低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体
【課題】コンクリート成型物が火災時の高温で内部に急激に発生する水蒸気の体積膨張により爆裂することを防止し、流動性や圧縮強度の低下が小さく、かつ養生時の収縮を抑制する、低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体を提供する。
【解決手段】上記の課題は、少なくともエチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とし、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にある繊維が含有されてなる低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体を提供することにより解決される。
なかでも、前記の繊維が下記（１）〜（４）を満足している繊維であることが好ましい。
（１）繊維繊度が０．１〜１００ｄｔｅｘであること、
（２）中空率が１〜４５％であること、
（３）繊維長が１〜３０ｍｍであること、
（４）水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されてなること。
【解決手段】上記の課題は、少なくともエチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とし、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にある繊維が含有されてなる低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体を提供することにより解決される。
なかでも、前記の繊維が下記（１）〜（４）を満足している繊維であることが好ましい。
（１）繊維繊度が０．１〜１００ｄｔｅｘであること、
（２）中空率が１〜４５％であること、
（３）繊維長が１〜３０ｍｍであること、
（４）水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されてなること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施工時に高流動性を有し、かつ、火災時に耐爆裂性に優れるとともに、養生時のコンクリートの体積収縮が抑制された低収縮型の水硬性硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント、砂、砂利を主成分とする組成物に水を加えることにより硬化した水硬性硬化体、中でもコンクリートは、耐火性に優れた材料として知られており、近年、建物の超高層化に伴い、その高強度化が求められている。しかし、高強度コンクリートは通常のコンクリートに比べて組織が緻密になるように設計されているため、火災時にコンクリート内部に発生する水蒸気の膨張により表層部のコンクリートが剥落する「爆裂」と呼ばれる現象が起きることがある。そこで、このような高強度コンクリートについては、爆裂現象を抑制するために、コンクリート中にポリプロピレンやポリビニルアルコールなどの有機繊維を混入させることで、火災発生時のコンクリートが爆裂現象を起こす前に、水蒸気の逃げ道となる微細トンネルを形成させることで爆裂を制御する方法が検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、融点が１６０℃〜１９０℃であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維を用いることにより、ベースコンクリートとの混和性に優れ、流動性にも優れ、かつ火災により熱せられた場合にも、混入されたエチレンービニルアルコール系共重合体繊維が溶融することで、内部に発生する水蒸気の抜け道となり、爆裂を抑制させることができるという報告がなされている（特許文献３）。
【０００４】
また、高強度コンクリートは、水／セメント比が小さいため、セメントの水和反応にともなうコンクリートの自己収縮が大きく、そのためコンクリートに亀裂やひび割れが入ることが問題とされている。この課題を解決するために、膨張剤や収縮低減剤などを混入する方法を用いると、これらの添加剤を均一に分散させるためには混合時間を長くする必要があり、またコンクリートの強度が低下するので、水分を吸水させた開口空隙を有する多孔性の細骨材を用いることによって、コンクリートの水和反応を遅らせて、コンクリートの圧縮強度の低下が少なく、コンクリートの体積収縮を抑制できるという報告がされている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６２０９１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１４３３２２号公報
【特許文献３】特許第４０９０７６２号公報
【特許文献４】特開２００７−２４６２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１、２に開示されているように、ポリプロピレン繊維やポリビニルアルコール繊維を用いた場合であっても、爆裂防止効果は必ずしも十分であるとはいえず、上記特許文献２のような方法では、部材の厚さが薄い場合や鉄筋の被りが薄い場合には必ずしも有効ではなく、多量の繊維の添加が必要となっていた。また、特許文献１に記載のような高強度コンクリートでは、その組織が緻密であることから、繊維補強材を多く混入させる必要があり、そのため流動性が悪くなるという問題があった。そのため、この高強度コンクリートを用いて打設を行うと、流動性が悪いことから打設が困難になることや、圧縮強度が低下するといった問題もあった。
【０００７】
上記の流動性の低下および圧縮強度の低下については、特許文献３に開示されている
エチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維（以下、ＥＶＡ系繊維と略称する場合がある。）を含有させることにより改良されているが、本発明者等は、養生時にコンクリートの体積が収縮するという問題を有していることに気がついた。
【０００８】
一方、特許文献４には、開口空隙を有する多孔性の細骨材を用いることによる低収縮型軽量コンクリートが開示されているが、該細骨材は耐爆裂性には効果がない。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、施工時に高流動性を有し、かつ、火災時のコンクリートの爆裂を抑制するとともに、さらに、養生時のコンクリートの体積収縮が抑制された、低収縮型の耐爆裂性水硬性硬化体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、少なくともエチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とし、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にある繊維（以下、ＥＶＡ系中空繊維と略称することがある）が含有されてなる低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体を得ることにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
なかでも、上記中空繊維が、下記（１）〜（４）を満足していることが好ましい。
（１）繊維繊度が０．１〜１００ｄｔｅｘであること、
（２）中空率が１〜４５％であること、
（３）繊維長が１〜３０ｍｍであること、
（４）水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されてなること。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維をコンクリート内に分散させることで、ポリプロピレン繊維やポリビニルアルコール繊維を配合した場合に比べて、繊維を配合することによるスランプ値（水硬性組成物の流動性を示す指標で、値が高いほど流動性が高い。）の低下が少なく、流動性が保持されているので、施工性に優れている。
【００１３】
