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JP2627046B2 - コンクリート補強用鋼繊維 - Google Patents

コンクリート補強用鋼繊維

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JP2627046B2
JP2627046B2 JP5103759A JP10375993A JP2627046B2 JP 2627046 B2 JP2627046 B2 JP 2627046B2 JP 5103759 A JP5103759 A JP 5103759A JP 10375993 A JP10375993 A JP 10375993A JP 2627046 B2 JP2627046 B2 JP 2627046B2
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JP
Japan
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concrete
bending
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steel
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JP5103759A
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建司 伊藤
朗宏 泉水
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Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
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Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/48Metal

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコンクリートに混入させ
てその強度を補強する目的で使用されるコンクリート補
強用繊維に関する。
【0002】
【従来の技術】土木建築分野で使用されるコンクリート
は圧縮に対しては高い強度を示すが、引張り強度は圧縮
強度の約1/10程度と低くため、ひび割れを起し易く、ま
た一挙に崩壊するという欠点がある。これらの欠点を補
う目的で鉄筋や鋼線が補強材として使用されてきたが、
近年、直径0.4〜1.0mm、長さ25〜80mmの鋼繊
維を、対コンクリート容積比で0.3〜2%程度コンク
リートに混入させた鋼繊維補強コンクリート(SFR
C)が広く使用されるようになっており、かかる鋼繊維
はコンクリートとの付着性を向上させるため、両端部を
曲げたり、特公平1−32178号公報のように異形部
を連続して付けたり、或いは特公昭55−16768号
公報のように波型に曲げ加工して使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする技術的課題】しかし、鋼繊維
の異形化や曲げはコンクリートとの付着性が向上する反
面、繊維同士が絡み合ういわゆるファイバーボール化現
象を起しやすく、分散性を損なうという問題点がある。
この結果、鋼繊維のコンクリートへの投入時の作業性を
著しく損ねたり、極端な場合は分散機を使用して投入を
行なう必要があった。さらに、コンクリートの混練中、
投入した鋼繊維が再びファイバーボール化してしまい、
十分な補強効果が得られなかったり、混入量を多くでき
ないという問題が発生した。投入前の鋼繊維の絡み合い
を防止する方法として、特公昭60−9976号公報の
ように、水溶性の樹脂を用いて繊維同志をホッチキスの
針の如く張合わせたり、束ねたりする方法が提唱されて
いるが、コストアップとなったり、コンクリート中に溶
けだした樹脂がコンクリートのスランプを変化させた
り、投入前材料の雨漏れ管理を要するなどの問題点があ
った。さらに、高いコンクリート強度を得るために鋼繊
維の混入量を増やすと、コストの大幅な上昇となった
り、コンクリートのワーカビリティ(スランプなど打設
前の取扱い性)を損なう等の問題があり、少ない混入量
で高い補強効果が得られる鋼繊維の出現が望まれてい
た。本発明は、前記したような問題点を解消するために
創案されたもので、その目的とするところは、簡単な構
造で、分散性が良好であるうえコンクリートの亀裂発生
防止効果が高い実用的なコンクリート補強用鋼繊維を提
供することにある。
【0004】
【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
め本発明は、伸線した鋼線に圧偏加工と曲げ加工を施し
て作られた鋼繊維であって、長手方向と直角の断面が幅
/厚みが2以上の縦長扁平状をなし、全長/幅が20以
上かつ50未満の範囲であり、しかも両端又は全長に扁
平面と同一な面内で幅の1/2以上の曲げ高さの曲げ部
を有している構成としたものである。
【0005】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明
する。図1ないし図4は本発明によるコンクリート補強
用鋼繊維の実施例を示している。1は本発明による鋼繊
