(57)【要約】【課題】  コンクリートに充填して複合化させることで、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材を得る。【解決手段】  繊維状に形成された双晶の金属材料によるコンクリート用充填材１０の中央部分が真直状に形成された第１真直部１２とされる。第１真直部１２の左右に連続する両端部分付近をそれぞれ波形状に形成した２つの波形状部１４、１６としている。各波形状部１４、１６は第１真直部１２と同方向に伸びる第２真直部１８を介して離間して配置される。このコンクリート用充填材１０をコンクリート中に均一に分散させつつ充填して、コンクリートを複合化する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートに充填してコンクリートを複合化するコンクリート用充填材であって、
双晶の金属材料で構成され、この双晶の金属材料の中央部分を真直状に形成した真直部とし、これに連続する両端部分付近を波形状に形成した波形状部としたことを特徴とするコンクリート用充填材。
【請求項２】
Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金の内の何れかを双晶の金属材料として使用したことを特徴とする請求項１記載のコンクリート用充填材。
【請求項３】
コンクリートに充填してコンクリートを複合化するコンクリート用充填材であって、
双晶の金属材料で構成され、この双晶の金属材料の中央部分を真直状に形成した第１真直部とすると共に、これに連続する両端部分付近をそれぞれ波形状に形成した２以上の波形状部とし、
各波形状部が前記第１真直部と同方向に伸びる第２真直部を介して離間していることを特徴とするコンクリート用充填材。
【請求項４】
コンクリートに充填してコンクリートを複合化するコンクリート用充填材であって、
双晶の金属材料で構成され、この双晶の金属材料の中央部分を真直状に形成した第１真直部とすると共に、これに連続する部分を波形状に形成した波形状部とし、
これに続いて前記第１真直部と同方向に伸びる第２真直部を形成し、この双晶の金属材料の両端部分にフック形状に形成したフック形状部を備えたことを特徴とするコンクリート用充填材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートに充填して複合化させることで、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材に関し、道路路面、電車レール用枕木、スラブ、トンネル内壁、階段、空港滑走路面、建築物の床等の強度及び減衰効果が要求される構造物に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内部に鉄繊維が充填されて複合化されたコンクリートが、強度面を補って補強することを目的として、道路の路面に使用されたり、トンネルの内壁に塗布されて使用されていた。
【特許文献１】特開２０００−１１９０５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、鉄繊維で複合化された従来のコンクリートは、補強効果を有するものの、このような従来のコンクリートにより、自動車による振動やトンネル内の騒音を十分に吸収することは、考えられていなかった。この一方、地震に対する耐震性や交通騒音が近年注目されるに鑑み、これらの環境騒音や振動を低減させる必要性が生じていた。
本発明は上記事実を考慮し、コンクリートに充填して複合化させることで、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係るコンクリート用充填材は、コンクリートに充填してコンクリートを複合化するコンクリート用充填材であって、
双晶の金属材料で構成され、この双晶の金属材料の中央部分を真直状に形成した真直部とし、これに連続する両端部分付近を波形状に形成した波形状部としたことを特徴とする。
【０００５】
請求項１に係るコンクリート用充填材の作用を以下に説明する。
本請求項に係るコンクリート用充填材は、中央部を真直状に形成した真直部とすると共に、これに連続する両端部分付近を波形状に形成した波形状部とした繊維状の双晶の金属材料により構成され、この双晶の金属材料をコンクリートに充填して、このコンクリートを複合化するようになっている。
【０００６】
つまり、双晶金属は通常の鉄と異なり、減衰効果が高いことから、双晶の金属材料の両端部分付近を波形状に形成するのに伴い、この金属材料の加工時において波形状にする為に予め歪みが与えられた形になるので、単純な双晶の合金と比較しても、バネ定数がより一層低くなると共に減衰係数がより一層高くなる。
【０００７】
この結果、より大きな制振特性を有するようになるので、このコンクリート用充填材が充填されたコンクリートは、振動や騒音が到来しても確実に吸収できるようになる。つまり、本請求項によれば、補強効果だけでなく減衰効果を十分に有して、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材となる。
【０００８】
さらに、本請求項に係るコンクリート用充填材をコンクリートに用いた場合でも、従来の鉄繊維が充填されて複合化されたコンクリートと同様に、従来の吹きつけ工法でトンネルの内部に施工可能となり、施工時における問題点が発生することもない。
【０００９】
請求項２に係るコンクリート用充填材の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金の内の何れかをコンクリート用充填材として使用するという構成を有している。
