特許 7400486 ガラス繊維補強コンクリート

(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】2023-12-11

(45)【発行日】2023-12-19

(54)【発明の名称】ガラス繊維補強コンクリート

(51)【国際特許分類】

   C04B 14/42 20060101AFI20231212BHJP

   C04B 28/04 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

C04B14/42 C

C04B28/04

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020005935

(22)【出願日】2020-01-17

(65)【公開番号】P2021113142

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-09-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西堀 真治

【審査官】大西 美和

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１０３７９８３（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０１９－０９４２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６８９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０６８８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６３５７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ２／００－４１／９１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本のガラスフィラメントを含むガラスストランドと、セメントと、骨材と、急結剤と、を含み、
前記ガラスストランドの番手が８０ｔｅｘ以上、６００ｔｅｘ以下であり、
気乾比重が１．５以上である、ガラス繊維補強コンクリート。

【請求項2】

前記ガラスストランドの番手が１００ｔｅｘ以上、５００ｔｅｘ以下である、請求項１に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【請求項3】

前記セメント１００質量部に対して、前記急結剤が、３質量部以上、３０質量部以下である、請求項１又は２に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【請求項4】

前記ガラスストランドの強熱減量が１質量％以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【請求項5】

気乾比重が１．５以上、２．５以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【請求項6】

前記骨材１００質量部に対して、前記セメントが、５０質量部以上、２００質量部以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【請求項7】

前記ガラスフィラメントがＺｒＯ_２を含有しており、前記ガラスフィラメントにおけるＺｒＯ_２の含有量が、質量％で１４％以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【請求項8】

前記ガラスフィラメントがＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏからなる群から選択される少なくとも１種を含有しており、前記ガラスフィラメントにおけるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合量が、質量％で１４％以上である、請求項１～７のいずれか一項に記載のガラス繊維補強コンクリート。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス繊維補強コンクリート（ＧＲＣ：Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガラス繊維（ガラスフィラメント）を束ねたガラスストランドを補強材として含有させたＧＲＣは、土木、建築等において広く用いられている。ガラスストランドによる補強は、脆性を補い、引張強度、曲げ強度、衝撃強度を向上させる有効な手段として一般に認識されている。

【0003】

下記の特許文献１には、ガラス繊維を含有する路面舗装補修用モルタル組成物の一例が開示されている。特許文献１においては、繊維の含有量及び長さが規定されている。セメント等の混練においてファイバーボールを生じ難くするために、繊維の含有量を０．２～２．０質量％とし、繊維の長さを１～２０ｍｍとする旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１００５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

セメント系マトリックスに繊維を含有させることにより、コンクリートの衝撃強度や曲げ強度を向上させることはできる。しかし、これらの強度は、セメントの水和反応が進行するにつれて小さくなる傾向にある。これはセメントの水和反応で析出する水和物により、繊維が拘束されるためである。繊維の中でもガラス繊維は、水和物との親和性が高く、ガラス繊維と水和物とが接着しやすいために、より拘束される。そのため、高温・多湿のような水和物が生成しやすい環境や、長期に亘り潤沢に水分が供給され、水和物が生成しやすい状況であると、特にガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度が低くなる傾向にあり、コンクリートの耐久性を高めることは困難である。また、特許文献１に記載のようにガラス繊維の含有量や長さを調整したとしても、ガラス繊維補強コンクリートの耐久性を確実に高めることは困難であった。

【0006】

本発明の目的は、長期的に靭性を維持し衝撃強度を高めることができ、耐久性を高めることができる、ガラス繊維補強コンクリートを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るガラス繊維補強コンクリートは、複数本のガラスフィラメントを含むガラスストランドと、セメントと、骨材と、急結剤と、を含み、ガラスストランドの番手が８０ｔｅｘ以上、６００ｔｅｘ以下であることを特徴とする。

