コンクリート工学年次論文集，Vol.41，No.2，2019

論文

SUS 鉄筋補強埋設型枠を有する柱を想定した梁部材の耐荷性能実験
藤倉修一*1・小島侑城*2・Nguyen Minh Hai*3・河野一徳*4

要旨：ステンレス鉄筋および高強度モルタルを使用した SUS 埋設型枠を有する矩形断面 RC 柱部材の耐荷性能を評価するために，柱を想定した梁部材の載荷実験および SUS 埋設型枠のパネル載荷実験を行った。その結果，SUS 埋設型枠を有する部材は，RC 部材に比べて，曲げ剛性が大きく，ひび割れ幅の抑制が期待できるが，型枠の継目でひび割れ幅が大きかった。ステンレス鉄筋の曲げ加工によるアンカーと目粗し処理により，
SUS 埋設型枠と後打ちコンクリートの一体化を確認した。高強度モルタルを使用した SUS 埋設型枠は，ひび割れ発生とともに荷重は急激に低下したが，SUS 鉄筋が応力を負担したためじん性のある挙動を示した。
キーワード：ステンレス鉄筋，高強度モルタル，埋設型枠，静的載荷実験，RC 柱部材
1. はじめにと SUS 埋設型枠との一体性に着目した。さらに，本研究

PCa 埋設型枠は，コンクリート施工における型枠の脱で用いた埋設型枠単体の曲げ性状を確認するためのパネ型が不要なことから，コンクリート構造物の急速施工をル載荷実験も行った。なお，梁供試体は，載荷方向に対可能にし，高所作業における型枠脱型のための足場が不して垂直な面である上下面（以下，ECF-TB と呼ぶ；TB要となるなどの長所がある。そのため，これまで様々なは Top-Bottom）および平行な面である左右面（以下，1), 2)が，近年，腐食にECF-SS と呼ぶ；SS は Side-Side）に SUS 埋設型枠を配置

種類の埋設型枠が開発されている強いステンレス鉄筋（以下，SUS 鉄筋と呼ぶ）を埋設型した供試体と RC 供試体の 3 体とした。

枠の補強材に使用し，RC 部材の構造性能向上を期待できる SUS 鉄筋補強埋設型枠（以下，SUS 埋設型枠と呼2. 実験概要

ぶ；SUS-Embedded Concrete Formwork）が開発された。

2.1 使用材料および配合

これまでに SUS 埋設型枠は既往の短繊維補強埋設型枠

SUS 埋設型枠の使用材料は，低水セメント比の高強度にはない，じん性のある埋設型枠であることが明らかにモルタルと SUS 鉄筋である。表－1，表－2 にそれぞれ3)。さらに，SUS 埋設型枠を RC 梁の一部に高強度モルタルの使用材料および配合表を示す。高強度用いた載荷実験 4)や既設の RC 柱を SUS 埋設型枠で補強モルタルは，水セメント比 W/C を 27 %，セメント C となっている

した柱に対する正負交番載荷実験5)が行われている。

細骨材 S の重量比を 1：2 で配合し，オムニミキサーに本研究では，新設構造物を想定して，高強度モルタルより練り混ぜた。セメントは普通ポルトランドセメントを使用した SUS 埋設型枠を有する矩形断面 RC 柱部材のを用いた。細骨材は川砂 S1 と吸水率が低く品質の良い耐荷性能評価を目的とした。柱部材の耐荷性能を評価す

細骨材である石炭ガス化溶融スラグ 6)（IGCC スラグ）S2る場合は，通常，正負交番載荷実験を行うが，SUS 埋設を重量比で 1：1 に混合したものを用いた。さらに，角欠型枠を有する RC 柱断面の基本的な挙動を把握するためけ防止のためにビニロン繊維 F を体積比で 0.3 %，混和に，柱断面を想定した梁供試体を作製し，静的 2 点載荷剤として高性能減水剤 SP をセメント重量に対して 2 %実験を行った。矩形断面柱部材では 4 面に埋設型枠が必混入した。なお，高強度モルタルは 4 バッチに分けて練要となるが，地震力等の水平荷重が作用した場合，載荷り混ぜを行い打設したため，表－3 にはバッチ毎の載荷方向に平行な 2 面と垂直な 2 面では，耐荷機構が異なる。

