(57)【要約】【課題】試験片の厚さが厚い場合、試験片がかなり大きい場合や比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合でもひび割れの長さを容易に制御することを可能とする。【解決手段】矩形体の一側面３ｃ中央部に他側面３ｄへ向けて所定長さの切欠き溝１３を形成した試験片３にひび割れ１５を形成するひび割れ制御方法であって、試験片３の一側面３ｃと他側面３ｄとの間で切欠き溝１３の開きを規制する方向から試験片３の側面に圧縮荷重Ｐ０を負荷し、切欠き溝の両側位置で矩形体の一側面を２点支持し、他側面に前記切欠き溝１３に向けた荷重Ｐ１を２点支持に対して負荷し、２点支持及び荷重Ｐ１による３点曲げを試験片３に与えて切欠き溝１３からひび割れ１５を発生させるひび割れ制御方法としたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形体の一側面中央部に他側面へ向けて所定長さの切欠き溝を形成した試験片にひび割れを形成するひび割れ制御方法であって、
前記試験片の一側面と他側面との間で前記切欠き溝の開きを規制する方向から該試験片の側面に圧縮荷重を負荷し、
前記切欠き溝の両側位置で前記試験片の一側面を２点支持し、前記他側面に前記切欠き溝に向けた中央荷重を前記２点支持に対して負荷し、前記２点支持及び中央荷重による３点曲げを前記試験片に与えて前記切欠き溝からひび割れを発生させる、
又は、前記試験片に前記切欠き溝を開く方向に荷重を与えて前記切欠き溝からひび割れを発生させる、
ことを特徴とするひび割れ制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のひび割れ制御方法に用いるひび割れ長設定具であって、
前記試験片の側面に当接させる第１、第２加圧部と、
前記第１、第２加圧部を相互に近接する方向に移動させて前記圧縮荷重を負荷する加圧駆動部と、
を備えたことを特徴とするひび割れ長設定具。
【請求項３】
請求項２記載のひび割れ長設定具であって、
前記第１、第２加圧部は、前記試験片の側面に当接する加圧板と、
前記加圧駆動部に結合され前記加圧板に当接する加圧台と、
を備えたことを特徴とするひび割れ長設定具。
【請求項４】
請求項３記載のひび割れ長設定具であって、
前記加圧台は、前記加圧板側へ向けて突出する山形形状である、
ことを特徴とするひび割れ長設定具。
【請求項５】
請求項３又は４記載のひび割れ長設定具であって、
前記加圧板と前記加圧台との間に、荷重伝達用のボールを介設した、
ことを特徴とするひび割れ長設定具。
【請求項６】
請求項２〜５の何れかに記載のひび割れ長設定具であって、
前記加圧駆動部は、前記試験片を挟んで両側に配置され前記加圧台に結合されて該加圧台を締結移動させる締結具である、
ことを特徴とするひび割れ長設定具。
【請求項７】
請求項１記載のひび割れ制御方法に用いるひび割れ制御装置であって、
前記２点支持をベース側に対して行う支持台と、
荷重発生部からの荷重を受けて前記他側面に前記中央荷重として伝達する加圧片と、
を備えたことを特徴とするひび割れ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片に予めひび割れを負荷するひび割れ制御方法、ひび割れ長設定具、及びひび割れ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ひび割れの進展に関する材料強度を知るために、種々の破壊力学用試験片が利用されている。中でも代表的なものは、コンパクト引張標準試験片（以下「CT試験片」という。）である。
【０００３】
この CT試験片が金属のような延性材料の場合は自然割れであるひび割れを疲労試験により容易に導入することができる。しかし、CT試験片がセラミックスのような脆性材料である場合は、「破壊靱性の試験法」（非特許文献１）に示す通りひび割れの制御は困難であった。
【０００４】
これに対し、本願出願人は、「亀裂導入装置、亀裂導入冶具及び亀裂導入方法」を提案した。これはヤング率の異なる材料の圧縮時に誘起する摩擦力を利用してひび割れ（亀裂）の長さ制御を行なう手法である。（特許文献１）
この手法では、試験片の切欠き溝を広げる方向に引張力を与えて切欠き溝からひび割れを発生させ、切欠き溝が存在する面に試験片のヤング率よりも大きな値のヤング率を持つ加圧板を配置する。この加圧板に圧縮荷重を負荷し、加圧板と接する試験片の接触面に圧縮の摩擦力を誘起させることにより、ひび割れの長さ制御を行う。このため、導入されるひび割れは、圧縮の摩擦力を発生する加圧板の材質や大きさに依存する。したがって加圧板に対する試験片の大きさと強度に依存することになり、比較的厚さが薄い試験片や強度の低い試験片について、ひび割れの導入が可能であった。
【０００５】
これに対し、試験片の厚さが厚い場合や試験片がかなり大きい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合には、ひび割れの長さを自由に制御することができなかった。
【０００６】
一方、コンクリート構造物では，コンクリートの乾燥収縮によるひび割れが生じることを前提として設計や施工が行われている。このため発生するひび割れが大きな欠陥となる場合、構造物の耐久性欠如を招くことになるのでひび割れ補修材料が数多く開発されている。
【０００７】
ひび割れの補修は，ひび割れの調査結果に基づいてひび割れの状況を把握し、補修の目的に適した方法を採用する必要がある。そのため、ひび割れ補修材料の評価にあたってはコンクリート試験片にひび割れを形成する必要がある。
【０００８】
