Production of fiber reinforced concrete

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度特性に優れた炭素繊維強化コンクリ−トの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維補強コンクリ−トは耐熱、耐火、耐水性を備え、軽量で強度に優れる等の特徴を有する材料として注目され、建築、土木用などへの利用、応用が近年盛んに行われている。

【０００３】炭素繊維は、従来からコンクリ−ト補強用に用いられている石綿やガラス繊維に比べ、マトリックスへの接着性や分散性が劣るため、これらの特性を改善し、得られる炭素繊維強化コンクリ−トの強度を高めるための様々な工夫が行われている。 例えば、特開昭６２
−１０８７５５号公報には、炭素繊維の表面に、カチオン性のスチレンブタジェン系ゴムラテックスを付着させることが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素繊維にゴムを付着させるためには、炭素繊維を予め酸化処理する必要があり、未処理の炭素繊維の場合はコンクリ−トへの接着性やコンクリ−トの中での分散性が悪かった。

【０００５】このような現状を鑑み、本発明は、これら従来からある方法のような制約がなく、しかも炭素繊維のマトリックスへの接着性や分散性を高め、強度に優れた炭素繊維強化コンクリ−トの製造方法を目的としてなされた発明である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＥＳＣＡ法により測定されるＯ _1s ／Ｃ _1sピーク比が０．１０以下である炭素繊維を分散粒子のζ電位がー３０ｍＶ以下の有機重合体微粒子の分散液で処理した炭素繊維を、セメント系マトリックス中に分散させることを特徴とする繊維補強コンクリ−トの製造方法にある。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。 本発明で用いる炭素繊維としては、公知の炭素繊維であれば特に限定されることなく使用できるが、特に本発明においては補強コンクリ−トの高強度化が主たる目的であるため、補強材料である炭素繊維としては、より高強度であることが望ましい。 従って、汎用的で、且つ高い強度特性の得られやすいポリアクリロニトリル系炭素繊維が好ましい。

【０００８】さらに、本発明で用い得る炭素繊維は、Ｅ
ＳＣＡ法により測定されるＯ _1s ／Ｃ _1sピーク比が０．１
０以下のものである。 ＥＳＣＡ法により測定されるＯ _1s
／Ｃ _1sピーク比が０．１０以下の炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系の繊維を通常の条件で炭素化することによって得られる炭素繊維そのもの、または低度の表面酸化処理したものである。 Ｏ _1s ／Ｃ _1sピ−ク比が０．１０
を超える炭素繊維に対して有機重合体微粒子を保持させても補強コンクリ−トの強度向上は図れない。

【０００９】本発明で用いる処理剤としては、有機重合体微粒子をアニオン性界面活性剤で水中に分散した分散液が使用される。 有機重合体としては、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリカ−ボネ−ト、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、キシレン樹脂、スチレン−ブタジェン共重合体またはこれらの２種以上の混合物などが例示される。

【００１０】上記の処理剤である有機重合体微粒子の種類は、強度特性向上に付随した改質の目的により適宜選定して用いる。

【００１１】有機重合体微粒子は、界面活性剤を用いて水中に分散される。 使用する活性剤としてはアニオン性界面活性剤を用い、有機重合体微粒子が負に帯電したいわゆるアニオン性分散液とする。

【００１２】使用するアニオン性界面活性剤としては、
通常、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムに代表されるスルホン酸塩類や、ラウリル硫酸エステルナトリウム塩に代表される硫酸エステル塩類、その他カルボン酸塩類、リン酸エステル塩類などが用いられ、分散液時に水中で有機重合体微粒子のζ電位が−３０ｍＶ以下になるように界面活性剤の種類、濃度等をコントロ−ルする。 ζ電位が−３０ｍＶより高いと、繊維同志がくっつき合い、繊維補強コンクリ−トとした場合、強度向上効果が得られない。

【００１３】処理剤の付着量は、処理剤濃度や付着方法を適宜工夫することにより調整し、付着後は通常、乾燥して水分を除去する。 これにより、処理剤成分が炭素繊維表面を覆い、更にその上に界面活性剤が島状に散在すると考えられる。

