JP2012529582A - 優れた定着部を備える高伸長繊維 - Google Patents

Abstract

本発明は、コンクリートまたはモルタルを補強するための鋼繊維に関する。繊維は、中央部分と定着端部を有する。中央部分は、最大荷重容量Ｆ_ｍおよび最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを有する。最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、少なくとも２．５％である。鋼繊維は、前記コンクリートまたは前記モルタルにおいて最大荷重容量Ｆ_ｍの少なくとも９０％の定着力を有する。定着力は、コンクリートまたはモルタルに定着端部の１つが埋め込まれた鋼繊維の引抜試験の間に得られる最大荷重である。鋼繊維は、コンクリートの荷重支持構造において通常の添加量で使用することができるという利点を有する。

Description

本発明は、コンクリートまたはモルタル補強のための新しい種類の鋼繊維に関する。この鋼繊維は、高い伸びを有し、コンクリートまたはモルタルに埋め込まれた場合に良好な定着を得ることを可能にする定着端部を備える。本発明はまた、かかる鋼繊維を有するコンクリートまたはモルタル構造にも関する。

コンクリートまたはモルタルを鋼繊維で補強してコンクリート材料の質を向上させることは周知である。

欧州特許第８５１９５７号明細書（ＮＶベカルトＳＡ社）は、扁平なかぎ形の端部を備える鋼繊維を教示する。それにより、かかる繊維を用いて補強されたコンクリートの亀裂後の曲げ強度は非常に改善される。

米国特許第４８８３７１３号明細書（Ｅｕｒｏｓｔｅｅｌ社）は、鋼繊維補強コンクリートへの鋼繊維の定着特性を改善するために円錐形の端部を有する円筒形の鋼体からなる鋼繊維を教示する。

これらの２つの引用文献、ならびにその他の文献は、従来の鋼繊維コンクリートの特性が、鋼繊維コンクリートへの鋼繊維の定着特性の改善により大いに改善され得ることを教示する。

現在、コンクリート補強機能のための既知の先行技術の鋼繊維は、コンクリート構造の使用限界状態（ＳＬＳ）を改善するために非常に良く機能する。すなわち、それらは典型的な三点曲げ試験（試験については、欧州規格ＥＮ １４６５１（曲げ引張強さを測定する、金属繊維コンクリートの試験方法）を参照）の間に、一般に必要とされる０．５ｍｍまでの亀裂もしくは亀裂開口変位（ＣＭＯＤ）、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの間の範囲のＣＭＯＤを、非常に良くブリッジする。言い換えれば、かぎ形の端部を備える鋼繊維および円錐形の端部を有する繊維のような既知の鋼繊維は、約０．５ｍｍまでの亀裂の幅または成長を制限するために十分に機能する（ＳＬＳ）。これらの繊維の不利点は、現在、終局限界状態（ＵＬＳ）での比較的低い性能である。特に、終局限界状態（ＵＬＳ）と使用限界状態（ＳＬＳ）の亀裂後強度の比率が比較的低い。この比率は、荷重値Ｆ_Ｒ，１（ＣＭＯＤ＝０．５ｍｍ）およびＦ_Ｒ，４（ＣＭＯＤ＝３．５ｍｍ）により決定される。一部の先行技術の繊維は、ＵＬＳで必要とされるよりも低いＣＭＯＤで破断するため、ＵＬＳで機能しない。かぎ形の端部を備える繊維のようなその他の繊維は、引き抜かれるよう設計されている。引抜きにより、それらの繊維は既に小さい変位に対して変位−軟化挙動を示す。

ＵＬＳでのこの性能の低さにもかかわらず、現在既知の鋼繊維は、終局限界状態（ＵＬＳ）を改善するために、いわゆる構造材用途にも使用され得る。ここで、既知の鋼繊維は、従来の補強、例えば鉄筋、メッシュ、プレストレシング（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ）、およびポストテンショニング（ｐｏｓｔ−ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）の代わりに、またはそれに加えて、荷重を担うかまたは受けることが見込まれている。しかし、そのような荷重支持機能において効果的であるためには、これらの現在の鋼繊維を、通常の添加量の２０ｋｇ／ｍ^３〜４０ｋｇ／ｍ^３を大幅に上回る莫大な添加量で使用する必要がある。この莫大な添加量は、作業性の問題、例えば混合および設置の問題などを引き起こす可能性がある。

本発明の目的は、コンクリートまたはモルタルに埋め込まれたときに、新しい機能を実現する能力のある、新しい種類の鋼繊維を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、欧州規格ＥＮ １４６５１（２００５年６月）に従う三点曲げ試験の間に０．５ｍｍよりも大きい亀裂開口変位を永久にブリッジする能力のある鋼繊維を提供することである。

本発明の目的は、構造材用途に対して通常の添加量で有利に使用され得る鋼繊維を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、引張り領域においてそれらの繊維で補強したコンクリート構造のクリープ挙動を、低下または回避することを可能にする鋼繊維を提供することである。

