耐火性コンクリート
【課題】爆裂による表層部分の損傷を抑制することが可能な耐火性コンクリートを提供する。
【解決手段】耐火性コンクリート１は、セメント９と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、所定の温度（火災時等に耐火性コンクリート１が達すると想定される温度で、例えば、２５０℃〜５００℃程度）で気化する有機繊維４と、材料分離抵抗性を良くするための混和材・混和剤５と、硬化後の耐火性コンクリート１の靭性を向上させるための鋼繊維６とを所定の割合で配合することにより製作される。この有機繊維４は、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の範囲内のものを用いる。
【解決手段】耐火性コンクリート１は、セメント９と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、所定の温度（火災時等に耐火性コンクリート１が達すると想定される温度で、例えば、２５０℃〜５００℃程度）で気化する有機繊維４と、材料分離抵抗性を良くするための混和材・混和剤５と、硬化後の耐火性コンクリート１の靭性を向上させるための鋼繊維６とを所定の割合で配合することにより製作される。この有機繊維４は、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の範囲内のものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造体に用いられる耐火性能を有するコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造体が火災等で加熱されて高温になると、その表層部が剥離して落下する爆裂現象が発生する。
【０００３】
このコンクリート構造体の爆裂を抑制するため、例えば、特許文献１には、コンクリートに有機繊維を添加する方法が開示されている。この方法は、太さが１０〜２００μｍで、長さが５〜２０ｍｍの有機繊維をコンクリートに添加することにより、コンクリート構造体が火災等で加熱されて高温になると有機繊維が気化して多数の空洞をつくるとともに、空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、該空洞と外部とを連通する通気路がコンクリート構造体に生じ、この通気路からコンクリート構造体内の水蒸気を外部に排出するので爆裂を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２０８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の内容で本発明者らが実験を行ったところ、太さが１０〜２００μｍで、長さが５〜２０ｍｍの有機繊維を添加して構築されたコンクリート構造体では、加熱されて高温になると、通気路が不均一に生じるとともに、必要な量の通気路は生じなかった。したがって、十分に爆裂を抑制できず、表層部分に損傷箇所が多数生じるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、爆裂による表層部分の損傷を抑制することが可能な耐火性コンクリート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】
【０００６】
本発明は、コンクリート構造体に用いられる耐火性コンクリートであって、所定の温度で気化する性質を有するとともに、紐状で、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維と、結合材のうち５０重量％以上６０重量％以下の割合で含まれる高炉スラグと、靭性を向上させるための鋼繊維とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明による耐火性コンクリートによれば、アスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維を含むので、コンクリートが火災等で加熱されて高温になると有機繊維が気化して微細な多数の空洞をつくるとともに、空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、該空洞と外部とを連通する通気路をコンクリートに容易に形成することができる。そして、この通気路からコンクリート内の水蒸気を外部に排出するので爆裂を防止することができる。
【０００８】
また、有機繊維の分散性を高め、あるいは、セグメント型枠への充填性を高めるためにコンクリートを高流動状態にしても、コンクリートの材料分離抵抗性を高める混和材又は混和剤を含むので、コンクリート材料の分離を防ぐことができる。
【０００９】
さらに、その混和材又は混和剤として、高炉スラグを結合材のうち５０重量％以上６０重量％以下の割合で含むことにより、コンクリートが高温になっても、爆裂をさらに抑制することができる。そして、高炉スラグは市販されているので、入手性が良い。
【００１０】
また、鋼繊維を含むので、鋼繊維の剛性及び強度によりコンクリートの靭性を改善し、コンクリートの剥離、剥落を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の耐火性コンクリートは、前記有機繊維のアスペクト比が５００以上７００以下であることとすれば、火災時等の爆裂を更に抑制することができ、表層部分に損傷が生じない。
【００１２】
また、本発明の耐火性コンクリートは、前記有機繊維の配合割合を０．１６５体積％以上にすることにより、良好な施工性を得ることができるとともに、連通した通気路をつくるために必要な繊維の本数を確保することができる。
【００１３】
また、本発明の耐火性コンクリートは、前記高炉スラグの比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以下にすることにより、コンクリートの爆裂をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の耐火性コンクリートを用いることにより、火災時等の爆裂をほとんど抑制することができ、表層部分に損傷が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る耐火性コンクリートを示す断面図である。
【図２】コンクリート試験体の形状を示す図である。
【図３】各コンクリート試験体を構成する材料及びそれらの配合条件を示す一覧図である。
【図４】試験に用いた有機繊維の各アスペクト比の太さ及び長さを示す一覧図である。
【図５】各コンクリート試験体の耐火試験方法を示す概略図である。
【図６】本耐火試験における加熱方法のＲＡＢＴ加熱曲線を示す図である。
【図７】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１の加熱面の状態を示す図である。
【図８】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２の加熱面の状態を示す図である。
【図９】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．３の加熱面の状態を示す図である。
【図１０】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．４の加熱面の状態を示す図である。
【図１１】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．５の加熱面の状態を示す図である。
【図１２】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．６の加熱面の状態を示す図である。
【図１３】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．７の加熱面の状態を示す図である。
【図１４】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．８の加熱面の状態を示す図である。
【図１５】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．９の加熱面の状態を示す図である。
【図１６】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１０の加熱面の状態を示す図である。
【図１７】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１１の加熱面の状態を示す図である。
【図１８】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１２の加熱面の状態を示す図である。
【図１９】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１３の加熱面の状態を示す図である。
【図２０】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１４の加熱面の状態を示す図である。
【図２１】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１５の加熱面の状態を示す図である。
【図２２】コンクリート試験体Ｎｏ．１の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２３】コンクリート試験体Ｎｏ．２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２４】コンクリート試験体Ｎｏ．３の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２５】コンクリート試験体Ｎｏ．４の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２６】コンクリート試験体Ｎｏ．５の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２７】コンクリート試験体Ｎｏ．６の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２８】コンクリート試験体Ｎｏ．７の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２９】コンクリート試験体Ｎｏ．８の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３０】コンクリート試験体Ｎｏ．９の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３１】コンクリート試験体Ｎｏ．１０の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３２】コンクリート試験体Ｎｏ．１１の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３３】コンクリート試験体Ｎｏ．１２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３４】コンクリート試験体Ｎｏ．１３の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３５】コンクリート試験体Ｎｏ．１４の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３６】コンクリート試験体Ｎｏ．１５の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３７】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１６の加熱面の状態を示す図である。
【図３８】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１７の加熱面の状態を示す図である。
【図３９】コンクリート試験体Ｎｏ．１６の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４０】コンクリート試験体Ｎｏ．１７の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４１】各コンクリート試験体を構成する材料及びそれらの配合条件を示す一覧図である。
【図４２】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面の状態を示す図である。
