(57)【要約】【課題】爆裂抑制作用を適切に確保することが可能な高強度・超高強度コンクリートおよび高強度・超高強度コンクリート構造体を提供する。【解決手段】高強度・超高強度コンクリートに、４５０℃までの加熱で溶融・気化する際に熱を吸収する潜熱作用で、高温環境下に晒されるコンクリート体の時間に対する温度上昇割合を鈍化させる潜熱作用発現材料を混入した。潜熱作用発現材料としては、熱分解温度が４５０℃よりも低い高分子化合物であることが好ましい。柱や梁、壁などの構造体を構成する外殻ＰＣａコンクリート部材を、上記高強度・超高強度コンクリートで形成する。高強度・超高強度コンクリート構造体は、外殻ＰＣａコンクリート部材により形成される空間内に、普通コンクリートよりも高強度のコンクリートが打設充填されて、外殻ＰＣａコンクリート部材が表層部に一体化されて形成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
４５０℃までの加熱で溶融・気化する際に熱を吸収する潜熱作用で、高温環境下に晒されるコンクリート体の時間に対する温度上昇割合を鈍化させる潜熱作用発現材料を混入したことを特徴とする高強度・超高強度コンクリート。
【請求項２】
前記潜熱作用発現材料が、熱分解温度が４５０℃よりも低い高分子化合物であることを特徴とする請求項１に記載の高強度・超高強度コンクリート。
【請求項３】
柱や梁、壁などの構造体を構成する外殻ＰＣａコンクリート部材が請求項１に記載の高強度・超高強度コンクリートで形成されていることを特徴とする高強度・超高強度コンクリート構造体。
【請求項４】
前記外殻ＰＣａコンクリート部材により形成される空間内に、普通コンクリートよりも高強度のコンクリートが打設充填されて、当該外殻ＰＣａコンクリート部材が表層部に一体化されて形成されることを特徴とする請求項３に記載の高強度・超高強度コンクリート構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、爆裂抑制作用を適切に確保することが可能な高強度・超高強度コンクリートおよび高強度・超高強度コンクリート構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート中におけるセメント、スラグ、フライアッシュ、シリカフューム等、コンクリート中で水和反応する結合材量に対する水量の比率を小さくすると、高強度のコンクリートが得られる。しかしながら、水の含有量を低下させてコンクリートを高強度化すると、火災時など高温環境下で、コンクリートはその表面で爆裂し易くなることが知られており、その原因は水蒸気圧や熱応力等によるものといわれている。高強度コンクリートや超高強度コンクリートが火害を受けた際の爆裂を防止する技術として、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、樹脂系の繊維を混入することが一般的になりつつある。
【０００３】
特許文献１は、プレキャストコンクリート製の打ち込み型枠により形成されるコンクリート打設空間内に高強度コンクリートを打設充填することによって、打ち込み型枠が表層部に一体化された状態で形成される柱、梁、壁のコンクリート構造体であって、打ち込み型枠を、普通コンクリートよりも高強度のコンクリートに、ポリプロピレン等のプラスチック短繊維を混練して形成したものである。その爆裂防止原理は、打ち込み型枠にプラスチック短繊維を混入することにより、コンクリートの結合強度を高めるというものである。
【０００４】
特許文献２は、５００℃に加熱したときの重量残存率が３０％以下である有機材料よりなる有機繊維を、０．２容量％以下含有するようにした耐爆裂性の高強度コンクリートであって、高強度コンクリートに混入した有機繊維が高温に晒されることで体積が減少し、そのことで生じる空隙がコンクリート内部の水蒸気圧上昇を緩和することで爆裂が防止されるというものである。
【特許文献１】特開平８−１８９０８０号公報
【特許文献２】特許第３５８４１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記原理に基づく爆裂防止メカニズムには次のような疑問があり、十分な爆裂防止作用を確保できないおそれがあるという課題があった。繊維に用いられているポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂類は、１００℃前後で軟化、融解が始まり、二百数十℃から三百数十℃で熱分解するため、火害を受けた際の繊維は、特許文献１のようにコンクリートの結合強度を高める働きを果たすことはできず、コンクリートの爆裂を防止する効果を奏し得ない。また、爆裂の原因として、火害によるコンクリート中の水蒸気圧上昇が挙げられているが、実際のところ爆裂のメカニズムはいまもって明らかではない。
【０００６】
