特開 2023-8784 コンクリート用粗骨材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008784

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】コンクリート用粗骨材

(51)【国際特許分類】

   C04B 14/34 20060101AFI20230112BHJP

   E04C 5/18 20060101ALI20230112BHJP

【ＦＩ】

C04B14/34

E04C5/18

【審査請求】有

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022028649

(22)【出願日】2022-02-25

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-06-13

(31)【優先権主張番号】P 2021111172

(32)【優先日】2021-07-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】518068062

【氏名又は名称】株式会社Ｉ・Ｂ・Ｈ柴田

(74)【代理人】

【識別番号】110000224

【氏名又は名称】弁理士法人田治米国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴田 順一

【テーマコード（参考）】

2E164

【Ｆターム（参考）】

2E164AA02

(57)【要約】

【課題】安価に製造することができ、コンクリートの引張強度を顕著に向上させる粗骨材を提供する。
【解決手段】コンクリート用粗骨材１０Ａが、針金が螺旋状に線径より大きいピッチで複数回巻かれた螺旋部分１を有する。粗骨材１０Ａは自重では変形しない剛性を有する。粗骨材１０Ａは、螺旋部分１として、ソレノイド型の第１の螺旋部分１と、第１の螺旋部分１の巻方向Ｍ１を螺旋軸方向とする第２の螺旋部分２を有することができる。あるいは粗骨材１０Ｊ、１０Ｋが螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１に沿って針金の直線状部分４を有してもよい。直線状部分４は１本又は複数本が並列した針金で形成される。この場合螺旋部分１の螺旋径を螺旋軸Ｌ１方向の両端部で小径とし、中央部で大径とした粗骨材１０Ｊとしてもよい。あるいは、針金で立体形状が形成されており、その頂点又は辺にループ７を有するコンクリート用粗骨材１０Ｎとしてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

針金で形成された、自重により変形しない剛性を有するコンクリート用粗骨材であって、針金が螺旋状に線径より大きいピッチで複数回巻かれた螺旋部分を有する粗骨材。

【請求項2】

ソレノイド型の第１の螺旋部分と、第１の螺旋部分の巻方向を螺旋軸方向とする第２の螺旋部分を有する請求項１記載の粗骨材。

【請求項3】

第２の螺旋部分が、第１の螺旋部分の螺旋軸の周りの全周に設けられている請求項２記載の粗骨材。

【請求項4】

第２の螺旋部分が、第１の螺旋部分の螺旋軸の周りの半周以下の範囲に設けられている請求項２記載の粗骨材。

【請求項5】

１本の針金で形成されている請求項１～４のいずれかに記載の粗骨材。

【請求項6】

２本の針金で形成されている請求項１～４のいずれかに記載の粗骨材。

【請求項7】

第１の螺旋部分の針金の線径と第２の螺旋部分の針金の線径が異なる請求項６記載の粗骨材。

【請求項8】

螺旋部分の螺旋軸に沿って針金の１本又は複数本が並列した直線状部分を有する請求項１記載の粗骨材。

【請求項9】

螺旋部分の螺旋径が螺旋軸方向の両端部で小径であり、中央部で大径である請求項８記載の粗骨材。

【請求項10】

１本の針金で形成されている請求項８又は９記載の粗骨材。

【請求項11】

針金で形成されたコンクリート用粗骨材であって、針金で形成された立体形状の辺又は頂点に該針金で形成されたループを有する粗骨材。

【請求項12】

１本の針金で形成されている請求項１１記載の粗骨材。

【請求項13】

螺旋部分が金網に絡んでいる請求項１記載の粗骨材。

【請求項14】

螺旋部分の全長が金網に絡んでいる請求項１３記載の粗骨材。

【請求項15】

一つの金網に２つの螺旋部分が交叉して絡んでいる請求項１３又は１４記載の粗骨材。

【請求項16】

軸の周りに、該軸と平行な螺旋面の螺旋部分が放射状に配置されている請求項１記載の粗骨材。

【請求項17】

対向する螺旋部分を二対有する請求項１記載の粗骨材。

【請求項18】

大径の螺旋部分の中に小径の螺旋部分が嵌め込まれている請求項１記載の粗骨材。

【請求項19】

１本の針金が二つ折りにされ、該針金の両端部同士が撚り合わされた形状を、輪側の端部は撚りが戻されて拡径した輪となっている形状を有する請求項１記載の粗骨材。

【請求項20】

針金として撚り線が使用されている請求項１～１９のいずれかに記載の粗骨材。

【請求項21】

針金として異形断面の針金が使用されている請求項１～１９のいずれかに記載の粗骨材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート用粗骨材に関する。

【背景技術】

【0002】

コンクリートは、通常、セメント、水、粗骨材（砕石や砂利）及び細骨材(砂)を混合して得る所謂生コンクリートを、水とセメントとの水和反応に基づいて固化させたものであり、建築資材として広く使用されている。

【0003】

コンクリートは、圧縮強度に比して引張強度が１／１０～１／１３程度と非常に低いという欠点を有している。この欠点を補うため、コンクリート中に縦横にマトリックス状に組んだ鉄筋を配設することが一般的であるが、圧縮強度だけでなく引張強度も向上させることのできる新たな粗骨材として金属製の略四面体形状の粗骨材が提案されている（特許文献１）。この粗骨材は外形が略四面体形状であることによりモルタル中でアンカー効果を発揮するので、従前の粗骨材に比して引張強度や剪断強度を向上させることが可能となる。

