JPH0735275B2

JPH0735275B2 - Glass fiber reinforced cement molding

Info

Publication number: JPH0735275B2
Application number: JP24473987A
Authority: JP
Inventors: 博義水口
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1987-09-29
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS6487541A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、建築用資材などとして用いられるガラス繊維
強化セメント成形物に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a glass fiber reinforced cement molded product used as a building material or the like.

従来の技術近年、セメント等の構造材の強化を目的に各種の繊維を
混合した繊維強化セメント成形物が用いられている。こ
のような繊維強化セメントの強化材としては、従来石綿
が広く用いられていたが、人体に対する影響が問題とな
り、環境汚染を防止するためその使用は禁止されつつあ
る。これに対して、ガラス繊維はこのような環境に対す
る懸念もなく、また炭素繊維やアラミド繊維に比べて、
低価格であることから石綿の代替として最も多く用いら
れている。2. Description of the Related Art In recent years, fiber-reinforced cement molded products in which various fibers are mixed are used for the purpose of reinforcing structural materials such as cement. Asbestos has heretofore been widely used as a reinforcing material for such fiber-reinforced cement, but its use on the human body is being prohibited in order to prevent environmental pollution. On the other hand, glass fiber has no such environmental concerns, and compared to carbon fiber and aramid fiber,
Because of its low price, it is most often used as an alternative to asbestos.

発明が解決しようとする問題点しかしながら、かかる強化繊維として従来用いられてい
る酸化物系耐アルカリ性ガラス繊維はアルカリ成分によ
ってガラス繊維中のシリカ成分が溶出し、短時間で機械
的強度の低下が生じる。したがって、このような繊維を
用いたセメント成形物は長期の使用に耐えない。また、
酸化物系ガラスに耐アルカリ性高いZrO₂を添加したもの
もあるが同様にSiO₂成分の溶出があり基本的な解決には
至っていない。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention However, in the oxide-based alkali-resistant glass fiber conventionally used as the reinforcing fiber, the silica component in the glass fiber is eluted by the alkali component, and the mechanical strength is reduced in a short time. . Therefore, cement moldings using such fibers cannot withstand long-term use. Also,
There are some oxide glasses to which ZrO ₂ with high alkali resistance is added, but the SiO ₂ component is also leached out in the same manner, and a basic solution has not been reached.

本発明は長期間優れた機械的性能を保持し得るガラス繊
維強化セメント成形物を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a glass fiber reinforced cement molded product that can maintain excellent mechanical performance for a long period of time.

問題点を解決するための手段すなわち、本発明は、オキシナイトライドガラス繊維を
配合したことを特徴とするガラス繊維強化セメント成形
物を提供するものである。Means for Solving the Problems That is, the present invention provides a glass fiber reinforced cement molded product characterized by containing oxynitride glass fibers.

本発明で用いられるガラス繊維原料であるオキシナイト
ライドガラスは、酸化物ガラスの酸素原子が窒素に置き
換わった構造を有しており、窒素原子の結合原子価が３
であるところから従来のガラスに比べ、高弾性率を有す
る。かかるオキシナイトライドガラスの製造方法には、
金属アルコキシドを加水分解後脱水縮合させるゾル・ゲ
ル法、あるいは金属酸化物と金属窒化物を溶融する溶融
法、さらにはN₂ガス吹き込み法、多孔質ガラスのNH₃ガ
ス処理法などがあり、従来のガラス繊維では達成できな
かった弾性率12,500kg/mm²以上を得ることが可能であ
る。Oxynitride glass, which is a glass fiber raw material used in the present invention, has a structure in which oxygen atoms of oxide glass are replaced by nitrogen, and the bond valence of nitrogen atoms is 3
Therefore, it has a higher elastic modulus than conventional glass. In the method for producing such oxynitride glass,
There are sol-gel method of hydrolyzing metal alkoxide and then dehydration condensation, melting method of melting metal oxide and metal nitride, N ₂ gas blowing method, NH ₃ gas treatment method of porous glass, etc. It is possible to obtain an elastic modulus of 12,500 kg / mm ² or more, which could not be achieved with the above glass fiber.

本発明にて補強繊維として用いられるオキシナイトライ
ドガラス繊維はSi13〜24at％、Ca10〜21at％、Mg0〜5.2
at％、A10〜15.1at％、N7.5〜25at％、M0〜5at％（M:Z
r、Sr、Ba、Ｙ、Ce、Na、Ｂ、La、Ｋ、Ti）であるのが
好ましい。Oxynitride glass fibers used as reinforcing fibers in the present invention are Si13-24at%, Ca10-21at%, Mg0-5.2.
at%, A10 to 15.1at%, N7.5 to 25at%, M0 to 5at% (M: Z
r, Sr, Ba, Y, Ce, Na, B, La, K, Ti) are preferred.

