ポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法
【課題】ポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートにより、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止してトンネル覆工を補強する。
【解決手段】トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強するトンネル覆工の補強工法であって、前記コンクリートに、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有するほぼ多角形であり、かつ該突起部の先端に、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されているポリオレフィン短繊維を混入する。
【解決手段】トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強するトンネル覆工の補強工法であって、前記コンクリートに、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有するほぼ多角形であり、かつ該突起部の先端に、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されているポリオレフィン短繊維を混入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル覆工に変状があらわれたり、そのおそれがある場合に、その変状の進行を防ぎ、トンネル覆工を補強するために、トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強する方法が採用されることがある。
コンクリートは、一般に圧縮応力には強いが、引張応力、曲げ応力に対しては弱いため、鉄筋、その他の緊張材で補強して使用されている。しかし、脆性が大きいため、ひび割れに対しては鉄筋などの補強材では十分に対応しきれないのが現状であり、トンネル内壁の剥落事故が発生している。近年、コンクリートに高強度化を求める動きが加速し、脆性は更に大きくなる傾向にあり、長期の安定性という点で改良が求められている。
トンネル内壁などの剥落の原因は、コンクリートに発生するひび割れとその拡大にある。そこで、その対策として、鋼繊維、ビニロン繊維などの繊維状物を所定長さに切断した短繊維をコンクリートに添加配合することが知られている（例えば特許文献１及び２参照）。
しかし、鋼繊維は、重い、錆びるなどの欠点があり、踏み抜きによる怪我のおそれなどの安全性の問題がある。ビニロン繊維は、セメントアルカリ条件下で温度が上昇すると加水分解しやすいなど、長期安定性の点で問題がある。
【０００３】
一方、ポリオレフィン短繊維はアルカリ耐久性に優れ、安価であるが、親水性に乏しいため、界面活性剤などを添加してセメントとの付着性を改善することが行われている。しかし、ポリオレフィン繊維は、基本的にはセメントと接着しないため、界面活性剤処理だけでは不十分である。そこで、コンクリートからの繊維の素抜け対策として、凹凸刻印ローラーで繊維表面を熱プレスして、繊維表面に凹凸加工を施したポリオレフィン繊維が提案されている（例えば特許文献３及び４参照）。
【特許文献１】特開平５−２６２５４４号公報
【特許文献２】特開平８−２１８２２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１１６２９７号公報
【特許文献４】特開２０００−６４１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、繊維の素抜け抵抗を上げるという点からは、繊維表面に凹凸加工を施すことは有効であるが、熱プレスという加工技術上、繊維の押圧部分が扁平化するため、コンクリートの耐ひび割れ性はある程度向上するが、コンクリートの圧縮強度、曲げ強度は低下する。また実用的な耐ひび割れ性を付与するためには、繊維を多量に配合する必要がある。このため、実用上満足できる繊維補強コンクリートは得られておらず、吹付けコンクリートを用いてトンネル覆工を十分に補強できてはいない。
【０００５】
本発明の課題は、ポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートにより、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止してトンネル覆工を補強することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１、２に示すように、トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強するトンネル覆工の補強工法であって、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有するほぼ多角形であり、かつ該突起部の先端に、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されているポリオレフィン短繊維を混入したコンクリートを、トンネル覆工の内壁面に吹き付けて補強することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法において、前記ポリオレフィン短繊維を０．０５〜２容積％配合したコンクリートを用いることを特徴とする。
【０００８】
このように、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維の表面積を大きくし、物理的結合を著しく高めることのできる、特定の突起部を有するポリオレフィン短繊維をコンクリートに混入する。そして、このコンクリートをトンネル覆工の内壁面に吹き付けることにより、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止して、トンネル覆工を補強することができる。
【０００９】
ここで、ポリオレフィン短繊維は、前記突起部の先端の凹部又は凸部の配置間隔が０．５〜５ｍｍであることが好ましい。また、繊維長が５〜８０ｍｍであることが好ましい。また、ポリオレフィン樹脂がポリプロピレン樹脂であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンクリートに混入するポリオレフィン短繊維が、３〜６個の突起部を有する異形断面であるため、セメントとの接触面積が大きい。さらに、突起部の先端だけに凹部又は凸部を形成しているため、セメントとの物理的結合が著しく高く、また凹凸付形による繊維の引張り物性の低下が小さい。その結果、コンクリート硬化後の繊維の素抜けが防止できるため、極めて優れた補強効果を発揮する。したがって、トンネル覆工の補強に適用すると、その曲げ靭性、引張強度を著しく向上し、また効果的にひび割れ発生を防止でき、トンネル覆工の補強を十分に行うことができる。
また、ポリプロピレン短繊維の比重が軽いために運搬、コンクリートに配合する場合の投入作業、施工性が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明における繊維原料は、耐セメントアルカリ性を要求される観点から、ポリオレフィン樹脂であることが必要である。ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ４−メチルペンテン−１樹脂などを使用することができるが、特にポリプロピレン樹脂が好ましい。
ポリプロピレン樹脂としては、プロピレン単独重合体、エチレンなどのα−オレフィンとプロピレンのブロック共重合体又はランダム共重合体などのプロピレン共重合体、又はそれらの混合物を使用することができる。これらの中では、プロピレン単独重合体又はエチレン−プロピレンブロック共重合体が好ましい。繊維の引張ヤング率がセメントへの付着強力より大きいことが望ましいことから、特にアイソタクチックペンタッド分率０．９５以上のポリプロピレン樹脂を選択して使用することが最も好ましい。ここでアイソタクチックペンダッド分率とは、Ａ．Ｚａｍｂｅｌｌｉ等によってＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ６ ９２５（１９７３）に発表された、１３ＣＮＭＲを使用して測定されるポリプロピレン分子内のペンダッド単位でのアイソタクチック分率を意味する。
また、ポリプロピレン樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、連続的な安定生産性の点から、０．１〜３０ｇ／１０分、好ましくは０．３〜２０ｇ／１０分、さらに好ましくは０．５〜１０ｇ／１０分の範囲で選定するのが好適である。
【００１２】
