JPS6017060A - コンクリ−トまたはモルタル補強用スチ−ルフアイバ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコンクリートまたはモルタル中で優れた耐食性
を有するスチールファイバーに関するもので、特に海洋
環境下にある構造物あるいは海砂や海水等を用いて施工
された構造物などの塩分腐食環境下において発生する、
スチールファイバーの腐食に起因するスチールファイバ
ー補強コンクリートまたはモルタルの強度低下やひび割
れ等の劣化を防止する耐食性スチールファイバーに関す
るものである。

近年、脆性材料であるコンクリートまたはモルタルの強
度を向上するために、種々の材質のファイバーを混入し
たコンクリートまたはモルタルが開発され、使用されて
いる。特にスチールファイバーはコンクリートまたはモ
ルタルへの７１９人材制として取扱い易く、かつ強度等
の特性の面から他の材質のもの（有機質材ネ；１、無機
質材料）よりも優れたものであり、道路、橋床板等の構
造物をはじめとして一般の住宅に至るまで幅広く施工材
ネ；１として使用されている。

周知のようにコンクリートまたはモルタル中に混入され
たスチールファイバーもしくはラスなとは通常Ｐ　Ｈ値
が１２〜１３のアルカリ性環境下に保持されるため、ス
チールファイバーもしくはラスは緻密な酸化物層よりな
る不動態皮膜と称する保護層が表面に形成され防食され
る。

しかしながらＶｌＢ洋環境下の構造物あるいは海砂、海
水等を利用して施工された構造物においては、コンクリ
−１・またはモルタル中へのＪｆｉ分の浸透あるいは塩
分濃度の増大が起こり、この場合コンクリートまたはモ
ルタルのｐＨ値とは無関係にスチールファイバーもしく
はラスの表面に形成されていた不動態皮膜が塩分中のＣ
１−イオンの作用により破壊され、腐食が著しく進行す
る。

このように腐食が進行すると、スチールファイバー表面
に生じた腐食生成物によってスチールファイバーとコン
クリートまたはモルタルとの付着力が低下し、スチール
ファイバーの混入によるコンクリートまたはモルタルの
補強効果が低下し、さらに、スチールファイバーとコン
クリ−１・またはモルタルとの間で剥離が生じるように
なるとコンクリートまたはモルタルの強度は大幅に低下
する。またスチールファイバー表面に生じた腐食生成物
はその体積膨張のためにコンクリートまたはモルタルに
ひび割れを生じさせ、スチールファイ／＜−の腐食を促
進するとともに、コンクリ−１・またはモルタルの強度
をさらに低下させる。

これらの現象はすなわち構造物の耐用年数、安全性を著
しく低下させ、補修その他による経済的な負担をも増大
させることになる。

特に近年、国内においては海岸近辺の構造物あるいは海
洋構造物のように直接、海洋大気、海水にさらされる構
造物以外にも、コンクリートまたはモルタルの細骨材と
して利用される山砂、川砂の枯渇に伴いほとんど減塩処
理を施されないままで海砂が大量に用いられる場合が増
加しており、また寒冷地では冬期の道路の凍結防止対策
として墳化カルシウム等の塩を大量に散布する機会が増
している現状にある。このような事情を考慮すると、」
二連したようなスチールファイバー補強コンクリートま
たはモルタル中でのスチールファイバーの腐食、および
その結果生じるコンクリートまたはモルタルの強度低下
やひび割れ等の問題はほとんど避けられないというのが
現状であり、このような環境下でのスチールファイバー
の防食対策の確立が強く望まれている。

従来この種の防食対策としてはコンクリートまたはモル
タルの施工仕様を改良する方法として、例えば、コンク
リートまたはモルタルの高密度化、海砂中塩分の規制、
防錆剤の添加、ポリマーコンクリートの使用、構造物表
面の塗装等が実施されている。また、スチールファイバ
ーの耐食性を向上させる方法として亜鉛めっき等の表面
処理やステンレス鋼製スチールファイバーの使用もなさ
れている。

しかしながら、コンクリートまたはモルタルの施工仕様
の改良については、海洋環境等では塩分の浸透を完全に
防ぐことは不可能に近く、また実施工現場ではコンクリ
ートまたはモルタル中の塩分に対する品質管理は必ずし
も十分ではない。

一方、スチールファイバーの耐食性の向上について言え
ば、亜鉛めっきは強アルカリ性環境下で侵食され、耐食
性が低下したりコンクリートまたはモルタルとの付着強
度が低下することがある。

