耐爆裂性に優れたコンクリート構造物
【課題】火薬などの爆発物の爆発から建造物の大規模な破壊を抑制するのみならず、爆発衝撃によるコンクリート破片の飛散を抑制することにより、建造物内部の人的被害を抑制できるコンクリートを提供すること。
【解決手段】コンクリート板を複数枚重ね合わせた構造物であり、特に望ましくは引張強度が１．５ＧＰａ以上、引張弾性率が５０ＧＰａ以上の繊維が、体積比で１．０％以上混入されている耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【解決手段】コンクリート板を複数枚重ね合わせた構造物であり、特に望ましくは引張強度が１．５ＧＰａ以上、引張弾性率が５０ＧＰａ以上の繊維が、体積比で１．０％以上混入されている耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火薬の爆破などによるコンクリート部材の破壊を防ぐことを目的とし、たとえば公共の構造物を狙ったテロ行為による爆弾やロケット弾などの爆破から、構造物の崩壊を防ぎ、更には内部の人命を救うことを目的とする耐爆裂性に優れたコンクリートを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、国家間や宗教、民族間などの対立により、地球上の各地で紛争が起こっている。そして攻撃の一つとして、爆弾など火薬を使用した爆破による構造物の破壊などの手段が取られている。その攻撃は、軍隊にとどまらず民間を対象にしたものも少なくない。爆発物がコンクリート近傍で爆発すると、そのエネルギーにより爆発側の表面とその裏側のコンクリート部が部分的に剥離する。その時に飛び散る破片のスピードは速く、人を損傷しかねない脅威を有している。また、最悪の場合、剥離部の体積が大きいと主筋を拘束する力が失われるので、構造物の破壊にまで及ぶ恐れもある。
【０００３】
今までに提案された耐爆裂性コンクリートまたはモルタルに関する特許を調べてみると、高強度コンクリートが火災などにより水蒸気爆発する問題を解決する方策が多数提案されている。（例えば特許文献１，２，3参照） しかし、これらの提案は火災によりコンクリート内部に存在する水分が水蒸気となり体積が膨張しやがては爆発し構造物が破壊することから防止する手段であって、火薬の爆発から構造物の破壊を防ぐ手法の提案ではなく、実施例にも火薬爆破による性能については明記されていない。
【特許文献１】特開2002-193654号公報
【特許文献２】特開2002-326857号公報
【特許文献３】特開2004-026631号公報
【０００４】
また他の目的では、地震による急激な衝撃に対して、構造物の破壊を防ぐ耐爆裂性能を付与する提案がなされている。（例えば特許文献４，５参照） この提案に対しても、地震による構造物の破壊を防止する手段であって、火薬の爆発から構造物の破壊を防ぐ手法の提案ではなく、実施例にも火薬爆破による性能については明記されていない。
【特許文献４】特開2000-192671号公報
【特許文献５】特開平11-036516号公報
【０００５】
衝撃、衝突または発射体に対する防護性能に関する提案もなされている。（特許文献６参照） しかしこの提案の実施例では弾丸を供試体に撃ち込み、その貫通深さを評価しており、火薬の爆発に関する構造物の破壊といった観点での提案ではなく、またその効果も明確に示されていない。
【特許文献６】特表平10-512842号公報
【０００６】
コンクリートの火薬爆発に対する耐爆裂性能に関する知財的な提案はされていないが、防衛庁などで様々な実験が実施されており、その結果に関する報告書も多数発表されている。(非特許文献１，２) これらの文献において、コンクリート板厚T(cm)と爆薬の火薬量W(g)、爆破試験後の爆薬設置側の剥離深さCd(cm)、爆薬設置側と裏側の剥離深さSd(cm)の関係式が示されている。
(Cd+Sd)/T＜-0.51×｛T/(W)^(1/3)｝+2.1 (2.1≦T/(W)^(1/3)≦3.6)…(1)
Sd/T=0 （T/(W)^(1/3)≧3.6)…(2)
(Cd+Sd)/T=1.0 （T/(W)^(1/3)＜2.1)…(3)
【非特許文献１】構造工学論文集 46A pp1787-1797, 2000
【非特許文献２】コンクリート工学論文集 第14巻第1号 2003 ここで、(2)式は、爆薬設置側と裏側の剥離深さが"0"、すなわち全く損傷がないことを示し、(3)式は、逆に貫通孔ができるような大きな損傷を示す。
【０００７】
今回、我々は火薬や砲弾の爆発に対し、破壊される程度を低減したコンクリートを提案した。（特許文献７、８参照） しかし、本発明のコンクリートを用いて構造物に建造する場合、コンクリートのサイズが大きくなると建造作業が困難となる問題を含んでいる。容易に構造物を建造でき、且つ耐爆性能も低下しないコンクリートが求められる。
【特許文献７】特願2005-073243号公報
【特許文献８】特願2005-073244号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、耐爆裂性に優れた薄いコンクリート板を使用することで軽量化でき、更にそれらを重ね合わせることで十分な耐爆性能を有する構造物を提案するものである。軽量化により重機の台数や作業日数、作業人員を軽減でき、また重ね併せることで、火薬などを使った爆発から構造物の大規模な破壊を抑制し、且つ爆破衝撃によるコンクリート破片の飛散を抑制することにより、構造物内部にいる人の損傷を防ぐことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、
(１)コンクリート板を複数枚重ね合わせて構造物の壁や天井に使用し、該コンクリート積層板が火薬の爆発に対し、貫通孔が生じない耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(２)コンクリート板に繊維が混入されていることを特徴とする請求項１記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(３)コンクリート板に混入される繊維の物性が、引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であり、且つ体積比で1.0%以上混入されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(４)1枚のコンクリートの板厚が、30mm以上であることを特徴とする請求項１〜３記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(５)重ね合わすコンクリートの間隔が、3mm以上300mm以下であることを特徴とする請求項１〜４記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(６) 重ね合わすコンクリートの間に、耐爆裂性に優れたコンクリートの圧縮方向の静弾性係数よりも低い緩衝材が入っていることを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物
