JPH1179806A - コンクリート補強用鋼繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度コンクリートに適用したときに大きな
外力に対して破断することのない、主として型枠への打
ち込みによる覆工コンクリートに用いられるコンクリー
ト補強用鋼繊維。 【解決手段】 高張力薄鋼板を細く剪断加工して製造さ
れるコンクリート補強用鋼繊維である。鋼繊維８は、４
０〜６０ｍｍの長さを有し、０．８〜１．２ｍｍの幅を
有し、６０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ² の引張強度を有し、
１０〜２５％の伸びを有している。そして、鋼繊維８の
両端部には、波形に加工した異形部２が対称に配されて
設けられている。鋼繊維８の中央部は、異形部を設けな
い軸線部１からなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンクリートの
強度および靱性を補強する目的で混入される、主として
型枠への打ち込みによる覆工コンクリートに用いられる
コンクリート補強用鋼繊維に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般建設材料として用いられるコンクリ
ートの中に鋼繊維を混入し均一に分散させた鋼繊維補強
コンクリート（以下、「ＳＦＲＣ」という）は、鋼繊維
を混入しない通常のコンクリートに比べてひび割れ抵抗
性および引張り強度が大きく、ひび割れ発生後のコンク
リートの靱性も大きいことから、土木および建築分野で
の利用が増えつつある。鋼繊維はその長さにより利用さ
れる分野が分けられ、長さ２０〜３０ｍｍの短い鋼繊維
は、主としてトンネルの１次覆工や道路の法面などの吹
き付けコンクリートに、長さ４０〜６０ｍｍの長い繊維
は、主として工場の土間床やトンネルの２次覆工など型
枠内に打ち込まれる覆工コンクリートに用いられる。コ
ンクリート１ｍ³ 当りの鋼繊維の混入量は、施工性およ
び作業性を勘案して吹き付けＳＦＲＣの場合体積百分率
で約１％、覆工ＳＦＲＣで０．５〜０．８％前後であ
る。また、覆工ＳＦＲＣに用いられるコンクリートの粗
骨材は、骨材の最大寸法の約２〜２．５倍の鋼繊維長さ
のときにＳＦＲＣとしての性能が最も発揮されることよ
り、最大寸法が２０〜２５ｍｍの砂利や砕石が一般に用
いられる。

【０００３】この種の鋼繊維には、ＳＦＲＣとしての補
強効果を高めるために鋼繊維１本当たりの引張強度が高
いこと、コンクリートとの付着が良いことおよびコンク
リートに混入して練り混ぜるときの鋼繊維の分散性が良
いことなどが要求され、鋼繊維の製造法に応じて種々の
形状が考案されている。鋼繊維を製造する方法として代
表的なものは、以下の通りである。 （１）厚さ０．５ｍｍ程度の冷延薄鋼板を回転刃により
細く剪断加工する薄板剪断法（特開昭５２−２９６８９
号公報、特開昭５７−１７６３６２号公報）。（以下、
「先行技術１」という）。 （２）冷延、引抜きされた丸鋼線を所定の長さに切断す
る鋼線切断法（特開昭６０−１９５０４３号公報、特開
昭６０−２３５７５１号公報、特開平４−３１０５５３
号公報）。（以下、「先行技術２」という）。

【０００４】これらの先行技術の方法により製造された
鋼繊維は、それぞれ製造法、繊維長さ、鋼繊維の原材料
となる素材の材質の違いによる特有の性質を有してお
り、ＳＦＲＣとしたとき、その強度特性および変形性能
がかなり異なることが判明している。これら性質の差
は、鋼繊維が外力を受けたときに、鋼繊維が切断しない
で抜け出してくるときのコンクリートと鋼繊維との付着
特性によるところが大きく、鋼繊維とコンクリートとの
付着強度を鋼繊維が切断しない範囲で高めるために鋼繊
維の形状について種々の工夫がなされている。この方法
としては、以下に示す（ａ）、（ｂ）がある。 （ａ）鋼繊維の軸線部における異形部を設けるもの。 （ｂ）鋼繊維の端部を折り曲げ加工して端部でのアンカ
ー作用により引き抜け抵抗性を高めたもの。

