セメント系階段
【課題】構成が簡単で生産効率が高く、しかも、廃棄時の分別も簡単なセメント系階段を提供すること。
【解決手段】段板（２０）がその両端で、雄部材と雌部材によるネジ連結を利用して、ササラ桁（１０）に固定されてなるセメント系階段であって、段板（２０）が曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、押出方向に少なくとも２以上の貫通孔（２５）を有し、押出成形後に該貫通孔（２５）内にインサート筋（３０）が挿通固定され、インサート筋（３０）が棒材（３１）の両端に、上記雄部材または雌部材の一方を有する連結部（３２ａ、３２ｂ）を備えてなり、連結部（３２ａ、３２ｂ）が有する雄部材または雌部材に対して、他方の雌部材または雄部材（５０）を係合させることにより、段板（２０）とササラ桁（１０）を連結固定したことを特徴とするセメント系階段。
【解決手段】段板（２０）がその両端で、雄部材と雌部材によるネジ連結を利用して、ササラ桁（１０）に固定されてなるセメント系階段であって、段板（２０）が曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、押出方向に少なくとも２以上の貫通孔（２５）を有し、押出成形後に該貫通孔（２５）内にインサート筋（３０）が挿通固定され、インサート筋（３０）が棒材（３１）の両端に、上記雄部材または雌部材の一方を有する連結部（３２ａ、３２ｂ）を備えてなり、連結部（３２ａ、３２ｂ）が有する雄部材または雌部材に対して、他方の雌部材または雄部材（５０）を係合させることにより、段板（２０）とササラ桁（１０）を連結固定したことを特徴とするセメント系階段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセメント系階段に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば集合住宅の野外部分に設置する階段の構造として、図６の分解図に示したものが従来から知られている。
この階段構造は、ササラ桁（または側桁）と呼ばれる細長い板状の支持材１０を両側に配置し、その間に多数の段板２０’を挟持して、階段を構成している。
【０００３】
各段板２０’は、その端面から突出するボルト３０’を備えている。一方、ササラ桁１０にはボルト３０’を通すボルト孔１１が形成されていて、ボルト３０’をボルト孔１１に通し、ナット（不図示）を用いて両者を固定する。なお、段板２０’側にナットを埋め込んでおいて、ササラ桁１０の外側からボルト孔１１にボルトを通して両者を連結してもよい。
【０００４】
セメント系材料を用いてこのような段板２０’を製造する場合、従来より、「押出成形」が多く利用されている。「型成形」は、「押出成形」と比べて生産効率が低く、大量生産には適さないからである。
【０００５】
例えば、特許文献１では、モルタル材料から押出成形によって踏板を形成しており、押出成形の際、細長い棒状の補強杆が踏板内に埋設される。補強杆の両端には、ナットとして機能する螺管が固定されていて、ササラ桁のボルト孔に通したボルトをこの螺管に連結することで、踏板がササラ桁に連結される。
しかし、踏板を押出成形する際、踏板の端面と螺管の端面とが面一になるように位置合わせすることが必要となるが、これを正確に行うことは難しい。
このように、押出成形は、生産効率が高く大量生産に適しているが、押出成形の際に埋設されるナット（あるいはボルト）の位置合わせが難しいという問題がある。
【０００６】
また例えば、特許文献２では、押出成形の際に踏板内部にナットを埋設するのではなく、押出成形後に外部からナットを挿入している。すなわち、長手方向に沿う貫通孔を有する踏板を押出成形した後、貫通孔内に外部から筒状ナットを嵌入して、接着剤を用いて固定している。
しかし、廃棄の際にコンクリート材と金属のナットとを分別する作業が厄介なものとなる。
【０００７】
そこで、「押出成形」ではなく「型成形」を利用して踏板を構成することも考えられ、その場合には、プレキャストで、埋設するナットやボルトの位置合わせは容易に行うことができるが、「型成形」は生産効率が悪く、また、廃棄の際にコンクリート材と金属のナットあるいはボルトを分別する作業がやはり厄介である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１９２６９号公報
【特許文献２】特開平４−１６６５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、構成が簡単で生産効率が高く、しかも、廃棄時の分別も簡単なセメント系階段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、段板（２０）がその両端で、雄部材と雌部材によるネジ連結を利用して、ササラ桁（１０）に固定されてなるセメント系階段であって、
段板（２０）が曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、押出方向に沿って少なくとも２以上の貫通孔（２５）を有し、押出成形後に該貫通孔（２５）内にインサート筋（３０）が挿通固定され、
インサート筋（３０）が棒材（３１）の両端に、上記雄部材または雌部材の一方を有する連結部（３２ａ、３２ｂ）を備えてなり、
連結部（３２ａ、３２ｂ）が有する雄部材または雌部材に対して、他方の雌部材または雄部材を係合させることにより、段板（２０）とササラ桁（１０）を連結固定したことを特徴とするセメント系階段に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセメント系階段においては、貫通孔を備えた状態で押出成形された段板に対して、当該段板の貫通孔にインサート筋を挿通固定している。したがって、段板とインサート筋との位置合わせが簡単である。
また、プレキャスト（型成形）を利用しなくてもインサート筋の位置合わせが容易であることから押出成形体を段板として利用しているので、型成形を用いる場合よりも生産効率が高い。
さらに、インサート筋が両端に有する連結部によって段板とササラ桁とを連結固定するので、廃棄時の分別が簡単である。
しかも、段板の貫通孔にはインサート筋が挿通固定され、かつ段板は曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなるので、段板が十分な強度を有する。
【００１２】
貫通孔の横断面形状を非円形とし、かつインサート筋の連結部の横断面形状を貫通孔内に収まる形状とすることにより、貫通孔内でのインサート筋の回転（ネジ止め作業時の空転）を防止できる。その場合、接着剤等を利用して、インサート筋を貫通孔内に固定する必要はない。さらに、貫通孔とインサート筋との隙間に接着剤を注入しておくことにより、貫通孔内でのインサート筋のガタつきを防止でき、しかも貫通孔とインサート筋とのより強固な固定を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るセメント系階段の構造を説明するための分解図。
【図２】本発明の一実施形態に係る段板を説明するための斜視図。
【図３】段板に挿通固定されるインサート筋を説明するための図。
【図４】本発明におけるインサート筋の回転防止手段の一例を説明するための図。
【図５】図２の段板をササラ桁に固定する態様を説明するための要部斜視図。
【図６】従来の階段の構造を説明するための分解図。
【図７】参考例１で製造した段板の横断面形状およびサイズを説明するための図。
【図８】参考例１、実施例１および比較例１〜２で行った曲げ強度の測定結果を示すグラフ。
【図９】曲げ強度の測定方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
本発明に係るセメント系階段は、例えば図１に示すように、１以上の段板２０がその両端で、ササラ桁１０に連結・固定されてなるものである。段板２０とササラ桁１０との連結・固定は、ササラ桁１０のボルト孔１１を介した、係合部材５０と、段板２０の貫通孔内のインサート筋３０が両端に備えた連結部（３２ａ、３２ｂ）とのネジ係合により達成される。
【００１５】
（段板）
