(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料を含んでなるマトリクス部に、複数の単位構造体を互いに滑り量を持って連結してなる補強材を配置し、前記補強材は、初期長さに対する全滑り量の割合である滑り率が０．０３５％以上２．５％以下である複合材料。
【請求項２】
曲げ試験に供したときに、マトリクス部に複数のひび割れが分散して発生する請求項１に記載の複合材料。
【請求項４】
前記補強材が、リングを単位構造体とするチェーンである請求項１又は２に記載の複合材料。
【請求項５】
前記リングを、チェーンの伸長方向の軸線周りにねじることにより前記滑り量を確保した請求項４に記載の複合材料。
【請求項６】
前記リングのねじれ回転角度が７．５度以上である請求項５に記載の複合材料。
【請求項７】
無機材料を含んでなるマトリクス部に、複数の単位構造体を互いに滑り量を持って連結してなる補強材を配置し、前記補強材が、凸部と凹部を有するセラミックス部材を単位構造体として、複数のセラミックス部材を凸部と凹部の嵌め合せにより互いに滑り量を持って連結してなる複合材料。
【請求項８】
前記マトリクス部が、耐火物材料又はコンクリート材料からなる請求項１、２、４、５、６又は７に記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機材料を含んでなるマトリクス部に補強材を配置した複合材料に関し、特に、建築若しくは土木用のコンクリート、又は溶融金属容器、溶融金属処理装置、セメントキルン、焼却炉等に使用される耐火物、若しくは、各種の機器、装置、構造物等に使用される部品に使われる構造用セラミックスとして用いられる複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築若しくは土木用のコンクリート、又は溶融金属容器等に使用される耐火物を強化するために、補強材として繊維強化材料を添加する技術が知られている。【０００３】
例えば非特許文献１には、繊維強化材料の添加により複数のひび割れを分散発生するマルチプルクラック特性を付与し、これにより破壊エネルギーを向上させる技術が開示されている。この非特許文献１には、ひび割れ発生時のひび割れ開口幅と架橋応力の関係が記載されており、マルチプルクラックの発生条件として、ひび割れ開口幅が大きくなるにつれて架橋応力が高くなる特性が必要とされている。【０００４】
また、不定形耐火物の耐熱スポーリング性、耐衝撃性、耐剥離性を大幅に向上させる目的で、不定形耐火物中に長さと断面積が異なる複数の金属ファイバーを添加する技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
更に、補強用短繊維を特定の断面形状にすることで、多数のクラックを伴って荷重が増大するたわみ硬化現象を発現するコンクリート系複合材料も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５７９４８号公報
【特許文献２】特開２０１０−５３０１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】コンクリート工学年次論文集，Vol.31，No.1，2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の非特許文献１には、微細なひび割れ分散を発生させるための条件を数式的な力学モデルにより説明した記載があるが、パラメータの全てを実験から直接求めることは困難であり、また、既存の材料をひび割れ分散の形態を取る材料にするための具体的な手段が記載されたものではない。【０００９】
特許文献１は本願出願人による出願であるからその内容は熟知しているが、特許文献１の記載の金属ファイバーを添加する技術では、ひび割れ分散の形態を取らない。すなわち、一般的な金属ファイバーは繊維が抜け出すとマトリクスと繊維の接触面積が低下し、それに伴い、架橋応力が低下する。架橋応力が低下すると、初期に発生したひび割れ進展を抑えることができずにひび割れの分散化は起こらないと考えられる。このため、一定以上の亀裂伸展防止効果は得られない。【００１０】
