(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物が火災を受けた場合を想定して、火災時および火災後に該コンクリート構造物に対して要求される供用性能をあらかじめ設定しておき、該供用性能に基づいて、前記コンクリート構造物を構成する各部材に許容される断面欠損量を算定し、該断面欠損量に基づいて前記各部材において発生が想定されるコンクリートの爆裂による剥離深さ寸法を調整してなり、
該調整に際しては、前記各部材が耐力部材である場合には、前記各部材を構成するコンクリートに混入する爆裂防止用材料の量のみ調整し、前記各部材が耐力部材でない場合には、コンクリートに混入される合成繊維の混入量がゼロの場合におけるコンクリートの爆裂による剥離深さ寸法と水セメント比との関係を示す回帰式を利用して、前記各部材を構成するコンクリートの水セメント比のみ、もしくは該水セメント比および該コンクリートに混入する爆裂防止用材料の量の双方を調整することを特徴とするコンクリート構造物の爆裂制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物が火災を受けた際に、コンクリートが剥離する現象（爆裂）の発生を制御するための、コンクリート構造物の爆裂制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通常の普通コンクリートに比べて圧縮強度を高めた高強度コンクリートと呼ばれるコンクリート材の利用が盛んとなっている。このような高強度コンクリートは、その設計基準強度の大きさから様々な構造物への活用を期待されているものの、火災時においては、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、表面からウロコ状に剥離する現象（爆裂）を起こしやすい傾向にあると言われている。
【０００３】
したがって、高強度コンクリートを利用した構造物においては、火災時に、各部材に爆裂が生じ、これが進行することにより構造物に安全性の問題が生じることが懸念され、このため、構造物を施工する際に用いられる高強度コンクリートに、爆裂の防止策として、ポリプロピレン等の合成繊維を混入することが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在まで、このような合成繊維をコンクリートに混入するに際しては、コンクリートの強度の違いについては考慮がなされることがなく、このため、条件によっては、爆裂の抑制効果を得ることができないという問題点があった。したがって、コンクリートにおける強度等の条件を考慮することによって、より確実に爆裂の抑制効果を得ることができるような技術が求められていた。
【０００５】
また、合成繊維を混入した高強度コンクリートを構造物の施工に際して実際に使用する場合には、合成繊維が大量に必要でありそのコストが嵩むこと、合成繊維をコンクリート中にまんべんなく混練することが必ずしも容易でないこと、合成繊維を混練したコンクリートは、繊維未混入のものに比較して流動性が低くなり、これにより現場での打設の際に型枠内側のすみずみに行き渡らせることが困難であること、などの問題点があった。このため、火災時および火災後の構造物の信頼性・健全性を確保しながらも、コンクリート中に混入する合成繊維の使用量を極力少なくして、これにより、施工コストを低減化するとともに、構造物の施工を円滑化するような技術が求められていた。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、構造物の各部材において火災時に発生する爆裂の程度を正確に制御して、コンクリート構造物の火災安全性に対する信頼性を向上させることにある。また、別の目的は、コンクリート中に混練する合成繊維の使用量を最小限として、コンクリート構造物の施工の経済性および作業性を向上させることにある。
【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、コンクリートの物性を表す量として、コンクリートの水セメント比に着目し、この水セメント比とコンクリートに混入する爆裂防止用材料の量を調整することにより、コンクリートの爆裂の剥離深さを制御することとした。
