UHPC用銅被覆マイクロスチールファイバー：特性、ひび割れブリッジング、用途、配合設計、および品質管理

UHPCにマイクロスチールファイバーが必要な理由

超高性能コンクリート 非常に緻密なセメント質マトリックスを有している。これにより、高い圧縮強度と極めて低い透水性を実現できる。しかし、緻密で強固なマトリックスであっても、引張や曲げの力が加わると、脆性破壊を起こすことがある。.

だからこそ、スチールファイバーは多くのUHPCシステムにおいて中核的な役割を果たしているのです。.

銅被覆マイクロスチールファイバー セメントマトリックスにひび割れが生じ始めた後、ひび割れを埋める役割を果たし、引張応力を支える。. これらの繊維は、単に圧縮強度を高めるだけではありません。その主な価値は、引張挙動、曲げ靭性、亀裂幅の抑制、エネルギー吸収、および残留荷重耐力に現れています。.

山東建邦ファイバーは、繊維のサイズが重要であることを突き止めました。一般的なUHPC用マイクロスチールファイバーは、 フック付き鋼繊維 多くの工業用床材に使用されています。その微細な構造により、1立方メートルのコンクリートに多数の繊維を混入させることができます。これにより、ひび割れを架橋する潜在的な箇所が数多く生まれます。.

FHWAの資料によると、一般的に使用されるUHPC用鋼繊維は、直径が約0.2 mm、長さが約13 mmである。規定される最小引張強度は約2,000 MPaである。一部のUHPCシステムでは、体積比で約2%の鋼繊維が使用されている。.

で 山東建邦化学繊維有限公司., その エコクリートファイバー 製品ラインナップには、UHPC、RPC、プレキャスト部材、補修材、およびその他の高性能セメント系システム向けの微細銅被覆鋼繊維が含まれています。.

銅被覆マイクロスチールファイバーとは何ですか？

銅被覆マイクロスチールファイバーとは、表面に薄い金属被膜が施された、短く、細く、高強度のスチールフィラメントのことです。市場では、以下のような用語も使用されることがあります。 真鍮メッキ鋼繊維、, 銅メッキ鋼繊維、またはマイクロ鋼繊維。.

これらの名称は、技術データシートを確認せずに完全に互換性があるものとして扱うべきではありません。真鍮メッキには銅と亜鉛が含まれています。銅メッキは主に銅で構成されています。メッキの化学組成、厚さ、密着性、および製造方法は異なる場合があります。.

鋼芯が、主な引張強度と弾性率を担っています。表面コーティングは、伸線、保管時の保護、取り扱い、および表面の均一性を確保する役割を果たします。FHWAによると、一般的なUHPC用繊維に施された薄い真鍮コーティングは、伸線工程における潤滑作用を果たすほか、使用前の未処理繊維に対してある程度の腐食防止効果をもたらすとのことです。.

山東建邦ファイバー社によると、バイヤーは常に以下の5つの基本事項を確認すべきであるとのことです：

パラメータ	なぜ重要なのか
コア用鋼種	引張強度と繊維の破断抵抗性を制御する
コーティング化学	製品が銅メッキか真鍮メッキかを判定します
繊維長	ひび割れのブリッジングおよび作業性に影響を与える
繊維径	繊維本数と表面積に影響を与える
引張強さ	亀裂の開口時に繊維の破断を防ぐのに役立ちます

購入者は、製品の銅色だけで判断すべきではありません。適切な比較には、寸法、引張強度、真直度、コーティングの品質、ロット間の一貫性、およびコンクリートでの性能を含める必要があります。.

UHPCにおけるマイクロスチールファイバーの作用メカニズム

UHPCは圧縮強度が高いものの、引張応力がセメント系マトリックスの強度を超えると、ひび割れが生じることがあります。ひび割れが生じると、荷重はひび割れ面を横切る繊維を通って伝達されなければなりません。.