また、特許文献２には、有機樹脂性補強用短繊維を使用したひび割れ分散の形態を取る繊維補強コンクリート複合材料について記載がある。有機樹脂性補強用短繊維はひび割れ分散性向上効果が高く、その効果によりたわみ硬化特性を示していると考えられる。しかし、有機樹脂性補強用短繊維は１５０℃程度で溶けてしまうため、溶融金属容器等に使用される耐火物や、１５０℃を超える温度で使用される構造用セラミックスでは効果が期待できない。また、トンネル火災やビル火災においてはコンクリートにも高温下での高い破壊靭性が求められるが、このような場合においても高い効果は期待できない。【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、高温下においても高いひび割れ分散性と亀裂進展防止効果を持つ複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、無機材料を含んでなるマトリクス部に、複数の単位構造体を互いに滑り量を持って連結してなる補強材を配置した複合材料が提供される。【００１３】
ここで「滑り量」は、次のように定義される。すなわち、本発明の補強材の単位構造体は、荷重を受けると初期は互いに滑ることで低い荷重レベルで容易に変位するが、一定量変位した後に急激に荷重を伝達する。このときの変位量が「滑り量」である。そして、本発明では、補強材の初期長さに対する単位構造体の滑り量の合計（全滑り量）の割合（（全滑り量／初期長さ）×１００）を「滑り率」と定義する。なお、補強材の初期長さ及び滑り量（全滑り量）は３次元の道のりで評価する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の複合材料においては、補強材を構成する単位構造体が、互いに滑り量を持って連結されているので、滑り量の限界位置に達したときの補強材の剛性が滑り量の限界位置に達する前の剛性よりも高くなる。このため、マトリクス部のひび割れが分散し、単一の亀裂が伸展することを防ぐことができる。具体的には、マトリクス部に初期亀裂が発生した場合、マトリクス部の亀裂変形により単位構造体が滑り量の限界位置まで達し、補強材の剛性が高くなる。補強材の剛性が高くなると、初期亀裂が入った箇所と異なる部分に亀裂が入る。すなわち、ひび割れが分散形態を取る。これにより、亀裂の伸展を防ぐことができる。そして、本発明において単位構造体それ自体はたわみ硬化特性（ひずみ硬化特性）を有する必要がないので、金属やセラミックスで形成することができ、高温下においても高いひび割れ分散性と亀裂進展防止効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の複合材料のひび割れ分散性を表す概念図である。
【図２】本発明の複合材料のひび割れ分散性による効果を検証したＦＥＭ解析のモデルを示す。
【図３】図２のモデルに使用した非線形バネの荷重伝達特性例を示す。
【図４】図２のモデルによる曲げ試験のＦＥＭ解析によって得られた荷重−変位曲線の例を示す。
【図５】上記ＦＥＭ解析によって得られた破壊エネルギー指数と滑り率との関係を示す。
【図６】チェーンのねじり量（リングのねじれ回転角度）を表す説明図である。
【図７】チェーンのねじり量（リングのねじれ回転角度）と滑り率との関係を調査するための数値解析のモデルを示す。
【図８】同上。
【図９】上記数値解析の結果（各モデルの荷重−変位曲線）を示す。
【図１０】上記数値解析の結果（リングのねじれ回転角度とチェーンの滑り率との関係）を示す。
【図１１】本発明の複合材料の、溶融金属容器への適用形態を示す。
【図１２】本発明の複合材料の、ランス等の棒状部材への適用形態を示す。
【図１３】本発明の複合材料の、コンクリート構造物への適用形態を示す。
【図１４】本発明の複合材料に使用する補強材の他の形態を示す。
【図１５】図１４の補強材を構成する単位構造体を示す。
【図１６】図１４の補強材をブロック状耐火物に適用した例を示す。
【図１７】各例の複合材料を曲げ試験に供したときの、ひび割れの形態をデジタル画像相関法によって検出した結果の例を示す。
【図１８】上記曲げ試験により得られた荷重−変位曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず図１を参照して、本発明の複合材料に特有のひび割れ分散性について説明する。
【００１７】
図１（ａ）は複合材料の初期状態を示す。無機材料を含んでなるマトリクス部１に、複数の単位構造体２ａを互いに滑り量を持って連結してなる補強材２が配置されている。
【００１８】
