JP4106899B2

JP4106899B2 - ガラスマット

Info

Publication number: JP4106899B2
Application number: JP2001369929A
Authority: JP
Inventors: 真治西堀
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2003171144A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セメント系材料のクラック防止材として好適なガラスマットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モルタルやコンクリート等のセメント系材料にとって、技術的な最大の問題点は、乾燥収縮によるクラックの発生である。このクラックには２種類あり、モルタルやコンクリートの機械的強度の低下をもたらすクラックと、機械的強度の低下に直接関係しないヘヤークラックである。しかし、ヘヤークラックは、モルタルやコンクリートの内部への水分の浸入を許し、鋼材などの腐食、中性化、凍害などの問題を引き起こすため、間接的には、セメント系材料の耐久性を劣化させる。
【０００３】
これらのクラック対策の一つとして、セメント系材料に繊維物を添加させることが検討されてきた。セメント系材料に繊維物を添加すると、繊維の引張力によってセメント材料の収縮が妨げられ、クラックが減少するため、セメント系材料の機械的強度が向上する。
【０００４】
繊維の形態としては、チョップドストランド、チョップドストランドを二次元ランダムに接着させたチョップドストランドマット、連続繊維を二次元ランダムに接着させたコンティニアスストランドマットあるいは連続繊維から作製したメッシュ織物（ネット）などが考えられる。
【０００５】
チョップドストランドは、通常モルタルやコンクリートの構成材料を混練する際に添加して使用するため、作業が容易で、モルタルやコンクリートの構成材料内に分散させて用いるが、構成材料の配合によっては、マトリックスの流動性が著しく低下し、作業性が悪く、あるいは不均一になる場合がある。
【０００６】
一方、チョップドストランドマット、コンティニアスストランドマットあるいはメッシュ織物は、モルタルやコンクリートを施工した際、その表面層近くに敷いて使用されるため、施工時に手間を要するが、最もクラックが発生しやすい表面部分のクラック防止効果が大きく、また、マトリックスの流動性にも影響がないため、近年幅広く用いられるようになってきた。
【０００７】
特に、チョップドストランドマットあるいはコンティニアスストランドマットは、繊維が密に二次元ランダムに配向しているため、マトリックスとの接着面積が大きく、繊維の引張力を全方向に均一に分散でき、クラック防止効果が高いことから注目を浴びている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのような用途に使用する繊維の種類としては、有機繊維またはガラス繊維があるが、コスト面を考慮すると、Ｅガラス繊維が好ましい。しかしながら、Ｅガラス繊維は、安価ではあるが、耐アルカリ性に乏しいため、セメント成分から溶出するアルカリ性物質により浸食され、必要な引張強度が得られない。
【０００９】
また、チョップドストランドマットやコンティニアスストランドマットは、チョップドストランドあるいは連続繊維をポリエステル、アクリル樹脂などで接着させ、一般的にはプラスチックの強化材として使用しているが、これらのガラスマットをモルタルやコンクリートの強化材として使用すると、ガラスマットへのモルタルやコンクリートの含浸性が低いため、表面状態が悪く、クラック防止効果が低下する。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、耐アルカリ性に優れ、モルタルやコンクリートのクラック防止効果に優れたガラスマットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく種々の実験を繰り返した結果、耐アルカリ性ガラス繊維を水溶性高分子で接着して作製したチョップドストランドマットやコンティニアスストランドマットを、セメント系材料の強化材として用いることにより、ガラス繊維の強度劣化が小さく、またガラスマットへのセメント材料の含浸性が著しく向上し、クラック防止効果に優れることを見出し、本発明を提案するに至った。
【００１２】
すなわち本発明のガラスマットは、ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有するガラス連続繊維あるいはガラス短繊維からなるガラスストランドが、水溶性高分子によって二次元ランダムに接着されてなることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明のガラスマットは、ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有するガラス連続繊維あるいはガラス短繊維からなるガラスストランドが、水溶性高分子によって二次元ランダムに接着されてなるため、ガラスマットへのモルタルやコンクリートの含浸性が向上し、クラックの防止効果に優れる。すなわちガラスマットに使用するガラス繊維は、ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有するため、耐アルカリ性に優れており、これを使用したガラスマットをセメント系材料のクラック防止材として使用すれば、セメント中のアルカリ性物質によりガラス繊維が浸食されにくく、クラックの発生を抑制できる。また、水分を多く含むモルタルやコンクリートの上に水溶性高分子によって二次元ランダムに接着されてなるチョップドストランドマットやコンティニアスストランドマットを打設し、脱泡ローラーなどでモルタルやコンクリートへ含浸させ、鏝均しを行うと、モルタルまたはコンクリート中の水分によってガラスストランド同士を接着している水溶性高分子が溶解してガラスストランドが分散して、ガラスマットへのモルタルやコンクリートの含浸性が著しく向上し、ガラス繊維とマトリックスとの接着面積が増加するからである。
【００１４】
本発明で使用可能な耐アルカリ性ガラス繊維の具体的組成は、質量％で、ＳｉＯ₂ ５４〜６５％、ＺｒＯ₂ １４〜２５％、Ｌｉ₂Ｏ０〜５％、Ｎａ₂Ｏ１０〜１７％、Ｋ₂Ｏ０〜８％、ＲＯ（但し、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜７％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜２％であり、好ましくは、ＳｉＯ₂ ５７〜６４％、ＺｒＯ₂ １８〜２４％、Ｌｉ₂Ｏ０．５〜３％、Ｎａ₂Ｏ１１〜１５％、Ｋ₂Ｏ１〜５％、ＲＯ０．２〜８％、ＴｉＯ₂ ０．５〜５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１％である。
【００１５】
