JPH0753247A - 鋼繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 コンクリ−トやモルタルの強度及び靭性を向
上させる目的でこれらの中に混入される鋼繊維に関し、
鋼繊維の形状に工夫を加え、該鋼繊維のコンクリ−トに
対する付着性をより改善を図ろうとするものである。 【構成】 コンクリ−トやモルタル中に混入される波型
付けがされた鋼繊維であって、線径（ｄ）が０．４〜
０．９ｍｍ、長さ（Ｌ）が２０〜７０ｍｍ、抗張力
（Ｔ）が１２０〜１６０ｋｇ／ｍｍ² 、前記線径（ｄ）
と波型付ピッチ（λ）が、３．０×ｄ＋１．２＜λ＜
３．７×ｄ＋１．４４、なる式を満足し、かつ前記鋼繊
維の長さ（Ｌ）と波形状曲率半径（Ｒ）が、０．０１３
×Ｌ＋１．２＜Ｒ＜０．０８３×Ｌ＋１．２、なる式を
満足することを特徴とする鋼繊維であり、好ましくは、
鋼繊維の長さ（Ｌ）と波形状曲率半径が、０．０２０×
Ｌ＋１．３＜Ｒ＜０．０３７×Ｌ＋１．４、である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンクリ−トやモル
タルの強度及び靭性を向上させる目的でこれらの中に混
入される鋼繊維に関し、鋼繊維の形状に工夫を加え、該
鋼繊維のコンクリ−トに対する付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−トとして
は、一般にコンクリ−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。そして、かかるコンクリ−トは、
コンクリ−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
となり、近年、鉄筋を用いる方法に代わって、このよう
な鋼繊維を混入したコンクリ−トが適用される傾向にあ
り、その需要が高まりつつある。

【０００３】かかる鋼繊維に要求される特性としては、
引張強度及びコンクリ−トとの付着特性が特に重要な因
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−トとの付着特性に関しては要請に充分に
答えられない場合があった。

【０００４】ここに、鋼繊維のコンクリ−トに対する付
着形態は、コンクリ−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−トに応力が付加される
初期の段階では、鋼繊維とコンクリ−トの界面における
接合にて、又、応力が付加される後期の段階、即ち、よ
り高い歪みが加わる段階では、鋼繊維とコンクリ−トと
の界面における接合よりも、鋼繊維をコンクリ−トから
引き抜く際に発生する摩擦抵抗及び予め鋼繊維に与えら
れた曲げ加工で付着力が発生するものと考えられてい
て、従来よりこの摩擦抵抗をより高めるための物理的、
機械的な付着方法が種々検討されてきた。

【０００５】この鋼繊維とコンクリ−トとの付着に関す
る文献としては、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−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、要請に対して充分
満足のいく付着強度が得られない場合がある。

【０００６】又、特公平０１−３２１７８号公報には、
基体部と異形部を交互に繋ぎ合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−トと鋼繊維との初期の付着力は高めることは
できるが、特に異形部があるため鋼繊維の引張強度が低
下する不利があること、又、曲げや引張り応力を負荷し
たときの初期の付着力は高いものの、継続して応力を負
荷した場合に付着力が低下、即ちタフネスに問題がある
こと、更には、特殊な加工装置を必要とするという種々
の問題点があり実用的ではない。

