(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレストレスを導入した非主用構造部材用コンクリートにおいて、
緊張材による機械的ストレスとコンクリート用膨張材によるケミカルストレスとを導入し、該緊張材は、連続繊維補強線材であり、該線材の線径が１５ｍｍ以下であり、該線材１本当たりの引張荷重が１５０ｋＮ以下であり、コンクリート厚が５０ｍｍ以下であることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項２】
該連続繊維補強線材は、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維から選ばれた１種又は２種以上の繊維による強化繊維線材であることを特徴とする請求項１に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項３】
該コンクリート用膨張材は、生石灰等の石灰系膨張材、カルシウムサルホアルミネート等のエトリンガイト系膨張材、エトリンガイト−石灰複合系膨張材、鉄粉系膨張材、マグネシウム系膨張材、アルミニウム粉末系膨張材、頁岩系膨張材及び珪石系膨張材から選ばれた１種又は２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項４】
繊維強化樹脂によるメッシュシートを用いたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項５】
前記のメッシュシートの網目部にセラミック製インサートが埋め込まれていることを特徴とする請求項４に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項６】
前記のメッシュシートの網目部に難錆金属製インサートが埋め込まれていることを特徴とする請求項４に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項７】
前記のメッシュシートの網目部に硬質樹脂製インサートが埋め込まれていることを特徴とする請求項４に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項８】
多孔質人工軽量材を用いたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項９】
不連続繊維補強材を用いたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項１０】
該不連続繊維補強材は、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂繊維から選ばれた１種又は２種以上の繊維による強化繊維材であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項１１】
顔料を混合したことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【請求項１２】
軟質型枠を用いて表面に任意の凹凸を形成したことを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の非主用構造部材用プレストレストコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート膨張材によるケミカルストレスと、連続繊維補強線材を用いたメカニカルストレスを併用に導入する非主用構造部材用プレストレストコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、機械的特性（圧縮強度、曲げ強度等） に優れるセメント系材料にプレストレスを導入してなるコンクリートの開発が行なわれている。
【０００３】
従来のプレストレストコンクリートにおいて、プレテンション方式の場合は、プレストレスを導入する緊張材として高張力鋼材（ＰＣ鋼材）を使用し、ＰＣ鋼線や２〜３本撚りＰＣ鋼撚り線をロングライン方式または型枠定着方式によって緊張しながらコンクリートを打設し、養生硬化後にこれらのＰＣ鋼線を切断してプレストレストコンクリートを製造している。
【０００４】
近年、高強度を有するガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などにより一方向に強化した繊維素材によるロッドを利用したプレストレスト緊張材が使用され、防蝕性に勝れたプレストレストコンクリートとして注目されている。
【０００５】
プレストレストコンクリートの高い引張強度やせん断強度を発現する技術として特開２００４−１５５６２３号が開示されている。
【０００６】
連続繊維強化プラスチック複合材によるプレストレストコンクリート緊張材の技術として、特開２００２−３２６２８５号が開示されている。
【０００７】
また、通常、コンクリート構造物は、その表面から乾燥が進むため、収縮し、その収縮応力がコンクリートの引張り強度を上回るとひび割れが生じることとなる。
【０００８】
このひび割れを低減するためには、コンクリートに所定のコンクリート混和材料を配合することにより、コンクリートの乾燥収縮量を補償するに足りる膨張量を与えること、あるいは乾燥収縮量を低減することが必要である。そのためのコンクリート混和材料として、膨張材や収縮低減剤が知られている。
【０００９】
このうち、膨張材は水和反応に伴って膨張する材料を含み、水和膨張によりコンクリート構造物の乾燥収縮を防止するものである。