さらなる目的は、ＳＬＳにおいてだけでなく、ＵＬＳにおいても、繊維における歪（またはＣＭＯＤ）からの応力を計算することを可能にする鋼繊維を提供することである。従来の鋼繊維は基本的に２つの仕事のメカニズムを示す。最初のメカニズムは、例えば欧州特許第８５１９５７号明細書から既知のかぎ形の端部を備える鋼繊維に対する、かつ一部の波状の繊維に対するような、繊維を破壊することのない繊維引抜である。この場合、ＣＭＯＤと繊維の歪との間に直接的な関係はない。第二のメカニズムは、繊維破損である。この場合、繊維は、ごく限られた繊維の引抜が起こり得るように十分に定着しているが、繊維を作るワイヤの低い歪容量（ｓｔｒａｉｎ ｃａｐａｃｉｔｙ）に起因して、繊維はＵＬＳで必要とされるよりも低いＣＭＯＤで破損する。特に、ＵＬＳとＳＬＳの亀裂後強度の比率が、比較的低い。繊維の破損が起こる場合、ＣＭＯＤと繊維の歪との間に直接的な関係はない。本発明に従う繊維は、完全にまたはほぼ完全にコンクリートまたはモルタルに定着しているが、該繊維は高い破壊歪を有する鋼ワイヤで作られているので、それらはＵＬＳに達する前に破断しない。ＵＬＳ／ＳＬＳの比率は、１本の繊維に対して１以上である。本発明に従う繊維に関して、繊維の歪（ＣＭＯＤから誘導される）は、繊維を作るワイヤの歪みにほぼ等しいので、従来の繊維と違って１本の繊維における応力を歪から計算することができる。

本発明の第一の態様によれば、コンクリートまたはモルタルを補強するための鋼繊維が提供される。鋼繊維は、中央部分および中央部分の一端または両端の定着端部を有する。鋼繊維の中央部分は、長さＬ、最大荷重容量Ｆ_ｍ（単位はＮ）および最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを有する。本発明に従う鋼繊維、より具体的には本発明に従う鋼繊維の中央部分の最大荷重時伸びは、少なくとも２．５％である。本発明に従う鋼繊維は、モルタルのコンクリートにおいて、最大荷重容量Ｆ_ｍの少なくとも９０％である定着力を有する。定着力は、引抜試験の間に到達する最大荷重によって決まる。この引抜試験のために、鋼繊維は一つの端部をコンクリートまたはモルタルに埋め込まれる。この試験は、さらにより詳細に説明される。

［最大荷重時伸び］
本発明の文脈において、破断点伸びＡ_ｔでない最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、鋼繊維の、より具体的には鋼繊維の中央部分の伸びを特徴付けるために使用される。一度最大荷重に達すると、鋼繊維の利用可能な表面の収縮が開始し、それよりも大きな荷重は引き受けられないためである。最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、最大荷重時の塑性伸びＡ_ｇと弾性伸びの合計である。最大荷重時伸びは、鋼繊維の中央部分の波状特性に起因し得る構造伸びＡ_ｓがあったとしても、これを含まない。波状の鋼繊維の場合、その鋼繊維をまず真っ直ぐにしてからＡ_ｇ＋ｅを測定する。

本発明に従う鋼繊維の中央部分の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、少なくとも２．５％である。本発明の特定の実施形態によれば、鋼繊維の中央部分の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、２．７５％よりも高いか、３．０％よりも高いか、３．２５％よりも高いか、３．５％よりも高いか、３．７５％よりも高いか、４．０％よりも高いか、４．２５％よりも高いか、４．５％よりも高いか、４．７５％よりも高いか、５．０％よりも高いか、５．２５％よりも高いか、５．５％よりも高いか、５．７５％よりも高いか、またはさらに６．０％よりも高い。

高度の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、熱処理などの特定の応力除去処理を鋼繊維の原料となる鋼ワイヤに適用することによって得ることができる。

［最大荷重容量Ｆ_ｍ−引張強さＲ_ｍ］
本発明に従う鋼繊維、すなわち、本発明に従う鋼繊維の中央部分は、高い最大荷重容量Ｆ_ｍを有することが好ましい。最大荷重容量Ｆ_ｍは、鋼繊維が引張試験の間に耐える最大荷重である。引張強さＲ_ｍは、最大荷重容量Ｆ_ｍを鋼繊維の元の断面積で割ったものであるので、中央部分の最大荷重容量Ｆ_ｍは、中央部分の引張強さＲ_ｍに直接関連する。本発明に従う鋼繊維に関して、鋼繊維の中央部分の引張強さは、好ましくは１０００ＭＰａより上、より具体的には１４００ＭＰａより上、例えば、１５００ＭＰａより上、例えば、１７５０ＭＰａより上、例えば、２０００ＭＰａより上、例えば、２５００ＭＰａより上である。本発明に従う鋼繊維の高い引張強さにより、鋼繊維を高い荷重に耐えさせることができる。従って、より高い引張強さは、繊維のより低い添加量に直接反映される．

［定着力］
コンクリートまたはモルタルに埋め込まれた定着端部を備える鋼繊維の定着力は、引抜試験により決定される。より具体的には、定着力は、引抜試験の間に到達する最大荷重に相当する。引抜試験はさらにより詳細に説明される。本発明に従う鋼繊維は、コンクリートまたはモルタルにおいて非常に優れた（ほぼ完璧な）定着をもたらす。本発明によれば、鋼繊維のコンクリートまたはモルタル中の定着力は、鋼繊維の中央部分の最大荷重容量Ｆ_ｍの少なくとも９０％である。

