JPH0832583B2 - コンパクト強化複合材 - Google Patents

コンパクト強化複合材

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JPH0832583B2 JP62503818A JP50381887A JPH0832583B2 JP H0832583 B2 JPH0832583 B2 JP H0832583B2 JP 62503818 A JP62503818 A JP 62503818A JP 50381887 A JP50381887 A JP 50381887A JP H0832583 B2 JPH0832583 B2 JP H0832583B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の概要 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 coh
erence）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
歪容量（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く、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〜
0.2mm/mでしかないのに対して3mm/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鋼により類似して
いるが、同時に、鋼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（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
重容量及び靱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200〜400mm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、鋼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
び構造用鋼に一層類似している。
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、ほ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
を使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。
これにより靱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CRC構造体により安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6mm、直径0.15mm）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3mm/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
造体は、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ック構造体を形成し
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〜
10μｍのホイスカーで強化し且つ主補強材Ｂが直径0.2
〜1mm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構造体の機能 典型的なCRC構造体を第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、
従来の鋼強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歪として表した、CRCブーム（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、標準化歪
は、理想的な一次の弾性挙動を示す類似の均質ビームに
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鋼補強
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靱性とがないため
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構造体では、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品として定義するこ
とができる。繊維Ｄ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％、
一般に約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、造形品がどの方向におい
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、この造形品（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80MPa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品
であって、当該造形品が張力がかかっているときにこの
造形品の一体性を実質的に維持したまま少なくとも0.5m
m/m、一般に２〜5mm/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
動条件下で少なくとも50MPa、降伏下で少なくとも70MP
a、そして極限荷重下で少なくとも120MPa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歪容量より大
きく、一般に少なくとも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10mm/m、一般に少
なくとも30mm/mの降伏歪を有する造形品として定義する
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。
本発明の物理的原理 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脆い固体の
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２〜10μｍ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５〜25mm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。
亀裂帯域の変形 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、実際の分離が生
ず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形を示す亀裂帯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1cmが11mmに相当する時に
は、第５図における1cmが１μｍ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（Ｂ）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
μｍ、従来のセメントペーストで２〜10μｍ、強固なセ
メント／ミクロシリカペーストで0.5〜１μｍ、そして
ガラスでわずか0.001〜0.01μｍ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１μｍ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
ランドのエスポー（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ッヘ エイチ・エイチ（bache H.
H.）、「工学におけるコンクリート（Concrete in Engi
neering）」;1985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ッヘ、「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（Fractu
re Mechanics in Design of Concrete and Concrete St
ructures）」；バッヘ、「ブルドメカニク（Brudmekani
k）」、ベントン−テクニク（Benton-Teknik）3/12/198
4〕。
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＝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。
主補強材の利用による歪容量の増加 本発明においては、主補強材を利用し、高荷重下小さ
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歪容
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が生じた。物体の変形の
合計は、極限歪εoに物体の長さＬを乗じ、得られる値
に単一亀裂帯の亀裂帯変形Δを加えたものに等しい。
δ＝εoL＋Δ 大きな物体では、Ｌεo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（apparent）破壊歪」（平均破壊歪）εt＝δ/Lはバ
ルク材料のεoに比例して増加し、その結果バルブの材
料（εo）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/Lσo 2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Ｌσo 2/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、この材料の歪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
裂が開く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味している。
δ＝εoL＋ｎΔ 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
区分しその歪容量を増加する。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、亀裂が開く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
トリックスの小さな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、マトリ
ッ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、（たとえば固定が良好になさ
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く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15％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ムを例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適したマトリック
ス。
補強材の固定 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。
類似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、多くの場合、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、 ε＜εo 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＜Δo 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がれ
る。このことを第７図に示す。
即ち、第７図は、直径Ｄの円柱物（例えば、補強棒）
が、引張強度σo、亀裂直前の引張歪εｏ、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。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εo、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（σoD2/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ッ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mm単位で示される。又、ビームの幅
は50mmであった。非強化マトリックス材料及び例１の繊
維（長さ6mm及び直径0.15mm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
で割って計算して求めた時、それぞれ130N/m及び13,000
N/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靱性で
あるがその靱性が低応力で大きな変形下で表れるのでは
なく、得ようとする靱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感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く（Ｅ
50,000MN/m2）且つ破壊エネルギーも比較的高かった
（Ｇ100N/M）． 剛性（及び破壊エネルギー）は、耐火性ボーキサイト
（Al2O3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Al2O3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10〜12日にカナダのオタワにおいて開かれ
た、高性能減水剤（Superplasticizers）についての第
２回国際会議で発表された論文であるバッヘ、緻密化セ
メント／超微細粒子に基づく材料（Densified Cement/U
ltrafine Particle-Based Materials）」（以下「オタ
ワ論文」と称する）において報告されている。
マトリックス材料の歪容量の増加 一態様において、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、
棒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
〜0.2mm/mである。
以下、繊維配合の効果を、セメント／コンクリート系
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ほ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、典型的には単一又は数個の亀裂した生じない。
亀裂の入らないコン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
材の歪容量よりはるかに小さい歪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／鋼系に関しては、
鋼とセメントの歪容量の比は20:1を越え、多くの場合4
0:1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）にか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）を生ずる。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、破壊前の剪断で塑性降伏
を示し、構造上の転位でいわゆる「歪硬化（strain-har
dening）」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
れることを意図する」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パイ
プ等のある特殊な製品においては、繊維によりセメント
質材料の歪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）の歪容量が前記ベースマトリックス
（Ｃ）の歪容量を越えて増加しており、前記マトリック
ス（Ａ）の歪容量と前記ベースマトリックス（Ｃ）の歪
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くとも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「歪強化」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（Cooper）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、「単一及び多数破損
（Single and Multiple Fracture）」、Proceedings,th
e Properties of Fiber composites,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、Gmはベースマトリ
ックス（Ｃ）の破壊エネルギーであり、Em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、σm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（Ｉ）又は（II）が大きいほど、歪硬化効果
が顕著となる。この比（Ｉ）又は（II）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（Ｉ）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、たとえ使用される鋼繊
維の弾性率がEf＝2.1×1011N／m2であり「非常に堅い」
と思われるとしても第１のモデル（Ｉ）（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。
Em＝５×1010N／m2 Ef＝2.1×1011N／m2 ψ ＝0.06 Ef ψ＝1.3×1010N／m2 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。
定義 マトリックス及び補強材 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mm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6m
m、直径0.15mmの繊維）で強化され、且つ更に、重量の
ある鋼補強材（例えば、直径８〜25mm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））」と呼ぶ。
ほ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、ウ
ァブ、ネット等）よいが、ほとんどの場合、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1mm未満、しばしば0.2mm
未満の横寸法を有していて細く、また非常に微細な50μ
ｍ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10μｍ未満及び極端な場合１μｍ
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
〜20mm、ある場合においては50mm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粒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0.2〜5mm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。
亀裂及び亀裂の形成 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く必要がある。
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8mm棒鋼等）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6mm及び直径0.15mmの鋼繊維等）
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。このような系としては、例えば、鋼繊維変
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わらず、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（例えば、0.5mm最大約２〜5mmで、亀裂の二
端がまだ、例えば10〜50mm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、例えばそれらが
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超える
ところまで増加し、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５〜10μｍ
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
ず、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、１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。
物品及び構造 本明細書及び請求の範囲において、「物品」又は「造
形品」なる用語を本発明の物品について使用する時、そ
れは「CRC構造体」を包含する物品を示す。「CRC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
物品自体は無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。１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。
標準化した荷重及び変形−公式化した（formalized）応
力及び歪 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＝8.1cm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＝5cm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。
BH2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 材料がど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、換言す
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形）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
化歪」又は単に「歪」と称する。
本明細書において、「曲げ歪」とは、最も引張られて
いる部分、例えば、曲げ荷重がかか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論であ
る。
弾性率 本発明がもっぱら「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
