JPS63551A - 長繊維補強セメント系部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明は繊維補強材をセメント系マトリックス中に配列
埋設してなる繊維補強セメント系部材に関するものであ
る。

く従来技術〉 一般に、繊維補強セメント系部材は板，筒中生板、ブロ
ックなどの形状で土木、建築用部材として広く用いられ
る。

従来繊維補強セメント系部材としてはいわゆる石綿スレ
ートが代表的な例であったが、最近上 では石綿による環境公害防との観点から、各種の有機、
無機、金属繊維が補強ｆａ維として用いられるようにな
って来た。

く発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、これらのほとんどは短繊維をλ次元又は
３次元ランダムにセメント系マトリックス中に分散させ
る方法にて製造されるため、高強度高籾性成形体を得る
には大量の繊維を要し、無駄が多い。

特に高性能繊維を用いる場合には、繊維の強度や弾性が
十分に引き出せずコスト高になりやすいという欠点があ
った。

このため長繊維を予め直線状又は格子状に成形し、セメ
ント系マトリックス断面に一次元又は二次元に重点的罠
配向させて成形体の物性を改善させる方法が考えられて
いる。

この方法によれば、繊維が二次元又は三次元ランダム配
向の成形体に比べて同−向は又は引張強度を得るのに少
量ですみ、材料設計ができるうえ、高性能繊維になるほ
どその力学的性能を有効に利用できるという利点がある
。

−方、炭素繊維、アラミド繊維、耐アルカリガラス繊維
、高強度ビニロンＮ＆維などの高特性繊維は引張強度が
セメント系材料自体に較べ著しく大きいことから、これ
らの繊維を配設したセメント系部材の引張或いは曲げの
最大応力度が高められる効果がある。

ところが、これらの高ダｊ性繊維は引張強度が大きいこ
とに加え、引張破断伸びがわずか数−以下程度の引張弾
性率が大きい繊維である。

ノ１イ］ニー なかでもセメントのアルカリ状による劣化の問題がなく
耐久性に優れ、該部材製造時の高温蒸気養生にも耐える
などの利点を有する炭素繊維は引張破断伸びが２％以下
程度の引張弾性率が極めて大きい繊維である。

従って、これらの引張破断伸びの小さな高特性繊維を用
いた繊維補強セメント系部材では、引張或いは曲げの最
大応力度に達した時点で繊維が破断してしまい、引張歪
み或いは曲げたわみが小さな変形能や靭性に乏しいとい
う欠点を有している。

そこで、かかる応力度や靭性を改良しようとする従来技
術としては、 ■　板厚下半部の臘維量を上半部より多ｔとし、板厚下
半部の骨材ｉｔ−上手部より少量とじた繊維補強セメン
ト板（％開昭！≠−／１０≠２０号公報）、 ■　峨Ｍ１を多量に混合した下層の繊維強度と必要に応
じて繊維を少量混合した上層とが一体化され、下層の厚
さが上下層の総計厚さに対して０．！ｌ　−０，７倍と
されている繊維補強セメント板（特開昭Ｊ：４Ｃ−１０
Ｊ２≠号公報）、■　表面から３瓢以内の成層部に集中
して繊維を分散配向せしめた繊維強化セメント硬化体（
特開昭１７−／／♂Ｊ／号公報）、あるいは ■　スチールメツシュを応力材として８１層配筋を介装
してなる高靭性フェロセメント板（特開昭６０−１２６
４０６号公報）等が知られている。

しかしながら、これらの従来技術にも未だつぎのような
問題点がある。

即ち■〜■の場合においては、曲げ部材の引張応力が作
用する領域に繊維補強着層を配設することによ）曲げ応
力度を高める効果はあるものの、最大曲げ応力度に通し
、繊維が破断すると急激に応力度も低下し、最大曲げ応
力度を越える曲げたわみの範囲において、なお充分に大
きな応力度を保持するような優れた靭性のある部材は得
がたい問題がある。