【００１４】炭素繊維に対する処理剤の付着量は、固形分で０．１〜５重量％の範囲が好ましい。 付着量が０．
１重量％より少ないとその効果が発揮されず、また、５
重量％を超え多過ぎると繊維同志がくっつき合いマトリックス中における分散が不十分となり、炭素繊維補強コンクリ−トとした場合強度特性の向上効果が得られなくなる。

【００１５】本発明によるアニオン性界面活性剤で分散した分散液を用いて表面処理した炭素繊維による炭素繊維補強コンクリ−トは、未処理の炭素繊維を用いたものに比べ強度特性に優れている。

【００１６】この向上効果は、処理された炭素繊維の静電的特性が関与しているものと推定される。 つまり、有機重合体微粒の分散液の表面処理により炭素繊維同志は反発し合って分散性が高まり、また処理剤の主成分などの作用でマトリックスとの接着性が高まった結果、補強コンクリ−トの強度特性が向上したものと考えられる。

【００１７】又、本発明による炭素繊維補強コンクリ−
トの強度が高いことは、炭素繊維表面状態が処理剤種と大きく関わっており、即ち、炭素繊維のＥＳＣＡ法により測定されるＯ _1s ／Ｃ _1sピーク比が０．１０以下である場合にアニオン性分散液による処理が補強コンクリ−トの強度特性向上に有効となる。 このとき、カチオン性あるいはノニオン性分散液による処理では向上効果が薄い。

【００１８】本発明において、処理された炭素繊維は、
補強材料として用いるに当り、従来のように繊維形態には何らの制限はなく、補強コンクリ−トの強度の製法に応じて短繊維、長繊維、ストランド状、シート状、不織布状、織物状など種々な形態で使用でき、ダイレクトスプレ−法、プレミックス法、含浸法、ハンドレイアップ法 抄造など各種方法で施工できる利点を有する。 また、各種水硬性セメントを用いて板状、管状、柱状など各種形状の成形物にすることができる。

【００１９】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に具体的に説明する。 実施例 直径７μｍ、比重１．７９、引張強度３５０ｋｇｆ／ｍ
ｍ ² 、弾性係数２４×ｋｇｆ／ｍｍ ² 、伸度１．５％の表面酸化処理をしていないＯ _1s ／Ｃ _1sピーク比が０．０
９の炭素繊維束を、平均粒径０．１μｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムで分散させた濃度１．０％、ζ電位−４３ｍＶの分散液に通した後、１２０℃で２分間乾燥した

【００２０】この炭素繊維束を３ｍｍの長さにカットし、表１に示す配合で炭素繊維補強コンクリ−ト供試体を作成した。 練り混ぜは、繊維混入率１％として１０リットルオムニミキサ−を用いた。

【００２１】

【表１】

【００２２】成型後、第１次養生（湿気室で１日）し、
更に材令１日で離型後、第２次養生（３０℃の水中で７
日）を行った。 炭素繊維補強コンクリ−トの評価は、タテ４ｃｍ、ヨコ１６ｃｍ、厚さ４ｃｍの供試体を用い、
スパン１０ｃｍ、クロスヘッドスピ−ド２ｍｍ／分で中央集中載荷曲げ試験で行った。 その結果は２５０Ｋｇｆ
／ｃｍ ²であった。

【００２３】比較例１ 実施例と同様にしてζ電位−１９ｍＶの１．０％濃度のノニオン性アクリル・スチレン系分散液を用いて処理した炭素繊維を使って炭素繊維補強コンクリ−ト供試体を作成し、曲げ試験を行った。 結果は２００Ｋｇｆ／ｃｍ
であった。

【００２４】比較例２ 実施例１と同様にして、未処理の炭素繊維を用いて炭素繊維補強コンクリ−ト供試体を作成し、曲げ試験を行った。 結果は２３７Ｋｇｆ／ｃｍ ²であった。

フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁶識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 14:38 Ａ 20:10） (72)発明者 今井 義隆 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社中央研究所内 (72)発明者 武井 吉一 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 末永 龍夫 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 里山 公治 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内