JPH0259456A

JPH0259456A - 炭素繊維強化コンクリート構造体

Info

Publication number: JPH0259456A
Application number: JP6629389A
Authority: JP
Inventors: Haruo Shimada; 島田　春夫; Takashi Waseda; 早稲田　孝; Masayuki Okamatsu; 岡松　眞之; Teruo Kimura; 輝夫木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1990-02-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は特に高層ビル等のカーテンウオール、手すり、
ひさし等の外装部材として最近使用され始めた炭素繊維
強化コンクリートの補強鉄筋に発錆防止を目的として耐
食性の良好な鉄筋を使用したプレキャストコンクリート
構造体として有用な炭素繊維強化コンクリート構造体に
関するものである。

従来の技術最近、例えば、高層ビル等に軽量化とひびわれ防止を狙
って炭素ｔｌ＃ｌｌ維強化のプレキャストコンクリート
板が使用され始めている（コンクリート工学、ｖｏｌ　
２４　（Ｈ２Ｓｅ）　、　Ｎｏ、３、ｐ　２３／２７）
が、炭素繊維自体が電導性の高い非金属材料のため炭素
繊維材料と埋設した普通鉄筋が接した場合、急速に普通
鉄筋の発錆を促進し、外観上、美観を損すると同時に補
強鉄筋自体の腐食によるコンクリート板の劣化が問題に
なっている。この現象は予めよく洗浄した海砂を使用し
たり、海浜地帯の建造物で砕中の塩分が０．０５％を越
えるときわめて顕著になる。したがって現状は普通鉄筋
の代りに高価なステンレス鋼を使用せざるを得ない状態
である。

発明が解決しようとする課題炭素繊維を混入したコンクリート構造体では、マトリッ
クスを構成するコンクリート中に少量の塩分が存在して
いても、電導性の高い炭素繊維と接した従来の補強鉄筋
が容易に発錆する。本発明はこのため、コンクリート中
に混入した炭素繊維に接触した状態でも不（＠態被膜が
保持され、コンクリート中に埋設された鉄筋の発錆を防
止することを意図したものである。

課題を解決するための手段本発明の前記の目的は重量％で、Ｃ；　０．００１〜０
．２％、Ｓｉ　；　０．２５％以下、Ｍｎ　；　０．０
１〜２．０％、Ｐ；　０．０１５％以下、Ｓ　：　０．
００５％以下、Ｍ：５．８〜２２．３％、Ｃｒ　；　１
．０〜１５．５％およびＣｅ、Ｌａ、　Ｙ等の希土類元
素を単独ないし複合して合計０．０１〜０．５％含有し
、残部鉄および不可避的不純物からなる鉄筋棒鋼を補強
鉄筋として使用することによって達成することかできる
。

すなわち本発明は炭素繊維を混入し、前記成分組成を有
する鉄筋を埋設したコンクリート構造体であり、このよ
うな構成とすることによって埋設鉄筋の発錆を防止し、
外観を良好に保つとともに長期間にわたって特性を維持
することを期待したものである。

さらに本発明では使用する鉄筋として前記の基本成分に
必要に応じてＮｂ、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｎｏ、Ｗ、Ｃｏ、
Ｂ等を添加するが、その目的は鉄筋の強度、靭性を向上
するためのものである。

又その他耐候性向上の目、的で（ｕ、　Ｎｉ等の元素を
添加する場合もある。さらに鋼中のＳを減らすために添
加した脱硫剤範囲のＧａが硫化物の形で残留することも
ある。

本発明の最大の特徴はコンクリート中に砕中換算で０．
２％前後の塩分が存在しても炭素ａｍと接触した鉄筋が
全く発錆しないことである。

以下に本発明において各成分を限定した理由を説明する
。

Ｃ量を０．００１〜０．２％に限定した理由は、Ｃ量０
．００１％以下では必要強度が得られず、Ｃ量０．２％
超では脆化をひき起こすためである。

Ｍｎ量を０．０１〜２．０％に限定した理由は、Ｍｎ量
０．０１％未満では必要強度が得られず、２．０％超で
は脆化をひき起こすためである。

Ｓｉ量を０．２５％以下とした理由は、Ｓｉ量を下げれ
ば下げるほど錆生成量を飛躍的に低下させるためである
。なお、Ｓｌ量の上限を０．２５％とした理由は０．２
５％を超えると錆発生傾向が急激に増大するためである
。より好ましい範囲は０．０５％以下である。