一部の実施形態では、定着力は、鋼繊維の中央部分の最大荷重容量Ｆ_ｍの９２％、９５％、９８％よりも高い、またはさらに９９％よりも高い。

コンクリートへの高度な定着は、鉄筋コンクリート構造に、鋼ワイヤの完全な強度の９０％またはそれ以上が使用され得るような、より高い残留強度を与える。実際に、鋼繊維は、コンクリートから滑り出ることがない。

コンクリートへの高度な定着は、例えば定着端部を厚くするかまたは増大することによる、冷間圧造する（ｃｏｌｄ ｈｅａｄｉｎｇ）ことによる、鋼繊維を平らにすることによる、顕著なかぎ形を鋼繊維の末端に作ることによる、端部を波形にすること（ｏｎｄｕｌａｔｉｎｇ）による、あるいはこれらの組合せによるような、様々な方法で得ることができる。定着端部は、例えば、厚くなった定着端部、増大した定着端部、冷間圧造された定着端部、扁平な定着端部、曲がった定着端部、波状の（ｏｎｄｕｌａｔｅｄ）定着端部またはそれらのあらゆる組合せである。

いくつかの端部がその他の端部よりも良好な定着をもたらす機構については、完全に理解されておらず、定着の程度は、例えば数学的なモデリングによって予測することができない。そのため、本発明によれば、コンクリートまたはモルタルに１つの定着端部を備えている鋼繊維を埋め込むことによって、かつ、鋼繊維を引抜試験（荷重変位試験）に供することによって、鋼繊維の定着力を決定することが提案される。定着力が、最大荷重容量Ｆ_ｍの少なくとも９０％である場合、鋼繊維は、定着に関して本発明の要件を満たす。

引抜試験は、次の段階を含む。
−本発明に従う鋼繊維をその定着端部の一端で前記コンクリートまたはモルタルに、好ましくはコンクリートまたはモルタルの塊に埋め込む段階。鋼繊維の中央部分の一部はそれによってコンクリートまたはモルタルに埋め込まれ（＝鋼繊維の中央部分の埋め込み部）、鋼繊維の中央部分の一部はコンクリートまたはモルタルから突出している（＝鋼繊維の中央部分の突出部）。
−クランプを前記鋼繊維の前記中央部分前記突出部で固定する段階。
−前記クランプで変位を及ぼす段階。
この試験により荷重−伸び曲線を記録する。

引抜試験では、鋼繊維の定着端部の一つがコンクリートまたはモルタルに完全に埋め込まれている。鋼繊維の中央部分の埋め込まれた部分は、長さＬ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ}またはＬ_{ＭＰ ｅｍｂ}を有する。クランプまでの中央部分の突出部分は、長さＬ_{ｍｉｄｄｉｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ ｃｌａｍｐｓ}またはＬ_{ＭＰ ｐｒ ｃｌａｍｐｓ}を有する。長さＬ_{ＭＰ ｅｍｂ}とＬ_{ＭＰ ｐｒ ｃｌａｍｐｓ}の合計を、中央部分のクランプまでの長さＬ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}またはＬ_{ＭＰ ｃｌａｍｐｓ}と定義する。

好ましくは、鋼繊維は、５０×５０×５０ｍｍ、６０×６０×５０ｍｍまたは８０×８０×６０ｍｍのコンクリートまたはモルタルの塊に埋め込まれている。

Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ}は、好ましくは少なくとも１５ｍｍである。

本発明に従う鋼繊維は、この引抜試験の間に得ることのできる最大荷重での引抜試験において、ｘ^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の絶対変位を可能にし、ｘは少なくとも２．５である。好ましくは、ｘは、少なくとも最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅに等しい。

好ましい実施形態では、本発明に従う鋼繊維は、引抜試験の最大荷重で、少なくとも４^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の、少なくとも５^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の、または少なくとも６^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の絶対変位を可能にする。

本発明に従う鋼繊維の高い延性または高い伸びのために、繊維は、ＥＮ １４６５１に従う三点曲げ試験において、１．５ｍｍより上、２．５ｍｍより上または３．５ｍｍより上のＣＭＯＤで破断しない。

高い最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅの次に、本発明に従う鋼繊維はまた、高度の定着により特徴付けられる。上述のように、高度の定着により、繊維の引抜が回避される。高度の定着は、最大強度での高い伸びと相まって、繊維の引抜を回避し、繊維の破損を回避する。

本発明に従う鋼繊維の高い引張強さＲ_ｍは、鋼繊維を高い荷重に耐えさせる。高度の定着は、高い引張強さと相まって、亀裂の発生後の引張強さをより良好に利用することを可能にする。そのため、より高い引張強さは、従来のコンクリートで必要な繊維のより低い添加量に直接反映される。

鋼繊維の低い最大歪容量に起因する引抜き、または繊維破損は、時間に依存する現象であり、張力のかかっている構造のクリープ挙動を左右する。本発明に従う鋼繊維で補強したコンクリートのクリープ挙動が低いほど、これらの鋼繊維が引き抜かれず、早期に破断しないと見込まれる。

鋼繊維、より具体的には鋼繊維の中央部分は、一般に０．１０ｍｍ〜１．２０ｍｍの範囲の直径Ｄを有する。鋼繊維、より具体的には鋼繊維の中央部分の断面が円形でない場合、直径は、鋼繊維の中央部分の断面と同じ表面積をもつ円の直径に等しい。鋼繊維、より具体的には鋼繊維の中央部分は、一般に４０〜１００の範囲の長さ対直径比Ｌ／Ｄを有する。

