(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水、８００ｋｇ／ｍ３ 以上のセメント、細骨材、混和剤を含み、増粘剤を使用せずに、かつ直径０．１ｍｍ、長さ１２ｍｍのビニロン系樹脂繊維を２．０Vol.％／ｍ３ 
を加えた材料を重力式のミキサーで混練して、
プレストレスを導入せずに、かつ表面にファイバーボールを生じないように形成して、製造した踏板であって、
前記踏板は、踏板基部と上方凸部とからなり、
前記踏板基部の巾方向に、連結鉄筋を配置し、該連結鉄筋の両端にナットを夫々固定して、取付用ねじ穴を形成し、かつ
前記上方凸部の巾方向に、鉄筋を配置したことを特徴とする高靱性のコンクリート踏板。
【請求項２】
以下のような手順で製造することを特徴とする高靱性のコンクリート踏板の製造方法。
(1) 前記踏板は、踏板基部と上方凸部とからなり、
前記踏板基部の巾方向に、連結鉄筋を配置し、該連結鉄筋の両端にナットを夫々固定して、取付用ねじ穴を形成し、かつ前記上方凸部の巾方向に、鉄筋を配置して型枠を構成する。
(2) 水、８００ｋｇ／ｍ３ 以上のセメント、細骨材、混和剤を含み増粘剤を使用せずに、セメントを調合して、コンクリート材料を構成する。
(3) 次ぎに、前記コンクリート材料を、重力式のミキサに投入して撹拌コンクリート材料を形成し
(4) 次に、撹拌コンクリート材料を撹拌しながら、徐々に、直径０．１ｍｍ、長さ１２ｍｍのビニロン系樹脂繊維を２．０Vol.％／ｍ３ 投入する。
(5) 次ぎに、前記型枠内に、前記撹拌コンクリート材料を充填して、
(6) 次ぎに、プレストレスを導入せずに、かつ表面にファイバーボールを生じないように形成して、表面をコテ仕上げして、所定の養生をして、脱型する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、幅広の階段用踏板に最適で、かつ強制練りセメントミキサを使うことなく、通常の重力式の練りセメントミキサを用いて簡易に製造できる、高靱性のコンクリート踏板、及びその製造方法に関する。また、階段用踏板に限定されず、同趣旨で汎用の高靱性のコンクリート成型板及びその製造方法に適用することもできる。
【背景技術】
【０００２】
階段状に並べたＰＣａ踏板（セメント成型品）の両端を鋼板製のささら桁で挟んだ場合、曲げ強度の観点から通常は、階段巾（踏板の巾）は、１．０ｍ程度が一般に使用されていた。幅広の型の階段では、１．８ｍ〜３．０ｍの踏み板を使いたい場合には、従来の踏板を使用することはできなかった。
【０００３】
（１）従来の技術１
特許文献１では、複数個の踏板の巾に対応した型枠にＰＣ鋼棒を配置してストレスを導入して、長さ１．８ｍ〜３．０ｍの踏み板を実現していた。この場合、長い凹部内を仕切板で区切って、複数個の踏板の巾に対応した型枠を形成して、仕切板を貫通してＰＣ鋼棒を配置して、凹部内にコンクリートを充填していた。
【０００４】
この場合、プレストレス（緊張力）の導入のためには、専用の設備が必要であり、製造工場が限定され、簡易には適用できなかった。また、所望の強度性能を発揮するためには適切なプレストレスの管理が必要であった。また、経済的に生産するためには、一度に大量の踏板を製造する必要があり、少量生産（例えば、１００本程度の生産には不向きであった。また、ＰＣ鋼棒を切った後の表面処理工程も必要であり、簡易には生産できなかった。
【０００５】
（２）従来の技術２
また、従来から繊維補強コンクリート踏板として、以下の表１のような配合のビニロン先鋭補強コンクリートも使用されていた。この場合、ビニロン繊維は、直径＝０．６６ｍｍ、長さ＝３０ｍｍ、体積＝０．０１０ｃｍ３／本  である。繊維混入率はコンクリート１ｍ３中の繊維の本数で、繊維混入率０．６％の場合の繊維本数は約５８万５千本になる。
【表１】
0005416504.tif 000002
【０００６】
従来のビニロンを使ったコンクリート踏板では、求める曲げ靱性（ねばり）が低く、ひび割れが集中して、ひび割れが生じた場合には、ひび割れ巾が大きく目立つものになっていた。これは、ビニロン繊維の繊維形が太く、長いためにコンクリリート中に混入できる繊維の本数を多くできないことによると考えられる。
【０００７】
