(57)【要約】【課題】表面を断熱材等で覆うことなく、かつ、強度の低下や不均一、及び打設時の流動性低下の虞が少なく、従来の打設工程とほとんど変わらない工程で打設可能な耐爆裂性高強度コンクリートを提供する。【解決手段】耐爆裂性高強度コンクリート１が火災等の高温度環境下にさらされることによって、有機粉末２は、融点に達して溶けて体積が減少し、有機粉末２が占有していた部分に空隙４が形成される。有機粉末２が体積減少して耐爆裂性高強度コンクリート１中に連続しない独立した空隙４が均一に多数分散して形成されることによって爆裂を防止することができる。有機粉末２は、有機化合物ＰＰ（ポリプロピレン）から成り、粒径が１０〜２００μｍの大きさの粒子に加工したものである。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を均一に混入した耐爆裂性高強度コンクリート。
【請求項２】
低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を表層部に均一に混入した耐爆裂性高強度コンクリート。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記有機粉末の粒径は、４０００μｍ以下である、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリート。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、表層部に低融点の有機繊維が略均一に混入されている、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリート。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、水結合材比が３０％未満である、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリート。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項において、圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２以上である、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリート。
【請求項７】
低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を均一に混入する工程を有する耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、前記有機粉末をセメントに均一に混入した後に練り混ぜる工程を有する、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法。
【請求項９】
低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を打ち込み型枠内に散布する工程を有する耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項において、表層部に低融点の有機繊維を略均一に混入する工程を有する、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、建築物やトンネル等、火災を受ける可能性のある構造物に用いる火災時の耐爆裂性に優れた耐爆裂性高強度コンクリート、及び該耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法、並びに耐爆裂性高強度コンクリートの打設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメント等の結合材の量に対する水の量の比率、すなわち水結合材比を小さくすると高強度のコンクリートが得られる。水結合材比が４５％前後において、約３６Ｎ／ｍｍ２前後の圧縮強度を有するコンクリートが得られ、一般的に圧縮強度３６Ｎ／ｍｍ２以上のコンクリートが、いわゆる高強度コンクリートとして定義されている。また、近年の技術の進歩によって、より高強度な高強度コンクリートが可能になってきている。コンクリートを高強度にすることによって、例えば建造物の柱の断面積を小さくすることができたり、建築物の高層化が容易になったりするというメリットが得られる。
【０００３】
しかし、このような高強度コンクリートは、上記のようなメリットが得られる反面、火災時等の高温度環境にさらされると、高強度コンクリート内部の水分による水蒸気圧や熱応力等によって、表層部のコンクリートが爆裂しやすくなり、種々の問題を誘引する虞があることが知られている。いわゆる、爆裂と言う現象は、高強度コンクリートが高温度環境にさらされた際に、その表層部がウロコ状に剥離したり、表層部のコンクリートが周囲に激しく飛び散ったりする現象である。また、高強度コンクリートの中でも、特に水結合材比が小さく圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２〜１００Ｎ／ｍｍ２を越える超高強度コンクリートと呼ばれているものは、特に爆裂が生じやすい。
【０００４】
このような問題を解決するために、火災時等の高温度環境下において、高強度コンクリートの爆裂を防止する様々な従来技術が開示されており、例えば、特開平３−１２２３３８号公報に開示されているモルタル層で高強度コンクリートの表面を覆うものや、特開平１１−９３２９５号公報に開示されている高強度コンクリートの表面を薄肉鋼板で被覆するもの等が挙げられる。これらは、断熱性を有する材料等で高強度コンクリートの表面を覆うことによって、火災等による高温度環境下における高強度コンクリート表面の温度上昇を抑制して爆裂を防止するものである。
