JPS641424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はセメントモルタル、コンクリートの補
強性にすぐれた繊維及び該繊維で補強されたセメ
ントモルタル、コンクリート成形物に関するもの
である。 ポルトランドセメントで代表されるセメントの
硬化物は、圧縮強度、耐久性、不燃性等のすぐれ
た性質に加えて安価なるが故に大量に建築、土木
分野等に使用されている。 しかしながら脆性物質であるために耐屈曲性が
著しく低く、引張り、曲げ応力が加わると容易に
破損したり、ひびがはいり、又耐衝撃性が弱い等
の欠点を有している。 かかる欠点を補うために、(1)鉄筋や鉄骨と組合
せる、(2)無機繊維、有機繊維等と繊維状物質を混
入する、方法が知られている。 本発明は(2)に関するものである。繊維状物質で
セメント脆性マトリツクスを補強する方法は、次
の２つの方法に大別しうる。 (A) セメントを主とするマトリツクスと繊維を稀
薄のスラリー（約50〜200ｇ／で水／セメン
ト比が非常に大きい）状として混合し、丸網や
長網等に抄き上げプレスすることにより、過剰
の水分を除去した後硬化させる方法（以下混式
成形法と呼称）。代表的なものは石綿スレート
板であり、主としてボード類を製造する方法で
ある。 (B) セメントを主とするマトリツクスと繊維及び
最少必要限の水を添加して、そのまま型枠に流
し込んだり、種々の成形機で成形する方法（以
下乾式成形法と呼称）で、水は故意に除去され
ることなくそのままマトリツクスの硬化水とな
る。セメントの硬化体の強度は硬化時の水とセ
メントの比（以下Ｗ／Ｃと略記）に大きく左右
され、Ｗ／Ｃが小さい方が、即ち水添加量が少
ない方がよいことが常識である。 従つて(A)の方法に比し、硬化前に水を除去する
ことがないので最初から水を少なくせざるを得
ず、成形に必要な最小限を使用することになる。
従つてＷ／Ｃは0.3〜0.8程度と非常に小さい。モ
ルタル及びコンクリーはこれに該当する。 (A)の方法は、各種資材を混合する工程は前述の
如く稀薄なスラリーであるために、繊維状物質を
均一に分散することは比較的容易であり、種々の
検討がなされている。 例えば石綿スレート板は、石綿という繊維状物
質で補強された典型的なものである。しかし近年
その有害性が指摘され、その代替繊維の検討が必
死になされている。ポリビニルアルコール
（PVA）系繊維もその代替繊維の一つであり、そ
の代替の可能性の検討がなされ、一部商品として
使用されはじめている。その他ポリプロピレン、
ナイロン等が耐衝撃性の改善のために使用されて
いる。この湿式成形法で補強効果の大きい細くて
長い繊維が使用可能なのは、一つにスラリー濃度
が薄く、分岐が可能であるが故である。 一方乾式成形法は既述の如く使用される水量が
少ないので流動性に乏しく、細くて長い、即ちア
スペクト比（繊維の直径ｄと長さｌの比ｌ／ｄを
アスペクト比と呼称）の大なる繊維を混入するこ
とは非常にむつかしく、検討はなされているもの
の充分な効果を得るに到つていない。 繊維状物質による脆性物質の補強機構は単純で
はないが、モデル的には次の様に考えられる。即
ち補強メカニズムは繊維による応力の負担と補強
効率の問題である。前者については、短かく切断
された繊維物質で補強された複合体に引張りで代
表される様な外部応力が加わつた時の複合体全体
に働く応力は理想的には 補強材負担応力＋マトリツクス負担応力＝複合
体応力 として表わされ、脆性マトリツクスに微細なクラ
ツクが生じた後にも、左辺第一項が効果的に作用
して、複合材全体としての強度が向上するとされ
る（Hannant）。すなわち短繊維の繊維長をｌ、
限界繊維長をlc、繊維の破断強度をσfuとして添
加量を体積分率V_fで表わすと、引張りに関する
繊維補強効果はσ_Rは σ_R＝ησ_fu（１−lc／2l）V_f ………(1) で表わされる。但しηは繊維の配向係数。 一方、繊維〜マトリツクス間の界面接合力をτ
と繊維を円柱状と想定してその直径をｄとする
と、限界繊維長l_Cは l_C＝σ_fu・ｄ／2τ ……………(2) の関係があり、(1)式は σ_R＝ησ_fu（１−σ_fu／４ｌ／ｄτ）V_f………(3) と書き代えられる。即ち繊維による補強の効果
は、繊維強度が強く、且つマトリツクスとの界面
接合力が高い程大きいことが期待され、形態的に
はアスペクト比ｌ／ｄが大きい、即ち細くて長い
繊維が補強には有効であることが示される。 一方、上記の繊維による応力負担の他に補強効
率の問題がある。上記の理論は補強材としての繊
維或いは繊維状物質がマトリツクス中に均質に分
布していることを前提としたものであり、現実の
水硬性物質をマトリツクスとする複合体の商業規
模での製造に当つては、繊維物質の均一分散は極
めて重要な問題でありかつ困難な技術である。即
ち補強性を高めんとしてアスペクト比を大きくし
