特許 7271661 コンクリート補強用繊維

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(54)【発明の名称】コンクリート補強用繊維

(51)【国際特許分類】

   C04B 16/06 20060101AFI20230501BHJP

   B29C 48/05 20190101ALI20230501BHJP

   B29C 48/345 20190101ALI20230501BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20230501BHJP

   D01F 6/46 20060101ALI20230501BHJP

【ＦＩ】

C04B16/06 A

B29C48/05

B29C48/345

C04B16/06 E

C04B16/06 Z

C04B28/02

D01F6/46 D

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021522538

(86)(22)【出願日】2019-08-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-14

(86)【国際出願番号】 EP2019073100

(87)【国際公開番号】W WO2020088821

(87)【国際公開日】2020-05-07

【審査請求日】2022-07-19

(31)【優先権主張番号】18203640.0

(32)【優先日】2018-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】19172771.8

(32)【優先日】2019-05-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】521169505

【氏名又は名称】アドフィル エヌ．フェー．

【氏名又は名称原語表記】Ａｄｆｉｌ Ｎ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒａａｔ ３９， ９２４０ Ｚｅｌｅ， Ｂｅｌｇｉｕｍ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】アイヴス スヴェネン

(72)【発明者】

【氏名】エツレム アスラン

(72)【発明者】

【氏名】イェレン スメト

(72)【発明者】

【氏名】リエン ファン デア シューレン

(72)【発明者】

【氏名】ルーク ルイス

【審査官】永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５３７２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０３８６５８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ７／００－３２／０２

Ｃ０４Ｂ４０／００－４０／０６

Ｃ０４Ｂ１０３／００－１１１／９４

Ｄ０１Ｆ６／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含み、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも６００ＭＰａの引張強度および少なくとも６ＧＰａの弾性係数を有することを特徴とする、コンクリート補強用繊維。

【請求項2】

前記繊維が、８５重量％～９８重量％のポリプロピレン、２重量％～１０重量％のポリカーボネート、および５重量％までの相溶化剤を含む、請求項１記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項3】

前記繊維が、８５重量％～９８重量％のポリプロピレン、２重量％～１０重量％のポリカーボネート、および５重量％までの相溶化剤を含むブレンドから紡糸される、請求項１または２記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項4】

前記繊維が、３重量％～８重量％のポリカーボネート、好ましくは４重量％～６重量％のポリカーボネートを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項5】

前記繊維が、１重量％～５重量％の相溶化剤を含み、前記相溶化剤が、好ましくは、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンコポリマー、またはマレイン酸グラフト化ポリマー、好ましくはマレイン酸グラフト化ポリプロピレンポリマーまたはマレイン酸グラフト化スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンコポリマーである、請求項１から４までのいずれか１項記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項6】

前記繊維が、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも３００μｍ、好ましくは５００μｍ～１０００μｍの範囲の等価繊維直径を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項7】

前記繊維が、非円形断面形状、好ましくはドッグボーン断面形状を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項8】

前記繊維が、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも６５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも７００ＭＰａの引張強度を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項9】

前記繊維が、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも７ＧＰａ、より好ましくは少なくとも８ＧＰａ、より好ましくは少なくとも９ＧＰａ、最も好ましくは少なくとも１０ＧＰａの弾性係数を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のコンクリート補強用繊維。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項記載の繊維を含む、コンクリート要素。

【請求項11】

前記コンクリート要素が、１０ｋｇ／ｍ^３以下の量、好ましくは５ｋｇ／ｍ^３以下の量、より好ましくは４ｋｇ／ｍ^３以下の量、最も好ましくは３ｋｇ／ｍ^３以下の量の繊維を含む、請求項１０記載のコンクリート要素。

【請求項12】

前記コンクリート要素が、３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位で少なくとも１．０ＭＰａのひび割れ後残留曲げ引張強度を有する、請求項１０または１１記載のコンクリート要素。

