(57)【要約】【課題】確実に裏面剥離、貫通を抑制可能な繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造を提供する。【解決手段】繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造であって、繊維補強コンクリートを、その圧縮じん性係数が２０Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が１．０Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは圧縮じん性係数が９Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が３．０Ｎ／ｍｍ２以上として形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造であって、
前記繊維補強コンクリートは、その圧縮じん性係数が２０Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が１．０Ｎ／ｍｍ２以上、
あるいは圧縮じん性係数が９Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が３．０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする耐衝撃構造。
【請求項２】
請求項１記載の耐衝撃構造において、
前記繊維補強コンクリートに、繊維径が０．０１〜１．０ｍｍ、繊維長さが５〜３０ｍｍ、繊維の引張強度が３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の合成樹脂繊維が使用されていることを特徴とする耐衝撃構造。
【請求項３】
請求項２記載の耐衝撃構造において、
前記合成樹脂繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコールのいずれかの合成樹脂を用いて形成されていることを特徴とする耐衝撃構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の耐衝撃構造において、
ポリプロピレンの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．０５ｍｍ、繊維長さを１０〜３０ｍｍ、繊維混入率を０．５〜１．０ｖｏｌ％となるように、
ポリエチレンテレフタレートの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．７ｍｍ、繊維長さを３０ｍｍ、繊維混入率を１．０〜２．０ｖｏｌ％となるように、
前記繊維補強コンクリートが前記合成樹脂繊維を混入して形成されていることを特徴とする耐衝撃構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機、自動車、列車、あるいは爆発事故や竜巻などによる飛来物がコンクリート構造物（コンクリート構造部材）に衝突することにより、コンクリート構造物には、曲げ破壊あるいはせん断破壊といった全体的な破壊や、表面破壊、裏面剥離、貫通などの局部的な破壊が生じる。また、局部破壊のうち、裏面剥離や貫通が生じると、構造物内部に存在する人や設備、物品等にも被害が及ぶことになる。このため、裏面剥離や貫通を抑制し、構造物内部に存在する人や設備、物品等への被害を防止できるようにすることが求められる。
【０００３】
これに対し、裏面剥離や貫通を抑制する方法としては、部材厚さを厚くする方法、裏面を鋼板やシート状の材料で補強する方法、繊維補強コンクリートを使用してコンクリート構造物を形成する方法などが提案、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２４６７６号公報
【特許文献２】特開２００６−０８９２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、上記の裏面剥離や貫通を抑制する方法のうち、特に繊維補強コンクリートを使用して裏面剥離、貫通を抑制する対策においては、未だ、系統的な設計が可能なほど、データや知見が蓄積されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、確実に裏面剥離、貫通を抑制可能な繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造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】
【０００７】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００８】
本発明の耐衝撃構造は、繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造であって、前記繊維補強コンクリートは、その圧縮じん性係数が２０Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が１．０Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは圧縮じん性係数が９Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が３．０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の耐衝撃構造においては、前記繊維補強コンクリートに、繊維径が０．０１〜１．０ｍｍ、繊維長さが５〜３０ｍｍ、繊維の引張強度が３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の合成樹脂繊維が使用されていることが望ましい。