この初期状態から図１において左端を固定して右向きに引張応力を印加すると、図１（ｂ）に示すようにマトリクス部１の弱い部分に亀裂（初期亀裂）が発生する。その後、補強材２は単位構造体２ａが滑り量の限界位置まで達するまでは低い荷重レベルで容易に変位する。このとき微小な亀裂の開きが生じる（図１（ｃ）の状態）。
【００１９】
単位構造体２ａが滑り量の限界位置まで達すると、補強材２の剛性が高くなって荷重伝達能が回復し、マトリクス部１に掛かる引張応力が再度上昇する。更に引張応力を印加するとマトリクス部１の弱い部分に２本目の亀裂が発生する（図１（ｄ）の状態）。その後、２本目の亀裂部分においても図１（ｃ）と同様のメカニズムで微小な亀裂の開きが生じる（図１（ｅ）の状態）。続いて、図１（ｄ）と同様のメカニズムでマトリクス部１の弱い部分に３本目の亀裂が発生する（図１（ｆ）の状態）。それ以降も亀裂発生と荷重伝達能の回復を繰り返す結果、亀裂が分散した状態となる（図１（ｇ）の状態）。
【００２０】
なお、図１は、本発明の複合材料のひび割れ分散性をわかりやすく説明するための概念図であり、本発明はこの概念図に限定されるものではない。すなわち、図１の補強材２では複数の単位構造体２ａを互いに同じ滑り量を持って連結したが、各連結部の滑り量は異なっていても良い。また、単位構造体も全て同一の形状である必要はない。例えば図１において、いずれかの連結部での滑り量が実質的に０であった場合、当該連結部で連結された単位構造体２ａは合体して一つの単位構造体を構成すると見なすことができ、隣接する単位構造体２ａとの連結部に滑り量が確保されていれば、本発明の範囲内である。
【００２１】
次に、本発明の複合材料のひび割れ分散性による効果を検証したＦＥＭ解析例について説明する。
【００２２】
まず、本ＦＥＭ解析のモデルについて図２を参照して説明する。本ＦＥＭ解析においては、図２（ａ）に示すように補強材として単位構造体としてのリングを互いに滑り量を持って連結したチェーン（リンクチェーン）をマトリクス部に配置した複合材料を想定し、そして図２（ｂ）に示すようにリングを棒状の部材、リングどうしの連結部を非線形バネで置き換えて、曲げ試験片のＦＥＭモデルとした。図３は、非線形バネの荷重伝達特性例を示す。この非線形バネは、棒状部材とバネを加算した長さに対する変位量変化割合が０．３６％で荷重を伝達する。すなわち図３の非線形バネによる補強材の滑り率は０．３６％である。なお、マトリクス材料にはクラック発生応力、ソフトニング係数、せん断保持率により定義される破壊モデルを適用した。せん断保持率は破壊の進行とともに剛性が低下するようにひずみ量依存性を考慮したが、そのパラメータは材料試験で直接求めることが困難であるため、いくつかの滑り率で実施した曲げ試験について、破壊形態及び荷重−変位曲線の特徴を表現できるように予め調整した。
【００２３】
図４は、図２（ｂ）のモデルによる曲げ試験のＦＥＭ解析によって得られた荷重−変位曲線の例を示す。図中○印は非線形バネによる補強材の滑り率を０．７％とした本発明例、▲印は非線形バネによる補強材の滑り率を０％とした比較例である。荷重−変位曲線の面積が破壊エネルギーに相当するが、本発明例では比較例に比べ破壊エネルギーが増大した。
【００２４】
図５は、上記ＦＥＭ解析によって得られた破壊エネルギーと補強材の滑り率との関係を示す。同図の縦軸は、滑り率が０％の上記比較例の破壊エネルギーを１として指数化した破壊エネルギー指数である。同図に表れているように、滑り率が０．０３５％以上２．５％以下の範囲で破壊エネルギーの顕著な増大が見られた。これより、本発明において補強材の滑り率の好ましい範囲は、０．０３５％以上２．５％以下であるということができる。
【００２５】
ここで、補強材がリングを単位構造体とするチェーンである場合、チェーンはねじることで滑り量を確保することができ、また、そのねじり量（リングのねじれ回転角度）の調整により滑り量（滑り率）を調整することができる。そこで、チェーンのねじり量（リングのねじれ回転角度）と滑り率との関係を数値解析により調査した。
【００２６】
