JP4743358B2 - ガラス繊維混入コンクリート - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木及び建築分野において使用されるガラス繊維混入コンクリートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コンクリート製品は、土木及び建築分野において広く使用されているが、このようなコンクリート製品は、乾燥時に水分が減少し収縮することによってクラックが発生しやすく、このようなクラックを長期に亘って放置すると、徐々にクラックが成長し、コンクリート製品が劣化するため好ましくない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
クラックの発生を抑制するためには、コンクリート製品にチョップしたガラス繊維束、いわゆるチョップドストランドを混ぜることが効果的とされており、ガラス繊維の含有率が高くなるほど、その効果は高くなるが、原料費が高くなるため、ガラス繊維の含有率をできる限り少なくすることが望ましい。また、チョップドストランドをコンクリートに混入させる場合、ガラス繊維の分散性が悪くなると、ガラス繊維が少ない部分で、クラックが発生しやすくなるため、ガラス繊維は均一に分散していることが望ましい。
【0004】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、少量のガラス繊維の含有率であっても、クラックの発生を抑制することができ、ガラス繊維が均一に分散するガラス繊維混入コンクリートを得ることを目的とする。
【0005】
【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、混練時にチョップドストランドが多量にフィラメント化し、また、混練時にすぐにフィラメント化せずにある程度時間が経ってからフィラメント化するようにしたチョップドストランドを使用することによって、ガラス繊維の含有率が少量であっても、クラックの発生を抑制することができ、ガラス繊維が均一に分散するガラス繊維混入コンクリートが得られることを見出し、本発明を提案するに到った。
【0006】
すなわち、本発明のガラス繊維混入コンクリートは、セメント、細骨材、粗骨材及びチョップドストランドを含むガラス繊維混入コンクリートであって、チョップドストランドを構成するガラス繊維を0.2〜5kg/m3含有し、チョップドストランドは、分子量が50000以下の酢酸ビニル樹脂とアミノシランカップリング剤とを含むサイジング剤を表面に0.5〜2.0質量%被覆してなり、チョップドストランドの水中解繊時間が5分以上であり、混練後のストランドの残存率が50質量%以下であることを特徴とする。
【0007】
【作用】
本発明のガラス繊維混入コンクリートは、チョップドストランドの水中解繊時間が5分以上、好ましくは5〜120分であるため、混練時にチョップドストランドがすぐにフィラメント化せずにある程度時間が経ってからフィラメント化するようになり、ガラス繊維が均一に分散したコンクリート製品を得ることができる。
【0008】
チョップドストランドは、表面に分子量が50000以下の酢酸ビニル樹脂とアミノシランカップリング剤を含むサイジング剤を0.5〜2.0質量%被覆してなるものである。このサイジング剤には、上記した成分以外にもエチレン酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、潤滑剤等を含めることができる。
【0009】
また、本発明のガラス繊維混入コンクリートは、型枠に流し込んだ直後の生コンクリートにおいて、フィラメント化せずストランド状態で残存するチョップドストランドの割合、いわゆるストランドの残存率が50質量%以下であるため、クラックの発生を抑制することができる。すなわち、混練時に、完全にフィラメント状態に解繊したチョップドストランドが半分以上になり、ガラス繊維の含有率が低くても、コンクリート製品全体にガラス繊維が行き届くためである。
【0010】
また、本発明のガラス繊維混入コンクリートは、ガラス繊維の含有量がガラス繊維混入コンクリート1m3に対して、0.2〜5kg(以後、0.2〜5kg/m3のように示す)であるため、コストをかけずにクラックの発生を抑制できる。すなわち、チョップドストランドの含有量が、0.2kg/m3より少ないと、クラックの発生を抑制する効果が小さく、5kg/m3よりも多いと経済的でないからである。
【0011】