【請求項13】

ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも６００ＭＰａの引張強度および少なくとも６ＧＰａの弾性係数を有するコンクリート補強用繊維の製造方法であって、８５重量％～９８重量％のポリプロピレン、２重量％～１０重量％のポリカーボネート、および５重量％までの相溶化剤を含むブレンドを押出機に供給する工程、前記ブレンドを１つ以上のキャピラリーを含む紡糸口金を介して押し出して１つ以上の押し出された繊維を形成する工程、前記押し出された繊維を冷却する工程、前記押し出された繊維を、少なくとも１０の延伸比で延伸する工程、および前記繊維を所定長さに切断する工程を含む、方法。

【請求項14】

前記ブレンドが、３重量％～８重量％のポリカーボネート、好ましくは４重量％～６重量％のポリカーボネートを含む、請求項１３記載のコンクリート補強用繊維の製造方法。

【請求項15】

前記ブレンドが、単一スクリュー押出機に供給される、請求項１３または１４記載のコンクリート補強用繊維の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

説明：
本発明は、コンクリート補強用の合成繊維に関する。

【0002】

繊維補強コンクリート（ＦＲＣ）は、新しい概念ではない。聖書の時代以来、繊維は、藁や馬毛の形で建設材料を接着するのに使用されていた。近年、アスベスト繊維は、壁パネル、屋根およびゲートなどの構造部材に広く使用されていた。１９６０年初頭にアスベスト繊維の製造および使用による健康リスクが明らかになり、代替繊維が代替品として導入された。

【0003】

アスベスト繊維に次いで、スチール繊維は、鉄筋補強に代わる可能性のある最初の選択肢の１つであり、１８７４年に最初の特許が申請された。しかしながら、これらの繊維の大規模な使用が米国、日本および欧州で注目されたのは、１９７０年初頭になってからだった。

【0004】

繊維は、コンクリートの機械的特性を高め、コンクリートの体積安定性を改善し、かつコンクリートの収縮による亀裂を防止するためにコンクリートに使用されている。それらは、また、乾燥割れや塑性収縮割れの発生を最小限に抑え、コンクリートの耐火性、耐衝撃性、および耐摩耗性を向上させることによりコンクリートの特性を改善する。

【0005】

スチール繊維に比べて、合成繊維には、腐食性がなく、したがって湿気の多い環境でも耐久性があるという利点がある。

【0006】

合成繊維、特にポリプロピレン繊維は、コンクリート補強用繊維として、特に圧縮荷重を受けるコンクリート、例えばサブフロアに適用されるコンクリート床スラブ、またはショットクリート用途に使用され得る。合成繊維は、概して、コンクリート中の亀裂の形成を防止、または少なくとも低減するために、かつ／またはコンクリートのひび割れ後残留曲げ引張強度を増加させるために適用され、これにより、コンクリートのひび割れ後の変形を低減することができる。

【0007】

ポリプロピレン（ＰＰ）繊維は、様々な形で、特に短繊維として、コンクリートに適用することができ、短繊維は、小さいまたは大きい繊維径および／または様々な表面構造を有する。

【0008】

比較的小径のポリプロピレン繊維は、一般に「マイクロファイバー」として知られている。ＥＮ１４８８９コンクリート用繊維、パート２：ポリマー繊維に従って測定した、マイクロファイバーの等価繊維径は、１０μｍ未満から約３００μｍの範囲である。ポリプロピレン（ＰＰ）のマクロファイバーは、少なくとも３００μｍの等価繊維径を有する。

【0009】

ポリプロピレンマクロファイバーは、特にコンクリートのひび割れ後挙動を改善するために適用されている。それらは、地面支持床スラブや圧縮荷重用途などの非構造用途で、スチールメッシュやスチール繊維と置き換えることができる。

