WO1985003930A1 - Carbon fiber-reinforced concrete - Google Patents

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WO1985003930A1
WO1985003930A1 PCT/JP1985/000103 JP8500103W WO8503930A1 WO 1985003930 A1 WO1985003930 A1 WO 1985003930A1 JP 8500103 W JP8500103 W JP 8500103W WO 8503930 A1 WO8503930 A1 WO 8503930A1
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concrete
cement
composite structure
layer
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PCT/JP1985/000103
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Shigeyuki Akihama
Tatsuo Suenaga
Makoto Siato
Hideki Ikeda
Masanori Aya
Seiichi Koyama
Masashi Kamakura
Naoto Mikami
Hideaki Miyuki
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Kajima Corporation
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Description

明 細 書 炭素繊維補強 コ ン ク リ ー ト 技術分野
本発 明 は ， 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト の 改善 に 関す る 。 よ り 詳 し く は ， 鉄系 金属 の 表面 と 接触 さ せ な が ら 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト を硬化 さ せ る さ い の 改善 に 関す る 。 一 つ の 面か ら み れ ば， 本発 明 は ， 硬化 し た 炭 素織維補強 コ ン ク リ ー ト マ ト リ ッ ク ス と そ の マ ト リ ッ ク ス 中 に 少 な く と も 部分的 に 埋 め こ ま れ た 少 な く と も 一 つ の 系 金属部材 と か ら な る プ レ キ ャ ス ト 複合構造 体 を 提供 す る 。 他 の 一 つ の 面か ら す れ ば， 本発 明 は ， か よ う な 複合構造体 の 製造方法 を 提供 す る 。
セ メ ン ト 系 マ ト リ ッ ク ス の 固有 の 欠点 で あ る 脆性 的 性質 は ， こ れ に 適切 な 織維物質例 え ば炭素織維 を 適量 分散 さ せ る こ と に よ っ て ， 大幅 に 改善 さ れ る 。 安価 な- ピ ッ チ 系 炭素繊維 の 開発 に よ っ て こ の 炭素繊維入 り 補 強 コ ン ク リ ー ト は実用 化 が進 め ら れ て お り ， こ れ ま で の セ メ ン ト コ ン ク リ 一 ト で は 発現 し 得 な か っ た 強度特 性 ， 変形特性， 弾性特性 な ど を も つ 新構造材料 と し て 大 き な 期待が よ せ ら れて い る 。
本発 明 者 ら も こ の 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト の 開発 に 長年 に わ た っ て 携わ っ て'き た が ， こ の 材料 を 用 い た 実施 に さ い し て ， 瞀通 コ ン ク リ 一 ト に ば見 ら れ な い 基 本的 な 問題が存在す る こ と がわ か っ た 。 そ れ は ' 金属 が こ の 炭素織維捕強 コ ン ク リ 一 ト と 接触 し て い る と ， こ の コ ン ク リ ー ト の 硬化 の 過程で 金属 の 腐食 （ 金属 の 酸化） が著 し く 進行す る と い.う 現象で あ る 。 よ り 具体 的 に は， こ の 炭素繊維捕強 コ ン ク リ ー ト を ， 鉄筋， メ ッ シ ュ ， 鏞製型枠， 結束線 . ア ン カ ー フ ァ ス ナ ー ゃ ス ぺ ー サ そ の 他 の鉄系金属部材 と 接触 さ せ な が ら 硬化 さ せ る と ， 硬化 中 に ， こ れ ら の 金属が炭素織維捕強 コ ン ク リ ー ト と 接触す る 面 で ， 普通 コ ン ク リ ー ト で は考え ら れ な い 急速 な腐 食が進行す る の で あ る 。
発明 の 開示
本発明 の 目 的 は こ の 問題を解決す る こ と で あ る 。 本 発明 者 ら は， 炭素織維 は極 め て導電性が よ く 且つ 貴金 属並 の 貴な 電位を も つ の で ， こ の 炭素織維が ベ ー ス メ タ ル （鉄系 金属〉 と 接触 し た場合に ， こ こ に 局部電池 が形成 さ れ る こ と を確認 し ， こ の 局部電池作用 が そ の 金属腐食 の 主因 で あ る こ と を つ き と め る こ と がで き ， そ し て ， セ メ ン ト 系 マ ト リ ッ ク ス 中 に 炭素繊維を 0 . 2 〜 1 0容量 ％ で分散 さ せ た 捕強 コ ン ク リ 一 ト を金属 と の 接触面を も っ て 硬化 さ せ る 場合 に は， こ の 炭素織維捕 強 コ ン ク リ 一 ト と 金属 と の 間で電気抵抗が少 な く と も 約 10 0ォ 一 ム の 電気抵抗を も つ 絶縁層 を鉄系 金属 の 表 面上に 形成 さ せ て コ ン ク リ ー ト を硬化 さ せ る な ら ば， こ の 炭素繊維捕強 コ ン ク リ 一 ト 特有 の 金属腐 食 の 問題 が ほ ぼ完全 に 解決 で き る こ と がわ か っ た 。
