JP4288013B2

JP4288013B2 - コンクリート補強用鋼繊維

Info

Publication number: JP4288013B2
Application number: JP2001039976A
Authority: JP
Inventors: 徹田中
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002249350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンクリート補強用鋼繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートやモルタル類の引張りに対する脆弱さを改善するための手段として鋼繊維が知られており、道路、トンネル、耐震構造物、海洋構造物などに有効な利用がなされつつある。
【０００３】
このような補強用鋼繊維としては従来種々のものが知られており、製造法別の代表的なものとしては、冷延鋼板を所定の長さにせん断したもの（せん断ファイバー）、厚板を切削したもの（切削ファイバー）、圧延引抜きされた鋼線を所定の長さに切断したもの（カットワイヤー）、溶鋼を冷却した回転デイスクにくっつけ遠心力で飛散させたもの（メルトエクストラクションファイバー）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの鋼繊維も、抗張力が１０８０Ｎ／ｍｍ２以下であるため高強度とすることが困難であった。また、コンクリートを繊維全長に渡って均一に付着に難く、付着性を増すためにインデント、両端フック、波などを施しているが、強引な加工のため局部的に耐力の劣化が生じたり、局部的な応力集中が生ずるので、実際の強度が低くなるという問題があった。また、せん断ファイバーで代表される平板タイプにおいては、補強効果に方向性が生じ、クラックの方向によって補強効果に差異が生じてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、きわめて高強度でしかもコンクリートとの付着がよく全長に渡って均一な付着性能を有し、かつあらゆる方向のクラックに対しても安定した補強効果を発揮できる改善されたコンクリート補強用鋼繊維を提供することにある。
【０００６】
【課題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、コンクリートに添加混合されるアスペクト比が２６〜１２６の補強用鋼繊維であって、該補強繊維が、直径０．０７〜０．３０ｍｍの２〜４本の鋼線を束ねた第１グループと、１本又は２本の鋼線からなる第２グループを、繊維直径Ｄの２５〜１００倍のピッチで相互に撚り合わせた撚り構造体からなっていることを特徴としている。
本発明において「コンクリート」とは、モルタル、可塑性耐火物を含む概念であり、用法も打設、吹付け、遠心力成形など任意である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の実施例を示しており、１は補強用鋼繊維の全体を指し、２〜４本の鋼線２を束ねた第１グループ２Ａと、１本又は２本の鋼線２´からなる第２グループ２Ｂを繊維直径Ｄの２５〜１００倍のピッチで相互に撚り合わせることにより構成されており、第２グループ２Ｂは第１グループ２Ａの外周に密着しつつ螺旋状に取り巻いている。
図１（ｂ）における第２グループ２Ｂは鋼繊維長手方向で順次位置が変位し、第１グループ２Ａの形状を保持する。
【０００８】
図２は本発明の別の実施例を示しており、本数が同じ（２本）第１グループ２Ａと第２グループ２Ｂとを繊維直径Ｄの２５〜１００倍のピッチで撚り合わせたものである。この場合、断面形状は、図６（イ）〜(ホ)のように１ピッチＰにおいて四角状となったりＴ状になったりと逐次変化する。
【０００９】