鋼繊維の中央部分は、一直線または直線状（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ）であってよい。あるいは、うねり状（ｗａｖｙ）または波状（ｏｎｄｕｌａｔｅｄ）であってよい。

本発明の第二の態様によれば、本発明に従う鋼繊維を含むコンクリート構造が提供される。

コンクリート構造のＵＬＳでの平均亀裂後残留強度は、３ＭＰａを上回る、例えば、４ＭＰａより大きい、例えば、５ＭＰａ、６ＭＰａ、７ＭＰａ、７．５ＭＰａより大きい。コンクリート構造中の鋼繊維の添加量は、好ましくは、必ずしもそうである必要はないが、８０ｋｇ／ｍ^３未満、好ましくは６０ｋｇ／ｍ^３未満である。コンクリート中の鋼繊維の添加量は、一般に２０ｋｇ／ｍ^３〜５０ｋｇ／ｍ^３、例えば、３０ｋｇ／ｍ^３〜４０ｋｇ／ｍ^３の範囲であってよい。好ましいコンクリート構造のＵＬＳでの平均亀裂後残留強度は、４０ｋｇ／ｍ^３未満の前記鋼繊維の添加量で５ＭＰＡを上回る。

本発明の第３の態様によれば、上記のような鋼繊維のコンクリートの荷重支持構造のための使用が提供される。
本発明を、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

鋼繊維の引張試験（荷重−歪試験）を示す図である。 コンクリートまたはモルタルに埋め込まれた鋼繊維の引抜試験（荷重−変位試験）を示す図である。 ２つの先行技術の鋼繊維と１つの本発明に従う鋼繊維の荷重−歪曲線を示す図である。 ２つの先行技術の鋼繊維と１つの本発明に従う鋼繊維の荷重−歪曲線を示す図である。 ２つの先行技術の鋼繊維と１つの本発明に従う鋼繊維の荷重−変位曲線を示す図である。 ２つの先行技術の鋼繊維と１つの本発明に従う鋼繊維の荷重−変位曲線を示す図である。 本発明に従う定着端部を備える鋼繊維の説明図である。 本発明に従う定着端部を備える鋼繊維の説明図である。 本発明に従う定着端部を備える鋼繊維の説明図である。

本発明は、特定の実施形態に関して、特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載されている図面は概略的なものでしかなく、非限定的である。図面において、一部の要素の大きさは、説明のために誇張され、縮尺どおりに描かれていない可能性がある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の縮率に対応しない。

以下の用語は、本発明の理解を助けるためだけに提供される。
−最大荷重容量（Ｆ_ｍ）：鋼繊維が引張試験の間に耐える最大荷重、
−最大荷重時伸び（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａ ｍａｘｉｍｕｍ ｌｏａｄ）（％）：元のゲージ長の百分率として表される、最大力での鋼繊維のゲージ長の増加、
−破断点伸び（％）：元のゲージ長の百分率として表される、破断の瞬間のゲージ長の増加、
−引張強さ（Ｒ_ｍ）：最大荷重（Ｆ_ｍ）に相当する応力、
−応力：鋼繊維の元の断面積で除算した力、
−添加量：１容積のコンクリートに加えられた繊維の量（ｋｇ／ｍ^３で表す）。

本発明を説明するために、いくつかの異なる鋼繊維、先行技術の鋼繊維および本発明に従う鋼繊維を、いくつかの異なる試験に供した：
−引張試験（荷重−歪試験）および
−引抜試験（荷重−変位試験）。
引張試験は、鋼繊維、より具体的には鋼繊維の中央部分に適用される。あるいは、引張試験は、鋼繊維を製造するために使用されるワイヤに適用される。引張試験を用いて、鋼繊維の最大荷重容量Ｆ_ｍが決定され、最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅが決定される。引抜試験は、コンクリートまたはモルタルに１つの定着端部が埋め込まれている鋼繊維に適用される。引抜試験は、コンクリートまたはモルタルにおける鋼繊維の定着力を測定するために、かつコンクリートまたはモルタルに埋め込まれた鋼繊維の絶対変位を決定するために使用される。これらの試験は、図１および図２にそれぞれ説明されている。

図１は、コンクリート補強に適した鋼繊維の伸びを測定するための試験設定６０を示す。試験する鋼繊維の定着端部（例えば増大したかまたはかぎ形の端部）を最初に切断する。残った鋼繊維の中央部分１４を、２組のクランプ６２、６３の間に固定する。クランプ６２、６３によって、漸増する引張力Ｆが鋼繊維の中央部分１４にかかる。伸び計のグリップ６４、６５の変位を測定することにより、この漸増する引張力Ｆによる変位または伸びを測定する。Ｌ_１は、鋼繊維の中央部の長さであり、例えば、５０ｍｍ、６０ｍｍまたは７０ｍｍである。Ｌ_２は、クランプ間の距離であり、例えば、２０ｍｍまたは２５ｍｍである。Ｌ_３は、伸び計のゲージ長であり、最小１０ｍｍ、例えば、１２ｍｍ、例えば、１５ｍｍである。鋼繊維の中央部分１４に対する伸び計のグリップを改善するため、鋼繊維の中央部分１４をコーティングするか、または、薄いテープで覆って伸び計が鋼繊維から滑り落ちることを回避することができる。この試験により、荷重−伸び曲線を記録する。最大荷重時の全伸び率は、次式により計算する。
Ａ_ｇ＋ｅ＝最大荷重時伸び／伸び計のゲージ長Ｌ_３×１００