【００１０】
コンクリートの膨張材として、特開２００５−１６２５６４号が開示されている。これは安価な生石灰を、例えば従来のように他の原料成分を加えてクリンカ焼成物を製造するような煩雑な処理を経ることもなく、且つコストの増加を殆どもたらさずに、モルタルやコンクリート用の膨張材として十分使用できるようにし、モルタルやコンクリートの収縮や外圧に十分対抗できるような安定した膨張力を付与できる膨張材、特に、大量に使用しなくともケミカルプレストレスの導入を可能にした膨張材及びケミカルプレストレスが導入できるコンクリートを提供するとしたものである。
【００１１】
このように、プレストレストコンクリートは、コンクリートの最大の弱点である、圧縮には強いが引張には弱いという問題を克服する目的で開発されたものであり、荷重が作用する前にコンクリート部材に圧縮力がかかった状態（プレストレス）とし、荷重を受けた時にコンクリートに引張応力が発生しないようにする、もしくは引張応力を制御するもので、鉄筋コンクリートに比べ、引張応力によるひび割れを防ぐことができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１５５６２３号公報
【特許文献１】特開２００２−３２６２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−１６２５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の従来特許公報に示すように、プレストレストコンクリートは、その強度を高めるために種々の開発が行われている。
【００１４】
従来のプレストレストコンクリートは、その用途として、橋梁、電柱、コンクリートパイル、建設部材や、建築物の梁などによく使用され、主に構造材に用いられている。
【００１５】
また、プレストレストコンクリートは、コンクリートの宿命ともいえる、表面のひび割れを抑制できる効果的な技術である。
【００１６】
しかしながら、上記のように、構造材に用いられているが、一般の建築部材などの非構造材にはほとんど使用されていない。
【００１７】
これは、コンクリートに対する従来のイメージが、重量物であること、コンクリート厚が薄くできない、ひび割れ等の問題が、軽量、切り欠き形状、意匠性を必要とする一般建築部材としての非構造材への適用の大きな障害となっていた。
【００１８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、膨張材によるケミカルストレスと連続繊維補強線材によるメカニカルストレスを併用し、軽量化と薄肉化及びひび割れ抑制を実現し、デザインの自由度を高め、一般建築部材などの非主用構造部材用として使用できるプレストレストコンクリートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は諸課題を解決するために、請求項１では、プレストレスを導入した非主用構造部材用コンクリートにおいて、
緊張材による機械的ストレスとコンクリート用膨張材によるケミカルストレスとを導入し、該緊張材は、連続繊維補強線材であり、該線材の線径が１５ｍｍ以下であり、該線材１本当たりの引張荷重が１５０ｋＮ以下であり、コンクリート厚が５０ｍｍ以下であることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００２０】
該緊張材による機械的ストレスとは、各種の連続繊維補強線材を緊張材としてコンクリートにあらかじめ機械的な引張応力を導入できるものであればいずれでもよく、プレテンション方式あるいはポストテンション方式のいずれの方式によるプレストレスの導入方式でも良い。
【００２１】
該線径は、１５．０ｍｍ以下であればいずれでも良く、機械的なプレストレスが導入できる引張強度を確保できる線径であれば良い。
【００２２】
好ましくは、５．０ｍｍ〜１３．５ｍｍが良く、さらに好ましくは、５．０ｍｍ〜１０．０ｍｍである。
【００２３】
また、線径が１５．０ｍｍ以上では、コンクリートの被り厚が厚くなり、軽量化しにくくなり、デザインの自由度を制限するので意匠性の観点からも好ましくない。
【００２４】
該引張荷重は、１５０ｋＮ以下であればいずれでも良く、プレストレスの導入後、コンクリート表面のひび割れを効果的に抑制できる引張荷重が確保できれば良い。
【００２５】
好ましくは、５ｋＮ〜１２０ｋＮ、さらに好ましくは、１０ｋＮ〜８０ｋＮ、さらに好ましくは、１５ｋＮ〜５０ｋＮ程度が良い。
【００２６】
また、引張荷重は、プレストレストコンクリートの板厚により、任意に調整することができる。プレストレストコンクリート板厚が４０ｍｍ以下であれば、５０ｋＮ以下でも良い。
【００２７】
コンクリートの厚さが５０ｍｍ以下であれば、いずれでも良く、連続繊維補強線材による緊張材を用いることによる最少のカブリ厚さを確保できるコンクリートの厚さであれば良い。
【００２８】
好ましくは、４５ｍｍ以下、さらに好ましくは、４０ｍｍ以下が良い。連続繊維補強材では、防錆性があり、錆び等による爆裂がないため、カブリ厚さは１０ｍｍ以下に抑えることができる。
【００２９】
該コンクリート用膨張材によるケミカルストレスは、コンクリート用として使用されている膨張材であればいずれの膨張材を混入しても良く、コンクリートにケミカルストレスを導入できる混和剤などでも良い。
【００３０】