か く し て ， 本発 明 は ， 硬化 し た 炭素織維補強 コ ン ク リ ー ト マ ト リ ッ ク ス と 当 該 マ ト リ ッ ク ス 中 に 少 く と も 部分的 に 埋 め こ ま れ た 少 く と も 一つ の 鉄系金属部材 と か ら な る 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複 合構造体を 製造 す る に あ た り ，
当 該鉄系 金属部材 の さ も な け れば コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス と 接触 す る で あ ろ う 表面上 に 電気抵抗 が少 く と も 1 0 0オ ー ム の 色緣層 を 形成 し ，
そ の 铯緣層 の 形成 さ れ た 鉄系 金属部材を 型枠 内 の 所 定位 置 に 載置 し '，
そ の 型枠 中 に 水硬性 セ メ ン ト と ， 水 と ， 骨材 と そ し て 0 .' 2〜 1 0容量 ％ の 炭素繊維 と か ら な る 炭 素繊維捕強 コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス を 流 し こ ん で 当 該鉄系 金属部材 が少 く と も 部分的 に 当 該 コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス 中 に 埋 め こ ま れ る よ う に し ，
成形 さ れ た 複合構造体 を 自 己支 持性 に な る ま で 型枠 内 で 部分的 に 硬化 し ，
部分的 に 硬化 し た 複合構造体 を 型枠か ら 離型 し ， そ し て ，
離型 し た 複合構造体を ォ ー ト ク レ ー ブ 中 1 0 0〜 2 1 5 •C の 温度 に お い て 充分 に 硬化 す る
• こ と を特徴 と す る 炭素 維捕強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複合構造体を製造す る 方法， を提供す る 。 本発明 ば， さ ら に ， 0 . 2〜： L 0容量 ％ の 炭素織維を舍 有す る 硬化 し た 炭素織維捕強 コ ン ク リ 一 ト マ ト リ フ ク ス と ， 当 該 マ ト リ ッ ク ス 中 に 少 く と も 部分的 に 埋 め こ ま れ た 少 く と も 一つ の 鉄系金属部材 と ， そ し て炭素織 維 と 鉄系金属部材 と の 接触を防止す る た め の 当 該鉄系 金属部林の 表面上 の 铯緣層 と か ら な り ， 当 該絶緣層 は 少 く と も 約 1 0 0オ ー ム の 電気抵抗を有す る こ と を特徴 と す る 炭素織維捕強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複合 構造体， を提供す る 。
本発明 に よ る 複合構造体 は， 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト 特有 の 優れ た 強度特性'， 変'形待性お よ び弾性特性 を有 し， かつ 寸法 の 経時変化が少 な く ， 外壁材， 内壁 材お よ び床材， 特に， コ ン ビ ユ ー タ ー や O A 機器を収 納 し た 部屋用 の ， 並び に ク リ ー ン ル ー ム お よ び手術室 用 の 床材， な ど の建林 と し て極 め て有用 で あ る 。
本発明 に従 う と ， コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス と 接触す る 金属部林の 表面に 絶緣層 を形成 さ せ る こ と に よ つ て ， 炭素織維 と 金属部材 と の 接触 に よ る 局部電池 の 形成が 防止 さ れ る か， ま た は， た かよ う な 局部電池 に よ っ て 生 じ る 電流 の流れ が防止 さ れ る 。 こ の 防止を実現す る に は ， 0 . 2〜 1 0容量 ％ の 炭素織維を分散 し た 炭素織維 補強 コ ン ク リ ー ト の 場合に お い て ， こ の 铯縁層 は少 く と も 約 1 0 0オ ー ム ， 好 ま し く は， 少 な く と も 約 5 0 0ォ ー ム の 電気抵抗を持 た ね ば な ら な い こ と が判 明 し た 。 鉄系金属部材 の 表面上 に 少 く と も 約 100ォ ー ム ， 好 ま し く は ， 少 く と も 約 500オ ー ム の 電気抵抗を 持 つ よ う な 絶緣層 を形成 で き る 物質 で あ れ ば任意 の 有機 ま た は無機 の 物質 を 本発 明 の 実施 に 使用 で き る 。 か よ う な 铯緣層 を形成 す る の に 好適 な 有機物質 と し て は ， 例 え ば エ ポ キ シ 樹脂， ァ ク リ ロ ニ ト リ ル — ブ タ ジ エ ン ゴ ム ， ァ ク リ ロ 二 ト リ ノレ ー ス チ レ ン 一 ブ タ ジ エ ン ゴ ム ， シ リ コ ー ン 樹脂お よ び テ フ ロ ン （ ボ リ テ ト ラ フ ロ ロ ェ チ レ ン ） のデ イ ス ノ、' 一 ジ ヨ ン な ど があ る 。 ま た ， 適切 な 無 機物質 i し て は ， 例え ば セ メ ン ト モ ル タ ル ま た は べ 一 'ス ト お よ び セ ラ ミ フ ク ス デ ィ ズ ノ、' 一 ジ ョ ン （ 例 え ば ·， S i 02 , Zr02Si02ま た は S iC + Zr02S i02 の ァ ノレ コ 一 ノレ デ ィ ス ノ、'一 ジ ョ ン ） があ る 。 製作容易 性並 び に 経済性 の 面 か ら エ ポ キ シ 樹脂 ， 或 い は セ メ ン ト モ ル タ ル ま た は ぺ ー ス ト を 使用 す る の が推奨 さ れ る 。
