JP4151053B2 - 高強度高靭性セメント系材料の製造方法 - Google Patents
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Description
Ni55重量%、Ti重量%のNiTi合金線を、先方から約30kg/mm2 の張力を与えながら引張り、表面に凹凸加工用ロールで凹凸を付与し、アスペクト比50の25mm長の繊維を作成した。なお、この繊維は、約60℃以上の温度で、2%程度、長さが収縮するものである。ポルトランドセメントと、最大寸法12mmの磁石とを用い、水セメント比50%にて、100×100×100mmのコンクリートを、上記繊維を混入したものとしないものとについて準備した。これらを使用して、スパン500mmの荷重−たわみ曲線を求めたところ、図10bに示すようになり、この発明によるコンクリートが、曲げタフネスに富んでいることがわかった。」(特許文献1参照)。
等がある。
1)析出するNbC炭化物の大きさが無加工の場合には50−100nmであるが、加工
を施した場合は5−10nmと一桁小さくなる。
2)加工を施した場合は析出物が均一に分布している。しかも、析出物のまわりには大きな弾性歪みが存在している。
3)上記1)及び2)から、変形によって生じるミクロ組織としては、3−5nm幅のきわめて薄い板状マルテンサイトが均一に分布している状態が得られる。
つまり、600℃という高温での加熱処理を要する点において依然として問題が残っており、そこに使い難さがあったことは歪めないものであった。これを極力低い温度での加工でも形状記憶特性を発現することができないものか、鋭意研究を重ねた結果、室温での加工でも形状記憶特性が顕著であり、充分に前示目的を達成することができることを見出した。
すなわち、Nb、Cを添加してなるFe−Mn−Si系形状記憶合金を室温で加工し、次いで加熱時効処理してNbC炭化物を析出させるという基本的な操作を適用するだけで、その合金の形状記憶特性を発現できるという思いもよらない作用効果が奏せられることを見出したのである。
これを特願2002−367062号に出願した。
すなわち、図14は、時効のみを施した場合(圧延率0%)と室温で10%、20%、30%圧延した場合の形状回復率の違いを示したグラフである。時効処理は、いずれも800℃で10分間行った。比較のためにNbCを添加していないFe−28Mn−6Si−5Cr合金について、焼鈍したままの試料と5回トレーニングした試料の結果も示してある。横軸は室温における引っ張り変形による変形量(%)であり、縦軸の形状回復率(%)は試料を600℃に加熱した場合の伸びの回復率である。400℃まで加熱した場合もこれとほぼ同一の形状回復率が得られる。この実験において用いた試料片は、厚さ0.6mm、幅1〜4mm、長さ(ゲージ長)15mmに調製した試験片を用いて行った。
本発明の製造方法によりセメント材料の高強度高靭性化、さらにひび割れ防止等による材料の耐久性向上が図れることから、建築部材の長尺化や薄肉化が可能になり大スパン構造物等が可能になりデザインの自由度が増すという利点がある。これ等の利点をコスト安のもとで享受することができる。
図中の「初期高温養生」、「後期高温養生」間に互いにラップする範囲があるが、これは請求項1の発明にあっては、マトリックスの種類によって強度発現点が変化するので、これに合わせて繊維補強材の方をわずかに温度を上昇するだけで繊維が収縮するように設定するとの意で、請求項2の発明のおける「初期高温養生」と「後期高温養生」の並行発動を示す。初期高温養生においては、一定温度を保持する必要はなく昇温速度を調整することにより昇温中に強度発現を行うことも可能である。図11より明らかな如く、最高強度発現点を超えると強度劣化が始まるので、温度上昇に注意する必要がある。請求項3記載の発明の実施の態様を図2に図示化した。
比較例2は、補強繊維がない場合で実施例1と同様の処理を行ったものである。
図において荷重が一時的に低下する点がモルタルのひび割れ発生を示しており、最初に低下した点がひび割れ発生強度になる。
図6は、線材の形状のバリエーションを示す。図7はマトリックス中の張架配列のバリエーションを示す。図中(2)、(4)は横架材として下辺にのみ引張力が作用する部材に対応させたものである。
また、図示省略するも線材両端には定着部付形が施されるのを良しとする。
以上テストの如く、本発明の高強度高靭性セメント系材料の製造方法によるならば、画期的なコストダウンと強度と靭性とを同時に獲得し得ることが判明した。
図9に上記の試験体の曲げ強度試験結果を示す。
2 コンクリート
Claims (4)
- 組成主成分として少なくともFe,Mn及びSiを含有するFe−Mn−Si系形状記憶合金において、その組織にニオブ炭化物が含まれているニオブ炭化物含有の形状記憶合金より成る、室温で加工処理されて形状記憶特性を有する、マトリックス(セメント系ペースト、モルタル、コンクリート)の強度発現温度以上で収縮変形するところの繊維補強材を混入した又は長尺補強線材を長手方向に張架配したマトリックスを、繊維付着の強度発現を目的とした加熱処理の初期高温養生を、80℃以上形状記憶特性を発現させる温度未満にて行い、引き続き、形状記憶特性を発現させる温度以上の高温域に設定された前記繊維補強材の形状記憶特性を発動させるための後期高温養生にて該繊維補強材を変形させてプレストレス導入を果たすとしたことを特徴とする高強度高靭性セメント系材料の製造方法。
- 請求項1における後期高温養生を、初期高温養生の繊維付着強度発現をまって発動させ、マトリックスの強度発現と繊維補強材の形状記憶回復とが並行発動するものとなるとしたことを特徴とする高強度高靭性セメント系材料の製造方法。
- 繊維補強材の形状記憶回復のための加熱を、ほとんどマトリックスを加熱せずに済む電磁誘導加熱でとり行なうとしたことを特徴とする請求項1,2記載の高強度高靭性セメント系材料の製造方法。
- 用いられる形状記憶合金が、Mn:15〜40重量%、Si:3〜15重量%、Cr:0〜20重量%、Ni:0〜20重量%、Nb:0.1〜1.5重量%、C:0.01〜0.2重量%を含み、残部Fe及び不可避的不純物として、Cu:3重量%以下、Mo:2重量%以下、Al:10重量%以下、Co:30重量%以下、N:5000ppm以下を含み、NbとCの原子比が、1.0〜1.2の範囲であって、室温で5〜40%加工したのち、400℃〜800℃の温度範囲でかつ1分〜2時間時効加熱処理することによりNbC炭化物を析出させたところのNbC添加Fe−Mn−Si系形状記憶合金である請求項1,2,3記載の高強度高靭性セメント系材料の製造方法。
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