まず、チェーンのねじり量、すなわちリングのねじれ回転角度を定義しておく。図６（ａ）はチェーンの初期状態を示す。この初期状態、つまりリングのねじれ回転角度が０度の位置は、チェーンの一端をチェーンの伸長方向が鉛直方向になるような向きで固定し、固定したリング以外のリングに外力を与えない状態で重力により伸ばした状態で決まる。そしてこの状態で、固定したリング以外のリングに、チェーンの伸長方向と垂直な面内の回転方向（伸長方向の軸線周り）の力又は強制変位を与えると、図６（ｂ）に示すようにリングは回転する。このときのリング１個あたりの回転角度θをリングのねじれ回転角度と定義する。
【００２７】
図７は、本数値解析のモデルを示す。単位構造体としての寸法形状は同図に示すとおりで、これをリンクチェーンとして連結したのが基本となるモデル１である。すなわちモデル１のリングのねじれ回転角度は０度である。そしてモデル２から５は、リングをチェーンの伸長方向の軸線周りにねじることで、ねじれ回転角度を変えたものである。すなわち各モデルのねじれ回転角度は、モデル２が５度、モデル３が７．５度、モデル４が１０度、モデル５が１８．８度である。
【００２８】
数値解析では、図８に示すように各モデルをｘ方向に配置し、端部のチェーンリングのｙ，ｚ方向の変位は拘束するという条件下でｘ方向に引張応力を印加した。ｙ，ｚ方向の変位を拘束した理由は、実際の複合材料のマトリクス部内でも補強材（チェーン）は、周囲のマトリクス材料によってその伸長方向の軸線周りの回転（変位）が拘束されるからである。
【００２９】
数値解析の結果を図９及び図１０に示す。図９は各モデルの荷重−変位曲線を示し、図１０は各モデルの数値解析結果から得られた、リングのねじれ回転角度とチェーンの滑り率との関係を示す。なお、図９において荷重が急激に立ち上がるときの変位量が「全滑り量」である。
【００３０】
図１０に表れているように、ねじれ回転角度を７．５度以上にすることで、先に図５で特定した滑り率の好ましい下限値（０．０３５％）以上の滑り率を確保することができる。
【００３１】
以上説明した本発明の複合材料は、建築若しくは土木用のコンクリート、又は溶融金属容器、溶融金属処理装置、セメントキルン、焼却炉等に使用される耐火物、若しくは、各種の機器、装置、構造物などに使用される部品に使われる構造用セラミックスとして好適に適用される。以下、その適用形態を例示する。
【００３２】
図１１は溶融金属容器への適用形態を示し、（ａ）及び（ｂ）は内壁への適用形態、（ｃ）は外壁への適用形態である。内壁及び外壁ともにマトリクス部１は耐火物材料からなり、補強材としてはチェーン２を配置している。
【００３３】
内壁においてはその鉄皮３から等間隔で複数のアイボルト４が突き出しており、図１１（ａ）ではチェーン２の両端を両端のアイボルト４の頭部に溶接固定し、チェーン２の途中はアイボルト４の頭部の輪に通している。そして、チェーン２の全長において滑り率を持たせている。一方、図１１（ｂ）では、チェーン２の途中も各アイボルト４の頭部に溶接固定している。この場合、各アイボルト４間において、チェーン２に滑り率を持たせることが好ましい。
【００３４】
図１１（ｃ）に示す外壁においてはその鉄皮３から等間隔で複数のＹスタッド５が突き出しており、チェーン２の両端を両端のＹスタッド５の頭部に溶接固定し、チェーン２の途中はＹスタッド５の頭部（分岐部）に載せている。そして、チェーン２の全長において滑り率を持たせている。
【００３５】
図１２はランス等の棒状部材への適用形態を示す。ランスにおいてもマトリクス部１は耐火物材料からなり、図１２（ａ）に示すように芯金６から複数のＹスタッド７が突き出している。図１２（ｂ）から（ｇ）が実際の適用形態であり、図１２（ｂ）では補強材としてチェーン２をＹスタッド７の頭部（分岐部）に載せるようにして螺旋状に配置し、その両端を上下のＹスタッド７の頭部に溶接固定している。そして、チェーン２の全長において滑り率を持たせている。図１２（ｃ）ではチェーン２の途中も複数箇所でＹスタッド７の頭部に溶接固定している。この場合、各溶接箇所間において、チェーン２に滑り率を持たせることが好ましい。
【００３６】
図１２（ｄ）ではチェーン２を上下方向に配置しており、図１２（ｅ）では図１２（ｂ）の螺旋状配置と図１２（ｄ）の上下方向配置とを組み合わせている。また、図１２（ｆ）に示すように複数本のチェーン２を螺旋状に配置しても良いし、図１２（ｇ）に示すように、重要部にのみチェーン２を円環状に配置しても良い。
【００３７】
上記図１２（ｂ）から（ｇ）のいずれの形態においても、チェーン２は滑り率を持たせて配置する。なお、チェーン２の周方向の配置の形態は、図１２（ｈ）及び図１２（ｉ）に示すように芯金６の周方向におけるＹスタッド７の粗密の程度に合せて適宜調整すれば良い。