【０００５】
また、特開平７−１０２６６１号公報においては、高強度コンクリート内に繊維で編んだ網状部材を埋設することによって、高強度コンクリートが火災時等の高温度環境下にさらされた際に、内部に発生する高圧の水蒸気圧を、その網状部材による隙間から外部に逃がして爆裂を防止するものが開示されている。
【０００６】
さらに、特許第２６２０９１０号公報や特開２０００−１４３３２２号公報には、低融点の有機繊維を高強度コンクリートに混入させ、高強度コンクリートが火災時等の高温度環境下にさらされた際に、低融点の有機繊維が溶けてできた毛細管状の空隙によって、内部に発生する高圧の水蒸気圧を外部に逃げやすくすることで爆裂を防止したものが開示されており、特開平７−２５２９０２号公報には、網状の低融点材料を高強度コンクリート表層部分に埋め込むことによって、同様に、高強度コンクリートが火災時等の高温度環境下にさらされた際に、低融点の有機繊維が溶けてできた空隙によって、内部に発生する高圧の水蒸気圧を外部に逃げやすくすることで爆裂を防止したものが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−１２２３３８号公報
【特許文献２】
特開平１１−９３２９５号公報
【特許文献３】
特開平７−１０２６６１号公報
【特許文献４】
特許第２６２０９１０号公報
【特許文献５】
特開２０００−１４３３２２号公報
【特許文献６】
特開平７−２５２９０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モルタル層や薄肉鋼板等の断熱性を有する材料で高強度コンクリートの表面を覆う耐爆裂性高強度コンクリートは、建造物等において、その断熱性を有する材料分だけ余分な空間が占有されてしまうことになる。したがって、建造物等の柱に高強度コンクリートを使用して柱の断面積を小さくし、室内の空間を広くすることができるという高強度コンクリートを使用するメリットが半減してしまうことになるという問題が生じる。
【０００９】
また、打設時に繊維で編んだ網状部材や網状の低融点材料を埋設した耐爆裂性高強度コンクリートは、網状部材を埋設することによって、高強度コンクリートの強度が低下する虞が生じるとともに、コンクリート打設時に網状部材を鉄筋に包絡させる等の工程が必要になり、高強度コンクリートの打設工程が増え、作業性が低下するという問題も生じる。
【００１０】
さらに、低融点の有機繊維を高強度コンクリートに混入させた耐爆裂性高強度コンクリートは、低融点の有機繊維が高強度コンクリート全体に均一に混ざりにくく、それによって、強度にばらつきが生じたり、部分的に所望の耐爆裂性が得られなかったりする等の虞が生じる。また、低融点の有機繊維を混入することによって、コンクリートの流動性が低下する。つまり、もともと、高強度コンクリートは、セメント等の結合材に対する水の量の比率を小さくすることによって高い強度を達成しているが、水結合材比の低下とともに塑性粘度が大きくなり、作業性が低下してしまうことから、高強度セメント用の分散剤としての界面活性剤や、ガラス質シリカの超微粒子であるシリカフュームの利用等によって、所望の流動性を確保しているものである。
【００１１】
したがって、火災時等の高温環境下における爆裂を防止するために、有機繊維を混入することによってコンクリートの流動性が低下して所望の流動性が得られなくなってしまう。そして、それによって、コンクリート打設時の作業性が大幅に低下するばかりでなく、コンクリートを打設する型枠内にコンクリートが充填されない部分が生じてしまう虞が生じる。そのため、高強度コンクリートに混入させる有機繊維は、通常１０〜２０ｍｍ程度とされており、長さが１０〜２０ｍｍの低融点の有機繊維を高強度コンクリートに混入することで、火災時に有機繊維が溶解、軟化、分解、収縮、又は溶融することで連続した毛細管が形成され、高強度コンクリート内部に発生した水蒸気がその連続した毛細管を通って外部に放出されるため、爆裂を発生させるような高圧の水蒸気圧が高強度コンクリート内部に形成されない。そして、繊維長が２０ｍｍ以上の有機繊維では、高強度コンクリートの流動性の確保が困難であり、流動性の低下が極めて少ない５ｍｍ未満の有機繊維では、繊維同士の絡み合いが少なくなり、火災時に水蒸気が通る物理的に連続した毛細管空隙の形成が難しいため、爆裂防止効果が得られないと考えられてきた。
【００１２】
ところで、高強度コンクリートの爆裂の発生原因については、現時点において爆裂のメカニズムそのものが明確に解明されるまでに至っていないのが現状である。そして、従来は、急激な加熱により発生するコンクリート内部の水蒸気圧によるものが主たる原因であるとする推論が一般的であったが、その後のさらなる研究によって、もう一つの爆裂の発生原因と考えられていたコンクリート表層部に生じる熱応力が爆裂の発生の主たる原因である可能性が高まってきた。つまり、実はコンクリート表層部の水蒸気のほとんどは、温度が１００度を超えた時点で外部に放出されてしまっており、水蒸気が爆裂の発生の主たる原因となる可能性は低く、急激な加熱によりコンクリート表層部に生じる温度応力分布によって爆裂が発生するという推論である。
【００１３】
すなわち、コンクリートが急速に加熱されることで、コンクリート表層部の含有水が一気に蒸発して外部に放出されて表層部の温度は、一気に数百度にまで急上昇し熱膨張する。一方、コンクリート内部は、表層部と比較して含有水量が多いため、含有水が蒸発しつくすまで温度が約１００度で停滞し、ほとんど熱膨張しない。そのため、急激に膨張するコンクリート表層部を、ほとんど膨張しない内部のコンクリートが拘束することにより、コンクリート表層部に大きな圧縮応力が作用し、この圧縮応力によってコンクリート表層部に大きな圧縮歪みが発生してコンクリート表層部が圧縮破壊されるというものである。
【００１４】