またステンレス鋼製スチールファイバーは高い耐食性を
発揮するものであるがコストの面で問題がある。

本発明は以上のような背景を考慮し、上記問題点を解決
するためになされたものであって、塩分腐食環境下にお
けるコンクリートまたはモルタル中で優れた耐食性を有
するスチールファイバーを提供することを目的とするも
のである。

本発明者等は海洋環境に建設された構造物や海砂、海水
を利用して施工された構造物におけるスチールファイ／
九−の腐食状況の詳細な調査を行うとともに、これらの
環境を実験室的に再現させてスチールファイバーの腐食
機構および腐食進行状況、およびそれらに及ぼすスチー
ルファイバー合金成分の影響等について詳細な検討を行
った。その結果、スチールファイバーの成分を低５−Ｃ
ｒ系とし、かつＮｉ　、ＡＭ、Ｃｕ、Ｃａ、ＲＥＭ。

Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはＭｏのうち１種以」二ノ添加
により、腐食の起点を減少させ、安定で強固な不動態皮
膜を形成することにより、コンクリートまたはモルタル
中で耐食性が著しく向上することを見い出した。

本発明は上記知見に基づいてコンクリ−１・またはモル
タル中のスチールファイバーの塩分による腐食およびそ
れによって発生するコンクリートまたはモルタルの強度
低下やひび割れ等の問題を解決するために、スチールフ
ァイバー中のＳを規制し、Ｃｒを添加すると同時に、Ｎ
ｉ、ＡｆＬ。

Ｃｕ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏの単独あ
るいは複合添加を行って耐食性を向上させたものであり
、具体的には Ｃ：０．４０重量％以乍 Ｓｉ：０．０５〜１．５重量％ Ｍｎ：０．１〜２．０重量％ Ｐ：０，０４重量％以下 Ｓｈｏ、０１重量％未満 Ｃｒ　：　０．０５〜３．０重量％ を含み、かつ Ｎｉ：０．０５〜３．０重量％ Ａ文：０，０５〜１．０重量％ Ｃｕ　：　０，０５〜１．０重量％ Ｃａ　：　０，００１〜０．０５重級％Ｒ重量％０．０
１〜０．２０重量％ Ｔｉ：０，０１〜０．５重量％ Ｎｂ：Ｏ，Ｏｆ〜０．５重量％ Ｚ　ｒ　：　０，０１−０．５重量％ Ｍｏ：　０．０１〜０．５重量％ のうち１種あるいは２種以上を単独ないし複合添加で含
有し、残部は実質的にＦｅおよび不可避不純物からなる
ことを特徴とする、コンクリ−Ｉ・およびモルタル補強
用スチールファイバーである。

以下に本発明のスチールファイバーの化学成分の限定理
由について説明する。

Ｃはスチールファイバーの強度、靭性および耐食性に影
響を与える元素であるが、０．４０重量％を越えて含ま
れると靭性および耐食性に著しい低下が見られるので−
に限を０．４０重量％とじた。

Ｓｉは脱酸剤として製鋼」二ある程度必要なものである
が、多量に含まれるとコンクリートまたはモルタルでの
スチールファイバーの靭性に悪影響を与えるので０．０
５〜１．５重量％の範囲とした。

Ｍｎは脱酸作用を有し、また機械的強度を向上させるの
で下限として０．１％は必要である。しかしながら、一
方ではスチールファイバーの腐食の起点となるＭ　ｎ　
３等の硫化物系介在物を形成させ耐食性、特に耐孔食性
に悪影響を及ぼすものであるので上限を２．０重量％と
した。

Ｐはその添加により海水環境での耐食性を向上させるこ
とが知られているが過剰に含まれると靭性が低下するの
で：０，０４重量％以下とした。

Ｓはスチールファイバーの腐食、特に孔食等の発生原因
となるＭ　ｎ　Ｓ等の硫化物系介在物を形成し、耐食性
に悪影響を及ぼすので可能な限り少なくすることが望ま
しい。通常コンクリートまたはモルタル中で前述したよ
うにスチールファイバーは周囲のアルカリ性環境により
、表面に不動態皮膜４を形成して、はとんど腐食されな
いが、本発明等は塩分の侵入が容易に進行する環境では
塩分による不動態皮膜の破壊の後、Ｍ　ｎ　Ｓ等の介在
物を腐食の起点として腐食の発生、進展が起こり、Ｓの
量が多ければ多いほど腐食性が著しく増大することを実
モルタル環境中での詳細な検討より見出した。また同時
に前記実モルタル環境中での検討より、Ｓが０．０１重
量％未満の低い領域であればＭ　ｎ　Ｓ等の硫化物系介
在物の生成量を抑え、塩分の存在する環境でも耐食性が
向上されることを見出した。このため、Ｓの含有量を０
．０１重量％未満としたものである。

