(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの表面に爆裂により生じる剥離深さを予測するための方法であって、
前記コンクリートを構成するモルタル内部において加熱時に生じる水蒸気圧により前記モルタル内部に発生することが予想される引張応力と、前記モルタルの引張強度との比によって定義された爆裂指標と爆裂深さとの関係を、所定の条件において調合されたコンクリートについて加熱実験を行うことにより予め求めておくことにより、
前記所定の条件においてコンクリートを調合する際に、前記爆裂指標により、調合されたコンクリートにおいて爆裂により発生が予想される剥離深さを予想することを特徴とするコンクリートの爆裂深さ予測方法。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリートの爆裂深さ予測方法であって、前記爆裂指標を以下のように定義したことを特徴とするコンクリートの爆裂深さ予測方法。
（爆裂指標Ｂ）＝σt／ｆct
ただし、σt＝α・Ｐs・ｒ／ｄ
ｒ＝（Ｌ2・Ｐ／π）1/2
ｄ＝（Ｌ−２ｒ）／２
ここに、ｆct：前記モルタルの引張強度、
σt：水蒸気圧に起因する引張応力
Ｐ：前記モルタルの空隙率、
Ｐs：空隙の飽和度
Ｌ：前記モルタル内において想定された正方形の単位領域の一辺の長さ、
α：前記モルタル内の飽和度を圧力に換算する係数。
【請求項３】
請求項２記載のコンクリートの爆裂深さ予測方法であって、
前記モルタルの空隙率および空隙の飽和度を以下のように定義したことを特徴とするコンクリートの爆裂深さ予測方法。
モルタルの空隙率：Ｐ＝Ｖm＋Ｖair、
空隙の飽和度Ｐs＝Ｖm／Ｐ
ここに、Ｖm：モルタル中の体積含水率
Ｖair：フレッシュ時のモルタル中の空気量。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートの表面に爆裂により生じる剥離深さを予測するためのコンクリートの爆裂深さ予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高強度コンクリートは、火災時において爆裂を生じやすいことが一般に知られている。火災時におけるコンクリートの爆裂防止方法に関する従来技術としては、ａ）コンクリートの周囲を耐火被覆的な機能を有する材料により保護する方法、ｂ）コンクリートを強制乾燥する方法、などが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ａ）の方法では、火災中に耐火被覆的な機能を有する材料が脱落すると、被覆を失ったコンクリート表面は急激な熱衝撃を受けるため爆裂を生じる可能性が高い。また、もし耐火被覆的機能を有する材料が脱落しなくても、部材断面が被覆厚さ分大きくなることになり、建築物のサービサビリティが低下する。
【０００４】
また、上記ｂ）の方法は、強制乾燥する時期によっては、セメントが水和するために必要な水分も奪ってしまう可能性があること、乾燥によるひび割れが誘発される可能性があること、どの程度までコンクリートの含水率を低減すればよいか目安が明確でないことなどの問題点があり、現実的には極めて困難であると考えられる。
【０００５】
したがって、構造物の強度に影響を与えない範囲内での爆裂現象を許容しつつ、爆裂によるコンクリートの剥離深さを許容範囲内に制御する技術が求められている。
【０００６】
このような事情に鑑み、本発明においては、コンクリートの剥離深さを制御するために、剥離深さを予想するための技術を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載のコンクリートの爆裂深さ予測方法は、コンクリートの表面に爆裂により生じる剥離深さを予測するための方法であって、