(７)隣り合うコンクリートの継ぎ目部分に対し、その裏に重ね合わされるコンクリートの配置において、継ぎ目部分が決して重ならない様、重ねるコンクリートをずらして配置することを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、火薬を使った爆発に対し、構造物の破壊を抑制する効果がある。詳しく説明すると、構造物近くで爆発物が爆発すると、そのエネルギーで構造物の一部が剥離する。通常爆発側の裏側の剥離の方が大きくなり、構造物内部にいる人を損傷する危険性が高い。そういった危険性を本発明のコンクリートは低減する効果があり、人命の救助や構造物の崩壊を防ぐ部材として利用できる。本発明は、コンクリート板を複数枚積層することで、同等の厚みのコンクリート板1枚の耐爆裂性能と比較し、同等以上の性能を示す。本発明により1枚あたりの重量を軽くすることができ、構造物を建造する時の作業性が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の耐爆裂コンクリートは、2枚以上のコンクリート板を重ね合わせて、構造物の壁や天井などに使用する。2枚以上とすることで、1枚あたりのコンクリート板の重量が小さくでき、建造する際に重機の台数などが軽減できたり、作業人員の数などを減らすことができ、作業性が良いので工期の短縮も可能となる。
【００１２】
重ね合わせるコンクリートの板厚は、最大骨材径の1.5倍ほどの厚みは最低限確保しなければならないが、最大骨材径が20mm以下のものを使用した場合でも、少なくとも板厚が30mm以上であることが望ましい。板厚が20mm以下になると、運搬時や建造時にひびが入ったり、欠けたり、割れたりといった品質上のトラブルを引き起こす可能性がある。また最大厚さについては、特に規定するものではないが、製造上500mm以下であることが好ましい。
【００１３】
重ね合わせた場合の板の間隔は、特に規定するものではないが、好ましくは隙間があった方が良い。隙間の距離は3mm以上300mm以下、好ましくは5mm以上100mm以下であることが好ましい。隙間の距離を空けることにより、爆破表面から裏面に伝わる爆発のエネルギーの伝播を不連続にする効果があり、裏面の剥離体積が軽減することができる。
【００１４】
重ね合わせたコンクリート板の間には、特に何も入れずに空間にしておいても良いし、もしくはコンクリートの圧縮方向での静弾性係数よりも低い値の静弾性係数を有する緩衝材を充填しても良い。この静弾性係数の低い材料を充填することにより、コンクリートの損傷が軽減される理由として、この緩衝材が破壊することにより、エネルギーが吸収されるためと予想する。緩衝材に使用する材料としては、モルタルやコンクリートなどが挙げられるが、それ以外の材料、例えば不織布やゴム材料などを使用しても構わない。
【００１５】
緩衝材に使用するコンクリート材料の特性としては、本発明の耐爆裂性に優れたコンクリートの圧縮方向での静弾性係数の値よりも低ければ良い。例えば、上下に使用されている耐爆裂性に優れたコンクリートの圧縮方向での静弾性係数が50N/mm2であれば、緩衝材の静弾性係数は40N/mm2程度であれば良いが、実施例の結果から、25kN/mm2以下の静弾性数を有するコンクリートなら、効果が得られると考える。コンクリートの静弾性係数を測定する方法としては、JIS A 1149のコンクリートの静弾性係数の測定方法に従い、その値を得ることができる。
【００１６】
緩衝材に使用する材料が不織布の場合には、一般的にはコンクリートに対し静圧縮係数は小さくなる。よって、どのような不織布を挿入しても緩衝材としての効果は得られるものと考える。但しより高い効果を得る為には、不織布の目付としては、250kg/m3以下であることが好ましい。250kg/m3以上になると不織布の重さが重くなり、軽量化へ与える寄与が小さくなる。また爆破のエネルギーを繊維の切断でエネルギーをロスできれば、緩衝材としての目的を達成できると考えられるので、引張強さは、10N/5cm以上であることが好ましい。10N/5cm以下になると取扱いが難しくなる。目付や強度は、JIS L 1096及びJIS L 1906の測定方法に従い、その値を得ることができる。
【００１７】
緩衝材にゴム材料を使用する場合には、一般的にゴムの硬さはコンクリートよりも小さいので、全てのゴムが使用可能であるが、特殊なゴムを使用するとコストが高くなる恐れがあるので、90Hs以下であることが好ましい。ゴムの硬さは、JIS K 6301の測定方法に従い、その値を得ることができる。
【００１８】
本発明に使用するコンクリートには、繊維を混入することが望ましい。混入する繊維の物性としては、引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であり、且つ体積比で1.0%以上混入されていることが必要である。引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であると、爆発エネルギーがコンクリート板を変形させる作用に対し、繊維が抵抗し変形を小さくする効果が期待できる。コンクリートがひび割れるひずみ量は一般的に0.2%なので、高強力、高弾性率の繊維を混入し、小さいひずみ量域で大きな抵抗力を示す繊維を使用することが好ましい。また、混入量としては体積比で1.0%以上であることが必要である。混入量は多ければ多いほど大きな効果が得られるが、多く入れすぎるとコンクリート板を製造する際に流動性が悪化し、効率の良い製造ができなくなる恐れがある。よって、最大混入量としては10%以下、好ましくは8%以下である。
【００１９】
コンクリートを重ね合わせる際に、1層目の隣り合うコンクリート板の接合部と、2層目の隣り合うコンクリート板の接合部が重なり合わないように配置されるように工夫しなければならない。隣り合うコンクリートの接合部分は、真ん中の部分に比べて耐爆裂性能が低く、1層目の接合部分と2層目の接合部分が重なっていると、その部分の近辺では本来期待している性能が得られなくなる可能性がある。接合部分をずらす目安の距離としては、100mm以上、好ましくは150mm以上であることが望ましい。
