(57)【要約】【課題】小規模の試験体を用いた場合でも解析による補正を必要とせず、実際の火災による爆裂性状等の耐火性に対する影響を近似的に直接に評価可能な簡易耐火試験方法を提供する。【解決手段】この簡易耐火試験方法は、コンクリートから構成される実大寸法の試験体よりも小規模の試験体を加熱して、小規模試験体の実大規模における耐火性を評価するための簡易耐火試験方法であって、小規模の試験体を加熱するための試験炉を予め昇温させ、基準加熱曲線初期における所定時間経過時の温度近傍まで試験炉内の温度が到達した段階で小規模の試験体の加熱を開始する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートから構成される実大寸法の試験体よりも小規模の試験体を加熱して、前記小規模試験体の実大規模における耐火性を評価するための簡易耐火試験方法であって、
前記小規模の試験体を加熱するための試験炉を予め昇温させ、
基準加熱曲線初期における所定時間経過時の温度近傍まで前記試験炉内の温度が到達した段階で前記小規模の試験体の加熱を開始することを特徴とする簡易耐火試験方法。
【請求項２】
前記試験体を取り付けた、前記試験炉の開口を閉塞するための閉塞部を用意し、
前記試験炉の昇温を開始し、
前記試験炉の昇温開始後に前記試験体を取り付けた閉塞部を前記試験炉に取り付けることで、前記試験体の加熱を開始する請求項１に記載の簡易耐火試験方法。
【請求項３】
前記基準加熱曲線初期における所定時間経過時とは約１０分である請求項１または２に記載の簡易耐火試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートなどの爆裂性等の耐火性を評価するための簡易耐火試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度コンクリートの爆裂対策に関する耐火試験として実大載荷加熱試験が知られている。この試験は、一般的には、評価の対象となる柱部材を実大規模の試験体として作製し、それを相当規模の加熱炉に設置し、実際の軸力を載荷しながら、所定の加熱を３時間与え、爆裂などの現象の有無を確認するとともに、かぶり位置の鉄筋温度と軸力方向の変位が所定値内であることを確認するものである。このような試験の規格としてJIS A 1304:2011「建築構造部分の耐火試験方法」（非特許文献１）やISO834がある。
【０００３】
上述のような高強度コンクリートの爆裂対策に関する耐火試験などには、表１に示すようなJIS加熱曲線（JIS A 1304）やISO加熱曲線（ISO834）が適用されるが、それらは初期の5分から10分にかけての加熱温度上昇が激しく、5分で550℃前後、10分で700℃前後となっている。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
本願の発明者の一人は、特許文献１において、他の発明者とともに、簡易耐火試験方法として縮小された試験体を電気炉により加熱し、その耐火性状で爆裂の有無を判定する方法を提案した。すなわち、この高強度コンクリートの爆裂性試験方法は、実大寸法の試験体よりも小規模の試験体に対し、加熱温度履歴を与える加熱実験ステップと、上記加熱実験ステップにおける上記小規模試験体の昇温履歴を計測する昇温計測ステップと、上記昇温計測ステップにおける上記小規模試験体の昇温履歴の値から、伝熱に関する方程式を用いて、当該小規模試験体の伝熱に関する物性値を求める物性計算ステップと、上記物性計算ステップで求められた上記小規模試験体の伝熱に関する物性値と、実大規模の試験体の寸法および加熱温度履歴の値とを、上記伝熱に関する方程式に代入し、上記小規模試験体の実大寸法における昇温履歴推定値を求める実大昇温履歴推定ステップと、上記求められた昇温履歴推定値から、上記小規模試験体の実大規模における爆裂性を評価する評価ステップとを含む（請求項１）。
【０００６】
図９のフローチャートを参照して特許文献１の爆裂性簡易試験方法についてさらに説明する。実大寸法の試験体よりも小規模の高強度コンクリート試験体を製作する（Ｓ５１）。小規模試験体はたとえば280ｍｍ×370ｍｍ×50ｍｍの寸法を有する平板状体である。この試験体を加熱する電気炉を準備する（Ｓ５２）。たとえば、最高温度１１５０℃、出力２．４Ｋｗ程度の能力を有する電気炉を用い、試験体は、電気炉の扉を取り外し、その開口部に、扉の代わりに炉内を閉止するように平板状の試験体を取り付ける。次に、電気炉に通電を始め、加熱試験を実施し（Ｓ５３）、試験体に加熱温度履歴を与える。このとき、電気炉内、試験体および環境の温度履歴（昇温履歴）を測定し記録する（Ｓ５４）。この加熱試験の間に試験体の爆裂の有無を観察し確認する（Ｓ５５）。試験体に爆裂があった場合、爆裂防止性能なしと評価される（Ｓ６１）。他方、試験体に爆裂がなかった場合にも、次のようにして爆裂防止性能の有無を評価する。
