(57)【要約】【課題】本発明は、混練時にコンクリートマトリックス内での分散度、配向度が良好で、且つコンクリートの機械的特性を向上することが可能な補強用材料を混入した補強コンクリートを提供することを目的とする。【解決手段】少なくともセメント、水、骨材を含むコンクリートに、天然素材、特に竹材から成る補強用材料が混入されて成ることを特徴とする補強コンクリートである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートに天然素材から成る補強用材料が混入されて成ることを特徴とする補強コンクリート。
【請求項２】
前記天然素材が竹材であることを特徴とする請求項１に記載の補強コンクリート。
【請求項３】
前記竹材の輪切り断面形状が四角形であって、該四角形における一辺の長さが０．５〜２．５ｍｍ、前記竹材の全長が２０〜６０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の補強コンクリート。
【請求項４】
前記竹材の混入率が１．０〜２．５容積％であることを特徴とする請求項２又は３に記載の補強コンクリート。
【請求項５】
前記竹材の表面に粗化加工を施したことを特徴とする請求項２乃至４に記載の補強コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンクリートマトリックス内での分散度及び配向度が良好な天然素材からなる補強用材料を混入した補強コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンクリートの機械的特性、特に、曲げ強度、引張強度、圧縮強度等を向上させ、ひび割れ、剥離崩壊等を防止する目的として、コンクリート中に補強用繊維を混入して補強することが行われている。コンクリート補強用繊維としては、金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維や、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維等の有機繊維等が使用されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
【０００３】
また、補強用繊維は、コンクリート中で所定方向に整列していることが好ましく、補強用繊維の配向度を向上する方法として、図５に示すように、型枠１６に繊維補強モルタル１８を打設後、未硬化状態の繊維補強モルタル１８内部に間隔を空けて整列された複数の配向棒２０を有する繊維配向治具１４を挿入し、把持部２２をガイド板２４に設けられた案内路２６に挿通して、ガイド板２４を型枠１６の上側に固定する。その後、把持部２２を把持して、繊維配向治具１４を補強用繊維２８の配向させたい方向へ移動させることにより、補強用繊維２８を繊維配向治具１４の移動方向に沿って配向させる繊維配向方法及びそれに用いる繊維配向治具１４が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５６３５３号公報
【特許文献２】
特開２００２−６８８１０号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０２２９７号公報
【特許文献４】
特開２００２−３４７０１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補強用繊維をコンクリート中に混練する際に、従来から補強用繊維のコンクリート中における分散度が問題となっている。特に、金属繊維は、混練中にファイバーボールと呼ばれる繊維の塊が発生する場合があり、混練時に段階的に補強用繊維を混入する、或いは補強用繊維を特殊形状に加工する等といった余分の労力を必要とする。また、金属繊維に特有の問題として発錆によるひび割れの発生、強度低下等があり、これらを防止するためには補強用繊維に防錆加工を施す必要もある。更に、混練した補強用繊維の配向度を向上するためには繊維配向治具を使用した繊維配向方法等を使用しなければならず、打設時においても余分の労力を必要とする。
【０００６】
そこで、本発明は、混練時にコンクリートマトリックス内での分散度、配向度が良好で、且つコンクリートの機械的特性を向上することが可能な補強用材料を混入した補強コンクリートを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、上記の問題を解決するために鋭意検討し、コンクリートの補強用材料として天然素材、特に竹材がコンクリートマトリックス内での分散度及び配向度に優れていることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明の要旨とするところは、コンクリートに天然素材から成る補強用材料が混入されて成る補強コンクリートである。
【０００９】
また、本発明の要旨とするところは、前記天然素材を竹材とした補強コンクリートである。
【００１０】
更に、本発明の要旨とするところは、前記竹材の輪切り断面形状を四角形とし、該四角形における一辺の長さを０．５〜２．５ｍｍ、前記竹材の全長を２０〜６０ｍｍとしてコンクリートに混入した補強コンクリートである。