エ ポ キ シ 樹脂 と し て は ， ビ ス フ ヱ ノ 一 ノレ A.型 ェ ボ キ シ に し か る べ き 硬化剤 （ フ ヱ ノ ー ル ま た は芳香族 ア ミ ン ） を 配合 し た ， 常態 で 粉末 の ， 200 ¾ に お け る ゲ ル タ ィ ム が 5 〜 25秒 で あ る 市販 の 樹脂を好都合 に 使用 で き る 。 絶緣層 の 形成 に あ た っ て は ， .鉄系 金属部材 の 絶 緣層 を形成 す べ き 箇所 を シ ョ ッ ト ブ ラ ス ト 法 に よ り 清 浄化 し ， 部材を 予熱 し ， 体 エ ポ キ シ 樹脂を 静電塗装 法 に よ っ て 適用 し ， そ し て 必要な ら 焼付 け て 樹脂を十 分 に 硬化 さ せ る 。 ま た ， 複数個 の 鉄系金属部材を組み 合わせて 使用 す る 場合 に は， そ れ ら の 部材を シ ョ ッ ト ブ ラ ス ト 法に よ り 清浄化 し た の ち ， 所望 の 位置閬係 に 組み立て， こ の 組み立て 物を 予熱 し ， 粉体 エ ポ キ シ 樹 脂の 流動床に さ ら し て 表面 に樹脂を付着溶融硬化 し ， さ ら に 別 の 伊で 焼付 け る こ と に よ り ， 絶緣層 を鉄系金 属部材組み立て物 の 全体表面に 形成 き れ る こ と も で き こ の よ う に し て 硬化 さ せ た エ ポ キ シ 樹脂層 は連続 し た 層 と な る こ と が好 ま し く ， ま た 少 く と も 約 1 0 0ォ ー ム の 電気抵抗を 持 た ね ば な ら な い 。 こ の 硬化 し た ェ ポ キ シ 樹脂層 の 厚み を ¾ΐ 1 0 0 ιπ も し く は そ れ以上 と す る こ と に よ つ て ， 好 ま し い 電気抵抗値で あ る 5 0 0ォ ー ム 以上 の 値が安全 に 達成 さ れ る 。 エ ポ キ シ樹脂層 の 厚 み の 上限 は臨界的 で は な く ， 大抵 の 場合約 5 0 0 m を 超す厚み は必要で な い 。
本発明 に し た が い 鉄系金属部材上 に 絶縁層 を形成す る の に使用 で き る セ メ ン ト モ ル タ ルま た は ペ ー ス ト ミ ッ ク ス は ， 水硬性 セ メ ン ト と ， 水 と ， 硅砂 の よ う な 細 骨材 と， そ し て ポ リ マ ー と か ら な る こ と がで き ， 水 セ メ ン ト 比 は 2 0 〜 4 0 , 細 骨材セ メ ン ト 比 は 0 〜 2 , そ し て ポ リ マ ー セ メ ン ト 比 は 0 〜 3 0で あ る こ と がで き る 。 た だ し ， 細骨材を配合 し な い セ メ ン ト ペ ー ス ト ミ ッ ク ス の 場合 は， ポ リ マ ー セ メ ン ト 比が少 く と も 2 と な る よ う な 量 で ポ リ マ ー を ミ フ ク ス 中 に 配合 す る の が好 ま し く ， ま た ポ リ マ ー を使用 し な い 場合 に は細 骨材 セ メ ン ト 比が少 く と も 0 . 5 と な る よ う な 量 で 細 骨材 を 配合 し た セ メ ン ト モ ル タ ル ミ ッ ク ス を 用 い て 铯緣層 を形成 す る の が好 ま し い 。 ポ リ マ ー は ， ラ テ ッ ク ス ま た は ェ マ ル ジ ョ ン の 形 で セ メ ン ト ミ ッ ク ス 中 に 配合 さ れ る 。 適切 な ラ テ ッ ク ス ま た は ェ マ ル ジ ョ ン と し て は ， 天然 ゴ ム ラ テ ッ ク ス ， ア ク リ ロ ニ ト リ ル 一 ブ タ ジ エ ン ゴ ム ラ テ ッ ク ス ， 塩化 ビ ニ ー ル 一 塩化 ビ ユ リ デ ン 共 重合体 ェ マ ル ジ ョ ン ， ア タ リ レ ー ト ポ リ マ ー ヱ マ ノレ ジ ョ ン ぉ よ び ボ リ 酢酸 ビ ュ ル エ マ ノレ ジ ョ ン が あ る 。 絶緣層 の 形 成 に あ た っ て は ， 鉄系 金属部材 の 铯緣層 を形成 す べ き 箇所を シ ョ ッ ト ブ ラ ス ト 法 に よ り 清净化 し ， 前記 の よ う な セ メ ン ト モ ノレ タ ノレ ま た は ペ ー ス ト ミ ッ ク ス を 塗布 し ， そ し て 少 く と も 部分的 に 硬化 さ せ る 。 硬化 し た セ メ ン ト モ ル タ ル ま た は ペ ー ス ト 層 の 厚 み を 約 1 » も し く は そ れ以上 と す る こ と に よ り ， 好 ま し い 電気、抵抗値 で あ る 5 0 0-オ ー ム 以 上 の 値 が安全 に 達成 さ れ る 。 硬化 し た セ メ ン ト モ ル タ ル ま た は ペ ー ス ト 層 の 厚 み の 上限 は臨界的 で は な く ， 大抵 の 場合約 5 « を越え る 厚 み は 必要で な い 。
