JPH1179804A - Carbon fiber-reinforced concrete - Google Patents

Carbon fiber-reinforced concrete

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Publication number
JPH1179804A
JPH1179804A JP19154698A JP19154698A JPH1179804A JP H1179804 A JPH1179804 A JP H1179804A JP 19154698 A JP19154698 A JP 19154698A JP 19154698 A JP19154698 A JP 19154698A JP H1179804 A JPH1179804 A JP H1179804A
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JP
Japan
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carbon fiber
reinforced concrete
concrete
strand
strands
Prior art date
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Pending
Application number
JP19154698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuharu Tezuka
光晴 手塚
Mitsuru Awata
満 粟田
Akira Shiraki
明 白木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp, Sumitomo Osaka Cement Co Ltd filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP19154698A priority Critical patent/JPH1179804A/en
Publication of JPH1179804A publication Critical patent/JPH1179804A/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/386—Carbon

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber-reinforced concrete sufficiently having a strength and excellent in workability. SOLUTION: This carbon fiber-reinforced concrete is produced by kneading a cement, coarse aggregate, fine aggregate, carbon fiber strands and water, and subsequently curing the kneaded product. Therein, >=1,000 carbon fiber strands having lengths of >=5 mm per m<2> of the cross section of a test sample are projected from the broken surface of the test sample after a flexural load test, and the projected carbon fiber strands each comprises a binder and >=1,000 carbon fiber single fibers. The rate of the carbon fiber single fibers occupying the projected carbon fiber strand is 85-99.9 wt.%, and a converted flexural strength is >=30 kgf/cm<2> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は主として土木・建築分野
において使用される強度特性・耐久性に優れた繊維強化
コンクリートに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber reinforced concrete excellent in strength characteristics and durability mainly used in the field of civil engineering and construction.

【０００２】[0002]

【従来の技術】コンクリートの強度・靱性を上げるため
に、炭素繊維をコンクリートに配合することが知られて
いる。しかし、従来の炭素繊維強化コンクリートでは、
ロッドおよびメッシュ等の長繊維の炭素繊維が用いら
れ、短繊維の炭素繊維は、粗骨材を配合していないモル
タルや吹き付け補修材に用いられているにすぎなかっ
た。短繊維の炭素繊維がコンクリートの強化材として用
いられていなかった理由は、炭素繊維を単糸、あるいは
単糸分散しやすい炭素繊維ストランドで混入した場合、
粗骨材存在下では、繊維１本としての耐力が弱いため、
切断・損傷が激しく、成形体に及ぼす繊維補強効果は小
さったためである。例えば、特開昭６３−２０３８７６
号公報では、炭素繊維をエポキシ樹脂で硬化させＦＲＰ
状にして短繊維化し、強度の上昇を図ることが提案され
ているが、樹脂を大量に用いるため、曲げ等の荷重がか
かるとマトリックス−繊維間の付着が悪く、繊維が容易
に引き抜かれてしまい補強効果が現れにくかった。2. Description of the Related Art It is known that carbon fibers are mixed with concrete in order to increase the strength and toughness of the concrete. However, with conventional carbon fiber reinforced concrete,
Long fiber carbon fibers such as rods and meshes are used, and short fiber carbon fibers are used only in mortars and spray repair materials that do not contain coarse aggregate. The reason that short fiber carbon fiber was not used as a reinforcing material for concrete is that if carbon fiber was mixed with single yarn, or carbon fiber strand that is easy to disperse single yarn,
In the presence of coarse aggregate, the strength as a single fiber is weak,
This is because cutting and damage are severe, and the fiber reinforcing effect on the molded body is small. For example, JP-A-63-203876
In the publication, carbon fiber is cured with epoxy resin and FRP
It has been proposed to reduce the fiber length to increase the strength.However, since a large amount of resin is used, matrix-fiber adhesion is poor when a load such as bending is applied, and the fiber is easily pulled out. The reinforcement effect was hard to appear.

【０００３】また、補強繊維を配合した場合、施工時の
コンクリートの流動性が低下するという作業上の大きな
問題もある。これは、マトリックス中の水分、セメント
ペースト分またはモルタル分を繊維ストランドが吸収し
てしまう結果、コンクリートマトリックスの流動成分が
不足するためである。[0003] In addition, when the reinforcing fibers are blended, there is also a serious problem in work that the fluidity of concrete at the time of construction is reduced. This is because the fiber components absorb moisture, cement paste or mortar in the matrix, resulting in a shortage of fluid components in the concrete matrix.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、強度を十分
に備え、作業性に優れた繊維強化コンクリートを得るこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fiber reinforced concrete having sufficient strength and excellent workability.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決すべく種々検討を重ねた結果、特定の集束状態の炭
素繊維ストランドを使用することにより、繊維添加前の
コンクリートと比較して流動性の低下が少なく、かつ補
強性能に優れた繊維強化コンクリートが得られることを
見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨
は、セメント、粗骨材、細骨材、炭素繊維ストランドお
よび水からなる炭素繊維強化コンクリートにおいて、
（１）曲げ載荷試験後に長さ５ｍｍ以上の炭素繊維スト
ランドが試験体の破断面１ｍ2 当たり１０００本以上突
出しており、（２）突出している炭素繊維ストランド
は、集束剤および１０００本以上の炭素繊維単糸からな
り、突出している炭素繊維ストランドに占める炭素繊維
単糸の割合が８５〜９９．９重量％であることを特徴と
する炭素繊維強化コンクリートに存する。The present inventors have made various studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, by using carbon fiber strands having a specific convergence state, compared with concrete before adding fibers, The present inventors have found that a fiber-reinforced concrete having a small decrease in fluidity and excellent in reinforcing performance can be obtained, and arrived at the present invention. That is, the gist of the present invention is cement, coarse aggregate, fine aggregate, carbon fiber reinforced concrete comprising carbon fiber strands and water,
(1) After the bending load test, carbon fiber strands having a length of 5 mm or more protrude more than 1,000 per 1 m 2 of the fracture surface of the test specimen. (2) The protruding carbon fiber strands are a sizing agent and carbon fiber more than 1,000. A carbon fiber reinforced concrete comprising a fiber single yarn, wherein the proportion of the carbon fiber single yarn in the protruding carbon fiber strand is 85 to 99.9% by weight.