【０００７】
上記工程Ｓ５４で測定し記録した昇温履歴の値から伝熱に関する方程式を用いて逆解析により小規模試験体の試験材料の伝熱に関する物性値を求める（Ｓ５６）。この物性計算で求められた物性値、実大寸法値、実大寸法の試験体用の加熱温度履歴の値を伝熱に関する方程式に代入し、小規模試験体の実大寸法における昇温履歴推定値を求め、実大部材のコンクリート表面温度を算定する（Ｓ５７）。一方、上記工程Ｓ５５の確認結果から爆裂の有無に関する閾値を抽出する（Ｓ５８）。上記算定された実大部材のコンクリート表面温度を閾値と比較し（Ｓ５９）、小規模試験体の実大寸法における爆裂性を評価する。すなわち、算定温度が閾値を超えていれば、爆裂域と判断し、爆裂防止性能なしと評価され（Ｓ６１）、また、閾値以下であれば、非爆裂域と判断し、爆裂防止性能ありと評価される（Ｓ６０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第4402010号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】JIS規格「建築構造部分の耐火試験方法」（JIS A 1304:2011）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の実大載荷加熱試験で耐火性を確認する場合、実大規模の試験体作製に多大な労力を要するのに加え、乾燥養生に約１年を要するなど、有効な結果が得られなかった場合に取り返しのつかない状況になる。また、実施に到るまで周到な検討が必要となり、最終試験の位置付けで実施せざるを得ないことが多い。
【００１１】
また、特許文献１の方法の場合は、通常の電気炉で加熱することになるが、電気炉（マッフル炉）の加熱能力は、JIS加熱曲線やISO加熱曲線に遠く及ばなく、表１に示す電気炉の一例のように、全体で180分の加熱時間に対し90分から120分で漸く近似した加熱温度になるという状態である。このため、開始初期の温度上昇が低く、規格加熱曲線の温度上昇に比較し、大きな差違があり、その加熱量の圧倒的な差違を補正するために、図９の工程Ｓ５６，Ｓ５７，Ｓ５８などの評価ステップが必要となる。補正のためのステップを経るたびに、誤差の可能性が高まり、従来の実大載荷加熱試験に比較すると誤差の可能性を払拭することは難しい。このように、特許文献１の方法では、小規模試験体の結果から実大規模の加熱試験結果を解析により近似補正して予測し、それらより最終的に爆裂性を評価していた。しかし、簡易耐火試験のみでは、実際の火災による爆裂性状に対する影響を正確には評価することが難しかった。
【００１２】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、小規模の試験体を用いた場合でも解析による補正を必要とせず、実際の火災による爆裂性状等の耐火性に対する影響を近似的に直接に評価可能な簡易耐火試験方法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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本実施形態による簡易耐火試験方法は、コンクリートから構成される実大寸法の試験体よりも小規模の試験体を加熱して、前記小規模試験体の実大規模における耐火性を評価するための簡易耐火試験方法であって、前記小規模の試験体を加熱するための試験炉を予め昇温させ、
基準加熱曲線初期における所定時間経過時の温度近傍まで前記試験炉内の温度が到達した段階で前記小規模の試験体の加熱を開始することを特徴とする。
【００１４】
この簡易耐火試験方法によれば、試験炉を予め昇温させ、JIS A 1304やISO834等に規定される基準加熱曲線初期における所定時間経過時の温度近傍まで試験炉を先行加熱した後に、小規模の試験体の加熱を開始することで、小規模試験体の昇温履歴を基準加熱曲線に近似させることができるので、小規模試験体の耐火試験により小規模試験体の実大規模における耐火性を直接に評価することが可能となり、また、評価における誤差発生の可能性を低減できる。
【００１５】