こ の よ う に し て 铯緣物質で 処理 さ れ た 鉄系金属部材 は， 次 い で 炭素織維捕強 コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス と 接触 さ せ ら れ， そ し て 硬化 さ せ ら れ る 。 よ り 具 体的 に 述べ れ ば， プ レ キ ャ ス ト 複合構造体 の 硬化 し た 炭素繊維補 強 コ ン ク リ 一 ト マ ト リ フ ク ス 中 に 全体が埋 め こ ま れ る べ き 鉄系金属部材 た と え ば鐧製の捕強筋お よ び メ ッ シ ュ ， お よ び結束線 の 場合 に は， そ れ ら の 部材 の 全表面 に， ま た ， プ レ キ ャ ス ト 複合構造体の 硬化 し た 炭素織 維捕強 コ ン ク リ ー ト マ ト リ ッ ク ス 中 に 部分的 に 埋め こ ま れ る べ き 鉄系金属部材た と え ば鐧製の ィ ン サ ー ト ま た は ア ン カ ー フ ァ ス ナ ー で あ る 場合に は， 少 く と も そ れ ら の 部材 の さ も な けれ ば コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス と 接 触す る で あ ろ う 表面 に， 前-記 の よ う に し て 铯緣層 を形 成 し ， し か る 後そ れ ら の 部材を ， 型枠内 の 所定位置 に 載置す る 。 目 的 と す る 構造体 の 形体 に よ っ て は ， 型枠 に 加え て 適切 な.ス ぺ ー サ ー を使用 し て も よ い こ と は い う ま で も な い 。 ス ぺ ー サ 一 の 表面お よ び 型枠 の 内表面 に は ， ミ ネ ラ ルオ イ ル の よ う な し かる べ き 離型剤を適 用 し て お く 。 鉄系金属製の 型枠お よ び ス ぺ ー サ ー を使 用 す る 場合に ば， そ れ ら の 部材 の さ も な けれ ば コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス と 接触す る で あ ろ う 表面に も ， 前記の よ う な 絶緣層 を 予 め 形成 し て お く の が好 ま し い 。
離型剤 を適用 し た 型枠お よ び ス ぺ ー サ 一 と ， 目 的 と す る プ レ キ ャ ス ト 複合構造体中 に 少 く と も 部分的に 埋 め こ ま れ る べ き 鉄系金属部材 と の 組み立て が完了 し た ら ， そ の 型枠内 に 炭素織維捕強 コ ン ク リ ー ト ミ ツ —ク ス を流 し こ む 。 本発 明 の 実施 に 使用 で き る 炭素繊維捕強 コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス は ， 水硬性 セ メ ン ト ， 水， 骨材 お よ び コ ン ク リ 一 ト ミ フ ク ス 当 た り 0 . 2〜 1 0容量 好 ま し く は
1 〜 5 容量 ％ の 炭素繊維を少 く と も 含ん で い る 。 炭素 織維 の 長 さ は約 l m m か ら 約 5 0 m mの 範 囲 で 変化 さ せ る こ と がで き る 。 こ の 範囲 の 長 さ の 炭素繊維 で あ れ ば， 炭素繊維 の 長 さ に よ る 腐食特性へ の 影響 は見 ら れ な い こ と がわ か っ た 。 腐 食 は 炭素繊維 の 舍有量が増大 す る に つ れて 促進す る 。 し か し ， 炭素繊維 の 最大許容含有 量 （ す な わ ち 1 0容量 の 場合 で も ， 少 く と も 約 1 0 0 オ ー ム ， 好 ま し く は ， 少 な く と も 約 5 0 0オ ー ム の 電気 抵抗 を も つ 絶緣層 を 金属部材表面 に 形成 さ せ て お く こ と に よ っ て ， そ の 腐食 の 問題 は 解決 さ れ る こ と を 本発 明 者 ら は 確認 し た 。 し た が っ て ， 本発 明 の 実施 に あ た つ て は ， 使用 す る 炭素繊維 の 長 さ と コ ン ク リ ー ト ミ ツ ク ス 中 の 炭 素織維含有量 は意図 す る 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト の 機械的性質 に 応 じ て 前述 の 範 囲 で 定 め れ ば よ い 。
未 だ 固 ま ら な い 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス の 他 の 条件， 例 え ば水硬性 セ メ ン ト の 種類， ボ リ マ ー の 使用 ま た は不使用 ， 水 セ メ ン ト 比， 骨材 セ メ ン ト 比 お よ び ポ リ マ ー セ メ ン ト 比等 は 本発 明 の 要 旨 を 構成 す る も の で は な く ， 炭素織維補強 コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス と し て 通常使用 さ れ る こ れ ら に 関 し て の 条件 を本発 明 の 実施 に適用 で き る 。 すな わ ち ， 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト ミ フ ク ス の 水 セ メ ン ト 比 は 20〜 70, 骨材セ メ ン ト 比 は 0.5〜： L0, そ し て ボ リ マ ー セ メ ン ト 比 は 0 〜20 で あ る こ と がで き る 。 骨材 と し て は硅砂 の よ う な 細 骨 材 が好ま し い が， 場合 に よ っ て は そ の 一部に かえ て 粗 骨材 を使用 す る こ と も で き る 。 ボ リ マ ー を使用 す る 場 合 に は， 铯緣層 形成用 セ メ ン ト ミ ッ ク ス に つ い て 前記 し た よ う な ラ テ ッ ク ス ま た は ェ マ ル ジ ョ ン を使用 で き る 。 ま た ， コ ン ク リ ー ト ミ ッ ク ス 中 に通常使用 さ れ る 添加剤， た と え ば減水剤， 增粘剤を必要に 応 じ て 本発 明 の 炭素織維補強 コ ン ク 一 ト ミ ッ ク ス 中 に 使用 で き る こ と は い う ま で も な い 。
成形 さ れ た 複合構造体 は， 自 己支持性に な る ま で型 枠内 で 部分的に硬化 さ れ る 。 こ の 型枠内 で の 部分硬化 は， 通常大気圧下で行わ れ， 場合に よ っ て は温 ス チ ー ム 雰囲気 中 で行 う こ と が で き る 。
