流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法
【課題】振動下において、連行された空気が材料から抜けることを防止して、連行した空気の減少による材料収縮を抑制することができ、配合される繊維の分散が均一にされ、流動性と靭性に優れ、振動下においても材料分離が小さい、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
流込成形用繊維補強セメント複合材料は、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用繊維補強セメント複合材料であって、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で含有されていることを特徴とする。
【解決手段】
流込成形用繊維補強セメント複合材料は、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用繊維補強セメント複合材料であって、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で含有されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法に関し、特に、流込成形用として用いられ、振動下においても寸法安定性の良好な流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の劣化部分を補修するための補修材として、セメント組成物中に各種繊維が添加されてなる繊維補強セメント複合材料（ＦＲＣ複合材料）が提案されている。
しかしながら、この種の繊維補強セメント複合材料を製造する際に、単にセメント系材料と繊維材料とを撹拌混合しようとすると、セメント系材料および繊維材料が均一になりにくく、例えば、繊維のダマ（ファイバーボール）が生じてしまう、といった問題が発生し、全体として均一な靭性を発揮しうる繊維補強セメント複合材料が得られないという問題がある。
【０００３】
繊維補強セメント複合材料において、良好な引張りひずみ硬化挙動を得るには、混練時の繊維の均一な分散が必要であり、製造方法等を工夫することで繊維の分散性が高められたり、材料に粘性を持たせることにより分散性の向上が図られている。
例えば特開２００７−２６９５３７号公報（特許文献１）には、セメント、細骨材、再乳化形粉末樹脂、粘土鉱物系チクソ性付与材、および高強度有機短繊維を含有してなるプレミクス高靭性ポリマーセメントモルタル材料であって、セメント１００質量部に対し、再乳化形粉末樹脂１〜１０質量部、粘土鉱物系チクソ性付与材０．２〜１０質量部、および高強度有機短繊維の繊維混入率が０．５〜２．０容積％で配合されていることを特徴とする、プレミクス高靭性ポリマーセメントモルタル材料が開示されている。
【０００４】
また、特開２０１０−９５４０６号公報（特許文献２）には、セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料であって、前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量が５０〜２００重量部とされ、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量が調整され、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％としたことを特徴とする繊維補強セメント複合材料が開示されている。
【０００５】
しかし、これらの従来の高靭性繊維補強セメント材料は、繊維を均一に分散させるために、モルタルの粘性が比較的高く、粘性の増大により、混練したモルタルへ混入する空気量が多くなり、モルタル空気量の増加が材料分離を起こしやすくなっていた。
特に、振動下においては、時間の経過とともに、連行された空気がモルタルから抜けることにより、寸法安定性が劣ることとなり、硬化したモルタル表面上にクレータ状のものができ、速硬性セメントを用いた場合には、このクレータ状の表面のまま硬化し、表面の仕上がり（外観）に問題があった。さらに速硬性セメントを用いた場合には、連行した空気の減少による材料収縮と硬化による材料収縮が同時に起きて、ポルトランドセメントを用いる場合より、硬化時の体積変化が大きく、モルタルの収縮率も大きくなってしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６９５３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９５４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解決し、振動下において、連行された空気が材料から抜けることを防止して、連行した空気の減少による材料収縮を抑制することができる、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供することである。
さらに、配合される繊維の分散が均一にされ、流動性と靭性に優れた、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供することである。
また、振動下においても材料分離が小さい、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用繊維補強セメント複合材料であって、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で含有されていることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料である。
【０００９】
好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で含有されていることを特徴とする。
