专利名称：混凝土的补强纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及补强混凝土用混凝土补强纤维，更进一步说是关于混合所述混凝土补强纤维的预拌混凝土，使用所述纤维补强的混凝土制品和混凝土构件，以及纤维补强混凝土构件的施工方法。
本发明就是对即使有裂缝产生但能防止它扩展的混凝土补强纤维，使用所述纤维补强的混凝土制品和混凝土构件，以及提供施工方法的课题所完成的研究结果。
混合这些混凝土补强纤维的、最好是按0.5～2Vol％混合的混合补强纤维的预拌混凝土、纤维补强混凝土制品，纤维补强混凝土构件等是优异的混凝土原料，或者能够用该原料制成混凝土成型物。
再有，本发明提供了一种纤维补强混凝土构件的施工方法，其特征在于把以水泥、砂、石子及水为主原料的基础混凝土和权利要求1所述的补强纤维搅拌而成的含有补强纤维的基础混凝土，用混凝土泵在所定的位置上进行喷涂或浇灌。并且还提供了另一种纤维补强混凝土构件的施工方法，其特征在于把以水泥、砂、石子及水为主原料的基础混凝土用搅拌车运送到施工现场，一边搅拌一边把权利要求1所述的混凝土补强纤维混匀，再把含有搅拌均匀的补强纤维的基础混凝土用混凝土泵在所定位置上进行喷涂或浇灌。
图2表示在实施例中所举纤维补强剂相对混凝土的弯曲特性的应力-应变曲线。
本发明混凝土补强纤维是使用聚酰胺纤维。其中使用尼龙纤维也是令人满意的。作为该尼龙纤维所包括的尼龙方面，使用尼龙6、尼龙66、高收缩性聚合尼龙，柔软性聚合尼龙、低融点尼龙等都可以。
被使用的补强纤维的单丝细度在300～15000dtex为好，最好是2000～8000dtex。在使用小于300dtex时，因纤维过细造成在混凝土中分散不均匀，还易形成纤维球，对施工和补强强度有发生问题的倾向。另一方面，在超过15000dtex时，因混凝土的粘合面积减少，补强纤维变得易被拉开，补强效果也随之变坏。
对于本发明的混凝土补强纤维能使用扁平形并且表面有凹凸的异形断面纤维。扁平率即是在相对于纤维方向的垂直断面(横断面)上宽度(W)和厚度(T)的比值(W/T)，该比值在5/4～10/1为好，更好是在4/3～5/2的范围。比10/1变大时，对混凝土的粘合力虽然增大，但因补强纤维的强度降低而补强效果也下降，而且在混凝土中的分散性也有变坏的倾向。厚度的比率增大时，扁平率虽超过5/4但补强效果下降。
在本发明的混凝土补强纤维依靠添加无机填料例如硅石、钛、滑石、硅、钴等纤维丝的刚性提高。无机填料的平均颗粒直径在0.1～10μm，最好在0.3～0.5μm，相对于纤维重量，其加入的重量比为0.1～20％，最好是在1～10％重量范围。添加大于20％重量以上时因纤维的延伸率降低而补强效果下降。小于0.1％重量以下时，不能得到提高纤维丝刚性的效果。
纤维表面的凹凸，以在纤维轴方向断面(纵断面)再现凹凸和突起为好，它的高度差在0.1～0.5mm为宜。小于0.1mm时补强效果变小，大于0.5mm时，相对于混凝土的粘合力虽然变大，但因补强纤维的强度降低而使补强效果下降。
为使补强纤维扁平化，不在表面形成凹凸而加工成异形断面纤维时，对断面形状为圆形的纤维实施压花加工的方法，在纤维轴方向能进行连续加工是合适的。
如所述加工成异形断面的混凝土补强纤维在使用时其延伸率至少10％，最好在20％以上，纤维强度至少3.5cN/dtex，最好在5cN/dtex以上，更好在7cN/dtex以上。
延伸率达不到10％的补强纤维，在作为混凝土结构物时因有不能得到充分的延展性、韧性的倾向，所以防止裂缝的扩展的效果也就不充分。再有，拉伸强度不在3.5 cN/dtex以上时，作为混凝土的补强纤维的强度就变得不足。平均纤维长度最好在10～60mm，更好是在20～50mm。小于10mm时补强纤维易从混凝土中发生脱离，大于60mm时，分散性有变坏的倾向。来用加工成两面异形断面时，纤维丝的刚性虽有降低，可另一方面使混凝土、灰浆的粘合性提高。
再有，本发明的混凝土补强纤维可以混合使用2种以上不同细度的纤维。即纤维细度在300～15000dtex，把2种以上细度不同的补强纤维能混合使用。依靠使用细度不同的本发明的补强纤维，有在混凝土中分散性变好的优点。混合的补强纤维的细度，其细度比最好在1.5～3倍的范围。
还有，本发明的混凝土补强纤维，长度不同的2种或3种以上混合使用也可以。即平均纤维长度最好在10～60mm范围的长度不同的2种以上本发明的混凝土补强纤维能进行混合使用，或者也能使用纤维长度分布在10～60mm范围内纤维。依靠使用长度不同的本发明的补强纤维，能改善在混凝土中的分散性。混合补强纤维的长度比率最好在1.5～3倍的范围。
