混凝土的補強纖維的製作方法
2023-04-30 18:29:46 2
專利名稱：混凝土的補強纖維的製作方法
技術領域：
本發明涉及補強混凝土用混凝土補強纖維，更進一步說是關於混合所述混凝土補強纖維的預拌混凝土，使用所述纖維補強的混凝土製品和混凝土構件，以及纖維補強混凝土構件的施工方法。
本發明就是對即使有裂縫產生但能防止它擴展的混凝土補強纖維，使用所述纖維補強的混凝土製品和混凝土構件，以及提供施工方法的課題所完成的研究結果。
混合這些混凝土補強纖維的、最好是按0.5～2Vol％混合的混合補強纖維的預拌混凝土、纖維補強混凝土製品，纖維補強混凝土構件等是優異的混凝土原料，或者能夠用該原料製成混凝土成型物。
再有，本發明提供了一種纖維補強混凝土構件的施工方法，其特徵在於把以水泥、砂、石子及水為主原料的基礎混凝土和權利要求1所述的補強纖維攪拌而成的含有補強纖維的基礎混凝土，用混凝土泵在所定的位置上進行噴塗或澆灌。並且還提供了另一種纖維補強混凝土構件的施工方法，其特徵在於把以水泥、砂、石子及水為主原料的基礎混凝土用攪拌車運送到施工現場，一邊攪拌一邊把權利要求1所述的混凝土補強纖維混勻，再把含有攪拌均勻的補強纖維的基礎混凝土用混凝土泵在所定位置上進行噴塗或澆灌。
圖2表示在實施例中所舉纖維補強劑相對混凝土的彎曲特性的應力-應變曲線。
本發明混凝土補強纖維是使用聚醯胺纖維。其中使用尼龍纖維也是令人滿意的。作為該尼龍纖維所包括的尼龍方面，使用尼龍6、尼龍66、高收縮性聚合尼龍，柔軟性聚合尼龍、低融點尼龍等都可以。
被使用的補強纖維的單絲細度在300～15000dtex為好，最好是2000～8000dtex。在使用小於300dtex時，因纖維過細造成在混凝土中分散不均勻，還易形成纖維球，對施工和補強強度有發生問題的傾向。另一方面，在超過15000dtex時，因混凝土的粘合面積減少，補強纖維變得易被拉開，補強效果也隨之變壞。
對於本發明的混凝土補強纖維能使用扁平形並且表面有凹凸的異形斷面纖維。扁平率即是在相對於纖維方向的垂直斷面(橫斷面)上寬度(W)和厚度(T)的比值(W/T)，該比值在5/4～10/1為好，更好是在4/3～5/2的範圍。比10/1變大時，對混凝土的粘合力雖然增大，但因補強纖維的強度降低而補強效果也下降，而且在混凝土中的分散性也有變壞的傾向。厚度的比率增大時，扁平率雖超過5/4但補強效果下降。
在本發明的混凝土補強纖維依靠添加無機填料例如矽石、鈦、滑石、矽、鈷等纖維絲的剛性提高。無機填料的平均顆粒直徑在0.1～10μm，最好在0.3～0.5μm，相對於纖維重量，其加入的重量比為0.1～20％，最好是在1～10％重量範圍。添加大於20％重量以上時因纖維的延伸率降低而補強效果下降。小於0.1％重量以下時，不能得到提高纖維絲剛性的效果。
纖維表面的凹凸，以在纖維軸方向斷面(縱斷面)再現凹凸和突起為好，它的高度差在0.1～0.5mm為宜。小於0.1mm時補強效果變小，大於0.5mm時，相對於混凝土的粘合力雖然變大，但因補強纖維的強度降低而使補強效果下降。
為使補強纖維扁平化，不在表面形成凹凸而加工成異形斷面纖維時，對斷面形狀為圓形的纖維實施壓花加工的方法，在纖維軸方向能進行連續加工是合適的。
如所述加工成異形斷面的混凝土補強纖維在使用時其延伸率至少10％，最好在20％以上，纖維強度至少3.5cN/dtex，最好在5cN/dtex以上，更好在7cN/dtex以上。
延伸率達不到10％的補強纖維，在作為混凝土結構物時因有不能得到充分的延展性、韌性的傾向，所以防止裂縫的擴展的效果也就不充分。再有，拉伸強度不在3.5 cN/dtex以上時，作為混凝土的補強纖維的強度就變得不足。平均纖維長度最好在10～60mm，更好是在20～50mm。小於10mm時補強纖維易從混凝土中發生脫離，大於60mm時，分散性有變壞的傾向。來用加工成兩面異形斷面時，纖維絲的剛性雖有降低，可另一方面使混凝土、灰漿的粘合性提高。
再有，本發明的混凝土補強纖維可以混合使用2種以上不同細度的纖維。即纖維細度在300～15000dtex，把2種以上細度不同的補強纖維能混合使用。依靠使用細度不同的本發明的補強纖維，有在混凝土中分散性變好的優點。混合的補強纖維的細度，其細度比最好在1.5～3倍的範圍。
還有，本發明的混凝土補強纖維，長度不同的2種或3種以上混合使用也可以。即平均纖維長度最好在10～60mm範圍的長度不同的2種以上本發明的混凝土補強纖維能進行混合使用，或者也能使用纖維長度分布在10～60mm範圍內纖維。依靠使用長度不同的本發明的補強纖維，能改善在混凝土中的分散性。混合補強纖維的長度比率最好在1.5～3倍的範圍。
