プレストレストコンクリート技術協会

第 13 回シンポジウム論文集（2004 年 10 月）

超高強度繊維補強モルタルの性状とそれを用いた低桁高 PC 橋の試設計(株)ピーエス三菱 正会員○雨宮美子(株)ピーエス三菱 正会員 桜田道博
(株)ピーエス三菱 正会員 渡辺浩良(株)ピーエス三菱 正会員 森 拓也
1.はじめに近年，高強度で高いじん性を有するセメント系複合材料が，各機関で開発されている。フランスでは，これらに関する指針案(超高強度繊維補強コンクリート指針案)も作成されている 1)。しかし，これまでのセメント系複合材料は，高価，練混ぜ・施工・養生が煩雑，等の理由であまり普及していないのが現状である。
そこで，市販のシリカフューム混入セメントおよび天然普通骨材使用した比較的安価で，練混ぜ・施工・養生が容易な超高強度繊維補強モルタル（圧縮強度 150MPa 程度）を開発した。また本材料をプレストレス導入時と設計荷重作用時に大きな圧縮応力度が作用する低桁高 PC 橋へ適用することを考え，試設計を行った。本稿では，超高強度繊維補強モルタルの性状と本材料を用いた低桁高 PC 橋の試設計結果について報告する。
2.超高強度繊維補強モルタルの性状
2.1 試験概要

表－1 使用材料（1）使用材料
超高強度繊維補強モルタルは，シリ材 料

記号

セメントC

鋼繊維

SF

カフュームセメント，細骨材，および鋼繊維などで構成されており，粗骨材を使用していない。そのため，繊維を混入しても施工性が良好である。また

細骨材

天然細骨材

S

特殊な材料を使用せず，通常のコンクリートミキサで練混ぜるため，比較的高性能 AE 減水剤

SP

摘 要
シリカフュームセメント（三菱マテリアル製）
密度 3.08g/cm3
OL13/.16(ベカルト社製)
引張強度 2340MPa
長さ 13mm，径 0.16mm，アスペクト比 81，
密度 7.85g/cm3
砕砂
表乾密度 2.57g/cm3，吸水率 2.59%，FM2.95,
最大寸法 5mm
マイテイ 21WH安価で汎用性があるのが特徴である。
本モルタルの使用材料を表－1 に示す。
写真－1 に使用した鋼繊維を示す。
（2）示方配合および練混ぜ方法
示方配合および練混ぜ方法をそれぞれ表－2 および図－1 に示す。写真－2
写真－1 鋼繊維に練混ぜ状況を示す。

写真－2 練混ぜ状況

表－2 配合表
配合

W/C
(%)

Air(%)

12
3*4567161717171720
23

2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.02.0SF 量(vol.%)
0.0
0.0
0.5
1.0
2.000

単位量(kg/m3)
W
210
210
210
210
210
210
210

C
1310
1235
1235
1235
1235
1050
913

S922
948
948
923
897
1103
1218

SF－－4079157－－

3.0
3.03.03.0
3.0
3.03.0*配合 3 の鋼繊維は外割で添加した。

－585－

W 投入

SP/C(%)
空練り
C+S
60 秒

SF 投入
練混ぜ①W+C+S
180 秒

図－1 練混ぜ方法

練混ぜ②W+C+S+SF
120 秒

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70（3）養生方法

最高温度(60℃)：24h60

養生方法は，図－2 のとおりとした。24 時間前置きした後，最高50温度(℃)

温度 60℃で 24 時間蒸気養生した。
（4）試験項目および試験方法

15℃/h

3020

フレッシュ性状および強度性状の試験方法をそれぞれ，表－3 お

15℃/h

40

前置き：24h10

よび表－4 に示す。

蒸気養生終了002.2 フレッシュ性状（1）スランプフロー122436 48 60
養生時間(h)7284

図－2 養生方法

鋼繊維添加量とスランプフローの関係を図－3 に，スラン

表－3 フレッシュ性状試験

プ試験の状況を写真－3 に示す。鋼繊維の添加量が大きいほ

試験項目①スランプフロー②空気量③練上がり温度④凝結試験

ど，スランプフローは低下する傾向にある。鋼繊維添加量が1.0vol.%までは，0vol.%とそれほど変わらないが，2.0vol.%添加するとスランプフローが 200mm 程度低下した。締固め不要のスランプフローの目安を 650mm 以上と仮試験方法
JIS A 1150
JIS A 1116
温度計
JIS A 1147