したがって、特開平７−１０２６６１号公報、特許第２６２０９１０号公報、特開２０００−１４３３２２号公報、及び特開平７−２５２９０２号公報に開示されている爆裂防止技術は、いずれもコンクリートが高温に加熱された際に発生する水蒸気圧を外部に逃がして爆裂を防止するものであり、コンクリートの爆裂の主たる原因がコンクリート表層部に生じる熱応力であるとすれば、コンクリートの爆裂の本質的な解決策とはなっていないと言わざるを得ない。
【００１５】
本願発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、表面を断熱材等で覆うことなく、かつ、強度の低下や不均一、及び打設時の流動性低下の虞が少なく、従来の打設工程とほとんど変わらない工程で打設可能な耐爆裂性高強度コンクリートを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を均一に混入した耐爆裂性高強度コンクリートである。
【００１７】
ここで、有機物とは、合成、半合成、あるいは天然有機物を含む意味で用いるものとする。高強度コンクリートに均一に混入されている低融点の有機物は、高強度コンクリートが火災等の高温度環境下にさらされた際に、その有機物の粉末が熱によって融点に達して体積減少する。それによって、有機物が占有していた部分に空隙ができて連続しない独立した空隙が均一に多数形成されることになる。
【００１８】
爆裂の主たる原因は、前述したコンクリート内部に発生する水蒸気圧によるものだとするならば、高強度コンクリート中に連続しない独立した空隙が均一に多数分散して形成されることによって、高強度コンクリート中のいかなる部位から水蒸気が発生してもいずれかの空隙が極めて近い距離で存在するので、水蒸気の圧力が爆裂を引き起こすほど高圧になる前にその空隙に水蒸気を逃がすことができる。それによって、水蒸気の圧力が低下し、爆裂に至るまで水蒸気が高圧になることを防止することができ、爆裂の虞を少なくすることができる。
【００１９】
一方、爆裂の主たる原因は、急激に膨張するコンクリート表層部をほとんど膨張しない内部のコンクリートが拘束することにより、コンクリート表層部に大きな圧縮応力が作用することによるものだとするならば、高強度コンクリート中に連続しない独立した空隙が均一に多数分散して形成されることによって、コンクリート表層部の加熱による温度勾配に伴って発生する大きな熱応力（圧縮応力）をショックアブソーバの如く緩和され、コンクリート表層部に大きな圧縮歪みが発生することを防止することができるので、コンクリート表層部の圧縮破壊が抑制されて爆裂の虞を少なくすることができる。
【００２０】
また、低融点の有機物を粉末状にして混入するので、繊維状の有機繊維等と比較して、コンクリート練り混ぜ時に均一に混ざりやすく、ムラができにくい。したがって、有機繊維等を混入した高強度コンクリートと比較して、高強度コンクリート全体に均一な耐爆裂性を持たせることができるとともに、必要最小限の有機物の混入で無駄なく高強度コンクリート全体に耐爆裂性を持たせることができる。
【００２１】
さらに、有機物が粉末状に加工されて混入されているので、有機繊維等と比較して、それによる高強度コンクリートの強度低下の虞も少ないと考えられるので、有機物を混入することによる高強度コンクリートの強度への影響を少なくすることができる。
【００２２】
さらに、有機物が粉末状に加工されて混入されているので、打設前の高強度コンクリートの流動性が低下する虞も少なく、流動性が低下することによるコンクリート打設時の作業性の低下やコンクリートを打設する型枠内にコンクリートが充填されない部分が生じてしまう虞を少なくすることができる。
【００２３】
これにより、本願請求項１に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートによれば、均一に混入された有機物の粉末が火災等の高温度環境下の熱で融点に達して体積減少することによって、高強度コンクリート内に均一にできた空隙に、高強度コンクリート内部に発生した水蒸気が逃げることができるので、高強度コンクリート全体において均一に爆裂の虞を少なくすることができるという作用効果が得られる。
【００２４】
また、均一に混入された有機物の粉末が火災等の高温度環境下の熱で融点に達して体積減少することによって、高強度コンクリート内に均一にできた空隙がコンクリート表層部の加熱による温度勾配に伴って発生する大きな熱応力（圧縮応力）をショックアブソーバの如く緩和し、コンクリート表層部に大きな圧縮歪みが発生することを防止することができるので、コンクリート表層部の圧縮破壊が抑制されて爆裂の虞を少なくすることができる。
【００２５】
さらに、低融点の有機物を粉末状にして混入するので、ムラができにくく、高強度コンクリート全体に均一な耐爆裂性を持たせることができるとともに、必要最小限の有機物の混入で無駄なく高強度コンクリート全体に耐爆裂性を持たせることができるという作用効果が得られる。
【００２６】
さらに、有機物が粉末状に加工されて混入されていることによって、有機物を混入することによる高強度コンクリートの強度への影響を少なくすることができるとともに、流動性の低下を少なくすることができるので、コンクリート打設時の作業性の低下を少なくすることができる。
【００２７】
本願請求項２に記載の発明は、低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を表層部に均一に混入した耐爆裂性高強度コンクリートである。
【００２８】
本願請求項２に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートによれば、前述したように、高強度コンクリートは、爆裂によって、表層部がウロコ状に剥離したり、表層部のコンクリートが周囲に激しく飛び散ったりするので、このように、高強度コンクリートの表層部に均一に有機粉末を混入することで、高強度コンクリートの表層部において、本願請求項１に記載の発明による作用効果を得ることができるものであり、それによって、高強度コンクリートの爆裂の虞を少なくすることができるという作用効果が得られる。