又■の場合においては、配筋するスチールメツシュが苛
酷な使用条件或いは長期間経過などによ）腐食し、耐久
性が悪くなるという欠点を有している。

〈問題点を解決するための手段〉 そこで本発明者らはかかる問題点に鑑み鋭意検討した結
果、長繊維をセメント系曲げ部材が受ける引張応力に対
して同一面かつ同一方向に配設するに際し、破断伸びの
異なる２種以上の長繊維を用いることによル、これら問
題点が解決出来ることを見い出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は、高強度かつ高靭性の繊維補
強セメント系部材を提供することにあり、そして、その
目的は引張応力を受ける長繊維補強セメント系部材であ
って、該部材中に、該応力に対して同一面かつ同一方向
に、破断伸びの異なる２８［以上の長繊維を配設するこ
とにより容易に達成される。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に用いるセメントは、普通ポルトランドセメント
、早強ポルトランドセメント、高炉セメント、アルミナ
セメントのほか、セメント製品を通常製造するのに用い
るような水硬性セメントであれば特に限定するものでは
ない。

用いる長繊維は、有機、無機等いかなる材質のものでも
よいが、特に炭素繊維、アラミド繊維、耐アルカリガラ
ス繊維、高強度ビニロン繊維などの高特性繊維が好まし
い。

本発明におけるセメントマトリックス中への長繊、雄の
配役方法の一例を第１図及び第２図に示す。第１図は本
発明部材の一例を側面からみた説明図でろり、第２図は
第１図のＡ−Ａ’線で縦断した断面の説明図である。

各図中／は中央−点載荷曲げ試験によシ曲げ応力を受け
る繊維補強セメント系部材であり、イ４は破断伸びの大
きい長繊維、３は破断伸びの小さい長、繊維であって、
これらは好ましくは部材の曲げ応力の中立軸（ｉ／図中
のＮ−「線）Ｋ対し、引張応力が作用する領域（第１図
中のＮ−Ｎ’線より下方部分）に、該応力に対して実質
的に同一面かつ同一方向に配設される。

ここで長繊維の長手方向が部材の引張応力の方向と同じ
方向である場合が最も引張応力の負担効果がすぐれてい
るので好ましい。しかし長繊維の長手方向が部材の引張
応力の方向と全く同じ方向でなくしても実質的に引張応
力を負担出来る場合には多少夫々の方向が異なっていて
もよい。

父上記図面では長繊維の配役が一層のみの場合を示した
が本発明はこれに限定されず、同種構成の配役を複数層
設けたり、他種構成の長ｄ＆維の層を別に配役しても良
い。

破断伸びの大きい長繊維とよシ小さい長繊維の大小関係
は少くとも認め得る程度の相対的大小関係があればそれ
な夛に複合効果が得られるが、の関係があれば、複合効
果がより効果的に発揮されるのでより好ましい。なお、
３種以上の長ｌｌｉ、維を使用する場合、上記の関係は
、破断伸びが最も小さいものと最も大きいものでみるこ
ととなる。父上記関係の数値の上限については。

特に制限はないが、使用される長ｉＲＭ１間で余りに過
大な開きがあると、意義が薄れるので、破断伸びが最も
近接した二種の長繊維間の上記比率が２０以下、より現
実的には１０以下の範囲から選択すれば良い。

更に、本発明の部材において、より好ましくは破断伸び
の大きい長繊維は、より小さい長繊維よりも大きな引張
強力を有する様に種類を選択すれば高強度でかつ高靭性
な特性をより適確に部材に付与することが可能となる。

ここで、繊維の引張強力は用いる長繊維の単位断面積当
りの引張強度とセメントマ）　ＩＪソックス中配設され
る該繊維の断面積との積の値として表わされ、そして、
これらの引張強度及び断面積並びに破断伸びは例えば炭
素繊維の場合１−ｊＪｒｓ規格、Ｒ７ｔＯ／の方法によ
り測定することが出来、その他の繊維の場合も同方法に
準じて測定することが出来る。

本発明で重要なのは、破断伸びの異なる。２櫨以上の長
繊維を少くとも引張応力に対して実質的に同一面かつ、
同一方向に配設することである。

本発明のように長繊維を配設した繊維補強セメント系部
材の曲げにおける荷重−たわみ曲線の一例を第３図に示
す。第３図においてａ、ｂ。

Ｃはそれぞれ、実施例、比較例１、比較例コで得られた
部材のたわみ曲線である。同図から明らかな通り本発明
部材すなわち、ａではたわみが僧すと破断伸びの小さな
長繊維がまず破断し、荷重が一旦若干低下するが破断伸
びの大きな長繊維の補強能力により、再び荷重が増大す
る。

