JPH05194001A - コンクリート補強用鋼繊維およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鋼繊維のコンリートに対する密着性をより高
める。 【構成】 伸線法によって得た鋼線Ｓを、裁断機構およ
び波付用の型を備える上下で一対になる波付裁断機構を
通して、波付け、裁断処理を施すことより、鋼繊維１
に、一定のピッチで蛇行する波形を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、コンクリートやモルタルの強
度および靭性を向上させる目的で混入される鋼繊維の形
状に工夫を加え、該鋼繊維のコンクリートに対する密着
性のより一層の改善を図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼繊維で補強したコンクリートとして
は、一般にコンクリート圧縮強度が100kg/mm²以上で、
鋼繊維抗張力が60kg/mm²以上になるものが用いられてい
る。かかるコンクリートは、コンクリート中に補強用鋼
繊維を均一に分散させることで、それ自体の引張強度、
曲げ強度、曲げタフネス、ひび割れ性等の機械的強度を
改善、向上させることが可能で、近年鉄筋を用いる方法
に代わって、このような鋼繊維が適用される傾向にあ
り、その需要が高まりつつある。かかる、鋼繊維に要求
される特性としては、引張強度およびコンクリートとの
密着性がとくに重要な因子となっているが、鋼繊維に要
求される特性のうち、引張強度については鋼繊維の材質
や径を選択することにより容易に目的とする値を確保す
ることができるが、鋼繊維とコンクリートとの密着性に
関しては未だ満足のいくものが得られていないのが実情
であった。ここに、鋼繊維のコンクリートに対する密着
形態は、コンクリートに付加される応力に応じて種々変
化し、具体的には、コンクリートに応力が付加される初
期段階では、鋼繊維とコンクリートの界面における接合
にて、また、応力が付加される後期の段階、すなわち、
より高い歪みが加わる段階では、鋼繊維とコンクリート
との界面における接合から、その相互間における摩擦抵
抗にて密着するものと考えられていて、この摩擦抵抗を
より高めるための物理的、機械的な密着方法が従来より
種々検討されてきた。

【０００３】この点に関する文献として、例えば特公昭
60-9976 号公報には、鋼繊維の両端を折り曲げてコンク
リートとの摩擦抵抗を高める技術が開示されている。と
ころでこのような鋼繊維の単なる折り曲げだけでは充分
満足のいく密着強度が得るには至っていない。また、特
公平1-32178 号公報には、基体部と異径部を交互に繋ぎ
あわせた構成になる鋼繊維が提案されているが、ここで
提案されている鋼繊維は、コンクリートと鋼繊維との密
着力は高めることはできるが、とくに異径部おける引張
強度が低下する不利があこと、また、曲げや引張応力を
付加したときの初期の密着力は高いものの、継続して応
力を付加した場合に密着力が低下、すなわちタフネスに
問題があること、さらには、特殊な加工装置を必要とす
る等種々の問題があり、実用的でない。

【０００４】コンクリートと鋼繊維との密着強度を、特
殊な装置を用いることなく充分に高めることができる新
規な繊維とその繊維を製造するのに適した方法を提案す
ることがこの発明の目的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、コンクリ
ート中に均一分散させて、該コンクリートの強度を高め
る補強用鋼繊維であって、該補強用繊維は、一定のピッ
チで蛇行する波形になることを特徴とするコンクリート
補強用鋼繊維である。

【０００６】この発明では、上記構成になる補強用鋼繊
維として、とくに、その両端にフックを有するものが好
適である。

【０００７】また、この発明は、伸線法によって得た鋼
線を、裁断機構および波付け用の型を備える上下で一対
になる波付け裁断機構に通して、波付け、裁断処理を施
すことを特徴とするコンクリート補強用鋼繊維の製造方
法である。

【０００８】さて、図１にこの発明に従う補強用鋼繊維
の一例を、また図２にこの補強用鋼繊維の製造に適した
設備を模式的に示し、図１における１は鋼繊維であっ
て、この鋼繊維１は所定の波長Ｐと波高ｈを有する。ま
た、図２における番号２ａ，２ｂは上下で一組になるロ
ールであって、このロール２ａ，２ｂのロール表面に
は、波付け用の型部分２ｃ, 鋼繊維１の両端にフック形
状 (図５参照) を与えるプレス部２ｄおよび所定の長さ
に裁断するカッターＣが備えられていて、伸線法によっ
て得た伸線Ｓ（単数でも複数本束ねたものでもよい）
を、このロール２ａ，２ｂ間に通すことによって、上掲
図１に示したような補強用鋼繊維を連続的に得る。ま
た、３は伸線Ｓをロール２ａ，２ｂに供給するための巻
き出し機である。