所述本發明的混凝土補強纖維一般是向把水泥、砂、石子和水混合的基礎混凝土中添加0.5～2Vol％左右。在小於0.5Vol％時，難於得到充分的補強效果，大於2Vol％時在混凝土中的分散性變壞。本發明的混合補強纖維在基礎混凝土中按0.5～2Vol％混合的作為混合補強纖維的現成混凝土能便利地應用在噴塗，澆灌等方面。
本發明的混凝土補強纖維，因含有作為原料的聚醯胺，所以具有耐鹼性，在混凝土中能半永久性地保持其特性，因此在各種混凝土製品中能達到提高混合製品的強度和輕量化的目的。在依靠使用尼龍6等的尼龍時尤其能提高這種效果。作為能利用的混凝土製品有多種方面。如各種護牆板，管，枕木，電線桿等。本發明的補強纖維的混合量，根據其使用目的有必要另立項試驗研究，一般在混凝土製品中按0.5～2Vol％範圍加入就可以。
本發明混凝土補強纖維，對於用在道路和滑行道的鋪設，隧道，構件板，永久形形框，斜坡保護牆等的構件方面與混凝土製品同樣能有效地利用。防止裂縫的護展，例如對防止隧道內壁剝落等是有效的。混合量和所述混凝土製品一樣，根據其使用目的有必要另立項試驗研究，但一般按0.5～2Vol％範圍加入就可以。
在使用所述本發明的補強纖維進行施工時，把補強纖維作為初始料在哪個陛段混合都可以，一般是在把水泥，砂，石子和水作為主原料的基礎混凝土中和補強纖維混勻，再把混勻含有補強纖維的混凝土用混凝土泵等在所定的位置噴塗或澆灌都可以。或者，把水泥，砂，石子和水作為主原料的基礎混凝土用攪拌車送到施工現場，一邊攪拌一邊混勻，把混勻含有補強纖維的混凝土用混凝土泵等在所定位置噴塗或澆灌都可以。再有，本發明的補強纖維適用於上述混凝土是當然的事，但對於灰漿和水泥灰漿也都能適用。
實施例1對纖維細度6600dtex的尼龍6單絲用壓花輥(壓成圖案斜格狀)進行異形斷面加工，再用股線切割機切斷成長度為30mm。所得的混凝土補強纖維的斷面形狀是寬度1.68mm、厚度0.54mm、扁平率3.1、拉伸強度5.8cN/dtex、延伸率38.5％、表面凹凸差0.24mm。把該混凝土補強纖維對混凝土的粘合力用所述方法進行評價，其結果示於表1。
比較例1與實施例1同樣進行，把只是扁平率加工為1.2，延伸率是32.0％的尼龍6混凝土補強纖維進行和實施例1相同的評價。評價結果示於表1。
比較例2，3作為混凝土補強纖維，得到2種的合成纖維，按和實施例1相同的方法進行評價。評價結果示於表1。
實施例2把按1重量％添加有矽石的纖維細度6600dtex的尼龍6單絲用實施例1的方法進行異形斷面化，切斷而得到的混凝土補強纖維的斷面形狀是寬度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸強度5.8cN/dtex、延伸率50％。按相對於混凝土1.0體積％添加該混凝土補強纖維，按所述方法評價混凝土的彎曲特性。其結果示於表1。
實施例3
把按3重量％添加有矽石的纖維細度6600dtex的尼龍6單絲按實施例2的方法進行異形斷面化，切斷而得到的混凝土補強纖維的斷面形狀是寬度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸強度5.9cN/dtex、延伸率44％。把該混凝土補強纖維用實施例2的方法進行評價。其結果示於表1。
實施例4把按5重量％添加有矽石的纖維細度6600dtex的尼龍6單絲按實施例2的方法進行異形斷面化，切斷而得到的混凝土補強纖維的斷面形狀是寬度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸強度5.8cN/dtex、延伸率32％。把該混凝土補強纖維用實施例2的方法進行評價。其結果示於表1。
實施例5把按3重量％添加有矽石的纖維細度9000dtex的尼龍6單絲按實施例2的方法進行異形斷面化，切斷而得到的混凝土補強纖維的斷面形狀是寬度1.68mm、厚度1.0mm、扁平率1.7、拉伸強度6.0cN/dtex、延伸率34％。把該混凝土補強纖維用實施例2的方法進行評價。其結果示於表1。
比較例4把纖維細度6600dtex的尼龍6單絲按實施例2的方法進行異形斷面化，切斷而得到的混凝土補強纖維的斷面形狀是寬度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸強度5.7cN/dtex、延伸率50％。把該混凝土補強纖維用實施例2的方法進行評價。其結果示於表1。
