JPH0358890B2

JPH0358890B2 -

Info

Publication number: JPH0358890B2
Application number: JP56058404A
Authority: JP
Inventors: Akiho Tanaka; Katsuro Takahashi
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1981-04-20
Filing date: 1981-04-20
Publication date: 1991-09-06
Also published as: JPS57173112A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、新規なPCパイルに関するものであ
る。（従来の技術）従来、PCパイル（プレストレストコンクリー
ト杭）は、パイルのひび割れ発生防止と剛性及び
曲げ強さを向上させる目的から高張力筋材を軸筋
に使用し、この高張力筋材を円周上に必要間隔に
配置し、その外周に縲旋鉄筋をスポツト溶接して
鉄筋篭を製作し、次いで高張力近在に引張強さの
70％相当の引張張力を導入し、かつ形枠内に配置
し、コンクリート材料を形枠内に投入して遠心成
型し、蒸気養成後プレストレストを導入してい
る。そしてその高張力筋材として、一般に、
JISG3109異形PC鋼線、特にＤ種類１号の降伏点
130Kg／mm²以上、引張強さ140Kg／mm²以上、破断伸
び５％以上の線材が使用されていた。しかし、このようにJISで鋼張力線材の破断伸
びが５％以上に規定されているものの、一般にそ
のスポツト溶接に際して縲旋鉄筋を400℃〜500℃
に予熱し電極に通電してポツト溶接されていた等
の理由で、爺際に知されPCパイルに埋設された
高張力材料の破断伸び５％を少し超える程度のも
のであつたに過ぎず、また現実にこの状態で８％
を超える高張力線材は存在していなかつた。それ
故、PCパイル中に埋設された線材の破断伸びは
高いものでも６％程度であつた。また、従来の製造方法によつて得られたPCパ
イルは、応力損失が多かつた。（解決しようとする問題点）従来のPCパイルは上述のように、PCパイル中
に埋設された線材の破断伸びにも限度があり、ま
た応力の損失が高いものであつた。そのためであ
ろうか、従来のパイルは運搬時や施工時に落下や
衝突時により衝撃を受けた場合に高張力筋材が脆
性破断し、パイルが切損する事故を起こし易いと
いう欠点があつた。本発明は、従来の耐衝撃特性の欠点を改善した
新規なPCパイルを提供しようとするものである。（問題を解決するための手段）本発明は、炭素量0.4％以下を含有する線材を
熱間圧延後、700℃以下の温度から調整冷却によ
つてマルテンサイト化し、脱スケール工程を経る
ことなく、ローラーダイスで伸線した後焼戻した
高張力筋材を軸筋とし、これに縲旋鉄筋をスポツ
ト溶接し、かつ前記筋材を焼戻して高張力筋材を
緊張状態でコンクリート中に埋設したパイルであ
つて、埋設された高張力材料の破断伸びが8.1％
以上で、パイルの応力損失量比率が0.75以下であ
ることを特徴とするPCパイルである。本発明において使用される高張力筋材は、炭素
含有量0.4％以下の線材であり、このような線材
を使用したことによつて従来のPCパイルに見ら
れた耐衝撃性の欠点が改善されたPCパイルとな
つたのである。即ち、本発明のパイルは、埋設された高張力筋
材を炭素量0.4％以下の線材に限定することによ
つて、製品パイル中に埋設された高張力筋材の破
断伸びが8.1％以上となるようなことを可能とし、
更にパイルの応力損失量比率が0.75以下となるこ
とを始めて達成したものであるとともに、製品の
PCパイル中の高張力筋材の破断伸びが、8.1％以
上で、かつ、パイル応力損失量比率が0.75以下と
とう従来考えられなかつた数値にこれら二つの特
性を限定することにより、従来のPCパイルの耐
衝撃特性の欠点を改善することに成功したのであ
