JPH01500263A - コンパクト強化複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コンパクト強化複合材 発所夏皿要 本発明は、独特な機械的性質を有するＣＲＣ（コンパクト強化複合材）と呼ばれ る全く新し、い種類の複合構造体に関する。

この構造体は、非常に高い内部一体性（ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ）を維持したまま、非常に高い強度（どの方向でも）と、非常に大きな剛性（ど の方向でも）及び大きな全容量（引張りにおいても）とを併せ持っている。

この構造体は、それ自体では通常非常に脆い、強固なベースマトリックスから構 成されている。このベースマトリックスは、細い繊維で高度に強化され、より強 固で且つより延性のある材料を形成している。この繊維により高度に強化された 材料自体は、高濃度の棒鋼等の主補強材で強化された複合体において、マトリッ クスとして機能する。この新規な種類の材料あるいは構造体は、例えば、セメン トを基材としてもよ（、この場合には、鉄筋コンクリートと外見は類似している が、圧縮だけでなく引張りに関しても荷重容量が極めて高く、例えば、引張帯域 においても十分な内部一体性（鉄筋コンクリートのコンクリート材料が亀裂を生 ずる前の引張歪が０．１〜０．２ｍ／ｍでしかないのに対して３　ｘ＊　／　ｍ の引張歪でも亀裂を生じない）を維持したまま、従来の優れた鉄筋コンクリート が２０ＭＰａに相当する曲げ容量を示すのに対して約１５０〜３００ＭＰａに相 当する曲げ容量を示す。

本発明の新規な材料の強度は、圧縮力のみならず張力、曲げ及び剪断応力の面で も構造用泪により類似しているが、同時に、崎のような単一材料では得ることの できない可能性、即ち、このような構造体が、強度、硬度、薬品耐性等の特定の くしばしば方向的な）特性を所望のようにするのに利用できる全ての可能性を有 する複合材料であるという利点を有している。

複合材料又は構造体として、本発明の材料又は構造体は、ガラス繊維又は炭素繊 維強化プラスチックなどの従来の高品質な繊維強化材料が実際には張力において のみ優れているのに対して、どの方向にも、荷重に対して非常に大きな強度と剛 性を示す点で新規な範囲を開拓するものである。

本発明の新規な複合材は、今までに実在しない複合材、即ち、全体としては今ま でに実在しない複合材料であり、どの方向にも、荷重に対して非常に高い剛性、 荷重容量及び靭性を示す非常に大きくどっしりとした構造物に用いられる。

炭素繊維強化プラスチック等の従来の高品質繊維強化複合材は、剪断応力及び圧 縮に関する大きな荷重に耐えることができず、大きな構造物には全く不適当であ る。

これに対して、構造用鋼は、明らかに、全体の大きさや重量の面で大きい構造物 にも非常に有用な材料であるが、現実には、約２００〜４００　ｍを越える厚さ を有する大きなどっしりした構造物には効果的に使用することができない。この 理由は、鱈を処理するのに利用可能な方法（圧延、溶接、鋳造等）では、現実に は、上記の厚さを越える鋼製構造物を製造することができないことによる。

張力をも含む大きな力を吸収することのできる大きくて重い構造物に関しては、 従来の鉄筋コンクリートが今まで唯一可能性のある材料であったが、強度、特に 張力に関する強度が、高強度繊維強化複合材及び構造用鋼の強度より劣っている 。

本発明による材料であるＣＲＣは、従来鉄筋コンクリートでのみ可能であった大 きさの、大きくて重い構造物に効果的に使用することができるが、機械的性質（ どの方向でも）の面では、高度繊維複合体（張力に関して）及び構造用鋼に−Ｎ 類似している。

本発明の材料の非常に優れた挙動は、強固な脆性材料は張力により破損する際、 最大応力に達したのち、まだ荷重を担持している狭い帯域で非常に小さな変形を 示した後に破損するという、はとんど無視されてきた知識から恩恵を得るために 、機械的性質についての新規な原理を利用することを基本とするものである。

亀裂帯域の変形に対して脆性マトリックスを繊維で強化し、且つ主補強材を利用 して亀裂帯域の変形を本体全体に分配することにより、亀裂前の本体の歪容量及 び構造体全体の一体性がかなり増加する。

これにより靭性が高くなることと、繊維強化マトリックスと主補強材との間の固 着が非常に良いこととにより、例えば、１０〜４０容量％といった高濃度の主補 強材を使用して荷重の主要部分を担持することが可能となる。従来の鉄筋コンク リートでは、その脆性のため主補強材を高濃度で使用することができず、このよ うなことは不可能であり、得られる性能には限界がある。この限界は、新規なＣ ＲＣ構造体全体り完全に取り除くことができた。

例えば、例１〜５には、ポルトランドセメントを主成分とし、６容量％の鋼繊維 （長さ６ｆｌ、直径０．１５ｕｉ）及び異形棒鋼で強化したＣＲＣビームに関す る高曲げ荷重下の性能が述べられている。これらの材料は、内部一体性を実質的 に維持した状態で、１３０〜２２０ＭＰａ　（降伏値）の曲げ容量及び約３１／ ｍを越える引張歪を示す、しかしながら、下記の事柄から明らかなように、本発 明のＣＲＣ構造体全体セメントを主成分とするマトリックスには限定されず、例 えば、高温で使用するためのセラミックのような他の適当な剛性マトリックスで 作成し、例えば、太い棒で強化した大きな高耐力セラミンク構造体を形成しても よい。又、ＣＲＣは、ミリメートルサイズの棒で強化した大きな構造体に限定さ れず、本発明により可能となった新しい魅力的な製品は、マトリックスＡを直径 １〜１０−のボイスカーで強化し且つ主補強材Ｂが直径０．２〜１１ｍの糸であ る延性のあるファインセラミックを基材とした製品である。

ＣＲＣ′告　の　１ 典型的なＣＲＣ構造体全体１図に示す、この第１図は、重量のある主補強材１が 、マトリックス材料自体は一般には硬く且つ脆性であるにもかかわらず、強固で 非常に硬質であるばかりでなく非常に高い延性を有している繊維強化マトリック ス２に埋め込まれた状態の構造体の主要部を示している。

荷重がかかった状態で、ＣＲＣは、主補強材とマトリックスが共に荷重に耐え、 且つマトリックスが更に力を補強材成分間に分配する働きをする複合構造体とし て機能する。従って、例えば、本明細書の例１〜４に示されているＣＲＣビーム は、従来の鉄筋コンクリートとほとんど同じようにして荷重に耐える。即ち、圧 力荷重に主に「コンクリート」（繊維強化マトリックス）により担持され、引張 荷重は主に主補強材、つまり補強材成分間の「コンクリート」トランスファー力 により担持される。

しかしながら、ＣＲＣは、例えば第２図に示すように、従来の調弦化コンクリー トよりはるかに大きな荷重に耐えることができる。第２図は、比較ができるよう に標準化曲げ応力対標準化量として表した、ＣＲＣビーム（曲線１）と従来の優 れた鉄筋コンクリート（曲線２）の曲げに対する挙動を示している。この標準化 曲げ応力は、モーメントを断面係数で割って計算する。又、標準化量は、理想的 な一次の弾性挙動を示す類億の均質ビームにおける最大歪に相当する。ＣＲＣビ ームの降伏荷重は、鉄筋コンクリートの降伏荷重よりも約１０倍大きい。ＣＲＣ ビームの高引張容量は、ビームの引張帯域に適当な口補強材を高含量（１２，１ 容量％）で組み込むことにより達成された。

このことは、補強材の量が通常の量よりはるかに多いことは別として、主補強材 の全く普通の機能であると思われるであろう、しかしながら、普通のコンクリー トにこのように多量の補強材を組み込もうとすれば、コンクリートにはこのよう な大きな集中した力のも下で主補強材とともに機能するのに必要な強度と靭性と がないために組織が壊れてしまう。

通常の鉄筋コンクリートに関するこれらの問題を第３図に示す、第３図において 、Ａは曲げに対する従来の鉄筋コンクリートの挙動を示している。即ち、引張荷 重は、主補強材２により担持されており、コンクリート１に亀裂が入っているが 、この亀裂は抑制された許容できるものである。補強材の量はほどほどであり、 コンクリートの品質は普通であり、そして荷重容量は相応にほどほどである。Ｂ は、普通の鉄筋コンクリートの荷重容量を増加するために補強材の量を多くし、 圧縮破壊を防止するために圧縮帯域にも補強材を追加し且つ、できる限りは、非 常に強固なコンクリートをも使用する試みを示している。この結果、大きな荷重 がかかったマトリックス材料１に多量の亀裂が生じ、おそらく全体的に破壊が生 ずることとなる。このマトリックス材料は補強材の引張変形に追従することがで きず亀裂が生じ、且つ内力が高度に集中するので、従来の鉄筋コンクリートの場 合のように、亀裂パターンがほどほどで許容できる程度ものではない、これらの 問題は、第３図のＣに示すように、ＣＲＣにより克服された。

即ち、非常に強固で延性のあるマトリックス３により、強固な補強材４を非常に 高濃度で効果的に利用できる。この補強材は、従来の鉄筋コンクリートにおける 悪影響と異なり、ＣＲＣ構遺体では、高度の内部一体性を確保するのに非常に役 立ち、マトリックスは補強材が降伏するまでの荷重では実質的に亀裂を生じない 。

ＣＲＣ構造体の独特な挙動のため、下記において詳述するように、本発明は、非 常に稠密な配置と非常に高濃度の補強材の定着を有する補強系により、特定の要 件に適合した非常に高荷重容量の大きな物体の構築という全く新しい事柄を可能 にする。

本発明は、埋め込まれた補強材（Ｂ）を有するマトリックス（Ａ）を含んでなり 、このマトリックス（Ａ）が繊維（Ｄ）で強化されているベースマトリックス（ Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形孔として定義することができる。繊維り は、少なくとも２％、一般に少なくとも４％、多くの場合少なくとも６％といっ た高い容積濃度で存在する。又、主補強材Ｂは、少なくとも５％、−ｇに約１０ 〜２０％ある・いはそれ以上の高容積濃度で存在する。本発明の本質的特徴は、 造形孔がどの方向においても大きな剛性を示し、且つ大きな圧縮応力に耐えるこ とができることである。かくして、この造形孔（又はマトリックスＡ又はベース マトリックスＣ）は、少なくとも３０．０００ＭＰａの弾性率及び少なくとも８ ０ＭＰａの圧縮強度を有している。

又、本発明は、前記したような大きな剛性及び耐圧縮性を有し、前記したような 高濃度の主補強材を有する、少なくとも２％、一般に少なくとも４％又は６％の 繊維濃度の繊維強化マトリックスから構成されている造形孔であって、当該造形 孔が張力がかかっているときにこの造形孔の一体性を実質的に維持したまま少な くとも０．５ｗ／ｍ、一般に２〜５鶴／ｍといった大きな引張歪容量により定義 される優れた性能、及び／または、実質的に弾性挙動条件下で少な（とも５０Ｍ Ｐａ　、降伏下で少なくとも７０ＭＰａ、そして極限荷重下で少なくとも１２０ ＭＰａの引張荷重容量とに相当する大きな引張荷重容量を示し、且つ前記荷重容 量値が前記した最小値より一般に１．５〜３倍大きいものとして定義することも できる。

本発明の特定の態様は、上記の成分を含んでなる構造体であって、ベースマトリ ックスが物品のマトリックスＡに存在する時、即ち、繊維と組み合わせた時の当 該ベースマトリックス材料の極限歪が、同様のベースマトリックス材料の別個の 試料について測定した全容量より太き（、一般に少な（とも１．５〜３倍大きい ものとして定義することができる。従来の繊維強化製品では、マトリックスはバ ルクのマトリックス材料とほとんど同じ歪で割れる。

又、本発明は、大きな荷重容量を維持したままで、降伏点までの大きな剛性及び 少なくとも１０＋ｕ／ｍ、−ｉに少なくとも３０ｍ／ｍの降伏歪を有する造形孔 として定義することもできる。

本発明の特定の態様は、セメントを基材としたＣＲＣ物品である。このような材 料の成分、即ち、主補強材及びマトリックス形成成分の組み合わせは、公知技術 とは異なっている。

従って、これらの態様は、成分に言及して定義することが出来る。

このＣＲＣ構造体の挙動の物理的背景、例えば、高荷重容量、高剛性及び大きな 内部一体性の独特な組み合わせを複合材料に付与することができる、強固で硬い マトリックス材料がどのようにして作られるかを以下説明する。

木登■皇嬰理朔皿理 セラミックス、ガラス、及び非常に強固なセメントを主成分とする材料のような 、強固であるが脆いマトリックス材料を有する、前記した挙動を示す強化複合材 料を製造することは、従来不可能であった。

標準的に強固な方向性の化学結合（共有あるいはイオン結合）で結合されている このような強固で跪い固体の化学構造では、金属の場合と同様には降伏しない。

脆い材料を改善する唯一の方法は、それらを引張強度及び延性を付与することの できる強固な引張部材で強化することであると思われる。

この技術分野において、強固なファインセラミックス及び他の強固な脆性材料を 、直径２〜１０戸の強固なホイスカー等の非常に細い強固な繊維で強化すること が知られている。

これにより、改善された引張特性及び改善された延性を有する材料が得られる。

しかしながら、このような材料は、これらの改善にもかかわらずなお極めて脆性 な挙動を示すので、より大きな部材には適していない。

より大きな構造物に望まれる延性を達成するためには、直径５〜２５１の棒鋼等 のはるかに太い補強材が必要である。

しかしながら、強固なマトリックス材料の低引張歪容量と脆性のため、強固な脆 性マトリックスと大きな（太い）補強材を基材とする高性能構造体の着想は、間 違いなく失敗するものと思われ、今まで実現されなかった。この脆性マトリック スは、（製造時に熱応力により既に破壊されていなかったとしたら）補強材とと もに強く引っ張られたときに簡単に亀裂が入り粉々になってしまうであろう。

従来の鉄筋コンクリートにおいて、大きな補強材が現実に使用されているが、従 来の鉄筋コンクリートは高性能材料ではない（補強材は低濃度でのみ使用するこ とができ、引張帯域には一般にひどい亀裂等が入る、等々）。

本発明により、高濃度の太い補強棒を有する補強用の強固な脆性材料を基材とし た高性能構造体が実現した。

本発明は、脆性材料の破損領域において局部的に何が実際に起こるのかを認識し 、且つこれらの認識した現象をどのように利用するのかに基づいている。

１裂嘗藍皇変長 例えば、大きな棒の形態のガラスのような脆性材料が張力により破損する時、例 えば、亀裂帯１及び亀裂帯の厚さを測定するための想像上の測定点２−２が示さ れている第４図から明らかなように、このような破損は極限荷重までの実質的に 弾性的な変形が生じたのち非常に突然起こる。

しかしながら、同様の実験において、実際の分離が住する極めて狭い帯域につい てこの変形を測定すると、全く異なった状態が観察される。

このことが第５図に示されている。即ち、第５図は、力対力の方向におけるこの 帯域の変位を示す亀裂帯１　（第４図における帯１に相当する）亀裂帯１の挙動 を説明している。この変位は、第４図における測定点２−２に対応する想像上の 測定点２−２により示される帯域の厚さの変位に起因する。

力は、第４図と同様のスケールで描かれているが、変位のはスケールは拡大され ている（例えば、第４図における１０が１１１１に相当する時には、第５図にお ける１ｃ１１１が１−に相当するように）。

小さな帯域１はまず最大荷重まで弾性的に変形する。その後、亀裂帯変形（Ａ） の開始点で、力曲線は直ぐには降下せず、むしろ長い距離にわたって減少し、亀 裂帯がまだ引張荷重ＣＢ）を担持することができることを示している。このスケ ールにおいて大きく見える変形（亀裂帯変形）の後でのみ実際の分離（Ｃ）が起 こる。言い換えれば、最大荷重後で且つ実際の分離が起こるまでのこの変形の間 、亀裂帯は、引張荷重を担持するすることができ且つ一種の塑性加工を行うこと ができる一体性材料から構成されている。

亀裂帯変形は非常に小さく、コンクリートで約２０〜５０霞、従来のセメントペ ーストで２〜１０趨、強固なセメント／ミクロシリカペーストで０．５〜１−１ そしてガラスでわずか０．００１〜０．０１−である。

これらの値から明らかなように、非常に強固で脆い材料（これは本発明の構造体 にとっては特に重要である）の亀裂帯変形は、極めて小さく、典形的には１−未 満である。

コンクリートにおける亀裂帯変形についてはほぼここ１５年間の間知られていた のに対して、非常に強固で脆性の材料について亀裂帯変形が認識されていたかど うかは、本発明者によるこの変形の大きさの予測及び推定を除いては、全く疑わ しい（１９８５年９月１０〜１３日にフィンランドのニスポー（Ｅｓｐｏｏ）に おいて開かれた、機械工業における材料のノウハウの利用ついての国際会議で発 表された論文であるバフヘエイチ・エイチ（ｂａｃｈｅ　Ｈ，Ｈ，）、「工学に おけるコンクリート（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　Ｊ 　；　１９Ｂ５年１０月１〜３日にローザンヌで開かれたコンクリートの破壊力 学−基礎と応用についての国際会議で発表された論文であるバフへ、「コンクリ ート及びコンクリート構造体の設計における破損機構（Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｍｅ ｃｈａｎｉｃｓ　ｉｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　Ｃｏ ｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）　Ｊ　：バフへ、「ブルドメカニク（Ｂｒ ｕｄｍｅｋａｎｉｋ）　Ｊ、ベントンーテクニク（Ｂｅｎｔｏｎ−Ｔｅｋｎｉｋ ）３／１２／１９８４）。

硬くて脆い材料の亀裂帯変形についての科学的な認識がほとんどないと思われる 一つの理由として、これらの極めて小さな変形を直接検出することがほとんど不 可能であることが挙げられる。又、他の理由として、単にこのような情報の利用 が必要とされていなかったことが挙げられる。

前記したように、本発明者は、硬い脆性材料に亀裂帯変形が存在することを予測 し且つそれらの大きさを推測した。この推測は、破壊作用は主に破壊帯域変形に よるものであるという仮定の下に、予測した亀裂帯変形Δ、破壊エネルギーＧ、 及び引張強度σ間の次に示す関係に基づいている。

Ｇ冨σΔ しかしながら、それは、一部分は亀裂帯を補強することを介してそれらを補強す ることにより、一部分は物体全体にそれらを分配することにより、本発明に従っ て利用されるこれらの小さな変形であり、それによって、破壊を生ずる単一亀裂 が形成する代わりに一種の均一降伏が得られる。

土糧芳Ｍ９１　による８六　の 本発明においては、主補強材を利用し、高荷重下手さな亀裂帯をマトリックス材 料全体に分配することにより、この補強材が埋め込まれているマトリックスの全 容量を増加させ、これにより高引張荷重下においても実質的に一体で且つ実質的 に亀裂のない構造体を保証している。この原理を以下詳述する。

第６図に、それぞれ無荷重状態及び破壊直前の引張られた状態の脆性材料から作 製した物体Ａを示す。引張られた状態では、単一の亀裂帯２本゛生じた。物体の 変形の合計は、極限量ε。に物体の長さしを乗じ、得られる値に単−亀裂帯の亀 裂帯変形Δを加えたものに等しい。

δ÷ε。Ｌ＋Δ 大きな物体では、Ｌε。が支配的であるが、物体が十分に小さくなると（又は亀 裂帯が十分に大きくなると）亀裂帯変形（Δ）が支配的になる。このことは、「 見掛け（ａｐｐａｒｅｎ　ｔ）破壊歪」　（平均破壊歪）ε１−δ／Ｌはバルク 材料のε。に比例して増加し、その結果バルクの材料（ε。）と比較した特定の 小物体に関する真の増加歪容量が得られるが、これは、Δ／Ｌに比例する量ＥＧ ／Ｌσ。′によっても表すことが出来る。延性の尺度であるこの量を、以下「延 性数」と称する。「脆性数」と呼ばれる逆数値Ｌσ。”／ＥＧを延性数の代わり にしばしば使用する。延性数を上記の式に代入すると次のようになる。

このことは、脆性材料を、剛性境界に固定され、それにより小さな別個の固定領 域に細分（Ｌが小さい）された構成にすると、この材料の全容量が増加すること を意味している。

第６図Ｂに、脆性材料をいくつかの（ｎ）小さな領域に区分する剛性フレーム３ に脆性材料を固定した時の状況を示す。

小さな領域を有するフレームを引張ると、亀裂が開（前にいくつかの小さな亀裂 帯（各領域に一つの亀裂帯）ができる。

このことは、この時点での総変形は次の通りであることを意言い換えれば、細分 により、亀裂帯変形の総変形への寄与率は、ｎ倍増加する。これは、ＣＲＣ構造 体において得られることである。即ち、高密度に配置した主補強材が剛性フレー ムとして作用し、材料が主補強材とともに引張変形を受ける時にマトリックス材 料を小さな領域に区分しその全容量を増加する。明らかに、ここでの「細分する 」とは、材料が物理的に別個の物体に分割されることを示すことを意図している のではなく、むしろ、剛性主補強材への固定により、材料があたかも小さな別個 の物体に細分されたかのようにその材料の性質のあるものが挙動することを示す ことを意図している。要するに、亀裂が開（ことができるほど材料が大きく動く ことができないようにして、材料の各特定の領域が剛性主補強材に固定されてい るというのがこの原理である。この状態を第６図Ｃに示す、即ち、第６図Ｃでは 、補強材５を有するＣＲＣ構造体が示されており、この補強材が補強材に隣接す るマトリックス柱を小さな領域に細分する剛性フレームとして作用し、引張荷重 下で多数の亀裂帯変形を生じさせる。

以下、補強材の配置及び特性を利用してこのようなマトリックスの小さい別個の 領域を生じさせることにより材料の歪容量を増加させる条件を説明する。

１）低濃度の平滑な補強材を有する材料では、ヤトリンクス材料の固定は実質的 には起こらない。又、マトリックスの小容量領域への細分化も起こらない。この 理由は、（ａ）補強材に沿って滑動が起こる恐れがあり且つ（ｂ）補強材が低濃 度のときは、亀裂は補強材を通過してしまう場合があるので、（たとえ固定が良 好になされていたとしても）亀裂は停止しないからである。

２）補強材が粗いかあるいは異形のもので且つ低濃度の場合には、滑動がより困 難になるので、恐らく状態はいくらか改善されるが、亀裂はまだ補強材を通過し 、そして小さく区別されしっかりと固定された多数領域による所望の効果は得ら れない。

前記の状態は、高補強材濃度（５％を越える）がまれである公知技術の鉄筋コン クリートにおいて典型的なものである。

３）補強材が高濃度で良（分布しているとともにマトリックスの補強材への固定 が良好である場合には、マトリックスは、補強材の径と同様のオーダーの大きさ の小さな固定された多数の領域に「分割」される、補強材を均一に分布し、主補 強棒間の「マトリックス柱」の太さが小さく（典型的にはその棒の径と同様のオ ーダー）なるようにする必要がある。

又、非常に高密度に配置した補強材間にマトリックスが非常によく固定されてい て、歪容量を増加することができることが必須要件である。

このことを達成するためには、下記の条件を満足するのが望ましい。

１）典型には５％を越える濃度で高密度に配置した補強材。

従って、本発明によれば、補強材（Ｂ）は容積で５％を越える濃度、好ましくは ７％を越える濃度、より好ましくは１０％を越える濃度、更により好ましくは１ ５％を越える濃度、更により好ましくは２０％を越える濃度、更により好ましく は３０％を越える濃度、最も好ましくは４０容積％の濃度で存在することが好ま しい。

補強材は、強化されるべき物品の断面に対しては均一に分布しないことがよくあ るが、どちらかと言えば、荷重が物体にかけられるとき引張帯域となる帯域の方 が圧縮を受ける帯域よりも補強材濃度が高くなることがしばしばある。しかしな がら、圧縮を受ける帯域においても、造形品が圧縮帯での破壊により破損しない ように、補強材を組み込まねばならないことがよくある。圧縮帯にも補強材を有 するビーノ、を例１〜５に例示する。

２）例えば粗さ、異形及び優れた化学的親和性によりマトリックス材料を固定で きる補強材、及び例１〜７に使用されているような高濃度で繊維を添加したマト リックス等の補強材を固定するのに特に通したマトリックス。

椿強せ食刀定 ＣＲＣが強固な延性のある複合構造体として働くためには、マトリックス材料が 非常に強固で剛性があるばかりでなく、延性的に作用し且つ均質に主補強材に固 定されることが必須であり、且つ主補強材が立体的に安定な剛性フレームとして 作用するのを保証することも極めて重要である。

このマトリックス材料（それ自体では非常に剛性である）の延性は、繊維補強材 により得られる。

主補強材へのマトリックスの固定は、有効な形状の主補強材（例えば、円形断面 で異形で且つ表面の粗い）とともに、高い延性が付与される強固な剛性マトリッ クス材料を使用することにより得られる。

立体的安定性は、マトリックス材料によりしっかりと固定される補強材を幾何学 的に適当に配置することにより得られる。

類領の従来の鉄筋コンクリート構造体が横方向の補強材を備えているいるにに対 して、本発明では、大きな剪断力は例１〜４で示されているように、強固で剛性 があり且つ延性のある繊維強化マトリックスにより移動することができるので、 多（の場合、剪断荷重下であっても横方向の補強材を全く用いなくともよい。

非常に大きな剪断力あるいは主補強材に対して垂直な大きな引張力を移動させる には、横方向の補強材を十分に用いることが好ましい。本発明の特定の態様は横 方向補強材の特定な配置にあり、これは、縦方向の主補強材を横切るようにして 配置した短い真っ直ぐの棒からなる補強材をしっかりと固定することのできるマ トリックス材料の独特の特性によるものであり、これらの棒は、それぞれの端部 で非常に短い長さで効率的に固定される。

補強材とマトリックスとの優れた相互作用は、・一体性耐荷重材料として補強材 の変形に追従できるマトリックス材料による。

極めて脆性な系の場合、内部一体性には、補強材に近接するマトリックスの歪が 、バルクでのマトリックス材料の極限歪を絶対に越えないことが必要である。す なわち、さくε。

延性のある系の場合、亀裂帯変形を利用する原理による内部一体性に関する要件 として、マトリックスの局部変形が材料の亀裂帯変形より小さくことが挙げられ る。すなわち、εＤくΔ。

ＣＲＣにおいては、主補強材が通常平行配置で高濃度で使用される。このような 配置では、普通のコンクリートマトリックスでは、特に結合材料が通常きわめて 強固で且つ脆性であるため、補強材に沿ってマトリックスが裂ける恐れが非常に 大きい。これらの傾向は、効果的な繊維強化により高度の延性を付与することに より妨かれる。このことを第７図に示す。

即ち、第７図は、直径りの円柱物（例えば、補強棒）が、引張強度σ。、亀裂直 前の引張歪ε０、弾性率Ｅ及び破壊エネルギーＧを有するマトリックス材料中で 膨張する（又はマトリックスが収縮する）ときの亀裂の挙動を示している０円柱 物の膨張（マトリックスと相対的な）ε、は、亀裂直前の引張歪ε。、と相関的 に示されている。横軸は次式で示される脆性数である。

但し、Δは亀裂帯変形である。

１は、超過荷重により更に大きくなる初期欠陥（亀裂）が存在した系に関する曲 線であり、一方、２は、初期亀裂欠陥がなにもなかった系に関する曲線である。

領域Ａでは、マトリックスには亀裂は生ぜず、領域Ｂではマトリックスに亀裂が 生じた。領域Ｃは、曲線１におけるよりも小さな初期亀裂を有する系を表わす領 域である。

ＣＲＣでは、非常に効果的な繊維強化による主補強材の固定により、高延性、即 ち小さな脆性数が得られ、その結果、マトリックスの破壊エネルギー（Ｇ）が、 非強化材料に比較して約１００倍増加する。

脆性数の式（σ。Ｄ”／ＥＧ）は、脆性が、より小さな寸法（Ｄ）の補強材を使 用し、剛性（Ｅ）を増加し及び破壊エネルギー（Ｇ）を増加させることにより減 少（延性は増加）できることを示している。ＣＲＣでは、主補強材の固定に関連 する延性は、主に、細い強固な剛性繊維を高濃度で使用してマトリ・ノクス材料 の破壊エネルギーを実質的に増加することにより得られる。これにより、破壊エ ネルギー（Ｇ）はかなり増加し、例えば、例１に基づくグラフを示した第８図に 表されているように１００倍以上増加する。ビームは、矢印１で示した力を受け る。第８図のグラフは、力とビームの撓みとの関係を表している。ビームの寸法 は■単位で示される。又、ビームの幅は５０Ｉｎであった。非強化マトリックス 材料及び例１の繊維（長さ６１及び直径０．１５ｍ１を有する鋼繊維６容積％） 強化マトリックス材料の破壊エネルギーを、なされた仕事（力／荷重曲線より下 の領域）をそれぞれの亀裂面積で割って計算してめた時、それぞれ１３ＯＮ／ｍ 及び１３．０ＯＯＮ／ｍであった。

繊維を使用して破壊エネルギーを増加させるには、大きく太い繊維を用いる従来 の繊維強化の場合そうであったように、例えば同様の破壊エネルギーレベルの靭 性であるがその靭性が低応力で大きな変形下で表れるのではなく、得ようとする 靭性が小さな変形下で表れるようにして増加させなければならない、ということ に注目すべきである。

繊維を取り巻くベースマトリックスのミクロ破壊を防止するためには、ミクロ延 性も確立しなければならない。脆性数の考え方によれば、個々の繊維の周囲の局 部延性は、高破壊エネルギーを有する剛性ベースマトリックスに細く非常に剛性 のある繊維を使用することにより得ることが出来る。繊維の寸法は、しばしば、 前記した局部延性を得る目的のために細い補強材を使用しようとする願望と、マ クロ破壊の間延性の挙動を確実に示すためと製造上の理由により太い繊維を使用 しようとする願望との間の妥協により決定される。

脆性数の概念を利用することに基づく他の重要で且つ驚くべき態様は、非常に剛 性なベースマトリックスを高延性を得る手段として使用することにある。ベース マトリックスの剛性は、骨材の容積を増加（骨材が結合材より剛性が高い系の場 合）することにより及びより高い弾性率を有する物質の骨材を使用することによ り増加する。強固な骨材の容積を増加することには、剛性を増加することの他に 、結合材の必要量を減少させ、これにより、材料が変形に対して一層敏惑でなく なり且つより高い破壊エネルギーが得られるという有利な効果がある。

前記の事柄にしたがって、例１〜４において、セメントを基材としたＣＲＣビー ムに粗大な石英粒を高濃度で使用したところ、マトリックス材料の弾性率は高＜ 　（Ｅ　＝５０．ＯＯＯＭＮ／Ｍ）且つ破壊エネルギーも比較的高かった（Ｇ＝ １００　Ｎ／Ｍ）。

剛性（及び破壊エネルギー）は、耐火性ボーキサイト（Ａｌ□０３含量の高いも の）などのより強固な粒子を使用することにより更にもっと増加することができ る。例えば、約７０、０００ＭＰａの弾性率を有するＡｌ□０．含量の高い砂を 用いたマトリックス材料が例６に使用されており、且つ１９８１年６月１０〜１ ２日にカナダのオタワにおいて開かれた、高性能減水剤（Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔ ｉｃｉｚｅｒｓ）についての第２回国際会議で発表された論文であるパンへ、緻 密化セメント／超微細粒子に基づく材料（Ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ　Ｃｅｍｅｎｔ／ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ−ＢａｓｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ）　Ｊ 　（以下「オタワ論文」と称する）において報告されている。

７　１−　ス　゛の８″′　−の」曽」１−Ｇ　様において、本発明は、マトリ ックス材料中に配置した特定の主補強材を有し、歪容量（マトリックスの亀裂の 形成がちょうど始まる時点での歪み）が特定の繊維強化材によって増加した強化 構造体に関する。この構造体を第９図に示す。即ち、第９図には、一般的な強化 脆性材料の引張挙動が示されている。

第９図において、Ａは張力下における非強化試料（棒状）の挙動を示している。

同一ではあるが引張方向に配列した強化材、例えば、捧又は繊維を有する試料が 引張られると、マトリックスは通常の場合（Ｂ及びＣ）、非強化マトリックスと 同じ歪で破損する。

破損後、荷重はこの補強材により担持される。

従って、これらの系は、歪容量（マトリックスの観点から考えた）に関しては変 わらない。これらの系の差異は、マトリックスが破損する点での平均応力が異な る点（補強材の剛性がマトリックス材料より大きい時には応力が大きく、逆の場 合には応力が小さい）及びマトリックスの破損後でも補強材が荷重を担持するこ とができる点（荷重は亀裂を横断する補強材により担持される）にある。

セメントモルタル及びコンクリート等の材料の場合、マトリックスに亀裂が入る 点での極限引張歪は、約０．１〜０．２　ｍ／ｍである。

以下、繊維配合の効果を、セメント／コンクリ−１・系の挙動により例証して説 明する。

第９図の曲線Ａにより示したように、非強化モルタル又はコンクリートマトリッ クスは、単一亀裂が入ったのち脆性的に割れる。コンクリート（又はモルタル） マトリックスに短繊維を配合することにより、異なった挙動が得られる。即ち、 この材料は、繊維で強化されていない対応するマトリックスの極限引張歪にほぼ 相当する変形時点で亀裂が入るが、亀裂形成後の挙動が異なる。