【００１１】
また、本発明の要旨とするところは、前記竹材の混入率を１．０〜２．５容積％とした補強コンクリートである。
【００１２】
更にまた、本発明の要旨とするところは、前記竹材の表面に粗化加工を施してコンクリートに混入した補強コンクリートである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、補強用材料に竹材を適用した態様について詳しく説明するが、本発明の態様は以下に示したものに限定されない。
【００１４】
図１に本発明の補強コンクリート、図２に補強用材料として使用した竹材の斜視図を示す。補強コンクリート１は、少なくともセメント、水、骨材を含むコンクリートに補強用材料である竹材２を混入して成る。竹材２は、輪切り断面形状が四角形の棒状体に成形加工されている。輪切り断面形状を四角形とすることにより、コンクリートとの付着面をより多く確保できる点で好ましいが、例えば、円形、三角形等、種々の形状に成形加工されても良い。
【００１５】
また、竹材２における四角形断面の一辺の長さは０．５〜２．５ｍｍとするのが好ましく、より好ましくは１．０〜２．０ｍｍである。０．５ｍｍ未満では竹材２自体の強度が不足し、２．５ｍｍを超えると同一混入率での竹材２の混入量が少なくなり、補強コンクリート１の曲げ強度の低下に繋がる。
【００１６】
更に、竹材２の全長は２０〜６０ｍｍとするのが好ましく、より好ましくは２５〜５０ｍｍである。２０ｍｍ未満ではコンクリートと竹材２の付着力が低下し、十分な補強効果が得られず、６０ｍｍを超えるとフレッシュコンクリートの流動性が低下し、ワーカビリティーが悪化する。
【００１７】
更にまた、竹材２の混入率は、コンクリート全容積に対して１．０〜２．５容積％とするのが好ましく、より好ましくは１．５〜２．０容積％である。竹材２の混入率は、フレッシュコンクリートの流動性、及びコンクリート曲げ強度の観点から定められる。
【００１８】
以上、本発明に使用する竹材２の寸法、及び混入率について詳述したが、竹材２の形状は上述のものに限定されない。
【００１９】
例えば、竹材２の表面に粗化加工を施しても良い（図３参照）。粗化加工とは、竹材２の表面に、その長手方向に沿って溝４を設けたり（図３（ａ））、切欠き加工により切欠き部６を設けたり（同図（ｂ））、圧縮加工を部分的に施して凹部８を設けたりすること（同図（ｃ））を意味する。補強コンクリート１の曲げ強度及び引張強度を向上するためには、コンクリートと竹材２との付着性が重要となるが、通常、竹材２を成形加工した場合には、竹材２の表面は粗面を形成しているため、特に粗化加工を施さなくともコンクリートとの付着性を確保することは可能である。しかし、例えば、図３に示したように、竹材２の表面に粗化加工を施すことによって、竹材２とコンクリートとの付着面積は増大し、その結果、補強コンクリート１の曲げ強度及び引張強度を更に向上することが可能となる。
【００２０】
以上、竹材２の表面に施される粗化加工の態様について説明したが、粗化加工の態様は上記のものに限定されるものではない。
【００２１】
例えば、竹材２の表面に設けられる溝４の断面形状は、図３（ａ）に示したＵ字状に限定されず、Ｖ字状、角状等であっても良く、溝４が設けられる位置及び溝数についても限定されない。また、切欠き加工における切欠き部６の位置、形状等、圧縮加工における凹部の位置、形状等も特に限定されるものではない。
【００２２】
更に、上記の加工態様の中から２つ以上を組み合わせた粗化加工が竹材２に施されても良く、或いはその他の加工方法であっても良い。例えば、図３（ｄ）に示すように、竹材２の長手方向に螺旋状の溝１０が設けられても良い。また、竹材２の端部に予め切込み１２を設け（図４（ａ））、竹材２を乾燥収縮させることにより、切込み１２が設けられた端部が二股となるように加工されても良い（同図（ｂ））。これらの加工が施された竹材２は、コンクリートマトリックス内での付着性、及びひび割れ抵抗性が向上し、曲げ強度及び引張強度の更なる向上を図ることができる。
【００２３】
以上、本発明に使用する竹材２の形状について種々の実施態様を説明したが、本発明に使用される補強用材料は竹材に限定されるものではなく、例えば、ツタ柳、籐、葦、かずら等であっても良い。
【００２４】
本発明の補強コンクリートには、上述のとおり、竹材２を始めとする天然素材が補強用材料として混入されるが、これらの天然素材を混入することによって、コンクリート内にケミカルプレストレスを導入する効果が得られる。通常、ケミカルプレストレスは、セメントの一部を膨張材で置換した膨張コンクリートを使用し、コンクリートの膨張を鉄筋で拘束することによって、鉄筋に作用する引張力の反力としてコンクリートに導入される。
【００２５】
しかし、本発明における天然素材は予め水分を含んでおり、コンクリート硬化後、コンクリート内に混練された天然素材が乾燥収縮することによって、天然素材に付着したコンクリートに圧縮力、つまりケミカルプレストレスが導入されることとなる。更に、天然素材はコンクリートマトリックス内に分散しているため、コンクリート全体にケミカルプレストレスが導入され、ひび割れ抵抗性を向上する効果が得られる。また、天然素材の配向も完全な一方向ではないため、せん断補強効果も期待でき、斜めひび割れ耐力の向上に繋がる。なお、天然素材には予め水分が含まれているが、より高い効果を得るため、コンクリートへの混練前に天然素材に含水処理を施しておいても良い。