本発明によれば、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維をコンクリート内に分散させることで、後述の実施例および比較例により示されているように、耐火試験において、ポリプロピレン（中空）繊維、ポリビニルアルコール（非中空）繊維、ＥＶＡ系非中空繊維、中空率が上記の範囲外のＥＶＡ系中空繊維に比べて、試験体の本体の爆裂後の残存率が高い結果が得られた。このことは、火災発生の初期の段階における水分の急激な体積膨張に対し、中空率が所定の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維の中空構造が水蒸気の逃げ道となることができ、また、その後の昇温過程において１６０℃以上に暴露された際、ＥＶＡ系中空繊維が溶解することで空隙サイズが拡大し、コンクリート内に生じる膨張圧を更に緩和する空間を確保することができることに起因するものと考えられる。そのため、火災発生時の初期段階からその後の昇温時のすべての段階において爆裂抑制効果を発現することができると考えられる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維をコンクリート内に分散させることで、養生中における体積収縮量に変化がなく、コンクリートのひび割れの問題のない低収縮型の水硬性硬化体を得ることができる。これは、中空繊維の中空部に保持された水分により、水和反応がゆるやかになるため、自己収縮を抑制することが可能になるためであると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維を含有する低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体である。本発明において、水硬性とは、セメントや石灰などが水との反応によって硬化する性質を意味しており、水硬性硬化体とは、水硬性を有する材料を主体とする組成物が硬化して形成された固形物または成形体をいう。耐爆裂性とは、前述のような爆裂現象を抑制する性質を意味しており、低収縮とは、ＪＩＳ Ａ１１２９３−３に準じて、水硬性硬化体の体積収縮量を測定した値が１００×１０−６未満である場合、かかる水硬性硬化体を低収縮型の水硬性硬化体と称している。
【００１６】
（水硬性組成物）
本発明において、水硬性硬化体を製造するための水硬性組成物は、セメントなどの結合剤、骨材、減水剤などからなる通常の成分に、所定の範囲内の中空率を有するＥＶＡ系中空繊維を加えて、これに水を配合することにより調整される。
【００１７】
（結合剤）
本発明において用いられる結合剤としては、セッコウ、セッコウスラグ、マグネシア等が挙げられるが、なかでもセメントが好適に使用される。ポルトランドセメントがその代表的なものであるが、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等を使用してもよく、これらを併用してもかまわない。
本発明において、水とセメントとの比率については、水の比率が高いと硬化体が応力を受けて破断した場合に、破断面で繊維が破断しているケースよりも繊維が抜けるケースが増える傾向にあるので、水／セメント(質量比)は０．５以下，特に０．４５以下とするのが好ましい。
【００１８】
（骨材）
本発明において、骨材として、下記に例示する細骨材、粗骨材、またはこれらの混合物を用いることができる。細骨材としてたとえば大きさ０．１〜０．５ｍｍ程度の、川、海、陸の各砂、破砂、シリカ、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ等が用いられ、粗骨材としては大きさ１０〜４０ｍｍ程度の破石などが使用できる。
結合剤に対する骨材の配合比率は、結合剤１００質量部に対して、骨材１００〜６００質量部の範囲内で適宜選択される。
【００１９】
（減水剤）
減水剤としては、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩、アクリル酸とアリルエーテルとのコポリマー、α−オレフインとエチレン性不飽和ジカルボン酸とのコポリマー、その部分エステル化物、部分アミド化物、部分イミド化物などの水溶性塩等が例示され、現在市販されている代表的なものとして、ＢＡＳＦポゾリス社製のＳＰ−８シリーズ、竹本油脂（株）社製のＨＰ−１１シリーズ、日本ゼオン（株）社製のワーク５００、デンカグレース（株）社製の１００ＰＨＸ等が好適に使用されるが、これらに限定されるものではない。減水剤の配合量は、結合剤と骨材の合計量１００質量部に対して、減水剤０．１〜４．０質量部の範囲内で適宜選択されるのが好ましい。
【００２０】
（ＥＶＡ系中空繊維）
本発明において水硬性組成物に加えられるＥＶＡ系中空繊維は、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体のケン化物を成分とする繊維であり、該共重合体に含有されるエチレンの量は２５〜７０モル％のものが用いられる。好ましくは３０〜５０モル％である。エチレンの含有量が２５モル％よりも低い場合、得られたＥＶＡ系中空繊維は水に溶解しやすい性質を有するため、繊維間同士で膠着が発生し、水硬性組成物内において分散性の低下が起こりやすい。一方、エチレンの含有量が７０モル％よりも高い場合は、融点が１２０℃以下の低融点の繊維が形成されるため、繊維が水硬性組成物中で硬化前の水和熱により溶融しやすくなりやすい。エチレン含有量を調整することにより、２００℃以下の融点をもつＥＶＡ系中空繊維を製造することが可能である。
【００２１】
本発明において用いられるＥＶＡ系中空繊維は、エチレンービニルアルコール系共重合体を溶融紡糸することにより製造することができる。紡糸時の温度や引取り速度、延伸温度、延伸倍率、熱処理温度等の諸条件は、目標とする繊度、中空率、収縮率等、その他原綿物性に応じて適宜選択設定することができる。たとえば、エチレンービニルアルコール系共重合体を押出機で溶融して、該溶融体を、中空断面形成用の口金を備え付けた紡糸パックを用いて、溶融紡糸装置で紡糸することにより製造することができる。その際の紡糸温度としては２００〜３００℃の範囲内の温度が採用される。紡糸後の工程については、紡糸捲取り後、必要に応じて延伸してもよく、目標とする繊度や強度、伸度特性等に応じて、延伸温度、延伸倍率、熱処理温度等の諸条件を適宜設定することが望ましい。
【００２２】
本発明において、ＥＶＡ系中空繊維の平均繊度は、０．１〜１００ｄｔｅｘの範囲であることが好ましく、０．５〜８０ｄｔｅｘであることがさらに好ましい。繊度が０．１ｄｔｅｘ未満であると保水能力が低下するため、収縮抑制への効果が発現しにくくなり、１００ｄｔｅｘを超えると加熱溶融後の空隙サイズが大きく成り過ぎるため加熱後の圧縮強度が低下する傾向にあり好ましくない。
【００２３】
本発明において、ＥＶＡ系中空繊維は、下記式（１）で示す中空率が０．１〜５０％の範囲であることが必要であり、より好ましくは１〜４５％であり、さらに好ましくは５〜４０％である。中空率が０．１％未満であると、保水能力が低下するため、収縮抑制への効果が発現しにくくなり、また、火災発生初期の爆裂抑制効果が十分に発現しないという問題を生じる。一方、５０％を超えるとコンクリート混練時に中空部が潰れやすくなり、閉塞してしまうものがでてくるため、本発明においては用いられない。
中空率（％）＝＜Ａ／（Ａ＋Ｂ）＞×１００ （１）
ただし、Ａ：中空部の断面積、Ｂ：非中空部の断面積
【００２４】
本発明において、ＥＶＡ系中空繊維の繊維長は、１〜３０ｍｍの範囲であることが好ましく、５〜２５ｍｍの範囲であることがより好ましい。繊維長が１ｍｍ未満の場合、繊維が溶解する前に発生する水蒸気が入り込むスペースが小さくなるため、火災初期段階における爆裂抑制効果が小さくなる傾向にあり好ましくない。また、繊維長が３０ｍｍを超えた場合、コンクリートへの混練時に繊維同士が絡まり合い、分散性が悪くなり、流動性が悪化しやすくなるため、好ましくない。
【００２５】
ＥＶＡ系中空繊維を水硬性組成物に添加して製造した水硬性硬化体において、ＥＶＡ系中空繊維は、水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されていることが好ましく、０．０８〜３．０容積％含有されていることがさらに好ましい。含有率が０．０５容積％未満の場合、爆裂抑制効果が少なくなり、逆に５．０容積％を超えると混練性が悪くなる傾向にある。
【００２６】
（水硬性組成物に添加される添加剤）