型枠内 の 複合構造体が 自 己支持性 に な っ た ら ， こ れ を型枠か ら 難型後， オ ー ト ク レ ー-ブ 内 の 飽和 ス チ ー ム 中 100〜215で ， 好 ま し く は 150〜 200 'c の 温度 に お い て 十分硬化 さ せ る 。
か よ う な 昇温（ 100 〜 215 'c ) に お け る 且つ そ の 昇温 に 対応す る 過大気 '圧（ 0 〜 20気圧ゲ ー ジ） の 飽和 ス チ ー ム 中 で の オ ー ト ク レ ー プ養生 は， 寸法安定性の よ い プ レ キ ャ ス ト 構造体を得 る' の に 必要で あ る 。 な お， ォ 一 ト ク レ ー ブ 養生 に 先立 ち 型枠を構成 す る す べ て の 要 素お よ び ス ぺ ー サ ー を用 い た 場合 に.はす べ て の ス ぺ ー サ ー を ， 部分的 に 硬化 し た 複合構造体 か ら 取 り 外 す こ と は必ず し も 必要で な い 。 場合 に よ っ て は， 型枠 を 構 成 す る 一部 の 要素並び に ス ぺ ー サ ー を用 い た 場合 に は そ の 一部 ま た は 全部 を 複合構造体 か ら 取 り 外す こ と な く ， 後者を本発 明 の オ ー ト ク レ ー プ 養生 に 付 し た 後， そ れ ら の 型枠要素お よ び ス ぺ ー サ ー を十分 に 硬化 し た 複合構造体 か ら 取 り 外 す こ と も で き る 。
図面 の 簡単 な 説 明
第 1 図 は ， 本発 明 に し た が う 炭素繊維捕強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複合構.造体 （外壁材 ） の 一例 の一 部分を示す斜視図 で あ り ，
第 2 図 は ， 第 1 図 の 複合構造体 の 線 II - Π に 沿 っ た 拡大断面図 で あ り ，
第 3 図 は ， 炭素繊維入 り セ メ ン ト モ ル タ ル 中 で の 鐧 の 腐 食電位 の 経時変化 と ， 炭素繊維 を入 れ な い セ メ ン ト モ ル タ ル 中 で の 鐧 の 腐 食電位 の 柽時変化 を 示 す ダ ラ フ で あ り ，
第 4 図 は ， 炭素繊維入 り セ メ ン ト モ ル タ ル 中 で の 鐧 の 分極挙動 と ， 炭素繊維 を 入 れ な い セ メ ン ト モ ル タ ル 中 で の 鐧 の 分極挙動 を示す 図 で あ り ，
第 5 図 は炭素繊維捕強 コ ン ク リ 一 ト 中 で の 鐧腐 食 の 電気化学的 に 説 明 す る た め の 概念図 で あ り ， そ し て ， 第 6 図 は ， 腐食促進試験 に供 し た 試験体 の 寸法形状 を示す図 で あ る 。
発明 の詳細 な 説 明
第 1 図 お よ び第 2 図を参照す る に ， 図示 し た本発明 に よ る ブ レ キ ャ ス ト 複合構造体 は炭素繊維を 0 . 2 〜 1 0 容量 好 ま し く は ， 1 〜 5 容量 ％舍有す る 硬化 し た 炭素繊維補強 コ ン ク リ ー ト マ ト リ ッ ク ス 1 と ， マ ト リ ッ ク ス 1 中 に 全部が埋 め こ ま れ た 捕強鉄筋 2 , 2 ' と マ ト リ フ ク ス 1 中 に 一部が埋 め こ ま れ た ア ン カ ー ボ ル ト 3 と ， マ ト リ ッ ク ス 1 中 に 全部が埋 め こ ま れ た L 字 伏 の 鐧製捕強棒 4 と ， マ ト リ ッ ク ス 1 中 に 全部が埋め こ ま れ た 鐧製 の 捕強 メ ッ シ ュ 5 , 5 ， と ， そ し て ， マ ド リ ッ ク ス 1 中 に 片面が埋 め こ ま れ， 中心部を ア ン カ 一 ボ ル ト 3 が貫通 し て い る 方形の 鐧板 6 と か ら な る 。 捕強鉄筋 2 , 2 ' , 捕強棒 4 お よ び補強 メ ッ シ ュ 5 , 5 ' の 全表面上並び に ア ン カ ー ボ ル ト 3 お よ び鐧扳 6 の 少 く と も さ も な け れ ば マ ト リ ッ ク ス 1 と 接触 す る で あ ろ う 表面上に は ， 本発明 に し た がい 電気抵抗が少 く と も 1 0 0オ ー ム の 铯縁層 （爵示 し な い ） が形成 さ れて い る 。
次 に， 本発 明 の 基礎を な す 試験結果を記載す る 。 腐食電位お よ び分極曲線
供試片を木枠内 に 入れ た セ メ ン ト モ ル タ ル中 に 挿入 し て ， セ メ ン ト モ ル タ ル 中 に お け る 供試片 の 腐食電位 を 測定 し た （ 参照 電極 ： 飽和 カ ロ メ ル電極） 。 用 い た 注
セ メ ン ト モ ル タ ル は ， 炭素織維を 配合 し な か っ た 以 外 S c s 1 s
は表 4 F s c t 記載 の も の で あ り ， 供試材 は ， 炭素繊維， 鋼片
Eははは
ス テ ン レ鐧炭飽スス 鐧製 メ ッ シ ュ 筋 の 単独又 は こ れ ら の 力 ツ プ 蒸和素モモテ
ル で あ っ た 。 各 々 の 腐 食電位 の 測定結果を 表 1 に 示す
気繊ルルカン
養維タタロレ
腐生，ルルスメ食電位 （ V vs SCE )
tr*中 ¾sゾレ- 設設製電 3
時極メしし
間てて
後かか
のらら 定分時
Figure imgf000015_0002
値後間
後の
測の
ッ シ ュ 筋 6mm Φ )測定
定値
値
Figure imgf000015_0001
表 1 の 結果 は ， セ メ ン ト モ ル タ ル 中 で の 腐 食電位 の 順位 は 次 の 順序で あ る こ と を 示 し て い る 。
CF > SS > ( CF + S t ) > > ( SS + S t ) > S t こ の こ と か ら ， 鐧が炭素織維 と 接触 す る と ， ガ ル バ 二 ッ ク 腐 食 の 発生 の 可能性 が極 め て 大 き い こ と が わ か る 。' な お ， 本 明 細 書 に お い て ， 「 鉄系 金属 」 と は， セ メ ン ト モ ル タ ル 中 に お け る 腐食電位 が炭素繊維 の そ れ よ り も 実質的 に 卑な る 鉄お よ び鉄合金並び に か よ う な 金属 に め っ き ま た は Ζ ηめ っ き を施 し た材料を い つ ο
