特開 2024-115511 短繊維補強コンクリート部材の製造方法および短繊維補強コンクリート部材

(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】P2024115511

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】短繊維補強コンクリート部材の製造方法および短繊維補強コンクリート部材

(51)【国際特許分類】

   B28B 13/02 20060101AFI20240819BHJP

   B28B 1/093 20060101ALI20240819BHJP

   B28B 1/52 20060101ALI20240819BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20240819BHJP

   C04B 14/38 20060101ALI20240819BHJP

   C04B 16/06 20060101ALI20240819BHJP

   C04B 20/00 20060101ALI20240819BHJP

【ＦＩ】

B28B13/02

B28B1/093

B28B1/52

C04B28/02

C04B14/38

C04B16/06

C04B20/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023202373

(22)【出願日】2023-11-30

(31)【優先権主張番号】P 2023020425

(32)【優先日】2023-02-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 理

(72)【発明者】

【氏名】竹山 忠臣

【テーマコード（参考）】

4G052

4G055

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G052GA02

4G052GA11

4G052GB25

4G055AA01

4G055AB00

4G055AC00

4G055CA23

4G055CA26

4G112PA15

4G112PA24

4G112PE02

(57)【要約】

【課題】
短繊維補強コンクリート部材の繊維の配向矯正を行った短繊維補強コンクリート部材の製造方法および短繊維補強コンクリート部材を提案する。
【解決手段】
短繊維を混入したコンクリートを型枠に打設する打設工程と、打設直後のコンクリートの隅角部に治具を挿入することで短繊維の配向を矯正する配向矯正工程と、備えた短繊維補強コンクリート部材の製造方法であって、治具は、リング形状の底部と、前記底部中心から上方に延びる棒状の把持部と、を備えており、配向矯正工程では、治具の底部をコンクリート上面から挿入し、把持部を周方向に回転させる、ことを特徴とする短繊維補強コンクリート部材の製造方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

短繊維を混入したコンクリートを型枠内に打設する打設工程と、
打設直後のコンクリート中の短繊維の配向を矯正する配向矯正工程と、備えた短繊維補強コンクリート部材の製造方法であって、
前記配向矯正工程では、前記コンクリート中に治具を挿入して移動または回転させることを特徴とする、短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項2】

前記治具は、リング形状の底部と、前記底部の中心から上方に延びる棒状の把持部と、を備えており、
前記配向矯正工程では、打設直後のコンクリートの隅角部に前記治具の底部をコンクリート上面から挿入し、前記把持部を周方向に回転させる、ことを特徴とする請求項１に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項3】

前記治具の前記底部は、２つの半円状の開口部を有し、当該半円状の半径が短繊維の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項4】

前記治具は、螺旋状の旋回部を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項5】

前記治具は、複数の爪を有する挿入部を備えており、
前記打設工程では、複数個所からコンクリートを打ち込み、
前記配向矯正工程では、複数個所から打込まれたコンクリート同士の合流部に前記挿入部を挿入するとともに前記合流部を横切るように前記挿入部を移動させることを特徴とする、請求項１に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項6】

前記治具は、バイブレータに固定されており、
前記配向矯正工程では、前記挿入部に振動を与えながら移動させることを特徴とする、請求項５に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項7】

隣り合う前記爪同士の間隔が前記短繊維の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法。

【請求項8】

請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の短繊維補強コンクリート部材の製造方法により製造されて硬化した、短繊維補強コンクリート部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、短繊維補強コンクリート部材の製造方法および短繊維補強コンクリート部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、繊維補強コンクリートあるいは繊維補強モルタル内で様々な方向に向いていた繊維の配向を一方向に矯正することでコンクリート部材の引張抵抗性を増加させる技術として、力伝達力部材と枠部材を備えた配向装置を力伝達力部材の軸方向に移動させる技術が開示されている。

【0003】

なお、短繊維補強コンクリートによるコンクリート部材の施工では、せき板効果により、型枠近傍において繊維が型枠面に平行に配向しやすいということが知られている（非特許文献１）。また、打込み位置を変えて複数位置から短繊維補強コンクリートを打ち込んで一つのコンクリート部材を形成する場合には、コンクリート同士の合流部が生じるが、合流部では繊維が不連続になり易い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１５０７２１号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】小倉大季他２名、「短繊維の配向に伴う繊維補強セメント系材料の曲げ特性のばらつき」、２０１４年、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．１、ｐ．２８０－２８５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の方法は、一方向にしか繊維の配向を矯正できないため、床板などのコンクリート部材の隅角部において、せき板効果により型枠近傍に配向した繊維を矯正することはできない。また、繊維が一方向に偏ってしまうと、コンクリート部材が決まった方向にしか抵抗できないおそれがある。