【０００６】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いるセメントとしては、特に限定されず、普
通ポルトランド、早強ポルトランド、超早強ポルトラン
ド等どれでも良い。添加量は、土木用および建築用とし
て用いられる通常の調合であれば特に問題なく、２５０
kg/m3 以上であれば良い。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
The cement used in the present invention is not particularly limited, and may be any of ordinary portland, early-strength portland, ultra-high-strength portland, and the like. The addition amount is not particularly problematic as long as it is a normal formulation used for civil engineering and construction purposes,
kg / m 3 or more is sufficient.

【０００７】本発明で用いる粗骨材（砂利）としては、
種類・径・粒度は特に限定されず、砕石、人工軽量粗骨
材、酸化鉄鋼石などどれでもよい。好ましくは径が３０
ｍｍ以下の砕石がよい。添加量は土木用および建築用と
して用いられる通常の調合であれば特に問題なく、好ま
しくは１０００kg/m3 以下がよい。本発明で用いる細骨
材（砂）としては、種類・径・粒度は特に限定されず、
砂、ケイ石、シリカヒューム、人工軽量細骨材等どれで
も良い。添加量は土木用およ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なく、好ましくは１５００
kg/m3 以下がよい。細骨材率（砂率）は、土木用および
建築用として用いられる通常の調合であれば特に問題な
く、好ましくは４０〜８０％が良い。[0007] The coarse aggregate (gravel) used in the present invention includes:
The type, diameter, and particle size are not particularly limited, and may be any of crushed stone, artificial lightweight coarse aggregate, iron oxide steel, and the like. Preferably 30
Crushed stone of less than mm is preferred. The amount of addition is not particularly problematic as long as it is a normal preparation used for civil engineering and construction, and is preferably 1000 kg / m 3 or less. The type, diameter, and particle size of the fine aggregate (sand) used in the present invention are not particularly limited.
Any of sand, silica stone, silica fume, artificial lightweight fine aggregate, etc. may be used. The amount of addition is not particularly problematic as long as it is a normal formulation used for civil engineering and construction, and is preferably 1500
kg / m 3 or less is good. The fine aggregate ratio (sand ratio) is not particularly problematic as long as it is a normal mixture used for civil engineering and construction purposes, and is preferably 40 to 80%.

【０００８】本発明においては、特定の炭素繊維ストラ
ンドを用いることを特徴とする。一般に、複数の単糸を
集束したものをストランドというが、本発明においては
炭素繊維ストランドを形成する炭素繊維単糸の本数は１
０００本以上であり、好ましくは１０００本以上２４０
００本以下、特に好ましくは６０００本以上１２０００
本である。１０００本以下だと切断しやすく補強効果が
得られにくい。２４０００本を超えると、炭素繊維の添
加量が等しくてもストランド数が少なくなり、補強効果
が得られにくく、また、十分な補強効果を得るためには
多量の炭素繊維を必要とし、経済的ではない。The present invention is characterized in that a specific carbon fiber strand is used. Generally, a bundle of a plurality of single yarns is referred to as a strand. In the present invention, the number of carbon fiber single yarns forming a carbon fiber strand is one.
2,000 or more, preferably 1,000 or more, 240
00 or less, particularly preferably 6000 or more and 12000
It is a book. If the number is 1,000 or less, it is easy to cut and it is difficult to obtain a reinforcing effect. If it exceeds 24,000, the number of strands is reduced even if the added amount of carbon fiber is equal, and it is difficult to obtain a reinforcing effect. Absent.

【０００９】本発明で用いられる炭素繊維単糸は、引張
強度が通常２００kgf/mm2 以上、好ましくは４００kgf/
mm2 以上、伸度は通常１．５％以上、好ましくは２．０
％以上であれば特に限定されることなく使用でき、例え
ばコールタールピッチ、石油ピッチ、石炭液化物、ポリ
アクリロニトリル、セルロース等を原料とした炭素繊維
を用いることができる。ここでいう、伸度とは炭素繊維
の引張強度をその引張弾性率で除した値である。The carbon fiber single yarn used in the present invention has a tensile strength of usually 200 kgf / mm 2 or more, preferably 400 kgf / mm 2.
mm 2 or more, elongation is usually 1.5% or more, preferably 2.0% or more.
% Or more can be used without any particular limitation. For example, carbon fibers made from coal tar pitch, petroleum pitch, coal liquefaction, polyacrylonitrile, cellulose or the like can be used. Here, the elongation is a value obtained by dividing the tensile strength of the carbon fiber by its tensile modulus.

【００１０】炭素繊維単糸の糸径は、通常３〜２０μ
ｍ、好ましくは５〜１８μｍである。炭素繊維ストラン
ドの長さは、粗骨材の最大寸法に対して通常１．５倍以
上、好ましくは２倍以上がよく、具体的には３０ｍｍ以
上が好ましく用いられる。繊維長が３０ｍｍ未満である
と、複合材料としての臨界繊維長に達していないため、
補強効果が小さい。なお、３０ｍｍ以上の繊維との混合
であれば、３０ｍｍ未満の繊維を添加しても良い。ま
た、繊維が２次元的あるいは１次元的に配向されるよう
な条件であれば、繊維長の長化効果は著しくなる。The diameter of a single carbon fiber yarn is usually 3 to 20 μm.
m, preferably 5 to 18 μm. The length of the carbon fiber strand is usually at least 1.5 times, preferably at least 2 times, the maximum dimension of the coarse aggregate, and specifically, at least 30 mm is preferably used. If the fiber length is less than 30 mm, the critical fiber length as a composite material has not been reached,
Small reinforcement effect. In the case of mixing with fibers of 30 mm or more, fibers of less than 30 mm may be added. Further, under the condition that the fibers are oriented two-dimensionally or one-dimensionally, the effect of increasing the fiber length becomes remarkable.

