JP3698723B2 - コンクリート部材をモールディングするための金属ファイバーコンクリート組成物、得られた部材および熱キュアリング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート部材をモールディングするための金属ファイバーコンクリートに関する。
ここでは、“金属ファイバーコンクリート”は、金属ファイバーを含むセメント性のマトリックスの本体を意味し、水と混合したセメント性組成物を凝結して得られる。
“コンクリート部材”は、柱、梁、厚板、壁、格間、せき板部材、クラッディング(cladding)パネル、および建築物に用いられる装飾もしくは構造部材を意味する。
従来のコンクリートは、以下の３相によって形成された粒状構造を有する。
− １〜１００μｍの粒子径を有する、結合相を構成するセメント、
− １〜４ｍｍの粒子径を有する砂、
− ５〜２０ｍｍもしくは５〜２５ｍｍの粒子径の骨材または砂利。
従来の金属ファイバーコンクリートは、３０〜６０ｍｍの長さのスチールファイバーを含有する。過剰に破壊せずに混合できるように、また、コンクリートを鋳込む必要性（投入および振動）から、使用される最大のファイバーの長さが制限されている。
平滑金属ファイバーは、接着によってコンクリートに固定される。平滑ファイバーが確実に適切に挙動するようにするには、ファイバーの長さをその直径で割った形状係数が、５０〜１００の間にあることが重要である。その形状寸法、すなわちコルゲーション、末端のフック、キャステレーション(castellations)等を変えることをによってそのファイバーの固定が改良された場合に、この最適な形状係数を減少させることができる。
従来のファイバーコンクリートに用いられたファイバーの量は、３０ｋｇ／ｍ3〜１５０ｋｇ／ｍ3の間であり、一般的には４０ｋｇ／ｍ3〜８０ｋｇ／ｍ3の間とされ、０．５％〜１％の体積パーセントに対応する。
前記ファイバーの長さＬは、一般的には３０ｍｍ〜６０ｍｍの間、最も粒の粗い骨材の直径Ｄは、一般的には２０〜２５ｍｍの間とされ、従って割合Ｒ＝Ｌ／Ｄは、１．２〜３．０の間である。
従来のコンクリートでは、より大きな多孔性（移行接触変成帯(transition aureole)）のために、骨材と硬化したセメントペーストとの間の境界面が、低強度領域を形成してしまう。この境界面は、骨材とペーストとの間の挙動の異方性のために局部応力の部位でもある。コンクリートに全体的な張力がかけられた場合には、この張力に耐え、かつ、最も粒の粗い骨材の大きさの少なくとも約１０倍の展開された長さを有する固定剤（ファスナー）が存在するなら、この骨材は連結を維持することができる。
割合Ｒは、せいぜい３．０であるので、このファイバーは、骨材を効果的に結びつけることができない。
これは、従来のコンクリートへの金属ファイバーの添加が、わずかにコンクリートの引張り強度を改良するのみであるという事実に裏付けられる。この改良は、０．５〜１体積％の通常のファイバー内容物に対して数パーセントである。
従来の補強材を含まないコンクリートに用いられた金属ファイバーは、コンクリートをクラッキングから保護することができないが、これを分配する。すなわち、より少ないがより広いクラックの代わりにファイバーで互いに縫いとじられた多くのマイクロクラックがある。
その結果として、従来の受動的な補強材を含まない金属ファイバーコンクリートの使用は限定される。
特別な金属ファイバーコンクリート組成物および金属ファイバーを含有するセメント性マトリックスを製造する特別は方法は、既知であり（ＣＯＭＰＲＥＳＩＴ、ＳＩＦＣＯＮ等）、例えば、米国特許第４９７９９９２号（Ｈ．Ｈ．ＢＡＣＨＥ）、第４５１３０４０号、第４５５９８８１号、第４５９３６２７号および第４６６８５４８号（Ｄ．Ｒ．ＬＡＮＫＡＲＤ）に記載されている。
本発明は、受動的な補強材を含まない、プレストレストコンクリートまたは非プレストレストコンクリート部材を構成する超高強度延性コンクリートを製造するための特定の新規組成物に関する。
本発明の目的の一つは、少なくとも約３０ＭＰａ〜約６０ＭＰａの間の範囲の引張り強度を備えた、従来の受動的な補強材を含まない金属ファイバーコンクリート部材を得ることである。
本発明の更なる目的は、少なくとも約１００００〜約４００００Ｊ／ｍ2の範囲の破壊エネルギーを備えた金属ファイバーコンクリート部材を得ることである。
本発明の更なる目的は、少なくとも４０００ｘ１０-6ｍ／ｍ〜９０００ｘ１０-6ｍ／ｍの範囲内にある破壊時における延びを備えた構造部材を得ることである。
また、本発明の目的は、少なくとも約１５０〜約２５０ＭＰａの間の範囲の圧縮強度を備えた金属ファイバーコンクリートを得ることである。
また、本発明の目的は、少なくとも６ＭＰａ．ｍ0.5〜１３ＭＰａ．ｍ0.5の範囲の応力度ファクターを備えたコンクリート部材を得ることである。
さらに、本発明の目的は、少なくとも２．５（従来のコンクリート）に対して１（本発明のコンクリート）の重量節約であるが、従来のコンクリートからなるコンクリート部材の性能特性に匹敵する性能特性を備えたコンクリート部材を提供することである。
また、本発明の目的は、従来のコンクリートではできなかった形状をモールドすることができるコンクリートを提供することである。
本発明に係る金属ファイバーコンクリート組成物は、ポルトランドセメント、砂粒子、セメントとポゾラン反応する成分、金属ファイバー、分散材、任意の混合剤および水から本質的になり、砂粒子の少なくとも９０％（重量）を占める優勢量の砂粒子が、８００μｍ以下という最大粒子径Ｄを備え、金属ファイバーの少なくとも９０％（重量）を占める優勢量の金属ファイバーが、４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の個別の長さｌを備え、砂粒子の埼大粒子径Ｄに対するファイバーの平均の長さＬの割合Ｒが、１０以上であり、優勢量の金属ファイバーの体積が、硬化後のコンクリートの体積の１．０％〜４．０％であり、かつ、セメント１００部（重量）当たり、少なくとも６０部（重量）の優勢量の砂粒子と、少なくとも１０部（重量）の優勢量の金属ファイバーとを含有することを特徴とする。
混合および型で硬化した後の上記組成物は、金属ファイバーコンクリートの固体を生産する。
用語“優勢量の砂粒子”は、全体の砂粒子の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、さらに好ましくは少なくとも９８％存在する砂粒子を表すのに用いられる。
用語“優勢量の金属ファイバー”は、全体の金属ファイバーの少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、さらに好ましくは少なくとも９８％存在する金属ファイバーを表すのに用いられる。
理想的には、優勢量の砂粒子が全ての砂粒子をなし、優勢量の金属ファイバーが全ての金属ファイバーをなす。
特に有利な実施態様では、
− Ｄが６００μｍ以下であり、好ましくは４００μｍ以下である（８００、６００および４００μｍの粒子径は、実際に、それぞれＡＦＮＯＲ ＮＦ X ５０１シリーズ［lacuna］の３０、２９および２７の相当する選別寸法に対応する。