【0004】

また、金属製の粗骨材とモルタルとの付着性を向上させるために、金属製の粗骨材本体に２０番手以上の細いワイヤーを貫通させた粗骨材であって、粗骨材本体にワイヤーが容易に巻き付くようにしたものが提案されている（特許文献２）。この粗骨材によれば、生コンクリートの撹拌中に粗骨材本体にワイヤーが巻き付き、巻き付いたワイヤーにモルタルが捕捉され、粗骨材とモルタルが一体に移動するので生コンクリート中で粗骨材が沈降しにくく、粗骨材の分散性が良好になるというメリットを得られる。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載されているような金属製の粗骨材では、粗骨材自体の引張強度がコンクリートのモルタル部分の強度に比して強すぎるため、粗骨材とモルタルとの界面が剥離してモルタル部分が破断し、粗骨材がコンクリートの引張強度の向上に寄与できない場合がある。

【0006】

特許文献２に記載されているようにワイヤーが金属製の粗骨材本体に巻き付くようにすると粗骨材とモルタルとの付着性を向上させることができるが、ワイヤーの粗骨材本体への巻き付き方は一定しないため、引張強度にばらつきが生じる虞がある。

【0007】

これに対し、モルタルと粗骨材との付着性をさらに向上させてモルタル部分の破断を防止し、コンクリートの引張強度を向上させるため、金属製メッシュ材料を中空の球形に成形した粗骨材が提案されている（特許文献３）。

【0008】

一方、旋盤加工、スピンドル加工、ドリル穴開け加工等により形成される螺旋状金属屑を合成樹脂等と複合させて粗骨材とすることが知られている（特許文献４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許６４８５９３２号公報

【特許文献2】特許６５３２０７３号公報

【特許文献3】特許６６６７８８６号公報

【特許文献4】特開２００９－１９６８６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

コンクリート用粗骨材として、特許文献３に記載の金属製メッシュ材料で形成された粗骨材を使用すると、従前の砕石や砂利からなる粗骨材を使用する場合に比して圧縮強度や引張強度が大きく向上することを本発明者は確認している。即ち、モルタルとしてハイモルを使用した供試体において、圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８）では従来の粗骨材を使用したコンクリート試験体が４６．８４Ｎ／ｍｍ²で剪断破壊が生じたのに対し、特許文献３に記載の金属製メッシュ材料を用いたコンクリート試験体は４７．３３Ｎ／ｍｍ²で僅かに塑性変形しただけで剪断破壊が生じなかった。また、割裂引張強度試験（ＪＩＳ Ａ １１１３）では従来の粗骨材を使用したコンクリート試験体が３．２４Ｎ／ｍｍ²で剪断破壊が生じたのに対し、特許文献３に記載の金属製メッシュ材料を用いたコンクリート試験体は５．９０Ｎ／ｍｍ²でクラックが発生したに過ぎなかった。

【0011】

特許文献３に記載の金属製メッシュ材料からなる粗骨材を用いると、コンクリートの引張強度を従来の１８０％以上にすることが可能となり、また、コンクリートに粘りがでるため、コンクリート建造物に過度の力がかかってもコンクリートが一気に崩壊せず、徐々に崩れるため、そのコンクリート建造物から避難することが可能となる。

【0012】

しかしながら、特許文献３に記載の粗骨材は、金属製メッシュ材料を加工して成形するため、材料費が高くつく。一方、粗骨材は、通常コンクリート中の体積の約７割を占める程に大量に使用されるため、より安価に入手できることが必要とされている。

【0013】

特許文献４に記載の旋盤加工、スピンドル加工、ドリル穴開け加工等により形成される螺旋状金属屑を使用する場合、この金属屑は荷重により形状が容易に変形する為、金属屑自体のアンカー効果によるコンクリート強度の向上は期待できず、また、この金属屑を樹脂等で固めた粗骨材は、粗骨材同士の絡み合いも生じないことから、粗骨材同士の絡み合いによるコンクリート強度の向上も期待できない。実際、この粗骨材を用いたコンクリート強度の検証はなされていない。

【0014】

このような従来技術に対し、本発明は、特許文献３に記載の粗骨材のように、コンクリートに高い引張強度を付与し、且つより安価に製造することのできる粗骨材の提供を課題とし、特に、モルタルとして、混和剤や繊維を含有していないものを使用した場合でも圧縮強度や引張強度が向上する粗骨材の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明者は、針金に曲げ加工を施すことにより針金のみから、又は針金と金網を組み合わせることにより粗骨材を成形すると、その粗骨材の製造コストは極めて安価になること、粗骨材が、巻き線同士の間に隙間のある螺旋部分で形成されているか、あるいは針金で形成された立体形状の辺又は頂点にループを有すると特許文献３に記載の粗骨材と同等以上にコンクリートの強度を強められることを見出し、本発明を完成させた。

【0016】

即ち、本発明は、針金で形成された、自重により変形しない剛性を有するコンクリート用粗骨材であって、針金が螺旋状に線径より大きいピッチで複数回巻かれた螺旋部分を有する粗骨材を提供する。

【0017】

また、本発明は、針金で形成されたコンクリート用粗骨材であって、針金で形成された立体形状の辺又は頂点に該針金で形成されたループを有する粗骨材を提供する。

【発明の効果】

【0018】

本発明の粗骨材であって針金で形成された螺旋部分を有する態様は、針金を単にＬ字型、Ｃ字型等に湾曲させたものに比して嵩高く、モルタル内での分散性が良好である。また、螺旋部分は針金の線径より大きいピッチで巻かれており、巻き線同士の間に隙間があいているので、本発明の粗骨材をモルタルと混合すると、螺旋部分の両端部からだけでなく、巻き線同士の隙間からもモルタルが容易に螺旋部分の内部に浸入し、螺旋部分とモルタルが強く付着した状態で一体化する。

【0019】

本発明の粗骨材であって、針金で形成された立体形状の辺又は頂点に、螺旋状部分として該針金で形成されたループを有する態様も嵩高く、モルタル内での分散性が良好である。また、針金で立体形状（例えば、四面体、立方体等）が形成されているので立体形状の辺又は頂点にあるループがアンカー効果を発揮する。