【００２０】
１層目と２層目のコンクリート板を連結させる方法として、隙間が小さい場合は、ボルトとナットで固定する方法、樹脂などを使用しコンクリート板とスペーサーを接着させ間隔を保持する方法、予め鉄などで枠を作成し、枠にコンクリート板を嵌め込む方法などが考えられる。
【００２１】
コンクリートに使用するセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸ポルトランドセメントなど使用することができるが、上記セメントに限定されず、様々なセメントを使用することが可能である。また、コンクリートペーストの流動性を高め、コンクリート強度を得る為、フライアッシュやシリカ、高炉スラグ微粉末などを使用することも可能である。
【００２２】
剥離体積を小さくする為、繊維の混入量を多くした方が好ましいが、コンクリートペーストの流動性が低下する問題がある。ペーストの流動性を確保する為、ＡＥ減水剤などを添加することも可能である。
【００２３】
本発明に使用される繊維の種類としては、上記引張強度と引張弾性率の値を満たせば、種類は問わない。この値を満たす繊維としては、有機繊維では、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリベンゾビスオキサゾール(ＰＢＯ)繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ビニロン繊維、無機繊維ではカーボン繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、金属繊維ではスチール繊維、ステンレス繊維などが挙げられる。その中で最も適しているのは、超高分子量ポリエチレン繊維である。この繊維は、アルカリ中でも安定であり、錆などの腐食もなく、強度や弾性率の値も高く、比重が小さいので軽量な構造物にすることができる。しかし、耐熱性は低いので、構造物を高圧釜にて高温で養生する場合などは、PBO繊維やアラミド繊維など耐熱性に優れた繊維を使用することが好ましい。
【００２４】
本発明のコンクリート構造物を製造する方法は、特に限定する必要はなく、生コンをミキサー車で現場に運搬し、現場でミキサー車に繊維を混入し、数分攪拌した後に打設しても良いし、二次製品として工場で作製したコンクリートを現場で組み上げても良い。
【００２５】
本発明が使用されるコンクリート構造物としては、マンションやビルなどの構造物、倉庫などのコンテナ状のもの、道路や滑走路、港湾の岸壁や防波堤、一般に製造される二次製品などが挙げられるが、特に限定するものではなく、テロなど火薬爆破による脅威が想定されるような構造物に使用することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（有機繊維の物性測定について）
強度、弾性率についてはマルチフィラメント状の有機繊維を、（株）オリエンテック製５ｔテンシロンを使用し、引張強度と引張弾性率を求めた。また、樹脂加工後のチップの引張強度と引張弾性率についても、（株）オリエンテック製５ｔテンシロンを使用して求めた。
【００２７】
（供試体の作製について）
供試体の配合については、表１に示す。練混については、普通のポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末、骨材を入れ空練30秒、水を加え90秒、更に繊維を加え3分間練混ぜしコンクリート供試体を作製した。供試体のサイズは、縦、横とも60cmとし、厚さはテスト毎に変えた。その中に縦横に異形鉄筋SD295A（D6）を12cm間隔で5本を丁度真ん中に鉄筋が配置される様に、セットした。(図１に示す) 養生については、打設後14日間は湿布養生を行い、その後14日間は気中養生を行った。
【００２８】
（爆破試験について）
火薬などの爆発により、構造物は爆発荷重を受けるが、この爆発荷重を受ける構造物の局所的損傷を考えた場合、爆発源は大きく分けて3つに分類される。すなわち、構造物のごく至近距離で爆発する場合（近接爆発）、構造物表面で爆発する場合(接触爆発)および構造部材内部で爆発する場合である。これらの中で、接触爆発は構造物の損傷評価を行う上で他の場合の基準として用いられる。爆破作業の手順は、供試体上の中心に100g〜300gの火薬を設置し、供試体は２種類の角材を用い、地面から１４．５cmの高さに固定し（図２に示す）、爆破を行った。この時使用した火薬は、ペンスリット(PETN)65%、パラフィン系35%から成るSEPを使用した。この火薬の物性は、密度は1.3g/cm3、爆速6900m/secであった。爆破後に剥離した部分の評価については、径と深さと体積の３項目とした。径については、供試体に対し、縦方向と横方向、両バイアス方向の４方向で径を計測し、その平均値を平均径として表した。深さについては、最深部をノギスで、計測した。剥離体積は、剥離した痕跡に水を流し込み、流し込まれた体積を調べた。なお、火薬を設置した側の剥離体積部分を「クレータ」と称し、その裏側の剥離体積部分を「スポール」と称した。これらの結果を表２にまとめた。
【００２９】
（圧縮試験について）
爆破試験を実施した同じ配合で、圧縮試験を実施した。圧縮強度試験はφ100mm×200mmの円柱供試体を作成し、JISA1108に基づき実施した。この試験結果から、圧縮弾性係数を算出した。これらの結果を表2にまとめた。
【００３０】
コンクリートの積層間隔を変えて供試体を作製した。実施例１〜５、比較例１に示す実験を通り、火薬量を変えながら爆破試験を行い、コンクリート剥離部分の大きさを評価した。
【００３１】
（実施例１）
高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ；東洋紡績社製）2640dtexにPP/PEの熱融着糸（商品名パイレン；三菱化学社製）760dtexを230t/mでカバリングし、その後120℃の条件で熱セットしてヤーンを得た。ヤーンの引張強度は1.9GPa、引張弾性率が43GPaであった。そのヤーンを3cmにカットした。繊維混入率2.0vol%にして、表1に示す配合で供試体を作成した。供試体の板厚は5cmであった。この板を2枚隙間なく重ねて10cm厚の積層板とし、積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３２】