更に好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、ＪＨＳ３１３によるフロー値が１２０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法は、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部を配合し、更に有機繊維を繊維混入率０．５〜３．０容積％で配合することにより調製されることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法である。
【００１１】
好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で配合することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、有機繊維を除く原材料粉体を混練し、次いで水を添加して混練し、その後有機繊維を添加して混練することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法は、速硬性セメント、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤等が同時に存在することにより、バイブレータ等による振動を受けても、気泡の抜けがほとんどなく、骨材、繊維、セメントペースト等の材料の分離がほとんど生じない材料とすることができ、従って寸法安定性の良好な材料となる。
また、流動性も確保でき、速硬性であるため、早期に靭性性能を発揮することが可能となる。
【００１３】
更に、例えば、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料によれば、道路、鉄道等の振動が伝わる箇所における補修、補強材料に求められる寸法安定性が増大させることができ早期に高靱性を発揮することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、減水剤、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用のセメント複合材料であって、該速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で配合されている、流込成形用繊維補強セメント複合材料である。
【００１５】
かかる特定の組成で上記成分を配合することで、振動下においても、連行された空気が時間の経過とともに抜けることがなく、材料分離を起こすこともなく、硬化後のモルタル表面がクレータ状となることがなく、寸法安定性に優れ、高靭性とすることができる。
具体的には、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、ＪＨＳ３１３フロー値が１２０ｍｍ以上で、該材料を用いて得られたモルタル硬化体は材齢１日後の曲げ靭性係数が７Ｎ／ｍｍ２以上の性能を有することができるものである。
【００１６】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に用いるセメントとしては、速硬性セメントを用いる。
使用できる速硬性セメントは、特に限定されず、任意の速硬性セメントを用いることができる。特に、速硬セメントとしては、一般に「ジェットセメント」、「マイルドジェットセメント」と称されるカルシウムアルミネート類と無水石膏を主成分として、凝結調整材を含有するものを好適に使用することができる。
【００１７】
また、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に用いる無機系混和材としては、粒径が８０μｍ以下の無機系混和材を好適に使用することができ、平均粒径が１〜１５μｍである無機系混和材をより好適に使用することができる。平均粒径が１〜１５μｍである無機系混和材を使用した場合には、繊維分散性を高め、靭性性能を高めるという効果がある。
【００１８】
該無機系混和材としては、例えば、高炉スラグ、石灰石、珪石、フライアッシュ、シリカヒューム等の粉末を用いることができ、中でも、石灰石粉又は高炉スラグ粉の少なくとも何れか一方を用いることが好ましい。但し、本発明においては、無機系混和材には粘土鉱物は含まれない。
【００１９】
該無機系混和材の添加量は、セメント１００質量部に対し、３０〜２００質量部、好ましくは、５０〜１５０質量部である、該無機系混和材の添加量が、セメント１００質量部に対して３０質量部未満であると、繊維を添加した際にファイバーボールが生成されやすく、また、材料分離が生じやすくなるため、好ましくない。また、２００質量部を超えて添加すると、流動性が低下し、流込成形が困難となる。
【００２０】
また、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に用いるセメント混和用ポリマーとしては、例えば再乳化形粉末樹脂、ＪＩＳ Ａ ６２０３に規定されたものを使用することができ、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル／バーサック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサック酸ビニルエステル／アクリル酸エステル等の樹脂が例示され、これらの中から適宜、選択して単独、または混合して使用することができ、再乳化樹脂を含有することで接着性能を向上させることができる。
特に、耐水性等の耐久性が要求される部材に用いる場合には、酢酸ビニル／バーサック酸ビニルエステル／アクリル酸エステル等のアクリル系再乳化型粉末樹脂の使用が好ましい。
【００２１】
再乳化形粉末樹脂は、ＪＩＳ Ａ ６２０３に規定するポリマーディスパージョンを噴霧乾燥した粉末樹脂で、水を添加すると再度乳化するものをいい、ポリマーディスパージョンとは、上記ポリマーの微粒子が水中に分散し、浮遊している状態のものである。
ポリマーを安定化する方法としては、例えば、アクリル酸を共重合するカルボキシル方式（アニオン化方式）、水溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコール等の水溶液中で重合する保護コロイド方式、重合反応性界面活性剤等を共重合する方式、非重合反応性界面活性剤による安定化方式がある。
【００２２】