【0008】

ガラスストランドの番手が１００ｔｅｘ以上、５００ｔｅｘ以下であることが好ましい。

【0009】

セメント１００質量部に対して、急結剤が、３質量部以上、３０質量部以下であることが好ましい。

【0010】

ガラスストランドの強熱減量が１質量％以上であることが好ましい。

【0011】

気乾比重が１以上、２．５以下であることが好ましい。

【0012】

骨材１００質量部に対して、セメントが、５０質量部以上、２００質量部以下であることが好ましい。

【0013】

ガラスフィラメントがＺｒＯ_２を含有しており、ガラスフィラメントにおけるＺｒＯ_２の含有量が、質量％で１４％以上であることが好ましい。

【0014】

ガラスフィラメントがＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏからなる群から選択される少なくとも１種を含有しており、ガラスフィラメントにおけるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合量が、質量％で１４％以上であることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、長期的に靭性を維持し衝撃強度を高めることができ、耐久性を高めることができる、ガラス繊維補強コンクリートを提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0017】

（ガラス繊維補強コンクリート）
本発明に係るガラス繊維補強コンクリートは、セメントと、骨材と、急結剤と、ガラスストランドとを含有している。

【0018】

ガラス繊維補強コンクリートは、セメント、骨材及び急結剤を混錬し、これらの成分が混錬された後にガラスストランドを添加してさらに混練し、この混練体を型枠に流し込むこと等により製造されるが、混練体が分離することを抑制するために、水及び混和材を添加して混練し、その後にガラスストランドを加えてさらに混練するとともに、これらの混練体を型枠に流し込むことが好ましい。

【0019】

セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、シリカセメント等を用いることができる。これらの中でも特に、早強ポルトランドセメントを用いることが好ましい。

【0020】

ガラスストランドは、複数本のガラスフィラメントと、ガラスフィラメントの表面に形成された被膜とを有する。ガラスフィラメントには、耐アルカリガラス繊維を用いることが好ましい。この場合には、ガラスストランドの耐アルカリ性を良好とすることができるため、セメントに含まれるアルカリ成分により、ガラスストランドが浸食され難い。よって、長期に亘って、ガラスストランドによる補強効果を維持することができる。

【0021】

ガラスフィラメントは、例えばガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ５４％～６５％、ＺｒＯ_２ １２％～２４％、ＭｇＯ＋ＣａＯ ０％～１０％、ＴｉＯ_２ ０％～１０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０％～２％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ １０％～３０％含有するものが挙げられる。なお、上記において、例えば「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」は、Ａ、Ｂ及びＣの含有量の合量を示す。

【0022】

ガラスフィラメントにおけるＺｒＯ_２の含有量は、質量％で１４％以上であることが好ましく、１６％以上であることがより好ましい。この場合には、セメントに含まれるアルカリ成分による浸食をより一層抑制することができる。

【0023】

ガラスフィラメントは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏからなる群から選択される少なくとも１種を含有していることが好ましい。ガラスフィラメントにおけるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合量は、質量％で１４％以上であることが好ましく、１５％以上であることが好ましい。この場合には、ガラスフィラメントの紡糸温度を好適に低くすることができる。

【0024】

また、ガラスフィラメントは、ＺｒＯ_２の含有量が、質量％で１４％以上であり、かつ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏからなる群から選択される少なくとも１種を含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合量が、質量％で１４％以上であることが好ましい。

【0025】

ガラスストランドの被膜は、例えば、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル及びポリフェニレンスルフィド樹脂の群から選択された１種以上の熱可塑性樹脂、又は、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、エポキシ樹脂及びポリウレタン樹脂の群から選択された１種以上の熱硬化性樹脂を含有していてもよい。

【0026】

ガラスストランドの長さは、６ｍｍ以上であることが好ましく、１３ｍｍ以上であることがより好ましい。この場合には、ガラス繊維強化コンクリートの強度を好適に高めることができる。ガラスストランドの長さは、３０ｍｍ以下であることが好ましく、２５ｍｍ以下であることがより好ましく、１９ｍｍ以下であることがさらに好ましい。この場合には、セメント等とガラスストランドとの混練時や型枠への流し込み時において、セメントの流動性を低下させ難いため、作業性を高めることができる。