しかし、コンクリート試験片は脆性材料である上に比較的厚さが厚く、寸法が大きくなりがちであるため、試験片にひび割れを導入しようとした場合、先に提案した技術ではひび割れを試験片内に留めることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１５５６６５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】セラミックス基礎講座１、セラミックス実験、内田老鶴圃出版（平成13年4月25日）、ｐ．153．）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、試験片の厚さが厚い場合、試験片がかなり大きい場合や比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合等には、ひび割れの長さを制御することができなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、試験片の厚さが厚い場合や、試験片がかなり大きい場合や比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合等でもひび割れの長さを制御するため、矩形体の一側面中央部に他側面へ向けて所定長さの切欠き溝を形成した試験片にひび割れを形成するひび割れ制御方法であって、前記試験片の一側面と他側面との間で前記切欠き溝の開きを規制する方向から該試験片の側面に圧縮荷重を負荷し、前記切欠き溝の両側位置で前記試験片の一側面を２点支持し、前記他側面に前記切欠き溝に向けた中央荷重を前記２点支持に対して負荷し、前記２点支持及び中央荷重による３点曲げを前記試験片に与えて前記切欠き溝からひび割れを発生させ、又は、前記試験片に前記切欠き溝を開く方向に荷重を与えて前記切欠き溝からひび割れを発生させることをひび割れ制御方法の特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記ひび割れ制御方法に用いるひび割れ長設定具であって、前記矩形体の側面に当接させる第１、第２加圧部と、前記第１、第２加圧部を近接する方向に移動させて前記圧縮荷重を負荷する加圧駆動部とを備えたことをひび割れ長設定具の特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記ひび割れ制御方法に用いるひび割れ制御装置であって、前記２点支持をベース側に対して行う支持台と、荷重発生部からの荷重を受けて前記他側面に前記中央荷重として伝達する加圧片とを備えたことをひび割れ制御装置の特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、矩形体の一側面中央部に他側面へ向けて所定長さの切欠き溝を形成した試験片にひび割れを形成するひび割れ制御方法であって、前記試験片の一側面と他側面との間で前記切欠き溝の開きを規制する方向から該試験片の側面に圧縮荷重を負荷し、前記切欠き溝の両側位置で前記試験片の一側面を２点支持し、前記他側面に前記切欠き溝に向けた中央荷重を前記２点支持に対して負荷し、前記２点支持及び中央荷重による３点曲げを前記試験片に与えて前記切欠き溝からひび割れを発生させ、又は、前記試験片に前記切欠き溝を開く方向に荷重を与えて前記切欠き溝からひび割れを発生させるひび割れ制御方法とした。
【００１６】
このため、摩擦力を利用してひび割れの長さ制御を行なう手法ではなく、切欠き溝の開きを規制する方向から該試験片の側面に圧縮荷重を負荷することでひび割れの長さ制御を的確に行なうことができる。
【００１７】
しかも、試験片の厚さが厚い場合や、試験片がかなり大きい場合、試験片が比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合等でもひび割れの長さを確実に制御することができる。
【００１８】
本発明は、前記ひび割れ制御方法に用いるひび割れ長設定具であって、前記矩形体の側面に当接させる第１、第２加圧部と、前記第１、第２加圧部を近接する方向に移動させて前記圧縮荷重を負荷する加圧駆動部とを備えるひび割れ長設定具とした。
【００１９】
このため、試験片の厚さが厚い場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合でも、ひび割れの長さを制御するための圧縮荷重を容易に負荷することができる。
【００２０】
本発明は、前記ひび割れ制御方法に用いるひび割れ制御装置であって、前記２点支持をベース側に配置する支持台と、荷重発生部からの荷重を受けて前記他側面に前記中央荷重として伝達する加圧片とを備えるひび割れ制御装置とした。
【００２１】
このため、試験片の厚さが厚い場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合でも、切欠き溝からひび割れを発生させる曲げ荷重を容易に負荷することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ひび割れ制御装置を概念的に示す概略正面図である（実施例１）。
【図２】ＣＴ試験片の寸法を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は端面図である。（実施例１）
【図３】ひび割れ長設定具を取り付けた状態の概略平面図である。（実施例１）
【図４】ひび割れ長設定具を取り付けた状態の概略側面図である。（実施例１）
【図５】アクリルＣＴ試験片の正面図である。（実施例１）
【図６】アクリルＣＴ試験片の寸法の図表である。（実施例１）
【図７】アクリルＣＴ試験片の実施条件を示す図表である。（実施例１）
【図８】アクリルＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図９】アクリルＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図１０】図８の結果を示すグラフである。（実施例１）
【図１１】図９の結果を示すグラフである。（実施例１）
【図１２】図６に対応し、アクリルＣＴ試験片の大きさを表す図表である。（実施例１）