実施時期
練上がり直後〃〃表－4 強度性状試験
試験項目
①圧縮強度
②静弾性係数③曲げ強度④引張強度

定すると，W/C が 17％のモルタルに添加できる鋼繊維量は，1.5vol.%程度までと推定される。

試験方法
JIS A 1108
JIS A 1149
JIS A 1106
JIS A 1113

材齢脱型直後、σ28
脱型直後、σ28
脱型直後
脱型直後

供試体サイズφ100×200mm
φ100×200mm□100×400mm
φ100×200mm（2）凝結性状
超高強度繊維補強モルタルの凝結性状を図－4 に示す。これは，W/C が 17%，鋼繊維添加量 0vol.%800

W/C=17%終結は 22 時間 30 分となった。遅れ膨張破壊（DEF）を防ぐため，蒸気養生は，凝結するまですべきではないとの報告がある 1)。そのた

700

SF：1.0vol.%
600
500
400

め，本モルタルでは安全を考慮し，0.0

前置き養生を 24 時間以上とした。

縮強度 150MPa を得るには，セメント水比を5.5以上(W/Cで18%以下)とする必要があることがわかる。
圧縮強度試験時のテストピースの破壊状況を写真－4 に示す。鋼
繊維が添加されていない場合，上貫入抵抗(MPa)（1）圧縮強度係を図－5 に示す。材齢 28 日で圧1.02.0
SF添加量(Vol.%)

3.0SF：2.0vol.%図－3 鋼繊維の添加量とスランプフローとの関係

2.3 強度性状
セメント水比と圧縮強度との関

締固め不要の目安

454035302520151050

写真－3 スランプフロー
190

W/C=17%170
終結(28MPa)

圧縮強度 (MPa)

結果，凝結の始発は19時間30分，スランプフロー(mm)の場合の試験結果である。試験の始発(3.5MPa)

σ28 = 14.05(C/W) + 71.98

150130
σ3= 16.45(C/W) + 49.55

110

σ3σ28900612経過時間(h)18

図－4 凝結性状

－586－

24

3.0

4.0

5.0
C/W

6.0

図－5 C/W と圧縮強度の関係

7.0

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第 13 回シンポジウム論文集（2004 年 10 月）の写真のとおり脆性的な破壊性状を示すが，1.0%添加すると，じん性が向上することがわかる。
（2）静弾性係数
静弾性係数の測定結果を表－5 に示す。ヤング係数は，鋼繊維の添加量に関係なく，38GPa 程度であった。
SF：0vol.%

表－5 静弾性係数の測定結果
配合245W/C(%)
171717SF 添加量(vol.%)
0.0
1.02.0

圧縮強度(MPa)161152153

静弾性係数
(GPa)
37.3
37.8
37.6（3）曲げ強度

SF：1.0vol.%

鋼繊維添加量と曲げ強度との関係を図－6 に示す。鋼繊維添加量が写真－4 破壊状況大きくなるほど，曲げ強度は大きくなることがわかる。
（4）引張強度30

鋼繊維添加量と引張強度の関係を図－7 に示す。引張強度は平均でほとんど変化しないことがわかる。
2.4 設計用値
前述の試験結果を参考にして，超高強度繊維補強モルタルの設計用

曲げ強度 (MPa)8.0MPa 程度であり，多少ばらつきがあるものの，鋼繊維添加量により，W/C=17%2520151050値案を表－6 のとおり仮定した。許容曲げ圧縮応力度の許容値につい0.0ては，プレ導入時，設計荷重作用時とも設計基準強度の 0.4 倍と仮定

1.02.0
SF添加量 (vol.%)3.0

図－6 鋼繊維添加量と曲げ強度の関係した。実験が継続中のため，実験結果のないものについては，道路橋
示方書の値やフランスの指針案 1)を準用した。
12

表－6 超高強度繊維補強モルタルの設計用値

プレ導入直後
設計荷重時
プレ導入直後許容曲げ引張応力度
設計荷重時
許容斜引張応力度
設計荷重時
コンクリートが負担できるせん断応力度
最大せん断応力度
弾性係数 Ec
クリープ係数
乾燥収縮
許容曲げ圧縮応力度

単位
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
GPa－μ設計用値
1204848-2.0-2.0
1.30.7
6.0371.0200