【0010】

合成繊維の引張強度および／または弾性係数の増加は、繊維補強コンクリートのひび割れ後残留曲げ引張強度の増加に重要な役割を果たす。

【0011】

コンクリート中の合成繊維の量を増加させると、概してコンクリート中の亀裂の形成が減少し、コンクリートのひび割れ後残留曲げ引張強度が増加する。しかしながら、コンクリート中の合成繊維の量が多すぎると、コンクリート混合物の作業性が損なわれ、それによってコンクリート要素を形成する際にコンクリート混合物の取り扱いに問題が生じ、かつ／またはコンクリート要素の品質が低下する。

【0012】

したがって、繊維補強コンクリートのひび割れ後残留曲げ引張強度を改善するためにおよび／またはコンクリート中の合成繊維の量を減少できるようにするために、引張強度および／または弾性係数を増加させた合成繊維を提供する必要性が残っている。

【0013】

本発明の課題は、引張強度および／または弾性係数を増加させたコンクリート補強用の合成繊維を提供することである。

【0014】

本発明の課題は、請求項１記載のコンクリート補強用繊維によって達成される。

【0015】

８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含むコンクリート補強用繊維は、ポリプロピレンからなる繊維に比べて引張強度および／または弾性係数が増加しており、コンクリートのひび割れ後残留曲げ引張強度を増加させることができる。代替的には、コンクリート中の繊維の量を一定のひび割れ後残留曲げ引張強度で減少させることができ、これにより、コンクリート混合物の取り扱い、特に作業性を向上させることができる。

【0016】

コンクリートのひび割れ後残留曲げ引張強度は、試験方法ＥＮ １４６５１“Test method for metallic fibre concrete － Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual)”に従って、長さ６０ｃｍ、幅１５ｃｍおよび高さ１５ｃｍの長方形のコンクリート梁であって、幅に沿って梁の下側の長さに対して横方向にノッチが形成された梁での三点曲げ試験によって求められる。荷重は、ノッチとは反対側の梁の上側に適用される。ノッチの規定開口幅における垂直変位および強度は、亀裂開口変位またはＣＭＯＤとしても知られ、繊維補強コンクリート（ＦＲＣ）の関連特性である。特に、０．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，１）のＣＭＯＤおよび３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）のＣＭＯＤにおいてＭＰａでの測定された強度は、繊維補強コンクリートの重要な特性である。

【0017】

代替的に、特にショットクリート用途の場合、コンクリートの強度は、直径８０ｃｍおよび厚さ７．５ｃｍの円形コンクリート板を用いて、たわみ４０ｍｍに対する総エネルギー吸収量を求めるＡＳＴＭ Ｃ１５５０に準拠した円形板試験に従って求められるか、または長さおよび幅６０ｃｍならびに厚さ１０ｃｍの正方形コンクリート板を用いて、たわみ３０ｍｍに対する総エネルギー吸収量を求めるＥＮ１４４８８／５に準拠した正方形板試験に従って求められる。

【0018】

８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含むコンクリート補強用繊維は、ポリプロピレンからなる繊維と比べて改善された耐クリープ性を有し得る。なぜなら、８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含む繊維は、ポリプロピレンからなる繊維と比べて高い延伸率で延伸することができ、それによって繊維補強コンクリートのひび割れ後の安全性が向上するからである。好ましくは、繊維は、１５％以下、より好ましく１０％以下の平均クリープを有する。クリープは、繊維の引張強度の５０％に相当する垂直持続荷重を繊維に加えた９６０時間後の繊維の伸びとして、画像取得によって求められた。３本の繊維の平均値が求められる。

【0019】

好ましい実施形態では、本発明による繊維は、８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含むブレンドから紡糸される。完全には理解されていないが、８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含むブレンドから繊維を紡糸することにより、ポリプロピレンからなる繊維、すなわち２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含まない繊維と比べて増加した引張強度を有する繊維が得られることが分かっている。さらに、８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含むブレンドから紡糸された繊維は、より高い延伸率で延伸することができ、それによって繊維の弾性係数を高めることができる。