【０００５】いずれの鋼繊維もＳＦＲＣとなして、これ
に外力が作用した場合には、鋼繊維の引張強度とコンリ
ートの付着強度とのバランスがとれており、鋼繊維が破
断することなく高い付着強度を維持しながら抜け出して
くることによりコンクリートが破壊しにくく、且つ粘り
強くなるような特性をＳＦＲＣに付与している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、長さ５０ｍｍ前
後の鋼繊維は、設計基準強度で２１０〜２４０ｋｇｆ／
ｃｍ² の通常のコンクリート強度に対して使用され、そ
れ程大きな荷重および変形が作用しない建築の大規模な
工場などの土間床コンクリートに主に適用されてきた。
また、引張り強度が６０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ² 、長さ
が５０ｍｍ前後の、薄板剪断法により作られる鋼繊維で
は、上記の通常のコンクリート強度に対しては、次に示
す鋼繊維の異形部とコンクリートとの付着特性を表す指
標である支圧面積係数を０．００５〜０．０１５の範囲
内に設定した波形の異形部を、鋼繊維軸線部に適切な個
数配すれば、ＳＦＲＣに外力が作用した場合、鋼繊維が
破断することなく高い付着強度を維持しながら引き抜け
ることで外力に抵抗できることが判明している。

【０００７】支圧面積係数＝異形部の張り出し面積（＝
支圧面積）／（１ピッチの長さ×鋼繊維周長） ここで、支圧面積係数とは、波形の異形部と未加工の軸
線部とからなる１ピッチ長さの鋼繊維表面積当たりの異
形部の張り出し面積である支圧面積（＝鋼繊維の幅×波
形の異形部の軸線部と直角方角の山の高さ）の比率を表
すものである。

【０００８】ところが、近年、覆工ＳＦＲＣの用途が多
様化し、主に土木分野で大口径トンネルの２次覆工コン
クリートや大きな内圧が作用する導水路トンネルへの適
用など構造部材として用いられる例が増えてきた。この
ような適用例では、土間床のような非構造材とは異な
り、大きな外力および変形が作用するため、これに対抗
するためにはコンクリート強度が設計基準強度で３６０
ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の高強度コンクリートを適用せざる
を得なくなっている。ここで、設計基準強度で３６０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以上とは、圧縮強度でいえば５００ｋｇｆ
／ｃｍ² 以上になる。このようにコンクリート強度が高
くなると、必然的に鋼繊維に設けた異形部とコンクリー
トとの付着強度も大きくなり、また外力によりひび割れ
が生じた場合はＳＦＲＣ内部に蓄えられた高強度コンク
リートなるが故の大きな歪エネルギーが一挙に解放され
るため、薄板剪断法による長さ５０ｍｍ前後の従来の鋼
繊維では、ひび割れ面にある鋼繊維の全部または何割か
が切断して外力に対して抵抗できなくなり、ＳＦＲＣと
して強度および粘り強さを表す靱性が大きく低下する現
象が生じてきた。薄板剪断法による長さ５０ｍｍ前後の
覆工用鋼繊維を設計基準強度３６０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上
の高強度コンクリートに適用したときに、大きな外力に
対して鋼繊維が破断することなくコンクリートとの高い
付着力を維持しながら抜け出ることにより高強度および
高靱性ＳＦＲＣとなすことができるための好適な鋼繊維
の形状ならびに材質についてはこれまで検討がなされて
いなかった。

【０００９】従って、この発明の目的は、上記の課題を
解決することができるコンクリート補強用鋼繊維を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
高張力薄鋼板を細く剪断加工して製造されるコンクリー
ト補強用鋼繊維において、前記鋼繊維は、４０〜６０ｍ
ｍの長さを有し、０．８〜１．２ｍｍの幅を有し、６０
〜１００ｋｇｆ／ｍｍ² の引張強度を有し、１０〜２５
％の伸びを有しており、前記鋼繊維の両端部には、波形
に加工した異形部が対称に配されて設けられており、前
記鋼繊維の中央部は異形部を設けない軸線部からなるこ
とに特徴を有するものである。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋼
繊維において、前記鋼繊維の全長に対する異形部を設け
ない前記軸線部の長さの比が、０．４〜０．６の範囲内
にあることに特徴を有するものである。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の鋼繊維において、波形に加工した前記異形部の支
圧面積係数が、０．００５〜０．０１５の範囲内にある
ことに特徴を有するものである。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１、２また
は３記載の鋼繊維において、鋼繊維を適用するコンクリ
ートの設計基準強度が、３６０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の高
強度コンクリートであることに特徴を有するものであ
る。