本発明の水硬性硬化体は、上記の結合剤、骨材、減水剤、ＥＶＡ系中空繊維のほかに、慣用の添加剤、たとえばＡＥ剤、凝結・硬化調節剤、防錆剤、発泡剤・起泡剤、ポリマー混和剤や、天然または人工のシリカ質混合材、膨張材などのセメント混和材、または、ＥＶＡ系中空繊維以外の合成繊維や鋼繊維などを含有していてもよく、これらの添加剤は単独、又は二種以上組み合わせて使用できる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例により何等限定されるものではない。なお本発明における各繊維の物性および得られる水硬性硬化体の物性、耐爆裂性の評価は以下の方法により測定されたものを意味する。
【００２８】
［繊維繊度 ｄｔｅｘ］
ＪＩＳ Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準じて評価した。
【００２９】
［繊維長 ｍｍ］
ＪＩＳ Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．４．１）」に準じて評価した。
【００３０】
[中空率％]
繊維の横断面写真から中空部の断面積（Ａ）と、繊維外周内の断面積（Ａ＋Ｂ）を求め、上記の式（１）により算出した。
【００３１】
［コンクリートのスランプ値 ｍｍ］
ＪＩＳ Ａ１１０１によるコンクリートのスランプ試験方法に準じて、コーン（上辺直径１０ｃｍ、下辺直径２０ｃｍ、高さ３０ｃｍ）にフレッシュコンクリートを所定の手順で満たし、且つコーンを引き上げ、崩れたフレッシュコンクリートを上辺部の下がりを測定した。
【００３２】
［体積収縮量］
ＪＩＳ Ａ１１２９３−３「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法 第３部ダイヤルゲージ法」に準じて評価した。ただし、供試体の寸法は、直径２０ｃｍ、高さ４２０ｃｍの円柱供試体とし、温度２０℃雰囲気下における材齢８日までの長さ変化の計測を行った。なお、体積収縮量は、例えば、長さ１ｍの水硬性硬化体が０．８ｍｍ収縮した場合、−８００×１０−６と表示する。体積収縮量が正（＋）の値の時、コンクリートが膨張し、負の値の時、コンクリートが収縮したことを示す。
【００３３】
［水硬性硬化体の圧縮強度 ＭＰａ］
直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱体を成形して試料とし、毎秒０．２５ＭＰａの増加速度で荷重をかけてＪＩＳ Ａ１１０８−１９９３試験方法に準じて測定した。
【００３４】
［耐爆裂性の評価］
乾燥後の水硬性硬化体サンプル（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱体）を、横３ｍ、高さ１ｍ、奥行き５０ｃｍであり、一方の壁面にＬＰＧバーナー火炎噴射口を上下に合計９個有する耐火煉瓦製加熱機にセットして加熱し、爆裂試験を実施した。耐火煉瓦製加熱機の加熱プログラムはＩＳＯ８３４試験方法に準拠し実施し、加熱開始後１５分で７００℃に達し、加熱後３０分で８３０℃に到達するようにした。そして加熱温度が８３０℃に到達した後ガス供給を遮断し、室温になるまで冷却した。その後さらに自然冷却を約４時間行った後、各円柱試験体の爆裂試験後の耐爆裂性を、爆裂前後の試験体の質量を測定し、下記式（２）により試験体の残存率を求め、爆裂防止性を評価した。
＜耐火試験後の本体質量／耐火試験前の本体質量＞×１００ （２）
【００３５】
［実施例１〜４、比較例１〜４］
本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有する水硬性硬化体（実施例１〜６）、比較のために、繊維を含まない水硬性硬化体（比較例１）、ＥＶＡ系繊維（非中空）を含有する水硬性硬化体（比較例２）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維（非中空）を含有する水硬性硬化体（比較例３）、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維（中空）を含有する水硬性硬化体（比較例４）、ＥＶＡ系中空繊維（中空率６０％）を含有する水硬性硬化体（比較例５）を作製して、水硬性硬化体の性能を評価した。
表１に示す組成の水硬性組成物に、表２に示す仕様の繊維を添加し(比較例１においては繊維の添加なし)、下記のようにして水硬性硬化体を製造した。なお、実施例１〜６および比較例２および５のＥＶＡ系繊維を構成するエチレンービニルアルコール系共重合体のエチレン含量は、４４モル％であり、融点は１７０℃である。なお、ポリビニルアルコールの融点は、２２８℃、ポリプロピレンの融点は、１６５℃である。
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）、細骨材（川砂）、粗骨材（最大粒径２０ｍｍ）および高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）（ポゾリスＳＰ−８Ｎ）を表1に示す割合で、１００リットル容量の２軸ミキサーを使用して次のようにして混合した。最初にセメントと砂を１分間混ぜ、次いで水を加えて２分間混練する。次いで繊維を表２に示す配合率（表１に示す水硬性組成物に対して１．０容積％）で加え１分間混練し、一度掻き落として再度１分間混練した。次いで排出し切り返しを行い、再度２分間混練し、調製した。
得られた水硬性組成物を、直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱供試体用型枠にキャスティングし、各実施例および各比較例について４個作成した。そして作成した円柱供試体を２０℃、６５％ＲＨの部屋で２４時間気中養生し、直ちに脱型し、２０℃の水中に入れ２８日間水中養生した。その後、上記の４個のうち２個を水中より取り出し、５時間後に圧縮強度を測定した。また残りの２個については、１０５℃の熱風乾燥機内で７日間乾燥した後、爆裂試験を行った。
これとは別に、フレッシュコンクリートの流動性の度合いを示すスランプ値を測定した。また、表１配合の水硬性組成物に、実施例１〜６、比較例２〜５については、繊維を添加して組成物を調整し、直径２０ｃｍ、高さ４２０ｃｍの円柱供試体用型枠にキャスティングし、各実施例または比較例について３個作成した。供試体を計測台に静置し、供試体長手方向の長さ変化をダイヤルゲージで計測した。計測装置は温度２０±２℃の試験室に静置し、材齢８日までの長さ変化の計測を行って、体積収縮量を求めた。
スランプ値、体積収縮量、圧縮強度および爆裂試験後(加熱後)の試験体の残存率の測定結果を表２に示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
（スランプ値）
表２から明らかであるように、繊維を添加しない硬化体のスランプ値（比較例１）に対して、繊維を添加した硬化体（実施例１〜６）のスランプ値は同等または低下する傾向にあるが、ＥＶＡ系繊維を添加した試験体（実施例１〜６）のスランプ値はポリプロピレン繊維を添加した試験体（比較例４）のスランプ値に比べて、低下の度合いが少なく、すなわちＥＶＡ系繊維を添加した試験体はポリプロピレン繊維を添加した試験体に比べて流動性がよく、施工性がよいことがわかる。
【００３９】
また、ＰＶＡ繊維が親水性に富んだ繊維であることから、ＰＶＡ繊維を水硬性組成物に添加すると流動性を損なうのに対し(比較例３)、ＥＶＡ系中空繊維はＰＶＡ繊維に比べて疎水性であるので、ＰＶＡ繊維よりも流動性に優れるといった特長を有する(実施例１〜６)。
【００４０】
（体積収縮量）
表２の結果から、本発明に係る実施例１〜４の試験体では、いずれも体積収縮を起こしていなく、また、本発明に係る実施例５の試験体では、ＥＶＡ系中空繊維の中空率が５％と低い場合であり、実施例６の試験体では、ＥＶＡ系中空繊維の配合率が０．１％と低い
場合であるが、その場合でも体積収縮量は小さい。これに対して、比較例の試験体は、いずれも１００×１０−６以上の大きな収縮を起こしている。本発明の試験体は、ＥＶＡ系中空繊維内部に水分が保持されるため、水和反応の進行がゆるやかになり、自己収縮が抑制されるものと考えられる。とくに、比較例２のＥＶＡ系非中空繊維を配合した水硬性硬化体が収縮するのに対して、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維（中空率０．１〜５０％）を配合した水硬性硬化体が体積収縮量が少ないことは注目すべきことである。なお、中空率が６０％のＥＶＡ系中空繊維を配合した場合（比較例５）には、体積収縮が大きくなっているが、これはＥＶＡ系中空繊維の中空率が高すぎて、水硬性組成物を調整する際に、中空繊維の中空部が押しつぶされるためと考えられる。