【図１３】図７に対応し、アクリルＣＴ試験片の実験条件を表す図表である。（実施例１）
【図１４】図８に対応し、アクリルＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図１５】ひび割れ制御方法及び装置に関し、（ａ）は、図１に対応しひび割れ制御装置を概念的に示す概略正面図、（ｂ）は、同概略側面図である。（比較例）
【図１６】ひび割れ長さの測定位置を示すアクリルＣＴ試験片の正面図である。（比較例）
【図１７】図６に対応し、アクリルＣＴ試験片の大きさを表す図表である。（比較例）
【図１８】図７に対応し、アクリルＣＴ試験片の実験条件を表す図表である。（比較例）
【図１９】図８に対応し、アクリルＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（比較例）
【図２０】図６に対応し、ガラスＣＴ試験片の大きさを表す図表である。（実施例１）
【図２１】図７に対応し、ガラスＣＴ試験片の実験条件を表す図表である。（実施例１）
【図２２】図８に対応し、ガラスＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図２３】図６に対応し、石膏ＣＴ試験片の大きさを表す図表である。（実施例１）
【図２４】図７に対応し、石膏ＣＴ試験片の実験条件を表す図表である。（実施例１）
【図２５】図８に対応し、石膏ＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図２６】図６に対応し、超鋼合金ＣＴ試験片の大きさを表す図表である。（実施例１）
【図２７】図７に対応し、超鋼合金ＣＴ試験片の実験条件を表す図表である。（実施例１）
【図２８】図８に対応し、超鋼合金ＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図２９】図６に対応し、モルタルＣＴ試験片の大きさを表す図表である。（実施例１）
【図３０】図７に対応し、モルタルＣＴ試験片の実験条件を表す図表である。（実施例１）
【図３１】図８に対応し、モルタルＣＴ試験片の実施結果を示す図表である。（実施例１）
【図３２】モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片を示し、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、端面図である。（実施例２）
【図３３】図６に対応し、モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片の大きさを表す図表である。（実施例２）
【図３４】図７に対応し、モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片の実験条件を表す図表である。（実施例２）
【図３５】（ａ）は、モルタルの実施結果、（ｂ）は、コンクリートの実施結果を示す図表である。（実施例２）
【図３６】試験片の使用材料であるセメントの成績表を示す図表である。（実施例２）
【図３７】図６に対応し、試験片の大きさを表す図表である。（実施例２）
【図３８】図７に対応し、実験条件を表す図表である。（実施例２）
【図３９】ひび割れの長さと幅を示す試験片の斜視図である。（実施例２）
【図４０】ひび割れの長さと幅を示す試験片の要部拡大斜視図である。（実施例２）
【図４１】モルタルひび割れ補修材料評価用試験片の実施結果である。（実施例２）
【図４２】コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片の実施結果である。（実施例２）
【図４３】ひび割れ制御装置を概念的に示す概略正面図である。（実施例３）
【図４４】図６に対応し、試験片の大きさを表す図表である。（実施例３）
【図４５】図７に対応し、実験条件を表す図表である。（実施例３）
【図４６】図８に対応し、実施結果を示す図表である。（実施例３）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
試験片の厚さが厚い場合、試験片がかなり大きい場合、比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合等でもひび割れの長さを制御することができるという目的を、切欠き溝の開きを規制する方向の圧縮荷重と、３点曲げとにより実現した。
【実施例１】
【００２４】
［ひび割れ制御装置］
図１は、ひび割れ制御装置を概念的に示す概略正面図である。
【００２５】
図１のひび割れ制御装置１は、試験片３にひび割れを導入するひび割れ制御方法を実現するものであり、荷重発生部５と支持台７及び加圧片９とひび割れ長設定具１１とを備えている。
【００２６】
試験片３は、例えばコンクリートなどの脆性材料で矩形体に形成されたものであり、一側面３ｃ中央部に他側面３ｄへ向けて所定長さの切欠き溝１３を形成したものである。
【００２７】
この試験片３は、破壊力学用ＣＴ試験片を一例として示している。ＣＴ試験片は、図２に示すアメリカ材料試験規格のASME，E-399によるものであり、このＣＴ試験片の寸法は、図２（ａ）（ｂ）の正面図及び端面図にそれぞれ示す通り、試験片の幅をＢとして長さＷを基準に各寸法が決定されている。図１と同一符号で説明すると、ＣＴ試験片３の中央部には切欠き(Notch)１３が設けられ、その先端１３ａから自然割れであるひび割れ（亀裂）(Precrack)１５を形成する。
【００２８】
ひび割れ先端から材料強度を知るために設けられる引張用ピン穴３ａ，３ｂ中心までの長さをａで表し、通常ａ／Ｗの値を利用して材料評価を行う。
【００２９】
図１のように、荷重発生部５は、ベース１７との間で荷重Ｐ１を発生する構成となっている。荷重Ｐ１を発生させる荷重発生部５は、ねじ機構を用いた手動のもの、或いは油圧などを用いたものなど種種選択することができる。
【００３０】
