JPH0554547B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、従来の補強コンクリートには見られ
ない線形的な応力歪み特性をもつ高強度コンクリ
ートに関する。

〔従来の技術〕 鉄筋コンクリートに代えて炭素繊維なの各種の
フアイバー類やフイラメント類をモルタルまたは
コンクリート中に分散させた補強モルタルまたは
コンクリート（FRC）が知られている。これら
は、硬化前のモルタルミツクス中またはコンクリ
ートミツクス中に繊維類を分散配合して硬化させ
たものであり、コンクリートの欠点である引張強
度や曲げ強度が低い性質をこれによつて補うこと
ができると共に、ある程度弾性的な性質を付与し
たりたわみ量も大きくすることができ、また鉄筋
コンクリートに比べて軽量であるからパネル材等
に有用な用途を有している。

フアイバー類に代えてメツシユを使用すること
も行なわれている。例えば炭素繊維等で編んだメ
ツシユをパネル材中にその面と平行に埋設するこ
とによつて二次元的な方向の強度を増強すると共
に曲げ強度も増加させることができ、たわみ量も
大きくすることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

フアイバー類を分散配合した補強モルタルまた
はコンクリートではフアイバー類の均一分散に特
殊な技術を必要とする。また、短繊維の引張強度
がコンクリートの引張強度を高めるうえで有益に
作用するには、セメントミツクスとその中に各々
独立分散した短繊維との接合強度に大きく影響を
受け、この接合強度が十分でないと、意図した特
性が十分に発揮されない。

メツシユを補強材とする場合には、二次元的な
方向では強度の増大が図れるがメツシユと直角方
向での引張強度の増加が期待できない。また、メ
ツシユを混練物中の特定の位置に固定して埋設す
るのに特殊な技術を必要とする。

従来より最も普通に行われていた鉄筋を配筋す
る場合には型枠内での煩雑な配筋作業が別途必要
である。そして、その配筋も一方向に行う場合が
多く二方向や三方向に考慮したとしても、配筋の
全ての箇所で二次元あるいは三次元方向に等しい
規則性をもつて行うことは実際上できない。この
ため、特定方位の強度の増強が図れても全方位の
強度の増強を図ることが困難である。また、鉄筋
の場合には重量が重くなるという基本的な欠点が
存在し、鉄筋コンクリート単位重量当りの鉄筋の
占める重量並びに容積は同じ引張強度を得る場合
にしても前述のフアイバー類やメツシユ類の比で
はなくなる。

そして、従来のいずれの補強モルタルまたはコ
ンクリートでも、応力ひずみ曲線においてコンク
リートの特徴であるとされる非線形的な特性はこ
れを直線的な特性にまで改善することはできなか
つた。

本発明はこのような問題の解決を目的としたも
のである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、縦条、第一横条および第二横条から
なる立体格子組み構造体であつて、縦条と、第一
横条および／または第二横条とを互いにクロスさ
せると共にそのクロス点を互いに固着することに
よつてその固着したクロス点が三次元方向に規則
性をもつて広がつている自己支持性の立体格子組
み構造体を、補強材料とした補強モルタルまたは
補強コンクリートを提供するものである。

ここで、縦条、第一横条および第二横条は繊維
束からなるものを使用することができ、そのさい
クロス点は編み目（結び目）とするか、あるいは
そのクロス点を接着して固着することが必要であ
る。本発明に従う立体格子組み構造体はそれ自身
で（モルタルまたはコンクリートに埋設される前
に）その立体形状を保持することができるに十分
な自己支持立体強度を有するものであり、このた
めに、各条は十分な自己保持強度を持つものを使
用すると共に各クロス点が固着されることが必要
である。立体構造体の全体の外観としては、バー
形状を有するものが特に好ましい。しかし、全体
の外観がどのようなものであるとしても、互いに
固着しているクロス点が三次元方向に規則性をも
つて配列することが必要である。最も代表的なク
ロス点の配列は、構造体全体の外観がどのような
ものであろうとも、８個のクロス点で単位立方体
格子を形成し、この単位立方体格子が互いに三方
向に連接した構造のものである。