（３）従来の技術３
また、ビニロン繊維を初めとした有機または無機の繊維を直径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍとした水硬性塑性物で曲げ強度、破壊エネルギー及び靱性を向上させた提案がなされていた（特許文献２）。この提案では、圧縮強度１３０Ｍｐａ以上、曲げ強度２０Ｍｐａ以上を達成できる可能性がある旨の記載のある（特許文献２、段落番号０００９）。
【０００８】
また、ビニロン繊維を初めとした有機質繊維の直径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍとした高強度モルタルで、の提案もなされていた（特許文献３）。この提案では、圧縮強度２００Ｍｐａ以上、曲げ強度／圧縮強度の比が、1/4  〜  1/7  にできる可能性がある旨の記載のある（特許文献３、段落番号００１９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２６４２２２号公報
【特許文献２】特開２００１−１８１００４号公報
【特許文献３】特開２００２−１９３６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、従来の技術１〜３では、重力式のセメントミキサを使用して、簡易に少量生産でき、かつ充分な曲げ強度、衝撃に耐える強度を確保することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セメントの配合量を増加させ、かつ従来コンクリート成型品で使用されるビニロン性繊維より、太さが充分に細く、かつ長さが充分に短い繊維を、大量に投入したので、前記問題点を解決した。
【００１４】
すなわち、この発明は、水、８００ｋｇ／ｍ３ 以上のセメント、細骨材、混和剤を含み、増粘剤を使用せずに、かつ直径０．１ｍｍ、長さ１２ｍｍのビニロン系樹脂繊維を２．０Vol.％／ｍ３ 
を加えた材料を重力式のミキサーで混練して、
プレストレスを導入せずに、かつ表面にファイバーボールを生じないように形成して、製造した踏板であって、
前記踏板は、踏板基部と上方凸部とからなり、
前記踏板基部の巾方向に、連結鉄筋を配置し、該連結鉄筋の両端にナットを夫々固定して、取付用ねじ穴を形成し、かつ
前記上方凸部の巾方向に、鉄筋を配置したことを特徴とする高靱性のコンクリート踏板である。
【００１５】
さらに、以下のような手順で製造することを特徴とする高靱性のコンクリート踏板の製造方法である。
(1) 前記踏板は、踏板基部と上方凸部とからなり、
前記踏板基部の巾方向に、連結鉄筋を配置し、該連結鉄筋の両端にナットを夫々固定して、取付用ねじ穴を形成し、かつ前記上方凸部の巾方向に、鉄筋を配置して型枠を構成する。
(2) 水、８００ｋｇ／ｍ３ 以上のセメント、細骨材、混和剤を含み増粘剤を使用せずに、セメントを調合して、コンクリート材料を構成する。
(3) 次ぎに、前記コンクリート材料を、重力式のミキサに投入して撹拌コンクリート材料を形成し
(4) 次に、撹拌コンクリート材料を撹拌しながら、徐々に、直径０．１ｍｍ、長さ１２ｍｍのビニロン系樹脂繊維を２．０Vol.％／ｍ３ 投入する。
(5) 次ぎに、前記型枠内に、前記撹拌コンクリート材料を充填して、
(6) 次ぎに、プレストレスを導入せずに、かつ表面にファイバーボールを生じないように形成して、表面をコテ仕上げして、所定の養生をして、脱型する。
【００１６】
前記におけるセメントとは、通常の型枠成型品に使用する水硬性材料を指す。
【００１７】
また、前記において、ビニロン繊維の径は０．０８〜０．２ｍｍとしたが、０．０８ｍｍ以下では繊維の強度が不足し、０．２ｍｍ以上では、繊維の投入量に比して繊維の補強効果期待できない。
【００１８】
また、ビニロン繊維の長さは１０〜１５ｍｍとしたが、１０ｍｍ以下では繊維の連結効果が期待できず、１０ｍｍ以上ではファイバーボールが生じやすく製造時に不具合が生じる。
【００１９】
また、ビニロン繊維の配合比率は、０．５〜３．０Vol.％／ｍ３  としたが、０．５以下では補強効果が得られず、３．０以上では繊維が混ざらない不都合があり、２％程度が最適と考えられる。
【００２０】