備 考
配合強度 150MPa
0.4f'ck〃
道路橋示方書より〃
道路橋示方書より〃〃
実験値より
フランス指針案 1)より
道路橋示方書より

引張強度 (MPa)

設計基準強度 fck’

W/C=17%108y= 0.4029x + 8.2426

64200.00.5
1.0
SF添加量 (vol.%)

図－7 鋼繊維添加量と引張強度の関係

3.低桁高 PC 橋の設計
低桁高 PC 橋(桁高支間比が 1/25 程度以下)では，プレストレス導入時と設計荷重作用時に大きな圧縮応力度が主桁断面に作用することになる。そこで，高い圧縮応力度を有する超高強度繊維補強モルタルを低桁高PC 橋へ適用することを考え，試設計を行った。
（1）設計条件
設計条件を表－7 に示す。試設計の対象は支間 35.0m，幅員 12.0m の単純桁橋とした。施工方法は，プレキャストセグメント(主桁 3 分割)を工場製作し，現場ヤードでプレストレスを導入し一体化して架設する方法－587－1.5

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第 13 回シンポジウム論文集（2004 年 10 月）とした。主桁には超高強度繊維補強モルタルを，場所打ちの間詰め部には通常のコンクリート(f'ck=40MPa)を使用した。設計用値
は，表－6 にあるものを使用した。
（2）試設計結果試設計の結果得られた PC 橋の寸法図および合成応力度をそれぞれ，図－8 および表－8 に示す。超高強度繊維補強モルタルの許容圧縮応力度が48MPaと大きいため，大容量PCケーブル(19S15.2)

表－7 設計条件
形式工法
活 荷 重
橋 長
桁 長
支 間 L
幅 員
斜 角

ポストテンション単純桁橋
プレキャストセグメント工法
B 活荷重35.9m
35.8m
35.0m
12.0m
90°00’00”

を主桁 1 本あたり 4 本配置することができ，桁高が 1.16m(桁高支間比で 1/30)の低桁高橋の設計が可能となった。

表－8 主桁および間詰め部の合成応力度

4.まとめ
超高強度繊維補強モルタルの材料試験および本モルタルを使用した PC 橋の試設計を行った結果，以下の知見が得られた。
（1）鋼繊維の添加量が大きいほど，スランプフローは低下する傾向にあり，W/C が 17％のモルタルに添加できる鋼繊維量は，1.5vol.%程度までと推定される。
（2）凝結試験の結果，前置き養生は 24 時間以上必要で合成応力度*(MPa)上縁0.8（＞-2.0 OK）
導入時
主桁
下縁40.5（＜48.0 OK）
支間中央
上縁18.6（＜48.0 OK）
設計時
下縁
0.57（＞-2.0 OK）
上縁15.1（＜48.0 OK）
設計時
主桁
下縁5.7（＞0.0 OK）
ｾｸﾞﾒﾝﾄ19.6（ － ）活荷重 上縁継目部
1.7 倍時 下縁-2.9（＞-3.0**OK）
間詰め部
上縁12.1（＜14.0 OK）
設計時
支間中央
下縁－
* ( )内は許容応力度，**セグメント継目部の許容応力度あった。
（3）材齢 28 日で圧縮強度 150MPa を得るには，セメント水比を5.5以上(W/Cで18%以下)とする必要がある。また，鋼繊維をある程度添加すると，じん性が向上することが破壊状況より観察された。
（4）静弾性係数は，鋼繊維の添加量に関係なく，W/C が 17％の配合では 38GPa 程度であった。
曲げ強度は，鋼繊維の添加量が大きくなるほど大きくなった。
（5）引張強度は，平均で 8.0MPa 程度であり，鋼繊維添加量により，ほとんど変化しない結果

図－8 低桁高 PC 橋一般図
（桁高支間比 1/30）となった。
（6）超高強度繊維補強モルタルを使用することで，桁高支間比 1/30 の低桁高橋の設計が可能であった。
5.おわりに
本報告に示した室内材料試験終了後，実機プラントによる練混ぜを行った。その結果，室内試験と同様な性状が得られ，実機プラントによる超高強度繊維補強モルタルの製造が可能であることが確認できた。
現在，本モルタルを使用した PC 桁および RC 桁を製作しており，今後，曲げ破壊試験およびせん断破壊試験を実施する予定である。
参考文献
1) SETRA-AFGC: Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concrete, Interim Recommendation, 2002.1－588－