(57)【要約】【課題】コンクリートの引張応力による脆性破壊を防止するため、コンクリートに可撓性を付加することを課題とする。【解決手段】表面にコンクリートを付着させない非接着表面を備えた小星型十二面体形状の骨材１をセメントに対して所定の割合で混入する。骨材１の充填率は骨材の混入が可能な最大量である最密状態に対して５０％以上とし、骨材１をコンクリートと付着性のない材料により成形すること又は骨材１の表面に皮膜７を設けることによって、骨材１は非接着表面を得る。【選択図】図１
2007246373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にコンクリートを付着させない非接着表面を備え小星型十二面体形状の骨材（１）をセメントに対して所定の割合で混入した可撓性コンクリート。
【請求項２】
骨材（１）の充填率を骨材の混入が可能な最大量である最密状態に対して５０％以上とした請求項１の可撓性コンクリート。
【請求項３】
非接着表面が、骨材（１）をコンクリートと付着性のない材料により成形することによって得られる請求項１又２の可撓性コンクリート。
【請求項４】
非接着表面が、骨材（１）の表面に皮膜（７）を設けることによって得られる請求項１，２又は３の可撓性コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は引張変形による脆性破壊を防止する可撓性コンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは耐久性と経済性を兼ね備え、構造物の建設等に欠かすことのできない重要な材料であり、圧縮応力に対して強い強度を示す。しかし引張応力に対しては強度が弱く、脆性破壊を起こしやすいという欠点を有する。
【０００３】
上記欠点を補う従来技術として、圧縮応力に強いコンクリートと引張応力に強い鉄筋を組み合わせる鉄筋コンクリートに関する技術、鋼材等を用いてコンクリートに圧縮応力を常にかけた状態にして引張応力を発生しないようにするプレストレスト・コンクリート（ＰＣ）に関する技術、炭素繊維等を混入してコンクリート自体を曲げ変形可能にする技術等が公知となっている。また特許文献１に示されるように、突起が形成された骨材をコンクリートに混入し、各骨材の突起の絡み合い等によりコンクリートの強度を高める技術も公知となっている。
【特許文献１】特開平７−４１３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、鉄筋コンクリートは、ひび割れが発生した場合にそれが急速に進展する欠点がある。またプレストレスト・コンクリートは、高強度鋼を引張り力が発生した状態を維持してコンクリートに用いることにより圧縮応力を付加するため、製造コストが非常に高くなる傾向があり、その形状も制限される。一方、炭素繊維等を混入してコンクリート自体を曲げ変形可能にして引張応力に対する強度を高める技術は、炭素繊維等が非常に高価で非経済的である。
【０００５】
また特許文献１に示された骨材は、コンクリートにランダムに混入され、互いの突起が絡み合わない位置で固定されると、コンクリートの強度を向上させない。またコンクリートの任意の箇所に亀裂が生じた場合、亀裂伝播を抑制する位置に上記骨材が存在する保証はないほか、亀裂伝播を抑制する位置に上記骨材が存在してもコンクリートに接着されているため、強度が低いと骨材そのものに亀裂が生じてコンクリートの亀裂伝播を抑制できない。よって上記骨材を用いてもコンクリートの引張応力に対する強度はそれほど高まらない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明は、第１に表面にコンクリートを付着させない非接着表面を備え小星型十二面体形状の骨材１をセメントに対して所定の割合で混入した混入したことを特徴としている。
【０００７】
第２に、骨材１の充填率を骨材の混入が可能な最大量である最密状態に対して５０％以上としたことを特徴としている。
【０００８】
第３に、非接着表面が、骨材１をコンクリートと付着性のない材料により成形することによって得られることを特徴としている。
【０００９】
第４に、非接着表面が、骨材１の表面に皮膜７を設けることによって得られることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように構成される本発明によれば、骨材をコンクリートにランダムに混入することにより、自然と互いが密接し三次元的に噛み合い均等に位置決めされるため、引張応力による亀裂がコンクリート内部の任意の箇所で生じても、その荷重方向への亀裂の伝播を抑制するように骨材が存在する。そして骨材の表面へのコンクリート付着を防止することにより、骨材とコンクリートの境界面での滑りが亀裂伝播又は応力集中よりも優先的に発生し、引張応力によるコンクリートの脆性破壊を防止する。