また、高靱性のコンクリート成型板は、階段用踏板に最適であるが、ささら桁などにも適用できる。とりわけ、外力などによる曲げや衝撃発生する用途に有効である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明は、従来に比して、ビニロン繊維を細くかつ短くして、かつ混合比率を高めたので、プレストレスを導入することなく、コンクリート成型板の曲げ靱性を高めて、ひび割れに強い製品を構成できる。すなわち、強度に影響が無い程度のひび割れが入っても、初期のひび割れが分散して、ひび割れ巾を小さくできるので、ひび割れを目立たなくできる。したがって、幅広の階段用踏板に最適なコンクリート成型板を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施例の踏板で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を表す
【図２】この発明の実施例の踏板を使用した鉄骨階段の一部を表す。
【図３】この発明の実施例の踏板を使用した鉄骨階段の組立を表す。
【図４】曲げ試験の試験体を表し、（ａ）は本願踏板の正面図、（ｂ）は同じく側面図、（ｃ）は比較例のプレストレスコンクリート踏板の正面図、（ｄ）は同じく側面図である。
【図５】曲げ試験の試験方法を説明する図である。
【図６】曲げ試験の結果を表す荷重−たわみグラフである。
【図７】曲げ試験の結果を表す荷重−たわみグラフである。
【図８】衝撃試験の試験体を表し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】衝撃試験の方法を表し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
(1) 「セメント  ８００ｋｇ／ｍ３  以上」、「径０．０８〜０．２ｍｍ、長さ１０〜１５ｍｍのビニロン系樹脂繊維を０．５〜３Vol.％／ｍ３  」、細骨材、混和剤に水を加えて、コンクリート材料を構成する。  
(2) コンクリート材料を、（強制的ミキサではなく）重力式のミキサに投入して撹拌コンクリート材料を形成する。  
(3) 次ぎに、製造予定の製品に合わせた型枠内に、撹拌コンクリート材料を充填する。  
(4) この際、プレストレスを導入せずに撹拌コンクリート材料を所定の養生をして固化させる。脱型して、この発明のコンクリート製品を製造する。  
(5) このコンクリート製品は高靱性であり、耐衝撃・耐曲げに効果が求められる製品に有効で、特に、ささら桁に固定するコンクリート製の踏板に適する。
【実施例１】
【００２４】
次ぎに、実施例について説明する。
【００２５】
１．調合
【００２６】
（１）ビニロン繊維（クラレ製「ＲＥＣＳ１００×１２」）
直径＝０．１．ｍｍ、長さ＝１２ｍｍ、体積＝０．００００９４２４７ｍ３／本
繊維混入率はコンクリート１ｍ３中の繊維の本数で、繊維混入率２．０％の場合の繊維本数は約２億１２２０万８千本になる。したがって、本数で、前記従来技術２に比して、３６３倍となる。
【００２７】
（２）コンクリート（セメント）の調合は、下記表２による。
【表２】
0005416504.tif 000003
【００２８】
２．製造方法
【００２９】
（１）踏製造用の型枠は、踏板基部１と上方凸部２とからなる踏板１０を形成できる形状となっている。踏板基部１は、踏板巾＝２５００ｍｍ、踏板厚さ＝８０ｍｍ、踏面寸法＝３００ｍｍで形成され、上方凸部２は、踏板基部１で、蹴込み側に踏板上面から高さ＝８０ｍｍ、奥行き＝４０ｍｍで形成されている。  
型枠内で、踏板基部形成部分に、巾方向の全長に亘るインサートナット４を配置する。インサートナット４は、連結鉄筋５の両端にナット６を夫々固定して構成し、連結鉄筋５は、Φ１９ｍｍの丸棒を使用した。また、型枠の上方凸部形成部分に、巾方向にＤ１０の異形鉄筋８を配置する（図１）。
【００３０】
（２）重力式のセメントミキサ内に、セメント、水、細骨材を入れて、所定の撹拌をする。適宜時間経過後に、セメントミキサ内に、撹拌しながら徐々にビニロン繊維を投入する。
【００３１】
セメントミキサ内に適宜混和剤を投入して、更に混練して撹拌コンクリート材料を完成させる。
【００３２】