【００１０】
さらに、本発明の耐衝撃構造においては、前記合成樹脂繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコールのいずれかの合成樹脂を用いて形成されていることがより望ましい。
【００１１】
また、本発明の耐衝撃構造において、ポリプロピレンの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．０５ｍｍ、繊維長さを１０〜３０ｍｍ、繊維混入率を０．５〜１．０ｖｏｌ％となるように、ポリエチレンテレフタレートの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．７ｍｍ、繊維長さを３０ｍｍ、繊維混入率を１．０〜２．０ｖｏｌ％となるように、前記繊維補強コンクリートが前記合成樹脂繊維を混入して形成されていることがさらに望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の耐衝撃構造においては、繊維補強コンクリートの圧縮じん性係数が２０Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が１．０Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは、圧縮じん性係数が９Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が３．０Ｎ／ｍｍ２以上であると、確実に、裏面剥離や貫通の局部破壊を抑制する効果を高くすることができる。
【００１３】
さらに、繊維補強コンクリートに、繊維径が０．０１〜１．０ｍｍ、繊維長さが５〜３０ｍｍ、繊維の引張強度が３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の合成樹脂繊維を使用し、また、合成樹脂繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコールのいずれかの合成樹脂を用いて形成されていることにより、より確実に局部破壊の抑制効果を高くすることができる。
【００１４】
さらに、ポリプロピレンの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．０５ｍｍ、繊維長さを１０〜３０ｍｍ、繊維混入率を０．５〜１．０ｖｏｌ％となるように、ポリエチレンテレフタレートの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．７ｍｍ、繊維長さを３０ｍｍ、繊維混入率を１．０〜２．０ｖｏｌ％となるように、繊維補強コンクリートが形成されていると、さらに確実に局部破壊の抑制効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる耐衝撃構造の繊維補強コンクリートの優位性を確認するために行った実証試験における試験体を示す図である。
【図２】実証試験の各試験体の圧縮タフネス試験結果を示す図である。
【図３】実証試験の各試験体の曲げタフネス試験結果を示す図である。
【図４】実証試験から得た各試験体の圧縮じん性係数と曲げじん性係数を比較した図である。
【図５】実証試験の高速衝突実験で使用した高圧空気式飛翔体発射装置を示す図である。
【図６】プレーンコンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図７】鉄筋を配筋して形成したプレーンコンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図８】ＰＰ２０−０５の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図９】ＰＰ３０−０５の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図１０】ＰＰ１０−１０の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図１１】ＰＰ２０−１０の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図１２】ＰＰ３０−１０の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図１３】ＰＴ３０−１０の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【図１４】ＰＴ３０−２０の繊維補強コンクリート板の高速衝突実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図１４を参照し、本発明の一実施形態に係る耐衝撃構造について説明する。
【００１７】
まず、本実施形態の耐衝撃構造は、繊維補強コンクリートを使用してなる耐衝撃構造であって、例えば自動車などが衝突した際に、内部に存在する人や設備、物品等に被害が生じないように、裏面剥離や貫通の発生を抑制できるように設計された耐衝撃構造である。
【００１８】
より具体的に、本実施形態の耐衝撃構造において、繊維補強コンクリートは、その圧縮じん性係数が２０Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が１．０Ｎ／ｍｍ２以上である。あるいは、繊維補強コンクリートは、その圧縮じん性係数が９Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が３．０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００１９】