【図４３】コンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４４】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１９の加熱面の状態を示す図である。
【図４５】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２０の加熱面の状態を示す図である。
【図４６】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２１の加熱面の状態を示す図である。
【図４７】コンクリート試験体Ｎｏ．１９の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４８】コンクリート試験体Ｎｏ．２０の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４９】コンクリート試験体Ｎｏ．２１の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図５０】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面の状態を示す図である。
【図５１】コンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る耐火性コンクリートの好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る耐火性コンクリート１を示す断面図である。図１に示すように、耐火性コンクリート１は、セメント９と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、所定の温度（火災時等に耐火性コンクリート１が達すると想定される温度で、例えば、２５０℃〜５００℃程度）で気化する有機繊維４と、材料分離抵抗性を高めるとともに、爆裂を防止するための混和材又は混和剤（以下、混和材・混和剤という）５と、硬化した後の耐火性コンクリート１の靭性を向上させるための鋼繊維６とを所定の割合で配合することにより製作される。
【００１８】
耐火性コンクリート１を、水結合材比が２８．８％以上３６．０％以下になるように、また、コンクリートの流動状態が高流動性のものは、スランプフロー値が５５０ｍｍ±５０ｍｍの範囲内に含まれるように作製し、中流動性のものは、スランプ値が１８ｃｍになるように作製する。
【００１９】
有機繊維４は、本実施形態においては、紐状のポリプロピレン繊維を用いた。有機繊維４は、火災時の熱で気化して耐火性コンクリート１内に微細な多数の空洞をつくる。そして、有機繊維４の気体が膨張することにより有機繊維４の長手方向に沿って、耐火性コンクリート１内の空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、耐火性コンクリート１内に空洞と外部とを連通する通気路が生じる。この通気路は、耐火性コンクリート１内の水蒸気を外部に排出するとともに、耐火性コンクリート１の表層部の熱応力を緩和する役割を果たし、その表層部の爆裂を防止する。
【００２０】
なお、本実施形態においては、有機繊維４としてポリプロピレン繊維を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、所定の温度、例えば、２５０℃〜５００℃程度で気化する有機繊維であれば良い。
【００２１】
この有機繊維４は、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の範囲内で、好ましくは、太さが１７．５μｍ以下のものを用いる。さらに、有機繊維４の配合割合を０．１６５体積％以上に調整する。これらの要件を満たすように有機繊維４を用いることで、互いに連通した通気路をつくるために必要な有機繊維４の本数を確保できるとともに、良好な施工性を得ることができる。
【００２２】
混和材・混和剤５は、粉末状の高炉スラグを用いる。結合材中における高炉スラグの配合割合を５０重量％以上６０重量％以下に調整する。また、その高炉スラグの比表面積は、４０００ｃｍ２／ｇ以下とする。ここで結合材とは、水と反応し耐火性コンクリート１の強度発現に寄与する物質、例えば、セメント９、混和材・混和剤５等を含むものをいう。
【００２３】
鋼繊維６は、本実施形態においては、市販の紐状の普通鋼材を用いる。本実施形態においては、鋼繊維６の配合割合を０．６体積％に調整する。なお、鋼繊維６の形状、太さ、長さ及び混入率は、設計等により適宜決定される。
【００２４】
次に、有機繊維４を含む耐火性コンクリート１の耐火性能について検討した結果を説明する。有機繊維４を含む複数のコンクリート試験体を製作し、これらのコンクリート試験体を所定の加熱条件にしたがって加熱する耐火試験を実施し、加熱後のコンクリート試験体の爆裂状態を確認した。まず、各コンクリート試験体を構成する材料の配合割合について説明し、次に、各コンクリート試験体の試験結果について説明する。
【００２５】
図２は、コンクリート試験体の形状を示す図である。図２に示すように、コンクリート試験体は、セメント９と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、有機繊維４であるポリプロピレン繊維と、混和材・混和剤５と、鋼繊維６とを所定の割合で配合して製作されている。
コンクリート試験体は板状で、横×高さ×奥行の長さがそれぞれ５００ｍｍ×２００ｍｍ×１０００ｍｍである。
有機繊維４のアスペクト比及び上記各材料の配合割合の異なる複数のコンクリート試験体を製作した。
【００２６】
図３は、各コンクリート試験体を構成する材料及びそれらの配合条件を示す一覧図であり、図４は、試験に用いた有機繊維４の各アスペクト比の太さ及び長さを示す一覧図である。
図３及び図４に示すように、アスペクト比の異なる有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、細骨材２と、粗骨材７と、水と、混和材・混和剤５と、鋼繊維６とをそれぞれ所定の割合で配合して、１５種類のコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５を製作した。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５において、有機繊維４、鋼繊維６の混入率は同一になるように調整した。
【００２７】
＜アスペクト比１１４の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が１１４で、太さ及び長さが１７．５μｍ×２ｍｍの有機繊維４を含む３種類のコンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２及びＮｏ．３を製作した。
【００２８】
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１は、アスペクト比１１４の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．２は、コンクリート試験体Ｎｏ．１の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．３は、コンクリート試験体Ｎｏ．１の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００２９】
＜アスペクト比２８１の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が２８１で、太さ及び長さが４２．７μｍ×１２ｍｍの有機繊維４を含む３種類のコンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５及びＮｏ．６を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．４は、アスペクト比２８１の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．５は、コンクリート試験体Ｎｏ．４の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．６は、コンクリート試験体Ｎｏ．４の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３０】
＜アスペクト比４１０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が４１０で、太さ及び長さが４８．８μｍ×２０ｍｍの有機繊維４を含む４種類のコンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９及びＮｏ．１０を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．７は、アスペクト比４１０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．８は、コンクリート試験体Ｎｏ．７の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．９は、コンクリート試験体Ｎｏ．７の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．１０は、コンクリート試験体Ｎｏ．７の材料に混和材・混和剤５であるフライアッシュを添加し、このフライアッシュにより高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３１】
＜アスペクト比５７０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が５７０で、太さ及び長さが１７．５μｍ×１０ｍｍの有機繊維４を含む４種類のコンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１４を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１１は、アスペクト比５７０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．１２は、コンクリート試験体Ｎｏ．１１の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．１３は、コンクリート試験体Ｎｏ．１１の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．１４は、コンクリート試験体Ｎｏ．１１の材料に混和材・混和剤５であるフライアッシュを添加し、このフライアッシュにより高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３２】
＜アスペクト比８５７の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１５について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が８５７で、太さ及び長さが１７．５μｍ×１５ｍｍの有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１５を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１５は、アスペクト比８５７の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、混和材・混和剤５であるフライアッシュと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したものであり、このフライアッシュにより高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３３】
次に、耐火試験方法について説明する。
図５は、各コンクリート試験体の耐火試験方法を示す概略図であり、図６は、本耐火試験における加熱方法のＲＡＢＴ加熱曲線を示す図である。
図５に示すように、各コンクリート試験体を耐火炉８にそれぞれ設置し、各コンクリート試験体の加熱面を加熱した。
加熱方法は、トンネル火災を想定して、図６に示すように、加熱開始後５分間で１２００℃まで昇温するＲＡＢＴ曲線にしたがって加熱した。
【００３４】
次に、各コンクリート試験体の耐火試験結果について説明する。
図７〜図２１は、耐火試験後の各コンクリート試験体の加熱面の状態を示す図であり、図２２〜図３６は、各コンクリート試験体の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【００３５】