【００１４】上記の課題を解決する方法として、鋼繊維
の引張強度を鋼線切断法（先行技術２）による鋼繊維の
ように１００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上と高いものにして鋼繊
維が破断しないようにする方法と、鋼繊維の原材料であ
る高張力薄鋼板の材質や鋼繊維の軸線部に加工する異形
部の個数など、鋼繊維の形状を制御して高強度および高
靱性ＳＦＲＣとする方法とがある。

【００１５】鋼繊維の引張強度を大きくする方法は、原
材料である高張力薄鋼板のコストアップの要因となり、
又、引張強度が増すと鋼板の硬度が従来の薄鋼板より大
きくなり、回転刃による剪断加工の効率が低下し回転刃
の磨耗も早くなるため製造効率が悪くなる欠点がある。
このため、課題の解決は、高強度および高靱性ＳＦＲＣ
を実現し、且つ製造面から鋼繊維を安価に大量に製造で
きるための鋼張力薄鋼板の好適な材質および鋼繊維の形
状を見出すことによりなされる。従来の鋼繊維を用いた
高強度ＳＦＲＣにおいて、鋼繊維が破断する主な原因の
１つは大きな歪解放エネルギーに対して鋼繊維が耐えら
れないことにある。このため、鋼繊維に使用する薄鋼板
の材質の内、伸びが従来のものよりはるかに良いものに
変え、ひび割れが生じた場合の大きな歪解放エネルギー
をひび割れ面に位置する鋼繊維の大きな伸びにより一旦
吸収して和らげることにより弱めて鋼繊維が破断しない
ようにし、更に、ひび割れが進展する際は、鋼繊維の軸
線部に波形に加工した異形部とコンクリートとの付着強
度および鋼繊維自体が持つ大きな伸び変形能力の両方に
よって外力に抵抗して鋼繊維が破断しない範囲で徐々に
抜け出してくることにより高強度および高靱性ＳＦＲＣ
となすことが考えられる。

【００１６】このアイデアを確かめるべく、表１に示す
伸びの異なる薄鋼板No. １〜９の９種類を用いて鋼繊維
を多数試作し、これを用いて図１に示すような高強度の
モルタル試験体９に鋼繊維８を１本を埋込み長さを鋼繊
維の全長の半分として埋込み、これを引張試験機にて引
抜き鋼繊維引抜き試験を実施し、鋼繊維１本当たりが有
する吸収エネルギーの比較を行った。

【００１７】

【表１】

【００１８】図２は、鋼繊維引抜き試験での引抜き荷重
Ｐと鋼繊維がモルタルマトリクスから抜け出してくる滑
り出し変位曲線との関係を模式的に示したグラフであ
る。ハッチで囲った部分の面積が鋼繊維１本当たりの吸
収エネルギーに相当する。この吸収エネルギーが大きい
ほどＳＦＲＣとなしたときの吸収エネルギー、即ち、靱
性（タフネス）が大きくなる。ここで、鋼繊維の抜け出
しが卓越しない１１の曲線では、引抜き荷重が鋼繊維の
破断荷重_SFＰｍａｘを超えると鋼繊維が破断し、当然吸
収エネルギーは鋼繊維が付着抜け出しする場合の曲線１
０に比べて小さくなる。また、付着抜け出しが卓越する
場合には、引抜き荷重−滑り出し変位曲線において、図
２に示すようにモルタル内に埋め込まれた異形部の数だ
けの山の部分が存在し、これが鋼繊維とモルタルマトリ
クスとの付着による抵抗に相当する。

【００１９】モルタル試験体を用いた鋼繊維引抜き試験
では、モルタルの圧縮強度が６００〜６１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² となるように調合を行ない、モルタル試験体の大き
さは、４０×４０×４０ｍｍの立方体とした。試験で
は、鋼繊維が出ている面を端部拘束した後、外に出てい
る鋼繊維の端部を最大能力５００ｋｇｆの引張試験機の
チャックで挟み付け鋼繊維を上方に引き抜くことにより
引抜き荷重−滑り出し変位曲線を測定し、得られた曲線
より鋼繊維１本当たりの吸収エネルギーを計算した。