支持台７は、例えば鋼により形成され、試験片３の２点支持をベース１７側に配置する。なお、支持台７の材質は、特に限定されず、試験片３を支持することができるもので有れば種種選択することができ、例えばアクリル、ダイス鋼などを用いることもできる。
【００３１】
支持台７には支持部７ａ，７ｂが突設されている。支持部７ａ，７ｂの上面７ａａ，７ｂａは、試験片３の一側面３ｃに合わせて平面に形成されている。
【００３２】
支持部７ａ，７ｂの上面７ａａ，７ｂａに試験片３を乗せ、支持部７ａ，７ｂにより試験片３の一側面３ｃを切欠き溝１３の両側位置でベース１７に対して支持させる。
【００３３】
上面７ａａ，７ｂａの幅寸法は、荷重Ｐ１により試験片３に曲げモーメントを負荷でき、且つ荷重Ｐ１による上面７ａａ，７ｂａからの反力で試験片３が圧壊しない程度のものである。
【００３４】
支持部７ａ，７ｂの試験片３幅方向（図１の紙面直交方向）での長さ寸法は、試験片３の幅と同等に形成されている。但し、試験片３に曲げモーメントを負荷でき、且つ荷重Ｐ１による上面７ａａ，７ｂａからの反力で試験片３が圧壊しない程度のものであれば、支持部７ａ，７ｂの長さを試験片３に対して大小選択することができる。
【００３５】
なお、支持部７ａ，７ｂは、支持台７として一体に形成することなく、別体として構成することもできる。
【００３６】
加圧片９は、例えばアルミニウムにより矩形棒状に形成され、荷重発生部５からの荷重Ｐ１を受けて試験片３の他側面３ｄに中央荷重として伝達する。
【００３７】
なお、加圧片９の材質は、特に限定されず、試験片３に荷重を伝達できるもので有れば種種選択することができ、例えばアクリル、ダイス鋼などを用いることもできる。
【００３８】
加圧片９の面９ａ，９ｂの幅寸法は、荷重Ｐ１により試験片３に曲げモーメントを負荷でき、且つ荷重Ｐ１による面９ａからの力で試験片３が圧壊しない程度のものである。
【００３９】
加圧片９の試験片３幅方向（図１の紙面直交方向）での長さ寸法は、試験片３の幅と同等に形成されている。但し、試験片３に曲げモーメントを負荷でき、且つ荷重Ｐ１による面９ｂからの力で試験片３が圧壊しない程度のものであれば、加圧片９の長さを試験片３に対して大小選択することができる。
【００４０】
図３は、ひび割れ長設定具を取り付けた状態の概略平面図、図４は、同概略側面図である。
【００４１】
図１、図３、図４のように、ひび割れ長設定具１１は、第１、第２加圧部１９，２１と加圧駆動部２３，２５とを備えている。
【００４２】
第１、第２加圧部１９，２１は、試験片３の側面３ｅ，３ｆに当接させるものであり、加圧駆動部２３，２５は、第１、第２加圧部１９，２１を相互に近接する方向に移動させて試験片３に圧縮荷重を負荷するものである。
【００４３】
第１、第２加圧部１９，２１は、加圧板２７，２９と加圧台３１，３３とを備えている。
【００４４】
加圧板２７，２９は、鋼などにより矩形体状に形成されている。なお、加圧板２７，２９の材質は、特に限定されず、試験片３に荷重を伝達できるもので有れば種種選択することができ、例えばアルミニウムなどを用いることもできる。
【００４５】
加圧板２７，２９の図３平面から見た長さ寸法は、試験片３の側面３ｅ，３ｆに圧縮荷重Ｐ０を均等に負荷できるように、試験片３の厚みより大きく形成されている。なお、厚みと同等の長さでも同じ効果を得ることができる。
【００４６】
加圧台３１，３３は、加圧駆動部２３，２５に結合され前記加圧板２７，２９に当接させものである。この加圧台３１，３３は、例えば金属製であり、加圧板２７，２９側へ向けて突出する山形形状に形成されている。加圧台３１，３３が山形形状に形成されることで剛性を高め、圧縮荷重Ｐ０発生時に変形を防止する。
【００４７】
加圧台３１，３３の両端部には、貫通孔３１ａ，３３ａが形成されている。
【００４８】
前記一方の加圧板２７と加圧台３１との間には、鋼球などのボール３５が介設されている。このボール３５の存在により、加圧台３１，３３による圧縮荷重Ｐ０を試験片３の側面３ｅ，３ｆに均等に確実に作用させることができる。
【００４９】
加圧駆動部２３，２５は、前記試験片３を挟んで両側に配置された締結具としてボルト２３ａ，２５ａ及びナット２３ｂ，２５ｂにより構成されている。ボルトボルト２３ａ，２５ａは、加圧台３１，３３の貫通孔３１ａ，３３ａに貫通配置されている。
【００５０】
ボルト２３ａ，２５ａ及びナット２３ｂ，２５ｂの締結により加圧台３１，３３を締結移動させることができる。
［ひび割れ制御方法］
本発明実施例のひび割れ制御方法は、前記ひび割れ制御装置１を用い、矩形体の一側面３ｃ中央部に他側面３ｄへ向けて所定長さの切欠き溝１３を形成した試験片３にひび割れ１５を形成するひび割れ制御方法である。
【００５１】
前記ひび割れ長設定具１１を用い、試験片３の一側面３ｃと他側面３ｄとの間で前記切欠き溝１３の開きを規制する方向から試験片３の側面３ｅ，３ｆに圧縮荷重Ｐ０を負荷する。
【００５２】
圧縮荷重Ｐ0の値は、加圧台３１，３３の微小変位を利用して測定する。すなわち、加圧台３１に貼り付けたひずみケージＧと図外の静ひずみ計とを結線し、静ひずみ計より換算することができる。したがって圧縮荷重Ｐ0は、静ひずみ計を見ながらボルト２３ａ，２５ａに対してナット２３ｂ，２５ｂを締め付けることにより容易に負荷することができる。
【００５３】
この圧縮荷重Ｐ０を負荷された試験片３を支持台７の支持部７ａ，７ｂに載置し、前記切欠き溝１３の両側位置で試験片３の一側面３ｃを上面７ａａ，７ｂａにより２点支持させる。なお、この２点支持は、長さのある上面７ａａ，７ｂａでの支持であり、図４の側面から見て両側２箇所での支持をいう。
【００５４】
この状態で、荷重発生部５により前記他側面３ｄに加圧片９を介して前記切欠き溝１３に向けた荷重Ｐ１を前記２点支持に対して負荷する。この荷重Ｐ１も試験片３の厚み方向全体に負荷している。
【００５５】
前記支持台７による２点支持及び荷重Ｐ１による３点曲げを試験片３に与えて前記切欠き溝１３からひび割れ１５を発生させる。
