JP2001240440A - コンクリート補強用鋼繊維及び繊維補強コンクリート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 界面付着強度に優れたコンクリート補強用鋼
繊維を提供するとともに、曲げ強度及び引張強度が高
く、靭性に優れた鋼繊維補強コンクリートを提供する。 【解決手段】 表面に合成樹脂の被覆層を設けてなるコ
ンクリート補強用鋼繊維を提供する。また、少なくと
も、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材、水、減水剤、
及び上記のコンクリート補強用鋼繊維を含む繊維補強コ
ンクリートを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、界面付着強度に優
れたコンクリート補強用鋼繊維、及び該コンクリート補
強用鋼繊維を含む繊維補強コンクリートに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート補強用の鋼繊維は、一般
に、鋼繊維自体の引張強度に比べマトリックスとの付着
強度が低いため、コンクリートに使用しても、鋼繊維が
本来的に有する補強効果を十分に発揮できない。このた
め、鋼繊維で補強したことによるコンクリートの曲げ強
度、引張強度や靭性等のパフォーマンスが向上する以上
に、コスト高となる場合が多く、コンクリートの補強手
段として、鋼繊維の使用が十分に普及しない一因となっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
界面付着強度に優れたコンクリート補強用鋼繊維を提供
するとともに、曲げ強度及び引張強度が高く、靭性に優
れた鋼繊維補強コンクリートを提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意研究した結果、表面に合成樹脂の被
覆層を設けてなるコンクリート補強用鋼繊維は、界面付
着強度に優れること、また、少なくとも、セメント、ポ
ゾラン質微粉末、骨材、水、減水剤、及び当該コンクリ
ート補強用鋼繊維を含む繊維補強コンクリートは、合成
樹脂の被覆層のない通常の鋼繊維を含むものに比べ、曲
げ強度及び引張強度が格段に高く、靭性に優れているこ
とを見出し、本発明を完成した。また、該繊維補強コン
クリートには、無機粉末を含めてもよく、更に、繊維状
粒子又は薄片状粒子を含めてもよい。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明に使用できる鋼繊維は、炭素鋼、ステンレ
ス鋼などがあげられるが、特に材質には限定されない。
炭素鋼の使用は、コスト的に有利になる点で好ましく、
また、高張力鋼の使用は、繊維補強したコンクリートの
曲げ強度が高くできる点で好ましい。さらに、ステンレ
ス鋼の使用は、耐食性も高くできるのでより好ましい。
鋼繊維の表面状態は、特に限定されないが、粗面であれ
ば被覆層である合成樹脂との付着が高くできるので好ま
しい。

【０００６】被覆層の合成樹脂は、エポキシ樹脂、ポリ
エステル、ビニロン、ナイロン、アクリル樹脂、塩化ビ
ニル樹脂、ポリエチレン、又はポリプロピレン等が使用
できるが、これ以外の樹脂も使用できる。エポキシ樹脂
を用いると、耐久性が向上するので好ましく、また、ポ
リエステル、ビニロンを用いると、コスト的に有利とな
る。

【０００７】コンクリート補強用鋼繊維は、径０．０１
〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。径
が０．０１ｍｍ未満では繊維自身の強度が不足し、張力
を受けた際に切れやすくなる。径が１．０ｍｍを超える
と、同一配合量での本数が少なくなり、コンクリートの
曲げ強度が低下する。長さが３０ｍｍを超えると、混練
の際ファイバーボールが生じやすくなる。長さが２ｍｍ
未満ではマトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低
下する。

【０００８】コンクリート補強用鋼繊維の配合量は、凝
結後のコンクリート体積の４％未満が好ましく、より好
ましくは３．５％未満である。当該鋼繊維の含有量は、
流動性と硬化体の曲げ強度の観点から定められる。一般
に、当該鋼繊維の含有量が多くなると曲げ強度が向上す
るが、一方、流動性を確保するために単位水量も増大す
るので、当該鋼繊維の含有量は前記の量が好ましい。
尚、当該鋼繊維とともに、通常の鋼繊維やアモルファス
繊維等の金属繊維、又はビニロン、ポリプロピレン、ポ
リエチレン、アラミド、炭素繊維等の有機繊維を併用す
ることも可能である。

【０００９】本発明において用いられるセメントの種類
は限定されない。普通ポルトランドセメント、早強ポル
トランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱
ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや
高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメン
トを使用することができる。

【００１０】本発明において、コンクリートの早期強度
を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメント
を使用することが好ましく、コンクリートの流動性を向
上しようとする場合は、中庸熱ポルトランドセメントや
低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。

【００１１】ポゾラン質微粉末としては、シリカフュー
ム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、
シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。一般に、シリ
カフュームやシリカダストでは、その平均粒径は、１．
０μｍ以下であり、粉砕等をする必要がないので本発明
のポゾラン質微粉末として好適である。

【００１２】ポゾラン質微粉末を配合することにより、
そのマイクロフィラー効果及びセメント分散効果により
コンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、
ポゾラン質微粉末の添加量が多くなると単位水量が増大
するので、ポゾラン質微粉末の添加量はセメント１００
重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。