間によるので、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）。しかしながら、CRCの主機能は、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（soun
d scientific principle）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ベースマトリッ
クス材料の場合、適当なポアソン比は0.20である。
圧縮耐性 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
値から求めてもよい。
物品については、圧縮耐性は、ほ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求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100mm及び長さ200mmの円柱物、 ２） 一軸圧縮する、 ３） 荷重を一定速度で増加してかけ、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、
音響科学原理に基づいて補正をし、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。
全く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
とは無論である。
繊維の容積濃度 これは、マトリックス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＋ベースマトリックスＣの
容積）〕として定義される。
補強材Ｂ（主補強材）の容積濃度 補強材Ｂの容積能動は、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ては、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（例えば、上部が圧縮され下
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総容量で割っ
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」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、補強材Ｂ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、無論本発明に
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）。
成分及びCRC構造体 大きな三次元剛性をはじめとするCRC構造体の非常に
優れた機械的挙動を確実に得るためには、CRC構造体に
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
（Ｉ）及び（II）に基づくものである。
ベースマトリックスの圧縮強度（σm） 高圧縮耐性を得るためには、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0.5μｍ〜100μｍ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50Å〜0.5μｍ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（1 power 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DS
P材料〕とその製造については、国際特許公開第W080/00
959号、国際特許公開第W081/031170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態様
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）〕。
ベースマトリックス及び繊維の弾性率（Em，Ef） 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致する。
歪硬化に関連して、マトリックスと繊維が順次機能を
果たす機構に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Em＝５×1010N／m
2）を有し繊維含量が５〜10％である系の場合、繊維成
分（Ef×ψ）は最も軟質であり、従って、Efが0.5〜１
×1012N／m2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、2.1×1011N／m2の弾性率を有
する鋼繊維は、７×1010N／m2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
ば鋼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
度プラスチック繊維でさえ、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理論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
スの剛性か支配的になる（例えば、10％の鋼繊維（Ef＝
2.1×1011N／m2）を含有する系において）。マトリック
スの弾性率が２×1010N／m2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
要であることを意味している。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２×1010N／m2から５×1010N／
m2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30〜40％向上したかもしれ
ない。
30〜40％の向上は重要ではあるが、プラスチック材料に
よりそれよりもはるかに大きな向上が得られる。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１×109N／m2から３×1010
N／m2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２×1010N／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２×1011N／m2、更により好ましくは少なくとも３
×1011N／m2及び最も好ましくは少なくとも４×1011N／
m2であり、マトリックス材料の弾性率Emは、好ましくは
少なくとも1010N／m2、より好ましくは少なくとも２×1
010N／m2、更により好ましくは少なくとも３×1010N／m
2、更に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７×1010N／m2及び最も好ま
しくは少なくとも1011N／m2である。
例えば、例１〜７において、使用した鋼繊維は2.1×1
011N／m2の弾性率を有し、且つベースマトリックスの弾
性率は５×1010N／m2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Al2O3に富む砂
（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W081/03170号及びオタワ論文に開示されてお
り、オタワ論文では、Al2O3に富む砂を含有し108,000MP
a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科学的相容性
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。
ベースマトリックスの破壊エネルギー（Gm） 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、Ef（又はEm）、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Gmに依存する（破壊エネルギーは１m2の亀裂面
積を生じさせるのに必要なエネルギーである。）。
ほ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（あまり小さすぎない）粒子（非常に好ましい
特徴としてEm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（4mm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
に非常に適している。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（Gm）が約1/10に減少し且つ弾性率が1/5〜1/3に
減少する。このことは、歪硬化の条件（前記Ｉ及びII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、ベースマトリックスが少なくとも20N/m、好
ましくは40N/m、より好ましくは80N/m、更により好まし
くは100N/m、更により好ましくは120N/m、更により好ま
しくは400N/m、更により好ましくは800N/m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130N/mであった。
繊維強度（σf） 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＝σm ψ−１ 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硬化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1,000MPaより大きく、更により
好ましくは1,500MPa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2,500MPa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。
繊維濃度（ψ） 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、強化構造体のマ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。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、20％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
6mmで直径150μｍの鋼繊維69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16mm及び直径10mm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10〜20μｍ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、150μｍ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0.3〜1mm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4mm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、10〜20μｍの繊維よりいくらか粗
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１〜10μｍ径のホ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（直径）は、４〜
1mm、１〜03.mm、300〜100μｍ、100〜30μｍ、30〜10
μｍ又は10μｍ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、30〜10μｍの細径範囲内の大きさの繊維と
例えば、300〜100μｍの粗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
〜200μｍの範囲内の大きさの繊維と４〜1mm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。
滑動時の繊維とマトリックスとの間の剪断応力（τ） 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 pre
ssure）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固され
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5MPa、好ましくは少なくとも10
MPa、より好ましくは少なくとも20MPa、更により好まし
くは少なくとも40MPa、最も好ましくは少なくとも100MP
a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。
繊維長（Ｌ） 多くの場合、繊維は、チョップトファイバーの形態で
使用される。チョップト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かある
いは引き伸ばされることに帰着しよう（上記の基準参
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。
補強材 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400MPa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800MPa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５×1010N／m2
を超える値、より好ましくは７×1010N／m2を超える
値、更により好ましくは1011N／m2を超える値、更によ
り好ましくは２×1011N／m2を超える値、最も好ましく
は3.1011N／m2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、凹凸の表面を有する変形棒
鋼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、プレストレスドコンクリートに従来から一般的に使
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-tensio
ning 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、次のようないくつか
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、
熱的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。
一般的に、マトリックスの局部脆性数σo 2D/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
ド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1,500MPa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
ることは無論である）。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σo 2D/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利用である。
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、異系の、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な
い。
超強度補強材の固定は、プレストレスドコンクリート
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。
高荷重容量と高内部一体性とを併せ持つCRC構造体 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、ほとんどの場合、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0.1mm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靱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５μｍから多分200μｍ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10〜20
MPaに相当し、複合体（補強材＋マトリックス）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（大きな見掛け引張応力）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剛い構造体
となる。これは、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、少なくとも30,000MPa、好ましくは少なくとも4
0,000MPa、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、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100
MPa、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Ｄ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II、即ち、 Ｉ） 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0.5mm/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2
mm/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、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、0.2mm以下、好ましくは0.1
mm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、 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（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0.2mm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
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1
00MPa、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、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1mm以
下、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは250μｍ以
下、更により好ましくは100μｍ以下、更により好まし
くは25μｍ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100
MPa、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、 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
とができる。
マトリックスの大きな剛性と増加した引張歪容量との組
み合わせ 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
うに定義される高い剛性、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4
0,000MPa、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100
MPa、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Ｄ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、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
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となるように、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、 としての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。
降伏中の高い初期剛性及び大きな歪容量と降伏中の実質
的な荷重支持容量の保持との組み合わせ 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３〜4mmのような、降伏までの（及び
降伏の開始点での）歪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50×50×500mmのビー
ムの降伏が約5mm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、35mm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、鋼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
特定の事件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）。
降伏後に実質上の歪容量を得るには、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14
0mm/m（14％）変形し、その後610MPaの応力で破壊し
た。言い換えれば、鋼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てき且つ50〜150m
m/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50,000M
Pa、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200MPa、最も好ましくは少なくとも250MPaで
あり、 前記繊維Ｄ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2
00mm/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10mm
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、35mm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。
剛性、マトリックスＡ中の高濃度の繊維補強材、及び高
濃度の主補強材の組み合わせ 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（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4
0,000MPa、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、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100
MPa、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Ｄ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。