【００５６】
このときのひび割れ１５の長さは、おおよそλとすることができる。ここでλは切欠き溝１３先端１３ａと加圧板２７，２９の図１における最下面との間の距離である。
【００５７】
上記のように荷重Ｐ１を負荷すると、切欠き溝１３に最大引張応力が発生する。荷重Ｐ１を増すと、誘起する最大引張応力は試験片３の破壊応力に達する。このため、切欠き溝１３先端１３ａからひび割れが発生し、進展する。
【００５８】
しかし試験片３には、予め圧縮荷重Ｐ0が負荷されているため、発生したひび割れの先端は開口することができず、ひび割れの進展はその付近で停止する。
【００５９】
したがって、試験片３の厚さＢのみならず、大きさにもかかわらず、試験片３内にひび割れを留めることができる。さらに、ひび割れの長さ及び幅は、ひび割れ長設定具１１の位置変更による距離λの位置、圧縮荷重Ｐ０により制御することが可能となる。
【００６０】
当然のことながらＣＴ試験片である試験片３の代わりに、切欠きを有する矩形状の他の試験片においても同様にして、試験片の厚さならびに大きさに係わらず，ひび割れを導入することができる。
［アクリルＣＴ試験片：厚さ２０ｍｍ］
ここでは試験片内に留めたひび割れの状態が明瞭に分かるような透明体で、さらに試験片の作製が極めて容易なアクリルを用いてひび割れの制御を試みた。この場合のアクリルは、住友ケミカル株式会社製の商品名スミペックス、厚さ２０ｍｍを用いた。
【００６１】
図５は、アクリルＣＴ試験片の正面図、図６は、試験片の寸法の図表である。ＣＴ試験片の寸法は，ASTM規格のE-399にしたがう48×50mmの長方形板であり、厚さＢ＝20mm、幅Ｗ＝40mmである。ＣＴ試験片には破壊靭性値を調べるための引張試験用の穴をドリル(寸法：φ10mm)を使用しボール盤で2箇所の所定の位置に設けた。また図中のＮは切欠き溝であり、刃幅t=１.0mmのフライス加工により長さｌ=19mmに設けた。
【００６２】
図７は、実施条件を示す図表である。図７のように、加圧片９、加圧板２７，２９、支持台３１，３３、距離λの諸元を決めた。
【００６３】
図３，図４のように圧縮荷重P０、荷重Ｐ1を負荷し、ＣＴ試験片にひび割れが発生したときの破壊荷重PFとひび割れ長さδmaxを測定した。ここでδmaxはひび割れ長さの最長を示し、アクリルやガラスなどの透明体では、主に板厚の中央部における長さで与えられた。
【００６４】
図８，図９は、実施結果を示す図表であり、図８は、λ＝１５ｍｍ一定としたときの、加圧応力σkとひび割れ長さδmaxとの関係、図９は、加圧応力σk＝１６ＭＰａ一定としたときの、距離λとひび割れ長さδmaxとの関係をそれぞれ示す図表である。図１０は、図８の結果を示すグラフ、図１１は、図９の結果を示すグラフである。
【００６５】
図８、図１０のように、距離λ＝１５ｍｍ一定としたとき、ひび割れ長さδmaxは加圧応力σkにより変化し、またひび割れ長さδmaxは加圧応力σk＝１６ＭＰａ一定としたとき、図９，図１１のようにλにより変化し、δmaxはσkとλに依存する関係にある。
【００６６】
このことから、アクリルのＣＴ試験片に対し、ひび割れの長さを制御できることがわかる。
［アクリルＣＴ試験片：厚さ３０ｍｍ］
図１２〜図１４は、厚さ３０ｍｍのアクリルＣＴ試験片に関して前記同様にひび割れの制御を試みたものであり、図１２は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図１３は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図１４は、図９に対応し、実施結果を示す図表である。
【００６７】
ここでの試験片は、図５に示すように厚み３０ｍｍ以外は図５と同一寸法の透明体アクリルＣＴ試験片である。
【００６８】
図１２の厚み３０ｍｍのＣＴ試験片により、図１３の実施条件で、図１４のようにひび割れ長さδmaxを制御できた。
【００６９】
図１５は、比較例に係るひび割れ制御方法及び装置に関し、（ａ）は、図１に対応しひび割れ制御装置を概念的に示す概略正面図、（ｂ）は、同概略側面図である。
【００７０】
図１５の比較例のひび割れ制御方法及び装置を、図１と対応する構成部分に同符号を付して説明する。加圧板２７，２９は、特許文献１と同様に、切欠き溝１３が存在する面に圧縮荷重Ｐ０を負荷してひび割れの長さ制御を行う構成である。この圧縮荷重Ｐ０において試験片３の切欠き溝１３を広げる方向に荷重Ｐ1（引張力）を与え、切欠き溝１３からひび割れを発生させ、前記圧縮荷重P０によりひび割れの長さ制御を行う。
【００７１】
図１６は、ひび割れ長さの測定位置を示す試験片の正面図である。比較例によるひび割れ長さδmaxの測定は、図１６に示す位置で行なった。
【００７２】
図１７は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図１８は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図１９は、図８に対応し、実施結果を示す図表である。
【００７３】
図１５の比較例のひび割れ制御方法及び装置により、図１７のように、厚さＢを、Ｂ＝５，１０，１５，２０，３０ｍｍと種種変化させてアクリルＣＴ試験片にひび割れを導入させ、厚さが所定以上厚い場合には、摩擦力の不足でひび割れの制御ができないことが実証された。
【００７４】
すなわち、切欠き溝１３先端から距離λ＝３ｍｍ（一定）だけ離れた加圧板２７，２９により圧縮荷重Ｐ０を負荷し、その後、引張用ピン穴３ａ，３ｂに差し込んだピンを試験機等で引っ張り、荷重Ｐ１を負荷した。
【００７５】
この方法により、ある値の荷重Ｐ１＝ＰＦで切欠き溝１３先端１３ａからひび割れが導入された。  
実験では荷重Ｐ１の値がＰ１＝ＰＦになったときのひび割れ長さδmaxを得た。またこの場合のひび割れは湾曲するので、図１６に示すひび割れ長さδmaxの他に逸れた距離δvも測定した。
