JPH0140785B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は曲げ強度および耐衝撃性に優れた繊維
補強水硬性物質に関するものであり、さらに詳し
くは特定の紡糸方法で得られた高強力高弾性率の
アクリル系繊維を補強材とすることによつて曲げ
強度、曲げ破壊仕事量および衝撃強さを大幅に増
大させたセメントなどの水硬性物質に関するもの
である。従つて、本発明は建築、土木などの分野
に有用な資材を提供するものである。 （従来の技術） 従来セメントあるいは石膏などの水硬性物質の
補強材には石綿が使用され、中でもハチエツク法
によつて製造される平板および波板などのスレー
トにおいて、石綿は強度、弾性率が高い上にセメ
ントマトリツクスとの親和性が非常に良好であ
り、接合力も強く、長繊維と短繊維の適当な混在
は抄造性を高め、補強効果を十分にする理想的な
セメント補強用繊維である。 しかし、石綿はほとんど輸入に頼つているため
価格変動があることおよび世界的に取扱い上の有
害性が問題視されるといつた事情から石綿を代替
しうる材料の出現が待望されているのが現状であ
る。この石綿の代替物としてガラス、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリアクリロニ
トリル、ビニロン、炭素繊維、アラミド等の無
機、有機繊維が提案されている。 しかしながら、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ナイロン等の繊維は強度や弾性率が低い上に
セメントマトリツクスとの接合力が弱く十分な補
強効果が得られない。またガラス繊維は耐アルカ
リ性に乏しく、接合力が十分でない。さらにアラ
ミド繊維や炭素繊維は分散性が悪く、接合力も弱
い上コスト高のため採用されるに至つていない。
またビニロン繊維およびアクリル繊維は耐アルカ
リ性が良く、セメントマトリツクスとの接合力も
強いためアスベスト代替繊維として有望視されて
いるが、ビニロン繊維は価格に難点があり、さら
にアクリル繊維は引張強度、弾性率が低いため曲
げ強度の大きいスレート等の高性能な水硬性物質
は得られていない。 一方、近年上記アクリル繊維で補強された水硬
性物質の曲げ強度等性能を高める方法が種々提案
されている。例えば、特開昭57―170869号公報に
は、アクリロニトリルが98〜100％であり、引張
強度が少なくとも50CN／tex（5.65ｇ／ｄ）を有
し、かつ引張伸度が多くとも15％であるアクリル
系繊維で補強された水硬性物質が開示されてい
る。 しかしながら、上記公報に具体的に記載された
アクリル系繊維は、いずれもアクリロニトリル系
重合体を湿式紡糸して得られたもので、引張強度
は最大85CN／tex（9.63ｇ／ｄ）であり、弾性率
は最大1510CN／tex（171.1ｇ／ｄ）にすぎず、こ
れらのアクリル系繊維で補強されたセメントの曲
げ強さは従来の石綿（アスベスト）で補強された
ものにくらべ可成り劣るものである。しかも、引
張強度が9.63ｇ／ｄと最も高い値を示すアクリル
系繊維で補強されたセメントの曲げ強度は必ずし
も大きくなく、相対的にかなり低い値しか得られ
ていない。 また、従来の石綿で補強された水硬性物質は曲
げ破壊仕事量および衝撃強度が著しく小さくもろ
いため、建築および土木現場においてしばしば破
損の原因となつていた。 さらに上記アクリル系繊維など合成繊維で補強
した水硬性物質は一般に衝撃強度の向上が認めら
れているが、まだ十分でなく曲げ強度の向上とと
もにさらに耐衝撃性の高い水硬性物質の出現が切
望されている。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明者らは、このような従来技術の諸欠点に
鑑みアクリル系補強繊維について鋭意研究を進め
た結果、本発明の曲げ強度および耐衝撃性に優れ
た水硬性物質を見い出すに到つたものである。 すなわち、本発明の目的は有害な石綿を用いる
ことなく、従来の汎用紡糸手段である湿式または
乾式紡糸法では得るのが困難であつた高強力高弾
性率のアクリル系繊維で補強された高性能な水硬
性物質を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） かかる本発明の目的は極限粘度が2.0以上のア
クリロニトリル系高重合体を乾湿式紡糸すること
によつて得られた引張強度が少なくとも9.5ｇ／
ｄ、弾性率が少なくとも180ｇ／ｄ、および結節
強度が少なくとも1.9ｇ／ｄである高強力高弾性
率のアクリル系繊維で補強された繊維補強水硬性