【０００９】

【作用】この発明は、従来の伸線法でえられた伸線Ｓに
上掲図２に示した設備を用いて一定のピッチで蛇行する
波形を付与し、これをコンクリート中に均一に分散させ
ることによってコンクリートの機械的強度を有利に改善
向上させようとするものである。このような繊維がコン
クリートの強度が改善できる理由は以下のように推察さ
れる。

【００１０】すなわち、図３ (ａ), (ｂ) に示すごと
く、コンクリートに埋め込まれた鋼繊維を引き抜く場合
における初期の段階 (図４中Ｏ〜Ａの段階) では、コン
クリートと鋼繊維との界面でそれらが相互に密着接合し
ているが、ある段階を超えると界面における接合からそ
の間の摩擦抵抗による密着力が発生 (図４中Ａ〜Ｂ)
し、このとき該鋼繊維に波形を付与してあるので、コン
クリートとの間の摩擦抵抗がとくに大きくなり、この抵
抗に打ち勝って鋼繊維を引き抜くには、コンクリートに
取り囲まれている鋼繊維に対して大きな曲げ力を加えな
ければならないことになるからであると考えられる。か
かる状況を、図４の (ハ) に示す。なお、図４中 (ロ)
は図５に示したような形状になる鋼繊維をコンクリート
より引き抜く場合における状況を、また図４中 (イ)
は、ストレートの鋼繊維の引抜き状況を比較して示した
ものである。

【００１１】とくに、図５ (ａ), (ｂ) に示したような
基体部と異径部からなる鋼繊維は、その引抜きに際して
径の大きい異径部が、基体部を取り囲むコンクリート部
分を削り破壊しながら移動し、このコンクリート部分が
すべて破壊された状態では、摩擦抵抗が急激に低下、す
なわちコンクリートとの密着力が急激に低下して、その
強度が短期のうちに著しく低下する。この発明では、鋼
繊維を引き抜く過程でこの鋼繊維と接するコンクリート
部分を削りとるようなことはなく、鋼繊維に曲げ力を作
用させつつ移動するものであるから、高い摩擦抵抗、す
なわち高い密着力が得られるわけである。図６は、波形
を付与した鋼繊維１の端部にさらにフックｆを設けた例
を示したものであって、このようなフックｆを設けるこ
とによってコンクリートと鋼繊維との密着性をより強固
なものとすることができる。フックｆの形成は、上掲図
２に示したような設備で同時に付与することができる。

【００１２】この発明では、鋼繊維１の波長Ｐ (ピッ
チ) は、その長さＬの50％以下とするのが好ましい。そ
の理由は、波長Ｐが鋼繊維の長さＬの50％を超えると鋼
繊維１がコンクリート中を移動する際における曲げ回数
が少ないために、充分な密着力を得ることができないか
らである。なお、波長Ｐは小さければ小さいほど高い密
着力を得ることができるが、加工性の点からは５％以上
とするのが好ましい。また、波高ｈに関しては、0.01mm
以上とするのが好ましい。その理由は、0.01mm未満では
鋼繊維に対する曲げ量が小さくなり、密着性の点から不
利となるからである。なお、この波高ｈは、より好まし
くは波長Ｐの３％以上とするのがよく、生産性の点から
は上限を0.5 mm以下とするのが好ましい。鋼繊維の端部
にフックｆを設けるにあたっては、鋼繊維がコンクリー
トから引き抜かれる際の抵抗力を考慮して、鋼繊維１の
本体部分とのなす角度αが45°以上となるようにするの
が好ましい。ここで、鋼繊維とコンクリートの密着強度
は、鋼繊維及びコンクリートの各々の強度と関係してい
て鋼繊維及びコンクリートの強度に応じて鋼繊維に適切
な波形形状を付与することで最適な密着力を得ることが
できる。例えば、圧縮強度の高いコンクリートに、波長
Ｐが小さく波高ｈの高い高抗張力鋼繊維を用いる場合に
は、鋼繊維が引き抜かれるような力を受けても簡単に破
断するようなことはなく高い密着力を得ることができ
る。また強度が比較的低いコンクリートの場合において
は、鋼繊維自体の強度を高めるような措置をとらなくと
も波形形状の付与のみで適切な密着力を得ることができ
る。