実験日における材料特性を示す。SUS 鉄筋は鋼種 SUS304

そこで，載荷方向と平行な 2 面または垂直な 2 面に埋設の D4 を用い，材料特性を表－4 に示す。SUS 鉄筋は長型枠を有する梁供試体に対して実験を行い，それぞれの手方向の鉄筋比が 0.4 %となるよう配置した。なお，本埋設型枠が耐荷性能にどう影響を与えるかを確認した。

実験における材料強度はそれぞれ，JIS 規格に準拠して特に，通常の RC 梁部材との違いや後打ちコンクリート試験を行った結果である。

*1 宇都宮大学 地域デザイン科学部*2 宇都宮大学 工学部

建設学科

社会基盤デザイン学科

Ph.D.

建設工学コース*3 宇都宮大学 地域デザイン科学部*4 日本コンクリート技術（株）

准教授

社会基盤デザイン学科（正会員）- 1111 -助教 博（工）

（正会員）

表－1

表－5

高強度モルタルの使用材料

使用材料記号

密度 (kg/m3)

上水道水W1.00

普通セメントC3.16

S12.63IGCC スラグS22.68

ビニロンファイバー

F

1.3

高性能減水剤

SP

1.1

川砂

表－2

後打ちコンクリートの材料特性

供試体

圧縮強度(N/mm2)

引張強度(N/mm2)

静弾性係数(N/mm2)

材齢(日)

RC

41.4

3.42

3.33×104173.92

3.14×104353.65

3.06×104

29

ECF-TB

44.3

ECF-SS47.7

高強度モルタルの配合表
単位量 (kg/m3)

W/C(%)

W

C

S1

S2

FSP

27191

720

720

720

3.87

14.40

表－3

高強度モルタルの材料特性

No

供試体

圧縮強度
(N/mm2)

曲げ強度(N/mm2)

材齢(日)1

ECF-TB 上面

110.6

14.3782

ECF-TB 下面

102.5

13.8783

ECF-SS

116.1

12.6724

ECF-SS，パネル

104.112.872表－4

図－1

パネル供試体の詳細図

SUS 鉄筋と鉄筋の材料特性

種類

降伏強度(N/mm2)

引張強度(N/mm2)

弾性係数(N/mm2)

SUS 鉄筋 D4490694

1.93×105

鉄筋 D63615282.05×105

鉄筋 D13362490

2.05×105

梁供試体に用いた後打ちコンクリートは，最大骨材寸

図－2

梁供試体の詳細図（上：断面図，下：側面図）

張強度 8.0 N/mm2 を用いて，SUS 鉄筋の降伏強度に基づ法 20 mm の早強ポルトランドセメントを用いたレディいて終局荷重を 1.4 kN としている。

ーミクストコンクリートで，スランプは 13.8 cm であっ2.3 梁供試体た。載荷実験日材齢における材料特性を表－5 に示す。

梁載荷実験用の供試体の寸法および配筋を図－2 に示

梁供試体に用いた鉄筋は，鋼種 SD295A で軸方向鉄筋にす。寸法が 2400×300×300 mm の供試体を 3 体作製した。

D13，帯鉄筋に D6 を用い，材料特性を表－4 に示す。

図－2 の断面図に示すように，ECF-TB および ECF-SS は，2.2 パネル供試体それぞれ載荷方向に対して垂直な面である上下面およびパネル載荷実験用の供試体は，図－1 に示すように，600×300×20 mm であり，同一の供試体を 2 体作製した平行な面である左右面に SUS 埋設型枠を配置した供試体である。