維であり、鋼線材を所定径まで伸線加工した後、ダイス
やプレス又は圧延ロール等により圧偏することで作ら
れ、断面積より算出される換算直径が0.4〜1.0mm、
長さが20〜80mmで、引張り強さが100〜150kg
f/mm2の範囲にある。鋼繊維1は、図1のように横断面
が縦長偏平状をなしている。(a)は上下を平行直線面1
1,12とし、左右を平行直線面13,14としたもの
であり、(b)は左右を平行直線面13,14とし、上下
を平行直線面13,14から連続する曲率面11’1
2’としたものである。(c)は左右を緩曲率面13',1
4'とし、上下を急曲率面11”,12”としたもので
ある。
【0006】さらに、本発明は鋼繊維の断面形状を扁平
化させることに加え、幅寸法wと厚み寸法tと長さ寸法
lの関係を一定の条件とする。すなわち、幅寸法w/厚
み寸法t(幅・厚み比)を2以上とし、長さ寸法l/幅寸
法w(幅アスペクト比)を20以上かつ50未満とするも
のである。w/tが2を下回る比では、ファイバーボー
ルが起りやすくなるため不適当であり、4ないし5とい
うように大きい方が効果的であるが、あまりw/tが大
きすぎると厚みが薄くなってコンクリート混練中に繊維
が曲がるなどの変形を起してしまうため上限は8程度で
ある。繊維の長さが短くなると、これに伴い補強効果が
下がるため、最低長さを確保するためにl/wは少なく
とも20必要である。しかし、l/wがあまり大きすぎ
るとw/tが適正であっても絡み合い性が生ずるため、
上限は50を越えないことが必要である。
【0007】さらに本発明における鋼繊維1は、コンク
リートとの付着性を向上させるための曲げ部100を有
しているが、その曲げ部100は、図5のような偏平面
と直角すなわち横曲げではなく、図2ないし図4のよう
に扁平面と同一な面内の曲げすなわち縦曲げとして形成
されている。この理由を説明すると、まずこのように扁
平面と同一な面内の曲げとすることで幅アスペクト比が
実質的に増加し、前記した幅アスペクト比との相乗効果
でコンクリート中での分散性を一層向上させることがで
きることが挙げられる。しかも、重要なことは扁平面と
同一な面内の曲げは補強作用の面でも著効を発揮するか
らである。すなわち、曲げ部を有する鋼繊維のコンクリ
ート補強効果は、コンクリート亀裂発生過程で起こる鋼
繊維の抜け出し抵抗が大きいほど高くなる。つまり、曲
げ部が直線状へ変形する際の抵抗の大きい形状ほど、高
い補強効果を示す。変形抵抗は、繊維の断面二次モーメ
ントに比例することから、上記のように扁平面と同一面
内に曲げられた形状は変形抵抗が極端に大きくなり、高
い補強効果が得られるのである。たとえば、直径0.8m
mφの丸鋼線繊維の断面二次モーメント(公式:πd4/64)
と、同材質で作られた換算直径0.8mmφ(幅w1.6m
m、厚みt0.4mm)の偏平状繊維を曲げ高さ1.6mmと
したときの断面二次モーメント(公式wh3/12)を比較す
ると、下記表1のとおりである。
【0008】
【表1】
【0009】この表1から扁平面と同一面内曲げ(縦曲
げ)とした場合、偏平面と直角の曲げ(横曲げ)の約16
倍も変形抵抗の大きいことがわかる。
【0010】この扁平面と同一面内曲げの曲げ部100
は、繊維の長手方向両端、中間に施されてもよいし、全
長にわたり施されてもよく、形状も任意である。図2は
曲げ部100を両端に直線部101,101を残すよう
に台形状に形成したものである。図3は中間に直線部1
01を残すように両端に山状の曲げ部100,100を
形成したものである。この場合、2つの山は上下で逆方
向であってもよい。図4は全長にわたり波状に曲げ部1
00を形成したものである。但し、いずれの場合にも曲
げ高さhは、幅wの1/2以上であることが必要であ
る。これは前記したコンクリートとの付着性、分散性だ
けでなく、断面二次モーメントの増大により変形抵抗を
向上し、コンクリートの亀裂発生防止の実効を挙げるた
めに不可欠だからであり、幅wの1/2未満では幅・厚
み比と幅アスペクト比が適正であっても所期する効果が
得られない。上記扁平面と同一面内曲げの曲げは、伸線
によって製作した丸線を、ロールにて圧延して偏平化
し、さらに倒れ防止用の溝付きロールによって曲げを行
うか、または丸線に曲げ加工を施した後に圧延ロールで
偏平化することによって得ることができる。
【0011】次に本発明によるコンクリート補強用鋼繊
維の具体例と特性の試験結果を示す。 JIS G 35
05に規格されている軟鋼線材(SWRM6)の5.5m
mφを原料とし、1mmφ前後の直径となるように伸線
加工を施した後、平圧加工を行い、更に縦曲げ加工を行
い、所定の長さに切断して4種類の横断面縦長の鋼繊維
を製作した。断面形状は図1(b)、曲げ部形状は図3と
した。また、比較のため伸線加工まま(丸線)の鋼繊維も
作った。その寸法諸元を表2に示す。NO.2ないしNO.6
の各鋼繊維は、断面積が丸線0.8mmφと同一になる
ようにし、また、曲げ高さhと長さlをすべて同一寸法
とした。これらの鋼繊維を1.0ton用のコンクリートミ
キサーにて15分間混練した後、できたファイバーボー
ルの数(10本以上の鋼繊維が絡み合っている状態をフ
ァイバーボールとして数えた)で分散性の評価試験を行
った結果を表2に示す。
【0012】
【表2】
【0013】この表2から明らかなように、幅・厚み比
が2以上で、かつ幅アスペクト比が50未満であるNO.
