【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は従来流動性が得られず製造が困難であった粗骨材混入繊維補強コンクリートに高炉スラグ微粉末を混入することにより流動性を改善し、カット長６〜６０ｍｍ、直径５〜３００μの高強度・高弾性率繊維で補強してなる高い曲げ強度、圧縮強度およびタフネスを有し、耐衝撃性に優れた高靭性繊維補強コンクリート及びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】粗骨材の混入された一般コンクリート製品およびトンネルの吹付けコンクリート製品や法面コンクリート製品には繊維径の太い鋼繊維やビニロンが曲げ強度の改善やひび割れ防止の目的で利用されてきた。 また、最近ポリオレフィン系樹脂から紡糸しマトリックスとの付着性を改善するため表面に凸凹を付形したモノフィラメントが吹付けコンクリートに検討されている。 また、高炉スラグ微粉末を混入したセメント製品がコンクリート製品のコストの低減とリサイクルの観点から検討されている。 一方、高強力・高弾性率繊維はその特性を活かして耐衝撃材、ロープ及びコンポジット補強材，等として用いられてきた。 また、粗骨材無混入のモルタル調合では各種高強度モルタルが提案されている。 【０００３】近年鉄道トンネル壁面や橋梁から外壁の剥離落下事故が発生し高い耐ひび割れ性、曲げ強度、圧縮強度、タフネスを有し、耐衝撃性に優れた高靭性繊維補強コンクリート製品が求められている。 粗骨材の混入されていないモルタル、スレート等には繊維径が小さく繊維長の短いポリオレフィン、アクリル、ビニロン繊維等も混練が可能であり、アスベスト代替として多用させている。 しかし、一般のポリオレフィン、アクリル、ビニロンでは十分な曲げ強度、圧縮強度が出ないという問題があった。 一方粗骨材の混入した一般的なコンクリート製品では粒子径の大きな粗骨材を補強するためには粗骨材径より長い繊維長の繊維を使う必要がある。 しかし、
繊維長の長い繊維を用いるとファイバーボールの生成や流動性が低下するためこれらの繊維はまったく使用されていない。 このため粗骨材混入繊維補強コンクリート製品では流動性を低下させない繊維径の太い鋼繊維やビニロン繊維が専ら使用されている。 しかし、分散性をよくするため繊維径を太くすると、セメントとの接着性が悪く繊維が引抜け充分な補強効果が得られないという問題があった。 特にトンネル吹付けコンクリート製品や法面コンクリートを施工するためには高い流動性が要求されるが繊維径の細い繊維を混入するとコンクリートマトリックスの流動性が低下するため流動性が高く、また、施工性の良いコンクリートマトリックスの開発が強く求められていた。 さらに、繊維補強として一般的に使用される鋼繊維は施工時のはね返りや投入重量が重い等の問題点が指摘されており、軽量で施工性の良い高靭性繊維補強コンクリート製品が求められていた。 【０００４】また、高炉スラグ微粉末を用いて高強度吹付けコンクリートやモルタルが検討されているが一般的に高炉スラグ微粉末を含有するコンクリートは中性化が早い等の問題が指摘されている。 従って、高炉スラグ微粉末を含有するコンクリート製品においても高い靭性や優れた耐久性が求められていた。 特開平成１１−１１６
２８９号公報には高炉スラグ微粉末の対セメント比を１
０〜４０vol％とした繊維無混入吹付けコンクリートが提案されている。 しかし、一般的に高炉スラグ微粉末を配合した場合初期強度が小さく、また、高炉スラグ微粉末の品質のばらつきが大きい事が指摘されている。 このため安全率を高める意味からも高強度・高弾性率繊維で補強した繊維補強コンクリートを開発する必要があった。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来粗骨材混入コンクリート製品において混練が難しいとされた繊維長６〜６０ｍｍ、繊維径５〜３００μの繊維で補強してなる高い曲げ強度・圧縮強度およびタフネスを有し、