【００４１】
（圧縮強度）
表２の結果から、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維（中空率：０．１〜５０％）を配合した水硬性硬化体（実施例１〜６）は、繊維を含まない場合(比較例1)、ＥＶＡ系非中空繊維を配合した場合（比較例２）、ポリプロピレン繊維を配合した場合（比較例４）と比べて、圧縮強度の点でほぼ同レベルであり、ＥＶＡ系中空繊維（中空率：６０％）を配合した場合（比較例５）よりも圧縮強度が優れていることがわかる。
【００４２】
（耐爆裂性）
表２の結果から、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有する水硬性硬化体（実施例１〜６）の耐爆裂性が優れていることが明らかである。とくに、比較例２のＥＶＡ系非中空繊維および比較例５の中空率６０％のＥＶＡ系中空繊維を配合した水硬性硬化体よりも、実施例１〜６のＥＶＡ系中空繊維配合の水硬性硬化体の方が、耐爆裂性が優れていることは注目すべきことである。
【００４３】
従来の、コンクリート、モルタルなどの水硬性組成物を調製する際に爆裂防止用として添加されるポリビニルアルコール繊維（以下、ビニロン繊維と略称することがある）が２００℃以上の高温で溶融しながら分解が開始するのに対し、本発明において用いられるＥＶＡ系中空繊維は、上記したようにエチレン含有量の制御により２００℃より低い融点を有する。したがってＥＶＡ系中空繊維が添加された水硬性硬化体が火災などによって加熱された場合、ビニロン繊維が添加された水硬性硬化体に比べてＥＶＡ系中空繊維が速やかに溶融・分解し、水蒸気の逃げ道となる微細トンネルをつくるので、ＥＶＡ系中空繊維を添加した水硬性硬化体は、ビニロン繊維を添加した水硬性硬化体に比べて爆裂防止性に優れる結果を与えるものと考えられる。
【００４４】
さらに本発明においては、繊維と水硬性硬化体との接着性も考慮すべき重要な因子である。水硬性硬化体が火災などの急激な温度上昇を伴って加熱されることにより、空隙に存在する水分が気化して蒸気圧が増すときに、周辺のマトリックスにはこれを破壊しようとする応力が負荷される。繊維が水硬性硬化体中に存在しないとマトリックスは容易に破壊され、爆裂に至る。繊維が存在すると、分断されようとするマトリックス中に繊維による架橋が形成され、マトリックスの破壊を防ごうとする。その後、さらなる温度上昇によって繊維が溶融・分解することにより水蒸気の逃げ道となる微細トンネルを形成し、爆裂防止が達成されると考えられる。
【００４５】
従来から、ビニロン繊維は水硬性硬化体との接着性に優れていることが知られており、これに対してポリプロピレン繊維は水硬性硬化体との接着性が低いことが知られている。ビニロン繊維が添加された水硬性硬化体が火災などの急激な温度上昇を伴って加熱された場合、ビニロン繊維はマトリックスとの接着性が高いため、ビニロン繊維の存在により加熱時の水分の気化による蒸気圧の上昇に抗してマトリックスの破壊を防ごうとするが、さらなる温度および蒸気圧の上昇により繊維が溶融または分解する前に一旦マトリックスの破壊が生じると、繊維がマトリックスに固く固定されているために、かえって大きな爆裂に至る場合がある。一方、ポリプロピレン繊維はマトリックスとの接着性が低く、繊維が溶融する前に繊維により形成される架橋が弱いので、加熱時の水分の気化による蒸気圧の上昇に抗しきれず、容易に爆裂に至る場合がある。
【００４６】
ＥＶＡ系中空繊維はビニロン繊維よりも水酸基が少ないことから水硬性硬化体との接着性はビニロン繊維よりも低いが、一方ではポリプロピレン繊維に比べて接着性は高く、
すなわちマトリックスの破壊を防ぐための適度な接着性を有する。ＥＶＡ系中空繊維を添加した水硬性硬化体は火災などの急激な温度上昇を伴った加熱時において、加熱時の水分の気化による蒸気圧の上昇により分断しようとするマトリックスをＥＶＡ系中空繊維が溶融する前に架橋を形成し、さらに加熱されることにより２００℃以下の温度により速やかに溶融・分解し、水蒸気の逃げ道となる微細トンネルをつくる。したがって、ＥＶＡ系中空繊維は、加熱による蒸気圧の上昇時に、繊維が溶融する前の爆裂を防ぐためのマトリックス中での架橋形成と、さらなる温度上昇により繊維が溶融・分解することによる微細トンネルの生成が、ビニロン繊維やポリプロピレン繊維に比べてスムーズに進行するので、ビニロン繊維やポリプロピレン繊維に比べて優れた耐爆裂防止性能を有すると考えられる。
【００４７】
さらに、繊維とマトリックスとの接着性は、セメント量の多い（砂が少ない）マトリックス、例えば高強度コンクリートや高強度モルタル等では小さく、セメント量の少ない（砂が多い）マトリックス、例えば普通コンクリートや普通モルタル等では大きいと一般的にいわれている。したがって、セメントの多いマトリックスで適度な接着性を得ようとすれば、マトリックスとの接着性に優れたビニロン繊維が好適であり、一方セメント量の少ないマトリックスで適度な接着性を得ようとすれば、マトリックスとの接着性が低いポリプロピレン繊維が好適である。ＥＶＡ系中空繊維は上記したように、マトリックスとの接着性がビニロン繊維よりも低いが、ポリプロピレン繊維よりも高く、しかも共重合体中のエチレン含有量を制御することによって接着性を調整できるので、普通コンクリートや普通モルタル等から高強度コンクリートや高強度モルタル等まで幅広い物性のコンクリートやモルタル等の使用に適している。なおここでいう、高強度コンクリート、高強度モルタルとは圧縮強度が６０ＭＰａ以上のコンクリート、モルタルのことであり、普通コンクリート、普通モルタルとは２０ＭＰａ以上６０ＭＰａ未満のコンクリート、モルタルのことである。
【００４８】
本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有した水硬性硬化体は、従来のビニロン繊維やポリプロピレン繊維を含有した水硬性硬化体に比べ、普通コンクリート、普通モルタル等から高強度コンクリート、高強度モルタル等まで幅広い圧縮強度の水硬性硬化体において爆裂防止性能に優れているので、建造物の床、壁、柱、梁などを構成するコンクリート部材として使用することができる。また手摺などの薄肉部材は表面積が大きいことから急激に温度上昇して爆裂しやすいので、従来のビニロン繊維やポリプロピレン繊維を用いた場合においては、耐爆裂性を付与することは容易ではないが、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を用いれば、薄肉部材においても耐爆裂性を付与することが可能となる。
【００４９】
さらに、ポリプロピレン繊維との比較において、ポリプロピレン繊維は比重が０．９であることから、水硬性組成物にポリプロピレン繊維を添加した場合に表面に繊維が浮いて、組成物中に繊維を均一に混合するのが難しいのに対し、ＥＶＡ系中空繊維は比重が１．１〜１．２程度であることから、ＥＶＡ系中空繊維が組成物中において均一な混合が容易であるという優位点を有する。繊維の組成物中への均一な混合は、優れた爆裂防止性能を得るためには重要な要素である。
【００５０】