る。言葉を変えて表現すれば、炭素量0.4％を超え
る線材を用いては本発明のPCパイルを得ること
は不可能であり、更に、炭素量0.4％以下の線材
を用いても、その処理方法を誤れば製品のパイル
中に埋設された高張力筋材の破断伸びが8.1％以
上とならなかつたり、パイルの応力損失量比率が
0.75以下とならなかつたりして、やはり本発明の
PCパイルが発揮する性能を発揮できなくなる。このように本発明では、使用する高張力筋材は
炭素量0.4％以下であることが最低必要である。また、線材がＣを0.10〜0.04、Siを0.05〜1.50
％、Mnを0.70〜2.50％、Crを0.10〜1.50％含有す
ることが好ましく、このような線材を使用した
PCパイルは初期の性質が更に安定して得られる。なお、本発明において、パイルの応力損失量比
率が0.75以下とは、従来のPCパイルの応力損失
量に対する本発明のPCパイルの応力損失量の比
率が0.75以下であることを意味する。また、本発明において、コンクリートは高強度
であることが望ましく、圧縮強さでいえば800
Kg／mm²以上とすることが好ましい。そのためには養成方法として高温高圧蒸気養生
（オートクレープ養成）を採用することが有効で
ある。しかし、従来のオートクレープ養成されたパイ
ルは、応力損失が大きく、例えばＡ種のPCパイ
ルの場合は、最初に与えは応力が大きく減少し、
通常与えは応力の27％程度が減少する。ところ
が、本発明によれば、オートクレーブした場合で
も損失する応力は与えた応力の20％以下となり、
損失する応力を低減させることができる。即ち、
本発明によればパイルの応力損失比率は20÷27＝
0.74即ち、0.75以下に減少する。また本発明のPCパイルを製造する為により好
ましく使用される高張力筋材は、炭素量0.4％以
下を含有する線材を熱間圧延後700℃以下の温度
から調整冷却によつてマルテンサイト化し、脱ス
ケール工程を経ることなく、ローラーダイスで伸
線した後、焼戻した高張力筋材である。熱間圧延においては、少なくとも仕上圧延機群
により変形差0.1mm以内及び寸法制度±0.1mm以内
の範囲内に精密圧延することが必要である。通常この種の鋼線は、伸線加工後に焼入れ処理
が施されるが、上記の好ましい製造方法において
使用される筋材は、熱間圧延時の線材の保有熱を
利用し、臨界冷却速度以上の冷却速度で衝風冷却
されたものであることが好ましい。熱間圧延後の
線材を冷水などの強制冷却によつて700℃以下
（700℃〜500℃の範囲が好ましい）に急冷した後、
調整冷却を行えば、通常のステルモア方式の装置
での衝風冷却でも集束までに十分にマルテンサイ
ト化し、薄くてそのまま伸線可能なスケールしか
生成させ得ない。かかる低温からの調整冷却によつて、高強度の
マルテンサイト化した鋼線を得るのに好ましい組
成は、次のものである。Ｃを0.10〜0.40％、Siを
0.05〜1.50％、Mnを0.70〜2.50％、Crを0.10〜
1.50％含有することが好ましく、更に微量成分と
してTi：0.0050〜0.030％、Ｂ：0.0002〜0.005％
の１種または２種を含有することがより好まし
い。残部はFeおよび不純物である。上記の塑性を持つ鋼線は、衝風冷却による比較
的遅い冷却速度でも十分にマルテンサイト化し、
しかも生成するスケールは前述の如き好ましいも
のとなる。調整冷却によつてマルテンサイト化した鋼線
は、脱スケール工程を経ずに、直接、伸線工程に
送られる。こりように脱スケール工程を経ないこ
とも上記の好ましい製造方法の特徴の一つであ
る。また、この鋼線の伸線をローラーダイスによ
つて行うことも特徴の一つとしている。ローラー
ダイスは一般の圧延と同様の原理で、Ｖ−Ｈのロ
ール群の組合せによつて線材圧力を加えて伸線す
るものである。ローラーダイスによつて所定の径まで伸線され
た鋼線は、そのまま焼戻し工程に送られるか、又
は異形加工を施された後に焼戻しされる。なお、従来の高張力筋材は、焼入れ一焼戻しの
熱処理を必須とするが、本発明方法では、既に圧