【0020】

さらに、単に、旋盤加工、スピンドル加工、ドリル穴開け加工等により形成される螺旋状金属屑からなる粗骨材は剛性が低いのに対し、本発明の粗骨材は、いずれの態様においても自重では変形しない剛性を有するので、巻き線同士の間隙がモルタル内で維持され、コンクリート内部で粗骨材同士が絡まり合い、鉄筋のように作用する。そのため、本発明の粗骨材を用いたコンクリートによれば、硬化後に強い荷重がかかっても、螺旋部分をなす針金とコンクリートのモルタル部分とが剥離することを防止でき、コンクリートの圧縮強度、引張強度、剪断強度、及び曲げ強度が、特許文献３に記載の粗骨材を使用した場合と同等以上に向上し、好ましくは圧縮強度５０～６０ｋＮ／ｍｍ²の高強度コンクリートと同等以上となる。高強度コンクリートは、水セメント比を低くし（セメントの割合を多くし）、混和剤を使用し、特殊な繊維を使用するのに対して、本発明の粗骨材を用いたコンクリートは、一般的なポルトランドセメントを通常の配合で調製したモルタルと混合することで製造でき、混和剤等は不要であるから、本発明の粗骨材の経済的効果は非常に大きい。

【0021】

さらに、上述のコンクリート内部で粗骨材同士の絡まり合いによりコンクリートの急激な破断や爆裂を防止することができ、従来のコンクリートであれば、最大圧縮荷重をかけると殆ど瞬時に爆裂したのが、本発明の粗骨材を使用すると、コンクリートに粘りが生じ、最大圧縮荷重又は最大引張荷重をかけてから、好ましくは２０分以上破断しない。したがって、例えば地震などにより建造物に大きな荷重がかかっても、人が避難する時間を確保することが可能となる。

【0022】

加えて、本発明の粗骨材は、、針金の曲げ加工により極めて安価に簡便に製造することができる。したがって、コンクリートの資材として有用となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ａの斜視図である。

【図2】図２は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ａの製造方法の説明図である。

【図3】図３は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｂの斜視図である。

【図4】図４は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｃの斜視図である。

【図5】図５は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｄの斜視図である。

【図6】図６は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｅの斜視図である。

【図7】図７は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｆの斜視図である。

【図8】図８は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｇの斜視図である。

【図9】図９は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｈの斜視図である。

【図10】図１０は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｉの斜視図である。

【図11】図１１は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｊの斜視図である。

【図12A】図１２Ａは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｋの斜視図である。

【図12B】図１２Ｂは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｋ’の斜視図である。

【図13A】図１３Ａは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｌの製造過程の斜視図である。

【図13B】図１３Ｂは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｌの製造過程の斜視図である。

【図13C】図１３Ｃは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｌの製造過程の斜視図である。

【図13D】図１３Ｄは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｌの斜視図である。

【図14】図１４は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｍの斜視図である。

【図15】図１５は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｎの斜視図である。

【図16】図１６は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｏの斜視図である。

【図17】図１７は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｐの斜視図である。

【図18A】図１８Ａは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｑの製造過程の斜視図である。

【図18B】図１８Ｂは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｑの斜視図である。

【図19】図１９は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｒの斜視図である。

【図20】図２０は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｓの斜視図である。

【図21A】図２１Ａは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｔの斜視図である。

【図21B】図２１Ｂは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｔの製造過程の斜視図である。

【図22】図２２は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｕの斜視図である。

【図23A】図２３Ａは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｖの斜視図である。

【図23B】図２３Ｂは、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｖの製造過程の斜視図である。

【図24】図２４は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｗの斜視図である。

【図25】図２５は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｘの斜視図である。

【図26】図２６は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｙの斜視図である。

【図27】図２７は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｚの斜視図である。

【図28】図２８は、実施例のコンクリート用粗骨材１０ＫＳの斜視図である。

【図29】図２９は、異形断面針金の斜視図である。

【図30】図３０は、実施例のコンクリート用粗骨材１０Ｂの集合状態の斜視図である。

【図31】図３１は、圧縮強度試験において、供試体が崩壊するまで荷重を持続した場合の崩壊後の供試体の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明のコンクリート用粗骨材を実施例により詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

【0025】

（全体形状）
図１は、本発明の一実施例のコンクリート用粗骨材１０Ａの斜視図である。この粗骨材１０Ａは、針金がその針金の線径より大きいピッチで螺旋状に巻かれた螺旋部分をし、この螺旋部分は自重により変形しない合成を有する。より具体的には、粗骨材１０Ａは、針金がソレノイド型に巻かれ、直線状の螺旋軸Ｌ１を有する第１の螺旋部分１と、第１の螺旋部分１の巻方向Ｍ１を螺旋軸Ｌ２の方向とする第２の螺旋部分２を有する。第１の螺旋部分１も第２の螺旋部分２も巻き線同士の間には隙間があいている。また、第２の螺旋部分２の螺旋内に、第１の螺旋部分１の端部の螺旋層以外の全ての巻き線が入るように、第１の螺旋部分１と第２の螺旋部分２とが絡まっている。この場合、第２の螺旋部分２の巻き線は、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１の周りの全周に均等に配置されており、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１方向から粗骨材１０Ａを見た場合、第２の螺旋部分２を形成する針金が第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１を中心として放射状に位置している。また、第２の螺旋部分２の個々の螺旋形状（一巻き分の巻き線により形成される螺旋層の形状）は略円形であるため、粗骨材１０Ａの全体形状はドーナツ型となっている。