【００１０】
つまり、これらの合金の内の何れかをコンクリート用充填材として用いて複合化することで、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリートがより確実に得られるようになる。
【００１１】
請求項３に係るコンクリート用充填材は、コンクリートに充填してコンクリートを複合化するコンクリート用充填材であって、
双晶の金属材料で構成され、この双晶の金属材料の中央部分を真直状に形成した第１真直部とすると共に、これに連続する両端部分付近をそれぞれ波形状に形成した２以上の波形状部とし、
各波形状部が前記第１真直部と同方向に伸びる第２真直部を介して離間していることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係るコンクリート用充填材は、コンクリートに充填してコンクリートを複合化するコンクリート用充填材であって、
双晶の金属材料で構成され、この双晶の金属材料の中央部分を真直状に形成した第１真直部とすると共に、これに連続する部分を波形状に形成した波形状部とし、
これに続いて前記第１真直部と同方向に伸びる第２真直部を形成し、この双晶の金属材料の両端部分にフック形状に形成したフック形状部を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３及び請求項４に係るコンクリート用充填材の作用を以下に説明する。
つまり、請求項１で真直部とされたものを請求項３及び請求項４では第１真直部とし、請求項３において、波形状部を２以上とするのに伴い、各波形状部が第１真直部と同方向に伸びる第２真直部を介して離間した構成とされている。また、請求項４において、波形状部に続いて第１真直部と同方向に伸びる第２真直部を形成し、この双晶の金属材料の両端部分にフック形状に形成したフック形状部を設けた構成とされている。
【００１４】
従って、請求項３及び請求項４でも、双晶の金属材料の両端部分付近を波形状或いはフック形状に形成するのに伴い、請求項１と同様に、補強効果だけでなく減衰効果を十分に有して、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材となる。さらに、コンクリートに用いた場合でも、請求項１と同様に従来の吹きつけ工法でトンネルの内部に施工可能となり、施工時における問題点が発生することもない。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明の上記構成によれば、コンクリートに充填して複合化させることで、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材を提供できるという優れた効果を有し、道路路面、電車レール用枕木、スラブ、トンネル内壁、階段、空港滑走路面、建築物の床等の強度及び減衰効果が要求される構造物に適用可能なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るコンクリート用充填材の第１実施例を図１及び図２に基づき説明する。
本実施例は、コンクリート中に均一に分散させつつ例えば重量で１〜５％充填して、コンクリートを複合化するコンクリート用充填材に関するものであり、図１は、第１実施例に係る双晶の金属材料により形成されたコンクリート用充填材１０を具体的に示す側面図である。
【００１７】
図１に示すように本実施例では、繊維状に形成された双晶の金属材料によるコンクリート用充填材１０の中央部分が真直状に形成された第１真直部１２とされている。そして、この第１真直部１２の左右に連続する両端部分付近をそれぞれ波形状に形成した２つの波形状部１４、１６としているが、各波形状部１４、１６は第１真直部１２と同方向に伸びる第２真直部１８を介して離間して配置されている。
【００１８】
即ち、繊維状のコンクリート用充填材１０の両端部分付近には、波形状部１４と波形状部１６とが形成されているが、第１真直部１２と同一方向に向く第２真直部１８を介して、これらは離間した形で配置されている。また、本実施例では、波形状部１４及び波形状部１６は同一方向（図１では下向き）に向けて形付けされたものである。但し、本実施例では、コンクリート用充填材１０の両端部分に波形状部１６を配置したが、この替わりにフック形状に形成したフック形状部を配置しても良い。
【００１９】
尚、図１におけるＬはコンクリート用充填材１０の全長、Ｌ１は波形状部１４の長さ、Ｈ１は波形状部１４の高さ、Ｌ２は第２真直部１８の長さ、Ｌ３は波形状部１６の長さ、Ｈ２は波形状部１６の高さを示す。
【００２０】
本実施例のコンクリート用充填材１０の線径は０．７５±０．１ｍｍであり、全長Ｌは３０ｍｍ以上であって６０±１０ｍｍの範囲が実用的でより好ましい。即ち、本実施例のコンクリート用充填材１０は、第２真直部１８の両側に位置する波形状部１４、１６での引抜時のコンクリート破壊の相互の影響をなくす為に、所定の長さが必要となる。従って、両端部分付近の各々の第２真直部１８の長さＬ２は、１０ｍｍ程度の長さを必要とする一方、第１真直部１２の長さを考慮すると、コンクリート用充填材１０の全長Ｌは上記した範囲が実用に供せられる範囲となる。
【００２１】
波形状部１４の長さＬ１は、３〜６ｍｍの範囲が好ましい。つまり、３ｍｍ未満の場合、波形付け加工が困難であると共に必要な屈曲形状を得ることができず、また、６ｍｍを越えた場合、第１真直部１２が短くなり過ぎてコンクリート用充填材１０の長さの効果が低下する為である。
【００２２】