従来の繊維強化コンクリートを代表するそれほど大きくない強化効果の場合、第 ９図のＢで示すように、補強材は亀裂の入らないコンクリートはどの荷重を移動 させることはできないが、材料はまだ一体となっており、亀裂を横断する繊維で 強化された状態にある。この材料は、典型的には単−又は数個の亀裂した生じな い。

亀裂の入らないコニ／クリートよりも亀裂を横断する繊維に大きな力を確実に移 動させるもっと優れた繊維強化材の場合（繊維の量がもっと多く、繊維とマトリ ックスとの間の接着性がよりよい等）、第９図のＣで示したように多数の亀裂が 生ずる。この挙動は、通常の繊維強化コンクリート及びモルタルではそれほど頻 繁には得られないが、ガラス繊維で強化した薄いシート等の特殊な材料では実際 に見られる。

上記で説明した挙動は、繊維強化モルタル及びコンクリートに関して「通常の公 知の挙動」であり、その全てにおいて、非強化コンクリートとほぼ同様の歪でマ トリックスに亀裂が入るという共通の特徴がある。この亀裂は、主補強材及び繊 維の両方を通過する。これは、補強材の全容量よりはるかに小さい全容量のマト リックス材料を有する強化脆性材料に関して一般的に受け入れられている挙動で ある。事実、セメント／綱系に関しては、鋼とセメントの全容量の比は２０：１ を越え、多くの場合４０：１をも越える。

しかしながら、繊維とマトリックスの非常に特殊な組み合わせの場合、この「法 則」からはずれ、第９図のＤで示し且つ以下に述べるように、マトリックスに亀 裂が生ずる点での歪を真に増加させることができる。

この歪の真の増加は、前記で説明した亀裂帯変形の現象に直接関連している。変 形した亀裂帯（後で亀裂となるがまだ割れていない）にがかる引張応力は最大応 力より小さく、即ち、第５図に関連して先に説明したように、最大応力が生じた あとでのみ大きな変形が生ずる。

公知材料で起こることとは反対に、もし大きな変形を最大応力に達する「前」に 起こすことができれば、最大荷重及び破壊の前に物体全体にわたって「降伏」が 広がるので、その挙動は全く異なったものであろう。このことは第１０図に示す 。

第１０図において、曲線１は、引張荷重下での脆性材料の通常の挙動を示し７て いる。第５図に関連して説明したことによれば、材料はまず最大荷重６まで弾性 的に変形し、ここで最初の亀裂帯（３）４生ずる。その後、力曲線は、分離が生 ずる迄、変位の増加とともに下がる。

曲線２は、本発明の原理の一つによる十分な繊維補強材を有する脆性マトリック ス材料に関する、全く異なり且つ非常に好ましい挙動を示し、７ている。マトリ ックス材料は亀裂帯域にわたって十分に強化されているので、非強化マトリック スの最大荷重に相当する引張荷重６での挙動が全く異なっている。即ち、力曲線 が下がるのではなく上昇している。これは、マトリックスの亀裂帯域の引張荷重 支持能力と亀裂帯域を強化している繊維の引張荷重支持能力を組合わせたものが 、無亀裂バルクマトリックス材料の最大荷重支持能力より大きいためである。従 って、新しい亀裂帯域が生じ且つ力／変位曲線の行程が長くなる（曲線２に示す ように）。これは、強化亀裂帯が材料全体に発展し且つ極限荷重に達する状態（ ４及びＢ）まで荷重を支持する多数の亀裂帯域中の繊維の率が増加することを表 している。その後、亀裂帯域の一つにマトリックスの破損が起こるが、このとき 亀裂帯域を強化している繊維は更に変位が起こる間引張荷重をなお支持している （Ｃ）。

このような好ましい挙動は、破壊前の剪断で望性降伏を示し、構造上の転位でい わゆる「歪硬化（ｓｔｒａｉｎ−ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）　Ｊを生ずる金属から公 知である。

第１０図の曲線２〜４に関する説明から明らかなように、繊維に多くの荷重を支 持させて、亀裂が起きる前の亀裂帯域における応力が軟質亀裂帯域が生じ始める 応力（これは非強化マトリックス材料に関する最大応力にほぼ相当する）を越え るようにして細い「軟質」亀裂帯域を強化することにより、同様の「歪硬化」を 生じさせることが可能である。

従って、本発明のこの態様によれば、完全なマトリックス材料〔ベースマトリッ クス（Ｃ）〕が、「亀裂を入れることを窓間する」材料が常に歪硬化強化機構に 従い、その結果新しい帯域が変形し、最終的に均一に分布したより大きな貫通歪 が生ずるように強化される。以下、この機構を「歪硬化」と称する。

紡糸法により製造した高品質アスベストセメントバイブ等のある特殊な製品にお いては、繊維によりセメント賞材料の全容量を増加することは公知であった。し かしながら、主補強材を特定の配置とするとともに特定のコンクリートとして歪 硬化可能材料を使用して、このような構造体を主補強材と組み合わせることは知 られていなかった。

従って、この態様において、本発明は、埋め込まれた補強材（Ｂ）を有するマト リックス（Ａ）を含んでなる造形品であって、前記マトリックス（Ａ、）が繊維 等の補強用物体（Ｄ）で強化されているベースマトリックス（Ｃ）を含んでなる 複合構造体であり、これにより前記マトリックス（Ａ）の全容量が前記ベースマ トリックス（Ｃ）の全容量を越えて増加しており、前記マトリックス（Ａ）の全 容量と前記ベースマトリックス（Ｃ）の全容量との比が少なくとも１．２、好ま しくは少なくとも１．５、より好ましくは少な（とも２、更により好ましくは３ 、更により好ましくは５、更により好ましくは１０、更により好ましくは２０、 更により好ましくは５０、そして最も好ましくは少なくとも１００である造形品 に関する。

特定の繊維配置により、マトリックス（Ａ）の歪容量を、同一の、しかしながら 強化したマトリックス材料（Ｃ）の歪容量を越えて増加させることができる（コ ンクリート及び通常のコンクリート材料と組み合わせたモルタルに関連して公知 である従来の「粗大な」補強材では、このような「歪硬化」効果を生じさせるこ とは全くできないであろう）。

特定の繊維配置についての説明を容易にするために、理論的基準〔未発表の研究 において本発明者が開発し、アベストン（Ａｖｅｓｔｏｎ）　、クーパー（Ｃｏ ｏｐｅｒ）及びケリー（Ｋｅｌｌｙ）により開発された理論モデル（アベストン 、Ｊ、、Ｇ、Ａ、クーパー、及びＡ、ケリー、「単−及び多数破損（Ｓｉｎｇｌ ｅ　ａｎｄ　ＭｕｌｔｉｐｌｅＦｒａｃｔｕｒｅ）　Ｊ　、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ ｇｓ、ｔｈｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ 、Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｙｈｓｉｃａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　％　１９７１ 年１１月４日、第１５〜１６頁）と近似するものである〕を使用する。これらの 基準は、引張方向と平行に配置した柱状繊維で強化した材料に関して開発された ものである。

簡略化した形態では、所望の「歪硬化」を得るための条件は次の通りである。

又は、 但し、ψは繊維の容積濃度であり、Ｇ、はベースマトリックス（Ｃ）の破壊エネ ルギーであり、Ｅ、はベースマトリックス材料（Ｃ）の弾性率であり、τは繊維 とマトリックス（Ｃ）との間の滑動での剪断応力であり、σ、はベースマトリッ クス（Ｃ）の引張強度であり、ｄは繊維径である。

前記の比（１）又は（ＩＩ）が大きいほど、歪硬化効果が顕著となる。この比（ １）又は（Ｉｆ）は、好ましくは０．１より大きく、より好ましくは０．３より 大きく、更により好ましくは１より大きく、更により好ましくは３より大きく、 更により好ましくは１０より大きく、更により好ましくは３０より大きく、更に より好ましくは１００より大きく、更により好ましくは３００より大きく、そし て最も好ましくは１０００より大きい。

これらのモデルは、例えば、繊維濃度が低く　（即ち、約１０％未満）、また繊 維は加えられた引張力の方向に配向していると仮定することにより簡略化される 。濃度がもっと高く且つ繊維が他の方向に配向していると、挙動はなお同じ傾向 であるが、式の表現がもっと複雑になる。

マトリックスの剛性が繊維より大きい時は第１のモデル（１）がより有効であり （繊維の弾性率と繊維濃度の積）、一方、繊維の剛性がより大きい系の場合には 第２のモデルがより有効である。

例えば、例１〜７の材料場合、たとえ使用される綱繊維の弾性率がＥｒ　＝２． Ｉ　ＸＩＯ”Ｎ／ｒｒｒであり「非常に堅い」と思われるとしても第１のモデル （■）（軟質繊維用）を用いるのが最適である。この理由は、「コンクリート」 の弾性率もまた非常に大きいからである。例えば、繊維濃度０．０６では次の通 りである。

Ｅ　＠　＝　５　Ｘ　１０’°Ｎ／％ Ｅｔ　＝　２．　Ｉ　ＸＩＯ”Ｎ／　ｒｔｒψ　＝０．０６ Ｅｔ　ｐ　＝　１．３　ＸＩＯ”Ｎ／　ｒｒｒ前記の式は、１）なぜ前記の歪硬 化が強化構造体に使用される公知技術のマトリックス材料（例えば、公知技術に おける鉄筋コンクリートあるいは繊維強化材を有する鉄筋コンクリート）では生 じないのか、２）なぜこの歪硬化を起こすことがそれほど困難であるのか、（特 殊な製品においても）、３）所望の効果を得るのに決定的なパラメータはどれか 、及び４）どのようにその効果を利用して本発明により使用されるマトリックス 材料を構成するのか、に関する重要な情報を提供する。

足−数 マトリックス　び 本明細書では、マトリックス及び補強材という概念が引用され、これらの概念は 種々の状況において用いられている。

従来の鉄筋コンクリートビームの場合、このコンクリートを代表的に「系のマト リックス」と呼び、引張荷重を支持するために配合される直径数１１の棒鋼を「 補強材」と呼び、このビームを「強化構造体」と呼ぶ。

本発明による材料の構造の説明に関しては、マトリックス材料（ポルトランドセ メント−ミクロシリカを主成分とするモルタル等）は短い細い繊維（例えば、長 さ６ｕ、直径０．１５１の繊維）で強化され、且つ更に、重量のある崎補強材（ 例えば、直径８〜２５ｎの棒）を有しており、次の名称が用いられる。

１、　マトリックス材料を「ベースマトリックス（Ｃ）」と呼ぶ。

２、　中に細い繊維を有するベースマトリックスを「繊維強化マトリックス」又 は簡略して「マトリックス（Ａ）」と呼ぶ。

３、細い繊維を「物体（Ｄ）」又は「繊維（Ｄ）」又は「マトリックス強化材」 と呼ぶ。

４、重量のある棒鋼を「主補強材」又は「構造補強材」又は簡略化して「補強材 （補強材（Ｂ））Ｊと呼ぶ。

はとんどの場合において、これらの概念は何ら解釈上の問題を生じないであろう 。

マトリックスを強化している成分が長く、長さと最も大きな横方向の寸法との比 が約１０より大きいものである場合及び成分が真っ直ぐか又は曲がりがわずかで ある場合、これらの成分を「繊維」と呼ぶ。

主補強材、即ち補強材（Ｂ）は、通常、典型的には異形表面及び粗さを有する棒 又はワイヤの形態であるが、異形鋼（Ｉ又はＵ形）から公知の他の形状も知られ ている。

主補強材は、実質的にマトリックス補強材より大きく、典型的には、マトリック ス補強材の横寸法より少なくとも５倍大きく、たいていは１０乃至１００倍大き い横寸法（長い断面を有する補強材の場合、横寸法は最も短い横方向の寸法とす る）を有する。

マトリックス補強材は、連続していても（ワイヤ、ラップ、ネット等）よいが、 はとんどの場合、短い成分（細断繊維、ホイスカー等）で構成されている。

マトリックス補強材は、通常１龍未満、しばしば０．２１１未満の横寸法を有し ていて細く、また非常に微細な５０１ｎＤ未満の補強材の利益を利用できる微粒 系又は他の系については、特殊な場合１０−未満及び極端な場合１卿未満である 。

マトリックス補強材は、異なった強化用成分の組み合わせからなるものでもよい 。

主補強材は、通常、セメントを基材としてベースマトリックスＣを有するＣＲＣ 構造体においては、横寸法が５〜２０ｎ１ある場合においては５０．、あるいは それ以上でさえあるが、特殊な場合、例えば、マトリックスがホイスカーを含有 する超微粉子に基づくベースマトリックスのである、下記の例に示したコンクリ ート様構造体の「スケール縮小版」などのような場合は、横寸法はかなりもっと 小さくてもよい。従って、非常に小さな粒子と繊維を含有するマトリックスに基 づく、直径０．２〜５菖凋の主補強材を有する構造体も本発明による好ましい構 造体である。

リ　゛　のノ 亀裂及び亀裂の形成は、本発明においては決定的な重要性を有しており、これら の概念は本発明の説明において色々なところで使用される。

しかしながら、「亀裂」の概念は広いので、本明細書での用い方を定義してお（ 必要がある。

１、物体中における亀裂は、ここでは純粋に機械的に、荷重（張力）を移動する ことのできない領域として定義する。

解釈違いを避けるために、本明細書及び請求の範囲に関連して、「亀裂」とは、 それ自体に直角に作用している引張力を伝達することのできない狭い帯域（材料 の分離により形成した）を意味し、それら自身の面における亀裂の程度は基準長 さに関して大きいことに留意しなければならない、従って、ここで、亀裂は、純 粋に機械的に定義され（力の伝達能力の欠如）且つ大きさの基準は、この定義に 付随している。

従って、無亀裂繊維強化マトリックスとは、繊維補強材を通過して伝播するベー スマトリックスの亀裂がなく、且つ存在するどの亀裂も繊維間距離より小さいか あるいは大きくても繊維間距離と同じ大きさである繊維補強材料を意味する。

「補強材を通過している亀裂」あるいは「補強材を通過していない亀裂」の概念 は、本発明の特徴を表すのに必須の役割を果たす。

本発明の物品がたとえ非常に大きな荷重下においても補強材を通過する亀裂を示 すことなく機能することができることは、本発明の重要な面である。

本定義に関連して、「補強材」とは、主補強材（例１のビームにおいて使用され ている８菖ｌ棒綱等）のことである。

又、本発明による構造体はベースマトリックスを強化する繊維の形態のマトリッ クス補強材〈例１〜７において使用されている長さ６１璽及び直径０．１５■の 釦繊維等）をも含有しているので、主補強材を通過する（又は通過しない）亀裂 には２つの可能な種類があることに留意することが重要である。

そのうちの一つは、マトリックスの繊維が切断されたりあるいはひきちぎられた りして、引張力が、繊維強化マトリックスにより亀裂を横切って移動することが 全くできない完全な亀裂である。他の種類の亀裂は、まだ亀裂を横切って荷重を 移動できる繊維を通過しているベースマトリックスの亀裂である。

本明細書において、補強材を通過している（又は通過していない）亀裂に言及す るときは、この「亀裂」は、両方の種類の亀裂、言い換えれば、もはや亀裂を横 切って荷重を移動することのできない亀裂及び繊維を通過するが繊維がひきちぎ られないのでまだ亀裂を横切って荷重を移動させることのできる亀裂の両方を含 む。

亀裂が主補強材を通過しているが、マトリックスも繊維で補強されているのでこ れらの亀裂が荷重を移動することができる系があることは、この技術分野におい ては公知である。

このような系とし７ては、例えば、ｎへ維変性強化コンクリートが挙げられる。

また、これらの公知の系のマトリックスの亀裂がまだいくらかの荷重を担持する ことができるにもかかねらず、これらの系がむしろ不十分な挙動をしばしば示す ことがあるこが知られている。

これは、典型的には、マトリックスの亀裂の厚みがかなり大きい（例えは、０． ５　ｍ最大約２〜５Ｎで、亀裂の二輪がまだ、例えば１０〜５０１ｍの長繊維に より互いに接続している）場合である。このような系は、例えは１それらが主補 強材への物質移動（例えば、水及び酸素が移動し補強材の腐食を生ずる）を行な わせるので、典型的に耐久性が劣っている。

本発明の重要な面は、ベースマトリックス、繊維及び主補強材の特定の組み合わ せにより、ベースマトリックスの亀裂が主補強材を通過する前の歪容量が、バル クの繊維強化ベースマトリックスの歪容量をはるかに趙えるところまで増加し、 １それにより非常に大きな荷重であっても非常に優れた無亀裂挙動が保証される ことにある。

しかしながら、本発明はベースマトリックスの亀裂が主補強材を通過しない系に 限定されるものではない。

事実、非常に高濃度の典型的に非常に細い剛性のある強固な繊維を有する本発明 に従って使用されるマトリックスの独特の繊維強化材では、主補強材を通過する ベースマトリックスの亀裂（このような亀裂は非常に高荷重下で生じる）は、広 い歪範囲にわたって非常に小さく維持される。主補強材を通過する、例えば厚み ５〜１０廂のベースマトリックス亀裂を生じる荷重を受けた本発明の材料は、多 くの場合良く機能し、極端に高い荷重条件下で大きな内部一体性と剛性とを併せ 持つ魅力的な新しい現象を示す。

補強材を通過する亀裂は、亀裂を通過する補強材及び繊維を除いて亀裂に垂直な 断面に単一の貫通亀裂として観察されるような単一亀裂として伝播することがあ る。

しかしながら、多くの場合、これらの亀裂は細分され、断面における単一貫通亀 裂と同様には観察されなす、むしろ明らかに貫通していないいくつかの別個の亀 裂として観察される。しかしながら、亀裂が、全ての補強材（主補強材及び繊維 ）が除去された仮想上の物体が実質的に引張荷重（亀裂系に垂直な）を移動でき ないような様式で相互に連結している場合には、本明細書では、これは事実上「 補強材を通過している亀裂」を表す。

ベースマトリックスの亀裂が、主補強材を通過している当該の帯域のかなりの部 分に流体を実質的に移動させるように相互に連結している場合には、これもしば しば「補強材を通過している亀裂」を表す。これに関連して、これらの流体は、 無論細いベースマトリックスの亀裂中にさえ侵入することができるが、周囲の無 亀裂材料には侵入できない流体である。

ベースマトリックスの亀裂が相互に連結しておらず、材料がむしろ、主補強材及 び繊維を除去した仮想上の系における荷重の移動がまだ可能な状態にある場合（ そして特に亀裂系を通過する流体移動も生じない場合）、本明細書では、これは 補強材を通過しない亀裂とみなす。

第１１図に、主補強材を通過する亀裂を有する複合構造体及び主補強材を通過し ない亀裂を有する複合構造体を示す。

第１１図において、ｌは主補強材の棒を示し、２はマトリックスを示す。Ａは主 補強材を通過する亀裂３を有する複合構造体を示す。Ｂは主補強材を通過する亀 裂４を有する複合構造体を示すが、この亀裂４は断面においては別個の貫通して いない亀裂として見える。断面における亀裂４間の相互の連結は三次元画像（平 行断面の層）でしか見えないであろう。

Ｃ（及びＣの一部分の拡大図であるＤ）は、補強材を通過しない小さな局部亀裂 ５を有する複合構造体を示している。各それぞれの小さな亀裂の位置は、他の亀 裂の位置とは実質的に独立である。

１店Ｊα月１造 本明細書及び請求の範囲において、「物品」又は「造形孔」なる用語を本発明の 物品について使用する時、それはｒＣＲＣ構造体」を包含する物品を示す。ｒＣ ＲＣ構造体」とは、補強材Ｂが高濃度に埋め込まれている繊維強化マトリックス Ａであり、そのマトリックス及び補強材並びにそれらの共同作用が、請求の範囲 に記載されている構造上及び／又は機能上の定義を満足するものである。言い換 えれば、物品はＣＲＣ構造体からのみ構成される必要はなく、他の構造体を包含 してもよいが、この時物品自体は熱論請求の範囲に記載されている物品の機能上 の定義に従うものである。

第１２図は、本発明による物品であるビームの断面を示す。

このビームは、その断面全体が繊維強化マトリックスを包含している。マトリッ クスには補強用の棒が埋め込まれている。

ｌは、補強材３が比較的低濃度で存在する繊維強化マトリックスの上部を示す。

４は、補強材２が高濃度で存在する繊維強化マトリックスの下部を示す。第１２ 図の物品において、高濃度の補強材２を有する下部マトリックス４はＣＲＣ構造 体、即ち、延性のあるマトリックスと重量のある補強材が共同で請求の範囲に記 載されている構造上及び／又は機能上の定義により定義されるＣＲＣ材料の新規 な挙動特性を生み出している構造体を構成している。このビーム全体が本発明に よる物品であるが、但し、ビームそれ自体が請求の範囲の定義、即ち、マトリッ クス及び補強材並びにそれらの相対的な量及び／又はそれらの共同作用のような 、物品の構造上及び／又は機能上の特性、及び／又は、物品の構造上及び／又は 機能上の成分を定義する定義に一致することはもちろんである。

髪基俗は一何重一及び変−形二公８式化−レカフ−（■見び＠、ｌｊ帳＞一応〜 力及版工 異なった大きさ及び形状の他に異なった材料の部材を用いた経験により異なった 材料の機械的挙動を比較するために、部材の形状とは無関係の方法によりこれを 行う必要がある。

従って、例えば、厚みＨ＝　８．１　ｃｍ及び幅Ｂ＝８ｃｍを有する板について 測定した通常のコンクリートの曲げ挙動とそれより小さなＣＲＣビーム（Ｈ−５ ０及びＢ−５ｃｍ）の曲げ挙動を比較しようとするときには、板とビームそれぞ れの曲げモーメント（、Ｍ）をそれぞれの抵抗モーメント（１／６ＢＨ２）（断 面に関して）で割って「標準化曲げモーメント」を得る。

ＢＨ”で割ることにより大きさの影響を排除する。数値１／６を使用することに より、標準化曲げモーメントは同じ大きさ及び形状で、且つ当該物体と同じ荷重 条件下の物体であるが、理想的な一次の弾性挙動を示すもの（下記において「弾 性類似物体」と称する）の最も歪んだ帯域における応力と同一になる。従って、 本明細書において、標準化曲げモーメントを時として「公式化曲げ応力」又は簡 略化して「曲げ応力」と呼ぶ。

「弾性類似物体」について計算した公式化応力の使用は、部材に対して曲げには 限定されず、どの種類の荷重及びどの種類の応力についても使用される。

応力に゛ついてのここでの説明は主に張力に関する材料の独特の挙動についてで はあるが、本明細書において曲げ応力についての記載があるときには、特記のな い限り、それらは張力に関する応力あることを理解すべきである。

極めて一般的に、標準化された力又はモーメントは、「弾性類似物体」における 最大引張応力に関する公式化応力として表される。

従って、公式化応力は、「弾性類似物体」に適用される弾性理論を用いて計算す ることができる。

歪 材料がとのように変形するかを、その材料で作製した物体の変形に基づいて決め るのは、力及びモーメントに関して前記で使用したのと類似の標準化により、繰 言すれば「弾性類似物体」の挙動に基づいて行われる。

材料の変形は、歪（単位長さ当たりの長さの変化）として表される。

従って、ビームの撓み等の変形の測定値から、歪（例えば、ビームの最も外部の 引張られた部分での）が、同様の撓みを受けた「弾性類似ビーム」についての歪 として計算される。

このため、本明細書においては、標準化変形は「公式化量」又は単に「歪」と称 する。

本明細書において、「曲げ歪Ｊとは、最も引張られている部分、例えば、曲げ荷 重がかかっているビームの真ん中における底面についてのものである。

又、歪は、歪ゲージにより直接測定することもでき、このように測定された値は 、前記した意味において歪値として直接使用されることもできるが、但し、測定 値は実際には物体の平均変形を表しており、例えば、コンクリート表面における 二つの亀裂間に位置している、多数の亀裂が入ったコンクリートビームの表面の 小さな部分における局部的な「歪」の変動ではないことは無給である。

！血率 本発明がもっばら「剛性」物品及び材料を取扱っているように、ＣＲＣ構造体及 び構造体を形成している成分、即ちマトリックス、ベースマトリックス等、の剛 性は、本発明において重要な役割を果しており、この剛性は「弾性率」として表 される。

応力及び歪に関して先に適用したのと同様の原理にしたがって、弾性率は「弾性 類似物体」の挙動に関して定義される。

従って、例えば、例２におけるビームの弾性率（Ｅ−モジュール）は、同様の荷 重下で同様の撓みを有する弾性類似物体のＥ−モジュールとして測定された力と 撓みとの関係から計算した。

現実の材料においては、剛性は応力レベル及び負荷時間にヨルノで、剛性（Ｅ− モジュール）は材料定数ではない。従って、Ｅ−モジュールは、例２に示したよ うに荷重の増加とともに減少する。更に、Ｅ−モジュールは、パルス速度測定に 基づく測定結果により示されているように、負荷時間の減少とともに増加する（ 例１参照）、シかしながら、ＣＲＣＯ主機能は、本明細書の例におけるように、 穏やかな速度で加えられる大きな荷重を担持することであることを考慮して、本 明細書及び請求の範囲において使用される弾性率（Ｅ−モジュール）は、降伏値 の少なくとも５％の荷重を１０〜１０００秒の間かける実験に基づいて計算され る。特定の状況において、弾性率が前記した条件外の条件下で測定される場合、 弾性率の測定値を本明細書及び請求の範囲に述べられている値及び範囲と関連づ けるために、音響科学原理（ｓｏｕｎｄ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃｐｒｉｎｃｉｐ ｌｅ）に基づいて、測定した弾性率の補正をすべきである。

荷重に垂直な歪と荷重の方向における歪との間の比（ポアソン比）は、物体の弾 性応答についての役割を果たす。従って、例えば、束縛された物体は、荷重の方 向に対して垂直に自由に膨張する物体よりも荷重の方向における剛性が大きい。

ここにおける弾性率は、荷重方向に対して垂直に束縛されていない物体について の一軸応力荷重に当てはまる。他の荷重条件下では、ポアソン比の補正値を使用 する必要がある。例１〜７において使用されている種類のマトリックス材料及び ペースマトリックス材料の場合、適当なポアソン比は０．２０である。

圧ｎ注 本明細書及び請求の範囲では、１）物品、２）マトリックス、及び、３）ベース マトリックスの圧縮耐性について触れている。

マトリックスＡ又はベースマトリックスＢの圧縮耐性に関しては、これは通常マ トリックスを含んでなる物品の製造に関連してマトリックス材料から調製した試 験片の圧縮強度である。

又、繊維強化マトリックスの場合、圧縮耐性は、１）当該物品から切り取った試 験片、例えば、あまり高度に強化されていない物品の一部分（例えば通常圧縮状 態にあると考えられる帯域）から切り取られたような試験片について測定するか 、又は、 ２）板又はビームにおける非強化圧縮帯域等あまり高度に強化されていない帯域 で行った物品についての測定値からめてもよい。

物品については、圧縮耐性は、はとんどその物品について行った試験にのみ当て はまるものである。

例えば圧縮強度としてめられた圧縮耐性は、試験物体の大きさ及び形状並びに試 験方法によって異なる。

従って、細長い部材（例えば、長さ／直径比が大である大きな円柱物）について 測定した圧縮強度はコンパクトな形状の部材（短い円柱物のような）について測 定した圧縮強度より小さく、大きな試験片について測定した圧縮強度は小さな試 験片について測定した圧縮強度より小さく、またゆっくりと荷重をかけて測定し た圧縮強度は速く荷重をかけて測定した圧縮強度よりも小さい。

本明細書及び請求の範囲で触れている圧縮強度は、次の条件下で測定した圧縮強 度である。すなわち、１）試験片は直径１００　ｍ−ｍ及び長さ２００１ＭノＦ Ｉ柱物、２）−軸圧縮する、 ３）荷重を一定速度で増加し一層がけ、試験時間を１００＝１０００秒とする。

特定の状況において、もし圧縮強度を前記した条件以外の条件下で測定する場合 には、測定した圧縮強度を、音響和学原理に基づい−ζ補正をし、圧縮強度の測 定値を本明細書及び請求の範囲に記載の値及び範囲と関連づける必要がある。

全（一般的なことであるが、マトリックス又はベースマトリックスの弾性率又は 圧縮強度の測定は、適当な物品になっている材料について測定しなければならな いことは無給である。

恩１ｊ冶■創（度 これは、マトリ・７クスＡ中の繊維の容積をマトリックスＡの容積で割ったもの 〔＝（マトリックスＡ中の繊維の容積）÷（当該繊維の容積十ベースマトリック スＣの容積）〕として定義される。

、１ｉｉＬＹ３　（土捕〕ＭＬ赳積撮度補強材Ｂの容積濃度は、通常、ビームの 引張側におけるように、引張応力の方向に実質的に平行に配置し、た補強材に関 するものである。

一定の断面を有する単一の引張部材におい”では、補強材Ｂの容積濃度は、単に 、補強材Ｂ（引張応力の方向における補強材）の容積を部材の総容積で割ってえ られるものであり、これは、断面積に関しては、補強材の断面積を部材の総断面 積で割って得られるものに等しい。

ビーム等の曲げ荷重部材（例λば、−Ｌ部が圧縮され下部が引張られるもの）の 場合、当該の容積（又は断面積）は引張荷重部分のみに関するもの、言い換えれ ば、引張帯域中の補強材Ｂの容積を前記帯域の１．８容積で割ったもの（又は対 応する断面積比）である。

引張帯域は、「類似弾性物体Ｊについての張力下の帯域又は、例えば歪ゲージに より測定した実際の引張歪帯域として定義される。

補強材Ｂが引張歪の方向に対して実質的に平行に配置されていない場合、補強材 Ｂの容積濃度は、前記したように測定した補強材Ｂの実際の容積に歪方向と補強 材Ｂの方向との間の角度の余弦を乗じることにより計算される。

前記の説明から、補強ｉＢの容積濃度は方向に依存した値、即ち「ベクトル」で あることがわかるであろう。ビームの場合には、容積濃度は典型的には一方向性 である。互いに垂直の方向に強化されている板又はパネルの場合、補強材Ｂの容 積濃度に関する要件を板又はパネルの平面内のどの方向においても満たすことが 可能であり、あるいは、その要件を一方向又はある角度の間の方向においてのみ 満たすこともできる。

この条件が一方向において満たされる限り、その構造体は、無給本発明による構 造体である（但し、この場合請求の範囲に定義されている他の条件を満足してい なければならない）。

特に重要な本発明の態様は、補強材Ｂの容積濃度に対する要件がどの方向でも満 たされているものである（例えば、横方向の強化の概念に関連して説明したよう な）。

成ｊ」α７ＣＲＳ１１１体 大きな三次元Ｅｌｌ性をはじめとするＣＲＣ構造体の非常己ご優れた機械的挙動 を確実に得るためには、ＣＲＣ構遺体に高剛性を付与するためマトリックス自体 が大きな強度（特に圧縮における）及び高弾性率を有してい必要がある。更に、 マトリックスが、効率的な繊維強化及び適当なマトリックス／繊維相互作用によ り得られる高い延性を有していなければならない。

以下、マトリックスの成分の選択について説明する。この説明は、成分の適切な 選択及びそれらの相互作用に関する有効な全体的基準としての前記のモデル条件 （１）及び（ＩＩ）に基づくものである。

ベースマトリックスの　−（σ６） 高圧縮耐性を得るために、マトリックスは高圧縮強度を有することが必要である 。このためには、ベースマトリックスＣ自体が高圧縮強度を有している必要があ る。有効なベースマトリックス材料の種類の一つとして、超微粒子を含有する０ 、　５　ｔｍ〜１００．ｎの大きさの高密度に充填された粒子に基づく高密マト リックスが挙げられる。上記の超微粒子は５０人〜０．５戸の大きさを有し、そ の大きさは前記高密度で充填されたより大きな粒子の１０分の１　（１ｐｏｗｅ ｒ　ｏｆ　１０）であって、当該高密度で充填されたより大きな粒子の間に均一 に分布している。マトリックスの高密充填及び超微粒子の均一分布は、有効量の 効果的な分散助剤を利用して表面力を克服することにより達成できる。この種の 材料〔いわゆるＤＳＰ材料〕とその製造については、国際特許公開第ＷＯ３０１ ００９５９号、国際特許公開第ＷＯ３１１０３１７０号、及びオタワ論文に記載 され、且つ本明細書においてもより詳細に説明されてており、また本願において も一層詳細に説明され、例えば本明細書の例１〜７では、１５５ＭＰａの強度を 有するセメント／ミクロシリカを主成分とする材料の実施Ｂ様がベースマトリッ クスＣとして使用された〔より強固な砂を用いた、最大約２７０ＭＰａまでの圧 縮強度を有するポルトランドセメント／ミクロシリカを主成分とするＤＳＰ材料 が知られている（オタワ論文参照）〕。

〕ベース１４Ｊ−フｉ２ぴ繊維勿弾−性４率−（、一旦−１，よ−」ニーＬ所望 の歪硬化を得るには、成分（マトリックス及び繊維）が高剛性、即ち高弾性率を 有することが重要である。このことは、大きな剛性の全体的要件と一敗する。