図２は、段板２０の一例を示す斜視図である。段板２０は、押出方向に沿ってその全長に渡って延びる貫通孔２５を有してなり、ここにインサート筋３０が挿通固定される。インサート筋３０は、段板２０を押出成形した後で、貫通孔２５内に挿通固定される。このように、本発明では、貫通孔２５を有する段板２０をまず押出成形した後で、外部からインサート筋３０を挿通固定するので、段板２０に対するインサート筋３０の位置決めが簡単である。したがって、押出成形による高い生産効率を確保しながらも、インサート筋３０の位置決めを簡単に行うことができる。
【００１６】
段板２０は、図２に示すような踏板２１と蹴込板２２を一体的に備えてなる押出成形体であってもよいし、または踏板２１のみからなる押出成形体であってもよい。使用する材料は後で詳述する水硬性セメント組成物を用いる。
【００１７】
貫通孔２５はインサート筋３０を挿通させるためのものである。貫通孔２５の数は段板１つあたり少なくとも２以上である。貫通孔２５の数は、段板２０、特に踏板２１の奥行きに応じて適宜設定されてよく、例えば、踏板２１の奥行きが３００ｍｍの場合、貫通孔２５の数は段板１つあたり２〜４、特に２〜３が好ましい。
【００１８】
貫通孔２５は踏板２１および蹴込板２２それぞれにおいて１以上で形成されてよいが、蹴込板２２には貫通孔が形成されなければならないというわけではない。通常は踏板２１において２以上の貫通孔が形成されることが好ましい。
【００１９】
貫通孔２５のサイズは、インサート筋３０の挿通が達成される限り特に制限されず、例えば段板の強度の観点からは、踏板の厚みをｔとしたとき、貫通孔２５における踏板厚み方向の長さは０．２ｔ〜０．７ｔが好適である。
【００２０】
貫通孔２５の横断面形状は特に制限されず、例えば、円形であってもよいし、楕円形や多角形や星形等の非円形であってもよい。段板２０は押出成形されるものであって、貫通孔２５はその際に同時に形成されるので、貫通孔２５は、全長に渡って一定の横断面形状を有する。
本明細書中、横断面形状とは、押出方向に対して垂直な断面における形状のことである。
【００２１】
段板２０は押出方向に沿って軽量化のための貫通孔２６を有してもよい。軽量化用貫通孔２６の横断面形状は特に制限されず、例えば、図２に示すような楕円形であってもよいし、円形であってもよい。図２において横断面形状が楕円形である全ての貫通孔が軽量化のための貫通孔２６である。
【００２２】
段板２０のサイズは特に制限されるものではなく、例えば登り降りの容易さと軽量化と強度とのバランスの観点から、踏板２１の奥行きは１５０〜５００ｍｍ、踏板２１の厚みは４０〜８０ｍｍ、踏板２１の全幅は６００〜１５００ｍｍ、蹴込板２２の高さは１００〜３００ｍｍ、蹴込板２２の厚みは２０〜８０ｍｍが好適である。勿論、これらに限定されるものではない。
【００２３】
（インサート筋）
インサート筋３０は棒材３１の両端に連結部３２ａ、３２ｂを備えてなっている。このように連結部３２ａ、３２ｂは棒材３１を介して一体化されているため、廃棄時の分別が簡単である。
【００２４】
図３は、インサート筋の一例を示している。図示したインサート筋３０は、異型棒鋼で構成される棒材３１の両端に、連結部として、六角ナット３２ａ、３２ｂを溶接固定して構成される。図１〜３の例では、連結部３２ａ、３２ｂを雌部材（ナット）として形成し、これに対して係合部材５０としてのボルト（雄部材）をネジ係合させる構成を採用している。しかしながら、逆の構成を採用することも可能である。すなわち、連結部３２ａ、３２ｂに、その端面から突出するボルト部を設け、これに対して係合部材５０としてのナットを係合させる構成を採用してもよい。さらには、連結部３２ａに雌部材を、連結部３２ｂに雄部材を設ける（あるいはその逆）ことも可能である。
【００２５】
インサート筋３０は、その全長を段板２０の全長と等しく設定するのが好ましい。それにより、インサート筋３０を段板２０内に配置したとき、両方の連結部３２ａ、３２ｂの端面が、段板２０の端面２０ａと面一となる。
【００２６】
棒材３１は、少なくとも両端の連結部３２ａ、３２ｂより小径であれば足り、異型棒鋼である必要はない。また、連結部３２ａ、３２ｂを含む全長に渡って、インサート筋３０が一定の横断面形状を有していてもよい。
【００２７】
インサート筋３０の棒材３１および連結部３２ａ、３２ｂを構成する材料は、段板２０とササラ桁１０との連結・固定が達成される限り特に制限されず、例えば、鋼、鉄、軟鋼線材、鉄筋コンクリート用棒鋼、構造用圧延鋼材等の金属が挙げられる。
【００２８】
施工時の貫通孔２５内でのインサート筋３０の回転（空転）を防止するために、インサート筋３０は貫通孔２５内で固定される。インサート筋３０の固定は、貫通孔２５とインサート筋３０との隙間に接着剤を注入し硬化させることによって達成されてもよいし、または後で詳述するように貫通孔およびインサート筋の連結部の横断面形状を所定の形状とすることによって達成されてもよい。固定をより一層確実に達成する観点からは、インサート筋の連結部の横断面形状を所定の形状とすることによってインサート筋３０の固定を達成することが好ましい。インサート筋の連結部の横断面形状を所定の形状とすることによってインサート筋３０の固定を達成する場合であっても、挿通固定された貫通孔２５内におけるインサート筋３０のガタつきを防止するために、貫通孔２５とインサート筋３０との隙間に接着剤を注入し硬化させることが好ましい。接着剤としてはインサート筋の貫通孔内での固定を達成できれば特に制限されず、いわゆるシーリング剤やコーキング剤等を用いてガタツキを防止してもよい。
【００２９】
（ササラ桁）
ササラ桁１０は２枚で使用され、１以上の段板２０を挟持するものである。
ササラ桁１０を構成する材料は、段板を支持可能な限り特に制限されず、例えば、鋼、鉄、構造用圧延鋼材、セメント系材料等が挙げられる。
【００３０】
（横断面形状を利用したインサート筋の回転（空転）防止）
インサート筋３０の回転防止手段の一例として、以下の手段が挙げられる。すなわち、貫通孔２５および連結部３２ａ、３２ｂの横断面形状を、「連結部３２ａ、３２ｂが貫通孔２５内に収まって、両者の形状が協働して、インサート筋３０の回転を防止できる」形状とする。そのためには、貫通孔２５を非円形の横断面形状とし、インサート筋３０の連結部３２ａ、３２ｂを、上記非円形の貫通孔２５内で空回りしないような横断面形状とすることで足りる。連結部３２ａ、３２ｂは、詳しくは、上記非円形の貫通孔２５内に収まって当該非円形横断面と協働して貫通孔内でのインサート筋３０の回転を防止する横断面形状を有するものである。
【００３１】
図１〜図３の例では、そのような横断面形状を利用したインサート筋の回転（空転）防止手段が備わっている。具体的には、インサート筋３０の両端に設けた連結部３２ａ、３２ｂは、横断面が正六角形のナットである。そして、段板２０の貫通孔２５は、当該正六角形を収容して、インサート筋３０の回転を防ぐことができる形状とされる。これを、図４を参照して説明する。
【００３２】
図４中に部分的に拡大して示したように、貫通孔２５の横断面形状は、「頂点を１２個有する星形」としている。当該形状であれば、正六角形横断面のナット（連結部３２ａ）を、（ａ）で示した姿勢においても、（ｂ）で示した姿勢においても、インサート筋３０を回転不可に保持することができる。
つまり、ここでいう「頂点を１２個有する星形」とは、中心を一致させてほぼ３０°ズラして配置した２つの正六角形の外輪郭で構成される形状である。
【００３３】
なお図４では、説明を分かり易くするために、正六角形横断面の連結部３２ａを破線で示すとともに、隙間を実際よりも大きく誇張して描いている。
【００３４】
インサート筋３０を回転不可に保持する（すなわち、ネジ止め作業時の空転を防ぐ）という観点からは、貫通孔２５の横断面形状は「頂点を１２個有する星形」である必要はなく、例えば、正六角形であってもよい。しかし、「頂点を１２個有する星形」とすることで、図４中の（ａ）の姿勢でも、（ｂ）の姿勢でも、連結部３２ａを保持することができる。すなわち、インサート筋３０を貫通孔２５へ挿通固定する際の作業自由度が高まり、作業効率が高まるというメリットがある。特に、インサート筋３０の両端に設ける連結部３２ａと３２ｂとは溶接固定されることが通常の方法であり、両連結部３２ａと３２ｂとの六角形の頂点を正確に合わせることは非常に難しいが、貫通孔２５の横断面形状を十二角形とすることで、両連結部の位置ずれを吸収することが可能となるのである。なお、セメント系押出成形体としての段板２５における頂点部分、すなわち十二角形の角部分は、材質の特性上、若干の丸みを有するものであることは言うまでもない。