波形状部１４の高さＨ１は、０．０５ｍｍ以上であって、０．０５〜０．４ｍｍの範囲が好ましい。０．０５ｍｍ未満の場合、十分な屈曲効果が得られず、コンクリート用充填材１０のコンクリートからの引抜抵抗が低下する。また、０．４ｍｍを越えた場合、必要以上の引抜抵抗力が生じてコンクリート用充填材１０が破断する結果、必要な引抜抵抗が得られないことのほか、コンクリート用充填材１０の長さの効果が低下することになる。
【００２３】
第２真直部１８の長さＬ２は、コンクリート用充填材１０が引き抜かれるときに、波形状部１４と波形状部１６とがコンクリート破壊に影響を与えない必要十分な緩衝長さである。具体的には２ｍｍ以上であって、好ましくは４〜１０ｍｍの範囲である。１０ｍｍを越えた場合、コンクリート用充填材１０の両端部分付近に波形状部１６を設けることができないので好ましくない。
【００２４】
波形状部（フック形状部を含む）１６の長さＬ３は、前述した波形状部１４と同じ理由で、３〜６ｍｍの範囲が好ましい。波形状部１６の高さＨ３は、０．１ｍｍ以上であって、好ましくは０．１〜３ｍｍの範囲である。
【００２５】
次に、本実施例に係るコンクリート用充填材１０の製造を以下に説明する。
このコンクリート用充填材１０を作製する際には、まず両端部分付近を波形状に形成したコンクリート用充填材１０を作製する。
【００２６】
そして、コンクリート用充填材１０がＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金の場合は、８５０℃程度の温度で１時間程度保持した後、空冷により徐冷し、また、コンクリート用充填材１０がＣｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金の場合は、９００℃程度の温度で５分間程度保持した後、急冷後再加熱し２００℃で１５分間程度保持した後、空冷することで、双晶の金属材料で構成されたコンクリート用充填材１０とすることができる。
【００２７】
尚この際、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金は制振特性は高いものの耐食性が低いので、表面にめっきが必要であるが、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金は耐食性が高いので、めっきは不要となる。
【００２８】
次に、本実施例に係るコンクリート用充填材１０の作用を以下に説明する。
本実施例に係るコンクリート用充填材１０は、中央部を真直状に形成した第１真直部１２とすると共に、これに連続する両端部分付近を波形状に形成した波形状部１４、１６とした繊維状の双晶の金属材料により構成され、この双晶の金属材料をコンクリートに充填して、このコンクリートを複合化するようになっている。
【００２９】
従って、コンクリート用充填材１０の両端部分付近に間隔をおいて不連続に２つの波形状部１４、１６（フック形状部を含む）を第２真直部１８を介して離間して設けたことで、このコンクリート用充填材１０とコンクリートとの摩擦抵抗が高まるのに伴って、補強効果が得られるようになる。
【００３０】
そして、双晶の金属材料によるコンクリート用充填材１０の両端部分付近を波形状に形成するのに伴い、この金属材料の加工時において波形状にする為に予め歪みが与えられた形になるので、単純な双晶の合金と比較しても、バネ定数がより一層低くなると共に減衰係数がより一層高くなる。
【００３１】
この結果、より大きな制振特性を有するようになるので、このコンクリート用充填材１０が充填されたコンクリートは、振動や騒音が到来しても確実に吸収できるようになる。つまり、本実施例によれば、補強効果だけでなく減衰効果を十分に有して、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材１０となる。
【００３２】
具体的には、外部から振動や騒音がこのコンクリート用充填材１０に付与された場合、予歪みが与えられていて図２の応力歪み曲線中における双晶の変形が生じる領域Ｆ１内の点Ｐまで既に変形されているこのコンクリート用充填材１０が、さらに双晶の変形を大きくする形或いは、双晶の変形を小さくする形で、双晶の変形が生じる領域Ｆ１内において、矢印Ｅのように変形することになる。
【００３３】
このことから、両端部分付近が波形状に形成された双晶のコンクリート用充填材１０に予歪みを与えたことにより、バネ定数の低減が図られ、図２の応力歪み曲線中の領域Ｆ１を含んでいるヒステリシス線Ｆで囲まれた範囲をより大きくできるようになる。そして、これに伴う効果的で良好な制振特性が得られるようになった。
【００３４】
この一方、本実施例に係るコンクリート用充填材１０をコンクリートに用いた場合でも、従来の鉄繊維が充填されて複合化されたコンクリートと同様に、従来の吹きつけ工法でトンネルの内部に施工可能となり、施工時における問題点が発生することもない。
【００３５】
次に、本発明に係るコンクリート用充填材の第２実施例を図３及び図４に基づき説明する。尚、第１実施例で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図３に示すように、本実施例は補強部材２８に複数含まれた形でコンクリート用充填材１０が存在する構造になっている。そして、第１実施例とほぼ同様の径を有し且つ双晶の金属材料で構成されたコンクリート用充填材１０が本実施例でも用いられており、図４に示すように、本実施例のコンクリート用充填材１０も、その中央部分を真直状に形成した真直部２２とすると共に、これに連続する両端部分付近を波形状に形成した波形状部２４とした形になっている。