構造及び配合 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。
一例として、下記の表に、同程度の歪硬化を示す（モ
デルＩ及びII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、4mm以下の砂粒と6mm×0.15mm鋼繊維
を含有するマトリックスに基づくことができ、一方、組
み合わせII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0.4mm及び直径10μｍ）に基
づくことができる。
繊維強化マトリックスＩは、直径約５〜25mm（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
IIは、直径約0.3〜1.5mmの主補強材を含有するもっとき
めの細かなCRC構造体に特に適している。
ミクロファイバーを含有するマトリックスII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の使用ほどて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Ｉについての対応する値の約
1/15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-modal）〔又は多形態（multi-
modal）〕繊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II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0.3mm及び長さ12mmを有するチョップトスチールフ
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IIIは、粗砂と唯一種類の繊維成分（6mm
×0.15mm鋼繊維）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.歪容量がより大きい。
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III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Ｉは通常高弾性率を有しており、マトリックス
Ｉに、例えばAl2O3に富む２〜4mm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剤
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W080/0
0959号、国際特許公開W081/03170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構造体となるので、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４〜25mm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Al2O3に富む砂等の最大粒径10mm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）50〜400μｍ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 20〜50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 25〜75容積％ ・粒子の大きさが２〜10μｍの不活性粉末０〜30容積％ ・約200,000〜250,000cm2/gの表面積（BET）を有する超
微粒シリカ等の、粒度が50Å〜0.5μｍの範囲の超微粉
末 ５〜40容積％ ・コンクリート高性能減水剤〔例えば、マイティ（Migh
ty）〕 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20〜25mm）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8mmの強化棒約12容
積％（補強材の容積濃度はビームの50×50mmの総断面の
うちの50×25mm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4mm）44.6％、微細
な鋼繊維（0.15mm×6mm）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10μｍのセメント4
7.6％、平均粒度0.1〜0.2μｍ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ップトワ
イヤ等の横断寸法（直径）0.2〜5mmの補強材５〜40％を
含有するCRCであって、前記補強材が長さ20μｍから5mm
まで及び横断寸法が少なくとも0.5μｍから200μｍまで
の繊維４〜20％、最大粒度1mmの微粒砂、及び結合材形
成材料30〜96％から作られた微細繊維強化マトリックス
に埋め込まれており、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（２〜10μｍ）０〜30容積％ ・超微粒シリカ等の超微粉末（50Å〜0.5μｍ）（上記
参照） ５〜40容積％ ・コンクリート高性能減少剤等の分散剤（粉末） 0.5〜
４容積％ コンパクト強化構造体を製造する方法 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（必ずしも新規な単一法でなく、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組
織等を所望の構成、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。
高密充填の原理 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（locking surface 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を得
る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、10〜20μｍの緻密な
形態の微粒子等の高密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10〜20μｍ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0.5μｍ未満の大きさ
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10μｍ
のセメント粒子を、一方の側ではかなり粗い砂（200μ
ｍ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（0.5μｍ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、6mm
の繊維及び4mm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
壁効果を生じる。（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
も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（4mm以下）、鋼繊維（6mm×0.15mm）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0.1μｍ）、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
く、結合剤（セメント＋シリカ＋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、かくして均一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、一体生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
μｍ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 resistance）は、粒度10
μｍ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（ｄ1mm）の場合より100,000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
関数として示してある。
但し、ｐは圧縮圧力、ｄは粒度、そしてγ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生がバランスしている。帯域３にお
いては、粒子間の表面力以下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 effe
ct）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くCRC構造体、例えば、特にC
RC構造体を有するファインセラミックス等の応用するに
関しても欠くことができない。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
（γ）に比例する。
Ｆ＝ｄγ 表面張力（又はエネルギー）γは、１）メニスカスに
より凝集力（cohesion）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動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、 ｐ＝γd-1 （但し、ｐは加えられた造形応力）として、あるいは
無次元形では、 として、又は、歪速度（）及び流体プロセスマトリッ
クス（ηm）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ηd/γ）は、外部応力（ｐ）が内部
凝集力（γ/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/γ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ηmを有する粘性流体に埋め込まれた
表面力（γ）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）への転位
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/γ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、粒子の磨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0.1μｍのSiO2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（casting）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場をかなり均一
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。
１） 粘度に支配されている抵抗は、好ましくは一体抵
抗（cohesive resistance）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
及び容積全体に均一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。
粘性一体系 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 resistanc
e）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γ）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（cohesion）
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（）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、粘度に反比
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５μｍ）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0.05μｍ）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／大きさ分布と容積濃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、0.1μｍの粒子系の粘度は、幾何学
的に同様の形状をした10μｍの粒子系の場合より100倍
大きくなければならない。
その結果、造形応力（ｐ×η）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、ほ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。
粘性摩擦系 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 casting）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
により都合よく達成される。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（γ）に対する抵抗が、次
式に従うような系においては、 τμｐ （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。
又は、 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
（confining pressure）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。
CPC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じてしまう、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。
補強材を介して振動によって可能となった特定の態様
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８〜10mm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。
用途 本明細書から明らかなように、CRCは下記の特徴を有
する全く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）から基本的に簡易な方法でもって、（振動下にお
ける、補強構造体の構成、混合、注型等）、通常最も穏
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CR
C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、プレストレスドコンクリートにおけるプレストレ
ス鋼用固定帯域、大きな曲げモーメントを移動するため
の鋼又はコンクリートのフレームのコーナー等）。
表面亀裂／表面保護 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、6mmの繊維を使用
した本明細書の例の材料における1mm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関して、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。
この表面が本来弱いことと、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、構造体の表面の性能が重要であり、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） 微細な繊維メッシュ、例えば、直径10〜100μｍ
の糸のメッシュの１〜10層を、注型の前に型に予め配置
し、それにより、例えば、200〜1000μｍ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２〜6mm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２〜6mm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10〜20mm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（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CR
C構造体の能力が、ずいぶんと増加する。
例えば、約100MPaの見掛け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100MPa
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250MPa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く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、大きな圧力チューブ、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ト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
断固定により保たれる。
大きな集中力に耐えるように設計された板又はシェル CRC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、ほとんどの場合、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CRC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質のパネルの曲げ容量は15〜
25MPa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
筋コンクリート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CRC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倍高く且つ非常に靱性のある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、非常に高濃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
しばしば比較的簡単なことであろう。
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がしばしば好ましく、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、下記に述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。対応の板を台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
た補強棒の上層（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（各メッシュに一つの横棒）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、10mmから12mm又は14
mm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ッシュを有する「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。
1.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
10mm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
損耐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から約7
0〜220MPa（見掛け（formal）引張応力に関して）にか
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
そらく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10,000〜20,000N/mからおそら
く約500,000〜2,000,000N/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−セラミックス 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。
１） 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mm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、Al2O3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１〜10μｍの微細な超強ホイスカー（Al
2O3、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、Al2O3、SiC又はSi3N4等のセラミッ
ク繊維、炭素繊維等の直径0.2〜1mmの主補強材を含有し
たAl2O3、ZrO2又はY2O3等直径１μｍ未満の超微粉末を
基材とし、前記主補強材が「細い単一糸又は単一糸から
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の熱応力が入るため、この収縮のた
めに強化セラミッ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CR
C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、高品質に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
からセラミッ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１〜10μｍのホイス
カーで強化された微細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
使用して都合よく行われる。これについては、セメント
に関連して説明したされているのと同様の物理的原理が
使用されるが、無論、マスターグラフを含む上記の教示
に従って、はるかに微細な粒度に適合するように規模を
小さくする。
低温性能用部材 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適していないことは
公知である。
一方、例えば、セメント、砂及び鋼補強材に基づくCR
C構造体は、たとえ補強材自体が脆くなっても、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（composite philosophy）によるものである。
脆性補強材（例えば、−100℃〜−200℃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。低温度で鋼は脆くなるが、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
鋼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。
鉄筋コンクリートとの比較 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（Johansen K.