【0007】

また、コンクリート部材に短繊維の不連続な部分が生じると、この部分が弱部になるおそれがあるため、補強材を配置する必要があるが、補強部材の配置には手間と費用が掛かる。また、コンクリート同士の合流部における繊維の配向の矯正方法は確立されていない。

【0008】

本発明は、上記のような問題に鑑みて、短繊維補強コンクリート部材の繊維の配向矯正を行った短繊維補強コンクリート部材の製造方法および短繊維補強コンクリート部材を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

以上の課題を解決するため、本発明の短繊維補強コンクリート部材の製造方法は、短繊維を混入したコンクリートを型枠内に打設する打設工程と、打設直後のコンクリート中の短繊維の配向を矯正する配向矯正工程とを備えている。前記配向矯正工程では、前記コンクリート中に治具を挿入して移動または回転させることで短繊維の配向を矯正する。また、本発明の短繊維補強コンクリート部材は、前記短繊維補強コンクリート部材の製造方法により得られるものである。

【0010】

前記治具が、リング形状の底部と、前記底部の中心から上方に延びる棒状の把持部と、を備えている場合は、前記配向矯正工程において打設直後のコンクリートの隅角部に前記治具の底部をコンクリート上面から挿入し、前記把持部を周方向に回転させることで、せき板効果により型枠の四隅で短繊維が一方向を向いてしまうことを矯正することができる。

【0011】

前記治具の前記底部は、２つの半円状の開口部を有し、当該半円状の半径は、短繊維の長さよりも大きくすることが好ましい。さらに、前記治具は、螺旋状の旋回部を備えていてもよい。こうすることで、治具をコンクリートに挿入する際に、短繊維が開口部を通過するため、コンクリート底部に短繊維が移動することを防止することができる。

【0012】

前記打設工程において複数個所からコンクリートを打ち込み、複数個所から打ち込まれたコンクリート同士の合流部が形成される場合には、前記配向矯正工程では合流部に治具を挿入するとともに前記合流部を横切るように前記治具を移動させればよい。このとき、前記治具には、複数の爪を有する挿入部を備えたものを使用すればよい。こうすることで、コンクリート同士の合流部において、短繊維の配向を矯正し、コンクリート同士の境界部に跨って短繊維を横架させることができる。

【0013】

前記治具は、バイブレータに固定されている場合には、前記配向矯正工程において前記挿入部に振動を与えながら移動させることで、短繊維の配向の矯正がより効率的に行われる。なお、隣り合う前記爪同士の間隔は、前記短繊維の長さよりも大きくすることが望ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の短繊維補強コンクリート部材の製造方法によれば、短繊維補強コンクリートの短繊維の配向を矯正することが可能となり、ひいては、短繊維が一方向のみに向いてしまうことや短繊維の不連続箇所が形成されることを防止し、高品質の短繊維補強コンクリート部材を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法を示すフローチャートである。

【図2】本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法におけるコンクリートの打設状況を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図3】本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法における短繊維の配向状況を示す図であって、矯正前の隅角部の短繊維の配向状況を示す平面である。

【図4】本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法における短繊維の配向状況を示す図であって、矯正後の隅角部の短繊維の配向状況を示す平面である。

【図5】本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法における短繊維の配向を矯正する治具を示す図であって、(ａ)は正面図、（ｂ）は底面図である。