【００３５】
インサート筋３０は、図示した例では、両端の連結部３２ａ、３２ｂのみが上述した横断面形状を有しており、相対的に小径の棒材（異型棒鋼）３１をもって両端の連結部３２ａ、３２ｂを連結固定して構成されている。棒材３１が小径であるため、インサート筋３０の全体を貫通孔２５に簡単に通すことができる。
【００３６】
（段板とササラ桁との連結・固定）
段板２０の貫通孔２５にインサート筋３０を挿通固定した後は、図５に示したように、係合部材５０としてのボルト部材を、ササラ桁１０のボルト孔１１に通して連結部３２ａとネジ係合させる。これにより、段板２０とササラ桁１０とが連結固定される。
なお図５では、説明の便宜上、ササラ桁１０を透明の矩形板のように描いて部分的に図示しているが、実際には、図１に示すように、２つのササラ桁１０の間に複数の段板２０を連結固定して階段が構成される。
【００３７】
（防水緩衝シール材を設ける例）
段板２０とササラ桁１０との間には、防水および緩衝を目的としたシール材４０（防水緩衝シール材）を配置することが好ましい（図５参照）。
「防水」は、インサート筋３０が金属製である場合に、これが腐食するのを防止するために行う。「緩衝」は、ササラ桁１０の間で段板２０がガタつくことや、接合端面が傷付くことを防止するために行う。
防水緩衝シール材４０は、段板の端面２０ａに適合する形状（図５の例ではＬ字状）とすることが好ましく、インサート筋３０が挿通固定された貫通孔２５を露出させるための開口４１を有する。
【００３８】
防水緩衝シール材４０の材質としては、ウレタン等の発泡プラスチックや、ＥＰＤＭ（エチレン-プロピレン-ジエンゴム）等を使用する。
【００３９】
（水硬性セメント組成物）
段板２０は、曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、詳しくは以下に詳述する水硬性セメント組成物から製造されてなる無機系硬化体からなる。
【００４０】
本発明において、「多重亀裂」とは次のことを意味する。曲げ応力が印加されてセメント硬化体に最初の亀裂が入った段階で、その亀裂部に応力が集中して、通常のセメント硬化体ではそのまま破断に至る。すなわち応力−歪曲線が直線となる弾性変形の段階で破断に至る。そのためエネルギー吸収能が低く、脆性破壊を呈する。これに対して最初の亀裂が入ったのちも、直ちに材料全体の破断に至らず、最初の亀裂に続いて複数の亀裂が発生する現象が存在する。これを多重亀裂という。多重亀裂が発生すると、応力が分散されるため、最初の亀裂発生後も増加する荷重に耐えて大きな歪に至るまで破壊せず、高いエネルギー吸収能と高い靭性を示す。
【００４１】
そのような多重亀裂が起こる本発明の段板を構成する水硬性セメント組成物は、少なくとも水硬性セメントを含むマトリックスに繊維を配合・補強してなる繊維補強水硬性組成物である。マトリックスは好ましくはさらにシリカ質原料、パルプおよび水溶性セルロースを含み、減水剤などの混和剤、鉱物繊維および軽量骨材が配合されてもよい。
【００４２】
本発明において配合される繊維は、水硬性組成物を硬化させてなる硬化体に、曲げ載荷時の多重亀裂を起こさせ得る補強繊維であれば、特に制限されず、例えば、ポリビニルアルコール系繊維（ＰＶＡ繊維）、ポリプロピレン系繊維（ＰＰ繊維）、ポリエチレン系繊維（ＰＥ繊維）、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリベンゾオキサゾール系繊維、レーヨン系繊維、ガラス繊維、スチール繊維等が挙げられる。製造コストを低減し、多重亀裂をより有効に起こす観点から好ましくはＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、ＰＰ繊維、アラミド繊維であり、特にＰＶＡ繊維である。
【００４３】
これらの繊維は繊維長が３〜１００ｍｍ、繊維径が５〜２００μｍ、アスペクト比が１００〜１０００である。繊維長がより短い、繊維径がより大きい、またはアスペクト比がより小さい場合は、曲げ応力が負荷された状態において、最初に亀裂が生じたときに、繊維が架橋しても応力を負担することができず、すぐに引き抜け、多重亀裂を発生する前に破壊してしまう。
一方、繊維長がより長い、繊維径がより小さい、またはアスペクト比がより大きい場合は、曲げ応力が負荷された状態において、繊維の引き抜けよりも先に、繊維自体が破断してしまうために多重亀裂が発生しない。
【００４４】
本発明において、繊維の「アスペクト比」とは、繊維長を繊維断面の面積と同面積を有する相当円の直径で除した値である。
【００４５】
ＰＶＡ繊維は通称ビニロン繊維とも呼ばれているもので、ＰＶＡ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜５０ｍｍ、好ましくは３〜１５ｍｍ、特に６〜１２ｍｍ、繊維径が１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍ、アスペクト比が１００〜４００、好ましくは１５０〜３００であることが望ましい。
【００４６】
最も好ましいＰＶＡ繊維は特に、繊度２〜１５０ｄｔｅｘ、特に４〜２５ｄｔｅｘ、引張強度４ｃＮ/ｄｔｅｘ以上、特に６〜２０ｃＮ/ｄｔｅｘを有する。
繊度は、繊維状物の一定糸長の重量を測定して見掛け繊度をｎ＝５以上で測定した平均値を用いている。なお、一定糸長の重量測定により繊度が測定できないもの（細デニール繊維）はバイブロスコ−プにより測定している。
強度は、予め温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下で２４時間繊維を放置して調湿したのち、単繊維を糸長２０ｃｍ、引張速度１０ｃｍ／分として万能試験機 島津製作所製「オートグラフ」にて測定した値を用いている。なお繊維長が２０ｃｍより短い場合は、そのサンプルの可能な範囲での最大長さを把持長として測定することとしている。
【００４７】
そのような好ましいＰＶＡ繊維として、市販のクラロンＫ―II 「パワロン」（クラレ社製）が入手可能である。
【００４８】
またＰＰ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１５ｍｍ、好ましくは６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００、好ましくは２００〜７００であることが望ましい。
【００４９】
またＰＥ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１５ｍｍ、好ましくは６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００、好ましくは２００〜７００であることが望ましい。
【００５０】
上記繊維は硬化後の硬化体における体積混入率が０．１〜１０％、好ましくは２〜７％となるように配合される。繊維の体積混入率がより小さいと亀裂が入ったときにそこに集中する応力を支えることができないで架橋作用を発揮できない。また体積混入率がより大きいと繊維同士の接触部分が増加してセメントとの一体化を妨害するため十分な補強効果が得られなくなる。
【００５１】
繊維の「体積混入率」とは、以下の方法によって測定された値を用いている。セメント硬化体を押出方向に対して直角方向に裁断し、その裁断面を走査電子顕微鏡を用いて、加速電圧２５ｋＶで反射電子像を観察した。セメント硬化体中の繊維混入率Ｖｆは、顕微鏡の視野にある観察面の繊維の断面積の合計を、電子顕微鏡の視野の面積で除した値として求めた。繊維混入率Ｖｆは、試験片の裁断面中の異なる３つの視野について測定した値の平均値を採用した。
【００５２】
本発明において使用される水硬性セメントは、水との反応により硬化体を形成できる限り、特に限定されず、例えば、各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、シリカセメント、マグネシアセメント、硫酸塩セメント等をすべて含む。
【００５３】
