特許 6405066 金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6405066

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体

(51)【国際特許分類】

   C04B 14/48 20060101AFI20181004BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20181004BHJP

   E04C 5/18 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   C04B14/48 A

   C04B28/02

   E04C5/18

【請求項の数】11

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-73086(P2018-73086)

(22)【出願日】2018年4月5日

【審査請求日】2018年4月11日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504000177

【氏名又は名称】株式会社 天野ミューテック

(74)【代理人】

【識別番号】110001184

【氏名又は名称】特許業務法人むつきパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】天野 則英

【審査官】 小川 武

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１９９４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−０４９１５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０３−１９４０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０５８８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７２４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４６８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−１１００６９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第０１／０５３２３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ２８／０２−２８／１２

Ｃ０４Ｂ １４／４８

Ｃ２２Ｃ ４９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

その少なくとも一部が屈曲あるいは屈折していることにより、所定幅の重なり領域を含む環状に成形されているとともに、その両端には鋭角をなす折り曲げ領域が形成された繊維状の高耐候性鋼からなり、コンクリート材料の内部に補強材として混入される金属繊維であって、
前記高耐候性鋼は、質量％で、少なくともＣを０．１８％以下、Ｓｉを０．１５乃至０．６５％、Ｍｎを１．２５％以下、Ｃｕを０．３０乃至１．００％、Ｃｒを０．０８％以下、及びＮｉを０．７０乃至３．５０％で含有するＮｉ系高耐候性鋼である
ことを特徴とする金属繊維。

【請求項2】

前記Ｎｉ系高耐候性鋼は、Ｎｉを０．７０乃至１．７０％の範囲で含む
ことを特徴とする請求項１に記載の金属繊維。

【請求項3】

前記Ｎｉ系高耐候性鋼は、Ｎｉを２．５０乃至３．５０％の範囲で含む
ことを特徴とする請求項１に記載の金属繊維。

【請求項4】

前記高耐候性鋼の最大直径は０．５乃至０．８ｍｍである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の金属繊維。

【請求項5】

前記高耐候性鋼は、円環状に成形されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の金属繊維。

【請求項6】

前記高耐候性鋼は、多角形環状に成形されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の金属繊維。

【請求項7】

その少なくとも一部が屈曲あるいは屈折していることにより、所定幅の重なり領域を含む環状に成形されているとともに、その両端には鋭角をなす折り曲げ領域が形成された繊維状の高耐候性鋼からなり、コンクリート材料の内部に補強材として混入される金属繊維であって、
前記高耐候性鋼は、質量％で、少なくともＣを０．０８％以下、Ｓｉを１．００％以下、Ｎｉを７．００乃至１０．５０％、Ｃｒを１８．００乃至２０．００％で含有するＳＵＳ系高耐候性鋼であり、
前記コンクリート材料の内部に混入される際に非磁性である
ことを特徴とする金属繊維。

【請求項8】

前記高耐候性鋼の最大直径は０．５乃至０．８ｍｍである
ことを特徴とする請求項７に記載の金属繊維。

【請求項9】

前記高耐候性鋼は、円環状に成形されている
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の金属繊維。

【請求項10】

前記高耐候性鋼は、多角形環状に成形されている
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の金属繊維。

【請求項11】

コンクリート材料の内部に補強材として請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の金属繊維が混入されたコンクリート構造体であって、
前記コンクリート材料は、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ１種で構成されている
ことを特徴とするコンクリート構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビルや橋梁等の建築物等に適用される、金属繊維で補強されたコンクリート構造体に関し、特に、耐塩害性や耐腐食性に優れかつコンクリート材料の剥離や崩落を防止できる金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

建造物等に適用されるコンクリート構造体は、コンクリート材料の内部に補強のための鉄筋を備えたものとして構成されるが、このようなコンクリート構造体は、内包される鉄筋が劣化すると強度が著しく低下する。特に、海岸線の近くに建設される構造物に適用される場合には、海水や海からの飛来塩分がコンクリート材料の内部に浸透して塩化物イオンが生成され、この塩化物イオンが鉄筋の表面の酸化皮膜を破壊してしまい腐食（いわゆる「錆」）が進行する。

【0003】

このような鉄筋表面の腐食が発生すると、鉄筋の体積が膨張してしまい、その鉄筋周囲のコンクリート材料にひび割れが発生し、やがてはコンクリート材料が破断して剥離や崩落を生じる原因となる。このとき、鉄筋で補強したコンクリート構造体では、鉄筋以外のコンクリート材料の部分がひび割れによって大きな塊として分離するため、こうした大きなコンクリート材料の塊が落下した際の被害が甚大となるという問題があった。