試験設定６０によって、いくつかの異なるワイヤを最大荷重容量Ｆ_ｍ（破断荷重）、引張強さＲ_ｍおよび最大荷重時の全伸びＡ_ｇ＋ｅに関して試験する。合計１０本のワイヤ、すなわち９本の先行技術ワイヤおよび１本の本発明のワイヤを試験する。１試験片あたり５つの試験を実施する。表１に結果を要約する。

本発明のワイヤだけが、２．５％を超える最大荷重時伸びを有する。

図２は、コンクリート中の鋼繊維２０２の定着を測定するための試験設定２００を説明する。鋼繊維２０２は、中央部分２０４と定着端部２０６を有する。鋼繊維２０２は、その定着端部２０６の一つでコンクリート立方体２０８に定着している。コンクリート立方体２０８は、例えば５０×５０×５０ｍｍの立方体である。あるいは、立方体２０８は、６０×６０×５０ｍｍの立方体または８０×８０×６０ｍｍの立方体である。立方体２０８は、例えば従来のコンクリートで作られている。鋼繊維２０２は、立方体２０８の一表面２１０の中心に、その面２１０に垂直に埋め込まれている。それにより定着端部２０６は、コンクリートの立方体に完全に埋め込まれている。コンクリートまたはモルタルに埋め込まれた鋼繊維の中央部分の長さは、Ｌ_{ｍｉｄｄｉｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ}またはＬ_{ＭＰ ｅｍｂ}として定義され、２２２で表される。コンクリートまたはモルタルに埋め込まれていない鋼繊維の中央部分のクランプまでの長さは、Ｌ_{ｍｉｄｄｉｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ ｃｌａｍｐｓ}またはＬ_{ＭＰ ｐｒ ｃｌａｍｐｓ}として定義され、２２４で表される。
長さＬ_{ＭＰ ｅｍｂ}とＬ_{ＭＰ ｐｒ ｃｌａｍｐｓ}の合計は、中央部分のクランプまでの長さＬ_{ｍｉｄｄｉｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}またはＬ_{ＭＰ ｃｌａｍｐｓ}として定義され、２２６で表される。

Ｌ_{ｍｉｄｄｉｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ}は、好ましくは少なくとも１５ｍｍである。

次に、立方体２０８を、鋼繊維２０２がそれを貫いて（ｔｈｒｏｕｇｈｔ）伸びる中央開口部２１６をもつプラットフォーム２１４の上に載せる。プラットフォーム２１４は、立方体２０８の周囲にケージを構築する棒２１８に支えられている。鋼繊維２０２のもう一方の端部を切り取り、クランプ２２０に固定する。鋼繊維２０２が破断するか立方体２０８から引き抜かれるまで鋼繊維２０２に変位を及ぼす。力変位または荷重変位線図を記録する。

図３ａは、直径が０．９０ｍｍの３種類の異なる鋼繊維の荷重−歪曲線を示す。
−荷重−歪曲線３２は、先行技術ワイヤ、より具体的には表１の先行技術ワイヤ１の荷重−歪曲線である。
−荷重−歪曲線３３は、第二の先行技術ワイヤ、より具体的には表１の先行技術ワイヤ８の荷重−歪曲線である。
−荷重−歪曲線３４は、本発明に従う鋼繊維に使用されるワイヤ、より具体的には表１の本発明のワイヤの荷重−歪曲線である。

荷重−歪曲線は、鋼繊維を図１に記載される試験に供することにより得られる。荷重−歪曲線３２および荷重−歪曲線３３は類似している。荷重−歪曲線３２は、８７９Ｎの最大荷重容量Ｆ_ｍを示す。この最大荷重容量Ｆ_ｍは、約１３８２ＭＰａの最大引張強さＲ_ｍに相当する。さらに、荷重−歪曲線３２は、１．３７％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを示す。荷重−歪曲線３３は、７５１Ｎの最大荷重容量Ｆ_ｍを示す。この最大荷重容量Ｆ_ｍは、約１１８１ＭＰａの最大引張強さＲ_ｍに相当する。荷重−歪曲線３３は、２．１６％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを示す。本発明に従う鋼繊維の荷重−歪曲線３４を、先行技術の鋼繊維の荷重−歪曲線３２および３３と比較すると、２つの違いに気づく。まず第一に、最大荷重容量Ｆ_ｍは、１４００ニュートンよりも大きい、すなわち、曲線３２および曲線３３の先行技術繊維の最大荷重容量Ｆ_ｍよりもはるかに大きい。第二に、最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅも、曲線３２の先行技術繊維および曲線３３の先行技術繊維の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅよりもはるかに大きい。本発明に従う鋼繊維の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、２．５％よりも大きい、あるいは３．０％または４．０％、より具体的には５％よりもさらに大きい。