たり、補強材添加率を大きくすることを試みれ
ば、それに比例して繊維物質の分散は不良化し期
待する効果は現われないばかりか、製品に斑を生
じて性能の低下を招来するのみならず、外見の美
的価値が低下して商品価値を失なうことになる。 前述のように繊維或いは繊維状物質でセメント
等の脆性物質等を補強する場合、マトリツクスに
対する接着力が秀れていること、繊維質の引張り
強度等の機械的物性が秀れていることは必須条件
であるが、その補強効果を大ならしめるために
は、繊維物質をマトリツクス中に均一に分散せし
めることが前提となる。 既述の如く乾式成形法では添加水量が小さく流
動性に乏しく、繊維状物質の均一分散は非常に難
しい。従つてアスペクト比を小にせざるを得ず、
その結果充分な補強効果が得られていない。 例えば乾式成形法で最も研究が進み一部実用化
されている補強繊維に銅繊維がある。 鋼繊維の形状は種々あるが、丸断面のほぼ0.5
mm直径相当、長さ20〜30mm（アスペクト比約40〜
60）のものが使用されている。公知文献にみられ
るが如く、鋼繊維で強化されたコンクリートの曲
げ破壊あるいは引張り破壊テスト後の破断面をみ
ると、鋼繊維は確実に抜けて繊維自身は全く破断
していない。即ちアスペクト比が小さい上にセメ
ントマトリツクスとの接着力があまりよくないの
で鋼繊維の持つ強度（約70Kg／mm²）が充分に利用
されていないことを意味しており、補強効果は左
程期待できない。 又耐アルカリガラス繊維の検討が集束糸にして
用いられているが、この集束糸は、本発明と全く
目的を異にしている。本発明の集束糸は分散をよ
くするための一時的な形態であり、補強効果を上
げるために均一分散後は単繊維へ解繊するもので
ある。一方ガラス繊維の場合は、ガラスそのもの
が脆性物質であり、非常にもろく切損しやすい。
従つて、その防止対策として集束糸にするもので
あり、単繊維への解繊がないように特に集束剤を
選んでいるものである。しかしかかる集束糸状態
としても充分でなく、水の少ないモルタル、コン
クリート中ではミキシングする際せん断力が大き
いために切損したり、極端な場合は粉々になり、
補強効果が期待できない。 加えて耐アルカリガラス繊維と言えども耐アル
カリ性を懸念されており、耐久性に問題を残して
いる。 有機繊維も検討されたが、既述の如く湿式成形
法では使用されているが、乾式成形法では分散が
むづかしく補強効果がない。 PVA系繊維は本質的にはセメントマトリツク
スの補強に対して最もすぐれた繊維であることは
公知である。即ち高強力（90Kg／mm²以上で鋼繊維
より高い）であるうえに、セメントマトリツクス
との接着力が非常にすぐれている。加えてアルカ
リ性に対して安定であり、耐久性にすぐれてい
る。 接着性のすぐれている理由はPVAの分子鎖中
にセメントと親和性の強い水酸基を多数有してい
ること、湿式又は乾式紡糸であり、かつ高度に延
伸を施しているので繊維側面に無数のヒダを有し
ているがためである。ケブラー、ポリエステル、
ナイロン等は高強力であるものの、疎水性のた
め、セメントとの接着性が悪く、セメント成形物
の曲げ、引張り特性を改善するには到らない。加
えてポリエステルは耐アルカリ性がなく、耐久性
が懸念される。 かくの如くセメントマトリツクスの補強に対し
て基本的にはすぐれた特性を有しながらも乾式成
形法でPVA系繊維が使用されていないのは、マ
トリツクス中への分散が困難なためである。 本発明者等はセメントマトリツクス中にいかに
細くて長い、即ちアスペクト比の大なるPVA系
繊維を分散するかについて鋭意研究した結果、本
発明に到達したもので、水添加量の少ない、モル
タル、コンクリートの補強用繊維及び該繊維を用
いたモルタル、コンクリート成形物に関するもの
である。 即ちアスペクト比大なる繊維を集束剤でかため
て太くして、実質的にアスペクト比を小にし分散
を容易とし、モルタル、コンクリートの成形工程
中でいつたん集束糸を均一に分散させた後、集束
剤の膨潤、溶解と撹拌によるせん断力にて単繊維
に20％以上分繊せしめることにより、平均アスペ
クト比を大とし、補強効果を大ならしめんとする
ものである。 さらに具体的には0.5〜25drの単繊維を200〜
5000デニールに集束し、親水性の樹脂で固めた後
単繊維単位のアスペクト比が100〜700になるよう
に切断する（切断された集束糸単位のアスペクト
比は、５〜145と非常に小さい）。しかる後に(イ)セ
メント、骨材を主体とするマトリツクスと乾燥状
態で混合した後、水を添加し撹拌するか、(ロ)セメ
ント、骨材と水を混ぜたペースト中に繊維を投入
し撹拌後成形するものである。 以下更に本発明を詳細に説明する。 本発明を構成する重要な因子はPVA系繊維の
強度、単繊維デニールの太さ、そのアスペクト
比、集束糸の太さ（総デニール数）、及び集束剤
である。以上の因子を適正にすればモルタル、コ