前記鋼線は原料鋼線材を伸線加工した直径０．０７〜０．３０ｍｍのものからなり、鋼としては炭素含有量が０．６２ｗｔ％以上の高炭素鋼やステンレス鋼などが選ばれるが、抗張力は１４７０kgf/mm２以上であることが必要である。鋼線は表面にめっきなどの被膜を有していてもよい。
【００１０】
前記補強用鋼繊維１はアスペクト比（長さＬ／直径Ｄ）が２６〜１２６で、長さＬは１０〜５０ｍｍが好ましく、かつまたこの範囲で撚りピッチＰは繊維直径Ｄの２５〜１００倍であることが好ましい。長さＬが１０ｍｍ未満では補強効果が乏しいため不可であり、５０ｍｍ以上ではコンクリートとの混練時に繊維同士が絡み合いファイバーボールが生じやすいため好ましくない。
【００１１】
撚りピッチＰを規定したのは、補強用鋼繊維１にほど好い柔軟性と伸びを有せしめてコンクリートとの混練時などにおける破損を少なくするためと、撚り形状をばらけさせず安定的に保持するためである。
撚りピッチＰが繊維直径Ｄの２５倍未満では撚り形状の保持には好適であるものの、柔軟性および伸びが過大になるとともに撚り減りの増大により破断荷重が低下するため好ましくない。撚りピッチＰが繊維直径Ｄの１００倍以上では柔軟性および伸びが少なすぎるとともに、平行に束ねた形態に近づくため、撚り形状の保持が困難になるからである。
【００１２】
本発明は、前述のように撚りピッチで撚り線構造を保持する形態に限られない。鋼線の相互間を接合部で連結していてもよい。その接合部は溶接、めっき、接着、樹脂コーティングなど任意である。また、場合によっては強制的に曲げ加工を施してもよい。
【００１３】
【実施例の作用】
本発明による鋼繊維１は、直径０．０７〜０．３０ｍｍの細い鋼線２、２´を使用しており、このように細い鋼線は伸線加工度が大きいため高強度である。そしてかかる鋼線２、２´を複数本撚り合わせた集合体としているので補強用鋼繊維１は直径が見かけ上大きくなる。しかも、本発明は鋼線２、２´の撚り合わせによって表面積を増加させており、表面積を増加するため部分的に凹凸を付けるなどの強引な加工をしていないので、鋼繊維全体の強度がどの部分でも同等であり、局部的な耐力の劣化や応力集中がない。
こうしたことから、本発明の補強用鋼繊維１は高い抗張力を備えている。
【００１４】
また、撚りピッチＰが繊維直径Ｄの２５〜１００倍であるため、柔軟性と適度の伸びがあり、ミキサーに投入してセメントや骨材と混練する際に曲がったり、折れたりしにくく、したがって添加量の実効度を高くすることができる。また、分散性もよいものとすることができる。
【００１５】
また、コンクリートの破壊時に繊維が抜ける限りにおいて鋼繊維の付着強度（付着性状）が増すほどひび割れ抵抗は増加し、引張りや曲げ強度も増大するとされているが、本発明の鋼繊維１は複数本の鋼線２、２´を撚り合わせているため、各鋼線２、２´の撚り合わせ間の谷部２０によって表面にスパイラル状に走る筋状の凹凸ないしうねを有し、したがって、表面積が大きく、コンクリートとの付着性が良好なものとなり、全長にわたり均一な付着性能を得ることができる。
また、凹凸は繊維軸方向に直線的に走っているのではなく、撚りピッチＰに応じた角度で斜めに走っている（軸方向にねじれがある）ので、軸方向に力がかかった場合、従来のノッチやフックの場合に見られたような局部的な耐力の劣化や応力集中を招くことなくして良好な引抜き抵抗を得ることができる。
【００１６】
図２の実施例の場合には、１撚りピッチＰ内に基本的な断面形状（イ）（ハ）（ホ）とＴ状に類する断面形状（ロ）（ニ）が現われるので、コンクリートに混入した時に、あらゆる方向のクラックに対して安定した補強効果を発揮することができるとともに、引抜き抵抗を高くすることができる。
【００１７】
【参考例】
次に本発明の具体例を示す。
原料鋼線として、化学的成分がＣ：０．８２％，Ｓｉ:０．２％、Ｍｏ：０．６％を含有する直径５ｍｍの高炭素鋼線材を用い、該原料鋼線を常法により伸線加工し、直径０．１５ｍｍ、引張り強さ２０３２Ｎ／ｍｍ２の鋼線を得た。この鋼線を５本、撚線機にて撚りピッチ１２ｍｍで撚り合わせて直径Ｄ：０．３２ｍｍの原料補強用鋼繊維を作った。これをカッターにて３２ｍｍの長さに切断して本発明鋼繊維を得た。