所述本发明的混凝土补强纤维一般是向把水泥、砂、石子和水混合的基础混凝土中添加0.5～2Vol％左右。在小于0.5Vol％时，难于得到充分的补强效果，大于2Vol％时在混凝土中的分散性变坏。本发明的混合补强纤维在基础混凝土中按0.5～2Vol％混合的作为混合补强纤维的现成混凝土能便利地应用在喷涂，浇灌等方面。
本发明的混凝土补强纤维，因含有作为原料的聚酰胺，所以具有耐碱性，在混凝土中能半永久性地保持其特性，因此在各种混凝土制品中能达到提高混合制品的强度和轻量化的目的。在依靠使用尼龙6等的尼龙时尤其能提高这种效果。作为能利用的混凝土制品有多种方面。如各种护墙板，管，枕木，电线杆等。本发明的补强纤维的混合量，根据其使用目的有必要另立项试验研究，一般在混凝土制品中按0.5～2Vol％范围加入就可以。
本发明混凝土补强纤维，对于用在道路和滑行道的铺设，隧道，构件板，永久形形框，斜坡保护墙等的构件方面与混凝土制品同样能有效地利用。防止裂缝的护展，例如对防止隧道内壁剥落等是有效的。混合量和所述混凝土制品一样，根据其使用目的有必要另立项试验研究，但一般按0.5～2Vol％范围加入就可以。
在使用所述本发明的补强纤维进行施工时，把补强纤维作为初始料在哪个陛段混合都可以，一般是在把水泥，砂，石子和水作为主原料的基础混凝土中和补强纤维混匀，再把混匀含有补强纤维的混凝土用混凝土泵等在所定的位置喷涂或浇灌都可以。或者，把水泥，砂，石子和水作为主原料的基础混凝土用搅拌车送到施工现场，一边搅拌一边混匀，把混匀含有补强纤维的混凝土用混凝土泵等在所定位置喷涂或浇灌都可以。再有，本发明的补强纤维适用于上述混凝土是当然的事，但对于灰浆和水泥灰浆也都能适用。
实施例1对纤维细度6600dtex的尼龙6单丝用压花辊(压成图案斜格状)进行异形断面加工，再用股线切割机切断成长度为30mm。所得的混凝土补强纤维的断面形状是宽度1.68mm、厚度0.54mm、扁平率3.1、拉伸强度5.8cN/dtex、延伸率38.5％、表面凹凸差0.24mm。把该混凝土补强纤维对混凝土的粘合力用所述方法进行评价，其结果示于表1。
比较例1与实施例1同样进行，把只是扁平率加工为1.2，延伸率是32.0％的尼龙6混凝土补强纤维进行和实施例1相同的评价。评价结果示于表1。
比较例2，3作为混凝土补强纤维，得到2种的合成纤维，按和实施例1相同的方法进行评价。评价结果示于表1。
实施例2把按1重量％添加有硅石的纤维细度6600dtex的尼龙6单丝用实施例1的方法进行异形断面化，切断而得到的混凝土补强纤维的断面形状是宽度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸强度5.8cN/dtex、延伸率50％。按相对于混凝土1.0体积％添加该混凝土补强纤维，按所述方法评价混凝土的弯曲特性。其结果示于表1。
实施例3
把按3重量％添加有硅石的纤维细度6600dtex的尼龙6单丝按实施例2的方法进行异形断面化，切断而得到的混凝土补强纤维的断面形状是宽度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸强度5.9cN/dtex、延伸率44％。把该混凝土补强纤维用实施例2的方法进行评价。其结果示于表1。
实施例4把按5重量％添加有硅石的纤维细度6600dtex的尼龙6单丝按实施例2的方法进行异形断面化，切断而得到的混凝土补强纤维的断面形状是宽度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸强度5.8cN/dtex、延伸率32％。把该混凝土补强纤维用实施例2的方法进行评价。其结果示于表1。
实施例5把按3重量％添加有硅石的纤维细度9000dtex的尼龙6单丝按实施例2的方法进行异形断面化，切断而得到的混凝土补强纤维的断面形状是宽度1.68mm、厚度1.0mm、扁平率1.7、拉伸强度6.0cN/dtex、延伸率34％。把该混凝土补强纤维用实施例2的方法进行评价。其结果示于表1。
比较例4把纤维细度6600dtex的尼龙6单丝按实施例2的方法进行异形断面化，切断而得到的混凝土补强纤维的断面形状是宽度1.37mm、厚度0.95mm、扁平率1.4、拉伸强度5.7cN/dtex、延伸率50％。把该混凝土补强纤维用实施例2的方法进行评价。其结果示于表1。