（Panel 1 および Panel 2）。SUS 鉄筋間隔は 150 mm とし，

図－2 の側面図に示すとおり，梁供試体は 3 体ともに長手方向鉄筋が引張側になるように配置した。長手方向同一配筋とした。なお，図－2 の側面図には埋設型枠をの軸方向鉄筋のかぶりは 6 mm，有効高さは 12 mm であ示していない。本研究では，柱を想定した梁供試体である。なお，パネル供試体の設計では，RC 部材として引るため，軸方向鉄筋比が 1.5 %になるように D13 を計 12- 1112 -図－3SUS 埋設型枠の詳細

写真－1本配置した。また帯鉄筋は D6 を用い，曲げ破壊型になSUS 鉄筋の山型加工

3.2 梁載荷実験るようにせん断スパン内に 70 mm 間隔，等曲げモーメン

梁載荷実験は図－2 に示したように，静的 2 点載荷をト区間に 91.4 mm 間隔，端部に 50 mm 間隔で配置した。

行った。載荷荷重サイクルでは，まず，計算により求め梁供試体に用いた SUS 埋設型枠を図－3 に示す。寸法

た RC 供試体におけるひび割れ発生荷重（44 kN）まで載は 1200×300×20 mm，埋設型枠を梁供試体に配置する荷した後，荷重を除荷した。次に，同様に求めた軸方向際に，長さ 1200 mm の SUS 鉄筋が梁供試体のかぶり側鉄筋降伏荷重（138 kN）まで載荷して除荷を行った後，に位置するようにした。また，SUS 埋設型枠の両端部か再載荷し，載荷荷重が急激に低下したところで載荷を終らそれぞれ 300 mm の位置に，写真－1 に示すような山了した。載荷荷重が急激に低下し始める直前の状態を終型の曲げ加工を軸方向 SUS 鉄筋に行い，山型加工部の露局状態とし，この時の荷重を終局荷重と定義する。載荷出高さは打継面表面から 20 mm とした。これは，後打ち実験状況を写真－2 に示す。ここで，写真－2 に示すようコンクリートとの一体性を図るためのアンカーの役割をに，写真の手前側を北側，右側を西側と定義する。測定

果たし，施工時には向かい合う埋設型枠同士をつなぐた

項目は，支間中央のたわみ，パイゲージにより測定しための治具となる。さらに，SUS 埋設型枠のコンクリート等曲げモーメント区間におけるひび割れ幅，コンクリー

側表面は水平打継目処理剤を用いて，目粗し処理を行っ

トのひずみ，軸方向鉄筋および帯鉄筋のひずみである。

た。ECF-TB および ECF-SS 供試体ともに，埋設型枠が縦

また，写真－3 に示すように，後打ちコンクリートと埋の状態で，後打ちコンクリートを打設した。

設型枠の鉛直方向ずれ変位を測定するために，後打ちコ

SUS 埋設型枠は梁供試体一面あたり 2 枚，計 4 枚を各ンクリート部分に変位計を固定し，水平方向ずれ変位に供試体で使用した。この場合，支間中央に型枠の継目がついては，SUS 埋設型枠にアングル材を固定し計測した。

存在し，継目では極力隙間が生じないよう型枠同士を接ECF-TB および ECF-SS の両供試体において，鉛直ずれ変触させ，機械的につなげることは行わなかった。結果的

位，水平ずれ変位を，それぞれ 5 ヶ所ずつ計測した。に，載荷実験時には，型枠継目に 1 mm 程度の隙間が生じ，そこにセメントペーストが充填されていた。充填状

4. パネル載荷実験結果

況は，供試体間で異なり，ECF-TB 供試体では，下面のパネル載荷実験によって得られた荷重－支間中央変位状況を確認していないが，上面において幅の半分程度，関係を図－4 に示す。なお，黒点線は計算より求めた全ECF-SS 供試体では，片側は継目の全高さ，反対側は下断面有効時における荷重－変位関係，青点線はモルタル面から約 100 mm の高さまでセメントペーストが充填さの引張応力を無視した RC 断面における荷重－変位関係れていた。後述するが，上面，すなわち圧縮側におけるである。載荷荷重－変位関係は Panel 1 および Panel 2 で型枠継目の隙間の状態が支間中央下面でのひび割れ幅やほぼ同様な結果だったので両供試体の平均値で説明する。