前記の 試験 に よ っ て 得 ら れ た， 荧素镞維を舍 ま な い プ レ イ ン セ メ ン ト モ ル タ ル中 に お け る 鐧 の 腐食電位 の 経時変化を第 3 図 に 示す 。 2 . 5容量 ％ の 炭素織維を舍 有す る 表 4 記載 の セ メ ン ト モ ル タ ル中にお け る 同一鐧 試片 の 腐食電位を前記 と 同様に して 測定 し た 。 そ の 結 果 も 第 3 図 に示す 。
第 3 図 に 見 ら れ る よ う に ， 鐧 の 腐食電位 は時間 の 径 過 と 共 に 卑側 に 移行 し ， いわ ゆ る 不動態域か ら 活性域 へ移動 し て い る 。 力 ソ ー ド 反応が酸素 の 還元反応で あ る と すれ ば， セ メ ン ト 中 の 酸素が徐 に 消費 さ れかつ 捕給が緩や かで あ る た め 欠乏 し て ゆ く こ と を示 し て い る と 思わ れ る 。 従 っ て ， モ ル タ ル 中 の 貴な炭素織維 と 接触 し てい る 鐧 は活性域 に あ る の で ガ ル バ 二 ッ ク 腐食 が著 し く な る こ と が理解 さ れ る 。
第 4 図 は 2 . 5容量 ％ の 炭素織維を含ま せ た-セ メ ン ト モ ル タ ル中 で の 鐧 の 分極挙動 と ， 炭素織維無 し の 対応 セ メ ン ト モ ル タ ル中 で の 鋼 の 分極挙動 を示 し て い る 。 第 4 図 よ り ， セ メ ン ト モ ル タ ル中 へ の 炭素織維 の 添加 に よ っ て ， セ メ ン ト モ ル タ ル'中 の 鐧 の カ ソ ー ド電流が 著 し く 増大 （ お よ そ 1 0倍以 上 に も 增大） す る こ と がわ か る 。 こ れ は， セ メ ン ト 中 の 炭素纖維が鐧 に 接触 し ， 炭素繊維上 で の 次 式 の 酸化還元反応 が加わ っ た た め で あ る と 考え ら れ る 。
0 z + 2 H z 0 + 4 e = 4 0 H - セ メ ン ト ミ ッ ク ス の p H お よ び酸化還元電位
前記 の 試験 で 用 い た プ レ イ ン セ メ ン ト ミ ッ ク ス お よ び 2 . 5容 量 ％の 炭 素繊維を舍有 さ せ た.セ メ ン ト ミ ッ ク ス の ， 水 セ メ ン ト 比 お よ び 砂 セ メ ン ト比 は 変 え な い で 骨材 の 種類， 減水剤 の 種類， 消泡剤 の 有無お よ び 增粘 剤 の 有無 だ け を表 2 に 示す よ う に 変化 さ せ ， 各 ミ ッ ク ス の p H お よ び P t極を 対極 と す る 酸化還元電位 を 測 定 し た 。
結果 を 表 3 に 示す 。 表 2
C F 骨材 減水剤 消 泡剤 增粘剤
Να 1 有 硅砂 A C 有 有
Nd 2 硅妙 A C 有 有
Να 3 有 硅砂 B C 有 有
Να 4 有 硅砂 A D 有 有 α 5 有 硅砂 A C 有 表 3
Figure imgf000018_0001
表 3 に 示 さ れ る よ う に ， セ メ ン ト ミ ッ ク ス の p H 値 ば， 試験 し た 変動 の 範囲で は ほ ぼ一定 で あ り ， 13.4 13.7の 狭い 範囲 に あ る 。 ま た ， 酸化還元電位 は， セ メ ン ト の 配合 に よ っ て 或 る 程度変動 し ， モ ル タ ル打設 直後で は 0.15 0.22V 程度で あ る が， 蒸気養生中 で は少 し 卑側 に ずれ こ と がわ か る 。 こ れ は環境 の 酸化 性が時間 と と も に 低下す る こ と を意味 し て い る 。 酸素 に よ り 環境 の 酸化還元電位が決定 さ れて い る と すれ ば そ の 電位 の 上限 は酸素 の 酸化還元平衡電位 で決定 さ れ そ の 平衡電位 は次式で 示 さ れ る 。
E 1.23 - 0.06pH + 0.015 log Po 2 ( V vsSHE )
= 0.99 - 0.06pH + 0.015 log Po 2 ( V vsSCE ) た だ し ， Po2 ; 環境中 の 酸素分圧， す な わ ち 0.2atm SHE;水素電極， SCE ； 力 ロ メ ル電極を意味す る 。
後者 の 式 に ， Po2 = 0.2atra, pH = 13.5を代入すれ ば E = 0 . 1 9 ( V v s S C E )
が得 ら れ る o
こ の 値 は， 表 3 に 示 す P tに よ り 測定 さ れ た 酸化還元 電位 の 値 よ り か な り 高 い 。 酸素 の 還元反応 の 過電圧 が 高 い こ と を 考慮 す れ ば， ほ か に 有効 な 酸化剤 （ 例え ば F e 3 + ) が系 に 存在 し な い 限 り ， 酸素 の 還元反応 に よ つ て 系 の 酸化 還元 電位が決定 さ れ て い る も の と 考え て よ い <,
