構造系692 号【カテゴリーⅠ】

日本建築学会構造系論文集 第78巻 第692号，1673-1678，2013年10月
J. Struct. Constr. Eng., AIJ, Vol. 78 No. 692, 1673-1678, Oct., 2013

HPFRCCHPFRCCにおける繊維の配向性が引張性状に及ぼす影響���������������������

繊維配向角分布の評価と曲げ性状における寸法効果�����������������������STUDY ON THE EFFECT OF FIBER ORIENTATION TO TENSILE BEHAVIOR OF HPFRCCSTUDY ON THE EFFECT OF FIBER ORIENTATION TO TENSILE BEHAVIOR OF HPFRCC
Evaluation of ﬁber orientation distribution and size eﬀect of bending behavior
Evaluation of fiber orientation distribution and size effect of bending behavior＊＊浅 野 浩 平*＊，金久保 利之�� �� ���� ��**Kohei
andToshiyuki
KANAKUBO
KoheiASANOASANO,Toshiyuki
KANAKUBO

The purpose of this study is to evaluate the effect of fiber orientation in HPFRCC (High Performance Fiber-Reinforced
Cementitious Composite) to its tensile behavior. The cylindrical core specimens are extracted from HPFRCC specimens which havedifferent sectional size. These core specimens are operated with X-ray CT scan system and fiber in HPFRCC is visualized. The fiberorientation angle is obtained from the visualized images and the fiber orientation angle distribution is evaluated by newly definedprobability density function characterized by “orientation intensity”. The fiber orientation has the tendency that the fiber is oriented
toward the parallel direction to matrix flow. The calculation for bending strength is carried out using the proposed evaluation method
and the result can express the tendency of the size effect of experimental results.

Keywords : Fiber orientation angle distribution, Orientation intensity, Snubbing coefficient, Fiber bridging stress��������������������������������������� HPFRCC �����������1.� ����� � � � � � � � � � � � � � � � � HPFRCC: High������������������������������

Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites����������������������������������������������������������������

����������HPFRCC ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������2.� ����������������������������������������������

2.1� �������������������

� X � CT �������������������������

������������������������������

� HPFRCC ����� 3)�������HPFRCC �������������HPFRCC �������������������������������������������������

������������������������������

���� 2500cm2/g ���������������� 42%���

������������������������ 1)������������������������������

���� 77%������������������������

�polyvinyl alcohol������� HPFRCC
��������� PVA

������� J ����������������������

����������������������� 3 ���������������� 50 ������������ 1m3 ���������������������X � CT ���������

������������������������������

������������������������������������������������������������

������������������������������

����������

�������������

���� PVA �����������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������2)＊

筑波大学大学院システム情報工学研究科
Doctoral Program Student, Graduate School of Systems and Information Engineering, Univ.
������� ������*�������������������
博士後期課程・修士（工学）of Tsukuba,DoctoralM. Eng. Program Student, Graduate School of Systems and Information＊＊Engineering,
Univ.ofofSystems
Tsukuba,Eng.
筑波大学大学院システム情報工学研究科
Assoc. Prof.,
Graduate SchoolandM.
Information
Engineering, Univ. of Tsukuba,
准教授・博士（工学）
Dr. Eng. Assoc. Prof., Graduate School of Systems and Information Engineering,���� ������
**�������������������
Univ. of Tsukuba, Dr. Eng.

− 1673 −��� PVA �������(mm) ���(�m) ����(MPa) ����(GPa)
12.0

40

1690

40.6��
������� �������������������

��������

(mm)�����(%)

��(mm)

B40V-C40�40�160

B40V-E
B100V-C

�12�40

B100V-E(1) ����(2) XY ��(3) YZ ��(4) ZX ��100�100�400

2.0B240V-C

240�240�960

B240V-E
�

V-CzV-E������

y12.09.0���

20.0x�����������������mm���� ��������� �������� �����
ZX�����

����5 (�m)

���

190 (kV)���0.15 (mA)����� / �������

0.015 / 0.0075 (mm)����������������� X ��������������Z ���������������������������YZ��

�����
�����
�����

XY��

����

5.05.0�������������V-C �������V-E ������

0.520.05.0X � CT ����0.15mm

���������

5.0������� �������������������B40V-C ���
��

0.5��

���Z63�

X42�

Y
9.0����mm�

0.15mm��� ������������������� �����������

����(2)��� XY ������������� 2 ����� 32.2� �����������������������YZ ����� ZX ������������������������������������������

�������������������������XY �������������� XY �����������������

��������� 4 ������������������ 5 �������������B40V-C �������� XY ��������������YZ ����� ZX ������������

������(1)�����������������������

�������������������������������������������������������������������������������������� 0.5mm ����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 2.3� ������������������������������(2)(3)(4)������� �����������������������������− 1674 −0.08