延工程に直結した調整冷却によつて鋼線がマルテ
ンサイト化されているので、伸線或いは異形加工
後の熱処理は、焼入れの必要がなく、焼戻しだけ
でよい。マルテンサイト化しただけでは、引張強さは
JISのPC鋼棒の所定の値は満足するが、降伏点が
低い。焼戻しは、この降伏点を向上させるために
実施する。加熱は高周波誘導加熱によるのが望ま
しい。一般にPC鋼棒には、直線性と耐レラクゼーシ
ヨン性が重要であり、上記の好ましい製造方法に
使用する線材にこれらの特性を安定してもたらせ
るために、焼戻し後にその冷却過程で温間矯正を
行うことが更に好ましい。上記の高張力筋材をPCパイルに応用するため
には、まず鉄筋篭を編成する必要である。以下そ
の鉄筋篭の編成方法について一例を挙げて説明す
る。本発明において使用される縲旋鉄筋はJIS
G3505の軟鋼線材で特にSWRM8が好ましい。そ
して鉄筋篭を編成するときは、第１図に示すよう
に、高張力筋材１を円周上に所要間隔に配置し、
その外周に縲旋鉄筋２を巻回し、それらの各交点
をスポツト溶接し、直ちに焼戻しする。その溶接
焼戻し装置の一例を示せば第２図の通りである。
この例では、高張力筋材ぱ陰極となる固定電極リ
ング３上に固定された筋材ガイド４にセツトさ
れ、その外周に縲旋鉄筋２を巻回し得るようにし
てある。スポツト溶接用の可動電極５と焼戻し用
の可電電極６はその縲旋鉄筋２の外側に圧接する
ようにされている。またこの可電電極５，６は回
転して遠心力と自重が作用しても常に一定に圧接
するよう溶接ヘツドの自重を小さくし、押し付け
るバネの力を強くして構成されている。本発明のPCパイルを製造するための好ましい
製造方法においては、炭素量を0.4％以下含有す
る線材を熱間圧延後700℃下の温度から調整冷却
によつてマルテンサイト化し、脱スケール工程を
経ることなく、ローラーダイスで伸線した後、焼
戻した高張力筋材を円周上に所要間隔に配置し、
その外周に縲旋鉄筋を巻回し、可動電極のスポツ
ト溶接用電極に2500〜3250Aの電流を２〜４サイ
クル通電させるとともに、高張力筋材に縲旋鉄筋
を一定圧で加圧してスポツト溶接し、その直後可
電の焼戻し用電極に2750〜3500Aの電流を２〜４
サイクル通電させて前記スポツト溶接により高張
力筋材に生じた硬化層の焼戻しを行い、次いで以
上のようにして製作された鉄筋篭の高張力筋材を
緊張状態にしてコンクリート中の埋設定着した後
蒸気養生するのであり、スポツト溶接用電極と焼
戻し用電極に可動電極を使用するのは、溶接直接
後に焼戻しを行うことが可能であるからである。
そして最初に可電電極５のスポツト溶接用電極に
2500〜3250Aの電流を２〜４サイクル通電し、高
張力筋材１に縲旋鉄筋２を一定圧で加圧してスポ
ツト溶接し、次いで可動電極５を回転移動し、前
記スポツト溶接部に可動電極６の焼戻し用電極を
位置させ、前記スポツト溶接の直後、例えば約
0.5秒後に可動電極６に焼戻し用電極に2750〜
3500Aの電流を２〜４サイクル通電させて電気ス
ポツト溶接により高張力筋材に生じた硬化層の焼
戻しを行う。以下、これらの数値を限定した根拠を示す。ま
ず後記する実施例の方法により製造された高張力
筋材Ｂについて、溶接電流と電極の加圧力と通電
量の関係によつて生ずる伸びの変化を試験した結
果を第１表に示す。なお、スポツト溶接と焼戻し
は同じ２サイクルで実験し、焼戻しは溶接電流よ
りも250A高くして実施した。

【表】通電サイクル数を２〜４サイクルの範囲内で変
化させても、この表の結果と大差無かつた。従つ
て、この表の結果より溶接は2500〜3250Aの電流
を２〜４サイクル通電させ、焼戻しは2750〜
3500Aの電流を２〜４サイクル通電させることが
高緊張鋼材の高破断伸び（8.1以上、通常8.5％以
上の破断伸び）を確保する上で必要であることが
判つた。なお、本発明では破断伸びの測定はJIS
Ｚ 2241に規定された方法で行つた。ところで、電極の加圧力を適宜調節することは
困難であるから加圧力を一定値、例えば40Kgに設