とくに、本発明に係る中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維を含む水硬性硬化体は、前記のように、ＥＶＡ系非中空繊維を含む水硬性硬化体に比して、ＥＶＡ系中空繊維内部に水分が保持されることにより、水和反応の進行がゆるやかになり、自己収縮が抑制されるため、体積収縮量において格段に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有する水硬性硬化体は、従来のビニロン繊維やポリプロピレン繊維を含有した水硬性硬化体に比べ、普通コンクリート、普通モルタル等からなる高強度コンクリート、高強度モルタル等まで種々の圧縮強度を有する幅広い水硬性硬化体において爆裂防止性能に優れているので、建造物の床、壁、柱、梁などを構成するコンクリート部材として幅広く使用することができる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置換ができることが理解可能であろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施工時に高流動性を有し、かつ、火災時に耐爆裂性に優れるとともに、養生時のコンクリートの体積収縮が抑制された低収縮型の水硬性硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント、砂、砂利を主成分とする組成物に水を加えることにより硬化した水硬性硬化体、中でもコンクリートは、耐火性に優れた材料として知られており、近年、建物の超高層化に伴い、その高強度化が求められている。しかし、高強度コンクリートは通常のコンクリートに比べて組織が緻密になるように設計されているため、火災時にコンクリート内部に発生する水蒸気の膨張により表層部のコンクリートが剥落する「爆裂」と呼ばれる現象が起きることがある。そこで、このような高強度コンクリートについては、爆裂現象を抑制するために、コンクリート中にポリプロピレンやポリビニルアルコールなどの有機繊維を混入させることで、火災発生時のコンクリートが爆裂現象を起こす前に、水蒸気の逃げ道となる微細トンネルを形成させることで爆裂を制御する方法が検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、融点が１６０℃〜１９０℃であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維を用いることにより、ベースコンクリートとの混和性に優れ、流動性にも優れ、かつ火災により熱せられた場合にも、混入されたエチレンービニルアルコール系共重合体繊維が溶融することで、内部に発生する水蒸気の抜け道となり、爆裂を抑制させることができるという報告がなされている（特許文献３）。
【０００４】
また、高強度コンクリートは、水／セメント比が小さいため、セメントの水和反応にともなうコンクリートの自己収縮が大きく、そのためコンクリートに亀裂やひび割れが入ることが問題とされている。この課題を解決するために、膨張剤や収縮低減剤などを混入する方法を用いると、これらの添加剤を均一に分散させるためには混合時間を長くする必要があり、またコンクリートの強度が低下するので、水分を吸水させた開口空隙を有する多孔性の細骨材を用いることによって、コンクリートの水和反応を遅らせて、コンクリートの圧縮強度の低下が少なく、コンクリートの体積収縮を抑制できるという報告がされている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６２０９１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１４３３２２号公報
【特許文献３】特許第４０９０７６２号公報
【特許文献４】特開２００７−２４６２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１、２に開示されているように、ポリプロピレン繊維やポリビニルアルコール繊維を用いた場合であっても、爆裂防止効果は必ずしも十分であるとはいえず、上記特許文献２のような方法では、部材の厚さが薄い場合や鉄筋の被りが薄い場合には必ずしも有効ではなく、多量の繊維の添加が必要となっていた。また、特許文献１に記載のような高強度コンクリートでは、その組織が緻密であることから、繊維補強材を多く混入させる必要があり、そのため流動性が悪くなるという問題があった。そのため、この高強度コンクリートを用いて打設を行うと、流動性が悪いことから打設が困難になることや、圧縮強度が低下するといった問題もあった。
【０００７】
上記の流動性の低下および圧縮強度の低下については、特許文献３に開示されている
エチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維（以下、ＥＶＡ系繊維と略称する場合がある。）を含有させることにより改良されているが、本発明者等は、養生時にコンクリートの体積が収縮するという問題を有していることに気がついた。
【０００８】
一方、特許文献４には、開口空隙を有する多孔性の細骨材を用いることによる低収縮型軽量コンクリートが開示されているが、該細骨材は耐爆裂性には効果がない。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、施工時に高流動性を有し、かつ、火災時のコンクリートの爆裂を抑制するとともに、さらに、養生時のコンクリートの体積収縮が抑制された、低収縮型の耐爆裂性水硬性硬化体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、少なくともエチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とし、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にある繊維（以下、ＥＶＡ系中空繊維と略称することがある）が含有されてなる低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体を得ることにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
なかでも、上記中空繊維が、下記（１）〜（４）を満足していることが好ましい。
（１）繊維繊度が０．１〜１００ｄｔｅｘであること、
（２）中空率が１〜４５％であること、
（３）繊維長が１〜３０ｍｍであること、
（４）水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されてなること。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維をコンクリート内に分散させることで、ポリプロピレン繊維やポリビニルアルコール繊維を配合した場合に比べて、繊維を配合することによるスランプ値（水硬性組成物の流動性を示す指標で、値が高いほど流動性が高い。）の低下が少なく、流動性が保持されているので、施工性に優れている。
【００１３】
本発明によれば、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維をコンクリート内に分散させることで、後述の実施例および比較例により示されているように、耐火試験において、ポリプロピレン（中空）繊維、ポリビニルアルコール（非中空）繊維、ＥＶＡ系非中空繊維、中空率が上記の範囲外のＥＶＡ系中空繊維に比べて、試験体の本体の爆裂後の残存率が高い結果が得られた。このことは、火災発生の初期の段階における水分の急激な体積膨張に対し、中空率が所定の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維の中空構造が水蒸気の逃げ道となることができ、また、その後の昇温過程において１６０℃以上に暴露された際、ＥＶＡ系中空繊維が溶解することで空隙サイズが拡大し、コンクリート内に生じる膨張圧を更に緩和する空間を確保することができることに起因するものと考えられる。そのため、火災発生時の初期段階からその後の昇温時のすべての段階において爆裂抑制効果を発現することができると考えられる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維をコンクリート内に分散させることで、養生中における体積収縮量に変化がなく、コンクリートのひび割れの問題のない低収縮型の水硬性硬化体を得ることができる。これは、中空繊維の中空部に保持された水分により、水和反応がゆるやかになるため、自己収縮を抑制することが可能になるためであると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維を含有する低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体である。本発明において、水硬性とは、セメントや石灰などが水との反応によって硬化する性質を意味しており、水硬性硬化体とは、水硬性を有する材料を主体とする組成物が硬化して形成された固形物または成形体をいう。耐爆裂性とは、前述のような爆裂現象を抑制する性質を意味しており、低収縮とは、ＪＩＳ Ａ１１２９３−３に準じて、水硬性硬化体の体積収縮量を測定した値が１００×１０−６未満である場合、かかる水硬性硬化体を低収縮型の水硬性硬化体と称している。
【００１６】
（水硬性組成物）
本発明において、水硬性硬化体を製造するための水硬性組成物は、セメントなどの結合剤、骨材、減水剤などからなる通常の成分に、所定の範囲内の中空率を有するＥＶＡ系中空繊維を加えて、これに水を配合することにより調整される。