シリカ質原料としては、珪石粉、高炉スラグ、珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリカヒューム、非晶質シリカ等を使用することができる。好ましくは、段板の強度向上および寸法安定性に寄与する点から、珪石粉、珪砂である。これらのシリカ質原料として好ましくは比表面積(ＪＩＳ Ｒ ５２０１に記載の方法による)が３０００〜１５０００ｃｍ２／ｇのものを使用する。シリカ質原料は水硬性セメント１００重量部に対して４０〜１００重量部、好ましくは５０〜８０重量部の割合で配合される。シリカ質原料が４０重量部より少ないと段板の強度が低下する上に、エフロレッセンスが発生し易くなり、１００重量部より多くても段板の強度が低下する。
【００５４】
パルプは、綿パルプまたは木材パルプ等の天然パルプが好ましい。天然パルプであれば特に限定されず、バージンパルプのみならず古紙からの再生パルプも使用できる。また木材パルプの場合、木材の組織からリグニンを化学的に取り除いた化学パルプ、木材を機械的に処理した機械パルプのいずれも使用できる。パルプは繊維長が０.０５〜１０ｍｍのものが好ましい。パルプは水硬性セメント１００重量部に対して０．１〜５０重量部、好ましくは０．５〜１５重量部の割合で配合される。０．１重量部より少ないと補強効果を発揮できず、また５０重量部より多いと分散不良となり、段板の表面平滑性が悪化したりする。
【００５５】
水溶性セルロースとしては、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。水溶性セルロースは、水硬性組成物の各成分を混合・混練し、押出成形する際に、混練物に粘性を付与し、成形性を向上させるものである。水溶性セルロースは水硬性セメント１００重量部に対して０.１〜１０重量部、好ましくは１〜６重量部の割合で配合される。０.１重量部より少ないと可塑性がなく成形できない。一方１０重量部より多い場合にはコストの上昇を招くだけであり、これ以上の効果の向上は期待できない。
【００５６】
鉱物繊維としては、セピオライト、ワラストナイト、タルク、アタパルジャイト、ロックウール等を例示することができる。鉱物繊維は水硬性セメント１００重量部に対して０〜４０重量部、好ましくは３〜２５重量部の割合で配合される。鉱物繊維が４０重量部より多いと段板の強度が低下する。
【００５７】
軽量骨材としては、火山れきなどの天然軽量骨材、焼成フライアッシュバルーンなどの人工軽量骨材、真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトなどの超軽量骨材、膨張スラグなどの副産物軽量骨材を使用することができる。好ましくは真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトである。
【００５８】
水硬性組成物には、上記以外の添加剤として、必要に応じて、マイカ、アルミナ、炭酸カルシウム等のシリカ以外の無機質材料、減水剤、界面活性剤、増粘剤、硬化促進剤等を配合することもできる。
【００５９】
本発明の段板は、水硬性セメント組成物を構成する上記成分の混合物に水を加え、押出成形・硬化することによって得られる。押出成形することにより、補強繊維が押出方向により支配的に配向するため、押出方向に直角な方向からの曲げ応力または押出方向での引張応力に対して繊維の架橋作用による補強効果をより効果的に発揮することができる。さらに押出成形することにより、一般により緻密な成形体が得られ、結果として前記したような比較的複雑な形状の本発明の段板を容易に成形できる。水の配合量は一般に水硬性セメント１００重量部に対して４０〜９０重量部が好適である。押出成形時において押出物に、所定の断面形状を有する金型を通過させることによって、段板を製造できる。
【００６０】
本発明において段板は、比重が通常、１．５〜２．５であり、好ましくは１．８〜２．２であって、比較的軽量であるにもかかわらず、高靭性を示すものである。
【実施例】
【００６１】
＜参考例１＞
普通ポルトランドセメント１００重量部に、長さ６ｍｍ、繊維径４０μｍ（アスペクト比１５０）のＰＶＡ短繊維（クラレ社製、商品名「クラロンK-II“パワロン”）５.１重量部、珪石粉（比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）６０重量部、パルプ（広葉樹系パルプ）３重量部、メチルセルロース（信越化学工業社製）６重量部を加えて、ミキサーにより粉体混合した。粉体混合を続けながらこれに水７０．０重量部を混合したのちニーダーに移して混練してセメントペーストを練り上げた。得られたセメントペーストをシリンダー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。金型から吐出された押出物はトレーに受け、蒸気養生し、硬化させ、図７に示す横断面形状を有する段板（中空率２５％）を得た。
【００６２】
得られた段板の曲げ強度を以下に示す方法により評価し、結果を図８において実線Ａとして示した。段板（セメント硬化体）は曲げ試験において多重亀裂破壊を起し、高い物性値を示した。また硬化体中のＰＶＡ繊維の体積混入率は４．０％であった。
【００６３】
（曲げ強度の評価法）
押出方向長約１２００ｍｍの２点載荷の単純曲げ試験用の試験体を切り出した。図９に示すように、直径１００ｍｍ、厚み２０ｍｍの加圧治具１２０を用い、そこにクロスヘッド速度５．０ｍｍ／ｍｉｎにて荷重を印加し、曲げ荷重を測定した。なお、支点間距離は８００ｍｍであった。図９において矢印は集中荷重、三角は支点を示す。
【００６４】
＜実施例１＞
参考例１と同様の段板の２つの貫通孔に以下に示すインサート筋を挿通したこと以外、参考例１と同様の方法により段板の製造および評価を行った。結果を図８において破線Ｂとして示した。
インサート筋３０は、異型棒鋼で構成される棒材３１（直径１１ｍｍ）の両端に六角ナット３２ａ、３２ｂ（外径２０ｍｍ）を溶接固定してなるものを用いた。
【００６５】
＜比較例１＞
ＰＶＡ短繊維の添加量を１重量部としたこと以外、参考例１と同様の方法により段板の製造および評価を行った。なお、得られた段板は、曲げ試験において多重亀裂破壊を示さなかった。結果を図８において実線Ｃとして示した。硬化体中のＰＶＡ繊維の体積混入率は０．０５％であった。
また、本比較例で得られた段板に、実施例１と同様にインサート筋を挿通したものの曲げ試験結果を図８において破線Ｄとして示した。
【００６６】
＜比較例２＞
市販のプレキャスト成形品段板（セメント比重：２．４、インサート筋直径１１ｍｍ、中空なし）について、実施例１と同様に曲げ試験を行った。結果を図８において破線Ｅとして示した。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のセメント系階段は、アパート、マンション等の集合住宅用階段、工場、倉庫等に用いる階段等として有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１０：ササラ桁
１１：ボルト孔
２０：段板
２０ａ：段板の端面
２１：踏板
２２：蹴込板
２５：インサート筋挿通用貫通孔
２６：軽量化用貫通孔
３０：インサート筋
３１：棒材
３２ａ：３２ｂ：連結部
４０：防水緩衝シール材
４１：開口
５０：係合部材（ボルト部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明はセメント系階段に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば集合住宅の野外部分に設置する階段の構造として、図６の分解図に示したものが従来から知られている。
この階段構造は、ササラ桁（または側桁）と呼ばれる細長い板状の支持材１０を両側に配置し、その間に多数の段板２０’を挟持して、階段を構成している。
【０００３】
各段板２０’は、その端面から突出するボルト３０’を備えている。一方、ササラ桁１０にはボルト３０’を通すボルト孔１１が形成されていて、ボルト３０’をボルト孔１１に通し、ナット（不図示）を用いて両者を固定する。なお、段板２０’側にナットを埋め込んでおいて、ササラ桁１０の外側からボルト孔１１にボルトを通して両者を連結してもよい。
【０００４】
セメント系材料を用いてこのような段板２０’を製造する場合、従来より、「押出成形」が多く利用されている。「型成形」は、「押出成形」と比べて生産効率が低く、大量生産には適さないからである。
【０００５】
例えば、特許文献１では、モルタル材料から押出成形によって踏板を形成しており、押出成形の際、細長い棒状の補強杆が踏板内に埋設される。補強杆の両端には、ナットとして機能する螺管が固定されていて、ササラ桁のボルト孔に通したボルトをこの螺管に連結することで、踏板がササラ桁に連結される。