− ｌは８〜１６ｍｍの範囲内とされ、もしくは１０〜１４ｍｍの範囲内が好ましい。
− 優勢量の金属ファイバーは、８０〜５００μｍの範囲、より好ましくは１００〜２００μｍの範囲の直径を備えている。
− 優勢量の金属ファイバーの体積のパーセントは、凝結後のコンクリートの体積の２．０％〜３％の範囲内、好ましくは約２．５％とされる。
− 砂粒子は、必須に微細な砂であり、好ましくはふるいにかけられた未加工の砂、すりつぶされた砂および他の微細な砂からなる群のものである。
− ポルトランドセメントは、ＣＰＡ ＰＭＥＳ、ＨＰ、ＨＰＲおよび、好ましくはＨＴＳ（高度シリカ含有）セメントからなる群のセメントである。
− 金属ファイバーは、スチールファイバー、ステンレススチールファイバー、並びに銅、亜鉛および他の非鉄金属の金属または合金等の非鉄金属で被覆されたスチールまたはステンレススチールファイバーからなる群のファイバーである。
− セメントとポゾラン反応する成分は、０．５μｍ未満の平均粒子径を備えたシリカ、フライアッシュおよび高炉スラグからなる群の部材である。
− 分散材は、ナフタレン、メラミン、ポリアクリラートおよび他の超可塑剤(superplasticisers)からなる群の超可塑剤である。
典型的な例としては、コンクリートを作るための混合物における骨材が、４００μｍ以下という直径を備え、金属ファイバーが、Ｒ＝３０の割合を与えるように１２ｍｍより大きい長さを有する。
反応性の粉末コンクリートのマトリックスにおける１２ｍｍの長さのファイバーの挙動は、Ｌ＝ＲｘＤ、すなわち３０ｘ２０＝６００ｍｍの長さを備えた従来の平滑補強材の挙動に類似している。
このため、本発明のコンクリートの機械的な挙動は、規模効果(scale effect)の範囲内で、長さが６００ｍｍの従来の補強材を備えた従来の補強されたコンクリートの機械的挙動と同じである。
従来の非補強ファイバーコンクリートは、構造用コンクリートとして、すなわち、梁、柱および厚板の製造用に用いることができなかったが、本発明の“マイクロ補強化”コンクリートは、対照的に、このような適用に使用することのできる新規の物質を構成する。
より好ましい実施態様では、コンクリートを作るための混合物が、セメント１００重量部当たりに、６０〜１５０重量部（好ましくは８０〜１３０重量部）とされた１５０〜４００μｍの範囲の平均粒子径を有する微細砂、１０〜４０重量部（好ましくは２０〜３０重量部）とされた０．５μｍ未満の平均粒子径を備えた無定型シリカ、１０〜８０重量部（好ましくは１５〜４０重量部）とされた１０〜１４ｍｍの間の平均の長さを備えた金属ファイバー、少なくとも０．５重量部（乾燥抽出物）の分散材、任意の混合剤、および１０〜３０重量部、好ましくは１０〜２４重量部、さらに好ましくは１２〜２０重量部の水を含有する。
本発明は、ある特定の超可塑剤に限定されないが、メラミンおよびナフタレン型の超可塑剤以上に、ポリアクリラート型の超可塑剤が好ましい。好ましくは、少なくとも０．５、好ましくは少なくとも１．２、さらに好ましくは約１．８重量部の超可塑剤（乾燥抽出物）を用いる。
用いられるシリカは、シリカフューム(silica fume)が好ましく、特に、シリコン産業のシリカフュームよりもジルコニウム産業のシリカフュームが好ましい。
実施態様では、シリカを、例えばフライアッシュおよび高炉スラグ等のセメントとポゾラン反応する他の成分に、完全にまたは部分的に置き換えることができる。
本発明のコンクリートは、既知の方法で固形の構成成分と水とを混合することによって調製される。
好ましくは、得られたコンクリートを、室温と１００℃との間の温度、特に６０〜１００℃の間、好ましくは９０℃の状態でキュアリングする。
キュアリングの期間は、好ましくは６時間から４日間の間、最適なのは２日間とされ、このキュアリングは混合物の凝結終了後から始められる。
このキュアリングは、乾燥したもしくは湿った条件下で行われるか、あるいは、例えば湿った条件下で２４時間キュアリングした後、乾燥した条件下で２４時間キュアリングするといった、湿った状態と乾燥した状態とが交互に並ぶ周期に従って行われる。
このキュアリングは、凝結したコンクリート、好ましくは少なくとも１日の材令のコンクリート、さらに好ましくは少なくとも約７日の材令のコンクリートに適用される。
特定の実施態様では、
− 凝結終了から６時間〜４日間の間、６０℃〜１００℃でコンクリートをオーブンキュア(oven cured)する。
− 凝結終了から１２時間〜２４時間の間、６０℃〜１００℃でコンクリートをオーブンキュアする。
− 凝結開始して少なくとも１日後から、６時間〜４日間の間、６０℃〜１００℃でコンクリートをオーブンキュアする。
− 凝結終了後、６時間〜４日間の間、７０℃〜９０℃でコンクリートをオーブンキュアする。
コンクリートを高温でキュアした場合には、以下の表に示したように、破砕された石英粉末の添加は特に使用できる。
以下の表は、本発明のコンクリートおよび他のコンクリートの特性の比較例を示す。
本発明を、添付した図面の図を参照して以下に詳細に説明する。
− 図１は、本発明に係るコンクリートの微細構造図である。
− 図２は、金属ファイバーの体積の割合の関数としてのコンクリートの引張り強度曲線である。
− 図３は、金属ファイバーのボリュームフラクションの関数としてのコンクリートの破壊エネルギー曲線である。
− 図４は、ファイバーの長さの関数としてのコンクリートの破壊エネルギー曲線である。
− 図５は、水／セメントの割合の関数としてのコンクリートの圧縮強度曲線である。
− 図６は、超可塑剤／セメントの割合の関数としてのコンクリートのワーカビリティーおよび圧縮強度の曲線である。
− 図７は、ポストキュアリング温度の関数としてのコンクリートの圧縮強度曲線である。
− 図８は、従来のモルタルの強度と比較したコンクリートの引張り強度曲線である。
− 図９は、従来のモルタルと比較したコンクリートの破壊エネルギー曲線である。
− 図１０は、本発明に係るコンクリートからできた梁の半立面図(half-elevation view)である。
− 図１１は、梁の中部径間（図１１Ａ）と支持部（図１１Ｂ）の断面図である。
− 図１２は、梁に荷重をかけるのに用いられた水圧ジャッキの分布を図示したものである。
− 図１３は、曲げモーメントの関数としての中間径間におけるたわみ曲線である。
− 図１４は、梁のクラッキングの出現における応力の図である。
− 図１５は、本発明に係るコンクリートからなる橋の甲板の断面図である。
− 図１６は、従来のコンクリートからなる橋の対応する甲板の断面図である。
− 図１７は、本発明に係るコンクリートの破壊における引張り伸度の曲線である。
図１は、本発明のコンクリートにおける金属ファイバーの作用様式を示す図であり、従来の受動的な補強材の作用様式と比較されている。図１Ａは、最大直径Ｄ＝２５ｍｍの骨材に囲まれた長さＬ＝６０ｍｍのファイバーの図であり、割合Ｒ＝Ｌ／Ｄmax＝２．４である。図１Ｂは、Ｌ＝１２ｍｍかつＤmax＝０．４ｍｍの本発明に係るコンクリートにおける骨材によって囲まれた金属ファイバーの図（異なる規模）である。
図２ないし７は、種々のパラメーター（ファイバーの密度、ファイバーの長さ、水／セメントの割合、超可塑剤／セメントの割合、ポストキュアリング温度）の関数としての本発明に係るコンクリートのある特徴における多様性を示す曲線である。