かかる再乳化形粉末樹脂の製造方法は特に限定されることなく、これらのポリマーディスパージョンを粉末化方法やブロッキング防止法等の公知かつ任意の方法を用いて調製することができる。
再乳化形粉末樹脂の再乳化液としては、最低造膜温度が０℃以上であることが望ましい。
最低造膜温度が０℃以上であることにより、コンクリートとの付着性および早期強度発現性に優れることとなる。
【００２３】
かかる再乳化形粉末樹脂の配合量としては、セメント１００質量部に対して、１〜１０量部配合されてなり、好適には、３〜７質量部であることが望ましい。
これは、かかる配合比で、再乳化形粉末樹脂を混合することより、セメントモルタル材として使用した際に、コンクリートに対して、良好な付着性を有するものとなるからである。
再乳化形粉末樹脂がセメントに対して、１質量部未満では、コンクリートとの付着強度が低下し、連行空気が消泡しやすくなる。また、１０質量部を超えると、ポリマーセメントモルタル材の流動性や強度が低下し、コンクリート構造物の断面修復または増厚材としての性能に支障が発生する恐れがあるからである。
再乳化樹脂粉末を含有することにより、繊維の分散効率を上げることができる。
【００２４】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に使用する収縮低減剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、低級アルコールアルキレン付加物、アルコール系、グリコールエーテル、アミノアルコール誘導体、ポリエーテル系やアルキレン共重合体等が等の種々の収縮低減剤を使用することができる。
収縮低減剤を添加することにより、セメントの硬化収縮を低減するだけでなく、連行した空気の安定性が向上し、特に、セメント混和用ポリマーと併用することにより空気の安定性は著しく向上する。
【００２５】
また、該収縮低減剤の添加量は、セメント１００重量部に対して０．５〜８．０質量部、好適には、２〜５質量部となる量が好ましい。このような添加量とすることにより、材料分離を防止しつつ優れた流動性向上作用を発揮させることができる。
【００２６】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に使用する細骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂、３〜８号珪砂、石灰石、及びスラグ細骨材等を使用することができ、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度調整した珪砂や石灰石等の細骨材を用いることが好ましい。
その配合割合は、上記セメント１００質量部に対して、２０〜１００質量部、好ましくは３０〜７０質量部とすることが望ましい。
これは、かかる配合比で細骨材を混合することより、強度発現性、作業性が良く、実用的な強度発現性を有し、実用上問題のない流込材料となるからである。
細骨材がセメントに対して２０質量部未満では、水和熱によるひび割れが発生するおそれがあり、また、１００質量部を超えると、強度が低下し、曲げ靭性性能が得られないおしれがあるからである。
【００２７】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、混入される有機繊維としては、特に限定されないが、例えば、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維等、種々の有機繊維を用いることができ、これらの一種を、又は二種以上を組み合わせて、使用することができる。
【００２８】
また、上記有機維は、通常、直径５０μｍ以下程度、長さ３〜２０ｍｍ程度のモノフィラメント繊維であるのが、繊維混入による補強効果、即ち高強度・高靱性付与の観点から、好ましい。
該モノフィラメント繊維の直径は、５〜３０μｍ程度、長さは４〜１５ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００２９】
また、該有機繊維は、高強度であると好ましく、具体的には、該繊維の引張強度が１５００〜６０００Ｎ／ｍｍ２程度であると特に好ましい。
【００３０】
引張強度が１５００Ｎ／ｍｍ２以上であるとセメント複合体の強度が更に向上でき、一方６，０００Ｎ／ｍｍ２を超えるような繊維は入手困難である。
【００３１】
また、上記有機繊維の繊維混入率は０．５〜３．０容積％程度であることが必要である。
該繊維混入率が０．５容積％未満では強度や靱性が十分ではない場合があり、一方３．０容積％を超えると、繊維の分散が不完全となり、繊維混入率に見合う靭性改善効果が得られなくなるので好ましくない。
特に、該繊維混入率は、１．０〜２．０容積％であることが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明における繊維混入率（Ｖｆ、ｆｉｂｅｒ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、次式；Ｖｆ＝（Ｖ１／Ｖ２）×１００ （Ｉ）
（式中、Ｖ１は繊維補強セメント複合体の単位体積（１，０００リットル＝１ｍ３）中に混入された補強繊維の容積（リットル）を示し、Ｖ２は繊維補強セメント複合体の単位容積（１，０００リットル＝１ｍ３）を示す。）で表される割合（容積％）である。
【００３３】
本発明のセメント複合材料においては、上記材料のほかに、凝結遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、消泡剤、発泡剤、防錆剤、防凍剤、着色剤、保水剤、減水剤等の添加剤を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することができるが、有機系の増粘剤は使用しない。
【００３４】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、それぞれの材料を施工時に混合しても、予め一部を混合してもかまわないが、予め粉末成分を混合した材料と水とを混合することが、施工現場での計量手間や計量ミスをなくす点で好ましい。
