(57)【要約】【課題】コンクリート構造体の材料であるコンクリートに繊維を混合し、コンクリート構造体も引張強度を負担できるようにすることで、断面積の狭いコンクリート構造体を提供することを目的とした。【解決手段】水によって硬化されたセメント１と、セメントの間に混合された骨材２と、セメントの間に混合された繊維３と、を配合し、コンクリート構造体１０が引張応力を負担でき、セメントの間に埋設された鉄筋４を有するコンクリート構造体１１とすることで、鉄筋４の量を最小限にしつつコンクリート構造体１１の断面積を狭くすることができ、また、中空の柱状１２にも成形し得るコンクリート構造体とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、
前記セメントに混合された水と、
前記セメントの間に混合された骨材と、
前記セメントの間に混合された繊維と、
を配合したコンクリート構造体。
【請求項２】
前記繊維の長さは、前記コンクリート構造体の長さ以上であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造体。
【請求項３】
前記繊維の長さは、２ｍｍ以上であり、かつ、直径の２０倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造体。
【請求項４】
前記コンクリート構造体は、前記セメントの間に埋設された鉄筋を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコンクリート構造体。
【請求項５】
前記繊維は、金属繊維であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコンクリート構造体。
【請求項６】
前記金属繊維は、炭素鋼繊維であることを特徴とする請求項５に記載のコンクリート構造体。
【請求項７】
中空の柱状に成形された請求項１から６のいずれかに記載されたコンクリート構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切断面が狭くとも十分な引張強度を得られるコンクリート構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造体は、建築や土木の構造体として多く用いられてきた（例えば、非特許文献１を参照。）。しかし、補強されていないコンクリート構造体の圧縮強度は引張強度の１０倍程度であるため（例えば、非特許文献２を参照。）、引張応力に抗する補強を必要としていた。
【０００３】
例えば、補強に鉄筋を用いることにより、鉄筋がコンクリート構造体に加えられる引張応力を負担し、コンクリート構造体及び鉄筋がコンクリート構造体に加えられる圧縮応力を負担する。なお、コンクリート構造体の材料であるコンクリート中は水酸化カルシウムや、ナトリウム又はカリウム等のアルカリ金属イオンによってアルカリ性に保たれているため、鉄筋は不働態と呼ばれる状態となり、極めて腐食しにくく（例えば、非特許文献２を参照。）、さらに、鉄筋は引張応力に抗する補強線材としてコンクリート構造体と組み合わされることで、設計上、複合材料として扱うことができる（例えば、非特許文献３を参照。）。よって、鉄筋は補強線材として、引張強度、耐久性及び設計の容易さに優れているため、従来より補強のために広く用いられてきた。
【０００４】
また、近年では断面積が狭いコンクリート構造体で高い強度を得ることが期待されている。日本の国土、特に狭小な面積の都市地域において、コンクリート構造体の断面積を狭くすることで、建造物による占有面積を抑え、狭小な面積を有効に活用するためである。また、コンクリート構造物の材料コストの問題から、コンクリート構造体の断面積を狭くすることが要求される。
【非特許文献１】齋藤博之著、「ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ  ＲＡＴＥ  ＯＦ  ＳＴＥＥＬ  ＢＡＲＳ  ＩＮ  ＣＯＮＣＲＥＴＥ  ＩＮ  ＴＨＥ  ＩＮＤＯＯＲ  ＡＮＤ  ＯＵＴＤＯＯＲ  ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳ」、電子情報通信学会総合大会講演論文集２００３年エレクトロニクス（２）、２００３年発行、ｐ５
【非特許文献２】岡田清著、「コンクリートの耐久性」、朝倉書店、１９８６年発行、ｐｐ．１３３−１３５
【非特許文献３】日本コンクリート協会ホームページ、２００８年９月２９日検索
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、コンクリート構造体は、圧縮強度に対する引張強度の割合が小さく、補強をする必要がある。しかし、補強しようとすると、鉄筋を初めとする補強線材は、一定のコンクリートのかぶり厚さを要するため、コンクリート構造体の断面積を一定以上狭くすることができない。
【０００６】
そこで本発明では、コンクリート構造体の材料であるコンクリートに繊維を混合し、コンクリート構造体も引張強度を負担できるようにすることで、断面積の狭いコンクリート構造体を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るコンクリート構造体は、セメント、骨材、水と共に繊維を配合し、コンクリート構造体の引張強度を向上させる構成とした。
【０００８】
具体的には、本発明に係るコンクリート構造体は、セメントと、前記セメントに混合された水と、前記セメントの間に混合された骨材と、前記セメントの間に混合された繊維と、を配合したコンクリート構造体とした。
【０００９】