該非主用構造部材用コンクリートとは、橋梁、電柱、コンクリートパイル、建設部材や、建築物の梁などのように高強度を要求される構造部分に使用されるコンクリート部材ではなく、一般建築用部材などのように、主用構造部材以外に使用されている建築部材、床材、天井材、壁材、仕上げ部材、意匠用部材、家具材、仕切り壁部材、化粧部材、建具用部材、取付部材、などである。また、金属部材、ガラス部材、硬質樹脂部材、木部材、制振部材や免振部材などの衝撃エネルギー吸収部材等の代替部材などに使用できる。また、該コンクリートの形状は、限定されるものではなく、たとえば、板状、役物状、中空形状、３次元形状等に使用できる。
【００３１】
請求項２では、該連続繊維補強線材は、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維から選ばれた１種又は２種以上の繊維による強化繊維線材であることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００３２】
該連続繊維補強線材とは、線状の連続繊維補強材であり、連続的に線状に成形された強化繊維補強材によるＰＣ緊張材である。連続繊維補強材は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維などをエポキシ樹脂などでバインドしたものの総称である。
【００３３】
該強化繊維補強材は、軽量、高強度、高弾性、耐食性、非電導、非磁性など、鉄筋よりも優れた比物性（引張強度、弾性率）と鉄筋にはない優れた耐食、電磁気的特性とを有しているものである。
【００３４】
線状とは、丸形、矩形、異形（リブ、インデンテッド表面）ロッド、組紐状ロッド、撚り線状ストランド、格子状等、概して線形形状またはその形状単位からの２次元または３次元組立て形状を意味するものである。
【００３５】
請求項３では、該コンクリート用膨張材は、生石灰等の石灰系膨張材、カルシウムサルホアルミネート等のエトリンガイト系膨張材、エトリンガイト−石灰複合系膨張材、鉄粉系膨張材、マグネシウム系膨張材、アルミニウム粉末系膨張材、頁岩系膨張材及び珪石系膨張材から選ばれた１種又は２種以上の混合物であることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００３６】
該ケミカルストレスの効果は、コンクリート表面において作用するものであればよく、軽量化とひび割れ抑制効果を有するものであればいずれでも良く、組み合わせを限定するものではない。
【００３７】
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【００３８】
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【００３９】
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【００４０】
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【００４１】
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【００４２】
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【００４３】
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【００４４】
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【００４５】
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【００４６】
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【００４７】
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【００４８】
請求項４では、繊維強化樹脂によるメッシュシートを用いたことを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００４９】
プレストレストコンクリートの表面又は内部あるいは両方に繊維強化樹脂によるメッシュシートを埋設するものである。該繊維強化樹脂は、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂、ボロン繊維強化樹脂、ポリエチレン繊維強化樹脂、ザイロン強化樹脂等が使用できる。
該メッシュシートの網目の間隔は、任意であるが、表面のひび割れ抑制に効果的な１０ｍｍ〜２００ｍｍ程度が好ましく、さらに好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度が良い。また、該メッシュシートは複数段設けても良い。また、プレストレスを導入しても良い。
【００５０】
請求項５では、前記のメッシュシートの網目部にセラミック製インサートが埋め込まれていることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００５１】
該インサートは、コンクリート製品に埋設され、吊り足場や型枠止め等に使用される埋込み具であり、耐食性に優れたセラミック製のインサートである。このセラミック製インサートを上記のメッシュシートの網目部に合わせて埋め込むものである。
【００５２】