終局荷重に影響したと考える。

載荷の始めは荷重－変位関係は直線で，全断面有効による曲げ剛性とほぼ一致し，2.7 kN で大きな音を伴い荷重3. 試験方法および測定項目の急激な低下が確認された。これは断面の下縁にひび割

3.1 パネル載荷実験れが生じたためである。この時の下縁の引張応力は平均

パネル載荷実験は図－1 に示したように，支間 450 mm，で 14.9 N/mm2 であり，曲げ試験より算出した引張縁応力支間中央に 1 点載荷し，単調静的載荷とした。測定項目

12.8 N/mm2 と近い値である。これは，前述したパネル供は支間中央のたわみである。

試体設計時に想定した引張強度 8.0 N/mm2 よりも大きい。

- 1113 -写真－2

梁載荷実験状況（ECF-TB）

写真－3

相対ずれ変位の測定状況（ECF-SS）

3.5
Panel1Panel2
全断面有効RC断面Load(kN)

32.5
21.5
10.500
図－4246Displacement(mm)8

パネル載荷実験の荷重－中央変位関係

図－5

梁供試体のひび割れ進展図

ひび割れ発生後，急激に荷重が約 1.0 kN まで低下したものの，軸方向の SUS 鉄筋が応力を負担したため脆性的な破壊には至らなかった。その後，変位が 30 mm に達した
ところで載荷を終了したが，変位の増加とともに荷重は1.6 kN まで徐々に増加し，パネル供試体はじん性のある変形性能に富んだ挙動を示した。
5. 梁載荷実験結果
5.1 損傷状況
いずれの供試体も，ひび割れ発生後，軸方向鉄筋が降

写真－4

伏し，支間中央付近上面のコンクリートが圧壊して終局

ECF-SS の引張縁の局所的な型枠のずれ状態に至った。図－5 は各梁供試体のひび割れ進展図では確認されなかったが，支間中央部上側において，圧縮ある。ひび割れ観察は，ひび割れ発生荷重と主鉄筋降伏によって生じたと考えられる，SUS 埋設型枠と後打ちコ荷重の間の 90 kN 時，主鉄筋降伏荷重付近の 140 kN 時おンクリートの接触面に沿って 0.5 mm 程度のひび割れをよび終局荷重に至った後に行った。ひび割れは 100～確認した。また，ECF-SS 供試体では，支間中央下側の150 mm 間隔程度に分散しており，SUS 埋設型枠の有無型枠継目周辺で，局所的に型枠に沿った方向にずれが観による差は確認できなかった。

察され，写真－4 に示すように，型枠が継目で約 5 mm

埋設型枠と後打ちコンクリートとのずれは，場所によ開き，矢印で示した方向へ SUS 埋設型枠のずれが生じてっては固定点と変位測定位置との間にひび割れが生じたいた。

ため，ずれ変位のみを測定できない箇所もあったが，目5.2 荷重－ひび割れ幅関係

視による観察も合わせて，軸方向鉄筋降伏荷重までは，梁供試体の荷重－ひび割れ幅の関係を図－6 に示す。

ずれは生じず一体性が確認された。その後，終局状態にひび割れ幅は，等曲げモーメント区間の供試体下縁に 5おいても，ECF-TB 供試体では型枠に沿った方向のずれヶ所×2 列の計 10 か所で測定しているが，例として図－- 1114 -250

250
Ultimate load
Yield load

150

RC
ECF−TBECF−SSCracking load

100
50000.2Load(kN)

Load(kN)

200200Ultimate load

150

Yield load
RC
ECF−TBECF−SS
Cracking load

10050

0.4
0.60.8Crack width(mm)001(a) SUS 埋設型枠の継目における比較

250

200

200
Ultimate load

150

Yield load

RC
ECF−TBECF−SS Cracking load

500051

荷重－ひび割れ幅関係（等曲げモーメント区間）

250

100

0.40.60.8
Crack width(mm)(b) SUS 埋設型枠の継目以外における比較

Load(kN)