【００１１】炭素繊維ストランドの添加量は、通常０．
３体積％以上、好ましくは０．５体積％以上である。添
加量の増加に伴って、曲げ強度や換算曲げ強度は増大す
る。なお、過剰添加はコスト面だけでなく、補強効果上
昇の非効率化や流動性の低下を招くので、適当量の添加
が良い。その範囲は、炭素繊維ストランドの集束度によ
っても異なるが、通常、０．４〜１．０体積％が好まし
い。The amount of the carbon fiber strand to be added is usually 0.1.
It is at least 3% by volume, preferably at least 0.5% by volume. As the amount of addition increases, the bending strength and the equivalent bending strength increase. In addition, excessive addition not only costs, but also leads to inefficiency in increasing the reinforcing effect and a decrease in fluidity. The range varies depending on the degree of convergence of the carbon fiber strand, but is usually preferably 0.4 to 1.0% by volume.

【００１２】本発明者らは、曲げ載荷試験を実施した後
における試験体のコンクリート破断面において、炭素繊
維ストランドをある程度の長さを持ちつつ突出するよう
な状態にさせることにより、炭素繊維コンクリートの靱
性を向上できることを見出した。具体的には、本発明に
おいてその長さがあれば切れていないと判断した値、す
なわち、５ｍｍ以上の炭素繊維ストランドが１ｍ2 当た
り１０００本以上突出していることが必要である。突出
している炭素繊維ストランドが、１ｍ2 当たり１０００
本に満たないと、炭素繊維コンクリートの曲げ強度が不
十分となる。The inventors of the present invention made carbon fiber strands protrude while having a certain length on the fracture surface of the concrete of the test specimen after the bending load test was carried out. It has been found that toughness can be improved. Specifically, in the present invention, it is necessary that the length determined to be not broken if the length is sufficient, that is, it is necessary that carbon fiber strands of 5 mm or more project 1000 or more per m 2 . Carbon fiber strand that is protruding, 1 m 2 per 1000
If less than the book, the bending strength of the carbon fiber concrete becomes insufficient.

【００１３】本発明においては、炭素繊維ストランドに
占める炭素繊維単糸の割合を、８５％以上９９．９以
下、好ましくは９５％以上９９％以下に調節することに
より、試験体の破断面において５ｍｍ以上の炭素繊維ス
トランドを１ｍ2 当たり１０００本以上突出させること
ができる。炭素繊維ストランドに占める炭素繊維単糸の
割合のことを炭素繊維ストランドにおける炭素繊維の重
量占有率ともいい、炭素繊維と集束剤とからなる炭素繊
維ストランド中の炭素繊維の占める割合を示し、窒素雰
囲気中で、４５０℃、３０分間加熱処理後、デシケータ
中で十分冷却した後の重量と加熱前の重量との差より算
出する。In the present invention, the ratio of the carbon fiber single yarn in the carbon fiber strand is adjusted to 85% or more and 99.9 or less, preferably 95% or more and 99% or less, so that the test piece has a 5 mm cut surface. 1000 or more carbon fiber strands can be projected per 1 m 2 . The ratio of the carbon fiber single yarn to the carbon fiber strand is also referred to as the weight occupancy of the carbon fiber in the carbon fiber strand, and indicates the ratio of the carbon fiber in the carbon fiber strand consisting of the carbon fiber and the sizing agent. Calculated from the difference between the weight after sufficiently cooling in a desiccator after heating at 450 ° C. for 30 minutes and the weight before heating.

【００１４】炭素繊維ストランドにおける炭素繊維の重
量占有率が高すぎると、集束剤が少なすぎるため炭素繊
維ストランドが単糸にばらけ易くなり、曲げ載荷試験時
に糸切れするため、十分な靱性が得られず、また、スト
ランドも突出なくなる。また、炭素繊維の重量占有率が
低過ぎる、すなわち集束剤が多すぎると、破断面に炭素
繊維ストランドは突出はするものの、コンクリートと炭
素繊維ストランドとの付着力が低下するため、補強効果
が低減する。また、補強コンクリート製造過程中すなわ
ち混練中、繊維ストランドの耐力以上の大きな負荷が該
ストランドにかかり、折損が生じる可能性がある。その
場合、樹脂の含浸量が高く、樹脂と炭素繊維単糸との付
着が十分行われていれば、樹脂と繊維との伸びの違いか
ら、折損と同時に繊維の切断が生じるおそれもある。な
お、炭素繊維ストランドを構成する炭素繊維単糸が少な
い場合は、炭素繊維ストランドの強度向上させる意味合
いから上記範囲内で重量占有率を低くすることが望まし
い。If the weight occupancy of the carbon fiber in the carbon fiber strand is too high, the sizing agent is too small and the carbon fiber strand is liable to disperse into single yarns, and breaks during a bending load test, so that sufficient toughness is obtained. And the strands no longer protrude. Also, if the weight occupancy of the carbon fibers is too low, that is, if the sizing agent is too much, the carbon fiber strands protrude in the fracture surface, but the adhesive force between the concrete and the carbon fiber strands is reduced, and the reinforcing effect is reduced. I do. Further, during the process of producing the reinforced concrete, that is, during kneading, a large load greater than the proof stress of the fiber strand is applied to the strand, which may cause breakage. In this case, if the impregnation amount of the resin is high and the adhesion between the resin and the single carbon fiber yarn is sufficiently performed, the fiber may be cut at the same time as the breakage due to the difference in elongation between the resin and the fiber. When the carbon fiber strands constituting the carbon fiber strand are small, it is desirable to reduce the weight occupancy within the above range from the viewpoint of improving the strength of the carbon fiber strand.