請求項６では、前記のメッシュシートの網目部に難錆金属製インサートが埋め込まれていることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００５３】
該インサートは、難錆金属製のインサートであればいずれでも良い。たとえば、チタン、リン青銅、モリブデン、アルミニウムなどや、合金のＲＥＮＹ、ＶＥＳＰＥＬ、ＰＥＥＫ、ＰＶＤＦなどでも良い。
【００５４】
請求項７では、前記のメッシュシートの網目部に硬質樹脂製インサートが埋め込まれていることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００５５】
該インサートは、硬質樹脂製のインサートであればいずれでも良い。たとえば、硬質塩ビ、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレン、ベークライトフェノール、メラミン、ポリエステル等が使用できる。繊維強化樹脂等でも良い。
【００５６】
請求項８では、多孔質人工軽量材を用いたことを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００５７】
軽量化、断熱性、加工性、作業性の向上を目的として、骨材の一部に多孔質人工軽量材を用いたものである。該多孔質人工軽量骨材は、無機質の多孔質人工軽量骨材（フライアッシュ、黒曜石、パーライト、真珠岩、松脂岩、ケツ岩）やガラス系多孔質人工軽量骨材、陶土発砲系多孔質人工軽量骨材等が使用できる。
【００５８】
請求項９では、不連続繊維補強材を用いたことを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００５９】
該不連続繊維補強材は、不連続状態の繊維補強材であればいずれでも良い。
【００６０】
繊維の寸法は、配合物中におけるこれら繊維の材料分離の防止や硬化後の曲げ強度や靭性の向上の点から、直径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは、直径０．０１〜０．５ｍｍ、長さ５〜２５ｍｍが良い。また、炭素繊維のアスペクト比（繊維長／繊維直径）は２０〜２００が好ましく、３０〜１５０がより好ましい。
【００６１】
配合量は、配合物中の体積百分率で、０．５〜１０．０％が適当であり、１．０〜９．０％が好ましく、１．０〜５．０％がより好ましい。この配合量が０．５％未満では構造部材の曲げ強度や靭性が低下するので好ましくない。一方、この配合量が１０．０％を超えると、流動性等を確保するために単位水量が増大するうえ、配合量を増やしても繊維の増強効果が向上しないため、経済的でなく、さらに混練物中にいわゆるファイバーボールを生じ易くなるので、好ましくない。
【００６２】
請求項１０では、該不連続繊維補強材は、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂繊維から選ばれた１種又は２種以上の繊維による強化繊維材であることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００６３】
請求項１１では、顔料を混合したことを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００６４】
該顔料は、コンクリート原料に配合することができ、コンクリートを着色できるものであればいずれでも良い。
【００６５】
尚、顔料は、所望する色に応じて従来から使用されるものの中から適宜選択し配合することができる。具体的には、ベンガラ、チタン白、黄鉛、群青、コバルト青、コバルト紫などの無機系の粉末状顔料が挙げられる。
【００６６】
また、二酸化チタン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、鉄酸化物、マグネタイト、マグネシウム鉄酸化物、クロム酸化物、ウルトラマリンブルー、コバルト酸化物、ニッケル又はクロム−アンチモン−チタン酸化物、マンガン−チタン−ルチル、コバルト酸化物、コバルトとアルミニウムの混合酸化物、ルチル混合相顔料、希土類の硫化物、コバルトとニッケル及び亜鉛とのスピンネル、鉄及びクロムをベースとする、銅、亜鉛並びにマンガンとのスピンネル、ビスマス−バナジウム塩並びにブレンド顔料、特にカラーインデックス顔料ではピグメントイエロー１８４、ピグメントイエロー５３、ピグメントイエロー４２、ピグメントイエローブラウン２４、ピグメントレッド１０１、ピグメントブルー２８、ピグメントブルー３６、ピグメントグリーン５０、ピグメントグリーン１７、ピグメントブラック１１、ピグメントブラック３３並びにピグメントホワイト６が使用できる。これらの無機顔料の混合物を使用しても良い。
【００６７】
また、有機顔料としては、モノアゾ顔料、ジアゾ顔料、レーキ化アゾ顔料、β−ナフトール顔料、ナフトールＡＳ顔料、ベンズイミダゾロン顔料、ジスアゾ縮合顔料、アゾ金属錯塩顔料及び、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アンタントロン顔料、アントラキノン顔料、フラバントロン顔料、インダトロン顔料、イソバイオラントロン顔料、ピラントロン顔料、ジオキサジン顔料、キノフタロン顔料、イソインドリノン顔料、イソインドリン顔料及びジケトピロロピロール顔料の様な多環式顔料又はカーボンブラックが使用できる。また、これらの有機顔料の混合物を使用しても良い。なお、これらの有機顔料と無機顔料は、２種以上を組み合わせて使用しても良い。
【００６８】