繊維は、周囲のマトリックスとの結合を通じて力を伝達します。この結合には、接着、摩擦、および機械的相互作用が含まれます。亀裂が開くと、繊維は滑り始めます。引き抜き過程によってエネルギーが吸収されます。.

このプロセスにより、故障モードが変化します。.

通常のハイストレンコンクリートは、突然ひび割れが生じることがあります。一方、繊維補強UHPCは、最初のひび割れが生じた後も、引張荷重や曲げ荷重を引き続き支えることができます。この材料では、制御不能なひび割れが1本生じるのではなく、いくつかの細いひび割れが生じる場合があります。.

山東建邦ファイバー社は、この挙動を左右する要因が3つあることを突き止めた：

繊維本数： 細い繊維は、同じ質量においてより多くの個別の補強点を形成します。.

繊維の配向： 亀裂に対して適切な角度で交差する繊維は、より強固なブリッジ効果をもたらします。.

繊維とマトリックスの結合： 安定した界面により、マトリックスからファイバーへと応力が伝達される。.

最も強度の高い繊維が、必ずしも最良の繊維とは限りません。結合強度が弱すぎると、繊維が簡単に引き抜かれてしまいます。一方、結合強度が強すぎると、十分なエネルギーを吸収しきる前に繊維が破断してしまう可能性があります。優れたUHPCシステムには、制御された引き抜き挙動が求められます。.

代表的な寸法および機械的特性

銅被覆マイクロスチールファイバーは、多くの場合、短くまっすぐな形状で供給されます。市販されている一般的な寸法は、UHPCの研究や橋梁用途で使用されるものとほぼ同じです。.

パラメータ	一般的な製品の方向性
直径	約0.18～0.25 mm
長さ	約12～25 mm
アスペクト比	通常、50～100程度
引張強さ	一般的に2,000 MPaを超える
弾性率	約200 GPa
形状	ストレートカットまたはマイクロフックエンド
密度	約7.8 g/cm³

アップロードされた技術資料によると、引張強度は通常2,850～3,200 MPaの範囲にあり、長径比は50～80となっています。これらの値は、一部の高強度マイクロスチールファイバー製品においては現実的な数値ですが、サプライヤーはロットごとの試験結果をもってこれを裏付ける必要があります。.

FHWAはまた、最小引張強度が約2,000 MPaから2,600 MPaのUHPC用繊維について報告しているが、他のUHPC関連のプログラムでは、これよりも高い強度が報告されている繊維が使用されている。.

プロジェクト仕様書は、公表されている最高値をそのまま採用すべきではありません。具体的な設計に必要な、検証済みの最低性能を定義すべきです。.

銅被覆マイクロスチールファイバーとフック付きスチールファイバーの比較

マイクロスチールファイバーと従来のフック付きスチールファイバーは、いずれも鉄筋用繊維ですが、通常、それぞれ異なるコンクリートシステムに使用されます。.

特集	銅被覆マイクロスチールファイバー	従来のフック付き鋼繊維
代表的な直径	約0.18～0.25 mm	多くの場合、約0.5～1.0 mm
典型的な長さ	約12～25 mm	多くの場合、約30～60 mm
共通行列	UHPC、RPC、微細モルタル	普通コンクリートと高強度コンクリート
集約システム	細骨材または極小骨材	より大きな骨材でも使用可能
主要な停泊地	表面の結合と摩擦	エンドフック式機械的アンカー
1キログラムあたりの繊維数	非常に高い	下へ
一般的な用途	UHPC接合部、薄肉プレキャスト部材、RPC	床、スラブ、舗装、トンネル

マイクロスチールファイバーは、通常、高密度で微細な粒子のセメント系材料に採用されます。一方、従来のフック付きファイバーは、通常、より大きな骨材を使用し、断面が厚い通常のコンクリートに適しています。.

山東建邦ファイバー社は、バイヤーが1種類を別の種類に、単にキログラム単位で置き換えてはならないことを指摘しています。繊維の形状によって、混合挙動、亀裂ブリッジング、引き抜きメカニズム、および添加量が変化するからです。.