しかし、踏板を押出成形する際、踏板の端面と螺管の端面とが面一になるように位置合わせすることが必要となるが、これを正確に行うことは難しい。
このように、押出成形は、生産効率が高く大量生産に適しているが、押出成形の際に埋設されるナット（あるいはボルト）の位置合わせが難しいという問題がある。
【０００６】
また例えば、特許文献２では、押出成形の際に踏板内部にナットを埋設するのではなく、押出成形後に外部からナットを挿入している。すなわち、長手方向に沿う貫通孔を有する踏板を押出成形した後、貫通孔内に外部から筒状ナットを嵌入して、接着剤を用いて固定している。
しかし、廃棄の際にコンクリート材と金属のナットとを分別する作業が厄介なものとなる。
【０００７】
そこで、「押出成形」ではなく「型成形」を利用して踏板を構成することも考えられ、その場合には、プレキャストで、埋設するナットやボルトの位置合わせは容易に行うことができるが、「型成形」は生産効率が悪く、また、廃棄の際にコンクリート材と金属のナットあるいはボルトを分別する作業がやはり厄介である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１９２６９号公報
【特許文献２】特開平４−１６６５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、構成が簡単で生産効率が高く、しかも、廃棄時の分別も簡単なセメント系階段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、段板（２０）がその両端で、雄部材と雌部材によるネジ連結を利用して、ササラ桁（１０）に固定されてなるセメント系階段であって、
段板（２０）が曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、押出方向に沿って少なくとも２以上の貫通孔（２５）を有し、押出成形後に該貫通孔（２５）内にインサート筋（３０）が挿通固定され、
インサート筋（３０）が棒材（３１）の両端に、上記雄部材または雌部材の一方を有する連結部（３２ａ、３２ｂ）を備えてなり、
連結部（３２ａ、３２ｂ）が有する雄部材または雌部材に対して、他方の雌部材または雄部材を係合させることにより、段板（２０）とササラ桁（１０）を連結固定したことを特徴とするセメント系階段に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセメント系階段においては、貫通孔を備えた状態で押出成形された段板に対して、当該段板の貫通孔にインサート筋を挿通固定している。したがって、段板とインサート筋との位置合わせが簡単である。
また、プレキャスト（型成形）を利用しなくてもインサート筋の位置合わせが容易であることから押出成形体を段板として利用しているので、型成形を用いる場合よりも生産効率が高い。
さらに、インサート筋が両端に有する連結部によって段板とササラ桁とを連結固定するので、廃棄時の分別が簡単である。
しかも、段板の貫通孔にはインサート筋が挿通固定され、かつ段板は曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなるので、段板が十分な強度を有する。
【００１２】
貫通孔の横断面形状を非円形とし、かつインサート筋の連結部の横断面形状を貫通孔内に収まる形状とすることにより、貫通孔内でのインサート筋の回転（ネジ止め作業時の空転）を防止できる。その場合、接着剤等を利用して、インサート筋を貫通孔内に固定する必要はない。さらに、貫通孔とインサート筋との隙間に接着剤を注入しておくことにより、貫通孔内でのインサート筋のガタつきを防止でき、しかも貫通孔とインサート筋とのより強固な固定を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るセメント系階段の構造を説明するための分解図。
【図２】本発明の一実施形態に係る段板を説明するための斜視図。
【図３】段板に挿通固定されるインサート筋を説明するための図。
【図４】本発明におけるインサート筋の回転防止手段の一例を説明するための図。
【図５】図２の段板をササラ桁に固定する態様を説明するための要部斜視図。
【図６】従来の階段の構造を説明するための分解図。
【図７】参考例１で製造した段板の横断面形状およびサイズを説明するための図。
【図８】参考例１、実施例１および比較例１〜２で行った曲げ強度の測定結果を示すグラフ。
【図９】曲げ強度の測定方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
本発明に係るセメント系階段は、例えば図１に示すように、１以上の段板２０がその両端で、ササラ桁１０に連結・固定されてなるものである。段板２０とササラ桁１０との連結・固定は、ササラ桁１０のボルト孔１１を介した、係合部材５０と、段板２０の貫通孔内のインサート筋３０が両端に備えた連結部（３２ａ、３２ｂ）とのネジ係合により達成される。
【００１５】
（段板）
図２は、段板２０の一例を示す斜視図である。段板２０は、押出方向に沿ってその全長に渡って延びる貫通孔２５を有してなり、ここにインサート筋３０が挿通固定される。インサート筋３０は、段板２０を押出成形した後で、貫通孔２５内に挿通固定される。このように、本発明では、貫通孔２５を有する段板２０をまず押出成形した後で、外部からインサート筋３０を挿通固定するので、段板２０に対するインサート筋３０の位置決めが簡単である。したがって、押出成形による高い生産効率を確保しながらも、インサート筋３０の位置決めを簡単に行うことができる。
【００１６】
段板２０は、図２に示すような踏板２１と蹴込板２２を一体的に備えてなる押出成形体であってもよいし、または踏板２１のみからなる押出成形体であってもよい。使用する材料は後で詳述する水硬性セメント組成物を用いる。
【００１７】
貫通孔２５はインサート筋３０を挿通させるためのものである。貫通孔２５の数は段板１つあたり少なくとも２以上である。貫通孔２５の数は、段板２０、特に踏板２１の奥行きに応じて適宜設定されてよく、例えば、踏板２１の奥行きが３００ｍｍの場合、貫通孔２５の数は段板１つあたり２〜４、特に２〜３が好ましい。
【００１８】
貫通孔２５は踏板２１および蹴込板２２それぞれにおいて１以上で形成されてよいが、蹴込板２２には貫通孔が形成されなければならないというわけではない。通常は踏板２１において２以上の貫通孔が形成されることが好ましい。
【００１９】
貫通孔２５のサイズは、インサート筋３０の挿通が達成される限り特に制限されず、例えば段板の強度の観点からは、踏板の厚みをｔとしたとき、貫通孔２５における踏板厚み方向の長さは０．２ｔ〜０．７ｔが好適である。
【００２０】
貫通孔２５の横断面形状は特に制限されず、例えば、円形であってもよいし、楕円形や多角形や星形等の非円形であってもよい。段板２０は押出成形されるものであって、貫通孔２５はその際に同時に形成されるので、貫通孔２５は、全長に渡って一定の横断面形状を有する。
本明細書中、横断面形状とは、押出方向に対して垂直な断面における形状のことである。
【００２１】
段板２０は押出方向に沿って軽量化のための貫通孔２６を有してもよい。軽量化用貫通孔２６の横断面形状は特に制限されず、例えば、図２に示すような楕円形であってもよいし、円形であってもよい。図２において横断面形状が楕円形である全ての貫通孔が軽量化のための貫通孔２６である。
【００２２】
段板２０のサイズは特に制限されるものではなく、例えば登り降りの容易さと軽量化と強度とのバランスの観点から、踏板２１の奥行きは１５０〜５００ｍｍ、踏板２１の厚みは４０〜８０ｍｍ、踏板２１の全幅は６００〜１５００ｍｍ、蹴込板２２の高さは１００〜３００ｍｍ、蹴込板２２の厚みは２０〜８０ｍｍが好適である。勿論、これらに限定されるものではない。
【００２３】
（インサート筋）
インサート筋３０は棒材３１の両端に連結部３２ａ、３２ｂを備えてなっている。このように連結部３２ａ、３２ｂは棒材３１を介して一体化されているため、廃棄時の分別が簡単である。
【００２４】