以下のことが明らかである：
− 曲げ強さに関して言えば、ファイバーの最適なパーセントは、約３．５（体積で）である。
− 破壊エネルギーに関して言えば、ファイバーの最適なパーセントは、約２．０、約２．５である。
− 最適な水／セメントの割合は、約０．１６〜０．１８である。
− 最適な可塑剤（乾燥抽出物）、セメントの割合は、ポリアクリラートの場合には約１．８％である。
− 最適なキュアリング温度は、約８０℃〜約９０℃である。
本発明を、いくつかの実施例によって以下にさらに例証する。
実施例Ｉ
本発明に係るコンクリートを調製するための典型的な組成物を、以下の表３に示す。
シリカは、主としてシリカフューム（１８ｍ2／ｇ）である。
スチールファイバーは、直線状で平滑である。
従来のコンクリートのように、セメントに比べて低いパーセントの水で、構成成分を混合し、鋳込み、振動させることができる。
ファイバーのパーセントが、曲げ強さと破壊エネルギーを決定する。図８は、切り欠かれた試験片上での３点曲げ試験における、従来のモルタルと比べたこのコンクリートの挙動を示す。本発明のコンクリートは、かなりのひずみ硬化(strain-hardening)段階の後に緩やかなひずみ軟化(strain-softening)を示す。最大の引張り応力は、クラッキングが始まった時の引張り応力の二倍である（それぞれ、５０ＭＰａと２５ＭＰａ）。たわみ最大応力は、最初のマイクロクラックの開始におけるたわみより約１０倍大きい。
図９は、切り欠かれた４ｃｍ ｘ ４ｃｍ ｘ １６ｃｍの試験片におけるポイント曲げ試験で得られた結果を示す。その曲線の下の領域に比例した破壊エネルギーは、本発明に係るコンクリートに関しては典型的に３００００ｊ／ｍ2であるが、従来のモルタルに関しては１００Ｊ／ｍ2である。
本発明のコンクリートは、受動的な補強材を含まない構造部材に使用することができる。
従来のコンクリートでは、全ての側面付近に、ある距離をおいて−被覆と呼ばれる−一般的に１〜５ｃｍの間であって１０ｃｍ未満とされた通常の補強を備える必要がある。この必要性が、コンクリート部材の側面を一般的に平らで規則的なものとし、まれに一つの曲がりを備え、二つの曲がりを備えることはほとんどない。
本発明のコンクリートは、従来の補強材を含まずに使用することができるため、形状に関して自由度の大きいより薄い部材を作り出すことが可能である。その理由は、二つの面の最小の被覆はもちろん、各方向に従来のコンクリートにおける補強を行う必要性から、部材が水平にモールドされれば最低でも７ｃｍ、壁やシェルのように部材が垂直にモールドされた場合には１２ｃｍの厚さとなるからである。本発明のコンクリートを用いれば、水平にモールドされた部材の最小の厚さは８ｍｍ、垂直にモールドされた部材の最小の厚さは２０ｍｍである。この利点により、作られる材料をかなり節約することができる。
本発明のコンクリートによってなされた形状の自由度により、優れた建築の外観を備えた複雑な形状の部材を作り出すことが可能となる。また、この形状自由度により、材料をより良好に配分することができ、このことは強度について強く要求されている。これにより、材料において非常に顕著な節約ができる。
本発明によってなされる材料の節約は、自重が全荷重の重要な部分を示す部材にとってはなおさら重大である。
また、本発明のコンクリートは、受動的な補強材を含まないプレストレスト部材にも用いることができる。
プレストレスされた梁には、本発明のコンクリートの使用により、少なくとも２．５の割合で材料を節約することができる。
通常のプレストレストコンクリートを用いる場合には、部材の表面に沿って従来の補強材、およびワイヤ、ストランドもしくはケーブル等のプレストレッシング部材の定着部における補強強化剤を使用する必要がある。これは、コンクリートがポストテンショニングによってプレストレスされた場合（ダクテッドバー、油が塗られた被覆モノストランド；ダクテッドケーブル、ワイヤまたはストランドの集合からなるケーブル）、あるいはコンクリートがプレテンショニング（結合ワイヤ；結合ストランド）によってプレストレスされた場合に適用される。
プレストレッシング部材の存在により必要とされたものを含む、従来の補強材の全てになされる節約を可能にすることから、本発明のコンクリートの使用はプレストレスト部材の場合に特に有利である。この理由は、いわゆる木口(butt ends)におけるプレストレス分配力が、従来のコンクリートの強度限界をはるかに超えた引張りおよび剪断応力を生ずることであり、それゆえ、その力を、補強によって吸収しなければならない。対照的に、本発明のコンクリートの強度および延性は、従来の補強材を含まずにこの力を吸収するのに十分である。
実施例II
以下の組成（ファイバー濃度：２．６体積％）を有するコンクリート組成物でＴ型の梁をモールドした。
試験の梁は、Ｔ型の断面を有し、全長が１０ｍで、高さが０．３４ｍである（図１０）。上部のフランジは、０．１５の幅を備え、ウェブは０．０６ｍの厚さを備えている（図１１）。
プレストレッシングは、断面が１３９ｍｍ2のＴ１５ストランドを用いてなされる。スチールの降伏応力は、１５２５ＭＰａであり、保証破損応力(guaranteed failure stress)は、１７３０ＭＰａである。その梁は、受動的な補強材を全く含まない。
梁をコンクリート打ちする前に、ストランドを降伏応力の９０％まで引っ張った。適用された応力の除去および切除をコンクリート打ち後４日に行った。スリップインのストランドは、平均で１．６ｍｍであり、約０．７０ｍの定着長さ(anchorage length)に対応する。
７日の材令で、蒸気養生により、コンクリート内の温度を５日間８０℃に保った。プレストレス移送(prestress transfer)の時に、コンクリートの曲げ引張り強度は２２ＭＰａであった。この梁を２１日目に荷重した。この材令では、円柱上で測定された圧縮強度は１７０ＭＰａ、曲げ引張り強度は４２ＭＰａ、ヤング係数は５０ＧＰａであった。
８つの均一に分配されたジャックによって鉛直荷重を負荷した（図１２）。梁の一つの面を、クラッキングを容易に視覚的に検出できるように着色した。中間径間および対照としてその支持部におけるたわみの測定をしながら、荷重を負荷した。
この梁を８２ｋＮｍまで荷重し、その後完全に解除した。残りのたわみは、全く観察されなかった。二回目の荷重の間に、曲げモーメントが１２２ｋＮｍとした際にクラッキングが観察された（図１３）。（０．１−０．２ｍｍ）の小さい開口を有するこのクラッキングは、梁を三等分した中央部に０．３０ｍ毎に均一に分配された。
この応力状態では、底部のファイバーへの理論的な引張り応力は、クラックしていない部位で計算して、３９ＭＰａ（図１４）であり、上部ファイバーへの圧縮応力は４９ＭＰａである。
荷重は、極限状態まで続けられた。モーメントが１４７ｋＮｍに達したとき、３つの広いクラックが中央部に発生した。この梁は、応力が１５７ｋＮｍのところでストランドの破砕により破損した。
最大剪断応力が３．５ＭＰａのところでは、剪断応力クラックは全く観察されなかった。支持部付近の荷重分配領域でも同じであった。