歪硬化に関連して、マトリックスと繊維が順次機能を果たす機ネ鮎こよって応力 の増加が生じる。この際、応力の大きさは、結合系の剛性により決まる。

このことは、挙動は主に最も軟質な成分によって決まることを意味している。

非常に硬質のマトリックス（例えばＥ　＊　＝　５　Ｘ　ｌｏ”　Ｎ　／　ｒｄ 　）を有し繊維含量が５〜１０％である系の場合、繊維成分（Ｅｆ　Ｘψ）は最 も軟質であり、従って、Ｅ、が０．５〜Ｉ　Ｘｌ０１２Ｎ／　ｍ未満であるかぎ り、繊維成分が決定成分である。従来から強固であるとされている繊維の剛性は 上記の値よりかなり低いことに注目すべきである。このことは、繊維の剛性はこ のような系の決定要因であることを意味している。

従って、２．　Ｉ　ＸＩＯ”Ｎ／ｒｒｒの弾性率を有する鋼繊維は、７×１０１ ＯＮ／ｍの弾性率を有するガラス繊維より「歪硬化」を得るうえで３倍好ましい （他の全条件が同一で有ることを条件として）。

また、このことは、多くの他の目的ためには非常に期待され且つ非常にに高い強 度を有するが、弾性率は例えば鯖よりかなり低い高強度プラスチック繊維は、一 般に歪硬化を得ることに関しては、同様には期待されないことも意味している。

一方、高弾性率を有する有機繊維〔例えば、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）繊維、芳 香族繊維、高強度ポリエチレン等〕は、マトリックスＡの歪硬化を得る目的のた めには非常に好ましいことは無論である。

前記の欠点にもかかわらず、高弾性率を有しない高強度ブスラチソク繊維でさえ 、例えば、かなり軟質のマトリックス材料を有する系の場合論理的には本発明に おいて価値があり且つ亀裂を抑制する上で特に有効でもある。

マトリックス材料自体がそれほど剛性がない場合には、非常に軟質な繊維を有す る系において、マトリックスの剛性が支配的になる（例えば、１０％の鋼繊維（ Ｅｆ＝　２．１　ｘｌＱＩＩＮ　／　ｒｌ　）を含有する系において）。マトリ ックスの弾性率が２　Ｘ１０１ＯＮ／ｎ（未満であるとき、マトリックスの剛性 はこの繊維の剛性よりも一層重要である。

このことは、マトリックスの剛性がしばしば非常に重要でぁることを意味してい る０例えば、セメントシリカ結合材に石英粒を配合したところ、マトリックスの 剛性が著しく向上し、大抵約２　ＸＩＯ′。Ｎ／ｒｄから５Ｘ１０”Ｎ７％とな った。又、鋼繊維（６％）とともに石英粒を配合すれば、歪硬化を得る条件が３ ０〜４０％向上したかもしれない。

３０〜４０％の向上は重要ではあるが、プラスチ・７り材料によりそれよりもは るかに大きな向上が得られる０例えば、有機高分子材料に剛性のある強固な粒子 を高濃度で配合することにより弾性率がＩ　Ｘｌ０９Ｎ／ボがら３　Ｘｌ０１Ｏ Ｎ／ｒｄに増加し、それにより剛性のみに由来する歪硬化への寄与が１０のオー ダーの倍数増加することができる場合がある。

本発明によれば、マトリックスに配合される繊維の弾性率Ｅｆは、好ましくは少 なくとも２　Ｘｌ０１ＯＮ／ｒｒ？、より好ましくは少なくとも５　Ｘ　１０１ ＯＮ　／　ｒｒｒ、更により好ましくは少なくとも１０”　Ｎ　／　ｎ？、更に より好ましくは少なくとも２Ｘ１０”Ｎ／ｒｒｒ、更により好ましくは少なくと も３Ｘ１０”Ｎ７％及び最も好ましくは少なくとも４Ｘ１０目Ｎ／ｒｒＦであり 、マトリックス材料の弾性率Ｅ、は、好ましくは少なくとも１０１ＯＮ／ｒ＋？ 、より好ましくは少なくとも２　ＸＩＯ”Ｎ／ｎ（、更により好ましくは少なく とも３　ＸＩＯ”Ｎ／ｒｒｒ、更により好ましくは少なく。

とも５Ｘ１０’°Ｎ／ｎ？、更により好ましくは少なくとも７×１０１ＯＮ／ｎ ｆ及び最も好ましくは少なくとも１０”Ｎ７ｍである。

例えば、例１〜７において、使用した鋼繊維は２．ｌＸ１０’ＩＮ／ＩＴｒの弾 性率を有し、且つベースマトリックスの弾性率は５　Ｘ　１０”Ｎ　／　ｇをわ ずかに超える値であった。

例においてベースマトリックスＣとして使用された材料は、強固なセメント／ミ クロシリカに基づく結合剤及びケイ砂並びに、一つの例では、更にＡ１□０３に 冨む砂（例６）を主成分としている。これらのベースマトリックスは、１５０〜 ２００ＭＰａの範囲の圧縮強度及び約５０．０００〜約７０．０００ＭＰａの範 囲の弾性率を有していた。

ポルトランドセメント、ミクロシリカ及び強固な砂を主成分とする好ましいベー スマトリックスＣの例が、国際出願公開−０８１１０３１７０号及びオタワ論文 に開示されており、オタワ論文では、Ａｌ２Ｏ３に冨む砂を含有し１０８．００ ０ＭＰａの動的弾性率を示す材料が記載されている。

ＣＲＣ構造体の重要な実施態様におけるベースマトリックスは、ポルトランドセ メント、アルミナセメント、スラグセメント等のセメントを主成分とするもので はあるが、材料の構成成分間の表面の物理的及び化学的相容性と適合性、並びに 、配合すべき繊維との及びマトリックスと結合すべき主補強材との表面の物理的 及び化学的相容性と適合性を含む必要な機械的要件を満足することのできる他の 材料を主成分とすることもできることは無論である。

−５二２１−Ｌ！Ｌム久入９改貫毛冬四渾二］ｌ−１１全体的に延性を得るため には、ベースマトリックスが大きな破壊エネルギーを有することが重要である。

従って、繊維補強材による歪硬化も、Ｅｔ（又はＥ、）、τ及びｄと同様に重要 （比較的）なマトリックス材料の破壊エネルギーＧ。

に依存する（破壊エネルギーは１％の亀裂面積を生じさせるのに必要なエネルギ ーである。）。

はとんど知られていないこの重要な事柄が、本発明において基本的な役割を果た す。

従って、本発明において極めて重要な一態様は、硬質の強固なくあまり小さすぎ ない）粒子（非常に好ましい特徴としてＥ、をも増加させる）を配合することに よりマトリックス材料の破壊エネルギーを増加させることである。

このことは、通常意図的に全く反対のことを行う公知技術の背景からして驚くべ き手段である。事実、剛性の粒子を入れることによりバルクのマトリックス材料 の歪容量が減少する。このため、優れた古典技術では、剛性の緊密粒子によるマ トリックスの強化によりマトリックスの歪容量が低下し、強化構造体中で主補強 材が移動すると結論している。

これらの古典技術の観点は、基本的には適切であり、一般的には非常に妥当であ る。

しかしながら、それらは、亀裂帯域の変形の大きさが決定的因子である、歪硬化 されるマトリックス系においては妥当ではない。

例えば、例１〜７に関し、古典技術ではマトリックスとして単一のセメントシリ カ結合剤の使用（４１１以下の石英粒子を含有するコンクリートの代わりに）を 示唆するであろう。

このような結合剤の歪容量は、石英粒子を含有するマトリックスの歪容量（バル クで測定した）より２倍大きく、且つその結合材は細い繊維を固定するのに非常 に通している。しかしながら、破壊力学の観点から、この結合材を使用するため に高い代償が払われる。即ち、コンクリートから単一結合材に変えると破壊エネ ルギー（Ｇ、）が約１／１０に減少し且つ弾性率が１１５〜１／３に減少する。

このことば、歪硬化の条件（前記Ｉ及び■を参照）がかなり悪化することを意味 している。この驚くべき事実は、セメントに基づく材料にとってだけでなく強化 高分子材料との関連においても大きな重要性を有している。即ち、強化高分子材 料において、延性を生み出すための「反対の方法」　（硬質で強固な緊密粒子の 高濃度での配合）で、高分子に基づく構成とは通常相いれない下記のような「新 規な特性」が同時に生じる。

１）高剛性（容積安定性） ２）高耐摩耗性 ３）高圧縮強度 例えば、モルタル及びコンクリート等のセメント系に関しては、ベースマトリ・ ７クスが少なくとも２ＯＮ／ｍ、好ましくは４ＯＮ／ｍ、より好ましくは８ＯＮ ／ｍ、、更により好ましくは１００　Ｎ　／　ｍ　１更により好ましくは１２０ 　Ｎ　／　ｍ　、更により好ましくは１８０　Ｎ　／　ｍ、更により好ましくは ２５ＯＮ／ｍ、更により好ましくは４０ＯＮ／ｍ、更により好ましくは８００　 Ｎ７ｍの破壊エネルギーを有することが好ましい。

例えば、例１〜７において、非強化ベースマトリックス（Ｃ）の破壊エネルギー は約１３ＯＮ／ｍであった。

嶽葺強皮ユＬ□ム マトリックスに高延性及び高引張強度を付与するには、繊維強度が大きいことが 必要である。

繊維強度は、上記で説明した歪硬化を得るための基準の不可欠部分ではない（上 記式参照）。しかしながら、歪硬化は、もちろん、繊維の引張強度が非常に大き くて繊維単独で引張荷重を担持することができるかぎりにおいて得られるに過ぎ ない。従って、繊維が少なくとも下記の引張強度を有することが必要条件である 。

σｆ、ｅｌσ、ψ弓 しかしながら、繊維が最小値に対応するよりかなり高い強度を有することも重要 であり、又高度の歪硬化に耐えることができるほど十分強くなければならず且つ マトリックスに亀裂が入った後でも効果を維持しなければならない。

従って、繊維の強度は、３００ＭＰａより大きく、好ましくは５００ＭＰａより 大きく、より好ましくは８００ＭＰａより大きく、更により好ましくは１　、０ ００ＭＰａより大きく、更により好ましくは１　、５００！’ｌＰａより大きく 、更により好ましくは２，０００ＭＰａより大きく、更により好ましくは２．５ ００ＭＰａより大きく、最も好ましくは３．０００ＭＰａより大きいことが好ま しい。

例えば、例１〜７で使用された繊維は、約５２５ＭＰａの強度を有していた。

Ｗ４ＭｊＭ！Ｌ工史と 全体的な延性、歪硬化及び高引張強度を達成するには、繊維濃度が高いことが必 須である。しかしながら、これは、強化構造体の７トリックスに関して当然考え られるコンクリート又はモルタル等通常の繊維強化材料の製造に関連して、実施 することは困難である。例えば、非強化コンクリートあるいは大きな補強材を低 含量でしか含有しないコンクリートでさえ、従来のコンクリートに１〜２％を超 える繊維を配合することは困難である。

主補強材Ｂが高濃度の場合、繊維強化材を高濃度で配合することは更にもっと困 難である０例１〜６と同様な主補強材の配置の物品に１％の繊維を配合すること は、おそらくほとんどの当業者が非現実的であると考えるであろうことから、２ ０％の又は５０％もの主補強材を含有する構造体については不可能と考えるであ ろう。しかしながら、本発明によれば、これは本明細書に記載している振動法を 使用することにより解決される。例えば、長さ６１１で直径１５０ｍの鋼繊維６ 容量％が、実施例１〜４における高度に強化されたビーム及びモデル注型品（実 施例７）に、直径１６１１及び直径ＩＱｍｍの棒鋼からなる主補強材２７容量％ を用いて配合された。

本発明によれば、マトリックスＡ中の繊維の容積は、マトリックスＡに対して、 少なくとも２％、好ましくは少なくとも３％、より好ましくは少なくとも４％、 更により好ましくは少なくとも５％、更により好ましくは少なくとも７％、更に より好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも１５％、最も 好ましくは少なくとも２０％である。

又、非常に細い繊維〔小径（ｄ）〕を有することもしばしばきわめて重要である 。直径１０〜２（ｂ＝ｍの繊維の使用は、本発明の非常に重要な態様であり、圧 延、押出し、紡糸等の特定の方法により製造された、微粉末に基づく構造体に特 に適している。しかしながら、例えばコンクリート系及びコンクリート様の系に 、より粗大な繊維を使用することも可能であり且つ重要である。

例１〜７に使用される鋼繊維は、１５０ｊｒｍの直径を有している。従って、こ れらの鋼繊維は、前記の非常に細い繊維より径が１０倍大きいが、コンクリート において通常しようされる代表的には直径約０．３〜１ｗの鋼繊維に比較してま だ細い。

ベースマトリックスＣが最大直径４龍の粗い粒子を含有するセメント／ミクロシ リカモルタルである本明細書の例における実験で、１０〜２０−の繊維よりいく らが粗大な繊維を選択したのには、下記のようないくつかの理由がある。

１）製造技術の観点から、配合することがより容易である。

２）より粗い粒子との幾何学的調和がもっとよい。

３）マトリックス材料における局部的な破壊の発生後の荷重支持容量及びエネル ギー吸収性がもっと優れている場合がしばしばある。

４）下記に示すように、直径が少し大きいことは、例えば、粗構造ゆえに可能と なるベースマトリックス（Ｃ）の破壊エネルギー　（Ｇ）の増加により相殺され ることがある。

しかしながら、本発明による他の重要なＣＲＣ構造体においては、例えば、サブ ミクロンの大きさの粉末及び、例えば１〜１０−径のボイスカーに基づくファイ ンセラミック等のミクロＣＲＣ構造体には、非常に細い繊維を使用することが望 ましいかもしれない。

このようなことから、繊維の大きさく直径）は、４〜１ｍｍ。

１〜０３．　菖璽、　３００〜１００　μ、１００　〜３（ｈｍ、３０〜１０μ ｍ又は　１　。

−未満等かなり広い範囲でよい、繊維の大きさは、それぞれの特定の場合におい て、ここに開示された原理に従って系に合わせるべきである。

本発明の重要な一態様は、亀裂防止機能とマトリックスに局部的に亀裂が入った 後の荷重支持機能を分割して、非常に細い繊維が前者の機能を果たし、より粗大 な繊維が後者の機能を果たすようにすることである。従って、例えば、３０〜１ ０−の細径範囲内の大きさの繊維と例えば、３００〜１００−の組径範囲内の大 きさの繊維を組み合わせるか、又は一般的にもっと粗大な系では、１００〜２０ ０−の範囲内の大きさの繊維と４〜１１１の範囲内の大きさの繊維とを組み合わ せることが重要であるかもしれない 滑力苅！１１しどへヒυ人久ム番ｑ厨■剪斯第フＬ（Ｔ　）歪硬化及び全体的な 延性の獲得は、繊維とマトリックスとの間の非常に小さく十分に制御された運動 により調節される。

この小さな運動を制御するためには、剪断抵抗（τ）が大きくなければならない 。

高剪断抵抗は、繊維とマトリックスとの間の接着性を良くし且つ摩擦抵抗を大き くすることにより達成される。接着性は、２相間の原子結合（ロンドンファンデ ルワールス力等の表面力を含む）に関連がある。一方、摩擦抵抗は、摩擦係数と 確立された法線圧力（ｎｏｒｍａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）との組み合わせである 。従って、代表的には凝固収縮によるマトリックス材料の凝固における場合のよ うに、マトリックス材料をしっかりと繊維に固定させる方法により、高摩擦抵抗 が促進される。

これに関連して、物体（繊維）が、生じるマトリックスの収縮により所望するし っかりとした固定が強化されるような形状（例えば、円形断面）を有することが 有益である。

本発明によれば、滑動時の繊維とマトリックスの間の剪断応力は、少なくとも５ ＭＰａ、好ましくは少なくとも１０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも２０ＭＰ ａ、更により好ましくは少なくとも４０ＭＰａ、最も好ましくは少な（とも１０ ０ＭＰａであることが好ましい。

例えば、例１〜７においては、滑動時の繊維とベースマトリックスの間の剪断応 力は、約２０ＭＰａであった。

繊■丑」旦と 多くの場合、繊維は、チョツプドファイバーの形態で使用される。チョツプドフ ァイバーの長さは、前記の基準モデルの一部分ではない。しかしながら、このこ とは、繊維長が下式により決まる臨界長Ｌｃより大きい場合にのみ当てはまる。

もし繊維がもっと短い場合には、それらは歪硬化が確立される前に引き伸ばされ るであろう。

一方、臨界長より長い（及び臨界強度より強度が大きい）繊維の場合は、破壊は 繊維がひきちぎられるがあるいは引き伸ばされることに帰着しよう（上記の規準 参照）。

繊維の引張りにより破壊が生じることは、エネルギー吸収について蓄積を意味す るので、しばしば好ましいことである。

一方、もし繊維があまり短すぎると、強度及びエネルギー吸収が低下する。

機能上の観点から、引張耐性が繊維を破断するのに必要な力よりもわずかに低い ような繊維長を選択するのが最適である。

誹ツＬオ 良好な性能（マトリックスの強固な固定、大きな荷重容量等）を得るためには、 補強材が高強度及び高弾性率である必要がある。強度は、好ましくは４００ＭＰ ａを超える値、より好ましくは６００ＭＰａを超える値、更により好ましくは８ ００ＭＰａを超える値、最も好ましくは１　、０００ＭＰａを超える値である。

また補強材は、好ましくは５　Ｘ　１０”　Ｎ　／　％を超える値、より好まし くは７　Ｘ　１０”Ｎ　／　ｍを超える値、更により好ましくは１０”Ｎ７％を 超える値、更により好ましくは２　ＸＩＯ”Ｎ　／　ｍを超える値、最も好まし くは３．１０”　Ｎ　／　ｍを超える値の弾性率を有するものでなければならな い。

ＣＲＣ構造体において引張歪容量を十分に増加させるために、繊維強化マトリッ クスに主補強材を良く固定することが肝要である。

多くの場合、このことは、凸凹の表面を有する変形棒口を使用することにより達 成される（本明細書の例参照）。

このような補強材は典型的に普通程度であるが、極端に高くはない強度を有する 。極めて高い強度は、例えば、プレストレストコンクリートに従来がら一般的に 使用されている種類の常温引き抜き平滑ワイヤに見られることが知られている。

例えば、変形棒鋼は典型的には約５００〜６００ＭＰａの降伏応力を有するのに 対して、予備延伸ワイヤ（ｐｒｅ−ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ　ｗｉｒｅｓ）は最大 約２，０００〜２．５００ＭＰａの降伏応力を有してうる。

問題は、非常に強固な補強材は、使用される製造法（代表的には引抜き）のため 、典型的にはやはり平滑であり、従って、異形補強材と同様な効果的な方法では 通常マトリックスに固定することができない。

しかしながら、ＣＲＣに高強度補強材を利用するための実現性を向上させること ができる、次のようない（つかの方法がある。

１、代表的に特殊鋼合金を使用することにより得られる通常よりは高強度、例え ば、約１　、１００ＭＰａの強度を有する異形補強材を使用する。

２、例えば、水溶性高分子等の有機物質を配合することにより、マトリックスを 改質して、より平滑な補強材をよりよく固定するようにする。

３、例えば、補強材を予備延伸したりあるいは、例えば、熱約手段により補強材 周囲のマトリックスを収縮させて、半径方向の圧縮についての条件を確立するこ とにより、マトリックスに補強材をよりよく固定する。

４、　コード及びケーブルにおいて公知のような撚りワイヤの形態で、強固で平 滑な補強材を配置する。

−Ｉ’ＩＱ的に、マトリックスの局部脆性数σ。”　Ｄ／ＥＧを減少させる手段 により良好な固定が強化されことに注目すべきである。従って、より細い補強成 分を使用することにより、固定が向上することになる。

興味ある補強材の配置として、例１〜７において使用されている変形棒等の中強 度異形補強材とプレストレストコンクリートに使用される糸のような超高強度平 滑補強材とを組み合わせ、これらの２種類の補強材を互いに平行に配置すること が挙げられる。

異形補強材は主にマトリックスの歪容量を増加させる働きをし、一方、これら二 つの補強材の両方が補強材の方向に負荷を移動するのに貢献する。

例えば、５００ＭＰａの降伏応力を有する１０％の異形補強材と１　、５００Ｍ Ｐａの降伏応力を有する５％の高強度ワイヤを組み合わせた補強材は、ＣＲＣ材 料において、１７５ＭＰａの見掛け（ｆｏｒｍａｌ）引張応力に相当する高強度 ワイヤの初期降伏の荷重移動を示す（更にマトリックスからの引張もあることは 無給である）。

異形補強材のみに基づく系において同様の引張容量を得るには、併用補強材を有 する系での１５％の補強材に対して、３５％もの補強材が必要となろう。

この種の併用補強材を有する系では、超強度（しばしば平滑な）補強材をよく固 定することが必要とされるが、この固定の必要性はマトリックスの歪容量を高度 に増加させるための固定の必要性よりはるかに低い。

超強度補強材の固定は、局部脆性数σ”Ｄ／ＥＧを減少することにより改善され る。従って、非常に細いワイヤの形態で超微細な補強材を使用するのが有利であ る。

通常、非常に細い主補強材を使用すると延性が小さくなる。

しかしながら、併用補強材を含有する系においては、異形の、典型的にはるかに より粗大な補強材により確実に高延性が得られるので、このことは当てはまらい 。

超強度補強材の固定は、プレストレストコンクリートにおいて知られているよう な、例えば、ＣＲＣの外部に配置したアンカーによる特定の端部固定により達成 してもよい。

下記に、ＣＲＣを特徴づける成分及び性質の重要な組み合わせについて述べる。

ｌ１１濱１」」１■トヨ１１と（側斐待２工慮−ｑ構造生ＣＲＣの一態様は、非 常に大きな荷重を受けた後でも、実質的に一体構造体として機能することのでき る物品である。

本発明の場合、非常に高密度（棒間の空間が非常に小さい）で且つ表面に非常に 近接して（被覆層が小さい）配置した主補強材を効果的に利用して、非常に大き な引張荷重下でさえ実質的に一体性を示す構造体を作り出すことが可能である（ 同時に利点でもある）。従って、本発明の物品は、主補強材の降伏直前までの引 張歪下で、非常に大きな荷重を担持し且つ無亀裂の状態を維持することができる 。

しかしながら、本発明による構造体は、主補強材を通過する細かな亀裂（通常の 強化コンクリートで起こるのと類似の）が形成された後でも優れた一体性を示し 、従って、構造体が主補強材を通過する亀裂を有してはならない場合に、起こり うる荷重の上限値よりはるかに大きな荷重下でも良好に機能することができる。

実際に、はとんどの場合、本発明の構造体は、下記の事柄を条件として、たとえ ベースマトリックスに主補強材を通過する微細な亀裂が入ったとしても実質的に 一体的な挙動を示す。

１）亀裂が微細に分割され相互に連絡していない。

２）亀裂が小さい（代表的には幅がＱ、　１　ｍｍより小さい）。

３）亀裂が補強材により十分制御されている。

４）構造体の剛性が実質的に少しも減少しない。

繊維強化マトリックスの高靭性及び主補強材のマトリックスへの固定が極めて強 固なことから、主補強材を通過する微細亀裂の発展は、実際に、従来の鉄筋コン クリートにおけるよりもはるかによく制御されており、且つ公知技術の構造体の 場合よりも機械的挙動への影響（例えば、剛性の減少）がはるかに小さい。

１）亀裂は、実質的にまだ繊維により制御されている微細なベースマトリックス 亀裂（繊維を通過している微細な亀裂）として現れる。これらの微細な亀裂は、 典型的には幅約５廁から多分２００ｐａまでであり、且つこれらの亀裂はかなり の荷重を移動（繊維を介して）することができる。

２）亀裂の発展の程度は小さく　（亀裂の面において）、引張応力が臨界値より 小さくなる時にその亀裂の発展が停止する。この臨界値は非常に高く、例えば、 例１〜６の材料の場合、マトリックス単独の応力約１０〜２０ＭＰａに相当し、 複合体（補強材＋マトリ・ノクス）の全引張応力は１３０〜２２０ＭＰａである 。

極めて優れた一体性を維持したまま非常に高濃度の主補強材を効果的に利用でき る可能性のため、ＣＲＣ物品は高引張荷重容量（大きな見掛は引張応力）と優れ た内部一体性の保持（亀裂パターンにより定義される）との独特の組み合わせを 示す物品としても特徴づけることができる。

大きな荷重下での例外的な挙動に関する他の面は、微細な亀裂が非常に大きな荷 重下で形成される条件下でさえ、構造体が非常に硬質の物体として作用できる能 力である。

通常の鉄筋コンクリートは、引張帯域に亀裂が形成されると、その剛性のかなり の部分を失い、亀裂が主補強材を通過する。これは、引張荷重の大部分が補強材 によってのみ移動されることによる。類似のＣＲＣ構造体で微細に分割されたな 亀裂があるものでさえ、これらの亀裂がかなりの量の引張荷重を移動することが でき、且つ亀裂の面における亀裂の伝播は従来の、コンクリートにおけるよりは るかに小さい、このことにより、従来の亀裂の入った鉄筋コンクリート構造体よ りはるかにＩｌ？１１い構造体となる。これば、とりわけ次の理由によるもので ある。（１）これらの亀裂は、亀裂を横切るかなりの引張荷重を移動することが できる。（２）亀裂の面における亀裂の大きさがより小さい。（３）マトリック スの初期弾性率が典型的により大きい。（４）補強材がより高濃度で使用されて いるので典型的に補強材の効果がより大きい。

これに基づき、ＣＲＣ物品は、その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれている７トリ フクス（Ａ）を含んでなり、前記マトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体 （Ｄ）で強化されているベースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体であ る造形品であって、 主補強材の横断寸法が、前記繊維りの横断寸法より少なくとも５倍大きく、好ま しくは少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも２０倍大きく、又は 少なくとも１００倍までも大きく、 前記物品及び／又は前記マトリックＡ及び／又は前記ベースマトリックスＣが、 どの方向においても、次のように定義される高い剛性を有し、即ち、 １）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの弾性率が、どの方向においても、少な（とも３０．ＯＯＯ！′ＩＰａ　、好 ましくは少なくとも４０．０００ＭＰａ　、より好ましくは少なくとも５０，０ ００ＦＩＰａ　、更により好ましくは少なくとも７０．０００ＭＰａであり、及 び／又は、 ２）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの圧縮耐性が、どの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、好ましくは少な くとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、更により好まし くは少なくとも１５０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、最 も好ましくは少なくとも２５０ＭＰａであり、前記繊維りが、前記マトリックス 八を基準として、少な（とも２％、好ましくは少なくとも３％、より好ましくは 少なくとも４％、更により好ましくは少なくとも５％、更により好ましくは少な くとも７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なく とも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％の容積濃度で存在し、前記物品の 引張帯域における補強材Ｂの容積濃度が、少なくとも５％、好ましくは少なくと も７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも １５％、最も好ましくは少なくとも２０％であり、前記物品が下記の特性Ｉ及び ■、即ち、 ■）前記物品が実質的に一体性を維持したまま、前記物品の引張帯域が少なくと も０．５　ｔｍ　／　ｍ、好ましくは少なくとも０．７鶴／ｍ、好ましくは少な くとも１１１１／ｍ１より好ましくは少なくとも１．５　ｆｌ／　ｍ　、より好 ましくは少な（とも２　ｍｍ　／　ｍ、より好ましくは少なくとも３１１１／ｍ 、最も好ましくは少なくともｌ　Ｑ　Ｂ　／　ｍの引張歪容量を有することによ って定義される大きな引張歪容量を有し、前記物品が補強材Ｂを通過する亀裂が ないこと又は、補強材Ｂを通過する微細亀裂の形態をした引張帯域における損傷 の幅が、亀裂幅と補強材Ｂの最小横断径との間の比が０．０２以下、好ましくは ０．０１以下、より好ましくは０．００２以下、更により好ましくは０．００８ 以下、更により好ましくは０．０００２以下であることを条件として、０．２貫 ■以下、好ましくは０．１　ｖｒ以下、より好ましくは５０−以下、更により好 ましくは２０ｎ以下、更により好ましくは５−以下、更により好ましくは２霞以 下、更により好ましくは１角以下であることによって定義されるような歪みの間 は実質的に一体性を保持すること、 ■）次の条件Ａ）　、Ｂ）及びＣ）の少なくとも一つを満足する引張荷重容量に より定義される、大きな引張荷重容量（前記物品の引張帯域における応力に関す る）を有すること： Ａ）実質的に弾性的な挙動の条件下、補強材Ｂを通過する亀裂がないこと又は、 補強材Ｂを通過する微細亀裂の形態をした引張り帯域における損傷の幅が、亀裂 幅と補強材Ｂの最小横断径との間の比が０．０２以下、好ましくは０．０１以下 、より好ましくは０．００２以下、更により好ましくは０．００８以下、更によ り好ましくは０．０００２以下であることを条件として０．２　ｍｎ以下、好ま しくは０．　Ｉ　１ｍ以下、より好ましくは５０ｎ以下、更により好ましくは２ ０声以下、更により好ましくは５−以下、更により好ましくは２卿以下、更によ り好ましくはｌ−以下であることによって定義されるような歪みの間は一体性を 保持して、前記物品の引張荷重容量が少なくとも５０ＭＰａ、好ましくは少なく とも７０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、更により好ましくは 少な（とも１３０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１６０ＭＰａ、更によ り好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２３０ＭＰａ の引張応力に相当すること、 Ｂ）降伏下、補強材Ｂを通過する亀裂がないこと又は、補強材Ｂを通過する微細 亀裂の形態をした引張帯域における損傷の幅が、亀裂幅と補強材Ｂの最小横断径 との間の比が０．１０以下、好ましくは０．０５以下、より好ましくは０．０１ 以下、更により好ましくは０．００４以下、更により好ましくは０．００１以下 であることを条件として１鶴以下、好ましくは０．５ｎ以下、より好ましくは２ ５０−以下、更により好ましくは１００−以下、更により好ましくは２５−以下 、更により好ましくはＩｏｎ以下、更により好ましくは５ｎ以下であることによ って定義されるような歪みの間は一体性を保持して、前記物品の引張荷重容量が 少なくとも７０ＭＰａ、好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、より好ましくは少 なくとも１３０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１６０門Ｐａ、更により 好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２３０ＭＰａの 引張応力に相当すること、 Ｃ）極限荷重下で、前記物品が少なくとも１２０ＭＰａ、好ましくは少なくとも １３０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１６０ＭＰａ、更により好ましく は少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２３０ＭＰａに相当する 引張荷重容量を示すこと、 のうちの少なくとも一つを示す造形品として定義することが上述した本発明の基 礎をなす物理的原理の説明から理解されるように、ＣＲＣ物品は、中に補強材（ Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ、）を含んでなり、前記マトリ、クス （Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化されているベースマトリックス（ Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であって、 主補強材の横断寸法が、前記繊維りの横断寸法より少なくとも５倍大きく、好ま しくは少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも２０倍大きく、又は 少なくとも１００倍までも大きく、 前記物品及び／又は前記マトリックＡ及び／又は前記ベースマトリックスＣが、 どの方向においても次のように定義される高いトリ性、即ち、 １）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの弾性率が、どの方向においても、少なくとも３０．０００ＭＰａ　、好まし くは少なくとも４０．０００ＭＰａ　、より好ましくは少なくとも５０，０００ ＭＰａ　、更により好ましくは少なくとも７０．０００ＭＰａである、及び／又 は、 ２）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの圧縮耐性が、どの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、好ましくは少な くとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、更により好まし くは少なくとも１５０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２００ＭＰａ　、 最も好ましくは少なくとも２５０ＭＰａである、を有し、 前記繊維りが、前記マトリックスＡを基準として、少なくとも２％、好ましくは 少なくとも３％、より好ましくは少なくとも４％、更により好ましくは少なくと も５％、更により好ましくは少なくとも７％、更により好ましくは少なくとも１ ０％、更により好ましくは少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％ の容積濃度で存在し、前記物品の引張帯域における補強材Ｂの容積濃度が、少な くとも５％、好ましくは少なくとも７％、更により好ましくは少な（とも１０％ 、更により好ましくは少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％であ り、前記物品が、次の如く、即ち、 中に補強材が埋め込まれているマトリックス（Ａ）の全容量とバルクのマトリッ クス（Ａ）の全容量との間の比が少なくとも１．２、好ましくは少なくとも１． ５、より好ましくは少なくとも２、更により好ましくは少なくとも３、更により 好ましくは少なくとも５、更により好ましくは少なくとも１０、更により好まし くは少なくとも２０、更により好ましくは少なくとも５０、最も好ましくは少な くとも１００となるように、中に補強材が埋め込まれているマトリックス（Ａ） の全容量がバルクのマトリックス（Ａ）の全容量に関係して増加するよう前記補 強材（Ｂ）の量、形状、配置及び性能が前記マトリックス（Ａ）に適合されてい るもの、 として定義される前記マトリックスの引張歪容量の増加を示す造形品としても定 義することができる。

重重Ｃ１のｐ四工初１旧岨七ｄ（びうｑＬり」卜猷ｌ六Ｊ（υ＝ｒ＋　ｃｖＸ質 。

カムＭ　”！λ策逢之牝す 例１〜４に説明されているＣＲＣ構造体は、実質的に亀裂のない状態で約３〜４ 　ｘ＊のような、降伏までの（及び降伏の開始点での）全容量が非常に大きい。