Ａ９は本発明のカギを握る重要な元素で不働態被膜のＦ
ｅ２＋と置換してＡｔ３＋として不働態被膜中に入り不
働態被膜を強化し、塩分が若干増しても不働態被膜の破
壊を防止する効果がある。この効果は５．８％未満では
認められず２２．３％超ではその効果が変らないので下
限を５．８％、上限を２２．３％とした。

Ｐを０．０１５％以下とした理由は、Ｐ　０．０１５％
超ではコンクリートのようなアルカリ性雰囲気で錯生成
を抑制する効果がなく、むしろ助長する傾向があるため
である。

Ｃｒ量を１．０％以上とした理由は、Ｍｉが５．８％以
上の場合、耐海水性が飛躍的に向上するためであるが、
１５．５％を超えると逆に脆化する場合が認められたの
で、ＣｒＭを１．０〜１５．５％とした。より好ましい
範囲は５．０〜９，０％の範囲である。

又Ｓ量を０．００５％以下とした理由は、錆の発生起源
であるＭｎＳ量を減らすことにあり、このＳ量低下のた
めに脱硫剤として使用されるＣａ、　Ｃａ化合物等によ
りＭｎＳが（Ｌｎ、　Ｃａ）　Ｓ等に変化することによ
る耐食性向上も期待できる。

また鋼中のｓｌを低下するために上記のような操業を行
なわれているので、若干のＣａが混入してくることがあ
るが、Ｃａは耐食性向上に効果的であり、少量の含有で
他の機械的特性に悪影響を及ぼすもノテはなく、Ｃａを
０．０００１〜０．００５％含有してもよい。

Ｃｅ、　Ｌａ、　Ｙ等の希土類元素の単独ないし複合添
加の最大の狙いは鋼中の脱硫によりＳ量を著しく低減さ
せることにあるが、同時にＭｎ量が高い場合でも残存す
る硫化物が完全なαＭｎＳになることを避は希土類元素
を含む硫化物、オキシ硫化物に変化させて、その化学的
性状を変化させ耐塩性が向とすることも期待して添加し
たものである。下限は必要最小限の含有量であり、上限
はこれらの化合物の性状を著しく変化させるために規定
したもので合計で０．０１〜０．５％の範囲とした。

又、必要に応じてＮｂ、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｎｏ、　Ｗ、
　Ｃｏ、　Ｂなどを添加するが、鉄筋の強度、靭性向上
のための元素として添加するもので、１種又は２種以上
−ｃ’Ｂ以外の元素では０．０１〜０．５％、Ｂは０．
０００１〜０．００５％添加する。

又、必要に応じてコンクリートに埋設するまでの耐候性
向上にＧｕ、旧の１種又は２種を０．１〜５．５％添加
する。

本発明に従い前記の化学成分で構成された鋼は転炉、電
気炉等で溶製され、次いで造塊１分塊の工程を通るが、
あるいは連続鋳造後、圧延された後に必要に応じてパテ
ンティング等の熱処理が施され、線引きされて鉄筋とし
て使用に供される。

次にこれらの鉄筋を補強材として炭素繊維を必要縁混入
させたコンクリートモルタル等を型枠に流し込み高温、
高圧強制養生させたプレキャストコンクリートＷとして
一般の使用に供される。

実施例実施例１真空溶解炉で本発明の成分範囲の鋼を溶製し、造塊、分
塊後線引きした鉄筋と従来鋼からなる鉄筋との成分およ
び腐食試験結果を表１に示した。

表１に示した鉄筋の中央部よりＩｌ］１０ｍｍＸ長さＢ
ｏ■Ｘ厚さ２ｍｍ試片を採取し、機械研削後、表面を研
磨した。しかる後エナメル線を接続し、炭素ａｍ束と共
にコンクリートの主成分であるＣａＯを０．８％ＮａＣ
１１水溶液中に溶解させたｐＨ１２ノＣａ（ＯＨ）２　
＋ＮａＣ１水溶液に浸漬した。

この際炭素繊維束と鉄筋試片をエナメル線で接続し、両
材料の間に電池を形成させて鉄筋表面の発錆状況を観察
した。その結果を表１　（Ａ）に示す。なお鉄筋試片表
面の裏面、側面、液に触れるエナメル線はすべてシリコ
ン樹脂でシールした。

この試験は僅少の塩分な含むコンクリートの環境をシミ
ュレートしたものである。

第１図は上述の腐食試験の説明図で、容器ｌに入った０
、８％ＮａＣ１を含有したｐＨ１２のＣａ（ＯＨ）２水
溶液３中に、炭素繊維束２と試片を浸漬し、両者をエナ
メル線４で接続した。水溶液の旧都は、試験中に炭酸ガ
ス（ＣＯ２）が溶は込まないようにミツロウシール５を
施した。