ンクリートの曲げ、引張り特性及び耐ひび割れ性
が著しく改善される上に、耐衝撃性、タフネスの
改善効果も顕著なものとなる。 モルタル、コンクリート製品中では集束糸は、
20％以上に解繊されるものであるから、単繊維の
物性が製品の物性へ著しい影響を与えることにな
る。 本発明での単繊維の具備すべき条件についてま
ず述べる。前述の如く繊維で脆性セメントマトリ
ツクスを補強する場合、繊維の引張り強度がすぐ
れていること、マトリツクスとの接着力がすぐれ
ていること、アスペクト比が大なることが重要な
要件であるが、その補強効率を大ならしめるため
にはマトリツクス中に均一に分散せしめることが
肝要である。 マトリツクス中に均一に分散せしめる手段とし
て単繊維を親水性樹脂でかためてアスペクト比の
小さい集束糸として成形品製造工程で均一に分散
させた後、20％以上を再び単繊維状にして、均一
分散でアスペクト比を高くし、補強効果を上げよ
うとするものである。 この集束糸の単繊維への解繊工程で適切な単繊
維デニール及びそのアスペクト比を選択しないと
解繊された単繊維が絡み合い、フアイバーボール
となり分散状態が悪化することになり、集束糸を
経て分散をよくしようとする努力が水泡に帰する
ことなる。 アスペクト比は分散性の点より小さい方がよい
が、補強性の点からは大きい方がよく、相矛盾す
るものであるため、両者を満足する適切なアスペ
クト比を選ぶことが肝要である。 モルタル、コンクリートに用いる繊維のアスペ
クト比は100〜2000が適切であり、より好ましく
は400〜1500である。100以下では集束糸の解繊工
程での絡み合いによる分散不良はないが補強性が
劣る。又2000以上では補強性はすぐれているもの
の、解繊過程で絡み合いが起こり、フアイバーボ
ールが出来て好ましくない。 単繊維デニールはアスペクト比程分散性、補強
性への影響はないが、種々の実験の結果から0.5
〜25drが好適である。0.5デニール以下ではアス
ペクト比を100〜2000に限定しても集束糸の解繊
工程で絡み合いによる分散不良を生じ、又25デニ
ール以上では補強性がやや低下する。又単繊維の
強度は90Kg／mm²以上が必要で、それ以下では分
散、接着がよくても補強効果は小さい。 以上が単繊維の具備すべき条件であり、本発明
を構成する第一の要件である。 本発明は上記単繊維をマトリツクス中に均一に
分散せしめる手段として、集束糸とするものであ
る。 該集束糸がマトリツクス中に均一に分散し、か
つ20％以上の単繊維に解繊することが必須要件で
ある。 本発明者等は集束糸の総デニール数及び集束剤
の種類と付着量を選択することにより目的を達成
出来ることを見い出したのである。 Ｗ／Ｃの小さい、即ち流動性の少ないモルタ
ル、コンクリート中へ均一に分散し、かつ20％以
上を、絡み合いによる分散不良を起さないように
単繊維に分散させるための集束糸が具備すべき重
要な要件の一つはその太さ即ち総デニール数であ
り、200〜5000デニールが適切であり、より好ま
しくは500〜2000デニールである。200デニール以
下ではアスペクト比が大きすぎてマトリツクスと
の混和時に単繊維へ未解繊のままでも、あるいは
ほんのわずか解繊した段階で絡み合いフアイバー
ボールを生じ好ましくない。又5000デニール以上
では集束糸の数が少なくなりその分散は良好であ
るが、単繊維に解繊されても、その単繊維が局部
的に点在することになり、又解繊過程でも集束糸
単位でフアイバーボールを作りやすく好ましくな
い。 成形過程で集束糸を20％以上の単繊維へ解繊す
ることが重要であるが、20％以下では平均的アス
ペクト比が小さすぎて補強効果が小さい。 20％以上に解繊するには集束剤及びその付着量
の選択が重要である。 用いる集束剤はマトリツクスとの混合初期では
集束力を維持し、アスペクト比を小さくして分散
をよくし、後期では集束力が低下し、20％以上が
単繊維に解繊させる必要がある。 かかる効果を出す集束剤は、水溶性でかつフイ
ルム形成能を有するものでなくてはならず、下記
のものが有効である。 天然物及びその誘導体ではデンプン類、セルロ
ース誘導体（例えばメチルセルロース、エチルセ
ルロース、ヒドロキシメチルセルロース、カルボ
キシルメチルセルロース等）、アルギン酸ソーダ
がある。 合成集束剤としては、ポリビニルアルコール系
として未ケン化のポリ酢酸ビニルエマルジヨン、
カチオン化ポリ酢酸ビニルエマルジヨン、部分ケ
ン化PVA、完全ケン化PVAがある。変性PVAと
しては、イタコン酸変性、フタール酸変性、アク
リル酸変性PVAがある。又酢酸ビニルとエチレ
ンを共重合したエチレン酢ビ共重合物エマルジヨ
ン、更にこのケン化物、酢酸ビニル・マレイン酸
共重合物、酢酸ビニル・クロトン酸共重合物、酢
酸ビニル、アクリル酸共重合物のエマルジヨンが
用いられる。ポリビニルアルコール変性用モノマ
ーとしては、