【００２０】試験に供した試作鋼繊維は、表１に示すよ
うに伸びが１．９〜３５．４％の範囲内にある得る鋼板
より薄板剪断法により試作したもので、長さ５０ｍｍ、
波形の異形部は付着抜け出しが卓越するように鋼繊維片
側にのみ３個を配し、残る片側は、引張試験機のチャッ
クで挟み込む関係上異形部を設けないストレートな形状
とした。また、試作鋼繊維は、異形部とモルタルマトリ
クスとの付着による影響を同一条件とするため、異形部
の支圧面積係数を０．００８前後、異形部から異形部ま
での１ピッチ長さを５ｍｍ、更に鋼繊維の材軸と直交す
る断面での鋼繊維の周長が同じとなるよう鋼繊維の形状
を定めた。表１に示す試作鋼繊維のうち伸びが１．９％
のNo. １の鋼繊維が通常のコンクリート強度に対して適
用される従来品の材質に相当する。

【００２１】図３は、鋼繊維１種類に付き６体作製した
引抜き試験の平均値から得られた吸収エネルギーと鋼繊
維の伸びとの関係を示したグラフである。縦軸は表１で
示すNo. １の鋼繊維から得られた吸収エネルギーの平均
値で各試作鋼繊維の吸収エネルギーの平均値を除して無
次元化した吸収エネルギー比で表した。図３において、
●印：鋼繊維の伸びが本発明の範囲内にある場合に相当
するもの、○印：鋼繊維の伸びが本発明の範囲外にある
場合に相当するものを示す。図３から、伸びが１０〜２
５％の範囲内にある鋼繊維の吸収エネルギーが、伸びが
これ以外の範囲にある鋼繊維の吸収エネルギーの約２倍
と高い値を示すことが判明し、アイデアの確認ができ
た。図３に示す結果は、図４に示す試験の結果得られた
伸びの異なる各領域での典型的な引抜き荷重−滑り出し
変位曲線で説明できる。図４において、１２の曲線は伸
びが１０％未満の鋼繊維に対するもの、１３の曲線は伸
びが１０から２５％の範囲にある鋼繊維に対するもの、
１４の曲線は伸びが２５％を超えて大きい鋼繊維に対す
るものである。伸びが１０％未満の場合は、鋼繊維が外
力に対して抵抗する機構が殆ど鋼繊維の異形部とマトリ
クスとの付着力に依存し、また、鋼繊維が一旦抜け出し
始めると伸びが小さい分、鋼繊維全体がずるずると抜け
出し吸収エネルギーが小さい。また、伸びが２５％を超
えて大きい場合は、伸びが大きいが故に、異形部が抜け
出てくる前に鋼繊維がいわばゴムを引っ張ったような深
絞りの状態になって断面積が減少するため鋼繊維が破断
して吸収エネルギーが小さくなる。一方、伸びが１０〜
２５％の範囲内にある鋼繊維は、異形部１個ごとに鋼繊
維の伸びによる抵抗分および異形部による付着力の両方
で外力に抵抗するため、図４に見られるように吸収エネ
ルギーが格段に大きくなる。

【００２２】本発明は、上記の予備試験を基に鋭意研究
の結果なされたもので、薄板剪断法により製造される長
さ４０〜６０ｍｍの覆工用鋼繊維において、原材料の高
張力薄鋼板の材質を引張強度を６０〜１００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 、伸びを１０〜２５％とし、ひび割れ発生後に鋼繊
維の付着抜け出しが卓越する鋼繊維の形状を定めること
により高強度コンクリートに適用した場合でも高強度お
よび高靱性ＳＦＲＣとなすことができる鋼繊維が得られ
ることを見出したものである。

