(57)【要約】  本発明は、好ましくは玄武岩、炭素、ガラス繊維などで作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した平行繊維を含み、好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの平均長、および２ｍｍ乃至１０ｍｍの平均直径を有し、円柱状の断面を有する、いくつかの平行した、好ましくは直線状の繊維を含む少なくとも１本の繊維束でそれぞれが作製され、コンクリートとの良好な結合に寄与する表面形状および／または組織を備えた、コンクリート構造体のための補強筋に関する。各筋の表面の少なくとも一部は、マトリクスの硬化ステージ前または硬化ステージ中に：ａ）弾性または非弾性ではあるが、ピンと張った材料の１本または複数本の糸を、繊維が埋め込まれたマトリクスの硬化前に、該少なくとも１本の平行した直線状の繊維束の周りに螺旋状に捲回し、硬化中は繊維を平行状態に維持し、補強筋の縦方向に不均一な外部表面を得ること、及びｂ）少なくとも１つの変形した断面および／または各補強筋の少なくとも１つの末端を得ることの少なくともいずれか一方によって変形して、粗面を生成する。本発明はまた、補強筋を製造するための方法およびこのような短繊維の使用に関する。
2014502319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
若干の緊張をもって張設され、好ましくはバサルト繊維、炭素繊維、ガラス繊維等にて作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した平行繊維からなり、好ましくは、２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の平均長、および０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の平均直径を有し、円柱状の断面を有する、いくつかの平行した、好ましくは直線状の繊維からなる少なくとも１本の繊維束でそれぞれが作製され、該断面が好ましくはほぼ円形または楕円形である、コンクリート構造体のための補強筋で、
各筋の表面の少なくとも一部が、該マトリクスの硬化ステージ前または硬化ステージ中にａ）弾性または非弾性ではあるがピンと張った材料の１本または複数本の糸を、該繊維が埋め込まれた該マトリクスの硬化前に、該少なくとも１本の平行した直線状の繊維束の周りに螺旋状に捲回し、硬化中は該繊維を平行状態に維持し、該補強筋の該マトリクス化した繊維束（複数可）の表面上を縦方向に向かって、縦方向に配置された螺旋状のへこみを有する不均一な外部表面を得ること、及び
ｂ）該筋が、該コンクリートとの良好な結合に貢献する表面形状および／または組織を備えること
の少なくともいずれか一方によって変形されて粗面を生成することを特徴とする、コンクリート構造体のための補強筋。
【請求項２】
前記２本以上の糸が、前記マトリクス埋め込み繊維束を中心として反対方向に向かって螺旋状に捲回される請求項１に記載の補強筋。
【請求項３】
前記小型筋が、バサルト繊維、炭素、ガラスで作製される請求項１または２に記載の補強筋。
【請求項４】
前記螺旋のピッチ長が、１０ｍｍ乃至２２ｍｍの範囲であり、好ましくはコンクリートのグレードおよび骨材のサイズに適合するように約１７ｍｍである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補強筋。
【請求項５】
前記小型繊維の中心線に対する前記螺旋の角度αが４度乃至８度の間の範囲であることができ、その一方で前記小型繊維の中心線に対する前記平行繊維の角度βが約２乃至５度でなるべきである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の補強筋。
【請求項６】
各筋が、好ましくはバサルト繊維、炭素繊維、ガラス繊維などで作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した平行繊維からなり、該筋が好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の長さ、および０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の直径を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の補強筋を製造するための方法で、該筋が硬化工程前または硬化工程中のコンクリートとの良好な結合に寄与する表面組織を備えた少なくとも１本の繊維束で作製され、該表面組織が、該少なくとも１束の平行した繊維を中心として１本または複数本の弾性材料の糸を螺旋状に捲回することによって得られ、該繊維もまた直線状であることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記少なくとも１本の螺旋状の糸が、前記マトリクスの硬化前に捲回され、硬化中は前記繊維が平行状態に保持され、前記補強筋の縦方向に不均一な外部表面が得られる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
２本以上の糸が反対方向に螺旋状に捲回される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記螺旋状の捲回が、前記細長い小型筋の中心線に対して４度乃至８度の間の範囲である角度αで捲回される請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
繊維が、生コンクリートとランダムに混合されて、亀裂の入ったコンクリートの修復作業のためにおよびまた該硬化したコンクリート構造体において平均残留強度および曲げ強度を得るために使用され、それによって該コンクリート構造体の構造上の完全性を修復または改善する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の短繊維の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャスティング用の構造体、例えばコンクリート構造体などに使用するための補強要素に関する。
より具体的に、本発明は、一緒に作用するようにわずかにピンと張った、好ましくは玄武岩、炭素、ガラス繊維などで作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した平行繊維を含み、好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの平均長、および０．３ｍｍ乃至３ｍｍの平均直径を有し、円柱状または楕円形の断面を有する、いくつかの平行した、好ましくは直線状の繊維を含む少なくとも１本の繊維束でそれぞれが作製され、結合特性のための表面形状および／または組織を備えた、コンクリート構造体のための補強筋ならびにこのような筋を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無筋コンクリートは、圧縮には強いが、張力に極めて弱く、低い引っ張りひずみの不良が生じる。したがって、コンクリート成分を混合する際にコンクリートに短繊維を添加することが確立された手法となっている。混合中にコンクリートと混合した繊維は、すべての方向にランダムに分散し、硬化して、固まったコンクリート内ですべての方向に補強効果をもたらす。繊維の添加によって、亀裂発生モードがマクロレベルの亀裂発生からミクロレベルの亀裂発生へと変わる。亀裂発生メカニズムを修正することによって、マクロレベルの亀裂が、ミクロレベルの亀裂となる。亀裂幅が低減し、コンクリートの最終的な引っ張り亀裂による歪みが増加する。埋め込まれた繊維とバインダーマトリクスの間の機械的結合は、この応力の再分布をもたらす。さらに、亀裂発生モードを修正する能力により、定量化可能な利点が生じ、浸透性の低減ならびに表面耐摩耗性、耐衝撃性および疲労強度の増加につながるミクロレベルの亀裂発生を低減させる。このタイプのコンクリートは繊維強化コンクリートとして知られている。
【０００３】
耐食性の繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）の補強の使用もまた輸送のための構造体、特に凍結防止塩に曝露されかつ／または極めて腐食性の環境に位置するものなどに以前から提案されてきた。ガラス、炭素およびアラミド繊維は、このようなコンクリート用途のための補強筋の製造に一般的に使用されている。
【０００４】