【００１５】本発明に用いられる炭素繊維ストランド
は、集束度が、通常５〜１５０、好ましくは２０〜１０
０、さらに好ましくは４５〜８０である。炭素繊維スト
ランドの集束度は、次式より算出される。なお、ストラ
ンド表面に、セメントペーストの張力で偶然に付着した
比較的粒径の大きい砂は除去して重量変化Ａを測定す
る。The carbon fiber strand used in the present invention has a convergence of usually 5 to 150, preferably 20 to 10
0, more preferably 45 to 80. The degree of convergence of the carbon fiber strand is calculated by the following equation. The sand having a relatively large particle diameter that accidentally adheres to the strand surface by the tension of the cement paste is removed, and the weight change A is measured.

【００１６】集束度＝１００×（１／Ａ） Ａ：炭素繊維ストランドをコンクリートへ添加すること
による炭素繊維ストランドの重量変化の割合A degree of convergence = 100 × (1 / A) A: Ratio of weight change of carbon fiber strand due to addition of carbon fiber strand to concrete

【００１７】集束度が小さ過ぎると、コンクリート混練
中ストランドから繊維が単糸にばらけ易くなり、そのた
め単糸とマトリックスの付着になるため、曲げ載荷時に
繊維切れが起こり、破断面にストランドが突出する可能
性は少ない。それだけでなく、繊維自身が損傷・切断を
受けやすくなって補強効果を発現しにくくなり、また、
繊維間にコンクリート中の流動成分であるセメントペー
ストが吸収されるため、強化コンクリートとしての流動
性が損なわれる。If the degree of convergence is too small, the fibers are liable to disperse into single yarns from the strands during kneading of the concrete, so that the single yarns and the matrix adhere to each other. It is unlikely to do so. In addition, the fibers themselves are susceptible to damage and cutting, making it difficult to develop a reinforcing effect.
Since the cement paste, which is a fluid component in the concrete, is absorbed between the fibers, the fluidity of the reinforced concrete is impaired.

【００１８】集束度が高過ぎると、流動性の点では優れ
るが、硬化体中におけるストランドとコンクリートとの
付着が低下するため、補強効果の点で問題となる。１５
０以上になると、流動性の面では優れるものの補強性が
損なわれる。Ａの具体的な測定方法としては、重量Ｗ１
の短繊維ストランドを、粘度８００〜１０００ｃｐのモ
ルタルが３００ｃｃ以上入った５００ｃｃビーカーに投
入し、半径３ｃｍのタービン翼によって、５００ｒｐｍ
の攪拌を１分間加えた後、繊維ストランドをモルタル中
から取り出して、升目４２０μｍのメッシュ上に１分間
静置してから重量Ｗ２を測定し、Ａ＝（Ｗ２−Ｗ１）／
Ｗ１により算出する。If the degree of convergence is too high, the fluidity is excellent, but the adhesion between the strand and the concrete in the cured product is reduced, which is problematic in terms of the reinforcing effect. Fifteen
If it is 0 or more, the fluidity is excellent but the reinforcing property is impaired. As a specific measuring method of A, weight W1
Into a 500 cc beaker containing 300 cc or more of mortar having a viscosity of 800 to 1000 cp and 500 rpm by a turbine blade having a radius of 3 cm.
After stirring for 1 minute, the fiber strands were taken out of the mortar, allowed to stand on a 420 μm mesh for 1 minute, and the weight W2 was measured, and A = (W2−W1) /
It is calculated by W1.

【００１９】ここで、粘度８００〜１０００ｃｐのモル
タルは、セメント、細骨材、減水剤、水を、細骨材／セ
メント比が２００／１００、減水剤を水に２ｗｔ％で薄
めた希釈液／セメント比が３８〜４２／１００で混合
し、さらに水を添加して調製する。粘度は水の添加量に
より調整する。また、粘度は、Ｂ型粘度計によって測定
する。Here, the mortar having a viscosity of 800 to 1000 cp is obtained by diluting cement, fine aggregate, water reducing agent, and water with a fine aggregate / cement ratio of 200/100 and a water reducing agent diluted to 2 wt% in water. It is prepared by mixing at a cement ratio of 38 to 42/100 and further adding water. The viscosity is adjusted by the amount of water added. The viscosity is measured with a B-type viscometer.

【００２０】使用するセメントとしては、特に限定され
ず、普通ポルトランド、早強ポルトランド、超早強ポル
トランド等どれでも良い。細骨材としては砂等が挙げら
れ、粒度分布は一般のものであれば問題なく、表乾状態
のものを用いる。減水剤としてはトリアジン環系高縮合
物塩を主成分とする特殊界面活性剤、特殊スルホン基カ
ルボキシル基含有多元ポリマー、アニオン型特殊高分子
活性剤、ナフタレンスルホン酸縮合物リグニンスルホン
酸誘導体、オキシカルボン酸、リグニンスルホン酸等が
挙げられる。The cement to be used is not particularly limited, and may be any of ordinary portland, early-strength portland, ultra-high-strength portland and the like. Examples of the fine aggregate include sand and the like, and if the particle size distribution is a general one, there is no problem. Examples of the water reducing agent include a special surfactant containing a triazine ring-based high condensate salt as a main component, a special sulfonic group-containing carboxyl group-containing multipolymer, an anionic special polymer activator, a naphthalenesulfonic acid condensate ligninsulfonic acid derivative, and oxycarboxylic acid. Acids, ligninsulfonic acid and the like.