比较例5把在比较例3所用的混凝土补强用合成纤维用实施例2的方法进行评价。其结果示于表1。
本发明的混凝土补强纤维的过去使用的钢纤维重量轻，处理容易，在进行施工等时，不容易发生被突出来的纤维刺伤等的事故，而且也消除了因铁锈露出表面而损害美观的现象。再有，本发明补强纤维的原料是具有亲水性的尼龙，与把烯系纤维作为原料的补强纤维相比较，尼龙和混凝土的粘合性及在混凝土料浆中的分散性好，并且因拉伸强度高，所以具有由于呈现良好的粘合性，而改善混凝土的物理性能的特点。即使和维尼龙系补强纤维比较，也可以看出具有延伸率明显增大，并由于具有适度的粘合性，所以增加了混凝土的塑性和韧性的特点。
表1
权利要求
1.一种混凝土补强纤维，其特征在于由单丝纤维细度在300～15000dtex，延伸率至少10％，纤维断面的扁平率在5/4～10/1的聚酰胺单丝构成。
2.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于延伸率至少是20％。
3.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于纤维断面扁平率是4/3～5/2。
4.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于含有相对于纤维重量的0.1～20重量％的无机填料。
5.根据权利要求4所述的混凝土补强纤维，其特征在于含有相对于纤维重量的1～10重量％的无机填料。
6.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于平均纤维长度为10～60mm。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的混凝土补强纤维，其特征在于纤维强度至少为3.5cN/dtex。
8.根据权利要求7所述的混凝土补强纤维，其特征在于纤维强度至少为5cN/dtex。
9.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于纤维表面形成有高度为0.1～0.5mm的凹凸。
10.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于无机填料的平均颗粒直径为0.1～10μm。
11.根据权利要求10所述的混凝土补强纤维，其特征在于无机填料的平均颗粒直径是0.3～0.5μm。
12.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于混合2种以上具有不同纤维细度的纤维。
13.根据权利要求1所述的混凝土补强纤维，其特征在于混合2种以上具有不同纤维长度的纤维。
14.一种混合细填料、粗填料、水泥、补强纤维的组成物，其特征在于按0.5～2Vol％混合权利要求1所述的补强纤维。
15.一种混合补强纤维的预拌混凝土，其特征在于按0.5～2Vol％混合权利要求1所述的补强纤维。
16.一种纤维补强混凝土制品，其特征在于按0.5～2Vol％混合权利要求1所述的混凝土补强纤维。
17.一种纤维补强混凝土构件，其特征在于按0.5～2Vol％混合权利要求1所述的混凝土补强纤维。
18.一种纤维补强混凝土构件的施工方法，其特征在于把以水泥、砂、石子及水为主原料的基础混凝土和权利要求1所述的补强纤维搅拌而成的含有补强纤维的基础混凝土，用混凝土泵在所定的位置上进行喷涂或浇灌。
19.一种纤维补强混凝土构件的施工方法，其特征在于把以水泥、砂、石子及水为主原料的基础混凝土用搅拌车运送到施工现场，一边搅拌一边把权利要求1所述的混凝土补强纤维混匀，再把含有搅拌均匀的补强纤维的基础混凝土用混凝土泵在所定位置上进行喷涂或浇灌。
全文摘要
本发明提供一种混凝土补强纤维，作为补强纤维是在混凝土中混合具有单丝细度为300～15000dtex，纤维延伸率至少10％，纤维断面的扁平率为5/4～10/1的异形断面的尼龙单丝。理想的是平均纤维长度为10～60mm，纤维强度在3.5cN/dtex以上，在纤维表面形成0.1～0.5凹凸的补强纤维时能够获得优异的补强效果。其混合量是0.5～2Vol％范围。即使有裂缝产生，也能防止裂缝的扩大。
文档编号C04B16/06GK1444549SQ01813408
公开日2003年9月24日 申请日期2001年7月24日 优先权日2000年7月28日
发明者佐佐木伸治, 本田让, 后藤荣三 申请人:东丽株式会社