【００２３】薄板剪断法により製造される高強度および
高靱性ＳＦＲＣを実現するための長さ５０ｍｍ前後の覆
工用鋼繊維に用いる薄鋼板の好適な材質およびひび割れ
後の鋼繊維が付着抜け出しするための最適な形状を決定
するに当たり、多数の鋼繊維供試品を作り、日本コンク
リート工学協会「鋼繊維表コンクリート研究小委員会」
により「繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタ
フネス試験方法（案）」に基づくＳＦＲＣの曲げタフネ
ス試験を多数実施した。その結果、鋼繊維の形状は、鋼
繊維中央部に異形部を設けず鋼繊維両端に波形に加工し
た異形部を対称に配し、鋼繊維の幅は０．８〜１．２ｍ
ｍ望ましくは１．０ｍｍ、支圧面積係数で０．００５〜
０．０１５望ましくは、０．００８前後の範囲で、鋼繊
維の両端に２乃至は３個の望ましくは３個の波形に加工
した異形部を対称に配し、異形部を設けない鋼繊維中央
部の長さと鋼繊維の全長との比率を０．４〜０．６とし
た形状とし、鋼繊維の引張強度が６０〜１００ｋｇｆ／
ｍｍ² 、伸びが１０〜２５％の材質とすれば、設計基準
強度が３６０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の高強度コンクリート
でも鋼繊維が切断することなく高い付着強度をもって抜
け出してくる高性能なＳＦＲＣ特性が得られた。

【００２４】以上に示した薄板剪断法による鋼繊維とな
せば、高強度コンクリートでもＳＦＲＣの曲げ強度およ
びひび割れ後のエネルギー吸収能力を表す指標である曲
げ靱性係数（タフネス）も大きくなり、鋼繊維の補強効
果を最も大ならしめるＳＦＲＣが得られることを見出し
たものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の
形態に係る薄板剪断法による鋼繊維の材軸方向の断面図
である。図面において、１は、鋼繊維８の軸線部、２
は、異形部を示す。鋼繊維８の中央部は、軸線部１のみ
からなっている。鋼繊維８の両端部は、軸線部１と異形
部２とからなっており、軸線部１と異形部２とは、異形
部２から隣りの異形部２までの１ピッチ長さｑをもって
交互に現れるようになっている。図６は、薄板剪断法に
よる鋼繊維の製造法の概略を示す側面図で、図７に示す
異形部を加工するための凹部をもつダイス７の上に送ら
れてきた鋼繊維の長さｌと同幅にスリットされた薄鋼版
６を、回転刃１５により細く切り落とすことにより鋼繊
維を製造する。波形の異形部の加工は、ダイスの凹部に
薄鋼板を押し付けながら切り落とされる時になされ、波
形の異形部の山の高さｈは凹部の深さを変えることによ
り制御される。

【００２６】表２は、材令２８日の圧縮強度が５００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以上の高強度コンクリートに覆工用鋼繊維
を混入したときの本発明による鋼繊維および従来品の薄
鋼板より製造した鋼繊維を用いた場合のＳＦＲＣの性能
について示すものである。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示す本発明による鋼繊維はいずれも
同じピッチ長さｐを持ち、支圧面積係数０．００８前後
の範囲で製造したものでピッチ長さは５ｍｍとした。ま
た、表２には、鋼繊維の製造に用いた高張力薄鋼板の機
械的性質、鋼繊維の寸法および鋼繊維１本に配した異形
部の総個数も併記した。表１に示すＳＦＲＣ性能試験で
は、横断面が１５×１５ｃｍ、長さ５３ｃｍの直方体の
小型はり曲げ試験体により曲げ強度および曲げ靱性係数
（タフネス）を、そして、直径１５ｃｍ、高さ３０ｃｍ
の円柱体試験体により圧縮強度をそれぞれ求めた。小型
はり曲げ試験は、日本コンクリート工学協会で提案され
ている２点集中載荷曲げ試験方法（支点間距離４５ｃ
ｍ、載荷点間隔１５ｃｍ）により行った。鋼繊維補強コ
ンクリートの配合は、水セメント比４１％、細骨材率５
０％、単位水量１７５ｋｇ／ｍ³ 、単位セメント量４２
７ｋｇ／ｍ³ 、鋼繊維混入量４９ｋｇ／ｍ³ （容積百分
率で０．５％）、用いた粗骨材の最大寸法は２０ｍｍと
した。ＳＦＲＣ打設後の試験体は、材令１日で脱型し、
以後、材令２８日の性能試験実施まで２０℃標準水中養
生した。