第１図（ｂ）の６は従来鋼の鉄筋試片（表１中のＮｏ、
ｌ）の１週間経過後の表面状態を表わすもので、斜線部
分が発錆したことを示している。

一方、第１図（ａ）中７で示す本発明鋼（表１中のＮｏ
、７）の場合には、試片の表面に錆が認められなかった
。

実施例２砕中のＮａＣＱ（＄）を０．２％含んだ砂、ポルトラン
ドセメント、水、砂利からなるコンクリートモルタルに
長さ１５重量、径１５ｇｍの炭素繊維を容請比で３％混
入させ、表１の成分からなる熱延鉄筋（９ｍＩｌφ）を
うめ込みオートクレーブ中で１８０℃、１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ２の条件で１２時間強制養生させた後、海浜地帯に６
ケ月曝露した。なおコンクリートの水セメント比は０．
８０、カブリ厚さは２ｃｍとした。６ケ月曝露後コンク
リートを破砕して鉄筋の発錆状況をしらべた。その結果
を表１の（Ｂ）に示す。

（以下余白）発明の効果本発明は、特に今後ますます軽量化と強靭化が要求され
る高層ビルのカーテンウオール等の外装部材用の炭素ｔ
ａ維強化コンクリート構造体の美観と長寿命化に資する
のみならず、炭素繊維を強化剤に使用するコンクリート
中に若干塩分が混入してくる場合にも広範囲の用途に有
利に使用できる顕著な効果を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明における腐食試験
の説明図である。ｌ−・・容器、２争・φ炭素繊維束、３・・・０．８％
ＮａＣＩＬを含有したｐＨ１２のＣａ（ＯＨ）２水溶液
、４　＊　＊・エナメル線、５・・壷ミツロウシール、
６・・・従来用鉄筋試片、７・・・本発明実施測用鉄筋
試片。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素繊維を混入しさらに、Ｃ；０．００１〜０．２％Ｓｉ；０．２５％以下Ｍｎ；０．０１〜２．０％Ｐ；０．０１５％以下Ｓ；０．００５％以下Ａｌ；５．８〜２２．３％Ｃｒ；１．０〜１５．５％および希土類元素を単独ないし複合して合計０．０１〜
０．５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる
鉄筋を埋設したことを特徴とする炭素繊維強化コンクリ
ート構造体。
（２）炭素繊維を混入しさらに、Ｃ；０．００１〜０．２％Ｓｉ；０．２５％以下Ｍｎ；０．０１〜２．０％Ｐ；０．０１５％以下Ｓ；０．００５％以下Ａｌ；５．８〜２２．３％Ｃｒ；１．０〜１５．５％および希土類元素を単独ないし複合して合計０．０１〜
０．５％含有し、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ
、Ｃｏの１種又は２種以上をＢ以外の元素では０．０１
〜０．５％含有し、Ｂは０．０００１〜０．００５％含
有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鉄筋を埋設
したことを特徴とする炭素繊維強化コンクリート構造体
。
（３）炭素繊維を混入しさらに、Ｃ；０．００１〜０．２％Ｓｉ；０．２５％以下Ｍｎ；０．０１〜２．０％Ｐ；０．０１５％以下Ｓ；０．００５％以下Ａｌ；５．８〜２２．３％Ｃｒ；１．０〜１５．５％および希土類元素を単独ないし複合して合計０．０１〜
０．５％含有し、さらにＣｕ、Ｎｉの１種又は２種を０
．１〜５．５％含有し、残部鉄および不可避的不純物か
らなる鉄筋を埋設したことを特徴とする炭素繊維強化コ
ンクリート構造体。
（４）炭素繊維を混入しさらに、Ｃ；０．００１〜０．２％Ｓｉ：０．２５％以下Ｍｎ；０．０１〜２．０％Ｐ；０．０１５％以下Ｓ；０．００５％以下Ａｌ；５．８〜２２．３％Ｃｒ：１．０〜１５．５％および希土類元素を単独ないし複合して合計０．０１〜
０．５％含有し、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ
、Ｃｏの１種又は２種以上をＢ以外の元素では０．０１
〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００５％含有し、
さらにＣｕ、Ｎｉの１種又は２種を０．１〜５．５％含
有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鉄筋を埋設
したことを特徴とする炭素繊維強化コンクリート構造体
。