【００２１】集束度を調整する手段として、集束剤の選
択と添着量の調整がある。集束剤の種類としては、エポ
キシ樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられるが、炭素繊維
に含浸させたときに、風合いを硬くさせることができる
ので、エポキシ樹脂が好ましい。炭素繊維ストランドの
風合いが硬いほど、単糸間に存在する集束剤の炭素繊維
に対する接着が強く、繊維ストランド中の単糸間が開き
にくくなっているので、余分なセメントを吸収しないの
で、好ましい。硬さを計る指標としては、ストランドを
地面と水平にして５０ｃｍ長の繊維ストランドの一端だ
けを固定して、１分間以上静置する方法が挙げられ、自
重によって反対側の端がもとの水平の位置から垂れるこ
とがないものが好ましい。Means for adjusting the degree of convergence include selection of a sizing agent and adjustment of the amount of adhering. Examples of the type of the sizing agent include an epoxy resin and a urethane resin, and an epoxy resin is preferable because the texture can be hardened when impregnated with carbon fibers. The harder the feel of the carbon fiber strand, the better the adhesion of the sizing agent between the single yarns to the carbon fiber and the more difficult it is for the single yarn in the fiber strand to open between the single strands, so that excess cement is not absorbed. As an index for measuring the hardness, there is a method in which the strand is level with the ground, and only one end of the fiber strand having a length of 50 cm is fixed and allowed to stand for at least one minute. The one that does not hang down from the position is preferred.

【００２２】集束剤としては、樹脂だけでも良いが、樹
脂に硬化剤を添加したものが好ましく用いられる。樹脂
および硬化剤を炭素繊維ストランドに含浸させるにあた
り、その含浸量の調整がうまく行われれば通常の樹脂お
よび硬化剤を使用することも可能だが、含浸量の調節が
容易であるので、樹脂濃度を２０％以下程度の集束剤を
もちいることが好ましい。このような集束剤としては、
水系樹脂エマルジョン、水系樹脂エマルジョンと水溶性
硬化剤を併用したものが挙げられる。As the sizing agent, a resin alone may be used, but a resin obtained by adding a curing agent to the resin is preferably used. When impregnating the carbon fiber strands with the resin and the curing agent, it is possible to use a normal resin and a curing agent if the adjustment of the impregnation amount is performed properly.However, since the impregnation amount is easily adjusted, the resin concentration is reduced. It is preferable to use a sizing agent of about 20% or less. As such a sizing agent,
Aqueous resin emulsions, and those in which an aqueous resin emulsion and a water-soluble curing agent are used in combination are exemplified.

【００２３】水系樹脂エマルジョンとしては、エポキシ
樹脂エマルジョンが挙げられ、好ましくはエピビス型エ
ポキシ樹脂が用いられ、さらに好ましくは、分子量１０
０以上である。水溶性硬化剤として、酸無水物硬化剤、
アミン系硬化剤などがあるが、アミン系硬化剤が好まし
く用いられる。Examples of the aqueous resin emulsion include an epoxy resin emulsion, preferably an epibis type epoxy resin, and more preferably a molecular weight of 10
0 or more. As water-soluble curing agents, acid anhydride curing agents,
There are amine curing agents and the like, and amine curing agents are preferably used.

【００２４】本発明の炭素繊維強化コンクリートは、セ
メント、粗骨材、細骨材、炭素繊維、水の他に、減水
剤、分散剤、消泡剤、発泡剤等の混和剤も適宜添加でき
る。減水剤としてはトリアジン環系高縮合物塩を主成分
とする特殊界面活性剤、特殊スルホン基カルボキシル基
含有多元ポリマー、アニオン型特殊高分子活性剤、ナフ
タレンスルホン酸縮合物リグニンスルホン酸誘導体、オ
キシカルボン酸、リグニンスルホン酸等が挙げられる。
添加量はセメント１００部に対して通常１〜３部であ
る。In the carbon fiber reinforced concrete of the present invention, in addition to cement, coarse aggregate, fine aggregate, carbon fiber, and water, admixtures such as water reducing agents, dispersants, defoamers, and foaming agents can be appropriately added. . Examples of the water reducing agent include a special surfactant containing a triazine ring-based high condensate salt as a main component, a special sulfonic group-containing carboxyl group-containing multipolymer, an anionic special polymer activator, a naphthalenesulfonic acid condensate ligninsulfonic acid derivative, and oxycarboxylic acid. Acids, ligninsulfonic acid and the like.
The amount of addition is usually 1 to 3 parts with respect to 100 parts of cement.

【００２５】本発明の炭素繊維強化コンクリートは、セ
メント、粗骨材、細骨材、炭素繊維ストランド、水、そ
の他助剤を混練し、必要により振動機で振動を与えなが
ら型枠に流し込み、常温養生または蒸気養生、必要に応
じてオートクレーブ養生して硬化させることにより得ら
れる。混練する混合機としては、通常用いられる全ての
混合機が使用でき、具体的には、パドル型、プロペラ
型、櫂型、タービン型、パン型、リボン型、スクリュー
型、ワーナ型、ニーダー型、２軸型、傾胴型等の攪拌翼
を有する混合機や、オムニ型等の攪拌翼を有さない混合
機が挙げられる。普通、まず、セメント、粗骨材、細骨
材、水および必要に応じて助剤を混練して、コンクリー
トを製造した後に、炭素繊維ストランドを加えて再び混
練する。しかしながら、炭素繊維ストランドを乾式状態
からセメント等に添加しても問題ない。The carbon fiber reinforced concrete of the present invention is obtained by kneading cement, coarse aggregate, fine aggregate, carbon fiber strand, water and other auxiliaries, pouring it into a mold while applying vibrations with a vibrator if necessary, It is obtained by curing after curing or steam curing and, if necessary, autoclaving. As the mixer to be kneaded, all mixers that are usually used can be used.Specifically, paddle type, propeller type, paddle type, turbine type, pan type, ribbon type, screw type, warner type, kneader type, A mixer having a stirring blade such as a two-shaft type or a tilting type, and a mixer having no stirring blade such as an omni-type are exemplified. Usually, first, cement, coarse aggregate, fine aggregate, water and, if necessary, an auxiliary agent are kneaded to produce concrete, and then carbon fiber strands are added and kneaded again. However, there is no problem even if the carbon fiber strand is added to the cement or the like from the dry state.