以 上 の 試験結果 よ り ， セ メ ン ト マ ト リ ッ ク ス 中 の 炭 素繊維 の 存在 は こ の セ メ ン ト マ ト リ ッ タ ス に 接 す る 鐧 の 腐 食 に 悪影響を 与 え る こ と が 明 ら か と な っ た 。 こ れ は ， 炭素繊維 は電導性 が良 ぐ か つ そ の 電位が P tの よ う な 貴金属並 み の 貴 な 電位 を 示す の で ， 鋼 と 炭素織維 と の 接触 に よ る ガ ノレ ノ ニ ッ ク 隳 食 に よ る と 考 え ら れ る 。 す な わ ち セ メ ン ト マ ト リ ッ ク ス 中 で の 炭 素繊維 の 存在 は ガ ル バ 二 ッ ク 腐食電池 の 力 ソ 一 ド 面積 を 増大 さ せ， い わ ゆ る 小 ア ノ ー ド ， 大 力 ソ ー ド を形成 し て 腐 食を促 進す る わ け で あ る 。 こ れ を電気 ^学的 に 模式化 す れ ば 第 5 図 の よ う に な る 。 す な わ ち ， 初期に は ① の 電位 で 鐧 は耐食性を 維持 し て い る が ， C 1— な ど の イ オ ン の 存 在 に よ り ， 局部的 に 酸化被膜が破壊 さ れ る と ， 電位 は ② に 移 っ て 腐 食 さ れ る 。 一方， 炭素織維 の 存在 に よ つ て カ ソ ー ド 反応が増大 す る の で 電位 は ③ に 移 り 腐食 は 加速 さ れ る 。 こ の ガ ノレ バ ニ ッ ク 電池 の ァ ノ 一 ド で あ る 鐧表面で は 次式で 示 さ れ る 反応 に よ り PHが低下す る の で ， 安定 な被膜が維持 さ れ な い 。 こ の た め に， 腐食が 成長す る こ と に な る 。
Fe 2 + + H 20 ~ ^ Fe (OH) * + H + ( pH低下） 実施例 1
(1) 40 X 40 «« X 160 n 寸法 の 試験体を得 る に 適 し た木製 の 型枠 を用 意 し た 。 型枠 の 内壁 に離型剤 と し て ミ ネ ラ ル ォ ィ ルを 塗布 し た 後， 型枠内 に 直径 10 « の 鐧 棒を， 得 ら れ る 直方体 の 試験体 の 略 々 中心線 に 沿 っ て 埋 め こ ま れ る よ う な 位置 に 載置 し た 。 供試 し た 鉄筋 は J I S G3112 SD 30の 規格に し た が う-鉄筋 コ ン ク リ 一 ト 用 の 鐧棒（ 黒皮 は シ ョ ッ ト ブ ラ ス ト に よ つ T 除'去済） で あ っ た 。 型枠内 に 表 4 に 示す組成 の 炭素織維含有 コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス を流 し こ み ， 40で で 5 時間蒸気養生 し た 。 蒸気養生後， 試験体を型枠か ら 離型 し そ し て ォ 一 ト ク レ ー ブ 中 180で ， 10気圧で 5 時間硬化 し た 。 得 ら れ た 試験体 は ， 第 6 図 に示 す如 く ， 硬化 し た 炭素織 維捕強 コ ン ク リ 一 ト マ ト リ ッ ク ス 11中 に 鉄筋 12が埋設 さ れ た 構造を 有 し， 第 6 図 に 示す よ う な 寸法形祅 の も の で あ っ た 。 か よ う な試験体を数個作成 し た 。
(2) 直径 10 « の 鐧棒 の 代わ り に， こ れ に 溶融 鉛 め つ き を施 し た も の （め っ き 層 の 厚 さ ； 50 / m ) を用 い た 以外 は 同様 の 操作 に よ り 同 様 な 試験体を作成 し た 。 (3) 直径 10■« の 鐧棒 の 代 え て ， こ れ に エ ポ キ シ 樹脂 塗装 （膜厚約 200 m) を施 し た も の を用 い た 以 外 は前 記 （1) の 操作を反復 し て 同 様 な 試験体 を作成 し た 。 塗装 は次 の よ う に し て 施 し た 。 す な わ ち シ ョ ッ ト ブ ラ ス ト に よ り ミ ル ス ケ ー ル を除去 し た 鐧棒 を 240で で 15分間 予熱 し た 後， エ ポ キ シ 樹脂粉体 の 流動床 に 約 4 秒間 さ ら し ， 次 い で 200 で で 約 20分間加熱 し て 樹脂 を十分 に 硬化 さ せ た 。
(4) 直径 10 » の 鐧棒 に 代 え て， こ れ に セ メ ン ト モ ル タ ノレ ミ ッ ク ス を 塗布 し そ し て 硬化 さ せ た も の （ 膜厚約 2 « ) を用 い た 以外 は 前記ひ） の 操作を 反復 し て 同様 な 試験体を 作成 し た 。 用 い た .セ メ ン ト モ ル タ ル ミ ッ ク ス は 1 m 当 た り ， 水 512 K g , セ メ ン ト 1082 Kg , 粉末硅砂 274Kgお よ び メ チ ル セ ル 口 ー ス 10.8 Kgを舍有す る も の で あ り （ 水 セ メ ン ト 比 は 47.3 骨材 セ メ ン ト 比 は 0.25) , 粉末硅砂 は ， 化学組成 が S i 02 ； 95.0重量 ％ , Al 203 ; 2.1?重量 1^ 6203 ; 1.17重量 ％ で ， 比重 が 2.70そ し て 比表面積 3360 oi /gの も の で あ つ た 。
表 4 (炭素繊維捕強 コ ン ク リ ー ト の 配合）
Figure imgf000022_0001
注 * 信越化学社製 の 增粘剤 （ メ チ ル セ ル 口 一 ス ）
* * ポ ゾ リ ス 物産製 の 滅水剤
* * *サ ン ノ ブ コ 製の 消泡剤 各供試鉄筋を， 蒸気養生後の 試験体お よ び オ ー ト ク レ ー ブ養生後 の試験体か ら 取 り 出 し， そ の 表面の 腐食 状况を光学顕微鏡 に よ り 調べ た 。
- ま た ， オ ー ト ク レ ー プ養生後の 試験体を， 1 8 0 で ， 0気圧， 5 時間の オ ー ト ク レ ー プ処理 （促進腐食試験） に 2 回 ま た は 4 回付 し た 。 ·本発明者 ら の 経験 に よ れ ば 1 回 の か よ う な ォ ー ト ク レ ー ブ処理 は周 囲雰囲気 へ の 4 年間 の 暴露 に 略 々 匹敵 す る 。 各供試鉄筋を ， 2 回 ォ 一 ト ク レ ー ブ処理後 の 試験体 お よ び 4 回 ォ ー ト ク レ ー ブ処理後の 試験体か ら 取 り 出 し ， そ の 表面 の 腐食伏況 を前記 と 同 ^点点錡部腐様 に し て 調べ た 。 結果を表 5 錡分錡食発％示 す 。
数以生的発状
上生点態にな 表 5
Figure imgf000023_0001
但 し の 評 価 は 次 の り で あ る