繊維生産技術における最近の成果により、玄武岩から作られたバサルト繊維から製造されるバサルト繊維強化ポリマー筋（ＢＦＲＰ）の作製が可能になっている。バサルト繊維は、良好な範囲の熱的性能、高い引っ張り強さ、耐酸性、良好な電磁特性、不活性な性質、耐腐食性、耐放射線性および耐紫外線性、耐振動性、衝撃荷重への耐性を有する。ＢＦＲＰ製品は、直線状の棒、ループ、２次元メッシュ、および螺旋など様々な形態で入手可能である。
【０００５】
補強構造体のための繊維の他の使用領域は、トンネル壁に使用されるコンクリート層または内壁であり、これは、岩が落下するのを阻止するため、または防火対策として使用される。このようなコンクリートは、表面に吹き付け、ガナイトまたはショットクリート、ならびにプレキャストコンクリート厚板またはプレハブコンクリート要素と一般的に表示されている。
【０００６】
硬化ステージ中に結果として起こるクリープ効果を阻止するために、すなわち硬化ステージ中の微細なまたはより大きな亀裂の形成を阻止するために、繊維が使用されてきた。使用される１つのタイプの繊維は、２乃至５ｃｍの範囲の長さおよび約１ｍｍの直径を有するスチール繊維である。コンクリートとの十分な結合を得るために、このような繊維の
末端は平坦化され、それによって広げられた先端がもたらされる。該スチール繊維による補強の目的は、生コンクリートの硬化ステージ中の亀裂発生を阻止することである。
【０００７】
マトリクスに埋め込み、硬化した多数の平行ガラス、アラミドまたは炭素繊維で作製した繊維強化材もまた、スチール繊維の代わりにまたはこれに加えて、以前から提案され、使用されてきた。
【０００８】
特許文献１は、その表面に少なくとも１つの突起を有し、繊維強化合成コアの周囲の表面上において紐状材料を包むことによって形成される、長い、直線状の、細長い連続した補強棒または筋の形態の補強部材に関する。この紐状材料は、１０ｃｍごとに３回転、１０ｃｍごとに１５回転の範囲のピッチで連続繊維束をよじることによって形成される。繊維束は、ガラス、または炭素、またはホウ素、または金属、または自然繊維もしくは合成繊維を含む。
【０００９】
特許文献２は、連続長繊維束を有する補強材に、未硬化の液体樹脂を含浸させることによって、表面にリブを有する、細長い形状の繊維強化プラスチックロッドを生成するための方法について記載している。リブ形成部材は、繊維束補強材に未硬化の液体樹脂を含浸させることによって、別々に調製する。繊維強化プラスチックロッドは、リブ形成部材を螺旋状に適用し、２つの部材を一緒に硬化させて一体化することによって形成される。
【００１０】
特許文献３は、強化繊維および熱硬化性樹脂を含むコア材の周りに太目の糸条（ｔｈｒｅａｄ）および細目の糸条を捲回することにより高い係止付着強度および引っ張り強さを有し、熱硬化性により凸凹のコーティング層を形成しながら固まり硬化する、コンクリートのための補強部材について記載している。
【００１１】
特許文献３は、外向きに突出した環形状の突起、または平坦にした末端を、極めて粘着性の材料の中に埋め込まれた細長い繊維束上に形成し、これらを一方向に配置した短繊維束に切断し、樹脂マトリクスに埋め込むことによって、セメントの補強強度を改善する方法について記載している。
【００１２】
特許文献４は、熱可塑性樹脂が、一方向に配向させた強化繊維の束で補強され、これに曲げ工程が適用される解決策について記載している。曲げ工程が適用される部位には、前記強化繊維と同じ繊維からなる糸を捲回し、コンクリートへの付着特性に富む、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、ステンレススチールなどからなる粉末をロッドの周囲に貼ることによって、補強部材のコンクリートへの付着強度を増加させる。
【００１３】
特許文献５は、コンクリートのための補強された繊維構造体を開示している。繊維は、粗い表面を備えた高分子繊維である。補強された繊維構造体の断面形状は、６枚葉形状または５枚葉形状とすることができる。プロファイル形状は、波形または鋸歯形であってよい。繊維の直径は、０．５ｍｍ乃至１．０ｍｍの間である。繊維の長さは、４０ｍｍ乃至７５ｍｍの間である。この繊維構造体は、高い引っ張り強さ、低い弾性率、高い耐強酸性および耐アルカリ性および軽い比重を有する。繊維は、硬化ステージ中のコンクリート内の亀裂を制御するために使用される。
【００１４】
特許文献６は、鉄筋の代わりに構造物に使用することができるリブ材を開示している。繊維複合材リブ材は、複数のバサルト繊維コア束およびバサルト繊維コア束をコーティングする樹脂基材を接着および混ぜ合わせることによって形成された屈曲可能な円柱状の断面の筋である。筋は、従来の鉄筋と同様のサイズの長いユニットである。
【００１５】
特許文献７は、コンクリートノズル上に取り付けられたまたはこれに近接する装置を使
用して、コンクリートにより長いスチール繊維を導入するための方法および装置を開示しており、繊維は切断され、直接コンクリートミキサーにつながる導管を介してコンクリート流へ射出される。
【００１６】
特許文献８および特許文献９は、２つ以上の炭素繊維束の合撚糸の形態の炭素繊維束について記載している。炭素繊維束は、１メータ当たり５０乃至１２０回よじられ、約５乃至５０ｍｍの長さを有する。炭素繊維束の表面は、３乃至２５ｍｍ間隔の波形である。幅／厚さ比が２０以上の平坦な炭素繊維束が、よじられ、処理される。ワイヤ断面は、０．１５乃至３ｍｍである。
【００１７】
（特許文献１０）は、連続または不連続な繊維、およびセメントの補強に使用するために最適化された形状を有し、その断面が多角形の筋について記載している。この形状は、繊維の断面積に対する、マトリクスと繊維との結合に利用可能な表面積の比を増加させる用設計されている。
【００１８】
（特許文献１１）および（特許文献１２）は、繊維が平坦にされかつマトリクス材（このマトリクス材は、中でもコンクリートであることができる）との接触を向上させるような表面変形を有するように、ミクロ力学的に変形された繊維について記載している。繊維は、好ましくは、５乃至１００ｍｍの範囲の長さおよび０．５乃至８ｍｍの平均幅を有し、この繊維は、１種または複数の合成ポリマーまたは金属、例えばスチールなどで作製されている。
【００１９】
特許文献１３は、コンクリートミックスに使用される繊維について記載している。この繊維は平らであるかまたは平坦にされ、第１および第２の対向する平らなまたは平坦にされた末端を有しており、位相を異にしてよじられ、それらの間に中間の細長い、螺旋状の繊維体を規定している。繊維は、約５乃至１００ｍｍの平均長および０．２５乃至８．０ｍｍの平均幅および０．００乃至３．０ｍｍの平均厚さを有する。繊維は、ポリプロピレンまたはポリエチレンで作製されている。
【００２０】
本出願人の名による特許文献１４も参照する。参照により援用されているこの公開公報は、製作の方法および伸長した複合材補強筋の構成および組立の両方に関する。
従来のスチール補強で補強された、亀裂の入った従来のコンクリート構造体を簡単な方法で修復するのに適切な、改善されたタイプの補強であって、露出したスチール補強を封じ込め、さらに回復させることができ、場合によっては亀裂の入ったコンクリート構造体に構造上の完全性を加えるような補強が必要とされている。
【００２１】
現場で設置される複雑な従来の補強の必要がなく、生コンクリート内に程度の差はあるがランダムに配置された補強をベースとする、従来の補強の要件または少なくともその一部を低減させる、コンクリート構造体のための補強を提供することがさらに必要とされている。
【００２２】
さらに、短繊維筋を生成するためのおよびコンクリート周辺と短い筋との間の結合効果を改善するための、効果的で改善された方法が必要とされている。
さらに、コンクリートの硬化を完了した後に続くステージでもコンクリート強度に寄与する短筋補強が必要とされている。
【００２３】
筋補強の設置のためのアクセスが限られている場合の信頼できるメンテナンスフリーの補強、または機械のオートメーション化により、厚板、導管、排水カルバート（ｃｕｌｖｅｒ）、舗装道路、海錨などの構造体を含めた、直線状の筋補強または既製もしくは現場で設置される補強ケージを使用する機会が制限されている工程で使用するための信頼でき
るメンテナンスフリーの補強に対する必要性が存在することも理解されたい。
【００２４】
前記の文献の大部分においては、使用されるプラスチック繊維は、短い筋が注入工程において上部表面に向かって浮き上がりがちになる一因となる、１未満の繊維総比重、すなわち繊維とマトリクスの比重を有する群から選択されている。さらに、従来の技術のプラスチック繊維はまた、水を吸収しやすく、キャスティング相において脱水を引き起こすので、このような場合、コンクリートの適切な硬化を達成するために過剰な水が必要とされる。
【００２５】