【０００７】更に、特公平０４−４２３４７号公報に
は、鋼繊維に波形片付けを施すことでコンクリ−トの曲
げ試験における撓み強さを改善する技術が開示されてい
る。この方法によると、鋼繊維の波型付けでは、波高さ
が線径の１倍以上で、波長が線径の１０倍以下にするこ
とでねばり強さが改善され、波高さを１．５倍以下にす
ることでコンクリ−トに混入したときの鋼繊維の絡み合
いが改善され、波長は線径の７倍以上である波型付けが
された鋼繊維が提示されている。しかしながら、鋼繊維
のこのような形状の波型付けで得られる付着力より、実
際には更に高い付着力が要求されることが多く、又、こ
のような波高が線径の１以上の鋼繊維においては、これ
をコンクリ−トと混ぜ合わせたときに絡み合うという作
業性の問題が十分に解消せず、更に、鋼繊維をその梱包
からコンクリ−トに投入する際の鋼繊維を握時するとき
の作業性、即ち施工性が劣るという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する点は、上記の従来技術に鑑みてなされたものであ
り、コンクリ−トと鋼繊維との付着強度を、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鋼繊
維を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のコンクリ−ト
やモルタル中に混入される鋼繊維は、波型付けがされた
鋼繊維であって、線径（ｄ）が０．４〜０．９ｍｍ、長
さ（Ｌ）が２０〜７０ｍｍ、抗張力（Ｔ）が１２０〜１
６０ｋｇ／ｍｍ² 、前記線径（ｄ）と波型付ピッチ
（λ）が、３．０×ｄ＋１．２＜λ＜３．７×ｄ＋１．
４４、なる式を満足し、かつ前記鋼繊維の長さ（Ｌ）と
波形状曲率半径（Ｒ）が、０．０１３×Ｌ＋１．２＜Ｒ
＜０．０８３×Ｌ＋１．２、なる式を満足することを特
徴とする鋼繊維であり、好ましくは、鋼繊維の長さ
（Ｌ）と波形状曲率半径が、０．０２０×Ｌ＋１．３＜
Ｒ＜０．０３７×Ｌ＋１．４、である鋼繊維である。
尚、本発明の鋼繊維にあっては、その少なくとも一端を
フック形状とすることもできることは勿論である。

【００１０】本発明の鋼繊維にあって、線径（ｄ）及び
長さ（Ｌ）を特定した理由は次の通りである。即ち、鋼
繊維の線径（ｄ）が０．４ｍｍより小さいと伸線加工量
を大きくしなければならず、このため、生産性を低下さ
せ、一方、線径（ｄ）が０．９ｍｍより大きいと鋼繊維
単位重量当たりの本数が小さくなるため、十分な補強効
果を上げることができなくなるからである。又、鋼繊維
の長さ（Ｌ）は２０ｍｍ以下では十分な補強効果が上げ
られず、７０ｍｍ以上にあっては、補強効果は高いもの
の鋼繊維同士が絡み合ってファイバ−ボ−ルを形成し易
く、このためコンクリ−トとの混合時等の施工性が著し
く低下することとなるからである。

【００１１】そして、鋼繊維の抗張力（Ｔ）は高ければ
高いほどよいが、１６０ｋｇ／ｍｍ² 以上では伸線加工
量を大きくしなければならず、このため生産性を著しく
低下させてしまい、一方、補強効果を考慮すると１２０
ｋｇ／ｍｍ² 以上が望ましいものである。

【００１２】更に、鋼繊維に型付けされる波のピッチは
小さいほど補強効果に大して有効に働くが、小さくし過
ぎると波型付けの加工により材料が脆化し或値以上は小
さくすることができない。即ち、波長を小さくすること
で補強効果を高めることができるのは、鋼繊維をコンク
リ−トから引き抜くときの付着力は、一波長の付着力と
波の数とを掛け合せたものであるが、全体の引き抜き力
に与える寄与度は波の数のほうが大きいからである。し
かるに、この波型付波長の限界の値は、線径によって異
なり、線径が小さいほど小さな値になる。本発明にあっ
ては、線径（ｄ）と波型付ピッチ（λ）との関係を特定
したが、この特定範囲より大きいと十分な補強効果が得
られにくく、一方、この範囲より小さいと材料の脆化に
よりこれ又補強が十分でないということと、大きな加工
を必要とするために生産性が低下するものであり、これ
らの知見から最適な範囲を見出したものである。