（３）続いて、セメントミキサを操作して、型枠内に撹拌コンクリート材料を充填する。所定の養生後に脱型して、コンクリート製の踏板１０を完成する（図１）。
【００３３】
３．踏板１０の使用
【００３４】
この踏板１０、１０は、従来の踏板と同様に、階段状に配置して、両端を鋼板製のささら桁１２、１２で挟み、ささら桁１２側から踏板１０のインサートナット４のナット６にボルト１４、１４を緊結して、鉄骨階段２０を構成する（図２、図３）。図３中、１７は巾木、１６は踊り場で、例えば踊り場デッキプレート上に配筋をしてコンクリートを打設して構成する。
【００３５】
４．性能比較実験A（調合）
【００３６】
（１）表３、表４のように調合内容を変えて、調合ＮＯ．１〜５、上記表２の調合の本件実施例の調合、前記従来の技術２の調合、を比較した。
【００３７】
（２）表５、表６のように、本件実施例の調合は、製造時の不具合が無く、良好となる。とりわけ、調合の違いによる混錬性と、こて仕上げ性とについて、考察する。
【００３８】
本願の特徴である繊維の細いビニロン繊維を均一にコンクリート中に分散させるためには、基材となるモルタル（水及びセメント）に粘性を持たせる必要があった。粘性がないとビニロン繊維同士が絡まってボール状（いわゆる「ファイバーボール」）になり、繊維補強コンクリートの特性が出せないことになる。
【００３９】
この場合、粘性を出すには以下のような工夫をする必要がある。  
(a)  材料の粒子を小さくする。例えば、目の細かい砂や、フライアッシュやシリカヒュームなどの微細混和材料を使用する。  
(b)  増粘剤を添加する。この場合には、材料コストアップ、材料種類の増加による生産性低下が生じる。
【００４０】
一方、粘性が出ると以下のような新たな問題が生じる。  
(a)  普及率の高い傾胴式ミキサ（重力式ミキサ）やコンクリートミキサ車（重力式ミキサ）で混練ができなくなる。これは、強制撹拌しなければ、ファイバーボールが発生するからである。したがって、強制撹拌形式のミキサを備える必要があり、生産工場が限定される。  
(b)  コンクリート打設面をこて仕上げをする場合に、粘性が高いと綺麗に仕上がらないことになる。したがって、外観品質の低下し、表面（打設面）を仕上げる新たな工程が生じ、仕上げ時間が増加することになる。
【００４１】
そこで、本願発明では、混練性とコテ仕上げ性を兼ね備えた調合を実現できた。
【００４２】
すなわち、ファイバーボールができず、こて仕上げにより容易に打設面の仕上げができ、工程に影響が少なく、かつ新たな添加剤・添加材などの新たな材料の追加を不要して、最低限の粘性を実現した。また、細骨材はどの製造工場でも入手可能な「天然砂」とし、単位セメント量を増やして、モルタルに粘性を持たせることができた。コンクリート材料自体は、第二の従来技術（表２）で使用した材料と同様として、画期的な効果を実現した。
【表３】
0005416504.tif 000004
【表４】
0005416504.tif 000005
【表５】
0005416504.tif 000006
【表６】
0005416504.tif 000007
【００４３】
５．性能比較Ｂ（曲げ耐力）
【００４４】
（１）  図４に示すように、同一外形の本願発明の踏板１０の試験体（図４（ａ）（ｂ））、従来のプレストレスコンクリート踏板３０（図４（ｃ）（ｄ））を比較する。各試験体１０、３０は階段巾２５００ｍｍで形成する。  
本願発明の踏板１０の試験体１０は、前記実施例の構造と同一である。  
プレストレスコンクリート踏板３０の試験体３０は、インサートナットとしてφ１６異形鉄筋（本願発明はφ１９丸棒）を使用した。また、試験体３０は踏板本体及び上方凸部内に、φ３．２の鉄筋からなる溶接金網を埋設した点で、試験体１０と異なる。また、試験体３０はφ２．９のＰＣ撚り線を埋設してプレストレスを導入した（図４（ｃ）（ｄ））。
【００４５】
（２）  図５に示すように、両端に支持側板３２、３２に固定した両試験体１０、３０に、中央部に支点ビーム３３を載せ、支点ビーム３３の中央に１０ｔの荷重をかけて、試験体１０、３０の中央の撓みを変位計で測定した。
【００４６】
（３）  両試験体１０の  「荷重（ｋｇ）−撓み（ｃｍ）曲線」を図６に示す。