本発明のコンクリートは、クラッキングせずに第二の引張り力に耐えることができる。
最初の曲げによるクラッキングは、極端に高レベルの引張り応力で観察された。クラッキング後の梁の挙動は、強度の３２％の増加および大きなポストエラスティックなたわみ(post-elastic deflection)の発生に特徴がある。
さらに、受動的な補強材が無いことにより、種々の部分における力を吸収するのにより適した型枠の形状を用いることができる。これにより、本発明の材料の効果が更に改良される。
実施例III
図１５は、表４に記載されたコンクリートからなる橋の甲板の断面図を示し、図１６は、従来のコンクリートからなる対応する甲板の断面図を示しており、これらの二つの甲板は、同じ作用特性を備えている。
甲板の幅は、上部が１５．５０ｍであり、底部が５．２４ｍであり、高さは５ｍである。
コンクリートの体積は、甲板の平方メートル当たりのｍ3で、第一の例で０．２３であり第二の例で０．６７である。
実施例IV
以下に記載する方法は、長さが５ｍで直径が０．４ｍの長い円柱形のメンブレンからなる格子げた(lattice girder)を鋳込むために用いる。部材（補強材を含有しない）の体積は、０．６３ｍ3である。この梁は、組立後にポストテンショニングによってプレストレスされる。
得られたコンクリートの機械的特徴は、以下の通りである。
このコンクリートは、通常のミキサーを用いて、好ましくは以下の技術を用いて得ることができる。
１）乾燥した構成成分（ファイバーを除く）のミキサーへの投入
最初に砂を入れ、次いでより微細な部材およびセメントを入れる。３０〜９０秒間混合する。
２）水と超可塑剤のミキサーへの投入
超可塑剤と水を混合し、この混合物をミキサーで分散する。ミキサーの効力にあわせて４〜７分間混合する。
３）ファイバーのミキサーへの投入
すぐにファイバーをミキサーに入れ、このファイバーを分離させるためにコンクリートを振動させる。
ファイバーを投入した後、２〜３分間混合操作を行う。
合計の混合時間は、７〜１２分の間で変化する。
しかして、本発明に係るコンクリートは、従来のコンクリートと同じ方法、および同じ装置を用いて混合することができるが、混合時間は、約５倍である。
梁は、従来の方法で外的な振動をして、垂直にモールドされる。
凝結から１８時間後にストライキング(striking)して、この梁を、９０％の相対湿度、２０℃で７日間環境チャンバー内に保った。９０℃の熱キュアを蒸気噴射によって２４時間行った。この梁を、設置およびプレストレッシング操作用に用意した。
実施例V 材料の極限の引張りひずみの特性決定
６０ｃｍの長さと４ｘ５ｃｍの断面を備えた柱状の試験片で、４点曲げ試験を行った。
この試験片の製造に用いられた調製は、以下の通りである（重量部で表示）。
柱状の試験片を、木製被覆された型枠で振動台を用いて振動し、こてを用いて表面を滑らかにした。混合した後、１６時間でストライキングを行った。次いで、本発明に係るコンクリートに、試験の日に周囲の環境にさらす前に９０℃の熱キュアリングを行った。
５０ｃｍ離した二つの円柱で支えた試験片上に４点曲げ試験を行った。中心から１０ｃｍ離された二本の円柱によって、荷重をかけた。寄生的な力を消去するためにこのシステムを回転させた。曲げ応力は、試験片の中央で２０ｃｍ以上で一定であると考えられる。
荷重を累積的に適用し、ひずみゲージを用いて、試験片の上部（圧縮）ファイバーと底部（引張り）ファイバーのひずみを測定した。本発明に係るコンクリートの挙動は、図１７に例証されている。以下の表において測定結果を従来のコンクリートと比較する。
本発明は、記載された実施態様に限定されない。
ここでは、“金属ファイバーコンクリート”は、金属ファイバーを含むセメント性のマトリックスの本体を意味し、水と混合したセメント性組成物を凝結して得られる。
“コンクリート部材”は、柱、梁、厚板、壁、格間、せき板部材、クラッディング(cladding)パネル、および建築物に用いられる装飾もしくは構造部材を意味する。
従来のコンクリートは、以下の３相によって形成された粒状構造を有する。
− １〜１００μｍの粒子径を有する、結合相を構成するセメント、
− １〜４ｍｍの粒子径を有する砂、
− ５〜２０ｍｍもしくは５〜２５ｍｍの粒子径の骨材または砂利。
従来の金属ファイバーコンクリートは、３０〜６０ｍｍの長さのスチールファイバーを含有する。過剰に破壊せずに混合できるように、また、コンクリートを鋳込む必要性（投入および振動）から、使用される最大のファイバーの長さが制限されている。
平滑金属ファイバーは、接着によってコンクリートに固定される。平滑ファイバーが確実に適切に挙動するようにするには、ファイバーの長さをその直径で割った形状係数が、５０〜１００の間にあることが重要である。その形状寸法、すなわちコルゲーション、末端のフック、キャステレーション(castellations)等を変えることをによってそのファイバーの固定が改良された場合に、この最適な形状係数を減少させることができる。
従来のファイバーコンクリートに用いられたファイバーの量は、３０ｋｇ／ｍ3〜１５０ｋｇ／ｍ3の間であり、一般的には４０ｋｇ／ｍ3〜８０ｋｇ／ｍ3の間とされ、０．５％〜１％の体積パーセントに対応する。
前記ファイバーの長さＬは、一般的には３０ｍｍ〜６０ｍｍの間、最も粒の粗い骨材の直径Ｄは、一般的には２０〜２５ｍｍの間とされ、従って割合Ｒ＝Ｌ／Ｄは、１．２〜３．０の間である。
従来のコンクリートでは、より大きな多孔性（移行接触変成帯(transition aureole)）のために、骨材と硬化したセメントペーストとの間の境界面が、低強度領域を形成してしまう。この境界面は、骨材とペーストとの間の挙動の異方性のために局部応力の部位でもある。コンクリートに全体的な張力がかけられた場合には、この張力に耐え、かつ、最も粒の粗い骨材の大きさの少なくとも約１０倍の展開された長さを有する固定剤（ファスナー）が存在するなら、この骨材は連結を維持することができる。
割合Ｒは、せいぜい３．０であるので、このファイバーは、骨材を効果的に結びつけることができない。
これは、従来のコンクリートへの金属ファイバーの添加が、わずかにコンクリートの引張り強度を改良するのみであるという事実に裏付けられる。この改良は、０．５〜１体積％の通常のファイバー内容物に対して数パーセントである。
従来の補強材を含まないコンクリートに用いられた金属ファイバーは、コンクリートをクラッキングから保護することができないが、これを分配する。すなわち、より少ないがより広いクラックの代わりにファイバーで互いに縫いとじられた多くのマイクロクラックがある。
その結果として、従来の受動的な補強材を含まない金属ファイバーコンクリートの使用は限定される。
特別な金属ファイバーコンクリート組成物および金属ファイバーを含有するセメント性マトリックスを製造する特別は方法は、既知であり（ＣＯＭＰＲＥＳＩＴ、ＳＩＦＣＯＮ等）、例えば、米国特許第４９７９９９２号（Ｈ．Ｈ．ＢＡＣＨＥ）、第４５１３０４０号、第４５５９８８１号、第４５９３６２７号および第４６６８５４８号（Ｄ．Ｒ．ＬＡＮＫＡＲＤ）に記載されている。
本発明は、受動的な補強材を含まない、プレストレストコンクリートまたは非プレストレストコンクリート部材を構成する超高強度延性コンクリートを製造するための特定の新規組成物に関する。