＜アスペクト比１１４の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の場合＞
図７〜図９、図２２〜図２４に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３は、加熱面を含む表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に広い範囲で見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の爆裂面積率がそれぞれ２１．２％、５６．７％、３５．９％、平均爆裂深さがそれぞれ１．０ｍｍ、５．７ｍｍ、３．４ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ１２．０ｍｍ、２８．０ｍｍ、１７．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３で、最大爆裂深さが１０ｍｍ以上となった。
【００３６】
＜アスペクト比２８１の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の場合＞
図１０〜図１２、図２５〜図２７に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６は、表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に広い範囲で見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の爆裂面積率がそれぞれ４３．７％、７１．４％、６９．３％、平均爆裂深さがそれぞれ２．３ｍｍ、８．９ｍｍ、５．８ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ２０．０ｍｍ、３５．０ｍｍ、２１．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６で、最大爆裂深さが１０ｍｍ以上となった。
【００３７】
＜アスペクト比４１０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０の場合＞
図１３〜図１６、図２８〜図３１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０の爆裂面積率がそれぞれ８．７％、１２．６％、６．１％、１４．３％、平均爆裂深さがそれぞれ０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ３．０ｍｍ、７．０ｍｍ、４．０ｍｍ、８．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０で、最大爆裂深さが１０ｍｍ未満となり、良好な結果が得られた。
【００３８】
＜アスペクト比５７０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４の場合＞
図１７〜図２０及び図３２〜図３５に示すように、わずかに爆裂が生じた結果と全く爆裂が生じなかった結果が得られた。
わずかな爆裂は、図１７、図１９、図３２、図３４に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３に見られた。これらのコンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３では、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に局部的に見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３の爆裂面積率がそれぞれ５．２％、９．５％、平均爆裂深さがそれぞれ０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ３．０ｍｍ、８．０ｍｍであった。
【００３９】
一方、図１８、図２０、図３３、図３５に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４では、ほとんど爆裂は生じず、加熱面への損傷も全くなかった。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４の爆裂面積率がそれぞれ０％、３．５％、平均爆裂深さは共に０ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ０ｍｍ、２．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４で、最大爆裂深さが１０ｍｍ未満となり、良好な結果が得られた。
【００４０】
アスペクト比５７０のコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４のうち、コンクリート試験体Ｎｏ．１２及びＮｏ．１４は、爆裂が全く発生していないので、増粘剤又はフライアッシュを含むことにより、爆裂を抑制できることがわかる。
【００４１】
＜アスペクト比８５７の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１５の場合＞
図２１、図３６に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１５は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、爆裂面積率が１７．３％、平均爆裂深さが０．７ｍｍ、最大爆裂深さが１４．０ｍｍであった。すなわち、コンクリート試験体Ｎｏ．１５で、最大爆裂深さが１０ｍｍ以上となった。
上述したすべての耐火試験結果より、アスペクト比５７０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さが最も小さく、ほぼ爆裂が抑制されていることがわかる。
【００４２】
また、アスペクト比４１０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さが、アスペクト比５７０に次いで小さく、概ね爆裂が抑制されていることがわかる。
また、アスペクト比を１１４から５７０まで増加させると、コンクリート試験体の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、徐々に小さくなる。したがって、アスペクト比が１１４から５７０まで増加すると、爆裂を抑制する効果は高くなることがわかる。
【００４３】
さらに、アスペクト比を５７０よりも大きい８５７にすると、コンクリート試験体の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、大きくなる。したがって、アスペクト比が８５７まで増加すると、爆裂を抑制する効果はアスペクト比５７０の場合よりも低くなることがわかる。
【００４４】
すなわち、コンクリート試験体は、アスペクト比５７０付近の有機繊維４を含むことにより、爆裂を効果的に抑制できることがわかる。そこで、耐火性コンクリート１に用いる有機繊維４のアスペクト比の下限をアスペクト比４１０とし、また、上限をアスペクト比５７０と８５７のほぼ中間値の７００として、アスペクト比４１０以上７００以下の有機繊維４を用いることにより、爆裂を効果的に抑制することができると考えられる。
【００４５】
次に、コンクリート試験体の損傷が最も抑制されるアスペクト比が５７０で、かつ、混和材・混和剤５であるフライアッシュを含む場合において、有機繊維４の混入率の違いによる耐火性能について２種類の耐火試験（以下、それぞれを第１の試験、第２の試験という）を行って検討した結果を示す。
【００４６】
まず、第１の試験において、具体的には、有機繊維４の混入率がそれぞれ０．１体積％、０．２体積％のコンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７を作製して耐火試験を行った。コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７を構成する材料及びそれらの配合条件を図３の下部に示している。コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７は、上記コンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５と同一の鋼繊維６の混入率とし、また、スランプフロー値も同程度となるように作製した。
【００４７】
なお、有機繊維４の混入率を０．３体積％以上にすると流動性が低下してコンクリート試験体の作製が困難になるので、有機繊維４の混入率をそれぞれ０．１体積％、０．２体積％とした。
【００４８】
図３に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７は、アスペクト比５７０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、混和材・混和剤５の、例えば、フライアッシュとを所定の割合で混合したものであり、高流動性のコンクリート試験体である。
【００４９】
なお、コンクリート試験体Ｎｏ．１７の各材料の配合割合は、コンクリート試験体Ｎｏ．１４とほぼ同一とした。これはコンクリート試験体Ｎｏ．１４の耐火試験の結果から得られた爆裂を抑制する効果の再現性を確認するために、再度、同一の配合割合で耐火試験を行った。
【００５０】
図３７及び図３８は、耐火試験後の各コンクリート試験体の加熱面の状態を示す図であり、図３９及び図４０は、各コンクリート試験体の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
図３７、図３９に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１６は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に局部的に見られた。具体的には、爆裂面積率が１１．７％、平均爆裂深さが０．７ｍｍ、最大爆裂深さが７．０ｍｍであった。
【００５１】
一方、図３８、図４０に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１７は、爆裂はほとんど生じなかったが、加熱面への損傷がわずかに見られた。具体的には、爆裂面積率が２．２％、平均爆裂深さが０．０ｍｍ、最大爆裂深さが２．０ｍｍであった。
【００５２】
これらの結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．１７の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１６のそれよりも小さい。したがって、有機繊維４を０．２体積％配合した方が爆裂を抑制できることがわかる。
【００５３】
また、コンクリート試験体Ｎｏ．１７の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１４の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さとほぼ同程度であり、爆裂を抑制する効果を再現することができた。
【００５４】
次に、第２の試験では、コンクリート試験体の両側面に圧縮応力を導入して、耐火試験を行った。
具体的には、有機繊維４の混入率が０．１６５体積％のコンクリート試験体Ｎｏ．１８を作製して耐火試験を行った。コンクリート試験体Ｎｏ．１８を構成する材料及びそれらの配合条件を図４１の上部に示している。コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、上記コンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７と同一の鋼繊維６の混入率とし、また、スランプフロー値も同程度（Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７及びＮｏ．１１を除く）となるように作製した。
【００５５】
なお、詳細は後述するが、本試験ではコンクリート試験体の大きさ及び圧縮応力の作用の有無についての試験条件が上述したコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７と異なるため、本試験の試験条件、配合条件等の一覧を新たに図４１に示している。
図４１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、アスペクト比５７０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、混和材・混和剤５の、例えば、高炉スラグとを所定の割合で混合したものであり、高流動性のコンクリート試験体である。