例えば、請求の範囲第１項において製造されたビームに関する力／撓み曲線を示 している第２７図から明らかなように、ＣＲＣ構造体は、その物品の降伏歪を大 きく超える歪で、大きな荷重を移動することができる。例えば、３０ｋＮの大き な荷重を担持している５０Ｘ５０Ｘ５００　ｍｍのビームの降伏が約５１１の撓 みで開始した後、その撓みは加えられる荷重の実質的な減少が少しもなしに、３ ５ｍ１を超えるところまで確実に増加した。

この大きな変形容量は、綱補強材の降伏容量によるものである。

大きなビームについての荷重試験（例２）も行われたが、これは降伏までの挙動 を研究する目的のためだけのものであった。もしこれらの実験が実質的な降伏（ この特定の実験構成では可能でなかった）まで行われていたら、荷重を維持した まま及び多分わずかに増加さえした状態で、同様な大きな降伏が生じていたであ ろう（剪断において破壊するビームを除いて）。

降伏後に実質上の全容量を得るには、補強材が十分な降伏を示すことができ、且 つ顕著な歪硬化と共にこれを行なうことができることが必要である。

例１における鋼の試験棒は、５００〜５１０の応力で降伏を開始するとすぐさま 棒全体が一定に増加した荷重下で１４０ｎ／ｍ（１４％）変形し、その後６１０ ＭＰａの応力で破壊した。言い換えれば、綱は増加している荷重下で大きな降伏 を示した。

歪硬化下における主補強材のこのような大きな降伏は、ＣＲＣ構造体において同 様の引張歪及び降伏を達成するための手段を提供するものである。マトリックス を、ＣＲＣ構造体の特徴であるような高密配置した補強材にしっかりと固定する ことによって、このマトリックスは、主補強材の大きな歪に追従することができ 且つ５０〜１５０ｗ／ｍの歪においてさえ実質的に一体性を維持することができ る。

この降伏歪の挙動は次のものにより強化される。

１）マトリックスに延性を付与することを含むマトリックスへの主補強材の強固 な固定を生み出す手段、言い換えれば、あまり太くない主補強材を使用すること を含む局部脆性数を減少する手段。

２）歪が容積の大きな部分にわたって分布するように、顕著な歪硬化を示す鋼を 使用すること〔例１においては、最大応力を加えた容積が負荷の様式のためかな り小さかったので、（単独の集中力のため非常に局部的に最大応力を生じた）こ の効果はそれほど顕著ではなかった〕。

従って、本発明は、中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を 含んでなり、前記マトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化さ れているベースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であっ て・ 主補強材の横断寸法が、前記繊維りの横断寸法より少なくとも５倍大きく、好ま しくは少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも２０倍大きく、又は 少なくとも１００倍までも大きく、 前記物品及び／又は前記マドリンクＡ及び／又は前記ベースマトリックスＣが、 どの方向においても、次のように定義されるように大きい剛性を有し、即ち、１ ）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックスＣ の弾性率が、降伏前のどの方向においても、少なくとも３０，０００ＭＰａ　、 好ましくは少なくとも４０．０００ＭＰａ　、より好ましくは少なくとも５０． ０００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも７０．０００ＭＰａであり、及び ／又は、 ２）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの圧縮耐性が、降伏前のどの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、好まし くは少なくとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、更によ り好ましくは少なくとも１５０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２００？ ＩＰａ、最も好ましくは少なくとも２５０ＭＰａであり、 前記繊維りが、前記マトリックスＡを基準として、少なくとも４％、好ましくは 少なくとも５％、より好ましくは少なくとも７％、更により好ましくは少なくと も１０％、更により好ましくは少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２ ０％の容積濃度で存在し、 前記物品の引張帯域における補強材Ｂの容積？温度が、少なくとも５％、好まし くは少なくとも７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましく は少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％であり、当該降伏までの 負荷の過程の間に加えられた最大荷重の少なくとも５０％、好ましくは少なくと も７０％、より好ましくは少なくとも８０％、最も好ましくは少なくとも９０％ の荷重容量を維持した状態での前記物品の降伏歪が、少なくともｌＱｍ／ｍ、好 ましくは少なくとも２０ｍ／ｍ、より好ましくは少なくとも３０ｍｍ／ｍ、更に より好ましくは少なくとも５０ｍ／ｍ、更により好ましくは少なくとも７（ｌｕ ＊／ｍ、更により好ましくは少なくとも１００１１ｍ／ｍ、更により好ましくは 少なくとも１５０ｍｍ／ｍ、最も好ましくは少なくとも２００１１／ｍである造 形品としても定義することができる。

例えば、第２７図において、加えられた最大荷重は１０１１の撓みで３０ｋＮを ほんの少し超えたところである荷重であるように思われ、またビームは、３５１ １を超える撓みまでの負荷の間（その後、この実験を停止した）、この値の少な くとも９０％の荷重容量を保持した。

見立よ！」Ｊコじわ匁Ｎ肪ｑ　−庁の、　、　艷轟盗農タＪ鬼１−ｕｈ令力亙 本発明は、剛いベースマトリックス材料Ｃの極めて高度の繊維強化及び極めて高 濃度の主補強材の組合わせに言及することによっても定義することができる。従 って、本発明は、中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含 んでなり、前記マトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体ＣＤ）で強化され ているベースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であって 、主補強材の横断寸法が、前記繊１１Ｄの横断寸法より少なくとも５倍大きく、 好ましくは少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも２０倍大きく、 又は少なくとも１００倍までも大きく、 前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックスＣが 、どの方向においても、次のように定義される大きな剛性を有し、即ち、 １）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの弾性率が、どの方向においても、少なくとも３０，０００ＭＰａ　、好まし くは少なくとも４０．０００ＭＰａ　、より好ましくは少なくとも５０．０００ ＭＰａ　、更により好ましくは少なくとも７０．０００ＭＰａであり、及び／又 は、 ２）前記物品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は前記ベースマトリックス Ｃの圧縮耐性が、どの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、好ましくは少な くとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ　、更により好ま しくは少なくとも１５０ＭＰａ、更により好ましくは少な（とも２００ＭＰａ　 、最も好ましくは少なくとも２５０ＭＰａであり、前記繊維りが、前記マトリッ クスＡを基準として、少なくとも４％、好ましくは少なくとも５％、より好まし くは少なくとも７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましく は少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％の容積濃度で存在し、 前記物品の引張帯域における補強材Ｂの容積濃度が、少なくとも５％、好ましく は少なくとも７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは 少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％である造形品としても定義 することができる。

」１αｑ合 補強材の形状及びマトリックスの成分の配合に関しては、ＣＲＣは非常に広範囲 に及ぶ。顕著な効果を有するＣＲＣと、大部分同様の構成及び同様の配合を利用 している思われるかもしれない公知技術の現象との差異を明確にするのに欠くこ とのできないのは、成分間の相互作用である。

−例として、下記の表に、同程度の歪硬化を示す（モデルＩ及びＨによる）繊維 強化材を含有する２種類のマトリックス構造体を示す。

組み合わせＩは、４　ｍｍ以下の砂粒と６　ｖｎａ　×０．１５＊ｍＦＪ繊維を 含有するマトリックスに基づ（ことができ、一方、組み合わせ■は、単一セメン ト／ミクロシリカ及びガラスのミクロファイバー（長さ０．４　ｗＩ及び直径１ ０−）に基づくことができ繊維強化マトリックスエは、直径約５〜２５璽ｌ（繊 維の長さに合わせた）の主補強材を含有するＣＲＣにおけるマトリックスとして 特に適しており、一方、マトリックス■は、直径約０．３〜１．５ｍｍの主補強 材を含有するもっときめの細がなＣＲＣ構造体に特に通している。

ミクロファイバーを含有するマトリックス■を直径約５〜２５の粗い主補強材を 有する系のマトリックスとして使用するのは、主補強材の固定に関連する延性の 点で、マトリックスＩの使用はどで好ましくないであろう。

明らかに、同程度のマトリックス歪硬化及びほぼ同様のマトリックスの引張強度 が得られるであろうが、繊維強化マトリックスの亀裂帯域変形（Δ）及び破壊エ ネルギー（Ｇ）はマトリックスエについての対応する値の約１７１５が期待され るに過ぎないであろう。

しかしながら、これにもかかわらず、粗い補強材との組み合わせにおいて、極め て微細な繊維を非常に効果的に利用することができる場合がある。従って、本発 明の重要な態様として、ミクロファイバーに基づくマトリックス材料を、二形態 （ｂｉ−＋ｗｏｄａｌ）　（又は多形態（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄａｌ）　）　Ｌ” Ａ維系を形成することにより、粗い主補強材を含有する系において非常に効果的 に利用してもよい。

例えば、ミクロガラス繊維強化マトリックス■を、二形態繊維を主成分とするマ トリックス（ＩＩＩ）において直径０．３　ｍｍ及び長さ１２ｍｍを有するチョ ツプドスチールファイバー６％と組み合わせ、その後、直径約１６〜２５ＭＭの 主補強材とともに使用することができよう。

単一のセメント／シリカ結合材に基づく二形態繊維強化マトリックス■は、粗砂 と唯一種類の繊維成分（６ｍｌ　Ｘ　０．１５ｎ８繊維）を含有するマトリック スＩとは下記の特性を示す点で異なっている。

１、全容量がより大きい。

２、　引張強度がより大きい。

３、亀裂帯域変形がかなり大きい。

４、破壊エネルギーがかなり大きい。

従って、これらの点に関して、二形態繊維強化マトリックス■は、マトリックス Ｉより利点がある。しかしながら、他の一定の点においては、マトリックスＩが 、特定の目的のために好ましい場合がある。例えば、マトリックス■は通常高弾 性率を有しており、マトリックスＩに、例えばＡｈＯｉに冨む２〜４１１の砂粒 の形態で、耐摩耗性硬質粒子等の他の機能成分より容易に配合することができる 。

従って、可能な組み合わせが多数であることから、配合のみにより本発明を明確 に定義することは通常可能ではない。

又、表面の物理特性の必要な相互適合性（例えば、マトリックス中の分散剤、微 粒子、繊維等の間の）及び造形品の製造法がこのような配合の定義からは明らか でないので、別の観点からも、このような配合の定義は十分ではなかろう。

しかしながら、下記に、材料に関する配合及び補強材の配置に関する処方を開示 する。これらの配合及び処方は、それ自体及び組み合わせにおいて新規であり、 且つ本明細書において説明されおり及び国際特許公開−０８０／　００９５９号 、国際特許公開−０８１／　０３１７０号及びオタワ論文から公知であるような 、強固なセメント／ミクロシリカマトリックスを製造する適切な方法にしたがっ てこれらの配合を利用して製造した物品は独特の機能特性を有する有益なＣＲＣ 構遺体となるので、それらのみで有益な発明を構成するものと信じられる。

１、棒鋼等の４〜２５ｍの横断寸法（直径）を有する棒からなる補強材５〜４０ 容量％を含有するＣＲＣであって、前記棒がケイ砂又はＡ１□０３に冨む砂等の 最大粒径ＩＱｍｍの砂及び石２０〜６０容積％、鋼繊維等の長さ２〜１２ｍｍで 直径（最小横断寸法）５０〜４００μの繊維４〜２０容積％、及び結合材形成材 料２０〜７６容積％を用いて作られた繊維強化マトリックスに埋め込まれており 、そして前記結合材形成材料が下記の材料より作られたものであるＣＲＣ。

・水溶性高分子を任意に含有する水　２０〜ｂ・ポルトランドセメント、アルミ ナセメント、スラグセメント等のセメント　２５〜７５容積％・粒子の大きさが ２〜１０８の不活性粉末　Ｏ〜３ｏ容積％ ・約２００，０００〜２３０，０００ｃｒＡ／　ｇの表面積ＣＢＥＴ）を有する 超微粉シリカ等の、粒度が５０人〜０．５−の範囲の超微粉末　５〜ｂ・コンク リート高性能減水剤〔例えば、マイティ（門ｉｇｈｔｙ））　０．５〜４容積％ 上記の配合において、上記の範囲から選択される特定の値は、本明細書において 説明されているＣＲＣの原理にしたがって選択しなければならない。従って、粗 い主補強材（例えば、直径２０〜２５１）を大きな繊維（例えば、８〜１２ｍｍ ）と組み合わせることが好ましく、又、高容積濃度の繊維（例えば、１０〜２０ 容積％）を低繊維長／直径比（例えば、１／２０〜１／１０）と組み合わせるこ とも好ましい。例えば、例１のビームは、直径８１１の強化棒約１２容積％（補 強材の容積濃度はビームの５０ｘ５０ｍｍの総断面のうちの５０　Ｘ　２５　ｍ として定められる引張帯域における３本の棒についてである）を用いて製造され 、その繊維強化マトリックスは石英粗粒砂（最大径４劾”）　４４．６％、微細 な鋼繊維（０，１５菖、ｘ５璽ｍ）５．８％及び結合材４９．６％を用いて製造 され、この結合材は平均粒度１０μのセメン）４７．６％、平均粒度０．１〜０ ．２庫の超微粒シリカ１６．１％、水３３．７％、及びコンクリート高性能減水 剤２．８％から製造されたものである。

２、　セメント及び超微細繊維を微細な主補強材とともに主成分とした他の特定 種類のＣＲＣは、次の配合により製造することができる。

例えば鋼から製造された連続ワイヤ又はチョフブトワイヤ等の横断寸法（直径） ０．２〜５　＋ｎの補強材５〜４０％を含有するＣＲＣであって、前記補強材が 長さ２０７７Ｉ１１から５■まで及び横断寸法が少なくとも０．５角から２００ 源までの繊維４〜２０％、最大粒度１■の微粒砂、及び結合材形成材料３０〜９ ６％から作られた微細繊維強化マトリックスに埋め込まれておリ、前記結合材形 成材料が下記の材料より作られたものであるＣＲＣ。

・水溶性高分子を任意に含有する水　２０〜５０容積％・ポルトランドセメント 、アルミナセメント、スラグセメント等のセメント　１０〜７５容積％・微細な マトリックス粒子（２〜１０卿）　Ｏ〜３０容積％・超微粒シリカ等の超微粉末 （５０人〜　５〜４０容積％０．５ｐ）（上記参照） ・コンクリート高性能減少剤等の分散剤（粉末）０．５〜４容積％ コンパクト　ヒ　告　を匍し告する ＣＲＣ構造体がしばしば非常に高密度であるとともにマトリックス（Ａ）（繊維 、大粒子、超微粒子等を含んでなる）の内部構造が複雑であるという事実、及び 補強材がしばしばそれ自体複雑な特性を有する（複雑な幾何学的配置での多量の 補強材）という事実とが組み合わさるため、成分を互いに正確な位置に配置する 工程の一部が極めて重要になる。

原則として、成分は、次のような種々の方法により最終的な位置に配置すること ができる。

１）主補強材（Ｂ）を固定位置に配置し、その後、マトリックス材料（Ａ）を加 える。

２）主補強材（Ｂ）とマトリックス材料（Ａ、）とを組み合わせ、組み合わせた 構造体を所望の最終位置に配置する。

３）マトリックス材料（Ａ）を最終位置に配置し、そして補強材（Ｂ）をマトリ ックス材料に組み込む。

４）固体成分（マトリックス材料（Ａ）の固体部分及び補強材（Ｂ））を所望の 位置に配置し、そして流体又は液体相を、例えば溶融液（例えば、金属又はプラ スチック）の浸透又は現場で重合するモノマーの浸透により配合する。

ソフトキャスティング、押し出し成形、加圧又は真空補助射出成形等この技術分 野において公知の種々の原理をこれらのために使用することができる。しかしな がら、成分の配置が高密なため、従来のものより優れた処理技術（必ずしも新規 な単−法でなく、往々にしてそのような方法の新規な組み合わせ）を使用するこ とがしばしば必要又は望ましい。

次に開示するしばしば非常に小さな大きさの粒子や繊維等を所望の構成、しばし ば非常に密で均一な構造、に配置するための処理技術のいくつかは、それ自体新 規であり、それだけで本発明の態様を構成する。

これらの技術は、１）高密充填の原理及び２）任意に機械的振動を組み合わせた 粘性処理の原理に基づいている。これらの原理を次の節に述べる。

血１ｉＪ−■遼埋 繊維を配合した粒子系を含めて微粒子系の高密充填の達成は、粒子の形状及び繊 維の適当な選択、その系における粒子及び繊維の配置に関連する運動学、及び粒 子又は繊維の動きをそれらを配置する間に相互に妨害する固定表面力（ｌｏｃｋ ｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ　ｆｏｒｃｅ）の克服にかかっていることは公知であり、 且つ文献によく記載されている。しかしながら、液体分散体から高密充填粒子系 分得ゐことについてのいくつかの重要な原理を下記に述べる。特に、微粒子（本 明細書の例においてはセメント粒子）及びこれらの微粒子間に均一に分布した超 微粒子（本明細書の例においてはミクロシリカ粒子）からなる高密充填結合材に 基づく、本明細書の例で使用されている特定で且つ非常に有効な系について説明 する。

粒度の選択に関しては、例えば、１０〜２０声の緻密な形態の微粒子等の高置充 填粒子フラクションを、系におけるこのフラクションと、より小さい粒子及びよ り大きな粒子との間の粒度のかなりの差を保つことにより、希釈しないように防 がなければならない。従って、例えば、本明細書の例において使用される超強度 セメントに基づく材料においては、一方では比較的粗い砂粒を使用し、他方では セメントの最も微細なフラクションよりもかなり細かい超微細ミクロシリカ粒子 を使用することによって、粒度差（より大きな及びより小さな大きさの両方に関 して）により強度付与セメント粒子の高密充填を守った。

特定成分と同じ大きさの他の粒子又は繊維、例えば、直径１０〜２０ｎのガラス 繊維を使用する場合、これらの粒子又は繊維の表面で生じるセメントフラクショ ンの比較的大きな希釈は、それに相当するだけの大きな割合でより小さいフラク ション（例えば０．５　ｔｍ未溝の大きさの超微粒子）を添加することにより相 殺することが可能である。

これらの原理が例１に示されている。即ち、約１０踊のセメント粒子を、一方の 側ではかなり粗い砂（２００−未満の物質を非常に少量有する）及び他方の側で はミクロシリカ（０，５−を超える物質を非常に少量有する）で「保護」した。

繊維強化マトリックス中の大きな物体〔例えば、６１１の繊維及び４１ｍの砂（ 例１〜４及び例６参照）〕も主補強材及び型の境界に干渉し、それにより、壁効 果及び障壁効果を住しる。（ここで、壁効果とは、粒子がバルクにおけるよりも 表面の直ぐ近くでよりゆるく充填されることであり、一方、障壁効果とは、大き な粒子間の狭い帯域において小粒子が入り込む空間がないことを意味する。）主 補強材の大きさと最も大きなマトリックス物体の大きさとの間の比が小さいほど 、また補強材濃度が大きいほど、壁効果及び障壁効果が大きい。

強化マトリックス中の大きな物体と主補強材又は境界との間の壁効果及び障壁効 果は、バルクで製造された場合に存在しうるちのに関して強化マトリックスの粗 い物体の量を減少させることによって相殺することができる。

例１〜７において、結果として得られる強化用構造体が非常に緻密となるように 、非常に緻密なマトリックス材料（Ａ）を製造し、多量の強化用ビームと共に高 密最終構造体に配置した。マトリックス（Ａ）は、粗大なケイ砂（４１以下）、 鋼繊維（６ｍｍＸ０．１５１ｍ）　６容量％、及び結合剤であった。この結合剤 はセメント及びミクロシリカ（平均粒度約０．１μ）、そして水及び分散剤から なるものであった。構造体全体は、非常に小さな粒子間の空間が液体で完全に満 たされていることによって特徴づけられ、非常に緻密であった。液体の量は極め て少な（、結合剤（セメント＋シリカ十液体）に対して３６．４容積％に相当す るものであった。これは、通常のコンクリート技術で得られる空隙率の半分から ２／３までの間の値よりも少ない。次に、この高密繊維強化マトリックスを、高 密配置した主補強材物体間に配置し、主補強材間の空間を完全に満たした。次の 手段によって非常に緻密な構造体が得られた。その手段とは、すなわち、１）微 粒系（セメント、ミクロシリカ）においても粒度差をもうけた、充分に範囲を限 定した粒子系とすること、そして、２）効果的な分散剤及び特定の処理技術（振 動下における注型）を用いてこの幾何学的配置を得るのを可能にすること、であ った。これらの手段について以下説明する。

マトリックス材料（Ａ）に小粒子を高密且つ均一に充填して配置する際の最も大 きな困難はしばしば、隣接粒子を連結し、かくして均−及び高密充填を達成する のに欠くことのできない混合及び造形中の相互移動を妨害する表面力にある。

上記の状況は、非常に小さな粒子を有する系にとって特に重要である。これは、 隣接粒子間の固定表面力から生じる内部一体性は、一体性が粒度に反比例するの で粒度の減少ともに増加するためである。従って、粒度０．０１−のサブミクロ ン粒子を有する粒子系の混合及び造形に対する一体抵抗（ｃｏｈｅｓｉｖｅ　ｒ ｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、粒度１０／ｌＷ＋のミクロン粒子から構成した幾何学 的に同様の形状の粒子系の場合より１，０００倍大きく、また対応するミリメー トルの大きさの系（ｄ＝１ｍｍ）の場合よりｉｏｏ、ｏｏｏ倍大きい。

表面力が圧縮した粒子系の密度に及ぼす影響を第１３図における「マスターグラ フ」に示す。即ち、第１３図には、粒子状物質の密度を、次式に示す無次元圧縮 圧力の関数として示しである。

ｄ 但し、ｐは圧縮圧力、ｄは粒度、そしてＴは粒子間表面張力である。帯域１にお いては、外部圧縮に対して材料を一緒に保つ表面力が支配的である。ここでは、 降伏又は圧縮がない。

帯域２においては、内部降伏が無次元圧力の増加とともにより密な充填に向って 起こるように、外部荷重と内部一体性がバランスしている。帯域３においては、 粒子間の表面角以上に外部荷重が支配的になる。適当な粒子形状が効果的に利用 されうるのは、第１３図において単一曲線ではなく範囲４として示したこの帯域 のみである。

機械的影響（圧力、剪断等）及び内部抵抗の減少（固定表面力を減少させること や、粒子の直接の接触を妨害する、立体障害、電気拡散二重層等の障壁を作るこ とによる）の組み合わせによって、固定効果（ｌｏｃｋｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ） を克服することができる。

この節において、どのようにこれらの手段が一緒に評価されるかを、一つの式に まとめた両方の態様を含むモデルを提示することより示す。これにより、任意の 大きさの粒子の系の挙動を、一つの特定の系の挙動に関する知識から予測するこ とができる。

これは、例えば、例１〜７におけるＣＲＣ系に関する経験を、他の超微粒子に基 づ＜　ＣＲＣ構造体、例えば、特にＣＲＣ構遺体を有するファインセラミックス 等に応用するに関しても欠くことができない０表面力により一緒に保持された緊 密で球状の粒子の場合、点接触している２個の粒子を分離しあるいは相互滑動を 行なうのに必要な力は、次式に示すように、粒子の寸法（ｄ）及び表面張力（Ｔ ）に比例する。

Ｆ＝ｄ　ｒ 表面張力（又はエネルギー）Ｔは、１）メニスカスにより凝集力（ｃｏｈｅｓｉ ｏｎ）が生じる場合、液体のメニスカスと周囲の流体（通常空気）との間の表面 張力、又は、２）平面に平行な面を接触面から無限大の距離に除去することによ り一単位面積の新しい表面を生じさせるのに必要とする仕事として定義される。

分離及び滑動抵抗が転勤抵抗より優位である仮定すると、粉末の降伏応力（粒子 に作用している力を粒子の面積で割って得られる値に比例する）は、次式、すな わち、ｐ３γｄ−１ （但し、ｐは加えられた造形応力）として、あるいは無次元として、又は、歪速 度に）及び流体プロセスマトリックス（η１）の観点からは、 として表わすことができ、ここで定数は、粒子系の形状寸法（相対粒度、形状及 び配置）の関数である。

量ｐｄ／γ　（又はηｔ　ｄ　／　７　）は、外部応力（ｐ）が内部凝集力（Ｔ ／ｄ）を克服することができる程度に関する尺度である。

表面力を受けた超微粒子は、穏やかな外部圧力下で造形を行なう場合、典型的に 非常にすき間があり且つ凝集した構造体に充填される。これは、非常に低い無次 元造形応力場ｐｄ／Ｔを有する粒子系の造形の場合であり、対応して低い粒子濃 度と強固な凝集を生じる。

このことが、種々の程度の密度を示している第１３図（上記で説明した）及び種 々の程度の分散を示した第１４図に示されている。

第１４図は、粘土η、を有する粘性流体に埋め込まれた表面力（Ｔ）により相互 に引かれている粒子の系に関する、応力と歪速度；とのグラフ１を示している。

Ｘ軸は無次元の歪速度であり、Ｙ軸は無次元の応力である。ｐは加えられた応力 （剪断）であり、ｄは粒度である。グラフ２は、ニュートン流れを示す系の理論 的挙動を示している。Ａ−Ｄの順序は、グラフ１の隣接部分に相当し、顕著な固 体の挙動（Ａ）より、塑性から粘性までの挙動（Ｂ−Ｃ）を経て、完全な粘性挙 動（Ｄ）への転移を示している。

第１４図のグラフは、幾何学的に同様の形状の粒子構造を有する系に関するマス ターグラフである。より高密な充填及びより効率的な分散は、１）造形応力（ｐ ＝；η）を高めること、２）例えば、界面活性剤により表面力を減少させること 、又は、３）より大きな粒子を選択ことにより達成できる。

ｐｄ／Ｔ値が非常に大きい場合、表面力の影響が実質上克服される。このような 場合としては、例えば、弱い引きつけ表面力の影響下点接触している大きな粒子 から構成されているほとんどの系が挙げられる（例えば、積み重ねられた石）。

ここで、粒子の充填は、主に粒子の形状寸法、粒子の摩擦及び造形を行う方法に 関する事柄である。

極めて強固で且つ緻密な粒子に基づく材料を製造するには、高密充填して配置し た非常に微細な粒子が必要である。

従って、非常に低い粒子／粒子界面張力（γ）を確実に得る手段を得ることが不 可欠である。これは、超微粒子の選択、それらの製造、及び更に取扱い方法、並 びに、界面活性剤又はｐＨ調整剤等の添加剤の配合を含む造形流体の選択及び適 合と大いに関連がある。

上述したように、セメント粒子間に均一に分布した直径０、　Ｉ　ｎの５ｉ０２ 粒子（ミクロシリカ）が高含量で含有され且つ多量の微細繊維を含有する、通常 きわめて困難な非常に微細な粒子下部構造の系が、例１〜７において極めて高密 に配置された。これは、上述したそれぞれの粒度の適当な選択により、またこの 系の固体と液体の組み合わせに効果的な分散剤を効果的な量において使用するこ とによりなされたものである。

処理 粒子及び繊維の高密且つ均一な配置を達成するには、表面力を克服することだけ では充分でない。即ち、粒子、繊維等の必要な内部移動を保証することも必要で ある。これは、内部及び外部構造が複雑であればあるほどますます困難になる。

従って、粒子及び繊維を含んでなる液体含有素材の混合及び注型（ｃａｓｔｉｎ ｇ）による適当なマトリックスＡの造成には、しばしば高度のプロセス動力学が 必要である。この系における粒子の良好な内部移動は、注型素材に実質的に粘性 の挙動を付与して（これは適当な粘度を有する粘性流体に粒子を埋め込むことに より達成されよう）、処理（混合又は注型等）の間、注型素材全体にわたって応 力場及び変形基をかなり均一にすることによって促進されよう。これに関連して 、「流体」なる用語は、単に液体そのものだけでなく、液体相に分散した粒子か らなる懸濁液である流体系、例えば、より大きな粒子（セメント、砂等）に関す る水／ミクロシリカ系又は砂粒及び繊維に関する水／セメント／ミクロシリカ系 のようなものにも当てはまる。

レオロジー的見地から、次の用件を満足することが好ましい。

ｌ）粘度に支配されている抵抗は、好ましくは一体抵抗（ｃｏｈｅｓｉｖｅ　ｒ ｅｓｉｓｔａｎｃｅ）より優位にあるべきである。これは、変形が局部的な流動 帯域に限定されること及び容積全体に均。

−に分布しないことを避けるためである。

２）粘度に支配されている抵抗は、流れの摩擦ブロッキングを避けるために、好 ましくは摩擦抵抗（即ち、常圧で生じる剪断抵抗）より優位にあるべきである。

３）更に、不必要に、高い機械的造形力を生じてはならないので、粘度は不必要 に高くあってはならない。

以下、流体の望ましい性質及び挙動を説明する。

五ピに体−系。

微細粒子及び超微粒子を含有する系の場合、粒子間の固定表面力は、総一体抵抗 （ｔｏｔａｌ　ｃｏｈｅｓｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）に有意に寄与する。

幾何学的に同様の形状の粒子系（上記説明参照）に関する一体抵抗への表面力の 寄与率は、表面力（表面張力Ｔ）に比例し且つ粒度（ｄ）に反比例する。

従って、粘性抵抗が粒子に生じた一体性（ｃｏｈｅｓ　１ｏｎ）より優位である ためには、下記の条件を満足することが必要である。

このことは、粒子間表面張力（γ）を有する所定の粒子系（特性粒度ｄ）が所定 の歪速度に）で造形されるには、流体マトリックスの粘度に関して次の要件を満 足しなければならないことを意味している。

この式は、造形用マトリックスの粘度は、粒度に反比例して増加しなければなら ないという重要な新規な認、識を示している。

第１４図に示すようなマスターグラフにより、とりわけ、より大きな粒子（例え ば、平均粒度５ｒ−ｑｎ）を有する系についての経験を基礎として、サブミクロ ン粒子系（例えば、平均粒度０．０５ｍ）に関する組成（流体の選択）及び造形 条件を設計することが可能になる。粒子の形／大きさ分布と容積１度が実質的に 同一であると仮定すると、同程度の流体挙動を達成するための要件 を満足するには、粘度が１００倍大きい流体、１００倍速い造形速度、表面張力 が１　／１００まで減少すること、又はこれらのパラメータのいくつかの相当す る変化が必要である。

従って、造形中の粘性抵抗と一体抵抗との間の比を同じにするためには、０゜１ １ｍ１の粒子系の粘度は、幾何学的に同様の形状をした１０ｐの粒子系の場合よ り１００倍大きくなければその結果、造形応力（ｐ　＝　；　ｘη）は、小粒子 系では、それに対応して１００倍大きくなければならない。

又、上記の式は、粒子／粒子表面張力（γ）の減少により、粘度に関する要件が （及びその結果造形応力に関する要件も）緩和されることを示す。従って、粒子 ／粒子表面張力を低下することのできるマトリックス（即ち、分散剤として機能 するマトリックス）を使用することは、系のレオロジーを改善するための一つの 重要な方法である。実際に、サブミクロン粒子に基づく系の場合、はとんど全て の場合において、流体も効率的な分散剤として機能することが必要とされる。内 部気液界面から固定表面力を除去するためには、流体が気孔空間を完全に満たす ことが重要である。

粘土」１」系 ＣＲＣ構造体は、とりわけ、流れを妨げる傾向がある摩擦力を克服しなければな らない中〜高圧下の造形〔押し出し又は加圧注型（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃａｓｔ ｉｎｇ）等〕により製造してもよい。

これは、系を実質的な粘性挙動とすることにより都合よ（達成される。支配的で ある内部抵抗が固体粒子間の摩擦によるものである、即ち、標準圧縮荷重（応力 ｐ）により生じる剪断（τ）に対する抵抗が、次式に従うような系においては、 τ＝μｐ （但し、μは摩擦係数）、粘性を支配的とするために、粘性抵抗に関する次の要 件が適用される。

μ　ｐ このことが第１５図に示されている。即ち、第１５図は、剪断力に対して垂直に 作用している法線応力ｐに相当する圧縮下にある間に剪断を受けた粒子／流体系 の流動挙動（グラフ１）を示している。流れに対する抵抗は、摩擦力及び粘性力 によって支配される。Ａでは、顕著な摩擦挙動がある（乾燥粉末のそれのような ）。剪断速度と流体粘度との積を法線応力ｐで割ることにより得られる値が増加 すると、流れはますます粘性になる（流体のように）（Ｂ）。矢印Ｆ及びＶは、 それぞれ、増加する摩擦挙動及び増加する粘性挙動を示している。グラフ２は、 理想的ニュートン流動を示す流体の挙動を示している。

このことは、造形マトリックスの粘度は、１）摩擦係数が大きいほど大きくなけ ればならず、２）拘束圧力（ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ）　ｐが大き いほど大きくなければならず、且つ、３）剪断速度が小さいほど大きくなければ ならないことを意味している。

粘度の大きさに関する要件の他に、造形プロセスは摩擦係数を減少することによ っても促進されるということが分るであろう。従って、ある場合には、潤滑添加 剤を使用するか又はそれ自体が潤滑剤として作用する造形マトリックスを使用す ることが望ましい。

本明細書の例においては、粘性抵抗が支配的である系を、高容積のミクロシリカ 粒子を配合し且つ水／（セメント＋ミクロシリカ）重量比が０．１８に相当する 非常に少量の水を使用して調製した。この系においては、表面力を上記した効果 的な量の効果的な界面活性剤を使用してなくし、ミクロシリカも摩擦の減少に寄 与した。この系には、２容積％、４容積％、そして６容積％までの微細繊維さえ も配合された。上記で示したように、この量は、通常のコンクリートで実施した 場合に可能であろう量の２〜４倍以上である。通常のコンクリートで実施する場 合には、流動性を得るために２〜３倍量の水を添加していた。しかしながら、こ のような系では、粘度の低い流体を含有する系となってしまい、従って、上記の ような多量の繊維を配合することの出来ない高摩擦抵抗を有する粉末／流体系と なろう。