尚、顔料は、粉末、かつ、添加量が少量であるために、コンクリ−ト混練物にそのまま添加し、撹拌しても均一に分散しない場合が多い。
【００６９】
そのため、顔料に減水剤と水を用いてスラリ−にして調製することが好ましい。
【００７０】
減水剤を用いるのは、水中における顔料の凝集を防ぎ、分散を良くし、かつ、顔料のコンクリ−ト混練物への分散をし易くするためである。
【００７１】
なお、スラリ−に含まれる減水剤の絶対量は小さいので、着色されたコンクリ−トの強度などの特性に与える影響はほとんどない。
【００７２】
スラリ−に用いる減水剤は、一般的な、例えば、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系のセメント用減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤などが挙げられ、これらから適宜選択して使用すれば良く、２以上を併用することもできる。
【００７３】
スラリ−に用いる減水剤としては、コンクリ−ト混練物に配合されたものと同一のものがコンクリ−ト混練物との撹拌も速やかに行われ好ましい。
【００７４】
また、スラリ−の粘性は、顔料の細かさ、減水剤の種類・量、水量などを勘案し適宜に決定する。  
【００７５】
請求項１２では、軟質型枠を用いて表面に任意の凹凸を形成したことを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【００７６】
該軟質型枠は、樹脂やゴムなどの軟質素材を用いた軟質型枠であり、コンクリート表面に任意の凹凸を形成できるものであればいずれでも良い。
【００７７】
軟質素材である樹脂としては、熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、短繊維を混練したポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ＰＢＴ等を用いることができる。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびこれらを適宜組み合わせた樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００７８】
尚、繊維強化材として、通常繊維強化プラスチックスに使用されるガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等を用いても良い。
【００７９】
尚、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン等の樹脂の発泡体から形成されいる、発泡樹脂製型枠でも良い。
【００８０】
軟質素材であるゴムとしては、天然ゴム、合成ゴムなどが使用できる。合成ゴムとしては、シリコンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴムなどが使用できる。
【００８１】
これらの軟質型枠は、はく離した時にコンクリート表面に凹凸形状が表出するように、あらかじめ、任意の凹凸が形成された板状の弾性型枠であればいずれでも良く、たとえば、任意の形状が表面に表出するように樹脂素材やゴム素材を固化成型したものでも良く、樹脂素材やゴム素材による板体の表面をレーザー加工したしたもの、樹脂素材やゴム素材を用いて３Ｄプリンターで成形したものなどでも良い。
【００８２】
また、任意の凹凸形状としては、意匠性を高めるデザインであればいずれでも良く、たとえば、擬石模様、木目模様、幾何学図形模様や穴あきパネル、あるいは、文字、写真、著作権許諾によるキャラクター等の形状などを表現したものでも良い。
【発明の効果】
【００８３】
本発明は以下の効果を奏する。
１）連続繊維補強線材による機械的ストレスとコンクリート用膨張材によるケミカルストレスとを導入することにより、軽量化とひび割れ抑制を実現でき、非主用構造部材用に使用できるプレストレストコンクリートを実現できる。
【００８４】
２）連続繊維補強線材を使用することにより、錆びによる爆裂の問題を解消でき、被り厚を最少にすることができ、コンクリート厚を薄くでき、一般建築材としてコンクリートの用途を大きく広げることができる。
【００８５】
３）コンクリート膨張材を併用することにより、機械的プレストレスの影響しにくい部分をケミカルストレスによりカバーすることができる。
【００８６】
４）コンクリートの薄肉化や切り欠き形状が可能となり、デザインの自由度が大きく広がる。
【００８７】
５）機械的ストレスとケミカルストレスの相乗効果により、表面形状の変化や切り欠き部、あるいは、開口部を設けた場合においても強度を高めることができるので、思い切ったデザイン構成を可能とし、よりフレキシブルなプレストレストコンクリート板が実現できる。
【００８８】
６）薄肉化と軽量化、及びひび割れ抑制により、今までコンクリートでは使用不可能であった部材への適用が可能となる。
【００８９】
７）金属部材、ガラス部材、硬質樹脂部材、木部材、制振部材や免振部材などの衝撃エネルギー吸収部材、先行躯体としての型枠材などの代替部材として活用できる。
【００９０】
８）任意の発色を有するプレストレストコンクリートを提供できる。
【００９１】
９）表面に任意の凹凸形状を表現した、よりデザイン性の高いプレストレストコンクリートを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】従来のプレテンションベッド（製造装置）の説明図である。