0.1 B40V-C:YZ��

������
10mm����

����

0.08

0.08

����

����

k = 9.98

0.1 B40V-C:ZX��

����

0.06

k = 0.78

0.06

0.04

0.06

0.04

0.02
-45

045

0.02

0-9090k = 0.26

0.04

0.02

0-90

����

����

0.1 B40V-C:XY��

-45

��� (�)0450-9090-45

��� (�)�1�XY ��� ��������04590

��� (�)�2�YZ ��� ���������3�ZX ��� ����������� ����������������B40V-C �������

0.1

k=1.000.08

��������������������������������������������� B40V-C ����������

0.04
0.02
0-90

-45

045

������

������������������������������

y90

0.1

����

3.� �����������x

0.06b0.08���������������� 4)�������������

k=9.98a������������������������������

x

0.06
0.04

-45

045

������

y90�����a ��� b������������ � r �������a������������� � r ���� r �������� �� / 4 �

0.02
0-90

�������������������������������

� r � � / 4 ����������������������(1)��

a��������� k ��������������������b���������������� 1 ����k�1 ���� � r ��r����������������������� � ������x������������� k ��� � r ����(2)�������

yk���� �������15V-C
B40
B100
B240

���� kxy105b � � r ���������B40
B100
B240

5101551020��������� (mm)

�5101520��������� (mm)��� XY ���������������

����p (� ) �

10(1)����� a � � r ����������V-E

10���� kxy15abk���
4� �r ��4Ccos 2 � � A sin � cos� � B sin 2 �� (2)����A�k � (k � 1) sin 2 � r(1 � k ) sin 2� r
1, B�
, C�
2
1 � (k � 1) sin 2 � r
1 � (k � 1) sin � r
1 � (k � 1) sin 2 � r�������������������������������XY ��� 5 ������������� k ����������

���������������� 0.15mm ����������V-C ��� V-E ���������������������������������������������������������������� k ��� � r ���������XY ���������������������������������������5 �������������������V-C,V-E��

������������������������������

����������������XY ������������

�������XY ���� X ��YZ ���� Y ��ZX ��������������������������� r �������Z �����������������������������

��X ��������������������YZ �����������������������������������

�������������������������X �����������������

���� YZ ������������������������
������������������������������

− 1675 −��� �������� ��� ������� � r ��XY ��*����

B40
B100
B240

YZ ������

ZX ��kxy� r (�)kyz

� r (�)kzx

� r (�)

V-C

6.12

-2.8

0.78

-12.4

0.26

-5.7

V-E

4.10

0.0

0.61

-23.5

0.57

21.3

V-C

3.81

6.1

0.37

-32.7

0.76

-1.1

V-E

4.08

-3.0

1.25

31.6

0.20

7.4

V-C

3.08

11.3

1.16

29.2

0.56

-3.8V-E

2.34

-13.8

2.23

40.4

0.53

-21.7

* 5 ����������

B40
B100
B240

���� �

V-C

0.60

V-E

0.51

V-C

0.50

V-E

0.58

V-C

0.50

V-E

0.45

������

z������

�����������������������������
�������������������������������
����R�
�

4.� ����������
�P

4.1� ����������������xy� �����������������������������������

���������������������������� 5)���
(3)���������� � ������������������������������������������������
���������������������� 3 �������
�������0.41 ���������������������
��������������� 4 ��������������
����������������(4)��������
(3)����� XY ��� ZX ������(2)���������
������������������������������
������������������������������
������������������������������
��������������������� ����������� �������

������������������������(5)������
� 2)����������������������������
������������������������������
���������������������������(6)��
������� 6)�

P � P0 � e f�� � � � (5)���� P ���� � ����������P0 ���� 0�����������f ����������

����2��2� � cos� � cos� � p(� ) � p(� )d�d�
22(3)� � � � (6)���� � fu ���� � ��������� ���������

� fu � � nfu � e � f '�p(� ) �XY �����������������p(� ) �ZX �����������������

� nfu ���������f ' ���������
�����������������������������

V f ,bridge � � � V f(4)����(7)�������������������������
������������������������������

���� V f , bridge ������������������V f ��������������������������������������
���� � �����(7)����������������������������

4.2� ���������������������������������������� �����������������������������

��������������������������� PVA������������������������������

������� 7)����������������������

��������������������� 2)���������

������������������������������������������������������������

���������������������������(7)��

������������������������������

��������

− 1676 −��� ����������

������ kxy , kzx

�bridge�cr�c��cr �bridge �tu������� (�m)

40����� Vf (%)

2.0�������� �nfu (MPa)1183*�������� f’0.36)

������� f0.56)

���� 0����������� P0 (N)0.78)