上記簡易耐火試験方法において、前記試験体を取り付けた、前記試験炉の開口を閉塞するための閉塞部を用意し、前記試験炉の昇温を開始し、前記試験炉の昇温開始後に前記試験体を取り付けた閉塞部を前記試験炉に取り付けることで、前記試験体の加熱を開始することが好ましい。これにより、先行加熱した試験炉により速やかに試験体の加熱を開始することができる。
【００１６】
また、前記基準加熱曲線初期における所定時間経過時とは約１０分であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の簡易耐火試験方法によれば、小規模の試験体を用いた場合でも解析による補正を必要とせず、実際の火災による爆裂性状等の耐火性に対する影響を近似的に直接に評価可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態による簡易耐火試験方法を実施するための試験炉の正面図（ａ）、要部側面図（ｂ）および要部上面図（ｃ）である。
【図２】図１の試験体が組み込まれていない閉塞部を示す図１（ｂ）と同様の図である。
【図３】本実施形態による簡易耐火試験方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。
【図４】図３の加熱試験実施ステップＳ０３を説明するためのフローチャートである。
【図５】本実験例で用いた試験体の正面図（ａ）、側面図（ｂ）および上面図（ｃ）である。
【図６】実験例１の試験体表面温度を計測した温度履歴曲線を、先行加熱なしの温度履歴曲線およびJIS A 1304、ISO834の基準加熱曲線とともに示すグラフである。
【図７】実験例１の試験体表面の温度履歴曲線、試験体表面から設計かぶり厚さ40mmの位置の温度履歴曲線、および試験体裏面の温度履歴曲線を示すグラフである。
【図８】実験例２の試験体表面温度を計測した温度履歴曲線を、先行加熱なしの温度履歴曲線およびJIS A 1304、ISO834の基準加熱曲線とともに示すグラフである。
【図９】従来（特許文献１）の爆裂性簡易試験方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による簡易耐火試験方法を実施するための試験炉の正面図（ａ）、要部側面図（ｂ）および要部上面図（ｃ）である。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）のように、試験炉１は、一般的な加熱試験で用いられ、通電により昇温する電気炉（マッフル炉）から構成され、正面壁１ａに矩形状の開口２（図１（ａ）の破線で示す）を有する。この開口２を閉塞して密閉するように閉塞部１０が正面壁１ａに取り付けられる。
【００２１】
閉塞部１０には、炉側から耐熱性の充填材１２，試験体１１および鋼板からなる試験体カバー１７が一体となって配置されることで、試験体１１が組み込まれている。閉塞部１０は、さらに、正面上下に配置されたＬ形鋼からなる枠部材１５，１５と、側面上下に配置されたＬ形鋼からなる枠部材１６，１６とを備え、試験体カバー１７と枠部材１５，１５と枠部材１６，１６とが溶接接合されることで、一体構造となっている。
【００２２】
図１（ａ）のように、試験体カバー１７から試験体１１に向けて熱電対の取り付けのための小孔２１，２２が形成されている。小孔２１，２２は試験体１１の異なる位置までそれぞれ形成され、小孔２１に配置した熱電対により試験体１１の内部温度を計測し、また、小孔２２に配置した熱電対により試験体１１の炉側の表面または表面近傍の温度を計測するようになっている。
【００２３】
閉塞部１０には、さらに、図１（ｃ）のように、試験体１１の側面に耐熱性の充填材１８が配置され、また、図１（ａ）（ｂ）のように、前面側にＬ形鋼からなる脚部１９が設けられている。
【００２４】
上述のように試験体１１等が組み込まれて一体になった閉塞部１０は、試験炉１に対し着脱自在に構成されている。すなわち、枠部材１６，１６が試験炉１の両側面１ｂへと延在し蝶ねじ２０および蝶ボルト（図示省略）により側面１ｂに固定されることで、閉塞部１０は、試験炉１に取り付けられ、また、蝶ボルトを緩めることで、試験炉１から取り外すことができる。
【００２５】
試験体１１は、上述のようにして、閉塞部１０の一部として試験炉１に取り付けられ、試験炉１の昇温に伴い試験炉１の内部から加熱されるようになっている。なお、試験体１１は、たとえば、高強度コンクリートからなり、実大寸法の試験体から縮小されており小規模である。
【００２６】