A し
B
C 発生
D 赤錡発生
E の 面積 で 赤錡発生 実施例 2 実施例 1 記載 の 操作 に よ つ て 作成 し た 試験体 に つ き 80 -C , 100 % RHの 雰囲気 に 48時間 さ ら し ， 次 い で 80で 40 % RHの 雰囲気 に 24時間 さ ら す処理 を 10回 橾 り 返 す促 進腐 食試験 に 付 し た 。 処理後 の 試験体 か ら 供試鉄筋 を 取 り 出 し， そ の 表面 の 腐食状況を光学顕微鏡 に よ り 観 察 し た 。 実施例 l ω の 試験体 の 場合 に は， 供試鉄筋 （黒皮 な し 普通鉄筋） の 全袠面 に 赤锖が発生 し て い た 。
実施例 1 (2) の 試験体 の 場合 に は ， 供試鉄筋 （溶融亜 鉛 め つ き 鉄筋） の 表面 に 0.1〜 0.3径程度 の 点錡が 41ケ 所観察 さ れ た 。
実施例 1 (3) お よ び （4) の 試験体の 場合 に は ， 供試鉄筋
( エ ポ キ シ塗装鉄飭 お よ び セ メ ン ト モ ル タ ル被覆鉄筋） の 表面 に 錡 の 発生 は認め ら れ な か っ た 。
実施例 3
硬化 し た エ ポ キ シ 樹脂塗膜 に ， 0.5 «« 2 , 1 « 2 , 2 « 2お よ び 5 « 2大 の 傷を そ れぞ れ 2 ケ 所， 合計 8 個 つ け た 以外 は ， 実施例 1 (3)記載 の 操作 に よ り ， 試,験 体を作成 し た 。 こ の 試験体を実施例 1 記載の オ ー ト ク レ ー ブ処理 に 1·0回付 し た 。 処理後 の 試験体か ら 供試鉄 筋 を 取 り 出 し， そ の 表面 の 腐食伏況を光学顕微鏡 に よ り 観察 し た 。
2 « 2 大 の 傷を つ け た 2 箇所 の う ち ， 1 箇所で 約
0.2 «径大 の 点鐯が発生 し て い た 。 ま た 5 « 2大 の 傷 を つ け た 2 箇所 の う ち 1 箇所で約 0.4 β柽大 の 点錡が 発生 し て い た 。 だ が， そ の 他 の 箇所で は， 錡 の 発生 は 全 く 認め ら れ なか っ た 。

Claims

請求 の 範囲
1. 硬化 し た 炭素繊維捕強 コ ン ク リ ー ト マ ト リ ッ ク ス と 当 該 マ ト リ ッ ク ス 中 に 少 く と も 部分的 に 埋 め こ ま れ た 少 く と も 一 つ の 鉄系 金属部材 と か ら な る 炭素繊維捕 強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複合構造体を 製造す る に あ た り ，
当 該鉄系 金属部材 の さ も な け れ ば コ ン ク リ 一 ト ミ ッ タ ス と 接触 す る で あ ろ う 表面上 に 電気抵抗が少 く と も 約 1 0 0オ ー ム の 絶緣層 を形成 し ，
そ の 絶緣層 の 形成 さ れ た 鉄系 金属部材を 型枠 内 の 所 定位置 に 載置 し ，
そ の 型枠 中 に 水硬性 セ メ ン ト と ， 水 と ， 骨材 と そ し て 0 . 2〜 1 0容量 ％ の 炭素繊維 と か ら な る 炭素繊維補強 コ ン ク リ 一 ト ミ ツ ク ス を流 し こ ん で 当 該 鉄系金属 部'材 が少 く と も 部分的 に 当 該 コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス 中 に 埋 め こ ま れ る よ う に し ，
成形 さ れ た 複合構造体 を 自 己支持性 に な る ま で 型枠. 内 で 部分的 に 硬化 し ，
部分的 に 硬化 し た 複合構造体 を型枠か ら 離型 し ， そ し て ，
離型 し た 複合構造体を ォ ー ト ク レ ー ブ 中 1 0 0〜 2 1 5 で の 温度 に お い て 充分 に 硬化す る
こ と を 特徴 と す る 炭素織維補強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複合構造体 を 製造 す る 方法 。
2. 成形を鉄系金属製の 型枠中 で 行 い ， 且つ 当 該型枠 中 に コ ン ク リ 一 ト ミ ッ ク ス を流 し こ む前 に 当 該型枠 の さ も な け れ ば コ ン ク リ ー ト ミ フ ク ス と 接触す る で あ ろ う 表面 に 電気抵抗が少 く と も 約 1 0 0オ ー ム の 絶緣層 を 形成 し て お く こ と を特徴 と す る 請求 の 範囲第 1 項記載 の 方法。
3. 铯緣層 をエ ポ キ シ 樹脂で 形成す る 請求 の 範囲第 1 項記載 の 方法。
4. 铯緣層 を セ メ ン ト モ ル タ ル ま た は ペ ー ス ト で彤成 す る 請求 の 範囲第 1 項記載 の 方法。
5. 0 . 2〜 1 0容量 ％ の 炭素繊維を含有す る 硬化 し た 炭 素織維補強 コ ン ク リ ー ト マ ト リ ッ ク ス と ， 当 該マ ト リ ツ ク ス 中 に少 く と も 部分的 に埋 め こ ま れ.た 少 く と も一 つ の 鉄系 金属部材 と ， そ し て 炭素繊維 と 鉄系金属部材 と の 接触を 防止す る た め の 当 該鉄系金属部材 の 表面上 の 铯緣層 とか ら な り ， 当 該铯緣層 は少 く と も 約 1 0 0ォ ー ム の 電気抵抗を有する こ と を特徴 と す る 炭素繊維捕 強 コ ン ク リ 一 ト の プ レ キ ャ ス ト 複合構造体。
6. 絶緣層 は硬化 し た ェ ボ キ シ樹脂で あ る 請求 の 範囲 第 5 項記載の 構造体。
7. 铯緣層 は硬化 し た セ メ ン ト モ ル タ ル ま た は ペ ー ス ト で あ る 請求の 範囲第 5 項記載 の 構造体。
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