【００１３】更に又、鋼繊維の長さ（Ｌ）と波形状曲率
半径（Ｒ）の関係を特定したが、これは次のようにして
求めたものである。即ち、後述する図４及び図５に示す
ように、鋼繊維の長さ（Ｌ）と波形状曲率半径（Ｒ）の
関係と、引抜付着力との関係を線径毎の適正範囲を求め
たが、この結果より鋼繊維長と曲率半径との関係と、適
正付着力及び最適付着力の範囲を求め（図６）、この領
域を示す上限及び下限の近似式を得たものである。図６
において、鋼繊維の曲率を適正範囲にすることで、高い
付着力が得られるが、より最適には請求項２の範囲にす
ることでより安定した付着力が得られることとなる。

【００１４】ここで、最適範囲がより小さい曲率半径の
領域にあるのは次の理由による。即ち、図５のｄ＝０．
８ｍｍ、Ｌ＝６０ｍｍの場合、適正領域においてほぼ一
定した付着力が得られるが、この付着力は鋼繊維が３０
ｍｍ埋め込んだときの付着力であり、現実の補強コンク
リ−トにおいては、鋼繊維長がもっと短い埋め込み長さ
で付着力が要求される場合があり、その場合の例として
埋め込み長さが１５ｍｍの場合、付着力は図５のｄ＝
０．８ｍｍ、Ｌ＝３０ｍｍの場合の付着力に相当し、こ
の場合の付着力はより小さい曲率半径の領域である。こ
のように、より短い埋め込み長さの付着力を考慮した最
適範囲の曲率半径のより小さい領域になるのである。

【００１５】

【作用】真直でない鋼繊維とコンクリ−トの付着力、特
にコンクリ−トと鋼繊維界面の結合が外れた後の鋼繊維
とコンクリ−トの付着力は、鋼繊維が引き抜かれるとき
の摩擦抵抗又は鋼繊維が受ける曲げ加工等が考えられ
る。本発明者等は、この鋼繊維とコンクリ−トの付着力
の発生機構を解明すべく、波形状の鋼繊維をコンクリ−
トから引き抜く時の、引き抜き途中での鋼繊維形状を観
察し、引き抜き応力との対応を取って検討をした。

【００１６】その結果、図３に示すように、引き抜き初
期の段階（Ａ）で、引き抜き応力が十分に高くない段階
で鋼繊維とコンクリ−トの界面の結合は外れ、鋼繊維は
引き抜かれて高い応力になる（Ｂ）につれてコンクリ−
ト中で波形状が真直形状に変化し、最大応力の時点で波
形状はほぼ真直になることを見い出した。そして、鋼繊
維がほぼ真直に近くなった以降（Ｃ）は急激に引き抜き
応力が低下していく。この観察の結果、鋼繊維をコンク
リ−トから引き抜くときの付着力は、鋼繊維がコンクリ
−トの通路を通過するときに受ける曲げ加工と、波型形
状の鋼繊維でコンクリ−トの通路の壁面を削る現象で発
生するものと考えられる。

【００１７】この引き抜き力と鋼繊維の形状の関係を更
に検討すべく、曲率半径の異なる鋼繊維に対して引き抜
き力を測定した。ここで曲率半径の影響を検討するにお
いて、鋼繊維長及び線径に水準を取りその効果を調べ
た。その結果、後述する図４及び図５に示すように、い
ずれの鋼繊維長、線径においても、最大の付着力を示す
適正範囲が存在することが認められる。即ち、鋼繊維の
曲率半径が大きいところから漸次小さくすることにより
付着力は増大するが、或る曲率半径のところ以下では付
着力が大きく低下することが判明した。

【００１８】このように、鋼繊維の曲率半径を大きいと
ころから小さくしていって付着力が向上するのは、次の
ように考えられる。即ち、曲率の大きな波型状の鋼繊維
においては、鋼繊維を引き抜くとき、鋼繊維はコンクリ
−トに形成された波型状の通路を通過する際に、鋼繊維
が受ける曲げ加工が付着力発生の主なものと考えられる
が、この鋼繊維の波型状の曲率を小さくすることで、上
述の鋼繊維に加わる曲げ加工に加えて、曲率半径を小さ
くすることで波型付けの数が多くなると同時に、前記の
曲げ加工によって鋼繊維が加工硬化することとなり、引
抜き時に鋼繊維がコンクリ−トの通路を削り取る作用が
大きくなり付着力が大きくなるものと考えられる。