�c*�����0.76)
��� �����������
������� (mm)40�40100�100240�240

�bridge (MPa)

V-C

5.17

V-E

3.40

V-C

3.27

V-E

4.89

V-C

3.30

V-E

2.66

���� ����������

��� (MPa)���� ������������

4.29

��� 9)�

����

�c

4.08
2.98

1.85

������

�c�����
�c�������
�cr���������
�cr�����������
�bridge�������
�bridge���������
�tu����

�c

�cr

�cr

�bridge�bridge�tu(MPa)

(%)

(MPa)

(%)

(MPa)

(%)

(%)

48.7

0.50

3.41

0.018

����

1.67

2.37

5.� HPFRCC ��������� HPFRCC ������������������������� bridge �V f , bridge
Af

�� �2

��
2

������������������ HPFRCC ��������2��
2P � p (� ) � p(� )d�d��� P � e f� for����P � � 0for�� 0(7)

������������������������������
���������������������� HPFRCC ���P � A f � � nfu � e � f '�P � A f � � nfu � e � f '����� � bridge �������P �����A f ���������� 3)��������HPFRCC �������������������������������������������
������������������������������
������������������������������
������������������������������
������������ HPFRCC ��������� 9)���
���������������������������������

�����������������������������

�����������(7)��� HPFRCC ����������������������������������������

����(7)�������������������������

������������������������������� ���PVA �������������������� 7 ����������������� 0.3��������� 0.5 ������ �����������6)����������������������������������

P0 ����������� 8)���������� PVA ���������

������������������������������(mm)��������� (kN�m)
V-C

V-E����

����������� A��� B

0.155

0.124

������������������������������
���������������� 0.7N ������������������������ �bridge ��������40�40

0.129

0.098

0.084

V-C ��� V-E �����������������������

������������������������������
3 ������������������������������

100�100

1.49

1.94

1.31

������������������������������
����������������������

240�240

20.7

19.1

18.2

0.153

0.110

0.168

0.109

2.64

1.86

2.72

1.73

2.83

2.16

16.5

�

17.3

�

13.9

�

− 1677 −����
����
M/Z
M/Z
(MPa)
(MPa)
����
M/Z
(MPa)

20
20
20
15
15
15
1010
10(1)
(1)
(1)

���(V-C)
���(V-C)
���(V-E)
���(V-C)
���(V-E)
���(���)���(V-E)
���(���)���(���A)���(���)���(���A)
���(���B)
���(���A)
���(���B)
���(������)���(���B)
���(������)���(������)

(2)
(2)
(2)

5
5
50000
000.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.1
0.2
0.40.1������
0.2 0.3
0.3(1055�mm
0.4 22)0.5
0.5������
������ (10(105�mm
�mm 2))

0.6
0.6
0.6

(3)
(3)
(3)

���� ����������������� ��������������������������
����������������������������������������������������������������
������������������������������
������������������������������������������������������������
������������������������������
������������������������������
������������������������������������������������������������
�������������������������������
���������
�������
�������������������������
���������������������
������������������������������������������������������������
������������������������������
������� 40�40mm ��� 100�100mm ���������������
������� 4040�
�40mm
40mm ���
��� 100100�
�100mm100mm ����������������
����������������240�240mm ������������������������
240�
����������������240�240mm
240mm ����������������
����������������������������������������������������������������������������������������������� 20mm ���������������������������
����� 20mm20mm ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
���������������
������ A ���� B ��������������������A �������� BB ������������������������������������������� A������������������������������
������������������������������
������������������������������
HPFRCC ������������� 14%����������
HPFRCCHPFRCC10)�������������
������������� 14%14%����������
������������ 43% �������������������������10)�������������������������
��
43%
�� 43%10)�������������������������
�������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������
������������������������������
������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������
�����������
�����������
�����������
6.� ��
6.�
6.� ����� ������ HPFRCC �������������������� ������
������ HPFRCCHPFRCC ������������������������������������
��X � CT �������� HPFRCC �������������
X
�CT��������
��X � CT �������� HPFRCCHPFRCC �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

− 1678 −����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 2 ��������������������������
����� 22 ������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
HPFRCC ����������������������HPFRCCHPFRCC �����������������������������������������������������������������������1)
1)
1)
2)
2)
2)
3)
3)
3)
4)
4)
4)

5)
5)
5)
6)
6)
6)
7)
7)
7)

8)
8)
8)
9)
9)
9)
10)
10)
10)