この構成によれば、コンクリート構造体は、混合された繊維によって引張強度を向上させることができるので、コンクリート構造体の断面積を狭くすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るコンクリート構造体に混合された前記繊維の長さは、前記コンクリート構造体の長さ以上であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、コンクリート構造体は、材料であるコンクリートに混合された繊維を補強線材として用いることができるため、補強しなくとも引張強度及び圧縮強度を保つことができる。
【００１２】
また、本発明に係るコンクリート構造体に混合された前記繊維の長さは、２ｍｍ以上であり、かつ、直径の２０倍以上であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、コンクリート構造体は、コンクリート構造体の寸法に合わせた繊維の寸法を選択することができるため、コンクリート構造体の寸法に応じた引張強度を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係るコンクリート構造体は、前記セメントの間に埋設された鉄筋を有することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、コンクリート構造体は、混合された繊維及び埋設された鉄筋を補強のために併用することができるため、高い引張強度及び圧縮強度を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係るコンクリート構造体に混合された前記繊維は、金属繊維であることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、金属繊維は、コンクリート構造体の引張強度を高めつつ、材料であるコンクリート中で不働態となり腐食を防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明に係るコンクリート構造体に混合された前記金属繊維は、炭素鋼繊維であることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、炭素鋼繊維は、コンクリート構造体の引張強度を高めつつ、材料であるコンクリート中で不働態となり腐食を防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明に係るコンクリート構造体は、中空の柱状に成形されてもよい。
【００２１】
この構成によれば、コンクリート構造体は、材料であるコンクリートに混合された繊維によってコンクリート構造体の引張強度及び圧縮強度を高められたことと相まって、コンクリート構造体を中空の柱状に成形することによって軽量化が可能になる。
【００２２】
なお、上記構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コンクリート構造体の材料であるコンクリートに繊維を混合し、コンクリート構造体も引張強度を負担できるようにすることで、断面積の狭いコンクリート構造体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２５】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係るコンクリート構造体１０の断面概略図である。図１において、１は水によって硬化されたセメント、２はセメントの体積を補充する骨材、３はコンクリート構造体１０の引張強度を向上させる繊維である。
【００２６】
図１において、本発明に係るコンクリート構造体は、セメント１と、水によって硬化されたセメント１に混合された水と、水によって硬化されたセメント１の間に混合された骨材２と、水によって硬化されたセメント１の間に混合された繊維３と、を配合した。
【００２７】
水によって硬化されたセメント１は、水と水によって水和し硬化するセメントとを混合して生成され、コンクリート構造体１０の材料であるコンクリートの原料となる。水によって硬化されたセメント１に混合される水の量は、コンクリート構造体１０の使用目的に応じて設定される。一般的な土木、建築の用途であれば、水とセメントとの重量比を５〜６０％とするが、本発明においては、８〜２５％とするのが好ましい。骨材２は、コンクリート構造体１０の材料であるコンクリートに混合される砂利や砂であり、水によって硬化されたセメント１の体積を補充する。適当な硬度があり、泥などの有機物を含有、付着せず、吸水量及び塩分が少なく、粒径が均一である等の条件を満たしている必要がある。なお、最大粒度２ｍｍ以下のものが好ましい。繊維３は、コンクリート構造体１０の材料であるコンクリートに混合され、直線又は曲線形状であり、金属、有機物、無機物であることが好ましい。
【００２８】
また、繊維３の直径を１〜２０ｍｍ、繊維３の長さをコンクリート構造体１０の長さ以上とすることで、繊維３を補強線材の代わりに用いることができる。このため、コンクリート構造体１０は、引張強度及び圧縮強度を得ることができ、コンクリート構造体１０の断面積を狭くすることができる。さらに、繊維３とは別に補強線材を用いないことで軽量化することができる。
【００２９】
そして、繊維３の長さは、２ｍｍ以上であり、かつ、直径の２０倍以上であることが好ましい。コンクリート構造体１０の寸法、或いは形状に合わせた繊維３の寸法を選択することができる。例えば、コンクリート構造体１０が柱状である場合には、柱の長さと等しい線形状とすることで鉄筋４による補強と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