【００２９】
本願請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記有機粉末の粒径は、４０００μｍ以下である、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートである。
【００３０】
本願請求項３に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートによれば、有機粉末の粒径が４０００μｍ以下と微細な粒子であることによって、本願請求項１又は２に記載の発明による作用効果を特に効果的に得ることができる。
【００３１】
本願請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、表層部に低融点の有機繊維が略均一に混入されている、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートである。
【００３２】
このように、高強度コンクリートの表層部に有機繊維が混入されているので、火災等の高温度環境下の熱で有機粉末とともに有機繊維も体積減少し、それによって、高強度コンクリート表層部の有機繊維が混入されている部分に、水蒸気が外部へ逃げるための逃げ道が形成されることになる。したがって、高強度コンクリート表層部に発生した水蒸気が外部に逃げるため、より爆裂を防止することができる。
【００３３】
これにより、本願請求項４に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートによれば、本願請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明に係る作用効果に加えて、加熱の影響を受ける高強度コンクリート表層部の爆裂の虞を、合理的により少なくすることができるという作用効果が得られる。
【００３４】
本願請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、水結合材比が３０％未満である、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートである。
【００３５】
本願請求項５に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートによれば、特に水結合材比が小さい水結合材比が３０％未満の高強度コンクリートにおいて、本願請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明による作用効果が、特に効果的に得られるものである。
【００３６】
本願請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２以上である、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートである。
【００３７】
本願請求項６に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートによれば、特に水結合材比が小さい超高強度コンクリートとされている圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートにおいて、本願請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明による作用効果が、特に効果的に得られるものである。
【００３８】
本願請求項７に記載の発明は、低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を均一に混入する工程を有する耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法である。
【００３９】
本願請求項７に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法によれば、当該製造方法により製造した耐爆裂性高強度コンクリートにおいて、前述した本願請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
本願請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記有機粉末をセメントに均一に混入した後に練り混ぜる工程を有する、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法である。
【００４１】
このように、コンクリートの練り混ぜ工程の前に、有機粉末をセメントに均一に混入する、つまり、水を加えて練り混ぜる前に粉末状のセメントと有機粉末とを混合するので、均一に混ざりやすく容易に有機粉末を均一に混入することができる。
【００４２】
これにより、本願請求項８に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法によれば、本願請求項７に記載の発明による作用効果に加えて、有機粉末を均一に混入することが容易になるので、高強度コンクリート全体において均一に爆裂の虞を少なくすることが容易になるという作用効果が得られる。
【００４３】
本願請求項９に記載の発明は、低融点の有機物を粉末状に加工した有機粉末を打ち込み型枠内に散布する工程を有する耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法である。
【００４４】