【図6】合流部矯正治具を示す平面図である。

【図7】実施例１の実験の概要を示す図である。

【図8】実施例１で得られた硬化後の短繊維補強コンクリート部材の隅角部における可視化画像である。

【図9】実施例２の実験の概要を示す平面図である。

【図10】実施例２の実験の概要を示す正面図であって、（ａ）はコンクリート打ち込み状況、（ｂ）はコンクリート仕上げ状況、（ｃ）は繊維の配向矯正状況である。

【図11】コンクリートの敷き均し状況を示す側面図である。

【図12】試験体の切り出し位置を示す平面図である。

【図13】（ａ）～（ｄ）は試験体Ｂ１～Ｂ４の可視化画像である。

【図14】（ａ）～（ｄ）は試験体Ｂ５～Ｂ９の可視化画像である。

【図15】（ａ）～（ｄ）は試験体Ｂ９～Ｂ１２の可視化画像である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法について説明する。
本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法は、図１に示すとおり、短繊維を混入したコンクリートを型枠内に打設する打設工程Ｓ１１と、治具を利用して打設直後のコンクリート中の短繊維の配向を矯正する配向矯正工程Ｓ１２と、備える。また、以下では、本実施形態に係る短繊維補強コンクリート部材の製造方法の対象として、道路橋床版の更新を例に挙げて説明する。
以下、各工程を詳細に説明する。

【0017】

（打設工程）
打設工程では、図２に示すように短繊維１１を混入した短繊維補強コンクリート１を型枠１２に打設する。本実施形態では、矩形状の型枠に対して複数個所からコンクリートを打ち込むものとする。打ち込まれたコンクリートは、打ち込み箇所を中心に円形に広がる。そして、打ち込み箇所中央位置を平面振動機で振動させ、スコップなどで型枠１２の端部や四隅へ広げる。その後、コンクリート表面をフニッシャーにより仕上げる。

【0018】

次に、打設工程で型枠に打設する短繊維が混入された短繊維補強コンクリートについて説明する。
本実施形態に係る短繊維補強コンクリートは、結合材、細骨材、粗骨材、混和剤、繊維、水等を含む。

【0019】

結合材としては、特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメ
ント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメント（Ａ～Ｃ
種）、フライアッシュセメント（Ａ～Ｃ種）、シリカセメント（Ａ～Ｃ種）、エコセメン
ト等から選択される１種以上を用いることができる。

【0020】

細骨材としては、特に限定されず、山砂、川砂、海砂、砕砂、硅砂、石灰砂等から選択
される１種以上を用いることができる。
粗骨材としては、特に限定されず、山砂利、川砂利、海砂利等から選択される１種以上
を用いることができる。
混和剤としては、従来公知の材料を使用すればよく、例えば、分離低減剤、減水剤、消
泡剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤等を用いることができる。

【0021】

繊維としては、金属繊維、有機繊維、又は有機繊維と金属繊維とを混ぜ合わせた複合繊維のいずれかを混入することができる。金属繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維等である。有機繊維としては、炭素繊維、ＰＶＡ繊維やアラミド繊維などの合成繊維である。なお、シリカ繊維やバサルト繊維等の無機繊維を混入することもできる。繊維には、径が数十μｍ～数百μｍの範囲内、長さが６０ｍｍ以下のものを使用する。また、繊維混入率は、０．０５～５．０ｖｏｌ．％の範囲内とする。
水としては、特に限定されず、水道水、スラッジ水等を用いることができる。

【0022】

（配向矯正工程）
配向矯正工程では、短繊維を混入したコンクリートを型枠に打設した直後に、治具を利用してコンクリート中の短繊維の配向を矯正する。例えば、略四角形に囲まれた型枠１２の場合、せき板効果により４隅の隅角部１３では、短繊維１１が型枠面に沿って一方向に向いてしまうことがある。また、異なる位置からコンクリートを打ち込むと、コンクリート同士の合流部が形成されるが、コンクリート同士の合流部では、短繊維の不連続な部分が生じる。本実施形態では、隅角部１３において短繊維の配向を矯正する隅角部配向矯正作業と、コンクリート同士の合流部において短繊維の配向を矯正する合流部配向矯正作業とを行う。

【0023】

（隅角部配向矯正作業）
隅角部配向矯正作業では、図３に示す隅角部１３に治具２（図５参照）を挿入することで、短繊維の配向を矯正する。具体的には、後述する治具２の底部３をコンクリート上面から挿入し、把持部４１を周方向に回転させる。図４に示すように、コンクリートが繊維と一緒に回転するため、型枠面に対して平行に配向していた短繊維の向きを矯正することができる。