本発明で使用する水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドン等のビニル系高分子、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のセルロース系高分子、カゼイン、ゼラチン等の蛋白質高分子、アルギン酸ナトリウム、でんぷんが好適である。
【００１６】
本発明のガラスマットは、ガラスストランドの番手が、１０〜１００ｔｅｘ、好ましくはチョップドストランドの場合、１０〜８０ｔｅｘ、コンティニアスストランドマットの場合、５０〜１００ｔｅｘであり、ガラスストランドの番手が１０ｔｅｘよりも小さいと、ケーキからガラスストランドを解舒する際、毛羽が多発して、ガラスマットが目詰まりを起こしやすく、骨材が通りにくくなるため好ましくない。また、１００ｔｅｘ以上であると、目付が大きくなりすぎて、コスト高になり、また、ガラスマットの厚みが増すため、ガラスマットへのモルタルやコンクリートの含浸性が低下し好ましくない。
【００１７】
ガラスマットの目付は、５０〜２００ｇ／ｍ²、好ましくは５０〜１５０ｇ／ｍ²であり、５０ｇ／ｍ²より小さいと、ガラスストランド同士の接着面積が減少し、ガラスマットの引張強度が低く、施工時に引きちぎれなどが起こりやすいため好ましくない。また、２００ｇ／ｍ²より大きいと、嵩高く、目開きが充分でないため、含浸性が低くガラスマットとマトリックスとの界面で剥離しやすくなり、クラック防止効果に乏しいため好ましくない。
【００１８】
本発明のガラスマットの強熱減量は、２〜２５質量％、より好ましくは２〜１５質量％である。２質量％より少ないと、ガラスストランド同士の接着が不充分で、施工時のハンドリングの際、ガラスストランド同士の接着が外れやすいため好ましくない。また、２５質量％よりも多いと、水溶性高分子がモルタルやコンクリート中の水によってモルタルやコンクリートの硬化が始まる前までに充分に溶解しないため、マトリックスとガラス繊維との界面で剥離しやすくなり好ましくない。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜７）及び比較例（試料Ｎｏ．８〜１０）を示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１の実施例のガラスマットは次のようにして作製した。
【００２３】
まずＳｉ０₂ ６１．０質量％、ＺｒＯ₂ １９．５質量％、Ｌｉ₂Ｏ１．５質量％、Ｎａ₂Ｏ１２．３質量％、Ｋ₂Ｏ２．６質量％、ＣａＯ０．５質量％、ＴｉＯ₂ ２．６質量％の組成を有する溶融ガラスを、平均繊維径が１３．５μｍとなるように紡糸し、その表面にアプリケーターを用いて酢酸ビニル系のサイジング剤を強熱減量が１．０質量％となるように塗布した後、表１のストランド番手となるように分糸した後、紙管に巻き取り、１３０℃で、１０時間乾燥してケーキを作製した。
【００２４】
次に、前記のケーキからストランドを解舒し、５０ｍｍの長さに切断したチョップドストランドを、ステンレス製のメッシュ上に表１に示す目付となるように散布し、さらに表１の強熱減量となるように、溶液状の水溶性高分子を噴霧した後、１２０℃の乾燥炉で１時間保持して、実施例１〜５のチョップドストランドマットを得た。
【００２５】
また、前記の複数のケーキからストランドを解舒し、２０００〜２５００ｔｅｘになるように巻き取ったロービングを回転式外取りスタンドに設置し、巻き取ったロービングの外周から解舒したロービングを、ローラーの回転とエアー圧によって吹き付けるスプレーマシンを用いて、ステンレス製メッシュ上に表１に示す目付となるように吹き付け、さらに表１の強熱減量となるように、溶液状の水溶性高分子を噴霧した後、１２０℃の乾燥炉で１時間保持して、実施例６、７のコンティニアスストランドマットを得た。
【００２６】
コンクリート試験体は、次のようにして作製した。まず、木製型枠の中に、目空きが５０ｍｍで、直径が５ｍｍの補強筋（メッシュ筋）を溶接した、６００×７００×４．５ｍｍの鉄板を敷設し、この型枠に普通ポルトランドセメントを５７８ｋｇ／ｍ³、最大粒径５．０ｍｍの川砂を５７８ｋｇ／ｍ³、最大粒径２５ｍｍの川砂利を５７８ｋｇ／ｍ³及び水２４９ｋｇ／ｍ³を混練したコンクリートを５０ｍｍの厚みとなるように流し込んだ。
【００２７】
次いで、このコンクリートの表面に、表１に示したガラスマットを敷き、コンクリートの鏝均しを行ってガラスマットを表面から５ｍｍの位置に埋設した後、２０℃、６０％ＲＨ、２４時間放置して乾燥硬化させ、コンクリート試験体を作製した。
【００２８】
比較例８は、ストランド番手が５０ｔｅｘのＥガラス繊維のチョップドストランドを用い、目付が１００ｇ／ｍ²、二次バインダーとしてポリエステルを強熱減量が１６質量％となるように噴霧した以外は、実施例１〜５と同様にしてコンクリート試験体を作製した。
【００２９】
また、比較例９は、ストランド番手が３８ｔｅｘの耐アルカリ性ガラス繊維のチョップドストランドを用い、目付が１５０ｇ／ｍ²、二次バインダーとしてポリエステルを強熱減量が１０質量％となるように噴霧した以外は、実施例１〜５と同様にしてコンクリート試験体を作製した。
【００３０】
比較例１０は、ガラスマットを使用しなかった以外は、実施例と同様にしてコンクリート試験体を作製した。
【００３１】
こうして得られたコンクリート試験体の表面に発生したクラックの幅と長さを測定し、各クラックの面積（クラック幅×クラック長さ）を求め、それらの総和をクラック総面積とした。
【００３２】
また、ガラス繊維の耐アルカリ性を調べるために、１３．５μｍの繊維径を有するモノフィラメント４００本（１４４ｔｅｘ）からなる前記耐アルカリ性繊維とＥガラス繊維のストランドを、アルカリ溶液（８０℃、１０質量％ＮａＯＨ水溶液）に１６時間浸漬し、浸漬前後の引張強度をＪＩＳＲ３４２０に従って測定した結果、耐アルカリ性ガラス繊維ストランドの引張強度保持率は、８０％、Ｅガラス繊維ストランドでは、１％であった。尚、引張強度保持率（％）＝アルカリ溶液浸漬後の引張強度／アルカリ溶液浸漬前の引張強度とした。
【００３３】
表１から明らかなように、ガラスマットを使用しなかった比較例１０は、クラックが多数発生し、クラック総面積が非常に大きかった。また、比較例８は、比較例１０比べるとクラック総面積は小さいが、二次バインダーとしてポリエステルを使用しているため、ガラスマットへのコンクリートの含浸性が低く、依然としてクラック総面積が大きく、また、Ｅガラス繊維を使用しているため、ガラス繊維の引張強度が著しく劣化した。比較例９は、耐アルカリ性ガラス繊維を用いているため、ガラス繊維の引張強度が劣化しにくいが、二次バインダーとしてポリエステルを使用しているため、ガラスマットへのコンクリートの含浸性が低く、クラック総面積が大きかった。
【００３４】
一方、実施例１〜７は、二次バインダーとして水溶性高分子で接着させた耐アルカリガラス繊維からなるガラスマットを用いたため、ガラス繊維の引張強度が劣化しにくく、クラック総面積が小さかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスマットは、セメント材料の強化材として用いると、セメント材料の含浸性が著しく向上し、クラック防止効果に優れるため、建築物のコンクリートを始めとして、駐車場や広場等の土間コンクリートにも応用可能である。