特に、まず有機繊維及び水を除く、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー及び収縮低減剤等の原材料粉体を混練し、次いで水を添加して混練し、その後繊維を添加して混練して、流込成形用繊維補強セメント複合材料を製造するのが、材料を均一に混練し、かつ繊維の分散性を高めることができる点から望ましい。
混合は汎用モルタルミキサーで、繊維プレミクスの粉体に所定量の水を投入するだけで製造が可能となり、これまで同等の高い曲げ靭性性能が得られるものである。
【００３５】
更に、本発明の練混水量は、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で混合、好ましくは１５〜２５質量％混合される。
また、水は、セメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含有していなければ、水道水や地下水、河川水等の水を用いることができ、例えば、「ＪＩＳ Ａ ５３０８ 付属書９ レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合するものが好ましい。
【００３６】
このようにして得られた流込成形用繊維補強セメント複合材料は、振動下での寸法安定性に優れるため、道路、鉄道、橋梁等の振動の影響を受ける、建築・土木分野での緊急工事に有効に適用できる。また、当該流込成形用繊維補強セメント複合材料は、ひび割れ抵抗性が高く、耐久性も良好である。
【実施例】
【００３７】
本発明を次の実施例、比較例及び試験例により詳述する。
（使用材料）
下記表１に示す各原材料を用いて、実施例及び比較例を実施した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例１〜１１、比較例１〜１０）
上記表１の各原料を用いて、表２及び表３に示す配合割合で、各材料を均一に混合して、流込用セメント複合材料を調製した。具体的には、水及び有機繊維を除いて、まず上記原材料粉体を配合して混練し、次いで水を添加して混練し、その後有機繊維を添加して２０℃、８５％ＲＨ条件下混練して繊維補強セメント複合材料を調製した。
なお、表２及び表３中の水量の水／粉体比（質量％）の粉体は、表１に記載した使用材料中の繊維以外の全ての材料（水は除く）の粉体を意味する。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
（試験例）
上記各実施例１〜１１及び比較例１〜１０で得られた各繊維補強セメント複合材料について、以下の試験を行い、その結果を表４及び表５に示す。
１）ＪＨＳ３１３フロー
得られた各繊維補強セメント複合材料のフロー値を、ＪＨＳ３１３「エアモルタルおよびエアミルクの試験」に準拠して、フロー値を測定した。
【００４３】
２）曲げ靭性係数
ＪＳＣＥ−Ｇ５５２「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（案）」に準拠して、材齢１日（１ｄ）における曲げ靭性係数を測定した。
【００４４】
３）振動機による分離状態
３−１）単位容積質量
Φ５０×１００ｍｍの型枠に各繊維補強セメント複合材料を流込んで打設し、振動機により１２０秒間振動を与えて、１日後脱型を行い、硬化後のモルタル体の体積、重量を測定して、単位容積質量を算出した。
但し、振動機は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されるものを使用した（回転数２８００回転／分、振幅０．８ｍｍ）。
３−２）ペースト分離深さ
前記単位容積質量試験において振動機により振動を与えた硬化後の各モルタル体について、Φ５０ｍｍに対して鉛直方向に各モルタル体を切断して切断面より分離深さを測定した。分離深さの測定は、打設面上部より含まれる骨材が最初に目視で観察されはじめる箇所までの深さとした。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
また、上記３−１）の試験において、振動を与えた後の各供試体についての表面外観を目視で観察したところ、実施例のものはすべて表面に空気が抜けたあとのクレータ状の形状を有さなかった。一方、比較例２、５では、大きなクレータ表面形状が観察され、その他の比較例についてもクレータ形状が観察された。
本発明の流込成形用速硬性繊維補強セメント複合材料から得られるモルタル中の繊維は均一に分散しており、流動性が良好であり、靭性性能を早期に発揮することができ、振動下においても単位容積質量がほとんど変化せず、連行された空気が抜けることなく、寸法安定性が良好である。さらに、振動下においても材料分離性に優れることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の流込成形用速硬性繊維補強セメント複合材料を用いることで、例えば、鉄道、高架橋、道路橋、トンネル等の振動下での土木・建築構造物の補修・補強、特に緊急工事に有効に用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法に関し、特に、流込成形用として用いられ、振動下においても寸法安定性の良好な流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の劣化部分を補修するための補修材として、セメント組成物中に各種繊維が添加されてなる繊維補強セメント複合材料（ＦＲＣ複合材料）が提案されている。
しかしながら、この種の繊維補強セメント複合材料を製造する際に、単にセメント系材料と繊維材料とを撹拌混合しようとすると、セメント系材料および繊維材料が均一になりにくく、例えば、繊維のダマ（ファイバーボール）が生じてしまう、といった問題が発生し、全体として均一な靭性を発揮しうる繊維補強セメント複合材料が得られないという問題がある。
【０００３】
繊維補強セメント複合材料において、良好な引張りひずみ硬化挙動を得るには、混練時の繊維の均一な分散が必要であり、製造方法等を工夫することで繊維の分散性が高められたり、材料に粘性を持たせることにより分散性の向上が図られている。