【００５６】
また、コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、横×高さ×奥行の長さがそれぞれ１７００ｍｍ×５００ｍｍ×１９００ｍｍの板状の試験体とした。
耐火試験は、コンクリート試験体Ｎｏ．１８に、奥行方向の両側面に１４．４Ｎ／ｍｍ２の圧縮応力を作用させた状態で行った。
【００５７】
図４２は、耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面の状態を示す図であり、図４３は、コンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
図４２、図４３に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、爆裂面積率が３３．７％、平均爆裂深さが１．１ｍｍ、最大爆裂深さが１６．０ｍｍであった。
【００５８】
この結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．１８の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７のそれよりも大きいものの、第２の試験は、圧縮応力導入下で試験を行った事を考慮すると、爆裂を抑制できていることがわかる。
【００５９】
上述した第１及び第２の試験結果より、コンクリート試験体は、有機繊維４を０．１体積％〜０．２体積％含むことにより、爆裂を効果的に抑制できることがわかる。しかし、耐火性コンクリート１は、例えば、トンネル内のセグメントとして圧縮応力が作用するような現場で利用されるため、第２の試験結果より、安全を考慮して有機繊維を０．１体積％よりも多く含むことが望ましい。そこで、耐火性コンクリート１に用いる有機繊維４の混合率の下限を０．１６５体積％とすることにより、爆裂を効果的に抑制することができると考えられる。
【００６０】
なお、上述した２種類の耐火試験とは別に、有機繊維４の混入率が０．４体積％のコンクリート試験体を作製して耐火試験を行った結果、第２の試験結果と同様に良好な結果が得られた。したがって、耐火性コンクリート１に用いる有機繊維４の混合率を０．１６５体積％以上とすることにより、爆裂を効果的に抑制できることが更に確認できた。
【００６１】
次に、コンクリート試験体の損傷が最も抑制される有機繊維４のアスペクト比が５７０で、かつ、その配合割合が０．２体積％の場合において、混和材・混和剤５の種類の違いによる耐火性能について検討した結果を示す。
具体的には、混和材・混和剤５としてそれぞれフライアッシュ、増粘剤、高炉スラグを含むコンクリート試験体Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１を作製して耐火試験を行った。なお、上述したコンクリート試験体Ｎｏ．１３の耐火試験の結果（図１９及び図３４参照）より、本耐火性能試験から混和材・混和剤５である石灰石微粉末を除外した。
【００６２】
コンクリート試験体Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１を構成する材料及びそれらの配合条件を図４１に示している。
図４１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２１及びコンクリート試験体Ｎｏ．２２（後述する）は、コンクリート試験体Ｎｏ．１８と同様に、横×高さ×奥行の長さがそれぞれ１７００ｍｍ×５００ｍｍ×１９００ｍｍの板状の試験体とした。
【００６３】
また、耐火試験も、コンクリート試験体Ｎｏ．１８と同様に、各コンクリート試験体Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２２に、奥行方向の両側面に１４．４Ｎ／ｍｍ２の圧縮応力を作用させた状態で行った。
【００６４】
また、コンクリート試験体Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１は、上記コンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７と同一の鋼繊維６の混入率とし、また、スランプフロー値も同程度（Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７及びＮｏ．１１を除く）となるように作製した。
【００６５】
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１９は、混和材・混和剤５のフライアッシュと、有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．２０は、混和材・混和剤５の増粘剤と、有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．２１は、混和材・混和剤５の高炉スラグを含む高炉セメント（この高炉セメントの比表面積は３４００ｃｍ２／ｇである。また、高炉セメントに含まれる高炉スラグは、結合材中に５８重量％の割合で含まれている。）と、有機繊維４と、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したコンクリート試験体である。
【００６６】
図４４〜図４６は、耐火試験後の各コンクリート試験体の加熱面の状態を示す図であり、図４７〜図４９は、各コンクリート試験体の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【００６７】
図４４、図４７に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１９は、表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に広い範囲で見られた。具体的には、爆裂面積率が４７．４％、平均爆裂深さが１．８ｍｍ、最大爆裂深さが１４．０ｍｍであった。
【００６８】
図４５、図４８に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．２０は、表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、爆裂面積率が３２．９％、平均爆裂深さが０．８ｍｍ、最大爆裂深さが８．０ｍｍであった。
【００６９】
一方、図４６、図４９に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．２１は、ほとんど爆裂は生じず、加熱面への損傷も全くなかった。具体的には、爆裂面積率が６．４％、平均爆裂深さが０．１ｍｍ、最大爆裂深さが３．０ｍｍであった。
【００７０】
これらの結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．２１の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１９及びＮｏ．２０のそれよりも小さい。したがって、混和材・混和剤５としてフライアッシュや増粘剤よりも高炉スラグを添加した方が爆裂を抑制できることがわかる。
【００７１】
次に、コンクリート試験体Ｎｏ．２１の耐火試験の結果得られた爆裂を抑制する高炉スラグの効果を確認するために、高炉スラグの置換割合を変えて耐火試験を行った。その結果を以下に示す。
具体的には、比表面積が３４００ｃｍ２／ｇの高炉スラグを結合材中に５０重量％の割合で配合したコンクリート試験体Ｎｏ．２２を作製して耐火試験を行った。コンクリート試験体Ｎｏ．２２を構成する材料及びそれらの配合割合を図４１の下部に示している。
【００７２】
図５０は、耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面の状態を示す図であり、図５１は、コンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
図５０及び図５１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．２２は、ほとんど爆裂は生じず、加熱面への損傷も小さかった。具体的には、爆裂面積率が２０．９％、平均爆裂深さが０．３ｍｍ、最大爆裂深さが５．０ｍｍであった。
【００７３】
この結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．２２の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．２１のそれらほぼ同程度であり、爆裂を抑制する効果を確認することができた。
【００７４】
上述したように、本耐火試験により、アスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維４を用いた場合に爆裂が生じにくく、表層部の損傷が少なくなることがわかる。また、有機繊維４を０．１６５体積％以上の割合で配合した場合は、より効果的に爆裂を抑制することができることがわかる。さらに、混和材・混和剤５として結合材のうち高炉スラグを５０重量％以上６０重量％以下の割合で置換し、その高炉スラグの比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以下の場合は、爆裂の抑制効果が高くなる。
【００７５】
以上説明した本実施形態における耐火性コンクリート１によれば、所定の温度で気化するとともに、アスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維４であるポリプロピレン繊維を含むので、耐火性コンクリート１が火災等で加熱されて高温になると有機繊維４が気化して微細な多数の空洞をつくるとともに、有機繊維４の気体が膨張することにより空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、耐火性コンクリート１内に空洞と外部とを連通する通気路が生じる。この通気路は、耐火性コンクリート１内の水蒸気を外部に排出するとともに、耐火性コンクリート１の表層部の熱膨張力を緩和する役割を果たし、その表層部の剥離を防止する。
【００７６】
また、有機繊維４の配合量を０．１６５体積％以上にすることで、耐火性コンクリート１打設の良好な施工性を得ることができるとともに、連通した通気路をつくるために必要な繊維の本数を確保することができる。
【００７７】
さらに、高炉スラグを５０重量％以上６０重量％以下含むこと及びその高炉スラグの比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以下にすることで、耐火性コンクリート１の表層部の爆裂を抑制し、剥離を抑制することができる。
【００７８】
また、コンクリートを高流動状態にしても、有機繊維４を均一に配合することができる。また、有機繊維４を均一に配合した状態で、耐火性コンクリート１の流動性を高めることができるので、ワーカビリィティが良好になり、充填作業を効率的に実施することができる。
【００７９】
有機繊維４、高炉スラグは市販されているので、入手性が良い。また、これらは安価なので耐火性コンクリート１を経済的に製作することができる。
【００８０】
さらに、鋼繊維６を０．６体積％含むことにより、耐火性コンクリート１の靭性を大きくすることができる。
【００８１】
なお、本実施形態においては、加熱方法として、一般的に行われているＲＡＢＴ曲線に基づく加熱方法を採用したが、これに限定されるものではなく、現場条件等に応じて他の加熱方法を採用しても良い。
【符号の説明】
【００８２】
１ 耐火性コンクリート
２ 細骨材
４ 有機繊維
５ 混和材・混和剤
６ 鋼繊維
７ 粗骨材
８ 耐火炉
９ セメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造体に用いられる耐火性能を有するコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造体が火災等で加熱されて高温になると、その表層部が剥離して落下する爆裂現象が発生する。
【０００３】