【0027】

本発明においては、ガラスストランドの番手は８０ｔｅｘ以上、６００ｔｅｘ以下である。なお、ガラスストランドの番手は、１００ｔｅｘ以上、５００ｔｅｘ以下であることが好ましい。

【0028】

ガラスストランドの強熱減量は、１質量％以上、あるいは２質量％以上であることが好ましい。ガラスストランドの強熱減量の上限値は、ガラスストランドの加工性の観点から、例えば、３．５質量％とすることができる。なお、本明細書における強熱減量は、ＪＩＳ Ｒ ３４２０：２０１３に記載の方法で測定された強熱減量である。

【0029】

骨材としては、例えば、珪砂、川砂等の細骨材や、川砂利、砕石等の粗骨材を用いることができる。細骨材及び粗骨材のうちの一方を用いてもよく、あるいは細骨材及び粗骨材の双方を用いてもよい。骨材の平均粒径は、例えば、０．５ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であることが好ましい。

【0030】

急結剤は、セメントの凝結硬化を促進させる。急結剤には、例えば、カルシウムアルミネート系又はカルシウム－サルファーアルミネート系の急結剤を用いることができる。急結剤としては、他の成分を添加せずにセメントの凝結硬化を促進できる自己硬化性のあるものが好ましい。ガラス繊維補強コンクリートにおいて、セメント１００質量部に対し、急結剤が３質量部以上であることが好ましく、５質量部以上であることがより好ましい。それによって、セメントの凝結硬化を好適に促進させることができる。セメント１００質量部に対し、急結剤が３０質量部以下であることが好ましく、２０質量部以下であることがより好ましく、１５質量部以下であることがさらに好ましい。それによって、セメントの凝結硬化が促進されすぎることを抑制でき、成形等の作業性を高めることができる。

【0031】

混和材は、ポゾラン材料を含むことが好ましい。ポゾラン材料としては、シリカヒューム、フライアッシュ又はスラグ等を挙げることができる。ポゾラン材料はセメントの水和の際に生成されるアルカリ成分と反応するため、ガラスストランドがアルカリ成分に浸食されることを抑制できる。よって、ガラスストランドによる補強の効果を効果的に維持することができる。

【0032】

ガラス繊維補強コンクリートは、セメント１００質量部に対し、ポゾラン材料を５質量部以上、５０質量部以下含むことが好ましく、１０質量部以上、３０質量部以下含むことがより好ましい。

【0033】

ガラス繊維補強コンクリートは、減水剤を含んでいてもよい。減水剤は界面活性剤として機能し、セメントを分散させる。減水剤を用いることにより、セメント等の混練に際し加える水の量を少なくしても、セメントの流動性を高めることができる。

【0034】

ガラス繊維補強コンクリートは、遅延剤を含んでいてもよい。遅延剤はセメントの凝結硬化を遅延させる。遅延剤を急結剤と共に用いることにより、セメントの凝結速度を調整することができる。それにより、セメントの凝結硬化を促進しつつ、成形のための時間を調整することができる。遅延剤は、例えば、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸、アルキルアミノホスホン酸等の有機酸及びその塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩からなる群から選択される少なくとも１種を含有していてもよい。

【0035】

本発明に係るガラス繊維補強コンクリートの特徴は、ガラスストランド及び急結剤を含み、かつガラスストランドの番手が８０ｔｅｘ以上、６００ｔｅｘ以下であるという構成にある。それによって、長期間において靱性を維持し衝撃強度を高めることができ、耐久性を高めることができる。