【００７６】
結果は図１８の実施条件で図１９のようになった。
【００７７】
ひび割れは、試験片３の厚さＢ＝20ｍｍ以下で、ひび割れの制御が可能であった。このひび割れ制御により、試験片３内にひび割れを留めることができた。
【００７８】
しかしＢ＝３０ｍｍでは、ひび割れを止めるための摩擦を誘起させる圧縮荷重Ｐ０がかなり高くなり、引張りを試みる以前にひび割れが発生したばかりか、試験片３の表面に加圧板２７，２９による圧痕である傷が残った。これは加圧板２７，２９直下がかなり圧縮されたためである。そして、試験片３外方部に内圧が作用し、切欠き溝１３からひび割れ１５が図１６で示すように湾曲して発生した。これにより厚い試験片３の場合にはひび割れの制御に限界があることが分かった。
［ガラスＣＴ試験片：厚さ１８ｍｍ］
図２０〜図２２は、ガラスＣＴ試験片に関してアクリルＣＴ試験片と同様にひび割れの制御を試みたものであり、図２０は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図２１は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図２２は、図９に対応し、実施結果を示す図表である。
【００７９】
この場合のガラスは、セントラル硝子株式会社製のフロート板ガラスで品名ＦＬ18を用いた。
【００８０】
ガラスについても、図２０の試験片により、図２１の実施条件で、図２２のようにひび割れ長さδmaxを制御できた。
［石膏ＣＴ試験片：厚さ２０ｍｍ］
図２３〜図２５は、石膏ＣＴ試験片に関してアクリルＣＴ試験片と同様にひび割れの制御を試みたものであり、図２３は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図２４は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図２５は、図８に対応し、実施結果を示す図表である。ここで石膏やモルタル、超硬合金のように透明体でない試験片のδmaxは、試験片の両表面に発生したひび割れ長さを測定して長い方の値を採用した。
【００８１】
また、この場合の石膏は、サンエス石膏株式会社製のタイプＲＣ−１５０の石膏粉末を用い、混水量２５％で製作した工業用のものである。
【００８２】
石膏についても、図２３の試験片により、図２４の実施条件で、図２５のようにひび割れ長さδmaxを制御できた。
［超鋼合金ＣＴ試験片：厚さ１２ｍｍ］
図２６〜図２８は、超鋼合金ＣＴ試験片に関してアクリルＣＴ試験片と同様にひび割れの制御を試みたものであり、図２６は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図２７は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図２８は、図８に対応し、実施結果を示す図表である。
【００８３】
この場合の超鋼合金は、富士ダイス株式会社製のフジロイ超鋼合金タイプＤ６０を用いた。
【００８４】
超鋼合金についても、図２６の試験片により、図２７の実施条件で、図２８のようにひび割れ長さδmaxを制御できた。
［モルタルＣＴ試験片：厚さ４０ｍｍ］
図２９〜図３１は、モルタルＣＴ試験片に関してアクリルＣＴ試験片と同様にひび割れの制御を試みたものであり、図２９は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図３０は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図３１は、図９に対応し、実施結果を示す図表である。
【００８５】
この場合のモルタルは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）に従って、基材モルタルを製造した。水セメント比５０％、セメント細骨材比１：３（質量比）とした場合のセメントモルタルを寸法１００×１００×４００ｍｍに成形し、１ｄ湿空［２０℃，９０％（ＲＨ）］及び２７ｄ水中（２０℃）養生を行った。次に、基材モルタルを寸法１００×１００×５０ｍｍ及び１００×１００×１００ｍｍに切断し、切り欠き溝から自然ひび割れを形成した。
【００８６】
モルタルについても、図２９の試験片により、図３０の実施条件で、図３１のようにひび割れ長さδmaxを制御できた。
【実施例２】
【００８７】
［モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片：厚さ５０ｍｍ］
図３２は、モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片を示し、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、端面図である。大きさは、１００×１００×５０ｍｍであり、厚さ５０ｍｍの試験片を用いた。
【００８８】
図３３は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図３４は、図７に対応し、実験条件を表す図表である。
【００８９】
図３５（ａ）は、モルタルの実施結果、（ｂ）は、コンクリートの実施結果を示す図表である。
【００９０】
モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片厚さ５０ｍｍについても、図３２、図３３の試験片により、図３４の実施条件で、図３５の破壊荷重に対し、試験片内でひび割れを止めることができた（備考○）。
［モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片：厚さ１００ｍｍ］
図３６は、試験片の使用材料であるセメントの成績表を示す図表、図３７は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図３８は、図７に対応し、実験条件を表す図表である。試験片の大きさは、１００×１００×１００ｍｍであり、厚さ１００ｍｍの試験片を用いた。