【００１１】
また骨材にはコンクリートと付着性のない材料を用いることにより上記効果が発揮され、安価な材料で製造することが可能で経済性が高い。さらにコンクリートと付着性のない皮膜を施すことによっても上記効果を発揮させることができるため、その場合には材料自体を選ばず、製造が容易になり経済性もさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図示する本発明の実施形態につき説明する。
この発明に関する骨材１は図１に示すように小星型十二面体又はそれに近似した形状に成型されている。
小星型十二面体は各面が合同である正五角形からなる正十二面体を芯体とし、各面と合同の正五角形の底面を有する五角錐を各面に突出させたもので、五角錐の各面は底辺（正五角形の一辺）に対する他の２辺の比が１．６１８（黄金比）の二等辺三角形である。骨材１はコンクリートと付着性のない材料を用いており、セメントペーストと同程度の比重であり、そのサイズはコンクリートの断面等により許容される大きさから決定される。また骨材１の充填率は骨材の混入が可能な最大量である最密状態に対して概ね５０〜１００％とする。
【００１３】
上記骨材１は小星型十二面体であるから、骨材１の各突起２の周面（三角面２ａ）が、隣接突起２の三角面２ａとそれぞれ底辺２ｂ（谷線）において交差するＶ字形の谷角をθ１とし、各突起２の隣接する三角面２ａ同士が稜線２ｃにおいて交差する外角（山角）をθ２とすると、θ１＝θ２≒１２０°となる。２ｄは、隣接し合う各突起２の底辺２ｂと稜線２ｃ及び底辺２ｂ同士、稜線２ｃ同士が交わる交点である。
【００１４】
また、１つの突起２の５個の底辺（谷線）２ｂより外方に星型に突出する５個１２組の三角面２ａは各組においてすべて同一平面上にある。したがってこの各組において星型に並んだ５個の三角面２ａのうち、隣接し合う３個の三角面２ａの中央の三角面２ａの底辺２ｂと、その両端に延びるように接続する両側の三角面２ａの稜線２ｃとは、２つの交点２ｄを介して全体として一直線状に接続する。
【００１５】
上記のように構成される多数の骨材１をランダムに積重ねると、部分的には例えば図２に示すように、隣接する骨材間で互いの骨材１の突起２同士の接触と係合、三角面２ａ同士の摺動案内、隣接突起２間の谷角θ１部分と、他の骨材１の突起２の山角θ２部分の嵌合及び互いの骨材１の三角面２ａ同士の重なり合い等の多様な挙動により、骨材同士が互いに係合し合って一定の密度で重なり合うことになる。
【００１６】
よって図３に示すように骨材１をコンクリート３に一定割合以上で混入すると、自然に骨材同士が密着し三次元的に噛み合い均等に位置決めされるため、引張応力による亀裂４がコンクリート内部の任意の箇所で生じても、その亀裂伝播を抑制するように骨材１が存在する。そして骨材１にコンクリートと付着性のない材料を用いることにより、骨材１とコンクリート３の境界面６での滑りが亀裂伝播又は応力集中よりも優先的に発生するため、亀裂４はコンクリート３と骨材１の境界面６に沿ってジグザク状に形成され、結果として急激な割れの進行による脆性破壊が防止され、骨材１が混入されたコンクリート３には可撓性が付加される。
【００１７】
なお骨材１が積重なった状態は、骨材間の接触度合、骨材の密度、接触面積、三次元的な噛合度合等により集合体表面に対する垂直方向の荷重に対して高い強度を発揮するため、骨材１とコンクリート３の境界面６で滑りを生じさせても、コンクリート３の強度を維持又は増強させることが可能である。
【００１８】
さらに骨材１をランダムに混入してもコンクリート３に可撓性を付加しつつその強度を維持・増強できるので、施行面のメリットも大きく、通常のコンクリート工事にも容易に用いることができる。
【００１９】
ちなみに骨材１はコンクリートと付着性のない材料を用いることにより上記効果を発揮するので、コンクリート１を軽量化する必要があればプラスチック等用いればよく、その必要がなければ製造が容易な焼成粘土等を用いてもよい。但し骨材はセメントと均等に混合する必要があるため、材料の比重はセメントペーストと略同等のものが望ましい。このように用途に応じて安価な材料を用いることが可能であるため、汎用性及び経済性に優れている。
【００２０】
次に上記実施形態に基づいて発明者が行った実験の結果により、骨材１を用いた可撓性コンクリートについて説明する。
【００２１】
＜実験１＞
本実施例の骨材１を用いたコンクリート３と通常のコンクリートで３点曲げ試験を行った。コンクリートに曲げ応力を負荷すると引張応力と圧縮応力が発生して、そのうちの引張応力によりコンクリートが脆性破壊を起こす可能性が高い。