本発明の目的の一つは、少なくとも約３０ＭＰａ〜約６０ＭＰａの間の範囲の引張り強度を備えた、従来の受動的な補強材を含まない金属ファイバーコンクリート部材を得ることである。
本発明の更なる目的は、少なくとも約１００００〜約４００００Ｊ／ｍ2の範囲の破壊エネルギーを備えた金属ファイバーコンクリート部材を得ることである。
本発明の更なる目的は、少なくとも４０００ｘ１０-6ｍ／ｍ〜９０００ｘ１０-6ｍ／ｍの範囲内にある破壊時における延びを備えた構造部材を得ることである。
また、本発明の目的は、少なくとも約１５０〜約２５０ＭＰａの間の範囲の圧縮強度を備えた金属ファイバーコンクリートを得ることである。
また、本発明の目的は、少なくとも６ＭＰａ．ｍ0.5〜１３ＭＰａ．ｍ0.5の範囲の応力度ファクターを備えたコンクリート部材を得ることである。
さらに、本発明の目的は、少なくとも２．５（従来のコンクリート）に対して１（本発明のコンクリート）の重量節約であるが、従来のコンクリートからなるコンクリート部材の性能特性に匹敵する性能特性を備えたコンクリート部材を提供することである。
また、本発明の目的は、従来のコンクリートではできなかった形状をモールドすることができるコンクリートを提供することである。
本発明に係る金属ファイバーコンクリート組成物は、ポルトランドセメント、砂粒子、セメントとポゾラン反応する成分、金属ファイバー、分散材、任意の混合剤および水から本質的になり、砂粒子の少なくとも９０％（重量）を占める優勢量の砂粒子が、８００μｍ以下という最大粒子径Ｄを備え、金属ファイバーの少なくとも９０％（重量）を占める優勢量の金属ファイバーが、４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の個別の長さｌを備え、砂粒子の埼大粒子径Ｄに対するファイバーの平均の長さＬの割合Ｒが、１０以上であり、優勢量の金属ファイバーの体積が、硬化後のコンクリートの体積の１．０％〜４．０％であり、かつ、セメント１００部（重量）当たり、少なくとも６０部（重量）の優勢量の砂粒子と、少なくとも１０部（重量）の優勢量の金属ファイバーとを含有することを特徴とする。
混合および型で硬化した後の上記組成物は、金属ファイバーコンクリートの固体を生産する。
用語“優勢量の砂粒子”は、全体の砂粒子の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、さらに好ましくは少なくとも９８％存在する砂粒子を表すのに用いられる。
用語“優勢量の金属ファイバー”は、全体の金属ファイバーの少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、さらに好ましくは少なくとも９８％存在する金属ファイバーを表すのに用いられる。
理想的には、優勢量の砂粒子が全ての砂粒子をなし、優勢量の金属ファイバーが全ての金属ファイバーをなす。
特に有利な実施態様では、
− Ｄが６００μｍ以下であり、好ましくは４００μｍ以下である（８００、６００および４００μｍの粒子径は、実際に、それぞれＡＦＮＯＲ ＮＦ X ５０１シリーズ［lacuna］の３０、２９および２７の相当する選別寸法に対応する。
− ｌは８〜１６ｍｍの範囲内とされ、もしくは１０〜１４ｍｍの範囲内が好ましい。
− 優勢量の金属ファイバーは、８０〜５００μｍの範囲、より好ましくは１００〜２００μｍの範囲の直径を備えている。
− 優勢量の金属ファイバーの体積のパーセントは、凝結後のコンクリートの体積の２．０％〜３％の範囲内、好ましくは約２．５％とされる。
− 砂粒子は、必須に微細な砂であり、好ましくはふるいにかけられた未加工の砂、すりつぶされた砂および他の微細な砂からなる群のものである。
− ポルトランドセメントは、ＣＰＡ ＰＭＥＳ、ＨＰ、ＨＰＲおよび、好ましくはＨＴＳ（高度シリカ含有）セメントからなる群のセメントである。
− 金属ファイバーは、スチールファイバー、ステンレススチールファイバー、並びに銅、亜鉛および他の非鉄金属の金属または合金等の非鉄金属で被覆されたスチールまたはステンレススチールファイバーからなる群のファイバーである。
− セメントとポゾラン反応する成分は、０．５μｍ未満の平均粒子径を備えたシリカ、フライアッシュおよび高炉スラグからなる群の部材である。
− 分散材は、ナフタレン、メラミン、ポリアクリラートおよび他の超可塑剤(superplasticisers)からなる群の超可塑剤である。
典型的な例としては、コンクリートを作るための混合物における骨材が、４００μｍ以下という直径を備え、金属ファイバーが、Ｒ＝３０の割合を与えるように１２ｍｍより大きい長さを有する。
反応性の粉末コンクリートのマトリックスにおける１２ｍｍの長さのファイバーの挙動は、Ｌ＝ＲｘＤ、すなわち３０ｘ２０＝６００ｍｍの長さを備えた従来の平滑補強材の挙動に類似している。
このため、本発明のコンクリートの機械的な挙動は、規模効果(scale effect)の範囲内で、長さが６００ｍｍの従来の補強材を備えた従来の補強されたコンクリートの機械的挙動と同じである。
従来の非補強ファイバーコンクリートは、構造用コンクリートとして、すなわち、梁、柱および厚板の製造用に用いることができなかったが、本発明の“マイクロ補強化”コンクリートは、対照的に、このような適用に使用することのできる新規の物質を構成する。
より好ましい実施態様では、コンクリートを作るための混合物が、セメント１００重量部当たりに、６０〜１５０重量部（好ましくは８０〜１３０重量部）とされた１５０〜４００μｍの範囲の平均粒子径を有する微細砂、１０〜４０重量部（好ましくは２０〜３０重量部）とされた０．５μｍ未満の平均粒子径を備えた無定型シリカ、１０〜８０重量部（好ましくは１５〜４０重量部）とされた１０〜１４ｍｍの間の平均の長さを備えた金属ファイバー、少なくとも０．５重量部（乾燥抽出物）の分散材、任意の混合剤、および１０〜３０重量部、好ましくは１０〜２４重量部、さらに好ましくは１２〜２０重量部の水を含有する。
本発明は、ある特定の超可塑剤に限定されないが、メラミンおよびナフタレン型の超可塑剤以上に、ポリアクリラート型の超可塑剤が好ましい。好ましくは、少なくとも０．５、好ましくは少なくとも１．２、さらに好ましくは約１．８重量部の超可塑剤（乾燥抽出物）を用いる。
用いられるシリカは、シリカフューム(silica fume)が好ましく、特に、シリコン産業のシリカフュームよりもジルコニウム産業のシリカフュームが好ましい。
実施態様では、シリカを、例えばフライアッシュおよび高炉スラグ等のセメントとポゾラン反応する他の成分に、完全にまたは部分的に置き換えることができる。
本発明のコンクリートは、既知の方法で固形の構成成分と水とを混合することによって調製される。
好ましくは、得られたコンクリートを、室温と１００℃との間の温度、特に６０〜１００℃の間、好ましくは９０℃の状態でキュアリングする。
キュアリングの期間は、好ましくは６時間から４日間の間、最適なのは２日間とされ、このキュアリングは混合物の凝結終了後から始められる。
このキュアリングは、乾燥したもしくは湿った条件下で行われるか、あるいは、例えば湿った条件下で２４時間キュアリングした後、乾燥した条件下で２４時間キュアリングするといった、湿った状態と乾燥した状態とが交互に並ぶ周期に従って行われる。