物質により達成される。 本発明において使用されるアクリロニトリル系
重合体はアクリロニトリルが90〜100％、望まし
くは97〜100％であつて、その極限粘度が少なく
とも2.0、望ましくは3.0、さらに望ましくは4.0を
越える高重合体である。ここで極限粘度は次のよ
うにして測定される値である。すなわち約75mgの
乾燥したアクリロニトリル系重合体をフラスコに
入れ、0.1Nチオシアン酸ソーダを含むジメチル
ホルムアミド25mlを加え完全に溶解する。得られ
た溶液をオストワルド粘度計を用いて20℃で比粘
度を測定し、次式に従つて極限粘度を算出したも
のである。 かかる極限粘度が2.0以上のアクリロニトリル
系高重合体を乾湿式紡糸する。すなわちアクリロ
ニトリル系高重合体紡糸原液を直接凝固浴に吐出
しないで、一旦空気あるいは他の不活性雰囲気の
微小空間に吐出され、この吐出糸条を凝固浴中に
導いて糸条「形成されるのである。次いで凝固し
た糸条は、以後、通常の条件でアクリル系繊維を
形成する。すなわち、好ましい具体例を挙げれ
ば、熱水中および／または蒸熱中で洗浄、脱溶媒
されながら２〜10倍に延伸される。さらに乾燥緻
密化を行つた後、150〜270℃の乾熱で1.1〜1.5倍
の延伸を行ない、全延伸倍率10〜12倍以上の延伸
が施される。 かくして得られたアクリル系繊維は、デニール
が0.5〜10d、引張強度が少なくとも9.5ｇ／ｄ、
望ましくは11ｇ／ｄ、さらに望ましくは12ｇ／ｄ
を越えるものであつて、弾性率は少なくとも180
ｇ／ｄ、望ましくは200ｇ／ｄ、さらに望ましく
は210ｇ／ｄを越えるものである。 さらに、本発明の繊維補強水硬性物質に用いる
アクリル系繊維は乾湿式紡糸されているため表面
形態は湿式紡糸したものに比較してかなり滑らか
なこと、また湿式あるいは乾式紡糸とは異なり気
体中、ついで凝固液中と２段階で糸形成されるの
で繊維の半径方向に比較的均一な構造が形成され
ること、すなわち、それを反映する糸特性として
は例えば結節強度が高いことによつて特徴づけら
れる。 すなわち、本発明で使用されるアクリル系繊維
は結節強度が少なくとも1.9ｇ／ｄ、好ましくは
2.2ｇ／ｄ以上であることが重要でる。 本発明において使用される水硬性物質とは水和
によつて硬化する無機物質をいい、例えばポルト
ランドセメント、アルミナセメント、スラグセメ
ント、シリカセメント、石膏、珪酸カルシウム等
が挙げられる。そして、これら水硬性物質に多孔
性構造あるいは軽量構造を付与するため、パーラ
イト、シラスバルーン、ガラスバルーン等を混合
することも出来る。 つぎに、水硬性物質をアクリル系繊維で補強す
るには、ハチエツク法と呼ばれるセメントと繊維
のスラリーを抄造してセメント板を製造する方法
が好適に用いられるが、その他セメントと繊維を
吹きつける方法、セメントペーストに繊維を混入
したものを金型に注入して色々な形に成型する方
法も用いられる。 抄造法によつてセメント板を製造する場合を例
にとれば、補強繊維の繊維長は0.5〜15mmが望ま
しく、またセメントに対する繊維の混入量は0.5
〜５重量％が適当であり、0.5重量％未満では十
分な補強効果が発現されず、またこの範囲を上廻
ると分散性が悪くなり補強効果の増大が期待でき
ない。 またセメントとの接合性および分散性を良くす
るため、繊維表面に界面活性剤、樹脂エマルジヨ
ン、ノニオン性あるいはカチオン性高分子凝集
剤、を付着させても良い。特に、ノニオン性ある
いはカチオン性高分子凝集剤を付着させるとセメ
ント板の抄造性および曲げ強度等の向上に有利で
ある。 なお上記補強繊維にパルプ、アクリル系フイブ
リル化繊維、芳香族ポリアミド系フイブリル化繊
維、石綿繊維等の微細繊維を補助的に併用するこ
とが出来ることは言うまでもない。 以下、本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例１〜４、比較例１ アクリロニトリル97％、アクリル酸メチル３％
からなる各種極限粘度（〔η〕）のアクリル系重合
体をジメチルスルホキシドに溶解し、紡糸口金を
通して乾湿式紡糸した。なお、凝固浴は20℃の55
％ジメチルスルホキシド水溶液を用い、口金と凝
固浴液面の空間部分の長さは10mmとした。続いて
未延伸糸は熱水中で６倍延伸後、水洗し、110℃
で乾燥後220℃乾熱チユーブで最高延伸倍率で延
伸した。得られたアクリル系繊維の繊度は約１〜
1.9デニール(d)であり、その他繊維特性を表１に
示す。 次に、繊維長５mmにカツトした上記アクリル系
繊維10ｇ、クラフトパルプ10ｇ、Ca（OH）、10ｇ