【００９１】
使用材料において、セメントはJIS R 5210（ポルトランドセメント）に規定する普通ポルトランドセメントを使用した。その一般性状は図３６の通りである。
【００９２】
細骨材は川砂を、粗骨材は砂岩砕石を、練混ぜ水は水道水を、混和剤はAE減水剤を使用した。
【００９３】
素材モルタルの作成は次の通りである。すなわち、使用材料としてセメント，細骨材及び水道水を使用し、JSCE-F 505（試験室におけるモルタルの作り方）に準じて、水セメント比50％，砂セメント比3のモルタルを練混ぜ、寸法100×100×400mmの金属製型枠を用いて成形した。その後、温度20±2℃，相対湿度80％以上の状態で1日静置し、27日間，20±2℃水中養生を行った。そして試験片形状の所定の寸法にコンクリートカッターで切断し、さらに切欠き溝を刃幅２ｍｍのコンクリートカッターで設けた。
【００９４】
また、素材コンクリートの作製は次の通りである。すなわち、使用材料としてセメント、細骨材、粗骨材、水道水及び混和剤を使用し、JIS A1138（試験室におけるコンクリートの作り方）に準じて、水セメント比50％のコンクリートを練混ぜ、寸法100×100×400mmの金属製型枠を用いて成形した。その後、温度20±2℃、相対湿度80％以上の状態で1日静置し、27日間，20±2℃水中養生を行った。そして試験片形状の所定の寸法にコンクリートカッターで切断し、さらに切欠き溝１３を刃幅２ｍｍのコンクリートカッターで設けた。
【００９５】
ひび割れ制御方法及び装置は、実施例１の図１と同様であるが、補修材料評価用試験片では、特にひび割れ幅が問題となるので、ここではひび割れ幅を制御することとした。
【００９６】
図３９は、ひび割れの長さと幅を示す試験片の斜視図、図４０は、同要部拡大斜視図である。
【００９７】
図３９，図４０のようにひび割れの長さδＡ（δＢ）、幅αＡ（αＢ）等（Ａ，Ｂは、試験片の厚み方向一側と他側とでの測定であることを区別する。）を測定した。なお、ひび割れ幅αＡとαＢは非接触型の2軸測定顕微鏡（ヴィジョン・エンジニアリング製）を用いて測定した。
【００９８】
図４１，図４２は、図８に対応し、図４１は、モルタルひび割れ補修材料評価用試験片の実施結果、図４２は、コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片の実施結果を示す図表で、ひび割れ幅αＡとαＢを追加して示してある。なお、実施においてはαＡとαＢの平均ひび割れ幅αＡＢを次の３つに区分して制御した。
【００９９】
Ｓ：αＡＢ≦0.15ｍｍ、  Ｍ：0.15ｍｍ＜αＡＢ＜0.30ｍｍ、  Ｌ：αＡＢ≧0.30ｍｍ
図４１，図４２のように、モルタル・コンクリートひび割れ補修材料評価用試験片：厚さ１００ｍｍについても、図３７の試験片により、図３８の実施条件で、図４１，４２の破壊荷重ＰＦに対し、試験片内でひび割れを止めることができた。また希望した上記３つの区分にしたがう平均ひび割れ幅αＡＢをもつ試験片を得ることができた。
【実施例３】
【０１００】
図４３〜図４６は、実施例３に係り、図４３は、ひび割れ制御装置を概念的に示す概略正面図、図４４は、図６に対応し、試験片の大きさを表す図表、図４５は、図７に対応し、実験条件を表す図表、図４６は、図８に対応し、実施結果を示す図表である。
【０１０１】
本実施例では、前記試験片３に切欠き溝１３を開く方向に荷重Ｐ１を与えて前記切欠き溝１３からひび割れ１５を発生させるようにした。荷重Ｐ１の負荷は、特許文献１等に記載の引張力付加装置を用いることができる。
【０１０２】
本実施例でも、ひび割れ長設定具１１により切欠き溝１３の開きを規制する方向から試験片３の側面３ｅ，３ｆに圧縮荷重Ｐ０を負荷した。
【０１０３】
結果として、アクリルＣＴ試験片：厚さ２０ｍｍについて、図４４の試験片により、図４５の実施条件で、図４６のようにひび割れ長さδmaxを制御できた。
［実施例の効果］
本発明実施例は、矩形体の一側面３ｃ中央部に他側面３ｄへ向けて所定長さの切欠き溝１３を形成した試験片３にひび割れ１５を形成するひび割れ制御方法であって、前記試験片３の一側面３ｃと他側面３ｄとの間で前記切欠き溝１３の開きを規制する方向から該試験片３の側面に圧縮荷重Ｐ０を負荷し、前記切欠き溝の両側位置で前記矩形体の一側面を２点支持し、前記他側面に前記切欠き溝１３に向けた荷重Ｐ１を前記２点支持に対して負荷し、前記２点支持及び荷重Ｐ１による３点曲げを前記試験片３に与えて前記切欠き溝１３からひび割れ１５を発生させ、又は、前記試験片３に前記切欠き溝１３を開く方向に荷重Ｐ１を与えて前記切欠き溝１３からひび割れを発生させるひび割れ制御方法とした。
【０１０４】
このため、摩擦力を利用してひび割れの長さ制御を行なう手法ではなく、切欠き溝の開きを規制する方向から該試験片の側面に圧縮荷重を負荷することでひび割れの長さ制御を的確に行なうことができる。
【０１０５】
しかも、試験片の厚さが厚い場合や、試験片がかなり大きい場合、試験片が比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合等でもひび割れの長さを確実に制御することができる。
【０１０６】
なお、試験片３は、圧縮荷重Ｐ０の負荷により座屈変形しない限り薄いものにも適用することができる。
【０１０７】
本発明実施例は、前記ひび割れ制御方法に用いるひび割れ長設定具１１であって、前記試験片３の側面３ｅ，３ｆに当接させる第１、第２加圧部１９，２１と、前記第１、第２加圧部１９，２１を近接する方向に移動させて前記圧縮荷重を負荷する加圧駆動部２３，２５とを備えるひび割れ長設定具１１とした。
【０１０８】
