JPH03194054A - 引抜き鋼製不連続ワイヤファイバー及びファイバー複合体 - Google Patents

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］ この発明は、ワイヤファイバー及びファイバー複合体、
特に、セメントマトリックスに組込まれる不連続ワイヤ
ファイバー及びこれが組込まれたファイバー複合体に関
する。

［従来の技術］ コンクリートは圧縮には強いが、引張りには弱い。この
弱さのために、コンクリート内に亀裂が生じる。コンク
リートに亀裂が生じる過程は３段階より成り、これらの
段階は、機械的負荷にかかわりなく常に同様に生じる。

最初に微小亀裂（ミクロ的な亀裂）が生じ、これが拡散
して、コンクリート全体に広がる。次いで、微小亀裂の
いくつかがつながることによって、１以上の大亀裂（マ
クロ的な亀裂）が生じる。最後の段階では、前段階中に
生じた１以上の大亀裂が広がってコンクリート材が完全
に破損する。

この材料の引張り強度を高めるために、その中に不連続
ファイバー（不連続繊維）を組込むという提案がされて
来ている。強化コンクリートを補強する従来例とは異な
って、これらの不連続ファイバーは材料の全体にわたっ
て分布される。

不連続ファイバーは、コンクリート材に亀裂が生じる３
段階全てを押えるのに効果がある。亀裂の第１段階中は
、不連続ファイバーは接合部として作用し、微小亀裂の
発生を遅らせ、大亀裂の発生を遅延させる。それにも拘
らず、結局は大亀裂が生じ、今度は、不連続ファイバー
は大亀裂の裂は口を横切って力を伝達するブリッジとし
てコンクリート材に作用し、亀裂が生じた構造体を安定
に保つ。

不連続ファイバーを微小亀裂の段階で効果あらしめるた
めには、不連続ファイバーをセメントマトリックス内に
しっかりと固定しなければならない。

不連続ファイバーを確実に固定するためには、これをセ
メントマトリックスによく接着させなければならない。

ここで接着とは、不連続ファイバーを各部で滑らせない
ようにする特性でファイバーとマトリックスとを結合す
る性質をいう。不連続ファイバーがよく接着されるか否
かは、それがどのような材料製であるか、接着効果のあ
る面積が大きいか小さいか、表面が円滑か粗いか、ぎざ
ぎざや波形などがあるか否かによる。

不連続ファイバーとマトリックスとの間の接着があまり
よくない場合でも、不連続ファイバーを適当に固定でき
る。このような場合には、不連続ファイバーを亀裂の最
大隙間よりも非常に長くして不連続ファイバーがこれを
ブリッジすることだけで十分で足りるが、例えば、不連
続ファイバーの両端に固定ヘッドを設けてフックの形状
にすることも出来る。

セメントマトリックスの機械的特性を向上させるための
不連続金属ファイバーは多種類市場で入手できるが、こ
れらをセメントマトリックス内に組込む時には、一般に
２つの主要な技術問題が生じる。

一番目の問題は、コンクリート内に組込まれるファイバ
ーの量が多くなればなるほどコンクリートの取扱いが難
しくなり、ファイバーを埋め込んだコンクリートを枠組
み内に適当に設置するのに問題が起る。この問題を解決
するために、コンクリートの粒状構造、即ち、砂／骨材
比を変える。

このようにすると、ファイバーを含んだコンクリートは
取扱い易くなるが、機械的強度は減少する。

二番面の問題は、セメントマトリックス内の骨材の最も
長いものよりも長い引抜き鋼ワイヤファイバーについて
は、特に組込まれるファイバーの比率が高い時は、マト
リックス内でファイバーがからまる現象が生じることで
ある。ファイバーは集まる傾向にある。この現象のため
に、ファイバーファイバー複合体内にファイバーがない
空間が生じ、コンクリート材が非常に不均一になる。こ
のことは、複合体の機械的強度に非常に有害である。

鋼ワイヤファイバーは延性が非常に高いから、引張り力
を掛は続けると、かなり延びることが出来る。従って、
コンクリートの場合、亀裂の隙間の幅が大きな場合にも
大亀裂の縁部をつなぐことが出来て、亀裂を起こした構
造体がある程度安定になっていなければならない。

真直ぐな不連続ファイバーは公知であるが、マトリック
スの中でよく固定されず、長さが１５ｍｍ以上で組込ま
れたファイバーの容積が１％以上の場合は常に通常のコ
ンクリート内では集まる傾向にある。

波型のファイバー又は例えば骨状或いは２つのヘッドを
持った釘状のヘッド付きファイバーのような両端に特別
の固定ヘッドを有するフィバ−は、うまく固定されるが
、これらが高い比率でマトリックス内に組込まれると、
なお集中する傾向にある。この問題はファイバーをマト
リックス内に組込むための特別な技術手法によってのみ
解決出来るが、この方法ではコストが非常に高くなる。