図３は、インサート筋の一例を示している。図示したインサート筋３０は、異型棒鋼で構成される棒材３１の両端に、連結部として、六角ナット３２ａ、３２ｂを溶接固定して構成される。図１〜３の例では、連結部３２ａ、３２ｂを雌部材（ナット）として形成し、これに対して係合部材５０としてのボルト（雄部材）をネジ係合させる構成を採用している。しかしながら、逆の構成を採用することも可能である。すなわち、連結部３２ａ、３２ｂに、その端面から突出するボルト部を設け、これに対して係合部材５０としてのナットを係合させる構成を採用してもよい。さらには、連結部３２ａに雌部材を、連結部３２ｂに雄部材を設ける（あるいはその逆）ことも可能である。
【００２５】
インサート筋３０は、その全長を段板２０の全長と等しく設定するのが好ましい。それにより、インサート筋３０を段板２０内に配置したとき、両方の連結部３２ａ、３２ｂの端面が、段板２０の端面２０ａと面一となる。
【００２６】
棒材３１は、少なくとも両端の連結部３２ａ、３２ｂより小径であれば足り、異型棒鋼である必要はない。また、連結部３２ａ、３２ｂを含む全長に渡って、インサート筋３０が一定の横断面形状を有していてもよい。
【００２７】
インサート筋３０の棒材３１および連結部３２ａ、３２ｂを構成する材料は、段板２０とササラ桁１０との連結・固定が達成される限り特に制限されず、例えば、鋼、鉄、軟鋼線材、鉄筋コンクリート用棒鋼、構造用圧延鋼材等の金属が挙げられる。
【００２８】
施工時の貫通孔２５内でのインサート筋３０の回転（空転）を防止するために、インサート筋３０は貫通孔２５内で固定される。インサート筋３０の固定は、貫通孔２５とインサート筋３０との隙間に接着剤を注入し硬化させることによって達成されてもよいし、または後で詳述するように貫通孔およびインサート筋の連結部の横断面形状を所定の形状とすることによって達成されてもよい。固定をより一層確実に達成する観点からは、インサート筋の連結部の横断面形状を所定の形状とすることによってインサート筋３０の固定を達成することが好ましい。インサート筋の連結部の横断面形状を所定の形状とすることによってインサート筋３０の固定を達成する場合であっても、挿通固定された貫通孔２５内におけるインサート筋３０のガタつきを防止するために、貫通孔２５とインサート筋３０との隙間に接着剤を注入し硬化させることが好ましい。接着剤としてはインサート筋の貫通孔内での固定を達成できれば特に制限されず、いわゆるシーリング剤やコーキング剤等を用いてガタツキを防止してもよい。
【００２９】
（ササラ桁）
ササラ桁１０は２枚で使用され、１以上の段板２０を挟持するものである。
ササラ桁１０を構成する材料は、段板を支持可能な限り特に制限されず、例えば、鋼、鉄、構造用圧延鋼材、セメント系材料等が挙げられる。
【００３０】
（横断面形状を利用したインサート筋の回転（空転）防止）
インサート筋３０の回転防止手段の一例として、以下の手段が挙げられる。すなわち、貫通孔２５および連結部３２ａ、３２ｂの横断面形状を、「連結部３２ａ、３２ｂが貫通孔２５内に収まって、両者の形状が協働して、インサート筋３０の回転を防止できる」形状とする。そのためには、貫通孔２５を非円形の横断面形状とし、インサート筋３０の連結部３２ａ、３２ｂを、上記非円形の貫通孔２５内で空回りしないような横断面形状とすることで足りる。連結部３２ａ、３２ｂは、詳しくは、上記非円形の貫通孔２５内に収まって当該非円形横断面と協働して貫通孔内でのインサート筋３０の回転を防止する横断面形状を有するものである。
【００３１】
図１〜図３の例では、そのような横断面形状を利用したインサート筋の回転（空転）防止手段が備わっている。具体的には、インサート筋３０の両端に設けた連結部３２ａ、３２ｂは、横断面が正六角形のナットである。そして、段板２０の貫通孔２５は、当該正六角形を収容して、インサート筋３０の回転を防ぐことができる形状とされる。これを、図４を参照して説明する。
【００３２】
図４中に部分的に拡大して示したように、貫通孔２５の横断面形状は、「頂点を１２個有する星形」としている。当該形状であれば、正六角形横断面のナット（連結部３２ａ）を、（ａ）で示した姿勢においても、（ｂ）で示した姿勢においても、インサート筋３０を回転不可に保持することができる。
つまり、ここでいう「頂点を１２個有する星形」とは、中心を一致させてほぼ３０°ズラして配置した２つの正六角形の外輪郭で構成される形状である。
【００３３】
なお図４では、説明を分かり易くするために、正六角形横断面の連結部３２ａを破線で示すとともに、隙間を実際よりも大きく誇張して描いている。
【００３４】
インサート筋３０を回転不可に保持する（すなわち、ネジ止め作業時の空転を防ぐ）という観点からは、貫通孔２５の横断面形状は「頂点を１２個有する星形」である必要はなく、例えば、正六角形であってもよい。しかし、「頂点を１２個有する星形」とすることで、図４中の（ａ）の姿勢でも、（ｂ）の姿勢でも、連結部３２ａを保持することができる。すなわち、インサート筋３０を貫通孔２５へ挿通固定する際の作業自由度が高まり、作業効率が高まるというメリットがある。特に、インサート筋３０の両端に設ける連結部３２ａと３２ｂとは溶接固定されることが通常の方法であり、両連結部３２ａと３２ｂとの六角形の頂点を正確に合わせることは非常に難しいが、貫通孔２５の横断面形状を十二角形とすることで、両連結部の位置ずれを吸収することが可能となるのである。なお、セメント系押出成形体としての段板２５における頂点部分、すなわち十二角形の角部分は、材質の特性上、若干の丸みを有するものであることは言うまでもない。
【００３５】
インサート筋３０は、図示した例では、両端の連結部３２ａ、３２ｂのみが上述した横断面形状を有しており、相対的に小径の棒材（異型棒鋼）３１をもって両端の連結部３２ａ、３２ｂを連結固定して構成されている。棒材３１が小径であるため、インサート筋３０の全体を貫通孔２５に簡単に通すことができる。
【００３６】
（段板とササラ桁との連結・固定）
段板２０の貫通孔２５にインサート筋３０を挿通固定した後は、図５に示したように、係合部材５０としてのボルト部材を、ササラ桁１０のボルト孔１１に通して連結部３２ａとネジ係合させる。これにより、段板２０とササラ桁１０とが連結固定される。
なお図５では、説明の便宜上、ササラ桁１０を透明の矩形板のように描いて部分的に図示しているが、実際には、図１に示すように、２つのササラ桁１０の間に複数の段板２０を連結固定して階段が構成される。
【００３７】
（防水緩衝シール材を設ける例）
段板２０とササラ桁１０との間には、防水および緩衝を目的としたシール材４０（防水緩衝シール材）を配置することが好ましい（図５参照）。
「防水」は、インサート筋３０が金属製である場合に、これが腐食するのを防止するために行う。「緩衝」は、ササラ桁１０の間で段板２０がガタつくことや、接合端面が傷付くことを防止するために行う。
防水緩衝シール材４０は、段板の端面２０ａに適合する形状（図５の例ではＬ字状）とすることが好ましく、インサート筋３０が挿通固定された貫通孔２５を露出させるための開口４１を有する。
【００３８】
防水緩衝シール材４０の材質としては、ウレタン等の発泡プラスチックや、ＥＰＤＭ（エチレン-プロピレン-ジエンゴム）等を使用する。
【００３９】
（水硬性セメント組成物）
段板２０は、曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、詳しくは以下に詳述する水硬性セメント組成物から製造されてなる無機系硬化体からなる。
【００４０】
本発明において、「多重亀裂」とは次のことを意味する。曲げ応力が印加されてセメント硬化体に最初の亀裂が入った段階で、その亀裂部に応力が集中して、通常のセメント硬化体ではそのまま破断に至る。すなわち応力−歪曲線が直線となる弾性変形の段階で破断に至る。そのためエネルギー吸収能が低く、脆性破壊を呈する。これに対して最初の亀裂が入ったのちも、直ちに材料全体の破断に至らず、最初の亀裂に続いて複数の亀裂が発生する現象が存在する。これを多重亀裂という。多重亀裂が発生すると、応力が分散されるため、最初の亀裂発生後も増加する荷重に耐えて大きな歪に至るまで破壊せず、高いエネルギー吸収能と高い靭性を示す。
【００４１】
そのような多重亀裂が起こる本発明の段板を構成する水硬性セメント組成物は、少なくとも水硬性セメントを含むマトリックスに繊維を配合・補強してなる繊維補強水硬性組成物である。マトリックスは好ましくはさらにシリカ質原料、パルプおよび水溶性セルロースを含み、減水剤などの混和剤、鉱物繊維および軽量骨材が配合されてもよい。