【００２９】表２において、配合No. １〜６が本発明の
鋼繊維によるもの、配合No. ７〜１１が比較のための鋼
繊維を用いた場合のものである。配合No. １〜３は、鋼
繊維の材質および異形部の総個数を変えずに鋼繊維の幅
を変えたもので、異形部の配置は異形部と軸線部との１
ピッチ長さを５ｍｍとして鋼繊維の両端にそれぞれ３個
の異形部を対称に配している。配合No. ４、５は、鋼繊
維の形状を同じにして薄鋼版の伸びを変えたものであ
る。No. ６は、鋼繊維の形状の内、鋼繊維の軸線部に設
ける異形部の個数を片側２個ずつ計４個とした場合のも
のである。

【００３０】比較鋼繊維による配合No. ７〜９は、鋼繊
維の材質および鋼繊維の寸法を同じとして異形部の総個
数を変えたもので、配合No. ７では、異形部を片側３個
ずつ対称に配した鋼繊維を、配合No. ８、９では、異形
部を鋼繊維軸線部にわたって均等な間隔でそれぞれ５
個、４個配した鋼繊維を用いている。配合No. １０は、
配合No. ７〜９のものより若干伸びの良い薄鋼板による
鋼繊維で片側に３個の異形部を対称に配したものであ
る。配合No. １１は、本発明の材質の薄鋼板を用いてい
るが、異形部の総個数が鋼繊維軸線部全面に本発明品と
同じピッチ長さｐで１０個と多い場合のものである。配
合No. １２は、配合No. ２の鋼繊維と同じ材質で、鋼繊
維の厚さ、幅および長さの形状も同じであるが、異形部
を本発明品と同じピッチ長さｐで片側４個ずつ対称に計
８個を配したものである。配合No. １３は、鋼繊維の伸
びが３５．４％と本発明による鋼繊維より伸びの良い鋼
繊維を用いた場合のものである。

【００３１】本発明による鋼繊維を用いたＳＦＲＣは、
圧縮強度が設計基準強度で３６０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の
高強度コンクリートに対して、曲げひび割れ発生後は鋼
繊維が破断することなく高い付着強度を維持しながら鋼
繊維が抜け出してくるため耐力の落ち込みの少ない優れ
た抵抗性を示し、ＳＦＲＣの粘り強さを表す曲げ靱性係
数は、比較のための鋼繊維に比べて最大で約２倍と高い
性能を示した。

【００３２】一方、引張強度が本発明品とほぼ同等であ
るが伸びが少ない鋼繊維を用いた配合No. ７〜９は、ひ
び割れ発生直後の鋼繊維が切断して耐力の急激な低下を
示したり、または、異形部の個数を減じてコンクリート
との付着強度を下げて鋼繊維が切断しないようにしても
ひび割れ時に鋼繊維の何割かがやはり切断し曲げ靱性係
数は低下した。

【００３３】若干伸びの良い鋼繊維を用いた配合No. １
０の場合も、ひび割れ発生時に鋼繊維の何割かが切断し
て耐力が低下し、曲げ靱性係数の値は若干向上するが本
発明品による鋼繊維の場合に比べて値ははるかに小さ
い。

【００３４】本発明の範囲の引張強度、伸びを持つが異
形部の総数が本発明品の場合より多い軸線部全面に１０
個の異形部を設けた配合No. １１の場合および片側４個
ずつ計８個の異形部を設けた配合No. １２の場合は、ひ
び割れ発生時に鋼繊維が切断することはないが、鋼繊維
がコンクリートとから抜け出す際に付着強度が鋼繊維の
引張強度より過大となり、鋼繊維の何割かがやはり切断
し曲げ靱性係数は低かった。

【００３５】伸びが３５．４％と本発明より大きな伸び
を持つ鋼繊維を用いた配合No. １３は、ひび割れ発生時
に鋼繊維が切断することはないが、ひび割れ進展時に鋼
繊維が抜け出ようとする前に鋼繊維軸線部が深絞り状態
になり、断面積が減少して鋼繊維が破断するため曲げ靱
性係数の値は本発明のものより低かった。