以下に図面に従つて本発明の補強モルタルまた
はコンクリートの構造を具体的に説明する。以下
の実施例の説明において、モルタルおよびコンク
リートの両者を含めた意味をコンクリートと総称
することにする。

〔実施例〕

第１図は、本発明に従う立体構造体の骨組み構
造の例を示したものであり、第２図は第１図のク
ロス点の一つを拡大して示したものである。第１
〜第２図において、１は縦条、２は第一横条、３
は第二横条を示し、これら三方向の条がクロスす
る点がクロス点４である。第１図は全体の外観が
バー形状である立方体格子構造の一部を示してい
る。図示のバー形状の立方体格子構造は、３つの
条が互いに直交する例を示している。バーの軸に
沿う方向の条を縦条１、バー軸と直角方向の条を
第一横条２、そしてバー軸と直角方向で且つ第一
横条２と直交する条を第二横条３と名づける。

第１図の例では、16本の縦条１が互いに平行に
配列され、この縦条１を直角に横切る面内に四本
の第一横条２と四本の第二横条３が互いに直交す
ると同時に各縦条１とも交わるように等間隔で配
列されている。これによつて、縦条１を直角に横
切る一つの面内には合計16個のクロス点４が出来
るが、縦条１を直角に横切る面が等間隔でバーの
軸方向に連接されていることから、クロス点４は
三次元方向に一定の間隔を開けて規則的に配列さ
れる。クロス点４はバーの外側に面する点では第
一横条２に第二横条３の先端が、或いは第二横条
３に第一横条２の先端が交わり、バーの内部では
第一横条２と第二横条３とが線の途中で交わるこ
とになるが、いずれにしても各クロス点４は縦条
１、第一横条２および第二横条３の三本が交わる
ことには変わりはない。

本発明にしたがう立方体格子構造は縦条１と第
一横条２および第二横条３とが交わる各クロス点
４は互いに固着されていなければならない。この
固着は接着であつてもよいが、最も好ましくは結
び目（編み目）であるのがよい。各３条が繊維束
である場合には、かような立方体構造は立体編物
として構成することができる。繊維束の場合に、
各３条が自重でたわむような柔軟なものではなく
自己支持できるような或る程度の剛性をもつもの
である必要がある。炭素繊維やアラミド繊維から
なる繊維束はこの要求を十分に満たす。その他の
合成繊維であつても、その繊維束を樹脂コートす
るとかセメントペーストで被覆するとかの表面処
理を施すと自己支持できるような十分な剛体に形
成することが可能である。かような剛性をもつ条
を各クロス点４で固着することにより、形成され
る立方体構造は他からの支えがなくてもそれ自身
でその立方体構造を保持するものとなる。

第３図は、縦条１と、第一横条２または第二横
条３とが、交互にクロスする場合の例を示してい
る。この場合には、例えば第４図に図解するよう
に一本の或る縦条１に着目すると、この縦条１に
第一横条２がクロスするクロス点４ａと、縦条１
に第二横条３がクロスするクロス点４ｂとが交互
に現れる。従つて、クロス点においては第一横条
２または第二横条３と縦条１とが二点交差するこ
とになるが、全体としては、クロス点を互いに固
着することによつてその固着したクロス点が三次
元方向に規則性をもつて広がつた立体格子組み構
造体を形成する。この場合にも第１〜２図の場合
と同様に、炭素繊維やアラミド繊維等からなる繊
維束の立体織物としてクロス点を樹脂で固着させ
ることによつて自己支持できるような十分な剛体
に形成することができる。