ポリプロピレン樹脂には、その紡糸前及び／又はその過程において、必要に応じて他のポリオレフィンを配合することもできる。ここで配合する他のポリオレフィンとしては、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸アルキル共重合体などのポリエチレン系樹脂、ポリブテン−１などが挙げられる。
【００１３】
本発明において吹付けコンクリートに混入するポロオレフィン短繊維は、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維は横断面の形状が３〜６個の突起部を有する略多角形であり、かつ該突起部の先端のみに、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されていることが特徴である。略多角形断面としては、３又は４個の頂点を有する形状のものがより好ましい。繊維の形状をこのように形成することによって、従来の丸形断面や扁平丸形断面を有する繊維に比べて、セメント配合時の断面曲げ二次モーメントが向上する。このため、比較的小さな引張ヤング率の短繊維であっても、セメント配合時の粗骨材、細骨材などとの衝突による短繊維の屈曲が抑制され、分散性及び大きなコンクリート物性向上効果を発揮する。
また、本発明におけるポリオレフィン短繊維の凹部又は凸部は、突起部の先端のみに形成されている。これは、セメントとの定着性と引抜き抵抗力を効果的にするとともに、繊維の引張り強度、ヤング率の低下を抑制するためである。
【００１４】
前記突起部の凹部又は凸部の大きさとその配置については特に限定されないが、突起部表面の繊維の長手方向に沿って、なるべく０．５〜５ｍｍの適宜間隔で配置されていることが好ましい。しかし、繊維切断後の短繊維の長さの概ね７０％以上の長さにわたって配置されていれば、不規則な間隔であってもよい。突起部は繊維の長手方向に対し同一線上にある必要はなく、スパイラル状に配置されていてもよく、不規則配置であってもよい。また、突起部の先端の凹部又は凸部は、全ての突起部の先端に形成されていることが好ましいが、２列以上の突起部に形成されていればよい。
なお、本発明に用いるポリオレフィン繊維は、単層繊維だけでなく、ポリオレフィン高融点成分を芯層とし、ポリオレフィン低融点成分を鞘層とする複合繊維を使用することもできる。このような複合繊維の製造方法は、公知である。
【００１５】
本発明に用いるポリオレフィン短繊維の製造方法は、特に限定されず、種々の方法を採用することができる。通常、まず、上記のポリオレフィン樹脂を用いて、所望の突起形状に対応した形状のノズルから熔融押出しし、冷却、延伸を経て、繊維の長手方向に連続したフィン状の突起状物を有する単層繊維又は複合繊維を成形する。次いで、フィン状の突起状物を本発明の凹部又は凸部を有する突起部に変形し、界面活性剤の付着処理などを施し、最後に所望の長さに切断することにより製造することができる。以下に、ポリオレフィン短繊維の製造方法をより詳細に説明する。
【００１６】
繊維の長手方向に連続したフィン状の突起状物を有する短繊維を成形する方法としては、特に制限はなく、突起部が付設された横断面が、３〜６個の突起部を有する略多角形、たとえば略三角形、略星形多角形、略複合多角形などを形成するように製造できる方法であれば、いかなる方法でもよい。たとえば、十字形、Ｙ字形、三角形、Ｘ形、四角形、星型又はこれらの連糸形状のノズルを用いて、ポリオレフィン樹脂をダイスから熔融押出しし、冷却固化して、ポリオレフィン繊維を得ることができる。
【００１７】
上記により得られたポリオレフィン繊維は、次に、熱延伸、及び必要に応じて熱弛緩処理を施す。この熱処理によって繊維の剛性を高めて、伸びの小さいセメント補強用として好適な繊維とすることができる。熱延伸はポリオレフィン樹脂の融点以下、軟化点以上の温度下に行われ、通常は延伸温度が７０〜１５０℃の範囲で行われる。
熱延伸法としては、熱ロール式、熱板式、赤外線照射式、熱風オーブン式、熱水式、水蒸気式などの加熱方式を採用できる。延伸操作は、１段延伸、２段延伸、多段延伸のいずれでもよい。延伸倍率は、２倍以上で破断しない程度であればよく、通常は３〜１２倍、好ましくは６〜９倍である。ここで延伸倍率とは、供給ロール速度と引き取りロール速度の比で表したものである。
【００１８】
ポリオレフィン繊維の突起部の先端のみに凹部又は凸部加工を施す方法についても特に制限はない。たとえば、ストランドを刻印加熱ローラーで突起部の先端のみに刻印を付形する方法を採用することができる。また、繊維の長手方向に連続したフィンを有する繊維を加熱炉に短時間で通過させながら、熔融潜熱の小さいフィンのみを熔融、冷却し、部分的に凝集させることによって突起部の先端のみに凸部を形成させる方法を採用することもできる。
突起部の先端のみに凸部を形成するための加熱方法としては、樹脂を熔融できる温度に短時間に昇温できる方法であれば、特に限定されない。たとえば、１８０℃以上に加熱した熱風雰囲気の短時間接触であっても、突起部の先端は繊維の芯部に比べて熔融潜熱が小さいため、突起部の先端のみを熔融、凝集させて、トゲ状凸部を形成させることができる。
【００１９】
上記ポリオレフィン繊維は、その単糸繊度が１００〜１０，０００ｄｔｅｘ、好ましくは１０００〜９０００ｄｔｅｘの範囲にある。単糸繊度が１００ｄｔｅｘ未満では繊維が細すぎて、セメント混和中の分散が不均一となってファイバーボールになり易く、施工性や補強性の点で好ましくない。一方、単糸繊度が１０，０００ｄｔｅｘを超えると繊維のセメント混和物との接触面積が減少し、配合繊維量（容量％）との調整を行ううえで、補強効果が劣り好ましくない。
【００２０】
上記ポリオレフィン繊維は、短繊維とするための切断前または切断後に種々の処理を施すことができる。たとえば、繊維表面を界面活性剤、分散剤、カップリング剤等で処理してもよいし、またはコロナ放電処理、紫外線照射、電子線照射等により表面活性化または架橋化等の処理を行ってもよい。特に、コンクリートに配合する際の分散性を高める点から、界面活性剤などで表面親水化処理を行うことが好ましい。
界面活性剤としては、疎水性であるポリオレフィン繊維とセメントとの親和性を向上させるため、親水性の界面活性剤を使用するのが好ましい。ポリオレフィン繊維に親水性を付与することにより分散性が向上し、繊維とセメントが均質に混合されることによって繊維補強効果が向上する。
親水性の界面活性剤としては、特に限定なく使用することができるが、なかでもポリエチレングリコールアルキルエステル系ノニオン界面活性剤、アルキルフォスフェート系アニオン界面活性剤、多価アルコール型アマイドノニオン系界面活性剤などを好ましく使用できる。
【００２１】
ポリエチレングリコールアルキルエステルとしては、水分散液の安定性、繊維付着性の点から、それを構成する長鎖脂肪族アルキル基の炭素数が６〜１８、好ましくは８〜１６であるものが好ましい。好ましいポリエチレングリコールアルキルエステルの具体例としては、ポリエチレングリコールラウレート、ポリエチレングリコールオレエート、ポリエチレングリコールステアレートなどが挙げられる。
アルキルホスフェートは、平均炭素数１８以下、好ましくは６〜１６、より好ましくは８〜１４のアルキル基を１分子中に１〜２個、好ましくは１個有するホスフェートであり、塩としてはアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン塩が挙げられる。好ましいアルキルフォスフェートの具体例としては、オクチルホスフェート、ラウリルホスフェート、ステアリルホスフェートのような高級アルコールの燐酸エステルのナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムなどの塩及びアミン塩が挙げられる。その中和は遊離水酸基の５０％以上、特に完全中和物が好ましい。
多価アルコール型アマイドノニオンは、炭素数４〜１８のアルキルアミンと、３〜１３個の水酸基を持つポリグリセリンとの付加反応物が用いられ、好ましくは炭素数１１〜１７のアルキルアミンと、３〜６個の水酸基を持つポリグリセリンとの付加反応物が用いられる。
【００２２】
その他の好ましい界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルが挙げられる。ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテルリン酸エステルなどが挙げられ、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ポリオキシエチレンステアリン酸エステルなどが挙げられる。これらの界面活性剤は、一種単独又は二種以上を混合して使用することができる。
【００２３】
上記界面活性剤の繊維に対する付着量は特に限定されないが、セメント配合時の泡の発生抑制の観点から、総繊維に対して、通常０．０５〜２重量％の範囲で用いられる。繊維に対する付着量が、総繊維に対して０．０５重量％未満ではポリオレフィン繊維に親水性が充分付与されないおそれがあり、また、２重量％を超えても親水性は頭打ちになり、かえって繊維混練時のセメントフレッシュ中に気泡が発生し、コンクリートの圧縮強度、曲げ強度などの物性値を低下させるおそれがあるので好ましくない。気泡の発生を抑制するために、繊維への界面活性剤処理時に、消泡剤を併用することもできる。