このため、試験片の厚さが厚い場合、試験片がかなり大きい場合や比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合でも、ひび割れの長さを制御する圧縮荷重を容易に負荷することができる。ひび割れ長設定具１１の位置変更により切欠き溝１３先端１３ａと加圧板２７，２９の図１における最下面からの距離λを変更することで、ひび割れの長さ、及び幅を制御することができる。
【０１０９】
前記第１、第２加圧部１９，２１は、前記試験片３の側面３ｅ，３ｆに当接する加圧板２７，２９と、前記加圧駆動部２３，２５に結合され前記加圧板２７，２９に当接する加圧台３１，３３とを備えた。
【０１１０】
このため、加圧駆動部２３，２５により加圧台３１，３３を駆動し、この加圧台３１，３３の駆動により加圧板２７，２９を介して試験片３に圧縮荷重Ｐ０を負荷することができる。
【０１１１】
したがって、加圧板２７，２９を試験片３に圧縮荷重Ｐ０を負荷するのに適した形状、材質とすることができる。
【０１１２】
前記加圧台３１，３３は、前記加圧板２７，２９側へ向けて突出する山形形状である。
【０１１３】
このため、加圧台３１，３３の剛性を確保し、加圧板２７に圧縮荷重Ｐ０を確実に負荷することができる。
【０１１４】
前記加圧板２７，２９と前記加圧台３１，３３との間に、荷重伝達用のボール３５を介設した。
【０１１５】
このため、加圧台３１が加圧板２７に対して姿勢が多少変位していても、加圧板２７を介して加圧板２７の側面３ｅへ圧縮荷重Ｐ０を的確に負荷することができ、加圧板２９の側面３ｆへの圧縮荷重Ｐ０も的確に負荷することができる。
【０１１６】
前記加圧駆動部２３，２５は、前記試験片３を挟んで両側に配置され前記加圧台３１，３３に結合されて該加圧台３１，３３を締結移動させる締結具としてのボルト２３ａ，２５ａ及びナット２３ｂ，２５ｂで構成された。
【０１１７】
このため、ボルト２３ａ，２５ａに対するナット２３ｂ，２５ｂの締め込みにより加圧台３１，３３を容易に駆動することができる。
【０１１８】
本発明実施例は、前記ひび割れ制御方法に用いるひび割れ制御装置１であって、前記２点支持をベース１７側に対して行う支持台７と、荷重発生部５からの荷重を受けて前記他側面３ｄに前記中央荷重として伝達する加圧片９とを備えるひび割れ制御装置１とした。
【０１１９】
このため、試験片３の厚さが厚い場合、試験片がかなり大きい場合や比較的小さい場合、超硬合金のように材料が高強度を有する場合でも、荷重Ｐ１を試験片３の厚み方向全体に渡って的確に与え、切欠き溝１３からひび割れを発生させる曲げ荷重を容易に負荷することができる。
【０１２０】
以上、本発明実施例は、次の効果を奏する。
（１）提示した冶具（支持台７及び加圧片９）を使用することにより容易にひび割れを導入できる。
（２）ひび割れは、試験片の厚さ，大きさ，材料強度にかかわらずひび割れを導入することができる。
（３）ひび割れは，各試験片の希望するおおよその位置で停止させることができる。
（４）導入されるひび割れは，比較的真直ぐに導入することができる。
（５）これまでひび割れの導入が困難であった超硬合金のみならず，石こうや板厚が厚いガラス，アクリル，モルタルからなるＣＴ試験片にもひび割れを導入することができる。
（６）モルタルのみならず，コンクリートにおいてもひび割れ補修材料の評価用試験片にもひび割れを導入することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  ひび割れ制御装置
３  試験片
３ｃ  一側面
３ｄ  他側面
３ｅ，３f  側面
５  荷重発生部
９  加圧片
１１  ひび割れ長設定具
１３  切欠き溝
１５  ひび割れ
１７  ベース
１９  第１加圧部
２１  第２加圧部
２３，２５  加圧駆動部
２７，２９  加圧板
３１，３３  加圧台
３５  ボール
Ｐ０  圧縮荷重
Ｐ１  荷重
【図１】
2010181245.tif 000003
【図２】
2010181245.tif 000004
【図３】
2010181245.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010181245.tif 000007
【図６】
2010181245.tif 000008
【図７】
2010181245.tif 000009
【図８】
2010181245.tif 000010
【図９】
2010181245.tif 000011
【図１０】
2010181245.tif 000012
【図１１】
2010181245.tif 000013
【図１２】
2010181245.tif 000014
【図１３】
2010181245.tif 000015
【図１４】
2010181245.tif 000016
【図１５】
2010181245.tif 000017
【図１６】
2010181245.tif 000018
【図１７】
2010181245.tif 000019
【図１８】
2010181245.tif 000020
【図１９】
2010181245.tif 000021
【図２０】
2010181245.tif 000022
【図２１】
2010181245.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2010181245.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
2010181245.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2010181245.tif 000039
【図３８】
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【図３９】
2010181245.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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