【0026】

本発明において、第１の螺旋部分１と第２の螺旋部分２のそれぞれの螺旋形状、螺旋径、巻き数、及び螺旋ピッチは、第１の螺旋部分１と第２の螺旋部分２からなる粗骨材１０Ａ全体が、該粗骨材１０Ａを配合した生コンクリートをホースに通すポンプ圧送が可能となるように適宜定める。即ち、粗骨材１０Ａの最大径を、従来の粗骨材である砂利や砕石と同程度の大きさにすることが好ましい。具体的には、粗骨材１０Ａの最大径をＪＩＳ Ａ ５００５、ＪＩＳ Ａ ５３０８に規定される粒度と粒径の範囲とすることが好ましい。個々の螺旋形状は、円、楕円、角丸矩形等とすることができる。

【0027】

本実施例の粗骨材１０Ａにおいて、第１の螺旋部分１を形成する針金と第２の螺旋部分２を形成する針金は同径であるが、別個の針金から形成されている。即ち、この粗骨材１０Ａは２本の針金で形成されている。なお、後述するように、本発明の粗骨材においては、第１の螺旋部分と第２の螺旋部分を１本の針金から形成することもできる。

【0028】

（針金）
本発明において、第１の螺旋部分１を形成する針金と第２の螺旋部分２を形成する針金は、鉄線、鋼線等の種々の金属材料から形成することができるが、コンクリート内においての螺旋部分１、２にバネ性は不要であることから、螺旋部分１、２を形成する針金は、ピアノ線、硬鋼線等のバネ材料よりも安価な鉄線等の軟鋼線が好ましく、銅線などを用いてもよい。また、針金として鉄線等の磁性材料を用いると、粗骨材やそれを用いたコンクリート製品の搬送工程で磁石を利用できるようになるので好ましい。一方、鋼線を使用すると粗骨材自体の強度が高くなることによりコンクリートの強度も高くなる点で好ましい。

【0029】

後述するように、針金として、複数本の針金を撚り合わせた撚り線や、異形断面針金を使用してもよい。これにより、針金とモルタル部分との結合を強くしてコンクリートの強度を向上させることができる。

【0030】

第１の螺旋部分１を形成する針金と第２の螺旋部分２を形成する針金の太さは同じでも異なっていてもよく、それぞれ針金の線径を好ましくは０．５ｍｍ～６ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～３ｍｍ、さらに好ましくは１ｍｍ～２ｍｍである。なお、本発明において針金の線径は、粗骨材の形状に応じて適宜設定することができる。

【0031】

（粗骨材の製造方法）
粗骨材１０Ａの製造方法としては、まず針金をソレノイド型に巻くことにより第１の螺旋部分１と第２の螺旋部分２をそれぞれ形成し、次に図２に示すように第１の螺旋部分１に第２の螺旋部分２を絡めていく。この場合、第２の螺旋部分２をその螺旋の回転方向に矢印のように回すことで容易に第２の螺旋部分２の全ての巻き層を第１の螺旋部分１に絡めることができる。次に、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１の周りの全周に第２の螺旋部分２が存在するように第２の螺旋部分２の隣り合う巻き線同士の間を広げることで、図１に示した粗骨材１０Ａを製造することができる。この場合、第１の螺旋部分１と第２の螺旋部分２との溶接や接着は不要であり、針金の塑性変形により図１に示した形状の粗骨材１０Ａを得ることができる。したがって、この粗骨材１０Ａは、線材の加工により極めて容易に安価に製造することができ、例えば、特許文献３に記載されている金属製の織網を用いた中空の粗骨材に比して概略１／１０以下の材料コストで製造することができる。

【0032】

（変形態様）
本発明のコンクリート用粗骨材は種々の態様をとることができる。例えば、図３に示した粗骨材１０Ｂは、第１の螺旋部分１及び第２の螺旋部分２が、図１に示した粗骨材１０Ａよりも細い針金で形成され、それぞれの巻き数も多くなっている。また、この粗骨材１０Ｂでは、第１の螺旋部分１の螺旋径よりも第２の螺旋部分２の螺旋径が大きい。

【0033】

図４に示した粗骨材１０Ｃは、第１の螺旋部分１の針金の線径を、第２の螺旋部分２の針金の線径よりも太くし、第１の螺旋部分１を螺旋面が円形のソレノイド型とするが、第２の螺旋部分２の螺旋形状を角丸矩形とし、第２の螺旋部分２による第１の螺旋部分１の半径方向の張り出しの程度を少なくしたものである。したがって、この粗骨材１０Ｃの全体形状は円筒形となっている。
粗骨材１０Ｃにおいて、線径の太い第１の螺旋部分１はコンクリート構造物の主筋の機能を担い、線径の細い第２の螺旋部分２はコンクリート構造物の帯筋の機能を担う。

【0034】

図５に示した粗骨材１０Ｄは、図４の示した粗骨材１０Ｃに対して第１の螺旋部分１の巻き数を多くし、粗骨材１０Ｄの全体形状を高さの高い円筒形としたものである。

【0035】

図６に示した粗骨材１０Ｅは、図３に示した粗骨材１０Ｂに対して、第１の螺旋部分１の一部の巻き線（より具体的には全ての巻き数の２／３）が第２の螺旋部分２の螺旋内に入っている。

【0036】

図７に示した粗骨材１０Ｆは、ソレノイド型の第１の螺旋部分１の全ての巻き数の約１／２の巻き数が第２の螺旋部分２の螺旋内に位置し、第１の螺旋部分１の残りの巻き数が第３の螺旋部分３の螺旋内に位置するように、第１の螺旋部分１に第２の螺旋部分２と第３の螺旋部分３が絡まっている。第１の螺旋部分１、第２の螺旋部分２、第３の螺旋部分３はそれぞれ別個の針金で形成されているので、本実施例の粗骨材１０Ｆは３本の針金で形成されている。
本発明の粗骨材に設ける螺旋部分の個数に制限はない。