【００２４】
ポリオレフィン繊維に表面処理剤を付着させる方法としては、特に限定はなく、浸漬法、スプレー法、コーディング法のいずれの方法も採用することができる。繊維に表面処理剤を付与した後、必要に応じて、絞りロールなどを用いて繊維集合体の内部にまで浸透させることができる。
【００２５】
こうして得られたポリオレフィン繊維は、所定長さにカットされ、コンクリート補強用の短繊維として使用される。コンクリートのひび割れにくさ（靭性）を向上する観点からは、短繊維の太さ（繊維径Ｄ）はより細く、長さ（繊維長Ｌ）はより長いもの、すなわち、短繊維のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）がより大きいものほど好ましいが、本発明に用いるポリオレフィン短繊維は、従来品に比べて、アスペクト比が小さくても、すなわち短繊維径が同じであれば繊維長が短くても補強効果が大きいという特徴がある。
本発明に用いるポリオレフィン短繊維は、短繊維の繊維長（見かけ長さ）が５〜８０ｍｍ、好ましくは５〜６０ｍｍ、さらに好ましくは５〜５０ｍｍである。繊維長が５ｍｍ未満では、セメントからの抜けが生じやすく、７０ｍｍを超えると分散性が不良となる場合があり好ましくない。
【００２６】
次に、本発明に用いるポリオレフィン短繊維は、強化繊維材として、セメント、細骨材、粗骨材、水及び適量のコンクリート混和剤、又はセメント、細骨材、水及び適量のモルタル混和剤に配合して用いられ、吹付けコンクリートとすることができる。ここで、セメントとしては、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント等の水硬性セメント又は石膏、石灰等の気硬性セメント等のセメント類を使用することができる。細骨材としては、川砂、海砂、山砂、珪砂、ガラス砂、鉄砂、灰砂、その他人工砂などが挙げられ、粗骨材としては、レキ、砂利、砕石、スラグ、各種人工軽量骨材などが挙げられる。混和剤としては、空気連行剤（ＡＥ剤）、流動化剤、減水剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤などを混合使用することができる。
【００２７】
セメントに対するポリオレフィン短繊維の配合量は、コンクリートの体積に対して、通常、０．０５〜２容積％である。セメント配合時の繊維の均一分散性、配合セメントの流動性、施工性、コンクリートの物性向上効果の点から、セメントに対するポリオレフィン繊維の配合量は、好ましくは０．３〜２容積％、さらに好ましくは０．５〜１容積％の範囲である。
【００２８】
コンクリートの製造方法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、水等よりなるコンクリート混合物をベースコンクリートとし、このベースコンクリートを混練後に、続けてポリオレフィン繊維を投入し混練を行なうことができる。混練時間は１回当たりの混合量により異なるが、一般的には、ベースコンクリートの混練は４５〜９０秒、ポリオレフィン繊維を投入後の混練についても４５〜９０秒の範囲が適当である。
【００２９】
このようにして得られたコンクリートを、周知の吹付け装置を用いて、図１に示すように、コンクリート圧送ホース１３を通して吹付けノズル１２から、吹付け面である既設二次覆工コンクリート１１（トンネル覆工）の内壁面に吹き付ける。吹付けコンクリート１０は、特定の突起部を有するポリオレフィン短繊維が混入されているため、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止して、トンネル覆工を補強することができる。また、繊維補強による曲げ強度向上のため鉄筋量の減少が可能となり、かつコンクリート板の厚さの減少させることができ、工期の短縮、原材料の節減などに有効である。さらに、繊維が柔軟で弾性があること、親水性が高く軽いことから、吹き付け時の骨材や繊維のハネ返りも少なく、コンクリートの落下も少なく、収率安全面で有効である。
【００３０】
次に、本発明に用いるポリオレフィン短繊維の製造例と、それらを混入したコンクリートの実施例を、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００３１】
製造例１
孔数が３０、孔形がＹ型のノズルを備えた１軸溶融押出機を使用し、ＭＦＲ４ｇ／１０分のアイソタクチックポリプロピレン（出光石油化学株式会社製、Ｙ−４００ＧＰ）を押出温度２５０℃で溶融押出した。押出された樹脂を冷却水槽中に投入して固化させた後、引き続き２台の延伸用ネルソンローラー間で、１１０℃の蒸気加熱チャンバー内で、４．６倍に延伸して、断面略三角形で単糸繊度７，１００ｄｔｅｘのストランドを得た。
次いで、１８０℃の熱媒で加熱された上下１対のストランド方向に垂直な平行柄凹凸ローラー（φ２２０ｍｍ、突起先端半径０．５ｍｍ、深さ０．９ｍｍに調整し、突起ピッチ４．４ｍｍ）を、凸先端クリアランスで０．９ｍｍに調整し、このローラー表面速度をストランドと同速度で順回転させ、断面の先端部分のみに凹形状を付形した。この後、水で希釈した多価アルコール型アマイドノニオン系界面活性剤（竹本油脂株式会社製）をスプレーにて０．４重量％相当になるように、ストランドに付着させ、熱風乾燥機で９０℃で水分を除去した後、ファン型カッターで３０ｍｍ定長にカットして、図２に示すポリプロピレン短繊維１を得た。
このポリプロピレン短繊維１の引張物性は、強度３．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１８％、ヤング率３．９ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３２】
製造例２
ノズル孔形をＸ型、延伸倍率を６倍にし、断面略十字形で単糸繊度６，９００ｄｔｅｘの延伸ストランドを成形し、界面活性剤としてアルキルフォスフェートアミン塩系活性剤を０．１３重量％相当付着させた以外は、製造例１と同様にして、図３に示すポリプロピレン短繊維２を得た。このポリプロピレン短繊維２の引張物性は、強度３．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１４％、ヤング率４．４ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３３】
製造例３
ノズル孔形状をＸ型、延伸倍率を６倍にし、断面略十字形で単糸繊度６，６００ｄｔｅｘの延伸ストランド成形し、平行柄凹凸ローラー（φ２２０ｍｍ、突起先端半径０．５ｍｍ、深さ０．９ｍｍ、突起ピッチ２．７ｍｍ）で凹成形し、界面活性剤としてアルキルフォスフェートアミン塩系活性剤を０．１１重量％相当付着させた以外は、製造例１と同様にして、図３に示すポリプロピレン短繊維３を得た。このポリプロピレン短繊維３の引張物性は、強度３．７ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１６％、ヤング率５．８ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３４】
製造例４
ノズル孔数３０、孔形が△形のノズルを備えた１軸溶融押出機を使用し、延伸倍率を５倍とした以外は、製造例１の前段と同様にして、断面△形で単糸繊度７，９３０ｄｔｅｘの延伸ストランドを得た。
次いで、このストランドをプロパンガス火炎バーナー中を０．３秒以内の極短時間通過させ、断面△形の先端部のみを溶融し、凝集した状態で空気にて急冷し、平均間隔０．５ｍｍのトゲ状溶融塊を付形した。この後、水で希釈したアルキルフォスフェートカリウム塩系界面活性剤を０．５重量％相当附着させ、熱風乾燥機で９０℃で水分を除去した後、ファン型カッターで３０ｍｍ定長にカットして、図４に示す断面略三角形状のポリプロピレン短繊維４を得た。
このポリプロピレン短繊維４の引張物性は、強度３ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度２２％、ヤング率１．６５ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３５】
製造例５
ノズル孔形をＸ型に変更し、延伸倍率を６倍とした以外は、製造例１の前段と同様にして、断面略十字形で単糸繊度７，１００ｄｔｅｘの延伸ストランドを得た。
次いで、このストランドを製造例４の後段と同様にして、図５に示すポリプロピレン短繊維５を得た。このポリプロピレン短繊維５の引張物性は、強度２．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１２％、ヤング率４．４ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３６】
実施例１