Load(kN)

図－60.210 15 20 25Displacement(mm)30100
Cracking load

0035Ultimate load

Yield load

50(a) 荷重－変位関係
図－7150RCECF−TB
ECF−SS1234Displacement(mm)5(b) 荷重－変位関係（0～5mm の拡大図）
梁供試体の荷重－変位関係

6(a)に支間中央，図－6(b)に支間中央から東側 100 mm

5.3 荷重－変位関係の位置での結果を示す。いずれも，断面幅方向は中心か梁載荷実験より得られた荷重－変位関係を図－7 に示ら北側へ 125 mm の位置である。SUS 埋設型枠を有するす。図－7(a)には全体図，図－7(b)には変位が 0～5 mm

供試体では，支間中央は型枠の継目が存在する位置であまでの関係を示す。緑線が RC 供試体，青線が ECF-SSるが，図－6(a)から，同じ荷重で比較すると，RC 供試供試体および赤線が ECF-TB 供試体の結果である。なお，

体と ECF-SS 供試体は同程度のひび割れ幅であり，計算より求めた RC 供試体のひび割れ発生荷重，主鉄筋

ECF-TB 供試体ではそれらよりも大きいひび割れ幅が生降伏荷重および終局荷重を破線で示した。図－7 より，じている。これは，前述した ECF-TB 供試体での圧縮側SUS 埋設型枠を有する供試体は RC 供試体より全体的に型枠の継目における隙間の影響および引張側型枠の継目曲げ剛性が高い傾向であった。図－7(b)から，ひび割れによるものであると考えられる。また，図－6(b)より，発生および主鉄筋の降伏までは，ECF-TB 供試体の剛性

ひび割れ発生荷重は，ECF-TB，ECF-SS，RC 供試体の順が最も高い。これは，ECF-TB 供試体には下面に SUS 埋に大きく，ひび割れ幅については，例えば，降伏前の荷設型枠を配置しているため，それぞれ，高強度モルタル重である 100 kN で比較すると，ECF-TB，ECF-SS，RCおよび SUS 鉄筋の寄与によるものと考えられる。また，においては，それぞれ，0.10 mm，0.17 mm，0.23 mm でECF-SS 供試体の剛性について確認すると，ひび割れ発あった。これは，SUS 鉄筋および高強度モルタルによる生までは RC 供試体とほぼ同じであるが，主鉄筋降伏まひび割れ抑制効果によるものであると考えられる。なお，

では若干高く，両側面に配置された SUS 埋設型枠の寄与他の中央位置または中央以外の位置での荷重－ひび割れによるものである。
図－7 より得られた梁供試体のひび割れ発生荷重，主幅の関係は同じような傾向であった。

鉄筋降伏荷重および終局荷重をそれぞれの計算値も併せ- 1115 -表－6

梁試験の計算値と実験値の比較

もに荷重は急激に低下したが，SUS 鉄筋が応力を負担したためじん性のある変形性能に富んだ挙動を

ひび割れ発生荷重 (kN)

主鉄筋降伏荷重 (kN)

実験

計算

実験

計算

実験

計算

本実験では，圧縮側型枠継目の隙間の状態が終局荷重

RC38.844.3150140202181に影響したと考えられるため，今後は，埋設型枠継目のECF-TB

57.051.0

153139206183

ECF-SS42.047.6155140214184

種類

終局荷重(kN)示した。

条件による耐荷性能への影響を検討する必要がある。さ
らに，埋設型枠間の継目に隙間がある状態では，耐久性の照査で考慮するかぶりとみなすことができず，耐久性上弱点となる可能性があり，今後検討が必要である。まて表－6 に示す。計算値については，(1) ひび割れ発生荷

た，本研究では，SUS 埋設型枠の基本な挙動を把握する

重は全断面有効における下縁の引張応力が材料試験によために，柱断面を想定した梁供試体を用いたが，実際のり求めた引張強度に達した際の荷重，(2) 降伏荷重はコ柱部材に対する正負交番載荷実験を行い，SUS 埋設型枠ンクリートの引張応力を無視した断面において最下縁のの耐荷力への影響を調べる必要がある。