以下に、コンクリートに発生する爆裂による剥離深さと、コンクリートの水セメント比との関係について若干の説明をしておく。
【０００８】
一般に、コンクリートにおいては、その水セメント比が小さいほど爆裂による剥離深さが大きく、逆に、水セメント比が大きいほど爆裂による剥離深さが小さくなることが知られている。これは、水セメント比が大きいほどコンクリートの組織が空隙が大きく水や空気が通り抜けやすい状態となるためであると考えられている。
【０００９】
このような、コンクリートの水セメント比とコンクリートの爆裂深さとの関係の一例を表したグラフが、図３である。ここに挙げた例は、鉄筋の被り厚４０mmの鉄筋コンクリート柱を、ＩＳＯ８３４に規定される耐火試験に準じた方法で加熱した場合のものである。
【００１０】
図３中において、縦軸はコンクリートの爆裂による剥離深さの寸法を示し、横軸はコンクリートの水セメント比を示している。図中の○は、合成繊維をコンクリート中に混入しない場合（合成繊維混入量が０．０ｋｇ／ｍ3の場合）であり、実線は、○印のデータを直線回帰したものである。このように、合成繊維がコンクリート中に混入されない場合には、コンクリートの爆裂深さは、水セメント比が増大するにしたがって、ほぼ直線的に減少していくことがわかる。
また、図中の△は、合成繊維をコンクリート中に１．０ｋｇ／ｍ3の割合で混入した場合であり、これによれば、水セメント比が同一ならば、合成繊維をコンクリート中に１．０ｋｇ／ｍ3混入することによって、爆裂による剥離深さが１７〜１８ｍｍ低減できることがわかる。
【００１１】
また、以下の表１は、図３に示したグラフとは別の実験例を示したものである。
【表１】
0003765043.tif 000002
この表から明らかなように、コンクリートの爆裂深さは、水セメント比が同一ならば、合成繊維の混入量が大きいほど、小さくなり、また、合成繊維の混入量が同一ならば、水セメント比が大きいほど、小さくなるという傾向にある。
【００１２】
本発明は、以上のように、コンクリートの爆裂の深さ寸法が、コンクリートの水セメント比、および合成繊維等の爆裂防止用材料の量の双方から影響を受けることに着目して行われたものである。
【００１３】
すなわち、請求項１記載のコンクリート構造物の爆裂制御方法は、コンクリート構造物が火災を受けた場合を想定して、火災時および火災後に該コンクリート構造物に対して要求される供用性能をあらかじめ設定しておき、該供用性能に基づいて、前記コンクリート構造物を構成する各部材に許容される断面欠損量を算定し、該断面欠損量に基づいて前記各部材において発生が想定されるコンクリートの爆裂の深さ寸法を調整してなり、
該調整に際しては、前記各部材が耐力部材である場合には、前記各部材を構成するコンクリートに混入する爆裂防止用材料の量のみ調整し、前記各部材が耐力部材でない場合には、コンクリートに混入される合成繊維の混入量がゼロの場合におけるコンクリートの爆裂による剥離深さ寸法と水セメント比との関係を示す回帰式を利用して、前記各部材を構成するコンクリートの水セメント比のみ、もしくは該水セメント比および該コンクリートに混入する爆裂防止用材料の量の双方を調整することを特徴とする。
【００１４】
このコンクリート構造物の爆裂制御方法は、構造物を構成する各部材において発生が想定される爆裂の深さ寸法を、コンクリートの水セメント比と、爆裂防止用材料の混入量とをバランスさせて、正確に制御し、これにより爆裂による各部材の断面欠損量を許容範囲内に収めることが可能である。
【００１６】
特に、このコンクリート構造物の爆裂制御方法においては、各部材の爆裂による断面欠損量を許容範囲に抑えるために、まず、コンクリートの水セメント比を調整することととし、構造物の供用性能から考えて、水セメント比のみにより断面欠損量の調整が不可能な場合に、爆裂防止用材料を使用する。したがって、使用される爆裂防止用材料の量を最低限に抑えることが可能となる。
【００１７】
【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。
図１は、本発明によるコンクリート構造物の爆裂制御方法の一例を示すフローチャートである。
本実施の形態のコンクリート構造物の爆裂制御方法は、図１に示すように、大きくわけてブロックＢ１からブロックＢ３までの三つの手順から構成されている。