【００１９】次に、鋼繊維の曲率半径の或る値で急激に
付着力が低下する理由は、引き抜き時の観察において次
のことが判明した。即ち、鋼繊維が引き抜かれる前、言
い換えれば、充分な引き抜き力を発揮する前に鋼繊維が
破断してしまうためである。ここで、鋼繊維が破断して
しまうのは、鋼繊維自体の引張強度が鋼繊維の波方付け
の形状によって発生し得る付着力以下であるためで、鋼
繊維の波型付けの曲率半径を或る値以下に小さくする
と、鋼繊維製造時の波型付け加工によって線材が脆化す
るが、このため、鋼繊維線材の破断強度が低下すると考
えられる。例えば、線径０．８ｍｍの場合、曲率半径を
２．０ｍｍ以下にすると破断強度が著しく低下すること
となる。

【００２０】鋼繊維をコンクリ−トに混入した際の最適
な付着力を得るこの発明の鋼繊維において、鋼繊維の曲
率に上限と下限を設ける理由は、以上のように曲率の小
さい波型付けによって高い付着力を得ることと、鋼繊維
の引張強度が低下しない範囲での小さな波型付けで最適
な波型付けが得られるからである。

【００２１】又、鋼繊維長さによって最適な曲率半径が
異なる理由は、鋼繊維長が短くなると、鋼繊維をコンク
リ−トから引き抜くときの付着力は、鋼繊維長の１／２
の長さで担うため、鋼繊維の破断強力に近い付着力を発
生させるためには、単位長さでより高い付着強力を発生
させなければならず、そのためにより小さな曲率半径の
ところに最適値があるためと考えられる。

【００２２】

【実施例】この発明の波型付け鋼繊維を実施例に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明の鋼繊維の平面図で
あって、場合によっては、図２にて示すように鋼繊維の
端部をフック状に形成することも可能である。さて、炭
素含有量が０．１７％で直径が５．５ｍｍの炭素鋼線材
を伸線縮径して、直径が０．８ｍｍで抗張力が１３５ｋ
ｇ／ｍｍ² の鋼繊維とし本発明の線材に供した。この伸
線縮径して得た線材を波型付けされた型でプレス加工す
ることで、鋼繊維の全長にわたって波型付け形状を与え
た後、６０ｍｍ長さに裁断して波型付け鋼繊維とした。
ここでこの発明及び比較例の鋼繊維は、波型付けの曲率
半径に水準をとり繊維を作成した。

【００２３】そして、作成した鋼繊維の付着力を測定評
価した。付着力の測定は次のようにして行った。即ち、
鋼繊維をコンクリ−トに一定の長さに埋め込み、鋼繊維
付着力評価用サンプルを作成して行った。かかるサンプ
ルとして、コンクリ−ト中に埋没させる鋼繊維の長さは
鋼繊維長さの半分で、鋼繊維長は夫々６０ｍｍ、５０ｍ
ｍ、３０ｍｍでは、３０ｍｍ、２５ｍｍ、１５ｍｍの長
さを埋め込んだ。このようにして作成したコンクリ−ト
を、引張試験機で引抜き速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで引き
抜き、そのときの最大応力を付着力とした。ここで埋め
込み長さを鋼繊維長さの半分としたのは次の理由によ
る。即ち、鋼繊維の付着力が求められるのは、コンクリ
−ト亀裂が鋼繊維を通過する位置から鋼繊維端までの長
さが短い方であり、その長さは半分を超えないからであ
る。