コンクリート注入時に、従来技術のプラスチック繊維は、シュートから出る際に表面に向かって浮き上がりがちである。さらに、従来のスチール繊維は、混合および注入中に丸まりやすく、その結果目詰まりが生じ、また水分吸収の傾向があるために混合しにくく、注入されたコンクリートの脱水および硬化工程に悪影響を及ぼす。これら悪影響によって、スチールおよびプラスチック繊維を使用することができる体積分率の範囲が低減する。本発明による玄武岩ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の利点は、１０％体積分率（ＶＦ）までの範囲の混合を可能にする、密度および水分の非吸収性であり、これは従来繊維の使用では不可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】英国特許出願公開第２１７５３６４Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許第５１８２０６４号明細書
【特許文献３】特開昭４２−２４１５４号公報
【特許文献４】特開平０１−２０７５５２号公報
【特許文献５】中国実用新案登録公報第２７４０６０７号明細書
【特許文献６】中国実用新案登録公報第２０１２−３６４２０号明細書
【特許文献７】欧州特許公開第２０８７９８７号明細書
【特許文献８】特開２００７−０７０２０４号公報
【特許文献９】特開２００８−０３７６８０号公報
【特許文献１０】国際公開第９８／１０１５９号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００１／００５１２６６号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００４／００１８３５８号明細書
【特許文献１３】国際公開第０２／０６６０７号明細書
【特許文献１４】国際公開第２００９／０２５３０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明の主要な目的は、ＡＳＴＭ試験方法を使用した曲げ引っ張り強さにおける繊維強化コンクリートの引っ張り強さ、およびまた残留引っ張り強さを上方に１５ＭＰａまで増加させ、圧縮破損モードを可塑性対脆性に変換し、体積破壊（ｖｏｌｕｍｅ  ｆｒａｃｔｕｒｅ）を好ましくは１０未満に低減し、したがって極めて効率的な補強を確立することである。
【００２８】
亀裂発生後に極めて良好な曲げ靱性およびエネルギー吸収能力を有するＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強コンクリートを提供することも、本発明の目的である。ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の定義は、適切なマトリクス内に埋め込まれたいくつかのほぼ平行な繊維で形成された、短いバサルト繊維補強筋、炭素繊維補強筋またはガラス繊維補強筋を備え、筋に沿って連続して周囲に伸びる、螺旋状をなすへこみを形成する、埋め込まれた繊維の周りを捲回する螺旋を含み、この筋が、２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の長さ、および０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の直径を有し、さらに以下で言及されているような粗面を場合
によって有するものである。本明細書中においては以後これをＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）と称する。
【００２９】
本発明の別の目的は、固有の亀裂制御としての硬化ステージ中と、コンクリート構造体の寿命内の両方において有効であり、硬化完了後にも耐荷重特性および荷重配分特性を有し、したがってこのようなコンクリート構造体の構造上の完全性を改善する補強を提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、このような構造体の損傷を修復するための、損傷を受けたコンクリート構造体への予備作業の度合を低減する補強要素を提供することである。
本発明の別の目的は、コンクリートへの使用時に増強された結合品質および特性を有するこのような筋補強を生成するための方法を提供することである。
【００３１】
本発明の別の目的は、例えば、コンクリートの引っ張り強度（ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｉｎ
ｔｅｎｓｉｏｎ）の改善により軽量または中間のスチールまたは他のタイプの補強の必要性が排除されるであろう、護岸などのコンクリート構造体にも使用し得る補強システムを提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、周辺のコンクリートとの結合効果および結合メカニズムを同時に強化しながら、コンクリートの硬化工程に負の寄与をしない、短い筋からなるＦＲＰ補強を提供することである。
【００３３】
スチール繊維は、その耐食性が欠如していることから、その補強強度がゆっくりと失われることを理解されたい。したがって、本発明に別の目的は、耐アルカリ性補強繊維を提供することである。
【００３４】
またさらなる目的は、ミックス中へのランダムな配置を可能とし、生コンクリートを振動させる振動器の使用により影響を受けないＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強を提供する。
【００３５】
本発明のさらなる目的は、補強がなければ到達するのが難しい構造体、例えば、掘削における深部の基礎、基礎杭または地下連続壁などの補強に適切な補強を提供する。
本発明の別の目的は、その密度のために生コンクリートが振動する場合にその位置が影響されないＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強を提供することである。
【００３６】
本発明の別の目的は、繊維の補強効果および補強筋またはループの形態の従来の補強が、コンクリート構造体の全断面積全部にわたり一緒に作用し、かつまた、コンクリートの硬化完了後のコンクリートの亀裂形成および／または表面剥離を阻止する補強システムを提供することである。このような場合、繊維強化材および補強筋、ループまたはプレストレス補強の形態での補強は、一体補強として機能する。
【００３７】
本発明の別の目的は、必要な労働コストを低減し、生コンクリートの実行可能なレベルの作業性を維持する補強システムを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、本発明に従い補強要素で補強したコンクリート構造体が荷重および力に曝露された場合、破壊が、補強要素間の結合の損失によるものであって、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の破壊によるものではなく、これによって、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）それ自体ではなく、コンクリートが破壊されるかまたは亀裂が発生し、したがって、良好な結合強度に関連する亀裂後強度をコンクリート構造体に与えるように設計された補強要素を提供することである。
【００３８】
本発明のさらに別の目的は、生コンクリートとの混合中に詰まらず、混合または注入中に、混合した、生コンクリートバッチ中で沈んだり、浮いたりしない、改善された、短い筋を提供することである。
【００３９】
前記目的は、独立請求項でさらに定義されている、短いＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強の使用により達成される。可能な実施形態は、従属請求項により定義されている。
本発明のさらに別の目的は、必要とされる曲げ引っ張り強さおよび残留引っ張り強さが１５ＭＰａを上回るように、直径および結合強度（強度を得るために重要な特質である）が組み合わされたＭｉｎｉＢｂａｒ（登録商標）補強を提供することである。
【００４０】
本発明によると、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）はまた、一部の用途、例えば剪断補強などにおけるスチール補強またはバサルト繊維強化ポリマーに対する必要性をなくすことを意図する。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
上記目的は、補強筋および独立請求項でさらに定義されているこのような筋を使用および生成するための方法により達成される。本発明の場合による実施形態は、従属請求項により定義されている。
【００４２】