また、チョップドストランドが、ZrO2を14質量%以上含有する耐アルカリ性ガラス繊維からなると、耐アルカリ性に優れており、これをコンクリートに混入しても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いため好ましい。従ってアルカリ性物質によって、ガラス繊維の引張強度が低下するのを防止でき、コンクリートのクラック防止剤として使用しても、クラック防止効果を維持することができる。
【0012】
本発明において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%、Li2O 0〜5%、Na2O 10〜17%、K2O 0〜8%、R(ただし、Rは、Mg、Ca、Sr、Ba、Znを表す) 0〜10%、TiO2 0〜7%、Al2O3 0〜2%であり、より好ましくは、質量%で、SiO2 57〜64%、ZrO2 18〜24%、Li2O 0.5〜3%、Na2O 11〜15%、K2O 1〜5%、R(ただし、Rは、Mg、Ca、Sr、Ba、Znを表す)0.2〜8%、TiO2 0.5〜5%、Al2O3 0〜1%である。
【0013】
さらに、チョップドストランドの長さが、9〜19mmであると、コンクリートに対して、クラックの発生を抑制でき、作業性が悪化しないため好ましい。すなわち、臨界繊維長が9mmであり、チョップドストランドの長さが9mmより小さいと、コンクリートに対して十分にクラックの発生を抑制する効果が得られず、19mmより大きいと、コンクリートの混練時にチョップドストランド同士が絡まり、コンクリートの流動性が低下し、作業性が悪化するため好ましくない。
【0014】
また、チョップドストランドは、ストランド番手が50tex以上であると、コンクリートの流動性が低下せず、ガラス繊維が均一に分散するコンクリートが得られるため好ましい。また、チョップドストランドを構成するガラス繊維の平均繊維径は、10〜25μmであると、紡糸が容易なため好ましい。
【0015】
本発明で使用するセメントは、特に限定されないが、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等が使用できる。セメントの添加量は、土木及び建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題はないが、220kg/m3以上あると充分な圧縮強度が得られるため好ましい。
【0016】
粗骨材は、5mmの目開きの篩で85質量%以上篩上げが残るものであり(建築材料−改訂版−:理工図書、P132)、粗骨材の種類は、特に限定されないが、砕石や川砂利であると、ガラス繊維混入コンクリートの圧縮強度が高く好ましい。
【0017】
また、粗骨材の添加量は、土木及び建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題は無いが、1000kg/m3以下であると、流動性が良く、材料分離のないコンクリートが得られるため好ましい。
【0018】
細骨材は、10mmの目開きの篩で100質量%通過し、5mmの目開きの篩で85質量%以上通過するもの(建築材料−改訂版−:理工図書、P132)で、細骨材としては、特に限定されないが、川砂、砕砂、人工軽量骨材等を使用することができる。
【0019】
また、細骨材の添加量は、土木及び建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題は無いが、1000kg/m3以下で、全骨材に対して、細骨材が35〜60体積%であると、流動性が良く、材料分離のないコンクリートが得られるため好ましい。
【0020】
また、本発明のガラス繊維混入コンクリートには、上記した材料以外に、混和材、混和剤等を含めることができる。
【0021】
フライアッシュやシリカヒュームなどを混和材として用いると、これらの材料が球状であるため、コンクリートの流動性が向上し、ポゾラン物質であるためセメントとの反応性が高く、密で、高強度のコンクリートになりやすい。
【0022】
また、混和剤としては、JIS A 6204に記載のAE剤、減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤のほかに、収縮低減剤や防水剤を用いることができる。
【0023】
【実施例】
以下、本発明のガラス繊維混入コンクリートを実施例に基づいて詳細に説明する。
【0024】
表1に、本発明のガラス繊維混入コンクリート(試料No.1、2)、比較例のガラス繊維混入コンクリート(試料No.3、4)を示す。
【0025】
【表1】
【0026】
表1中No.1〜4のガラス繊維混入コンクリートは、以下のようにして作成した。
【0027】