【００１３】本発明においては、粗骨材及び細骨材は特
に限定されず、粗骨材は、川砂利、砕石及びこれらの混
合物など、また、細骨材は、川砂、陸砂、海砂、砕砂、
珪砂、及びこれらの混合物など、いずれも使用できる。
コンクリートの強度を高くしたいときは、骨材粒径を小
さくすることが好ましく、さらに粗骨材を使用しなれ
ば、より強度を高くできるのでさらに好ましい。

【００１４】骨材の配合量は、コンクリートの作業性や
分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性等
から、セメント１００重量部に対して５０〜２５０重量
部が好ましく、８０〜１８０重量部がより好ましい。

【００１５】減水剤としては、リグニン系、ナフタレン
スルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水
剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を
使用することができる。それらの中でも高性能減水剤又
は高性能ＡＥ減水剤を使用するのが好ましい。減水剤の
添加量は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後
の強度、さらにはコスト等から、セメント１００重量部
に対して、固形分換算で、０．５〜４．０重量部が好ま
しい。

【００１６】本発明において、水／セメント比は、コン
クリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性
等から、１０〜３０％が好ましく、１５〜２５％がより
好ましい。

【００１７】本発明においては、硬化体の充填密度を高
める観点から、平均粒径３〜２０μｍ、より好ましくは
平均粒径４〜１０μｍの無機粉末を含ませることが好ま
しい。無機粉末としては、石英粉末、石灰石粉末、Ａｌ
₂Ｏ₃等の酸化物粉末、ＳｉＣ等の炭化物粉末等、ＳｉＮ
等の窒化物粉末等が挙げられるが、中でも、石英粉末
は、コストや硬化体の品質安定性の点から好ましい。な
お、石英粉末としては、石英や非晶質石英、オパール質
やクリストバライト質のシリカ含有粉末等が挙げられ
る。無機粉末の配合量は、コンクリートの流動性、硬化
体の強度等から、セメント１００重量部に対して５０重
量部以下が好ましく、２０〜３５重量部がより好まし
い。

【００１８】本発明においては、硬化体の靱性を高める
観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片
状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度
とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではそ
の長さ）である。繊維状粒子としては、ウォラストナイ
ト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子として
は、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライ
トフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状
粒子又は薄片状粒子の配合量は、コンクリートの流動
性、硬化体の強度や靱性等から、セメント１００重量部
に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部
がより好ましい。なお、繊維状粒子においては、硬化体
の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針
状度が３以上のものを用いるのが好ましい。

【００１９】本発明においては、コンクリートの混練方
法は特に限定するものではない。また、混練に用いる装
置も特に限定するものではなく、オムニミキサ、パン型
ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等の慣用のミキサ
を使用することができる。

【００２０】上記混練したコンクリートを成形し、養生
・硬化させることで、本発明の繊維補強コンクリートを
製造することができる。なお、成形方法は特に限定する
ものではなく、流し込み成形等慣用の成形方法で行うこ
とができる。また、コンクリートの養生方法も特に限定
するものではなく、常温養生や蒸気養生等を行えばよ
い。

【００２１】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を説明する。

【００２２】以下に記載する実施例及び比較例におい
て、繊維以外の使用材料及び試験方法は下記の通りであ
る。 （使用材料） １）セメント ；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製） ；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製） ２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（平均粒径０．７μｍ） ３）細骨材 ；珪砂５号（粒径 ０．６ｍｍ） ；豊浦産標準砂（粒径 ０．３ｍｍ） ；静岡県小笠産陸砂（粒径 ５ｍｍ） ４）粗骨材 ；茨城県西茨城郡産２００５砕石 ５）高性能ＡＥ減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤 ６）水 ；水道水

【００２３】（試験方法）ホバートミキサに繊維以外の
材料を一括投入して混練し、流動性が現れた後に繊維を
投入し、再度混練を行なった。その後、コンクリートを
型枠に打設し、湿気箱中（２０℃）で２４時間養生後、
材齢２８日まで２０℃で水中養生を行なって、直径５ｃ
ｍ、高さ１０ｃｍの供試体及び縦４ｃｍ、横４ｃｍ、長
さ１６ｃｍの供試体を成形し、前者は圧縮強度、後者は
４点曲げ強度の測定及び破壊エネルギーの算出に供し
た。また、再度混練時のコンクリートのフロー試験方法
は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方
法）１１．フロー試験」に準じて測定した。但し、１５
回の落下運動は行わずに測定した。また、破壊エネルギ
ーは、４点曲げ強度の試験において、荷重が最大荷重と
なったのち最大荷重の１０％までに低下するまでの荷重
−荷重点変位の積分値を供試体の断面積で除して算出し
た。