【００２６】[0026]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。まず、実施例および比較例に用いる炭素繊維ス
トランドの製法を次に示し、得られたストランドの性状
を表−１に示す。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. First, methods for producing carbon fiber strands used in Examples and Comparative Examples are shown below, and the properties of the obtained strands are shown in Table 1.

【００２７】炭素繊維ストランドＡ 炭素繊維ストランドは、引張強度４８０kgf/mm2 、伸度
２．０％、糸径７μｍの連続炭素繊維１２０００本を束
にして、エポキシ樹脂として油化シェルエポキシ（株）
製「エピレッツ３５１０」、アミン系水溶性硬化剤とし
て油化シェルエポキシ（株）製「エピキュア８３３５」
とを固体分比２：１の割合で混合し、水に希釈して、エ
ポキシ樹脂濃度２．０重量％の水系エマルジョンからな
る集束剤液に浸漬させ、ボビンに巻き取る。ついで、１
２０℃で乾燥させた後、所定の長さに切断する。Carbon Fiber Strand A The carbon fiber strand is a bundle of 12,000 continuous carbon fibers having a tensile strength of 480 kgf / mm 2 , an elongation of 2.0%, and a yarn diameter of 7 μm.
"Epiletz 3510" manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. as an amine-based water-soluble curing agent
Are mixed at a solid content ratio of 2: 1 and diluted with water, immersed in a sizing agent solution composed of an aqueous emulsion having an epoxy resin concentration of 2.0% by weight, and wound around a bobbin. Then 1
After drying at 20 ° C., it is cut into a predetermined length.

【００２８】炭素繊維ストランドＢ 集束剤液の濃度を３．０重量％とした他は、炭素繊維ス
トランドＡと同様に製造した。 炭素繊維ストランドＣ 集束剤の濃度を０．１重量％とした他は、炭素繊維スト
ランドＡと同様に製造した。 炭素繊維ストランドＤ 集束剤液の濃度を１５．０重量％とした他は、炭素繊維
ストランドＡと同様に製造した。 炭素繊維ストランドＥ エポキシ樹脂として、松本油脂製薬（株）製「ＫＰ−８
００」を用い、硬化剤を用いなかった他は、炭素繊維ス
トランドＡと同様に製造した。Carbon fiber strand B Carbon fiber strand B was produced in the same manner as carbon fiber strand A, except that the concentration of the sizing agent solution was 3.0% by weight. Carbon fiber strand C was produced in the same manner as carbon fiber strand A, except that the concentration of the sizing agent was 0.1% by weight. Carbon fiber strand D was produced in the same manner as carbon fiber strand A, except that the concentration of the sizing agent solution was 15.0% by weight. As a carbon fiber strand E epoxy resin, "KP-8" manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.
"00" and using no curing agent, except that carbon fiber strand A was produced.

【００２９】[0029]

【表１】 [Table 1]

【００３０】＜実施例１＞コンクリート調合Ｐに示す量
の粗骨材、細骨材およびセメントを２軸型ミキサー（５
５リットル）に、投入し乾式混合し、次いで、水と混和
剤の混合液を投入し、１５０秒湿式混合し、コンクリー
トを得た。次に、このコンクリートに繊維長４０ｍｍの
炭素繊維ストランドＡを９．５kg/m3 混入し、１分間湿
式混練して、炭素繊維を含有する混練物とした。ここ
で、得られた混練物の一部を分取し、スランプ値、ＶＢ
値を測定した。<Example 1> The amounts of coarse aggregate, fine aggregate and cement shown in the concrete preparation P were mixed with a biaxial mixer (5
5 liters), and dry-mixed. Then, a mixed solution of water and an admixture was charged and wet-mixed for 150 seconds to obtain concrete. Next, 9.5 kg / m 3 of carbon fiber strand A having a fiber length of 40 mm was mixed into the concrete, and the mixture was wet-kneaded for 1 minute to obtain a kneaded material containing carbon fibers. Here, a part of the obtained kneaded material was fractionated, and the slump value, VB
The value was measured.

【００３１】一方、得られた炭素繊維を含有する混練物
を１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの型枠に流し込み、１
６時間後脱型して硬化体を得た。これを、２０℃、６０
ＲＨ％で２週間養生後、曲げ試験をJIS A 1106に準じて
行った。なお、載荷速度は２mm/min、試験体数はｎ＝６
で行った。表−２中、繊維本数は、曲げ載荷試験後に破
断面１００ｃｍ2 中に突出している長さ５ｍｍ以上の炭
素繊維ストランドの本数を数え、それを１ｍ2 に換算し
た数値をいう。On the other hand, the kneaded material containing the obtained carbon fiber is poured into a mold of 10 cm × 10 cm × 40 cm, and
After 6 hours, the mold was released to obtain a cured product. At 20 ° C, 60
After curing at RH% for 2 weeks, a bending test was performed according to JIS A 1106. The loading speed was 2 mm / min, and the number of specimens was n = 6.
I went in. In Table 2, the number of fibers refers to a value obtained by counting the number of carbon fiber strands having a length of 5 mm or more protruding into a fractured surface of 100 cm 2 after the bending loading test and converting the number to 1 m 2 .

【００３２】繊維占有率は、０．４ｇの炭素繊維ストラ
ンドを窒素雰囲気中、４５０℃で３０分間加熱処理し、
デシケーター中で放冷後、重量を測定し、加熱減量分を
集束剤の重量として、炭素繊維の重量を算出し、炭素繊
維ストランド中の炭素繊維の割合を百分率で表す。炭素
繊維ストランドにコンクリートが付着している場合は、
加熱処理後に分離したコンクリートの重量から算出し、
補正する。The fiber occupancy was determined by heating 0.4 g of carbon fiber strands at 450 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.
After allowing to cool in a desiccator, the weight is measured, and the weight of the carbon fiber is calculated using the weight loss on heating as the weight of the sizing agent, and the ratio of the carbon fiber in the carbon fiber strand is expressed as a percentage. If concrete is attached to the carbon fiber strand,
Calculated from the weight of concrete separated after heat treatment,
to correct.

