応力を有する成形体
を得ることができる。

第５図は各供試体の曲げ応力〜ひすみ曲線であシ、図中
７はセメントモルタル中に第ψ図に示すと同様の絡み織
υ網状体を埋込んだ供試体、ｒはダイレクトスプレー法
でモルタルに短復維を混合した供試体、りは供試体７に
用いたと同じ絡み織シ網状体に、ダイレクトスプレー法
で短繊維を混合したモルタルを注入した供試体である。

モルタルと混合する短繊維の種類は特に限定されず、絡
み織シ繊維と同質のものあるいは異質のものの何れでも
使用できるが、特に炭素繊維、耐アルカリ性ガラス繊維
、アラミド繊維、高強度ビニロン繊維等が好ましく用い
られる。

これらの短繊維は通常／〜よｏｒｒａｎ程度の長さをも
つものが用いられ、モルタルとの混合はダイレクトスプ
レー法又はプレミックス法等周知の方法に従って行われ
る。モルタルとの混合量は′モルタル１００容量部当１
）　ｏ、ｓ〜ＩＯ容量部の置部から選ばれる。

〈実施例〉 以下、本発明を実施ｆ！ＡＪＫよシ具体的に説明するが
、本発明はその要旨をこえない限り下記の実施例に限定
されるものではない。

実施例／ 高強度炭素繊維（東邦ペスロン製”Ｉ（ＴＡ−７−３０
００”、ツイストなし）を絡み織シした網（３，６９７
７インチ）ｌ剤希釈（トルエン：イソプロビルアルコー
ル＝４を２７重量比）した常温硬化型エポキシ樹脂（犬
日本色材製、主剤“Ｂ−ＰｌｏＲ”、硬化剤：“Ｂ−２
１０Ｈ”）にて含浸し、風乾させた。

この網は目付重量約りよ２／−で、炭素繊維集合体は／
本当シ絡み熾シ方向がｔｏｏｏフィラメント、横方向が
３０００フイラメントである。

この網状体をからみ絡り繊維方向が長手方向となるよう
にセメントモルタルに配向埋設してＷ：Ｉ／１Ｏｘｔ：
コ０×１：３２０間の曲げ供試体を作製した。

断面方向の繊維体積含有率は０１７７係で、繊維網状体
はモルタル供試体下端よシ、２〜３Ｗｎの位置に配設し
た。

セメントは早強ポルトランドセメント、細骨材は豊浦標
準砂を用い、水セメント比は０．！夕、細骨材率はへ乙
とした。

／週間養生後の供試体をスパン２ｔＯｗｎで中央−点載
荷曲げ試験し曲げ強度を求める。

供試体の数はｎ　＝　３である。

曲げ強度は平均で／ｌＯ０≠ｋｙ　／　ｃｔ／ｌであり
、最大曲げ応力度到達後も変形が進行し、中央部のたわ
みば１ｏｒｒｒ１ｎを超えた。

曲げひびわれは中央から左右にそれぞれ２〜３ケ所発生
したが、供試体が折れて支持端から落下することはなか
った。

実施例λ 実施例／に於けるセメントモルタルの代シに、早強ポル
トランドセメントに、細骨材として珪砂！号を骨材比ｏ
、ｔｔ、水を水セメント比０．３２混合したものに、炭
素繊維（引張シ強度／♂ｏ　ｋｇ　／　７ＩＡ、引張シ
弾性率／乙ｔ　／　ｘｉ、糸径／ｊμ）をダイレクトス
プレー法にてハｒ　ｃｍに切断し、容積比／係混合した
ものを用いること以外は実施例／と同様にして供試体を
得た。

得られた供試体を実施例／と同様にして曲げ試験を行っ
た。得られた試験結果を第５図に曲線りとして示す。

比較例／ 横糸を長手方向とし、絡み繊維方向を短手方向に配向さ
せたほかはモルタル断面積に占める横糸の体積含有率を
上記実施例と同じ０．７！係にし、その他の条件も全く
同じにしてセメントモルタル供試体を作製した。

この供試体を同様に曲げ試験したところ、曲げ強度は１
ｇ６ｋｙ／ｃｒｄであったが、最大曲げ応力度に達する
と直ちに繊維が破断し、供試体は２片に折れて支持端よ
り脱落した。

この時の最大たわみ量は、≠、よ飾で上記実施例の半分
以下の値であった。

比較例２ 実施例認に於ける絡み織りした網の配設を行わないこと
以外は実施例２と全く同様にしてダイレクトスプレー法
にて短繊維含有モルタルの供試体を作製し、実施例２と
同様に曲げ試験を行った。得られた試験結果を第５図に
曲線♂として示す。

なお、参考のために、実施例２に短繊維含有モルタルの
代りに、短繊維を含まないモルタル（組成は実施例２と
同じ）を用いること以外は実施例２と全く同様にして作
製した供試体の曲げ試験結果を、第５図゛に曲線７とし
て示す。

〈発明の効果〉 本発明によれば、補強繊維とセメントモルタルマトリッ
クスとの付着がよく少量の繊維量で曲げ靭性及び強度に
すぐれたセメントモルタル成形体を得ることができる。

また鉄筋コンクリート構造と同じように用途や荷重条件
に応じた断面設計が効果的にかつ容易に可能である。

なお、補強繊維として炭素繊維を用いた成形体を金属と
接触して用いる場合、あるいは成形体内に鉄筋等の金属
補強材を配設する場合は、炭素繊維が樹脂でコーティン
グされているので炭素繊維と金属との間が電気的に絶縁
されることとなシ、金属の電食が防止されるという利点
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は絡み織シ網状体の平面図、 第２図は絡み織り網状体を積層させたモルタル供試体の
見取図（絡み織り繊維を供試体長手方向に配向）、 第３図は絡み織り繊維を積層させたモルタル供試体の断
面図、 第μ図は、絡み織υ網状体積層モルタルの曲げ応力〜ひ
すみ曲線（スパン二λｌｒ　Ｏｍｍ　）、第を図は各モ
ルタル供試体の曲げ応力〜ひすみ曲線である。 ／、：　　絡み織シ繊維 ２、：　　横糸繊維 ３、：　　セメントモルタル ｌＡ＝　　絡み織シ繊維網状体 よ、７：　セメントモルタル供試体 （絡み織シ繊維を供試体長手方向に 配向積層） 乙、：　　セメントモルタル供試体 （横糸繊維を供試体長手方向に配向・積層） Ｌ：　セメントモルタル供試体 （ダイレクトスプレー法にて短繊維含有モルタルを吹付
） り：　セメントモルタル供試体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維網状体で補強されたセメントモルタル成形体
   であつて、前記網状体が絡み織りにて構成されるととも
   に樹脂含浸処理がなされており、かつ、曲げモーメント
   によつて生じる最大の引張応力の方向に前記網状体を構
   成する絡み繊維が配置されるようにセメントモルタル中
   に埋設されていることを特徴とする繊維補強セメントモ
   ルタル成形体。
2. （２）セメントモルタルが短繊維を含有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形体。