例６に、材料の粘性流動挙動が、非常に高密に配置した棒（２７容積％）間への 注型に関連して示されている。

振動処理 ＣＲＣは通常粒子系と高密充填により成り立っているので、所望の高密且つ均一 な配置を達成するために、振動処理はしばしば欠くことができない。

ＣＲＣの製造に関連して、振動処理は、典型的には主補強材を非常に高密に配置 するとともに、幾何学的に複雑な条件下で粒子及び繊維の非常に高い充填密度の 達成に重要な役割を果たす。

振動は、混合及び注型に関連して粘性流動を促進するのに使用することができ、 このため、通常の製造の実施におけるよりかなり高い粒子濃度でこれらの操作を 行うことが可能となる。

重量のある主補強材の場合、材料と主補強材との間の滑動による大きな減衰があ ろうため、物体深く振動負荷を伝達するのが困難と思われるかもしれない。しか しながら、例６においてなされるように、振動応力を伝達するために剛い補強材 を使用することによって、重量のある補強材の明らかな欠点を明白な利点に変え ることができる。このことは、補強材にかけられた振動がこれに隣接するコンク リートの分離を生してしまう、鉄筋コンクリートにおける通常の実施とは相反し ている。しかしながら、高粘性系、特に微細繊維を高含量で含有する系において は、実際に何ら分離を生じない。

補強材を介した振動によって可能となった特定のＢ様は、高周波振動の使用であ る。高周波振動では、粘性素材中において大きな減衰が起きないように、振動源 からの距離が短いことが必要である。このため、例６においては、振動する補強 材からの距離は、厚み１２０ｍｍの試験片の注型中は最大でも約８〜１０１ｍで あった。

又、振動によりあるいは、特定態様においては、振動と加圧を組み合わせること により混合を加えてもよい。小粒子と少量の液体の系は、この系が完全に飽和さ れていない場合液体メニスカス表面力によりすき間のある構造体に固定されるの で、この方法は非常に微細な粒子と高濃度の系において特に重要である。

朋途 本明細書から明らかなように、ＣＲＣは下記の特徴を有する全（新規な種類の複 合材料である。

１）独特の機械的特性（高強度、高剛性及び高延性を併せ持つ）を有するととも に極端な環境条件下（広い温度範囲にわたる、非常に摩耗し易い条件下、厳しい 化学的条件下等）で機能することができる。

２）例えば、特定の補強材、保護成分又は機能性成分を適切な位置に配置するこ とによる等、構造体全体の設計及び材料の設計を適当に組み合わせることにより 、特定の要件を満足するように特に設計するための独特の可能性がある。

３）典型的には、従来の成分（補強棒、繊維、セメント等）から基本的に簡単な 方法でもって（振動下における、補強構造体の構成、混合、注型等）、通常量も 穏やかな物理的又は化学的要件（周囲温度、化学的環境等）により室温で、且つ 、通常健康上の危険を生じないかそれがほんのわずかである材料及び方法（通常 水に基づく液体、健康上の危険の少ない粉末、常温、ゆっくり動く機械部品、コ ンクリート産業において普通であるのと同程度か又はそれより低いレベルの騒音 問題）を用いて製造される。

従って、ＣＲＣは、鋼、プラスチック及びコンクリートがそうであったように、 それ自体で広範囲の用途があると予想される。

ＣＲＣは、いくぶんかは、ＣＲＣ板又はビーム等の単一のＣＲＣ部材又は構造体 として使用してもよいが、多くの場合、ＣＲＣは大きな機械部品（例えば、歯車 箱、重量のある船部品、プラスチックないしはゴムの大きな部材を注型するため の型、又は金属パネル等を造形するためのプレス工具）作製するため等の他の構 造又は機能要素を含有する部材又は構造体の主要部分となるか、又はＣＲＣは非 常に大きな集中した荷重を移動するため重要な位置に配置される構造体全体のう ちの小部分を構成してもよい（鋼又はコンクリートの大きな。

橋における接合部及び支持板、プレストレストコンクリートにおけるプレストレ ス節用固定帯域、大きな曲げモーメントを移動するための綱又はコンクリートの フレームのコーナー等）。

皿■匿 典型的なＣＲＣ構造体において、最も歪む表面層が、通常、マトリックスにおい て最も亀裂を形成し易い構造体の部分である。

これは次の理由による。

１）この帯域がしばしば最も歪む。

２）補強材の亀裂停止効果は、ａ）補強材の表面の近く、及び、ｂ）２〜３個の 棒間の空間におけるよりも小さい。

３）境界では繊維濃度がより低いためマトリックス繊維の強化効果はより小さい （例えば、６１１の繊維を使用した本明細書の例の材料における１ｎの最外帯域 は実際のところ全く補強材を含有していなかった）。

これらの事実は、１）特にどの程度亀裂が物体内に入り込んでいるかについての 推定に間して、目に見える表面亀裂の種類を解明すること（例えば、亀裂が補強 材を通過しているかどうか）、及び、２）保護表面としての表面自体の性能（例 えば、化学的及び機械的攻撃に対しての）に関して重要である。

この表面が木来弱いことと、亀裂の伝播に対するＣＲＣ構造体の独特の耐性が合 わさった結果、ＣＲＣ構造体は表面亀裂及び長い表面亀裂さえも示す場合がある が、これらは主補強材を通過せず、これらの亀裂は主補強材の外側の最外層にの み生じる。

このことは、補強材が亀裂を停止させることが出来ない従来の鉄筋コンクリート において通常起こることとは、大きく相反している。

多くの場合、構造体の表面性能が重要であり、ＣＲＣ表面の微細な亀裂でさえ許 容できなかったり、最外層に特殊な化学的構造が必要である場合がある。

ＣＲＣの製造方法に関する多数の可能性及びＣＲＣ表面の後処理の可能性ととも に、ＣＲＣ構造体の表面特性を改善することのできる多くの方法がある。

１）ＣＲＣ部材に、十分な柔軟性及び所望の化学的構造を有する表面フィルム又 は表面層を設けることができる。これは、注型前にこのフィルム又は層を予め配 置するか、又は表面フィルム又は層を固体ＣＲＣ材料表面に、例えば接着、電気 めっき、プラズマ溶射等により固定することによって行うことができる。

２）微細な繊維メソシュ、例えば、直径１０〜１００卿の糸のメツシュの１〜１ ０層を、注型の前に型に予め配置し、それにより、例えば、２００〜１０００！ ！ｒｎの特殊な保護最外層を設ける。

３）一番外側の層により細い主補強斉を使用すること、例えば、直径２０ｍｍの 補強用の棒を含んでいる系に直径２〜６鶴の補強材を系に使用し、それにより、 主補強材を完全に直径２〜５１１１の補強材に変えた場合に得られるであろうも のと同様に最も外側の１０〜２０１ｍのところで確実に亀裂から保護する。

プレストレストＣＲＣ 代表的には、高引張応力を受け、また、コンクリートに固定することによりコン クリートに安定圧縮応力を付与する、強固な糸、ケーブル又は棒を含有するコン クリートをプレストレスし、コンクリート本体の引張力（引張単独又は曲げの際 の荷重）に耐える能力を増加することが知られている。

同様な原理を、全く極端な特性を有するＣＲＣを製造するために利用することが 出来る。即ち、強固な糸を用いて主補強材の方向にＣＲＣ本体をプレ又はポスト ストレスすることにより、ＣＲＣ構造体くマトリックス＋主補強材）は圧縮され た状態にされる。

それにより、曲げの際、及び純引張荷重下での引張応力を、補強材を通過する亀 裂の形成なしに移動させるＣＲＣ構造体の能力が、ずいぶんと増加する。

例えば、約１００ＭＰａの見掛は圧縮応力までプレストレスした、例１に示した 構造体のプレストレスト体（上の部分に余分な補強棒を配して部分変更した）は 、曲げ容量が約１６０ＭＰａから約２１０ＭＰａに増加し、引張容量は約１００ ＭＰａから約２００ＭＰａに増加する。

プレテンショニングは、例えば、１５００ＭＰａまでプレストレスした２５００ ＭＰａの降伏強度を有するプレテンショニングワイヤ６〜７％を使用して達成さ れよう。

例えば約３００ＭＰａの曲げ強度及び約２００ＭＰａの引張強度を有する、強固 なセメント／ミクロシリカに基づ＜　ＣＲＣ構造体の場合、プレストレスにより 、曲げ容量及び引張容量の両方が約４００ＭＰａの物体を製造することが可能で あろう。

プレテンショニング法は、主に引張応力を受ける構造体、例えば、大きな高圧チ ューブ、パイプ又はコンテナー等に特に適していることが理解されるであろう。

第１６図に２種類のプレストレス）ＣＲＣ物品の断面を示す。Ａは、プレストレ スト円筒シェル又は球状シェルの一部分を示し、Ｂは、プレストレスト平面板の 断面を示す。１は繊維強化マトリックスであり、２は主補強材であり、３はスト レストワイヤであり、４はワイヤにおける引張力を示し、５はプレストレス力を バランスするためにマトリックス及び主補強材からなる構造体に加わる圧力を示 し、６はＡにおけるプレストレストワイヤを保護する被覆層を示す。

Ｂにおいて、引張ワイヤは、注型の前にプレストレスした状態に置かれ、板の外 側で固定される。注型及び凝固の後、固定が解除され、ワイヤの張力は端部にお けるワイヤの端部固定あるいは単にマトリックスにおける剪断固定により保だＣ ＲＣの重要な用途として、板又はシェルの平面に垂直な非常に大きな集中荷重、 例えば、強風又は爆発に関連する大きな衝撃の影響に耐えるべき板又はシェルが 挙げられる。

板の面に垂直な集中した荷重を受ける板の破損又は破壊は、はとんどの場合、曲 げ又は円錐台状物体が押さえつけられる打撃より生じる。

例１〜４及び例６におけるのと同様の原理により同様の材料から製造されるＣＲ Ｃ板又はシェルは、１３０〜２３０ＭＰａの曲げ容量（標準化モーメント）を有 するのに対して、鉄筋コンクリートの通常品賢のパネルの曲げ容量は１５〜２５ ？ＩＰａにすぎない。

従って、このようなＣＲＣ板又はパネルは、高品質の従来の鉄筋コンクリートの 同様な板によりも、５〜１５倍大きな曲げ荷重に耐えることができ、あるいは、 従来の鉄筋コンクリ−１・と同じ曲げ荷重を得るための板又はパネルの厚みの減 少が可能であるから、ＣＲＣ板の厚みは、対応する優れた従来の鉄筋コンクリー トの板又はシェルの厚みのわずか２５〜４５％であろう。

本明細書の例におけるよりも高濃度の及び／又はより強固な補強材を配合するこ とにより、曲げ容量をさらに増加させる（あるいは厚みを更に減少させる）こと ができる。

破損又は破壊が打撃により、例えば、しばしば起こるように爆発又は強風負荷時 及び強い集中荷重による衝撃時に生じる場合、荷重容量は、板又はシェルの面に おける補強材の量を増加してもそれに対応しては増加しない。これは、この補強 材がマトリックスの曲げ容量に及ぼすのと同様の影響を、マトリックスに適した 打撃破損の形成に対する抵抗に及ぼさないためである（しかしながら、補強材は 、続いて行われる破壊したコンクリートの除去にはかなり重要であろう）。

これにもかかわらず、この場合においても、何ら特別の横方向の補強材のないＣ ＲＣ構造体は通常のコンクリートと比較して、マトリックス材料の引張強度が典 型的に３〜５倍高く且つ非常に靭性のあるＣＲＣマトリックスもまたかなりのよ り大きな延性を付与するので、かなり優れた性能を有している。

マトリックスにおける打撃破損の形成に対する耐性の増加に加えて、延性マトリ ックスもまた、マトリックス材料に局部破損が生じた後、主補強材にかなりよく 固定することに帰着する。このため、部分的に破壊されたマトリックス材料は、 非常に高ン温度の主補強材により、従来の鉄筋コンクリート又は繊維改質鉄筋コ ンクリートの場合よりもはるかによく固定されたまま維持されよう。それにより 、より大きな破壊（全体の崩壊）に耐する抵抗がかなり増加する。

しかしながら、実際には、高打撃破損耐性を達成するには、横方向の補強材が必 要である。荷重がかかる点が分っている板又はシェル、例えば柱／板構造体にお いては、例えば従来の鉄筋コンクリートから公知のように、打撃破損に対して特 定の横方向、補強材を配合することはしばしば比較的筒車なことであろう。

しかしながら、荷重がかかる点が不明の場合、公知技術の構造体に効果的な横方 向の補強材を配置することは非常に困難である。これは主に、主補強材の周囲で の固定にはかなりの空間が必要であるので、このような横方向補強材用の余地が ほとんど全くない、主補強材が高濃度で用いられている板又はシェルの場合であ る。

このことは、典型的に非常に高濃度の主補強材を用いているＣＲＣ板又はシェル においては、効果的な横方向の補強材を導入することは非常に困難であるか又は 不可能ですらあるだろうことを示している。非常に薄い板又はシェルを使用する ことによりＣＲＣ板又はシェルの高曲げ容量を利用することかしばしば好ましく 、これは打撃破損に耐える特に高濃度の横方向の補強材を必要とするという事実 によって、上記の困難は更に増加するものと思われる。

しかしながら、ＣＲＣ構造体の強固な延性繊維強化マトリックスの特徴である補 強材の極めて優れた固定により、ボルト接続に匹敵する効率で、埋め込まれてい るマトリックス材料に端部で効果的に容易に固定される真っ直ぐの棒の形態をし た横方向の補強材を設計するのが可能となる。

この設計により、効果的に機能する横方向の補強材を極めて高濃度で、特に、下 記に延べるような極めて高濃度の主補強材を含有している系に配置することが可 能となる。

高い割合の横方向の補強材（約８％）を用いたモデル注型を例６で説明する。対 応の板を第１７図Ｂに示す。

第１７図Ａは、板の非強化マトリックス材料１が、板に垂直に作用する集中荷重 ２を受け、亀裂５で示されるような板の打撃破損を生じる状況を示している。Ｂ は同種類の荷重を受けるＣＲＣ構造体を示している。このｃＲｃ構造体は、繊維 強化マトリックス１及び互いに垂直に配置した補強棒の上１（３−３）及び下層 （３−３）からなる。更に、この構造体は、上記の層と垂直に配置した横方向の 補強棒４　（各メソシュに一つの横棒）を含有している。６は想像上の破損円錐 体を示し、この形成は横方向の補強材により防止される。例６における数値に関 して、各水平方向における容積濃度は１０．４％であり、横方向の補強材の容積 濃度は７．７％であった。

横方向の補強材の直径を大きくすると、例えば、ＩＣＩｎがら１２ｎ又は１４ｗ に増加すると、容積濃度は約１２又は１５％に増加させることができよう。

第１７図Ｂに示した構造体は、三次元ＣＲＣ構造を有する物品の実例である。

実際に、ＣＲＣにおいて典型的なものである非常に高濃度の主補強材（例えば、 補強材の横断寸法の０．８〜１．５倍でしかないオーダーのメツシュを有する「 網」の形態の主補強材）は、次のように、非常に効果的な横方向の補強材とよく 調和する。

】、非常に高濃度の横方向の補強材用に十分の空間がある。

２、主補強材は、横方向の補強材を配置するための自然のフレーム構造を形成す る。

３、主補強材は、マトリックスの割れを妨害することにより、非常に効果的に横 方向の補強材の末端を強固に固定するのに役立つ。

このような効果的な横方向の補強材を、例えば直径約１０Ｉｎの棒鋼５〜１５容 量％の形態で、第１７図に示すような種類のＣＲＣ板又はシェルに配合すること により、打撃破損財性がかなり増加する。

板又はシェルの平面におけるマトリックス材料の耐打撃性又は耐裂開性は、典型 的には、約５〜３０ＭＰａがら約７０〜２２０ＭＰａ　（見掛け（ｆｏｒｍａｌ ）引張応力に関して）にがなり増加し、言い換えれば、５〜１０倍増加する。

力における５〜１０倍の増加に加えて、この系では、おそら＜２０〜１００倍大 きな変形性（亀裂帯域変形）が得られるので、エネルギー吸収性はさらに一層増 加し、その結果破壊エネルギーは約１０，０００〜２０．００ＯＮ　／　ｍから おそらく約５００，０００〜２，０００，０ＯＯＮ／ｍに増加する。

最後に、横方向の補強材は、マトリックスの破損が生じた後のマトリックス材料 の固定に効果的に貢献し、それにより、ＣＲＣ板又はシェルに特定の横方向の補 強材を組み込むことによりもっと大きな破壊及び全体的な崩壊に対する耐性がさ らに大きく増加する。

ＣＲＣ−上ラーまヱｊ入 本発明の重要な態様は、ベースマトリックスＣがセラミックマトリックスである 物品である。本発明を通じて可能となった展開には主に次の二つの方向がある。

ｌ）例１〜４及び例６において使用されたものと同様な棒、即ち、直径数１１の 棒で高度に強化されていて、マトリックスＣが、例えば、耐火セメント、Ａｈ０ ３砂、及び高温合金鋼の繊維状補強材等の耐火成分から製造されたものである、 構造体の大きなセラミック部材。

２）直径１〜１０ｐの微細な超強ホイスカー（Ａｌ□０３、炭化ケイ素、窒化ケ イ素）で強化され、鋼合金等の高強度金属合金、Ａｌ２Ｏ２、ＳｉＣ又はＳｉ３ Ｎ、等のセラミック繊維、炭素繊維等の直径０．２〜１　ｍｍの主補強材を含有 した＾１２０１、ＺｒＯ□又はＹ２Ｏ３等直径１　ｔ、ｖ未満の超微わ）末を基 材とし、前記主補強材が「細い単−系又は単−系から紡糸したヤーンもしくはケ ーブル」の形態をしている高品質セラミックスのもっと小さな物体。

ＣＲＣセラミック構造体、特に、大きなＣＲＣセラミック物体又は物品は、高温 で機能することのできる新しい領域の大きな剛性のある強固で且つ延性のある構 造体を構成する。

これらは、６００℃までの温度又は８００℃以上の温度でさえ、非常に良好に機 能しうると予想される。

これらの物品は、キルンにおける通常の構造部材又は摩耗性材料が移送される構 造体に使用される部材となろう。しかしながら、非常に注目すべき新規な態様は 、鋼又は他の公知の材料の大きな機械部品が動作することのできる温度よりはる かに高い上記の温度で安全に動作する、大きな機械部品により組成される。

又、ファインセラミックＣＲＣ構造体は、公知の高品質ファインセラミック材料 で製造できるものよりはるかに大きな高性能モータ部材等の、高性能中型物体の 新しい領域の確立の可能性を切り開くものである。

ファインセラミックスのベースマトリックスを有するＣＲＣ構造体は、いままで ファインセラミックスの利用を非常に小さな部材に限定していたファインセラミ ックスの脆性を排除する。

セラミックスの製造における主要な問題は、焼結及び冷却中の収縮である。いま までは、セラミックマトリックスと補強材との間に熱応力が入るため、この収縮 のために強化セラミソ、クスの利用は厳しく限定されていた。しかしながら、セ ラミックス材料をも基材とするＣＲＣマトリックスの高延性のため、マトリック スの収縮の悪影響は大きく減少しよう。

ところが、セラミックスの製造中の温度範囲は、例えば、６００℃から１０００ ℃以上までと一般的に非常に広いので、マトリックスの収縮を減少させるための 他の有効な手段も使用するすることが推薦できる。従って例えば、耐火性の砂を 基材とする大きなＣＲＣ構造体においては、焼結により結合剤物質を形成する微 細成分の量を最少にするのが賢明である。これは、主要な収縮を生じるものがこ の結合剤成分に含有されているからである。

これに反して、高品質のファインセラミックスについては、通常非常に高い焼結 温度が必要なかなり純粋な材料から焼結物を生成することが必要である。このた め、繊維及び主補強材の選択については厳しい制限がある。これらの問題を克服 するための一つの方法は、超微粉末からセラミ・ツクマトリックスを低温焼結に より生成することである。上述したように、直径１〜１０．ｗのボイスカーで強 化されたｍｌマトリックス構造体を製造するためには粒子に基づく構造体が欠く ことができないので、これは道理にかなった合理的な処理を可能にする。

セラミックマトリックスの混合及び造形は、上記で説明したように、好ましくは 振動で補助した粘性流動法を使用して都合よ（行われる。これについては、セメ ントに関連して説明されているのと同様の物理的原理が使用されるが、無給、マ スターグラフを含む上記の教示に従って、：まるかに微細な粒度に適合するよう に規模を小さくする。

億ｊは目葭里厘壮 鋼は低温で脆くなり、従って、低温条件下で高荷重を担持しなければならない構 造体には通していないことは公知である。

一方、例えば、セメント、砂及び綱補強材に基づ＜ＣＲＣ構造体は、たとえ補強 材自体が跪くなっても、常温及び低温の両方で高延性を示す。

これは、脆性材料（例えばガラス）を微細繊維及びプラスチックの形態で補強材 として使用すると、亀裂はバルク材料におけるように広がることができないので 、脆性とは無縁の高性能複合材料となるというよく知られた複合原理（ｃｏｍｐ ｏｓ　ｉ　ｔｅｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ）によるものである。脆性補強材（例えば 、−１００℃〜−２００°Ｃの温度で脆い棒鋼）及び繊維強化セメントに基づく マトリックスを用いて製造したＣＲＣは、実際、ガラス繊維複合材料よりも価値 が高い。低温度で鋼は跪くなるが、マトリックスは変わらず延性のまま機能する 。このことは、この構造体はｎの降伏点までは常温と全く同様に機能するするこ とを意味する。

鉄Ｘ顆しン多〜■ニート六ｐ−上Ｊ交 本発明による構造体を公知技術による同様の材料及び構造体と比較するために、 実施例１に開示されている本発明による強化構造体を、ジョハンセン（Ｊｏｈａ ｎｓｅｎ　）ｆ、Ｖ、）、“Ｂｒｕｄ１ｉｎｉｅｔｅｏｒｉｅｒ″、”Ｐｏ１ｙ ｔｅｋｎｉｓｋ　Ｆｏｒｅｎｉｎｇ”（１９５Ｂ）にｔｉ＝されている通常の鉄 筋コンクリート板についての試験と比較して参照する。

これは、板の厚みは、例１における５　ｃｍよりジョ／Ｓンセンの実験の方がは るかに大きいにもかかわらず、ジョノ１ンセンの試験結果が比較が可能な形で記 載されているため行うものである。

ジョハンセンは、寸法３１２　Ｘ　３１２ｃｍの板及び幅８ＣＩ１１の板ストリ ップに「均一に」分布した荷重をかける実験言及する。

ジョハンセンは、板の破断モーメント（長さ当たりのモーメント）を計算した。

表Ａに、実際の厚みに関する及び厚さ５ｃｍの板に移動した対応するモーメント に関する長さ当たりのモーメントの計算値が記録されている（モーメントは、厚 みの２乗に比例する）。

１臥 本発明による強化板の破壊モーメント及び曲げ応力とジョノ＼ンセンによる強化 板の破壊モーメント及び曲げ応力との比較本発明によるビームの破壊モーメント は、安全を見込んで、６％の繊維及び５１０門Ｐａ　（５１００ｋｇ／Ｃ＋ａ） の降伏強度を有する棒鋼を用いて例１において得られた値の５０％としである。

この値は曲げ応力８５ＭＰａに相当する。

４０８００，５８８，１１１１，１９０，４５１３５２９２２，０８，１２１２ ，２７０，８６２４この例は、本発明による構造体が通常の鉄筋コンクリートよ り何倍も優れていることを明確に示している。

例えば、本発明による非常に簡単な構造体く単一方向に配置した例１における補 強材の５０％未満の補強材及びこれに垂直に配置した同様な量の補強材を有する ）は、公知技術による高度に強化した板よりも４倍以−１−強固である。更に、 この強度は、何ら亀裂を形成することなく発揮されるのに対して、通常の板は、 破断値のわずか約１１５の荷重でひどい亀裂が入る。

高品質鋼で高度に強化した場合、本発明によるセメントを基材とした構造体の曲 げ容量は、容易に２倍又は３倍になろう。

本発明による新規な構造体の非常に特定の用途は、引張亀裂のため通常のコンク リ−）（Ｊｌ−常に強固な種類でも）の使用が不適当である、流体及び、プラス チック−ゴム等の塑性物質を注型するだめの加圧成形型である。１．０〜２．　 Ｑ　＋ｎ　／　ｍ以上又は３．０　ａｎ　／　ｍを超えさえする引張歪客足の本 発明による構造体を用いれば、流体及び塑性物質の注型のための圧力成形型にこ のような構造体を使用できる可能性は非常に高くなる。

開よ 小旦二左ｘ２±１μ貞ガ試慧 使朋材赳 欠乙廿 ケイ砂は、次の割合（重量部）で使用された３つのフラクションからなっていた 。

フラクション　重量部 ０．２５〜１１１１　２ ０〜０．２５ｍｍ　ｌ このケイ砂混合物の密度は、２．６３０ｋｇ／ｍであった。

迫海Ｊシに’ｒ−’ｙツー丁盟 密度（推定）　：３１５０ｋｇ／耐 比表面積（推定）：約４００〜４５０　ｇ　／　ｋｇ二左 電気炉におけるケイ素金属の製造での副生成物として得られる気相からの凝縮に より製造された球状粒子を含有する５ｉ０２高含量微粉末。比表面積（ＢＥＴ法 により測定）は平均粒径約０．１−に相当する約２５．０００　ｇ　／　ｋｇで あった。密度は約２２２０ｋｇ／ｎ？であった。

立敷月ユ粉末Ｙ 高縮合ナフタリンスルホン酸／ホルムアルデヒド縮金物のナトリウム塩である商 品名「フルーベ（Ｆｌｕｂｅ）　Ｊのいわゆるコンクリート高性能減水剤。粉末 の密度は約１６００ｋｇ／ｎ？であった。

水 普通の水道水 密度：　１０００ｋｇ／　ｒｒｒ 月且亘 ベルギー国ベカエル）　（Ｂｅｋａｅｒｔ）社製円筒状黄銅被覆鋼繊維「ドラメ ックス（Ｄｒａｍｅｘ）　Ｊ　（直径０．１５ｍ、長さ６鶴）、この材料は５２ ５ＭＰａの引張強度を有すると記されている。

弦化里且 直径８鶴の異形棒ｆｉＫｓ４１０−Ｓ　ｒカムスクール（Ｋａｓｓｔ５１）　Ｊ 　ｅ降伏値は４１０ＭＰａ以上と記されている。

直径８Ｂの棒の降伏応力及び破断応力（引張強度）を引張試験により測定した。

結果はつぎの通りであった。

降伏応力　５００〜５１０ＭＰａ 破断応力（引張強度）　６１０ＭＰａ 破断時の歪 （８＋ｎの長さについて測定した 破断帯域における値）２５％ （破断帯域の外での測定値）１４％ 作製 ビーム及び他の試験片を次のように作製した。

１、混合物の組成を表１に示す。

Ｌユ １バ、チ約１０リットルに関する混合組成白色セメント　７７５０　７７５０　 ７７５０　７７５０ミクロシリカ　１８５０　１８５０　１８５０　１８５０フ ルーベ　２３０　２３０　２３０　２３０水　１７４０　１７４０　１７４０　 １７４０２、遊星形ミキサーにおいて、混合を次のようにして行った。

セメント、ミクロシリカ、フルーへ及び砂を２分間乾式混合した。その後、水を 加え、混合を更に１０分間継続した。

次に繊維を加え、更に５分間混合を行った。

水を加えた後の混合の最初の数分の間、固まり（ｍａｓｓ）は乾燥しているよう に見えた。その後、かなり突然にドウ状の固まりに変化してから、徐々に柔らか く、光沢のある粘稠な固まりに変化し、系が完全に飽和したことを示した。

繊維添加後、外観は同じであったが、混合中の剪断抵抗ははるかに大きくなった 。

３、注型の用意のできた最終混合物のコンシスチンシーをスブレンディンクコー ン試験（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ　ｃｏｎｅ　ｔｅｓｔ）（ＡＳＴＭＣ２３０−３６ ８）により′測定した。結果を表２に示す。

４、試験片（直径４．５　ｃｍ及び長さ９ｃｍの円筒物、直径１０（２）及び長 さ２０ｃｍの円筒物、寸法５ｘ５Ｘ５Ｑｏｉの未強化ビーム、並びに同様の寸法 の強化ビーム）を、５０Ｈｚの周波数及び約３０〜５０ｍ、／ｓｅｃ”の加速度 で標準的な振動台上で振動して注型した。各強化ビームは、注型の前に型の固定 位置に配置した５本の異形棒（長さ５００ｍｍ、直径８１■）を含有していた。

ビーム中の補強棒の配置を第２３図に示す。即ち、第２３図はビームの断面を示 しており、１は異形棒を示し、２は繊維強化マトリックスを示す。各棒とビーム の最も近い表面の間の距離は６．５鶴であり、底の帯域における隣接棒間の距離 も６．５１肩であった。

５、注型試験片をプラスチックで被覆し、２０℃、１００％の湿度で２４時間保 った。その後、それらを水中において８０℃で２４時間養生した。

■ 養生後、試験片全部の密度を、空気中での重量及び水（２０℃）に入れた状態で の重量を測定することによりめた。密度を表３に示す。表３には、測定値が計算 値とともに示されている。この計算は、１００％の高密充填（即ち、空気なし） と仮定して、混合成分を基準としている。

（）内の数は標準偏差を示す。全ての組について、３つの試験片を作製した。

＊＊）密度はコンクリート単独のものである。この値は、棒の重量及び容積を全 体の値から減することによりめた。

この結果はコンクリートの充填が非常に高密であることを示し、そして重量のあ る補強材を有する細いビームにおいて極めて高い繊維含量を有する配合物を含む 、全ての配合物に関して空気含量が１％未満であることを指示している。

このことは、この処理方法がこの並はずれた構造体を得るのに非常によく適して いることを示している。表４に構造体の容積組成を示す。

糞−生 Ｒ治１所Ｃ巡γＬｆｆｉｉ支−←し４−町、＞３含１寿ゼロで殻擾−上いう　の ちとに言　し大り 表１から明らかなように、配合物の空気含量が非常に小さいので、この表に記さ れている値は圧縮後の最終構造体における濃度をも表わす。

水　１６７　１６７　１６７　１６７ 分散剤　１４　１４　１４　１４ （粉末） ミクロシリカ　８０　８０　８０　８０分散剤が水に溶けるので、結合剤（セメ ント＋シリカ＋液体＋空気）中のセメント＋ミクロシリカの濃度は６３．６％で あり、間隙率は３６．４％である。

この値は、セメント結合剤に関して固体が非常に高濃度であることを示しており 、実際に、十分に選別したセメント粉末（直径１１ｍ曹、高さ約１０１の小円筒 物の形態で作製した密度の観点での最適グレード）の高圧振動圧縮により得られ る密度に相当する非常に高いものである（１９８１年６月１０〜１２日にカナダ のオタワにおいて開かれた、高性能減水剤（Ｓｕｐｅｒ−ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅ ｒｓ）についての第２回国際会議で発表された論文であるパノヘの”　Ｄｅｎｓ ｉｆｉｅｄ　Ｃｅｍｅｎｔ／Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ−Ｂａｓｅ ｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　”（ｒオタワ論文」）参照〕。

この参考文献においてグレード分けされたセメント粉末についての圧縮実験は、 振動圧約５ＭＰａ、周波数１００）１ｚで約２分間行われた。

これらの実験は、加圧圧縮に適した非常に簡単な形状の純セメント粉末試験物に ついて、当時、実験室でのみ可能であった上限がどの程度であると信じられるか を示すために行われたものである。

しかしながら、これらの観測が、本発明により、このような結果が得られるとは 信じられなかったっぎのような条件下で現実のものとなった。

１、　ソフト注型（ｓｏｆｔ　ｃａｓｔｉｎｇ）を、２、複雑な内部構造（粗粒 、ｌ’Ｈ！１を等）、及び、３、高濃度の主補強材（５本の直径８１１の異形棒 ）を含有する非常に細長いビーム（５０Ｘ　５０ｍｍ　）を有する複雑な外部構 造と組合わせること。

■説 良好な機械的挙動を達成するには、比較的大きな粒子の含有量が多く且つ繊維含 有量が極めて高°いことが望ましかった。

幾何学的及び運動学的見地から、大きな粒子は、主補強材を妨害し及び微細繊維 を妨害することの両方のため、通常は望ましくない。しかしながら、本明細書の 場合には、繊維が非常に高含量（最大６容積％）で使用され、更に、直径最大４ １飄の石英粒が使用された。このことは、非常に大きな粒子を、補強材の直径（ ８ｍｍ）と比較し且つ補強材棒間の有効空間及びこれらの棒の型の側面との間の 有効空間（６，５＋ｕ）と比較して考えなければならない。この複合配合物の必 要な流動性（粘性造形）を確実に得るために、次の配慮がなされた。