前記コンクリートを構成するモルタル内部において加熱時に生じる水蒸気圧により前記モルタル内部に発生することが予想される引張応力と、前記モルタルの引張強度との比によって定義された爆裂指標と爆裂深さとの関係を、所定の条件において調合されたコンクリートについて加熱実験を行うことにより予め求めておくことにより、
前記所定の条件においてコンクリートを調合する際に、前記爆裂指標により、調合されたコンクリートにおいて爆裂により発生が予想される剥離深さを予想することを特徴としている。
なお、所定の条件とは、例えば、コンクリート中に混入される混和材料（例えばシリカヒューム）の混入率が該当する。
【０００８】
請求項２記載のコンクリートの爆裂深さ予想方法は、請求項１記載のコンクリートの爆裂深さ予測方法であって、
前記爆裂指標を以下のように定義したことを特徴としている。
【０００９】
（爆裂指標Ｂ）＝σt／ｆct
ただし、σt＝α・Ｐs・ｒ／ｄ
ｒ＝（Ｌ2・Ｐ／π）1/2
ｄ＝（Ｌ−２ｒ）／２
ここに、ｆct：前記モルタルの引張強度、
σt：水蒸気圧に起因する引張応力
Ｐ：前記モルタルの空隙率、
Ｐs：空隙の飽和度
Ｌ：前記モルタル内において想定された正方形の単位領域の一辺の長さ、
α：前記モルタル内の飽和度を圧力に換算する係数。
【００１０】
請求項３記載のコンクリートの爆裂深さ予想方法は、請求項２記載のコンクリートの爆裂深さ予測方法であって、
前記モルタルの空隙率および空隙の飽和度を以下のように定義したことを特徴としている。
【００１１】
モルタルの空隙率：Ｐ＝Ｖm＋Ｖair
空隙の飽和度Ｐs＝Ｖm／Ｐ
ここに、Ｖm：モルタル中の体積含水率、
Ｖair：フレッシュ時のモルタル中の空気量。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
本発明は、耐火構造の防火区画内で想定されるような標準的な火災時におけるコンクリートの爆裂を、コンクリート強度（引張強度）、コンクリートの含水率およびコンクリートの空隙率の３つの要因により予測する技術である。
【００１３】
ここに、コンクリートの爆裂現象は、火災時に、モルタル内部に含まれている水蒸気の膨張圧が高まり、また非定常熱応力が生じることにより発生するものであると考えられるため、モルタル内部の含水率が大きいほど、爆裂の規模は大きくなると仮定することができる。
【００１４】
一方、コンクリート中に含まれる空隙は、火災時にコンクリート内部の水蒸気を外部へ放出させる機能を有すると考えられるから、モルタル内部の空隙率が大きいほど爆裂の規模は小さくなると仮定することができる。
【００１５】
したがって、ここでは、モルタルの空隙率：Ｐ、および、空隙の飽和度：Ｐsを以下のように表すとともに、爆裂の原因となるモルタル内部に加熱時に生じる水蒸気圧が、空隙の飽和度：Ｐsに比例すると仮定した。
【００１６】
モルタルの空隙率：Ｐ＝Ｖm＋Ｖair
空隙の飽和度：Ｐs＝Ｖm／Ｐ
ここに、Ｖm：モルタル中の体積含水率
Ｖair：フレッシュ時のモルタル中の空気量。
【００１７】
また、空隙の飽和度：Ｐsと爆裂深さとを関連づけるために、次のような仮定を行う。すなわち、モルタル内に、図１のように、一辺が単位長さＬの領域Ｒを想定し、この領域Ｒの空隙率分に相当する半径ｒの円を考え、この円内の領域で水蒸気圧が発生するものとすると、力の釣り合いにより、厚さｄのモルタル部分には、円で示される空隙の飽和度に比例する水蒸気圧によって、以下に示す引張応力σtが発生すると考えられる。
【００１８】
すなわち、
σt＝α・Ｐs・ｒ／ｄ
ただし、図１より、
ｒ＝（Ｌ2・Ｐ／π）1/2
ｄ＝（Ｌ−２ｒ）／２
ここに、σt：水蒸気圧に起因する引張応力
Ｐ：前記モルタルの空隙率、
Ｐs：空隙の飽和度
Ｌ：前記モルタル内において想定された正方形の単位領域の一辺の長さ、
α：前記モルタル内の飽和度を圧力に換算する係数。