【００１３】この発明に従う鋼繊維を製造するのに適し
た設備としては、伸線法によってえられた鋼線を上下に
挟み、波型およびカッターを備えた相互接近離隔を繰り
返す往復駆動式のプレスを用いることもできる。また、
図７に示すように線材に予め波形を付与しておき、その
下流に配置した裁断プレスによって所定のピッチで蛇行
する線材を目的の長さに切断、これと同時にフックｆを
設けるような構成をとることもできる。

【００１４】

【実施例】日本コンクリート工学協会のＪＣＩ−ＳＦ２
に準じて供試体を作製すべく、まず、伸線加工によって
得られた線径が0.8 mmになる炭素鋼線を用いて、波長
Ｐ,波高ｈ, 端部のフックｆの角度αを種々変更した表
１に示すような数種類の鋼繊維 (長さはすべて同一）を
作製し、これらの繊維をそれぞれ重量100 の生コンクリ
ートに対して0.3 ％の割合で混入、コンクリートミキサ
ーにて鋼繊維が充分に分散するまで混合した。そしてこ
れを、縦15cm, 横15cm, 高さ50cmになる型に流し込み、
28日間の水中における養生後に、型から取り出して曲げ
試験用の鋼繊維補強コンクリートとし、得られた鋼繊維
補強コンクリートの曲げ試験を行った。その結果を表１
に併せて示す。なお、曲げ試験は日本コンクリート工学
協会のＪＣＩ−ＳＦ４に示されている曲げ強度とタフネ
スの測定法に準じて行った。すなわち、この曲げ試験は
図８に示したような３点曲げ試験で行い、試験試料が破
断するまでの曲げ歪みと荷重を測定し、図９に示すよう
な曲げ歪み曲線から、曲げ特性として図９中における最
大曲げ荷重Ｍを、また曲げタフネスとして図９中におけ
る斜線部分の面積Ｔを測定した。また、表中、相対波長
は鋼繊維の全長を基準としたものであり、相対最大曲げ
強度及び相対タフネスは従来例３を基準にして評価した
ものである。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１より明らかなように、この発明に従う
鋼繊維を用いて補強したコンクリートは、最大曲げ強
度、曲げタフネスが約20％程度上昇すること、すなわ
ち、同等の強度を確保するために混入しなければならな
い鋼繊維の量を20％程度削減できることが確かめられ
た。なお、波長については、それを小さくすればするほ
ど曲げ特性も改善される傾向にあるが、とくに５％以下
では生産性の低下が免れ得ないこともわかった。波高に
ついても、波長の３％以上とすることで最大曲げ強度、
曲げタフネスとも大きくできるが、波長の20％を超える
と生産性の低下が避けられないことがわかった。フック
の角度αについては、その角度を大きくするほど滞在曲
げ特性を大きくできるが、α＝90°を超える場合には線
材の強加工によってその表面にきずが発生する場合があ
り、好ましくないことがわかった。

【００１７】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、伸線法によ
って得られた線材に波付け加工を施し、これを所定の長
さに裁断した鋼繊維とすることで、これを混入したコン
クリートの最大曲げ強度、曲げタフフネスを大幅に向上
させることが可能で、構造物の安全性、耐久性より高め
ることができる。また、コンクリートの補強に使用する
鋼繊維の量を有利に削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う鋼繊維を示した図である。

【図２】この発明に従う鋼繊維の製造要領の説明図であ
る。

【図３】この発明に従う鋼繊維の引抜き状況を示した図
である。

【図４】鋼繊維の密着力と引抜き力の関係を示した図で
ある。

【図５】従来の鋼繊維の引抜き状況を示した図である。

【図６】この発明に従う鋼繊維の他の例を示した図であ
る。

【図７】この発明に従う鋼繊維の製造要領の説明図であ
る。

【図８】コンクリートの曲げ試験要領を示した図であ
る。

【図９】コンクリートの曲げ最大応力と曲げたわみ量の
関係を示したグラフである。

【符合の説明】

１ 鋼繊維 2a ロール 2b ロール ３ 巻き出し機 Ｐ 波長 ｈ 波高 Ｓ 鋼線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート中に均一分散させて、該コ
   ンクリートの強度を高める補強用鋼繊維であって、 該補強用繊維は、一定のピッチで蛇行する波形になるこ
   とを特徴とするコンクリート補強用鋼繊維。
2. 【請求項２】 補強用繊維の両端にフックを有する請求
   項１に記載したコンクリート補強用鋼繊維。
3. 【請求項３】 伸線法によって得た鋼線を、裁断機構お
   よび波付け用の型を備える上下で一対になる波付け裁断
   機構に通して、波付け、裁断処理を施すことを特徴とす
   るコンクリート補強用鋼繊維の製造方法。