（１）６０Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント３６０ｋｇ／ｍ３、細骨材１，６５０ｋｇ／ｍ３、粗骨材６９１ｋｇ／ｍ３、水１６５ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒混合した。次いで、断面略三角形のポリプロピレン短繊維１を１１ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量が１．２容積％、水／セメント比が４６重量％の配合になるように、全量３５Ｌで更に６０秒間混合し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、下記（２）のコンクリート試験用供試体の製造にしたがって、物性試験用コンクリートを作製し、下記（３）のコンクリート諸物性試験法にしたがって、各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００３７】
（２）コンクリート試験用供試体の製造
下記の材料を用いて、ＪＳＣＥ Ｆ５５２（社団法人 土木学会／鋼繊維補強コンクリートの強度及びタフネス試験用供試体の作り方）に従い、コンクリート試験用供試体を製造した。なお、コンクリートは、常温型養生を２４時間行った後、離型し、６日間、水中養生した。その後、材齢２８日まで大気中にて常温養生したものを供試体とした。
・セメント：普通ポルトランドセメント（比重：３．１６）
・粗骨材：表乾比重２．６５、最大粒度２５ｍｍ
・細骨材：表乾比重２．５９、最大粒度５ｍｍ
・水：市水
・ＡＥ剤：ポルカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
【００３８】
（３）コンクリート諸物性試験法
・圧縮強度：ＪＳＣＥ Ｇ５５１（社団法人 土木学会／鋼繊維補強コンクリートの圧縮強度試験方法）に従う。
・曲げ強度、曲げ靭性：ＪＳＣＥ Ｇ５５２（社団法人 土木学会／鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度及び曲げタフネス試験方法）に従う。
・スランプ：ＪＩＳ Ａ１１０１（コンクリートのスランプ試験方法）に従う。
・空気量：ＪＩＳ Ａ１１２８（まだ固まらないコンクリートの空気量の圧力による試験方法）に従う。
【００３９】
比較例１
６０Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント３６０ｋｇ／ｍ３、細骨材１０６５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６９１ｋｇ／ｍ３、水１６５ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間、水／セメント比が４６重量％の配合になるように、全量３５Ｌで混合し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４０】
実施例２
１００Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材１，０２１ｋｇ／ｍ３、粗骨材６３８ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒混合し、この混合中にＡＥ剤をセメント重量比０．８％、消泡剤をセメント重量比０．８％添加した。次いで、断面略十字形のポリプロピレン短繊維２を９．１ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、短繊維量が１．０容積％、水／セメント比が４４重量％の配合になるように、全量５０Ｌで更に６０秒間混合し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例（１）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４１】
実施例３
ポロプロピレン短繊維２の添加比率を４．５５ｋｇ／ｍ３とし、短繊維量が０．５容積％とした以外は、実施例２と同様にして各実験を行った。
【００４２】
実施例４
ポリプロピレン短繊維４を使った以外は、実施例２と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４３】
比較例２
１００Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材１０２１ｋｇ／ｍ３、粗骨材６３８ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間、水／セメント比が４４重量％の配合になる様に全量５０Ｌで混合した。この混合中にＡＥ剤をセメント重量比０．８％、消泡剤をセメント重量比０．８％添加した。更に６０秒間そのまま混合を継続し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４４】
実施例５
１００Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材９８５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６１５ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間混合し、この混合中にＡＥ剤をセメント重量比０．６％、消泡剤をセメント重量比０．０１５％添加した。次いでポリプロピレン短繊維３を４．５５ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量が０．５容積％、水／セメント比が４４重量％の配合になる様に全量５０Ｌで更に６０秒間混合し、生コンクリートを得た。更に６０秒間そのまま混合を継続し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４５】
実施例６
ポリプロピレン短繊維３を０．４６ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量を０．０５容積％とした以外は、実施例と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４６】
実施例７
ポリプロピレン短繊維５を使った以外は、実施例５と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４７】
実施例８
ポリプロピレン短繊維５を０．４６ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量を０．０５容積％とした以外は、実施例５と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４８】
比較例３
１００Ｌパン型ロータリミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材９８５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６１５ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間、ＡＥ剤をセメント重量比０．６％、消泡剤をセメント重量比０．０１５％添加した。さらに６０秒間そのまま混合を継続し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４９】
【表１】
第１表から明らかなとおり、実施例で用いたコンクリートの曲げ靭性は、何れも、対応する比較例（繊維無配合）の生コンクリートの曲げ靭性より優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ポリオレフィン短繊維を混入したコンクリートを吹き付けている状況を示すトンネルの長手方向の断面図である。
【図２】製造例１で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【図３】製造例２及び３で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【図４】製造例４で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【図５】製造例５で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 吹付けコンクリート
１１ 既設二次覆工コンクリート（トンネル覆工）
１２ 吹付けノズル
１３ コンクリート圧送ホース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル覆工に変状があらわれたり、そのおそれがある場合に、その変状の進行を防ぎ、トンネル覆工を補強するために、トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強する方法が採用されることがある。