Siの含有量がが上記範囲より少ないと結晶化し、ガラス
状態が得られない。また、この範囲より多いと、弾性率
が12500kg/mm²以下と低下する。If the Si content is less than the above range, crystallization occurs and a glass state cannot be obtained. Further, if it exceeds this range, the elastic modulus decreases to 12500 kg / mm ² or less.

また、Caの含有量が上記範囲より少ないと、結晶化を生
じ、一方、この範囲を越えると弾性率が12500kg/mm²と
低下する。Further, if the content of Ca is less than the above range, crystallization occurs, while if it exceeds this range, the elastic modulus decreases to 12500 kg / mm ² .

さらに、Mgの含有量が上記範囲を越えると、結晶が生じ
る。Further, if the content of Mg exceeds the above range, crystals are formed.

また、窒素の含有量が上記範囲より少ないと、窒素含有
の効果がなく、また、この範囲を越えると、結晶化を生
じる。Further, if the content of nitrogen is less than the above range, the effect of containing nitrogen is not exerted, and if it exceeds this range, crystallization occurs.

本発明で用いられるオキシナイトライドガラスは強度、
N₂含有量の点から溶融法により製造するのが好ましい。
オキシナイトライドガラスを溶融法にて得るには、金属
酸化物に金属窒化物を加え、高温で溶融する。Oxynitride glass used in the present invention has strength,
From the viewpoint of the N ₂ content, it is preferable to manufacture by the melting method.
To obtain oxynitride glass by a melting method, a metal nitride is added to a metal oxide and melted at a high temperature.

金属酸化物の例としては、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、Sr
O、Na₂O、K₂O、La₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂、TiO₂、Na₂O、K₂O、
BaO、B₂O₃などが挙げられる。Examples of the metal _{oxide, SiO 2, CaO, MgO,} Al 2 O 3, Sr
O, Na ₂ O, K ₂ O, La ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ , ZrO ₂ , TiO ₂ , Na ₂ O, K ₂ O,
BaO, etc. B ₂ O ₃ and the like.

また、金属窒化物の例としては、Si₃N₄、AlNなどが挙げ
られる。Examples of metal nitrides include Si ₃ N ₄ and AlN.

これら金属酸化物、金属窒化物の混合物を溶融するに
は、電気炉、イメージ炉などの加熱炉を用い、窒素雰囲
気下、温度1400〜1900℃、昇温速度10〜800℃/minにて
処理する。To melt a mixture of these metal oxides and metal nitrides, use a heating furnace such as an electric furnace or an image furnace, and treat them in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1400 to 1900 ° C and a heating rate of 10 to 800 ° C / min. To do.

得られたガラスを窒素雰囲気下、温度1100〜1600℃にて
加熱、溶融し、紡糸速度20〜3000m/minにて紡糸して連
続繊維を得る。The obtained glass is heated and melted at a temperature of 1100 to 1600 ° C. under a nitrogen atmosphere, and spun at a spinning speed of 20 to 3000 m / min to obtain continuous fibers.

得られたガラス繊維の弾性率は、12500〜18000kg/mm²、
引っ張り強度70〜500kg/mm²が得られる。The elastic modulus of the obtained glass fiber is 12500 to 18000 kg / mm ² ,
A tensile strength of 70 to 500 kg / mm ² can be obtained.

ガラス繊維の繊維径は、３〜150μｍであるのが好まし
い。繊維径がこれより小さいと、紡糸が困難であり、一
方、これを越えると強度が極端に低下し好ましくない。
ガラス繊維の形状は織物、一方向のシート、短繊維、ペ
ーパー状、ウール状その他いかなる形態であってもよ
い。ガラス繊維の配合量は組成物全体に対して１〜30vo
l％、好ましくは３〜10vol％である。The fiber diameter of the glass fiber is preferably 3 to 150 μm. If the fiber diameter is smaller than this range, spinning is difficult, while if it exceeds this range, the strength is extremely reduced, which is not preferable.
The glass fiber may be in the form of woven fabric, unidirectional sheet, short fiber, paper-like, wool-like or any other form. The glass fiber content is 1 to 30 vo with respect to the entire composition.
1%, preferably 3 to 10 vol%.

一方、本発明成形物に用いられるセメントとしては従来
公知のセメントがいずれも好適に用いられる。On the other hand, as the cement used in the molded article of the present invention, any conventionally known cement is preferably used.