【図２】本発明によるプレストレスコンクリートにおける緊張材の配置を示す概略図である。
【図３】本発明によるプレストレスコンクリートの曲げ試験体の概略図である。
【図４】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験状況を示す概略図である。
【図５】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の荷重位置を示す図である。
【図６】本発明によるプレストレスコンクリートの３種類の穴有り試験体の曲げ試験結果を示す図である。
【図７】本発明によるプレストレスコンクリートの３種類の穴無し試験体の曲げ試験結果を示す図である。
【図８−１】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験によるＣＡＳＥ−１のひび割れ時と除荷時の状況を示す図である。
【図８−２】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験によるＣＡＳＥ−２のひび割れ時と除荷時の状況を示す図である。
【図８−３】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験によるＣＡＳＥ−３のひび割れ時と除荷時の状況を示す図である。
【図８−４】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験によるＣＡＳＥ−４のひび割れ時と除荷時の状況を示す図である。
【図８−５】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験によるＣＡＳＥ−５のひび割れ時と除荷時の状況を示す図である。
【図８−６】本発明によるプレストレスコンクリート試験体の曲げ試験によるＣＡＳＥ−６のひび割れ時と除荷時の状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
最初に従来のプレテンション方式による機械的なプレストレスの導入方法を図１に示す。
【００９４】
図１は、プレテンションベッド（製造装置）の説明図である。
緊張材としてＰＣ鋼より線φ２６ｍｍを使用し、５０トン（４９０ｋＮ）の緊張力を導入する例である。
【００９５】
この従来例では、図１に示すように、ロングライン式でプレテンションベッド（製造装置１）上に長手方向に３体のプレストレストコンクリート部材を同時に製造するものである。
【００９６】
（Ａ）に示すように、反力台間にＰＣ鋼より線を張り、左側のジャッキで５０トン（４９０ｋＮ）の引張荷重で緊張させ、プレストレス力を付加する。
【００９７】
次に（Ｂ）に示すように、ＰＣ鋼より線が緊張した状態で格子筋（鉄筋）、型枠組み立てを行い、コンクリートを打設・養生する。
【００９８】
所定のコンクリート強度が得られたら、（Ｃ）に示すように、緊張ジャッキを徐々に解放し、ＰＣより線を切断し、プレストレストコンクリート部材に緊張力を転荷する。
【００９９】
このように、従来のプレストレストコンクリートは製造されている。
【０１００】
この従来例で製造されるのは、構造材用のプレストレストコンクリートである。
【０１０１】
本発明においては、一般建築物に使用できる、非主用構造部材用プレストレストコンクリートである。
【０１０２】
機械的なプレストレスの導入方法は、従来例（図１）と同様の方法で行うことができる。
【０１０３】
本発明によるプレストレストコンクリートは、新規なコンクリートの組成、緊張材、及び引張荷重により実現するものである。
【０１０４】
以下にコンクリートの配合を示す。（単位ｋｇ／ｍ3）
セメント                              ：５４３
混和剤：フライアッシュ                ：  ６３
混和剤：膨張材                        ：  ２０
水                                    ：１７５
細骨材                                ：７８３
粗骨材                                ：８１０
混和剤：減水剤                        ：    ７．５０
水結合材比                            ：２８％
【０１０５】
膨張剤の混合割合は、上記のとおり、２０ｋｇ／ｍ3である。
【０１０６】
緊張材は、直径１２．５ｍｍの炭素繊維強化型高分子(CFRP)材によるより線を使用した。
【０１０７】
プレストレストコンクリートのサイズは、３ｍ×２．４ｍ×３６ｍｍのものを１体とし、短手方向に５００ｍｍ間隔で５本の緊張材を配置した。
【０１０８】
図２に緊張材の配置図を示す。
プレストレストコンクリート１の厚さＴは、３６ｍｍであり、φ１２．５ｍｍの緊張材２を板厚の中心部に配置した。
【０１０９】
緊張材の上面に格子筋３を配置した。カブリ厚は約７ｍｍである。
【０１１０】
以上のコンクリート組成において、緊張材を配置し、緊張材1本当たりに１８ｋＮの引張荷重を導入した。
【０１１１】
約２４時間養生後、緊張力を解放した。
【０１１２】
プレストレストコンクリート製作後の圧縮強度は６０ＭＰａ以上であり、強度基準を満たすものであった。
【０１１３】
本発明のプレストレストコンクリートの板厚は３６ｍｍである。従来の鋼製緊張材（φ１２．５ｍｍ）を使用したプレストレストコンクリートの場合、板厚は、錆びなどの問題を考慮し、カブリ厚は３０ｍｍ程度必要であるため、本発明のプレストレストコンクリートよりカブリ厚の差分（３０ｍｍ−７ｍｍ）、すなわち、片側で２３ｍｍ程度厚くする必要がある。