本発明によると、コンクリート構造体のための補強筋は、好ましくはバサルト繊維、炭素繊維、ガラス繊維などで作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した平行繊維を含む。この筋は、好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の平均長、０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の平均直径を有することができ、各筋は、円柱状の断面を有する、いくつかの平行した、好ましくは直線状の繊維を含む少なくとも１本の繊維束で作製することができ、この断面は、好ましくはほぼ円形または楕円形である。各筋の表面の少なくとも一部は、マトリクスの硬化ステージ前または硬化ステージ中に：
ａ）弾性または非弾性ではあるが、ピンと張った材料の１本または複数本の糸を、繊維が埋め込まれたマトリクスの硬化前に、該少なくとも１本の平行した直線状の繊維束の周りに螺旋状に捲回し、硬化中は繊維を平行状態に維持し、補強筋のマトリクス状に並んだ繊維束（複数可）の表面上を縦方向に向かって、縦方向に配置された螺旋状のへこみを有する不均一な外部表面を得ること、及び
ｂ）該筋が、コンクリートとの良好な結合に寄与する表面形状および／または組織を備えることのうち、少なくともいずれか一方によって変形させ、それによって粗面を生成することができる。
【００４３】
本発明の１実施形態によれば、前記２本以上の糸を、マトリクス埋め込み繊維束（複数可）の周りを反対方向に螺旋状に捲回させることができる。
さらに、小型筋は、好ましくはバサルト繊維、炭素、ガラスなどで作製することができる。
【００４４】
螺旋のピッチ長は、１０ｍｍ乃至２２ｍｍの範囲であり、好ましくは、コンクリートのグレードおよび骨材のサイズに適合するよう約１７ｍｍであり、その一方で小型筋繊維の中心線に対する螺旋の角度は、好ましくは４度乃至８度の範囲であってよく、小型筋繊維の前記中心線に対する平行繊維の角度は、２および５度の間となるべきであることを理解されたい。
【００４５】
本発明はまた、補強筋を製造するための方法も含む。各筋は、好ましくはバサルト繊維、炭素繊維、ガラス繊維などで作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した、平行繊維を含むことができ、これらの筋は、好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の長さ、および０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の直径を有する。該筋は、硬化工程
前または硬化工程中にコンクリートとの良好な結合に寄与する表面組織を提供する少なくとも１本の繊維束で作製することができ、該表面組織は、該少なくとも１束の平行繊維の周りに１本または複数本の弾性材料の糸を螺旋状に捲回することによって得られ、該繊維もまた直線状である。
【００４６】
１実施形態によると、少なくとも１本の螺旋状の糸は、マトリクス硬化前に捲回し、硬化中は繊維を平行状態に保持し、補強筋の縦方向に不均一な外部表面を得る。例えば反対方向に螺旋状に捲回した２本以上のこのような糸を使用することができる。
【００４７】
螺旋状の捲回は、細長い小型筋の中心線に対して４度乃至８度の範囲の角度で捲回することができる。
このような繊維は、生コンクリートとランダムに混合することができ、亀裂の入ったコンクリートの修復作業のため、さらに硬化したコンクリート構造体の平均残留強度および曲げ強度を得ることによって、コンクリート構造体の構造上の完全性を修復または改善するために使用することができる。
【００４８】
本発明の１実施形態によると、補強筋は、好ましくは玄武岩で作製された、硬化したマトリクス内に埋め込まれた多数の連続した平行繊維を含み、これらの筋は、好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の平均長、および０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲の平均直径を有する。各筋は、ほぼ円柱状または楕円形の断面を有する、コンクリートとの良好な結合に寄与する表面形状および／または組織を備えた、いくつかの平行した、好ましくは直線状の繊維を含む少なくとも１本の繊維束で作製することができる。
【００４９】
各筋の表面の少なくとも一部を、マトリクスの硬化ステージ前または硬化ステージ中に：
ａ）糸（ｓｔｒｉｎｇ）材料の１本または複数本の糸を、繊維が埋め込まれたマトリクスの硬化前に、該少なくとも１本の平行した、直線状の繊維束の周りに螺旋状に捲回し、硬化中は繊維を平行状態に維持し、補強筋の縦方向に不均一な外部表面を得ること、及び
ｂ）少なくとも１つの変形した断面および／または場合により各補強筋の少なくとも１つの末端を得ることのうちの少なくともいずれか一方によって変形させ、それによって粗面を生成することができ、かつ／またはこのような変形は、プルアウトを阻止するまたは少なくとも実質的に制限する任意の変形またはくぼみまたは形状であり得る。
【００５０】
主たるバサルト繊維筋の周りに螺旋として使用される、より薄いバサルト繊維が、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の強度を増加させることも理解されたい。
さらなる実施形態によると、１、２本以上の糸が反対方向に螺旋状に捲回され、該１本または複数本の糸が、本発明により必要となるくぼみを作り出す。
【００５１】
本発明によると、前記螺旋状に配置されたへこみは、含浸した、ほぼ未硬化の繊維の束の周りに糸条または繊維ユニットを螺旋状によじることによって得られ、束よりも該糸条により高い張力を加えることで、束におけるよじり、および／または束全長に沿って伸びる、螺旋状に配置されたへこみ、および／または場合によっては短い、切断された筋を得る。
【００５２】
あるいはまたはさらに、筋の外部表面は、少なくとも１つの拡大したまたは平坦にした部分を備えているか、または異なる直径を有していてもよく、このような表面を硬化段階の前に得ることによって、コンクリートとのより良好な結合が得られる。
【００５３】
各筋はまた、変形した中央セクションまたは末端を有し、筋の接触面の面積を増加させることができる。
上でさらに定義された補強筋を製造するための好ましい方法において、前記表面組織は、弾性または非弾性の材料の１本または複数本の糸を、平行した、前記少なくとも１本の繊維束の周りに螺旋状に捲回することによって得られ、該繊維もまた直線状である。少なくとも１本の螺旋状の糸は、好ましくは、マトリクスの硬化前に繊維およびマトリクスの周りに捲回し、硬化中は繊維を平行状態に保持し、補強筋の縦方向に螺旋状に伸びるへこみの形態で不均一な外部表面を得ることができる。あるいは、２本以上の糸を反対方向に繊維およびマトリクスの周りに螺旋状に捲回してもよく、このような糸（複数可）の張力は、硬化および固めるステージの方へ束を生産ラインに沿って引っ張るために使用される張力より高い。
【００５４】
筋の外部表面は、さらにまたはこれの代わりに、少なくとも１つの拡大したまたは平坦にした部分を備えることもできるし、または異なる直径を有することもでき、このような拡大したまたは平坦にした部分は硬化段階より前に形成され、これによって、コンクリートとのより良好な結合が得られる。
【００５５】
本発明による筋は、生コンクリートと混合され、亀裂の入ったコンクリートの修復作業のために使用でき、また、硬化したコンクリート構造体において平均残留強度および曲げ強度を増加させるかまたはコンクリート構造体の構造上の完全性を修復もしくは改善するためにも使用できる。
【００５６】
可能な他の使用領域は、既製のコンクリートまたは現場打ちコンクリートに関わらず、建物のコンクリート床；玄武岩ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の補強効果により、より薄くおよびより軽くすることができるコンクリート敷石などである。別の使用領域は、海中パイプラインを海底に押し下げるクランプまたは重りを生成するためのコンクリートとしてである。
【００５７】
本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の他のタイプの使用は、例えば、これらだけに限らないが、液体、特にｐｈ７未満の水、または塩含有水に曝露される構造体での使用に対して極めて適切と考えられる。このような構造体は、例えば水位線より下または水位線に曝露される海岸堤防および突堤／岩壁の部分、橋の支柱、コンクリートのはしけなどのための構造体であり得る。補強はまた、従来の補強を設置するために到達するのが難しい陸上の構造体に使用することもできる。このような用途は、例えば掘削における深部の基礎または地下連続壁、基礎杭などであり得る。