（実施例２）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間には何も詰めずに空気層のみとした。積層板の中央部に薬量100gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３３】
（実施例３）
実施例２と同様の条件で供試体を作成し、積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３４】
（実施例４）
実施例２と同様の条件で供試体を作成し、積層板の中央部に薬量300gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３５】
（実施例５）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間にモルタルを入れた。このモルタルの圧縮方向の静弾性係数は、22(kN/mm2)であった。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３６】
（実施例６）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間にポリエステルからなる不織布（商品名；ボランス東洋紡績社製）を入れた。この不織布はボランス4451NBタイプであり、目付は5mm厚で約580ｇ/cm2であった。引張強度は1645N/5cmであった。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３７】
（実施例７）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間に硬度70HSのゴムを入れた。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３８】
(実施例８)
高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ；東洋紡績社製）2640dtexにPP/PEの熱融着糸（商品名パイレン；三菱化学社製）760dtexを230t/mでカバリングし、その後120℃の条件で熱セットしてヤーンを得た。ヤーンの引張強度は1.9GPa、引張弾性率が43GPaであった。そのヤーンを3cmにカットした。繊維混入率2.0vol%にして、表1に示す配合で供試体を作成した。供試体の板厚は3cmとし、板の間隔を5mmに開けながら3枚重ねた。板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３９】
（比較例１）
高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ；東洋紡績社製）2640dtexにPP/PEの熱融着糸（商品名パイレン；三菱化学社製）760dtexを230t/mでカバリングし、その後120℃の条件で熱セットしてヤーンを得た。ヤーンの引張強度は1.9GPa、引張弾性率が43GPaであった。そのヤーンを3cmにカットした。繊維混入率2.0vol%にして、表1に示す配合で供試体を作成した。供試体の板厚は10cmとした。板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００４０】
（比較例２）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間にモルタルを入れた。このモルタルの圧縮方向の静弾性係数は、43(kN/mm2)であった。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００４１】
実施例１〜７、比較例１〜２の各供試体の特性値と爆破試験結果を表２に示す。但し表中の静弾性係数は、耐爆裂性に優れたコンクリートのみの値であり、緩衝材の静弾性係数は全く入っていない。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
実施例１〜５、比較例１により明らかな様に、耐爆裂性に優れたコンクリートを複数枚積層することにより、1枚のみのコンクリート板よりもスポール側の剥離深さや剥離面積が小さくなることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、テロなど火薬を用いてコンクリート構造物などを爆破するといった仕業に対し、剥離体積を小さく抑える効果があり、このことにより、コンクリート構造物の崩壊を防ぐとともに、構造物内部にいる人間の損傷を最小限に抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】供試体の寸法を示す図
【図２】爆破試験の状態を示す図
【図３】爆破試験後の供試体とクレータ、スポールの各寸法の図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火薬の爆破などによるコンクリート部材の破壊を防ぐことを目的とし、たとえば公共の構造物を狙ったテロ行為による爆弾やロケット弾などの爆破から、構造物の崩壊を防ぎ、更には内部の人命を救うことを目的とする耐爆裂性に優れたコンクリートを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、国家間や宗教、民族間などの対立により、地球上の各地で紛争が起こっている。そして攻撃の一つとして、爆弾など火薬を使用した爆破による構造物の破壊などの手段が取られている。その攻撃は、軍隊にとどまらず民間を対象にしたものも少なくない。爆発物がコンクリート近傍で爆発すると、そのエネルギーにより爆発側の表面とその裏側のコンクリート部が部分的に剥離する。その時に飛び散る破片のスピードは速く、人を損傷しかねない脅威を有している。また、最悪の場合、剥離部の体積が大きいと主筋を拘束する力が失われるので、構造物の破壊にまで及ぶ恐れもある。
【０００３】
今までに提案された耐爆裂性コンクリートまたはモルタルに関する特許を調べてみると、高強度コンクリートが火災などにより水蒸気爆発する問題を解決する方策が多数提案されている。（例えば特許文献１，２，3参照） しかし、これらの提案は火災によりコンクリート内部に存在する水分が水蒸気となり体積が膨張しやがては爆発し構造物が破壊することから防止する手段であって、火薬の爆発から構造物の破壊を防ぐ手法の提案ではなく、実施例にも火薬爆破による性能については明記されていない。
【特許文献１】特開2002-193654号公報