他方、有機繊維やプラスチック繊維を混入した高強度コンクリートでは、繊維の混入によりコンクリートのワーカビリティが低下し、現場でのコンクリート打設作業性が著しく悪くなる。一方、これを改善するために、高性能ＡＥ減水材の添加量を増やすなどの手段が取られているが、高性能ＡＥ減水材の添加量の増加によりコストが著しく割高になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、爆裂抑制作用を適切に確保することが可能な高強度・超高強度コンクリートおよび高強度・超高強度コンクリート構造体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】
【０００８】
本発明にかかる高強度・超高強度コンクリートは、４５０℃までの加熱で溶融・気化する際に熱を吸収する潜熱作用で、高温環境下に晒されるコンクリート体の時間に対する温度上昇割合を鈍化させる潜熱作用発現材料を混入したことを特徴とする。
【０００９】
前記潜熱作用発現材料が、熱分解温度が４５０℃よりも低い高分子化合物であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる高強度・超高強度コンクリート構造体は、柱や梁、壁などの構造体を構成する外殻ＰＣａコンクリート部材が請求項１に記載の高強度・超高強度コンクリートで形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記外殻ＰＣａコンクリート部材により形成される空間内に、普通コンクリートよりも高強度のコンクリートが打設充填されて、当該外殻ＰＣａコンクリート部材が表層部に一体化されて形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる高強度・超高強度コンクリートおよび高強度・超高強度コンクリート構造体にあっては、爆裂抑制作用を適切に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる高強度・超高強度コンクリートおよび高強度・超高強度コンクリート構造体の好適な一実施形態を詳細に説明する。本実施形態にかかる高強度・超高強度コンクリートは基本的には、４５０℃までの加熱で溶融・気化する際に熱を吸収する潜熱作用で、高温環境下に晒されるコンクリート体の時間に対する温度上昇割合を鈍化させる潜熱作用発現材料を混入したものである。
【００１４】
本発明者が鋭意検討したところによれば、高強度コンクリートや超高強度コンクリートが爆裂するか否かは、コンクリートの温度上昇割合、すなわち単位時間当たりの昇温温度に依存することが確認された。すなわち、図１は、縦軸に温度を、横軸に加熱時間をとって、通常の一般的な高強度コンクリートにおける表面温度の時間的変化と爆裂発生の有無との関係を示したグラフである。温度上昇が急激であれば、４００℃〜５００℃程度で爆裂する（実線参照）が、温度上昇が緩やかであれば、７００℃に達しても爆裂は生じない（破線参照）という傾向が見出された。このことから、爆裂抑制作用は、従来考えられていた原理だけではなく、温度上昇割合と深い因果関係があると考えられる。例えば、コンクリートに繊維を混入する技術では、加熱作用で当該繊維素材が溶融化したり、気化したりすると考えられるが、その際に潜熱がコンクリート体から奪われて温度上昇率が緩和され、その結果として、爆裂現象が抑制されたり、防止されたりするものと考えることができる。
【００１５】
本発明者はこのような知見に基づき、急激な温度上昇の場合には爆裂すると想定される４００〜５００℃、具体的には４５０℃までの昇温過程で爆裂抑制作用に有効に働く材料を高強度コンクリートや超高強度コンクリートに混入すればよいとの点に着目して本実施形態を完成したものである。
【００１６】
潜熱作用発現材料の例としては、ショウノウ、ナフタリン、硫黄、若しくは熱分解温度が４５０℃よりも低い高分子化合物を挙げることができる。ショウノウは、融点が約１７０℃、気化温度が約２０９℃である。ナフタリンは、融点が約８１℃、気化温度が約２１８℃である。また、硫黄（斜方）は、融点が約１１３℃、気化温度が約４４５℃である。さらに、熱分解温度が４５０℃よりも低い高分子化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニール、一般飽和ポリエステル樹脂、セルロイド、一般フェノール樹脂、一般不飽和ポリエステル樹脂、一般エポキシ樹脂、ポリウレタンなどを挙げることができ、非結晶性樹脂、結晶性樹脂あるいは熱硬化性樹脂であるか否かを問わない。
【００１７】
これら潜熱作用発現材料を、粒状や短繊維状にして、高強度コンクリートや超高強度コンクリートの混練材料に添加し、コンクリート体内に分散させて混入する。配合割合については、適宜に設定すればよい。要するに、これら潜熱作用発現材料を、コンクリート体の必要強度を損なうことなく、時間に対する温度上昇割合（温度上昇速度）の鈍化作用が発揮されるように、高強度コンクリートや超高強度コンクリートに混入すればよい。
【００１８】