【００５８】
玄武岩ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強は、混合中に生コンクリートに添加し、トラックで搬送できることに注意されたい。代わりにＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強は、敷石および排水カルバートなどのための乾燥コンクリートの形で搬送することもできる。
【００５９】
筋の螺旋状パターンを確立するために使用される材料は、例えば弾性の糸条でも、または非弾性の糸条であってもよい。代替として、バサルト繊維の糸条もまた使用することもできる。これは、このような螺旋はまた、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の強度と剛性の両方に寄与することができるからである。
【００６０】
さらに、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、ランダムに配置された微粒子材料、例えば砂、ガラスまたは同様のタイプの硬質材料などの層をさらにコーティングし得ることを理解されたい。
【００６１】
本発明によると、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、生コンクリート中で均等に混合され、ランダムに配向される。ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、正確に同じではないが、コンクリートと同様の密度を有する。したがってＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、生コ
ンクリート中で浮いたり沈んだりせず、コンクリートの振動に影響を受けることはない、すなわち、コンクリートが振動した場合、生コンクリートの最上部まで移動することも、または底部に向かって下方に移動することもない。
【００６２】
コンクリート中のＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）中の挙動は、コンクリート特性とコンクリート中のＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の分布の両方に左右されると考えられる。筋はこれらの直径と比較して短く、よってコンクリート中に完全なアンカリングを生じないので、コンクリート特性が重要となり得る。したがって、筋の中に結集できる力は、コンクリート強度およびコンクリートと筋の間に発生した、結果として生じた結合応力に大きく左右される。コンクリート中のＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の分布は、ミックスの中に使用される筋の数が従来の繊維と比較して相対的に少ないことから重要である。この相対的に筋の数が少ないことは、ミックス全体への分布の微量な変動が、強度に対して注目すべき効果を与え得ることを意味する。
【００６３】
さらにコンクリートミックスに使用される骨材のサイズは、硬化したコンクリート構造体の強度に効果を与え得る。本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）と混合したより小さいサイズの骨材は、筋分布の質に影響を及ぼし、したがってコンクリート強度を改善した。
【００６４】
本発明によると、直線状の繊維束の周りの螺旋は、有利であると考えられる。程度の差はあるがランダムに位置する本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、コンクリート構造体における剪断連結のように作用し、コンクリートの剪断強度を克服および改善するであろう。本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、従来の縦方向の屈曲スチールまたは玄武岩または炭素繊維強化材筋またはケージのいずれかに関わらず、従来の補強を補足するものがあってよく、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は、例えば補強修理工による必要修復時間を低減させるため、少なくとも剪断補強として機能することができる。
【００６５】
本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）を使用することによって得られる独特の利点は、補強コンクリート厚板および梁の剪断補強として本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）を使用するための、ＡＳＴＭＣ１６０９試験（スチール繊維強化コンクリートに対してＡＣＩ３１８−０８で特定されている）に基づく妥当な残留強度の要件を試験が実証した。このようなタイプの繊維は、腐食しない、耐アルカリ性の構造繊維タイプのものである。
【００６６】
本発明によるバサルト繊維補強筋は、以下の結合メカニズムを有する：
−マクロスケールでは、制御されたピッチのバサルト繊維および螺旋の糸条が、１０
ｍｍ乃至２２ｍｍの範囲でよじられている。この結合は、コンクリートの骨材の間に存在し、このような骨材は、小型筋の表面のへこみ、およびコンクリート中の他の周辺骨材を引っ掛けたり、これらとの摩擦および／または機械的な結合を作り出したりし、適切な結合効果を確保する不規則な形状を有する。より大きな骨材の間にある砂微粒子およびセメント粒子もまたこの結合効果に寄与する。本発明による小型筋のピッチ長、すなわち細目の螺旋状の糸を１回転させた距離または長さが大きすぎる、および／または過度に直線状をなす、すなわち極めて大きなピッチである場合、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）は引き出されるが、該距離または長さが小さすぎる場合、本発明による小型筋は、周辺の、隣接するセメントの微粒子（筋の長さに対するへこみの量が低減することから、このような粒子は主に微粒子である）を破壊および／または粉砕するであろう。
【００６７】
−ミクロスケールでは、離散したバサルト繊維の表面は、束の平行繊維の間に形成された極めて小さな縦方向のへこみのため粗面化され、コンクリート中の微粒子間に結合効果が形成され、これによって、コンクリート中の小さい骨材および微粉と、ＭｉｎｉＢａｒ
（登録商標）の間に強くかみ合ったミクロレベルの結合効果が可能となり、これが提供される。
【００６８】
ＲＦＴ工程の１つの特徴は、一番大きな骨材サイズに適合するように、螺旋ピッチ長（図３を参照）を適合させ得ることであり、これによって、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）および骨材は、一番効率的な形、すなわちより小さい骨材ミックスには、より小さいピッチ長を適合させて、かみ合わせることができる。
【００６９】
コンクリートと、マトリクスの薄層およびバサルト繊維の最外部のより糸との化学結合もまた、繊維と周辺コンクリートとの間の結合効果に寄与することになる。
上記結合は、マトリクスで閉じ込められ、マトリクスに結合した小さいよじりを有する直線状のバサルト繊維と直接結合している。結合は、ビニルエステルでコーティングされた筋を削ぎ取ることが示されている砂粒子の添加に依拠しない。さらに、この結合は、従来の技術で提案されているような、外部から添加し、「接着された」二次的材料の環との結合に依拠しない。ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）結合は、繊維の方向を向き、繊維と、螺旋状によじられた細目の糸条により作られたへこみの両方により、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の全長にわたり、補強筋と周辺のコンクリートとの間の良好な機械的連結が可能となる。
【００７０】
本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の粗面を得るためには、マトリクスの重み因子に対する繊維の重み因子は、好ましくは６５乃至８５の範囲であり、より好ましくは約７０乃至７７、および最も好ましくは約７５であるべきであることを理解されたい。使用されるマトリクスの重み因子が高すぎる場合、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の表面の繊維間の微細なへこみは、マトリクスで満たされ、したがってミクロスケールの結合に対する骨材／微粉の寄与率を低下させ、マトリクスは「ホース」のように容易にはぎ取られる。マトリクスの量が少なすぎる場合、表面の繊維と、コンクリート中の骨材および／または微粉との間の結合により提供される剪断寄与率は低下するであろう。