まず、SiO2 61.0質量%、ZrO2 19.5質量%、Li2O 1.5質量%、Na2O 12.3質量%、K2O 2.6質量%、CaO 0.5質量%、TiO2 2.6質量%の組成を有する溶融ガラスを、多数のブッシングノズルから引き出し、サイジング剤を塗布し、表1に示すストランド番手となるようにガラスストランドを作製し、巻き取ってケーキを得た。尚、実施例No.1、2のサイジング剤は、固形分表示で、分子量が50000以下の酢酸ビニル樹脂を10質量%、アミノシラン(カップリング剤)を0.5質量%含み、比較例No.3のサイジング剤は、固形分表示で分子量が100000以上の酢酸ビニル樹脂を10質量%、アミノシラン(カップリング剤)を0.5質量%含み、比較例No.4のサイジング剤は、固形分表示で水溶性高分子樹脂を5質量%含むように調整した。尚、No.1〜4で使用したガラス繊維の平均繊維径は、 13μmであった。
【0028】
また、No.1〜3は、130℃、10時間の条件で乾燥した後に、No.4は乾燥せずに、ストランドを解舒しながら表1に示す長さに切断し、ガラスチョップドストランドを作製した。
【0029】
次に、普通ポルトランドセメントを578kg/m3、最大粒径5.0mmの川砂(細骨材)を578kg/m3、最大粒径25mmの川砂利(粗骨材)を578kg/m3及び水を249kg/m3混練し、次いで上記したチョップドストランドを表1に示す量となるように添加した後、30秒間混練して、コンクリートを作製した。
【0030】
チョップドストランドの水中解繊時間は、得られたチョップドストランドを5リットルの水に5g投入して1000rpmで攪拌し、ストランド状態のチョップドストランドが無くなったかどうかを目視により判定し、攪拌開始からストランド状態のチョップドストランドが無くなった状態までの時間を計測して求めた。
【0031】
また、ストランドの残存率は、型枠に流し込んだ直後の生コンクリートの一部を採取し、セメント分を洗い流した後に骨材を除去してガラス繊維のみとしたものを乾燥し、全ガラス繊維の質量とストランド状態のガラス繊維の質量を測定して求めた。
【0032】
また、コンクリートの流動性を示すスランプ値は、上記したコンクリートの一部を採取し、JIS A 1101に示すコンクリートのスランプ試験方法に準じて測定した。尚、スランプ値が大きいほどコンクリートの流動性に優れていることになる。
【0033】
さらに、木製型枠の中に、目空きが50mmで、直径が5mmのメッシュ筋を溶接した600×700×4.5mmの鉄板を敷設し、この型枠に上記したコンクリートを50mmの厚みになるように流し込み、鏝均しを行った後、20℃、60RH%で24時間放置した後、総てのクラックのクラック幅とクラック長さを測定し、各クラックの面積(クラック幅×クラック長さ)を求め、総てのクラック面積の総和をクラック面積の総面積とした。
【0034】
コンクリートの均質性は、クラックの総面積を測定後のコンクリートを破断し、破断面を目視で観察し、ガラス繊維が均一に分散しているものを「○」、ガラス繊維が局在化しているものを「×」とした。
【0035】
表1からわかるように、実施例No.1、2は、チョップドストランドの水中解繊時間が30分で、ストランドの残存率が50質量%以下であるため、スランプ値が若干低いものの、コンクリートの流動性は問題なく、且つクラックの総面積が小さくクラックの発生がほとんど無かった。
【0036】
それに対して、比較例No.3は、チョップドストランドの水中解繊時間が長く、ストランドの残存率が高いため、クラックが多量に発生した。また、比較例No.4は、チョップドストランドの水中解繊時間が短いため、コンクリート中のガラス繊維の分散性が悪く、コンクリートの表面において、クラックが局所的に発生した。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラス繊維混入コンクリートは、少量のガラス繊維の含有率であっても、クラックの発生を抑制することができ、ガラス繊維が均一に分散しているため、土木及び建築分野での使用に好適である。
Claims (2)
- セメント、細骨材、粗骨材及びチョップドストランドを含むガラス繊維混入コンクリートであって、前記チョップドストランドを構成するガラス繊維を0.2〜5kg/m3含有し、前記チョップドストランドは、分子量が50000以下の酢酸ビニル樹脂とアミノシランカップリング剤とを含むサイジング剤を表面に0.5〜2.0質量%被覆してなり、前記チョップドストランドの水中解繊時間が5分以上であり、混練後のストランドの残存率が50質量%以下であることを特徴とするガラス繊維混入コンクリート。
- 前記チョップドストランドを構成するガラス繊維が、ZrO2を14質量%以上含有してなる耐アルカリ性ガラス繊維であることを特徴とする請求項1に記載のガラス繊維混入コンクリート。
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