【0020】

一実施形態では、繊維は、８８重量％～９５重量％のポリプロピレンを含み、引張強度の最適な増加および／または繊維の弾性係数の最適な増加を達成する。

【0021】

一実施形態では、繊維は、３重量％～８重量％のポリカーボネート、好ましくは４重量％～６重量％のポリカーボネートを含み、引張強度のより高い増加および／または繊維の弾性係数のより高い増加を達成する。

【0022】

本発明によるコンクリート補強用繊維は、好ましくは、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも６００ＭＰａ、好ましくは少なくとも６５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも７００ＭＰａの引張強度を有する。

【0023】

本発明によるコンクリート補強用繊維は、好ましくは、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも６ＧＰａ、より好ましくは少なくとも７ＧＰａ、より好ましくは少なくとも８ＧＰａ、さらにより好ましくは少なくとも９ＧＰａ、最も好ましくは少なくとも１０ＧＰａの弾性係数を有し、その際、繊維の弾性係数を求めると、繊維の引張強度の１０％～３０％の間である。

【0024】

８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含む繊維は、ポリプロピレンおよびポリカーボネートが腐食を受けにくく、高アルカリ環境に耐久性があるので、コンクリートの補強に有利に使用され得る。

【0025】

一実施形態では、本発明によるコンクリート補強用繊維は、１重量％～５重量％の相溶化剤を含む。繊維が紡糸されるブレンドに相溶化剤を適用することにより、同等の延伸比で繊維の引張強度を増加させ、高い延伸比で繊維の弾性係数を増加させることができるが、この高い延伸比は、相溶化剤を用いずにブレンドから繊維を紡糸する場合、適用できないこともあり得る。理論に拘束されないが、相溶化剤は、繊維が紡糸されるブレンド中のポリカーボネートドメインのサイズを減少させ、それによって、繊維中のポリプロピレンとポリカーボネートとの間により大きな界面領域を作り出し、繊維中のポリプロピレンの配向を改善することができると考えられる。

【0026】

相溶化剤は、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンコポリマーであり得る。

【0027】

好ましくは、相溶化剤は、マレイン酸グラフト化ポリマー、好ましくはマレイン酸グラフト化ポリプロピレンポリマーまたはマレイン酸グラフト化スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンコポリマーである。

【0028】

一実施形態では、本発明によるコンクリート補強用繊維は、繊維とコンクリートとの接着性を高めるための無機添加剤を含み、無機添加剤は、好ましくは、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、タルクおよび硫酸バリウムからなる群から選択される。好ましくは、繊維は、１重量％～５重量％の無機添加剤を含む。

【0029】

好ましくは、繊維は、ＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、繊維の線密度および材料密度から計算され得るように、少なくとも３００μｍ、好ましくは５００μｍ～１０００μｍの範囲の等価繊維直径を有し、繊維を含むコンクリート混合物の作業性に悪影響を及ぼすことなく十分な残留曲げ引張強度を与える。好ましくは、繊維は、２０００μｍ以下の最大寸法、より好ましくは１５００μｍ以下の最大寸法を有し、最大寸法は、繊維断面領域の対向する二辺間の直線、すなわち断面領域の重心を横切る直線によって規定される最大距離である。２０００μｍより大きい最大寸法を有する繊維またはテープは、コンクリート混合物の取り扱い、特にコンクリート混合物の作業性の低下、および／またはコンクリート要素の品質の低下の問題を引き起こし得る。本発明による繊維は、繊維補強コンクリートにおいて、コンクリートの同等のひび割れ後残留曲げ引張強度で、より小さい等価直径の繊維を使用することができる。

【0030】

繊維は、円形の断面形状、三角形の断面形状、例えば三葉形の断面形状などの多葉形（multi-lobal）の断面形状、またはドッグボーン断面形状を含む任意の断面形状を有し得る。繊維は、また、非対称の断面形状を有してもよく、その結果、繊維は、螺旋構造を形成し、繊維とコンクリートとの間の摩擦を増加させて、３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位で繊維補強コンクリートの強度を増加させるように構成されている。