本実施形態にかかる高強度・超高強度コンクリートの作用について説明すると、作製されたコンクリート体が火害に晒されて、コンクリート体の表面およびその内部の温度が上昇していく際、コンクリート内に混入され分散された潜熱作用発現材料は、加熱で溶融され、さらに気化される。潜熱作用発現材料は、溶融時、また気化時に、その状態変化に伴ってコンクリート体から吸熱し、コンクリート体の温度上昇速度を減速させることになる。これにより、表面であれ内部であれ、コンクリート体の温度上昇プロセスを緩やかなものとすることができて、急激な温度上昇で起こると想定される高強度コンクリートもしくは高強度コンクリートの爆裂作用を抑制することができる。このような潜熱による温度上昇抑制作用の観点からすれば、コンクリート作製時の潜熱作用発現材料の分散性やコンクリートの流動性を確保できれば、潜熱作用発現材料としてその形状は問われない。
【００１９】
また、潜熱作用発現材料は、その溶解や気化に際して潜熱を奪うだけでなく、それに伴って流出または散逸して、コンクリート体に対し、具体的には当該材料自身に、「巣」のような微細な細孔が各所に形成されることとなり、この細孔によって水蒸気圧の上昇を抑制・緩和する作用も発揮し得ると考えられる。特に、コンクリート体の温度が急激に上昇すればそれに伴って水蒸気圧も急激に上昇するが、潜熱作用発現材料が潜熱の吸収により急激な温度上昇を抑制する作用を発揮することで、当該水蒸気圧の急激な上昇も同時に抑制されることにもなり、すなわちコンクリート体内の温度および圧力双方の急激な上昇度合を緩和することができるものと考えられ、これによって効果的な爆裂抑制作用を得ることができる。
【００２０】
このように爆裂抑制作用を持つ高強度コンクリートや超高強度コンクリートであれば、火害に晒されるコンクリート体の表面であっても好ましく適用することができ、本実施形態にあっては、柱や梁、壁等に適用される周知の外殻ＰＣａコンクリート部材が当該高強度・超高強度コンクリートで形成される。
【００２１】
従来にあっては、これら外殻ＰＣａコンクリート部材は、内部に高強度・超高強度コンクリートが打設される打ち込み型枠として、爆裂を生じない普通コンクリートによって形成されていたが、本実施形態にかかる潜熱作用発現材料を混入した高強度コンクリートや超高強度コンクリートによっても外殻ＰＣａコンクリート部材を形成することができるようになり、様々な部位に好ましく適用することができる。
【００２２】
図２は、本実施形態にかかる潜熱作用発現材料を混入した高強度・超高強度コンクリートによって形成した柱用外殻ＰＣａコンクリート部材１および梁用外殻ＰＣａコンクリート部材２の斜視図である。
【００２３】
これら外殻ＰＣａコンクリート部材１，２として、内部に剪断補強筋３を埋設した形態のものが例示されている。本実施形態にかかる潜熱作用発現材料を混入した高強度・超高強度コンクリートによる外殻ＰＣａコンクリート部材１，２にあっては、爆裂抑制作用を期待することができるので、当該外殻ＰＣａコンクリート部材１，２により形成される空間４内に、普通コンクリート、高強度・超高強度コンクリート、あるいは潜熱作用発現材料を混入した本実施形態にかかる高強度・超高強度コンクリートを打設充填することで、当該外殻ＰＣａコンクリート部材１，２が表層部に一体化された、爆裂抑制作用を奏する柱や梁などの高強度・超高強度コンクリート構造体が形成される。またこのような外殻ＰＣａコンクリート部材をプレート状に形成して、壁や床などに適用してもよいことはもちろんである。
【００２４】
特に、潜熱作用発現材料を混入した当該外殻ＰＣａコンクリート部材１，２を予め形成しておき、この外殻ＰＣａコンクリート部材１，２により形成される空間４内に、潜熱作用発現材料を混入していないコンクリートを打設充填するようにすれば、現場でのコンクリート打設時の施工性を損なうことがない。また、この際、打設充填されるコンクリートとしては、潜熱作用発現材料が混入されず、従って当該潜熱作用発現材料の混入に伴うワーカビリティ低下を改善するための高価な高性能ＡＥ減水材の添加量を増やす必要がないので、コストアップを極力抑えることができる。
【００２５】
外殻ＰＣａコンクリート部材１，２は一般に薄肉に形成されるものであり、潜熱作用発現材料を、柱や梁などの構造体の一部（表層部）となる当該外殻ＰＣａコンクリート部材１，２を形成する高強度・超高強度コンクリートに混入するだけで、効果的な爆裂抑制作用を得ることができ、経済的である。
【００２６】
外殻ＰＣａコンクリート部材１，２を本実施形態にかかる潜熱作用発現材料を混入した高強度・超高強度コンクリートで形成すれば、普通コンクリートよりも優れるこれら高強度コンクリートや超高強度コンクリートの利点を活かして、例えば、構造物の高層化・長大化に対応したコンクリート製構造体を構築する際に有利に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる高強度・超高強度コンクリートの好適な実施形態を説明するための、通常の一般的な高強度コンクリートにおける爆裂発生傾向を示すグラフ図である。
【図２】本発明にかかる高強度・超高強度コンクリート構造体を形成するのに適用される柱用および梁用外殻ＰＣａコンクリート部材の一例を示す斜視図である。
【図１】
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【図２】
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