V.）、“Brudlinieteorier"、“Polyteknisk Forening"
（1958）に報告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5cmよりジョハン
センの実験の方がはるかに大きいにもかかわらず、ジョ
ハ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312×312cmの板及び幅8cm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）。
表 Ａ 本発明による強化板の破壊モーメント及び曲げ応力と
ジョハ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510MPa（5100kg/cm2）
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％としてある。
この値は曲げ応力85MPaに相当する。
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（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倍以上強固で
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
1/5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ート（非常に強固な種類で
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ための加圧成形型である。
1.0〜2.0mm/m以上又は3.0mm/mを超えさえする引張歪容
量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。
例１ 小ビームについての曲げ試験 使用材料 ケイ砂 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。
このケイ砂混合物の密度は、2.630kg/m3であった。
白色ポルトランドセメント 密度（推定）:3150kg/m3 比表面積（推定）：約400〜450m2/kg ミクロシリカ 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SiO2高含量微粉末。比表面積（BET法により測
定）は平均粒径約0.1μｍに相当する約25,000m2/kgであ
った。密度は約2220kg/m3であった。
分散剤（粉末） 高縮合ナフタリンスルホン酸／ホルムアルデヒド縮合
物のナトリウム塩である商品名「フルーベ（Flube）」
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/m3であった。
水 普通の水道水 密度:1000kg/m3 鋼繊維 ベルギー国ベカエルト（Bekaert）社製円筒状黄鋼被
覆鋼繊維「ドラメックス（Dramex）」（直径0.15mm、長
さ6mm）。この材料は525MPaの引張強度を有すると記さ
れている。
強化用鋼 直径8mmの異形棒鋼KS410−Ｓ「カムスタール（Kamst
ｌ）」。降伏値は410MPa以上と記されている。
直径8mm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 （8mm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。
2.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、フルーベ及び砂を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（mas
s）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.注型の用意のできる最終混合物のコンシステンシーを
スプレッディンクコーン試験（spreading cone test）
（ASTM C230-368）により測定した。結果を表２に示
す。
4.試験片（直径4.5cm及び長さ9cmの円筒物、直径10cm及
び長さ20cmの円筒物、寸法５×５×50cm3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/sec2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8mm）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6.5mmであり、底の帯域
における隣接棒間の距離も6.5mm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。
密度 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求
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。
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。
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6
3.6％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11mm、高さ約10mm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（Superplasticizers）についての第
２回国際会議で発表された論文であるバッヘの“Densif
ied Cement/Ultrafine Particle-Based Materials"
（「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100Hz
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つぎのよう
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、繊維等）、及び、 3.高濃度の主補強剤（５本の直径8mmの異形棒）を含有
する非常に細長いビーム（50×50mm）を有する複雑な外
部構造と組合わせること。
解説 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4mm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（8m
m）と比較し且つ補強材棒間の有効空間及びこれらの棒
を型の側面との間の有効空間（6.5mm）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0.18）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）及び底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.振動下の注型により、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
の粘性コンシステンシーを、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／水配合物の添加することは、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
ンクリート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、通常非常に低いものと考え
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：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（6mm×0.15mm）の量は、非常に多く、最大６容積
％（20重量％）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
うな固まりを、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、ほとんど不可
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、流体コンシステンシーを有し十分
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。
マトリックス材料の機械的性質 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4.5cm及び高さ9.0cm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.ノッ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。
圧縮試験（直径4.5cm及び高さ9.0cmの円筒物について） 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。
最大荷重も記録した。
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。
試験結果についての解説 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。
超音波速度及び動的弾性率 超音波速度は、周波数200kHzを有するパンディット
（Pundit）超音波装置を用いて、直径4.5cm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、Edyn＝v2r（但し、ｖ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。
破壊エネルギー 破壊エネルギーは、支持材間に25cm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50×50×500m
m3のノッチ付きビームについて測定した。ノッチの深さ
は中央位置において約25mmあった（ノッチ付ビームにつ
いての力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
4.81×10-6m/sec）。実験の間、力の変位の関係値（con
nected value）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てある。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、新しい領域
（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
（力−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。
繊維とマトリックスの間の滑動時の剪断応力の推定 ノッ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）が求められる。
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φ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、 従って、 鉄筋コンクリートビームの機械的性質 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417mm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
てある。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0.19mm/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。
実験中、次のような観察がなされた。
繊維なしのビーム（B.O.III） 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、いくつかの縦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。
２容積％の銅繊維を含有するビーム（B.2.I） 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、主補強材棒には
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。
４容積％の鋼繊維を含有するビーム（B.4.I） 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、主補強材棒
が降伏した。28m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材棒が少し引き
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。
６容積％の鋼繊維を含有するビーム（B.6.I及びC.6.II
I） 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、加
重のこの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、
主補強材棒が降伏したが、縦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
（最初の亀裂のすぐ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％の鋼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Ｄに示す。
亀裂の観察についての解説 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
てい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（及び高度に強化され
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繊維単独の効果を研究