【0024】

治具２は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、リング形状の底部３と、前記底部３中心から上方に延びる棒状の棒状部材４と、を備えている。そして、棒状部材４の先端には把持部４１が設けられている。また、図５（ｂ）に示すように、底部３は、円形でリング状の円周部３１と、円周部３１を２つの半円状に仕切る仕切り部３２と、円周部３１と仕切り部３２との間に形成される開口部３３とで構成される。仕切り部３２の中心に棒状の棒状部材４が固定されている。さらに、図５（ａ）に示すように、螺旋状の旋回部４２が設けられている。なお、材質は、特に限定されないが、ステンレス製や鋼製など硬化前のコンクリートに挿入しても壊れない材質が好ましい。

【0025】

本実例では、円周部３１の外径が６０ｍｍ、内径が５５ｍｍで、仕切り部３２の幅が１０ｍｍを使用した。すなわち、開口部３３における半円状の半径Ｒが２２ｍｍ程度となる。この半径Ｒが短繊維よりも大きいことが好ましい。

【0026】

（合流部配向矯正作業）
合流部配向矯正作業では、コンクリート同士の合流部１４に合流部矯正治具５を挿入するとともに移動させることで、短繊維の配向を矯正する。

【0027】

図６に合流部矯正治具５を示す。合流部矯正治具５は、図６に示すように、複数の爪５３，５３，…を有する櫛状の挿入部５１と、挿入部５１を支持するとともにバイブレータ６に固定される支持部５２を備えている。本実施形態の挿入部５１は、複数本のＬ字状の棒材からなる。爪５３は、棒材の先端部を折り曲げることにより形成されている棒材は、支持部５２から放射状に延設されている。隣り合う爪５３同士の間隔（棒材の先端部同士の間隔）は、コンクリートに含まれる短繊維の長さよりも大きい。なお、合流部矯正治具５の構成は、複数の爪５３を有していれば限定されるものではなく、例えば、複数の爪５３，５３，…が平行に並設された櫛状の部材を備え、櫛状の部材と支持部５２とがＴ字状に形成されたものであってもよい。

【0028】

合流部配向矯正作業では、挿入部５１をコンクリートに挿入す４１るとともに、バイブレータ６を作動させて挿入部５１に振動を与えながら合流部１４を横切るように挿入部５１を移動させる。挿入部５１を移動させると、コンクリートが挿入部５１の移動方向に沿って流動するため、合流部１４において短繊維がコンクリート同士の境界に跨るように配置されるようになる。また、挿入部５１をバイブレータ６により振動させながら移動させるため、粘性が高い短繊維補強コンクリートであっても、短繊維を移動させやすく配向矯正の作業性が向上する。また、爪５３同士の間隔が短繊維の長さよりも大きいため、短繊維が爪５３に絡んで引きずられてしまうことを抑制できる。

【0029】

次に、本実施形態の短繊維補強コンクリート部材の製造方法の短繊維の配向を確認するために実施した実験結果を示す。
（実施例１）
図７は、実施例１の実験の概要を示す図である。本実験では、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、深さ４０ｍｍの型枠に短繊維を混入したコンクリートを打設して、短繊維の配向矯正の効果を確認した。
表１に実施例に係る短繊維補強コンクリートの配合例を示す。
なお、表中の各成分等は以下のとおりである。
Ｗ（水）：上水道
Ｂ（結合材）：ポルトランドセメント、ポゾラン材等から構成される市販のプレミックス品
Ｓ（骨材）：粒径２．５ｍｍ以下に調整された市販のプレミックス品
Ｆ（鋼繊維）：長さ１５ｍｍ、直径０．２ｍｍ、アスペクトル比７５、引張強度２０００Ｎ／ｍｍ^２以上
ＳＰ（高性能減水剤）
ＡＣ（空気量調整剤）

【0030】

【表1】

【0031】

次に、本実験に使用した試験体の製作方法について説明する。
打込み位置Ｐを縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、深さ４０ｍｍの型枠の中心に固定して、短繊維を混入したコンクリートを打設した。次に、平板振動機とスコップにより型枠端部や四隅（隅角部）にコンクリートが充填されるようにした。その後、フィ二ッシャーにより、型枠端部や四隅（隅角部）から仕上げる。その後、隅角部について、治具２の底部３をコンクリート上面から挿入し、把持部４１を周方向に１回転させた。
そして、治具２による隅角部の短繊維配向矯正の状況を確認した。

【0032】

まず、コンクリート硬化後について、図７に示す隅角部の一部について、コンクリートカッターで切断して、試験体Ａを作成した。試験体Ａのサイズは、幅４０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、深さ４０ｍｍである。そして、試験体Ａについて、Ｘ線ＣＴスキャンにより繊維の配向状況を確認した。