例えば特開２００７−２６９５３７号公報（特許文献１）には、セメント、細骨材、再乳化形粉末樹脂、粘土鉱物系チクソ性付与材、および高強度有機短繊維を含有してなるプレミクス高靭性ポリマーセメントモルタル材料であって、セメント１００質量部に対し、再乳化形粉末樹脂１〜１０質量部、粘土鉱物系チクソ性付与材０．２〜１０質量部、および高強度有機短繊維の繊維混入率が０．５〜２．０容積％で配合されていることを特徴とする、プレミクス高靭性ポリマーセメントモルタル材料が開示されている。
【０００４】
また、特開２０１０−９５４０６号公報（特許文献２）には、セメント、無機系混和材、細骨材、減水剤、水、および有機繊維を混合してなる繊維補強セメント複合材料であって、前記セメント１００重量部に対して前記無機系混和材の配合量が５０〜２００重量部とされ、前記有機繊維以外の材料を混合した際の粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓとなるように配合量が調整され、前記有機繊維の含有量を１〜３体積％としたことを特徴とする繊維補強セメント複合材料が開示されている。
【０００５】
しかし、これらの従来の高靭性繊維補強セメント材料は、繊維を均一に分散させるために、モルタルの粘性が比較的高く、粘性の増大により、混練したモルタルへ混入する空気量が多くなり、モルタル空気量の増加が材料分離を起こしやすくなっていた。
特に、振動下においては、時間の経過とともに、連行された空気がモルタルから抜けることにより、寸法安定性が劣ることとなり、硬化したモルタル表面上にクレータ状のものができ、速硬性セメントを用いた場合には、このクレータ状の表面のまま硬化し、表面の仕上がり（外観）に問題があった。さらに速硬性セメントを用いた場合には、連行した空気の減少による材料収縮と硬化による材料収縮が同時に起きて、ポルトランドセメントを用いる場合より、硬化時の体積変化が大きく、モルタルの収縮率も大きくなってしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６９５３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９５４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解決し、振動下において、連行された空気が材料から抜けることを防止して、連行した空気の減少による材料収縮を抑制することができる、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供することである。
さらに、配合される繊維の分散が均一にされ、流動性と靭性に優れた、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供することである。
また、振動下においても材料分離が小さい、流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用繊維補強セメント複合材料であって、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で含有されていることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料である。
【０００９】
好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で含有されていることを特徴とする。
更に好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、ＪＨＳ３１３によるフロー値が１２０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法は、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部を配合し、更に有機繊維を繊維混入率０．５〜３．０容積％で配合することにより調製されることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法である。
【００１１】
好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で配合することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、有機繊維を除く原材料粉体を混練し、次いで水を添加して混練し、その後有機繊維を添加して混練することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料及びその製造方法は、速硬性セメント、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤等が同時に存在することにより、バイブレータ等による振動を受けても、気泡の抜けがほとんどなく、骨材、繊維、セメントペースト等の材料の分離がほとんど生じない材料とすることができ、従って寸法安定性の良好な材料となる。
また、流動性も確保でき、速硬性であるため、早期に靭性性能を発揮することが可能となる。
【００１３】
更に、例えば、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料によれば、道路、鉄道等の振動が伝わる箇所における補修、補強材料に求められる寸法安定性が増大させることができ早期に高靱性を発揮することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、減水剤、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用のセメント複合材料であって、該速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で配合されている、流込成形用繊維補強セメント複合材料である。
【００１５】
かかる特定の組成で上記成分を配合することで、振動下においても、連行された空気が時間の経過とともに抜けることがなく、材料分離を起こすこともなく、硬化後のモルタル表面がクレータ状となることがなく、寸法安定性に優れ、高靭性とすることができる。