UHPCおよびRPCの主な利点

ひび割れのより効果的な抑制

微細な鋼繊維が緻密な三次元ネットワークを形成します。このネットワークは、微細な亀裂がより大きな亀裂へと発展する前に、それを食い止めることができます。.

ひび割れが細ければ、材料の構造的完全性を維持しやすくなります。また、水や塩化物イオンの移動経路を制限することもできます。最終的な耐久性は、依然としてUHPCマトリックス全体および暴露条件に依存します。.

引張強度および曲げ強度の向上

鋼繊維は、圧縮時よりも引張や曲げに対してはるかに高い効果を発揮します。これは、亀裂をまたいで荷重を伝達し、 残留強度.

反応性粉末コンクリートに関する研究では、直径0.22 mm、長さ13 mm、引張強度2,850 MPa、弾性係数206 GPaの純銅メッキ繊維が使用された。これは、アップロードされた資料に記載されている標準的な仕様に近いものである。.

エネルギー吸収性の向上

繊維の引き抜き過程ではエネルギーが消費される。そのため、コンクリートにひび割れを生じさせ、そのひび割れを拡大させるには、より多くのエネルギーが必要となる。.

この特性は、衝撃に敏感な部材、橋梁の接合部、薄肉プレキャストパネル、防護構造物、および補修システムにおいて重要です。.

より制御された失敗

鋼繊維を添加することで、破壊様式が急激な分離から、より緩やかなひび割れを伴う挙動へと変化する。UHPCの試験結果によると、繊維を添加することで、爆発的な脆性破壊から、より延性のある破壊様式へと変化させることができることが示されている。.

主な用途

現場打ちUHPC橋梁接合部

UHPCは、接続に広く用いられています プレキャスト橋梁部材. 高密度の材料が狭い接合部を充填し、微細鋼繊維が亀裂の架橋と引張耐力をもたらす。.

FHWAの指針では、現場打ちUHPCの接合部について、長さ13 mm、直径0.2 mmの高強度鋼繊維が一般的に推奨されている。.

反応性粉末コンクリート 製品

RPCには、微細骨材、低水セメント比、シリカフューム、高範囲減水剤、および鋼繊維が使用されています。銅被覆マイクロ鋼繊維を使用することで、RPC製の鉄道用部材、カバー、パネル、パイプ、および保護部材の引張特性および曲げ特性を向上させることができます。.

薄肉プレキャスト部材

細い繊維は、従来の長い鋼繊維では断面が狭い箇所に均一に分散させることが難しい場合があるため、薄肉部材において有用です。マイクロファイバーは、繊維の長さを長くする必要がなく、多くの補強点を形成することができます。.

高性能補修材

微細鋼繊維は、高密度な モルタルおよびUHPCオーバーレイの補修. 補修システムは、既存の基材に対して良好な接着性を確保できなければならない。.

保護・耐衝撃部品

高強度鋼繊維は、衝撃荷重下でのエネルギー吸収性と亀裂抑制効果を高めることができる。本プロジェクトでは、繊維の引張強度のみに依存するのではなく、代表的な試験を通じて所定の挙動が得られることを検証しなければならない。.

銅メッキは腐食を防ぐのでしょうか？

銅または真鍮のコーティングは、繊維の製造、保管、および取り扱いにおいて、ある程度の保護効果をもたらします。また、繊維表面の均一性を高めることもできます。.

しかし、それによって鋼芯が永久に腐食しなくなるわけではない。.

混合中にコーティングに傷や損傷が生じたり、多孔質になったり、局所的に剥がれたりすると、鉄筋が露出する可能性があります。また、コンクリートにひび割れが生じると、水分、酸素、塩化物イオンがブリッジングファイバーに到達する原因となることもあります。.

山東建邦ファイバーは、耐食性は以下の2つのレベルで評価すべきであると指摘しています：

1. 個々の繊維またはコーティングの腐食挙動。.
2. 繊維補強コンクリートシステムの耐久性。.