【特許文献２】特開2002-326857号公報
【特許文献３】特開2004-026631号公報
【０００４】
また他の目的では、地震による急激な衝撃に対して、構造物の破壊を防ぐ耐爆裂性能を付与する提案がなされている。（例えば特許文献４，５参照） この提案に対しても、地震による構造物の破壊を防止する手段であって、火薬の爆発から構造物の破壊を防ぐ手法の提案ではなく、実施例にも火薬爆破による性能については明記されていない。
【特許文献４】特開2000-192671号公報
【特許文献５】特開平11-036516号公報
【０００５】
衝撃、衝突または発射体に対する防護性能に関する提案もなされている。（特許文献６参照） しかしこの提案の実施例では弾丸を供試体に撃ち込み、その貫通深さを評価しており、火薬の爆発に関する構造物の破壊といった観点での提案ではなく、またその効果も明確に示されていない。
【特許文献６】特表平10-512842号公報
【０００６】
コンクリートの火薬爆発に対する耐爆裂性能に関する知財的な提案はされていないが、防衛庁などで様々な実験が実施されており、その結果に関する報告書も多数発表されている。(非特許文献１，２) これらの文献において、コンクリート板厚T(cm)と爆薬の火薬量W(g)、爆破試験後の爆薬設置側の剥離深さCd(cm)、爆薬設置側と裏側の剥離深さSd(cm)の関係式が示されている。
(Cd+Sd)/T＜-0.51×｛T/(W)^(1/3)｝+2.1 (2.1≦T/(W)^(1/3)≦3.6)…(1)
Sd/T=0 （T/(W)^(1/3)≧3.6)…(2)
(Cd+Sd)/T=1.0 （T/(W)^(1/3)＜2.1)…(3)
【非特許文献１】構造工学論文集 46A pp1787-1797, 2000
【非特許文献２】コンクリート工学論文集 第14巻第1号 2003 ここで、(2)式は、爆薬設置側と裏側の剥離深さが"0"、すなわち全く損傷がないことを示し、(3)式は、逆に貫通孔ができるような大きな損傷を示す。
【０００７】
今回、我々は火薬や砲弾の爆発に対し、破壊される程度を低減したコンクリートを提案した。（特許文献７、８参照） しかし、本発明のコンクリートを用いて構造物に建造する場合、コンクリートのサイズが大きくなると建造作業が困難となる問題を含んでいる。容易に構造物を建造でき、且つ耐爆性能も低下しないコンクリートが求められる。
【特許文献７】特願2005-073243号公報
【特許文献８】特願2005-073244号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、耐爆裂性に優れた薄いコンクリート板を使用することで軽量化でき、更にそれらを重ね合わせることで十分な耐爆性能を有する構造物を提案するものである。軽量化により重機の台数や作業日数、作業人員を軽減でき、また重ね併せることで、火薬などを使った爆発から構造物の大規模な破壊を抑制し、且つ爆破衝撃によるコンクリート破片の飛散を抑制することにより、構造物内部にいる人の損傷を防ぐことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、
(１)コンクリート板を複数枚重ね合わせて構造物の壁や天井に使用し、該コンクリート積層板が火薬の爆発に対し、貫通孔が生じない耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(２)コンクリート板に繊維が混入されていることを特徴とする請求項１記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(３)コンクリート板に混入される繊維の物性が、引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であり、且つ体積比で1.0%以上混入されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(４)1枚のコンクリートの板厚が、30mm以上であることを特徴とする請求項１〜３記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(５)重ね合わすコンクリートの間隔が、3mm以上300mm以下であることを特徴とする請求項１〜４記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
(６) 重ね合わすコンクリートの間に、耐爆裂性に優れたコンクリートの圧縮方向の静弾性係数よりも低い緩衝材が入っていることを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物
(７)隣り合うコンクリートの継ぎ目部分に対し、その裏に重ね合わされるコンクリートの配置において、継ぎ目部分が決して重ならない様、重ねるコンクリートをずらして配置することを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、火薬を使った爆発に対し、構造物の破壊を抑制する効果がある。詳しく説明すると、構造物近くで爆発物が爆発すると、そのエネルギーで構造物の一部が剥離する。通常爆発側の裏側の剥離の方が大きくなり、構造物内部にいる人を損傷する危険性が高い。そういった危険性を本発明のコンクリートは低減する効果があり、人命の救助や構造物の崩壊を防ぐ部材として利用できる。本発明は、コンクリート板を複数枚積層することで、同等の厚みのコンクリート板1枚の耐爆裂性能と比較し、同等以上の性能を示す。本発明により1枚あたりの重量を軽くすることができ、構造物を建造する時の作業性が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の耐爆裂コンクリートは、2枚以上のコンクリート板を重ね合わせて、構造物の壁や天井などに使用する。2枚以上とすることで、1枚あたりのコンクリート板の重量が小さくでき、建造する際に重機の台数などが軽減できたり、作業人員の数などを減らすことができ、作業性が良いので工期の短縮も可能となる。
【００１２】
重ね合わせるコンクリートの板厚は、最大骨材径の1.5倍ほどの厚みは最低限確保しなければならないが、最大骨材径が20mm以下のものを使用した場合でも、少なくとも板厚が30mm以上であることが望ましい。板厚が20mm以下になると、運搬時や建造時にひびが入ったり、欠けたり、割れたりといった品質上のトラブルを引き起こす可能性がある。また最大厚さについては、特に規定するものではないが、製造上500mm以下であることが好ましい。