【0031】

好ましくは、繊維は、非円形断面形状、より好ましくはドッグボーン断面形状を有し、繊維とコンクリートとの間の摩擦を増加させ、３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位で繊維補強コンクリートの強度を増加させる。

【0032】

繊維は、好ましくは、繊維とコンクリートとの間の摩擦を増加させるエンボス加工された表面を有し、３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位で繊維補強コンクリートの強度を増加させる。繊維の表面上のエンボス加工は、任意の形状を有してよく、好ましくは、エンボス加工された表面は、好ましくは千鳥状配置で、ダイヤモンド形の刻み目を含む。

【0033】

繊維は、２０ｍｍ～１００ｍｍの範囲、好ましくは３０ｍｍ～７０ｍｍの範囲の長さを有してよく、それによって、繊維を含むコンクリート混合物を取り扱う際の問題、特にコンクリート混合物の作業性の問題を防止し、または少なくとも低減しながら、繊維補強コンクリートに十分なひび割れ後残留曲げ引張強度を与える。

【0034】

一実施形態では、８５重量％～９８重量％のポリプロピレンおよび２重量％～１０重量％のポリカーボネートを含むコンクリート補強用繊維は、０．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，１）の亀裂開口変位での強度よりも高い、３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位での強度を有する、すなわち、１を超えるｆ_Ｒ，４／ｆ_Ｒ，１比を有する繊維補強コンクリートを提供することができる。

【0035】

本発明による繊維に含まれるポリプロピレンは、任意のポリプロピレンポリマーであり得る。好ましくは、ポリプロピレンポリマーは、繊維の引張強度をさらに高めるために、２３０℃／２．１６ｋｇでＩＳＯ １１３３に従って測定されるように、１０ｇ／１０分以下、好ましくは５ｇ／１０分以下、より好ましくは３ｇ／１０分以下のメルトフローインデックスを有する。

【0036】

本発明による繊維に含まれるポリプロピレンは、アタクチックポリプロピレンポリマー、シンジオタクチックポリプロピレンポリマーまたはアイソタクチックポリプロピレンポリマー、またはそれらの任意のコポリマーであり得る。好ましくは、本発明による繊維に含まれるポリプロピレンは、繊維の引張強度をさらに高めるために、アイソタクチックポリプロピレンポリマーである。

【0037】

ポリカーボネート（ＰＣ）は、当業者には公知のポリマーである。ポリカーボネートポリマーは、ポリマー鎖中にカーボネート基を有することを特徴とし、例えばビスフェノールＡ（ＢＰＡ）とホスゲン（ＣＯＣｌ_２）との重合反応により得ることができる。

【0038】

本発明による繊維に含まれるポリカーボネートは、任意のポリカーボネートポリマーであり得る。好ましくは、ポリカーボネートポリマーは、繊維の引張強度をさらに高めるために、３００℃／１．２ｋｇでＩＳＯ １１３３に従って測定されるように、２５ｇ／１０分以下、好ましくは２０ｇ／１０分以下、より好ましくは１５ｇ／１０分以下、より好ましくは１０ｇ／１０分以下、さらにより好ましくは５ｇ／１０分以下、最も好ましくは３ｇ／１０分以下のメルトフローインデックスを有する。

【0039】

本発明による繊維は、繊維補強コンクリート（ＦＲＣ）要素を提供するために有利に使用され得る。

【0040】

コンクリート要素は、好ましくは、上記の繊維の実施形態のいずれかによる繊維を含む。

【0041】

本発明によるコンクリート補強用繊維は、繊維補強コンクリートの繊維量を、コンクリートの特性に悪影響を与えることなく低減することができる。好ましくは、繊維補強コンクリートは、繊維を含むコンクリート混合物の取り扱い上の問題、特にコンクリート混合物の作業性の問題を回避するために、または少なくとも低減するために、および／またはコンクリート要素の品質を改善するために、１０ｋｇ／ｍ^３以下の量、より好ましくは５ｋｇ／ｍ^３以下の量、さらにより好ましくは４ｋｇ／ｍ^３以下の量、最も好ましくは３ｋｇ／ｍ^３以下の量の繊維を含む。

【0042】

本発明によるコンクリート補強用繊維は、０．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，１）の亀裂開口変位で少なくとも１．５ＭＰａの残留曲げ引張強度を有する繊維補強コンクリートであって、好ましくは１０ｋｇ／ｍ^３以下の量、より好ましくは５ｋｇ／ｍ^３以下の量、さらにより好ましくは４ｋｇ／ｍ^３以下の量、最も好ましくは３ｋｇ／ｍ^３以下の量の繊維を含む、繊維補強コンクリートを提供することができる。

【0043】

本発明によるコンクリート補強用繊維は、３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位で少なくとも１．０ＭＰａの残留曲げ引張強度を有する繊維補強コンクリートであって、好ましくは１０ｋｇ／ｍ^３以下の量、より好ましくは５ｋｇ／ｍ^３以下の量、さらにより好ましくは４ｋｇ／ｍ^３以下の量、最も好ましくは３ｋｇ／ｍ^３以下の量の繊維を含む、繊維補強コンクリートを提供することができる。

【0044】

本発明によるコンクリート補強用繊維は、ＥＮ １４４８８－５に従って測定されるように、少なくとも９５０Ｊ、好ましくは少なくとも１０００Ｊ、より好ましくは少なくとも１０５０Ｊの総エネルギー吸収量を有する繊維補強コンクリートであって、好ましくは１０ｋｇ／ｍ^３以下の量、より好ましくは５ｋｇ／ｍ^３以下の量、さらにより好ましくは４ｋｇ／ｍ^３以下の量の繊維を含む、繊維補強コンクリートを提供することができる。

【0045】

本発明によるコンクリート補強用繊維の製造方法は、８５重量％～９８重量％のポリプロピレン、２重量％～１０重量％のポリカーボネート、および５重量％までの相溶化剤のブレンドを押出機に供給する工程、ブレンドを１つ以上のキャピラリーを含む紡糸口金を介して押し出して１つ以上の押し出された繊維を形成する工程、押し出された繊維を冷却する工程、押し出された繊維を、好ましくは少なくとも１０の延伸比で延伸してコンクリート補強用繊維を形成する工程を含む。

【0046】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、押し出された繊維を、少なくとも１０の延伸比で延伸してコンクリート補強用繊維を形成する工程を含む。好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、押し出された繊維を、少なくとも１１の延伸比で、より好ましくは少なくとも１２の延伸比で、さらにより好ましくは少なくとも１３の延伸比で延伸する工程を含む。８５重量％～９８重量％のポリプロピレンと２重量％～１０重量％のポリカーボネートとを含むブレンドを供給することを含むブレンドを押し出すことにより、押し出された繊維は、ポリプロピレンからなる繊維よりも高い延伸比で延伸することができる。

【0047】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、コンクリート補強用繊維を、所定長さ、好ましくは２０ｍｍ～１００ｍｍの範囲の長さ、好ましくは３０ｍｍ～７０ｍｍの範囲の長さに切断する工程を含む。

【0048】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、繊維の引張強度の最適な増加および／または弾性係数の最適な増加を達成するために、８８重量％～９５重量％のポリプロピレンを含むブレンドを押出機に供給する工程を含む。

【0049】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、繊維の引張強度の最大の増加および／または弾性係数の増加を達成するために、３重量％～８重量％のポリカーボネート、好ましくは４重量％～６重量％のポリカーボネートを含むブレンドを押出機に供給する工程を含む。

【0050】

驚くべきことに、本発明による繊維は、ポリプロピレンおよびポリカーボネートを単一スクリュー押出機に供給するプロセスにより得ることができる。単一スクリュー押出機は、２つ以上のポリマーを完全には混合しないことが知られているが、それでも改善された繊維が得られる。