【0037】

図８に示した粗骨材１０Ｇは、図１に示した粗骨材１０Ａに対し、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１の周りの全周ではなく半周以下の範囲に第２の螺旋部分２が設けられている。また、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１が略直線であるのに対し、第２の螺旋部分２はその螺旋軸Ｌ２が円弧状になるように隣り合う巻き線同士の間が広げられている。

【0038】

図９に示した粗骨材１０Ｈは、図８に示した粗骨材１０Ｇと同様に、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１の周りの全周ではなく半周以下の範囲に第２の螺旋部分２が設けられている。また、この粗骨材１０Ｈにおいては、第１の螺旋部分１の螺旋軸Ｌ１も第２の螺旋部分２の螺旋軸Ｌ２も円弧状の曲線であり、第２の螺旋部分２だけでなく、第１の螺旋部分１においても個々の巻き線同士の間に間隙が形成され、全体として２つのＣ字型を組み合わせた嵩高い形状となっている。そのため、生コンクリート内での粗骨材１０Ｈの分散性は極めて良好となる。

【0039】

図１０に示した粗骨材１０Ｉは、図９に示した粗骨材１０Ｈと同様に、第１の螺旋部分１と第２の螺旋部分２がそれぞれ湾曲した螺旋軸Ｌ１、Ｌ２を有し、全体として２つのＣ字型を組み合わせた嵩高い形状となっているが、この粗骨材１０Ｉは、１本の針金から形成されている。
このように、本発明の粗骨材は、１本の針金で形成してもよく、複数本の針金で形成してもよい。

【0040】

上述した粗骨材１０Ａ～１０Ｉが複数の螺旋部分を有するのに対し、図１１に示した粗骨材１０Ｊは、一つの螺旋部分１を有する。この粗骨材１０Ｊの螺旋部分１は直線状の螺旋軸Ｌ１を有する。螺旋部分１の螺旋径は、螺旋軸Ｌ１方向の両端部で小径であり、中央部に向かって漸次大径になっている。これにより、粗骨材１０Ｊ全体としては、２つの円錐の底面同士を貼り合わせた嵩高い形状となり、この粗骨材１０Ｊも生コンクリート内での分散性が極めて良好となる。

【0041】

また、この粗骨材１０Ｊの螺旋部分１の内部では、螺旋軸Ｌ１に沿って針金の直線状部分４が形成されている。この直線状部分４では複数本の針金が並列している。直線状部分４の針金の本数は当該針金の硬さ、線径などに応じて定められ、１本でもよい。直線状部分４が存在することにより螺旋部分１の螺旋軸方向の伸びが規制され、この粗骨材１０Ｊを混ぜたコンクリートにおいて、粗骨材１０Ｊとモルタルとの付着が維持され、コンクリートの引張強度や圧縮強度が向上する。

【0042】

螺旋部分１と直線状部分４を有する粗骨材１０Ｊの製造方法としては、まず、直線状部分４を形成し、直線状部分４の周りに螺旋部分１を形成していけばよい。また、螺旋部分１と直線状部分４との固定方法としては、これらをカシメればよく、必要に応じて溶接してもよい。

【0043】

図１２Ａに示した粗骨材１０Ｋは、図１１に示した粗骨材１０Ｊに対して螺旋部分１の螺旋径が螺旋軸Ｌ１方向で一定であり、全体として円柱状形状をしている。図１２Ｂに示した粗骨材１０Ｋ’は、図１２Ａに示した粗骨材１０Ｋに対して螺旋軸Ｌ１部分の針金が螺旋軸Ｌ１方向から見て十字になるように螺旋軸部分の２つのループを交叉させたものである。

【0044】

図１２Ａに示した粗骨材１０Ｋや図１２Ｂに示した粗骨材１０Ｋ’は、フォーミングマシンで容易に量産することができる。また、後述する実験例に示すように、これらを粗骨材として用いたコンクリートは、セメントとして一般的なポルトランドセメントを用いた場合でも、高強度コンクリートよりも高い圧縮強度と引張強度を発揮することが可能である。そのため、経済的効果が顕著に優れた粗骨材となる。

【0045】

図１３Ｄに示した粗骨材１０Ｌは、両端部が小径で中央部が大径の螺旋部分１の内部に波形に湾曲した針金５が放射状に設けられている。この粗骨材１０Ｌの製造方法としては、まず図１３Ａに示すように複数本の針金５の両端６を針金で巻き締め、複数本の針金５をロープ状に捩る。次に図１３Ｂに示すように、ロープ状に捩った針金の束を、ロープの撚りをとくように逆方向に捩り、針金５を波形に湾曲させる。一方、別途針金をソレノイド型に巻いて螺旋部分１を形成し、螺旋部分１の内部に図１３Ｂに示した針金５の束を入れ、図１３Ｃに示すように、螺旋部分１内に入れた針金５の束をさらに逆方向に捩ると共にその両端部が互いに近づく方向に両端部に力をかけ、針金５の束の中央部が膨らむようにする。そして螺旋部分１の端部を針金５の束の端部の位置に引っ張り、そこで捩って固定する。こうして図１３Ｄに示した粗骨材１０Ｌを得ることができる。

【0046】

図１４に示した粗骨材１０Ｍは、ソレノイド型に巻いた針金の一端を他端側に引っ掛けて固定することで、一つの螺旋部分１により全体をドーナツ形に形成したものである。この場合、針金の固定は、その端部の曲げと締付により行ってもよく、溶接により行ってもよい。