【００７１】
さらに、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の中心線に対する螺旋の最も好ましい角度αは、好ましくは４度乃至８度の範囲であるべきだが、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の該中心線に対する平行繊維の角度ｘは、好ましくは約２度乃至５度であるべきである。ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）は、好ましくは、内容が本願明細書に援用されている、米国特許第７３９６４９６号明細書の内容に従い生成することができる。試験により、本発明による繊維は、コンクリートミキサー輸送トラックの回転しているドラムの回転速度に関わらず、よく混ざり、ミックスランダムであり続けることが証明された。さらに、この繊維は、注入中も混合体積全体にランダムに分布し続け、均等に分布したままである。
【００７２】
直径と結合強度の両方が、小型繊維の補強の必要強度を確実にするために重要な意味を持つことも理解されたい。
従来の技術の解決策は、マトリクスとして使用されるエポキシの剪断強度に依拠するのに対して、本発明による繊維筋は、一方ではコンクリート中の砂と骨材の間の剪断強度、および小型筋表面との得られた結合に依拠する。
【００７３】
コンクリートの収縮はまた、小さい直径よりも大きな直径に対して強いクランプ機構が作用するので、直径範囲は重要である。試験により、直径が低減するにつれて、曲げ引っ張り試験において結合として測定されるクランプ効率が増加する一方、平均残留強度で測定される結合が低減することが示された。コンクリート構造体のエンジニアリング中に必要となる異なる強度レベルに対して、異なる直径を特定することによって、所望のまたは必要な強度レベルを得ることができるということが暗に示される。
【００７４】
ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の寸法と比較して、骨材は、コンクリートに一般的に使用される任意の標準サイズを有することができる。
ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】きつい捲回を表示している、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の第１の実施形態を概略的に示す図。
【図２】より長いピッチ長を有する捲回を示す、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の第２の実施形態を概略的に示す図。
【図３】重要な様々な角度を示す、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の１実施形態の一部を概略的におよび倍尺で示す図。
【図４】本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の実施形態の軸方向での縦断面を概略的に倍尺で示す図。この図は、多くの、実質的に平行な繊維の方向を表示し、一方ではコンクリートの中の骨材と微粉との間の相互作用を、他方ではＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）繊維表面の表面とへこみとの間の相互作用を表示している。
【図５】同様にへこみおよび粗面を表示している、本出願によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）全体にわたる断面を概略的に倍尺で示す図。
【図６】様々な繊維用量（体積％）に対するドライミックスコンクリートの、ＭＰａで測定した曲げ引っ張り強さを示すグラフ。
【図７】様々な繊維用量（体積％）のドライミックスに対する、ＭＰａで測定した平均残留強度を示す図。
【図８】異なる繊維用量（体積％）に対する、２０ｍｍの最大骨材サイズを有する通常のコンクリートの、ＭＰａで測定した曲げ引っ張り強さを示す図。
【図９】異なる繊維用量（体積％）に対する、２０ｍｍの最大骨材サイズを有する高強度コンクリートの曲げ引っ張り強さを示す図。
【図１０】２０ｍｍの最大サイズ骨材を有する、コンクリートの平均残留強度を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
図１は、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０の第１の実施形態の図を概略的に示している。このＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０は、アルカリによる攻撃に強い従来のタイプの、硬化マトリクス内に埋め込まれた、玄武岩、ガラス繊維または炭素の多数の平行繊維１１を含む。このようなマトリクスは、例えば熱可塑性のビニルエステル（ＶＥ）またはエポキシであってもよい。弾性の糸または非弾性の糸１２は、細長い埋め込まれた繊維の周りを持続的に捲回し、糸１２に特定の張力を加えることによって、筋１０の周囲の表面を部分的に変形させ、細長い螺旋状に配置されたへこみ１４を生成する。この捲回作業は、細長い繊維１１のマトリクスへの埋め込み工程と同時に、またはこれよりわずかに後であるが最終の硬化ステージより前に好ましくは実施し、これによって、筋１０の周囲の表面の必要な変形を確実にする。さらに、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０は、連続した工程において細長い糸または筋として作製することができ、該連続した筋は、好ましくは２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の長さに切断され、その一方で筋の直径または厚さは、好ましくは０．３ｍｍ乃至３ｍｍの範囲であってよい。螺旋は、制御された方法でピンと張った場合、へこみという形態で反復可能なおよび所望の表面変形を作り出すことができる、弾性または非弾性の糸、例えば玄武岩の糸で作製することができる。さらに、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の外部表面は、好ましくはＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）からランダムな方向に伸びる、いくつかの微細な毛または繊維端を含む毛髪様組織を有することができる。これは、未硬化のマトリクス内に、好ましくは単一の束として埋め込まれた多数の平行したバサルト繊維を、該微細な螺旋の周りでよじり、したがって直線状の細目の糸条を繊維束の周りの螺旋に変換することによって達成することができる。螺旋を作る工程中、微細な、より細い螺旋の張力は、バサルト繊維束の張力と比較して制御される。図
１に示された実施形態において、周辺コンクリートとの結合を強化するための主要な手段は、ピンと張った螺旋１２により形成されるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の不均一な形状である。マトリクスが十分に硬化されて固まるまで、張力の差は筋の中に維持される。副次的な手段は、光顕レベルでのコンクリートへの結合であり、繊維により作り出される粗面がマトリクスから部分的に突出している。
【００７７】
図２は、本発明による第２の実施形態のＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０に図を概略的に示している。本実施形態によると、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０は、図１に示されているような螺旋１２を備える。さらに２つの末端１３は、変形／平坦にすることで、末端の接触域が増加し、これによってＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０の周辺のコンクリートに対する結合特性および剪断抵抗能力が強化されている。螺旋１２は示されているが、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０にはこのような螺旋１２はなくてもよく、変形したまたは平坦にされた末端が必要な結合および剪断抵抗能力を確実にし、ｒｅｆ図３は、各末端が変形し、螺旋１２のない、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０の第３の実施形態の図を概略的に示していることを理解されたい。
【００７８】