【００３６】以上の結果より、鋼繊維の好適な形状は支
圧面積係数で０．００８前後とし、鋼繊維が切断しない
範囲でコンクリートとの高い付着力を維持するための合
理的な形状即ち鋼繊維両端にそれぞれ波形に加工した異
形部を２乃至３個対称に配し、異形部を設けない鋼繊維
軸線部中央部の長さと鋼繊維の全長との比率が０．４〜
０．６の範囲内とすれば良いことが分かる。支圧面積係
数が０．００５以下、即ち、異形部の山の高さが本発明
品より低い場合は、コンクリートとの付着力が極端に低
くなり、ひび割れ後はひび割れ面から鋼繊維が低い外力
でずるずると抜け出してくるため、結局曲げ靱性係数が
本発明品よりはるかに低くなり好ましくない。また、支
圧面積係数が０．００５以下となると薄板剪断法では波
形の異形部の加工そのものが悪くなり、表面にかすかに
波形の模様がつく程度で外観上は波形の加工を行わない
ストレートな形状の鋼繊維と大差はない。支圧面積係数
が０．０１５以上、即ち、波形の異形部の山の高さが本
発明品より高い場合は、異形部とコンクリートとの付着
力が鋼繊維が破断する荷重より過大となり、ひび割れ発
生と同時にひび割れ面での鋼繊維が一挙に各個撃破的に
破断し、結果として曲げ靱性係数が極端に低下するため
好ましくない。

【００３７】図８は、１５×１５×５３ｃｍの小型はり
試験体を用いた曲げタフネス試験における曲げ荷重Ｐと
試験体中央点でのたわみδとの関係を、本発明品の配合
No.２の場合と比較の鋼繊維による配合No. ７の場合に
ついて示した一例を示すグラフである。本発明の鋼繊維
によるＳＦＲＣの場合は、ひび割れ発生時の大きな歪解
放エネルギーをひび割れ面での鋼繊維の大きな伸びで吸
収して弱め、ひび割れ進展時は鋼繊維の伸びと鋼繊維の
異形部との高い付着力の両方で外力に抵抗して鋼繊維が
徐々に抜け出してくるため、結果として高い曲げ靱性性
能を得ることができる。一方、比較の鋼繊維を用いたも
のは、ひび割れ発生時にひび割れ面での鋼繊維の殆どが
各個撃破的に次々と破断するため耐力が急激に低下し曲
げ靱性係数も小さくなる。

【００３８】本発明による鋼繊維の好適な形状および材
質は、以上述べたように、鋼繊維両端にそれぞれ波形に
加工する異形部の個数は２乃至３個を対称に配し、異形
部を設けない中央部の長さと鋼繊維の全長との比率は
０．４〜０．６となし、鋼繊維の幅は、０．８〜１．２
ｍｍ、鋼繊維の引張強度は６０〜１００ｋｇｆ／ｍ
ｍ²、鋼繊維の伸びは１０〜２５％の範囲内が好まし
い。鋼繊維の幅が０．８ｍｍより小さいとコンクリート
中の鋼繊維の本数が増え曲げ強度の値は大きくなるが、
鋼繊維１本当たりの引張強度が低下するため、ひび割れ
発生時にひび割れ面で鋼繊維の何割かが破断して靱性が
低下するため好ましくない。鋼繊維の幅が１．２ｍｍを
超えるとひび割れ発生時、進展時に鋼繊維が破断するこ
とはないが、コンクリート中での鋼繊維の本数が少なく
なることによりコンクリート全面を補強する効果が十分
に発揮できず、曲げ強度、曲げ靱性係数も低下するため
好ましくない。鋼繊維の伸びが１０％未満だと、ひび割
れ発生時の大きな歪解放エネルギーを鋼繊維の伸びだけ
では吸収することが難しく、鋼繊維とコンクリートとの
付着力により解放エネルギーの大半を負担することにな
り、鋼繊維が破断すればＳＦＲＣとしての靱性も大幅に
低下する。鋼繊維が破断しないように異形部の個数を減
じたりすれば鋼繊維の破断する場合が多少減少するにし
てもその分コンクリートとの付着強度が低下して耐力お
よび靱性の向上には効果が小さくなる。また、鋼繊維の
伸びが２５％を超えると、ひび割れ進展時に異形部が抜
け出す前に鋼繊維が破断することが多くタフネスが低下
するため好ましくない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、下記に示す有用な効果がもたらされる。