【0004】

このような問題を解決する手法として、例えば特許文献１には、アルキド樹脂からなる塗料を塗布した防錆膜を表面に被覆した金属繊維を、補強材としてコンクリート材料に分散して混入させる技術が開示されている。かかる手法により、コンクリート材料にひび割れが入ったとしても多数の金属繊維が剥離及び崩落を防止するとともに、表面の防錆膜により金属繊維に錆が発生するのを抑制することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−１４６４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１に記載された金属繊維は、その製造過程において、樹脂被膜を塗布する工程を設ける必要があるとともに、同径の金属繊維に比べて被膜の樹脂の分だけ重量が増加してしまう。また、コンクリート材料に埋入する際に多数の金属繊維どうしが接触すると被膜に擦れや割れが生じやすく、これらの擦れや割れで生じる微小な亀裂が経年変化により進展して被膜を損傷してしまうため、混入時だけでなく運搬時や施工時にも被膜表面に損傷を与えないような細心の注意が必要となり、取り扱いが煩雑となる。さらに、樹脂製の被膜はコンクリート材料との結合性が低いため、金属繊維が単に直線状の形状の場合、ひび割れ等で分離したコンクリート塊がこれらの金属繊維から抜けてしまうという問題があった。

【0007】

そこで、本発明の目的は、表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明によるコンクリート材料の内部に補強材として混入される金属繊維は、質量％で、少なくともＣを０．１８％以下、Ｓｉを１．００％以下で含有する繊維状鋼材である高耐候性鋼からなることを特徴とする。

【0009】

また、本発明によるコンクリート材料の内部に補強材として上記の金属繊維が混入されたコンクリート構造体は、前記コンクリート材料がポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ１種で構成されていることを特徴とする。

【0010】

かかる発明によれば、金属繊維を構成する金属材料として、耐腐食性が高い高耐候性鋼を用いることにより、表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる。

【0011】

上記した発明において、前記高耐候性鋼は、質量％で、少なくともＣを０．０８％以下、Ｓｉを１．００％以下、Ｎｉを７．００乃至１０．５０％、Ｃｒを１８．００乃至２０．００％で含有するＳＵＳ系高耐候性鋼である。このとき、前記ＳＵＳ系高耐候性鋼は、非磁性であるのが好ましい。

【0012】

また、上記した発明において、前記高耐候性鋼は、質量％で、少なくともＣを０．１８％以下、Ｓｉを０．１５乃至０．６５％、Ｍｎを１．２５％以下、及びＮｉを０．７０乃至３．５０％で含有するＮｉ系高耐候性鋼である。このとき、前記Ｎｉ系高耐候性鋼は、Ｎｉを０．７０乃至１．７０％の範囲あるいは２．５０乃至３．５０％の範囲で含むのが好ましい。そして、前記高耐候性鋼の最大直径は、その一例として、０．５乃至０．８ｍｍである。

【0013】

さらに、上記した発明において、前記高耐候性鋼は、その少なくとも一部が屈曲あるいは屈折している。また、前記高耐候性鋼の両端には、鋭角をなす折り曲げ領域が形成されていてもよい。

【0014】

さらに、上記した発明において、前記高耐候性鋼は、所定幅の重なり領域を含む環状に成形されている。このとき、前記高耐候性鋼は、円環状あるいは多角形環状に成形されている。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例１による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体の概略を示す図であって、図１（ａ）はコンクリート構造体の側方部分断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す金属繊維のうちの１つを拡大した側面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）に示す金属繊維を含むコンクリート材料の近傍を拡大した部分断面図である。

【図2】本発明の実施例１による金属繊維の具体例を示す成分表である。

【図3】本発明の実施例２による金属繊維の概要を示す側面図である。

【図4】本発明の実施例３による金属繊維の概要を示す側面図である。

【図5】本発明の実施例４による金属繊維の概要を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体の具体的な構成について図面を用いて説明する。

【0017】

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体の概略を示す図であって、図１（ａ）はコンクリート構造体の側方部分断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す金属繊維のうちの１つを拡大した側面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）に示す金属繊維を含むコンクリート材料の近傍を拡大した部分断面図である。また、図２は、本発明の実施例１による金属繊維の具体例を示す成分表である。図１（ａ）に示すように、本発明の実施例１によるコンクリート構造体は、コンクリート材料２０の内部に多数の金属繊維１００が分散して混入されている。

【0018】

コンクリート材料２０は、例えばその一例として、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ１種からなるセメントを含む材料であって、このようなセメントに砂や砂利等の骨材あるいは高炉スラグ微粉末やフライアッシュやシリカフューム等の混和材と化学混和剤と水とを混合して凝固することにより形成される。なお、本発明の代表的な一例におけるコンクリート材料１１０としては、上記したセメントを含むものであれば、様々な任意の骨材あるいは混和剤の種類又は配合量等を選択することにより、高強度コンクリートや軽量コンクリート、あるいは水密コンクリート等の様々な種類のコンクリートを含み得る。