具体的には、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、ＪＨＳ３１３フロー値が１２０ｍｍ以上で、該材料を用いて得られたモルタル硬化体は材齢１日後の曲げ靭性係数が７Ｎ／ｍｍ２以上の性能を有することができるものである。
【００１６】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に用いるセメントとしては、速硬性セメントを用いる。
使用できる速硬性セメントは、特に限定されず、任意の速硬性セメントを用いることができる。特に、速硬セメントとしては、一般に「ジェットセメント」、「マイルドジェットセメント」と称されるカルシウムアルミネート類と無水石膏を主成分として、凝結調整材を含有するものを好適に使用することができる。
【００１７】
また、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に用いる無機系混和材としては、粒径が８０μｍ以下の無機系混和材を好適に使用することができ、平均粒径が１〜１５μｍである無機系混和材をより好適に使用することができる。平均粒径が１〜１５μｍである無機系混和材を使用した場合には、繊維分散性を高め、靭性性能を高めるという効果がある。
【００１８】
該無機系混和材としては、例えば、高炉スラグ、石灰石、珪石、フライアッシュ、シリカヒューム等の粉末を用いることができ、中でも、石灰石粉又は高炉スラグ粉の少なくとも何れか一方を用いることが好ましい。但し、本発明においては、無機系混和材には粘土鉱物は含まれない。
【００１９】
該無機系混和材の添加量は、セメント１００質量部に対し、３０〜２００質量部、好ましくは、５０〜１５０質量部である、該無機系混和材の添加量が、セメント１００質量部に対して３０質量部未満であると、繊維を添加した際にファイバーボールが生成されやすく、また、材料分離が生じやすくなるため、好ましくない。また、２００質量部を超えて添加すると、流動性が低下し、流込成形が困難となる。
【００２０】
また、本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に用いるセメント混和用ポリマーとしては、例えば再乳化形粉末樹脂、ＪＩＳ Ａ ６２０３に規定されたものを使用することができ、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル／バーサック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサック酸ビニルエステル／アクリル酸エステル等の樹脂が例示され、これらの中から適宜、選択して単独、または混合して使用することができ、再乳化樹脂を含有することで接着性能を向上させることができる。
特に、耐水性等の耐久性が要求される部材に用いる場合には、酢酸ビニル／バーサック酸ビニルエステル／アクリル酸エステル等のアクリル系再乳化型粉末樹脂の使用が好ましい。
【００２１】
再乳化形粉末樹脂は、ＪＩＳ Ａ ６２０３に規定するポリマーディスパージョンを噴霧乾燥した粉末樹脂で、水を添加すると再度乳化するものをいい、ポリマーディスパージョンとは、上記ポリマーの微粒子が水中に分散し、浮遊している状態のものである。
ポリマーを安定化する方法としては、例えば、アクリル酸を共重合するカルボキシル方式（アニオン化方式）、水溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコール等の水溶液中で重合する保護コロイド方式、重合反応性界面活性剤等を共重合する方式、非重合反応性界面活性剤による安定化方式がある。
【００２２】
かかる再乳化形粉末樹脂の製造方法は特に限定されることなく、これらのポリマーディスパージョンを粉末化方法やブロッキング防止法等の公知かつ任意の方法を用いて調製することができる。
再乳化形粉末樹脂の再乳化液としては、最低造膜温度が０℃以上であることが望ましい。
最低造膜温度が０℃以上であることにより、コンクリートとの付着性および早期強度発現性に優れることとなる。
【００２３】
かかる再乳化形粉末樹脂の配合量としては、セメント１００質量部に対して、１〜１０量部配合されてなり、好適には、３〜７質量部であることが望ましい。
これは、かかる配合比で、再乳化形粉末樹脂を混合することより、セメントモルタル材として使用した際に、コンクリートに対して、良好な付着性を有するものとなるからである。
再乳化形粉末樹脂がセメントに対して、１質量部未満では、コンクリートとの付着強度が低下し、連行空気が消泡しやすくなる。また、１０質量部を超えると、ポリマーセメントモルタル材の流動性や強度が低下し、コンクリート構造物の断面修復または増厚材としての性能に支障が発生する恐れがあるからである。
再乳化樹脂粉末を含有することにより、繊維の分散効率を上げることができる。
【００２４】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に使用する収縮低減剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、低級アルコールアルキレン付加物、アルコール系、グリコールエーテル、アミノアルコール誘導体、ポリエーテル系やアルキレン共重合体等が等の種々の収縮低減剤を使用することができる。
収縮低減剤を添加することにより、セメントの硬化収縮を低減するだけでなく、連行した空気の安定性が向上し、特に、セメント混和用ポリマーと併用することにより空気の安定性は著しく向上する。
【００２５】
また、該収縮低減剤の添加量は、セメント１００重量部に対して０．５〜８．０質量部、好適には、２〜５質量部となる量が好ましい。このような添加量とすることにより、材料分離を防止しつつ優れた流動性向上作用を発揮させることができる。
【００２６】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料に使用する細骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂、３〜８号珪砂、石灰石、及びスラグ細骨材等を使用することができ、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度調整した珪砂や石灰石等の細骨材を用いることが好ましい。