【0033】

図８は、硬化後の短繊維補強コンクリート部材の隅角部における可視化画像である。配向矯正後は、短繊維の向きがランダムに配向していることが確認できた。

【0034】

（実施例２）
実施例２では、コンクリートの合流部における短繊維の配向を確認するための実験を行った。図９は実施例２の実験の概要を示す図である。実施例２では、縦１０００ｍｍ、横３０００ｍｍ、深さ４０ｍｍの型枠１２に短繊維を混入したコンクリート（短繊維補強コンクリート）を打ち込んで、短繊維の配向矯正を行った試験体の短繊維の配向状況を確認した。実施例２で使用した短繊維補強コンクリートの配合は、実施例１で使用したものと同様とした。

【0035】

実施例２の試験体の作成手順を示す。まず、図９に示すように、型枠１２に対して１ｍ毎に設けた３か所の打ち込み位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からコンクリートＣを打ち込んだ。具体的には、まず、型枠の左端から５００ｍｍの位置（打ち込み位置Ｐ１）にコンクリートＣを打込み、次に、型枠の中央（打ち込み位置Ｐ２）にコンクリートＣを打込み、最後に型枠の右端から５００ｍｍの位置（打ち込み位置Ｐ３）にコンクリートＣを打ち込んだ。図１０にコンクリートＣの打設状況を示す。コンクリートＣは、図１０（ａ）に示すように、型枠の上端よりも高く打ち込む。

【0036】

図１１に示すように、打込んだコンクリートＣを平板振動機Ｖと敷き均し具Ｓ（例えば、スコップや熊手等）により敷き均すことで、型枠１２の端部（側部）や四隅（隅角部）にコンクリートが充填されるようにした。その後、図１０（ｂ）に示すように、フィニッシャーＦを利用して、型枠１２の端部から仕上げた。

【0037】

続いて、図１０（ｃ）に示すように、合流部矯正治具５を、合流部１４（型枠の長手方向の端部から１ｍの位置）を横断するように移動させて、合流部１４におけるコンクリートＣをかき乱す作業を行った。なお、合流部矯正治具５を利用した配向矯正は、合流部１４の一部（図１２の領域Ｑ１，Ｑ２参照）のみで実施した。

【0038】

養生後のコンクリート硬化体のコンクリート同士の合流部（型枠の長手方向の端部から１ｍの位置）付近から試験体を切り出し、当該試験体について、Ｘ線ＣＴスキャンにより繊維の配向状況を確認した。図１２に試験体の切り出し位置を示す。試験体は、図１２に示すように、左右２箇所の合流部１４それぞれ６体ずつ、合計１２体採取した。第一合流部から得た試験体を図面の上側から試験体Ｂ１～Ｂ６とし、第二合流部から得た試験体を図面の上側から試験体Ｂ７～Ｂ１２とした。試験体Ａのサイズは、幅４０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、深さ４０ｍｍである。試験体Ｂ５～Ｂ８については、配向矯正が実施された領域Ｑ１，Ｑ２から採取したものである。

【0039】

図１３～図１５に、試験体Ｂ１～Ｂ１２の可視化画像を示す。図１４（ａ）～（ｄ）に示すように、配向矯正後の試験体Ｂ５～Ｂ８では、合流部１４を横断するように配向された短繊維の向きが矯正されていることが確認できた。一方、配向矯正を行っていない試験体Ｂ１～Ｂ４、Ｂ７～１２は、図１３（ａ）～（ｄ）および図１５（ａ）～（ｄ）に示すように、短繊維の向きが合流部１４に沿って配向されているのが多い傾向となった。したがって、合流部矯正治具を利用した短繊維の配向矯正により、コンクリート合流部における短繊維の配向矯正が実現され、高品質の短繊維補強コンクリート部材が製造可能であることが確認できた。

【0040】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0041】

１ 短繊維補強コンクリート
１１ 短繊維
１２ 型枠
１３ 隅角部
１４ 合流部
２ 治具
３ 底部
３１ 円周部
３２ 仕切り部
３３ 開口部
４ 棒状部材
４１ 把持部
４２ 旋回部
５ 合流部矯正治具
５１ 挿入部
５２ 支持部
５３ 爪
６ バイブレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】