【式】

【式】と酢 酸ビニルモノマーと共重合してアルカリケン化す
ることによるカチオン変性PVAを用いる。変性
PVACとしては、ポリマー中に

【式】で示され る重合性第４級アンモニウム塩を一成分として含
有するビニル系重合体をPVAなどの水溶性ポリ
マーを保護コロイドとしたエマルジヨンを用いる
ことが可能である。その他エチレンと酢ビモノマ
ー及び

【式】を 共重合させたカチオン性エチレン酢ビエマルジヨ
ンも用いることができる。特にここに示したもの
は、ポリマーがカチオン性を示すものであつて特
にセメントと接着性を向上するのに有効な集束剤
である。 次にアクリル系重合体としては、ポリアクリル
酸ソーダ、ポリアクリル酸エステルの部分ケン化
物、ポリアクリル酸エステル共重合体の部分ケン
化物、ポリメタアクリル酸塩、ポリアクリルアマ
イド、特に２−アミノエチルアクリレート、２−
アミノエチルメタクリレート等カチオン性のもの
はセメントとの接着性の点から集束剤としては有
効である。 以上の水溶性ポリマー及びエマルジヨンは単独
又は複合混合して用いることが可能である。 前記集束剤の繊維への付着量は、付着量が繊維
に対して２重量％以下では切断後の集束性が悪化
する。又20重量％以上では製造上のトラブルの発
生が多く容易に集束糸をつくることができない。
好ましくは４〜９重量％である。付着した集束剤
は乾燥及び熱処理することによつて繊維上に固く
焼きつけを行いこの長繊維を集束して熱セツトす
る。100℃以下の低温では熱セツトができないば
かりか処理速度を低下せしめなければらず不利で
ある。又270℃以上では水溶性ポリマーの一部が
分解し硬化してしまうなどの原因になり、それ以
上の温度条件はとれない。 モルタル、コンクリートを高度に補強するため
のPVA系繊維の具備すべき条件は、単繊維デニ
ール0.5〜25デニール強度90Kg／mm²以上のものを
水溶性集束剤２〜20重量％でもつて総デニールが
200〜5000デニールになるように集束し、固めた
もので、単繊維単位でのアスペクト比が100〜
2000の長さを有するものであり、かつ成形物中で
の単繊維の解繊度が20％以上のものである。 かくの如きPVA系繊維は以下の方法で製造す
る。集束糸に用いるPVA系繊維は0.5〜25デニー
ル、強度が90Kg／mm²以上あればどんな方法で製造
されたものでもよい。 公知の一般的な製造方法は、水を溶媒として
PVAを溶解したものを原液として使用し紡糸す
るものであるが、紡糸口金より糸篠を形成させる
ために水を熱風で飛ばす乾式紡糸法及び芒硝やカ
セイソーダあるいは両者の混合浴等で脱水、ゲル
化させる湿式紡糸法がある。又湿式法で原液に硼
酸を添加し、アルカリ性塩類を凝固浴とする特殊
な方法でもよい。単繊維強度を90Kg／mm²以上にな
るようにした繊維のみを使用しうる。かくして得
られた繊維を長繊維に巻取る。 集束糸の総デニールを200〜5000デニールにな
すためには、前記長繊維束を１本又は複数本を集
束剤でもつてかためればよい。より好ましくは１
本の長繊束が200〜5000デニールになるように製
造し、そのまま集束剤で固めることである。 これら長繊維はビームクリールから連続的に送
繊されるようにし、集束剤の入つた槽の中で浸漬
付着するか、又はローラタツチ方式にて長繊維に
付着させ、次の絞りロールで絞つて一定の付着量
とする。この時用いられる集束剤は集束糸の解繊
度合に適合する糊剤を選定し、前に述べたものを
用いる。用いる水溶性高分子は100ｇ／以下の
濃度又は糊剤の粘度は50ポイズ以下として好まし