そして最終的には破断伸びの大きな長繊維自体が破断し
、荷重が漸減し零となる。

これに対して、破断伸びの大きい長穣維のみを配設した
場合には、第３図すのように長繊維が破断した時点の荷
重はａの場合とは輩同等であるがたわみ量が小さい時点
での曲げ応力度において劣り、又、破断伸びの小さい長
繊維のみを使用した場合には第３図Ｃのように繊維が破
断し九時のたわみ量がａの場合よシ著しく小さくなる。

このように、本発明によればより高い曲げ応力度を保持
しつつ、靭性の優れた曲げ部材の得られることが明らか
である。

つぎに、本発明においては、長繊維は通常直系 径が数ミクロン乃至数十ミクロンの単糸が数百本乃至数
百本来状になったものを用いる。

そしてセメントマトリックス中に配設する際の火として
の引張強度を確保し、取扱時の損傷しい。具体的な高分
子物質としてはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリビニルアルコールなどが用いられる。

又、セメントマトリックスとの接着性を高めるために、
該繊維は表面酸化処理などの表面処理をしたシ、付着す
る高分子物質として軟化点が弘Ｏ℃以上の未硬化状態の
エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂層の上にさらにカルボキ
シル変状ゴムポリマーを付着させる方法などを用いても
よい。セメントマトリックスとの付着をさらに向上させ
るためには、高分子物質を含浸付着させた表面にさらに
樹脂にて細砂などを付着し、セメントマトリックスへの
投錨効果を持たせてもよい。

又１本発明で用いる長繊維の形状としては直線状の一次
元のみならず、格子状、網状或いは織物状等の構成品を
帯状に形成して引張応力と同一面もしくは直交面に配設
することも出来る。

特に網状の場合に、それが絡み織りにて構成され、絡み
繊維が本発明で云う繊維の長手方向に配置されていると
、より高強度高靭性の繊維補強部材が得られ好ましい。

本発明の長繊維のセメントマトリックスへの埋込みは常
法によって行えばよい。

例え゛ば従来の積層・埋設法によってもよいし、予め立
体的に型枠内に組込んだ後、マ）　１３ツクス材料注入
して硬化させてもよい。

この際、讐゛イア゛レーター等により振動をかけて脱泡
してやれば、セメントマトリックスと補強用繊維東合体
との付着はさらに緊密になり、良好な機械的物性を得る
ことができる。

また、本発明の部材は板状、筒状、あるいは中空板、ブ
ロック等の曲げ部材であればよく、その形状は特に限定
されるものではない。

〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、補強繊維を曲げ部材が受
ける引張応力に対して、同一面かつ同一方向に配設する
際に破断伸びが異なるコ橿以上の長繊維を用いるという
極めて簡易な方法により、少量の繊維量で効果的かつ合
理的な補強性能が発揮出来、曲げ靭性及び強度のすぐれ
たセメント系部材を得ることが出来る。

又、鉄筋コンクリート構造と同じように用途や荷重条件
に応じた断面設計が効果的かつ容易に可能となり、実用
状にも富む。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はその要旨をこえない限シ下記の実施例に限定される
ものではない。

実施例１ コールタールピッチから作られたメソ７エーた硬化剤を
含むエポキシ樹脂溶液にて含浸し、加熱硬化して、樹脂
含有率μ７％の直線状長繊維（Ａ）を得、その物性を第
１表中に示した。

−方、コールタールピッチから作られたメソして直線状
長繊維（Ｂ）　　を得、その物性を第１懺中に示した。

長繊維（Ａ）２本をその長手方向にエポキシ系接着剤で
接合し１束にしたものを１幅：ｔ、ｔ。

×高さ＝２０×長さ：　３−２０ｍｓのセメント系曲げ
部材の曲げ中立軸から７順の距離（第１図のＬ）に、該
繊維の長手方向が引張応力方向と同じなるようにして％
５束と長繊維（Ｂ）ｓ本とを等間隔に配設した。夫々の
長繊維の繊維断面積及び引張強力を第１表中に示した。