【0051】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、１重量％～５重量％の相溶化剤を含むブレンドを押出機に供給する工程を含み、押し出された繊維により高い延伸比を適用することができる。

【0052】

相溶化剤は、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンコポリマーであり得る。

【0053】

好ましくは、相溶化剤は、マレイン酸グラフト化ポリマー、好ましくはマレイン酸グラフト化ポリプロピレンポリマーまたはマレイン酸グラフト化スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンコポリマーである。

【0054】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、ブレンドを押出機に供給する工程を含み、ブレンドは、繊維のコンクリートへの接着を高めるための無機添加剤を含み、無機添加剤は、好ましくは炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、タルクおよび硫酸バリウムからなる群から選択されている。好ましくは、繊維は、１重量％～５重量％の無機添加剤を含む。

【0055】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、繊維がＥＮ １４８８９－２に従って測定されるように、少なくとも３００μｍ、好ましくは５００μｍ～１０００μｍの範囲の等価繊維直径を有するような延伸比で押し出された繊維を延伸する工程を含む。好ましくは、繊維は、２０００μｍ以下、より好ましくは１５００μｍ以下の最大寸法を有する。

【0056】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、１つ以上のキャピラリーを含む紡糸口金を通してブレンドを押し出して、１つ以上の押し出された繊維を形成する工程を含み、キャピラリーは、円形断面形状、三角形断面形状、多葉形断面形状、例えば、三葉断面形状、またはドッグボーン断面形状、好ましくは非円形断面形状、より好ましくはドッグボーン断面形状を有する。非円形断面形状を有する繊維をより効率的に加熱することができ、それによって、より高い延伸比を適用することができる。

【0057】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、押し出された繊維を、好ましくはダイヤモンド形の刻み目で、好ましくは千鳥状配置で、エンボス加工する工程を含む。

【0058】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、所定の長さ、好ましくは２０ｍｍ～１００ｍｍの範囲、好ましくは３０ｍｍ～７０ｍｍの範囲の長さに繊維を切断する工程を含む。

【0059】

好ましくは、本発明による繊維の製造方法は、８５重量％～９８重量％のポリプロピレンと、２重量％～１０重量％のポリカーボネートとを含むブレンドを供給する工程を含み、ポリプロピレンポリマーは、繊維の引張強度をさらに増加させるために、２３０℃／２．１６ｋｇでＩＳＯ １１３３に従って測定されるように、１０ｇ／１０分以下、好ましくは５ｇ／１０分以下、より好ましくは３ｇ／１０分以下のメルトフローインデックスを有する。本発明による方法で供給されるポリプロピレンは、アタクチックポリプロピレンポリマー、シンジオタクチックポリプロピレンポリマーまたはアイソタクチックポリプロピレンポリマーであり得る。好ましくは、本発明による方法で供給されるポリプロピレンは、繊維の引張強度をさらに高めるために、アイソタクチックポリプロピレンポリマーである。

【図面の簡単な説明】

【0060】

【図1a】比較例１による繊維のクリープを示す図である。

【図1b】実施例１による繊維のクリープを示す図である。

【0061】

比較例１
９５．５重量％のポリプロピレン、３．５重量％の無機充填剤、および１重量％の核剤のブレンドから繊維を紡糸した。

【0062】

繊維は、１１．９の延伸比で延伸され、０．７０ｍｍの等価直径を有していた。

【0063】

比較例２
９８重量％のポリプロピレンと２重量％の相溶化剤とのブレンドから繊維を紡糸した以外は、比較例１と同じ条件で繊維を紡糸した。繊維は、０．７０ｍｍの等価直径を有していた。