かつ、耐衝撃性に優れた粗骨材混入高靭性繊維補強コンクリート及びその製造方法を提供することを課題とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ね、吹付けコンクリート、法面コンクリート、耐震壁コンクリート、砂防コンクリート等の耐衝撃コンクリートおよび道路舗装コンクリート等粗骨材の混入した一般的な繊維補強コンクリートとして特に好適な高靭性繊維補強コンクリート製品を提供するために下記の手段をとる。 【０００７】即ち、本発明は、セメント(C)、細骨材(S)
及び粗骨材(G)等よりなるコンクリート混合物、補強繊維並びに高炉スラグ微粉末(Sg)が対セメント(C)比で４
０〜６０vol％混合してなることを特徴とする高靭性繊維補強コンクリートである。 具体的にはコンクリート補強繊維が繊維長５〜６００ｍｍ繊維径５〜３００μの高強度・高弾性率繊維であることを特徴とする上記記載の繊維補強コンクリート、高強度・高弾性率繊維の引張強度が１０ｃN／ｄTex以上、弾性率が５００ｃN／ｄTex以上であることを特徴とする上記記載の高靭性繊維補強セメントである。 また本発明は結合材料（C＋Sg）を６０
０〜７００Ｋｇ／ｍ 3 、細骨材比（S/S+G）５５〜７０vo
l％及び水結合材比(水/C)３５〜６０wt％の割合で混合し補強繊維を分散混合することを特徴とする高靭性繊維補強コンクリートの製造方法である。 コンクリートマトリックスの流動性を改善するためセメント比で４０〜６
０vol％、更に好ましくは４５〜５５vol％の高炉スラグ微粉末を混入してなることを特徴とする繊維補強コンクリート製品である。 また、流動性を高めるため単位結合材料６００〜７００ｋｇ／ｍ 3細骨材比を５５〜７０vol
％、水結合材比３５〜６０vol％、さらに、好ましくは単位結合材料６００〜６５０ｋｇ／ｍ 3 、細骨材比６０
〜６５vol％、水結合材比４０〜５０vol％として製造する高靭性繊維補強コンクリートである。 さらに、繊維長が６〜６０ｍｍ、繊維径５〜３００μ、さらに好ましくは繊維長２５〜６０ｍｍ、繊維径１０〜５０μの高強力・高弾性率繊維を分離分散して含有してなる高靭性繊維補強コンクリートである。 【０００８】以下に本発明を詳細に説明する。 本発明の高炉スラグ微粉末の添加量は少なすぎると流動性が得られず、一方添加量が多すぎると十分な強度が得られない。 繊維を混入できる流動性を得るためにはセメント比で４０〜６０vol％、さらに好ましくは４５〜５５vol％
の高炉スラグ微粉末を混入することが肝要である。 また、結合材料、細骨材比や水結合材比も流動性に影響する。 鋭意検討した結果本発明に最適な結合材量、細骨材比と水結合材比は各々６００〜７００ｋｇ／ｍ 3 、５５
〜７０vol％、３５〜６０vol％、さらに好ましくは結合材料６００〜６５０ｋｇ／ｍ 3 、細骨材比５５〜６５vol
％、水結合材比４０〜５０vol％として製造することを特徴とするものである。 【０００９】本発明の高靭性繊維補強コンクリートにおいて好適に用いることのできる高強力・高弾性率繊維としては、超高分子量のポリオレフィン繊維が挙げられる。 高い繊維補強効果を出すために、高弾性率ポリオレフィン繊維の引張り強度が少なくとも１０ｃN／ｄTex以上、弾性率が４００ｃN／ｄTex以上であることを特徴とする高靭性繊維補強セメントである。 さらに、引張り強度１５ｃN/ｄTex以上、弾性率が５００ｃN／ｄTex以上であることが好ましい。 各々１０ｃN／ｄTex、４００ｃ
N/ｄTex以下では補強効果があまり認められない。 ポリオレフィンとしてはポリエチレンやポリプロピレンが一般的であるが特に規定される物ではない。 また、本発明に用いられる超高分子量のポリオレフィン繊維はセメントアルカリ性下でも非常に安定であり、耐光性にも優れるため本発明の高靭性繊維補強セメントは耐久性に優れる。 さらに、超高分子量のポリオレフィン繊維は屈曲性、耐摩耗性に優れるため混練時の繊維折れもなく、また、単位重量当たりの衝撃エネルギー吸収率が高いため本発明の高靭性繊維補強セメントは耐衝撃性に優れている。 【００１０】発明者は、本発名の高靭性繊維補強セメントの曲げ強度、圧縮強度、タフネスや耐衝撃性を向上させるための好適に用いるセメント補強用繊維としてカット長が１５〜６０ｍｍであることが望ましいことを明らかとした。 本発明のセメント補強用繊維として好適な高強力・高弾性率ポリオレフィンは一般的にセメントマトリックスとの接着性が低い。 また、接着性に乏しい骨材が混入されたセメント製品ではさらにセメントマトリックスとセメント補強用繊維との接着性を上げる必要がある。 繊維のすり抜けを防ぎ曲げ強度、圧縮強度およびタフネスを向上させるためにはカット長が１５〜６０ｍｍ