【0047】

図１５に示した粗骨材１０Ｎは、針金で形成した四面体形状の各頂点に、該針金によるループ７を設けたものであり、１本の針金で形成されている。図１６に示した粗骨材１０Ｏは、針金で形成した立方体の各頂点に、該針金によるループ７を設けたものであり、１本の針金で形成されている。図１７に示した粗骨材１０Ｐは、針金で形成した球形の両極に該針金で形成したループ７を有する。これらも１本の針金で形成されている。このように本発明の粗骨材は、針金で形成した立体形状の頂点にループ７を設けた態様を含む。この場合、立体形状は四面体や立方体に限られず、針金で外形を形成したものであれば種々の立体形状とすることができ、立体形状を複数本の針金で形成してもよい。また、立体形状の辺にループを設けてもよい。ループ７があることにより粗骨材はアンカー効果を発揮するので、コンクリートの強度を高めることができる。また、こうしてできる粗骨材も嵩高く、立体内部にモルタルが入り込むので、モルタル内での粗骨材の分散性もよい。なお、頂点や辺にループ７を有する立体形状の粗骨材においても、針金としては上述した粗骨材１０Ａと同様のものを使用することができる。

【0048】

本発明においては、針金と金網を組み合わせることにより針金の螺旋部分の螺旋形状が維持されるようにしてもよい。この場合、金網としては、種々の織網、溶接金網、パンチングメタル等を使用することができる。材料コストを下げる点から織網が好ましい。

【0049】

図１８Ｂに示した粗骨材１０Ｑは、図１に示した粗骨材１０Ａと同様にソレノイド型に巻いた螺旋部分１を平織の金網８に絡めたものである。螺旋部分１を金網８に絡める方法としては、図１８Ａに示すように、螺旋部分１の針金を金網８の目を通すように当て、螺旋部分１の螺旋の巻き方向に螺旋部分１を回していくことにより図１８Ｂに示した粗骨材１０Ｑを得ることができる。生コンクリート内で粗骨材１０Ｑを分散させたときに螺旋部分１の形状を潰れにくくすると共に分散性を向上させるため、螺旋部分１の全長が金網８に絡むようにすることが好ましい。

【0050】

針金による螺旋部分１の複数個を一つの金網８に絡ませてもよい。
図１９に示した粗骨材１０Ｒは、一つの針金８に二つの螺旋部分１を、それらが交叉するように絡ませたものである。

【0051】

図２０に示した粗骨材１０Ｓは、軸Ｌ３の周りに、該軸Ｌ３と平行な螺旋面を有する螺旋部分１を放射状に配置したものである。この粗骨材１０Ｓを用いたコンクリートは、コンクリート柱で一つの粗骨材１０Ｓの軸Ｌ３となる部分の針金が他の粗骨材１０Ｓの螺旋部分１と絡まり合うためか、強い引張荷重がかかってもなかなか破断しない性質を発揮する。

【0052】

図２１Ａに示した粗骨材１０Ｔは対向する二対の螺旋部分１ａ、１ａ、１ｂ、１ｂを有し、全体として毬型となっているものである。この粗骨材１０Ｔは、図２１Ｂに示したように、まず、１本の針金を湾曲させることにより、平面上に、大径の一対の螺旋部分１ａと小径の一対の螺旋部分１ｂとからなる４つ葉形状を形成し、次に小径の一対の螺旋部分１ｂを前記平面から引き起こし、次に小径の螺旋部分１ｂを囲むように大径の螺旋部分１ａを前記平面から引き起こすことにより製造することができる。

【0053】

図２２に示した粗骨材１０Ｕは、螺旋軸Ｌ１の周りに巻き方向が逆向きの螺旋部分１ｃ、１ｄを有するもので、１本の針金で形成したものである。

【0054】

図２３Ａに示した粗骨材１０Ｖは、大径の螺旋部分１ａからなる螺旋層の中に小径の螺旋部分１ｂからなる螺旋層を嵌め込んだものである。この粗骨材１０Ｖは、図２３Ｂに示すように、大径の螺旋部分１ａからなる螺旋層と小径の螺旋部分１ｂからなる螺旋層を１本の針金から形成し、大径の螺旋部分１ａからなる螺旋層の中に小径の螺旋部分１ｂからなる螺旋層を押し込むことにより製造することができる。

【0055】

図２４に示した粗骨材１０Ｗは、扇形に開いた大径の螺旋部分１ａからなる螺旋層の両端を小径の螺旋部分１ｂとしたものである。その粗骨材１０Ｗの両端を小径の螺旋部分１ｂとすることにより、粗骨材１０Ｗの端部同士が過度に絡み合うことによるモルタル内での粗骨材１０Ｗの分散性の低下を防止することができる。

【0056】

上述した種々の実施例は螺旋部分が概略円形または楕円形であるが、本発明の粗骨材において螺旋部分は矩形等の多角形であってもよい。螺旋部分が多角形の粗骨材は、多角柱の芯材に針金を巻くことにより得ることができる。

【0057】

図２５に示した実施例の粗骨材１０Ｘは、１本の針金を非常に大きなピッチで１回半程度巻くことにより螺旋状としたものである。このピッチの大きい螺旋形状は金属の旋盤加工の切削屑に似ているが、本実施例の粗骨材１０Ｘは自重で変形しない剛性を有しており、モルタルと混合しても当初の形状を保持する点で異なる。

【0058】

図２６に示した実施例の粗骨材１０Ｙは、１本の針金が二つ折りにされ、該針金の両端部同士が線径よりも大きいピッチで複数回撚り合わされ、輪側の端部の螺旋部分１の形状は撚りが戻されて拡径した捻れた輪となっている。この粗骨材１０Ｙにおいて、二つ折りにされた針金同士が複数回撚り合わされている部分の中間にも拡径した輪を形成してもよい。