定することが好ましい。次に点極の加圧力を40Kgとし、電流2700Aでサ
イクル通電して溶接し、約0.5秒後、3000Aの通
で電気で焼戻して編成した10個の鉄筋篭の高張力
材料の試験結果は第２表の通りである。同様な試
験を条件を変えて実施したが、第２表の結果と大
差がなかつた。

【表】なお、第２表中の絞りは7.28mmの高張力筋材が
切断した箇所の径であり、破断位置の「平行部」
とは、スポツト溶接間に切断部があつたことを示
し、「スポツト部」とは溶接位置で破断したこと
を示すこの第２表から破断部が何処であれ、鉄筋
篭の高張力筋材の破断伸びは8.1％以上になつて
いることが判る。このような試験を繰り返して本発明のPCパイ
ルを製造するときの高張力の溶接条件を前記のよ
うに決定した。そして本発明のPCパイルを製造するためには、
このような条件で編成した鉄筋篭を型枠内に入
れ、かつ、その高張力筋材を緊張し、コンクリー
トを型枠内に投入し、遠心力成型し、所定の強度
にコンクリートが硬化すると脱型してプレストレ
スを導入し、蒸気養生してPCパイルを得るもの
である。この養生の際にオートクレーブ養成する
とコンクリートの養生時間が短くなり、安定した
強度が短時間に得られるので好ましい。ところで以上のようにして製造したPCパイル
は、特殊な鋼材を使用し、PCパイル中に埋設さ
れた高張力近在の破断伸びが8.1％以上と大きい
とともに、後述するように、応力損失も少なく、
これらが相まつてパイルの衝撃性能が顕著に優れ
たものとなる。即ち、従来のPCパイルでは、プレストレス導
入時のストレス量に比し、オートクレープ養成後
のパイルの応力損失は27％程度であつたが、本発
明のPCパイルの応力損失は20％以下であり、本
発明の応力損失量比率は20÷27＝0.75以下という
優れた値を示す。従つて、本発明において従来パ
イルと同僚の筋材を使用した場合には有効プレス
トレス量がはるかに大きく、前記破断伸びとこの
有効プレストレスが相乗的に作用し、PCパイル
として格段の耐衝撃性を示す。また、従来品と同
程度の有効プレストレス量でよしとする場合に
は、高緊張筋材の使用量を減らすことができる。なお、プレストレス量の測定は、筋材に発生し
ている力をワイヤーストレインケージで測定し、
コンクリート断面に換算して算出される。筋材の
緊張力（型枠に定着するときの初期緊張力）は、
ワイヤーストレインケージで発生している引張歪
から算出し、養成後の有効プレストイレスの測定
は、この筋材を切断し、ワイヤーストレインゲー
ジにより在留歪量を測定する。応力損失率は、下記の式により算出される。応力損失率（％）＝初期緊張時の歪量−残留歪量／初期緊張時の歪量
×100 以下に本発明の実施例をその製造方法とともに
記載する。実施例鋼種Ａ（組成：C0.10，Si0.49，Mn1.51，P.021，
S0.018，Ti0.010，b0.000％）及び鋼種Ｂ（組成：C0.30，Si0.55，Mn1.49，
P0.020，S0.018，Ti0.035，b0.000％）及びの２種の鋼材を熱間圧延によつて直径7.5mmの線
材とし、矯正冷水によつて、650℃に急冷した。
これをレーイングコーンによつてリング状とな
し、コンベア上に展開して、0.4℃／secの冷却能
力をもつ衝風によつて調整冷却した。コンベアの
長さは40ｍ、冷却時間は100秒である。これらの線材をスケール付きのままローラーダ
イス（２セツト、タンデム）を用い、加工速度90
ｍ／min無潤滑で、直径7.5〜7.28mmに冷間伸線し
た。伸線した線材に冷間で小判形の異形加工を施
し、高周波（250KW，3KHz）による焼戻し
（450℃）を行つた。さらに高周波コイルの出側薬
５ｍの位置にスピンナー方矯正機を置き、線材の
曲がり２mm／1.5ｍ以内となるように矯正加工し
た。矯正機の入口温度は440℃とした。なお、ローラーダイス伸線から温間の矯正まで
同一ラインで連続処理したが、その速度は90ｍ／
分であつた。前記の如くして製造された直径7.28mmの高張力