であることが必要である。 好ましくは２０ｍｍ以上、さらに好ましくは２５〜６０ｍｍである。 ６０ｍｍをこえて長くなるとセメントマトリックスに対する分散性が悪く混練が困難となる。 また、セメント補強用繊維のすり抜けを防ぐという観点からすると繊維径を細くし、繊維とマトリックスとの接触表面積を増す必要がある。 好ましくは５μ〜３００μである。 さらに好ましくは１０μ
〜３０μである。 ３００μを超えるとと表面積が減少しすり抜けがおこり、５μ以下になるとセメントマトリックスに対する分散性が低下する。 【００１１】以下に、本発明の高靭性繊維補強コンクリートの実施例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 【００１２】本発明で用いた実験方法を以下に示す。 表１に使用材料の一覧を示す。 セメントには早強ポルトランドセメント、混和材として高炉スラグ微粉末を用いた。 これは、高流動コンクリートのスランプを出来るだけ大きくすることにより施工性を上げることをいとしている。 【００１３】 【表１】 【００１４】調合：表２に使用調合を示す。 すべての調合について、コンクリート補強繊維としてはカット長３
０ｍｍの高強度・高弾性率ポリエチレン繊維を用い、繊維体積率Ｖｆ＝１．０％一定とした。 【００１５】 【表２】 【００１６】 【実施例】実施例１〜３では水結合材比Ｗ／Ｂ＝４０vo
l％、単位結合材量Ｂ＝６００Ｋｇ／ｍ 3一定とし、細骨材率ｓ／ａを５５、６０、６５vol％の３水準で変化させた。 比較例１および実施例４〜５ではＷ／Ｂ＝４０vo
l％、ｓ／ａ＝６５vol％一定とし、単位結合材量５５
０、６００、６５０Ｋｇ／ｍ 3の３水準で変化させた。 比較例２および実施例６〜７ではｓ／ａ＝６５vol
％、B＝６５０一定とし、水結合材比Ｗ／Ｂを３３、４
０、５０vol％の３水準で変化させた。 【００１７】混練： 容量３０ｌのオムニミキサーを使用した。 混練手順は、セメント、高炉スラグ、砂、砕石を１５秒間空練後、水、高性能ＡＥ減水剤を加え、３０
秒間混練後、繊維を投入しながら４分間練り混ぜた。 供試体の締め固めには高周波バイブレーターを使用した。 【００１８】試験方法：圧縮試験には、φ５０×１００
ｍｍ円柱供試体を用い、圧縮応力−ひずみ曲線をを測定した。 曲げ試験には、１００×１００×４００ｍｍの角柱供体を用い、中央３点曲げ載荷（スパン長３００ｍ
ｍ）により過重−載荷点変位曲線を測定した。 なお、供試体は各３個ずつ作製し、標準養生材齢１４日後試験を行なった。 また、ヤング係数は１／３割線弾性係数、曲げタフネスはＪＣＩ基準に準拠し、基準変位２ｍｍまでの荷重−変位曲線下の面積として求めた。 【００１９】 【表３】 【００２０】圧縮および曲げ強度試験結果を表２に示す。 それぞれの調合因子について曲げタフネスが最大となる値で比較すると、細骨材率５５vol％〜６５vol％でそれ程差がなく好適であった。 一方、単位結合材量および水結合材比では比較例１および２に比較し、実施例が優れており各々６００〜６５０ｋｇ／ｍ 3 、４０vol％〜
５０vol％が好適であった。 【００２１】 【発明の効果】本発明によると、高い曲げ強度、圧縮強度およびタフネスを有し、かつ耐衝撃性に優れ、吹付けコンクリート、法面コンクリート、耐震壁コンクリート、砂防コンクリート等の耐衝撃コンクリートおよび道路舗装コンクリート等粗骨材の混入した一般的な繊維補強コンクリートとして特に好適な高靭性繊維補強コンクリートを提供することを可能とした。 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 16:06 Ｃ０４Ｂ 16:06 Ｅ 18:14） 18:14） Ｃ 103:32 103:32 111:20 111:20 |