【００１９】
さらに、爆裂現象のもう一つの支配要因として、モルタルの引張強度を考えると、以下のように爆裂指標を定義することができる。
（爆裂指標Ｂ）＝σt／ｆct
ここに、ｆct：前記モルタルの引張強度、
【００２０】
そして、この爆裂指標Ｂと、爆裂深さとの関係を、あらかじめ実験により求めておくことにより、逆に、製造されたコンクリートについて、爆裂指標Ｂを用いて、発生が予想される爆裂深さを求めるようにする。
【００２１】
次に、上式で定義される爆裂指標Ｂと爆裂深さとの関係の実験結果について説明する。
ここでは、材齢２８日の10cm×10cm×40cmのコンクリート供試体を、加熱実験の前日まで標準養生するとともに、各供試体を水平加熱炉上に長軸方向が水平となるように設置し、加熱炉内に面する下面のみが10cm×30cmの範囲で加熱されるように実験を行った。加熱は、ＩＳＯ８３４に規定される標準加熱温度曲線に準じた１時間加熱とした。加熱後には、各供試体の加熱面の爆裂深さを縦横２ｃｍ間隔、計９６点測定した。
【００２２】
また、この場合に用いたコンクリートの使用材料を表１に、調合、空気量および加熱実験時（材齢２８日）における圧縮強度と含水率を表２に示す。セメントには、高ビーライト系セメント、細骨材には、陸砂、粗骨材には、硬質砂岩砕石を使用した。水結合材比は２０，２５，３０％の３水準とし、シリカヒューム（ＳＦ）を混入する場合は、セメント量に対して内割りで５％とした。
【００２３】
【表１】
0004029309.tif 000002
【００２４】
【表２】
0004029309.tif 000003
【００２５】
爆裂指標Ｂと測定された爆裂深さとの関係を図２に示す。なお、爆裂指標Ｂを算出するにあたっては、モルタルの引張強度：ｆctをコンクリートの圧縮強度の１／１８に仮定するとともに、モルタル内の飽和度を圧力に換算する係数：αをα＝１と仮定している。また、図中、●で示すものは、シリカフューム（ＳＦ）無混入の場合の爆裂深さの平均値、○で示すものは、シリカフューム（ＳＦ）無混入の場合の爆裂深さの最大値、■で示すものは、シリカフューム（ＳＦ）混入の場合の爆裂深さの平均値、□で示すものは、シリカフューム（ＳＦ）無混入の場合の爆裂深さの最大値である。
【００２６】
図２から、シリカヒューム（ＳＦ）の混入の有無にかかわらず、爆裂指標Ｂの値が大きいほど爆裂が大きくなっており、モルタル内部の水蒸気圧がモルタルの引張強度に対して相対的に大きくなるに従い爆裂の程度が大きくなる傾向にあることが理解される。シリカヒューム（ＳＦ）を混入するかしないかで、爆裂指標Ｂと爆裂深さとの関係に違いがあるが、これはコンクリートの透気性、透水性などが、シリカヒュームの混入の有無により異なる可能性があることを示唆していると考えられる。
【００２７】
また、図３は、他の実験結果を示す図である。ここでは、コンクリートの水結合材比（Ｗ／Ｂ）が２５〜４８％とされ、コンクリートの使用粗骨材として石灰岩砕石を用いている。また、シリカヒュームの混入率は０％とされている。また、図中、△で示すものは、爆裂深さの最大値を表し、▲で示すものは、爆裂深さの平均値を表している。
【００２８】
この実験結果においても、同様に、モルタル内部の水蒸気圧がモルタルの引張強度に対して相対的に大きくなるに従い爆裂の程度が大きくなる傾向が得られている。
【００２９】
以上により、コンクリートの表面に爆裂により生じる剥離深さを予測するために、モルタル内部において加熱時に生じる水蒸気圧によりモルタル内部に発生することが予想される引張応力と、モルタルの引張強度との比によって定義された爆裂指標Ｂを、所定の条件において調合されたコンクリートについて加熱実験を複数回行うことによりあらかじめ求めておけば、この所定の条件においてコンクリートを調合する際に、爆裂指標Ｂにより、調合されたコンクリートにおいて爆裂により発生が予想される剥離深さを予測することが可能となる。なお、ここで所定の条件とは、例えばシリカヒュームの混入率を指す。