くは10ポイズ以下で付着量及び取り扱い性のよ
い、工程通過性のよい条件で付着するのが望まし
い。 乾燥温度は低温で80〜200℃程度が望ましく、
好ましくは120℃〜180℃がよい。更に熱処理する
ことによつて付着したポリマーを長繊維表面に固
着させることと、水溶解性をコントロールするた
めに100〜270℃で処理することが望ましい。好ま
しくは150〜240℃がよい。 乾燥工程では集束剤の表面乾燥を主とし、工程
通過性及び機台へのガムアツプを防ぐために熱風
式、熱ローラ式で行う方式があり、熱風式の場合
は比較的高温の130〜200℃とし、熱ローラ式の場
合は80〜130℃として乾燥する。又熱処理工程で
は伝熱効率及び熱処理効果を向上するために熱ロ
ーラ接触式がとられ100〜180℃熱風式の場合は
180〜270℃で熱処理を行う。 このようにして得た集束糸は何本かの束にして
軟繊しないように巻き取る。この集束したトウ状
物を切断機にて所定の長さになるように切断し目
標の集束糸を得ることができる。集束剤の付着率
は糸が持つて行くポリマーの量から算出して所定
の付着量となるように濃度又は粘度をコントロー
ルし、更に搾液ロールにて絞り量から付着量をコ
ントロールする。なお、当然のことながら紡糸後
の長繊維を一旦巻取らずに直結で集束糸を製造す
ることも可能である。切断した集束糸の解繊性を
判定するために、JISR5201（セメントの物理試験
法）に示される練り混ぜ機を用い、砂／セメント
比が1/1、水／固型分を0.40とし、３分間練り上
げる。かかる繊維入りモルタルをJISA1103（骨材
の洗い試験方式）にもとずいて50メツシユの金網
にて洗い出し、解繊度の標準サンプルを作成し
た。 サンプル 解繊度 Ａ ０〜 20 Ｂ 20〜 40 Ｃ 40〜 60 Ｄ 60〜 80 Ｅ 80〜100 ここで０〜20％の解繊とは、集束糸が全く未解
繊の状態か、その一部から単繊維が若干解繊した
状態で集束糸と混合した状態である。20〜80％の
解繊とは、単繊維状態の本数が多くなり、集束糸
の総デニール数もかなり減少している状態であ
る。80〜100％の解繊とは集束糸のほとんどが単
繊維に解繊し分散した状態であり、理論的には補
強効果が最も期待できるところである。 種々の実験の結果、理由ははつきりしないが
PVA系繊維の補強効果に関して、集束剤の解繊
度はセメント成形品の種類により異なることが判
明した。即ち、成形品中で繊維が三次元にランダ
ムに配向する場合や、粗骨材を使用するコンクリ
ートにはＢ、Ｃが好適であり、繊維が主として二
次配向している場合のモルタルにはＥが好適であ
る。 しかしながらＡ以外はＢ、Ｃが好適であつても
Ｄ、Ｅでも補強効果はあり、又Ｅが好適でもＢ、
Ｃ、Ｄでも効果はあり、本発明の範囲内である。 集束糸の単繊維への解繊度を20％以上にするこ
とは本発明の重要なる構成要件の一つであるが、
主体的には集束剤の種類を補助的には付着量ぎ選
択することにより目的を達成することが出来る。 工業的な規模でモルタル、コンクリートを製造
する場合、その製造工程で使用されるミキサーは
種々あり、使用条件も大幅に異なるが、夫々のミ
キサーに対して集束剤を選びさえすれば若干のミ
キシング条件を変更するのみでほぼ目的とする集
束糸の単繊維への解繊度のものを得ることが可能
である。たとえばモルタル、コンクリートのミキ
シングに汎用的に用いられるパンミキサーの場合
と、特殊ミキサーであり繊維の分散に好適と言わ
れているオムニミキサーの場合を解繊度と集束剤
の関連の典型的な例を示すと以下の如くである。