【００１７】
（結合剤）
本発明において用いられる結合剤としては、セッコウ、セッコウスラグ、マグネシア等が挙げられるが、なかでもセメントが好適に使用される。ポルトランドセメントがその代表的なものであるが、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等を使用してもよく、これらを併用してもかまわない。
本発明において、水とセメントとの比率については、水の比率が高いと硬化体が応力を受けて破断した場合に、破断面で繊維が破断しているケースよりも繊維が抜けるケースが増える傾向にあるので、水／セメント(質量比)は０．５以下，特に０．４５以下とするのが好ましい。
【００１８】
（骨材）
本発明において、骨材として、下記に例示する細骨材、粗骨材、またはこれらの混合物を用いることができる。細骨材としてたとえば大きさ０．１〜０．５ｍｍ程度の、川、海、陸の各砂、破砂、シリカ、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ等が用いられ、粗骨材としては大きさ１０〜４０ｍｍ程度の破石などが使用できる。
結合剤に対する骨材の配合比率は、結合剤１００質量部に対して、骨材１００〜６００質量部の範囲内で適宜選択される。
【００１９】
（減水剤）
減水剤としては、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩、アクリル酸とアリルエーテルとのコポリマー、α−オレフインとエチレン性不飽和ジカルボン酸とのコポリマー、その部分エステル化物、部分アミド化物、部分イミド化物などの水溶性塩等が例示され、現在市販されている代表的なものとして、ＢＡＳＦポゾリス社製のＳＰ−８シリーズ、竹本油脂（株）社製のＨＰ−１１シリーズ、日本ゼオン（株）社製のワーク５００、デンカグレース（株）社製の１００ＰＨＸ等が好適に使用されるが、これらに限定されるものではない。減水剤の配合量は、結合剤と骨材の合計量１００質量部に対して、減水剤０．１〜４．０質量部の範囲内で適宜選択されるのが好ましい。
【００２０】
（ＥＶＡ系中空繊維）
本発明において水硬性組成物に加えられるＥＶＡ系中空繊維は、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体のケン化物を成分とする繊維であり、該共重合体に含有されるエチレンの量は２５〜７０モル％のものが用いられる。好ましくは３０〜５０モル％である。エチレンの含有量が２５モル％よりも低い場合、得られたＥＶＡ系中空繊維は水に溶解しやすい性質を有するため、繊維間同士で膠着が発生し、水硬性組成物内において分散性の低下が起こりやすい。一方、エチレンの含有量が７０モル％よりも高い場合は、融点が１２０℃以下の低融点の繊維が形成されるため、繊維が水硬性組成物中で硬化前の水和熱により溶融しやすくなりやすい。エチレン含有量を調整することにより、２００℃以下の融点をもつＥＶＡ系中空繊維を製造することが可能である。
【００２１】
本発明において用いられるＥＶＡ系中空繊維は、エチレンービニルアルコール系共重合体を溶融紡糸することにより製造することができる。紡糸時の温度や引取り速度、延伸温度、延伸倍率、熱処理温度等の諸条件は、目標とする繊度、中空率、収縮率等、その他原綿物性に応じて適宜選択設定することができる。たとえば、エチレンービニルアルコール系共重合体を押出機で溶融して、該溶融体を、中空断面形成用の口金を備え付けた紡糸パックを用いて、溶融紡糸装置で紡糸することにより製造することができる。その際の紡糸温度としては２００〜３００℃の範囲内の温度が採用される。紡糸後の工程については、紡糸捲取り後、必要に応じて延伸してもよく、目標とする繊度や強度、伸度特性等に応じて、延伸温度、延伸倍率、熱処理温度等の諸条件を適宜設定することが望ましい。
【００２２】
本発明において、ＥＶＡ系中空繊維の平均繊度は、０．１〜１００ｄｔｅｘの範囲であることが好ましく、０．５〜８０ｄｔｅｘであることがさらに好ましい。繊度が０．１ｄｔｅｘ未満であると保水能力が低下するため、収縮抑制への効果が発現しにくくなり、１００ｄｔｅｘを超えると加熱溶融後の空隙サイズが大きく成り過ぎるため加熱後の圧縮強度が低下する傾向にあり好ましくない。
【００２３】
本発明において、ＥＶＡ系中空繊維は、下記式（１）で示す中空率が０．１〜５０％の範囲であることが必要であり、より好ましくは１〜４５％であり、さらに好ましくは５〜４０％である。中空率が０．１％未満であると、保水能力が低下するため、収縮抑制への効果が発現しにくくなり、また、火災発生初期の爆裂抑制効果が十分に発現しないという問題を生じる。一方、５０％を超えるとコンクリート混練時に中空部が潰れやすくなり、閉塞してしまうものがでてくるため、本発明においては用いられない。
中空率（％）＝＜Ａ／（Ａ＋Ｂ）＞×１００ （１）
ただし、Ａ：中空部の断面積、Ｂ：非中空部の断面積
【００２４】
本発明において、ＥＶＡ系中空繊維の繊維長は、１〜３０ｍｍの範囲であることが好ましく、５〜２５ｍｍの範囲であることがより好ましい。繊維長が１ｍｍ未満の場合、繊維が溶解する前に発生する水蒸気が入り込むスペースが小さくなるため、火災初期段階における爆裂抑制効果が小さくなる傾向にあり好ましくない。また、繊維長が３０ｍｍを超えた場合、コンクリートへの混練時に繊維同士が絡まり合い、分散性が悪くなり、流動性が悪化しやすくなるため、好ましくない。
【００２５】
ＥＶＡ系中空繊維を水硬性組成物に添加して製造した水硬性硬化体において、ＥＶＡ系中空繊維は、水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されていることが好ましく、０．０８〜３．０容積％含有されていることがさらに好ましい。含有率が０．０５容積％未満の場合、爆裂抑制効果が少なくなり、逆に５．０容積％を超えると混練性が悪くなる傾向にある。
【００２６】
（水硬性組成物に添加される添加剤）
本発明の水硬性硬化体は、上記の結合剤、骨材、減水剤、ＥＶＡ系中空繊維のほかに、慣用の添加剤、たとえばＡＥ剤、凝結・硬化調節剤、防錆剤、発泡剤・起泡剤、ポリマー混和剤や、天然または人工のシリカ質混合材、膨張材などのセメント混和材、または、ＥＶＡ系中空繊維以外の合成繊維や鋼繊維などを含有していてもよく、これらの添加剤は単独、又は二種以上組み合わせて使用できる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例により何等限定されるものではない。なお本発明における各繊維の物性および得られる水硬性硬化体の物性、耐爆裂性の評価は以下の方法により測定されたものを意味する。
【００２８】
［繊維繊度 ｄｔｅｘ］
ＪＩＳ Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．５．１）」に準じて評価した。
【００２９】
［繊維長 ｍｍ］
ＪＩＳ Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法（８．４．１）」に準じて評価した。
【００３０】
[中空率％]
繊維の横断面写真から中空部の断面積（Ａ）と、繊維外周内の断面積（Ａ＋Ｂ）を求め、上記の式（１）により算出した。
【００３１】
［コンクリートのスランプ値 ｍｍ］
ＪＩＳ Ａ１１０１によるコンクリートのスランプ試験方法に準じて、コーン（上辺直径１０ｃｍ、下辺直径２０ｃｍ、高さ３０ｃｍ）にフレッシュコンクリートを所定の手順で満たし、且つコーンを引き上げ、崩れたフレッシュコンクリートを上辺部の下がりを測定した。
【００３２】
［体積収縮量］
ＪＩＳ Ａ１１２９３−３「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法 第３部ダイヤルゲージ法」に準じて評価した。ただし、供試体の寸法は、直径２０ｃｍ、高さ４２０ｃｍの円柱供試体とし、温度２０℃雰囲気下における材齢８日までの長さ変化の計測を行った。なお、体積収縮量は、例えば、長さ１ｍの水硬性硬化体が０．８ｍｍ収縮した場合、−８００×１０−６と表示する。体積収縮量が正（＋）の値の時、コンクリートが膨張し、負の値の時、コンクリートが収縮したことを示す。
【００３３】
［水硬性硬化体の圧縮強度 ＭＰａ］