【００２６】
本発明に使用されるセメントの種類については、特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントを使用することができる。
【００２７】
また、本発明には細骨材及び粗骨材が使用されるが、これらの骨材についても特に限定されるものではなく、砂、砂利、海砂、砕砂、砕石、スラグ骨材、人工軽量骨材、その他これに類似する材料等を使用することができる。
【００２８】
更に、本発明に使用した混和剤は高性能減水剤であるが、混和剤についても特に限定されるものではなく、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。
【００２９】
以上、本発明のコンクリートに使用される各種材料について説明したが、これらの混練方法については特に限定されるものではなく、また、混練に用いる装置も特に限定されず、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、オムニミキサ等の慣用のミキサを使用することができる。
【００３０】
更に、上記の混練したコンクリートの成形方法、及び養生方法についても特に限定されるものではなく、慣用の成形方法、及び養生方法を適用することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の補強コンクリートを実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
表１にモルタル調合を示す。実施例１乃至４及び比較例Ｍのモルタル調合は、水セメント比を３１．６％とし、セメントには普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント（株））、細骨材には川砂（野洲川流域産）、混和剤には高性能減水剤（チューポールＮＶ−Ｇ５、竹本油脂（株））を使用した。また、実施例１乃至４における竹材２の混入率は、モルタル全容積に対して１．５容積％の割合とした。なお、実施例１乃至４において使用した竹材２の形状及び寸法は表３に示す。
【００３３】
【表１】
2004256317.tif 000002
【００３４】
表２にコンクリート配合を示す。実施例５乃至８及び比較例Ｃのコンクリート配合は、水セメント比を２７．３％とし、セメントには普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント（株））、細骨材には川砂（野洲川流域産）、粗骨材には川砂利（野洲川流域産）、混和剤には高性能減水剤（チューポールＮＶ−Ｇ５、竹本油脂（株））を使用した。また、実施例１乃至４における竹材２の混入率は、コンクリート全容積に対して２．０容積％の割合とした。なお、実施例５乃至８において使用した竹材２の形状及び寸法は表４に示す。
【００３５】
【表２】
2004256317.tif 000003
【００３６】
補強用材料として竹材２を使用した補強モルタル及び補強コンクリートは、上記の調合又は配合条件に従い、上記の材料をパン型ミキサで強制攪拌により混練して作成した。混練後、ＪＩＳ  Ａ  １１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準じて、スランプ値を測定した。
【００３７】
また、補強モルタル及び補強コンクリートを１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの型枠に流し込み、打設から２４時間経過後に脱型し、水温２０±３℃の状態で試験日当日まで水中養生することによって、曲げ強度試験用供試体を得た。曲げ強度試験は、ＪＩＳ  Ａ  １１０６「コンクリートの曲げ強度試験方法」に準じて行い、材令１４日及び２８日の曲げ強度を測定した。
【００３８】
表３に、補強モルタルの材令１４日及び材令２８日における曲げ強度試験結果（平均値）を、各実施例における竹材２の断面形状及び寸法、混練時のスランプ値と共に示す。
【００３９】
【表３】
2004256317.tif 000004
【００４０】
表３に示したとおり、竹材２を混入していない比較例Ｍに対して、実施例３を除けば、何れの実施例においても曲げ強度が向上している。特に、材令２８日において、竹材２の長さが４５ｍｍの場合（実施例２及び実施例４）には、曲げ強度が比較例Ｍに対して１．２倍以上となっている。また、材令１４日における曲げ強度を比較すると、少なくとも１．５倍以上の曲げ強度が得られており、実施例２においては約２倍の曲げ強度が得られている。
【００４１】
更に、曲げ強度試験における供試体破断面を観察したところ、竹材２の分散度及び配向度が非常に優れていることが分かった。また、竹材２を混入したことによるスランプ値の低下もなく、ワーカビリティーは良好であった。
【００４２】