【００４２】
本発明において配合される繊維は、水硬性組成物を硬化させてなる硬化体に、曲げ載荷時の多重亀裂を起こさせ得る補強繊維であれば、特に制限されず、例えば、ポリビニルアルコール系繊維（ＰＶＡ繊維）、ポリプロピレン系繊維（ＰＰ繊維）、ポリエチレン系繊維（ＰＥ繊維）、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリベンゾオキサゾール系繊維、レーヨン系繊維、ガラス繊維、スチール繊維等が挙げられる。製造コストを低減し、多重亀裂をより有効に起こす観点から好ましくはＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、ＰＰ繊維、アラミド繊維であり、特にＰＶＡ繊維である。
【００４３】
これらの繊維は繊維長が３〜１００ｍｍ、繊維径が５〜２００μｍ、アスペクト比が１００〜１０００である。繊維長がより短い、繊維径がより大きい、またはアスペクト比がより小さい場合は、曲げ応力が負荷された状態において、最初に亀裂が生じたときに、繊維が架橋しても応力を負担することができず、すぐに引き抜け、多重亀裂を発生する前に破壊してしまう。
一方、繊維長がより長い、繊維径がより小さい、またはアスペクト比がより大きい場合は、曲げ応力が負荷された状態において、繊維の引き抜けよりも先に、繊維自体が破断してしまうために多重亀裂が発生しない。
【００４４】
本発明において、繊維の「アスペクト比」とは、繊維長を繊維断面の面積と同面積を有する相当円の直径で除した値である。
【００４５】
ＰＶＡ繊維は通称ビニロン繊維とも呼ばれているもので、ＰＶＡ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜５０ｍｍ、好ましくは３〜１５ｍｍ、特に６〜１２ｍｍ、繊維径が１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍ、アスペクト比が１００〜４００、好ましくは１５０〜３００であることが望ましい。
【００４６】
最も好ましいＰＶＡ繊維は特に、繊度２〜１５０ｄｔｅｘ、特に４〜２５ｄｔｅｘ、引張強度４ｃＮ/ｄｔｅｘ以上、特に６〜２０ｃＮ/ｄｔｅｘを有する。
繊度は、繊維状物の一定糸長の重量を測定して見掛け繊度をｎ＝５以上で測定した平均値を用いている。なお、一定糸長の重量測定により繊度が測定できないもの（細デニール繊維）はバイブロスコ−プにより測定している。
強度は、予め温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下で２４時間繊維を放置して調湿したのち、単繊維を糸長２０ｃｍ、引張速度１０ｃｍ／分として万能試験機 島津製作所製「オートグラフ」にて測定した値を用いている。なお繊維長が２０ｃｍより短い場合は、そのサンプルの可能な範囲での最大長さを把持長として測定することとしている。
【００４７】
そのような好ましいＰＶＡ繊維として、市販のクラロンＫ―II 「パワロン」（クラレ社製）が入手可能である。
【００４８】
またＰＰ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１５ｍｍ、好ましくは６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００、好ましくは２００〜７００であることが望ましい。
【００４９】
またＰＥ繊維を使用する場合は、繊維長が３〜１５ｍｍ、好ましくは６〜１２ｍｍ、繊維径が５〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、アスペクト比が１５０〜１０００、好ましくは２００〜７００であることが望ましい。
【００５０】
上記繊維は硬化後の硬化体における体積混入率が０．１〜１０％、好ましくは２〜７％となるように配合される。繊維の体積混入率がより小さいと亀裂が入ったときにそこに集中する応力を支えることができないで架橋作用を発揮できない。また体積混入率がより大きいと繊維同士の接触部分が増加してセメントとの一体化を妨害するため十分な補強効果が得られなくなる。
【００５１】
繊維の「体積混入率」とは、以下の方法によって測定された値を用いている。セメント硬化体を押出方向に対して直角方向に裁断し、その裁断面を走査電子顕微鏡を用いて、加速電圧２５ｋＶで反射電子像を観察した。セメント硬化体中の繊維混入率Ｖｆは、顕微鏡の視野にある観察面の繊維の断面積の合計を、電子顕微鏡の視野の面積で除した値として求めた。繊維混入率Ｖｆは、試験片の裁断面中の異なる３つの視野について測定した値の平均値を採用した。
【００５２】
本発明において使用される水硬性セメントは、水との反応により硬化体を形成できる限り、特に限定されず、例えば、各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、シリカセメント、マグネシアセメント、硫酸塩セメント等をすべて含む。
【００５３】
シリカ質原料としては、珪石粉、高炉スラグ、珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリカヒューム、非晶質シリカ等を使用することができる。好ましくは、段板の強度向上および寸法安定性に寄与する点から、珪石粉、珪砂である。これらのシリカ質原料として好ましくは比表面積(ＪＩＳ Ｒ ５２０１に記載の方法による)が３０００〜１５０００ｃｍ２／ｇのものを使用する。シリカ質原料は水硬性セメント１００重量部に対して４０〜１００重量部、好ましくは５０〜８０重量部の割合で配合される。シリカ質原料が４０重量部より少ないと段板の強度が低下する上に、エフロレッセンスが発生し易くなり、１００重量部より多くても段板の強度が低下する。
【００５４】
パルプは、綿パルプまたは木材パルプ等の天然パルプが好ましい。天然パルプであれば特に限定されず、バージンパルプのみならず古紙からの再生パルプも使用できる。また木材パルプの場合、木材の組織からリグニンを化学的に取り除いた化学パルプ、木材を機械的に処理した機械パルプのいずれも使用できる。パルプは繊維長が０.０５〜１０ｍｍのものが好ましい。パルプは水硬性セメント１００重量部に対して０．１〜５０重量部、好ましくは０．５〜１５重量部の割合で配合される。０．１重量部より少ないと補強効果を発揮できず、また５０重量部より多いと分散不良となり、段板の表面平滑性が悪化したりする。
【００５５】
水溶性セルロースとしては、メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を例示することができる。水溶性セルロースは、水硬性組成物の各成分を混合・混練し、押出成形する際に、混練物に粘性を付与し、成形性を向上させるものである。水溶性セルロースは水硬性セメント１００重量部に対して０.１〜１０重量部、好ましくは１〜６重量部の割合で配合される。０.１重量部より少ないと可塑性がなく成形できない。一方１０重量部より多い場合にはコストの上昇を招くだけであり、これ以上の効果の向上は期待できない。
【００５６】
鉱物繊維としては、セピオライト、ワラストナイト、タルク、アタパルジャイト、ロックウール等を例示することができる。鉱物繊維は水硬性セメント１００重量部に対して０〜４０重量部、好ましくは３〜２５重量部の割合で配合される。鉱物繊維が４０重量部より多いと段板の強度が低下する。
【００５７】
軽量骨材としては、火山れきなどの天然軽量骨材、焼成フライアッシュバルーンなどの人工軽量骨材、真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトなどの超軽量骨材、膨張スラグなどの副産物軽量骨材を使用することができる。好ましくは真珠岩パーライト、黒曜石パーライト、バーミキュライトである。
【００５８】
水硬性組成物には、上記以外の添加剤として、必要に応じて、マイカ、アルミナ、炭酸カルシウム等のシリカ以外の無機質材料、減水剤、界面活性剤、増粘剤、硬化促進剤等を配合することもできる。
【００５９】