コンクリートは、一般に圧縮応力には強いが、引張応力、曲げ応力に対しては弱いため、鉄筋、その他の緊張材で補強して使用されている。しかし、脆性が大きいため、ひび割れに対しては鉄筋などの補強材では十分に対応しきれないのが現状であり、トンネル内壁の剥落事故が発生している。近年、コンクリートに高強度化を求める動きが加速し、脆性は更に大きくなる傾向にあり、長期の安定性という点で改良が求められている。
トンネル内壁などの剥落の原因は、コンクリートに発生するひび割れとその拡大にある。そこで、その対策として、鋼繊維、ビニロン繊維などの繊維状物を所定長さに切断した短繊維をコンクリートに添加配合することが知られている（例えば特許文献１及び２参照）。
しかし、鋼繊維は、重い、錆びるなどの欠点があり、踏み抜きによる怪我のおそれなどの安全性の問題がある。ビニロン繊維は、セメントアルカリ条件下で温度が上昇すると加水分解しやすいなど、長期安定性の点で問題がある。
【０００３】
一方、ポリオレフィン短繊維はアルカリ耐久性に優れ、安価であるが、親水性に乏しいため、界面活性剤などを添加してセメントとの付着性を改善することが行われている。しかし、ポリオレフィン繊維は、基本的にはセメントと接着しないため、界面活性剤処理だけでは不十分である。そこで、コンクリートからの繊維の素抜け対策として、凹凸刻印ローラーで繊維表面を熱プレスして、繊維表面に凹凸加工を施したポリオレフィン繊維が提案されている（例えば特許文献３及び４参照）。
【特許文献１】特開平５−２６２５４４号公報
【特許文献２】特開平８−２１８２２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１１６２９７号公報
【特許文献４】特開２０００−６４１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、繊維の素抜け抵抗を上げるという点からは、繊維表面に凹凸加工を施すことは有効であるが、熱プレスという加工技術上、繊維の押圧部分が扁平化するため、コンクリートの耐ひび割れ性はある程度向上するが、コンクリートの圧縮強度、曲げ強度は低下する。また実用的な耐ひび割れ性を付与するためには、繊維を多量に配合する必要がある。このため、実用上満足できる繊維補強コンクリートは得られておらず、吹付けコンクリートを用いてトンネル覆工を十分に補強できてはいない。
【０００５】
本発明の課題は、ポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートにより、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止してトンネル覆工を補強することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１、２に示すように、トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強するトンネル覆工の補強工法であって、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有するほぼ多角形であり、かつ該突起部の先端に、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されているポリオレフィン短繊維を混入したコンクリートを、トンネル覆工の内壁面に吹き付けて補強することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法において、前記ポリオレフィン短繊維を０．０５〜２容積％配合したコンクリートを用いることを特徴とする。
【０００８】
このように、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維の表面積を大きくし、物理的結合を著しく高めることのできる、特定の突起部を有するポリオレフィン短繊維をコンクリートに混入する。そして、このコンクリートをトンネル覆工の内壁面に吹き付けることにより、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止して、トンネル覆工を補強することができる。
【０００９】
ここで、ポリオレフィン短繊維は、前記突起部の先端の凹部又は凸部の配置間隔が０．５〜５ｍｍであることが好ましい。また、繊維長が５〜８０ｍｍであることが好ましい。また、ポリオレフィン樹脂がポリプロピレン樹脂であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンクリートに混入するポリオレフィン短繊維が、３〜６個の突起部を有する異形断面であるため、セメントとの接触面積が大きい。さらに、突起部の先端だけに凹部又は凸部を形成しているため、セメントとの物理的結合が著しく高く、また凹凸付形による繊維の引張り物性の低下が小さい。その結果、コンクリート硬化後の繊維の素抜けが防止できるため、極めて優れた補強効果を発揮する。したがって、トンネル覆工の補強に適用すると、その曲げ靭性、引張強度を著しく向上し、また効果的にひび割れ発生を防止でき、トンネル覆工の補強を十分に行うことができる。
また、ポリプロピレン短繊維の比重が軽いために運搬、コンクリートに配合する場合の投入作業、施工性が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明における繊維原料は、耐セメントアルカリ性を要求される観点から、ポリオレフィン樹脂であることが必要である。ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ４−メチルペンテン−１樹脂などを使用することができるが、特にポリプロピレン樹脂が好ましい。
ポリプロピレン樹脂としては、プロピレン単独重合体、エチレンなどのα−オレフィンとプロピレンのブロック共重合体又はランダム共重合体などのプロピレン共重合体、又はそれらの混合物を使用することができる。これらの中では、プロピレン単独重合体又はエチレン−プロピレンブロック共重合体が好ましい。繊維の引張ヤング率がセメントへの付着強力より大きいことが望ましいことから、特にアイソタクチックペンタッド分率０．９５以上のポリプロピレン樹脂を選択して使用することが最も好ましい。ここでアイソタクチックペンダッド分率とは、Ａ．Ｚａｍｂｅｌｌｉ等によってＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ６ ９２５（１９７３）に発表された、１３ＣＮＭＲを使用して測定されるポリプロピレン分子内のペンダッド単位でのアイソタクチック分率を意味する。
また、ポリプロピレン樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、連続的な安定生産性の点から、０．１〜３０ｇ／１０分、好ましくは０．３〜２０ｇ／１０分、さらに好ましくは０．５〜１０ｇ／１０分の範囲で選定するのが好適である。
【００１２】
ポリプロピレン樹脂には、その紡糸前及び／又はその過程において、必要に応じて他のポリオレフィンを配合することもできる。ここで配合する他のポリオレフィンとしては、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸アルキル共重合体などのポリエチレン系樹脂、ポリブテン−１などが挙げられる。
【００１３】
本発明において吹付けコンクリートに混入するポロオレフィン短繊維は、ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維は横断面の形状が３〜６個の突起部を有する略多角形であり、かつ該突起部の先端のみに、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されていることが特徴である。略多角形断面としては、３又は４個の頂点を有する形状のものがより好ましい。繊維の形状をこのように形成することによって、従来の丸形断面や扁平丸形断面を有する繊維に比べて、セメント配合時の断面曲げ二次モーメントが向上する。このため、比較的小さな引張ヤング率の短繊維であっても、セメント配合時の粗骨材、細骨材などとの衝突による短繊維の屈曲が抑制され、分散性及び大きなコンクリート物性向上効果を発揮する。
また、本発明におけるポリオレフィン短繊維の凹部又は凸部は、突起部の先端のみに形成されている。これは、セメントとの定着性と引抜き抵抗力を効果的にするとともに、繊維の引張り強度、ヤング率の低下を抑制するためである。
【００１４】
前記突起部の凹部又は凸部の大きさとその配置については特に限定されないが、突起部表面の繊維の長手方向に沿って、なるべく０．５〜５ｍｍの適宜間隔で配置されていることが好ましい。しかし、繊維切断後の短繊維の長さの概ね７０％以上の長さにわたって配置されていれば、不規則な間隔であってもよい。突起部は繊維の長手方向に対し同一線上にある必要はなく、スパイラル状に配置されていてもよく、不規則配置であってもよい。また、突起部の先端の凹部又は凸部は、全ての突起部の先端に形成されていることが好ましいが、２列以上の突起部に形成されていればよい。