筋材Ａ，Ｂおよび比較例として従来の径7.28規格
の製品（JIS Ｇ 3109）の異形PC鋼棒、特にＤ
種１号の降伏点130Kg／mm²以上、引張強さ145Kg／
mm²以上、伸び５％以上）を各６本づつ軸筋として
使用し、これを円周上に一定上に一定時間隔を保
持して配置し、その外周に縲旋鉄筋（SWRM）
をスポツト溶接して鉄筋篭を政策した。スポツト
溶接は縲旋筋を軸筋に一定の加圧力（40Kg）で押
圧しつつ、可動電圧のスポツト溶接用電極に
2750Aの電流を２サイクル通電させることにより
行い、その直後、焼戻し用電極に3000Aの電流を
２サイクル通電して焼戻した。このようにして径
250mm、長さ10ｍの鉄筋篭を製造した。また比較例として前記の高張力筋材Ａ，Ｂを使
用して、溶接電流を2000A及び3500Aとした以外
は上記と同じ方法により同じ寸法の鉄筋篭を製造
した。このようにして政策した各種の鉄筋篭を用いて
PCパイルを製造した。即ち、枠型内の上記の鉄
筋篭の一つを配置し、初期張力4.06t／本で枠型
に筋材を緊張定着し、常法に従い遠心力成型し、
65℃の常圧蒸気養成を５時間行つた後、型枠から
緊張を解き、パルスにストレスを導入した。これ
をオートクレープ（ゲージ圧10Kgcm²）に入れ、９
時間（昇圧３時間、定圧４時間、降圧２時間）の
養生を行い、径300mm、肉厚55mm、長さ10ｍの製
品を得、それぞれ有効プレストレス量を測定し、
パイルの応力損失率（％）を算出した。結果は第
３表に示す通りである。なお、第３表にはパイル
の応力損失量比率も示した。但し、応力損失量比
率は在来規格品の３種の平均応力損失率の26.0パ
ーセントを100とした。鋼線の破断伸びはJIS
Z2241の規定に従つて測定し、規定結果を第３表
に示した。また、パイルの耐衝撃生を試験するために、第
３図に示すようにPCパイルＡの一端を支持架台
７で支持し、他端をワイヤーロープ８で吊り、落
下高さＨを適宜定め、ワイヤーロープ８を切断
し、PCパイルＡを落下させた。そして破壊に至
る落下高さを測定した。その結果を第３表に示
す。

【表】 (注) 比較例の一番上と二番目も新規な高緊張
鋼材を使用しているが、得られた性能
がいま一つ弱いので敢えて比較例として表示
した。
（発明の効果）本発明の軸筋が高張力筋材であり、軸筋に螺旋
鉄筋が溶接され、かつ前記高張力筋材が緊張状態
でコンクリート中に埋設されたPCパイルであつ
て、埋設された高張力筋材が炭素量0.4％以下の
線材であり、かつ埋設された高張力筋材の破断水
伸びが8.1％以上で、パイルの応力損失量比率が
0.75以下であること特徴とするPCパイルは、第
３表にも見られるとおり、従来のPCパイルに比
して著しく改善された耐衝撃性を示すのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄筋篭の概要を示した正面図、第２図
は溶接装置の概要図、第３図は衝撃試験状態の側
面図である。１……高張力筋材、２……螺旋鉄筋、３……固
定電極リング、４……鉄筋ガイド、５……固定電
極、６……固定電極、７……支持架台、８……ワ
イヤーロープ、Ａ……PCパイル。

Claims

【特許請求の範囲】１炭素量0.4％以下を含有する線材を熱間圧延
後、700℃以下の温度から調整冷却によつてマル
テンサイト化し、脱スケール工程を経ることな
く、ローラーダイスで伸線した後焼戻した高張力
筋材を軸筋とし、これに縲旋鉄筋をスポツト溶接
し、かつ前記筋材を焼戻して高張力筋材を緊張状
態でコンクリート中に埋設したパイルであつて、
埋設された高張力節材の破断伸びが8.1％以上で、
パイルの応力損失量比率が0.75以下であることを
特徴とするPCパイル。２線材がＣを0.10〜0.40％、Siを0.05〜1.50％、
Mnを0.70〜2.50％、Crを0.10〜1.50％含有する線
材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のPCパイル。