本発明の段板は、水硬性セメント組成物を構成する上記成分の混合物に水を加え、押出成形・硬化することによって得られる。押出成形することにより、補強繊維が押出方向により支配的に配向するため、押出方向に直角な方向からの曲げ応力または押出方向での引張応力に対して繊維の架橋作用による補強効果をより効果的に発揮することができる。さらに押出成形することにより、一般により緻密な成形体が得られ、結果として前記したような比較的複雑な形状の本発明の段板を容易に成形できる。水の配合量は一般に水硬性セメント１００重量部に対して４０〜９０重量部が好適である。押出成形時において押出物に、所定の断面形状を有する金型を通過させることによって、段板を製造できる。
【００６０】
本発明において段板は、比重が通常、１．５〜２．５であり、好ましくは１．８〜２．２であって、比較的軽量であるにもかかわらず、高靭性を示すものである。
【実施例】
【００６１】
＜参考例１＞
普通ポルトランドセメント１００重量部に、長さ６ｍｍ、繊維径４０μｍ（アスペクト比１５０）のＰＶＡ短繊維（クラレ社製、商品名「クラロンK-II“パワロン”）５.１重量部、珪石粉（比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）６０重量部、パルプ（広葉樹系パルプ）３重量部、メチルセルロース（信越化学工業社製）６重量部を加えて、ミキサーにより粉体混合した。粉体混合を続けながらこれに水７０．０重量部を混合したのちニーダーに移して混練してセメントペーストを練り上げた。得られたセメントペーストをシリンダー式真空押出成形機から金型を通して押出成形した。金型から吐出された押出物はトレーに受け、蒸気養生し、硬化させ、図７に示す横断面形状を有する段板（中空率２５％）を得た。
【００６２】
得られた段板の曲げ強度を以下に示す方法により評価し、結果を図８において実線Ａとして示した。段板（セメント硬化体）は曲げ試験において多重亀裂破壊を起し、高い物性値を示した。また硬化体中のＰＶＡ繊維の体積混入率は４．０％であった。
【００６３】
（曲げ強度の評価法）
押出方向長約１２００ｍｍの２点載荷の単純曲げ試験用の試験体を切り出した。図９に示すように、直径１００ｍｍ、厚み２０ｍｍの加圧治具１２０を用い、そこにクロスヘッド速度５．０ｍｍ／ｍｉｎにて荷重を印加し、曲げ荷重を測定した。なお、支点間距離は８００ｍｍであった。図９において矢印は集中荷重、三角は支点を示す。
【００６４】
＜実施例１＞
参考例１と同様の段板の２つの貫通孔に以下に示すインサート筋を挿通したこと以外、参考例１と同様の方法により段板の製造および評価を行った。結果を図８において破線Ｂとして示した。
インサート筋３０は、異型棒鋼で構成される棒材３１（直径１１ｍｍ）の両端に六角ナット３２ａ、３２ｂ（外径２０ｍｍ）を溶接固定してなるものを用いた。
【００６５】
＜比較例１＞
ＰＶＡ短繊維の添加量を１重量部としたこと以外、参考例１と同様の方法により段板の製造および評価を行った。なお、得られた段板は、曲げ試験において多重亀裂破壊を示さなかった。結果を図８において実線Ｃとして示した。硬化体中のＰＶＡ繊維の体積混入率は０．０５％であった。
また、本比較例で得られた段板に、実施例１と同様にインサート筋を挿通したものの曲げ試験結果を図８において破線Ｄとして示した。
【００６６】
＜比較例２＞
市販のプレキャスト成形品段板（セメント比重：２．４、インサート筋直径１１ｍｍ、中空なし）について、実施例１と同様に曲げ試験を行った。結果を図８において破線Ｅとして示した。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のセメント系階段は、アパート、マンション等の集合住宅用階段、工場、倉庫等に用いる階段等として有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１０：ササラ桁
１１：ボルト孔
２０：段板
２０ａ：段板の端面
２１：踏板
２２：蹴込板
２５：インサート筋挿通用貫通孔
２６：軽量化用貫通孔
３０：インサート筋
３１：棒材
３２ａ：３２ｂ：連結部
４０：防水緩衝シール材
４１：開口
５０：係合部材（ボルト部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
段板がその両端で、雄部材と雌部材によるネジ連結を利用して、ササラ桁（１０）に固定されてなるセメント系階段であって、
段板が曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、押出方向に沿って少なくとも２以上の貫通孔（２５）を有し、押出成形後に該貫通孔（２５）内にインサート筋（３０）が挿通固定され、
インサート筋（３０）が棒材（３１）の両端に、上記雄部材または雌部材の一方を有する連結部（３２ａ、３２ｂ）を備えてなり、
連結部（３２ａ、３２ｂ）が有する雄部材または雌部材に対して、他方の雌部材または雄部材を係合させることにより、段板（２０）とササラ桁（１０）を連結固定したことを特徴とするセメント系階段。
【請求項２】
貫通孔（２５）が非円形の横断面形状を有し、
インサート筋（３０）の連結部（３２ａ、３２ｂ）が、該非円形の貫通孔（２５）内で空回りしないような横断面形状を有する請求項１に記載のセメント系階段。
【請求項３】
インサート筋（３０）の連結部（３２ａ、３２ｂ）の横断面形状が正六角形で、上記貫通孔（２５）の横断面形状が、頂点を１２個有する星形であることを特徴とする、請求項２に記載のセメント系階段。
【請求項４】
貫通孔（２５）とインサート筋（３０）との隙間に接着剤が注入されている、請求項２または３に記載のセメント系階段。
【請求項５】
段板（２０）とササラ桁（１０）は、その間に、防水緩衝シール材（４０）を挟み込んだ状態で連結固定されている、請求項１〜４のいずれかに記載のセメント系階段。
【請求項６】
段板が、水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ０．１〜５０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに繊維を配合した水硬性セメント組成物から製造されてなり、硬化後の硬化体における前記繊維の体積混入率が０．１〜１０％である請求項１〜５のいずれかに記載のセメント系階段。
【請求項１】
段板がその両端で、雄部材と雌部材によるネジ連結を利用して、ササラ桁（１０）に固定されてなるセメント系階段であって、
段板が曲げ載荷に際して多重亀裂を生じて破壊する性質を示すセメント系押出成形体からなり、押出方向に沿って少なくとも２以上の貫通孔（２５）を有し、押出成形後に該貫通孔（２５）内にインサート筋（３０）が挿通固定され、
インサート筋（３０）が棒材（３１）の両端に、上記雄部材または雌部材の一方を有する連結部（３２ａ、３２ｂ）を備えてなり、
連結部（３２ａ、３２ｂ）が有する雄部材または雌部材に対して、他方の雌部材または雄部材を係合させることにより、段板（２０）とササラ桁（１０）を連結固定したことを特徴とするセメント系階段。
【請求項２】
貫通孔（２５）が非円形の横断面形状を有し、
インサート筋（３０）の連結部（３２ａ、３２ｂ）が、該非円形の貫通孔（２５）内で空回りしないような横断面形状を有する請求項１に記載のセメント系階段。
【請求項３】
インサート筋（３０）の連結部（３２ａ、３２ｂ）の横断面形状が正六角形で、上記貫通孔（２５）の横断面形状が、頂点を１２個有する星形であることを特徴とする、請求項２に記載のセメント系階段。
【請求項４】
貫通孔（２５）とインサート筋（３０）との隙間に接着剤が注入されている、請求項２または３に記載のセメント系階段。
【請求項５】
段板（２０）とササラ桁（１０）は、その間に、防水緩衝シール材（４０）を挟み込んだ状態で連結固定されている、請求項１〜４のいずれかに記載のセメント系階段。
【請求項６】
段板が、水硬性セメント１００重量部、シリカ質原料４０〜１００重量部、パルプ０．１〜５０重量部および水溶性セルロース０.１〜１０重量部を含んでなるマトリックスに繊維を配合した水硬性セメント組成物から製造されてなり、硬化後の硬化体における前記繊維の体積混入率が０．１〜１０％である請求項１〜５のいずれかに記載のセメント系階段。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１２４３７（Ｐ２０１１−１２４３７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６８９８（Ｐ２００９−１５６８９８）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]