なお、本発明に用いるポリオレフィン繊維は、単層繊維だけでなく、ポリオレフィン高融点成分を芯層とし、ポリオレフィン低融点成分を鞘層とする複合繊維を使用することもできる。このような複合繊維の製造方法は、公知である。
【００１５】
本発明に用いるポリオレフィン短繊維の製造方法は、特に限定されず、種々の方法を採用することができる。通常、まず、上記のポリオレフィン樹脂を用いて、所望の突起形状に対応した形状のノズルから熔融押出しし、冷却、延伸を経て、繊維の長手方向に連続したフィン状の突起状物を有する単層繊維又は複合繊維を成形する。次いで、フィン状の突起状物を本発明の凹部又は凸部を有する突起部に変形し、界面活性剤の付着処理などを施し、最後に所望の長さに切断することにより製造することができる。以下に、ポリオレフィン短繊維の製造方法をより詳細に説明する。
【００１６】
繊維の長手方向に連続したフィン状の突起状物を有する短繊維を成形する方法としては、特に制限はなく、突起部が付設された横断面が、３〜６個の突起部を有する略多角形、たとえば略三角形、略星形多角形、略複合多角形などを形成するように製造できる方法であれば、いかなる方法でもよい。たとえば、十字形、Ｙ字形、三角形、Ｘ形、四角形、星型又はこれらの連糸形状のノズルを用いて、ポリオレフィン樹脂をダイスから熔融押出しし、冷却固化して、ポリオレフィン繊維を得ることができる。
【００１７】
上記により得られたポリオレフィン繊維は、次に、熱延伸、及び必要に応じて熱弛緩処理を施す。この熱処理によって繊維の剛性を高めて、伸びの小さいセメント補強用として好適な繊維とすることができる。熱延伸はポリオレフィン樹脂の融点以下、軟化点以上の温度下に行われ、通常は延伸温度が７０〜１５０℃の範囲で行われる。
熱延伸法としては、熱ロール式、熱板式、赤外線照射式、熱風オーブン式、熱水式、水蒸気式などの加熱方式を採用できる。延伸操作は、１段延伸、２段延伸、多段延伸のいずれでもよい。延伸倍率は、２倍以上で破断しない程度であればよく、通常は３〜１２倍、好ましくは６〜９倍である。ここで延伸倍率とは、供給ロール速度と引き取りロール速度の比で表したものである。
【００１８】
ポリオレフィン繊維の突起部の先端のみに凹部又は凸部加工を施す方法についても特に制限はない。たとえば、ストランドを刻印加熱ローラーで突起部の先端のみに刻印を付形する方法を採用することができる。また、繊維の長手方向に連続したフィンを有する繊維を加熱炉に短時間で通過させながら、熔融潜熱の小さいフィンのみを熔融、冷却し、部分的に凝集させることによって突起部の先端のみに凸部を形成させる方法を採用することもできる。
突起部の先端のみに凸部を形成するための加熱方法としては、樹脂を熔融できる温度に短時間に昇温できる方法であれば、特に限定されない。たとえば、１８０℃以上に加熱した熱風雰囲気の短時間接触であっても、突起部の先端は繊維の芯部に比べて熔融潜熱が小さいため、突起部の先端のみを熔融、凝集させて、トゲ状凸部を形成させることができる。
【００１９】
上記ポリオレフィン繊維は、その単糸繊度が１００〜１０，０００ｄｔｅｘ、好ましくは１０００〜９０００ｄｔｅｘの範囲にある。単糸繊度が１００ｄｔｅｘ未満では繊維が細すぎて、セメント混和中の分散が不均一となってファイバーボールになり易く、施工性や補強性の点で好ましくない。一方、単糸繊度が１０，０００ｄｔｅｘを超えると繊維のセメント混和物との接触面積が減少し、配合繊維量（容量％）との調整を行ううえで、補強効果が劣り好ましくない。
【００２０】
上記ポリオレフィン繊維は、短繊維とするための切断前または切断後に種々の処理を施すことができる。たとえば、繊維表面を界面活性剤、分散剤、カップリング剤等で処理してもよいし、またはコロナ放電処理、紫外線照射、電子線照射等により表面活性化または架橋化等の処理を行ってもよい。特に、コンクリートに配合する際の分散性を高める点から、界面活性剤などで表面親水化処理を行うことが好ましい。
界面活性剤としては、疎水性であるポリオレフィン繊維とセメントとの親和性を向上させるため、親水性の界面活性剤を使用するのが好ましい。ポリオレフィン繊維に親水性を付与することにより分散性が向上し、繊維とセメントが均質に混合されることによって繊維補強効果が向上する。
親水性の界面活性剤としては、特に限定なく使用することができるが、なかでもポリエチレングリコールアルキルエステル系ノニオン界面活性剤、アルキルフォスフェート系アニオン界面活性剤、多価アルコール型アマイドノニオン系界面活性剤などを好ましく使用できる。
【００２１】
ポリエチレングリコールアルキルエステルとしては、水分散液の安定性、繊維付着性の点から、それを構成する長鎖脂肪族アルキル基の炭素数が６〜１８、好ましくは８〜１６であるものが好ましい。好ましいポリエチレングリコールアルキルエステルの具体例としては、ポリエチレングリコールラウレート、ポリエチレングリコールオレエート、ポリエチレングリコールステアレートなどが挙げられる。
アルキルホスフェートは、平均炭素数１８以下、好ましくは６〜１６、より好ましくは８〜１４のアルキル基を１分子中に１〜２個、好ましくは１個有するホスフェートであり、塩としてはアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン塩が挙げられる。好ましいアルキルフォスフェートの具体例としては、オクチルホスフェート、ラウリルホスフェート、ステアリルホスフェートのような高級アルコールの燐酸エステルのナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムなどの塩及びアミン塩が挙げられる。その中和は遊離水酸基の５０％以上、特に完全中和物が好ましい。
多価アルコール型アマイドノニオンは、炭素数４〜１８のアルキルアミンと、３〜１３個の水酸基を持つポリグリセリンとの付加反応物が用いられ、好ましくは炭素数１１〜１７のアルキルアミンと、３〜６個の水酸基を持つポリグリセリンとの付加反応物が用いられる。
【００２２】
その他の好ましい界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルが挙げられる。ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテルリン酸エステルなどが挙げられ、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ポリオキシエチレンステアリン酸エステルなどが挙げられる。これらの界面活性剤は、一種単独又は二種以上を混合して使用することができる。
【００２３】
上記界面活性剤の繊維に対する付着量は特に限定されないが、セメント配合時の泡の発生抑制の観点から、総繊維に対して、通常０．０５〜２重量％の範囲で用いられる。繊維に対する付着量が、総繊維に対して０．０５重量％未満ではポリオレフィン繊維に親水性が充分付与されないおそれがあり、また、２重量％を超えても親水性は頭打ちになり、かえって繊維混練時のセメントフレッシュ中に気泡が発生し、コンクリートの圧縮強度、曲げ強度などの物性値を低下させるおそれがあるので好ましくない。気泡の発生を抑制するために、繊維への界面活性剤処理時に、消泡剤を併用することもできる。
【００２４】
ポリオレフィン繊維に表面処理剤を付着させる方法としては、特に限定はなく、浸漬法、スプレー法、コーディング法のいずれの方法も採用することができる。繊維に表面処理剤を付与した後、必要に応じて、絞りロールなどを用いて繊維集合体の内部にまで浸透させることができる。
【００２５】
こうして得られたポリオレフィン繊維は、所定長さにカットされ、コンクリート補強用の短繊維として使用される。コンクリートのひび割れにくさ（靭性）を向上する観点からは、短繊維の太さ（繊維径Ｄ）はより細く、長さ（繊維長Ｌ）はより長いもの、すなわち、短繊維のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）がより大きいものほど好ましいが、本発明に用いるポリオレフィン短繊維は、従来品に比べて、アスペクト比が小さくても、すなわち短繊維径が同じであれば繊維長が短くても補強効果が大きいという特徴がある。
本発明に用いるポリオレフィン短繊維は、短繊維の繊維長（見かけ長さ）が５〜８０ｍｍ、好ましくは５〜６０ｍｍ、さらに好ましくは５〜５０ｍｍである。繊維長が５ｍｍ未満では、セメントからの抜けが生じやすく、７０ｍｍを超えると分散性が不良となる場合があり好ましくない。
【００２６】
次に、本発明に用いるポリオレフィン短繊維は、強化繊維材として、セメント、細骨材、粗骨材、水及び適量のコンクリート混和剤、又はセメント、細骨材、水及び適量のモルタル混和剤に配合して用いられ、吹付けコンクリートとすることができる。ここで、セメントとしては、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント等の水硬性セメント又は石膏、石灰等の気硬性セメント等のセメント類を使用することができる。細骨材としては、川砂、海砂、山砂、珪砂、ガラス砂、鉄砂、灰砂、その他人工砂などが挙げられ、粗骨材としては、レキ、砂利、砕石、スラグ、各種人工軽量骨材などが挙げられる。混和剤としては、空気連行剤（ＡＥ剤）、流動化剤、減水剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、膨張剤などを混合使用することができる。