また、繊維補強コンクリートに、繊維径が０．０１〜１．０ｍｍ、繊維長さが５〜３０ｍｍ、繊維の引張強度が３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の合成樹脂繊維が使用されている。さらに、合成樹脂繊維は、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコールのいずれかの合成樹脂を用いて形成されている。
【００２０】
さらに、ポリプロピレンの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．０５ｍｍ、繊維長さを１０〜３０ｍｍ、繊維混入率を０．５〜１．０ｖｏｌ％となるように、ポリエチレンテレフタレートの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．７ｍｍ、繊維長さを３０ｍｍ、繊維混入率を１．０〜２．０ｖｏｌ％となるように、繊維補強コンクリートが合成樹脂繊維を混入して形成されている。
【００２１】
ここで、本発明にかかる繊維補強コンクリートひいては耐衝撃構造の優位性を確認するために行なった実証試験について説明する。また、この実証試験としては、本発明にかかる繊維補強コンクリートひいては耐衝撃構造の優位性を確認するために、繊維補強コンクリートの破壊における基礎的な材料特性を確認する材料試験と、高圧空気式飛翔体発射装置を用いて飛翔体を試験体に衝突させ、試験体の破壊状況を確認する高速衝突実験を行った。
【００２２】
はじめに、試験体について説明する。
短繊維による補強効果を確認するため、コンクリートに混入する短繊維の種類、長さ、混入率を変化させて、複数のコンクリート板を試験体として製作した。また、短繊維を混入していないプレーンコンクリート板も比較の試験体として用意した。プレーンコンクリート板においては、無筋で製作したもの（ＰＬＡＩＮ）と、鉄筋を配筋して製作したもの（ＲＣ：ＰＬＡＩＮ）を用意した。
【００２３】
より具体的に、各試験体は、表１に示すセメント、骨材、混和剤、繊維を用いて製作した。また、繊維には、主たる検討材料としてポリプロピレンの合成樹脂繊維（以下、ＰＰと称する）を用い、比較のためにポリエチレンテレフタレートの合成樹脂繊維（以下、ＰＴと称する）を用いた。また、繊維の長さは１０〜３０ｍｍ、混入率は０．５〜２．０ｖｏｌ％としてコンクリート体積の外割りで所定量を混入した。
各試験体の調合は表２に示す通りであり、また、表２に、各試験体の圧縮強度の測定結果を示している。
【００２４】
【表１】
2013256403.tif 000002
【００２５】
【表２】
2013256403.tif 000003
【００２６】
また、図１に示す通り、試験体１は、その形状寸法が５００ｍｍ×５００ｍｍ×８０ｍｍ（縦×横×厚さ）のコンクリート板としている。なお、試験体１の表面（衝突面）の中央及び裏面（非衝突面）の複数位置に、衝突時のひずみを計測するためのひずみゲージ（ゲージ長３０ｍｍ）を貼り付けている。
【００２７】
また、表２の調合ごとのコンクリート板（ＰＰ、ＰＴ）及びプレーンコンクリート板（ＰＬＡＩＮ）をそれぞれ２枚ずつ試験体として製作し、各試験体は、コンクリート打設後２８日間、２０℃の水中で養生し、その後は、高速衝突実験に供するまで気中で養生した。
【００２８】
次に、材料試験について説明する。
この材料試験では、繊維補強コンクリートの破壊における基礎的な材料特性として、圧縮タフネス試験と曲げタフネス試験を実施した。図２に圧縮タフネス試験結果、図３に曲げタフネス試験結果、図４に圧縮じん性係数と曲げじん性係数の比較を示す。
【００２９】
図２に示すように、圧縮タフネス試験では、ＰＬＡＩＮとＰＴでは試験体が最大荷重に達した直後に破壊したが、ＰＰでは最大荷重後の軟化曲線が得られることが確認された。また、ＰＰでは、ＰＰ１０−１０とＰＰ３０−１０の圧縮じん性係数が同程度になることが確認された。さらに、ＰＰ２０とＰＰ３０では、繊維長が長く繊維混入率が高いほど、圧縮じん性係数が大きくなることが確認された。
【００３０】
図３に示すように、曲げタフネス試験では、ＰＬＡＩＮが最大荷重に達した直後に破壊したが、ＰＰとＰＴではいずれも最大荷重後に軟化・硬化挙動を示すことが確認された。また、最大荷重後のＰＰの曲線は、最大荷重の１／３程度まで急激に荷重が低下した後、緩やかに軟化する傾向が見られた。一方、ＰＴでは、最大荷重後に荷重が低下するものの、ひずみが大きくなるに従い緩やかな荷重の増加が見られた。
【００３１】
また、図４に示すように、曲げじん性係数は、繊維混入率が高いほど大きくなる傾向が確認された。
【００３２】
次に、高速衝突実験について説明する。
高速衝突実験では、図５に示す高圧空気式飛翔体発射装置２を使用した。この装置２は、圧縮器（エアコンプレッサー）３と増圧器４とエアチャンバー５と、長さ１２ｍ、内径３５ｍｍの発射管６とを備えて構成されており、圧縮空気で飛翔体を発射、加速するものである。そして、本実験では、直径２５ｍｍ、質量５０ｇで、先端形状が半球形の鋼製（ＳＳ４００）の剛飛翔体を使用した。衝突速度は、繊維補強していないＰＬＡＩＮのコンクリート板で表面破壊を生じる速度である２１５ｍ／ｓ、裏面剥離を生じる速度である３１５ｍ／ｓの２水準とした。
【００３３】