するた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。
歪の記録 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5kNまで1
0回、その後、ゼロから10kNまで10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
10kN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。
結果の解説 繊維補強材０％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。
他の全てのビームについては、何ら亀裂が生じなかっ
た。６％の繊維を含有するビームの一つを、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か
った。
４容積％及び６容積％の繊維を含有するビームは、20
kNの荷重で実質的に直線的な挙動を示とともに、最初の
加重サ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2.5mm/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での見掛け
曲げ応力（約110MPa）を対応する見掛け歪で割って求め
た見掛け弾性率は、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35,000M
Pa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0.1〜0.2mm
/mに相当する3MPaから最大でも15MPaまでの曲げ応力で
亀裂が入り、25（優れたコンクリート）〜75（圧縮強さ
が120〜150MPaの高品質スーパーコンクリート）の曲げ
応力で破損する。
例２ 大きなビームについての曲げ試験 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（50×50×50
0mm）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） ビームの種類の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構造体の信頼性を測定すること。
試験ビーム 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80〜160mm、そして高さは約9
0〜約200mm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、mm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20mmであった。ビームの底部に、５本の棒を、棒の
中心からビームの底までの距離を23mm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に距離を23mmにして配置した。BT
16と呼ばれる断面Ｂのビームにおいて、それぞれが３本
の直径16mmの棒からなる層を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21mm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26mm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本の直径25mmの棒からなる層を２つのビームの底部に
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
25mm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35mm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本の棒の中心線との間の距離は25
mmであった。BDR14と呼ばれる断面Ｄのビームでは、直
径1.4mmの棒３本の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19mm
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18mm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ップ
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1840mm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Ｄ
の間は距離は500mm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。
マトリックスの成分（繊維を含む）を表2.2に示す。
マトリックス材料及びその作製 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。
ケイ砂 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。
白色ポルトランドセメント 密度 3150kg/m3 比表面積（ブレーン法） 433m2/kg 0.21重量％は90μｍ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。
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/m2 ７日後 51.8MN/m2 28日後 59.9MN/m2 配合組成物 配合組成物は、鋼繊維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。
配合組成物は、総容積約10リットルである。バッチの
大きさは、試験物体の容積に合わせた。
作製 50リッ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77Hz、加速度22m/sec2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。
実験の構成 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型ペニー・アンド・ギル
ズ（Penny and Giles）電位差計であり、一方、変換器
（Ｂ）はLVDT DS 1354型ペニー・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、そして補強用鋼について
（補強材に設けた幅2.5mm、深さ5mmの短い溝の中で鋼に
接着して；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HBM20/120LY41型及びHBM50/120LY41型で
あり、補強材について使用した歪ゲージはHBM61/120LY5
1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 Stand Microscope）（倍率：×2
5）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。
実験操作 加重は、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（BDR14型及びBR20型ビームに関して）
及び５分の間隔（BT16型及びBT25型ビームに関して）を
それぞれ設けた。荷重の増加速度は、1mm/min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。
結果 試験結果を第30〜42図及び表2.6〜2.9に示す。
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。
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。
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。
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
によって確認されるように）、３つの異なる系列から計
算した標準化モーメント（見掛け曲げ応力）と標準化歪
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れ
た結果に限定される。
第30〜33図は、各型のビームに関する力／撓みを表す
平均曲線を示す:BT16（第30図）、BR20（第31図）、BT2
5（第32図）及びBDR14（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（見掛け曲げ
応力）と標準化歪との間の関係を示す。第34図はBT16型
ビーム、第35図はBT25型ビーム、第36図はBDR14型ビー
ム、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／標準化歪の関数としての標準化
弾性率の対応値を示す。第38図はBT25型ビーム、第39図
はBDR14型ビーム、第40図はBT16型ビーム及び第41図はB
R20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
する限りは、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ては、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には、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
け曲げ応力に相当する）荷重で、細い微小亀裂（厚み約
20〜60μｍ）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た（非常に少ないが
底にまでずっと延びた亀裂があった）。ほとんど全ての
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。
BT25型ビームの場合、剪断破壊が生じた。降伏時点
で、幅5mmの大きな亀裂が、支持点から力の攻撃点まで
発展した。破壊時の見掛け剪断応力を、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hi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＝14.3MPaとなった。
荷重解除の後、ビームを再加重したところ、最初の実
験に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、大きな変形が生じた後でさ
え、主補強材が繊維強化マトリックスに良好に固定され
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10cm×高さ
20cm）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、171.1MPaと197.1MPaとの間でいろいろであり、標
準偏差は3.5〜10.5MPaであった。
結果についての解説 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100×200mm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、120MPa〜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20MPaの見掛け曲げ応力を
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歪荷重
（約3.8mm/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の標準化歪まで加重すると、顕著な亀
裂を生じ、約15〜20MPa、即ち、CRCビームでは約40,000
〜50,000MPa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3.8mm/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CRC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43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
びに繊維強化マトリックス３及び高濃度の補強材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。
信頼性 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
類のビームについての力／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、ほ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脆性材料にお
いて通常遭遇する裂け目（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。
可能性のある改良 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25mmであり、
これらは例１において使用した棒の直径（8mm）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。
より大きな棒（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6m
m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σo2D/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
を同じ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8m
m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、12mm繊維と3mm又