１、微粒子部分（セメント＋ミクロシリカ）を、非常に少量の水（重量で０．１ ８）で飽和して、流体系（極めて高密な充填にもかかわらず）に転換した。

２、　この系における固体と液体との組み合わせに効果的である効率的な分散剤 を効果的な量において使用した。

３、　ミクロシリカを高濃度で使用することにより、微粒子を主成分とする流体 に、高比粘度、大きな内部一体性（水の分離なし）及び低摩擦抵抗を付与した。

４、純粋な幾何学的見地から必要とされるよりもわずかに多くの微粒子／流体材 料を使用することにより、石英粒及び繊維を含有する固まりの流動を可能にした 。

５、振動下の注型Ｃコより、微粒子／流体材料の必要過剰量を低く保った。

６、繊維の量の増加とともに、同様の容積の粗粒を取り除くことにより調整を行 った。

７、固まり（砂、セメント、ミクロシリカ、流体）の所望の粘性コンシスチンシ ーを、多量の微細な鋼繊維の配合に利用した。

多くの観点において、この方法は、従来の鉄筋コンクリート技術とは異なり且つ ある程度相反している。混合時間は、通常のコンクリートの施工に用いられるよ りはるかに長時間であった（１〜２分に対して１７分）。

第１の項目に関して：水の必要量を減少するために超微粉末をセメント／水配合 物に添加することは、コンクリート技術についての通常の教科書の教示に反して いる。微粒子は水の必要量を増加させるというのが通常の従来の教示である（水 を微粒子で置換するこの新規なアプローチは上記のオタワ論文に説明されている ）。

水／（セメント＋ミクロシリカ）比が低く　（重量比で約０．１８）　、それに より、高品質の最終製品が得られるとともに、所望の粘性造形が得られる。この 低い比は鉄筋コンクリ−１・においては一般的ではなく、通常の鉄筋コンクリー トにおいては、水／（セメント＋他の微粒子）比が重量比で０．３０であるのは 、通常Ｊ１−常に低いものと尤えられ、このような配合物が高含量の繊維を含有 しなければならないときには極めて低いものと考えられている。

第２の項目に関して：分散剤は、量的には従来の鉄筋コンクリートに使用される よりはかなり高く、且つ当該系を分散させるのに非常に効果的な種類の分散剤で あった。

第３の項目に関して二粘性を増加させることにより（ここでは、水の含量を低く し且つ多量のミクロシリカを添加して）、繊維等の物体の配合を促進することは 、鉄筋コンクリート技術においては一般に行われていることではない。従来の方 法はこの反対である。即ち、水を添加して配合物をより容易に流動可能にし、繊 維の配合を容易にしている。しかしながら、この方法では、粘度が低くなり、従 って、摩擦抵抗が大きくなって、実際に繊維の混合がうまくいかず、その結果、 分布が不均一となるとともに可能な最大繊維濃度が低くなろう。

第７の項目に関して：試験ビームに配合及び配置された繊維（６ｗＸ０．１５１ １ＩＩ）の量は、非常に多く、最大６容積％（２０重景気）である。

通常の鉄筋コンクリート技術においては、１容積％を超え又は最大２容積％まで の微細鋼繊維を、約５０％の荒砂を含有するモルタル中に、充填が緩くなること なしに配合することは不可能であると思われる。また、このような圃まりを、強 化ビームの中の棒と壁との間の狭い空間を完全に満たすように注型することは、 はとんど不可能であると思われるであろう。

混合は、繊維を添加する前に慎重に固まりを混合して行った。これは、繊維の配 合の前に、固まりの均一性と流動性とを得るために行ったものである。配合物が 乾燥状態にあるときに繊維を添加しては、このような配合物は混合に対して非常 に大きな摩擦抵抗を有しているので、同量の繊維を配合することは不可能であっ たろう。

例えば、結合剤（セメント＋ミクロシリカ＋水及び分散剤）を予備混合し、流体 コンシスチンシーを有し十分分散した固まりとして、その後、１）粗粒及び２） 繊維を添加し又は１）繊維及びその後２）粗粒を添加する等の、他の混合順序を 使用することも可能であろう。最も重要なことは、繊維を配合する前に、均一で 十分に分散した微粒子に基づく粘稠流動性の固まりを作り出さなくてはならない ことである。

ヱ上ユニｊノ、、ｌＬＧ旧組曳昨１１ 補強材を含有し及び含有していないが微細繊維を含有するマトリックス材料の機 械的性質を測定した。即ち、次の機械的試験が行われた。

１、直径４．５■及び高さ９．０　ｃｍの円筒物の変形支配圧縮加重負荷の間の 歪を記録する。

２、音速を測定し、そして測定結果からの動的弾性率を計算する。

３、　ノツチ付ビームについての力と撓みとの関係を記録し、またそれらの結果 から破壊エネルギーを計算する。

−（有′冬４．５　ｃｍ　びｔ　９．０−’）−再両立員２ｕてト圧縮試験は、 インストロン試験機により、ゆっくり変位を増加させて行った。

圧縮の間、力／歪の関係を記録した。第１８図に示すように、円筒の軸の方向に おける歪及びそれに垂直な方向の歪の両方を歪ゲージにより測定した。第１８図 において、１及び２はそれぞれ、荷重の方向における歪及びそれに垂直な方向に おける歪を測定するゲージである。

最大荷重も記録し力。

記録されたデータから、次に示すものを計算した。

１、歪／応力の関係 ２、弾性率（静的） ３、　ポアソン比 ４、圧縮強度 結果を表５に示す。

、表−ｊ− 各試験片に関して記録された最も高い圧縮応力が、圧縮強度である。静的弾性率 は、圧縮強度の０．３倍を圧縮の方向における対応する歪により除して得られた 値に相当する応力として計算される。

（続　き） （続　き） （続　き） 甲−ト伊呻閥葬−闇一−−−−り一□□□！岬顎軸開ｉ４□□−曙１−−ｈ−― −−□Ｖ−噌１−叫−−□−一□苧噛□需Ｎ■−匈１−□−|輛１僧１−■−１ −□鴫−幅−鴫□−−１−−−軸−試１１冒【に２セ：ヨＪ棺脱 結果から明らかなように、材料は、非常に高い応力まで実質的にポアソン比を増 加することなく実質的に直線状の挙動を示す。例えば、６容積％の繊維を含有す る試験片は、１６０〜１８０Ｍｐａ　（圧縮強度の約７０〜８０％）まで実質的 に直線的に変形した。このことは、とりわけ、ポアソン比が実質的に変化しない （約０．１９〜０．２３）ことによって示された。

。　゛東門　び昏　・　′ 超音波速度は、周波数２００ｋＨｚを有するバンプイソ）　（Ｐｕｎｄｉｔ）超 音波装置を用いて、直径４．５　Ｃ（Ｑ及び長さ９．０　ｃｍの円筒物について 測定した。超音波速度及び試験片の測定密度から、Ｅ　４　ｙ　ｎ　＝ｙ　ｚ　 ｒ　＜但し、■は超音波速度であり、ｒは密度である）に従って、動的弾性率を 計算した。結果を表６に示す。

ノＬＪ− 動遣ｌ」仕事 各組ごとに３つの試験片が試験された。弾性率の標準偏差を（）内に示す。

Ａ　４　４８２１　２６３２　６１１９０　（３４０）Ｂ　４　４８２２　２６ ３１　６１３７３　（４１４）破壊エネルギーは、支持材間に２５印の距離を設 けて対称的に支持し、中央に単一の力を負荷した５０　Ｘ　５０　Ｘ　５００ｍ ｍ　”のノツチ付きビームについて測定した。ノツチの深さは中央位置において 約２５ｍｍあった（ノツチ付ビームについてのカと撓みとの関係を示している第 ８図参照）。

測定は、変位をゆっくり増加させて行った（変位速度４．８１Ｘ　１０−６ｍ　 ／　５ｅｃ）。実験の間、力の変位の関係値（ｃｏｎｎｅｃ　Ｌｅｄｖａｌｕｅ ）を記録した。結果を第１９〜２２図に示す。第１９図においてはマトリックス の繊維含量は０容積％であり、第２０図においては２容積％、第２１図において は４容積％、第２２図においては６容積％である。第１９図は、第２０〜２２図 より目盛を大きくして示しである。第８図に、第１９図の曲線と第２２図の曲線 とが同じ目盛で示されている。

全ての蓄積されたエネルギーが解放され、新しい領＠、（亀裂）を生み出すため に使用されると仮定して、特定の亀裂エネルギー（即ち、破壊エネルギー）は、 外力（カー加重曲線より下の面積）を亀裂面積で割って得られる仕事として計算 することができる。結果を表７に示す。

各数値は、３つの試験片についての平均値である。（）内に標準偏差を示す。

０　０．１２９　（０，０１３） ２　８．２３８　（１，２２９） ４　１２．１６２　（１，３８７） ６　１３．２４０　（１，９２７） ノツチ付ビームについての最大力の値から、繊維が引き抜かれるときの剪断応力 を大まかに推定することが可能である。

繊維が最大応力で荷重を担持し且つ繊維が張力と平行に配置されていると仮定す ると、次式から剪断応力（τ）（概略値）がめられる− 但し、ｄは直径、ｌは繊維の長さ、σは最大荷重での引張応力、及びψは繊維の 容積濃度である。

簡略化のために、 （但し、Ｆは加えた力及びＬは支持体間の距離）と仮定すると、例えば、ビーム （ＡＧＩ）から、 強化ビームについての曲げ試験をインストロン試験機で行った。スパン４１７ｍ ｍで試験ビームを単純に支持し、ビームの中央に力を加えた（第２図参照）。ビ ームのマトリックスの配合物組成及び性質については既に上述しである。実験は 変位をゆっくりと制御して行った。実験中、力及び変位の関係値を記録し、ある 実験については、ビームの引張側（中央の下）での力及び歪の関係値も記録した 。変位速度は、約０．１９ｍｕ／ｍｉｎであった（かなりの降伏の後変位速度を 速くした実験のある部分を除く）。

代表的結果を第２４〜２７図に示す。第２４図の目盛は第２５〜２７図の目盛と 異なっている。第２４〜２７の曲線から計算した結果を表８に示す。

表−」− 強化ビームに関する最大荷重、最大荷重時の撓み、最大モーメント（Ｍ）及び下 記のように定義される対応の見掛は曲げ応力σ： 〔但し、Ｗ＝１１５ｘ幅×高さ×高さくＷ＝２．０８Ｘ１０−５ｒ＋？）　）実 験中、次のような観察がなされた。

蓋且左支少ｇ二脇、」」■１−．−。

荷重をかける前、ビームには微小亀裂はなかった。力／変位曲線は破損するまで 実質的に直線であった。この過程でも何ら亀裂は生じなかった。１４．８ｋＮの 力で、ビームの引張側に亀裂が現れ、同時に、顕著な縦の亀裂が主補強材に沿っ て突然現れた。破損後の曲線の急な勾配からも分るように、この亀裂は非常に速 く生じた。その後、いくつかの紅の亀裂が急速に生じ、同時に、主補強材の引き 抜けとともに、試験片が大きな破片となって割れ、補強棒が露出した。この引き 抜けは、ビームに引張りこまれている補強棒の端を露出することにより確認され た。

亀裂パターンを第２８図Ａに示す。

１妄程Ｘ■且繊塁−奎倉■を剣くニーム（、肛２　、−Ｉ　Ｌ荷重をかける前に 、微小な亀裂は何も観察されなかった。

破損までの力／変位曲線は実質的に直線であり、負荷のこの部分では何ら亀裂は 観察されなかった。２６．３ｋＮの力で、ビームの引張側に亀裂が生じ、同時に 、補強棒に沿って縦の亀裂が生じた。これは、荷重が少し減少したことにより明 らかとなった。その後、主補強打棒にはっきりとした降伏があった。

１３ｍｍの撓みで縦の亀裂が生じ、引張こまれている棒の端部で棒の引き抜けが 観察された。同時に、荷重の減少があった。

亀裂パターンを第２８図Ｂに示す。

１１１１江ｐ工廿１１を倉１ｊ−々−豆一二−み」」、４□リ一荷重をかける前 に、微小な亀裂は何も観察されなかった。

破損までの力／変位曲線は実質的に直線であり、負荷のこの部分では何ら亀裂は 観察されなかった。２９．８ｋＮの力で、引張側に亀裂が生じた。これは、荷重 が少し減少したことにより明らかになった。その後、主補強打棒が降伏した。２ ８．、の撓みで縦の亀裂が生じ、荷重が少し降下したことから明らかなように主 補強打棒が少し引き抜けた。この実験で、二三回の再加重を行った。全体的な挙 動は、４容積％の繊維を含有する方が２容積％の繊維を含有するよりもかなりよ かった。

亀裂パターンを第２８図Ｃに示す。

■１片にσ月−秩Ｉ乞會有ず一本ぎ−−み利Ｂ、、、６．．．．　！汲の４６． 〜．町）、−荷重をかける前に、微小な亀裂は何も観察されなかった。

部分では何ら亀裂は観察されなかった。約３１ｋＮの荷重で初めて引張側に中央 の亀裂が一つだけ生じた。同時に、荷重が少し減少するのが観察された。その後 、主補強打棒が降伏したが、縮の亀裂は何ら生じず、補強棒の引き抜けも少しも なく、横方向の更なる亀裂の形成（最初の亀裂のすく近くの局部的な亀裂は別と して）もなかった。この実験においても、再加重を行った。６容積％の月繊維を 含有するビームの性能の方が、２容積％又は４容積％の繊維を含有するビームよ りもかなりよかった。特に、これらのビームは、極めて優れた内部一体性を示し 、降伏まで全く亀裂がなく、その後降伏した鋼の周囲にいくつかの亀裂が生じた だけで、ビームの残りの部分は非常に大きな変形の後でさえ実質的に影響されな かった。

亀裂パターンを第２８図りに示す。

ｌ裂企狐簾ぶｐいて１−潴 繊維補強材を含有する全てのビームの挙動は、極限荷重後でも驚くべきものであ った。

それぞれ、２容積％又は４容積％の繊維を含有するビームの降伏後の亀裂は、試 験ビームで実際に観察されたよりもはるかに期待できる挙動の可能性を示してい る。

この理由は、試験ビームの主補強材は、主補強材に平行な亀裂及び主補強材の引 き抜けに対する保護がなされないように意図的に配置されたからである。例えば 、通常補強ビームに使用される（及び高度番ご強化されたビームに常に使用され る）ような横方向の補強が全くなされなかった。

この高度の強化と横方向の強化の欠如との組み合わせは、内部一体性の保持につ いてのム維単独の効果を研究するだめの研究目的に選択された。実際の設計に際 しては、通常のコンクリートの場合のように横方向の補強が行なわれよう。

歪Ω２．鑓 強制撓み実験に使用したのと同様の設定において、加重及び無荷重時のビームの 引張側の歪を記録した。歪は、ビームの中央部の下側に接着した歪ゲージにより 測定した。次のようにしてビームに荷重をかけた。即ち、繊維を含有しないビー ムについては、ゼロから、５ｋＳまで１０回、その後、ゼロから１０ｋＮまで１ ０回加重したのに対して、補強用繊維を含有するビームについては、ゼロから１ ０ｋＮまで１０回及びゼロから２０ｋＮまで１０回加重した。

同時に、力及び撓みを記録した。

猪果ｐ邂翌 繊維補強材Ｏ％及び２％を含有するビームの場合、高荷重（それぞれ１０ｋＮ及 び２０ｋＮ）（歪ゲージの破断により示される）で亀裂が生じた。

他の全てのビーム己こついては、何ら亀裂が生しなかった。

６％の繊維を含有するビーｌ、の−っを、後で顕微鏡で観察したところ、表面に は全く亀裂がないことがわがった。

４容積％及び６容積％の繊維を含有するビームは、２０ｋＮの荷重で実質的に直 線的な挙動を示とともに、最初の加重号イクルの後のヒステリシスが非常に小さ かった（最初の荷重サイクルの間に、剛性の最初の変化が、この現象が説明され る例４に記載されている動的試験おけるのと非常に類似して生じた）。曲げ応力 が１００ＭＰａを超え且つ歪が約２．５　＊＊　／　ｍであったにもかかわらず 、ビームには目に見える亀裂は少しもなかった。２０ｋＮでの見掛は曲げ応力（ 約１１０ＭＰａ）を対応する見掛は歪で割ってめた見掛は弾性率は、１回目の荷 重サイクル及び１０回目の荷重サイクルに関して、それぞれ３１．０００ＭＰａ 及び３５，０００ＭＰａであった。

この挙動に対して、公知技術による通常のコンクリート及び強力コンクリートは 、典型的には歪約０．１〜０．２　ｍｍ　／　ｍに相当する３　ＭＰａから最大 でも１５ＭＰａまでの曲げ応力で亀裂が入り、２５　（（Ｉれたコンクリート） 〜７５（圧縮強さが１２０〜１５０ＭＰａの高品質スーパーコンクリ−１−）の 曲げ応力で破損する。

！２ 大＠ｆＬ’ニーｈＬ：ｖｂｚでＱｊ３＋ｆ八−肢異形棒で強化されたポルトラン ドセメント−ミクロシリカを基材とするＣＲＣの大きなビームについて、曲げ試 験を行った。

この実験は、例１における小さなビーム（５０Ｘ　５０　Ｘ　５００＋＋ｃ　） に関する実験の延長であり、より大きな規模での挙動を確認し且つ追加の情報を 得るために行った。

この実験の主要目的を下記に示す。

１）初期降伏までの荷重でのビームの曲げ容量を測定すること。

２）降伏までの加重のあいだの応力と歪との関係を測定すること及び剛性を測定 すること。

３）ビームの種類うちの一つに関して、剪断に対する抵抗を測定すること。

４）亀裂パターンを研究すること。

５）ＣＲＣ構造体の信転性を測定すること。

跋狼旦二寿 ４種類の試験ビームを、各種類ごとに３本づつ試験した。

長さは約２１００ｍｍ、幅は８０〜１６０　璽＊、そして高さは約９０〜約２０ ０１であった。

ビームの寸法及び補強材の配置を第２９図に示す。第２９図において、試験ビー ム１は２つの同一の力２で加重され、支持体３に支持されている。試験ビームの 横断面をＡ−Ｄに示す。Ａ−Ｄにおいて、ｍｌの単位で寸法を示す。Ｄは他の断 面とは同じ縮尺ではなく、Ｃの寸法はＢと同じである。これらの断面では、補強 棒８及び繊維強化マトリックス９が示されている。

ＢＲ２０と呼ばれる断面Ａのビームにおいて、補強棒の直径は２０龍１ｍであっ た。ビ′−ムの底部に、５木の棒を、棒の中心からビームの底までの距離を２３ １にして配置し、且つビームの頂部に、同じ寸法の２本の棒を、これも上部表面 と棒の中心との間の距離を２３１曹にして配置した。ＢＴ１６と呼ばれる断面Ｂ のビームにおいて９、それぞれが３本の直径１５＋１ｍの捧からなる層を２つ底 部に配置した。この際、ビームの底から下の方の補強棒の層の中心線までの距離 は２１ｍ１１であり、ビームの底部帯域における下層と上層と間の距離は、中心 線から中心線までで２６１１であった。ビームの上部に、同じ大きさの２本の棒 を、ビームの上面とこれらの棒の中心線との間の距離が２１ｍｍとなるように配 置した。

ＢＴ２５と呼ばれる断面Ｃのビームにおいて、それぞれが２木の直径２５龍の棒 からなる層を２つビームの底部に配置し、且つ２本の棒をビームの上部に配置し た。ビームの底と底部帯域における下層の中心線との間の距離は２５１１１であ り、ビームの底部帯域における２層の棒の中心線間の距離は３５＋ｕであった。

又、ビームの上面とビームの上部帯域における２木の棒の中心線との間の距離は ２５ｍ−であった。ＢＤＲ１４と呼ばれる断面りのビームでは、直径１．４＋ｎ の棒３本をビームの底部帯域に配置した。この際、ビームの底と３本の棒の中心 線との間の距離は１９１１であり、又、同じ寸法の棒２本をビームの上部に、ビ ームの上面と２本の棒の中心線との間の距離が１８０となるように配置した。（ 図示している長手方向の主補強材に加えて、これらのビームには、支持体部での 局部破損等に対する特別保護手段としてその端にスターラップを配置して強化し た。この補強材は結果には何ら影響を及ぼさない。）図から明らかなように、ビ ームは長手方向の補強材でのみ強化された（支持部での上記スターラ・７プは別 として）。ビームの上部帯域における圧縮破損に対する保護手段として、上部帯 域も長手方向の主補強材で強化した。

断面Ａ、Ｂ及び′Ｃのビームの試験において、支持体３間のスパンは１８４００ であり、加えた２つの力２の間の距離は４２０ｍｍであった。一方、ビームＤの 試験においては、２つの支持体３間のスパンは１９２０ｍｍであり、２つの力り の間の距離は５００ａｍであった。

主補強材の種類、寸法及び機械的性質を表２．１に示す。

襞■王力［ Ｘ５５５０Ｓ　２０　５７９．９　７６０．５　２．７　２１６，０００ＫＳ５ ５０Ｓ　１６　５８７．１　７９７．０　２．８　２１１．０００ＫＳ５５０Ｓ 　２５　５９９．２　８０３．９−−ＫＳ４１０Ｓ　１４　４７２．０　７７４ ．０　２．２　２１６．０００マトリツクスの成分（繊維を含む）を表２．２に 示す。

盗−ｆｆｌ マトリックス成分　容積％ ｎ繊維（０，５１×６朋）５．８ 分散剤（粉末）２．８ マトリックス　２　びヱΩ作裂 マトリックスの材料、配合組成及び作製法は、次の点が異なることを除いて、例 １に記載した通りである。

ｆヱ妙 装入量は異なるが例１と同様のフラクションを使用した。

粒度分析の結果を下記に示す。

表−」に１ 篩分は試験における数値は、記載されている網目の大きさを有する篩を通過する 全フラクションの重量部を％で示す。

砂フラクション：　微　細　中程度　粗　い密度（ｋｇ／耐）：　２６２７　２ ６３０　２６０８密度　３１５０ｋｇ／ｌ＋？ 比表面積（ブレーン法）　４３３　ｇ　／　ｋｇｏ、２１重量％は９０−より粗 かった。

化学分析により測定した白色ポルトランドセメントの組成を表２．４に示す。

盗−ヨ翻（ セメントの会　に、′るセメ乙Ｅ暖分ｑ里１皇ＤＳ４２７によるセメントの試験 片の圧縮強度は、次の通りであった。

２４時間後　２２．８ＭＮ／　ｒｒｒ ７日後　５１　、８ＭＮ　／　ｎ（ ２８日後　５９．９ＭＮ／ｍ 配治」Ｉ灸粗 配合組成物は、■繊維６容積％を含有する例１の配合物と同一であった。組成を 表２．５に示す。

２表−ユ」− 配合組成物は、総容積約１０リツトルである。バッチの大きさは、試験物体の容 積に合わせた。

作製 ５０リツトルの遊星形ミキサーで混合を行った。振動は、振動台上で、周波数７ ７Ｈｚ、加速度２２　ｍ／ｓｅｃ”で行った。

注型したビーム及び試験円筒物を湿ったタオルで包み、プラスチックで被覆し、 その後、５０℃で１日及び４５℃で１８日間養生した。

夫旦久唱滅 ビームを単純に支持し、第２９図に示したようにビームの中央の周辺に対称に配 置した２つの同一の力で加重した。

この配置により、加重点間のビームの中央部分が一定の曲げモーメントで純粋な 曲げを受ける。

加重の間、ビームの撓みを、次の箇所に配置した変位変換器により測定した。

１）ビームの中央（Ａ） ２）加重点（Ａ） ３）支持体の所（Ｂ） 変換器（Ａ）はＬＶＤＴ　ＤＳ　１３１６型ベニ−・アンド・ギルズ（Ｐｅｎｎ ｙ　ａｎｄ　Ｇ１１ｅｓ）電位差計であり、一方、変換器（Ｂ）はＬＶＤＴ　Ｄ Ｓ　１３５４型ベニ−・アンド・ギルズ電位差計である。

更に、長手方向の歪を、ビームの表面に配置した歪ゲージによりビームの中央部 で、そして補強用調について（補強材に設けた幅２．５　＊璽、深さ５１の短い 溝の中で釦に接着して１但し、ＢＤＲ１４型ビームについては歪ゲージを棒の上 部及び下部に接着した）測定した。ビームの表面に配置した歪ゲージは、棒の圧 縮帯域及び引張帯域において、それぞれ）１８Ｍ２０／１２０ＬＹ４１型及び） １８Ｍ５０／１２０ＬＹ４１型であり、補強材について使用した歪ゲージはＨＢ Ｍ６１／１２０ＬＹ５１型であった。亀裂の形成を、ピーク・スタンド・マイク ロスコープ（Ｐｅａｋ　５ｔａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）（倍率：Ｘ２５） により調査した。

ＢＲ２０、ＢＴ１６及びＢＴ２５ビームに関する荷重実験は１２５５型インスト ロン試験機において行い、一方、ＢＤＲ１４ビームに関する荷重実験はシェンク （ＳＣＨＥＮＣＫ）ハイドロパルス装置（シリンダ：　ＰＬ６３ｋＮ）において 行った。

大脹操立 角型は、変形により制御し、段階に分けて行い、各段階に２分の間隔（ＢＤＲ１ ４型及びＢＲ２０型ビームに関して）及び５分の間隔（ＢＴ１６型及びＢＴ２５ Ｔ２５型ビームて）をそれぞれ設けた。

荷重の増加速度は、１ｗｍ／＠ｉｎの変位速度に相当した。

加重は、初期降伏が検出されるまで継続した（採用した実験法のため、例１の実 験において行ったような完全降伏中にビームの挙動を調査することは出来なかっ た）。

その後、荷重を解除し、上記と同様のやり方で再加重を行った。

一つの実験の組（ＢＤＲ１４）においては、更に解除／再加重サイクルを、それ ぞれ降伏値の約６０％及び約８０％で行った。

加重の間、１）加えた力、２）ビーム中央の位置（変位）に対応して、支持体に 関する力の攻撃点とビームの表面及び補強材の種々の場所での歪とを記録した。

益来 試験結果を第３０〜４２図及び表２．６〜２．９に示す。

盗−一り旦 記載されている結果は、ＢＲ２０型ビームについての試験から得られた平均値で ある。

ＢＲ２０型ビームの力／撓み特性 記載されている結果は、３つのビームについての測定値に基づくものである。

五−」ＬＬ えた走　（Ｐ）と蟲み便す上ζｑ隆隆 起記載れている結果は、ＢＴ１６型ビームについての試験から得られた平均値で ある。

ＢＴ１６型ビームの力／撓み特性 記載されている結果は、３つのビームについての測定値に基づくものである。

表−」Ｌ影 忠旧−」呉」ン１シーー山と一六−ｑと庫４Ｊ系記載されている結果は、ＢＴ２ ５Ｔ２５型ビームての試験から得られた平均値である。

ＢＴ２５Ｔ２５型ビーム撓み特性 記載されている結果は、３つのビームについての測定値に基づくものである。

ｔ　２．９ 記載されている結果は、ＢＤＲ１４型ビームについての試験から得られた平均値 である。

加えた荷重 記載されている結果は、３つのビームについての測定値に基づくものである。

標準化曲げ応力を次の３つの異なった系列の測定値から計算した。

１）全撓み。

２）相対撓み、即ち、中央部の変位と力の攻撃点の変位との差。

３）歪測定値。

ビームの一つに関する一連の測定の結果を第４２図に示す。

第４２図において、曲線１．２及び３は、上述した系列１゜２及び３に当てはま るものである。

第４２図に示すように（及び他のビームについての測定によってｆｌｉ認される ように）、３つの異なる系列から計算した標準化モーメント（見掛は曲げ応力） と標準化量との関係を示した曲線は非常によく一致した。従って、結果について の次の説明は、全撓みの測定値から計算された結果に限定される。

第３０〜３３区は、各型のビームに関する力／撓みを表す平均曲線を示す：ＢＴ １６（第３０９）　、ＢＲ２０（第３１図）　、ＢＴ２５く第３２図）及びＢＤ Ｒ１４（第３３図）。

平均値及び統計的データを表２．６〜２．９に示す。

第３４〜３７図は、第３０〜３３図におけるデータ及び表２．６〜２．９から計 算した標準化曲げモーメント（見掛は曲げ応力）と標準化量との間の関係を示す 。第３４図ばＢＴ１６型ビーム、第３５図はＢＴ２５Ｔ２５型ビーム６図はＢＤ Ｒ１４型ビー１１、第３７図はＢＲ２０型ビームに当てはまる。第３８〜４１図 は、標準化モーメント／標準化量の関数としての標準化弾性率の対応値を示す。

第３８図はＢＴ２５Ｔ２５型ビーム９図はＢＤＲ１４型ビーム、第４０図はＢＴ １６型ビーム及び第４１図はＢＲ２０型ビームに関するものである。

実験中、亀裂を見つけるためビームの表面を観察した。観察に最も見込みのある 所は、ＢＤＲ１４型ビームに関する以りは、全長に沿ってビームの垂直面であり 、一方、他の試験ビームに関し７では、中央帯域の外の帯域のみ、言い換えれば 、力の攻撃点と支持体との間の帯域のみであった。実、験後、無加重状態におけ るビームの表面を調べた。

一般的に、ビームを肉眼で調べる時１こは、実質的に亀裂は見られないと述べる ことができる。顕微鏡によって、次のような観察結果が得られた。

降伏荷重の５０〜７０％に相当する（約７０〜１１０ＭＰａの見掛は曲げ応力に 相当する）荷重で、細い微小亀裂（厚み約２０〜６０部）が観察された。亀裂は 、主補強材の上の領域で始まり、その後より大きな荷重で下方向に伸びたが、補 強材のレベルの帯域で停止し７た（非常に少ないが底乙こまでずっと延びた亀裂 があった）。はとんど全ての微小亀裂が補強材を配置している帯域で停止してい るが、この帯域は亀裂が現れる中央帯域よりも大きな歪の下にあることは、注目 に価する。

降伏の時点で、亀裂のいくつかはビームの底にまで進んだ。

ＢＴ２５Ｔ２５型ビーム、剪断破壊が１′４Ｌ！−；た。降伏時点で、幅５　ｍ ｌの大きな亀裂が、支持点から力の攻撃点まで発展した。

破壊時の見掛は剪断応力を、次の式、すなわち、（但し、Ｔは剪断力、ｂはビー ム本体の幅、及びり、は圧縮の中心と張力の中心との間の距離）により計算する と、τ＝１４．３旨Ｐａ　と　な　っ　ノこ　。

荷重解除の後、ビームを再加重ｊ−だところ、最初の実験乙二おいて破損を生じ た荷重とほとんど同じ荷重を担持することができた。これは、大きな変形が生ｊ −だ後でさえ、主補強材が繊維強化マトリックスに良好に同定さねているためと 思われる。

上述したように、試験円筒物（寸法は直径１０Ｃ×高さ２０■）を、各ビームの 注型と関連づけて注型した。これらの対照円筒物（１２のビームに対応して、９ 系列は６個の試験片及び３系列は３個の試験片）の圧縮強度の平均値は、１７１ 、ＩＭＰａと１９１．１ＭＰａとの間でいろいろであり、標準偏差は３、５〜１ ０．５ＭＰａであった。

刹果く２公て夏雇説 得られた結果により、小さなビームに関して得られた期待の持てる結果（例１参 照）が充分実証され、同様の極めて優れた挙動を保持したまま大きな物体に規模 を拡大することに関する理論的考察が支持された。

約１００Ｘ２００　ｍの横断面及び約２１００ｍｍの長さを有するビームは、例 えば大きな橋と比較して大きくはないが、実験と理論的考察は、小さなビームに 関して観察された有益な挙動が、非常に大きな構造体にまでも安全にスケール゛ アップできることを裏付ける。

標準化モーメント（公式化した曲げ応力）として表された降伏値は、１２０ＭＰ ａ〜１６０ＭＰａであった。これは、とりわけ、例１から得られた経験に基づく 理論的評価から推測されることとよく一致している。

これらの値は、典型的に約２ＱＭＰａの見掛は曲げ応力を有する従来の優良な補 強材と比較して非常に大きい。

第３０〜３３図から明らかなように、力／撓み曲線は滑らかであり、ビームは降 伏にいたるまでも加重全過程の間大きな剛性を示した。

このことは、標準化曲げ応力の関数として標準化剛性（弾性率）を示している曲 線によっても示されている（第３８〜４１図）。

例えば、これらの結果は、非常に大きな標準化全荷重（約３．８ｍ／ｍ）までも 、強度と剛性との独特の組み合わせがあることを示している。従来の鉄筋コンク リートを、例えば２ｍｍ　／　ｍの標準化工まで加重すると、顕著な亀裂を生じ 、約１５〜２０）′ｌＰａ、即ち、ＣＲＣビームでは約４０．０００〜５０．０ ００ＭＰａであるのに対して約１０．０００ＭＰａの標準化弾性率に相当する荷 重しか担持しないであろう。

亀裂の観察により、非常に大きな荷重でさえ（１００ＭＰａを超える曲げ応力及 び３．８ｖｎａ／ｍを超える曲げ歪）、肉眼で見える亀裂を実質的に生じないＣ ＲＣ構造体の一体性挙動が確認された。