つまり、竹材２を混入した補強モルタルは、モルタル打設後の早い段階から曲げに対する補強効果が十分に得られ、また、竹材２のモルタル中における分散度及び配向度が非常に優れていることが判明した。更に、竹材２を混入した場合であっても、流動性は良好であった。
【００４３】
表４に、補強コンクリートの材令１４日及び２８日における曲げ強度試験結果（平均値）を、各実施例における竹材２の断面形状及び寸法、混練時のスランプ値と共に示す。
【００４４】
【表４】
2004256317.tif 000005
【００４５】
表４に示したとおり、竹材２を混入していない比較例Ｃに対して、何れの実施例においても曲げ強度が向上している。特に、材令２８日において、実施例６は曲げ強度が比較例Ｃに対して１．４倍となっている。また、材令１４日における曲げ強度を比較しても、少なくとも１．２５倍以上の曲げ強度が得られている。
【００４６】
更に、曲げ強度試験における供試体破断面を観察したところ、補強モルタルの場合と同様、竹材２の分散度及び配向度は非常に優れており、粗骨材が竹材２へ影響を及ぼすことは殆ど無いということが分かった。また、竹材２を混入したことによるスランプ値の低下も殆どなく、ワーカビリティーは良好であった。
【００４７】
つまり、竹材２を混入した補強コンクリートは、コンクリート打設後の早い段階から曲げに対する補強効果が十分に得られ、また、竹材２のコンクリート中における分散度及び配向度も非常に優れていることが判明した。更に、竹材２を混入した補強コンクリートの流動性は良好であった。
【００４８】
なお、本明細書において、各図にわたって記される同じ符号は、同一又は同様の部材やものを示す。
【００４９】
以上、本発明の補強モルタル及び補強コンクリートの実施例について説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものであり、これらの態様はいずれも本発明の範囲に属するものである。
【００５０】
例えば、本発明に用いるコンクリートには、混和材としてフライアッシュ、コンクリート用膨張材、高炉スラグ微粉末、シリカフューム等が混入されても良い。
【００５１】
また、本発明に使用される竹材２には、モウソウダケ、マダケ、黒竹等を用いることができ、更に、自然乾燥された竹材の他、燻煙処理等が施された竹材が使用されても良い。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、コンクリート中にコンクリートマトリックス内での分散度及び配向度に優れた天然素材を混入することによって、曲げ強度及び引張強度を向上することが可能である。特に、補強用材料に竹材を適用した場合には、通常のミキサで強制攪拌により混練した場合であってもコンクリートマトリックス内での分散性に優れており、繊維配向治具等を用いなくとも、配向度に優れた補強コンクリートを得ることができる。
【００５３】
また、補強用材料に予め水分を含んだ天然素材を適用することにより、コンクリート中に混練された天然素材が、コンクリートの硬化後、乾燥収縮することによって、コンクリートにケミカルプレストレスを導入した場合と同様の効果が得られ、ひび割れ抵抗性の向上を図ることができる。
【００５４】
また、曲げ強度が向上された本発明は、耐ひび割れ性が良好であるため、土木分野においては、トンネル吹き付け工事、舗装工事、法面被覆等に適用でき、また建築分野においては、土間、車庫の床面、壁等の各種用途に適用することが可能である。
【００５５】
更に、本発明は、従来の補強コンクリートにおいて、金属繊維やガラス繊維等が用いられていた分野に適用されるものであり、これらの補強用繊維に替えて竹材を始めとする天然素材を使用することによって、コンクリート製品及びコンクリート構造物の軽量化を図ることができる。
【００５６】
更にまた、本発明に係る竹材は、竹材自体に防錆処理等の特殊加工を施さなくともコンクリート中における耐久性を十分に有しており、一方、竹製品の加工現場等における廃材を利用することによって、製造コストは従来の補強用繊維に比べて２／５〜３／５程度に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補強コンクリートの斜視図である。
【図２】本発明に使用した竹材の斜視図である。
【図３】竹材に施される粗化加工の態様を示した斜視図である。
【図４】竹材に施される他の加工態様を示した斜視図である。
【図５】従来の繊維配向治具の全体構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１：補強コンクリート
２：竹材
４、１０：溝
６：切欠き部
８：凹部
１２：切込み
１４：繊維配向治具
１６：型枠
１８：繊維補強モルタル
２０：配向棒
２２：把持部
２４：ガイド板
２６：案内路
２８：補強用繊維
【図１】
2004256317.tif 000006
【図２】
2004256317.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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