【００１３】
重ね合わせた場合の板の間隔は、特に規定するものではないが、好ましくは隙間があった方が良い。隙間の距離は3mm以上300mm以下、好ましくは5mm以上100mm以下であることが好ましい。隙間の距離を空けることにより、爆破表面から裏面に伝わる爆発のエネルギーの伝播を不連続にする効果があり、裏面の剥離体積が軽減することができる。
【００１４】
重ね合わせたコンクリート板の間には、特に何も入れずに空間にしておいても良いし、もしくはコンクリートの圧縮方向での静弾性係数よりも低い値の静弾性係数を有する緩衝材を充填しても良い。この静弾性係数の低い材料を充填することにより、コンクリートの損傷が軽減される理由として、この緩衝材が破壊することにより、エネルギーが吸収されるためと予想する。緩衝材に使用する材料としては、モルタルやコンクリートなどが挙げられるが、それ以外の材料、例えば不織布やゴム材料などを使用しても構わない。
【００１５】
緩衝材に使用するコンクリート材料の特性としては、本発明の耐爆裂性に優れたコンクリートの圧縮方向での静弾性係数の値よりも低ければ良い。例えば、上下に使用されている耐爆裂性に優れたコンクリートの圧縮方向での静弾性係数が50N/mm2であれば、緩衝材の静弾性係数は40N/mm2程度であれば良いが、実施例の結果から、25kN/mm2以下の静弾性数を有するコンクリートなら、効果が得られると考える。コンクリートの静弾性係数を測定する方法としては、JIS A 1149のコンクリートの静弾性係数の測定方法に従い、その値を得ることができる。
【００１６】
緩衝材に使用する材料が不織布の場合には、一般的にはコンクリートに対し静圧縮係数は小さくなる。よって、どのような不織布を挿入しても緩衝材としての効果は得られるものと考える。但しより高い効果を得る為には、不織布の目付としては、250kg/m3以下であることが好ましい。250kg/m3以上になると不織布の重さが重くなり、軽量化へ与える寄与が小さくなる。また爆破のエネルギーを繊維の切断でエネルギーをロスできれば、緩衝材としての目的を達成できると考えられるので、引張強さは、10N/5cm以上であることが好ましい。10N/5cm以下になると取扱いが難しくなる。目付や強度は、JIS L 1096及びJIS L 1906の測定方法に従い、その値を得ることができる。
【００１７】
緩衝材にゴム材料を使用する場合には、一般的にゴムの硬さはコンクリートよりも小さいので、全てのゴムが使用可能であるが、特殊なゴムを使用するとコストが高くなる恐れがあるので、90Hs以下であることが好ましい。ゴムの硬さは、JIS K 6301の測定方法に従い、その値を得ることができる。
【００１８】
本発明に使用するコンクリートには、繊維を混入することが望ましい。混入する繊維の物性としては、引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であり、且つ体積比で1.0%以上混入されていることが必要である。引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であると、爆発エネルギーがコンクリート板を変形させる作用に対し、繊維が抵抗し変形を小さくする効果が期待できる。コンクリートがひび割れるひずみ量は一般的に0.2%なので、高強力、高弾性率の繊維を混入し、小さいひずみ量域で大きな抵抗力を示す繊維を使用することが好ましい。また、混入量としては体積比で1.0%以上であることが必要である。混入量は多ければ多いほど大きな効果が得られるが、多く入れすぎるとコンクリート板を製造する際に流動性が悪化し、効率の良い製造ができなくなる恐れがある。よって、最大混入量としては10%以下、好ましくは8%以下である。
【００１９】
コンクリートを重ね合わせる際に、1層目の隣り合うコンクリート板の接合部と、2層目の隣り合うコンクリート板の接合部が重なり合わないように配置されるように工夫しなければならない。隣り合うコンクリートの接合部分は、真ん中の部分に比べて耐爆裂性能が低く、1層目の接合部分と2層目の接合部分が重なっていると、その部分の近辺では本来期待している性能が得られなくなる可能性がある。接合部分をずらす目安の距離としては、100mm以上、好ましくは150mm以上であることが望ましい。
【００２０】
１層目と２層目のコンクリート板を連結させる方法として、隙間が小さい場合は、ボルトとナットで固定する方法、樹脂などを使用しコンクリート板とスペーサーを接着させ間隔を保持する方法、予め鉄などで枠を作成し、枠にコンクリート板を嵌め込む方法などが考えられる。
【００２１】
コンクリートに使用するセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸ポルトランドセメントなど使用することができるが、上記セメントに限定されず、様々なセメントを使用することが可能である。また、コンクリートペーストの流動性を高め、コンクリート強度を得る為、フライアッシュやシリカ、高炉スラグ微粉末などを使用することも可能である。
【００２２】
剥離体積を小さくする為、繊維の混入量を多くした方が好ましいが、コンクリートペーストの流動性が低下する問題がある。ペーストの流動性を確保する為、ＡＥ減水剤などを添加することも可能である。
【００２３】
本発明に使用される繊維の種類としては、上記引張強度と引張弾性率の値を満たせば、種類は問わない。この値を満たす繊維としては、有機繊維では、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリベンゾビスオキサゾール(ＰＢＯ)繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ビニロン繊維、無機繊維ではカーボン繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、金属繊維ではスチール繊維、ステンレス繊維などが挙げられる。その中で最も適しているのは、超高分子量ポリエチレン繊維である。この繊維は、アルカリ中でも安定であり、錆などの腐食もなく、強度や弾性率の値も高く、比重が小さいので軽量な構造物にすることができる。しかし、耐熱性は低いので、構造物を高圧釜にて高温で養生する場合などは、PBO繊維やアラミド繊維など耐熱性に優れた繊維を使用することが好ましい。
【００２４】
本発明のコンクリート構造物を製造する方法は、特に限定する必要はなく、生コンをミキサー車で現場に運搬し、現場でミキサー車に繊維を混入し、数分攪拌した後に打設しても良いし、二次製品として工場で作製したコンクリートを現場で組み上げても良い。