その配合割合は、上記セメント１００質量部に対して、２０〜１００質量部、好ましくは３０〜７０質量部とすることが望ましい。
これは、かかる配合比で細骨材を混合することより、強度発現性、作業性が良く、実用的な強度発現性を有し、実用上問題のない流込材料となるからである。
細骨材がセメントに対して２０質量部未満では、水和熱によるひび割れが発生するおそれがあり、また、１００質量部を超えると、強度が低下し、曲げ靭性性能が得られないおしれがあるからである。
【００２７】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、混入される有機繊維としては、特に限定されないが、例えば、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維等、種々の有機繊維を用いることができ、これらの一種を、又は二種以上を組み合わせて、使用することができる。
【００２８】
また、上記有機維は、通常、直径５０μｍ以下程度、長さ３〜２０ｍｍ程度のモノフィラメント繊維であるのが、繊維混入による補強効果、即ち高強度・高靱性付与の観点から、好ましい。
該モノフィラメント繊維の直径は、５〜３０μｍ程度、長さは４〜１５ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００２９】
また、該有機繊維は、高強度であると好ましく、具体的には、該繊維の引張強度が１５００〜６０００Ｎ／ｍｍ２程度であると特に好ましい。
【００３０】
引張強度が１５００Ｎ／ｍｍ２以上であるとセメント複合体の強度が更に向上でき、一方６，０００Ｎ／ｍｍ２を超えるような繊維は入手困難である。
【００３１】
また、上記有機繊維の繊維混入率は０．５〜３．０容積％程度であることが必要である。
該繊維混入率が０．５容積％未満では強度や靱性が十分ではない場合があり、一方３．０容積％を超えると、繊維の分散が不完全となり、繊維混入率に見合う靭性改善効果が得られなくなるので好ましくない。
特に、該繊維混入率は、１．０〜２．０容積％であることが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明における繊維混入率（Ｖｆ、ｆｉｂｅｒ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、次式；Ｖｆ＝（Ｖ１／Ｖ２）×１００ （Ｉ）
（式中、Ｖ１は繊維補強セメント複合体の単位体積（１，０００リットル＝１ｍ３）中に混入された補強繊維の容積（リットル）を示し、Ｖ２は繊維補強セメント複合体の単位容積（１，０００リットル＝１ｍ３）を示す。）で表される割合（容積％）である。
【００３３】
本発明のセメント複合材料においては、上記材料のほかに、凝結遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、消泡剤、発泡剤、防錆剤、防凍剤、着色剤、保水剤、減水剤等の添加剤を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することができるが、有機系の増粘剤は使用しない。
【００３４】
本発明の流込成形用繊維補強セメント複合材料は、それぞれの材料を施工時に混合しても、予め一部を混合してもかまわないが、予め粉末成分を混合した材料と水とを混合することが、施工現場での計量手間や計量ミスをなくす点で好ましい。
特に、まず有機繊維及び水を除く、速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー及び収縮低減剤等の原材料粉体を混練し、次いで水を添加して混練し、その後繊維を添加して混練して、流込成形用繊維補強セメント複合材料を製造するのが、材料を均一に混練し、かつ繊維の分散性を高めることができる点から望ましい。
混合は汎用モルタルミキサーで、繊維プレミクスの粉体に所定量の水を投入するだけで製造が可能となり、これまで同等の高い曲げ靭性性能が得られるものである。
【００３５】
更に、本発明の練混水量は、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で混合、好ましくは１５〜２５質量％混合される。
また、水は、セメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含有していなければ、水道水や地下水、河川水等の水を用いることができ、例えば、「ＪＩＳ Ａ ５３０８ 付属書９ レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合するものが好ましい。
【００３６】
このようにして得られた流込成形用繊維補強セメント複合材料は、振動下での寸法安定性に優れるため、道路、鉄道、橋梁等の振動の影響を受ける、建築・土木分野での緊急工事に有効に適用できる。また、当該流込成形用繊維補強セメント複合材料は、ひび割れ抵抗性が高く、耐久性も良好である。
【実施例】
【００３７】
本発明を次の実施例、比較例及び試験例により詳述する。
（使用材料）
下記表１に示す各原材料を用いて、実施例及び比較例を実施した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例１〜１１、比較例１〜１０）
上記表１の各原料を用いて、表２及び表３に示す配合割合で、各材料を均一に混合して、流込用セメント複合材料を調製した。具体的には、水及び有機繊維を除いて、まず上記原材料粉体を配合して混練し、次いで水を添加して混練し、その後有機繊維を添加して２０℃、８５％ＲＨ条件下混練して繊維補強セメント複合材料を調製した。
なお、表２及び表３中の水量の水／粉体比（質量％）の粉体は、表１に記載した使用材料中の繊維以外の全ての材料（水は除く）の粉体を意味する。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
（試験例）
上記各実施例１〜１１及び比較例１〜１０で得られた各繊維補強セメント複合材料について、以下の試験を行い、その結果を表４及び表５に示す。
１）ＪＨＳ３１３フロー