【００３０】
そして、具体的には、爆裂指標Ｂを以下のように定義することが好適である。（爆裂指標Ｂ）＝σt／ｆct
ただし、σt＝α・Ｐs・ｒ／ｄ
ｒ＝（Ｌ2・Ｐ／π）1/2
ｄ＝（Ｌ−２ｒ）／２
Ｐ＝Ｖm＋Ｖair、
Ｐs＝Ｖm／Ｐ
ここに、ｆct：前記モルタルの引張強度、
σt：水蒸気圧に起因する引張応力
Ｐ：前記モルタルの空隙率、
Ｐs：空隙の飽和度
Ｌ：前記モルタル内において想定された正方形の単位領域の一辺の長さ、
α：前記モルタル内の飽和度を圧力に換算する係数、
Ｖm：モルタル中の体積含水率、
Ｖair：フレッシュ時のモルタル中の空気量。
【００３１】
このような爆裂指標Ｂは、コンクリート強度（引張強度）、コンクリートの含水率、および、コンクリートの空隙率の３つの要因により調整することができるものであり、さらに、これら３つの要因のうち、コンクリート強度とコンクリートの空隙率は、コンクリートの調合時および製造時に制御が可能であるから、コンクリートの調合時および製造時に、あらかじめ発生の予想される爆裂深さを予測することが可能であり、これを構造物の設計にフィードバックさせることによって、構造物の火災時の安全性を確保することが可能となる。
【００３２】
さらに、爆裂深さを安全範囲内に制御するようにすれば、従来と異なり、コンクリートの周囲を耐火被覆的な機能を有する材料により保護する方法、や、コンクリートを強制乾燥する方法などを採用する必要がないため、部材断面の増大に伴い構造物のサービサビリティが低下したり、コンクリートの水和反応が不十分となり、乾燥によるひび割れが誘発されることを避けることができる。さらに、どの程度までコンクリートの含水率を低減すればよいかについての目安も明確とすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコンクリートの爆裂深さ予測方法においては、コンクリート強度（引張強度）、コンクリートの含水率、および、コンクリートの空隙率の３つの要因により調整することの可能な爆裂指標を用いて、その爆裂指標と爆裂深さとの関係を、所定の条件において調合されたコンクリートについて加熱実験を行うことにより予め求めておくことによって、そのコンクリートの爆裂深さを予測するようにしているために、コンクリートの調合時および製造時に、あらかじめ発生の予想される爆裂深さを予測することが可能であり、これを構造物の設計にフィードバックさせることによって、構造物の火災時の安全性を確保することが可能となる。さらに、爆裂深さを安全範囲内に制御するようにすれば、従来と異なり、コンクリートの周囲を耐火被覆的な機能を有する材料により保護する方法や、コンクリートを強制乾燥する方法などを採用する必要がないため、部材断面の増大に伴い構造物のサービサビリティが低下したり、コンクリートの水和反応が不十分となり、乾燥によるひび割れが誘発されることを避けることができる。さらに、どの程度までコンクリートの含水率を低減すればよいかについての目安も明確とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す図であって、爆裂指標の算定にあたって、コンクリート内部の水蒸気圧によりモルタル内部に発生する応力状態を求めるために、コンクリート内部に想定された正方形領域の概略図である。
【図２】  本発明において定義された爆裂指標と爆裂深さとの関係の実験結果を示すグラフである。
【図３】  同、他の実験結果を示すグラフである。
【図１】
0004029309.tif 000004
【図２】
0004029309.tif 000005
【図３】
0004029309.tif 000006