このコンクリート構造体の爆裂を抑制するため、例えば、特許文献１には、コンクリートに有機繊維を添加する方法が開示されている。この方法は、太さが１０〜２００μｍで、長さが５〜２０ｍｍの有機繊維をコンクリートに添加することにより、コンクリート構造体が火災等で加熱されて高温になると有機繊維が気化して多数の空洞をつくるとともに、空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、該空洞と外部とを連通する通気路がコンクリート構造体に生じ、この通気路からコンクリート構造体内の水蒸気を外部に排出するので爆裂を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２０８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の内容で本発明者らが実験を行ったところ、太さが１０〜２００μｍで、長さが５〜２０ｍｍの有機繊維を添加して構築されたコンクリート構造体では、加熱されて高温になると、通気路が不均一に生じるとともに、必要な量の通気路は生じなかった。したがって、十分に爆裂を抑制できず、表層部分に損傷箇所が多数生じるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、爆裂による表層部分の損傷を抑制することが可能な耐火性コンクリート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】
【０００６】
本発明は、コンクリート構造体に用いられる耐火性コンクリートであって、所定の温度で気化する性質を有するとともに、紐状で、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維と、結合材のうち５０重量％以上６０重量％以下の割合で含まれる高炉スラグと、靭性を向上させるための鋼繊維とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明による耐火性コンクリートによれば、アスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維を含むので、コンクリートが火災等で加熱されて高温になると有機繊維が気化して微細な多数の空洞をつくるとともに、空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、該空洞と外部とを連通する通気路をコンクリートに容易に形成することができる。そして、この通気路からコンクリート内の水蒸気を外部に排出するので爆裂を防止することができる。
【０００８】
また、有機繊維の分散性を高め、あるいは、セグメント型枠への充填性を高めるためにコンクリートを高流動状態にしても、コンクリートの材料分離抵抗性を高める混和材又は混和剤を含むので、コンクリート材料の分離を防ぐことができる。
【０００９】
さらに、その混和材又は混和剤として、高炉スラグを結合材のうち５０重量％以上６０重量％以下の割合で含むことにより、コンクリートが高温になっても、爆裂をさらに抑制することができる。そして、高炉スラグは市販されているので、入手性が良い。
【００１０】
また、鋼繊維を含むので、鋼繊維の剛性及び強度によりコンクリートの靭性を改善し、コンクリートの剥離、剥落を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の耐火性コンクリートは、前記有機繊維のアスペクト比が５００以上７００以下であることとすれば、火災時等の爆裂を更に抑制することができ、表層部分に損傷が生じない。
【００１２】
また、本発明の耐火性コンクリートは、前記有機繊維の配合割合を０．１６５体積％以上にすることにより、良好な施工性を得ることができるとともに、連通した通気路をつくるために必要な繊維の本数を確保することができる。
【００１３】
また、本発明の耐火性コンクリートは、前記高炉スラグの比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以下にすることにより、コンクリートの爆裂をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の耐火性コンクリートを用いることにより、火災時等の爆裂をほとんど抑制することができ、表層部分に損傷が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る耐火性コンクリートを示す断面図である。
【図２】コンクリート試験体の形状を示す図である。
【図３】各コンクリート試験体を構成する材料及びそれらの配合条件を示す一覧図である。
【図４】試験に用いた有機繊維の各アスペクト比の太さ及び長さを示す一覧図である。
【図５】各コンクリート試験体の耐火試験方法を示す概略図である。
【図６】本耐火試験における加熱方法のＲＡＢＴ加熱曲線を示す図である。
【図７】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１の加熱面の状態を示す図である。
【図８】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２の加熱面の状態を示す図である。
【図９】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．３の加熱面の状態を示す図である。
【図１０】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．４の加熱面の状態を示す図である。
【図１１】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．５の加熱面の状態を示す図である。
【図１２】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．６の加熱面の状態を示す図である。
【図１３】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．７の加熱面の状態を示す図である。
【図１４】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．８の加熱面の状態を示す図である。
【図１５】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．９の加熱面の状態を示す図である。
【図１６】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１０の加熱面の状態を示す図である。
【図１７】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１１の加熱面の状態を示す図である。
【図１８】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１２の加熱面の状態を示す図である。
【図１９】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１３の加熱面の状態を示す図である。
【図２０】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１４の加熱面の状態を示す図である。
【図２１】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１５の加熱面の状態を示す図である。
【図２２】コンクリート試験体Ｎｏ．１の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２３】コンクリート試験体Ｎｏ．２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２４】コンクリート試験体Ｎｏ．３の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２５】コンクリート試験体Ｎｏ．４の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２６】コンクリート試験体Ｎｏ．５の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２７】コンクリート試験体Ｎｏ．６の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２８】コンクリート試験体Ｎｏ．７の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図２９】コンクリート試験体Ｎｏ．８の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３０】コンクリート試験体Ｎｏ．９の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３１】コンクリート試験体Ｎｏ．１０の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３２】コンクリート試験体Ｎｏ．１１の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３３】コンクリート試験体Ｎｏ．１２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３４】コンクリート試験体Ｎｏ．１３の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３５】コンクリート試験体Ｎｏ．１４の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３６】コンクリート試験体Ｎｏ．１５の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図３７】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１６の加熱面の状態を示す図である。
【図３８】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１７の加熱面の状態を示す図である。
【図３９】コンクリート試験体Ｎｏ．１６の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４０】コンクリート試験体Ｎｏ．１７の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４１】各コンクリート試験体を構成する材料及びそれらの配合条件を示す一覧図である。
【図４２】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面の状態を示す図である。
【図４３】コンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４４】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１９の加熱面の状態を示す図である。
【図４５】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２０の加熱面の状態を示す図である。
【図４６】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２１の加熱面の状態を示す図である。
【図４７】コンクリート試験体Ｎｏ．１９の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４８】コンクリート試験体Ｎｏ．２０の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図４９】コンクリート試験体Ｎｏ．２１の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【図５０】耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面の状態を示す図である。
【図５１】コンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る耐火性コンクリートの好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る耐火性コンクリート１を示す断面図である。図１に示すように、耐火性コンクリート１は、セメント９と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、所定の温度（火災時等に耐火性コンクリート１が達すると想定される温度で、例えば、２５０℃〜５００℃程度）で気化する有機繊維４と、材料分離抵抗性を高めるとともに、爆裂を防止するための混和材又は混和剤（以下、混和材・混和剤という）５と、硬化した後の耐火性コンクリート１の靭性を向上させるための鋼繊維６とを所定の割合で配合することにより製作される。
【００１８】
耐火性コンクリート１を、水結合材比が２８．８％以上３６．０％以下になるように、また、コンクリートの流動状態が高流動性のものは、スランプフロー値が５５０ｍｍ±５０ｍｍの範囲内に含まれるように作製し、中流動性のものは、スランプ値が１８ｃｍになるように作製する。