Ｃｒは低Ｓ領域でコンクリートまたはモルタル中に混入
されたスチールファイバー表面の不動態皮膜を安定で強
固なものにし、耐食性を飛躍的に向上ｙせる元素である
。但し、０．０５％未満の添加では」二記効果を発揮す
るのに十分ではないので下限を０．０５％と規定した。

Ｃｒは一般に鋼の面１食性を著しく向上さぜるものであ
るが３．０重屑％を越えて含有されると塩分の存在する
環境中で鋼の腐食形態が孔食状となり、スチールファイ
バーの使用に関して好ましくなく、また加工性および靭
性の低下も生じるので、−ヒ限をを３．０％とした。

Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕはいずれも低Ｓ領域でＣｒと合せて添
加されることにより、コンクリートまたはモルタル環境
中でのスチールファイバー表面の不動態皮膜を強固にし
、その耐食性を向上させる元素であるが、いずれも０．
０５％未満では」二記効果を十分に発揮しないので下限
を０．０５重量％とした。

ＮｉはＣｒとの複合添加によって塩分環境での耐食性を
向コーさせ、その効果は大きいものであるが、３．０％
を越えての添加はコスト的に不利になるので４−限を３
．０％とした。

Ａｕは塩分の含まれる環境でＣｒと共に添加された場合
に耐食性を大きく向−１−させるものであるが、１．０
％を越えて添加されても］二記効果はもはや向上せず、
かえって加工性を低下させることになるので一］二限を
１．０％にした。

ＣｕはＣｒとの複合添加により耐食性を向上させるもの
であるが、１．０％を越えて含有された場合、この効果
は頭打ちとなり、かつ加工性の低下、脆化をもたらすの
で、」−限を１．０％とした。

以−にのＮｉ、ＡＪｌｊ、Ｃｕの３元素は低ＳでかつＣ
ｒを添加させた系で顕著な耐食性効果を発揮するもので
あり、この条件が満足されない系での添加では大きな耐
食性向上効果は期待されない。

Ｃａは鋼中のＳとの反応により不活性な硫化物を形成し
、耐食性に悪影響を及ぼすＭ　ｎ　Ｓ等の硫１ 化物の生成量を減少させ、塩分環境でのスチールファイ
バーの耐食性を著しく向上させる。また、これらの効果
はＳが０．０１重量％未満の低Ｓ領域で大きくなる。Ｃ
ａの下限を０．００１重量％としたのは低Ｓ領域で添加
しても、０．００１重量％未満ではその効果が顕著に現
れないからである。また０、０５％を越えて含有すると
硫化物の形状が著しく変化するとともに耐食性の向上効
果も飽和するので」二限を０．０５％とした。

ＲＥＭに属する元素はコンクリートまたはモルタル中で
のスチールファイバーの塩分腐食に対して有害なＭ　ｎ
　Ｓ等の硫化物系介在物の性状を不活性化し、耐食性を
向上させる。ＲＥＭに属する元素であればいずれの元素
でも上記の効果が得られるが、０．０１％未満では効果
が現れず、また０、２０％を越えると効果は飽和するの
で０．０１〜０．２０％の範囲とした。

Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒまたはＭｏはＣｒとの共存下において
コンクリートあるいはモルタル中の鋼の塩分腐食に対し
て抑制効果を示す。

２ 但し、この効果はいずれの元素とも０．０１％未満では
現れないので下限を何れもｏ、ｏｉ重量％とした。また
、それぞれ」−眼を０．５％としたのは、これを越える
と、耐食性向−ヒ効果は飽和し、コストの面で不利とな
るからである。

以−トのＡｕ　、Ｎｉ　、Ｃｕ　、Ｃａ　、ＲＥＭ。

Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏは単独または複合して添加する
ことにより塩分腐食環境下にあるコンクリートまたはモ
ルタル中のスチールファイバーの耐食性を著しく高める
ことができる。

次に本発明の実施例をあげて説明する。

実施例 第１表において試料番号１〜２は通常市販されているス
チールファイバー用鋼、３〜７は比較鋼、８〜２０は本
発明に使用される耐食性スチールファイバー用鋼を示す
。