ここで、繊維３の材質は金属繊維が好ましく、鉄、ニッケル、クロム、チタン及びそれらを含む合金が適しているが、鉄系の合金、特に炭素鋼繊維であることが好ましい。前述したように、コンクリート構造体１０の材料であるコンクリート中で不働態となって腐食を防止できる。
【００３１】
次に、コンクリート構造体１０の材料であるコンクリートの生成過程を説明する。まず、水によって硬化されたセメント１、骨材２、繊維３を混合する。必要に応じてミキサーによって混合したり、分散剤を添加することで分散効率を向上させることができる。分散剤は、疎水基と親水基を同時に分子内に持つ物質を適宜使用することができる。例えば、ポリオール複合体、オキシカルボン酸塩、リグニンスルホン酸塩、クレオソート、油スルホン三ホルマリン縮合体、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合体が挙げられる。
【００３２】
コンクリート構造体１０の材料であるコンクリートの生成の際は、充分に硬化するまで、常時一定以上の温度及び規定の水分含有量を保たなければならない。これを養生という。例えば、水分が余分に加わると、コンクリート表面において水分過多となり強度を損ない、見栄えも悪くなる。本発明に係るコンクリート構造体１０の材料であるコンクリートにおける養生は、常温の外気中に一週間から二ヶ月程度放置する、又は水中や蒸気中に同程度の期間保管する。また、蒸気として、例えば９０℃の水を使うこともできる。
【００３３】
以上の過程によって、水によって硬化されたセメント１、骨材２、繊維３からなるコンクリート構造体１０の材料であるコンクリートができる。コンクリートを型枠によって成形すれば、目的とする形状のコンクリート構造体１０とすることができる。
【００３４】
次に、図２においてコンクリート構造体１０の無負荷状態と曲げ状態との関係を説明するための概略図を示す。図２（ａ）は、無負荷状態のコンクリート構造体１０の正面概略図、（ｂ）は、コンクリート構造体１０が曲げ応力を受けている状態を示す正面概略図であり、Ａ面は引っ張られ、Ｂ面は圧縮されている。前述のように、一般的なコンクリート構造体は引張応力に弱く、圧縮応力に強い。このため、図２（ｂ）のような曲げ応力を一般的なコンクリート構造体が受けた場合、引張応力が作用するＡ面は損壊する。しかし、本発明に係るコンクリート構造体１０は、図２（ｂ）のような曲げ応力を受けたとしても、コンクリート構造体１０が引張応力を負担できるため、断面積を狭くしても、Ａ面に作用する引張応力を支えることができる。
【００３５】
（第二の実施形態）
図３は、本発明の第二の実施形態に係るコンクリート構造体１１の断面概略図である。図３において、１は水によって硬化されたセメント、２はセメントの体積を補充する骨材、３はコンクリート構造体１１の材料であるコンクリートに混合される直線又は曲線形状の繊維である。４はコンクリート構造体１１中に埋設される鉄筋である。
【００３６】
図３において、本発明に係るコンクリート構造体１１は、第一の実施形態の構成に加え、水によって硬化されたセメント１の間に埋設された鉄筋４を有する。鉄筋４を有するため、繊維３と共にコンクリート構造体１１を補強することができ、鉄筋４の量を最小限にしつつ、コンクリート構造体１１の断面積を狭くすることができる。それ以外の構成は第一の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００３７】
コンクリート構造体は、内側が中実であってもよいが、図４に示すコンクリート構造体１２の切断面の断面概略図のように、中空の柱状に成形することもできる。また、中実、中空に関わらず、コンクリート構造体１２の先端部、或いは末端部にテーパ加工を施してもよい。図４（ａ）は、（ｂ）の中空の柱状に成形されたコンクリート構造体１２のＡ−Ａ切断面の断面概略図、（ｂ）は、（ａ）の中空の柱状に成形されたコンクリート構造体１２のＢ−Ｂ切断面の断面概略図である。コンクリート構造体１２は断面積が狭くても十分な引張強度があるため、より軽量な中空の柱状に成形できる。成形の過程で前述した要素を適宜組み合わせることもできる。例えば、コンクリートに混合する繊維３を複数の種類とすることで、より高い引張強度及び圧縮強度を持たせることもでき、長さと直径の比が２０以上の炭素鋼繊維と組み合わせることもできる。また、鉄筋４による補強も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のコンクリート構造体は、例えば、電柱などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るコンクリート構造体１０の断面概略図である。
【図２】コンクリート構造体１０の無負荷状態と曲げ状態との関係を説明するための断面概略図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るコンクリート構造体１１の断面概略図である。
【図４】中空の柱状に成形されたコンクリート構造体１２の切断面の断面概略図であり、図４（ａ）は、（ｂ）の中空の柱状に成形されたコンクリート構造体１２のＡ−Ａ切断面の断面概略図、（ｂ）は、（ａ）の中空の柱状に成形されたコンクリート構造体１２のＢ−Ｂ切断面の断面概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：水によって硬化されたセメント
２：骨材
３：繊維
４：鉄筋
１０：第一の実施形態に係るコンクリート構造体
１１：第二の実施形態に係るコンクリート構造体
１２：中空の柱状に形成されたコンクリート構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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