【0019】

図１（ｂ）に示すように、本発明の実施例１による金属繊維１００は、その一例として、繊維の両端領域１０２ａ及び１０２ｂと、これらの領域を接続する屈曲領域１０４と、を含む。そして、図１（ｃ）に示すように、金属繊維１００は、コンクリート材料２０に埋め込まれる態様で用いられる。

【0020】

本発明の実施例１によるコンクリート構造体１０において、図１（ｃ）に示すように、例えばコンクリート材料２０にひび割れ等の亀裂Ｃが入って、コンクリート材料２０が２つに分断されると、当該亀裂Ｃを引き離す方向に外力Ｆが作用する。このとき、金属繊維１００が屈曲領域１０４を含むことにより、両端領域１０２ａ及び１０２ｂが外力Ｆの方向に対して斜めの配置となるため、コンクリート材料２０が金属繊維１００から抜けにくくなり、分離したコンクリート材料２０の剥離や崩落が抑制される。

【0021】

金属繊維１００は、質量％で、少なくともＣを０．１８％以下、Ｓｉを１．００％以下で含有する繊維状鋼材である高耐候性鋼からなる。その一例として、金属繊維１００は、図２に示すような成分元素を含む高耐候性鋼として構成される。このとき、金属繊維１００は、例えば直径０．５ｍｍ乃至０．８ｍｍの断面が矩形、六角形、八角形あるいは円形や半円等の任意の断面形状のものを採用できる。

【0022】

本発明の実施例１による金属繊維１００を構成する高耐候性鋼は、いずれも質量％で、Ｃを０．１８％以下、Ｓｉを０．５５％以下、Ｍｎを１．２５％以下、Ｐを０．０３５％以下、Ｓを０．０３５％以下、Ｃｕを０．２０％乃至０．３５％、Ｃｒを０．３０乃至０．５５％、残余をＦｅ及び不可避的不純物とする一般高耐候性鋼が例示できる。そして、その典型的な一例として、例えば図２に示す鋼Ａが適用される。

【0023】

また、本発明の実施例１による金属繊維１００を構成する高耐候性鋼は、その変形例として、いずれも質量％で、Ｃを０．１８％以下、Ｓｉを０．１５乃至０．６５％、Ｍｎを１．２５％以下、Ｐを０．０３５％以下、Ｓを０．０３５％以下、Ｃｕを０．３０％乃至１．００％、Ｃｒを０．０８％以下、Ｎｉを０．７０乃至３．５０％、残余をＦｅ及び不可避的不純物とするＮｉ系高耐候性鋼が例示できる。このとき、Ｎｉ系高耐候性鋼は、Ｎｉを０．７０乃至１．７０％の範囲あるいは２．５０乃至３．５０％の範囲で含むのが好ましい。そして、その典型的な一例として、例えば図２に示す鋼Ｂ及び鋼Ｃが適用される。

【0024】

さらに、本発明の実施例１による金属繊維１００を構成する高耐候性鋼は、その変形例として、いずれも質量％で、Ｃを０．０８％以下、Ｓｉを１．００％以下、Ｍｎを２．５０％以下、Ｐを０．０４５％以下、Ｓを０．０３０％以下、Ｎｉを７．００乃至１０．５０％、Ｃｒを１８．００乃至２０．００％、Ｎを０．１０乃至０．２５％、残余をＦｅ及び不可避的不純物とするＳＵＳ系高耐候性鋼が例示できる。そして、その典型的な一例として、例えば図２に示す鋼Ｄが適用される。

【0025】

このとき、ＳＵＳ系高耐候性鋼は、非磁性であるのが好ましい。これにより、例えばＳＵＳ系高耐候性鋼からなる金属繊維１００がコンクリート材料２０に混入されたコンクリート構造体１０を、リニアモーターカー等の磁界を発生する構造物に適用するような場合であっても、コンクリート構造体１０が磁界の影響を受けることがない。

【0026】

かかる構成により、本発明による金属繊維及びコンクリート構造体は、所定の成分範囲を含む高耐候性鋼により金属繊維を構成することにより、例えばポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ１種からなるセメントを含む一般的なコンクリート材料に該鉄筋を埋入したとしても、塩分を含む環境やコンクリート材料自体の中性化に対する十分な耐腐食性が得られる。そして、金属繊維であることの特性を活かすことで、表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる。