【0036】

本発明のガラス繊維補強コンクリートおいて耐久性を高められるのは、以下の理由であると考えられる。ガラスストランドは高い強度・弾性率を有するため、コンクリート内にガラスストランドを含ませることにより、ガラスストランドが高い引張強度を維持しながら、ガラス繊維補強コンクリートにひびが発生した場合に、ガラスストランドもひびの発生に追従して引き抜けるために、ひびが発生した場合でもコンクリートの靱性を保つことができる。しかしながら、コンクリートにおけるセメントの水和に際しては水和物が生じる。このような水和物は、コンクリート内のガラスストランドの表面周辺にも生じ、水和の進行と共にガラスストランドを拘束する。この拘束がガラスストランドの引張強度以上に達すると、上記引き抜け挙動は発現せずにガラスストランドが切断されてしまい、衝撃強度は低くなる。そのため、時間が経つにつれてコンクリート内でガラスストランドの拘束力が高くなると、コンクリートの衝撃強度が低下する。

【0037】

これに対して、本発明のガラス繊維補強コンクリートにおいては、急結剤が含まれており、かつガラスストランドの番手が８０ｔｅｘ以上である。急結剤を含むことにより、エトリンガイトのような水和物を急速にガラスストランド近傍に生成させ、ガラスストランドを拘束させる。しかし、エトリンガイドが生成されることにより、それ以上他の水和物がガラスストランド近傍に生成されにくくなるため、ガラスストランドの拘束がこれ以上高くなりにくい。

【0038】

さらに、ガラスストランドの番手、すなわち太さを、急結剤によって初期材令で生成した水和物による拘束力よりも高い引張強度となるように調整することで、長期的にコンクリートの靭性を確保することができる。つまり、本発明ではセメント系マトリックスへの急結剤添加量に適したガラスストランドが選択されており、その結果、長期的にコンクリートの靭性が確保でき、衝撃強度を維持することができる。

【0039】

なお、ガラスストランドの番手を６００ｔｅｘ以下とすることにより、ガラス繊維補強コンクリート単位質量当たりのガラスストランドの本数を適量とすることができ、コンクリートを効果的に補強することができる。従って、長期的に衝撃強度を高めることができ、ガラス繊維補強コンクリートの耐久性を高めることができる。

【0040】

さらに、ガラス繊維補強コンクリートの気乾比重は、１以上であることが好ましく、１．５以上であることがより好ましい。この場合には、ガラス繊維補強コンクリートの強度を好適に高めることができる。ガラス繊維補強コンクリートの気乾比重は、２．５以下であることが好ましく、２．２以下であることがより好ましい。気乾比重が高すぎる場合には、セメントの比率が高くなりすぎることがある。そのため、ガラスストランドの表面周辺に存在するセメントの比率が高くなりすぎることがある。この場合には、ガラスストランド近傍により多くの水和物が発生するため、ガラスストランドの拘束が強くなりすぎる場合があり、ガラスストランドによる補強の効果が損なわれ、ガラス繊維補強コンクリートの靱性が劣化するおそれがある。なお、気乾比重とは、２０℃、６０％ＲＨの環境下で２８日間保管した後のガラス繊維補強コンクリートの比重をいう。

【0041】

骨材の質量をＭ_Ｓ、セメントの質量をＭ_Ｃとしたときに、質量比Ｍ_Ｓ／Ｍ_Ｃが０．５以上、２以下であることが好ましい。すなわち、骨材１００質量部に対して、セメントを５０質量部以上、２００質量部以下とすることが好ましい。それによって、ガラス繊維補強コンクリートの強度を効果的に高めることができる。

【0042】

本発明の効果のさらなる詳細を、実施例及び比較例を比較することにより、以下において説明する。

【0043】

＜実施例＞
（実施例１）
普通ポルトランドセメントが１００質量部、混和材としてのシリカヒュームが１０質量部、混和材としてのフライアッシュが１０質量部、骨材として珪砂５号が１００質量部、急結剤が２０質量部、水が３８質量部、減水剤（エヌエムビー社製、「ＳＰ－８Ｎ」）が１．５質量部、遅延剤が１質量部の比率となるように混練することにより、混練物を得た。次に、得られた混練物に、番手が１４０ｔｅｘであり、長さが１９ｍｍであるガラスストランド（日本電気硝子社製、「ＡＣＳ１９ＰＨ－９５０Ｘ」）を、上記混練物に対するガラスストランドの量が３質量％となるように添加して、さらに混練した。そして、この混練体を型枠に流し込み、２０℃、６０％ＲＨの環境下で２４時間保管することにより、長さ１４０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚み１０ｍｍのガラス繊維補強コンクリートを得た。