【００３３】換算曲げ強度は鋼繊維補強コンクリート設
計施工指針に記載されている方法により算出した。スラ
ンプ値はコンクリートのスランプ試験方法（JIS A 1101
-1975 ）、ＶＢ値は振動台式コンシステンシー試験方法
（JSCE-1974 ）により測定した。スランプ値は、値が大
きいほど流動性が良好で作業性が優れている。また、Ｖ
Ｂ値は値が小さいほど流動性が良好であることを示して
いる。The converted bending strength was calculated by the method described in the guideline for designing and constructing steel fiber reinforced concrete. The slump value is determined by the slump test method for concrete (JIS A 1101
-1975), and the VB value was measured by a shaking table type consistency test method (JSCE-1974). The larger the slump value, the better the fluidity and the better the workability. Also, V
The smaller the B value, the better the fluidity.

【００３４】[0034]

【表２】 [Table 2]

【００３５】この配合におけるＷ／Ｃ＝４８．６重量
％、細骨材率は５０体積％である。集束度は、５００ｃ
ｃビーカーに、細骨材／セメント比が２００／１００、
（混和剤を水で２ｗｔ％に薄めた希釈液）／セメント比
が３９／１００のモルタル３００ｃｃ中に０．１〜０．
２ｇの炭素繊維ストランドを投入して、半径３ｃｍのタ
ービン翼を５００ｒｐｍの回転で１分間攪拌し、取り出
して静置後の重量から重量変化の割合Ａを測定し、 集束度＝（１／Ａ）×１００ の式により求めた。結果を表−１に示す。In this composition, W / C = 48.6% by weight, and the fine aggregate ratio is 50% by volume. Convergence is 500c
c Beaker with fine aggregate / cement ratio 200/100,
(Diluent obtained by diluting the admixture to 2 wt% with water) /0.1 to 0.1 in 300 cc of mortar having a cement ratio of 39/100.
2 g of carbon fiber strand is charged, the turbine blade having a radius of 3 cm is stirred for 1 minute at a rotation of 500 rpm, taken out, and the weight change ratio A is measured from the weight after standing, and the degree of convergence = (1 / A) × 100. The results are shown in Table 1.

【００３６】また、原料として次のものを用いた。 セメント：秩父小野田セメント（株）製、早強ポルトラ
ンドセメント 細骨材：浜岡産の砂、最大寸法５．０ｍｍ 粗骨材：砕石６号、最大粗骨材径１３ｍｍ 混和剤：竹本油脂製薬（株）製、商品名：チューポール
ＨＰ−１１The following materials were used as raw materials. Cement: Chichibu Onoda Cement Co., Ltd., early strength Portland cement Fine aggregate: sand from Hamaoka, maximum dimension 5.0 mm Coarse aggregate: crushed stone 6, maximum coarse aggregate diameter 13 mm Admixture: Takemoto Yushi Pharmaceutical Co., Ltd. ) Product name: Tupole HP-11

【００３７】＜実施例２＞粗骨材を砕石５号（最大粗骨
材径２０ｍｍ）に代えた他は実施例１と同様に行った。
結果を表−２に示す。<Example 2> The same operation as in Example 1 was performed except that the coarse aggregate was changed to Crushed Stone No. 5 (maximum coarse aggregate diameter 20 mm).
Table 2 shows the results.

【００３８】＜実施例３＞炭素繊維ストランドを繊維長
５０ｍｍの炭素繊維ストランドＡに代えた他は実施例１
と同様に行った。結果を表−２に示す。<Example 3> Example 1 was repeated except that the carbon fiber strand was replaced with carbon fiber strand A having a fiber length of 50 mm.
The same was done. Table 2 shows the results.

【００３９】＜実施例４＞炭素繊維ストランドを繊維長
４０ｍｍの炭素繊維ストランドＢに代えた他は実施例１
と同様に行った。結果を表−２に示す。<Example 4> Example 1 was repeated except that the carbon fiber strand was replaced with a carbon fiber strand B having a fiber length of 40 mm.
The same was done. Table 2 shows the results.

【００４０】＜実施例５＞炭素繊維ストランドＡの添加
量を１３．３kg/m3 とした他は、実施例１と同様に行っ
た。結果を表−２に示す。Example 5 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amount of the carbon fiber strand A was changed to 13.3 kg / m 3 . Table 2 shows the results.

【００４１】＜比較例１＞コンクリート調合Ｐに示す量
の粗骨材、細骨材およびセメントを２軸型ミキサー（５
５リットル）に、投入し乾式混合し、次いで、水と混和
剤の混合液を投入し、１５０秒湿式混合し、コンクリー
トを得た。得られたコンクリートの一部を分取し、スラ
ンプ値、ＶＢ値を測定した。一方、得られた混練物を１
０ｃｍ１０ｃｍ×４０ｃｍの型枠に流し込み、１６時間
後脱型して硬化体を得た。これを、２０℃、６０ＲＨ％
で２週間養生後、曲げ試験をJIS A 1106に準じて行っ
た。なお、載荷速度は２mm/min、試験体数はｎ＝６で行
った。結果を表−２に示す。<Comparative Example 1> The amounts of coarse aggregate, fine aggregate and cement shown in the concrete preparation P were mixed with a biaxial mixer (5
5 liters), and dry-mixed. Then, a mixed solution of water and an admixture was charged and wet-mixed for 150 seconds to obtain concrete. A part of the obtained concrete was fractionated, and a slump value and a VB value were measured. On the other hand, 1
It was poured into a mold having a size of 0 cm 10 cm x 40 cm, and after 16 hours, the mold was removed to obtain a cured product. This is at 20 ° C., 60 RH%
After curing for 2 weeks, a bending test was performed in accordance with JIS A 1106. The loading speed was 2 mm / min and the number of test pieces was n = 6. Table 2 shows the results.