【００３６】
さらに、このコンクリート用充填材１０を複数本帯状に揃えた状態で、水性エマルジョンを塗布し加熱乾燥することにより、図３に示すように、複数本のコンクリート用充填材１０間を結合する樹脂材料製の結合材２６が形成される。つまり、この結合材２６により複数本のコンクリート用充填材１０が一体化され、この一体化された形のものが、補強部材２８とされている。
【００３７】
以上より、このように形成された補強部材２８をコンクリートに充填してコンクリートを複合化するが、これに伴って、第１実施例と同様に、補強効果だけでなく減衰効果を十分に有して、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリート用充填材１０となる。さらに、コンクリートに用いた場合でも、第１実施例と同様に従来の吹きつけ工法でトンネルの内部に施工可能となり、施工時における問題点が発生することもない。
【００３８】
他方、これら実施例では、コンクリート用充填材１０を構成する双晶の金属材料として例えば、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金の内の何れかの合金を使用することが考えられる。
【００３９】
つまり、これらの合金の内の何れかをコンクリート用充填材１０として用いてコンクリートを複合化することで、補強効果及び減衰効果を両立させたコンクリートがより確実に得られるようになる。
【００４０】
例えば、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金等のマンガン系の合金を使用した場合、８００℃〜９３０℃の温度で０．５時間から２時間程度の時間保持して、１０時間から２０時間程度の時間をかけて徐冷することで、双晶のコンクリート用充填材１０が得られる。
【００４１】
また、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金等の銅系の合金を使用した場合、約９００℃の温度で５分から１時間程度の時間保持し、急冷した後、約２００℃の温度に再加熱して１５分から３０分程度の時間保持することで、双晶のコンクリート用充填材１０が得られる。
【００４２】
次に、双晶の金属材料で構成されたコンクリート用充填材１０の変形のメカニズムを以下に説明する。
図５（Ａ）に示す金属の原子が均一に整列したマルテンサイト相に横方向から応力を加えることで、図５（Ｂ）に示すように変形が始まる。さらに、応力が加わり続けると図５（Ｃ）に示すような形に変形する。そして、この図５（Ｃ）に示す状態では寸法Ｓの変形量が生じたことになる。
【００４３】
これに対して、図６（Ａ）に示す一般的な金属では原子が均一に整列しているものの、横方向から応力を加えた場合、図６（Ｂ）に示すように原子の配列にずれが生じて、欠陥が発生する。つまり、一般的な金属において原子の配列にずれが生じると、塑性変形することになるので、図６（Ｂ）に示す状態に一旦成ると、図６（Ａ）に示す状態に戻ることはない。
【００４４】
以上より、一般的な金属と異なり、双晶の金属材料で構成されたコンクリート用充填材１０では、比較的小さな応力で変形が開始するものの、図５（Ｃ）に示す状態まで変形しても塑性変形することが無いので、応力を逆にかければ図５（Ａ）に示す状態に戻るようになる。更に、コンクリート用充填材１０の断面積を小さくして全体へかかる応力が低い段階から変形が発生するようにすることで、全体へかかる応力歪み曲線におけるヒステリシスのバネ定数が上昇しないようになる。
【００４５】
尚、上記実施例では、コンクリート用充填材１０の両端部分付近の波形状部１４、１６は同一方向に形成されるのが普通であるが、これには特に限定されることはなく、例えば、逆方向に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施例に係るコンクリート用充填材の側面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るコンクリート用充填材の応力歪み曲線を表すグラフの図である。
【図３】本発明の第２実施例に係るコンクリート用充填材を含んだ補強部材の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係るコンクリート用充填材の側面図である。
【図５】本発明の実施例に係るコンクリート用充填材の原子配列を表す説明図であって、（Ａ）はマルテンサイト相を表す図であり、（Ｂ）はマルテンサイト相に変形が始まった状態を表す図であり、（Ｃ）はマルテンサイト相の変形が終わった状態を表す図である。
【図６】一般的な金属の原子配列を表す説明図であって、（Ａ）は原子が均一に整列した状態を表す図であり、（Ｂ）は原子の配列の一部にずれが生じた状態を表す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０      コンクリート用充填材
１２      第１真直部（真直部）
１４      波形状部
１６      波形状部
１８      第２真直部
２２      真直部
２４      波形状部
２６      結合材
２８      補強部材
【図１】
2006160557.tif 000003
【図２】
2006160557.tif 000004
【図３】
2006160557.tif 000005
【図４】
2006160557.tif 000006
【図５】
2006160557.tif 000007
【図６】
2006160557.tif 000008