は6mm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、見掛け曲げ応力250〜320MP
a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60
0〜1100MPa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、３〜12
mm）、より強固なマトリックス、例えばAl2O3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３〜4mmであり、最も
外側の棒と表面との間の間隔も約３〜4mm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2m
m（上記で使用した4mmの代りに）であり１〜2mm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
て使用したものと実質的に同じにすることができよう。
例３ 強固なCRCビームについての曲げ試験 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100×100×850mm
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（20mm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。
実験の目的 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（通常の鋼強化コ
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靱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限定はされ
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
剪断容量を生じ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。
試験ビーム 上記したように、ビームの長さは850mmであり、横断
面は100×100mm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棒２本を上部帯域に配
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（cast）しそして保存した試験片 （100×100×100mmの立方体）について測定した。その
結果、密度が2680kg/m3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。
配合及び作製 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。
実験の構成 ビームを単純に支持し（スパン750mm）、25トンの試
験機で中央に加重した。
試験の間、加えた力及び荷重下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。
結果 197kNまでの荷重では、ビームは目に見える亀裂を少
しも生じることなく変形し、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
の底部に目に見える引張亀裂は少しも生じなかった。19
7kNで加重されたビームの底部での歪は、3.75mm/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、標準化剪断容量T/2/3BH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、このビームの幅（Ｂ）及び高さ（Ｈ）は
両方とも0.1mであった。
197kNの荷重で剪断亀裂が生じる前の、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＝3.75mm/m 標準化曲げ容量（見掛け曲げ応力）は、M/1/6BH2（但
し、曲げモーメントＭは、1/4・197・0.75kNm）として
計算される。
これらの値から、ここでＥ＝σb／ε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の極限荷重容量は、見掛け曲げ応力σult−228M
Pa及び見掛け剪断応力τult＝15.2MPaに相当する。
結果について解説 剪断実験は、マトリックス自体が、太い主補強材を高
濃度で含有するが（100×100mmの横断面を有するビーム
において直径20mm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。
この見掛け剪断容量の値約15MPaは、本発明のビーム
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ー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、特定の靱性の
ある強化マトリックス自体が大きな剪断応力を移動でき
ること（事実、この値はバルクのマトリックス材料につ
いての実験から予測される値とよく一致する）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
されたビームの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値）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（見掛け曲げ
応力）を示した。実際に、ビームは、剪断破壊が始まる
見掛け曲げ応力222MPa（及び対応する歪3.75mm/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
け曲げ応力が、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59,2
00MPaであった。この剛性の値は極めて高いとともに、
非常に高い曲げ応力レベル（σ＝222MPa）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証されたビーム（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の見掛け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。
例４ ビームについての動的試験（疲労） 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5
0,83及び102MPaまでの見掛け曲げ応力）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2082mm、幅84mm及び高さ90mm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
強固に強化し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（千回又は最
大五百万回以上）下のCRC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110MPa及び引張歪約0.2mm/
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、引張歪約0.6〜1mm/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80〜90
MPaの標準化曲げモーメント（公式化曲げ応力）及び歪
約3mm/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。
試験片（84×90×2082mmのビーム） 試験ビームは例２におけるビームと同じ種類（BDR14
型）であり、実際にこれらと一緒に調製して注型した。
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。
実験の構成 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、ほぼゼロから、静的実験においてそれぞれ
50,83及び102MPaの見掛け曲げ応力に対応する荷重（BDR
14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荷重し
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）。
試験結果 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。
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10Hz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40
3,790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ほんの少し、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（見掛け曲げ応力：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つのビームでは、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。
Pmax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、開始時Pmax＝15.9kNから5,305,150サイ
クルの後Pmax＝14.5kN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、ほとんどゼロと
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。5,305,15
0の加重サイクルの後、試験ビームを静的に（ゆっく
り）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例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青的
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
たこのビームの剛性は、わずかに大きい程度であった。
結果についての解説 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CRC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剛
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
ことが確かめられる。
１） 補強材における応力（歪約1.8mm/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わかるよう
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。
例５ 圧縮下のマトリックス材料についての動的試験（疲労） 例2,3及び４において使用したセメント−ミクロシリ
カ−鋼繊維に基づく材料と同一のマトリックス材料の円
筒物に、振動圧縮荷重をかけた。
振動圧を、非常に小さな値（約3MPa）から静的実験に
おいて測定した圧縮強度の約90〜60％の範囲で選択した
ピーク値まで変化させて、試験片に荷重をかけた。
実験の目的 CRC構造体には、引張力を吸収する主補強材が高濃度
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。
試験片 試験は、直径29mm及び高さ58mm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。
実験の構成及び試験 動的実験の前に、同じバッチから作った試験円筒物の
いくつかと対照試験片（直径100mm×高さ200mm）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
び動的実験を、250kNの脈動装置〔シェンク（Schenck）
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3MPaであった。
ピーク値は、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89.2kN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、破壊が生じるまで継続し、加重サイクル数を
記録した。試験片のうちの３つは、約1,000,000〜2,00
0,000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。
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（logN、Pp／Pu）で
ある。Pp及びPu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。
結果についての解説 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
れた圧縮強度の約60〜70％であった。
実験結果は、マトリックスが数百万回の加重サイクル
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に利用することができること
を示す。
例６ 補強材を介して伝達される振動を利用する、高度に強化
したCRCの作製 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。ほとんど
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） マトリックス材料が、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（punching 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12mm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図に示す。６により表し