【００１９】
有機繊維４は、本実施形態においては、紐状のポリプロピレン繊維を用いた。有機繊維４は、火災時の熱で気化して耐火性コンクリート１内に微細な多数の空洞をつくる。そして、有機繊維４の気体が膨張することにより有機繊維４の長手方向に沿って、耐火性コンクリート１内の空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、耐火性コンクリート１内に空洞と外部とを連通する通気路が生じる。この通気路は、耐火性コンクリート１内の水蒸気を外部に排出するとともに、耐火性コンクリート１の表層部の熱応力を緩和する役割を果たし、その表層部の爆裂を防止する。
【００２０】
なお、本実施形態においては、有機繊維４としてポリプロピレン繊維を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、所定の温度、例えば、２５０℃〜５００℃程度で気化する有機繊維であれば良い。
【００２１】
この有機繊維４は、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の範囲内で、好ましくは、太さが１７．５μｍ以下のものを用いる。さらに、有機繊維４の配合割合を０．１６５体積％以上に調整する。これらの要件を満たすように有機繊維４を用いることで、互いに連通した通気路をつくるために必要な有機繊維４の本数を確保できるとともに、良好な施工性を得ることができる。
【００２２】
混和材・混和剤５は、粉末状の高炉スラグを用いる。結合材中における高炉スラグの配合割合を５０重量％以上６０重量％以下に調整する。また、その高炉スラグの比表面積は、４０００ｃｍ２／ｇ以下とする。ここで結合材とは、水と反応し耐火性コンクリート１の強度発現に寄与する物質、例えば、セメント９、混和材・混和剤５等を含むものをいう。
【００２３】
鋼繊維６は、本実施形態においては、市販の紐状の普通鋼材を用いる。本実施形態においては、鋼繊維６の配合割合を０．６体積％に調整する。なお、鋼繊維６の形状、太さ、長さ及び混入率は、設計等により適宜決定される。
【００２４】
次に、有機繊維４を含む耐火性コンクリート１の耐火性能について検討した結果を説明する。有機繊維４を含む複数のコンクリート試験体を製作し、これらのコンクリート試験体を所定の加熱条件にしたがって加熱する耐火試験を実施し、加熱後のコンクリート試験体の爆裂状態を確認した。まず、各コンクリート試験体を構成する材料の配合割合について説明し、次に、各コンクリート試験体の試験結果について説明する。
【００２５】
図２は、コンクリート試験体の形状を示す図である。図２に示すように、コンクリート試験体は、セメント９と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、有機繊維４であるポリプロピレン繊維と、混和材・混和剤５と、鋼繊維６とを所定の割合で配合して製作されている。
コンクリート試験体は板状で、横×高さ×奥行の長さがそれぞれ５００ｍｍ×２００ｍｍ×１０００ｍｍである。
有機繊維４のアスペクト比及び上記各材料の配合割合の異なる複数のコンクリート試験体を製作した。
【００２６】
図３は、各コンクリート試験体を構成する材料及びそれらの配合条件を示す一覧図であり、図４は、試験に用いた有機繊維４の各アスペクト比の太さ及び長さを示す一覧図である。
図３及び図４に示すように、アスペクト比の異なる有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、細骨材２と、粗骨材７と、水と、混和材・混和剤５と、鋼繊維６とをそれぞれ所定の割合で配合して、１５種類のコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５を製作した。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５において、有機繊維４、鋼繊維６の混入率は同一になるように調整した。
【００２７】
＜アスペクト比１１４の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が１１４で、太さ及び長さが１７．５μｍ×２ｍｍの有機繊維４を含む３種類のコンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２及びＮｏ．３を製作した。
【００２８】
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１は、アスペクト比１１４の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．２は、コンクリート試験体Ｎｏ．１の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．３は、コンクリート試験体Ｎｏ．１の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００２９】
＜アスペクト比２８１の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が２８１で、太さ及び長さが４２．７μｍ×１２ｍｍの有機繊維４を含む３種類のコンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５及びＮｏ．６を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．４は、アスペクト比２８１の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．５は、コンクリート試験体Ｎｏ．４の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．６は、コンクリート試験体Ｎｏ．４の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３０】
＜アスペクト比４１０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が４１０で、太さ及び長さが４８．８μｍ×２０ｍｍの有機繊維４を含む４種類のコンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９及びＮｏ．１０を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．７は、アスペクト比４１０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．８は、コンクリート試験体Ｎｏ．７の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．９は、コンクリート試験体Ｎｏ．７の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．１０は、コンクリート試験体Ｎｏ．７の材料に混和材・混和剤５であるフライアッシュを添加し、このフライアッシュにより高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３１】
＜アスペクト比５７０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が５７０で、太さ及び長さが１７．５μｍ×１０ｍｍの有機繊維４を含む４種類のコンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１４を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１１は、アスペクト比５７０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合した中流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．１２は、コンクリート試験体Ｎｏ．１１の材料に混和材・混和剤５である増粘剤を添加し、この増粘剤により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．１３は、コンクリート試験体Ｎｏ．１１の材料に混和材・混和剤５である石灰石微粉末を添加し、この石灰石微粉末により高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．１４は、コンクリート試験体Ｎｏ．１１の材料に混和材・混和剤５であるフライアッシュを添加し、このフライアッシュにより高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３２】
＜アスペクト比８５７の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１５について＞
図３及び図４に示すように、アスペクト比が８５７で、太さ及び長さが１７．５μｍ×１５ｍｍの有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１５を製作した。
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１５は、アスペクト比８５７の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、混和材・混和剤５であるフライアッシュと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したものであり、このフライアッシュにより高い材料分離抵抗性を有する高流動性のコンクリート試験体である。
【００３３】
次に、耐火試験方法について説明する。
図５は、各コンクリート試験体の耐火試験方法を示す概略図であり、図６は、本耐火試験における加熱方法のＲＡＢＴ加熱曲線を示す図である。
図５に示すように、各コンクリート試験体を耐火炉８にそれぞれ設置し、各コンクリート試験体の加熱面を加熱した。
加熱方法は、トンネル火災を想定して、図６に示すように、加熱開始後５分間で１２００℃まで昇温するＲＡＢＴ曲線にしたがって加熱した。
【００３４】
次に、各コンクリート試験体の耐火試験結果について説明する。
図７〜図２１は、耐火試験後の各コンクリート試験体の加熱面の状態を示す図であり、図２２〜図３６は、各コンクリート試験体の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【００３５】
＜アスペクト比１１４の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の場合＞
図７〜図９、図２２〜図２４に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３は、加熱面を含む表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に広い範囲で見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の爆裂面積率がそれぞれ２１．２％、５６．７％、３５．９％、平均爆裂深さがそれぞれ１．０ｍｍ、５．７ｍｍ、３．４ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ１２．０ｍｍ、２８．０ｍｍ、１７．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３で、最大爆裂深さが１０ｍｍ以上となった。
【００３６】
＜アスペクト比２８１の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の場合＞
図１０〜図１２、図２５〜図２７に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６は、表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に広い範囲で見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の爆裂面積率がそれぞれ４３．７％、７１．４％、６９．３％、平均爆裂深さがそれぞれ２．３ｍｍ、８．９ｍｍ、５．８ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ２０．０ｍｍ、３５．０ｍｍ、２１．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６で、最大爆裂深さが１０ｍｍ以上となった。
【００３７】
＜アスペクト比４１０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０の場合＞