直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱体を成形して試料とし、毎秒０．２５ＭＰａの増加速度で荷重をかけてＪＩＳ Ａ１１０８−１９９３試験方法に準じて測定した。
【００３４】
［耐爆裂性の評価］
乾燥後の水硬性硬化体サンプル（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱体）を、横３ｍ、高さ１ｍ、奥行き５０ｃｍであり、一方の壁面にＬＰＧバーナー火炎噴射口を上下に合計９個有する耐火煉瓦製加熱機にセットして加熱し、爆裂試験を実施した。耐火煉瓦製加熱機の加熱プログラムはＩＳＯ８３４試験方法に準拠し実施し、加熱開始後１５分で７００℃に達し、加熱後３０分で８３０℃に到達するようにした。そして加熱温度が８３０℃に到達した後ガス供給を遮断し、室温になるまで冷却した。その後さらに自然冷却を約４時間行った後、各円柱試験体の爆裂試験後の耐爆裂性を、爆裂前後の試験体の質量を測定し、下記式（２）により試験体の残存率を求め、爆裂防止性を評価した。
＜耐火試験後の本体質量／耐火試験前の本体質量＞×１００ （２）
【００３５】
［実施例１〜４、比較例１〜４］
本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有する水硬性硬化体（実施例１〜６）、比較のために、繊維を含まない水硬性硬化体（比較例１）、ＥＶＡ系繊維（非中空）を含有する水硬性硬化体（比較例２）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維（非中空）を含有する水硬性硬化体（比較例３）、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維（中空）を含有する水硬性硬化体（比較例４）、ＥＶＡ系中空繊維（中空率６０％）を含有する水硬性硬化体（比較例５）を作製して、水硬性硬化体の性能を評価した。
表１に示す組成の水硬性組成物に、表２に示す仕様の繊維を添加し(比較例１においては繊維の添加なし)、下記のようにして水硬性硬化体を製造した。なお、実施例１〜６および比較例２および５のＥＶＡ系繊維を構成するエチレンービニルアルコール系共重合体のエチレン含量は、４４モル％であり、融点は１７０℃である。なお、ポリビニルアルコールの融点は、２２８℃、ポリプロピレンの融点は、１６５℃である。
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）、細骨材（川砂）、粗骨材（最大粒径２０ｍｍ）および高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）（ポゾリスＳＰ−８Ｎ）を表1に示す割合で、１００リットル容量の２軸ミキサーを使用して次のようにして混合した。最初にセメントと砂を１分間混ぜ、次いで水を加えて２分間混練する。次いで繊維を表２に示す配合率（表１に示す水硬性組成物に対して１．０容積％）で加え１分間混練し、一度掻き落として再度１分間混練した。次いで排出し切り返しを行い、再度２分間混練し、調製した。
得られた水硬性組成物を、直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱供試体用型枠にキャスティングし、各実施例および各比較例について４個作成した。そして作成した円柱供試体を２０℃、６５％ＲＨの部屋で２４時間気中養生し、直ちに脱型し、２０℃の水中に入れ２８日間水中養生した。その後、上記の４個のうち２個を水中より取り出し、５時間後に圧縮強度を測定した。また残りの２個については、１０５℃の熱風乾燥機内で７日間乾燥した後、爆裂試験を行った。
これとは別に、フレッシュコンクリートの流動性の度合いを示すスランプ値を測定した。また、表１配合の水硬性組成物に、実施例１〜６、比較例２〜５については、繊維を添加して組成物を調整し、直径２０ｃｍ、高さ４２０ｃｍの円柱供試体用型枠にキャスティングし、各実施例または比較例について３個作成した。供試体を計測台に静置し、供試体長手方向の長さ変化をダイヤルゲージで計測した。計測装置は温度２０±２℃の試験室に静置し、材齢８日までの長さ変化の計測を行って、体積収縮量を求めた。
スランプ値、体積収縮量、圧縮強度および爆裂試験後(加熱後)の試験体の残存率の測定結果を表２に示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
（スランプ値）
表２から明らかであるように、繊維を添加しない硬化体のスランプ値（比較例１）に対して、繊維を添加した硬化体（実施例１〜６）のスランプ値は同等または低下する傾向にあるが、ＥＶＡ系繊維を添加した試験体（実施例１〜６）のスランプ値はポリプロピレン繊維を添加した試験体（比較例４）のスランプ値に比べて、低下の度合いが少なく、すなわちＥＶＡ系繊維を添加した試験体はポリプロピレン繊維を添加した試験体に比べて流動性がよく、施工性がよいことがわかる。
【００３９】
また、ＰＶＡ繊維が親水性に富んだ繊維であることから、ＰＶＡ繊維を水硬性組成物に添加すると流動性を損なうのに対し(比較例３)、ＥＶＡ系中空繊維はＰＶＡ繊維に比べて疎水性であるので、ＰＶＡ繊維よりも流動性に優れるといった特長を有する(実施例１〜６)。
【００４０】
（体積収縮量）
表２の結果から、本発明に係る実施例１〜４の試験体では、いずれも体積収縮を起こしていなく、また、本発明に係る実施例５の試験体では、ＥＶＡ系中空繊維の中空率が５％と低い場合であり、実施例６の試験体では、ＥＶＡ系中空繊維の配合率が０．１％と低い
場合であるが、その場合でも体積収縮量は小さい。これに対して、比較例の試験体は、いずれも１００×１０−６以上の大きな収縮を起こしている。本発明の試験体は、ＥＶＡ系中空繊維内部に水分が保持されるため、水和反応の進行がゆるやかになり、自己収縮が抑制されるものと考えられる。とくに、比較例２のＥＶＡ系非中空繊維を配合した水硬性硬化体が収縮するのに対して、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維（中空率０．１〜５０％）を配合した水硬性硬化体が体積収縮量が少ないことは注目すべきことである。なお、中空率が６０％のＥＶＡ系中空繊維を配合した場合（比較例５）には、体積収縮が大きくなっているが、これはＥＶＡ系中空繊維の中空率が高すぎて、水硬性組成物を調整する際に、中空繊維の中空部が押しつぶされるためと考えられる。
【００４１】
（圧縮強度）
表２の結果から、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維（中空率：０．１〜５０％）を配合した水硬性硬化体（実施例１〜６）は、繊維を含まない場合(比較例1)、ＥＶＡ系非中空繊維を配合した場合（比較例２）、ポリプロピレン繊維を配合した場合（比較例４）と比べて、圧縮強度の点でほぼ同レベルであり、ＥＶＡ系中空繊維（中空率：６０％）を配合した場合（比較例５）よりも圧縮強度が優れていることがわかる。
【００４２】
（耐爆裂性）
表２の結果から、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有する水硬性硬化体（実施例１〜６）の耐爆裂性が優れていることが明らかである。とくに、比較例２のＥＶＡ系非中空繊維および比較例５の中空率６０％のＥＶＡ系中空繊維を配合した水硬性硬化体よりも、実施例１〜６のＥＶＡ系中空繊維配合の水硬性硬化体の方が、耐爆裂性が優れていることは注目すべきことである。
【００４３】
従来の、コンクリート、モルタルなどの水硬性組成物を調製する際に爆裂防止用として添加されるポリビニルアルコール繊維（以下、ビニロン繊維と略称することがある）が２００℃以上の高温で溶融しながら分解が開始するのに対し、本発明において用いられるＥＶＡ系中空繊維は、上記したようにエチレン含有量の制御により２００℃より低い融点を有する。したがってＥＶＡ系中空繊維が添加された水硬性硬化体が火災などによって加熱された場合、ビニロン繊維が添加された水硬性硬化体に比べてＥＶＡ系中空繊維が速やかに溶融・分解し、水蒸気の逃げ道となる微細トンネルをつくるので、ＥＶＡ系中空繊維を添加した水硬性硬化体は、ビニロン繊維を添加した水硬性硬化体に比べて爆裂防止性に優れる結果を与えるものと考えられる。
【００４４】