た振動台上に配置した、後部壁１及び底５を有する型
に、互いに垂直な主補強材の棒２及び３の水平な２層か
らなる組織を、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（ma
ss）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。
補強材を有する型 板の「モデル」の注型を、より大きな側面 （160×160mm）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（160×160×120mm）
で行った。このモデルは、第46図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16mmの異形棒）：箱の上部と底
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4mm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8mm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、8mm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
10mm、長さ100mm）を、主補強材棒間の16×16cm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、主補強材棒を、それ
らが箱の外に約10mm突き出す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（溶接で）、箱の中央に、10
0mmの棒の末端が箱の上部及び底部からそれぞれ10mmの
距離にくるようにおいた。
マトリックス材料 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（6mm×0.15mm）、45容積％の粗砂（最大粒径4
mm）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4mmの強固なAl2O3に富む砂であった。
混合 例２に記載したようにして混合を行った。
注型 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剤の入った型を振動台に固定してお
いた（第46図参照）。振動周波数は約100Hzであり、加
速度は50〜70m/sec2であった。
肉眼で型が完全に一杯になったなったと判断されるま
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10cm、高さ20
cm）を同じ振動台上でマトリックス材料から注型した。
観察 ベースマトリックス材料（繊維を含有しない）は、少
し靱性があった（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
の靱性がずっと増加し、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〜
5cmの厚い固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靱性材料とし
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２〜5mm）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）。
マトリックス材料は、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100mmで高さ200mm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求めた（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
量して求めておいた）。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/m3 Al2O3砂を含有するマトリックス材料 2945kg/m3 試験円筒物への注型の場合： Al2O3砂を含有するマトリックス材料 2922kg/m3 ケイ砂マトリックスに関する結果は、2733kg/m3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5mm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。
Al2O3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218.7MP
a、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、標準偏
差は4.7MPa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。
例７ 引き抜き試験 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ること、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 practi
ce 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、鋼補強棒を繊維強化マト
リックスの非常に薄い（18mm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8mmの棒を有す
る、横断面50×50mm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本の棒２が３により示
すように固定長さ（anchoring length）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（マトリックスに埋め込まれている棒鋼の部
分の長さ）を15mmと115mm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8mm
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。
試験片の特性 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774MPa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（6mm×0.15m）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
か含有していた。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30〜50m/sec2で振動を加え
ながら行った。
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。
試験手順 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0.1m
m/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。
薄い角柱（横断面18×66mm）についての実験において
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、補強材における
顕著な降伏が引き抜けの前に生じた。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（15mm）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け破損した。
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
が生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（50×50mm）に関する実験においては、
固定長さが短い（60mm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
mm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。
結果についての解説 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
のそれぞれの横側について強化マトリックスがわずか5m
mに過ぎない薄い試験片における見掛け引き抜き剪断応
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50×50mm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
鋼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は耐性は、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。

Claims (62)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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）を含んでなる造形品（shaped artic
    le）であって、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）を含む複合構造体であり、ベースマトリックス
    （Ｃ）がセメント、このセメントよりも構造形成に関し
    て反応性が低い、5nm（50Å）〜0.5μｍの大きさの超微
    粒子、及び分散剤を含んでなり、 主補強材の横断寸法が上記繊維（Ｄ）の横断寸法の少な
    くとも５倍大きく、 当該造形品、マトリックス（Ａ）及びベースマトリック
    ス（Ｃ）からなる群のうちの少なくとも一つが、次の基
    準、すなわち、 １） 任意の方向における弾性率が少なくとも30,000MP
    aであること、及び ２） 任意の方向における圧縮耐性が少なくとも80MPa
    であること、 のうちの少なくとも一つにより定義される任意の方向に
    おける大きな剛性を有し、 上記繊維（Ｄ）が、上記マトリックス（Ａ）をもとに計
    算して少なくとも４％の容積濃度で存在しており、 当該造形品の１又は２以上の引張帯域における上記補強
    材（Ｂ）の容積濃度が少なくとも５％である、上記の造
    形品。
  2. 【請求項２】降伏に至るまで荷重をかける過程でかけら
    れる最大荷重の少なくとも50％の荷重容量を維持して、
    少なくとも10mm/mの降伏歪みを有する、請求の範囲第１
    項記載の造形品。
  3. 【請求項３】前記補強材（Ｂ）の横断寸法が前記繊維
    （Ｄ）の横断寸法の少なくとも10倍大きい、請求の範囲
    第１項記載の造形品。
  4. 【請求項４】前記補強材（Ｂ）の横断寸法が前記繊維
    （Ｄ）の横断寸法の少なくとも100倍大きい、請求の範
    囲第３項記載の造形品。
  5. 【請求項５】当該造形品、マトリックス（Ａ）及びベー
    スマトリックス（Ｃ）からなる群のうちの少なくとも一
    つが、次の基準、すなわち、 １） 任意の方向における弾性率が少なくとも50,000MP
    aであること、及び ２） 任意の方向における圧縮耐性が少なくとも130MPa
    であること、 のうちの少なくとも一つにより定義される任意の方向に
    おける大きな剛性を有する、請求の範囲第１項記載の造
    形品。
  6. 【請求項６】前記繊維（Ｄ）が前記マトリックス（Ａ）
    の容積をもとにして少なくとも５％の容積濃度で存在し
    ている、請求の範囲第１項記載の造形品。
  7. 【請求項７】前記繊維（Ｄ）が前記マトリックス（Ａ）
    の容積をもとにして少なくとも７％の容積濃度で存在し
    ている、請求の範囲第６項記載の造形品。
  8. 【請求項８】前記繊維（Ｄ）が前記マトリックス（Ａ）
    の容積をもとにして少なくとも10％の容積濃度で存在し
    ている、請求の範囲第７項記載の造形品。
  9. 【請求項９】当該造形品の１又は２以上の引張帯域にお
    ける前記補強材（Ｂ）の容積濃度が少なくとも７％であ
    る、請求の範囲第１項記載の造形品。
  10. 【請求項１０】当該造形品の１又は２以上の引張帯域に
    おける前記補強材（Ｂ）の容積濃度が少なくとも10％で
    ある、請求の範囲第９項記載の造形品。
  11. 【請求項１１】当該造形品の１又は２以上の引張帯域に
    おける前記補強材（Ｂ）の容積濃度が少なくとも15％で
    ある、請求の範囲第10項記載の造形品。
  12. 【請求項１２】前記マトリックス（Ａ）の歪容量が前記
    ベースマトリックス（Ｃ）のそれを超えて、当該マトリ
    ックス（Ａ）の歪容量と当該ベースマトリックス（Ｃ）
    の歪容量との比が少なくとも1.2となるように増加す
    る、請求の範囲第１項記載の造形品。
  13. 【請求項１３】前記マトリックス（Ａ）の歪容量と前記
    ベースマトリックス（Ｃ）の歪容量との比が少なくとも
    ５である、請求の範囲第12項記載の造形品。
  14. 【請求項１４】その中に補強材が埋め込まれている前記
    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
    ている当該マトリックス（Ａ）の歪容量と当該バルクの
    マトリックス（Ａ）の歪容量との比が少なくとも1.2と
    なるよう増加するように、前記補強材（Ｂ）の量、形
    状、配置及び性能が当該マトリックス（Ａ）に適合させ
    られている、請求の範囲第12項記載の造形品。
  15. 【請求項１５】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）
    の歪容量との比が少なくとも５である、請求の範囲第14
    項記載の造形品。
  16. 【請求項１６】前記ベースマトリックス（Ｃ）が、ポル
    トランドセメント又は耐火セメントに基づくセメントペ
    ースト、モルタル又はコンクリートである、請求の範囲