フックを有しかつ互いに固定された板の形をとり、コン
クリート内に組込んで混合されるようにしたファイバー
も知られている。加えて、フックによってファイバーの
固定強さがかなり改善される。これらのファイバーが先
端部で他を捕えて集まらないよう、にするため、先端部
が分岐しており、このために、ファイバー複合体の表面
に先端が表れてしまう。

閉じた凸形のループの形状をした不連続ファイバーも知
られている。米国特許 第１，９１３，７０７号は、両端が向い合った環状のセ
グメントの形態をしたファイバーを開示している。この
円形のファイバーにおいては、小さな曲率半径を選択す
ると摩擦が少なくなってしまい、固定長さが不足になる
。また、セメントマトリックスが混合されている間にセ
グメントが開放してしまうかも知れず、このため、ファ
イバーが集まることになる。

この発明に最も近接した米国特許 第３，６１６，５８９号は凸形であるが閉じたファイバ
ーを開示している。このリング状のファイ“バーは、環
状セグメントの両端を溶接することによって閉じるよう
にしてもよい。この構造では、ファイバーが集まるのが
避けられるが、摩擦による（米国特許第１，９１３，７
０７号においても同様の問題がある）か、これは亀裂に
近いセグメント部に集中する可塑性によって同時に大き
°なエネルギーを発散させることが出来ない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、ファイバー複合体内で集まることが
防止されて複合体の強度を均一に保ち、複合体の亀裂の
発生を大幅に遅らせ、摩擦及び可塑化による大きなエネ
ルギーの発散を可能にした不連続ファイバー及びこのフ
ァイバーを用いた複合体を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、この発明に基づくセメン
トを含むファイバー複合体への組込用の引抜き鋼製不連
続ファイバーは、引抜き鋼製ワイヤを、両端部を形成す
る凸状のワイヤ曲線部と、これらワイヤ曲線部を連結す
る第１のワイヤ直線部と、前記ワイヤの両先端部を前記
第１のワイヤ直線部と実質的に平行にかつ相互に近接し
て互いに逆方向に前記ワイヤ曲線部の間に延在させて構
成された第２のワイヤ直線部で横長のループを形成し、
かつ、このループが一平面を形成するようにしたもので
ある。

ファイバーをこの形状にすることによって、摩擦及び可
塑性（ｐｌａｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）による大エネル
ギーを発散させることが出来る。また、ワイヤ曲線部の
曲率半径が小さいために最大量のエネルギーを摩擦にに
よって発散させることが出来る。加えて、ワイヤ直線部
はファイバーに長い固定長さを与えるから、横方向の亀
裂が生じた場合、可塑性によって多くのエネルギーが発
散する。更に、ワイヤの両端を溶接せずに並置するから
、セメントマトリックスが混合されている間にファイバ
ーが絡み合うことを避けながら可塑性によりエネルギー
が更に発散する。

ワイヤ直線部の長さが１０＋ｍｔｎ乃至５０ｍｍである
と有利である。

また、２つのワイヤ直線部が自身の長さの２１５乃至２
倍だけ離間していることが望ましい。

更にまた、ワイヤが直径０．１ｍｍ乃至１　ｍｍの円形
断面を有していることが望ましい。

この発明のファイバーは、事務用の用紙用クリップから
クリップ用のループを除いたものの形状に似ている。

この不連続ファイバーは、閉じた構造を有しているため
に、セメントマトリックスを局部的に限定し、これによ
って、マトリックス内に微小亀裂が生じるのを改善され
た形で制御する。

このファイバーは隣接する先端が大きな長さにわたって
重なり合い、非常に大きなフ・ツクを形成しているもの
と考えることが出来、これによって、ファイバーをマト
リックス内にしっかりと固定するようになっている。

このファイバーは使用が簡単で、ファイノく一複合体を
製造している間に集まってしまうのを避けるために何等
の特別な別の技術を必要としな０゜このことは次の事実
によって説明される。即ち、コンクリート内の骨材はこ
のファイノく−に類似した形状寸法になっており、従っ
て、混合の間、マトリックス内でファイバーを個々に分
離しようとする仕切り効果を有しているからである。加
えて、取扱中に、ファイバーの先端で傷つく恐れが最早
ない。

この発明は、上記のこの発明のファイノ（−を含むファ
イバー複合体も対称になっている。

この複合体において、ファイノく−の容積を実質的に１
％にすることが望ましい。

［作用］ 不連続ファイバーをセメントを含むファイバー複合体に
埋設し、その中にこれらファイバーを均等に分布させ、
構造体を均等に補強する。摩擦及び可塑性によって大量
のエネルギーを発散させることが出来、ファイバー複合
体内に亀裂が発生するのを遅滞させる。また、ファイバ
ー複合体内に亀裂が発生した時に、それらをブリッジし
てファイバー複合体の機械的強度を保つ。

［実施例］ 図に示すように、引抜き鋼製の不連続ファイバー（不連
続繊維）１は、所定の長さを有する断面円形の鋼ワイヤ
２から製造されるもので、この鋼ワイヤ２が次に述べる
構造のループを形成する。