図３ｂは、図３ａの荷重−歪試験で試験した繊維の荷重−変位曲線を示す。
−荷重−変位曲線４２は、第一の先行技術繊維の、より具体的には表１の先行技術ワイヤ１で作られた鋼繊維の荷重−変位曲線であり、該鋼繊維は両方の端部に定着端部としてネイルズヘッド（ｎａｉｌ’ｓ ｈｅａｄｓ）を備えている。
−荷重−変位曲線４３は、第二の先行技術の鋼繊維の、より具体的には表１の先行技術ワイヤ８で作られた鋼繊維の荷重−変位曲線であり、該鋼繊維は、両方の端部にかぎ形の端部を備えている。
−荷重−変位曲線４４は、本発明に従う繊維の、より具体的には表１の本発明のワイヤで作られた鋼繊維の荷重−歪曲線に相当し、該鋼繊維は、両方の端部に定着端部としてネイルズヘッドを備えている。

引抜試験の間、第一の先行技術の鋼繊維（曲線４２）は、図３ａ（曲線３２）で決定される相当するワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍとほぼ同じ最大荷重（＝定着力）を示す。これはコンクリートでの繊維の良好な定着を示す。コンクリート中の繊維の最大荷重容量Ｆ_ｍは、比較的小さい変位で到達する。しかし、第一の先行技術の繊維は、低いＣＭＯＤ、繊維の破断のためにＵＬＳで必要とされるよりもはるかに低いＣＭＯＤで破損する。

第二の先行技術の繊維（曲線４３）は、完全に他の挙動を示す。曲線４３は、かぎ形の端部を備える先行技術の繊維の引抜挙動に関連する。かぎ形の端部は、コンクリートから引き抜かれるよう設計されている。引抜試験の間、第二の先行技術の鋼繊維（曲線４３）は、図３ａ（曲線３３）で決定される対応するワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍよりもはるかに低い最大荷重を示す。鋼繊維が引抜試験においてさらなる荷重を受ける場合、それらのかぎは変形し始め、鋼繊維をコンクリートから滑り出させる。これにより、より低い荷重で、より大きい変位がもたらされる。結果的に、かぎ形の端部を備える第二の先行技術の鋼繊維は、鋼の完全な引張強さを利用しない。繊維は、繊維が破断することなく引き抜かれる。

曲線４４を見ると、引抜試験の間に得られた最大荷重は、図３ａ（曲線４４）で決定される相当するワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍとほぼ同じである。これは本発明に従う鋼繊維のコンクリートでの良好な定着力を示す。曲線４４の鋼繊維は、引抜試験で得られた最大荷重での引抜試験において、ｘ^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の絶対変位を可能にし、ｘは少なくとも２．５である。好ましくは、ｘは少なくとも最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅに等しい。好ましい実施形態では、本発明に従う鋼繊維は、引抜試験において最大荷重で、少なくとも４^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００、少なくとも５^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００または少なくとも６^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の絶対変位を可能にする。

本発明に従う鋼繊維は、ＥＮ １４６５１に従う三点曲げ試験において、１．５ｍｍより上、２．５ｍｍより上または３．５ｍｍより上のＣＭＯＤで破断しない。鋼繊維の高い引張強さ、高い伸びおよび良好な定着のために、一度荷重された鋼繊維は、破断することも、引き抜かれることなく、その完全な引張強さをほぼ利用する。結果的に、より低い添加量を使用することができる。さらに、この種類の鋼繊維で補強されたコンクリートは、より低いクリープを示す。

図４ａは、直径がそれぞれ０．７５ｍｍ、０．７７ｍｍおよび０．７０ｍｍの３つの異なる鋼繊維の荷重−歪曲線を示す。荷重−歪曲線３５は、先行技術ワイヤ、より具体的には表１の先行技術ワイヤ７の荷重−歪曲線である。
−荷重−歪曲線３６は、第二の先行技術ワイヤ、より具体的には表１の先行技術ワイヤ９の荷重−歪曲線である。
−荷重−歪曲線３７は、本発明に従う鋼繊維に使用されるワイヤの荷重−歪曲線である。

荷重−歪曲線は、鋼繊維を図１に記載される試験に供することにより得られる。荷重−歪曲線３５は、５３３Ｎの最大荷重容量Ｆ_ｍを示す。この最大荷重容量Ｆ_ｍは、約１２０６ＭＰａの最大引張強さＲ_ｍに相当する。さらに、荷重−歪曲線３５は、２．２０％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを示す。荷重−歪曲線３６は、１０５１Ｎの最大荷重容量Ｆ_ｍを示す。この最大荷重容量Ｆ_ｍは、約２５６２ＭＰａの最大引張強さＲ_ｍに相当する。ワイヤは、高い炭素含有量を有する鋼で作られている。これが、高い最大荷重容量Ｆ_ｍを説明している。荷重−歪曲線３６は、１．８８％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを示す。荷重−歪曲線３７は、８９０Ｎの最大荷重容量Ｆ_ｍを示す。この最大荷重容量Ｆ_ｍは、約２３１３ＭＰａの最大引張強さＲ_ｍに相当する。さらに、荷重−歪曲線３５は、４％より大きい、例えば５％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを示す。本発明のワイヤの荷重−歪曲線３７を先行技術ワイヤの荷重−歪曲線３５および３６と比較した場合、
−本発明のワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍは、２つの先行技術ワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍの間である
−本発明のワイヤの最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは、２つの先行技術ワイヤ最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅよりもはるかに大きい
ことが見出される。