ブロックＢ１においては、コンクリート構造物を構成する各部材の火災後における供用性能が設定され、ブロックＢ２においては、コンクリート構造物を構成する各部材に許容される断面欠損量が算定され、さらに、ブロックＢ３においては、火災時に各部材に発生が想定される爆裂による剥離深さ寸法の調整が行われる。
【００１８】
ブロックＢ１において設定される各部材の火災後の供用性能としては、当該部材が柱、梁、耐力壁などの耐力部材である場合には、その部材の強度が用いられ、また、当該部材が、床、間仕切壁、外壁などの非耐力部材である場合には、その部材の防火性能が用いられる。
また、ブロックＢ２においては、上記の火災後における供用性能を実現するような、爆裂による各部材の断面欠損の許容量が算出される。
さらに、ブロックＢ３においては、爆裂による断面欠損を許容量以下とするようなコンクリートの水セメント比およびコンクリートに混入される合成繊維（爆裂防止用材料）の量が決定される。
【００１９】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１に示した各ブロックＢ１〜Ｂ３において具体的に行われる手順を説明する。
図２中に示すように、まず、ブロックＢ１においては、コンクリート構造物を構成する各部材（柱、梁や壁など）が耐力部材であるか否かの判断が行われ（ステップＳ１）、これが耐力部材であれば、火災後にその部材に対して期待される強度性能が設定され（ステップＳ２）、また、これが耐力部材でなければ、火災後にその部材に対して期待される防火性能が設定される（ステップＳ３）。
【００２０】
また、ブロックＢ２においては、ステップＳ２において設定された強度性能、および、ステップＳ３において設定された防火性能を実現するために、各部材に構造設計上、または、防火設計上必要とされる断面積や断面の幅寸法等が算定され、これにより、各部材に対して火災後に許容される断面欠損量が求められる（ステップＳ４）。
【００２１】
さらに、ブロックＢ３においては、各部材が耐力部材であるか否かの判断が再び行われる（ステップＳ５）。これが耐力部材である場合には、コンクリートに要求される圧縮強度が構造設計上すでに定まっているため、水セメント比の調整は行わないこととする。すなわち、水セメント比の調整可能量を０とし（ステップＳ６）、この水セメント比においてコンクリートの爆裂による断面欠損量を許容量以下とする合成繊維の最低混入量を算定して（ステップＳ７）、この量の合成繊維をコンクリート中に混練することによって、コンクリートにおいて発生が想定される爆裂の程度を制御する。
【００２２】
一方、ブロックＢ３において、コンクリート構造物の構成部材が耐力部材でない場合には、コンクリートに問題が生じない範囲において、その圧縮強度を低減することとし、その場合の水セメント比の調整可能量を算定する（ステップＳ８）。
さらに、ステップＳ８において算定した水セメント比の調整可能量にしたがって、コンクリートの水セメント比を調整した場合に、合成繊維を混入しなくても爆裂による断面欠損量が許容量以下になるかどうかの判断を行う（ステップＳ９）。この場合、想定される断面欠損量が許容量以下となる場合には、水セメント比の調整のみによって、コンクリートにおいて発生が想定される爆裂の程度を制御することとし（ステップＳ１０）、また、水セメント比の調整のみによって爆裂による断面欠損量を許容量以下に抑えることができない場合には、断面欠損量を許容量以下とするような合成繊維の最低混入量を算定し（ステップＳ７）、これにより算定された最低混入量の合成繊維をコンクリートに混練することによって、発生が想定される爆裂の程度を制御することとする。
【００２３】
上述のコンクリートの爆裂制御方法においては、あらかじめ、コンクリート構造物の火災時および火災後の供用性能を設定しておき、この供用性能を実現するような爆裂による断面欠損の許容量を算定し、爆裂による剥離深さをこの許容量内に制御するという構成が採用されており、このような爆裂による剥離深さを許容範囲内に制御するにあたっては、コンクリート中に混入する合成繊維の量とコンクリートの水セメント比との双方を調整することとされている。
【００２４】