本願請求項９に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法によれば、有機粉末を打ち込み型枠内に散布して高強度コンクリートを打設することによって、高強度コンクリートの表層部に有機粉末を均一に混入することができるので、それによって、前述した本願請求項２に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００４５】
本願請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９のいずれか１項において、表層部に低融点の有機繊維を略均一に混入する工程を有する、ことを特徴とした耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法である。
【００４６】
本願請求項１０に記載の発明に係る耐爆裂性高強度コンクリートの製造方法によれば、本願請求項７〜９のいずれか１項に記載の発明による作用効果に加えて、当該製造方法により製造した耐爆裂性高強度コンクリートにおいて、前述した本願請求項３に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」について、第１実施例及び第２実施例を示して説明する。図１は、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示した断面図である。
【００４８】
耐爆裂性高強度コンクリート１は、水結合材比が３０％未満で圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２以上の一般的に超高強度コンクリートと呼ばれるものである。耐爆裂性高強度コンクリート１は、コンクリート練り混ぜ時の水分が、水３としてわずかながら残留している。また、耐爆裂性高強度コンクリート１には、有機物を粉末状に加工した有機粉末２が均一に混入されている。
【００４９】
図２は、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示した断面図であり、耐爆裂性高強度コンクリート１が火災等の高温度環境下にさらされ、有機粉末２が溶けた状態を示したものである。
【００５０】
耐爆裂性高強度コンクリート１が火災等の高温度環境下にさらされることによって、水３は、気化して水蒸気となる。また、有機粉末２は、融点に達して溶けて体積が減少する。有機粉末２の体積減少によって、有機粉末２が占有していた部分に空隙４が形成される。気化した水蒸気は、空隙４に逃げ込むことができるので、この有機粉末２が体積減少してできた空隙４によって、水蒸気が爆裂に至るまで高圧になることを防止することができる。したがって、水蒸気圧による爆裂の虞をより少なくすることができる。
【００５１】
図１５は、「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示したものである。図１６は、「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示したものであり、加熱によって形成された空隙４とコンクリートとの相互関係を概念的に示したものである。また、図１７は、「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示したものであり、加熱によって形成された空隙４と膨張するコンクリートとの相互関係を概念的に示したものである。
【００５２】
耐爆裂性高強度コンクリート１は、有機粉末２が均一に分散されて混入されており、強固に連結している多数のコンクリート体１１間に均等に有機粉末２が配置された構造であると考えることができる（図１５）。耐爆裂性高強度コンクリート１は、急激に加熱されることによって、表層部の有機粉末２が融点に達して溶けて体積減少し、有機粉末２が占有していた部分に空隙４が形成される（図１６）。そして、コンクリート１１間に均等に形成された空隙４は、加熱されて熱膨張するコンクリート１１の間に生じる圧縮応力の緩衝器としての機能を果たし、耐爆裂性高強度コンクリート１の表層部の膨張を緩和して圧縮応力による圧縮歪みの発生を低減させる働きをする（図１７）。それによって、耐爆裂性高強度コンクリート１の表層部に作用する圧縮歪みによる爆裂の虞を少なくすることができる。
【００５３】
当該実施の形態において、有機粉末２は、有機化合物ＰＰ（ポリプロピレン）から成り、レジンの状態から液化窒素を冷媒とした超低温凍結粉砕によって、粒径が５０〜２００μｍの大きさの粒子に加工したものである。この粒径の目安は、５μｍ〜４０００μｍ程度が最も効果が得られると考えられ、特に、あまり粒径を小さく加工しても効果は、ほとんど変わらず、有機粉末２の加工コストが増えるだけとなってしまうと考えられる。また、有機粉末２は、ＰＰ以外にもＰＶＡ（ポリ酢酸ビニル）、ＰＥ（ポリエチレン）、ビニロン等の有機化合物、あるいは、木材チップ等の天然の有機物で、低融点（１００℃〜２００℃前後）の有機物であれば何でも良く、かつ、融点に達したときの体積減少率が高いほうが空隙４をより広く形成することができるので好ましいと言える。
【００５４】
尚、有機粉末２を中空状に加工すると、融点に達したときの体積減少率を、より高くすることができるので効果的であると言える。また、骨材等を有機物で被覆した有機粉末２は、耐爆裂性高強度コンクリート１の強度や静弾性係数等に与える影響を少なくする効果が期待できるので、より好ましいと言える。
【００５５】
尚、有機粉末２の含有量は、当該実施の形態においては、０．０５〜１．０体積％の範囲内に規定されているが、この数値は、要求される強度と水結合材比、及び有機粉末２の種類等によって決定されるものであり、実験等によって最適な含有率に決定される。また、有機粉末２の形状は、特に球形に限定されるものではなく、混入が容易な粉末状であれば、その形状は特に限定されないのは言うまでもないことである。つまり、粉末形状は、球形、楕円形、円柱形等、どのような形状であっても有効である。さらに、従来は爆裂防止効果が無いと考えられていた長さが５ｍｍ未満の短繊維状の有機粉末でも本願発明の爆裂防止メカニズムによって爆裂防止効果が得られることが本発明者の実施した耐火試験によって確認されている。