図６から図１４は、高速衝突実験後の各試験体１の表面１ａ、裏面１ｂ、切断面の状況を示している。この図６及び図７に示すように、ＰＬＡＩＮの破壊性状は、計画通り、衝突速度２１５ｍ／ｓに対して表面破壊、衝突速度３１５ｍ／ｓに対して裏面剥離が発生している。
【００３４】
また、図８から図１４に示すように、繊維補強した試験体１では、衝突速度２１５ｍ／ｓと３１５ｍ／ｓの双方で表面破壊を生じたが、衝突速度が３１５ｍ／ｓであっても裏面剥離は生じないことが確認された。この結果から、繊維補強は裏面剥離の抑制に効果があることが実証された。
【００３５】
この一方で、衝突速度２１５ｍ／ｓでは試験体１内の切断面に顕著なひび割れは観察されなかったが、一部の繊維補強した試験体１では、衝突速度３１５ｍ／ｓでは板内部から裏面近くまで斜め方向に延びるひび割れ（以下、斜めひび割れという）が観察された。
【００３６】
そして、この斜めひび割れの進展度合いから判断した破壊状況を、繊維の長さ、径、混入率で比較すると、次のような傾向が導出された。ここで、破壊の程度は、「破壊小＜破壊大」として示す。
・繊維長さの比較：ＰＰ３０−１０≒ＰＰ１０−１０＜Ｐ２０−１０
・繊維太さの比較：ＰＰ３０−１０＜ＰＴ３０−１０≒ＰＴ３０−２０
・混入率の比較：ＰＰ２０−１０＜ＰＰ２０−０５、ＰＰ３０−１０＜ＰＰ３０−０５、ＰＴ３０−２０＜ＰＴ３０−１０
【００３７】
繊維長さの比較では、ＰＰ２０−１０が他に比べて斜めひび割れが進展していたためであり、繊維長さの影響をより定性的に把握するためには、さらに実験データを蓄積する必要があると判断された。
【００３８】
繊維太さの比較では、繊維の細いＰＰの方が太いＰＴに比べて明らかに斜めひび割れの進展程度が小さいことが確認された。また、同体積の繊維を混入する場合、細い繊維を使用した方がマトリクス中の繊維本数が多くなり、マトリクス部分に生じるひび割れを分散させる効果があると推察された。
【００３９】
混入率の比較では、混入率が高いほど斜めひび割れの進展が小さいことが確認された。
【００４０】
また、衝突速度３１５ｍ／ｓで実験した試験断面の観察において、ＰＴ３０−１０やＰＴ３０−２０の斜めひび割れはＰＰシリーズに比べて内部で進展していることが確認された。また、ＰＰシリーズでは繊維混入率が高いほど、ひび割れの進展が抑制されることが確認された。
【００４１】
これらの結果とコンクリートの材料試験で得られた圧縮じん性とを照らし合わせると、圧縮じん性が大きいと斜めひび割れの抑制効果が高くなることが確認された。一方、ＰＴシリーズの曲げじん性がＰＰシリーズに比べて大きかったにもかかわらず、ＰＴシリーズの方の斜めひび割れが進展していた。この結果は、曲げじん性の向上が斜めひび割れの抑制効果の向上に直結しない可能性を示唆している。
【００４２】
上記の結果から、繊維が細いほど、混入率が高いほど、局部破壊の抑制効果は高くなるものと判断された。
【００４３】
また、本実施形態の耐衝撃構造のように、繊維補強コンクリートの圧縮じん性係数が２０Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が１．０Ｎ／ｍｍ２以上、あるいは、圧縮じん性係数が９Ｎ／ｍｍ２以上かつ曲げじん性係数が３．０Ｎ／ｍｍ２以上であると、確実に局部破壊の抑制効果を高くすることができる。
【００４４】
さらに、繊維補強コンクリートに、繊維径が０．０１〜１．０ｍｍ、繊維長さが５〜３０ｍｍ、繊維の引張強度が３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の合成樹脂繊維を使用し、また、合成樹脂繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコールのいずれかの合成樹脂を用いて形成されていることにより、より確実に局部破壊の抑制効果を高くすることができる。
【００４５】
さらに、ポリプロピレンの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．０５ｍｍ、繊維長さを１０〜３０ｍｍ、繊維混入率を０．５〜１．０ｖｏｌ％となるように、ポリエチレンテレフタレートの合成樹脂繊維を使用する場合には、繊維径を０．７ｍｍ、繊維長さを３０ｍｍ、繊維混入率を１．０〜２．０ｖｏｌ％となるように、繊維補強コンクリートが形成されていると、さらに確実に局部破壊の抑制効果を高くすることができる。
【００４６】
以上、本発明に係る耐衝撃構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１      試験体（コンクリート）
１ａ    表面
１ｂ    裏面
２      高圧空気式飛翔体発射装置
３      圧縮器
４      増圧器
５      エアチャンバー
６      発射管
【図１】
2013256403.tif 000004
【図２】
2013256403.tif 000005
【図３】
2013256403.tif 000006
【図４】
2013256403.tif 000007
【図５】
2013256403.tif 000008
【図６】
2013256403.tif 000009
【図７】
2013256403.tif 000010
【図８】
2013256403.tif 000011
【図９】
2013256403.tif 000012
【図１０】
2013256403.tif 000013
【図１１】
2013256403.tif 000014
【図１２】
2013256403.tif 000015
【図１３】
2013256403.tif 000016
【図１４】
2013256403.tif 000017