図４ｂは、図４ａの荷重−歪試験で試験した繊維の荷重−変位曲線を示す。
−荷重−変位曲線４５は、先行技術の鋼繊維、より具体的には表１の先行技術ワイヤ７で作られた鋼繊維の荷重−変位曲線であり、該鋼繊維はかぎ形の端部を備えている。
−荷重−変位曲線４６は、もう一つの先行技術の鋼繊維、より具体的には表１の先行技術ワイヤ９で作られた鋼繊維の荷重−変位曲線であり、該鋼繊維はかぎ形の端部を備えている。
−荷重−変位曲線４４は、本発明に従う繊維、より具体的には表１の本発明のワイヤで作られた鋼繊維の荷重−歪曲線に相当し、該鋼繊維は定着端部としてネイルズヘッドを備えている。

引抜試験の間、第一の先行技術の鋼繊維（曲線４５）は、図４ａ（曲線３５）で決定される相当するワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍよりも実質的に低い最大荷重を示す。曲線４５は、かぎ形の端部を備える先行技術の繊維の引抜挙動を示す。鋼繊維が引抜試験において荷重を受ける場合、それらのかぎは変形し始め、鋼繊維をコンクリートから滑り出させる。これにより、より低い荷重で、より大きい変位がもたらされる。結果的にかぎ形の端部を備える先行技術の繊維は、鋼の完全な引張強さを利用しない。繊維は、繊維が破断することなく引き抜かれる。

曲線４６は、曲線４４に非常に類似している。曲線４６の引抜試験で得られる最大荷重は、曲線４５の最大荷重よりも多少高い。曲線４５と同様に、曲線４６の引抜試験で得られる最大荷重は、図４ａ（曲線３６）で決定される相当するワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍよりもはるかに低い。鋼繊維が引抜試験においてさらなる荷重を受ける場合、それらのかぎは変形し始め、鋼繊維をコンクリートから滑り出させる。これにより、より低い荷重で、より大きい変位がもたらされる。結果的にかぎ形の端部を備える先行技術の鋼繊維は、鋼の完全な引張強さを利用しない。繊維は、繊維が破断することなく引き抜かれる。

曲線４７を見ると、引抜試験の間に得られる最大荷重は、図４ａ（曲線３７）で決定される相当するワイヤの最大荷重容量Ｆ_ｍとほぼ同じである。これは本発明に従う鋼繊維のコンクリートでの良好な定着力を示す。曲線４６の鋼繊維の中央部分は曲線４７の鋼繊維の中央部分のよりも高い荷重容量Ｆ_ｍを有するが、曲線４７の鋼繊維の引抜試験の間に得られる最大荷重は、曲線４６の鋼繊維の引抜試験の間に得られる最大荷重よりも高い。曲線４７の鋼繊維は、破壊されることも引き抜かれることもなくその完全な引張強さをほぼ利用するのに対して、曲線４６の鋼繊維は、その強さを利用することなく滑り出る。曲線４７の鋼繊維は、引抜試験における最大荷重での引抜試験において、ｘ^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の絶対変位を可能にし、ｘは少なくとも２．５である。好ましくは、ｘは、少なくとも最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅに等しい。好ましい実施形態では、本発明に従う鋼繊維は、引抜試験において最大荷重で少なくとも４^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の、少なくとも５^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の、または少なくとも６^＊Ｌ_{ｍｉｄｄｌｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｃｌａｍｐｓ}／１００の絶対変位を可能にする。

図５ａ、図５ｂおよび図５ｃは、鋼繊維がコンクリートまたはモルタルに埋め込まれると、良好な定着力をもたらす、本発明に従う鋼繊維の異なる実施形態を示す。

なぜ一部の定着端部がその他の定着端部よりもうまく機能するのかは、完全に理解されていない。そのため、本発明によれば、コンクリートまたはモルタルにその定着端部を備えている鋼繊維を埋め込むことによって、かつ、鋼繊維を引抜試験（荷重変位試験）に供することによって、鋼繊維の定着力を決定することが提案される。定着力が最大荷重容量Ｆ_ｍの少なくとも９０％である場合、鋼繊維は、本発明の要件を満たす。

図５ａは、定着端部５０４を備える中央部分５０３を有する鋼繊維５０２を示す。定着端部５０４は、中央部分５０３の両端の増大した端部である。これらの増大した端部５０４は、ネイルズヘッドに相当する。図５ａに示される実施形態において、ネイルズヘッドは丸形である。しかしこれは限定ではない。別の形状を有するネイルズヘッド、例えば正方形の頭部または長方形の頭部なども適している。

図５ｂは、中央部分５０７の両方の端部に定着端部５０８を備える中央部分５０７を有する、別の鋼繊維５０６を示す。定着端部５０８はかぎ形である。

図５ｃは、コンクリートまたはモルタルに一度埋め込まれると９０％より高い定着をもたらす、本発明に従う鋼繊維５１０のさらなる実施形態を示す。鋼繊維５１０は、中央部分５１１の両方の末端に定着端部５１２を備える中央部分５１１を有する。定着端部５１２は、閉じた、または実質的に閉じたかぎ形を有する。