【表】 パンミキサーの場合は撹拌がマイルドであり比
較的水溶解性の高い集束剤を用いる必要があり、
又オムニミキサーのように比較的強いミキシング
能力をもつものには比較的低い水溶解性の集束剤
を用いる必要がある。いづれにしろ既述の水溶性
集束剤の中より使用されるミキサーに応じた集束
剤を選べばよい。集束剤の付着量の影響も若干あ
るが、集束剤を選び、補助的に２〜20重量％の範
囲で調整すればよい。 集束糸の単繊維への解繊度は次のようにして判
定できる。セメント、骨材、その他必要な添加剤
とPVA系集束糸を混和し、ミキシング後成形直
前又は成形直後の未だ硬化していない組成物をと
り出し、50メツシユの金網にのせ、注意深く水で
もつてセメント、細骨材等を洗い出し、標準サン
プルと比較し判定すればよい。 又吹付けコンクリートのように吹付けノズルで
解繊状態がかわつたり、あるいは吹付け直後で直
ちに固化する場合や、また止むなく硬化製品で判
断せざるを得ない場合は、サンプルに曲げあるい
は引張り応力を加えて破断せしめ、破断面の顕微
鏡観察により判断する。 PVA繊維のモルタル、コンクリートへの混入
率は0.5〜６容積％が好ましい。0.5％以下では補
強効果が少なく、又６％以上では繊維の分散がむ
づかしくなることに加えて経済的にも高コストに
なるので好ましくない。 以上の如く本質的にモルタル、コンクリートの
補強性にすぐれているPVA系繊維の集束糸を利
用することにより成形品中に均一に分散させ、20
％以上の単繊維を解繊することにより著しい補強
効果を上げうることを発明したものである。即ち
高強力で高弾性率を有しかつセメントマトリツク
スと接着性のよいPVA系繊維が細くて長い状態
でセメントマトリツクス中に均一に存在している
ので、セメント脆性マトリツクスの弱点である引
張り、曲げ強させん断強力を向上すると共に、ひ
び割れ防止効果も大きい。ひび割れは局部的に発
生する微少なひび割れをマトリツクス中に存在す
る繊維がその伝播を妨げることにより拡大を防
ぎ、結果としてひび割れ防止となると言われてい
る。従つてマトリツクス中に存在する繊維の本数
が多い程、即ち繊維間隔が小さい程ひび割れ防止
効果が大きいと言える。セメントモルタル、コン
クリートに使用されている繊維は分散性の点より
アスペクト比が小、即ち太くて短かいために繊維
間隔が大きい。本発明によつてのみアスペクト比
の大きい、即ち細くて長い、従つて繊維間隔の小
さい繊維が混入できる。それ故にひび割れ防止効
果は大きく本発明の特長の一つである。さらに耐
衝撃性、高靭性をも与える。 本発明のすぐれた補強性の一例を不満足ながら
も一部利用されている鋼繊維や最近かなりの検討
が加えられている繊維表面に突起のあるポリエチ
レン繊維との比較例を示す。 砂／セメント比が1/1、繊維が２容積％になる
ように計量した砂、セメント、繊維をJIS R5201
（セメントの物理試験法）に示される練り混ぜ機
を用い、乾燥状態で混合した後、水セメント比が
0.37になるように水を加えて３分間ミキシングを
行つた。該モルタルを４cm×４cm×16cmの型枠に
流し込み、若干の振動を与え固めた後一昼夜室温
放置後、増型し２週間の水中養生後２週間の気乾
養生を行い、その曲げ強力を測定した。その時に
使用した繊維の物性、分散状態を含めて表−１に
示した。