観察された非常に微細な亀裂の大部分は、ビームの中央、従って、補強材を通過 する亀裂が生じないよう保護されている最も応力が加えられた底部帯域の外にあ った。

この驚くべき挙動を従来の鉄筋コンクリートにおいて起こることと比較して第４ ３図に示す。即ち、第４３図には、ＣＲＣ及び従来の鉄筋コンクリートの亀裂の 挙動がそれぞれ示されている。つまり、第４３図は、鋼棒１で強化された従来の コンクリート２のビームＡの図及び断面並びに繊維強化７トリフクス３及び高ｉ 温度の補強材１を含有するＣＲＣビームＢの同様な図及び断面を示しており、両 方のビームが曲げ荷重下にある。従来の鉄筋コンクリートビーム、は最も外側の 引張歪表面（ビームの下側）から始まり補強材を通過して内側に進んでいる亀裂 ４を示すが、一方、ＣＲＣビームは下部補強材のレベルより上の非強化帯域に非 常に小さな亀裂を示すだけである。

１飢立 統計的結果から明らかなことであるが、実験では、同じ種類のビームは実質的に 同一の挙動を示すことが証明された。

この実質的に同一の挙動は、同じ紙の上に同種類のビー１１についての力／撓み のグラフを作ることによっても示すことが出来る（しかしながら、グラフはほと んど完全に一致し、はとんど互いに区別できないので図示されていない）。

変動係数は、通常の鉄筋コンクリートについてのビーム試験において典型的に観 察されるのと比較して非常に小さかった。明らかに、この理由は、全ての構造レ ベルでのＣＲＣ材料の高度の内部一体性によるものである。大きな局部的及び全 体的延性により、大きな亀裂の形成及び進行による鉄筋コンクリートのような半 詭性材料において通常遭遇する裂は目（例えば、代表的には主補強材を通過する 亀裂）なしに、確実に実質的に均一な応力−歪分布がなされる。極めて高い荷重 下においてさえも、ＣＲＣ構造体のこの非常に高い信頼性のため、ＣＲＣ材料は 、非常に大きな荷重が加えられる構造部材についてさえも非常に安全になる。

豆工二■吏ｉ改泉 試験ビームは、どの点においても、最適な構造体ではなかった。これらの構造体 は、とりわけ、広範囲の構造体にわたってその挙動を調査することを目的として 設計されたものであった。以下、試験ビームの構造特性とその可能性ある改良に ついて述べる。

１）主補強材： 補強棒の直径はそれぞれ１４　、１６　、２０および２５ｍ１であり、これらは 例１において使用した棒の直径（８ｕ）よりそれぞれ１．７５倍、２．０倍、２ ．５倍及び３．１倍大きかった。

より大きな捧（及び対応してより大きい棒間の空間）を、マトリックスを変更せ ずに、言い換えれば、長さ６ｆｌの繊維に基づく同じマトリックスをなお用いて 、使用した。

マトリックスを変更しないまま棒の大きさを増加すると、局部脆性数σｏ”Ｄ／ ＥＧが直径に正比例するので、局部破壊（棒に沿った割れ等）に対する耐性が低 下する。

同様に、強化帯域における歪容量は、例えば８ｍｍの棒を同し容積濃度で使用し た場合よりも小さい。これは、より大きな棒を使用すると、補強棒間に形成され る小さく分離したマトリックスの容積が１．７〜３．１倍増加するためである。

従って、大きな直径の補強材を含有する系の性能は、強化帯域における亀裂に関 して、棒の容積濃度を一定に保ち且つ同じマトリックスをしながら、例えば、直 径８ｍｌのより小さな棒を使用することにより改善することができよう。このこ とによっては注型性（ｃａｓｔａｂｉｌｉｔｙ）に関して何ら問題を生じないで あろう。

２）微小亀裂： 補強材より上の帯域における微小亀裂は、典型的には、その帯域の強化の程度を 底部帯域より低めることにより防止することができよう。

３）マトリックス： 例えば下記のものを使用して、補強棒間の空間の横方向のより大きな寸法に適合 するようにマトリックスの構造を変更することにより、大きな補強材をそのまま にしても系の挙動を改良することもできよう。

１、より長い繊維。

２、　より高濃度の繊維。

３、二形態（ｂｉｍｏｄａｌ）　繊維系（例えば、１２ｍＩｎ１［と３璽１又は ６１１繊維の組み合わせ）。

４）超硬質部材： 下記のような手段により、見掛は曲げ応力２５０〜３２０ＭＰａのような極めて 高い荷重レベル下でさえビームを機能できるようにすることができよう。

１、最大５０％または７０％まで補強材の量を増加する。

２、　５５０ＭＰａの降伏値を有する補強材の代わりに、例えば６００〜１１０ ０ＭＰａの降伏値を有するより強固な補強材を使用する。

３、補強材の大きさを小さいままにして（例えば、８〜１２ｔｍ）、より強固な マトリックス、例えばＡｈ０３砂に基くもの、を使用する。

又、これは、注型の観点からも可能であろう。例えば、棒間の間隔は、この場合 には３〜４ｍ１であり、最も外側の棒と表面との間の間隔も約３〜４１であろう 。

粒度を少し低下させるだけで、例えば、最大直径が２１１ｊ（上記で使用した４ 　ｕｍの代りに）であり１〜２＋ｎのものの濃度が高い砂を使用して、マトリッ クスを例１において使用しビームの長手方向を強固な補強材で高度に強化してい るが、横方向の補強材を用いていない１００　ｘｌｏｏ　Ｘ８５０　ｍｍの寸法 を有する強固なＣＲＣビームについての曲げ試験を行った。

マトリックス材料は、例１．２及び４と同じ種類のもの（ケイ砂、セメント、ミ クロシリカ、及び６容積％の鋼繊維に基づくもの）であった。

補強材（２０１ｍの異形棒ＫＳ６００）は、実施例１．２及び４で使用した補強 材と非常に類似しているが、６００ＭＰａを超える保証降伏値を有し若干強固で あった。

尖狂■旦朔 実験の目的は、特別の横方向の補強材を有しないＣＲＣ曲げ部材の大きな剪断力 に対する能力（通常のｎ強化コンクリートでは、剪断力はスターラップ又は傾斜 棒により吸収される）を調べることであった。この事例において、どの程度まで この強固で靭性のある繊維強化マトリックス単独で剪断力に耐えることができる か、従って、曲げ及び剪断の組み合わせにさらされる物体に剪断補強材を有しな いより簡単な配置をどの程度まで使用することができるかを調べた。

しかしながら、上述したように、ＣＲＣは特別の剪断補強材を有しないこのよう な構造体には決して■定はされないこと、及び上述した本発明の一つの面は、マ トリックスにおける補強材の強固な固定により、極めて大きな剪断容量を生しる 全く新規な横方向の強化を達成することを可能にすることであることは理解され るところであろう。

又、実験のもう一つの目的は、剪断破壊を生じる荷重までの曲げ挙動を調べるこ とであった。

拭腹竺二人 上記したように、ビームの長さは８５０ｍｍであり、横断面は１００　Ｘ１００ 勧であった。

曲げ破壊を避けるために（目的が剪断挙動を研究することであったので）、３本 の異形棒（ＫＳ６００　；直径２０ｍｍ）を底部帯域に配置し且つ同種類の捧２ 木を上部帯域に配置してなる強固な補強材で、ビームを高度に強化した。

従って、底部での引張応力が加えられた帯域における補強材の容積濃度は、引張 帯域を基準として計算すると１８．８％であった。

マトリックス材料の密度及び圧縮強度を、試験ビームといっしょに注型（ｃａｓ ｔ）　シそして保存した試験片（１００Ｘ　１００　Ｘ　１００　＊ｔａの立方 体）について測定した。その結果、密度が２６８０ｋｇ／ｍ’であり、圧縮強度 が２０９ＭＰａであることが分かった。これらの値は４つの測定値の平均であり 、又、圧縮強度測定値に関する変動係数は８．５％である。

皿企及び作製 配合及び作製は、例２に記載した通りであるが、但し、ミキサー及び振動台の種 類は、例２に記載したものと非常に類似しているが同じものではなかった。ビー ム及び試験片は、４０〜５０℃で保存した。

実ゑ９１城 ビームを単純に支持しくスパン７５０ｍｍ）　、２５　）ンの試験機で中央に加 重した。

試験の間、加えた力及び荷重Ｆのビームの底部側の歪を記録した。又、試験の間 、亀裂を検出するために表面を観察した。

猪果 １９７ｋＮまでの荷重では、ビームは目に見える亀裂を少しも生し２ることなく 変形し、その後、剪断亀裂が発生したが（底部の補強材より上に角度４５”で） 、まだビームの底部に回に見える引張亀裂は少しも生じなかった。１９７ｋＮで 加重されたビームの底部での歪は、３．７５ｍ／ｍであった。

２０３ｋＮの荷重で、棒に沿って破損が生じた。その後、荷重は約７０ｋＮまで 低下した。

１９７ｋＮの荷重に相当する、亀裂（肉眼で観察された）が生じる前の剪断容量 は、標準化剪断容ＩＴ／２／ａＢＨとして計算して１４．８ＭＰａであった。但 し、剪断力はＴ＝　１／２−１９７ｋＮであり、このビームの輻（Ｂ）及び高さ くＨ）は両方とも０．１ｍであった。

１９７　ｋ　Ｎの荷重で剪断亀駁が生しる前の、荷重が加わる点の下の底部表面 帯域における標準化曲げ容量及び歪は、それぞれつぎの通りであった。

σｂ　＝　２２２ＭＰａ ε　−３，７５璽１１　／　ｍ ）！τぜ化曲げ容量（ｙＪ掛は曲げ応力）は、Ｍ／　１　／６８Ｈ’　（世し、 曲げモーメントＭは、１／４・１９７　・Ｏ，’７５に＼＋Ｉ＋）とし７７酎１ ２される。

これらの値から、ここでＥ−σｂ／ξとして定義される「標準化弾性率」を計算 すると、Ｅ　＝　５９．２００ＭＰａとなる。

２０３ｋＮの極印荷重容量は、見掛は曲げ応力σ、、ｔｔ　−・２２８ＭＰｉｉ 及び見掛は剪断応力τＵい−１５，２ＭＰａに相当する。

Ａ１艮様２記又ｐ邂且 剪断実験は、マトリックス自体が、太い主補強材を高ン；度で含有するが（１０ ０×１００　ｍｍの横断面を有するビー１．において直径２０龍の棒を引張帯域 にほとんど２０容積％）、横方向の補強材を少しも有しないＣＲＣビームにおい て、大きな剪断荷重を移動することができ、その極限剪断応力が約１５ＭＰａで あることを示す。

この見掛は剪断容量の稙約１５ＭＰａは、本発明のビ・−ムとは異なり、剪断を 吸収する特別な横方向の補強材を有する従来の優良な鉄筋コンクリ−トと比較し て高い値である。

この結果について興味深い点は、多分、特定の靭性のある強化７１〜リウクス自 体が大きな剪断応力を＋７．動てきイ、こｙ（事実、この値はバルクのマトリッ クス材ｊ４．　ｃ＝ついての実験から予測される値とよ＜一致する）ではなく、 このことを非常に多量の主補強材との完全な共同作業により行うことができる点 にある。

このことは、補強材の良好な固定とマトリックスの強固な一体性とともに優れた マトリックス−補強材間の一体相互作用があって、従来のコンクリート材料から 製造されたビームｃｒ同量の多量の補強材を配置した場合には間違いなく生じる （非常に低い荷重において）であろう主補強材に沿っての大きな破壊なしに、構 造体を実質的に亀裂なしに機能させる（非常に高荷重で破壊するまで）ことを示 している。

実際に、施工規定によれば、そのような多量の補強材を含有する通常のコンクリ ートのビームを使用することは認められないであろう。

曲げに関して、試験により、ＣＲＣ構造体において得られる潜在的曲げ容量（本 発明前は全く得られることなく非現実的と考えられてきた（Ｉりが示された。例 えば、試験ビームは、少なくとも２２２ＭＰａの曲げ容量（見掛は曲げ応力）を 示した。

実際に、ビームは、剪断破壊が始まる見掛は曲げ応力２２２ＭＰａ（及び対応す る歪３．７５１／　ｍ　）までは、全く曲げ亀裂を生じることなく機能した。こ の見掛は曲げ応力が、剪断破壊を生じなかった場合に到達することができた上限 に近いという証拠は何もなかった。

その状態で、全剛性（応力を歪で割ったもの）は５９、２００ＭＰａであった。

このトリ性の値は極めて高いとともに、非常に高い曲げ応カレヘル（σ−２２２ ＭＰａ）と組み合わされている。

又、試験したビームのような横断面を有しているが、剪断破壊に対して保障され たビーム（剪断補強材又は同様の高剪断を受けてないより長いビームを使用して ）は、恐らく、２６０〜３００ＭＰａの見掛は曲げ応力に相当する曲げ降伏値を 示し、そして恐らく、補強材を通過するマトリックスの亀裂が全くないか又は主 補強材を通過する非常に細い亀裂のみがある、降伏まで内部一体性に関して良く 機能するであろうということが推測される。

別ｌ 竺二ム茸−２ｖユｐ劾−的−成狂ユ疲−分χ−３つのＣＲＣ，ビームに、非常に 大きな振動荷重（それぞれ静的降伏限界の４２　、７０及び８６％に相当する、 ゼロから５０　、８３及び１０２ＭＰａまでの見掛は曲げ応力）を加えた。

これらのビームは、例２の静的加重実験において使用したビーム（ＢＤＲ１４型 ）と同じ種類の、異形棒鋼で強化したポルトランドセメント／ミクロシリカに基 づくビームで、長さ２０８２ｍｎ、幅８４１１及び高さ９Ｑｍｍのものであった 。

実験の目的は、非常に大きな応力及び歪レベルで振動荷重下のＣＲＣ構造体を調 べることであった。

繊維又は棒で強化した従来の脆性材料は、マトリックスが亀裂する引張歪を超え る振動歪荷重での挙動があまり良くないことが知られている。

従って、このような従来の材料のほとんどは、補強された材料がマトリックスよ りはるかに高い引張容量を有しているにもかかわらず、補強材がマトリックスに 亀裂が入った後かなり荷重を担持するため、耐疲労性が悪い（マトリックス材料 自体の引張強度が非常に高くないかぎり）。これは、例えば、従来の鉄筋コンク リート及び強固ｊ二強化ｊ９１．た繊維セメント製品の場合である。

例えばゼロからピーク値までの振動荷重（子図又は最大五百万回以上）下のＣＲ Ｃ構造体の曲げ挙動に関する問題は、１）構造体が、静的張力下においてバルク のベースマトリックスの極限歪と同様な歪で破壊するかどうか、即ち、材料が、 ベースマトリックスの破壊の広がりにより破壊するかどうかであり（それは、ベ ースマトリックス材料に関しては、引張応力約１０ＭＰａ及び引張全豹０．２ｔ ｍ／ｍにおいてであろう）、又は、 ２）ＣＲＣ構造体が、バルクの繊維強化マトリックスに亀裂が生じる引張歪と同 様の引張歪を受けるまで、即ち、主補強材なしで（これは、引張全豹０．６〜ｌ 　ｆｌ／ｍに相当する）破壊しないかどうかであり、又は、 ３）ＣＲＣ構造体が、主補強材の疲労を生じるような大きな応力を受けるまで破 壊しないとともに、破壊までマトリックス材料が実質的に一体性のままであるか どうかである。これは、降伏値の７０〜８０％の補強材における荷重導入応力に 相当し、当該試験ビームの場合、約８０〜９０ＭＰａの標準化曲げモーメント（ 公式化曲げ応力）及び全豹３　ｗｈ＊　／　ｍに相当する。

可能性３を含めるために、ゼロから降伏荷重のそれぞれ８６　、７０及び４２％ までの振動加重を用いて上端で開始し、何が起きるかを単に観察することにした 。

試１団二にβ（すｑ蓋勾β？竺ｑ４二友ｙ、−試験ビームは例２におけるビーム と同じ種類（ＢＤＲ１Ｊ型）であり、実際にこれらと一諸に調装して注型した。

従って、作製法、配合組成物、マトリックスの構造等に関するデータは、例２の 場合と同じである。

同様なビームについての静的試験及びマトリックス材料の試験片についての試験 の主要なデータを、表２．９及び第３３図に示す。

災駿曵構成 ビームには、例２に記載したのと同様の方法により、ＢＤＲ１４型ビームに関す る静的実験において使用したものと同様の装置により、２つの同一な力で加重し た。

ビームの中央部には、歪ゲージをビームの表面及び引張帯域における中央の補強 棒の上部表面及び底部表面に接着し、又、変位変換器を、対応の静的実験と同様 の原理によって撓みを測定するために設置した。

ビームに、はぼゼロから、静的実験においてそれぞれ５０゜８３及び１０２ＭＰ ａの見掛は曲げ応力に対応する荷重（ＢＤＲ１４型に関して例２において見出さ れた平均値に関する静的降伏値のそれぞれ４２　、７０及び８６％に相当する） まで変形支配振動荷重をかけた。

個々の実験は、変位の大きさを一定にして行った。変位の大きさを一定に保つこ とにより、試験の間にピーク力が減少する（不可逆変形のため）。しかしながら 、結果から明らかなように、２．０００．０００以上の加重サイクルでさえ、実 験中のピーク力の減少は非常に小さかったので、実験はほとんど一定ピーク力の 実験として考えることもできる。

ビームのうちの２つ（最も大きい荷重をかけた２つ）が実験中に破壊したが、最 後のビームは、５．３０５．１５０の荷重サイクルの後において損傷していなか った。

動的試験の後、及び亀裂の発生を検出するための表面の検査の後、この損傷して いないビームに再び加重した。但し、今回は、降伏するまで静的に加重し、その 後、静的実験と同様の手順を行った。（例２参照）。

拭襞精来 動的試験の結果を表４．１に示す。同様のビームについての静的試験の結果を表 ２．９に示す。

拭襞桔凍エギニ躯についてのΦ　・　Ｊじεζトυ人／Ｌス旦ついて　・に１　 しな狂、血強度 １７６．３　４．４　１５．８８　５．３０　１４．４９　４．０４　５，３０ ５．１５０１？４．６　１．９　２６．５８　５．００　２３．４８　３．１８ 　４０３．７９０実験は、破壊するまで周波数５Ｈｚで行った。但し、破壊せず に５．３０５．１５０サイクルに耐えたビームは除き、この場合は１０）１ｚで 試験を行なった。

最も大きな荷重をかけた２つのビームは、それぞれ４０３．７９０サイクル及び ５２，４３０サイクルの後破壊した。

ピーク荷重は実験中はんの少し、即ち、それぞれ９％、１２％及び０％変化した 。

従って、この試験は、それぞれ約５０　、８３及び１０２ＭＰａの瞬間ピーク荷 重に相当する一定ピーク荷重実験として考えてほとんどさしつかえない（見掛は 曲げ応カニそれぞれ静的降伏値の４２　、７０及び８６％）。

１回目の荷重サイクルの後及び破壊後に亀裂を調べた。１回目のサイクルからそ れぞれ５，３０５，１５０．４０３，７９０及び５２．４３０サイクル後の破壊 まで、実質的−に亀裂の発生は認められなかった。

破壊した２つのビームから、材料をダイヤモンドソーにより破壊帯域の底部表面 から切り取って、主補強材の表面を露出させた。

２つのビ・−ムでは、それぞれ１本の補強用棒（ビーム断面のかど）及び２本の 補強用棒（ビーム断面のかど及び中央部）に疲労破壊が生じていた。破壊は、振 動装置が自動的に停止するピーク力の降下によって判断した。

Ｐｍ１ｘ約１５．９ｋＮで加重したビームは、破壊せず、５、３０５．１５０サ イクルの後加重を停止した。

ピーク力は、開始待ち、、　＝１５．９ｋＮから５，３０５，１５０サイクルの 後へ、、　＝１．４．５ｋＮに降下した、即ち、減少はわずか約９％であった。

このビームに関しても、疲労実験は、はとんどゼロと少なくとも１４゜５ｋＮと の間の力の変動（静的降伏値の約３８％である標準化モーメント（公式化曲げ応 力）約４１ＭＰａに相当する）を有する、一定ピーク力実験とみなしてさしつか えない。

第１回目の加重から５，３０５．１５０の加重サイクルまでに、亀裂の発生はほ とんど観察されなかった。５，３０５．１５０の加重サイクルの後、試験ビーム を静的Ｃコ（ゆっ＜２））降伏するまで加重した。

第４４図に、このビームの静的荷重に関する力／変位曲線６を、２回の再加重サ イクルを行った（５１ｊ　２における静的試験からの同様のビームに関する力／ 変位曲線とともに示す。曲線１は加重、曲線２は１回目の荷重解除、曲線３は１ 回目の再加重、曲線４は２回目の荷重解除、そして曲線５は２回目の再加重を示 す。図から明らかなように、５，３０５．１５０の加重サイクルにかけたビーム の静的荷重に関する力／変位曲線６の勾配が、例２における静的試験からのビー ムの２回目の再加重に関する曲線の勾配と同じである。

このように、ビームは、降伏するまで静的試験におけるビームと実質的に同じ挙 動を示した。振動荷重をかけたこのビームのｐ１性は、わずかに大きい程度であ った。

益果く２公で少邂−反 この試験の結果により、補強材がマトリックスの歪容量を増加させる代表的なＣ ＲＣの性能が、非常に大きな荷重（おおきな歪）での非常に数多くの加重サイク ルにも当てはまることが明らかになった。マトリックスは実質的に一体であり、 その大きな荷重を移動し且つ大きなＩ！、＋１性を維持する能力を失わなかった 。このことは、５，０００，０００回以上加重してもビームが実質的に影響を受 けないことによって明確に証明された。

又、これらの実験により、１回目の荷重サイクルの間に生じ且つその後の加重サ イクルで剛性の増加を生じさせるマトリックスの構造のわずかな再配置が生じる ことも説明される。

更に、極限破壊が明らかに主補強材の純疲労破壊であって、破壊前にマトリック ス材料の一体性が何ら変化しない高荷重実験によって、極めて優れた挙動が非常 に明確に示された。

次の事実により、破壊が主補強材の純疲労破壊であることがも育かめられる。

１）補強材における応力（全豹１．８　ｍｍ　／　ｍに相当する）は、補強材に 疲労破壊を生じさせるかもしれない大きさのものである。

２）一定変位実験中に発生したピーク力が加重サイクルの間実際上一定のままで あった事実かられかるように、荷重を移動するマトリックスの能力は、実質的に 変化しなかったように思われる。

３）１回目の加重サイクルの後から試験の終わりまで、実質的に何ら亀裂の発生 がなかった（但し、主補強材破壊に関連した単一破壊亀裂を除く）。

このことは、非常に大きな振動荷重に耐える能力を有するＣＲＣ構造部材が現実 のものであること、及びこのような構造体に関する限界は、マトリックスではな く補強材の疲労強度により決まることをはっきりと示している。

氾 ■下！じζト」二ノークメ材■様２（８）又■軌的避１しμ支分Ｙ例２．３及び ４において使用したセメント−ミクロシリカ−１ＦＩ　Ｉｓ維に基づく材料と同 一のマトリ・ノクス材料の円筒物に、振動圧縮荷重をかけた。

で変化させて、試験片に荷重をかけ１こ。

実装Ω旦伯 ＣＲＣ構造体には、引張力を吸収する主補強材が高ン；度で常に含有されている 。時には、ＣＲＣ構造体に圧縮力を吸収する補強材をも含有させるが、マトリッ クス自体がかなりの圧縮力を吸収することができるので、ＣＲＣ構造体の圧縮帯 域における補強材の必要性ははるかに小さい。圧縮強度は、静的荷重において非 常に高いことが知られている。この疲労実験の目的は、振動荷重の条件下、典型 的なＣＲＣマトリックスの圧縮強度を測定することであった。

拭放片 試験は、直径２９ｍｍ及び高さ５８ｍ−の円筒物２９個について行った。試験片 のマトリックス材料は、例２〜４と同様のものを使用した。試験円筒物（及び対 照円筒物）を、例２に記載されている通りに作製した。試験片を５バッチ分注型 した。

天！！　＋７）Ｊ　ｙ良冴び只溢 動的実験の前に、同じバンチから作った試験円筒物のいくつかと対照試験片（直 径１００＋ｍｘ高さ２００ｕ＋）について、静的実験を行った。小円筒物につい ての静的実験及び動的実験’ｌｒ、２５０ｋＮの脈動装置〔シェンク（Ｓｃｈｅ ｎｃｋ）ハイドロパルス装置ＰｓＢ２５型〕において行った。

上述したように、試験片にほぼゼロからピーク値までの荷重をかけた。技術的理 由のため、試験片を実験全体を通して圧縮下に置いた。最小圧力は約３　ＭＰａ であった。

ピーク力値は、圧縮強度が２０８ＭＰａ（１３７，４ｋＮの力に相当する）であ った静的実験の結果に基づいて選択した。

即ち、ピーク力値は、約１３５ＭＰａと１９１ＭＰａとの間の応力に相当する８ ９．２ｋＮと１２６．４ｋＮとの間、言い換えれば、静的実験において測定した 圧縮強度の約６５％と約９２％との間で選択した。

加重は、破壊が生じるまでｍ続し、加重サイクル数を記録した。試験片のうちの ３つは、約１，０００，０００〜２．０００．０００のサイクルの後に試験を停 止した時に破壊していなかった。

静的実験及び対照実験の結果を表５．１に示し、また動的実験の結果を表５．２ に示す。

ｔ５．ｌ− 試験片（２９ｍｍｘ５８ｍｍ）及び対照試験片（１００ｍｍＸ２００　ｍｍ）に ついての静的実験の結果（５回の実験の平均）試験片　対照試験片 圧縮強度（ＭＰａ）　２０８．０　１８５．０標準偏差（ＭＰａ）　４．５　４ ．７ 孟」ｄＬ 旦二久九上有１ｊ乙ス酉数ｐ聚保 周波数１０Ｈｚで、２．７　ｋＮと４．２ｋＮとの間の最小力からピーク力まで 荷重を変化させて実験を行った。但し、本本で示したものはＩ　Ｈｚで行った。

＊で示した試験片は破壊しなかった。

９６．３　９４，５６０ ８９．２　２，５９９．５７０　＊ ９５．７　５９，９００ ９２．８　１，２８５，０１０ １０２．０　１０．３７０ ９５．６　１，４７９，０００　＊ ９８．２　６２５．０６０　Ｘ １０４．８　８．６００ １１２．７　２，８４０ １１８、．３　Ｌ１４３　本＊ １１８．６　３９０　＊＊ 第４５図は、表５．２の実験結果を表す点を通って適当に引いた最良曲線を示す 片対数グラフ（ＩｏｇＮ、Ｐ　ｐ　／　Ｐ　−）である。Ｐ２及びＰ５は、動的 荷重に関するピーク力及び静的荷重に関する破壊時の荷重を示す。

藤爪ス］づ１反 実験結果から明らかなように、約１００，０００回の加重後、圧縮強度が、静的 実験において測定した圧縮強度の約７０％まで減少し、又、１，０００，０００ 回以上の加重サイクルに相当する極限疲労強度は、静的実験において測定された 圧縮強度の３り６０〜７０％であった。

実験結果は、マトリックスが数百ガロの加重サイクルの間でさえ、マトリックス の圧縮強度の最大６０％までの脈動荷重下で圧縮に効果的２こ利用することがで きることを示す。

別」− 箱五〇ｔを」」どζ伝ｒ１に句５１１を創月−１３ニー高度ぶＪ１化ルーな一逅 ３Ｊ餐ン１製 ＣＲＣは、高濃度の微細繊維を含有する緻密マトリックス材料に埋め込んだ高濃 度の主補強材、及びしばしば高濃度の第２の横方向補強材を用いて作られる。は とんどの場合、このような構造体を得るには特別の注意が必要である。

即ち、下記の事項が必要となる。

１）７トリックス材料が、より粗大な補強材間の空隙を完全に満たすこと。

２）マトリックス材料を形成する成分を、非常に低い空隙率を有する構成で充填 すること。

３）マトリックス材料を、実質的に内部分離を少しも生じることなく均一に配置 すること。

適当な製造法を本例で説明する。この製造法は、通常押し抜き破壊（ｐｕｎｃｈ ｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅ）（第１７図参照）を生じるであろう非常に大きな集中 荷重に耐えることについての極めて高い荷重容量にするようにした厚み１２１１ の高度に強化した大きなＣＲＣ板を作製するの関連して、試験注型としても役立 った。

注型の原理を、概略的に第４６図己こ示す。６により表した振動台上に配置した 、後部壁ｌ及び底５を有する型に、互いに垂直な主補強材の捧２及び３の水平な ２層からなる８ｆｌ　？ｉを、型の側面に強力に固定して箱の上部と底部に配置 する。主補強材棒間の各開口部に、横方向の補強材４を配置し、水平な棒に溶接 する。溶接部の一つを８で示°す。繊維強化マトリックス材料７の注型素材（ｍ ａｓｓ）を、上部補強材層の上に置き、振動により助熱して型の中に流下させた 。

刹１１月３「有す一薊型 板の「モデル４Ｉの注型を、より大きな側面（１６０Ｘ１６０　ｕｍ）を有する 水平に配置した透明材料（プレキシグラス）の開放形角柱状の箱（１６０Ｘ　１ ６０　Ｘ　１２０　＊ｏ＊）で行った。このモデルは、第４６回に示す型に相当 するが、もっと小さかった。補強材を次のように配置した。

多量の主補強材（直径１６ｍの異形棒）二箱の、Ｊ一部と底部に、互いに垂直な ２つの水平な層（各層５本の棒からなる）からなる組織を配置した。各組織にお いて互いに垂直に配置した２つの層の距離は４龍であり、一方、最外層と箱の内 部の上部表面及び底部表面との間の距離は、それぞれ３１１１１であった。

各個々の層における棒間の距離は、１６ｍｍであり、棒と箱の側面境界との間の 距離は、８ｍｌであった（第４６図参照）。

これに加えて、異形棒の形態の横方向の補強材（直径１０１ｍ、長さ１００　ｍ ｌ）を、主補強材棒間の１６Ｘ１６ｃｍの各開口部に配置した。。

補強用の棒の総容積濃度は約２７％であった。

主補強材と箱の側面との固定は、主補強打棒を、それらが箱の外に約ＩＱｎｍ突 き出ずように配置して達成し、そして箱の孔をシリコーンでシールした。横方向 の補強材は、補強棒の上層に固定しく溶接で）、箱の中央に、１００　ｍｍの棒 の末端が箱の上部及び底部からそれぞれ１０＋ａｍの距離にくるようにおいた。

ヱ上−Ｌｚ久ス材料 ２種類のマトリックス材料を使用した。一つの種類は、例１〜５で使用した材料 と同一であり、約６容積％の鋼繊維（６ｓｓ　Ｘ　０．１５ｍ）　、４５容積％ の粗砂（最大粒径４１１）及び約５０容積％の結合剤形成材料を含んでなるもの であった。

この結合剤形成材料は、約４８容積％のセメント、約１６容積％の超微細シリカ 、約３４容積％の水、及び約３容積％の分散剤を含有していた。他の種類のマト リックス材料は、同様の組成を有していたが、但し、粗砂は、最大粒度４＋ｕの 強固なＡｌ　２０３に富む砂であった。

在姿 例２に記載したようにして混合を行った。

庄星 注型は、振動下で行い、型にマトリックス材料を連続して満たす間は補強材の入 った型を振動台に固定し７ておいた（第４６図参照）、振動周波数は約１００　 Ｈｚであり、加速度は５０〜７０ｍ／ｓｅｃ”であった。

肉眼で型が完全に一杯になったなった七判断されるまで振動を継続した。これに は、ケイ砂を含有するマトリックス材料の場合約１０分及びＡｌ２Ｏ３を含有す るマトリックス材料の場合約７分かかった。

これと同時に、３つの対照円筒物（直径ＩＱｃｍ、高さ２０ｃｍ）を同じ振動台 上でマトリックス材料から注型した。

１０良 ベースマトリックス材料（繊維を含有しない）は、少し靭性があった（しかし、 厚み２〜４ｃｍの固まりで評価した時、自重で流動することができた）。６容積 ％の鋼繊維をベースマトリックス材料に配合すると、この材料の靭性がずっと増 加し、振動を加えないと自重では流動することができなかった。

振動台の運動に従って振動する上部補強棒の上に３〜５ａｌの厚い圃まりにして 配置すると、補強材に直ぐ隣接する材料は容易に流動可能になったが、一方、振 動している棒からもっと離れた帯域における材料は、振動しないよりも流動性が わずかによいだけである靭性材料として挙動した。

下方帯域からの容易に流動可能な材料は、粘着性の固まりとして、横方向の補強 材に沿って流下するか又は長い糸（典型的には太さ２〜５龍）として箱の底の下 部補強材へ降下し、開口底部空間上全体にわたって完全に広がり、少しずつ上方 に上昇し、最後に完全に箱を一杯にする（第４６図参照）。

７トリンクス材料は、高濃度の補強材を有する箱の充填においてばかりか直径１ ００　＊−で高さ２００龍の対照円筒物の充填においてもなかなか流動しなかっ た。注型の後、試験片の重量を計り、それぞれ箱に注型した材料及び円筒物に注 型した材料のマトリックス密度をめた（箱の中の自由空間の容積を予め、箱に水 を満たしその系を計量してめておいた）。