Claims

質量％で、ＳｉＯ ₂ ５４〜６５％、ＺｒＯ ₂ １４〜２５％、Ｌｉ ₂ Ｏ０〜５％、Ｎａ ₂ Ｏ１０〜１７％、Ｋ ₂ Ｏ０〜８％、ＲＯ（但し、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）０〜１０％、ＴｉＯ ₂ ０〜７％、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ０〜２％の組成を有するガラス連続繊維あるいはガラス短繊維からなるガラスストランドが、水溶性高分子によって二次元ランダムに接着されてなるチョップドストランドマット又はコンティニアスストランドマットであることを特徴とするガラスマット。
水溶性高分子が、ビニル系高分子、セルロース系高分子あるいは蛋白質系高分子からなることを特徴とする請求項１に記載のガラスマット。
ビニル系高分子が、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドンの内のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のガラスマット。
セルロース系高分子が、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースの内のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のガラスマット。
蛋白質高分子が、カゼイン又はゼラチンであることを特徴とする請求項２に記載のガラスマット。
ガラスストランドの番手が、１０〜１００ｔｅｘであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラスマット。
目付が、５０〜２００ｇ／ｍ²であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラスマット。
強熱減量が２〜２５質量％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガラスマット。
セメント系材料のクラックを防止する強化材として使用されるものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラスマット。