JP3549507B2 - 耐爆裂性高強度セメント質硬化体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐爆裂性高強度セメント質硬化体及びその製造方法に関し、特に、火災時において高強度セメント質硬化体に生じる爆裂を改良した耐爆裂性高強度セメント質硬化体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通常のコンクリ−トに比べ圧縮強度が著しく改良された高強度セメント質硬化体が開発され、様々な構造物への適用が期待されている。
しかしながら、その高強度セメント質硬化体が緻密質であるために、その周辺で火災が発生し高熱状態になり、該硬化体内部の水が水蒸気に変化し体積を膨張させても、外部へ飛散できず蓄積されて膨張圧が高まり、ついには爆裂を起こし該硬化体自体を部分的・全体的に破壊する、という現象が生じる。
このように、高強度セメント質硬化体は、高強度を具備する一方で、火災安全性に対する信頼性が低い、という問題点を有していた。
【０００３】
通常のセメント質硬化体に対する火災時の爆裂防止手段として、以下のような技術が知られている。
特許第２６２０９１０号公報には、圧縮強度１０５Ｎ／ｍｍ^２のコンクリ−ト製プレハブ部材について、火災曝露したときに、１５０〜３００℃の温度で軟化、収縮、溶融、または分解して毛細管孔を形成できる材料として、直径０．００３〜０．３５ｍｍ、長さ５〜３５ｍｍの有機繊維（例；ポリプロピレン繊維）をコンクリ−ト１ｍ^３について０．０５〜１容量％含有させることにより、耐 スポ−リング性が改良される旨、が記載されている。
【０００４】
そのほかには、コンクリ−ト構造物の火災時に発生する爆裂を正確に制御する方法として、水セメント比および合成繊維（爆裂防止用材料）の混入量を制御因子とし、まず前者で調整し、それで不十分な場合に後者を原材料に添加して調整する方法があり、該合成繊維（例；ポリエチレン、ビニロン）として、長さ５〜５０ｍｍ、太さ１０〜１００μｍのものを用いることが知られている（特開平１１−１９７３号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許第２６２０９１０号公報に開示された技術は、圧縮強度が比較的低い１０５Ｎ／ｍｍ^２以下のセメント質硬化体を対象として、その原材料に有機繊維を混入することにより、該硬化体の耐スポ−リング性を改良する点にある。
しかし、この方法では、１０５ＭＰａ以上の高強度を期待して設計された原材料に該有機繊維を添加し製造された硬化体は、緻密過ぎて火災熱による毛細管孔の形成が不十分なために爆裂するという、という問題点を有していた（後記表４の比較例１および比較例４参照）。
【０００６】
また、圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体を製造する場合、水セメント比は配合設計時に決められ自由に変更できないので、前記特開平１１−１９７３号公報に開示される方法を高強度セメント質硬化体の爆裂防止手段として採用できない。
【０００７】
一般的に、通常のコンクリ−ト・モルタル原材料に有機質繊維を配合する目的は、コンクリ−ト・モルタルの引張強度、曲げ強度などの向上を図ったものであり、圧縮強度は該有機質繊維を配合しなかった場合に比して低下する傾向にあることから、コンクリ−ト・モルタルの用途に応じて、いずれの特性を重視するかによって有機質繊維の配合の適否が決められている。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点、知見に鑑みなされたものであって、その目的は、圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体について、
・火災熱による爆裂性を改良（爆裂防止）すること
にあり、もって火災に対する安全性を向上させた耐爆裂性高強度セメント質硬化体およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、長さでもって群分けされ組合せた有機質繊維を特定量添加することにより、硬化体の圧縮強度の低下が見られるが、耐爆裂性に顕著な効果を発揮する、との知見を得て本発明に到達したものである。
【００１０】
すなわち、本発明（耐爆裂性高強度セメント質硬化体）は、
「・圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体を製造する配合物に、長さ が異なる有機質繊維を１．０体積％を超え６．０体積％以下添加したのち、混練し成 形し硬化させたものである耐爆裂性高強度セメント質硬化体であって、
・前記有機質繊維が長さ５ｍｍ未満のもの、および、５〜３０ｍｍのもので構成されて いること」（請求項１）
を要旨とする。
【００１１】
また、本発明（耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法）は、
「・圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体を製造する配合物に、長さ が異なる有機質繊維を１．０体積％を超え６．０体積％以下添加したのち、混練し成 形し硬化させたものである耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法であって、
・前記有機質繊維が長さ５ｍｍ未満のもの、および、５〜３０ｍｍのもので構成されて いること」（請求項２）
をも要旨とする。
【００１２】
さらに、耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法の発明は、
・長さ５ｍｍ未満の有機質繊維、及び、長さ５〜３０ｍｍの有機質繊維の割合（体積比） が０．１〜２０：１であること（請求項３）
・有機質繊維が直径０．０４〜０．４ｍｍであること（請求項４）、および
・有機質繊維がビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維か ら選ばれる１種または２種以上からなること（請求項５）
を特徴とする。

【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、大まかに言えば、圧縮強度が１０５ＭＰａ、特に１１０ＭＰａを超えるような高強度セメント質硬化体を製造するために予め配合設計された原材料の配合物に、長さでもって群分けし組み合わせた有機質繊維を特定量添加して製造された硬化体であって、有機質繊維の添加による圧縮強度のある程度の低下を認めつつ、耐爆裂性を改良させた硬化体である。
耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、その用途にもよるが圧縮強度が９０ＭＰａ以上発現するものが望ましい。
【００１４】
耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、長さが異なる有機質繊維を均一に分散されているために、火災熱によって硬化体内部に容易に毛細管孔が形成され、逐次発生する水蒸気を誘導・飛散させ膨張圧を上昇させず、また、硬化体に不規則な熱応力を生じさせないので、爆裂，表層剥離，スポ−リングなどが発生することがない。
【００１５】
有機質繊維の「長さが異なる」とは、該繊維を適当な長さで群分け（グル−プ分け）することを意味する。
そして、有機質繊維は、一つの群内の長さ範囲は特に限定しないが、異なる長さの群が組み合わされて構成されていることが重要である。
群分けは、硬化体の大きさによって一概に決めることはできないが、例えば、１．０〜３．０ｍｍの群、６．０〜１０．０ｍｍの群、１５．０〜２０．０ｍｍの群というようにである。
【００１６】
長さが異なる有機質繊維の組合せは、該繊維の入手のし易さ、混練時におけるファイバ−ボ−ルの形成の防止、製造時の作業性（例；成形時における打設の難易）、爆裂性の改良などの観点から、繊維長さが▲１▼５ｍｍ未満の群、および▲２▼５〜３０ｍｍの群である。前者で好ましい長さは０．５〜４．０ｍｍ、より好ましいのは１．０〜３．０ｍｍのものであり、後者で好ましい長さは５．５〜２０ｍｍ、より好ましいのは６．０〜１０．０ｍｍのものである。
【００１７】
有機質繊維の最大長さは、硬化体の大きさ・用途などによって一概に決められないが、４〜５ｃｍである。
【００１８】
有機質繊維は、火災熱（具体的には、３００℃以下の温度）を受けて分解、溶融などにより硬化体中の水蒸気が容易に流動できる大きさの毛細管孔を形成させることのできる繊維である。
そのような繊維として天然繊維、合成繊維いずれも使用でき、好ましくは合成繊維である。合成繊維は、具体的に、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維などが挙げられる。
また、有機質繊維は、２種以上の混合繊維であっても良く、爆裂防止効果の点から、ビニロン繊維および／またはポリプロピレン繊維が好ましい。
【００１９】
有機質繊維の添加量は、高強度セメント質硬化体を製造するための配合物に０．５〜１０体積％添加することが重要である（後記表１〜３参照）。
添加量が０．５体積％未満の場合、爆裂防止効果が低下するので、逆に、１０体積％を超えた場合、硬化体の圧縮強度が極端に低下するので、いずれの場合も好ましくない。
製造時の作業性、コストなどの観点から、好ましい添加量は１．０〜９．０体積％、より好ましいのは１．０体積％を超え８．０体積％以下、さらに好ましいのは１．０体積％を超え６．０体積％以下である。
【００２０】
有機質繊維の直径は、爆裂防止効果、耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造時の作業性などの観点から、０．０４〜０．４ｍｍの範囲のものが好ましい。
より好ましいのは、有機質繊維の長さに応じて直径を変更することである。例えば、前記した長さが▲１▼５ｍｍ未満の群、および▲２▼５〜３０ｍｍの群を組み合わせた場合、前者の直径は０．１〜０．２ｍｍ、後者のそれは０．０４〜０．０５ｍｍのものを用いるのが好ましい。
【００２１】
長さが異なる有機質繊維の各群間の割合（体積比）は、適宜決めることができる。
前述した長さが▲１▼５ｍｍ未満のもの（群）、および▲２▼５〜３０ｍｍのもの（群）の組合せの場合、その割合（体積比）は０．１〜２０：１が好ましく、１〜１０：１がより好ましく、１．５〜８：１がさらに好ましい。
【００２２】
次に、高強度セメント質硬化体について説明する。
本発明が耐爆裂性改良の対象とする高強度セメント質硬化体は、その圧縮強度が１０５ＭＰａ、望ましくは１１０ＭＰａを超えるものであり、その硬化体の製造に使用される原材料について、特に限定するものではない。
【００２３】
長さが異なる有機質繊維の添加は、
・有機質繊維が含まれていない配合物、および
・有機質繊維が含まれているが規定に合致していない配合物
に行なうことができる。
前者の配合物が好ましい。後者の配合物は、例えば、特定の長さ範囲に整合された一群のみで構成され、かつ、その割合が０．５〜１０体積％未満含まれている配合物、複数の群で構成され、０．５体積％未満含まれている配合物などであるが、それら有機質繊維が含まれている配合物への添加は、長さが異なる群の有機質繊維を規定の範囲内で添加することができる。
【００２４】
耐爆裂性高強度セメント質硬化体を製造するために用いる原材料（有機質繊維を除く）、および配合・混練・成形・養生の各方法は、従来の高強度セメント質硬化体を製造する場合と同じであり、それらについて限定するものではない。
【００２５】
【実施例】
（実施例１〜１８、比較例１〜４）
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
１．使用材料
使用した材料は、次のとおりである。

【００２６】
２．混練物の製造
表１、表２および表３に示す原材料を使用した配合物（配合番号Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２）を二軸練りミキサ−に投入し混練して、モルタルおよびコンクリ−トの各混練物を製造した。なお、表中、Ｎｏ．１〜１８はモルタル混練物、Ｎｏ．１９〜２２はコンクリ−ト混練物である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
得られた各混練物およびその硬化体について、下記の特性を測定し、結果を表４に列記した。
１）モルタル（Ｎｏ．１〜１８）
・フロ−値：ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法、１１．フロ−試験」に規定された方法に準じて測定した（ただし、１５回行うべき落下運動については、操作しなかった）。
・圧縮強度：有機質繊維を添加した場合および無添加の場合のそれぞれのモルタル混練物をφ５０×１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、得た各硬化体の圧縮強度（３本の平均値）を測定した。
・爆裂：全てのモルタル混練物をφ５０×１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生して得た硬化体を電気炉（３０ｋＷ）に挿入し１時間で１０００℃まで昇温させ冷却させたのち、爆裂の有無を観察した。
【００３１】
２）コンクリ−ト（Ｎｏ．１９〜２２）
・スランプ：ＪＩＳ Ａ １１０１「コンクリ−トのスランプ試験方法」に準じて測定した。
・圧縮強度：有機質繊維を添加した場合及び無添加の場合のそれぞれのコンクリ−ト混練物をφ１０×２０ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、得た各硬化体の圧縮強度（３本の平均値）を測定した。
・爆裂：全てのコンクリ−ト混練物をφ１０×２０ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生して得た硬化体を電気炉（３０ｋＷ）に挿入し１時間で１０００℃まで昇温させ冷却させたのち、爆裂の有無を観察した。
【００３２】
【表４】

【００３３】
表４より、
１）実施例１〜１８から、圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体製造用原材料に、長さが異なる有機質繊維を組合せて規定量添加し製造したモルタル・コンクリ−ト硬化体は、爆裂の形跡が観察されず、目的を達成できることが判明した。
【００３４】
２）比較例１、３および４から、有機質繊維が無添加の場合および長さが１種類の有機質繊維を０．３体積％添加した場合のモルタル・コンクリ−ト硬化体は、爆裂が認められた。
また、比較例２から、有機質繊維の添加量が過多の場合は、爆裂は起こらなかったものの、混練物の流動性および圧縮強度とが急激に低下し、好ましい配合でないことが確認された。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明の耐爆裂性高強度セメント質硬化体は、
高強度セメント質硬化体製造用原材料の配合物に、長さが異なる有機質繊維を組み合わせ該繊維全量が０．５〜１０体積％（外割）になるように添加し、含有させた硬化体およびその製造方法を特徴とし、これにより、
高強度セメント質硬化体の圧縮強度の低下の許容できる範囲において、高強度セメント質硬化体の耐爆裂性の向上（爆裂防止）という効果を奏し、もって、火災に対する安全性の実を上げることができる。

Claims (5)

1. 圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体を製造する配合物に、長さが異なる有機質繊維を１．０体積％を超え６．０体積％以下添加したのち、混練し成形し硬化させたものである耐爆裂性高強度セメント質硬化体であって、前記有機質繊維が長さ５ｍｍ未満のもの、および、５〜３０ｍｍのもので構成されていることを特徴とする耐爆裂性高強度セメント質硬化体。
2. 圧縮強度が１０５ＭＰａを超える高強度セメント質硬化体を製造する配合物に、長さが異なる有機質繊維を１．０体積％を超え６．０体積％以下添加したのち、混練し成形し硬化させたものである耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法であって、前記有機質繊維が長さ５ｍｍ未満のもの、および、５〜３０ｍｍのもので構成されていることを特徴とする耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法。
3. 長さ５ｍｍ未満の有機質繊維、および、長さ５〜３０ｍｍの有機質繊維の割合（体積比）が０．１〜２０：１であることを特徴とする請求項２記載の耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法。
4. 前記有機質繊維が直径０．０４〜０．４ｍｍであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法。
5. 前記有機質繊維がビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維から選ばれる１種または２種以上からなることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の耐爆裂性高強度セメント質硬化体の製造方法。