図２は図１の試験体が組み込まれていない閉塞部を示す図１（ｂ）と同様の図である。図２のように、閉塞部３０は、図１の試験炉１の開口２を閉塞して密閉するもので、図１の閉塞部１０と比べて、試験体１１の代わりに、耐火材３１を配置し試験体が組み込まれていない点が相違し、これ以外は閉塞部１０と同様の構造である。閉塞部３０は、閉塞部１０と同様にして試験炉１に対し着脱自在になっている。
【００２７】
次に、図１，図２の電気炉１および閉塞部１０，３０を用いて実施する簡易耐火試験方法のステップについて図３，図４を参照して説明する。図３は、本実施形態による簡易耐火試験方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。図４は図３の加熱試験実施ステップＳ０３を説明するためのフローチャートである。
【００２８】
まず、試験体１１をたとえば高強度コンクリートから製作する（Ｓ０１）。次に、試験体１１を図１のように組み込んだ閉塞部１０を用意等することで、加熱試験の準備をする（Ｓ０２）。
【００２９】
次に、加熱試験を次のように実施する（Ｓ０３）。すなわち、図４のように、試験炉１を図２の試験体の組み込んでいない閉塞部３０で閉塞し密閉する（Ｓ１１）。次に、試験炉１へ通電を始め、試験炉１の昇温を開始する（Ｓ１２）。これにより、試験炉１を試験体が取り付けられていない状態で先行加熱する。
【００３０】
試験炉１内の温度がJIS A 1304等で規定する基準加熱曲線初期における10分経過時の温度（たとえば、700℃）またはその近傍温度になるまで試験炉１を昇温させる（Ｓ１３）。
【００３１】
試験炉１が上述の目標温度に達したら、次に、試験炉１への通電を停止し（Ｓ１４）、速やかに閉塞部３０を試験体１１の組み込んだ閉塞部１０に交換する（Ｓ１５）。続いて、試験炉１への通電を再開し、試験体１１の加熱を開始する（Ｓ１６）。この場合、試験体１１が試験炉１に設置された後、試験炉１内の温度が基準加熱曲線の5分経過時の温度（たとえば、550℃）を超えていることを確認してから、試験体１１の加熱試験を開始することが好ましい。
【００３２】
上述のようにして、試験体１１の加熱試験を実施し、試験体１１の目視等により、試験体１１の対爆裂性能を確認する（Ｓ０４）。この結果、爆裂があれば、その試験体は爆裂防止性能がないと評価され（Ｓ０５）、爆裂がなければ、爆裂防止性能があると評価される（Ｓ０６）。
【００３３】
上述のように、本実施形態の簡易耐火試験方法によれば、試験炉１の先行加熱温度をJIS A 1304等の基準加熱曲線における10分経過後の温度（約700℃）に設定し、この設定先行加熱温度まで試験炉１を加熱した後、速やかに試験体１１を設置して試験体１１について加熱試験を速やかに開始することができ、これにより、試験体１１の加熱試験における加熱初期の約10分間の温度上昇を速めることができ、試験体１１の昇温履歴が基準加熱曲線に近似する。このように、試験炉１を先行して加熱することで、JIS A 1304等の基準加熱曲線に近似した加熱状態を再現できるので、試験炉１（電気炉）での小規模の試験体により簡易な加熱試験により、爆裂防止性能の評価を直接的に実施することが可能になる。
【００３４】
図９のように、従来の簡易耐火試験方法によれば、実際の電気炉による昇温履歴は、JIS A 1304等の基準加熱曲線と比べると、かなり昇温が遅いため大きく相違していたことから、試験体に爆裂がなかった場合でも、解析により小規模試験体の実大寸法における昇温履歴推定値を求める解析ステップ等による補正をしてから評価することが必要であることから、その評価に手間がかかり、評価に誤差が生じ易かったのに対し、本実施形態の簡易耐火試験方法によれば、試験体の昇温履歴が基準加熱曲線に近似するので、簡易な試験炉（電気炉）による加熱試験から直接に爆裂防止性能を評価でき、従来の解析による補正を必要としないので、試験体の爆裂防止性能の評価が簡単かつ手間取らずに実施可能となり、評価における誤差発生の可能性が低減する。このように、実際の火災による爆裂性状等の耐火性に対する影響を小規模の試験体の試験結果から近似的に直接に評価可能となる。
【００３５】
〈実験例〉
次に、本発明の実験例について説明するが、本発明は、本実験例に限定されるものではない。