【００２７】
セメントに対するポリオレフィン短繊維の配合量は、コンクリートの体積に対して、通常、０．０５〜２容積％である。セメント配合時の繊維の均一分散性、配合セメントの流動性、施工性、コンクリートの物性向上効果の点から、セメントに対するポリオレフィン繊維の配合量は、好ましくは０．３〜２容積％、さらに好ましくは０．５〜１容積％の範囲である。
【００２８】
コンクリートの製造方法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、水等よりなるコンクリート混合物をベースコンクリートとし、このベースコンクリートを混練後に、続けてポリオレフィン繊維を投入し混練を行なうことができる。混練時間は１回当たりの混合量により異なるが、一般的には、ベースコンクリートの混練は４５〜９０秒、ポリオレフィン繊維を投入後の混練についても４５〜９０秒の範囲が適当である。
【００２９】
このようにして得られたコンクリートを、周知の吹付け装置を用いて、図１に示すように、コンクリート圧送ホース１３を通して吹付けノズル１２から、吹付け面である既設二次覆工コンクリート１１（トンネル覆工）の内壁面に吹き付ける。吹付けコンクリート１０は、特定の突起部を有するポリオレフィン短繊維が混入されているため、十分な強度を有し、かつひび割れ発生を防止して、トンネル覆工を補強することができる。また、繊維補強による曲げ強度向上のため鉄筋量の減少が可能となり、かつコンクリート板の厚さの減少させることができ、工期の短縮、原材料の節減などに有効である。さらに、繊維が柔軟で弾性があること、親水性が高く軽いことから、吹き付け時の骨材や繊維のハネ返りも少なく、コンクリートの落下も少なく、収率安全面で有効である。
【００３０】
次に、本発明に用いるポリオレフィン短繊維の製造例と、それらを混入したコンクリートの実施例を、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００３１】
製造例１
孔数が３０、孔形がＹ型のノズルを備えた１軸溶融押出機を使用し、ＭＦＲ４ｇ／１０分のアイソタクチックポリプロピレン（出光石油化学株式会社製、Ｙ−４００ＧＰ）を押出温度２５０℃で溶融押出した。押出された樹脂を冷却水槽中に投入して固化させた後、引き続き２台の延伸用ネルソンローラー間で、１１０℃の蒸気加熱チャンバー内で、４．６倍に延伸して、断面略三角形で単糸繊度７，１００ｄｔｅｘのストランドを得た。
次いで、１８０℃の熱媒で加熱された上下１対のストランド方向に垂直な平行柄凹凸ローラー（φ２２０ｍｍ、突起先端半径０．５ｍｍ、深さ０．９ｍｍに調整し、突起ピッチ４．４ｍｍ）を、凸先端クリアランスで０．９ｍｍに調整し、このローラー表面速度をストランドと同速度で順回転させ、断面の先端部分のみに凹形状を付形した。この後、水で希釈した多価アルコール型アマイドノニオン系界面活性剤（竹本油脂株式会社製）をスプレーにて０．４重量％相当になるように、ストランドに付着させ、熱風乾燥機で９０℃で水分を除去した後、ファン型カッターで３０ｍｍ定長にカットして、図２に示すポリプロピレン短繊維１を得た。
このポリプロピレン短繊維１の引張物性は、強度３．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１８％、ヤング率３．９ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３２】
製造例２
ノズル孔形をＸ型、延伸倍率を６倍にし、断面略十字形で単糸繊度６，９００ｄｔｅｘの延伸ストランドを成形し、界面活性剤としてアルキルフォスフェートアミン塩系活性剤を０．１３重量％相当付着させた以外は、製造例１と同様にして、図３に示すポリプロピレン短繊維２を得た。このポリプロピレン短繊維２の引張物性は、強度３．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１４％、ヤング率４．４ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３３】
製造例３
ノズル孔形状をＸ型、延伸倍率を６倍にし、断面略十字形で単糸繊度６，６００ｄｔｅｘの延伸ストランド成形し、平行柄凹凸ローラー（φ２２０ｍｍ、突起先端半径０．５ｍｍ、深さ０．９ｍｍ、突起ピッチ２．７ｍｍ）で凹成形し、界面活性剤としてアルキルフォスフェートアミン塩系活性剤を０．１１重量％相当付着させた以外は、製造例１と同様にして、図３に示すポリプロピレン短繊維３を得た。このポリプロピレン短繊維３の引張物性は、強度３．７ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１６％、ヤング率５．８ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３４】
製造例４
ノズル孔数３０、孔形が△形のノズルを備えた１軸溶融押出機を使用し、延伸倍率を５倍とした以外は、製造例１の前段と同様にして、断面△形で単糸繊度７，９３０ｄｔｅｘの延伸ストランドを得た。
次いで、このストランドをプロパンガス火炎バーナー中を０．３秒以内の極短時間通過させ、断面△形の先端部のみを溶融し、凝集した状態で空気にて急冷し、平均間隔０．５ｍｍのトゲ状溶融塊を付形した。この後、水で希釈したアルキルフォスフェートカリウム塩系界面活性剤を０．５重量％相当附着させ、熱風乾燥機で９０℃で水分を除去した後、ファン型カッターで３０ｍｍ定長にカットして、図４に示す断面略三角形状のポリプロピレン短繊維４を得た。
このポリプロピレン短繊維４の引張物性は、強度３ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度２２％、ヤング率１．６５ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３５】
製造例５
ノズル孔形をＸ型に変更し、延伸倍率を６倍とした以外は、製造例１の前段と同様にして、断面略十字形で単糸繊度７，１００ｄｔｅｘの延伸ストランドを得た。
次いで、このストランドを製造例４の後段と同様にして、図５に示すポリプロピレン短繊維５を得た。このポリプロピレン短繊維５の引張物性は、強度２．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度１２％、ヤング率４．４ｋＮ／ｍｍ２であった。
【００３６】
実施例１
（１）６０Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント３６０ｋｇ／ｍ３、細骨材１，６５０ｋｇ／ｍ３、粗骨材６９１ｋｇ／ｍ３、水１６５ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒混合した。次いで、断面略三角形のポリプロピレン短繊維１を１１ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量が１．２容積％、水／セメント比が４６重量％の配合になるように、全量３５Ｌで更に６０秒間混合し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、下記（２）のコンクリート試験用供試体の製造にしたがって、物性試験用コンクリートを作製し、下記（３）のコンクリート諸物性試験法にしたがって、各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００３７】
（２）コンクリート試験用供試体の製造
下記の材料を用いて、ＪＳＣＥ Ｆ５５２（社団法人 土木学会／鋼繊維補強コンクリートの強度及びタフネス試験用供試体の作り方）に従い、コンクリート試験用供試体を製造した。なお、コンクリートは、常温型養生を２４時間行った後、離型し、６日間、水中養生した。その後、材齢２８日まで大気中にて常温養生したものを供試体とした。
・セメント：普通ポルトランドセメント（比重：３．１６）
・粗骨材：表乾比重２．６５、最大粒度２５ｍｍ
・細骨材：表乾比重２．５９、最大粒度５ｍｍ
・水：市水
・ＡＥ剤：ポルカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
【００３８】
（３）コンクリート諸物性試験法
・圧縮強度：ＪＳＣＥ Ｇ５５１（社団法人 土木学会／鋼繊維補強コンクリートの圧縮強度試験方法）に従う。
・曲げ強度、曲げ靭性：ＪＳＣＥ Ｇ５５２（社団法人 土木学会／鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度及び曲げタフネス試験方法）に従う。
・スランプ：ＪＩＳ Ａ１１０１（コンクリートのスランプ試験方法）に従う。