【００２５】
本発明が使用されるコンクリート構造物としては、マンションやビルなどの構造物、倉庫などのコンテナ状のもの、道路や滑走路、港湾の岸壁や防波堤、一般に製造される二次製品などが挙げられるが、特に限定するものではなく、テロなど火薬爆破による脅威が想定されるような構造物に使用することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（有機繊維の物性測定について）
強度、弾性率についてはマルチフィラメント状の有機繊維を、（株）オリエンテック製５ｔテンシロンを使用し、引張強度と引張弾性率を求めた。また、樹脂加工後のチップの引張強度と引張弾性率についても、（株）オリエンテック製５ｔテンシロンを使用して求めた。
【００２７】
（供試体の作製について）
供試体の配合については、表１に示す。練混については、普通のポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末、骨材を入れ空練30秒、水を加え90秒、更に繊維を加え3分間練混ぜしコンクリート供試体を作製した。供試体のサイズは、縦、横とも60cmとし、厚さはテスト毎に変えた。その中に縦横に異形鉄筋SD295A（D6）を12cm間隔で5本を丁度真ん中に鉄筋が配置される様に、セットした。(図１に示す) 養生については、打設後14日間は湿布養生を行い、その後14日間は気中養生を行った。
【００２８】
（爆破試験について）
火薬などの爆発により、構造物は爆発荷重を受けるが、この爆発荷重を受ける構造物の局所的損傷を考えた場合、爆発源は大きく分けて3つに分類される。すなわち、構造物のごく至近距離で爆発する場合（近接爆発）、構造物表面で爆発する場合(接触爆発)および構造部材内部で爆発する場合である。これらの中で、接触爆発は構造物の損傷評価を行う上で他の場合の基準として用いられる。爆破作業の手順は、供試体上の中心に100g〜300gの火薬を設置し、供試体は２種類の角材を用い、地面から１４．５cmの高さに固定し（図２に示す）、爆破を行った。この時使用した火薬は、ペンスリット(PETN)65%、パラフィン系35%から成るSEPを使用した。この火薬の物性は、密度は1.3g/cm3、爆速6900m/secであった。爆破後に剥離した部分の評価については、径と深さと体積の３項目とした。径については、供試体に対し、縦方向と横方向、両バイアス方向の４方向で径を計測し、その平均値を平均径として表した。深さについては、最深部をノギスで、計測した。剥離体積は、剥離した痕跡に水を流し込み、流し込まれた体積を調べた。なお、火薬を設置した側の剥離体積部分を「クレータ」と称し、その裏側の剥離体積部分を「スポール」と称した。これらの結果を表２にまとめた。
【００２９】
（圧縮試験について）
爆破試験を実施した同じ配合で、圧縮試験を実施した。圧縮強度試験はφ100mm×200mmの円柱供試体を作成し、JISA1108に基づき実施した。この試験結果から、圧縮弾性係数を算出した。これらの結果を表2にまとめた。
【００３０】
コンクリートの積層間隔を変えて供試体を作製した。実施例１〜５、比較例１に示す実験を通り、火薬量を変えながら爆破試験を行い、コンクリート剥離部分の大きさを評価した。
【００３１】
（実施例１）
高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ；東洋紡績社製）2640dtexにPP/PEの熱融着糸（商品名パイレン；三菱化学社製）760dtexを230t/mでカバリングし、その後120℃の条件で熱セットしてヤーンを得た。ヤーンの引張強度は1.9GPa、引張弾性率が43GPaであった。そのヤーンを3cmにカットした。繊維混入率2.0vol%にして、表1に示す配合で供試体を作成した。供試体の板厚は5cmであった。この板を2枚隙間なく重ねて10cm厚の積層板とし、積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３２】
（実施例２）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間には何も詰めずに空気層のみとした。積層板の中央部に薬量100gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３３】
（実施例３）
実施例２と同様の条件で供試体を作成し、積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３４】
（実施例４）
実施例２と同様の条件で供試体を作成し、積層板の中央部に薬量300gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３５】
（実施例５）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間にモルタルを入れた。このモルタルの圧縮方向の静弾性係数は、22(kN/mm2)であった。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３６】
（実施例６）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間にポリエステルからなる不織布（商品名；ボランス東洋紡績社製）を入れた。この不織布はボランス4451NBタイプであり、目付は5mm厚で約580ｇ/cm2であった。引張強度は1645N/5cmであった。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３７】
（実施例７）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間に硬度70HSのゴムを入れた。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３８】
(実施例８)
高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ；東洋紡績社製）2640dtexにPP/PEの熱融着糸（商品名パイレン；三菱化学社製）760dtexを230t/mでカバリングし、その後120℃の条件で熱セットしてヤーンを得た。ヤーンの引張強度は1.9GPa、引張弾性率が43GPaであった。そのヤーンを3cmにカットした。繊維混入率2.0vol%にして、表1に示す配合で供試体を作成した。供試体の板厚は3cmとし、板の間隔を5mmに開けながら3枚重ねた。板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００３９】