【００３６】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実験例で用いた試験体の正面図（ａ）、側面図（ｂ）および上面図（ｃ）である。なお、図５（ｂ）は熱電対の位置を示すために同じ図を２つ示している。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）のように、コンクリート試験体の寸法(mm)は、205ｘ150ｘ60（厚さ）で、その周囲に、耐熱性の充填材を配置し、試験体カバーに取り付けた。２つの熱電対を図のように取り付けたが、１つは、試験体カバーの表面から試験体の炉側表面まで貫通させ、試験体表面の温度を計測し、もう１つは試験体の炉側表面から設計かぶり厚さ40mmの位置に配置し、この位置の温度を計測した。試験炉としては、電気炉（マッフル炉）を用い、ヤマト科学株式会社が販売するマッフル炉FP410を使用した。試験体は、図１と同様の構造とすることで着脱可能とした。
【００３８】
マッフル炉による加熱は、ランプタイム（温度上昇時間）90分、ソークタイム（定温時間）180分、設定温度1,150℃の設定で行った。また、マッフル炉を先行加熱してランプタイムの加熱を補強し、JIS A 1304の基準加熱曲線と同様の加熱開始から5分で500℃前後の加熱勾配を目標に、加熱調整をした。
【００３９】
実験例１
実験例１として、マッフル炉の先行加熱を約550℃（JIS A 1304の基準加熱曲線で加熱開始から5分経過後の温度（表１参照））まで行い、その後、速やかに試験体をマッフル炉に取り付け、試験体の加熱を開始した。図６に、実験例１の試験体表面温度を計測した温度履歴曲線を示すが、開始5分で約350℃に到達し、試験体表面の500℃は約20分で到達し、破線（太線）で示す先行加熱なしの温度履歴曲線と比べると、破線（細線）で示すJIS A 1304の基準加熱曲線に近づき、改善が見られたことが分かる。また、図６の試験体表面の温度に加えて、試験体表面から設計かぶり厚さ40mmの位置の温度、さらに熱電対を追加して試験体裏面の温度を計測し、これらの各温度履歴曲線を図７に示す。
【００４０】
実験例２
実験例２として、マッフル炉の先行加熱を約700℃（JIS A 1304の基準加熱曲線で加熱開始から10分経過後の温度（表１参照））まで行い、その後、速やかに試験体をマッフル炉に取り付け、試験体の加熱を開始した。図８に、実験例２の試験体表面温度を計測した温度履歴曲線を示すが、開始5分で約500℃に到達し、以降の温度履歴曲線は、破線（細線）で示すJIS A 1304の基準加熱曲線にかなり近づき、基準加熱曲線とほぼ同様の昇温速度で温度が上昇しており、実験例１の場合よりも改善が見られたことが分かる。
【００４１】
以上のように、実験例１，２の結果から、マッフル炉を試験体なしで先行加熱し、所定温度に到達した後、試験体をマッフル炉に取り付け、試験体の加熱を開始することで、試験体の温度履歴曲線は、JIS A 1304の基準加熱曲線に近似することが分かった。また、図６，図８のように、ISO834の基準加熱曲線に対しても同様である。
【００４２】
従来の簡易加熱試験で爆裂が発生せず、鉄筋位置での到達温度が構造体性能に影響ない範囲であったとしても、JIS A 1304等の基準加熱曲線、特に，加熱開始後10分までの温度上昇に対して、同等の性能が発揮されるかどうかは明らかではなかったが、本発明による試験炉の先行加熱により、基準加熱曲線に近似した温度履歴で試験体を加熱することができ、小規模の試験体の加熱試験結果から直接に実体規模の試験体の爆裂性能を評価することができる。
【００４３】
また、実験例１，２を比較すると、マッフル炉の先行加熱の目標温度を基準加熱曲線の加熱開始10分経過後の温度である700℃近傍に設定し、その後、速やかに試験体を設置して試験体の加熱試験を開始することで、試験体の温度履歴を基準温度曲線にかなり近似させることができることがわかる。このため、試験体をマッフル炉に設置した後、マッフル炉内の温度が基準加熱曲線の5分経過時の温度（たとえば、550℃）を超えていることを確認してから、試験体を加熱することが好ましい。
【００４４】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、試験炉の開口を閉塞する構造は、図１の構造に限定されず、たとえば、扉状の構造としてもよく、試験体を組み込んだ扉を別途予め用意し、先行加熱後に取り替えることで、試験体を加熱するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 試験炉、電気炉
２ 開口
１０，３０ 閉塞部
１１ 試験体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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