いずれにしても、各条が互いに固着されたクロ
ス点４がバーの軸方向に規則正しく配列すると共
に、軸と直角な面内において左右に規則正しく配
列され、クロス点４によつて形成される単位立方
格子が互いに連接した関係になつている。より具
体的には、バーと直角方向の面で見たときに隣合
う単位立方格子の集合が形成され、この集合体が
バーの軸方向に積み重なつたような関係になつて
いる。立方体構造物の各格子の大きさ、つまり隣
接するクロス点４間の距離はコンクリート構造物
の厚みや幅によつても適宜定められるが、モルタ
ルの場合には３〜30mm程度、コンクリートの場合
には５〜50mm程度であるのがよい。なお、クロス
点４間の距離は三方向が共に同一である必要はな
く相互に異なつていてもよい。また必ずしも各条
が90゜の角度をもつて交わつていなくてもよく、
３方向に90゜以外の角度をもつていてもよい。こ
のような自己支持性の立体格子組み構造体、特に
立体編物をコンクリートの補強材料とした例はこ
れまでに見当たらない。

第５図は、第１図に示したようなバー形状の立
方体構造物５をその軸をコンクリート柱６の軸に
沿つてコンクリート中に埋設した例を示す。すな
わち、コンクリート柱６の長さに相当するかこれ
よりやや短い長さまたはやや長い長さをもつバー
形状の立方体構造物５をコンクリート柱６の軸芯
に沿つて埋設したものである。立方体構造物５の
各格子内空隙内にもコンクリートは一様に充填さ
れており、この関係は以後の例でも同様である。

第６図は、コンクリートパネル７内に本発明に
従うバー形状の立方体構造物５の複数本を補強材
として埋設した例を示している。また、第７図は
コンクリートパネル７内に本発明に従う立方体構
造物５を埋設する場合の立方体構造物５の配置の
一例を示している。

第８図は、コンクリート梁８内に本発明に従う
バー形状の立方体構造物５を梁の長手方向に沿つ
て複数本埋設した例を示している。第９図は、第
８図のように複数本の立方体構造物５を平行にし
てコンクリート中に埋設する場合に、各立方体構
造物５を互いに接合する例を示したものである。
図示の例では、バー形状の４本の立方体構造物５
を平行に配置する場合において、各バー同士をバ
ーと直角方向の多数本の条９で連結した例を示し
ている。この連結条９を各バーのクロス点で連結
するようにすれば強い接合強度をもつて互いに所
定位置に固定することができる。

第１０図は、径の異なるバー形状の立方体構造
物５を用いたコンクリート梁８の例を示す。梁の
断面形状に応じてどのような径の立方体構造物５
を用いるかは適宜選定すればよいが、径の大小に
応じて立方体構造物５の単位格子の大きさも色々
選定することができる。その場合、コンクリート
中の立方体構造物５が占める容積を基準として必
要強度を発現するように選定すればよい。

第５図〜第１０図のようにコンクリート中に立
方体構造物を埋設する場合に、その一部をコンク
リートから突出させておけば、その突出部をコン
クリートジヨイントとして利用することができ
る。このように形成したジヨイントは通常のボル
トの場合に比べても強度や作業性において優れた
威力を発揮する。なお、本発明の実施にさいして
マトリツクスのモルタルまたはコンクリートとし
て、炭素繊維やアラミド繊維を分散配合した繊維
強化モルタルまたは繊維強化コンクリートを使用
することもできる。

〔作用効果〕

本発明による補強モルタルまたは補強コンクリ
ートは、従来の補強コンクリートには見られない
線型的な応力歪み特性を示す。第１１図にその試
験結果の代表例を示した。試験概要は次のとおり
である。

マトリツクス セメント：早強セメント 混和材：減水剤 骨材：川砂 Ｗ／Ｃ：45.0％ Ｓ／Ｃ：2.20 補強材 炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ステ
ンレス繊維を束ねることによつて形成した直径が
約２mmの繊維束を、クロス点間隔が平均で15mmと
なるように立体的に編むことによつて、縦条、第
一横条および第二横条を互いにクロス点で編み目
を作つて第１図のようなバー形状の立方体構造物
を形成し、各々の立方体構造物をマトリツクス中
にいずれも容積比（Vf）＝1.0％となるように埋設
した。

供試体寸法 幅75×高さ75×長さ1000mm 試験に供した供試体の材令 材令；28日 試験条件 スパン：900mm 剪断スパン比：４ 第１１図は前記試験結果を示したものである
が、従来のコンクリートには見られない直線的な
応力歪み特性が得られた。