鉄筋が降伏強度に達するときの荷重，(3) 終局荷重は等価応力ブロックにより算出した上縁のコンクリートが圧謝辞壊するときの荷重としている。なお，SUS 埋設型枠を有本研究は，新世代 PCa 工業会の補助を受けて実施しまする梁供試体の計算値は SUS 埋設型枠による強度増分した。また，本研究の実験に際しては，中島章典氏（宇を考慮せず RC 供試体と同様に算出している。これより，

都宮大学），丸岡正知氏（宇都宮大学），篠田佳男氏（日計算値と実験値の比は 2～15 %程度であった。終局荷重

本コンクリート技術）には様々なアドバイスをいただき，は，ECF-TB 供試体および ECF-SS 供試体で，それぞれまた，宇都宮大学構造研究室の皆様に大変お世話になり

206 kN，214 kN であり，RC 供試体の 202 kN よりも大きました。ここに記して関係各位に謝意を表します。

かった。SUS 埋設型枠を有する供試体で比較すると，上下面に SUS 埋設型枠を有する ECF-TB 供試体の方が大き

参考文献

いと予想されたが，両側面に SUS 埋設型枠を有する

1)

松林卓，坂口伸也，原夏生，三島徹也：ビニロンフ

ECF-SS 供試体の方が大きかった。これは，圧縮側であァイバー混入コンクリート製埋設型枠の構造性能

る上面のコンクリートが圧壊したときが終局状態であり，に関する検討，コンクリート工学年次論文集，Vol.26，

前述した圧縮側型枠継目の隙間の状態が終局荷重に影響

No.2，pp757-762，2004.6

し，ECF-TB 供試体では上面の型枠継目で圧縮力が十分

2)

牧隆輝，田中敏嗣，阿部忠，木田哲量：RPC 製埋設型枠を用いた RC はりの載荷試験，コンクリート工伝達されなかったためと考えられる。

学年次論文集，Vol.27，No.1，pp289-294，2005.63)

6. まとめ

河野一徳，篠田佳男，安同祥，清宮理：ステンレス

SUS 鉄筋補強埋設型枠を有する柱を想定した梁部材お鉄筋を補強材とした PCa 埋設型枠の開発, 土木学会

よび SUS 埋設型枠パネルの載荷実験より得られた知見

第 66 回年次学術講演会，V-458，pp915-916，2011.94)を以下に示す。

篠田佳男，清宮理，河野一徳，佃有射：ステンレス(1) SUS 埋設型枠を有する部材は，RC 部材に比べて，鉄筋使用埋設型枠の耐荷性能に関する基礎的研究，曲げ剛性が大きく，曲げに対する引張縁に SUS 埋設

土 木 学 会 第 65 回 学 術 年 次 講 演 会 ， V-651 ，型枠を用いると，ひび割れ幅の抑制が期待できるが，pp1301-1302，2010.9

本実験のように型枠継目を機械的につながない場5)

立石和也，篠田佳男，大嶋義隆，二羽淳一郎：ステンレス鉄筋使用パネルと PC ストランド併用による合は，継目でのひび割れ幅は大きくなる。

RC 柱のじん性補強効果，コンクリート工学年次論(2) SUS 鉄筋を曲げ加工したアンカーの使用および SUS

文集，Vol.37，No.2，pp.1381-1386，2015

埋設型枠の目粗し処理により，SUS 埋設型枠と後打ちコンクリートにおいては，軸方向鉄筋降伏荷重ま6)山中友仁，藤原浩已，丸岡正知，小林亮太郎：石炭ガス化溶融スラグ細骨材の適応性に関する実験的では，ずれは生じず一体性が確認された。
(3) SUS 埋設型枠のパネル載荷実験では，高強度モルタルの引張強度が大きかったため，ひび割れ発生とと- 1116 -研究，Cement Science and Concrete Technology，No.1，
Vol.71，pp.603-609，2018.3