【００４０】 本発明は、薄板剪断法による従来の覆
工用鋼繊維に比べて１０〜２５％と伸びの良い薄鋼板を
用いて設計基準強度３６０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の高強度
コンクリートにおいて、強度および靱性とも優れたＳＦ
ＲＣとなる鋼繊維を提供することができる。

【００４１】 更に、本発明による鋼繊維は、設計基
準強度が２１０〜２４０ｋｇｆ／ｃｍ² と通常のコンク
リート強度に対しても、ひび割れ発生時の歪エネルギー
を吸収するメカニズムが従来のものより優れているた
め、曲げ靱性係数で２〜３割、従来のものより高い粘り
強いＳＦＲＣとすることができる。本発明による鋼繊維
をコンクリートに混入することにより、コンクリートに
外力が作用した場合のＳＦＲＣに要求される性能を最大
限に発揮することができ、また、生産性が極めて高く実
用性の高い鋼繊維を提供することがきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モルタル試験体を用いた鋼繊維の引抜き試験を
示す説明図である。

【図２】鋼繊維引き抜き試験での鋼繊維１本当たりの吸
収エネルギーの概念を示すグラフである。

【図３】鋼繊維引き抜き試験から得られた鋼繊維の伸び
と鋼繊維が吸収するエネルギーを無次元化した吸収エネ
ルギー比との関係を示すグラフである。

【図４】鋼繊維引き抜き試験における伸びの違う領域に
ある鋼繊維の引き抜き荷重−滑り出し変位曲線の典型的
な例を示すグラフである。

【図５】この発明の実施の形態に係る鋼繊維の軸方向の
横断面図である。

【図６】薄板剪断法による鋼繊維の製造方法の概略を示
す側面図である。

【図７】波形の異形部を加工するための凹部を持つダイ
スを回転刃側より見た断面図である。

【図８】１５×１５×５３ｃｍの小型のＳＦＲＣはり試
験体による曲げ荷重−はり中央点のたわみ関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１：軸線部 ２：異形部 ３：本発明による鋼繊維を用いたＳＦＲＣの曲げ荷重−
たわみ曲線 ４：比較のための鋼繊維を用いたＳＦＲＣの曲げ荷重−
たわみ曲線 ５：小型はり曲げタフネス試験を示す概略図 ６：薄鋼板 ７：ダイス ８：鋼繊維 ９：モルタル試験体 １０：鋼繊維が付着引き抜けするときの曲線 １１：鋼繊維が破断するときの曲線 １２：伸びが１０％未満の鋼繊維に対する曲線 １３：伸びが１０から２５％の範囲内にある鋼繊維に対
する曲線 １４：伸びが２５％を超えて大きい鋼繊維に対する曲線 １５：回転刃 図１中のＰ：引き抜き荷重_SF Ｐｍａｘ：鋼繊維の破断荷重 ｐ：軸線部と異形部とが交互に現れるピッチ長さ ｈ：凹部の深さ ｌ：鋼繊維の長さ 図８中のＰ：曲げ荷重 δ：はり試験体中央点でのたわみ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 信行 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 金子 富康 神奈川県横浜市港北区根岸町35番地１ 株 式会社サンゴ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高張力薄鋼板を細く剪断加工して製造さ
   れるコンクリート補強用鋼繊維において、前記鋼繊維
   は、４０〜６０ｍｍの長さを有し、０．８〜１．２ｍｍ
   の幅を有し、６０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ² の引張強度を
   有し、１０〜２５％の伸びを有しており、前記鋼繊維の
   両端部には、波形に加工した異形部が対称に配されて設
   けられており、前記鋼繊維の中央部は異形部を設けない
   軸線部から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】 前記鋼繊維の全長に対する異形部を設け
   ない前記軸線部の長さの比が、０．４〜０．６の範囲内
   にあることを特徴とする請求項１記載のコンクリート補
   強用鋼繊維。
3. 【請求項３】 波形に加工した前記異形部の支圧面積係
   数が、０．００５〜０．０１５の範囲内にあることを特
   徴とする請求項１または２記載のコンクリート補強用鋼
   繊維。
4. 【請求項４】 鋼繊維を適用するコンクリートの設計基
   準強度が、３６０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の高強度コンクリ
   ートであることを特徴とする請求項１、２または３記載
   のコンクリート補強用鋼繊維。