第１１図において、曲線ａはPAN系炭素繊維
束からなる立方体構造物を、曲線ｂはアラミド繊
維束からなる立方体構造物を、曲線ｃはビニロン
繊維束からなる立方体構造物を、そして曲線ｄは
ステンレス繊維束からなる立方体構造物を、マト
リツクス中にいずれも容積比（Vf）＝1.0％となる
ように設置したものであり、曲線ｅは対照例とし
てマトリツクスだけのものである。試験条件はい
ずれも前記の同じ条件である。

第１１図の例えば曲線ａやｂのような特性値
は、従来のこれまでのコンクリートは全く見られ
なかつたものであり、本発明によると新規な材料
特性を示すコンクリートが得られることがわか
る。

第１２図は、繊維長さ６mm、繊維直径18μmの
ピツチ系炭素短繊維をモルタル中に容積比で2.25
％分散混入した短繊維補強モルタルをマトリツク
スとして使用し、第１１図の場合と同じ各立方体
構造物を容積比（Vf）＝1.0％となるように埋設し
た例を示したものである。試験条件は第１１図と
同じである。そのさい、短繊維補強モルタルは
Ｗ／Ｃ；73.7％、Ｓ／Ｃ；0.43とし、骨材には硅
砂、シラスバルーンを使用した。第１２図の結果
は、第１１図よりもさらに滑らかな理想的な曲線
が得られたことを示している。

このように、本発明によると低い補強材使用量
で従来にない強度特性をもつ新規な補強コンクリ
ートが得られる。そして、本発明の補強コンクリ
ートは立方体構造物が自己支持性であることから
型枠内に安定して設置できるもので現場打ちが可
能であると共に、補強材としての立方体構造物が
極めて軽量であるから、配筋作業が非常に簡単に
できるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う立体格子組み構造体の原
理例を示す斜視図、第２図は第１図のクロス点部
分の拡大図、第３図は本発明に従う立体格子組み
構造体の他の原理例を示す斜視図、第４図は第３
図のクロス点部分の拡大図、第５図は本発明に従
う立方体構造物をコンクリート柱中に埋設した状
態を示す透視斜視図、第６図は本発明に従う立方
体構造物をコンクリートパネル中に埋設した状態
を示す切欠き斜視図、第７図は本発明に従う立方
体構造物をコンクリートパネル中に埋設するさい
の配置例を示す平面図、第８図は本発明従う立方
体構造物をコンクリート梁中に埋設した状態の一
例を示す切欠き斜視図、第９図は複数の立方体構
造物を平行してコンクリート中に配置する場合の
相互の連結態様を示す部分斜視図、第１０図は本
発明従う立方体構造物をコンクリート梁中に埋設
した状態の他の例を示す切欠き斜視図、第１１図
は本発明に従う補強コンクリートの荷重−たわみ
曲線図、第１２図は本発明に従う他の補強コンク
リートの荷重−たわみ曲線図である。 １……縦条、２……第一横条、３……第二横
条、４……クロス点、５……立方体構造物、６…
…コンクリート柱、７……コンクリートパネル、
８……コンクリート梁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維束の縦条、繊維束の第一横条および繊維
   束の第二横条からなる立体格子組み構造体であつ
   て、縦条と、第一横条および／または第二横条と
   を互いにクロスさせると共にそのクロス点を互い
   に固着することによつてその固着したクロス点が
   三次元方向に規則性をもつて広がつており、８個
   のクロス点で形成される単位立方格子が三方向に
   連接している自己支持性の立体格子組み構造体
   を、補強材料とした補強モルタルまたは補強コン
   クリート。 ２ クロス点は編み目である特許請求の範囲第１
   項記載の補強モルタルまたは補強コンクリート。 ３ 立体格子組み構造体は全体としてバー形状を
   有する特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   補強モルタルまたは補強コンクリート。 ４ モルタルまたはコンクリートは繊維強化モル
   タルまたは繊維強化コンクリートである特許請求
   の範囲第１項、第２項または第３項記載の補強モ
   ルタルまたは補強コンクリート。