比較例5把在比較例3所用的混凝土補強用合成纖維用實施例2的方法進行評價。其結果示於表1。
本發明的混凝土補強纖維的過去使用的鋼纖維重量輕，處理容易，在進行施工等時，不容易發生被突出來的纖維刺傷等的事故，而且也消除了因鐵鏽露出表面而損害美觀的現象。再有，本發明補強纖維的原料是具有親水性的尼龍，與把烯系纖維作為原料的補強纖維相比較，尼龍和混凝土的粘合性及在混凝土料漿中的分散性好，並且因拉伸強度高，所以具有由於呈現良好的粘合性，而改善混凝土的物理性能的特點。即使和維尼龍系補強纖維比較，也可以看出具有延伸率明顯增大，並由於具有適度的粘合性，所以增加了混凝土的塑性和韌性的特點。
表1
權利要求
1.一種混凝土補強纖維，其特徵在於由單絲纖維細度在300～15000dtex，延伸率至少10％，纖維斷面的扁平率在5/4～10/1的聚醯胺單絲構成。
2.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於延伸率至少是20％。
3.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於纖維斷面扁平率是4/3～5/2。
4.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於含有相對於纖維重量的0.1～20重量％的無機填料。
5.根據權利要求4所述的混凝土補強纖維，其特徵在於含有相對於纖維重量的1～10重量％的無機填料。
6.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於平均纖維長度為10～60mm。
7.根據權利要求1～3中任意一項所述的混凝土補強纖維，其特徵在於纖維強度至少為3.5cN/dtex。
8.根據權利要求7所述的混凝土補強纖維，其特徵在於纖維強度至少為5cN/dtex。
9.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於纖維表面形成有高度為0.1～0.5mm的凹凸。
10.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於無機填料的平均顆粒直徑為0.1～10μm。
11.根據權利要求10所述的混凝土補強纖維，其特徵在於無機填料的平均顆粒直徑是0.3～0.5μm。
12.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於混合2種以上具有不同纖維細度的纖維。
13.根據權利要求1所述的混凝土補強纖維，其特徵在於混合2種以上具有不同纖維長度的纖維。
14.一種混合細填料、粗填料、水泥、補強纖維的組成物，其特徵在於按0.5～2Vol％混合權利要求1所述的補強纖維。
15.一種混合補強纖維的預拌混凝土，其特徵在於按0.5～2Vol％混合權利要求1所述的補強纖維。
16.一種纖維補強混凝土製品，其特徵在於按0.5～2Vol％混合權利要求1所述的混凝土補強纖維。
17.一種纖維補強混凝土構件，其特徵在於按0.5～2Vol％混合權利要求1所述的混凝土補強纖維。
18.一種纖維補強混凝土構件的施工方法，其特徵在於把以水泥、砂、石子及水為主原料的基礎混凝土和權利要求1所述的補強纖維攪拌而成的含有補強纖維的基礎混凝土，用混凝土泵在所定的位置上進行噴塗或澆灌。
19.一種纖維補強混凝土構件的施工方法，其特徵在於把以水泥、砂、石子及水為主原料的基礎混凝土用攪拌車運送到施工現場，一邊攪拌一邊把權利要求1所述的混凝土補強纖維混勻，再把含有攪拌均勻的補強纖維的基礎混凝土用混凝土泵在所定位置上進行噴塗或澆灌。
全文摘要
本發明提供一種混凝土補強纖維，作為補強纖維是在混凝土中混合具有單絲細度為300～15000dtex，纖維延伸率至少10％，纖維斷面的扁平率為5/4～10/1的異形斷面的尼龍單絲。理想的是平均纖維長度為10～60mm，纖維強度在3.5cN/dtex以上，在纖維表面形成0.1～0.5凹凸的補強纖維時能夠獲得優異的補強效果。其混合量是0.5～2Vol％範圍。即使有裂縫產生，也能防止裂縫的擴大。
文檔編號C04B16/06GK1444549SQ01813408
公開日2003年9月24日 申請日期2001年7月24日 優先權日2000年7月28日
發明者佐佐木伸治, 本田讓, 後藤榮三 申請人:東麗株式會社