【００５６】
つづいて、本発明者が実施した本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の耐火試験の試験概要と試験結果を示し説明する。尚、本耐火試験においては、有機粉末を混入していない比較用の試験体と、有機粉末を混入した本願発明に係る試験体とについて無載荷状態で耐火試験を実施し、耐火試験後の各試験体に爆裂が生じているか否かを外観から観察して判定した。
【００５７】
（１）試験体
ポリエチレン粉末、ポリプロピレン粉末、ポリビニルアルコール粉末のいずれかを図７に示した試験体一覧の仕様で混入し、有機粉末を混入した本願発明に係る試験体８体（試験体１〜８）と、有機粉末を混入していない比較用の試験体（比較用試験体）との計９体の試験体にて耐火試験を実施した。試験体１〜４は、略球体の有機粉末を混入した高強度コンクリートであり、現状の製造技術において可能な最も小さい粒径の有機粉末を使用した。試験体５〜８は、短繊維形状の有機粉末、つまり、略円柱形の有機粉末を混入した高強度コンクリートであり、有機物を細長く引き延ばした後に切断して製造する都合上、球体の有機粉末より粒径を小さくすることが可能であることから試験体１〜４より小さな粒径とした。一方、試験体５〜８の有機粉末の長さは、細長く引き延ばした有機物を切断する長さの現状の技術的限界が２ｍｍであることから、２ｍｍ又は３ｍｍとした。また、試験体１〜８の有機粉末の混入量は、各有機粉末単体の体積差も考慮して設定されており、試験体５〜８に混入する短繊維形状の有機粉末は、試験体１〜４に混入する球形状の有機粉末と比較して、有機粉末単体の体積が約１／１０前後となることから同じ重量の混入量に対して有機粉末の混入粉末数が１０倍となることも考慮して決定した。
【００５８】
（２）使用材料
高強度コンクリートに混入した有機粉末の物性は、図８に示した有機粉末物性の表の通りである。また、高強度コンクリートは、試験室にて小型ミキサにて製造した。高強度コンクリートの調合は、設計基準強度＝１２０Ｎ／ｍｍ２を想定して水セメント比を１８％とした。図９は、高強度コンクリートの調合を示した表である。また、ポリプロピレン粉末は、外割りとし、高強度コンクリートを製造した後に所定量を混入した。図１０は、高強度コンクリートの使用材料の一覧表である。
【００５９】
（３）試験体の形状・寸法
図１１は、試験体の形状・寸法を示した平面図であり、図１２は、その正面図である。耐火試験に供した試験体は、２００ｍｍ×２００ｍｍ×４００ｍｍの直方体で、かぶり厚さを５０ｍｍとして図示の如く鉄筋５を配した。試験体は、概ね材齢７日で型枠（合板）を脱型し、耐火試験実施まで気中で養生した。
【００６０】
（４）耐火試験
耐火試験には、図１３に示した耐火炉を使用した。加熱時間は３時間、加熱はＩＳＯ８３４−１：１９９９の標準加熱曲線に準拠し、壁炉と水平になるように試験体を配置して加熱した。試験体数は、１体／１パラメータを標準とした。耐火試験は、材齢１００日で行った。
（５）耐火試験結果
図１４は、加熱後の試験体の外観観察結果を示した表である。
【００６１】
有機粉末を混入していない比較用試験体においては、極めて激しいコンクリートの剥落・欠損が生じていた。試験体隅角での欠損は比較的少ないが、側面中央部はかぶりが無くなるほどの大きな欠損が生じ、激しい爆裂が生じた状態であった。しかし、図７に示したパラメータで有機粉末を混入した試験体１〜８においては、試験体表面に微細なひび割れの発生が生じているもののコンクリートに剥落や欠損は全く生じておらず、健全な状態を維持していた。つまり、爆裂が全くと言っていいほど生じていない状態であった。
【００６２】
（６）考察
このように、試験体１〜８の全てに爆裂が生じなかったことから、有機粉末の形状にかかわらず耐爆裂効果を得ることができると言える。前述した従来技術において、長さが５ｍｍ未満の有機繊維を混入した高強度コンクリートにおいては、火災時に水蒸気が通る物理的に連続した毛細管空隙の形成が難しいため、爆裂防止効果が得られないと考えられてきたが、長さが２ｍｍ又は３ｍｍの短繊維形状の有機粉末を混入した高強度コンクリートにおいて、高い耐爆裂効果が得られることが確認できた意義は特に大きく、本耐火試験によって本願発明の耐爆裂メカニズムを明確に実証することができたと言える。つまり、独立した有機粉末を高強度コンクリート内に均一に分散させることによって、高強度コンクリートが火災等の高温度環境下にさらされた際に、有機粉末が熱によって体積減少して形成される空隙の均一性を得ることができる。そして、その空隙に水蒸気を逃がすことができ、高強度コンクリート内の水蒸気の圧力を略均等に低下させることができるとともに、その空隙が加熱されて熱膨張するコンクリートに生じる圧縮応力の緩衝器としての機能を果たし、表層部の膨張を抑制して圧縮応力による圧縮歪みの発生を低減させる働きをする。それによって、有機粉末が混入されている高強度コンクリート全体にわたって均等に爆裂の虞を極めて少なくすることができる。
【００６３】
また、高強度コンクリートは、非常に硬化体組織が緻密で密実であるため、高強度コンクリートが火災等の高温度環境下にさらされた際に、高強度コンクリート内の有機物が体積減少することによって高強度コンクリート内に大きな空隙を多数形成しても、その空隙が粗でまばらであると、高強度コンクリート内の空隙が粗な部分で爆裂が生じてしまうことになる。したがって、高強度コンクリートの爆裂を防止するためには、空隙を均一かつ密に形成して全体的に空隙同士の間隔を短くすることが重要であると言える。このことから、高強度コンクリートに混入する有機物は、大きさや長さよりも均一に分散した状態で混入されることが重要であり、さらには、混入する量よりも混入する粉末数の方が重要であり、高強度コンクリート全体により多数の有機粉末をより均一に分散させることでより高い耐爆裂効果を得ることができると考えられ、それは、上述した本願発明者による耐火試験の結果からも立証されている。尚、有機粉末を短繊維形状とした場合には、長さ２〜４ｍｍ、径１０〜１００μｍ程度の大きさで、混入量１〜１０ｋｇ／ｍ３を目安に０．０５〜１．０体積％となるようにするのが好ましい。