・空気量：ＪＩＳ Ａ１１２８（まだ固まらないコンクリートの空気量の圧力による試験方法）に従う。
【００３９】
比較例１
６０Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント３６０ｋｇ／ｍ３、細骨材１０６５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６９１ｋｇ／ｍ３、水１６５ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間、水／セメント比が４６重量％の配合になるように、全量３５Ｌで混合し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４０】
実施例２
１００Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材１，０２１ｋｇ／ｍ３、粗骨材６３８ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒混合し、この混合中にＡＥ剤をセメント重量比０．８％、消泡剤をセメント重量比０．８％添加した。次いで、断面略十字形のポリプロピレン短繊維２を９．１ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、短繊維量が１．０容積％、水／セメント比が４４重量％の配合になるように、全量５０Ｌで更に６０秒間混合し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例（１）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４１】
実施例３
ポロプロピレン短繊維２の添加比率を４．５５ｋｇ／ｍ３とし、短繊維量が０．５容積％とした以外は、実施例２と同様にして各実験を行った。
【００４２】
実施例４
ポリプロピレン短繊維４を使った以外は、実施例２と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４３】
比較例２
１００Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材１０２１ｋｇ／ｍ３、粗骨材６３８ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間、水／セメント比が４４重量％の配合になる様に全量５０Ｌで混合した。この混合中にＡＥ剤をセメント重量比０．８％、消泡剤をセメント重量比０．８％添加した。更に６０秒間そのまま混合を継続し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４４】
実施例５
１００Ｌパン型ロータリーミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材９８５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６１５ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間混合し、この混合中にＡＥ剤をセメント重量比０．６％、消泡剤をセメント重量比０．０１５％添加した。次いでポリプロピレン短繊維３を４．５５ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量が０．５容積％、水／セメント比が４４重量％の配合になる様に全量５０Ｌで更に６０秒間混合し、生コンクリートを得た。更に６０秒間そのまま混合を継続し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４５】
実施例６
ポリプロピレン短繊維３を０．４６ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量を０．０５容積％とした以外は、実施例と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４６】
実施例７
ポリプロピレン短繊維５を使った以外は、実施例５と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４７】
実施例８
ポリプロピレン短繊維５を０．４６ｋｇ／ｍ３の比率で添加し、繊維量を０．０５容積％とした以外は、実施例５と同様にして生コンクリートを作製し、実施例１（２）、（３）と同様にしてコンクリート物性試験を行った。
【００４８】
比較例３
１００Ｌパン型ロータリミキサーを使用し、セメント４５５ｋｇ／ｍ３、細骨材９８５ｋｇ／ｍ３、粗骨材６１５ｋｇ／ｍ３、水２００ｋｇ／ｍ３の配合比率で予め６０秒間、ＡＥ剤をセメント重量比０．６％、消泡剤をセメント重量比０．０１５％添加した。さらに６０秒間そのまま混合を継続し、生コンクリートを得た。
この生コンクリートを使用し、実施例１（２）、（３）と同様にして各試験を行った。結果を第１表に示す。
【００４９】
【表１】
第１表から明らかなとおり、実施例で用いたコンクリートの曲げ靭性は、何れも、対応する比較例（繊維無配合）の生コンクリートの曲げ靭性より優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ポリオレフィン短繊維を混入したコンクリートを吹き付けている状況を示すトンネルの長手方向の断面図である。
【図２】製造例１で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【図３】製造例２及び３で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【図４】製造例４で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【図５】製造例５で得られた本発明のポリオレフィン短繊維の模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 吹付けコンクリート
１１ 既設二次覆工コンクリート（トンネル覆工）
１２ 吹付けノズル
１３ コンクリート圧送ホース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強するトンネル覆工の補強工法であって、
ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有するほぼ多角形であり、かつ該突起部の先端に、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されているポリオレフィン短繊維を混入したコンクリートを、トンネル覆工の内壁面に吹き付けて補強することを特徴とするポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法。
【請求項２】
前記ポリオレフィン短繊維を０．０５〜２容積％配合したコンクリートを用いることを特徴とする請求項１に記載のポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法。
【請求項１】
トンネル覆工の内壁面にコンクリートを吹き付けて補強するトンネル覆工の補強工法であって、
ポリオレフィン樹脂を主成分とする延伸繊維であって、該繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有するほぼ多角形であり、かつ該突起部の先端に、該繊維の長手方向に沿って凹部又は凸部が形成されているポリオレフィン短繊維を混入したコンクリートを、トンネル覆工の内壁面に吹き付けて補強することを特徴とするポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法。
【請求項２】
前記ポリオレフィン短繊維を０．０５〜２容積％配合したコンクリートを用いることを特徴とする請求項１に記載のポリオレフィン短繊維を混入した吹付けコンクリートによるトンネル覆工の補強工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３４８５８４（Ｐ２００６−３４８５８４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７６１７６（Ｐ２００５−１７６１７６）
【出願日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【出願人】（３０１０３１３９２）独立行政法人土木研究所 (107)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【出願人】（３０１０３１３９２）独立行政法人土木研究所 (107)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【Ｆターム（参考）】
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