つぎに前記オキシナイトライドガラス繊維を補強繊維と
して用いてセメント成形物を製造するには、まずセメン
トモルタル調製用組成物に0.1〜0.5重量％の起泡剤を添
加して発泡モルタルを調製する。次いで該発泡モルタル
にオキシナイトライドガラス繊維を１〜30vol％加えて
混合し発泡プリミックスとする。ついで、乾燥して水分
量を調整する。得られた成形原料を適宜の大きさに切断
してプレス成形、ロール成形などにより成形を行い成形
素体を得て、所定日数養生硬化させる。Next, in order to produce a cement molded product by using the oxynitride glass fiber as a reinforcing fiber, first, a foaming mortar is prepared by adding 0.1 to 0.5% by weight of a foaming agent to the composition for preparing cement mortar. Next, 1 to 30 vol% of oxynitride glass fiber is added to the foamed mortar and mixed to form a foamed premix. Then, it is dried to adjust the water content. The obtained forming raw material is cut into an appropriate size, and is formed by press forming, roll forming, etc. to obtain a formed body, which is cured and cured for a predetermined number of days.

実施例つぎに、実施例により本発明をさらに具体的に説明す
る。EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically by way of examples.

製造例１ SiO₂20.0mol％、CaO40.8mol％MgO12.0mol％、Al₂O₃14.4
mol％を混合し、空気中1500℃で２時間溶融した。混合
物を冷却後、ボールミルを用いて約10μｍに粉砕し、Si
₃N₄12.8mol％を加え、窒化ホウ素ルツボを用い、窒素中
1750℃で30分溶融し、オキシナイトライドガラスを得
た。得られたガラスを紡糸装置内に配置した窒化ホイ素
ルツボに入れ、周囲を断熱材により保温した円筒状のカ
ーボン発熱体を用いて、窒素雰囲気下、1380℃にて加
熱、紡糸しワインダに巻取った。紡糸速度1500m/minに
て、直径約15μｍの連続繊維を得た。得られたガラス繊
維の引っ張り弾性率は、12600kg/mm²であった。Production Example 1 SiO ₂ 20.0 mol%, CaO 40.8 mol% MgO 12.0 mol%, Al ₂ O ₃ 14.4
Mol% was mixed and melted in air at 1500 ° C. for 2 hours. After cooling the mixture, it was crushed to about 10 μm using a ball mill and
₃ N ₄ 12.8 mol% was added, and using a boron nitride crucible in nitrogen.
It was melted at 1750 ° C for 30 minutes to obtain an oxynitride glass. The obtained glass was placed in a fluorine nitride crucible placed in a spinning device, and using a cylindrical carbon heating element whose periphery was kept warm by a heat insulating material, heated at 1380 ° C in a nitrogen atmosphere, spun and wound on a winder. I took it. Continuous fibers having a diameter of about 15 μm were obtained at a spinning speed of 1500 m / min. The tensile modulus of elasticity of the obtained glass fiber was 12600 kg / mm ² .

実施例１セメントモルタル調製用組成物に0.2重量％の起泡剤を
添加して発泡モルタルを調製する。次いで該発泡モルタ
ルに前記製造剤１で得られたオキシナイトライドガラス
繊維10vol％を加えて混合し発泡プリミックスとする。
得られたプリミックスを乾燥して水分量を15％に調整す
る。この成形原料を30cm角に切断してプレス成形（150k
g）して成形素体をえ、15日間、養生硬化させる。得ら
れた成形物の曲げ強度の経時変化を第１図に示す（図中
○印）。Example 1 A foaming mortar is prepared by adding 0.2% by weight of a foaming agent to a composition for preparing cement mortar. Next, 10 vol% of the oxynitride glass fiber obtained by the above-mentioned manufacturing agent 1 is added to the foamed mortar and mixed to form a foamed premix.
The obtained premix is dried to adjust the water content to 15%. This molding material is cut into 30 cm square pieces and press-formed (150 k
g) Obtain the green body, and cure for 15 days. The time-dependent change in the bending strength of the obtained molded product is shown in FIG.

比較例１補強繊維として酸化物系の耐アルカリ性ガラス繊維（ML
NERON−Ｍ＃801、旭ファイバーグラス（株）製、繊維
径20μｍ、繊維長25mm、集束数160本）を用いた以外は
実施例１と同様にして成形物を得た。結果を第１図に示
す（図中●）。Comparative Example 1 Oxide-based alkali resistant glass fiber (ML
A molded product was obtained in the same manner as in Example 1 except that NERON-M # 801, manufactured by Asahi Fiber Glass Co., Ltd., fiber diameter 20 μm, fiber length 25 mm, and bundle number 160) was used. The results are shown in Fig. 1 (● in the figure).

発明の効果本発明の成形物は、補強繊維がセメントのアルカリ成分
によっても劣化せず長期にわたり耐久性に優れる。EFFECTS OF THE INVENTION In the molded product of the present invention, the reinforcing fiber is not deteriorated even by the alkaline component of the cement and is excellent in durability for a long time.

【図面の簡単な説明】第１図は、セメント組成物の曲げ強度の経時変化を示す
グラフである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing changes with time in bending strength of a cement composition.

Claims

[Claims]

1. A glass fiber reinforced cement molded product containing oxynitride glass fiber.