【0059】

図２７に示した実施例の粗骨材１０Ｚは、２本の針金の中央部が撚り合わさり、両端が開いた形状をしたものである。ここで、一方の端部を形成する２本の針金５ａ-1、５ｂ-1で形成される面と、他方の端部を形成する２本の針金５ａ-2、５ｂ-2で形成される面とは略垂直に交叉する。このように一方の端部で形成される面と他方の端部で形成される面を捻れの関係とすることにより、粗骨材１０Ｚがモルタル中で偏らず、良好に分散しやすくなる。

【0060】

これら実施例の粗骨材１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚもフォーミングマシンで容易に安価に製造することができ、量産性に優れている。

【0061】

上述した種々の実施例は螺旋部分を１本の針金を螺旋状に巻くことにより、又は螺旋状に巻いた複数本の針金を組み合わせることにより、又は２本の針金を撚り合わせて螺旋部分を形成すること等により得られるが、本発明の粗骨材は、複数本の針金を撚り合わせた撚り線を用いて同様に形成してもよい。例えば、図２８の粗骨材１０ＫＳは、図１２Ａに示した粗骨材１０Ｋと同様の形状を撚り線５Ｓで形成したものである。針金として撚り線５Ｓを使用することにより、コンクリート内で粗骨材とモルタル部分とが強固に接着し、粗骨材とモルタル部分との界面剥離を抑制できるのでコンクリートの圧縮強度や引張強度が向上する。

【0062】

撚りの程度としては、例えば線径１．６ｍｍ、長さ３０ｃｍの針金２本を撚る場合、撚りの回数は３５～３８回程度とするとよい。

【0063】

複数本の針金を撚る場合に、亀の子タワシのように撚りの部分に放射状に針金を突出させてもよい。

【0064】

針金とモルタル部分との接着力を向上させるため、針金として、断面形状が針金の長手方向にわたって均一でなく、所定間隔で変化している異形断面の針金を使用してもよい。例えば、図２９に示すように、断面が扁平化した領域が所定間隔で繰り返されている異形断面の針金５Ｘを使用することができる。異形断面の針金５Ｘは、針金を部分的に押し潰すことにより容易に得ることができ、針金の表面をスパッタ等で荒らす場合に比して針金とモルタル部分との接着力を安価に向上させることができる。

【0065】

以上、本発明の粗骨材の変形例について説明したが、上述した粗骨材の構成要素は適宜組み合わせることができる。

【0066】

（粗骨材の適用例）
本発明のコンクリート用粗骨材は、従来のコンクリートの配合組成における粗骨材の一部又は全部に代替することができる。この場合、本発明の粗骨材は嵩高く、モルタルと混合すると、モルタル内で粗骨材同士が絡まり合うが密に重なり合うことはなく、モルタル内で偏在することはない。モルタルに混ぜた本発明の粗骨材の多くは、例えば図３０に示したように粗骨材１０Ｂの螺旋部分の一巻き分ずつの巻き線同士が接触した状態分散するか、あるいは粗骨材のループにより粗骨材同士が絡まった状態で分散する。いずれの場合も針金で形成された螺旋部分、立体又はループの内部にモルタルが浸入し、針金とモルタルが強く付着した状態で一体化する。そのため、本発明の粗骨材を用いたコンクリートによれば、硬化後に強い荷重がかかっても、螺旋部分をなす針金とコンクリートのモルタル部分とが剥離することを防止でき、コンクリートの圧縮強度、引張強度、剪断強度、曲げ強度が、顕著に向上する。

【0067】

本発明の粗骨材と混ぜるモルタルは、一般的なポルトランドセメントと砂と水から形成することができる。高強度コンクリートの製造に使用される混和剤や特殊な繊維は不要である。従って、本発明の粗骨材を用いて製造したコンクリートは、リサイクルにも適したものとなる。一方、必要に応じて本発明の粗骨材を高強度コンクリート用のモルタルに混ぜても良い。従来の高強度コンクリートに粘り強さを付与し、爆裂を抑制することができる。

【0068】

また、本発明の粗骨材と混ぜるモルタルの砂としては、再生コンクリートから形成したものを使用することもでき、これによっても一般的な砂を用いた場合と同様のコンクリート強度を発揮させることができる。

【0069】

コンクリートの打設方法としては、常法にしたがいモルタル中に粗骨材を分散させて生コンクリートを調製し、生コンクリートを型に流し入れ、次いで加振してもよく、加振しつつ生コンクリートを型に流し入れてもよい。

【0070】

また、型内の捨てコンの上に粗骨材を入れ、次いでモルタルを流し入れ、加振してもよい。これにより所定量の粗骨材を正確に型内に入れることができる。

【0071】

本発明のコンクリート用粗骨材の好ましい適用例としては、コンクリートプレキャスト製品において、例えば、中空の本発明の粗骨材を使用し、引張や曲げに対して従前よりも強い軽量鉄筋コンクリート板を製造することができる。また、鉄筋を使用しないコンクリート構造物（例えば、ダム壁、地面に直に敷設される道路、建造物のベタ基礎、舗装広場等）にも好ましく適用できる。特殊な適用例としては、地面から離れた位置に設置される高速道路の鉄筋コンクリート床版等に好ましく適用できる。本発明のコンクリート用粗骨材であって針金を磁性材料から構成した場合には、コンクリートパネルを電磁石に引きつけて搬送、設置、撤去することが可能となり、作業性が向上する。

【実施例0072】

以下、本発明の粗骨材の効果を実験例により具体的に説明する。
実験例１～８
＜供試体の作製＞
供試体型となる供試体作製用容器は内径１０ｃｍ、深さ２０ｃｍの円柱状の有底筒状容器である。この容器を用いて次のようにして供試体を作製した。
まず、供試体１個分の粗骨材の充填量として、空の容器に約一杯弱の粗骨材を用意しておく。
次に、セメントと砂と水を混合してモルタルを作る。モルタルは、次の配合を基本とした。
水：０．５５ｋｇ
セメント：２ｋｇ
砂：４ｋｇ