本実施例では上記の２０鋼種について実験室的に溶製後
、適宜鍛造、圧延後機械加工および剪断にて７ｍｍφＸ
５０ｍｍの棒状試験片および０，４０ｍｍＸ０．７５ｍ
ｍＸ３５ｍｍのスチールファイバーを製造した。棒状試
験片はモルタル中で耐食性調査に供し、スチールファイ
バーはスチールファイバー補強モルタルの性能評価を行
った。モルタルの配合比は昔通ポルトランドセメント： にはＮａＣｕ換算で１％の塩分濃度となるようにＮａ０
文を混入させた。

第１図は７ｍｍφＸ５０ｍｍの棒状試験片を」１記モル
タル中に埋込んだ試験体を示し、棒状試験片２をｄ＝２
０ｍｍ，σ＝ｌＯＯｍｍのモルタル試験体ｌの中央部に
埋込み、３５°Ｃ塩分環境での湿潤〜乾燥を繰り返し試
験を行った。湿潤〜乾燥縁り返し試験は３５±１℃，５
％ＮａＣ文水溶液のｔｌｌ水噴宵７２時間と乾燥２４時
間を１サイクルとして、計１００サイクルを行った後、
棒状試験片を取り出し、その腐食発生面積車、腐食減１
１および最大腐食深さを７ＩＩ＋Ｉ定りまた。その結果
を第１表にイ月せて示ず。

また０．　４　０　ｍ　ｍ　Ｘ　Ｏ．　７　５　ｍ　ｍ
　Ｘ　３　５　ｍ　ｍのスチールファイバーを８暇にし
て２．５％になるようにして前記モルタルに混入させて
スチールファイバー補強モルタルを調製し、第２図に示
すようなａ＝５０’ｍｍ，ｂ＝５０ｍｍ，ｃ＝３００ｍ
ｍの直方体の試験体３を製作し、前記湿潤〜乾燥縁り返
しの塩水噴霧試験を行い、１０サイクル経過毎に曲げ試
験を行い、曲げ強度の変化と内部のスチールファイバー
の腐食状況を調べた。

第２表に１０．３０，５０．７０および１００サイクル
後の結果を示す。

第１表に示される湿潤〜乾燥縁り返し塩水噴霧腐食試験
結果によれば、本発明用鋼が塩分環境にＳらされたモル
タル中で従来のスチールファイバー用鋼に比べて、極め
て優れた耐食性を示すことが明らかである。また第２表
によれば、従来、市販品相当のスチールファイバーを用
いたスチールファイバー補強モルタルに比べ、本発明に
よるスチールファイバーを用いたスチールファイバー補
強モルタルは塩分環境における曲げ強度の低下が緩やか
で、耐久性の大幅な向上が見られる。この場合に、従来
市販品相当のスチールファイバー５ では腐食により破断したものが多いのに対し、本発明に
よるスチールファイバーでは腐食されていないものがほ
とんどである。

以１−．の説明で明らかなように本実施例のスチールフ
ァイバー補強モルタルは塩分環境で優れた耐食性および
面１久性を示すものであり、海洋構造物、あるいは海砂
、海水を利用して施工される構造物等に使用すれば、こ
れらの構造物の耐久性を向」−させ、ｍｌ用年数を大幅
に伸ばすことができるものである。

　６

【図面の簡単な説明】

第１図は棒状試験片埋込みモルタル試験体の斜視図、第
２図はスチールファイバー補強モルタル試験体の斜視図
である。 Ｉ・・・モルタル試験体　２・・・林状試験片３・・・
スチールファイバー補強モルタル試験体出　願人　川崎
製鉄株式会社 代理人　弁理士　小杉佳男 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ　Ｃ：０．４０重量％以下 Ｓｉ：０，０５〜１．５重量％ Ｍｎ：０．１〜２．０重量％ Ｐ：０．０４重量％以下 Ｓ：０．０１重量％未満 Ｃｒ二０．０５〜３．０重量％ を含み、かつ Ｎｉ：０，０５〜３．０重量％ Ａ文二０．０５〜１．０重量％ Ｃｕ：０，０５〜１．０重量％ Ｃａ：０．００１〜０．０５重量％ ＲＥＭ：０．Ｏｆ〜０．２０重量％ Ｔｉ：０，０１〜０．５重量％ Ｎｂ：０．０１〜０．５重量％ Ｚ　ｒ　：　０．０１〜０．５重量％ Ｍ（、：　０．０１〜０．５重量％ のうち１種あるいは２種以上を含有し、残部は実質的に
   Ｆｅおよび不可避不純 物からなることを特徴とする、コン クリートまたはモルタル補強用スチールファイバー。