ISO 9227は、金属コーティングを管理された塩水噴霧条件に曝すために使用できます。ただし、ISOでは、この試験は主にコーティングの欠陥を検出するためのものであり、普遍的な曝露時間や耐用年数の解釈を定めているわけではないと説明されています。.

したがって、「500時間の耐塩水噴霧性」といった製品性能の主張には、独自の受入基準が必要となります。サプライヤーは、試験条件、試料の準備方法、不合格基準、および試験結果を明記する必要があります。.

銅被覆鋼繊維と中空の304ステンレス鋼繊維を比較した研究でも、塩水噴霧試験および湿潤・乾燥環境への曝露後、ステンレス鋼繊維の方が優れた耐久性を示すことが明らかになった。したがって、腐食性が極めて高い環境においては、銅被覆繊維をステンレス鋼と同等であるかのように推奨すべきではない。.

食物繊維の推奨摂取量

一般的なUHPC 鋼繊維の配合量 体積比で約1.5%～2.0%です。一部の特殊なシステムでは、これより多い、あるいは少ない量が使用されることもあります。.

FHWAは、非専有のUHPC配合の開発において、体積比で1.5%の繊維を使用しており、現場打ちUHPCシステムには通常、体積比で約2%の鋼繊維が含まれていると報告している。.

鋼の密度は約7,850 kg/m³であるため、質量当たりの投与量が多くなる：

体積分率	鋼繊維のおおよその質量
1.0%	78.5 kg/m³
1.5%	117.8 kg/m³
2.0%	157.0 kg/m³
2.5%	196.3 kg/m³

これらの数値は数学的な換算値であり、自動的な配合の推奨値ではありません。.

適切な投与量は、以下の要因によって異なります：

• 目標引張応答
• 残留曲げ強度
• 繊維の寸法
• 行列の強さ
• 繊維の配向
• 混合装置
• 配置の幾何学的配置
• 必要な流動性
• 材料費合計

山東建邦ファイバー社は、食物繊維を多く摂取すればするほど良い結果が得られると決めつけるのではなく、いくつかの摂取量を試してみることを推奨しています。.

混合と分散

マイクロスチールファイバーは、1キログラムあたりの繊維本数が非常に多い。これはひび割れ抑制に有効であるが、一方で分散の難しさも生じさせる。.

繊維は少しずつ加えるようにしてください。一度に大量を特定の場所に投入してはいけません。.

実用的な手順は次のとおりです：

1. プレミックスと細骨材を乾式で混合する。.
2. 液体の大部分と高範囲減水剤を加えます。.
3. UHPCが安定した流動状態になるまで混ぜ合わせます。.
4. マイクロスチールファイバーをゆっくりと加えてください。.
5. 繊維の塊がなくなるまで混ぜ続けます。.
6. 排出前に流量を確認してください。.

具体的な手順は、ミキサーや市販のUHPCシステムによって異なります。.

山東建邦ファイバー社の調査によると、繊維の長さや添加量が増えると、UHPCの流動性が低下することが判明した。したがって、配合調整においては、粒子充填率、減水剤との相性、混合エネルギー、および繊維の供給速度に重点を置く必要がある。.

流動性の悪さを解消するために、安易に余分な水を加えてはいけません。水を加えすぎると、マトリックスの強度や耐久性が低下する恐れがあります。.

品質管理

マイクロスチールファイバー製品は、使用前に点検する必要があります。.

ファイバーレベルの確認

• 繊維の長さと直径
• アスペクト比
• 引張強さ
• 真直度
• 塗膜の被覆率と均一性
• 表面汚染
• ファイバー束または融着ファイバー
• バッチ重量
• 包装による湿気対策

ASTM A820/A820M-22 本規格は、繊維補強コンクリート用の鋼繊維に関する最低要件を規定している。これには、いくつかの鋼繊維の製造区分が含まれている。本規格は、設計仕様書およびコンクリートの性能要件と併せて使用すべきである。.