例として、本発明に従う鋼繊維は、以下の通り製造することができる。出発原料は、例えば５．５ｍｍまたは６．５ｍｍの直径をもつワイヤロッドであり、鋼組成は、０．５０重量パーセント（重量％）の、例えば、０．６０重量％以上の最小炭素含有量を有し、マンガン含有量は０．２０重量％〜０．８０重量％の範囲であり、シリコン含有量は０．１０重量％〜０．４０重量％の範囲である。硫黄含有量は、最大０．０４重量％であり、リン含有量は、最大０．０４重量％である。典型的な鋼組成は、０．７２５％炭素、０．５５０％マンガン、０．２５０％ケイ素、０．０１５％硫黄および０．０１５％リンを含む。
別の鋼組成は、０．８２５％炭素、０．５２０％マンガン、０．２３０％ケイ素、０．００８％硫黄および０．０１０％リンを含む。ワイヤロッドは、０．２０ｍｍ〜１．２０ｍｍの範囲の最終直径まで、多数の延伸段階で冷間引抜きされる。鋼繊維に高い破断点伸びおよび最大荷重時伸びを与えるために、このようにして延伸されたワイヤを、例えば、通過するワイヤの速度に適合した長さの高周波または中周波誘導コイルにワイヤを通過させることにより、応力除去処理に供してもよい。約３００℃の温度での一定時間の熱処理により、破断点伸びおよび最大荷重時伸びを増加させることなく、引張強さを約１０％低下させる結果がもたらされることが観察された。しかし、温度をわずかに、４００℃よりも高く上昇させると、引張強さのさらなる低下、およびそれと同時に破断点伸びの増加および最大荷重時伸びの増加が観察される。

ワイヤは、耐蝕性塗料、例えば亜鉛もしくは亜鉛合金塗料、より具体的には亜鉛アルミニウム塗料または亜鉛アルミニウムマグネシウム塗料などでコーティングされてもよいし、されなくてもよい。引抜作業を促進するために、ワイヤを、引抜の前、または引抜の間に、銅もしくは銅合金塗料でコーティングしてもよい。

次に、応力除去処理されたワイヤを適切な長さの鋼繊維に切断し、鋼繊維の端部に適切な定着部または肥厚部を与える。切断およびかぎ形成形は、適切なロールを用いて１つの同じ作業段階で行うこともできる。

このようにして得た鋼繊維は、米国特許第４２８４６６７号明細書に従って接着してもよいし、しなくてもよい。

その上、またはあるいは、得た鋼繊維を欧州特許第１３８３６３４号明細書に従って連鎖状の包装材料に入れてもよいし、出願人による出願番号第０９１５０２６７．４号の欧州特許出願に開示されているものなどの帯状の包装材料に入れてもよい。

Claims (13)

1. コンクリートまたはモルタルを補強するための鋼繊維であって、前記鋼繊維は中央部分および前記中央部分の一端または両端の定着端部を有し、前記中央部分は、最大荷重容量Ｆ_ｍおよび最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを有し、前記最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅは少なくとも２．５％であり、前記鋼繊維は前記最大荷重容量Ｆ_ｍの少なくとも９０％の前記コンクリートまたは前記モルタルにおける定着力を有し、前記定着力は、前記コンクリートまたは前記モルタルに前記定着端部の一端が埋め込まれた鋼繊維の引抜試験の間に得られる最大荷重である、鋼繊維。
2. 前記鋼繊維の前記中央部分が、少なくとも１０００ＭＰａの引張強さＲ_ｍを有する、請求項１に記載の鋼繊維。
3. 前記中央部分が、少なくとも１４００ＭＰａの引張強さＲ_ｍを有する、請求項１または２に記載の鋼繊維。
4. 前記鋼繊維の前記中央部分が、少なくとも４％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の鋼繊維。
5. 前記鋼繊維の前記中央部分が、少なくとも６％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを有する、請求項１〜４のいずれかに記載の鋼繊維。
6. 前記中央部分が、少なくとも１４００ＭＰａの引張強さＲ_ｍおよび少なくとも４％の最大荷重時伸びＡ_ｇ＋ｅを有する、請求項４に記載の鋼繊維。
7. 前記定着端部が、厚くなった定着端部、増大した末端の定着端部、冷間圧造された定着端部、扁平な定着端部、曲がった定着端部、波状の定着端部またはそれらの組合せである、請求項１〜６のいずれかに記載の鋼繊維。
8. 前記鋼繊維が、応力除去処理された状態である、請求項１〜７のいずれかに記載の鋼繊維。
9. 前記鋼繊維の前記中央部分の直径が、０．１ｍｍ〜１．２０ｍｍの範囲である、請求項１〜８のいずれかに記載の鋼繊維。
10. 前記鋼繊維の前記中央部分の長さ対直径比Ｌ／Ｄが、４０〜１００の範囲である、請求項１〜９のいずれかに記載の鋼繊維。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の鋼繊維を含むコンクリート構造。
12. 前記コンクリート構造が、４０ｋｇ／ｍ^３未満の前記鋼繊維の添加量で、５ＭＰａを上回るＵＬＳでの平均亀裂後残留強度を有する、請求項１１に記載のコンクリート構造。
13. コンクリートの荷重支持構造のための、請求項１〜１０のいずれかに記載の鋼繊維の使用。

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