セメントは早強ポルトランドセメント、骨材は川砂（最
大２．ｊ　ｍ粒径）を用い、水／セメント比は０，４ｃ
／Ｉ、骨材／セメント比は０，１，７／ｌとした。

／週間養生後の繊維補強セメント系供試体？スパンＡ　
Ａ　Ｏ聾で中央点載荷曲げ試験し、得られた曲げ応力度
−たわみ曲線を第３図已に示した。

尚、繊維補強のないセメント系単味の供試体の曲げ強度
は、１’／にノ／ａＡであった。

比較例／ 実施例１で用いた高伸度炭素繊維（Ａ）のみを用い、実
施例１と同様にして配設し、長繊維補強セメント系部材
を得九。実施例１と同様の曲げ試験を行ない、得られた
曲げ応力度−たわみ曲線を第３図すに示した。

なお、ここで用いた長繊維の物性を第１表に示す。

比較例λ 実施例１で用いた低伸度炭素繊維（３）のみを用い、実
施例／と同様にして配設し、長繊維補強セメント系部材
を得た。実施例１と同様の曲げ試験を行ない、得られた
曲げ応力度−たわみ曲線を第３図Ｃに示した。

なお、ここで用いた長Ｎ＆維の物性を第１表に示す。

実施例λ 実施例１の低伸変長や１雄（Ｂ）３本を接合し、７束に
したものを１束と実施列／の高伸度長繊！ 維（Ａ）３束とを、中立軸からＵ＝＝−の距離に笠間伸
度長、１１本と実施９１２の低伸度長繊維１本との計！
本を等間隔に配設した。

これらの断面積及び引張強力を第１表中に示し、得られ
た曲げ応力度−たわみ曲′ＸＡを第弘図に示した。

アイバー」人ＲＲｊ≠ｏｏｒＢ）　　を用い、実施例１
と同様にして直線状長繊維を得、その物性を第１表中に
示した。

このガラス長繊維２本を接合し、７束にしたものを３束
と、実施例／の窩伸度炭素艮、ｆλ紐（Ａ）２本を接合
し７束にしたもの２束とを、中立軸から弘聞の距離に等
間隔に配設した。

−方、中立軸から７刷の距潴に同じガラス長繊維７本と
高伸度炭素長繊維（Ａ）２本とを等間隔に配設した。こ
れらのｌｆｒ而撰面び引張強力を第１’Ａ中に示し、得
られた曲げ応力度−たわみ曲線を第５図に示した。

一≠り」、ｌ≠２０デニール〕を用い、実施例１と同様
にして直線状長繊維を得、その物性を第１表中に示した
。

このアラＩド長鷹維Ｖ本を接合し７束にしたものを弘束
と、実施例３のガラス長繊維２本とを、中立軸から３閣
の距離に等間隔に配設した。

−方、中立軸から７隙の距離に同じアラ２ド長繊維≠本
と、ガラス長繊維１本とを等間隔に配設した。

これらの断面積及び引張強力を第１人中に示し、得られ
た曲げ応力度−たわみ曲線を第ｚ図に示した。

−例をＩＩ而から見た説明図、第２図は第７図の人−Ａ
′線で縦断した断面の説明図である。

げふ６力度−たわみ曲線を表わす。

ｌ　繊維補強セメント部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）引張応力を受ける長繊維補強セメント系部材であ
   つて、該部材中に該応力に対して、実質的に同一面かつ
   同一方向に破断伸びの異なる２種以上の長繊維を配設し
   てなることを特徴とする長繊維補強セメント系部材。
2. （２）破断伸びの大きい長繊維が破断伸びの小さい長繊
   維よりも大きな引張強力を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の部材。
3. （３）（破断伸びの大きい長繊維の破断伸び／破断伸び
   の小さい長繊維の破断伸び）≧１．２であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項もしくは第（２）項記
   載の部材。
4. （４）長繊維が炭素繊維、耐アルカリ性ガラス繊維、ア
   ラミド繊維、またはビニロン繊維であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいずれか
   に記載の部材。
5. （５）破断伸びの異なる２種以上の長繊維がいずれも炭
   素繊維であることを特徴とする特許請求の範囲第（４）
   項記載の部材。