【００３８】
図１３は、コンクリート構造物への適用形態を示す。コンクリート構造物においてマトリクス部１はコンクリート材料からなり、図１３（ａ）に示すようにマトリクス部１には鉄筋８が配置されている。図１３（ｂ）が実際の適用形態であり、ここでは鉄筋８に支持部材９を取り付け、この支持部材９に補強材としてチェーン２の両端を固定することで、複数本のチェーン２をマトリクス部１に配置している。このとき、各チェーン２は滑り率を持たせて配置する。
【００３９】
次に、本発明の複合材料に使用する補強材の他の形態を説明する。
【００４０】
図１４は補強材の他の形態を示す。また、図１５は図１４の補強材を構成する単位構造体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【００４１】
図１４の補強材２０は、図１５のセラミックス部材２１を単位構造体として、これを複数連結して構成されている。単位構造体であるセラミックス部材２１は、例えばアルミナ製で、高さと幅が約２５ｍｍ、厚さが約１０ｍｍのブロック状である。このセラミックス部材２１は、上面に凸部２１ａ、下面に凹部２１ｂを２個ずつ有する。それぞれの凸部２１ａと凹部２１ｂは上下方向に整合する位置に設けられ、その中心には貫通孔２１ｃが連通している。そして、複数のセラミックス部材２１を千鳥状に配置し、隣接する各セラミックス部材２１の凸部２１ａと凹部２１ｂの嵌め合せにより、図１４に示すような面状の補強材２０が得られる。なお、図１４の例では、連結した各セラミックス部材２１の貫通孔２１ｃに金属線（例えばステンレス鋼の線材）２２を挿通させることで、各セラミックス部材２１が外れないように連結している。すなわち、金属線２２は、複合材料作製過程において各セラミックス部材２１が外れないように仮止めするためのものであり、複合材料が使用されるときの荷重伝達が目的ではない。このため、金属線２２として、過度に太いものを使用する必要はないし、高温下で強度が低下する素材でも複合材料の機能に問題は生じない。
【００４２】
図１４の補強材２０は、例えば流し込み施工する型枠の中に配置され、その状態で流動性のあるマトリクス材料を流し込み、その後マトリクス材料が固化することで複合材料が作られる。
【００４３】
この図１４の補強材２０において、各セラミックス部材２１の凸部２１ａと凹部２１ｂとの嵌め合せ部分には、横方向（図１４の左右方向）にある程度（例えば１ｍｍ程度）の遊び（隙間）がある。すなわち、各セラミックス部材２１は、横方向に互いに滑り量を持って連結されている。したがって、この補強材２０をマトリクス部に配置し図１４の左右方向に引張応力を印加すると、図１と同様のメカニズムにより、高いひび割れ分散性が得られる。なお、ここに示した１ｍｍ程度の遊び量は、亀裂の進展を考えると大きすぎるが、複合材料に配置された状態では、この隙間の多くはマトリクス材料によって満たされているため、実際にはわずかな遊び量のみが有効に機能する。このため、実際には亀裂幅が過度に開くことなく次の亀裂が発生する。
【００４４】
図１６は、図１４の補強材２０をブロック状耐火物に適用した例を示す。同図（ａ）は、補強材２０をブロック状耐火物３０の加熱面３１に平行に配置した例、（ｂ）は、補強材２０をブロック状耐火物３０の加熱面３１に垂直に複数配置した例である。
【００４５】
これらのブロック状耐火物３０は、型枠の所定位置に補強材２０を配置し、耐火物材料を流し込むことで作製できる。このとき、補強材２０を構成する各セラミックス部材２１の凸部２１ａと凹部２１ｂとの嵌め合せ部分の周辺にも、マトリクス部を構成する耐火材料が浸入するが、この複合材料（ブロック状耐火物３０）に力が加わると上記嵌め合せ部分の周辺のマトリクス部に微小な損傷が生じることによって、上述の「滑り量」は確保される。
【００４６】
このように、複数のセラミックス部材２１を凸部２１ａと凹部２１ｂの嵌め合せにより互いに滑り量を持って連結してなる補強材２０をマトリクス部に配置することで、高いひび割れ分散性が得られる。例えば、図１６（ａ）のように補強材２０をブロック状耐火物３０の加熱面３１に平行に配置した場合、特に加熱面３１に垂直なひび割れ（亀裂）を分散させることができる。また、図１６（ｂ）のように補強材２０をブロック状耐火物３０の加熱面３１に垂直に複数配置した場合、特に加熱面３１に平行なひび割れ（亀裂）を分散させることができる。更に、図１６（ａ）と図１６（ｂ）の配置の形態を組み合わせれば、加熱面３１に垂直なひび割れ（亀裂）と平行なひび割れ（亀裂）の両方を分散させることができる。