【表】 PVA系繊維は単繊維1.8デニールを1000本集束
してPVA−217（クラレ製ポバール）で固めた集
束糸を用いた。なお曲げ破壊時の破断面を顕微鏡
で観察するとクラレビニロン及びボンフイツクス
は繊維が破断しており、鋼繊維は明らかに引抜け
ていた。 表−１で明らかな如くPVA系繊維は集束糸を
利用して均一に分散せしめたことにより、高アス
ペクト比とすぐれた接着性のために、その有する
高い引張強度を破断するまで有効に利用している
ことは明白で、高い曲げ強度を示している。 鋼繊維は比較的高い引張り強度を有しながら
も、アスペクト比が小さい上にセメントとの接着
力もあまりよくなく、引抜けを生じ、繊維は破断
せず、その強力が有効に生かされていない。 ポリエチレン繊維は側面に突起をつけてモルタ
ルからの引抜けを防止しているものの、繊維自身
の引張り強力が弱く、ヤング率も小でモルタルの
曲げ強力向上に及びひび割れ強力向上にあまり寄
与していない。 以上の如く本発明のPVA系繊維は水使用量の
少ないモルタル、コンクリート分野で種々の検討
がなされ、一部市場で使用されている鋼繊維、ポ
リエチレン繊維よりもはるかにすぐれた補強効果
を示すことが明瞭となつた。 かくの如くすぐれた補強効果を有するPVA系
繊維はモルタル、コンクリートの製品分野で幅広
く使用可能であり、以下に述べるものに限定され
るものではない。 まず成形法別では現場成形法として生コンクリ
ートによる打設、吹付け成形、注入成形法等があ
り、工場成形法では振動成形、遠心力成形、押出
し成形、注入成形法等があるが、いづれの成形法
で成形されるセメント、モルタル成形品にも適用
できる。 又利用形態で述べるなら構造部材または構造物
への適用が考えられ、それには舗装やトンネルラ
イニング等の無筋コンクリート構造物の性能向上
や鉄筋コンクリート部材の代替として例えば遠心
力成形コンクリート管等がある。 又鉄筋コンクリートとの併用で鉄筋コンクリー
ト部材の性能向上を目的としての利用形態もあ
る。例えば耐震壁、柱、梁接合物のせん断補強な
どである。 前記の如く鋼繊維よりすぐれた補強性を示すの
で、例えば鋼繊維を使用している分野ではその代
替が可能である。 まず土木分野での鋼繊維の代表的な適用例に舗
装用途がある。道路の舗装、空港滑走路、誘導路
の舗装、工場内における重量物運搬に供用される
構内舗装および橋面舗装等がある。舗装用途とし
ての必要な性能は第一に曲げ強度が大きいことで
ある。輪荷重による曲げ応力及び表面と下面の温
度差によつて生ずるそり応力が合成された曲げ応
力である。PVA系繊維は曲げ強力向上に著しい
効果を示すために舗装厚を著しくうすくすること
が可能となる。 第二にひび割れ防止効果が大なることである。
交通荷重により、舗装面の底面に生じたひびわれ
の進行をさまたげることである。その結果寿命が
大幅に延長されることになる。ひびわれ防止効果
の大きいPVA系繊維の効果が大きいことは明白
である。 そのほか同様な効果で既設舗装のオーバーレイ
としての適用も可能である。 第二の適用例は吹付けコンクリートであり、そ
の代表的なものとしてトンネル工事及び法面保護
工事の用途があげられる。 まずトンネル工事の場合は三つの適用形態があ
る。 (1) 軟弱地層を掘進するトンネルの一次ライニン
グへの適用 (2) 断層部分などで地山の挙動が安定しにくい個
所の二次ライニングへの適用 (3) 災害などによつて損傷したライニングの急速
補修などがある。 いづれの適用形態においても要求される性能は
曲げ強力、せん断強力、耐ひび割れ性であり、
PVA系繊維で補強すれば著しい効力を示す。 加えて施行性、安全性がよくなければならな
い。PVA系繊維は鋼繊維に比し細くて長い繊維
でかつセメントとの付着性が良いために、はね返
り防止、肌落ち防止に効果的であり、又鋼繊維は
繊維自身のはね返りが多くて問題となつている
が、PVA系繊維の場合セメントとの親和性がよ
いために材料との分離がなく、その心配が全くな
い。 繊維自体のはね返りが多いことは他の材料に比
し高価な繊維を無駄にすることになり、コスト高
となるに加えて、吹付け部の繊維の量が減少し、
設計通りの補強性を示さないことになり、非常に
やつかいな問題である。繊維自体のはねかえりが
材料のそれより多くない点はPVA系繊維の大き
な特長である。 次に法面保護工事の場合は、PVA系繊維で補
強すると既述の特性のために従来の補強鉄鋼が省
け、吹付け厚さをうすく出来るメリツトがある。 そのほか老朽化した構造物の補修にも適用され
る。又ダム、水理構造物の効果的な補修が行な
え、道路橋床版への適用も可能である。さらに軽
量コンクリート、気泡コンクリートのように強度
の低いコンクリートの補強に有効である。 建築用途では間仕切り壁、プレキヤストの外部
階段左官モルタル等も適用の一例である。 以上適用例のほんの一部を記述したが、セメン
トモルタル、コンクリートを使用する分野であつ
て、曲げ強力、せん断強力、耐ひび割れ性、耐衝
撃性を必要とする分野には全て適用可能であり、
本発明の範囲内である。 以下実施例をもつて発明を詳細に説明する。 実施例１〜５、比較例１〜２ 砂／セメント比が1/1、繊維が２容積％になる
ように計量した砂、セメント、繊維をJIS Ｒ−
5201に示される練り混ぜ機を用い、乾燥状態で混
合した後、水−セメント比が0.4になるように水
を加えて３分間ミキシングを行つた。 使用するPVA系繊維は強度が140〜145Kg／mm²
で、単繊維デニールが0.8（実施例１）、2.0（実施
例２）、5.0（実施例３）、10.0（実施例４）、20.0（
実
施例５）、0.2（比較例１）、40（比較例２）で、そ
れぞれの総デニールが2000デニールの集束糸を
PVA−217を５％付着させてかためた後、単繊維
単位でのアスペクト比が1000になるように切断し
たものである。ミキシング後のモルタルを４cm×
４cm×16cmの型枠に流し込み、振動し、固め後、
一昼夜室温で放置し、脱型し、２週間の水中養生
と２週間の気乾養生を行つた。 繊維の分散、解繊度は型枠へ流し込む直前のモ
ルタルを50メツシユの金網に乗せて水でセメント
等を流し出し、解繊度標準サンプルと比較し判定
した。 曲げ強度、測定結果と合せて表−２に示した。

【表】

【表】 実施例６〜８、比較例３〜４ 使用するPVA繊維の強度が151Kg／mm²、単繊維
デニール２デニール、単繊維単位のアスペクト比
を250（実施例６）、400（実施例７）、600（実施例
８）、80（比較例３）、2500（比較例４）とそれぞれ
変更した以外は実施例１〜５と全く同様な方法で
実施した。表−３にその結果をまとめた。