【０１１４】
また、本発明によるプレストレストコンクリートの重量は６４８ｋｇであった。
【０１１５】
従来の鋼製緊張材を用いたプレストレストコンクリートの場合には、板厚はカブリ厚を考慮して８２ｍｍとなる。一般的な鉄筋コンクリートの概算重量（１m3あたり２．５tonで算出）で算出すると、約１４７６ｋｇとなり、５０％以上の軽量化となった。
【０１１６】
ひび割れについては、本発明によるプレストレストコンクリート板の４隅の下部に支点を置き、水平に載置した状態で、中央部に人が１名載り、体重７０ｋｇにより３０ｃｍ程度のジャンプをして衝撃をかけると、ひび割れが発生したが、荷重を取り去ると、プレストレスによる圧着効果により完全にひび割れはふさがり、水漏れテストを行ったが、水漏れは全くなかった。
【０１１７】
[曲げ試験例]
曲げ試験による、機械的ストレスとケミカルストレスの比較試験
【０１１８】
連続繊維補強線材による機械的ストレス（以下、ＭＳと略する。）とコンクリート用膨張材によるケミカルストレス（以下、ＣＳと略する。）の条件を変えて、６つの試験体１０を用いて、ＪＩＳＡ１４１４による曲げ試験を行った。
【０１１９】
コンクリートの組成は、上記の図２の場合と同様とした。
【０１２０】
試験体１０のサイズは、いずれも長さ（Ｌ）２ｍ×幅（Ｗ）１ｍ×厚さ（ｔ）３８ｍｍとした。図３の（１）に示すように、コンクリート薄肉板であり、φ７．５ｍｍの３本の炭素繊維線材（ＣＦＲＰ）が埋め込まれている。また、炭素繊維線材（ＣＦＲＰ）は、破線で示されており、背筋（ＳＲ）は一点破線で示されている。３体は（２）のとおり、穴なしであり、残りの３体は（３）のとおり、中心付近に穴(大）４：φ１５０ｍｍと穴（小）５：φ７５ｍｍの貫通穴が２カ所づつ設けられた試験体である。
【０１２１】
６つの試験体のストレス条件は、以下のとおりである。
（ＣＡＳＥ−１）ＭＳ有り＋ＣＳ有り：穴無し
（ＣＡＳＥ−２）ＭＳ有り＋ＣＳ無し：穴無し
（ＣＡＳＥ−３）ＭＳ無し＋ＣＳ有り：穴無し
（ＣＡＳＥ−４）ＭＳ有り＋ＣＳ有り：穴有り
（ＣＡＳＥ−５）ＭＳ有り＋ＣＳ無し：穴有り
（ＣＡＳＥ−６）ＭＳ無し＋ＣＳ有り：穴有り
ＭＳ有り：連続繊維補強線材による機械的ストレス荷重有り
ＭＳ無し：連続繊維補強線材による機械的ストレス荷重無し
ＣＳ有り：膨張剤入り
ＣＳ無し：膨張剤無し
機械的ストレス（ＭＳ）条件：連続繊維補強線材：炭素繊維線材：φ7.5ｍｍ
連続繊維補強線材は長手方向：３本使用（250ｍｍ間隔）（図３参照）
引張荷重：連続繊維補強線材１本当たり２０ｋＮ
ケミカルストレス（ＣＳ）条件：膨張剤混合割合：２０ｋｇ／ｍ3
曲げ試験条件：図４に示す曲げ試験装置で２点集中荷重で行った。
たわみは変位計１１で計測した。
スパン（支点間距離：ＳＬ）：1,000ｍｍ（図５参照）
内側荷重点（加力点）間距離（ＰＬ）：500ｍｍ（図５参照）
【０１２２】
[試験結果]
図６〜図７は荷重とたわみの関係のグラフを示す図である。
図６はＣＡＳＥ−１〜ＣＡＳＥ−３の結果を示す。
穴無しの場合の３タイプ
ＣＡＳＥ−１：ＭＳ有り＋ＣＳ有り
ＣＡＳＥ−２：ＭＳ有り＋ＣＳ無し
ＣＡＳＥ−３：ＭＳ無し＋ＣＳ無し
の比較結果を示す。
【０１２３】
図７はＣＡＳＥ−４〜ＣＡＳＥ−６の結果を示す。
穴有りの場合の３タイプ
ＣＡＳＥ−４：ＭＳ有り＋ＣＳ有り
ＣＡＳＥ−５：ＭＳ有り＋ＣＳ無し
ＣＡＳＥ−６：ＭＳ無し＋ＣＳ無し
の比較結果を示す。
【０１２４】
図８−１〜図８−６は、CASE-1〜CASE-6の曲げ試験によるひび割れ時と除荷時の状況を比較した写真である。
【０１２５】
ケミカルストレスのみが導入されたCASE３（図８−３）、CASE６（図８−６）では、破断後の荷重除去時においてもひび割れはそのままであった。
【０１２６】
これに対して、機械的ストレスが導入されたCASE１（図８−１）、CASE２（図８−２）、CASE４（図８−４）、CASE５（図８−５）については、破断後の荷重除去時には、ひび割れが元に戻り確認できない状況となっていた。
【０１２７】
曲げ試験結果より、
破断荷重        残留たわみ    破断後（無負荷）のひび割れ状況
ＣＡＳＥ−１    ２０．３        ０．６３            ０．０５ｍｍ以下
ＣＡＳＥ−２    １９．０        １．０５            ０．０７ｍｍ
ＣＡＳＥ−３    １４．２        ２．７３            ０．４０ｍｍ以上
ＣＡＳＥ−４    １４．２        ０．８２            ０．０５ｍｍ以下
ＣＡＳＥ−５    １２．６        １．３６            ０．０５ｍｍ以下
ＣＡＳＥ−６    １１．８        ２．３０            ０．４０ｍｍ以上
となった。
【０１２８】
曲げ試験３日後における、ひび割れ部分の水漏れ試験を行った。いずれも水漏れの問題はなかった。
【０１２９】
これにより、炭素繊維材による緊張材が埋め込まれていると、外力によりひび割れが発生しても、その荷重が除去されると、復元作用により、ひび割れは解消し、水漏れの心配もなくなることが示された。特にこの緊張材に機械的ストレスが導入されている場合には、残留たわみもほとんどなく、ひび割れを確認できなくなるほど復元した。
【０１３０】