【００４７】
また、補強材２０を構成する単位構造体はセラミックス部材であり、これはマトリクス部を構成する耐火材料と熱膨張率が同レベルで馴染みも良いので、単位構造体を金属部材とする場合に比べ、使用時の熱膨張差が小さくなって過剰なひび割れ（亀裂）の発生を抑制できる。
【００４８】
ただし、セラミックス部材は金属部材に比べ加工性に劣るので、セラミックス部材によって図７に示すようなチェーンを形成することは困難である。したがって、セラミックス部材を単位構造体とする場合、図１４及び図１５で説明したとおり、セラミックス部材２１の凸部２１ａと凹部２１ｂの嵌め合せにより連結する方式を採用することが現実的である。
【００４９】
なお、セラミックス部材の形状や大きさは図１５の例に限定されるものではない。要するに、凸部と凹部の嵌め合せにより互いに滑り量を持って連結できるものであれば良い。
【００５０】
以上、本発明の複合材料の適用形態を図示したが、本発明の適用形態が図示のものに限定されないことは言うまでもない。また、補強材の配置の形態についても図示ものには限定されず、要するにマトリクス部中で滑り率を持たせて配置すれば良い。
【００５１】
ここで、単位構造体（例えばリング）を連結してなる補強材（例えばチェーン）に滑り率を持たせることは、複数の単位構造体を互いに滑り量を持って連結することと同義である。そして滑り量（滑り率）を確保するには、連結材がチェーンの場合、上述のねじり（ねじれ回転角度）を利用するのが最も簡便である。ただしこれには限定されず、例えば、上述の凸部と凹部の嵌め合せのほか、単位構造体に滑り量を確保したうえで補強材を仮固定し、マトリクス中で上記仮固定が解除されるようにすることもできる、上記仮固定には、樹脂やセラミックスのボンドを使用することができる。また、低融点の樹脂によって単位構造体の連結部をコーティングしておき、製造時あるいは使用時の受熱で消失させて滑り量を確保してもよい。その他、種々の方法で滑り量（滑り率）を確保することができることは、当業者に自明である。
【実施例】
【００５２】
＜実施例Ａ＞
表１に示す各例の複合材料を曲げ試験に供し、ひび割れの形態を観察するとともに破壊エネルギーを求めた。【００５３】
【表１】
0006524065.tif 000002
【００５４】
各例の複合材料のマトリクス部及び補強材の構成は、表１に示すとおりである。ここで、表１中、実施例１のチェーン形態の「収縮」とは、チェーンを収縮させた状態（チェーンを構成するリングを互いに滑り量を持って連結した状態）でエポキシ樹脂により仮固定することで、チェーンに滑り率を持たせたことを意味する。この実施例１のチェーンの滑り率は０．６％程度である。また、実施例２のチェーン形態の「ねじり」とは上述したねじりにより、チェーンに滑り率を持たせたことを意味する。この実施例２のチェーンのねじれ回転角度は２６度程度であり、シミュレーション（図１０参照）から推定した滑り率は０．４７％を超えている。一方、比較例１のチェーン形態の「ストレート」とは、チェーンの下端に錘を付けて吊り下げた状態を意味する。この比較例１のチェーンの滑り率は実質０％と判断される。これは、先に説明した図２（ｂ）のモデルにて滑り率０．０３５％で実施したシミュレーションで見られるようなひび割れの分散が見られず、滑り率０％で実施したシミュレーションと同様に比較的小さいたわみ量でせん断ひび割れが局所化して荷重伝達できなくなることから、判断される。なお、比較例２は、補強材として従来一般的なＳＵＳファイバーのみを使用したもので、滑り率という概念は存在しない。【００５５】
実施例１、２及び比較例１では、それぞれのチェーンを２本ずつ型枠内に配置し、その型枠内にマトリクス部となる耐火材料を添加水分とともに流し込み、硬化、養生後、１１０℃で２４時間乾燥して複合材料を得た。なお、実施例１、２及び比較例１においてＳＵＳファイバーは、流し込みの際に添加水分とともにマトリクス部となる耐火材料に練り混ぜた。比較例２では、ＳＵＳファイバーを添加水分とともにマトリクス部となる耐火材料に練り混ぜ、硬化、養生後、１１０℃で２４時間乾燥して複合材料を得た。【００５６】