得られた各繊維補強セメント複合材料のフロー値を、ＪＨＳ３１３「エアモルタルおよびエアミルクの試験」に準拠して、フロー値を測定した。
【００４３】
２）曲げ靭性係数
ＪＳＣＥ−Ｇ５５２「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（案）」に準拠して、材齢１日（１ｄ）における曲げ靭性係数を測定した。
【００４４】
３）振動機による分離状態
３−１）単位容積質量
Φ５０×１００ｍｍの型枠に各繊維補強セメント複合材料を流込んで打設し、振動機により１２０秒間振動を与えて、１日後脱型を行い、硬化後のモルタル体の体積、重量を測定して、単位容積質量を算出した。
但し、振動機は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されるものを使用した（回転数２８００回転／分、振幅０．８ｍｍ）。
３−２）ペースト分離深さ
前記単位容積質量試験において振動機により振動を与えた硬化後の各モルタル体について、Φ５０ｍｍに対して鉛直方向に各モルタル体を切断して切断面より分離深さを測定した。分離深さの測定は、打設面上部より含まれる骨材が最初に目視で観察されはじめる箇所までの深さとした。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
また、上記３−１）の試験において、振動を与えた後の各供試体についての表面外観を目視で観察したところ、実施例のものはすべて表面に空気が抜けたあとのクレータ状の形状を有さなかった。一方、比較例２、５では、大きなクレータ表面形状が観察され、その他の比較例についてもクレータ形状が観察された。
本発明の流込成形用速硬性繊維補強セメント複合材料から得られるモルタル中の繊維は均一に分散しており、流動性が良好であり、靭性性能を早期に発揮することができ、振動下においても単位容積質量がほとんど変化せず、連行された空気が抜けることなく、寸法安定性が良好である。さらに、振動下においても材料分離性に優れることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の流込成形用速硬性繊維補強セメント複合材料を用いることで、例えば、鉄道、高架橋、道路橋、トンネル等の振動下での土木・建築構造物の補修・補強、特に緊急工事に有効に用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用繊維補強セメント複合材料であって、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で含有されていることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料。
【請求項２】
請求項１記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で含有されていることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、ＪＨＳ３１３によるフロー値が１２０mm以上であることを特徴とする、流し込み成形用繊維補強セメント複合材料。
【請求項４】
速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部を配合し、更に有機繊維を繊維混入率０．５〜３．０容積％で配合することにより調製されることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で配合することを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、有機繊維を除く原材料粉体を混練し、次いで水を添加して混練し、その後有機繊維を添加して混練することを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【請求項１】
速硬性セメント、無機系混和材、セメント混和用ポリマー、収縮低減剤、細骨材、有機繊維及び水を含有してなる流込成形用繊維補強セメント複合材料であって、速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部、および繊維混入率が０．５〜３．０容積％で含有されていることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料。
【請求項２】
請求項１記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で含有されていることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料において、ＪＨＳ３１３によるフロー値が１２０mm以上であることを特徴とする、流し込み成形用繊維補強セメント複合材料。
【請求項４】
速硬性セメント１００質量部に対し、無機系混和材３０〜２００質量部、セメント混和用ポリマー１〜１０質量部、収縮低減剤０．５〜８．０質量部を配合し、更に有機繊維を繊維混入率０．５〜３．０容積％で配合することにより調製されることを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、水を、有機繊維を除く原材料粉体に対して、水/粉体比で１２〜３０質量％で配合することを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法において、有機繊維を除く原材料粉体を混練し、次いで水を添加して混練し、その後有機繊維を添加して混練することを特徴とする、流込成形用繊維補強セメント複合材料の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−１３１６７３（Ｐ２０１２−１３１６７３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６８４６（Ｐ２０１０−２８６８４６）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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