����,����,�����������������������
����,����,�����������������������
����,����,�����������������������
�����������������,������������
�����������������,������������
�����������������,������������
�,vol.29,
No.3, pp.1429-1434, 2007
�,vol.29,No.3, pp.1429-1434,
2007
�,vol.29,
2007 Angle, Bundling, and Surface
Li, V. C. No.3,
et al.:pp.1429-1434,
Effect of Inclining
Li,V.
C.
etal.:Effectof
Inclining
Angle,Bundling,andLi, V. C. eton
al.:Synthetic
Effect of Fiber
Inclining
Angle,from
Bundling,and Surface
Surface
Treatment
Pull-out
a CementMatrix,
Treatment
Synthetic
Fiberfrom a Cement Matrix,
Treatment onon
Synthetic
Fiber Pull-out
Pull-out
Composites,
vol.21,
No.2, pp.132-140,
1990from a Cement Matrix,Composites,
1990
Composites, vol.21,
vol.21, No.2,No.2, pp.132-140,
pp.132-140,��������������
1990
����,����,������ECC
����,����,������ECC������������������,����,������ECC��������������������,�������������,vol,.31, No.1, pp.283-288,������,�������������,vol,.31,
No.1,������,�������������,vol,.31,
No.1, pp.283-288,
pp.283-288,
2009
2009
2009
Enomae, T., Han, Y.H. and Isogai, A.: Fiber orientation distribution
Enomae,T., Han,
andA.:
orientation
distribution
Enomae,Han, Y.H.
Y.H.
and Isogai,Isogai,A.: Fiber
Fiberorientation
distributionofpaper T.,surfacecalculatedby image
analysis,
Proceedings
ofofcalculatedbyimage
Proceedings
ofof paper
paper surface
surfacecalculatedandbyEnvironment
image analysis,
analysis,
ProceedingsofInternational
Papermaking
Conference,
Tianjin,International
Papermaking
andEnvironment
Conference,
Tianjin,International
Papermaking
and pp.355-368,
Environment
Conference, Tianjin,P.
R. China (May12-15), Book2,
2004
P.
P. R.
R. China
China (May(May 12-15),12-15), Book2,Book2, pp.355-368,pp.355-368, 2004
2004
����,���������������������������
����,���������������������������
����,���������������������������
����������,���������, � 299 �, pp.101-112,����������,����������, ���������,���������, �� 299
299 �,
�, pp.101-112,pp.101-112,
1980
1980
1980
Kanda, T. and Li, V. C.: Interface Property and Apparent Strength
Kanda,
T.
V.
Property
andStrength
Kanda,
T. andand Li,Li, Hydrophilic
V. C.:C.: InterfaceInterface
Propertyand Apparent
Apparent
StrengthofHigh-Strength
Fiber
in Cement
Matrix, Journalofof
High-Strength
Hydrophilic
FiberinCement
Matrix,Journalofof
High-Strength
Hydrophilic
FiberinCement
Matrix,Journalmaterials in Civil Engineering, ASCE, vol.10, No.1, pp.5-13, 1998 ofmaterials
inmaterials
in Civil
Civil Engineering,Engineering, ASCE,
ASCE, vol.10,vol.10, No.1,No.1, pp.5-13,
pp.5-13, 1998
1998
����,���������������������������
����,���������������������������
����,���������������������������
������������������������
PVA �����������������������������
PVA
�����
������������������������
PVApp.345-346,
���������
����,���������������,A-1
����pp.345-346,
����,���������������,A-1���� pp.345-346,
����,���������������,A-1
2012.92012.92012.9����,����,����,����������������������,����,����,������������������
����,����,����,������������������
���������������,����������������������������������������������������������������
� ,, �
�,vol.23,No.2,pp.187-192,
2001
�,vol.23,No.2,pp.187-192,
2001
�,vol.23,No.2,pp.187-192,
2001
����,�����,����,����PVA-ECC ������������������
����,�����,����,����PVA-ECC
����,�����,����,����PVA-ECC���������
pp.1537-1542,
����,�������������,vol.26, No.2,No.2,
����,�������������,vol.26,No.2, pp.1537-1542,
pp.1537-1542,
����,�������������,vol.26,
2004
2004
2004
Tetsushi Kanda, Shiro Tomoe et al.: Full Scale Processing
Tetsushi
ShiroTomoeet
Full
Processing
Tetsushi Kanda,
Kanda,
ShiroTomoe
et al.:al.:Element,
Full Scale
Scale
Processing
Investigation
for ECC
Precast
Structural
Journalof AsianInvestigationfor
ECC
Precast
Structural
Element,
Journalof
Investigationfor
ECC
Precast
Structural
Element,
Journalof Asian
Asian
Architecture and Building Engineering, vol.5, No.2, pp.333-340,
Architecture
Architecture andand Building
Building Engineering,Engineering, vol.5,
vol.5, No.2,No.2, pp.333-340,
pp.333-340,
2006
2006
2006
（2013年 2 月 5 日原稿受理，2013年 7 月 8 日採用決定）