【0073】

モルタルに上述の粗骨材を加えて撹拌し、得られた混合物の適量の容器への充填と加振を繰り返す。この間、モルタルが容器から溢れ、粗骨材も容器から溢れ出てくるものがあるが、溢れ出た粗骨材は容器内に戻し、最終的に予め用意した粗骨材の全量又は９割以上が容器内に充填されるようにする。

【0074】

こうして容器内に当初用意した粗骨材の全量と、水：セメント：砂＝０．５５：２：４のモルタルとが混合した未硬化コンクリートを得る。

【0075】

容器内に充填された未硬化コンクリートを水中で原則として２８日間養生することにより硬化させ、この硬化物を容器から取り出して供試体とする。

【0076】

この場合、粗骨材やモルタルの配合を表１に示すように変えた。
なお、比較例１として粗骨材を充填しなかったものを作製した。比較例２は、特許文献３に記載の粗骨材と同様に金属メッシュを用いたものとして、球体の周りに矩形のフランジがある形状で、シート状の金属メッシュ（平織り）で形成したものを用いた。この粗骨材は、シート状の金属メッシュにプレス加工することにより半球状の凹みを形成したものを一対作製し、これを重ね合わせて針金で縫い止めることにより作製した。

【0077】

＜評価＞
それぞれについて圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８ コンクリートの圧縮強度試験方法）と、引張強度試験（ＪＩＳ Ａ １１１３ コンクリートの割裂引張強度試験方法）を行った。圧縮強度試験と引張強度試験は、一般財団法人建材試験センターで行った。結果を表１に示す。

【0078】

実験例９～１４
モルタルとして、ＵＳスーパーモルタル（ウチダ商事株式会社）を、その標準加水量（水４．３ｋｇ、スーパーモルタル２５ｋｇ）の水と混合して調製したモルタルを使用し、表２の粗骨材を用いて実験例１～８と同様に供試体を製造し、圧縮強度試験と引張強度試験を行った。結果を表２に示す。

【0079】

実験例１５～２２
モルタルの配合比を、水：セメント：砂＝０．５５：３：３ とする以外は実験例１～８と同様にして供試体を作製し、圧縮強度試験と引張強度試験を行った。結果を表３に示す。

【0080】

【表1】

【0081】

【表2】

【0082】

【表3】

【0083】

表１から、金属メッシュを球状に成型した比較例２の粗骨材を用いた実験例２に比して、実施例の粗骨材を用いた実験例４、５、６では引張強度が高い。したがって、本実施例の粗骨材は、簡単に安価に製造できかつ、コンクリート強度の向上に有用であることがわかる。

【0084】

表２の実験例１０と実験例１２から、同様の粗骨材形状であっても、螺旋部分の径の大きさなどによって引張強度が異なることがわかる。

【0085】

表１の実験例３や表３の実験例１７、１９、２０から、本発明の実施例の粗骨材を使用すると、通常のポルトランドセメントを使用した場合でも高強度コンクリート以上の圧縮強度や引張強度を達成できることがわかる。

【0086】

さらに、殆ど全ての実施例の実験例から、本発明の粗骨材を用いたコンクリートは、最大荷重をかけてもすぐに割れたり崩れたりしないことがわかる。特に、実験例４では、加圧開始後最大荷重がかかってからも供試体の外観に殆ど変化がなく、加圧開始後１８分３０秒経過しても供試体は割れず、荷重の印加を打ち切った。実験例１４～２１においても、同様に、供試体に最大荷重がかかったのちも供試体は割れたり崩れたりせず、加圧開始後１０数分以上にわたって供試体は外観を保持していた。

【0087】

最大加圧を記録後、一端荷重が低下するが、再度荷重が上がっていくものもあった。これは、コンクリート内部で複雑に絡み合った粗骨材の作用によるものと推察される。

【0088】

したがって、本発明の粗骨材を用いたコンクリートで建造物を作製すると、例えば、大地震などにより過大な荷重が建造物に加わってもその建造物がコンクリートの爆裂により直ちに崩壊することはなく、避難のための時間の確保しやすいことわかる。

【0089】

図３１は、実験例１９において、供試体が崩壊するまで最大荷重を加え続けた場合に得られた崩壊後の供試体の様子を示している。供試体は、少しずつ崩れていく粘りのあるものであった。同図から、コンクリート内では粗骨材１０Ｋが良好に分散し、かつ粗骨材１０Ｋ同士が絡まり合っていることがわかる。

【0090】

さらに表３から、砂として再生コンクリートを使用した実験例１８、２１は、通常の砂を使用した対応する実験例１７、２０と略同程度の引張強度を達成できていることから、本発明の粗骨材は、再生コンクリートを用いたコンクリートにおいても強度を向上させることがわかる。よって、本発明の粗骨材は、コンクリート解体物の有効利用にも役立つことがわかる。

【符号の説明】

【0091】

１、１ａ、１ｂ、２、３ 螺旋部分
４ 直線状部分
５、５ａ、５ｂ、５ａ－１、５ａ－２、５ｂ－１、５ｂ－２、５Ｘ 針金
５Ｓ 撚り線
６ 両端
７ ループ
８ 金網
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｉ、１０Ｊ、１０Ｋ、１０ＫＳ、１０Ｌ、１０Ｍ、１０Ｎ、１０Ｏ、１０Ｐ、１０Ｑ、１０Ｒ、１０Ｓ、１０Ｔ、１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ、１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚ 粗骨材
Ｌ１、Ｌ２ 螺旋軸
Ｌ３ 軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【手続補正書】

【提出日】2022-04-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項11】

針金で形成されたコンクリート用粗骨材であって、針金で形成された立体形状の辺又は頂点に該針金で形成されたループを有する請求項１記載の粗骨材。