各例の複合材料を曲げ試験に供した結果は表１のとおりである。また、図１７には、チェーンを補強材とした実施例１、２及び比較例１のひび割れの形態をデジタル画像相関法によって検出した結果を示す。同図の（ａ）が実施例１、（ｂ）が実施例２、（ｃ）が比較例１である。なお、図１７は、たわみ量７ｍｍ時点の様子を示している。【００５７】
更に、図１８には各例の荷重−変位曲線を示す。同図の（ａ）が実施例１、（ｂ）が実施例２、（ｃ）が比較例１、（ｄ）が比較例２である。それぞれｎ＝２で評価し、ｎ＝２の荷重−変位曲線より破壊エネルギーを求めた。これを表１では比較例２の破壊エネルギーを１００として指数化した破壊エネルギー指数で示した。【００５８】
曲げ試験の結果について説明すると、ひび割れの形態については、実施例１、２はたわみ量６ｍｍまで分散状態であり、高いひび割れ分散性が確認された。一方、比較例１ではたわみ量３ｍｍでひび割れが局所化し、十分なひび割れ分散性は得られなかった。また、比較例２では単一のひび割れが発生し、ひび割れ分散性は得られなかった。また、破壊エネルギーについては、実施例１、２が格段に優れていた。【００５９】
なお、表１における総合評価は、ひび割れの形態に基づいて判定した。ひび割れの形態が分散状態である場合、亀裂の伸展を防ぐ効果を奏するので総合評価は○とした。また、ひび割れの形態が単一であった場合や、低いたわみ量でひび割れが局所化してしまった場合は、亀裂の伸展を防ぐ効果を奏しないので総合評価は×とした。【００６０】
＜実施例Ｂ＞
表２に示す各例の複合材料を曲げ試験に供し、ひび割れの形態を観察するとともに破壊エネルギーを求めた。【００６１】
【表２】
0006524065.tif 000003
【００６２】
各例の複合材料のマトリクス部及び補強材の構成は、表２に示すとおりである。ここで、補強材のうち、ボールチェーン、マンテルチェーン及びシングルジャックチェーンについては、長さ６０ｍｍにカットして使用した。これらのチェーンの滑り率の定量化は困難であるが、滑り率が確保されていることを確認している。ワイヤーロープについては、長さ３０ｍｍにカットして使用した。このワイヤーロープ及びＳＵＳファイバーの滑り率は実質０％である。【００６３】
各例において所定量の補強材を添加水分とともにマトリクス部となる材料に練り混ぜ、硬化、養生後、１１０℃で２４時間乾燥して複合材料を得た。【００６４】
各例の複合材料を曲げ試験に供した結果は表２のとおりである。ここで、表２における破壊エネルギー指数は、比較例５の破壊エネルギーを１００として指数化したものである。【００６５】
表２に示すとおり、各種チェーンを補強材とした実施例３〜８ではいずれも高いひび割れ分散性が確認され、破壊エネルギーも十分であった。なお、実施例３〜５、実施例６、７、８ではマトリクス部の構成を変えたが、マトリクス部の構成に関わりなく、本発明の効果が得られた。すなわち、実施例３〜５のマトリクス部はアルミナ−マグネシウム系の耐火物材料からなり、実施例６のマトリクス部はアルミナ系の耐火物材料からなり、実施例７のマトリクス部は粒径５−１ｍｍの骨材を含み、実施例８、９のマトリクス部はポルトランドセメント系コンクリート材料からなるが、いずれも本発明の効果が得られた。【００６６】
一方、比較例３〜５では単一のひび割れが発生し、ひび割れ分散性は得られなかった。【００６７】
なお、表２における総合評価は、表１と同様にひび割れの形態に基づいて判定した。ひび割れの形態が分散状態である場合、総合評価は○とした。また、ひび割れの形態が単一であった場合、総合評価は×とした。【００６８】
本発明に係る複合材料は、流し込み施工又は吹き付け施工に用いられる不定形耐火物材料に特に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１  マトリクス部
２  補強材（チェーン）
２ａ  単位構造体（リング）
３  鉄皮
４  アイボルト
５  Ｙスタッド
６  芯金
７  Ｙスタッド
８  鉄筋
９  支持部材
２０  補強材
２１  セラミックス部材（単位構造体）
２１ａ  凸部
２１ｂ  凹部
２１ｃ  貫通孔
３０  ブロック状耐火物
３１  加熱面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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