【0027】

＜実施例２＞
図３は、本発明の実施例２による金属繊維の概要を示す側面図である。図３に示すように、本発明の実施例２による金属繊維２００は、繊維の両端に位置する屈折領域２０２ａ及び２０２ｂと、これらの領域を接続する接続領域２０４と、を含む。なお、実施例２において、金属繊維２００を構成する金属材料については、図２に示すような実施例１の場合と共通であるため、ここでは再度の説明を省略する。

【0028】

本発明の実施例２による金属繊維２００において、屈折領域２０２ａ及び２０２ｂは、端部が鋭角をなす折り曲げ領域として形成されている。これにより、コンクリート材料２０に混入された多数の金属繊維２００は、隣り合う金属繊維２００どうしがこれらの屈折領域２０２ａ及び２０２ｂによって引っかかる態様で連結することができるため、コンクリート構造体１０の引張方向の強度が向上する。

【0029】

かかる構成により、本発明の実施例２による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体は、両端に屈折領域を含むことにより、実施例１で得られた効果に加えて、金属繊維どうしが連結作用を発揮してコンクリート構造体の引張方向の強度を向上させることが可能となる。

【0030】

＜実施例３＞
図４は、本発明の実施例３による金属繊維の概要を示す側面図である。図４に示すように、本発明の実施例３による金属繊維３００は、繊維の両端が所定幅で重なり合う重なり領域３０２と、当該重なり領域３０２以外の接続領域３０４と、を含む円環状の部材として形成されている。なお、実施例３においても、金属繊維３００を構成する金属材料については、図２に示すような実施例１の場合と共通であるため、ここでは再度の説明を省略する。

【0031】

ここで、例えば特許文献１で示したような一般的な金属繊維をコンクリート材料に混入した場合、混錬時に金属繊維どうしが絡み合って、「スチールボール」と呼ばれる繊維の塊が発生してしまうことがあった。これに対して、本発明の実施例３による金属繊維３００において、繊維の両端３０２ａ及び３０２ｂが重なり領域３０２で重なり合うことによって閉空間Ｓを形成しているため、混錬時に金属繊維３００どうしが絡まることがなく、いわゆるスチールボールの発生が抑制される。

【0032】

かかる構成により、本発明の実施例３による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体は、金属繊維を円環状で閉空間を形成するように構成したことにより、実施例１で得られた効果に加えて、金属繊維どうしが絡み合って塊状となる、いわゆる「スチールボール」の発生を抑制することができる。

【0033】

＜実施例４＞
図５は、本発明の実施例４による金属繊維の概要を示す側面図である。図５に示すように、本発明の実施例４による金属繊維４００は、繊維の両端が角部において所定幅で重なり合う重なり領域４０２と、当該重なり領域４０２以外の接続領域４０４と、を含む三角形環状の部材として形成されている。なお、実施例４においても、金属繊維４００を構成する金属材料については、図２に示すような実施例１の場合と共通であるため、ここでは再度の説明を省略する。

【0034】

本発明の実施例４による金属繊維４００において、繊維の両端４０２ａ及び４０２ｂはそれぞれ折り曲げ領域として形成されており、これらが重なり合うことにより、三角形の角部の１つを形成している。これにより、金属繊維４００は、重なり領域４０２で重なり合うことによって閉空間Ｓを形成するとともに、折り曲げ領域を含む重なり領域４０２の剛性が高められる。なお、図５に示す具体例では、金属繊維４００が三角形環状である場合を例示したが、四角形以上の多角形の形状を採用してもよい。

【0035】

かかる構成により、本発明の実施例４による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体は、角部に端部の重なり領域を配置した多角形環状に形成したことにより、実施例１及び３で得られた効果に加えて、金属繊維自体の剛性を向上させることができる。その結果として、環状に形成された金属繊維の法線方向に負荷されるコンクリート材料からの外力に対する抵抗として機能させることが可能となる。

【0036】

以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらの例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

【符号の説明】

【0037】

１０ コンクリート構造体
２０ コンクリート材料
１００、２００、３００、４００ 金属繊維
１０２ａ、１０２ｂ 両端領域
１０４ 屈曲領域
２０２ａ、２０２ｂ 屈折領域
２０４ 接続領域
３０２ 重なり領域
３０２ａ、３０２ｂ （繊維の）両端
３０４ 接続領域
４０２ 重なり領域
４０２ａ、４０２ｂ （繊維の）両端
４０４ 接続領域

【要約】

【課題】 表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体の提供。
【解決手段】 本発明は、高耐候性鋼からなり、コンクリート材料の内部に補強材として混入される金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体である。この発明において、金属繊維を構成する高耐候性鋼は、質量％で、少なくともＣを０．１８％以下、Ｓｉを１．００％以下で含有する繊維状鋼材であることを特徴とする。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】