密度の測定値は下記の通りであった。

箱への注型の場合： ケイ砂を含有するマトリックス材料　２７５６ｋｇ／ｒｔＡｈ０３砂を含有する マトリックス材料　２９４５ｋｇ／ｍ？試験円筒物への注型の場合： Ａｈ０３砂を含有するマトリックス材料　２９２２ｃｇ／ｎ？ケイ砂マトリック スに関する結果は、２７３３ｋｇ／ｒｌ？であるケイ砂マトリックスの１００％ 高密充填に相当する理論値に匹敵しうるものである。結果から明らかなように、 箱における材料について測定した密度は、理論密度よりわずかに高かったが、こ れは実験による誤差である。しかしながら、精度を考慮に入れると、複雑な系の 充填は、おそらく空気含量２％未満、最も可能性あるものとしては１％未満でき わめて良好である、と結論しなければならない。又、この結果から、箱における 材料の密度は、円筒物における材料の密度よりも高く、且つ円筒物における材料 の流動性が劣ることから、箱における系では圧縮がより良好であることもわかる 。

このことは、従来の「良好な」コンクリート施工とは異なり、振動が補強材から マトリックス材料に伝わる本発明の態様の効率のよさを示している。箱の場合、 振動源（補強材）から材料までの最大距離は約５１であり、一方、円筒物の底か ら頂部までの距離は５０〜１５０ｍｍであった。

４１．０．砂を含有するマトリックスで注型した３つの対照円筒物の機械的特性 を測定した。圧縮強度は２１８．７ＭＰａ、音速は４９、２６０ｍ　／　ｓｅｃ 及び弾性率は７１，０００ＭＰａであった。この圧縮強度は３つの試験片の平均 であり、楼準偏差は４．７　ＭＰａであった。音速の測定方法及び動的弾性率の 計算方法は、例１において記載した通りである。

■１ 団１韮直試襞 非常に大きな力がＣＲＣ構造体における主補強材とマトリックスとの間で移動し うろこと、及び、補強材がＣＲＣ構造体の表面のごく近くに配置されるとき補強 材に又は補強材から大きな力を移動させることも可能でなければならないことが 、ＣＲＣの特徴である。ＣＲＣ構造体においては、主補強材を構造体の表面に近 接して配置し、主補強材上の層又は繊維強化マトリックスの厚みが従来の鉄筋コ ンクリートにおけるよりもはるかに薄くすることがよい設計であることがしばし ばである。

例えば、異形棒で強化された従来のコンクリートの場合、被覆の厚みは棒の直径 の少なくとも１．５倍である〔デンマーク国実施規定ＤＳ４１１（Ｄａｎｉｓｈ 　ｃｏｄｅ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ＤＳ４１１）参照〕。

ＣＲＣの場合、被覆の厚みは、典型的には補強用棒の直径の０．３〜０．８倍の オーダーにすぎず、即ち、通常の鉄筋コンクリートにおけるよりも２〜５倍薄い 。

強化構造体の表面に近接する補強材に又はこの補強材から大きな力が移動する間 に、主補強材に沿ってマトリックスが破損する危険がある。ＣＲＣ構造体におい てこの現象を調べるために、２種類の試験片について引き抜き試験を行った。

一つの種類は、■補強棒を繊維強化マトリックスの非常に薄い（１８Ｎの厚さ） 試験片に注型したもので（例２〜５において使用したものとほとんど同じ）、補 強材の２つの側での繊維強化マトリックス層の厚みは補強材の直径の約０．６倍 にすぎない（下記の試験片ＦＡ参照）。もう一つの種類は、中央に８１１の棒を 有する、横断面５０　Ｘ　５０　ｍの角柱状試験片である（この種類の試験片を ＦＡＫと称し下記に説明する）。

この２種類の試験片を第４７図に示す。繊維強化マトリックス材料１の本体にお いて、２本の捧２が３により示すように固定長さくａｎｃｈｏｒｉｎｇｌｅｎｇ ｔｈ）まで埋め込まれている。第４７図は、非常に薄い長方形横断面試験片を示 している。この長方形断面試験片において、補強材の２つの側での繊維強化マト リックス層は、補強材の直径及びその中央に棒を配置した正方形の横断面を有す る角柱状試験片の０．６倍以上にすぎない。

固定長さくマトリックスに埋め込まれている捧釦の部分の長さ）を１５ｍｍと１ １５１との間で変化させた。第４７図に示。

すように、各試験片には、各端部に１本づつ、固定長さが同一である２本の突き 出した棒を含有せしめた。両種類の試験片を、引張破壊を避けるために、直径３ 　ｌｓの縦長棒で強化した。

繊維の効果を解明するために、同じマトリックス組成であるが繊維を有しない２ つの試験片（ＦＡ型）も作製しそして試験した。

これらの試験片においては、強化マトリックスの割れの危険性は、マトリックス 層が補強材の１つの側のみで薄い、同様なＣＲＣ構造体（このＣＲＣ構造体の内 部においては、補強材の他の側の材料が割れから保護する）におけるよりもはる かに大きい。

試襞片ｐ背立 引き抜かれるべき棒の降伏及び破壊応力は、それぞれ６１６ＭＰａ及び７７４Ｍ Ｐａであった。

マトリックス材料は、例１〜５に用いた種類とほとんど同じであり、即ち、ポル トランドセメント、ミクロシリカ、ケイ砂及び６容積％鋼繊維（６ｗ　ｘ　Ｏ， １５ｍ）に基づくものであったが、他の例より強度及び密度を低下させることが わかっている他の装入材料からの成分をいくらか含有しでいた。このことにもか かわらず、試験結果から、耐引き抜き性に関する重要な情報が得られた。

配合組成物及び配合物の調製は、例２で説明した通りであった。混合は例１のよ うに行った。注型は、振動台上で、周波数５０Ｈｚ及び加速度３０〜５０ｒｎ／ ｓｅｃ”で振動を加えながら行っ　ノこ。

試験片は、湿ったタオル及びプラスチックで包み２０℃で１日、４０〜４５℃で １１日、そして２０℃で１〜３日保管した。

跋験王凰 試験は、１２５５型インストロン試験機を用いて、注型により中に埋め込まれた 棒の突き出ている端部を変位０．１　ｍｍ＋／ｍｉｎの一定速度で引張ることに より行った。引張の間、引張力を記録した。実験の終わりには、降伏が生じ始め た時に変位の速度が増加した。

結果を表７．１に示す。

２表−五」− 引１目に−ぎ試旦９−拮果及一びヱ２トＩＪ、スクー冬〜材−料の一特性表に記 載の数値は３つの試験片についての平均値である。

二重線より−Ｆの８つの試験（ＦＡ型）は、横断面１８Ｘ６６１ｍの薄い試験片 についてのものであり、一方、二重線より下の４つの試験（ＦＡＫ型）は、より 大きな横断面５ＱＸ５Ｑｎ＋の試験片についてのものである。

１ｍ　ｋＮ　ｋＮ　％　ＭＰａ　ＭＰａ　ｋｇ　／　ｒＩ？１５　１１．４　０ ．２　１．３　３０．２　１６８．７　２７２５３５　２４．９　２．２　８． ８　２８．３　１７３．４　２７１８６０　３１．０　−一−−ｍ−−＝　１７ ２．８　２７１９　３）８５　３１．０−一−−−１６８，９２６７８３）備考 ：１）補強用の棒は、極限荷重に達する前に降伏した。

荷重の増加に伴い、棒が引き抜かれるまで亀裂が発生した。

２）このマトリックスは繊維を少しも含有し、ていない。

３）棒が試験片のマトリックス部分の外側で引きらぎれた。従って、引き抜きは 起こらなかった。

４）τ−Ｐ／（π・ｄ　−１り（但し、Ｐは引張力であり、ｄは補強材の直径で あり、ｌは固定長さである。）薄い角柱（横断面１８Ｘ６６ｍｍ）についでの実 験におい°ζは、破損は引き抜けの形で、と同時に角柱の両側で補強材に沿って マトリックスの割れの形で起こった。

固定長さが最も長い試料においては、補強材におりる顕著な降伏が引き抜けの前 に生した。このことは、亀裂の形成が角柱の端部を起点として補強材に沿って内 側に進行していることから分かった。

固定長さが非常に短い（１５Ｎ）試験片においては、割れが起きるとともに、マ トリックス材料が小さなくさび状に本体から引き抜は破損した。

固定長さが長い試験片では、破損が生じなかった試験片の他端の棒の所でやはり 角柱の実質的な降伏及び亀裂の形成が見られた。

固定長さが短い試験片に関する実験においては、破損が住じた端部においてのみ 実質的な破壊が起こったが、相対する端部のマトリックス材料はほとんど変わら ず且つ実質的に亀裂はなかった。

より厚い角柱（５０Ｘ　５（ｈｍ　）に関する実験においては、固定長さが短い （６０１未満）試験片に場合についてのみ引き抜けが生じたのに対し、固定長さ のもっと長い（６０龍及びそれ以上）試験片では、突き出ている補強材が簡単に 破断して破損した。

鈷未豆コー公Ｘ（υ珀え 実験は、ＣＲＣマトリックスが、引き抜けに関連する補強材に沿った破壊に耐え る能力を示す。例えば、補強材のそれぞれの横倒について強化マトリックスがわ ずか５Ｒに過ぎない薄い試験片における見掛は引き抜き剪断応力は、約１７〜約 １０ＭＰａである。これらの値は、多量の標準的なコンクリートで取り囲まれた 同様の補強材を用いて得られる剪断応力と比較しても高いため、異例のものであ る。横断面５Ｑ　Ｘ　５Ｑｗの試験片においては、剪断応力は約３０ＭＰａであ った。これは極めて高い値であり、割れの危険があるような形状及び寸法の試験 片においてさえも、固定長さが棒の直径のわずか約５〜６倍で補強用棒崎の利点 が充分発揮されることを示している。

割れが防止されるもっと緻密な形態では、補強用鋼の利点を充分発揮するのに必 要な固定長さはずっと短くなる。

この独特の引き抜き耐性は、特に、長手方向の主補強材を横切って配置した短い 真っ直ぐの棒からなる本発明による新規な種類の横方向強化材において利用され る。

変位 変位 脆性数 撓み Ｆｉｇ、　９ 歪 Ｆｉｇ、　１２ Ｆｉｇ。１３ 撓み 撓み Ｆｉｇ、　２３ 撓み 歪 歪 歪 Ｆｉｇ、　３８ Ｆｉｇ、　３９ 曲げ応力 Ｆｉｇ、　４０ 曲げ応力 曲げ応力 Ｆｉｇ、　４３ 撓　み 加重サイクル数 手続補正書（方式） 昭和６３年１１月）　日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＤＫ８７１０　ＯＯ７２ ２、発明の名称 コンパクト強化複合材 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　アクティーゼルスカベト　アルボルクポートランドーセメントーファブリ ク ４、代理人 住所　〒１０５東京都港１区虎ノ門−丁目８番１０号５、　補正命令の日付 ６、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文 ７、補正の内容 明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書 （内容に変更なし） ８、　添付書類の目録 明細書及び請求の範囲の翻訳文　各１通国際調査報告。

Ｌｎｌｅ＋ｍＨ＠＋１＾”””””　”　ＰＣＴ１０Ｋ８７１０Ｃ０７２１−− １−−ｍ″”　ＰＣＴ／ＤＫ８７１０００７２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含んでなり 、このマトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化されているベ ースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品（ｓｈａｐｅｄａ ｒｔｉｃｌｅ）であって、主補強材の横断寸法が、上記の繊維Ｄの横断寸法より 少なくとも５倍大きく、好ましくは少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少 なくとも２０倍大きく、又は少なくとも１００倍も大きく、 上記の造形品及び／又は上記のマトリックスＡ、及び／又は上記のベースマトリ ックスＣが、どの方向においても、次のように定義される大きな剛性を有し、即 ち、１）上記の造形品及び／又は上記のマトリックスＡ及び又は上記のベースマ トリックスＣの弾性率が、どの方向においても、少なくとも３０，０００ＭＰａ 、好ましくは少なくとも４０，０００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも５０， ０００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも７０，０００ＭＰａであり、及び ／又は、 ２）上記の造形品及び／又は上記のマトリックスＡ及び／又は上記のベースマト リックスＣの圧縮耐性が、どの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、好まし くは少なくとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、より好 ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１５０ＭＰａ 、更により好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２５ ０ＭＰａであり、上記の繊維Ｄが、上記のマトリックスＡをもとに計算して、少 なくとも４％、好ましくは少なくとも５％、より好ましくは少なくとも７％、更 により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも１５％、最 も好ましくは少なくとも２０％の容積濃度で存在し、 当該造形品の引張帯域における補強材Ｂの容積濃度が、少なくとも５％、好まし くは少なくとも７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましく は少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％である、上記の造形品。 ２．その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含んでなり 、このマトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化されているベ ースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であって、主補強 材の横断寸法が、上記の繊維Ｄの横断寸法より少なくとも５倍大きく、好ましく は少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも２０倍大きく、又は少な くとも１００倍も大きく、 上記の物品及び／又は上記のマトリックスＡ、及び／又は上記のベースマトリッ クスＣが、どの方向においても、次のように定義される大きな剛性を有し、即ち 、１）上記の造形品及び／又は上記のマトリックスＡ及び／又は上記のベースマ トリックスＣの弾性率が、どの方向においても、少なくとも３０，０００ＭＰａ 、好ましくは少なくとも４０，０００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも５０， ０００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも７０，０００ＭＰａであり、及び ／又は、 ２）上記の造形品及び／又は前記マトリックスＡ及び／又は上記のベースマトリ ックスＣの圧縮耐性が、どの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、好ましく は少なくとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、より好ま しくは少なくとも１３０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１５０ＭＰａ、 更により好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２５０ ＭＰａであり、上記の繊維Ｄが、上記のマトリックスＡを基準として計算して、 少なくとも２％、好ましくは少なくとも３％、より好ましくは少なくとも４％、 更により好ましくは少なくとも５％、更により好ましくは少なくとも７％、更に より好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも１５％、最も 好ましくは少なくとも２０％の容積濃度で存在し、当該造形品の引張帯域におけ る補強材Ｂの容積濃度が、少なくとも５％、好ましくは少なくとも７％、更によ り好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも１５％、最も好 ましくは少なくとも２０％であり、この造形品が下記の特性Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩ 、即ち、Ｉ）当該造形品が実質的に一体性を維持したまま、当該造形品の引張帯 域が少なくとも０．５ｍｍ／ｍ、好ましくは少なくとも０．７ｍｍ／ｍ、好まし くは少なくとも１ｍｍ／ｍ、より好ましくは少なくとも１．５ｍｍ／ｍ、より好 ましくは少なくとも２ｍｍ／ｍ、より好ましくは少なくとも３ｍｍ／ｍ、最も好 ましくは少なくとも１０ｍｍ／ｍの引張歪容量を有することによって定義される 大きな引張歪容量を有し、当該造形品が歪んでいる間は、補強材Ｂを通過する亀 裂が少しもないことによって、又は、引張帯域における損傷がいずれも、亀裂幅 と補強材Ｂの最小横断径との間の比が０．０２以下、好ましくは０．０１以下、 より好ましくは０．００２以下、更により好ましくは０．００８以下、更により 好ましくは０．０００２以下であることを条件として、幅が０．２ｍｍ以下、好 ましくは０．１ｍｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、更により好ましくは２ ０μｍ以下、更により好ましくは５μｍ以下、更により好ましくは２μｍ以下、 更により好ましくは１μｍ以下である補強材Ｂを通過する微細亀裂の形態をして いることによって定義される実質的一体性を保持すること、ＩＩ）次の条件Ａ） 、Ｂ）及びＣ）の少なくとも一つを満足する引張荷重容量により定義される大き な引張荷重容量（当該造形品の引張帯域における応力に関する）を有すること： Ａ）実質的に弾性的な挙動の条件下において、補強材Ｂを通過する亀裂が少しも ないことによって、又は、引張帯域における損傷がいずれも、亀裂幅と補強材Ｂ の最小横断径との間の比が０．０２以下、好ましくは０．０１以下、より好まし くは０．００２以下、更により好ましくは０．００８以下、更により好ましくは ０．０００２以下であることを条件として、幅が０．２ｍｍ以下、好ましくは０ ．１ｍｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、更により好ましくは２０μｍ以下 、更により好ましくは５μｍ以下、更により好ましくは２μｍ以下、更により好 ましくは１μｍ以下である補強材Ｂを通過する微細亀裂の形態をしていることに よって定義される一体性を歪んでいる間保持して、当該造形品の引張荷重容量が 少なくとも５０ＭＰａ、好ましくは少なくとも７０ＭＰａ、より好ましくは少な くとも１００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、更により好 ましくは少なくとも１６０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２００ＭＰａ 、最も好ましくは少なくとも２３０ＭＰａの引張応力に相当すること、 Ｂ）降伏下において、補強材Ｂを通過する亀裂が少しもないことによって、又は 、引張帯域における損傷がいずれも、電裂幅と補強材Ｂの最小横断径との間の比 が０．１０以下、好ましくは０．０５以下、より好ましくは０．０１以下、更に より好ましくは０．００４以下、更により好ましくは０．００１以下であること を条件として、幅が１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは２ ５０μｍ以下、更により好ましくは１００μｍ以下、更により好ましくは２５μ ｍ以下、更により好ましくは１０μｍ以下、更により好ましくは５μｍ以下であ る補強材Ｂを通過する微細亀裂の形態をしていることによって定義される一体性 を歪んでいる間保持して、当該造形品の引張荷重容量が少なくとも７０ＭＰａ、 好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、 更により好ましくは少なくとも１６０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２ ００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２３０ＭＰａの引張応力に相当すること 、Ｃ）極限荷重下で、当該造形品が少なくとも１２０ＭＰａ、好ましくは少なく とも１３０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１６０ＭＰａ、更により好ましく は少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２３０ＭＰａに相当する 引張荷重容量を示すこと、 ＩＩＩ）次のように定義されるマトリックスの引張歪容量の増加を示すこと、す なわち、 その中に補強材が埋め込まれているマトリックス（Ａ）の歪容量がバルクのマト リックス（Ａ）の歪容量に関して増加するよう上記の補強材（Ｂ）の量、形状、 配置及び性能が上記のマトリックス（Ａ）に適合されていて、そのためその中に 補強材が埋め込まれているマドサックス（Ａ）の歪容量とバルクのマトリックス （Ａ）の歪容量との間の比が少なくとも１．２、好ましくは少なくとも１．５、 より好ましくは少なくとも２、更により好ましくは少なくとも３、更により好ま しくは少なくとも５、更により好ましくは少なくとも１０、更により好ましくは 少なくとも２０、更により好ましくは少なくとも５０、最も好ましくは少なくと も１００となること、のうちの少なくとも一つを示す、上記の造形品。 ３．その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含んでなり 、このマトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化されているベ ースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であって、主補強 材の横断寸法が、上記の繊維Ｄの横断寸法より少なくとも５倍大きく、好ましく は少なくとも１０倍大きく、より好ましくは少なくとも２０倍大きく、又は少な くとも１００倍も大きく、 上記の造形品及び／又は上記のマトリックスＡ、及び／又は上記のベースマトリ ックスＣが、降伏前にどの方向においても、次のように定義される大きな剛性を 有し、即ち、１）当該造形品及び／又は上記のマトリックスＡ及び／又は上記の ベースマトリックスＣの弾性率が、降伏前にどの方向においても、少なくとも３ ０，０００ＭＰａ、好ましくは少なくとも４０，０００ＭＰａ、より好ましくは 少なくとも５０，０００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも７０，０００Ｍ Ｐａであり、 及び／又は ２）当該造形品及び／又は上記のマトリックスＡ及び／又は上記のベースマトリ ックスＣの圧縮耐性が、降伏前にどの方向においても、少なくとも８０ＭＰａ、 好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、 より好ましくは少なくとも１３０ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１５０ ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、最も好ましくは少なくと も２５０ＭＰａであり、上記の繊維Ｄが、、上記のマトリックスＡに基づいて計 算して、少なくとも４％、好ましくは少なくとも５％、より好ましくは少なくと も７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも １５％、最も好ましくは少なくとも２０％の容積濃度で存在し、当該造形品の引 張帯域における補強材Ｂの容積濃度が、少なくとも５％、好ましくは少なくとも ７％、更により好ましくは少なくとも１０％、更により好ましくは少なくとも１ ５％、最も好ましくは少なくとも２０％であり、当該造形品の降伏歪が、当該降 伏までの荷重をかける過程の間に加えられた最大荷重の少なくとも５０％、好ま しくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、最も好ましくは少 なくとも９０％の荷重容量を維持して、少なくとも１０ｍｍ／ｍ、好ましくは少 なくとも２０ｍｍ／ｍ、より好ましくは少なくとも３０ｍｍ／ｍ、更により好ま しくは少なくとも５０ｍｍ／ｍ、更により好ましくは少なくとも７０ｍｍ／ｍ、 更により好ましくは少なくとも１００ｍｍ／ｍ、更により好ましくは少なくとも １５０ｍｍ／ｍ、最も好ましくは少なくとも２００ｍｍ／ｍである、上記の造形 品。 ４．請求の範囲第２項に定義されている少なくともＩ及びＩＩの両方の特性を示 す、請求の範囲第２項に記載の造形品。 ５．請求の範囲第２項に定義されている少なくともＩ及びＩＩＩの両方の特性を 示す、請求の範囲第２項に記載の造形品。 ６．請求の範囲第２項に定義されている少なくともＩＩ及びＩＩＩの両方の特性 を示す、請求の範囲第２項に記載の造形品。 ７．請求の範囲第２項に定義されている特性Ｉ，ＩＩ及びＩＩＩの全てを示す、 請求の範囲第２項に記載の造形品。 ８．請求の範囲第３項に定義されている降伏歪挙動を更に示す、請求の範囲第１ ，２及び４〜７項のいずれかに記載の造形品。 ９．その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含んでなり 、このマトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化されているベ ースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であって、当該造 形品が棒鋼のような５〜２５ｍｍの横断寸法（直径）を有する棒、例えば異形棒 鋼のような補強材５〜４０％を含有し、この補強材が、ケイ砂、Ａｌ２Ｏ３砂又 は金属紛来のような最大粒度１０ｍｍの砂及び石のような大きな緻密に形づくら れた物体２０〜６０容積％、長さが２〜２５ｍｍのような、少なくとも２ｍｍの もの、例えば２〜１２ｍｍのものであり、且つ直径（最小横断寸法）が５０〜４ ００μｍ、例えば５０〜４００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍである繊維 ４〜２０容積％、及び結合剤形成材料２０〜５６容積％を用いて作られた繊維強 化マトリックスに埋め込まれており、この結合剤形成材料が、 水溶性高分子を任意に含有する水２０〜５０％、ボルトランドセメント、アルミ ン酸塩セメント、スラグセメントのようなセメント２５〜７５容積％、好ましく は結合剤材料での構造形成に関して反応性があるが好ましくはセメントよりも反 応性が低い、約２００，０００〜２５０，０００ｃｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ法 ）を有する超微粒シリカ、又は超微粒Ａｌ２Ｏ３のような、５０Å（５ｎｍ）〜 ０．μｍの大きさの超微粉末５〜４０容積％、効果的な量の効果的な分散剤、例 えば、０．５〜４％のコンクリート高性能減水剤（ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉ ｚｅｒ）のようなもの、そして任意に３０容積％までの、結合剤形成材料での構 造形成に関して実質的に反応性がなく粒度が２〜１０μｍである、Ａｌ２Ｏ３粉 末のような粉末、 から作られたものである、上記の造形品。 １０．その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含んでな り、このマトリックス（Ａ）が繊維の形態の補強用物体（Ｄ）で強化されている ベースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体である造形品であって、当該 造成品が、例えば鋼から製造された連続ワイヤ又はチョップドワイヤのような０ ．２〜５ｍｍの横断寸法（直径）を有する補強材５〜４０％を含有し、 この補強材が、Ａｌ２Ｏ３砂のような最大粒径１ｍｍの微細な砂、又は金属粒０ 〜５０容積％、長さが２０μｍ〜５ｍｍで直径（最小横断寸法）０．５〜２００ μｍの繊維４〜２０容積％、及び結合剤形成材料３０〜９６容積％を用いて作ら れた微細繊維強化マトリックスに埋め込まれており、この結合剤形成材料が、水 溶性高分子を任意に含有する水２０〜５０％、ボルトラントセメント、アルミン 酸塩セメント、スラグセメントのようなセメント１０〜７５容積％、好ましくは 結合剤材料での構造形成に関して反応性があるが好ましくはセメントよりも反応 性が低い、約２００，０００〜２５０，０００ｃｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ法） を有する超微粒シリカ、又は層Ａｌ２Ｏ３のような５０Å（５ｎｍ）〜０．５μ ｍの大きさの超微粉末５〜４０容積％、効果的な量の効果的な分散剤、例えば、 ０．５〜４％のコンクリート高性能減水剤、そして任意に３０容積％までの、結 合剤形成材料での構造形成に関して実質的に反応性がなく粒度が２〜１０μｍで あるＡｌ２Ｏ３粉末のような粉末、から作られたものである、上記の造形品。 １１．その中に補強剤（Ｂ）が埋め込まれているマトリックス（Ａ）を含んでな り、このマトリックス（Ａ）が繊維のような補強用物体（Ｄ）で強化されている ベースマトリックス（Ｃ）を含んでなる複合構造体であり、それにより、マトリ ックス（Ａ）の歪容量がベータマトリックス（Ｃ）の歪容量を超えて、マトリッ クス（Ａ）の歪容量とベースマトリックス（Ｃ）の歪容量との間の比が少なくと も１．２、好ましくは少なくとも１．５、より好ましくは少なくとも２、更によ り好ましくは少なくとも３、更により好ましくは少なくとも５、更により好まし くは少なくとも１０、更により好ましくは少なくとも２０、更により好ましくは 少なくとも５０、最も好ましくは少なくとも１００となるように増加する、前記 請求の範囲のいずれかに記載の造形品。 １２．その中に補強材が埋め込まれているマトリックス（Ａ）の歪容量がバルク のマトリックス（Ａ）の歪容量に関して、その中に補強材が埋め込まれているマ トリックス（Ａ）の歪容量とバルクのマトリックス（Ａ）の歪容量との間の比が 少なくとも１．２、好ましくは少なくとも１．５、より好ましくは少なくとも２ 、更により好ましくは少なくとも３、更により好ましくは少なくとも５、更によ り好ましくは少なくとも１０、更により好ましくは少なくとも２０、更により好 ましくは少なくとも５０、最も好ましくは少なくとも１００となるよう増加する ように、前記補強材（Ｂ）の量、形状、配置及び性能を前記マトリックス（Ａ） に適合させている、請求の範囲第１１項に記載の造形品。 １３．前記ベースマトリックス（Ｃ）が、焼結セラミック材料、もしくは、ボル トランドセメントもしくは耐火セメントのようなセメントに基づくセメントペー ストもしくはモルタルもしくはコンクリートのような、粒子に基づく材料、高分 子モルタルあるいは高分子コンクリートのような高分子粒子材料、又は、ガラス 、金属あるいはプラスチックのような均一な一体相に基づく材料である、前記請 求の範囲のいずれかに記載の造形品。 １４．前記ベースマトリックス（Ｃ）が、ボルトランドセメント又は耐火セメン ト等のセメントから作られたセメントペースト、モルタル又はコンクリートのよ うなセメントに基づくマトリックスであり、任意に、ミクロシリカのような、セ メント粒子より少なくとも１０１倍（ｏｎｅｐｐｗｅｒｏｆ１０）小さい別の微 粒子を含有し、前記マトリックス材料が好ましくは、水／粉末（セメント＋微粒 子）重量比０．３０以下、好ましくは０．２５以下、より好ましくは０．２０以 下、更により好ましくは０．１５以下、最も好ましくは０．１０に相当するよう 高密充填されており、任意にこの水の一部分又は全量に代って水溶性高分子のよ うな高分子粒子が用いられ、上記のペースト、モルタル又はコンクリートが任意 に、石英、Ａｌ２Ｏ３及び／又は鋼及び／又はガラスのような強固な材料の物体 を含有しており、この固体粒子のあるものが任意に板状又はウォラストナイトの ような繊維形状をしている、請求の範囲第１３項記載の造形品。 １５．前記物体（Ｄ）が、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、ケプラー（Ｋｅｖ ｌａｒ）繊維、炭素繊維、あるいは酸化アルミニウム繊維、窒化ケイ素繊維もし くは炭化ケイ素繊維のようなセラミック繊維、又は鋼繊維のような繊維でり、繊 維の直径が４００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満、より好ましくは１００ μｍ未満、更により好ましくは５０μｍ未満、更により好ましくは２０μｍ未満 、最も好ましくは１０μｍ未満であり、当該繊維がマトリックス（Ａ）に基づい て計算して少なくとも１％、好ましくは少なくとも２％、より好ましくは少なく とも３％、更により好ましくは少なくとも４％、更により好ましくは少なくとも ５％、更により好ましくは少なくとも７％、更により好ましくは少なくとも１０ ％、更により好ましくは少なくとも１５％、最も好ましくは少なくとも２０％の 容積濃度で存在する、前記請求の範囲のいずれかに記載の造形品。 １６．前記物体（Ｄ）が、４〜１ｍｍ、１〜０．３ｍｍ、３００〜１００μｍ、 １００〜３０μｍ、３０〜１０μｍあるいは１０μｍ未満の範囲のうちの一つの 繊維直径を有する繊維又は、例えば、３０〜１０μｍの微細直径範囲の繊維と３ ００〜１００μｍのようなもっと粗大な直径範囲の繊維との組み合わせもしくは １００〜２００μｍのような中程度の粗大さの直径範囲の繊維と４〜１ｍｍの範 囲の繊維のような非常に粗大な範囲の繊維との組み合わせの如く、２以上の範囲 を組み合わせた繊維を含んでなる前記請求の範囲のいずれかに記載の造形品。 １７．前記物体（Ｄ）が、３００ＭＰａより大きい、好ましくは少なくとも５０ ０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも８００ＭＰａ、更により好ましくは少なく とも１０００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも１５００ＭＰａ、更により 好ましくは少なくとも２０００ＭＰａ、更により好ましくは少なくとも２５００ ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも３０００ＭＰａの強度を有する繊維である、 請求の範囲第１５項又は第１６項記載の造形品。 １８．前記マトリックスに配合される繊維の弾性率Ｅｆが少なくとも２×１０１ ０Ｎ／ｍ２、より好ましくは少なくとも５×１０１０Ｎ／ｍ２、更により好まし くは少なくとも１０１１Ｎ／ｍ２、更により好ましくは少なくとも２×１０１１ Ｎ／ｍ２、更により好ましくは３×１０１１Ｎ／ｍ２、最も好ましくは少なくと も４×１０１１Ｎ／ｍ２であり、また前記マトリックス材料の弾性率Ｅｍが好ま しくは少なくとも１０１０Ｎ／ｍ２、より好ましくは少なくとも２×１０１０Ｎ ／ｍ２、更により好ましくは少なくとも３×１０１０Ｎ／ｍ２、更により好まし くは５×１０１０Ｎ／ｍ２、更により好ましくは７×１０１０Ｎ／ｍ２、最も好 ましくは少なくとも１０１１Ｎ／ｍ２である、前記請求の範囲のいずれかに記載 の造形品。 １９．前記補強材（Ｂ）が、異形棒〔「カムスタール（ｋａｍｓｔａｌ）〕〔「 テントースチール（Ｔｅｎｔｏｒｓｔｅｅｌ）」〕、プレストレスワイヤもしく はケーブルのような通常のコンクリートにおいて使用される種類の補強材を包含 する鋼補強材の如き棒、ロッド又は糸又は、「ポリスタール（Ｐｏｌｙｓｔａｌ ）」のようなガラスーポリマー複合材料のような複合補強材を含んでなり、前記 補強用物体（Ｂ）の一部又は全部が任意に別々の小さなロッド又は繊維のような 短い成分の形態をしている前記請求の範囲のいずれかに記載の造形品。 ２０．前記主補強材（Ｂ）に対して横方向の補強材を含んでなり、この横方向の 補強材が実質的に真っ直ぐであり且つ前記主補強材に対して大きな角度、例えば 、主補強材に対して実質的に垂直に配置されており、そして好ましくは、例えば 異形棒構造又はネジ山構造等、当該横方向の補強材の長手方向に対して実質上垂 直な輪郭を有するような、表面組織が異形であり及び／又は粗い、前記請求の範 囲のいずれかに記載の造形品。 ２１．前記補強材（Ｂ）の強度が、少なくとも４００ＭＰａ、より好ましく少な くとも６００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも１０００ＭＰａである、前記請 求の範囲のいずれかに記載の造形品。 ２２．前記補強材（Ｂ）の弾性率が少なくとも５×１０１０Ｎ／ｍ２、好ましく は少なくとも７×１０１０Ｎ／ｍ２、更により好ましくは少なくとも１０１１Ｎ ／ｍ２、更により好ましくは少なくとも２×１０１１Ｎ／ｍ２、最も好ましくは 少なくとも３×１０１１Ｎ／ｍ２である、前記請求の範囲のいずれかに記載の造 形品。 ２３．前記補強材に対して垂直な面から評価して、引張帯域における前記補強用 物体Ｂの数が、少なくとも２、好ましくは少なくとも３、又は少なくとも５、又 は少なくとも１０、又は少なくとも２０、又は少なくとも５０である、前記請求 の範囲のいずれかに記載の造形品。 ２４．前記補強材Ｂが、板又はシェルのような当該造形品が前記請求の範囲のい ずれかに定義されている要件を満足するように、互いに垂直な少なくとも２方向 、好ましくは互いに垂直な３方向に配置されている、前記請求の範囲のいずれか に記載の造形品。