【００４２】＜比較例２＞炭素繊維ストランドを繊維長
４０ｍｍの炭素繊維ストランドＣに代えた他は実施例１
と同様に行った。結果を表−２に示す。Comparative Example 2 Example 1 was repeated except that the carbon fiber strand was replaced by carbon fiber strand C having a fiber length of 40 mm.
The same was done. Table 2 shows the results.

【００４３】＜比較例３＞炭素繊維ストランドを繊維長
４０ｍｍの炭素繊維ストランドＤに代えた他は実施例１
と同様に行った。結果を表−２に示す。Comparative Example 3 Example 1 was repeated except that the carbon fiber strand was replaced with a carbon fiber strand D having a fiber length of 40 mm.
The same was done. Table 2 shows the results.

【００４４】＜比較例４＞炭素繊維ストランドを繊維長
４０ｍｍの炭素繊維ストランドＥに代えた他は実施例１
と同様に行った。結果を表−２に示す。Comparative Example 4 Example 1 was repeated except that the carbon fiber strand was replaced with a carbon fiber strand E having a fiber length of 40 mm.
The same was done. Table 2 shows the results.

【００４５】[0045]

【表３】 ＊１：炭素繊維ストランドに占める炭素繊維単糸の割合[Table 3] * 1: Percentage of carbon fiber single yarn in carbon fiber strand

【００４６】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、作業性に優れ、強度の
高い炭素繊維強化コンクリートを得ることが可能とな
る。According to the present invention, carbon fiber reinforced concrete having excellent workability and high strength can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白木 明 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社横浜総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akira Shiraki 1000 Kamoshitacho, Aoba-ku, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】セメント、粗骨材、細骨材、炭素繊維スト
ランドおよび水を混練、硬化してなる炭素繊維強化コン
クリートにおいて、 （１）曲げ載荷試験後に長さ５ｍｍ以上の炭素繊維スト
ランドが試験体の破断面１ｍ2 当たり１０００本以上突
出しており、 （２）突出している炭素繊維ストランドは、集束剤およ
び１０００本以上の炭素繊維単糸からなり、突出してい
る炭素繊維ストランドに占める炭素繊維単糸の割合が８
５〜９９．９重量％であることを特徴とする炭素繊維強
化コンクリート。1. A carbon fiber reinforced concrete obtained by kneading and hardening cement, coarse aggregate, fine aggregate, carbon fiber strand and water, (1) testing a carbon fiber strand having a length of 5 mm or more after a bending load test. protrudes body fracture surface 1 m 2 per 1000 or more, (2) carbon fiber strand protruding consists of carbon fiber single yarn or sizing agent and 1000, the carbon fiber single occupying the carbon fiber strand projecting 8 yarns
Carbon fiber reinforced concrete characterized by being 5 to 99.9% by weight. 【請求項２】換算曲げ強度が３０kgf/cm2 以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載の炭素繊維強化コンクリー
ト。2. The carbon fiber reinforced concrete according to claim 1, wherein the equivalent bending strength is 30 kgf / cm 2 or more. 【請求項３】炭素繊維ストランドが、セメント、粗骨
材、細骨材および水からなるコンクリートに炭素繊維ス
トランドを０．５体積％添加混合したコンクリートのス
ランプ値が、炭素繊維ストランドを添加していないコン
クリートのスランプ値の２０％以上であり、かつ、炭素
繊維ストランドを１．０体積％添加したコンクリートの
スランプ値が炭素繊維ストランドを添加していないコン
クリートのスランプ値の５％以上である請求項１または
２に記載の炭素繊維強化コンクリート。3. A concrete in which carbon fiber strands are mixed with cement, coarse aggregate, fine aggregate and water and carbon fiber strands are added at 0.5% by volume, and the concrete has a slump value of carbon fiber strands added. The slump value of concrete not containing carbon fiber strands is 20% or more of the slump value of concrete not containing carbon fiber strands, and the slump value of concrete containing 1.0% by volume of carbon fiber strands is 5% or more of the slump value of concrete not adding carbon fiber strands. 3. The carbon fiber reinforced concrete according to 1 or 2. 【請求項４】炭素繊維ストランドが、次式で示される集
束度が５〜１５０である請求項１〜３のいずれか１項に
記載の炭素繊維補強コンクリート。 集束度＝１００×（１／Ａ） Ａ：炭素繊維ストランドをコンクリートへ添加すること
による炭素繊維ストランドの重量変化の割合4. The carbon fiber reinforced concrete according to claim 1, wherein the carbon fiber strand has a degree of convergence represented by the following formula of 5 to 150. Convergence degree = 100 × (1 / A) A: Ratio of weight change of carbon fiber strand by adding carbon fiber strand to concrete 【請求項５】集束剤が、水分散型樹脂エマルジョンおよ
び水溶性硬化剤からなる請求項１〜４のいずれか１項に
記載の炭素繊維強化コンクリート。5. The carbon fiber reinforced concrete according to claim 1, wherein the sizing agent comprises a water-dispersed resin emulsion and a water-soluble hardener. 【請求項６】水分散型樹脂がエポキシ樹脂である請求項
５に記載の炭素繊維強化コンクリート。6. The carbon fiber reinforced concrete according to claim 5, wherein the water-dispersible resin is an epoxy resin. 【請求項７】炭素繊維ストランドの長さが３０ｍｍ以上
である請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭素繊維強
化コンクリート。7. The carbon fiber reinforced concrete according to claim 1, wherein the length of the carbon fiber strand is 30 mm or more.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006133150A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Mousseau Nicholas M Process of fabricating fiber reinforced concrete masonry units, and products made by said process
JP2012106889A (en) * 2010-11-18 2012-06-07 Tadashi Miyamoto Method for manufacturing reinforced concrete structure, method for manufacturing fiber-reinforced reinforced concrete structure, and anticorrosive for metallic material
JP2019156669A (en) * 2018-03-09 2019-09-19 小松マテーレ株式会社 Fiber reinforced composite material for concrete reinforcement, and concrete structure

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