【表】 実施例９〜11、比較例５ 使用するPVA繊維の単繊維デニールが２デニ
ール、単繊維の強度を100Kg／mm²（実施例９）、
120Kg／mm²（実施例10）、150Kg／mm²（実施例11）、
70Kg／mm²（比較例５）と、それぞれ変更した以外
は実施例１〜５と全く同様な方法で実施した。表
−４にその結果をまとめた。

【表】 実施例12〜15、比較例６〜７ 使用するPVA系繊維が単繊維デニールが２デ
ニール、集束糸の総デニール数を300（実施例12）、
700（実施例13）、1800（実施例14）、4000（実施例
15）、100（比較例６）、8000（比較例７）とそれぞ
れ変更した以外は実施例１〜５と全く同様な方法
で実施し、結果を表−５にまとめた。

【表】 実施例16〜19、比較例８〜９ 使用するPVA繊維の単繊維デニールが２デニ
ール、繊維の混入率を容量％で0.8（実施例16）、
1.5（実施例17）、3.0（実施例18）、5.0（実施例19）
、
0.2（比較例８）、8.0（比較例９）とそれぞれ変更
した以外は実施例１〜５と全く同様な方法で実施
し、表−６にその結果をまとめた。

【表】

【表】 実施例20〜23、比較例10 砂／セメント比が1/1、繊維が２容積％になる
ように計量した砂、セメント、繊維をJIS Ｒ−
5201に示される練り混ぜ機を用い、乾燥状態で混
合した後、水／セメント比が0.4になるように水
を加えて３分間ミキシングを行つた。 ミキシング後のモルタルを４cm×４cm×16cmの
型枠に流し込み、振動し固めた後、一昼夜室温放
置した。その後脱型し、２週間の水中養生と２週
間の気乾養生を行つた。 ここで使用するPVA系繊維は単繊維デニール
２、強度150Kg／mm²、集束糸総デニール2000とし
て、集束剤の種類を付着量６％で変更した集束糸
を使用した。集束剤はクラレ製PVA完全ケン化
PVA（実施例20）、クラレ製PVA−217（実施例
21）、クラレ製PVA−105、カチオン化ポリ酢酸
ビニルエマルジヨン（実施例23）、尿素−ホルマ
リン樹脂（比較例10）とした。集束糸の切断長
は、単繊維単位でのアスペクト比が1000となるよ
うに切断した。分散性、解繊度は実施例１〜５と
同様とし、曲げ強度を測定し、表−７にまとめ
た。

【表】

【表】 実施例24〜27、比較例11 １m³あたりのセメント量490Kg、細骨材937Kg、
粗骨材（15mm以下）418Kg、PVA系繊維1.2Kg
（２容積％）をパンミキサーで乾燥状態で２分ミ
キシング後、水290Kg（Ｗ／Ｃ＝0.6）を投入し、
さらに３分間ミキシングした。 該コンクリートを10cm×10cm×40cmの型枠に流
し込み、振動し固めた後、一昼夜室温放置後脱型
し、水中養生２週間、気乾養生２週間後、曲げ強
力を測定した。分散状態、解繊度は実施例１〜５
と同様にした。 ここに用いるPVA系繊維は単繊維デニール２、
強度150Kg／mm²、集束糸総デニール2000として、
集束剤の種類を付着量６％で変更した集束糸を使
用した。集束剤はクラレ製PVA−217（実施例
24）、クラレ製PVA−105（実施例25）、クラレ製
PVA−205（実施例26）、カチオン化ポリ酢酸ビニ
ルエマルジヨン（実施例27）、尿素−ホルマリン
樹脂（比較例11）とした。集束糸の切断長は、単
繊維単位でのアスペクト比が1000となるように切
断した。結果を表−８にまとめた。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単繊維デニールが0.5〜25デニール、引張り
   強度90Kg／mm²以上のポリビニルアルコール系繊維
   を２〜20重量％の水溶性集束剤でかためた200〜
   5000デニールの集束糸であつて、単繊維に解繊さ
   れたときのアスペクト比が100〜2000に切断され、
   かつセメントモルタル、コンクリート成形品中で
   は20％以上に単繊維へ解繊することを特徴とする
   セメントモルタル、コンクリート補強用繊維。 ２ セメントと必要に応じ細骨材、粗骨材とより
   なるマトリツクス中に、単繊維デニールが0.5〜
   25デニール、引張り強度90Kg／mm²以上のポリビニ
   ルアルコール系繊維を２〜20重量％の水溶性集束
   剤でかためた200〜5000デニールの集束糸であつ
   て、単繊維に解繊されたときのアスペクト比が
   100〜2000に切断され、かつセメントモルタル、
   コンクリート成形品中では20％以上に単繊維へ解
   繊する繊維が0.5〜６容積％配合されたことを特
   徴とする繊維で強化されたセメントモルタル、コ
   ンクリート成形物。