このキュアリングは、凝結したコンクリート、好ましくは少なくとも１日の材令のコンクリート、さらに好ましくは少なくとも約７日の材令のコンクリートに適用される。
特定の実施態様では、
− 凝結終了から６時間〜４日間の間、６０℃〜１００℃でコンクリートをオーブンキュア(oven cured)する。
− 凝結終了から１２時間〜２４時間の間、６０℃〜１００℃でコンクリートをオーブンキュアする。
− 凝結開始して少なくとも１日後から、６時間〜４日間の間、６０℃〜１００℃でコンクリートをオーブンキュアする。
− 凝結終了後、６時間〜４日間の間、７０℃〜９０℃でコンクリートをオーブンキュアする。
コンクリートを高温でキュアした場合には、以下の表に示したように、破砕された石英粉末の添加は特に使用できる。
− 図１は、本発明に係るコンクリートの微細構造図である。
− 図２は、金属ファイバーの体積の割合の関数としてのコンクリートの引張り強度曲線である。
− 図３は、金属ファイバーのボリュームフラクションの関数としてのコンクリートの破壊エネルギー曲線である。
− 図４は、ファイバーの長さの関数としてのコンクリートの破壊エネルギー曲線である。
− 図５は、水／セメントの割合の関数としてのコンクリートの圧縮強度曲線である。
− 図６は、超可塑剤／セメントの割合の関数としてのコンクリートのワーカビリティーおよび圧縮強度の曲線である。
− 図７は、ポストキュアリング温度の関数としてのコンクリートの圧縮強度曲線である。
− 図８は、従来のモルタルの強度と比較したコンクリートの引張り強度曲線である。
− 図９は、従来のモルタルと比較したコンクリートの破壊エネルギー曲線である。
− 図１０は、本発明に係るコンクリートからできた梁の半立面図(half-elevation view)である。
− 図１１は、梁の中部径間（図１１Ａ）と支持部（図１１Ｂ）の断面図である。
− 図１２は、梁に荷重をかけるのに用いられた水圧ジャッキの分布を図示したものである。
− 図１３は、曲げモーメントの関数としての中間径間におけるたわみ曲線である。
− 図１４は、梁のクラッキングの出現における応力の図である。
− 図１５は、本発明に係るコンクリートからなる橋の甲板の断面図である。
− 図１６は、従来のコンクリートからなる橋の対応する甲板の断面図である。
− 図１７は、本発明に係るコンクリートの破壊における引張り伸度の曲線である。
図１は、本発明のコンクリートにおける金属ファイバーの作用様式を示す図であり、従来の受動的な補強材の作用様式と比較されている。図１Ａは、最大直径Ｄ＝２５ｍｍの骨材に囲まれた長さＬ＝６０ｍｍのファイバーの図であり、割合Ｒ＝Ｌ／Ｄmax＝２．４である。図１Ｂは、Ｌ＝１２ｍｍかつＤmax＝０．４ｍｍの本発明に係るコンクリートにおける骨材によって囲まれた金属ファイバーの図（異なる規模）である。
図２ないし７は、種々のパラメーター（ファイバーの密度、ファイバーの長さ、水／セメントの割合、超可塑剤／セメントの割合、ポストキュアリング温度）の関数としての本発明に係るコンクリートのある特徴における多様性を示す曲線である。
以下のことが明らかである：
− 曲げ強さに関して言えば、ファイバーの最適なパーセントは、約３．５（体積で）である。
− 破壊エネルギーに関して言えば、ファイバーの最適なパーセントは、約２．０、約２．５である。
− 最適な水／セメントの割合は、約０．１６〜０．１８である。
− 最適な可塑剤（乾燥抽出物）、セメントの割合は、ポリアクリラートの場合には約１．８％である。
− 最適なキュアリング温度は、約８０℃〜約９０℃である。
本発明を、いくつかの実施例によって以下にさらに例証する。
実施例Ｉ
本発明に係るコンクリートを調製するための典型的な組成物を、以下の表３に示す。
スチールファイバーは、直線状で平滑である。
従来のコンクリートのように、セメントに比べて低いパーセントの水で、構成成分を混合し、鋳込み、振動させることができる。
ファイバーのパーセントが、曲げ強さと破壊エネルギーを決定する。図８は、切り欠かれた試験片上での３点曲げ試験における、従来のモルタルと比べたこのコンクリートの挙動を示す。本発明のコンクリートは、かなりのひずみ硬化(strain-hardening)段階の後に緩やかなひずみ軟化(strain-softening)を示す。最大の引張り応力は、クラッキングが始まった時の引張り応力の二倍である（それぞれ、５０ＭＰａと２５ＭＰａ）。たわみ最大応力は、最初のマイクロクラックの開始におけるたわみより約１０倍大きい。
図９は、切り欠かれた４ｃｍ ｘ ４ｃｍ ｘ １６ｃｍの試験片におけるポイント曲げ試験で得られた結果を示す。その曲線の下の領域に比例した破壊エネルギーは、本発明に係るコンクリートに関しては典型的に３００００ｊ／ｍ2であるが、従来のモルタルに関しては１００Ｊ／ｍ2である。
本発明のコンクリートは、受動的な補強材を含まない構造部材に使用することができる。
従来のコンクリートでは、全ての側面付近に、ある距離をおいて−被覆と呼ばれる−一般的に１〜５ｃｍの間であって１０ｃｍ未満とされた通常の補強を備える必要がある。この必要性が、コンクリート部材の側面を一般的に平らで規則的なものとし、まれに一つの曲がりを備え、二つの曲がりを備えることはほとんどない。
本発明のコンクリートは、従来の補強材を含まずに使用することができるため、形状に関して自由度の大きいより薄い部材を作り出すことが可能である。その理由は、二つの面の最小の被覆はもちろん、各方向に従来のコンクリートにおける補強を行う必要性から、部材が水平にモールドされれば最低でも７ｃｍ、壁やシェルのように部材が垂直にモールドされた場合には１２ｃｍの厚さとなるからである。本発明のコンクリートを用いれば、水平にモールドされた部材の最小の厚さは８ｍｍ、垂直にモールドされた部材の最小の厚さは２０ｍｍである。この利点により、作られる材料をかなり節約することができる。
本発明のコンクリートによってなされた形状の自由度により、優れた建築の外観を備えた複雑な形状の部材を作り出すことが可能となる。また、この形状自由度により、材料をより良好に配分することができ、このことは強度について強く要求されている。これにより、材料において非常に顕著な節約ができる。
本発明によってなされる材料の節約は、自重が全荷重の重要な部分を示す部材にとってはなおさら重大である。
また、本発明のコンクリートは、受動的な補強材を含まないプレストレスト部材にも用いることができる。
プレストレスされた梁には、本発明のコンクリートの使用により、少なくとも２．５の割合で材料を節約することができる。
通常のプレストレストコンクリートを用いる場合には、部材の表面に沿って従来の補強材、およびワイヤ、ストランドもしくはケーブル等のプレストレッシング部材の定着部における補強強化剤を使用する必要がある。これは、コンクリートがポストテンショニングによってプレストレスされた場合（ダクテッドバー、油が塗られた被覆モノストランド；ダクテッドケーブル、ワイヤまたはストランドの集合からなるケーブル）、あるいはコンクリートがプレテンショニング（結合ワイヤ；結合ストランド）によってプレストレスされた場合に適用される。