図３は、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）の１実施形態の一部を概略的におよび倍尺で示しており、重要性な様々な角度を表示している。示されているように、筋１０は、適切なマトリクス内に埋め込まれた、多数の実質的に平行な繊維１７を含み、筋１０は、螺旋状に捲回した糸１２を備え、螺旋状の糸１２が、筋１０の全長に沿って螺旋状に伸びる細長いへこみ１４を形成するようにピンと張られている。図に表示されている通り、角度αを使用して、筋１０の中心線ＣＬと、紙面の螺旋１２の投射角との間の角度を規定する。このような角度αは、好ましくは４乃至８度の間の範囲内にあるべきである。さらに、図はまた、ロッドの中心線ＣＬと、繊維１７の縦方向との間の角度βも示している。上記で特定されたように、角度βは、２乃至５度の間の範囲内にあるべきである。両方の繊維の間の張力が平衡を保ち、両方の繊維に対して、中心線への共通の角度が４乃至５度であるのが最適である。図３は、ピンと張った、螺旋から生じる様々な形態を表示するため、誇張され、歪められていることを理解されたい。螺旋間の表面には、螺旋状に配置された凸状の外面がわずかに与えられているとなっていることを理解されたい。筋の軸方向の２つの連続するへこみポイントの間の長さＬは、螺旋のピッチ長を規定する。
【００７９】
図４は、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０の実施形態の軸方向の縦断面を概略的に、倍尺で示しており、多くの、実質的に平行な繊維１７の方向および経路を表示し、一方ではコンクリート１５の骨材１５と微粉の相互作用、他方では表面とＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）繊維表面のへこみ１４との間の相互作用も表示している。明瞭さの観点から、周辺コンクリート１５の一部のみが示されているが、繊維１０は、コンクリート中にランダムに配置されていることを理解されたい。
【００８０】
図５は、本出願によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）１０を通る断面を拡大スケールで概略的に示し、へこみ１４、螺旋１２および筋１０の粗面も表示している。粗面は、平行繊維１７、および隣接する繊維１７の間の細長い、小さなへこみにより確立されることを理解されたい。
【００８１】
通常、亀裂制御製品を添加する範囲は２％未満であるが、本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の添加量の範囲は、０．５％乃至１０％の範囲である。試験により、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強コンクリートを、上記で特定された添加範囲内でＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）を使用すると、コンクリートの混合に支障をきたさないことが示された。コンクリート中ににじみ、丸まりまたは分離が認められなかった。これは、いかなる支障もなく、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）をコンクリート中に容易に混合することが可能であること実証している。試験は、通常追加の予防策なしで、このようなコンクリート
が取り扱われ、設置され、固められ、仕上げられたことを証明している。したがって、このことは、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の密度により、良好な作業性が達成され得ることを実証している。
【００８２】
コンクリートへの改善を認証および検証するために試験を実施した。試験により、本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強したコンクリートで補強したシリンダーのＡＳＴＭ  Ｃ３９ＡＳＴＭ  Ｃ３９による圧縮強度は延性破壊を示し、シリンダーは破壊後も依然として原形を保つが、通常の補強していないシリンダーは脆性破壊のために粉々になることが示された。
【００８３】
図６は、様々な繊維用量（体積％）に関して、ＭＰａで測定した、ドライミックスコンクリートの曲げ引っ張り強さを示すグラフを示している。グラフは、ドライミックス中の２つのジェネレーションの繊維の試験を示している。２つのジェネレーションの繊維間の主な差は、繊維直径および螺旋のピッチ長である。第１のジェネレーションでは、体積による繊維用量は一定、すなわち１．８９体積％であるのに対して、Ｇｅｎ．２では繊維用量はそれぞれ０．７５および１．５であった。次いで、示されているように、材料の効率的な使用および玄武岩の高い引っ張り強さのため、繊維用量を低減させたのにもかかわらず、両方のＧｅｎ２に関する残留強度は、Ｇｅｎ１に関する相当する結果よりも高かった。
【００８４】
図７は、様々な繊維用量（体積％）を使用したドライミックスコンクリートに対して、ＭＰａで測定した平均残留強度を示している。低い平均残留強度は、所与の亀裂面全体にわたってＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）がより少ない結果である。
【００８５】
図８は、２から１０体積％まで変動する異なる繊維用量（体積％）に関する、２０ｍｍの最大骨材サイズを有する通常のコンクリートの、ＭＰａで測定された曲げ引っ張り強さ、および増加する体積パーセンテージの増加に対する、程度の差があるが直線的な曲げ引っ張り強さの増加を示している。
【００８６】
図９は、０．５から１０．０まで変動する異なる繊維用量（体積％）に関する、２０ｍｍの最大サイズ骨材を有する高強度コンクリートの曲げ引っ張り強さを示しており、１０体積％の用量を使用した場合、１７．０４ＭＰａの曲げ強度が達成されている。同様に、図１０は、２０ｍｍの最大サイズ骨材を有する、コンクリートの平均残留強度を示しており、１０．０体積％の繊維用量を使用した場合、１５．２４の平均残留強度が得られている。
【００８７】
表１、表２および表３には試験の結果を示す。表１は、ジェネレーション１および２のドライミックスコンクリートの試験結果を開示する。
【００８８】
【表１】
2014502319.tif 000003
表２は、用量％を変数とする、最大２０ｍｍの骨材を有する通常のコンクリートの試験結果を示す。
【００８９】
【表２】
2014502319.tif 000004
表３は、３つの異なる繊維用量％に関する、最大２０ｍｍの骨材を有する高強度コンクリートの試験結果を示す。
【００９０】
【表３】
2014502319.tif 000005
曲げ引っ張り強さ（破壊係数）は、本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）に関して、体積パーセンテージ０．７５％から１０％以下で、ＡＳＴＭＣ７８−０７に従い試験し、曲げ引っ張り強さの結果は、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）ゼロの結果である５．２ＭＰａを上回って、使用した体積分率に応じて６ＭＰａから１７．０５ＭＰａまで増加している。
【００９１】
平均残留強度は、使用したＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の体積分率に応じて、通常の補強していないコンクリートのゼロから５．８乃至１５．２４ＭＰａ（４７４ｐｓｉ乃至１，３５５ｐｓｉ）まで増加した。これらの値は、同様の圧縮強度の無筋コンクリートに関して予想される値よりも著しく大きい。曲げ引っ張り強さ（ｆｒ）、体積によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）用量（Ｖｆ）、および（ｆ’ｃ）の間の以下の相互関係は、標準シリンダー試験を使用することによって求めたコンクリートの圧縮強度である（すべての単位はＭＰａ単位）：
【００９２】
【数１】
2014502319.tif 000006
本発明によるＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強コンクリートに関して得られた平均残留強度（ＡＲＳ）は、予想よりはるかに高かったが、これは、現在の試験プログラムにおいて、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標が）がコンクリートの亀裂発生後の性能に著しく役立っていることを示唆している。
【００９３】
平均残留強度ＡＲＳ＝１．９５Ｖｆ、（式中、Ｖｆは、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）用量（体積パーセント）であり、ｆ’ｆはコンクリート圧縮強度）である。
ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）と、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）が埋め込まれたコンクリートとの間の結合を改善するために、ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）の表面に、ランダムに配置された微粒子材料、例えば砂などを備えることができる。ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）は、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）全体にわたり軸方向に伸びる縦方向の開口を備えることによって、管状ＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）が結合領域を確実に増加させることができることも理解されたい。ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）は、使用された従来のスチールまたはプラスチック材料繊維より厚く、コンクリート収縮によるより大きな直径に対するより高い圧縮力を受けるのに適していることも理解されたい。
【００９４】
スチールの比重ρは約８ｇ／ｃｍ３であるが、コンクリートの比重ρは約２．３である
。ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）補強の比重は、１．９の範囲内である。その結果、バサルト繊維の比重がコンクリートに使用される骨材とほぼ一致することから、キャスティング中またはコンクリート打ちを行っている間に、ＭｉｎｉＢａｒ（登録商標）は沈むこともなく、またはコンクリートミックスの表面に向かって浮くこともない。
【００９５】
本発明によるＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）を製造ための方法は、以下の工程を含む：
−いくつかの連続したバサルト繊維を、平行して束ね、ビニルエステルのマトリクス内に埋め込む。この段階で繊維束を前方に引き、引っ張り張力を加え、直線状の物体を形成するが、マトリクスは依然として未硬化および軟質のままである。繊維をリールから湿潤室に送る。
【００９６】
−束およびマトリクスは依然として相対的に軟質であるが、１本または複数本の別個の糸を、直線状のマトリクス埋め込み束の周りに螺旋状に捲回し、該１本または複数本の別個の糸に、マトリクス状に並んだ繊維束を前方に引くことにより生じる張力よりもより高い張力を加える。該より高い張力により、該１本または複数本の別個の糸は、マトリクス埋め込み繊維束の表面に螺旋状に伸びるへこみを形成することになる。
【００９７】
−その後すぐにマトリクス埋め込み束および該１本または複数本の螺旋状に捲回した、ほぼ埋め込まれた糸を硬化ステージに入れ、ここで、その螺旋状の糸（複数可）を有する繊維束を硬化し、固める。
【００９８】
繊維束を前方に引く張力と比較して、該１本または複数本の糸の中に該より高い張力があることから、繊維束の直線状の形状もまた影響を受け、硬化ステージ前および硬化ステージ中にほぼ螺旋状の全体の形状を得る。
【００９９】
−次いでこの細長い繊維束を、上記で特定された、必要とされる長さを有する単位に切り刻み、使用するのに適切な袋に詰める。
繊維束、したがってＭｉｎｉＢａｒｓ（登録商標）に与えられるピッチは、捲回中の該１本または複数本の細目の糸の張力と、捲回工程中に繊維束を前方に引くために加えられる張力との間の張力の差に依存することを理解されたい。繊維束の張力と比較して、該１本または複数本の細目の糸の張力が高いほど、ピッチは短く、螺旋状のへこみはより深くなる。
【図１】
2014502319.tif 000007
【図２】
2014502319.tif 000008
【図３】
2014502319.tif 000009
【図４】
2014502319.tif 000010
【図５】
2014502319.tif 000011
【図６】
2014502319.tif 000012
【図７】
2014502319.tif 000013
【図８】
2014502319.tif 000014
【図９】
2014502319.tif 000015
【図１０】
2014502319.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月21日(2012.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０ｍｍ乃至 ２００ｍｍの範囲の平均長および０．３ｍｍ乃至 ３ｍｍの範囲の平均直径を有し、円柱状の断面を有する、バサルト繊維、炭素繊維またはガラス繊維で作製され、硬化したマトリクス内に埋め込まれた、少なくとも１つの繊維束でそれぞれ（１０）が作製され、いくつかの連続した平行した直線状の繊維（１７）からなるコンクリート構造体のための補強筋（１０）であって、弾性または非弾性ではあるがピンと張った材料の１本または複数本の糸（１２）が、該マトリクスの硬化前に、該少なくとも１本の平行した直線状の繊維束（１７）の周りに螺旋状に捲回され、硬化中は該繊維（１７）が平行状態に維持され、該マトリクス埋め込み繊維束（複数可）の表面上を縦方向に向かって、縦方向に配置された螺旋状のへこみを有する不均一な外部表面を生成し、
ａ）該繊維（１７）が、張力が加えられ、該筋（１０）の中心線（ｃｌ−ｃｌ）と、該繊維（１７）の縦方向の間の２度乃至５度の角度βでよじられ、その一方で、該筋（１０）の中心線（ｃｌ−ｃｌ）と、該螺旋の投射角との間の角度αは４度乃至８度の間の範囲であり、
ｂ）該筋（１０）が、該コンクリートとの結合に寄与する粗面形状および／または組織を備える
ことを特徴とするコンクリート構造体のための補強筋。
【請求項２】
前記螺旋のピッチ長が、１０乃至２２ｍｍの範囲であり、好ましくは１７ｍｍである請求項１に記載の補強筋。
【請求項３】
前記２本以上の糸（１２）が、前記マトリクス埋め込み繊維筋（１０）の周りに反対方向に螺旋状に捲回される請求項１または２に記載の補強筋。
【請求項４】
前記螺旋のピッチ長が、１０ｍｍ乃至２２ｍｍの範囲であり、好ましくはコンクリートのグレードおよび骨材のサイズに適合するように約１７ｍｍである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補強筋。
【請求項５】
各筋（１０）が、バサルト繊維、炭素またはガラス繊維で作製された、マトリクス内に
埋め込まれ、硬化される、多数の連続した平行繊維（１７）からなり、該筋（１０）が２０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲の長さ、および０．３ｍｍ乃至 ｍｍの範囲の直径を有し、
該筋（１０）が、該硬化工程前または該硬化工程中に、該少なくとも１束の平行した繊維（１７）の周りに１本または複数本の弾性材料の糸（１２）を螺旋状に捲回することによって得られた螺旋を備えた少なくとも１本の繊維束で作製され、該繊維もまた直線状である請求項１乃至３のいずれか１項記載の補強筋（１０）を製造するための方法において、
該平行繊維（１７）には張力が与えられ、該筋（１０）の中心線（ｃｌ−ｃｌ）と該繊維（１７）の縦方向の間の角度βでよじられ、該角度が約２乃至 ５度であるように選択
され、その一方で該螺旋（１２）が、該筋（１０）の中心線（ｃｌ−ｃｌ）と、該螺旋の投射角との間の角度αが４度乃至８度の間の範囲の角度でよじられ、その一方で該筋（１０）が、該コンクリートとの結合に寄与する粗面化された表面形状および／または組織を備えることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記少なくとも１本の螺旋状の糸（１２）が、前記マトリクスの硬化前に捲回され、硬化中は前記繊維（１７）が平行状態に保持され、前記補強筋（１０）の縦方向に不均一な外部表面が得られる求項５に記載の方法。
【請求項７】
２本以上の糸（１２）が反対方向に螺旋状に捲回される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
繊維が生コンクリートとランダムに混合されて、亀裂の入ったコンクリートの修復作業のため、及び該硬化したコンクリート構造体において全方向に平均残留強度および曲げ強度を得るために使用されて該コンクリート構造体の構造上の完全性を修復または改善する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の短繊維の使用。
【国際調査報告】
2014502319.tif 000017
2014502319.tif 000018