【００２４】結果を図４及び図５に示す。図４のイは線
径（ｄ）が０．５ｍｍ、繊維長（Ｌ）が５０ｍｍ、ロは
線径（ｄ）が０．５ｍｍ、繊維長（Ｌ）が３０ｍｍの鋼
繊維の波形付け曲率半径（ｍｍ）と鋼繊維付着力（ｋ
ｇ）との関係を示すグラフであり、一方、図５のハは線
径（ｄ）が０．８ｍｍ、繊維長（Ｌ）が６０ｍｍ、ニは
線径（ｄ）が０．８ｍｍ、繊維長（Ｌ）が３０ｍｍの鋼
繊維の波形付け曲率半径（ｍｍ）と鋼繊維付着力（ｋ
ｇ）との関係を示すグラフである。

【００２５】例えば、鋼繊維長が６０ｍｍの場合は、曲
率半径２ｍｍ以下で付着力は急激に低下し、又、６ｍｍ
以上では付着力は漸次低下する、そして、本発明で特定
したように、鋼繊維の曲率半径が２．０ｍｍから６．２
ｍｍにおいて、好適には２．５ｍｍから３．６ｍｍにお
いて高い付着力が得られることが判明したものである。
又、鋼繊維長が３０ｍｍの場合は、１．６から３．８ｍ
ｍの曲率半径において、好適には１．９ｍｍから２．５
ｍｍにおいて高い付着力を示し、曲率半径が大きくなる
に従って付着力は低下していく。この最適範囲は鋼繊維
の線径によらず鋼繊維の長さにて定められるのである。

【００２６】そして、図６は繊維長さ（Ｌ）と曲率半径
（Ｒ）との関係をもって付着力を示したものであり、適
性付着力と最適付着力の範囲を求め、ＬとＲとの近似式
を求めるためのグラフである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、鋼繊維の波型付け
をこの発明の形状になすことにより鋼繊維の有する強度
に対応した付着力を与えることができ、従って、鋼繊維
補強コンクリ−トの強度を高めることができ、又、所定
の強度のコンクリ−トを得るにおいて、投入しなければ
ならない鋼繊維の量を減少させることができ、工業上極
めて有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の鋼繊維の平面図である。

【図２】図２は本発明の鋼繊維の別例を示す平面図であ
る。

【図３】図３は鋼繊維の引抜長さと引抜力との関係を示
すグラフである。

【図４】図４は線径（ｄ）と繊維長（Ｌ）とを特定した
鋼繊維の波形付け曲率半径と鋼繊維付着力との関係を示
すグラフである。

【図５】図５は線径（ｄ）と繊維長（Ｌ）とを特定した
別例の鋼繊維の波形付け曲率半径と鋼繊維付着力との関
係を示すグラフである。

【図６】図６は繊維長さ（Ｌ）と曲率半径（Ｒ）との関
係をもって付着力を示したものであり、適性付着力と最
適付着力の範囲を求め、ＬとＲとの近似式を求めるため
のグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリ−トやモルタル中に混入される
   波型付けがされた鋼繊維であって、線径（ｄ）が０．４
   〜０．９ｍｍ、長さ（Ｌ）が２０〜７０ｍｍ、抗張力
   （Ｔ）が１２０〜１６０ｋｇ／ｍｍ² 、前記線径（ｄ）
   と波型付ピッチ（λ）が、３．０×ｄ＋１．２＜λ＜
   ３．７×ｄ＋１．４４、なる式を満足し、かつ前記鋼繊
   維の長さ（Ｌ）と波形状曲率半径（Ｒ）が、０．０１３
   ×Ｌ＋１．２＜Ｒ＜０．０８３×Ｌ＋１．２、なる式を
   満足することを特徴とする鋼繊維。
2. 【請求項２】 請求項１において、鋼繊維の長さ（Ｌ）
   と波形状曲率半径が、０．０２０×Ｌ＋１．３＜Ｒ＜
   ０．０３７×Ｌ＋１．４、である鋼繊維。
3. 【請求項３】 請求項１において、鋼繊維の少なくとも
   一端をフック形状としたことを特徴とする鋼繊維。