プレストレッシング部材の存在により必要とされたものを含む、従来の補強材の全てになされる節約を可能にすることから、本発明のコンクリートの使用はプレストレスト部材の場合に特に有利である。この理由は、いわゆる木口(butt ends)におけるプレストレス分配力が、従来のコンクリートの強度限界をはるかに超えた引張りおよび剪断応力を生ずることであり、それゆえ、その力を、補強によって吸収しなければならない。対照的に、本発明のコンクリートの強度および延性は、従来の補強材を含まずにこの力を吸収するのに十分である。
実施例II
以下の組成（ファイバー濃度：２．６体積％）を有するコンクリート組成物でＴ型の梁をモールドした。
プレストレッシングは、断面が１３９ｍｍ2のＴ１５ストランドを用いてなされる。スチールの降伏応力は、１５２５ＭＰａであり、保証破損応力(guaranteed failure stress)は、１７３０ＭＰａである。その梁は、受動的な補強材を全く含まない。
梁をコンクリート打ちする前に、ストランドを降伏応力の９０％まで引っ張った。適用された応力の除去および切除をコンクリート打ち後４日に行った。スリップインのストランドは、平均で１．６ｍｍであり、約０．７０ｍの定着長さ(anchorage length)に対応する。
７日の材令で、蒸気養生により、コンクリート内の温度を５日間８０℃に保った。プレストレス移送(prestress transfer)の時に、コンクリートの曲げ引張り強度は２２ＭＰａであった。この梁を２１日目に荷重した。この材令では、円柱上で測定された圧縮強度は１７０ＭＰａ、曲げ引張り強度は４２ＭＰａ、ヤング係数は５０ＧＰａであった。
８つの均一に分配されたジャックによって鉛直荷重を負荷した（図１２）。梁の一つの面を、クラッキングを容易に視覚的に検出できるように着色した。中間径間および対照としてその支持部におけるたわみの測定をしながら、荷重を負荷した。
この梁を８２ｋＮｍまで荷重し、その後完全に解除した。残りのたわみは、全く観察されなかった。二回目の荷重の間に、曲げモーメントが１２２ｋＮｍとした際にクラッキングが観察された（図１３）。（０．１−０．２ｍｍ）の小さい開口を有するこのクラッキングは、梁を三等分した中央部に０．３０ｍ毎に均一に分配された。
この応力状態では、底部のファイバーへの理論的な引張り応力は、クラックしていない部位で計算して、３９ＭＰａ（図１４）であり、上部ファイバーへの圧縮応力は４９ＭＰａである。
荷重は、極限状態まで続けられた。モーメントが１４７ｋＮｍに達したとき、３つの広いクラックが中央部に発生した。この梁は、応力が１５７ｋＮｍのところでストランドの破砕により破損した。
最大剪断応力が３．５ＭＰａのところでは、剪断応力クラックは全く観察されなかった。支持部付近の荷重分配領域でも同じであった。
本発明のコンクリートは、クラッキングせずに第二の引張り力に耐えることができる。
最初の曲げによるクラッキングは、極端に高レベルの引張り応力で観察された。クラッキング後の梁の挙動は、強度の３２％の増加および大きなポストエラスティックなたわみ(post-elastic deflection)の発生に特徴がある。
さらに、受動的な補強材が無いことにより、種々の部分における力を吸収するのにより適した型枠の形状を用いることができる。これにより、本発明の材料の効果が更に改良される。
実施例III
図１５は、表４に記載されたコンクリートからなる橋の甲板の断面図を示し、図１６は、従来のコンクリートからなる対応する甲板の断面図を示しており、これらの二つの甲板は、同じ作用特性を備えている。
甲板の幅は、上部が１５．５０ｍであり、底部が５．２４ｍであり、高さは５ｍである。
コンクリートの体積は、甲板の平方メートル当たりのｍ3で、第一の例で０．２３であり第二の例で０．６７である。
実施例IV
以下に記載する方法は、長さが５ｍで直径が０．４ｍの長い円柱形のメンブレンからなる格子げた(lattice girder)を鋳込むために用いる。部材（補強材を含有しない）の体積は、０．６３ｍ3である。この梁は、組立後にポストテンショニングによってプレストレスされる。
１）乾燥した構成成分（ファイバーを除く）のミキサーへの投入
最初に砂を入れ、次いでより微細な部材およびセメントを入れる。３０〜９０秒間混合する。
２）水と超可塑剤のミキサーへの投入
超可塑剤と水を混合し、この混合物をミキサーで分散する。ミキサーの効力にあわせて４〜７分間混合する。
３）ファイバーのミキサーへの投入
すぐにファイバーをミキサーに入れ、このファイバーを分離させるためにコンクリートを振動させる。
ファイバーを投入した後、２〜３分間混合操作を行う。
合計の混合時間は、７〜１２分の間で変化する。
しかして、本発明に係るコンクリートは、従来のコンクリートと同じ方法、および同じ装置を用いて混合することができるが、混合時間は、約５倍である。
梁は、従来の方法で外的な振動をして、垂直にモールドされる。
凝結から１８時間後にストライキング(striking)して、この梁を、９０％の相対湿度、２０℃で７日間環境チャンバー内に保った。９０℃の熱キュアを蒸気噴射によって２４時間行った。この梁を、設置およびプレストレッシング操作用に用意した。
実施例V 材料の極限の引張りひずみの特性決定
６０ｃｍの長さと４ｘ５ｃｍの断面を備えた柱状の試験片で、４点曲げ試験を行った。
この試験片の製造に用いられた調製は、以下の通りである（重量部で表示）。
５０ｃｍ離した二つの円柱で支えた試験片上に４点曲げ試験を行った。中心から１０ｃｍ離された二本の円柱によって、荷重をかけた。寄生的な力を消去するためにこのシステムを回転させた。曲げ応力は、試験片の中央で２０ｃｍ以上で一定であると考えられる。
荷重を累積的に適用し、ひずみゲージを用いて、試験片の上部（圧縮）ファイバーと底部（引張り）ファイバーのひずみを測定した。本発明に係るコンクリートの挙動は、図１７に例証されている。以下の表において測定結果を従来のコンクリートと比較する。
Claims (42)
- ポルトランドセメント、砂粒子、セメントとポゾラン反応する成分、金属ファイバー、分散材、任意の混合剤および水から本質的になり、
砂粒子の少なくとも９０％（重量）を占める優勢量の砂粒子が、８００μｍ以下という最大粒子径Ｄを備え、
金属ファイバーの少なくとも９０％（重量）を占める優勢量の金属ファイバーが、４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の個別の長さｌを備え、
砂粒子の最大粒子径Ｄに対するファイバーの平均の長さＬの割合Ｒが、１０以上であり、
優勢量の金属ファイバーの体積が、硬化後のコンクリートの体積の１．０％〜４．０％であり、かつ、
セメント１００部（重量）当たり、少なくとも６０部（重量）の優勢量の砂粒子と、少なくとも１０部（重量）の優勢量の金属ファイバーとを含有することを特徴とする、
硬化後にコンクリート部材を得るために混合される金属ファイバーコンクリート組成物。 - 優勢量の砂粒子が、砂粒子の少なくとも９５％（重量）で存在することを特徴とする請求項１記載の組成物。
- 破砕された石英粉末を含有することを特徴とする請求項１または２記載の組成物。