（比較例１）
高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ；東洋紡績社製）2640dtexにPP/PEの熱融着糸（商品名パイレン；三菱化学社製）760dtexを230t/mでカバリングし、その後120℃の条件で熱セットしてヤーンを得た。ヤーンの引張強度は1.9GPa、引張弾性率が43GPaであった。そのヤーンを3cmにカットした。繊維混入率2.0vol%にして、表1に示す配合で供試体を作成した。供試体の板厚は10cmとした。板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００４０】
（比較例２）
実施例１で使用した供試体を使用し、2枚の板を隙間5mmとなるよう重ね合わせた。隙間にモルタルを入れた。このモルタルの圧縮方向の静弾性係数は、43(kN/mm2)であった。積層板の中央部に薬量200gの火薬を設置、爆破試験を実施した。
【００４１】
実施例１〜７、比較例１〜２の各供試体の特性値と爆破試験結果を表２に示す。但し表中の静弾性係数は、耐爆裂性に優れたコンクリートのみの値であり、緩衝材の静弾性係数は全く入っていない。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
実施例１〜５、比較例１により明らかな様に、耐爆裂性に優れたコンクリートを複数枚積層することにより、1枚のみのコンクリート板よりもスポール側の剥離深さや剥離面積が小さくなることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、テロなど火薬を用いてコンクリート構造物などを爆破するといった仕業に対し、剥離体積を小さく抑える効果があり、このことにより、コンクリート構造物の崩壊を防ぐとともに、構造物内部にいる人間の損傷を最小限に抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】供試体の寸法を示す図
【図２】爆破試験の状態を示す図
【図３】爆破試験後の供試体とクレータ、スポールの各寸法の図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート板を複数枚重ね合わせて構造物の壁や天井、床などに使用し、該コンクリート積層板が火薬の爆発に対し、貫通孔が生じない耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項２】
コンクリート板に繊維が混入されていることを特徴とする請求項１記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項３】
コンクリート板に混入される繊維の物性が、引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であり、且つ体積比で1.0%以上混入されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項４】
1枚のコンクリートの板厚が、30mm以上であることを特徴とする請求項１〜３記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項５】
重ね合わすコンクリートの間隔が、3mm以上300mm以下であることを特徴とする請求項１〜４記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項６】
重ね合わすコンクリートの間に、圧縮弾性係数がコンクリートの圧縮弾性係数よりも低い緩衝材が入っていることを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項７】
隣り合うコンクリートの継ぎ目部分に対し、その裏に重ね合わされるコンクリートの配置において、継ぎ目部分が決して重ならない様、重ねるコンクリートをずらして配置することを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項１】
コンクリート板を複数枚重ね合わせて構造物の壁や天井、床などに使用し、該コンクリート積層板が火薬の爆発に対し、貫通孔が生じない耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項２】
コンクリート板に繊維が混入されていることを特徴とする請求項１記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項３】
コンクリート板に混入される繊維の物性が、引張強度が1.5GPa以上、引張弾性率が50GPa以上であり、且つ体積比で1.0%以上混入されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項４】
1枚のコンクリートの板厚が、30mm以上であることを特徴とする請求項１〜３記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項５】
重ね合わすコンクリートの間隔が、3mm以上300mm以下であることを特徴とする請求項１〜４記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項６】
重ね合わすコンクリートの間に、圧縮弾性係数がコンクリートの圧縮弾性係数よりも低い緩衝材が入っていることを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【請求項７】
隣り合うコンクリートの継ぎ目部分に対し、その裏に重ね合わされるコンクリートの配置において、継ぎ目部分が決して重ならない様、重ねるコンクリートをずらして配置することを特徴とする請求項１〜５記載の耐爆裂性に優れたコンクリート構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２９７８２１（Ｐ２００７−２９７８２１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２５７２０（Ｐ２００６−１２５７２０）
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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