【００６４】
このようにして、低融点の有機物を粉末状にして混入するので、コンクリート練り混ぜ時に均一に混ざりやすく、ムラができにくい。したがって、高強度コンクリート全体に均一な耐爆裂性を持たせることができるとともに、必要最小限の有機物の混入で無駄なく高強度コンクリート全体に耐爆裂性を持たせることができる。そのため、高強度コンクリートの強度低下の虞も少ないと考えられるので、有機物を混入することによる高強度コンクリートの強度への影響を少なくすることができる。また、打設前の高強度コンクリートの流動性が低下する虞も少なく、コンクリート打設時の作業性が低下してしまう虞が少ない。
【００６５】
次に、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第２実施例について説明する。図３は、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第２実施例の構造を模式的に示した断面図である。
【００６６】
上記の第１実施例と同様に、耐爆裂性高強度コンクリート１は、水結合材比が３０％未満で圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２以上の一般的に超高強度コンクリートと呼ばれるものである。耐爆裂性高強度コンクリート１は、コンクリート練り混ぜ時の水分が、水３としてわずかながら残留している。また、耐爆裂性高強度コンクリート１には、有機物を粉末状に加工した有機粉末２が、その表層部にのみ均一に混入されている。
【００６７】
図４は、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第２実施例の構造を模式的に示した断面図であり、耐爆裂性高強度コンクリート１が火災等の高温度環境下にさらされ、有機粉末２が溶けた状態を示したものである。
【００６８】
上記の第１実施例と同様に、耐爆裂性高強度コンクリート１が火災等の高温度環境下にさらされることによって、表層部にのみ均一に混入された有機粉末２は、融点に達して溶けて体積が減少する。有機粉末２の体積減少によって、有機粉末２が占有していた部分に空隙４が形成される。有機粉末２が体積減少して表層部にできた空隙４によって、上記第１実施例と同様に表層部が爆裂に至る虞を少なくすることができる。
【００６９】
このようにして、低融点の有機物を粉末状にして、表層部にのみ混入するので、高強度コンクリートの表層部に均一な耐爆裂性を持たせることができるとともに、必要最小限の有機物の混入で無駄なく高強度コンクリート全体に耐爆裂性を持たせることができる。そのため、高強度コンクリートの強度低下の虞も少ないと考えられるので、有機物を混入することによる高強度コンクリートの強度への影響を少なくすることができる。
【００７０】
そして、当然の事ながら、第１実施例に示した耐爆裂性高強度コンクリート１と、第２実施例に示した耐爆裂性高強度コンクリート１とでは、構造が異なるので製造方法が異なることになる。以下、つづいて、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法について、前述の第１実施例及び第２実施例と対応させて説明する。
【００７１】
図５は、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法を示したものであり、第１実施例に示した「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法の概略工程を示したフローチャートである。
【００７２】
まず、加工工程として、ＰＰ等の有機化合物を有機粉末２に加工する。具体的には、前述したように、レジンの状態から液化窒素を冷媒とした超低温凍結粉砕によって、粒径が５０〜２００μｍの大きさの粒子に加工して有機粉末２を作る（ステップＳ１）。次に、混合工程として、有機粉末２とセメント材料等とを均一に混合する（ステップＳ２）。有機粉末２とセメント材料等は、互いに乾燥した粉末状なので混ざりやすく、容易に均一に混合することができる。つづいて、練り混ぜ工程として、ステップＳ２において均一に混合した有機粉末２とセメント材等に、水等を加えて練り混ぜる（ステップＳ３）。この練り混ぜ工程は、コンクリートミキサー車やプラントミキサー等、通常のコンクリートの練り混ぜ工程と同様で良い。そして、打設工程として、通常の打設工程と同様に、打ち込み型枠等に打設する（ステップＳ４）。有機物を粒径が５０〜２００μｍの大きさの有機粉末２に加工して混入しているので、打設時の流動性低下の虞が少なく、従来の高強度コンクリートと同様に打設することができる。
【００７３】
このようにして、有機粉末２を均一に混入した耐爆裂性高強度コンクリート１（第１実施例）を製造することができる。有機粉末２とセメント材料等は、互いに乾燥した粉末状なので混ざりやすく、練り混ぜ工程の前に、有機粉末２とセメント材料等とを均一に混合することによって、容易に均一に混合することができる。また、有機物を有機粉末２に加工し、セメント材等と均一に混入した後は、通常の高強度コンクリートと同じ工程なので、現場の打設作業時に特別な作業工程を必要とせずに耐爆裂性高強度コンクリート１を製造することができる。
【００７４】