さらに本発明においては、繊維と水硬性硬化体との接着性も考慮すべき重要な因子である。水硬性硬化体が火災などの急激な温度上昇を伴って加熱されることにより、空隙に存在する水分が気化して蒸気圧が増すときに、周辺のマトリックスにはこれを破壊しようとする応力が負荷される。繊維が水硬性硬化体中に存在しないとマトリックスは容易に破壊され、爆裂に至る。繊維が存在すると、分断されようとするマトリックス中に繊維による架橋が形成され、マトリックスの破壊を防ごうとする。その後、さらなる温度上昇によって繊維が溶融・分解することにより水蒸気の逃げ道となる微細トンネルを形成し、爆裂防止が達成されると考えられる。
【００４５】
従来から、ビニロン繊維は水硬性硬化体との接着性に優れていることが知られており、これに対してポリプロピレン繊維は水硬性硬化体との接着性が低いことが知られている。ビニロン繊維が添加された水硬性硬化体が火災などの急激な温度上昇を伴って加熱された場合、ビニロン繊維はマトリックスとの接着性が高いため、ビニロン繊維の存在により加熱時の水分の気化による蒸気圧の上昇に抗してマトリックスの破壊を防ごうとするが、さらなる温度および蒸気圧の上昇により繊維が溶融または分解する前に一旦マトリックスの破壊が生じると、繊維がマトリックスに固く固定されているために、かえって大きな爆裂に至る場合がある。一方、ポリプロピレン繊維はマトリックスとの接着性が低く、繊維が溶融する前に繊維により形成される架橋が弱いので、加熱時の水分の気化による蒸気圧の上昇に抗しきれず、容易に爆裂に至る場合がある。
【００４６】
ＥＶＡ系中空繊維はビニロン繊維よりも水酸基が少ないことから水硬性硬化体との接着性はビニロン繊維よりも低いが、一方ではポリプロピレン繊維に比べて接着性は高く、
すなわちマトリックスの破壊を防ぐための適度な接着性を有する。ＥＶＡ系中空繊維を添加した水硬性硬化体は火災などの急激な温度上昇を伴った加熱時において、加熱時の水分の気化による蒸気圧の上昇により分断しようとするマトリックスをＥＶＡ系中空繊維が溶融する前に架橋を形成し、さらに加熱されることにより２００℃以下の温度により速やかに溶融・分解し、水蒸気の逃げ道となる微細トンネルをつくる。したがって、ＥＶＡ系中空繊維は、加熱による蒸気圧の上昇時に、繊維が溶融する前の爆裂を防ぐためのマトリックス中での架橋形成と、さらなる温度上昇により繊維が溶融・分解することによる微細トンネルの生成が、ビニロン繊維やポリプロピレン繊維に比べてスムーズに進行するので、ビニロン繊維やポリプロピレン繊維に比べて優れた耐爆裂防止性能を有すると考えられる。
【００４７】
さらに、繊維とマトリックスとの接着性は、セメント量の多い（砂が少ない）マトリックス、例えば高強度コンクリートや高強度モルタル等では小さく、セメント量の少ない（砂が多い）マトリックス、例えば普通コンクリートや普通モルタル等では大きいと一般的にいわれている。したがって、セメントの多いマトリックスで適度な接着性を得ようとすれば、マトリックスとの接着性に優れたビニロン繊維が好適であり、一方セメント量の少ないマトリックスで適度な接着性を得ようとすれば、マトリックスとの接着性が低いポリプロピレン繊維が好適である。ＥＶＡ系中空繊維は上記したように、マトリックスとの接着性がビニロン繊維よりも低いが、ポリプロピレン繊維よりも高く、しかも共重合体中のエチレン含有量を制御することによって接着性を調整できるので、普通コンクリートや普通モルタル等から高強度コンクリートや高強度モルタル等まで幅広い物性のコンクリートやモルタル等の使用に適している。なおここでいう、高強度コンクリート、高強度モルタルとは圧縮強度が６０ＭＰａ以上のコンクリート、モルタルのことであり、普通コンクリート、普通モルタルとは２０ＭＰａ以上６０ＭＰａ未満のコンクリート、モルタルのことである。
【００４８】
本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有した水硬性硬化体は、従来のビニロン繊維やポリプロピレン繊維を含有した水硬性硬化体に比べ、普通コンクリート、普通モルタル等から高強度コンクリート、高強度モルタル等まで幅広い圧縮強度の水硬性硬化体において爆裂防止性能に優れているので、建造物の床、壁、柱、梁などを構成するコンクリート部材として使用することができる。また手摺などの薄肉部材は表面積が大きいことから急激に温度上昇して爆裂しやすいので、従来のビニロン繊維やポリプロピレン繊維を用いた場合においては、耐爆裂性を付与することは容易ではないが、本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を用いれば、薄肉部材においても耐爆裂性を付与することが可能となる。
【００４９】
さらに、ポリプロピレン繊維との比較において、ポリプロピレン繊維は比重が０．９であることから、水硬性組成物にポリプロピレン繊維を添加した場合に表面に繊維が浮いて、組成物中に繊維を均一に混合するのが難しいのに対し、ＥＶＡ系中空繊維は比重が１．１〜１．２程度であることから、ＥＶＡ系中空繊維が組成物中において均一な混合が容易であるという優位点を有する。繊維の組成物中への均一な混合は、優れた爆裂防止性能を得るためには重要な要素である。
【００５０】
とくに、本発明に係る中空率が０．１〜５０％の範囲内にあるＥＶＡ系中空繊維を含む水硬性硬化体は、前記のように、ＥＶＡ系非中空繊維を含む水硬性硬化体に比して、ＥＶＡ系中空繊維内部に水分が保持されることにより、水和反応の進行がゆるやかになり、自己収縮が抑制されるため、体積収縮量において格段に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係るＥＶＡ系中空繊維を含有する水硬性硬化体は、従来のビニロン繊維やポリプロピレン繊維を含有した水硬性硬化体に比べ、普通コンクリート、普通モルタル等からなる高強度コンクリート、高強度モルタル等まで種々の圧縮強度を有する幅広い水硬性硬化体において爆裂防止性能に優れているので、建造物の床、壁、柱、梁などを構成するコンクリート部材として幅広く使用することができる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置換ができることが理解可能であろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともエチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とし、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にある繊維が含有されてなる低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体。
【請求項２】
エチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維が下記（１）〜（４）を満足してなる請求項１に記載の低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体。
（１）繊維繊度が０．１〜１００ｄｔｅｘであること、
（２）中空率が１〜４５％であること、
（３）繊維長が１〜３０ｍｍであること、
（４）水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されてなること。
【請求項１】
少なくともエチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とし、断面が中空形状であり、中空率が０．１〜５０％の範囲内にある繊維が含有されてなる低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体。
【請求項２】
エチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維が下記（１）〜（４）を満足してなる請求項１に記載の低収縮型耐爆裂性水硬性硬化体。
（１）繊維繊度が０．１〜１００ｄｔｅｘであること、
（２）中空率が１〜４５％であること、
（３）繊維長が１〜３０ｍｍであること、
（４）水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜５．０容積％含有されてなること。
【公開番号】特開２０１３−６０３１４（Ｐ２０１３−６０３１４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８１４４（Ｐ２０１１−１９８１４４）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]