【0064】

実施例１
９３重量％のポリプロピレン、５重量％のポリカーボネートおよび２重量％の相溶化剤のブレンドから繊維を紡糸した以外は、比較例１と同じ条件で繊維を紡糸した。

【0065】

繊維は、２０の延伸比で延伸され、０．７０ｍｍの等価直径を有していた。

【0066】

実施例２
８９．５重量％のポリプロピレン、５重量％のポリカーボネート、２重量％の相溶化剤および３．５重量％の無機充填剤のブレンドから繊維を紡糸した以外は、比較例１と同じ条件で繊維を紡糸した。繊維は、０．７０ｍｍの等価直径を有していた。

【0067】

繊維補強コンクリート梁は、繊維の種類ごとに形成され、コンクリートは、５ｋｇ／ｍ^３の繊維添加量を含む。コンクリートは、ＥＮ １２３９０－３“Testing hardened concrete － compressive strength of test specimens”に従って測定される、Ｃ２５／３０のコンクリート強度クラス、およびＥＮ １４６５１に従って測定される、４．３±０．３ＭＰａの曲げ引張強度を有していた。

【0068】

３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位でのコンクリート梁のひび割れ後残留曲げ引張強度を、第１表に示すように、試験方法ＥＮ １４６５１“Test method for metallic fibre concrete － Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual)”に従って測定した。

【表1】

【0069】

第１表は、繊維補強コンクリート中のポリプロピレンで主に構成されている合成繊維の性能を、５重量％のポリカーボネートを添加し、ポリプロピレンとポリカーボネートとを含むブレンドから繊維を紡糸することにより、約２０％向上させることができることを示す。

【0070】

第１表は、繊維補強コンクリート中の合成繊維の性能を、無機充填剤をさらに添加し、ポリプロピレン、ポリカーボネート、相溶化剤および無機充填剤を含むブレンドから繊維を紡糸することにより、さらに約４０～４５％向上させることができることを示す。

【0071】

第２表では、実施例１の繊維のクリープを、比較例１の繊維のクリープと比較した。第２表および図１ａ～ｂは、実施例１による繊維のクリープが比較例１による繊維と比較して４７％減少することを示す。

【表2】

【0072】

実施例３
実施例１の繊維を、４４０ｋｇ／ｍ^３のＣＥＭ Ｉ ４２．５ Ｎセメントおよび５ｋｇ／ｍ^３の繊維を含むコンクリート混合物とともに、ショットクリートとしても知られる、吹付けコンクリートに適用した。

【0073】

比較例３では、業界標準と考えられている５ｋｇ／ｍ^３のＢａｒｃｈｉｐ５４繊維を、繊維の種類のみが異なっている、実施例３のコンクリート混合物とともに吹付けコンクリートに適用した。

【0074】

第３表では、実施例３のショットクリートによって吸収されたエネルギーの量が、ＡＳＴＭ Ｃ１５５０－１２ａ：２０１３円形プレート試験に従って、４つのサンプルの平均として測定された、比較例３のショットクリートによって吸収されたエネルギーの量と比較されている。

【0075】

第３表は、実施例３のショットクリートのたわみ４０ｍｍでの全エネルギー吸収が、比較例３の繊維を含むショットクリートと比較して２７％増加することを示す。

【0076】

また、第３表は、実施例３のショットクリートのたわみ５ｍｍ、１０ｍｍおよび２０ｍｍでのエネルギー吸収が、比較例３の繊維を含むショットクリートと比較して１７％～２４％増加することを示す。

【表3】

【0077】

実施例４
実施例１の繊維を用いて繊維補強コンクリート梁を形成し、コンクリートの繊維添加量は、４ｋｇ／ｍ^３であった。ＥＮ １４６５１に従って測定された、コンクリートの曲げ引張強度は、４．５±０．３ＭＰａであった。

【0078】

試験方法ＥＮ １４６５１に従って測定されたコンクリート梁の３．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，４）の亀裂開口変位でのひび割れ後残留曲げ引張強度は、３．２０ＭＰａであり、０．５ｍｍ（ｆ_Ｒ，１）の亀裂開口変位でのひび割れ後残留曲げ引張強度は、１．８７ＭＰａであった。

【図1a】

【図1b】