【００４７】
（４）  プレストレストコンクリート踏板の場合と比較すると、試験体１０（本願発明の踏板１０）は、初亀裂発生荷重は劣るものの、亀裂（ひび割れ）発生後の曲げ靭性は遜色なく、破壊される最大荷重ではプレストレスコンクリート踏板を上回った。
【００４８】
（５）  試験体１０では、階段巾を２５００ｍｍ（連結鉄筋５をφ１９）としたが、階段巾を２５００ｍｍ（連結鉄筋５をφ１６）と階段巾を１２００ｍｍ（連結鉄筋５をφ１９）についても同様の曲げ耐力試験をおこなった。その際の、荷重−たわみ曲線を２５００ｍｍ（連結鉄筋５をφ１９）の場合と併せて、図７に示した。  
建築基準法施行令の規定から階段踏み段の積載荷重について、巾１２００ｍｍで想定している事務所階段の場合の曲げ強度の値２９００Ｎ／ｍ２、および巾２５００ｍｍで想定している店舗・映画館等の階段の値３５００Ｎ／ｍ２  から計算するとそれぞれ初亀裂発生時でも２．４倍以上の安全率を有する結果となった。更に最大荷重時で計算すると８．６倍以上の安全率を有し、充分な耐力を保有していることがわかった（表７）。  
また、本願発明の試験体１０の調合で２５００ｍｍの巾広の踏板でも建築基準法の荷重を充分に満足し得る耐力を有している。
【表７】
0005416504.tif 000008
【００４９】
６．性能比較Ｃ（耐衝撃性）
【００５０】
（１）前記実施例の調合による踏板に対して重錘落下法による衝撃試験を行い、耐衝撃性能を検証した。
【００５１】
（２）試験体
【００５２】
本願発明の踏板１０は、前記実施例の配合で、図８に示すような形状で、有効幅を１２００ｍｍとし、両端に厚さ９ｍｍの鋼板からなる側板３５、３５を固定した。なお、有効幅を１２００ｍｍの場合、上方凸部の異形鉄筋８を省略してある。  
比較例１は、表１の配合の第２の従来技術のビニロン繊維踏板で、形状は本願発明の踏板１０の試験体１０と同一形状とした（図８参照）。  
また、比較例２は、前記実施例と同一のコンクリートの配合で、但し、ビニロン繊維を除いたプレーンな配合である。形状は本願発明の踏板１０の試験体１０と同一である（図８参照）。
【表８】
0005416504.tif 000009
【００５３】
（３）試験方法
【００５４】
試験は、重錘落下法による衝撃試験とし、図９に示すように、試験体１０の中央部に重さ１０ｋｇのなす型重りを自由落下させた。落下高さを１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍ、２ｍと徐々にあげて、初期亀裂、初亀裂が発生する高さを調べた。２ｍ以降は、落下高さを上げずに、重りを落下させる回数を増やし、繰り返し試験体が破壊するまで落下を繰り返した。
【００５５】
（４）１０ｋｇの鉄製の重りを試験体（踏板）上に落下させ、初亀裂が発生する高さと、高さ２ｍからの落下を繰り返して、踏板が破壊に至る回数を比較した（表８）。表８によれば、本願発明の踏板１０と比較例１の試験体（従来例２の踏板）との比較では、初亀裂発生高さ、破壊までの落下回数とも比較例１を上回った。  
本願発明の調合による試験体１０では、踏板に衝撃を受けた際に、ひび割れを分散する効果が認められた。数度の衝撃を受けても構造が維持され、落下物などにより踏み段がダメージを受けた場合でも、踏板の機能を充分に果たすことができることがわかった。
【符号の説明】
【００５６】
１    踏板基部
２    上方凸部
４    インサートナット
５    連結鉄筋（インサートナット）
６    ナット（インサートナット）
８    異形鉄筋
１０  踏板（試験体）
１２  ささら桁
１４  ボルト
２０  鉄骨階段
３０  比較例の踏板（試験体）
【図１】
0005416504.tif 000010
【図２】
0005416504.tif 000011
【図３】
0005416504.tif 000012
【図４】
0005416504.tif 000013
【図５】
0005416504.tif 000014
【図６】
0005416504.tif 000015
【図７】
0005416504.tif 000016
【図８】
0005416504.tif 000017
【図９】
0005416504.tif 000018