図６は、本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法を示したものであり、第２実施例に示した「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法の概略工程を示したフローチャートである。
【００７５】
ステップＳ１１に示した加工工程は、前述のステップＳ１に示した加工工程と同様なので、説明は省略する。次に、又は加工工程と平行して、型枠製造工程として、打ち込み型枠等の耐爆裂性高強度コンクリート１を打設するための型枠を製造する（ステップＳ１２）。つづいて、散布工程として、有機粉末２を打ち込み型枠内に均一に散布する（ステップＳ１３）。そして、打設工程として、通常の打設工程と同様に、打ち込み型枠等に打設する（ステップＳ１４）。練り混ぜ時に有機粉末２を混入しないので、打設時の流動性低下の虞がなく、従来の高強度コンクリートと同様に打設することができる。
【００７６】
このようにして、有機粉末２を表層部にのみ均一に混入した耐爆裂性高強度コンクリート１（第２実施例）を製造することができる。セメント材等の練り混ぜ工程が、通常の高強度コンクリートと同様で良く、現場の打設作業時に有機粉末２を打ち込み型枠内に散布するだけで良いので、簡略な作業工程で耐爆裂性高強度コンクリート１を製造することができる。
【００７７】
また、さらに、他の実施例としては、練り混ぜ工程後に、有機粉末２を混入して製造した「耐爆裂性高強度コンクリート」が挙げられ、そのような態様においても本願発明の実施は可能であり、本願発明による作用効果を得ることができるものである。
【００７８】
さらに、他の実施例としては、上記各実施例に加えて、表層部に低融点の有機繊維が略均一に混入されているものが挙げられる。火災等の高温度環境下にさらされることによって、有機繊維が体積減少し、それによって、より多くの空隙が耐爆裂性高強度コンクリート１の表層部に形成されることになるので、より耐爆裂性を向上させる効果が期待できるものである。
【００７９】
尚、本願発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本願発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【００８０】
【発明の効果】
本願発明によれば、表面を断熱材等で覆うことなく、かつ、強度の低下や不均一、及び打設時の流動性低下の虞が少なく、従来の打設工程とほとんど変わらない工程で打設可能な耐爆裂性高強度コンクリートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示した断面図である。
【図２】本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示した断面図であり、耐爆裂性高強度コンクリートが火災等の高温度環境下にさらされ、有機粉末が溶けた状態を示したものである。
【図３】本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第２実施例の構造を模式的に示した断面図である。
【図４】本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の第２実施例の構造を模式的に示した断面図であり、耐爆裂性高強度コンクリートが火災等の高温度環境下にさらされ、有機粉末が溶けた状態を示したものである。
【図５】本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法を示したものであり、第１実施例に示した「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法の概略工程を示したフローチャートである。
【図６】本願発明に係る「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法を示したものであり、第２実施例に示した「耐爆裂性高強度コンクリート」の製造方法の概略工程を示したフローチャートである。
【図７】本発明者が実施した耐火試験における試験体の仕様の一覧表である。
【図８】本発明者が実施した耐火試験における有機粉末物性の一覧表である。
【図９】本発明者が実施した耐火試験における高強度コンクリートの調合を示した表である。
【図１０】本発明者が実施した耐火試験における高強度コンクリートの使用材料の一覧表である。
【図１１】本発明者が実施した耐火試験における試験体の形状・寸法を示した平面図である。
【図１２】本発明者が実施した耐火試験における試験体の形状・寸法を示した正面図である。
【図１３】本発明者が実施した耐火試験で使用した耐火炉の仕様を示した表である。
【図１４】本発明者が実施した耐火試験における加熱後の試験体の外観観察結果を示した表である。
【図１５】「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示したものである。
【図１６】「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示したものであり、加熱によって形成された空隙とコンクリートとの相互関係を概念的に示したものである。
【図１７】「耐爆裂性高強度コンクリート」の第１実施例の構造を模式的に示したものであり、加熱によって形成された空隙と膨張するコンクリートとの相互関係を概念的に示したものである。
【符号の説明】
１　　耐爆裂性高強度コンクリート
２　　有機粉末
３　　水
４　　空隙
５　　鉄筋
【図１】
2004026631.tif 000003
【図２】
2004026631.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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