図１３〜図１６、図２８〜図３１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０の爆裂面積率がそれぞれ８．７％、１２．６％、６．１％、１４．３％、平均爆裂深さがそれぞれ０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ３．０ｍｍ、７．０ｍｍ、４．０ｍｍ、８．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０で、最大爆裂深さが１０ｍｍ未満となり、良好な結果が得られた。
【００３８】
＜アスペクト比５７０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４の場合＞
図１７〜図２０及び図３２〜図３５に示すように、わずかに爆裂が生じた結果と全く爆裂が生じなかった結果が得られた。
わずかな爆裂は、図１７、図１９、図３２、図３４に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３に見られた。これらのコンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３では、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に局部的に見られた。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１３の爆裂面積率がそれぞれ５．２％、９．５％、平均爆裂深さがそれぞれ０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ３．０ｍｍ、８．０ｍｍであった。
【００３９】
一方、図１８、図２０、図３３、図３５に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４では、ほとんど爆裂は生じず、加熱面への損傷も全くなかった。具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１４の爆裂面積率がそれぞれ０％、３．５％、平均爆裂深さは共に０ｍｍ、最大爆裂深さがそれぞれ０ｍｍ、２．０ｍｍであった。すべてのコンクリート試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４で、最大爆裂深さが１０ｍｍ未満となり、良好な結果が得られた。
【００４０】
アスペクト比５７０のコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４のうち、コンクリート試験体Ｎｏ．１２及びＮｏ．１４は、爆裂が全く発生していないので、増粘剤又はフライアッシュを含むことにより、爆裂を抑制できることがわかる。
【００４１】
＜アスペクト比８５７の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１５の場合＞
図２１、図３６に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１５は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、爆裂面積率が１７．３％、平均爆裂深さが０．７ｍｍ、最大爆裂深さが１４．０ｍｍであった。すなわち、コンクリート試験体Ｎｏ．１５で、最大爆裂深さが１０ｍｍ以上となった。
上述したすべての耐火試験結果より、アスペクト比５７０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さが最も小さく、ほぼ爆裂が抑制されていることがわかる。
【００４２】
また、アスペクト比４１０の有機繊維４を含むコンクリート試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さが、アスペクト比５７０に次いで小さく、概ね爆裂が抑制されていることがわかる。
また、アスペクト比を１１４から５７０まで増加させると、コンクリート試験体の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、徐々に小さくなる。したがって、アスペクト比が１１４から５７０まで増加すると、爆裂を抑制する効果は高くなることがわかる。
【００４３】
さらに、アスペクト比を５７０よりも大きい８５７にすると、コンクリート試験体の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、大きくなる。したがって、アスペクト比が８５７まで増加すると、爆裂を抑制する効果はアスペクト比５７０の場合よりも低くなることがわかる。
【００４４】
すなわち、コンクリート試験体は、アスペクト比５７０付近の有機繊維４を含むことにより、爆裂を効果的に抑制できることがわかる。そこで、耐火性コンクリート１に用いる有機繊維４のアスペクト比の下限をアスペクト比４１０とし、また、上限をアスペクト比５７０と８５７のほぼ中間値の７００として、アスペクト比４１０以上７００以下の有機繊維４を用いることにより、爆裂を効果的に抑制することができると考えられる。
【００４５】
次に、コンクリート試験体の損傷が最も抑制されるアスペクト比が５７０で、かつ、混和材・混和剤５であるフライアッシュを含む場合において、有機繊維４の混入率の違いによる耐火性能について２種類の耐火試験（以下、それぞれを第１の試験、第２の試験という）を行って検討した結果を示す。
【００４６】
まず、第１の試験において、具体的には、有機繊維４の混入率がそれぞれ０．１体積％、０．２体積％のコンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７を作製して耐火試験を行った。コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７を構成する材料及びそれらの配合条件を図３の下部に示している。コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７は、上記コンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５と同一の鋼繊維６の混入率とし、また、スランプフロー値も同程度となるように作製した。
【００４７】
なお、有機繊維４の混入率を０．３体積％以上にすると流動性が低下してコンクリート試験体の作製が困難になるので、有機繊維４の混入率をそれぞれ０．１体積％、０．２体積％とした。
【００４８】
図３に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７は、アスペクト比５７０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、混和材・混和剤５の、例えば、フライアッシュとを所定の割合で混合したものであり、高流動性のコンクリート試験体である。
【００４９】
なお、コンクリート試験体Ｎｏ．１７の各材料の配合割合は、コンクリート試験体Ｎｏ．１４とほぼ同一とした。これはコンクリート試験体Ｎｏ．１４の耐火試験の結果から得られた爆裂を抑制する効果の再現性を確認するために、再度、同一の配合割合で耐火試験を行った。
【００５０】
図３７及び図３８は、耐火試験後の各コンクリート試験体の加熱面の状態を示す図であり、図３９及び図４０は、各コンクリート試験体の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
図３７、図３９に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１６は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に局部的に見られた。具体的には、爆裂面積率が１１．７％、平均爆裂深さが０．７ｍｍ、最大爆裂深さが７．０ｍｍであった。
【００５１】
一方、図３８、図４０に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１７は、爆裂はほとんど生じなかったが、加熱面への損傷がわずかに見られた。具体的には、爆裂面積率が２．２％、平均爆裂深さが０．０ｍｍ、最大爆裂深さが２．０ｍｍであった。
【００５２】
これらの結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．１７の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１６のそれよりも小さい。したがって、有機繊維４を０．２体積％配合した方が爆裂を抑制できることがわかる。
【００５３】
また、コンクリート試験体Ｎｏ．１７の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１４の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さとほぼ同程度であり、爆裂を抑制する効果を再現することができた。
【００５４】
次に、第２の試験では、コンクリート試験体の両側面に圧縮応力を導入して、耐火試験を行った。
具体的には、有機繊維４の混入率が０．１６５体積％のコンクリート試験体Ｎｏ．１８を作製して耐火試験を行った。コンクリート試験体Ｎｏ．１８を構成する材料及びそれらの配合条件を図４１の上部に示している。コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、上記コンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７と同一の鋼繊維６の混入率とし、また、スランプフロー値も同程度（Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７及びＮｏ．１１を除く）となるように作製した。
【００５５】
なお、詳細は後述するが、本試験ではコンクリート試験体の大きさ及び圧縮応力の作用の有無についての試験条件が上述したコンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７と異なるため、本試験の試験条件、配合条件等の一覧を新たに図４１に示している。
図４１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、アスペクト比５７０の有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水と、混和材・混和剤５の、例えば、高炉スラグとを所定の割合で混合したものであり、高流動性のコンクリート試験体である。
【００５６】
また、コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、横×高さ×奥行の長さがそれぞれ１７００ｍｍ×５００ｍｍ×１９００ｍｍの板状の試験体とした。
耐火試験は、コンクリート試験体Ｎｏ．１８に、奥行方向の両側面に１４．４Ｎ／ｍｍ２の圧縮応力を作用させた状態で行った。
【００５７】
図４２は、耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面の状態を示す図であり、図４３は、コンクリート試験体Ｎｏ．１８の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
図４２、図４３に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１８は、表層部でわずかに爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、爆裂面積率が３３．７％、平均爆裂深さが１．１ｍｍ、最大爆裂深さが１６．０ｍｍであった。
【００５８】
この結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．１８の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７のそれよりも大きいものの、第２の試験は、圧縮応力導入下で試験を行った事を考慮すると、爆裂を抑制できていることがわかる。
【００５９】
上述した第１及び第２の試験結果より、コンクリート試験体は、有機繊維４を０．１体積％〜０．２体積％含むことにより、爆裂を効果的に抑制できることがわかる。しかし、耐火性コンクリート１は、例えば、トンネル内のセグメントとして圧縮応力が作用するような現場で利用されるため、第２の試験結果より、安全を考慮して有機繊維を０．１体積％よりも多く含むことが望ましい。そこで、耐火性コンクリート１に用いる有機繊維４の混合率の下限を０．１６５体積％とすることにより、爆裂を効果的に抑制することができると考えられる。