このループは凸状で閉じた形状になっており、−平面を
形成するもので、横長になっていることが望ましい。鋼
ワイヤ２の２つの先端部３，４は並置させた状態で互い
に反対方向に延在されている。

ファイバーは、半円形の２個のワイヤ曲線部５゜６と、
ワイヤ曲線部５の一端とこれに対応するワイヤ曲線部６
の端とを連結する第１のワイヤ直線部７と、ワイヤ曲線
部５．６の間にあって前言己の鋼ワイヤ２の先端部３，
４を構成する第２のワイヤ直線部８から成る。図示の通
り、先端部８（まワイヤ曲線部６の他端から延び、先端
部４はワイヤ曲線部５の他端から延びている。

ワイヤ直線部７，８は、実質的に平行で、１０ｍｍ乃至
５０闘の長さを有し、それらは自らの長さの２１５から
２倍の距離だけ互いに離間して（罵る。

ワイヤ２は、直径が０．１＋ｎｍ乃至１　ｍｍの円形断
面を有することが望ましい。ファイノく−の寸法ｉｔそ
れが使用される複合体の構成材の大きさで決る。

特に、複合体がセメントマトリ・ソクスである場合、フ
ァイバーの寸法は、セメントマトリ・ソクスの中に入れ
られる骨材の大きさの関数になって０る。

セメントマトリックス内のファイノく−の容量比番マ実
質的に１％かこれに近い値である。

ファイバー１が閉じた形をしているため↓こ、ファイバ
ーがお互いに取込むことが避けられ、セメントの混合の
間、骨材の表面がファイノ＜−【二載り、これによって
ファイバーが互いに離れた状態でファイバー複合体に内
に均等に分布され、均等なファイバー複合体（繊維複合
体）が得られる。この閉じられた形状によって、ファイ
ノく−がよく固定され、複合体の表面からファイバーの
先端やきつ先が飛び出すことがない。

この発明は、このようにして製造されたファイバー複合
体をも含むものである。

［発明の効果］ 以上のように構成された不連続ファイノく−を複合体に
用いることにより、特別の他の技術を用いることなしに
、複合体の製造中にファイＩく一同志が絡まったり他の
ファイバーを取込むことがなく、複合体全体にわたって
均一に分布されるから、複合体の強度を全容積にわたっ
て均一にするという効果がある。又、摩擦及び可塑化に
よる大エネルギーを発散させて複合体内の亀裂の発生を
遅らせることが出来るという効果もある。更に、複合体
内に亀裂が生じた場合には亀裂間の間隔をブリ・ツジし
て複合体の機械的強度を維持することが出来るという効
果もある。加えて、複合体の表面からファイバーの先端
が突き出ることが無いため複合体の取扱に当ってファイ
バーによって作業者が怪我をする恐れがないという効果
もある。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明に基づく不連続ファイバーの１実施例の平
面図である。 １・・・（不連続）ファイバー　　２・・・（鋼）ワイ
ヤ、３．４・・・先端部、５．６・・・ワイヤ曲線部、
　７・・・第１のワイヤ直線部、　８・・・第２のワイ
ヤ直線部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、引抜き鋼製ワイヤ（２）を、両端部を形成する凸状
   のワイヤ曲線部（５，６）とこれらワイヤ曲線部を連結
   する第１のワイヤ直線部（７）と、前記ワイヤ（２）の
   両先端部（３，４）を前記第１のワイヤ直線部（７）と
   実質的に平行にかつ相互に近接させて互いに逆方向に前
   記ワイヤ曲線部（５，６）の間に延在させて構成した第
   ２のワイヤ直線部（８）とで横長のループを形成し、か
   つ、当該ループが一平面を形成する構成としたことを特
   徴とするセメント材を含むファイバー複合体への組込用
   の引抜き鋼製不連続ワイヤファイバー。 ２、前記第１及び第２のワイヤ直線部（７，８）の長さ
   が１０ｍｍ乃至５０ｍｍであることを特徴とする請求項
   第１項に記載の引抜き鋼製不連続ワイヤファイバー。 ３、前記第１及び第２のワイヤ直線部（７，８）はこれ
   らの長さの２／５乃至２倍の距離離間していることを特
   徴とする請求項第１項又は第２項に記載の引抜き鋼製不
   連続ワイヤファイバー。 ４、前記ワイヤ（２）は断面が円形であり、その直径が
   ０．１ｍｍ乃至１ｍｍであることを特徴とする請求項第
   １項乃至第３項の何れかの１項に記載の引抜き鋼製不連
   続ワイヤファイバー。 ５、請求項第１項乃至第４項のいずれかの１項に記載の
   前記ワイヤファイバーをセメントに埋設して構成したこ
   とを特徴とするファイバー複合体。 ６、前記ワイヤファイバーの容積比率は実質的に１％で
   あることを特徴とする請求項第５項に記載のファイバー
   複合体。