【００１８】
該補強用鋼繊維は、アスペクト比１００、引張り強さ２７４ｋｇ／ｍｍ２であり、これは断面積が同等のせん断アイバーの４５〜５５ｋｇ／ｍｍ２、切削ファイバーの７０〜７５ｋｇ／ｍｍ２にくらべて飛躍的に高い。
【００１９】
前記鋼繊維をモルタルに混合撹拌し、１００ｍｍφ×２００ｍｍの供試体を得た。鋼繊維混入率：１．５ｖｆ％、水セメント比：Ｗ／Ｃ＝６０％、細骨材比：Ｓ／ａ＝４０％、養生は標準養生とし、材齢２８日とした。
【００２０】
該供試体につき、引張り試験を行なった結果、ひずみ１．５％でも荷重を維持していた。これは鋼繊維全長にわたってモルタルが均一に付着していること、鋼線の撚り角度により引抜き抵抗が働いたことによると考えられる。
また、圧縮試験を行なった結果、ひずみが１．０％でも荷重を維持していた。これは鋼繊維全長にわたってモルタルが均一に付着しているためタガの効果が働いたものと考えられる。
【００２１】
本発明の鋼繊維と同径（０．３８ｍｍ）の１本の鋼線からなる補強繊維（比較繊維）を作り、それぞれについて前記供試体の長手方向端から長さ２０ｍｍずつ埋込み、養生後、鋼繊維の自由端を引張ることにより付着効果を検討した。
その結果、本発明による鋼繊維は比較繊維に対して７倍の高い付着効果が示された。これは撚り線構造であることによることは明らかである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、加工度の高い細径の鋼線を撚り合わせた撚り構造体からなっているとともにフックやインデントなどの局部的な表面積増加加工をしていないため、抗張力が非常に高くしかも撚り構造による凹凸がスパイラル状に走っているため表面積が大きく、全長にわたって均一な付着性能を得ることができるとともに、引抜きに対する抵抗を大きくすることができ、また、表面積が大きいにもかかわらずフックやインデントなどの局部的な表面積増加加工をしていないのでコンクリート類との混練時に曲がったり折れたりせず効率的に使用できるなどのすぐれた効果が得られる。
【００２３】
特に、２〜４本の鋼線２を束ねた第１グループ２Ａと、１本又は２本の鋼線２´からなる第２グループ２Ｂとし、それら２つのグループを、相互に撚り合わせた撚り構造体からなっているので、断面形状が、１ピッチＰにおいて逐次変化し、コンクリートに混入した時に、あらゆる方向のクラックに対して安定した補強効果を発揮することができるとともに、引抜き抵抗を高くすることができる。
しかも、撚りピッチＰが鋼繊維直径Ｄの２５〜１００倍であるので、表面の凹凸を比較的大きくすることができ、また適度の柔軟性と伸びとを備えさすことができるので、コンクリート類との混練時に破損を少なくすることができ、かつまた、撚り形状をばらけさせず安定的に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）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す斜視図、（ｂ）は同じくその拡大断面図である。
【図２】１ピッチ分の各部断面を併示した本発明によるコンクリート補強用鋼繊維の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１コンクリート補強用鋼繊維
２、２´ 鋼線
２Ａ第１グループ
２Ｂ第２グループ

Claims

コンクリートに添加混合されるアスペクト比が２６〜１２６の補強用鋼繊維であって、該補強繊維が、直径０．０７〜０．３０ｍｍの２〜４本の鋼線２を束ねた第１グループ２Ａと、１本又は２本の鋼線２´からなる第２グループ２Ｂを、繊維直径Ｄの２５〜１００倍のピッチで相互に撚り合わせた撚り構造体からなっていることを特徴とするコンクリート補強用鋼繊維。