【００６０】
なお、上述した２種類の耐火試験とは別に、有機繊維４の混入率が０．４体積％のコンクリート試験体を作製して耐火試験を行った結果、第２の試験結果と同様に良好な結果が得られた。したがって、耐火性コンクリート１に用いる有機繊維４の混合率を０．１６５体積％以上とすることにより、爆裂を効果的に抑制できることが更に確認できた。
【００６１】
次に、コンクリート試験体の損傷が最も抑制される有機繊維４のアスペクト比が５７０で、かつ、その配合割合が０．２体積％の場合において、混和材・混和剤５の種類の違いによる耐火性能について検討した結果を示す。
具体的には、混和材・混和剤５としてそれぞれフライアッシュ、増粘剤、高炉スラグを含むコンクリート試験体Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１を作製して耐火試験を行った。なお、上述したコンクリート試験体Ｎｏ．１３の耐火試験の結果（図１９及び図３４参照）より、本耐火性能試験から混和材・混和剤５である石灰石微粉末を除外した。
【００６２】
コンクリート試験体Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１を構成する材料及びそれらの配合条件を図４１に示している。
図４１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２１及びコンクリート試験体Ｎｏ．２２（後述する）は、コンクリート試験体Ｎｏ．１８と同様に、横×高さ×奥行の長さがそれぞれ１７００ｍｍ×５００ｍｍ×１９００ｍｍの板状の試験体とした。
【００６３】
また、耐火試験も、コンクリート試験体Ｎｏ．１８と同様に、各コンクリート試験体Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２２に、奥行方向の両側面に１４．４Ｎ／ｍｍ２の圧縮応力を作用させた状態で行った。
【００６４】
また、コンクリート試験体Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１は、上記コンクリート試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７と同一の鋼繊維６の混入率とし、また、スランプフロー値も同程度（Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７及びＮｏ．１１を除く）となるように作製した。
【００６５】
具体的には、コンクリート試験体Ｎｏ．１９は、混和材・混和剤５のフライアッシュと、有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したコンクリート試験体である。また、コンクリート試験体Ｎｏ．２０は、混和材・混和剤５の増粘剤と、有機繊維４と、普通ポルトランドセメントと、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したコンクリート試験体である。そして、コンクリート試験体Ｎｏ．２１は、混和材・混和剤５の高炉スラグを含む高炉セメント（この高炉セメントの比表面積は３４００ｃｍ２／ｇである。また、高炉セメントに含まれる高炉スラグは、結合材中に５８重量％の割合で含まれている。）と、有機繊維４と、鋼繊維６と、細骨材２と、粗骨材７と、水とを混合したコンクリート試験体である。
【００６６】
図４４〜図４６は、耐火試験後の各コンクリート試験体の加熱面の状態を示す図であり、図４７〜図４９は、各コンクリート試験体の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
【００６７】
図４４、図４７に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．１９は、表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に広い範囲で見られた。具体的には、爆裂面積率が４７．４％、平均爆裂深さが１．８ｍｍ、最大爆裂深さが１４．０ｍｍであった。
【００６８】
図４５、図４８に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．２０は、表層部で爆裂が生じ、損傷が加熱面に部分的に見られた。具体的には、爆裂面積率が３２．９％、平均爆裂深さが０．８ｍｍ、最大爆裂深さが８．０ｍｍであった。
【００６９】
一方、図４６、図４９に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．２１は、ほとんど爆裂は生じず、加熱面への損傷も全くなかった。具体的には、爆裂面積率が６．４％、平均爆裂深さが０．１ｍｍ、最大爆裂深さが３．０ｍｍであった。
【００７０】
これらの結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．２１の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．１９及びＮｏ．２０のそれよりも小さい。したがって、混和材・混和剤５としてフライアッシュや増粘剤よりも高炉スラグを添加した方が爆裂を抑制できることがわかる。
【００７１】
次に、コンクリート試験体Ｎｏ．２１の耐火試験の結果得られた爆裂を抑制する高炉スラグの効果を確認するために、高炉スラグの置換割合を変えて耐火試験を行った。その結果を以下に示す。
具体的には、比表面積が３４００ｃｍ２／ｇの高炉スラグを結合材中に５０重量％の割合で配合したコンクリート試験体Ｎｏ．２２を作製して耐火試験を行った。コンクリート試験体Ｎｏ．２２を構成する材料及びそれらの配合割合を図４１の下部に示している。
【００７２】
図５０は、耐火試験後のコンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面の状態を示す図であり、図５１は、コンクリート試験体Ｎｏ．２２の加熱面における損傷の分布状態を示すコンター図である。
図５０及び図５１に示すように、コンクリート試験体Ｎｏ．２２は、ほとんど爆裂は生じず、加熱面への損傷も小さかった。具体的には、爆裂面積率が２０．９％、平均爆裂深さが０．３ｍｍ、最大爆裂深さが５．０ｍｍであった。
【００７３】
この結果より、コンクリート試験体Ｎｏ．２２の爆裂面積率、平均爆裂深さ及び最大爆裂深さは、コンクリート試験体Ｎｏ．２１のそれらほぼ同程度であり、爆裂を抑制する効果を確認することができた。
【００７４】
上述したように、本耐火試験により、アスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維４を用いた場合に爆裂が生じにくく、表層部の損傷が少なくなることがわかる。また、有機繊維４を０．１６５体積％以上の割合で配合した場合は、より効果的に爆裂を抑制することができることがわかる。さらに、混和材・混和剤５として結合材のうち高炉スラグを５０重量％以上６０重量％以下の割合で置換し、その高炉スラグの比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以下の場合は、爆裂の抑制効果が高くなる。
【００７５】
以上説明した本実施形態における耐火性コンクリート１によれば、所定の温度で気化するとともに、アスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維４であるポリプロピレン繊維を含むので、耐火性コンクリート１が火災等で加熱されて高温になると有機繊維４が気化して微細な多数の空洞をつくるとともに、有機繊維４の気体が膨張することにより空洞間にひびが入り、空洞同士が連通して、耐火性コンクリート１内に空洞と外部とを連通する通気路が生じる。この通気路は、耐火性コンクリート１内の水蒸気を外部に排出するとともに、耐火性コンクリート１の表層部の熱膨張力を緩和する役割を果たし、その表層部の剥離を防止する。
【００７６】
また、有機繊維４の配合量を０．１６５体積％以上にすることで、耐火性コンクリート１打設の良好な施工性を得ることができるとともに、連通した通気路をつくるために必要な繊維の本数を確保することができる。
【００７７】
さらに、高炉スラグを５０重量％以上６０重量％以下含むこと及びその高炉スラグの比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以下にすることで、耐火性コンクリート１の表層部の爆裂を抑制し、剥離を抑制することができる。
【００７８】
また、コンクリートを高流動状態にしても、有機繊維４を均一に配合することができる。また、有機繊維４を均一に配合した状態で、耐火性コンクリート１の流動性を高めることができるので、ワーカビリィティが良好になり、充填作業を効率的に実施することができる。
【００７９】
有機繊維４、高炉スラグは市販されているので、入手性が良い。また、これらは安価なので耐火性コンクリート１を経済的に製作することができる。
【００８０】
さらに、鋼繊維６を０．６体積％含むことにより、耐火性コンクリート１の靭性を大きくすることができる。
【００８１】
なお、本実施形態においては、加熱方法として、一般的に行われているＲＡＢＴ曲線に基づく加熱方法を採用したが、これに限定されるものではなく、現場条件等に応じて他の加熱方法を採用しても良い。
【符号の説明】
【００８２】
１ 耐火性コンクリート
２ 細骨材
４ 有機繊維
５ 混和材・混和剤
６ 鋼繊維
７ 粗骨材
８ 耐火炉
９ セメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造体に用いられる耐火性コンクリートであって、
所定の温度で気化する性質を有するとともに、紐状で、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維と、
結合材のうち５０重量％以上６０重量％以下の割合で含まれる高炉スラグと、
靭性を向上させるための鋼繊維とを含むことを特徴とする耐火性コンクリート。
【請求項２】
前記有機繊維のアスペクト比は、５００以上７００以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性コンクリート。
【請求項３】
前記有機繊維の配合割合は、０．１６５体積％以上であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性コンクリート。
【請求項４】
前記高炉スラグの比表面積は、４０００ｃｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性コンクリート。
【請求項１】
コンクリート構造体に用いられる耐火性コンクリートであって、
所定の温度で気化する性質を有するとともに、紐状で、長さと太さの比であるアスペクト比が４１０以上７００以下の有機繊維と、
結合材のうち５０重量％以上６０重量％以下の割合で含まれる高炉スラグと、
靭性を向上させるための鋼繊維とを含むことを特徴とする耐火性コンクリート。
【請求項２】
前記有機繊維のアスペクト比は、５００以上７００以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性コンクリート。
【請求項３】
前記有機繊維の配合割合は、０．１６５体積％以上であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性コンクリート。
【請求項４】
前記高炉スラグの比表面積は、４０００ｃｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性コンクリート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図４１】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図４１】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【公開番号】特開２０１０−１２０８３９（Ｐ２０１０−１２０８３９Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７８２７８（Ｐ２００９−１７８２７８）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（０００１９８３０７）石川島建材工業株式会社 (139)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（０００１９８３０７）石川島建材工業株式会社 (139)
【Ｆターム（参考）】
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