上記の試験結果から、機械的ストレスとケミカルストレスの両方が導入されている場合（CASE-1、CASE-4）が最も破断荷重が高く、強度が高いことを示しており、破断後、荷重を除去すると、機械的ストレスにより圧着されてひび割れがほとんど確認できなくなり、水漏れ試験でも全く問題がなかった。
【０１３１】
また、機械的ストレスのみの場合（CASE-2、CASE-4）では、破断荷重は、ケミカルストレスのみの場合より高く、機械的ストレスとケミカルストレスの複合ストレスの場合より低かった。また、破断後、荷重を除去すると、ひび割れが機械的ストレスにより圧着されてひび割れがほとんど確認できなくなり、水漏れ試験でも全く問題がなかった。
【０１３２】
また、ケミカルストレスのみ場合（CASE-3、CASE-6）では、破断荷重は低く、最も強度が弱いことを示し、破断後のひび割れは少し小さくなるがそのまま残った状態であったが、水漏れ試験では水漏れは確認されなかった。
【０１３３】
以上により、機械的ストレスとケミカルストレスの複合ストレスを導入することにより、機械的ストレスト、ケミカルストレスを単独に導入する場合よりも強度が高くなることが判明した。
【０１３４】
これは、コンクリートに対して、機械的ストレスによる圧縮作用と、ケミカルストレスによる膨張作用が互いに相乗的に働き、強度を高めたものと思われる。
【０１３５】
また、穴無し試験体（ＣＡＳＥ−１〜ＣＡＳＥ−３）と穴有り試験体の（ＣＡＳＥ−４〜ＣＡＳＥ−６）との結果より、両グラフ（図６、図７）を比較すると、穴無し試験体（図６）では、破断荷重がＣＡＳＥ−１（ＭＳ＋ＣＳ）とＣＡＳＥ−２（ＭＳ）がほぼ同程度に高く、ＣＡＳＥ−３（ＣＳ）がやや低くなっている。
【０１３６】
これに対して穴有り試験体（図７）では、破断荷重がＣＡＳＥ−４（ＭＳ＋ＣＳ）がより高く、ＣＡＳＥ−５（ＭＳ）とＣＡＳＥ−６（ＣＳ）が同程度に低くなっている。
【０１３７】
このことは、特に注目すべき結果であり、図６の穴無しの場合には、機械的ストレスの影響が大きく表れており、機械的ストレスが導入されているＣＡＳＥ−１（ＭＳ＋ＣＳ）とＣＡＳＥ−２（ＭＳ）は、強度が高く、機械的ストレスが導入されていないＣＡＳＥ−３（ＣＳ）は、強度が低くなっているが、図７に示される穴あきのような、一部に切り欠きや切り抜きなどの形状の大きな変化がある場合においては、機械的ストレスだけではなく、ケミカルストレスもその強度に対して大きく影響していることを示しているものである。
【０１３８】
従来より、プレストレストコンクリートは、高い強度が要求される主用構造部材として、また、その機械的ストレスにおいては、１５０ｋＮ以上の高い機械的ストレスを導入することが行われており、本発明のように、低い機械的ストレスを導入する場合については、全く検討されておらず、またそのような試験も全く行われていなかった。また、強度を高めることを目的とするケミカルストレスの併用については全く考慮されておらず、併用による影響は無いものと判断されていた。
【０１３９】
従来の常識として機械的ストレスを導入した場合には、ケミカルストレスを併用においても、その影響はほとんど発揮されないものと思われていたが、本試験により、板厚が５０ｍｍ以内で１５０ｋＮ以下の低い機械的ストレス状態においては、ケミカルストレスの併用により、強度を高めるのに有効であることが確認された。
【０１４０】
特に、板体の一部に切り欠きや切り抜きや穴あき、あるいは、表面の凹凸形状を特徴とするデザイン性の高い非主用構造用板材として用いる場合には、機械的ストレスとケミカルストレスを併用することが非常に有効であることが確認された。
【０１４１】
以上より、本発明のプレストレストコンクリートは、薄肉化、軽量化、ひび割れ抑制の著しい効果があり、一般建築部材（主用構造部材を除く。）として、外壁や仕切り壁、床板、家具材などへの活用が可能となり、軽量薄肉板であることによる全く新たなデザイン性、意匠性の可能性を有する、優れたコンクリート板となるものである。
【符号の説明】
【０１４２】
１  プレストレストコンクリート
２  緊張材
３  格子筋
４  穴（大）
５  穴（小）
１０  試験体
１１  変位計
１２  ひび割れ
Ｔ  コンクリート板厚
Ｌ  試験体の長さ
Ｗ  試験体の幅
ｔ  試験体の厚さ
ＣＦＲＰ  炭素繊維線材
ＳＲ  背筋
ＳＬ  スパン（支点間距離）
ＰＬ  内側荷重点（加力点）間距離
【要約】
【課題】  膨張材によるケミカルストレスと連続繊維補強線材によるメカニカルストレスを併用し、軽量化とひび割れ抑制を実現し、一般建築部材などの非主用構造部材用として使用できるプレストレストコンクリートを提供することを課題とする。
【解決手段】緊張材による機械的ストレスとコンクリート用膨張材によるケミカルストレスとを導入し、該緊張材は、連続繊維補強線材であることを特徴とする非主用構造部材用プレストレストコンクリートとするものである。
【選択図】  図２【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８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図８−４】
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【図８−５】
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【図８−６】
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