生コンクリートの検査

• フローまたはスプレッド
• 混合時間
• ファイバーのクラスタリング
• 該当する場合の空気含有量
• 温度
• 配置の挙動
• 表面の繊維の堆積

硬化コンクリートの点検

• 圧縮強度
• 直接または間接的な引張特性
• 曲げ性能
• 残留強度
• 亀裂幅
• ファイバーの配線
• 本プロジェクトで求められる耐久性指標

ASTM C1609は、荷重-たわみ曲線を用いて繊維補強コンクリート梁を評価する規格です。この規格では、第1ピーク強度、ピーク強度、残留強度が報告され、試験体の靭性も定量化することができます。この方法は、配合の比較、品質の監視、および仕様への適合性の確認に適しています。.

導電性・スマートコンクリートの応用

コンクリート内部で十分な数の鋼繊維が互いに接触したり接近したりすると、導電性のネットワークが形成されます。この特性により、以下のような用途が考えられます：

• 帯電防止床
• 電気的接地用部品
• 抵抗加熱
• 電磁波シールド
• 自己検知型コンクリート
• 構造物の健全性監視

山東建邦ファイバー社は、これらが特殊な用途であることを把握しています。通常のUHPC用繊維の配合量では、所定の電気抵抗やシールド性能が自動的に得られるわけではありません。.

本プロジェクトでは、電気抵抗率、浸透挙動、周波数依存性のシールド特性、湿気に対する感受性、繊維の配向、および長期安定性について試験を行う必要がある。.

研究により、導電性金属繊維がセメント系材料の電磁シールド性能を向上させることができることが確認されているが、その結果は材料システム全体や試験周波数によって異なる。.

「1 GHzで45 dB」といった主張は、特定の製法に基づき、定義された試験方法に従って試験されたものである場合にのみ公表すべきである。.

銅被覆ファイバーとステンレスファイバーの比較

銅被覆高炭素鋼繊維は、競争力のあるコストで非常に高い引張強度を発揮します。緻密なマトリックスが鋼材を保護するUHPCやRPCに広く適しています。.

ステンレス繊維は耐食性に優れていますが、通常はコストが高くなります。.

ファクター	銅被覆高張力鋼	ステンレス繊維
引張強さ	非常に高い	合金や加工方法によって異なります
弾性率	高い	高い
初期費用	通常は低い	通常は高い
耐食性	表面保護性能は向上したが、その効果は限定的である	積極的なエクスポージャーの方が良い
一般的な用途	UHPC、RPC、高性能プレキャスト	海洋用、化学用、および高耐久性システム
主な選定基準	強度とコスト効率	耐食性

材料の選定は、プロジェクトの環境に応じて決定すべきです。高密度の屋内用UHPC製品と、恒久的なひび割れが生じる海洋構造物では、必要な繊維は異なります。.

購買におけるよくあるミス

最初の過ちは、引張強さだけを比較してしまうことです。引張強さも重要ですが、形状、コーティングの品質、分散性、マトリックスとの適合性も同様に重要です。.

2つ目の間違いは、銅メッキを完全な耐食性だと誤解することです。.

3つ目の間違いは、体積分率を確認せずにキログラム単位で注文してしまうことです。.

4つ目の間違いは、銅色の繊維はすべて同じコーティング組成を持っていると仮定してしまうことです。.

5つ目の間違いは、UHPCに通常のコンクリートの配合方法を用いることです。.

6つ目の間違いは、圧縮強度だけで性能を判断してしまうことです。.

7つ目の間違いは、構造設計や試験を行わずに、繊維が鉄筋の一定割合を置き換えることができると主張することです。.

山東建邦ファイバーは、専門的な調達プロセスは、繊維の最低価格からではなく、求められる具体的な性能から始めるべきであるとの認識に至った。.

なぜEcocretefiber™マイクロスチールファイバーを選ぶべきなのか？

エコクリートファイバー のコンクリート繊維ブランドである。 山東建邦化学繊維有限公司.