従来、コンクリートの爆裂防止策としては、単純に、コンクリート中に混入する合成繊維の量を変化させて、爆裂の剥離深さを調整することのみが考えられていたのに対し、本実施の形態では、それに加えて、コンクリートの水セメント比を調整することによって、従来に比較して、より正確にコンクリートの爆裂による剥離深さを制御することが可能であり、なおかつ、この剥離深さを許容範囲内に制御して、構造物の火災安全性を確保することが可能となる。
【００２５】
さらに、従来において、混入する合成繊維の量を調整するだけでは、爆裂による剥離深さを安全な範囲内に制御することができないような場合にも、本実施の形態によれば、水セメント比を調整することによって、対応が可能となる。
【００２６】
このように、本実施の形態のコンクリート構造物の爆裂制御方法によれば、従来に比較して、コンクリート構造物の火災安全性に対する信頼性を向上させることができる。
【００２７】
さらに、上述のコンクリートの爆裂制御方法においては、各部材の爆裂による断面欠損量を許容範囲に抑えるために、まず、コンクリートの水セメント比を調整することとし、これにより対応が不可能な場合には、合成繊維のコンクリートに対する混入量を調整することとしている。
したがって、単に合成繊維の混入量のみを調整することによって爆裂の深さを制御しようとする場合に比較して、合成繊維の使用量を少なく抑えることができ、これにより、コンクリート打設の際の作業の円滑化を図ることが可能となるとともに、経済的な火災安全設計が可能となる。
【００２８】
なお、上記実施の形態において、爆裂防止材料としてコンクリートに混入される合成繊維の種類としては、例えば、ポリプロピレン、ビニロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートなどが好適である。
また、この場合、繊維の寸法としては、長さ５〜５０mm程度、太さ１０〜１００μｍ程度のものが、繊維の形状としては、モノフィラメントタイプ、網状フィルムタイプ、ストランドタイプなどのものが好適に用いられる。
【００２９】
また、上記実施の形態において、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、その構成の一部を変化させるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るコンクリート構造物の爆裂制御方法においては、コンクリート構造物が火災を受けた場合を想定して、火災時および火災後に該コンクリート構造物に対して要求される供用性能をあらかじめ設定しておき、この供用性能に基づいて、各部材に許容される断面欠損量を算定するとともに、この断面欠損量に基づいて、コンクリートの水セメント比とコンクリートに混入する爆裂防止用材料の量を調整して、コンクリートの爆裂による剥離寸法を調節することとしている。これにより、従来に比較して、より確実にコンクリートの爆裂による剥離深さを制御することが可能となり、なおかつ、この剥離深さを許容範囲内に制御することにより、構造物の火災安全性が確保できる。したがって、従来に比較して、コンクリート構造物の火災安全性に対する信頼性を向上させることができる。
【００３１】
また、請求項１に係るコンクリート構造物の爆裂制御方法は、各部材に許容される断面欠損量と供用性能との双方に基づいて、各部材を構成するコンクリートの水セメント比の調整可能量を決定するとともに、この水セメント比の調整可能量と断面欠損量とから、前記各部材を構成するコンクリートに混入すべき爆裂防止用材料の量を決定する構成とされているため、合成繊維の混入量のみを調整して爆裂の深さ寸法を制御する場合に比較して、合成繊維の使用量を少なく抑えることができ、これにより、経済的な火災安全設計が可能であるとともに、コンクリート打設の際の作業の円滑化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるコンクリート構造物の爆裂制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図２】  図１に示したフローチャートの各ブロックを詳細に示したフローチャートである。
【図３】  鉄筋コンクリートを加熱した実験結果の一例を示す図であって、コンクリートの水セメント比と爆裂深さとの関係を示すグラフである。
【図１】
0003765043.tif 000003
【図２】
0003765043.tif 000004
【図３】
0003765043.tif 000005