【００２４】実施例１ （使用繊維）直径０．１５ｍｍ、長さ２０ｍｍの高張力
鋼の繊維に、およそ０．０５ｍｍの厚さでエポキシ樹脂
を被覆した樹脂被覆鋼繊維を使用した。 （配合条件） 低熱ポルトランドセメント；１００重量部 シリカフューム ；３２．５重量部 骨材（５号珪砂） ；１２０重量部 高性能ＡＥ減水剤 ；０．５重量部（固形分換算） 水／セメント比 ；２２％ 樹脂被覆鋼繊維 ；コンクリート中の体積の２％ これらの材料を使用して上記の試験方法に従い、フロー
値、圧縮強度を測定し、また、曲げ強度を測定し、破壊
エネルギーを算出した。これらの測定結果は表１に示し
た。

【００２５】実施例２ （使用繊維）繊維は、実施例１と同じものを使用した。 （配合条件） 普通ポルトランドセメント；１００重量部 骨材（豊浦産標準砂） ；２００重量部 水／セメント比 ；６５％ 樹脂被覆鋼繊維 ；コンクリート中の体積の１．５％ これらの材料を使用して上記の試験方法に従い、フロー
値、圧縮強度を測定し、また、曲げ強度を測定し、破壊
エネルギーを算出した。これらの測定結果は表１に示し
た。

【００２６】実施例３ （使用繊維）直径０．４ｍｍ、長さ３０ｍｍの高張力鋼
の繊維に、およそ０．１ｍｍの厚さでエポキシ樹脂を被
覆した樹脂被覆鋼繊維を使用した。 （配合条件） 普通ポルトランドセメント；１００重量部 細骨材（静岡県小笠産陸砂）；２８９重量部 粗骨材（茨城県西茨城郡産２００５砕石）；３５４重量部 高性能ＡＥ剤減水剤 ；１重量部（固形分換算） 水／セメント比 ；５５％ 樹脂被覆鋼繊維 ；コンクリート中の体積の２％ これらの材料を使用して、パン形強制ミキサを用いて混
練し、上記の試験方法に従い、フロー値、圧縮強度を測
定し、また、曲げ強度を測定し、破壊エネルギーを測定
した。これらの測定結果は表１に示した。

【００２７】比較例１ 樹脂を被覆していない実施例１に記載の高張力鋼の繊維
（直径：０．１５ｍｍ、長さ：２０ｍｍ）を使用した以
外は、実施例１と同じ配合条件で試験し、フロー値、圧
縮強度を測定し、また、曲げ強度を測定し、破壊エネル
ギーを算出した。これらの測定結果は表１に示した。

【００２８】比較例２ 比較例１で使用した鋼繊維を使用した以外は、実施例２
と同じ配合条件で試験し、フロー値、圧縮強度を測定
し、また、曲げ強度を測定し、破壊エネルギーを算出し
た。これらの測定結果は表１に示した。

【００２９】比較例３ 樹脂を被覆していない実施例３に記載の高張力鋼の繊維
（直径：０．４ｍｍ、長さ：３０ｍｍ）を使用した以外
は、実施例３と同じ配合条件で試験し、フロー値、圧縮
強度を測定し、また、曲げ強度を測定し、破壊エネルギ
ーを算出した。これらの測定結果は表１に示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から、全ての実施例において、それぞ
れに対応する比較例と比べ、コンクリートのフロー値及
び圧縮強度はほぼ同等であるにも拘わらず、曲げ強度及
び破壊エネルギーは大きくなっていることから、本発明
のコンクリート補強用鋼繊維（樹脂被覆鋼繊維）は、界
面付着強度に優れ、高いコンクリート補強効果を有する
ことがわかる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のコンクリート補強用鋼繊維は、
界面付着強度に優れ、コンクリートに使用すると、曲げ
強度、引張強度及び靭性が著しく高まる。また、本発明
の繊維補強コンクリートは、通常の繊維補強コンクリー
トに比べ、格段に圧縮強度、曲げ強度及び破壊エネルギ
ーが高く、靭性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｄ０６Ｍ 15/277 Ｄ０６Ｍ 15/277 15/555 15/55 15/55 15/59 15/59 101:00 // Ｄ０６Ｍ 101:00 15/507 Ａ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に合成樹脂の被覆層を設けてなるコ
   ンクリート補強用鋼繊維。
2. 【請求項２】 合成樹脂が、エポキシ樹脂、ポリエステ
   ル、ビニロン、ナイロン、アクリル樹脂、塩化ビニル樹
   脂、ポリエチレン、又はポリプロピレンである請求項１
   に記載のコンクリート補強用鋼繊維。
3. 【請求項３】 少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉
   末、骨材、水、減水剤、及び請求項１又は２に記載のコ
   ンクリート補強用鋼繊維を含む繊維補強コンクリート。
4. 【請求項４】 コンクリート補強用鋼繊維が、径０．０
   １〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍである請求項３に記
   載の繊維補強コンクリート。
5. 【請求項５】平均粒径３〜２０μｍの無機粉末を含む請
   求項３又は４に記載の繊維補強コンクリート。
6. 【請求項６】 平均粒度１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄
   片状粒子を含む請求項３〜５のいずれかに記載の繊維補
   強コンクリート。