    第１項記載の造形品。
  17. 【請求項１７】前記ベースマトリックス（Ｃ）が、0.30
    以下の水／粉末（セメントに他の微粒子を加えたもの）
    重量比に相当して高密充填されている、請求の範囲第16
    項記載の造形品。
  18. 【請求項１８】前記ベースマトリックス（Ｃ）における
    水／粉末重量比が最高0.25である、請求の範囲第17項記
    載の造形品。
  19. 【請求項１９】前記ベースマトリックス（Ｃ）における
    水／粉末重量比が最高0.20である、請求の範囲第18項記
    載の造形品。
  20. 【請求項２０】前記ベースマトリックス（Ｃ）がミクロ
    シリカ粒子を含む、請求の範囲第17項記載の造形品。
  21. 【請求項２１】前記ペースト、モルタル又はコンクリー
    トが、石英、Al2O3、鋼及びガラスからなる群より選ば
    れた強固な材料の追加物体を含有している、請求の範囲
    第17項記載の造形品。
  22. 【請求項２２】前記ベースマトリックス（Ｃ）がウォラ
    ストナイトを更に含む、請求の範囲第21項記載の造形
    品。
  23. 【請求項２３】前記補強用物体（Ｄ）が、ガラス繊維、
    ポリプロプレン繊維、炭素繊維、また酸化アルミニウム
    繊維、窒化ケイ素繊維及び炭化ケイ素繊維を含めたセラ
    ミック繊維、そして鋼繊維からなる群より選ばれた繊維
    であって、繊維の直径は400μｍ未満であり、また繊維
    が前記マトリックス（Ａ）の容積をもとにして少なくと
    も５％容積濃度で存在している、請求の範囲第１項記載
    の造形品。
  24. 【請求項２４】前記繊維の直径が200μｍ未満である、
    請求の範囲第23項記載の造形品。
  25. 【請求項２５】前記補強用物体（Ｄ）が300MPaより大き
    い強度を有する繊維である、請求の範囲第23項記載の造
    形品。
  26. 【請求項２６】前記繊維の強度が800MPaより大きい、請
    求の範囲第25項記載の造形品。
  27. 【請求項２７】前記補強用物体（Ｄ）が、４〜1mm、１
    〜0.3mm、300〜100μｍ、100〜30μｍ、30〜10μｍ及び
    10μｍ未満の範囲のうちの少なくとも一つの範囲の繊維
    径を有する繊維を含む、請求の範囲第１項記載の造形
    品。
  28. 【請求項２８】前記補強用物体（Ｄ）が300MPaより大き
    い強度を有する繊維である、請求の範囲第27項記載の造
    形品。
  29. 【請求項２９】前記繊維の強度が800MPaより大きい、請
    求の範囲第28項記載の造形品。
  30. 【請求項３０】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２×1010N／m2であり、そして当該
    マトリックス材料の弾性率Emが少なくとも1010N／m2で
    ある、請求の範囲第１項記載の造形品。
  31. 【請求項３１】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２×1011N／m2である、請求の範囲
    第30項記載の造形品。
  32. 【請求項３２】前記マトリックス材料の弾性率Emが少な
    くとも５×1010N／m2である、請求の範囲第30項記載の
    造形品。
  33. 【請求項３３】前記補強材（Ｂ）が棒、ロッド及び糸か
    らなる群より選ばれている、請求の範囲第１項記載の造
    形品。
  34. 【請求項３４】前記補強材（Ｂ）が、異形棒とプレスト
    レスワイヤ及びケーブルとを含めた、通常のコンクリー
    トで使用される種類の鋼補強材からなる群と、繊維−ポ
    リマー複合補強材からなる群とから選ばれている、請求
    の範囲第33項記載の造形品。
  35. 【請求項３５】前記補強用物体（Ｂ）のうちの少なくと
    も一部が別々の小さなロッド又は繊維から選ばれた短い
    成分の形態をしている、請求の範囲第33項記載の造形
    品。
  36. 【請求項３６】前記補強材（Ｂ）を横切る方向の補強材
    を含んでおり、この横方向の補強材は実質的に真っ直ぐ
    であって、且つ当該補強材（Ｂ）に対して実質的に垂直
    に配置されている、請求の範囲第１項記載の造形品。
  37. 【請求項３７】前記横方向の補強材が当該横方向の補強
    材の長手方向に対して実質的に垂直な異形の及び／又は
    粗い表面組織を有する、請求の範囲第36項記載の造形
    品。
  38. 【請求項３８】前記横方向の補強材が異形棒構造及びネ
    ジ山構造から選ばれた構造を有する、請求の範囲第37項
    記載の造形品。
  39. 【請求項３９】前記補強材（Ｂ）の強度が少なくとも40
    0MPaである、請求の範囲第１項記載の造形品。
  40. 【請求項４０】前記補強材（Ｂ）の弾性率が少なくとも
    ５×1010N／m2である、請求の範囲第１項記載の造形
    品。
  41. 【請求項４１】前記補強材（Ｂ）の弾性率が少なくとも
    ２×1011N／m2である、請求の範囲第40項記載の造形
    品。
  42. 【請求項４２】前記引張帯域における補強用物体（Ｂ）
    の数が、前記補強材に対して垂直な面から判断して少な
    くとも２である、請求の範囲第１項記載の造形品。
  43. 【請求項４３】前記補強材（Ｂ）が、当該造形品が次の
    基準、すなわち、 １） 弾性率が少なくとも30,000MPaであること、及び ２） 圧縮耐性が少なくとも80MPaであること、 のうちの少なくとも一つにより定義される、互いに対し
    て垂直な少なくとも二つの方向における大きな剛性を有
    するように配置されている、請求の範囲第１項記載の造
    形品。
  44. 【請求項４４】前記補強材（Ｂ）が、当該造形品が請求
    の範囲第43項に記載された基準のうちの少なくとも一つ
    により定義される、互いに対して垂直な少なくとも三つ
    の方向における大きな剛性を有するように配置されてい
    る、請求の範囲第43項記載の造形品。
  45. 【請求項４５】その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれてい
    るマトリックス（Ａ）を含んでなる造形品であって、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）を含む複合
    構造体であり、 当該造形品は横断寸法（直径）が５〜25mmの棒の形態を
    した補強材を５〜40％含有しており、 この補強材は、最大粒度10mmの緻密に形づくられた大き
    な物体20〜60容積％、長さが少なくとも2mmで直径（最
    小横断寸法）が５〜400μｍ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は、水20〜50容積％、セメント25〜
    75容積％、このセメントの反応性よりも低い反応性を有
    する、50Å（5nm）〜0.5μｍの範囲の大きさの超微粉末
    ５〜40容積％、及び有効量の効果的な分散剤から作られ
    たものである、上記の造形品。
  46. 【請求項４６】前記横断寸法（直径）５〜25mmの補強材
    が棒鋼の形をしている、請求の範囲第45項記載の造形
    品。
  47. 【請求項４７】前記最大粒度10mmの緻密に形づくられた
    大きな物体が、砂、石及び金属粉末からなる群より選ば
    れている、請求の範囲第45項記載の造形品。
  48. 【請求項４８】前記緻密に形づくられた物体が、ケイ砂
    及びAl2O3砂からなる群より選ばれた砂を含む、請求の
    範囲第47項記載の造形品。
  49. 【請求項４９】前記結合剤形成材料が水溶性高分子を更
    に含む、請求の範囲第45項記載の造形品。
  50. 【請求項５０】前記結合剤形成材料中の超微粉末が、約
    200,000〜250,000cm2/gの範囲の表面積（BET法）を有す
    る超微粉シリカと、超微粒Al2O3とから選ばれている、
    請求の範囲第45項記載の造形品。
  51. 【請求項５１】前記結合剤形成材料中の分散剤が、0.5
    〜４容積％の量（当該結合剤形成材料の容積に基づく、
    粉末をもとにした量）のコンクリート高性能減水剤（su
    perplasticizer）である、請求の範囲第45項記載の造形
    品。
  52. 【請求項５２】前記結合剤形成材料が粒度２〜10μｍの
    粉末を最高30容積％まで更に含む、請求の範囲第45項記
    載の造形品。
  53. 【請求項５３】その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれてい
    るマトリックス（Ａ）を含んでなる造形品であって、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）を含む複合
    構造体であり、 当該造形品は横断寸法（直径）が0.2〜5mmの補強材を５
    〜40容積％含有しており、 この補強材は、微細な砂及び金属粒より選ばれた最大粒
    度1mmの粒子０〜50容積％、長さが20μｍから5mmまでで
    直径（最小横断寸法）が0.5〜200μｍである繊維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は、水20〜50容積％、セメント10〜
    75容積％、このセメントの反応性よりも低い反応性を有
    する、50Å（5nm）〜0.5μｍの範囲の大きさの超微粉末
    ５〜40容積％、及び有効量の効果的な分散剤から作られ
    たものである、上記の造形品。
  54. 【請求項５４】前記横断寸法0.2〜5mmの補強材が連続ワ
    イヤとチョップトワイヤからなる群より選ばれている、
    請求の範囲第53項記載の造形品。
  55. 【請求項５５】前記ワイヤが鋼ワイヤである、請求の範
    囲第54項記載の造形品。
  56. 【請求項５６】前記繊維強化マトリックス中の最大粒度
    1mmの粒子がAl2O3砂を含む、請求の範囲第53項記載の造
    形品。
  57. 【請求項５７】前記結合剤形成材料が水溶性高分子を更
    に含む、請求の範囲第53項記載の造形品。
  58. 【請求項５８】前記結合剤形成材料中の超微粉末が、約
    200,000〜250,000cm2/gの範囲の表面積（BET法）を有す
    る超微粒シリカと、超微粒Al2O3とから選ばれている、
    請求の範囲第53項記載の造形品。
  59. 【請求項５９】前記結合剤形成材料中の分散剤が、0.5
    〜４容積％の量（当該結合剤形成材料の容積に基づく、
    粉末をもとにした量）のコンクリート高性能減水剤であ
    る、請求の範囲第53項記載の造形品。
  60. 【請求項６０】前記結合剤形成材料が粒度２〜10μｍの
    粉末を最高30容積％まで更に含む、請求の範囲第53項記
    載の造形品。
  61. 【請求項６１】その中に補強材（Ｂ）が埋め込まれてい
    るマトリックス（Ａ）を含んでなる造形品（shaped art
    icle）であって、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）を含む複合構造体であり、ベースマトリックス
    （Ｃ）がセメント、このセメントよりも反応性が低い、
    5nm（50Å）〜0.5μｍの大きさの超微粒子、及び分散剤
    を含んでなり、 主補強材の横断寸法が上記繊維（Ｄ）の横断寸法の少な
    くとも５倍大きく、 当該造形品、マトリックス（Ａ）及びベースマトリック
    ス（Ｃ）からなる群のうちの少なくとも一つが、次の基
    準、すなわち、 １） 任意の方向における弾性率が少なくとも30,000MP
    aであること、及び ２） 任意の方向における圧縮耐性が少なくとも80MPa
    であること、 のうちの少なくとも一つにより定義される任意の方向に
    おける大きな剛性を有し、 上記繊維（Ｄ）が、上記マトリックス（Ａ）をもとに計
    算して少なくとも２％の容積濃度で存在しており、 当該造形品の１又は２以上の引張帯域における上記補強
    材（Ｂ）の容積濃度が少なくとも５％であって、当該造
    形品が、下記の特性Ｉ、II及びIII、すなわち、 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示
    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
    との比が0.02以下であることを条件として、幅が0.2mm
    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）のうちの少なくとも
    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）を示すこと、 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）の最小横断径との比が0.02以下であることを条件
    として、幅が0.2mm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、亀裂幅と補強材（Ｂ）の最小横断径との比
    が0.10以下であることを条件として、幅が1mm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に
    相当する引張荷重容量を示すこと、 III） 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）の歪容量との比が少なくとも1.2となることとし
    て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、 のうちの一つを示す、上記の造形品。
  62. 【請求項６２】降伏に至るまで荷重をかける過程でかけ
    られる最大荷重の少なくとも50％の荷重容量を維持し
    て、少なくとも10mm/mの降伏歪みを有する、請求の範囲
    第61項記載の造形品。
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