およびAl₂（SO₄）、10ｇを水10に添加し撹拌し
た後、ポルトランドセメント460ｇを加え、再び
撹拌した。つづいて低速撹拌下でアニオン性ポリ
アクリルアミド系セメント凝集剤（三洋化成製
“サンフロツク”AH―330p）200PPmを添加して
繊維表面にセメント粒子のフロツクを形成させた
スラリーを作成した。得られたスラリーを50メツ
シユの金網を敷いた20cm×25cmの金型内に移して
過した後、100Kg／cm²の圧力で１分間プレスし
て厚さ約６mmのセメント板を成型した。セメント
板の繊維混入量は２重量％であつた。つぎに20
℃、100％RHで１日間、続いて20℃の水中で６
日間養生を行つた。 曲げ強度および曲げ破壊仕事量の測定、セメン
ト板から試験片を切り出しJIS―Ｋ―6911に準じ
て曲げ強度を測定した。また、曲げ破壊試験にお
ける応力―歪曲線かの面積ら曲げ破壊仕事量を算
出した。 衝撃強度の測定：セメント板から切り出した試
験片をJIG―Ｋ―7111に準じて衝撃試験を行ない
衝撃強度を測定した。 比重の測定：セメント板から切り出した試験片
について、絶乾、飽水および水中重量を測定し、
次式により嵩比重を算出して求めた。 比重＝絶乾重量／飽水重量―水中重量 比較例 ２〜４ 実施例１と同様にして極限粘度の異なるアクリ
ル系重合体を20℃の55％ジメチルスルホキシド水
溶液中に湿式紡糸して得たアクリル系繊維および
石綿15重量％のみを用いてセメント板を作成し、
曲げ強度、曲げ破壊仕事量および衝撃強度を測定
した。得られた繊維とセメント板の特性を表１に
示す。

【表】 本発明の乾湿式紡糸して得られたアクリル系繊
維補強セメント板は湿式紡糸で得られるアクリル
系繊維では達成し得ない高い曲げ強度を保持して
いるとともに、曲げ破壊仕事量および衝撃強度が
大巾に増大し、破壊のエネルギー吸収能に優れて
いる。さらに、本発明のセメント板は従来の石綿
補強セメント板に匹適する曲げ強度を発現すると
同時に耐衝撃性においては格段に優れている。 （発明の効果） 本発明の水硬性物質は上述のごとく極限粘度が
2.0以上のアクリロニトリル系高重合体を乾湿式
紡糸して得られた引張強度が少なくとも9.5ｇ／
ｄ、かつ弾性率が少なくとも180ｇ／ｄ、および
結節強度が少なくとも1.9ｇ／ｄである高強力高
弾性率のアクリル系繊維で補強されているので曲
げ強度が高いばかりでなく、曲げ破壊仕事量およ
び衝撃強さが大きい、すなわち破壊のエネルギー
吸収能に優れている。本発明の高性能な水硬性物
質は従来技術の湿式あるいは乾式紡糸法によつて
得られるアクリル系繊維では到底達成されるもの
でなく、乾湿式紡糸法によつて得られた高強力高
弾性率のアクリル系繊維を用いることによつて初
めて成し得たものである。それは単にアクリル系
補強繊維が高強力高弾性率であるためでなく乾湿
式紡糸法に基因する繊維表面の平滑性と繊維の内
外層における構造の均一性が有効に働いているも
のと推定される。従つて、本発明の高強力高弾性
率アクリル系繊維補強水硬性物質は従来の石綿で
補強されたものに匹敵する曲げ強さを持つととも
に格段に優れた耐衝撃性を持つているため、建築
あるいは土木分野の各種スレート製品、成形品等
において極めて有用である。

【特許請求の範囲】

１ 型わくを使用せず、コンクリートあるいはモ
ルタルを圧搾空気により吹き付けてトンネルのラ
イニングや斜面コンクリートの構築を行なうに際
し、ポリビニルアルコール系モノフイラメントま
たはポリビニルアルコール系繊維集束体であつ
て、該モノフイラメントの場合にはモノフイラメ
ントデニールが100〜2000デニールでアスペクト
比が10〜200であり、該集束体の場合には単繊維
デニールが0.5〜50デニールで集束体のトータル
デニールが100〜5000デニールで集束体としての
アスペクト比が10〜200であるポリビニルアルコ
ール系短繊維をコンクリートあるいはモルタルに
対し0.5〜13Kg／m³混合・分散することを特徴と
する吹き付けコンクリートの施工方法。 ２ セメント150Kg／m³以上、細骨材400Kg／m³以
上、粗骨材400Kg／m³以上、水100Kg／m³以上およ
びコンクリート混和剤よりなるコンクリート、あ
るいはセメント120Kg／m³以上、細骨材700Kg／m³
以上、水140Kg／m³以上およびコンクリート混和
剤よりなるモルタルに対してポリビニルアルコー
ル系短繊維を混合・分散することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の吹き付けコンクリー
トの施工方法。