- 優勢量の金属ファイバーの体積が、凝結後のコンクリートの体積の２％〜３％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の組成物。
- 優勢量の金属ファイバーの体積が、凝結後のコンクリートの体積の約２．５％であることを特徴とする請求項４記載の組成物。
- 前記最大粒子径Ｄが、６００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記最大粒子径Ｄが、４００μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の組成物。
- 前記個別の長さが８〜１６ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の組成物。
- ｌが１０〜１４ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項８記載の組成物。
- 優勢量の金属ファイバーが、８０〜５００μｍの範囲の直径を備えていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の組成物。
- 金属ファイバーが、１００〜２００μｍの間の平均の直径を備えていることを特徴とする請求項１０記載の組成物。
- 優勢量の砂粒子の最大粒子径が、５００μｍ以下であり、かつ、優勢量の金属ファイバーが１０ｍｍより長いことを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか一項記載の組成物。
- 割合Ｒが、２０以上であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の組成物。
- セメント重量に対する分散材（乾燥抽出物）のパーセント（重量）が、少なくとも０．５であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の組成物。
- セメント重量に対する分散材（乾燥抽出物）のパーセント（重量）が、少なくとも１．２であることを特徴とする請求項１４記載の組成物。
- セメント重量に対する分散材（乾燥抽出物）のパーセント（重量）が、約１．８であることを特徴とする請求項１４記載の組成物。
- ポルトランドセメントが、ＣＰＡ ＰＭＥＳ、ＨＰ、ＨＰＲもしくはＨＴＳセメントであることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか一項記載の組成物。
- 金属ファイバーが、スチールファイバー、ステンレススチールファイバー、および銅、亜鉛並びに他の非鉄金属等の非鉄金属で被覆されたスチールまたはステンレススチールファイバーからなる群のファイバーであることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の組成物。
- セメントとポゾラン反応する成分が、０．５μｍ未満の平均粒子径を備えていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の組成物。
- セメントとポゾラン反応する成分が、シリカ、フライアッシュおよび高炉スラグからなる群の部材を含有することを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の組成物。
- セメントとポゾラン反応する成分が、シリカフュームを含有することを特徴とする請求項２０記載の組成物。
- 水／セメントの重量パーセントが１０〜３０であることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の組成物。
- 水／セメントの重量パーセントが１２〜２０であることを特徴とする請求項２２記載の組成物。
- ポルトランドセメント１００重量部当たりに、
６０〜１５０重量部とされた１５０〜４００μｍの範囲の平均粒子径を有する砂粒子、
１０〜４０重量部とされた０．５μｍ未満の平均粒子径を備えた無定型シリカ、
１０〜８０重量部とされた１０〜１４ｍｍの間の平均の長さを備えた金属ファイバー、
少なくとも０．５重量部（乾燥抽出物）の分散材、
任意の混合剤、および
１０〜３０重量部の水を含有することを特徴とする請求項１記載の組成物。 - ポルトランドセメント１００重量部当たりに、
８０〜１３０重量部とされた１５０〜４００μｍの範囲の平均粒子径を有する砂粒子を含有することを特徴とする請求項２４記載の組成物。 - ポルトランドセメント１００重量部当たりに、
２０〜３０重量部とされた０．５μｍ未満の平均粒子径を備えた無定型シリカを含有することを特徴とする請求項２４記載の組成物。 - ポルトランドセメント１００重量部当たりに、
１５〜４０重量部とされた１０〜１４ｍｍの間の平均の長さを備えた金属ファイバーを含有することを特徴とする請求項２４記載の組成物。 - １３〜２０重量部の水と混合されたことを特徴とする請求項２４記載の組成物。
- 少なくとも約１．２重量部の超可塑剤を含有することを特徴とする請求項２４ないし２８のいずれか一項に記載の組成物。
- 金属ファイバーが、スチールファイバー、ステンレススチールファイバー、および銅、亜鉛並びに他の非鉄金属等の非鉄金属で被覆されたスチールまたはステンレススチールファイバーからなる群のファイバーであることを特徴とする請求項２４ないし２９のいずれか一項に記載の組成物。
- 破砕された石英粉末を含有することを特徴とする請求項２４ないし３０のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項１ないし３１のいずれか一項に記載の組成物を硬化することによって得られたコンクリート部材。
- コンクリートを、凝結の終了から６時間〜４日間の間６０℃〜１００℃の範囲の温度でオーブンキュアする、請求項３２記載の部材のコンクリートをキュアリングする方法。
- コンクリートを、１２〜２４時間の間オーブンキュアすることを特徴とする請求項３３記載の方法。
- コンクリートを、７０℃〜９０℃の温度でキュアすることを特徴とする請求項３４記載の方法。
- 凝結開始して少なくとも１日後から、６時間〜４日間の間６０℃〜１００℃の範囲の温度でコンクリートをキュアする、請求項３２記載のコンクリート部材のコンクリートをキュアする方法。
- 請求項３３ないし３６のいずれか一項に記載のキュアリングを受けた請求項３２に記載されたコンクリート部材。
- 結合ワイヤを用いたプレテンショニングによってプレストレスされた請求項３２または３７に記載のコンクリート部材。
- 結合ストランドを用いたプレテンショニングによってプレストレスされた請求項３２または３７に記載のコンクリート部材。
- 油が塗られた被覆モノストランドを用いたポストテンショニングによってプレストレスされた請求項３２または３７に記載のコンクリート部材。
- ワイヤの集合からなるダクテッドケーブルまたはバーを用いたポストテンショニングによってプレストレスされた請求項３２または３７に記載のコンクリート部材。
- ストランドからなるダクトケーブルを用いたポストテンショニングによってプレストレスされた請求項３２または３７に記載のコンクリート部材。
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