＜方法＞
骨材１の形状は小星型十二面体とし、寸法は最長差し渡し長さが２５ｍｍであり、材料にはコンクリートと付着性のない焼成粘土を用いた。セメントには普通ポルトランドセメントを用い、コンクリート３の水セメント比は０．５とし、骨材１は最密充填状態とした。実験に用いた本発明に係るコンクリート及び通常のコンクリートは、断面形状が６０ｍｍ×１００ｍｍの長方形で、スパンが１４０ｍｍのものである。
【００２２】
＜結果及びその考察＞
結果を図４に示す。
通常のコンクリートは歪みが０．０１％程度で曲げ応力が３．２［Ｎ／ｍｍ２］程度の最大値を示し、脆性破壊を起こした。一方、本発明に係るコンクリート３は、歪みが１．３％程度で曲げ応力が１．７［Ｎ／ｍｍ２］程度の最大値を示し、さらに歪みが２．５％を超えても脆性破壊を生じずに塑性変形して撓められた様子が観察され、骨材１を用いることにより可撓性が付加されたことを確認できた。
【００２３】
なお図４に示されたコンクリート３の応力−歪特性においては、最大応力値Ｐ１を発生させる歪みよりも大きな歪みが生じると応力値は低下した値Ｐ２（低下応力値）を示すが、その値は０にはならない。一方、同図に示された通常のコンクリートの応力−歪特性においては、最大応力値Ｐ１を発生させる歪みよりも大きな歪みが生じると、内部の亀裂が一気に進展し脆性破壊が生じて低下応力値Ｐ２は０を示す。本発明のコンクリート３の低下応力値Ｐ２が０にならないのは、コンクリート内部における亀裂伝播が抑制され、脆性破壊が防止されたことが原因であると考えられる。
【００２４】
＜実験２＞
上記実験においては骨材１を最密状態としてコンクリートに混入した。次の実験では、骨材１の混入が可能な最大量を充填率１００％として、骨材１の充填率を０〜１００％の範囲で変化させて各種値を測定する実験を行った。
＜方法＞
各充填率におけるコンクリート３の最大応力値Ｐ１及び低下応力値Ｐ２を測定した。また、その際の実験方法は骨材１の混入量以外、実験１と同様である。
【００２５】
＜結果及びその考察＞
結果を図５に示す。
同図から、骨材１の充填率が５０％程度を超えることにより低下応力値Ｐ２が０以外の値を示している。よって、本実験の設定条件においては、少なくとも骨材１の充填率を概ね５０％以上としてコンクリートに混入することにより、コンクリートに可撓性を付加できることが示されている。また同図においては、骨材１の充填率が増えると最大応力値Ｐ１が多少低下しているが、その低下も最小限に抑えられており、コンクリート３の強度が維持されている様子も確認できた。ちなみにコンクリートに可撓性を付加するために必要な骨材１の充填率は、構造物の大きさや断面形状、骨材の大きさやその表面の滑りやすさによって変化するものと考えられる。
【００２６】
なお上記実施形態ではコンクリートと付着性のない材料を用いた骨材１の例につき説明したが、骨材１の表面をコンクリートと付着性のない皮膜７で覆う方法もある。
上記方法によって骨材１とコンクリート３との境界面６で滑りが生じ、コンクリート３に可撓性が付加される。さらに、この方法によれば骨材１そのものは材料を選ばす、産業廃棄物等を用いて資源の有効利用を図ることも可能であり、汎用性及び経済性はさらに高まる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に関する小星型十二面体形状の骨材の正面図である。
【図２】本発明に関する小星型十二面体形状の骨材の三次元噛み合い構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に関する小星型十二面体形状の骨材を用いたコンクリートの曲げ荷重付与時の亀裂発生状態の例を示す断面図である。
【図４】通常のコンクリート及び本発明に関するコンクリートの応力−歪特性を表わすグラフである。
【図５】本発明に関するコンクリートの充填率−最大応力値特性及び充填率−低下応値特性を表わすグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１    ブロック
２    突起
２ａ  三角面（突起周面）
２ｂ  谷線（底辺）
２ｃ  稜線
２ｄ  交点
３    コンクリート
４    亀裂
６    境界面
７    皮膜
θ１  谷角
θ２  山角
Ｐ１  最大応力値
Ｐ２  低下応力値
【図１】
2007246373.tif 000003
【図２】
2007246373.tif 000004
【図３】
2007246373.tif 000005
【図４】
2007246373.tif 000006
【図５】
2007246373.tif 000007