当社は、UHPC、RPC、プレキャスト製品、補修材、工業用床、橋梁、トンネル、道路、およびインフラプロジェクト向けに、微細銅被覆鋼繊維をはじめとするコンクリート補強用繊維を供給しています。.

当社の製品ラインナップには、フック付き鋼繊維も含まれており、, 接着スチールファイバー, 、圧延鋼繊維、マクロ合成繊維、ポリプロピレン繊維、バサルト繊維、PVA繊維、PAN繊維、セルロース繊維、およびARガラス繊維。.

マイクロスチールファイバーに関するプロジェクトにおいて、当社はお客様に対し以下のサポートを提供いたします：

• ファイバー仕様の選定
• 長さと直径の比較
• 引張強度の要件
• パッケージの選択肢
• OEMサービス
• 試作注文の計画
• 投与量の説明
• アプリケーションのマッチング

すべてのコンクリートシステムに対して、単一の仕様を推奨するものではありません。橋梁の接合部、RPC被覆、薄型プレキャストパネル、補修オーバーレイ、および保護部材などでは、それぞれ異なる繊維の寸法や配合量が必要となる場合があります。.

購入者向けチェックリスト

質問	なぜ重要なのか
そのマトリックスは、UHPC、RPC、モルタル、それとも通常のコンクリートですか？	このマトリックスによって、適切なファイバー形状が決定されます。.
そのコーティングは銅ですか、それとも真鍮ですか？	コーティングの化学的性質は、製品の説明と一致している必要があります。.
どのような繊維の長さと直径が必要ですか？	寸法は、分散や亀裂ブリッジングに影響を与えます。.
必要な引張強度の最低値はどれくらいですか？	UHPCには通常、高強度の繊維が必要です。.
どの体積分率について試験が行われるのでしょうか？	体積分率は、繊維本数と質量投与量を決定する。.
どのような流動性を維持する必要があるか？	繊維を添加すると、UHPCの流動性が低下する可能性がある。.
塩化物や海水への曝露が予想されますか？	過酷な環境下での使用には、追加の耐久性対策が必要となる場合があります。.
どの曲げ試験を採用するのでしょうか？	性能は、繊維のデータから推測するのではなく、実際にコンクリートを用いて検証すべきである。.
導電性は必要ですか？	電気的特性については、別途試験を行う必要があります。.
そのサプライヤーはバッチ記録を提供していますか？	トレーサビリティは、安定した生産品質を支えます。.

結論

銅被覆マイクロ鋼繊維は、UHPC、RPC、微細粒補修材、および高性能プレキャストコンクリート向けの、高強度の補強材です。.

山東建邦ファイバー社は、同社の製品の主な価値が、鋼芯、精密な寸法、高い繊維密度、および亀裂架橋作用にあることを明らかにしています。この繊維は、引張特性、曲げ靭性、亀裂幅の制御、エネルギー吸収性、および残留耐荷重能力の向上に寄与します。.

銅や真鍮の薄い被膜は、製造、保管、および表面保護に役立ちます。しかし、それだけでは鋼材を恒久的に耐食性にすることはできません。海洋環境や塩化物にさらされるプロジェクトでは、コンクリートシステム全体を評価し、ステンレス鋼や非金属繊維など、他の選択肢と比較検討する必要があります。.

最良の結果は、単に最高の引張強度や最大の配合量を選んだだけでは得られません。繊維の寸法、コーティング、マトリックス、配合量、混合プロセス、配置形状、そして性能試験を適切に組み合わせることによって初めて得られるものです。.

山東建邦化学繊維有限公司. 用品 エコクリートファイバー 信頼性の高いUHPCのひび割れ抑制およびひび割れ発生後の性能を求めるお客様向けのマイクロスチールファイバーソリューションです。当社のチームは、施工業者、プレキャストメーカー、販売業者、およびインフラ発注者に対し、それぞれのコンクリートシステムに適した実用的なファイバー仕様の選定を支援いたします。.