【0044】

（実施例２）
急結剤を１０質量部とし、遅延剤を０．８質量部としたこと以外においては、実施例１と同様にしてガラス繊維補強コンクリートを得た。

【0045】

（実施例３）
ガラスストランドとして、番手が２２５ｔｅｘであり、長さが１９ｍｍであるガラスストランド（日本電気硝子社製、「ＡＣＳ１９ＰＨ－９５０ＸＷ」）を用いたこと以外においては、実施例２と同様にしてガラス繊維補強コンクリートを得た。

【0046】

（実施例４）
実施例４においては、ガラスストランドとして、番手が４８０ｔｅｘであり、長さが１９ｍｍであるガラスストランド（日本電気硝子社製、「ＡＣＳ１９ＴＨ－９８０Ｗ」）を用い、ガラスストランドの含有量を４質量％とした。上記以外においては、実施例２と同様にしてガラス繊維補強コンクリートを得た。

【0047】

（比較例１）
急結剤、遅延剤及び混和材を添加していないこと及び水を３２質量部としたこと以外においては、実施例１と同様にしてガラス繊維補強コンクリートを得た。

【0048】

（比較例２）
ガラスストランドとして、番手が４０ｔｅｘであり、長さが１３ｍｍであるガラスストランド（日本電気硝子社製、「ＡＣＳ１３Ｈ－９５０Ｙ」）を用いたこと以外においては、実施例２と同様にしてガラス繊維補強コンクリートを得た。実施例１～４並びに比較例１及び２の各条件を表１に示す。

【0049】

【表1】

【0050】

（ＧＲＣフローの測定）
実施例１～４並びに比較例１及び２で得られた、ガラスストランドを含む混練体のＧＲＣフローを、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５に準じて測定した。なお、ＧＲＣフローの測定は、混錬体を得た直後に行った。ＧＲＣフローの測定の結果を表１に示す。

【0051】

表１に示すように、ＧＲＣフローは実施例１～４並びに比較例１及び２において、１６０ｍｍ～１７５ｍｍ程度であり、ガラス繊維補強コンクリートの成形性（作業性）に問題が無いことがわかる。

【0052】

（衝撃強度の評価）
実施例１～４並びに比較例１及び２の、材令２８日のガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度を測定した。さらに、材令２８日のガラス繊維補強コンクリートを７０℃の温水に７日間浸漬させたガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度をそれぞれ測定した。なお、衝撃強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７０６１：１９９２に準じて行った。

【0053】

なお、材令２８日のガラス繊維補強コンクリートとは、得られたガラス繊維補強コンクリートを２０℃、６０％ＲＨの環境下で２８日間保管したガラス繊維補強コンクリートをいう。

【0054】

表２に示すように、実施例１～４のガラス繊維補強コンクリートは、材令２８日のガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度及び７０℃の温水に７日間浸漬させたガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度が、それぞれ１７．４ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上、１６．４ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上であり、十分な衝撃強度を有していた。一方、比較例１及び２のガラス繊維補強コンクリートは、材令２８日のガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度及び７０℃の温水に７日間浸漬させたガラス繊維補強コンクリートの衝撃強度が、それぞれ１４．８ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以下、１１．３ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以下であり、十分な衝撃強度を有していない。

【0055】

さらに、実施例１～４のガラス繊維補強コンクリートは、（７０℃温水浸漬７日の衝撃強度）÷（令材２８日の衝撃強度）が０．９０以上であり、水分による悪影響がほとんど見られなかった。一方、比較例１、２のガラス繊維補強コンクリートは、（７０℃温水浸漬７日の衝撃強度）÷（令材２８日の衝撃強度）が０．７６以下であり、水分による悪影響が顕著に見られた。

【0056】

【表2】