5とNO.6はファイバーボールが発生せず、分散性が良
好であることがわかる。
【0014】次に、前記と同じ素材と製法で曲げ高さを
種々にした鋼繊維を製作した。それらをNO.7〜NO.10
として表3に示す。なお、NO.10は曲げを平圧面に対
し直角な面で行ったものすなわち、図5に示す横曲げタ
イプである。補強効果を検討するため、各鋼繊維を生コ
ンクリートに容積比で0.4%混入し、1.0ton用のミ
キサーにて十分混練して均一分散させた後、150×1
50×530mmの繊維強化コンクリート試験片を製作し
た。鋼繊維の混入量が少ないため、いずれの鋼繊維にお
いてもファイバーボールの生成はなかった。前記コンク
リート試験片を水中で28日間の養生を行った後、曲げ
試験を行って、曲げ強度と、曲げ荷重〜たわみ曲線で囲
まれる面積で示されるいわゆる曲げタフネスを求めた。
その結果を表3に示す。
【0015】
【表3】
【0016】この表3から明らかなように、NO.6〜NO.
9を比べると、曲げ高さが幅の1/2以下であるNO.8
とNO.9は、本発明の実施例であるNO.6,NO7にくらべ
て補強効果が低くなっている。特に、曲げタフネスが低
い値となっている。曲げ高さが2.0mmと同一であるN
O.1,3,6を比べると、補強効果はNO.6,3,1の
順番で低下しており、断面2次モーメントの大きさの順
番と一致している。w/tを大きい値とすることによ
り、高い補強効果が得られ、w/t値としては、分散性
とを勘案して2以上が適当であることがわかる。NO.6
とNO.10を比べるとやはりNO.6の補強効果が優れてお
り、曲げ加工は平圧加工と同一な面である縦曲げを施し
たものが高い補強効果を示すことがわかる。
【0017】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、伸線した
鋼線に圧偏加工と曲げ加工を施した鋼繊維であるため、
極めて高い引っ張り強さをそなえており、こうした鋼線
型の繊維の長手方向と直角の断面を幅/厚みが2以上の
縦長扁平状とし、全長/幅を20以上かつ50未満の範
囲とし、しかも両端又は全長に扁平面と同一な面内で幅
の1/2以上の曲げ高さの曲げ部100を形成している
ため、断面二次モーメントが大きく、変形抵抗を極めて
大きなものとすることができ、これによりコンクリート
の亀裂発生防止効果を向上することができ、また、前記
曲げ部100により幅アスペクト比が実質的に大きくな
るため、コンクリートに投入したときにサラサラと分離
し、分散性が良好で、混練時の絡み合いも生じにくくな
り、構造も簡単で容易に大量生産することができるなど
のすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるコンクリート補強用鋼繊維の横断
面図である。
【図2】本発明による補強繊維の一例を示す拡大斜視図
である。
【図3】本発明による補強繊維の他例を示す拡大斜視図
である。
【図4】本発明による補強繊維の他例を示す拡大斜視図
である。
【図5】比較品の斜視図である。
【符号の説明】
1 鋼繊維 100 曲げ部 w 幅 t 厚み h 曲げ高さ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伸線した鋼線に圧偏加工と曲げ加工を施し
    て作られた鋼繊維であって、長手方向と直角の断面が幅
    /厚みが2以上の縦長扁平状をなし、全長/幅が20以
    上かつ50未満の範囲であり、しかも両端又は全長に扁
    平面と同一な面内で幅の1/2以上の曲げ高さの曲げ部
    100を有していることを特徴とするコンクリート補強
    用鋼繊維。
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