アラミド短繊維混入によるコンクリートの曲げじん性向上効果
コンクリート研究室
指導教官

1．はじめに

趙

玉国

下村匠

丸山久一

す。アラミド短繊維 T-321 凹凸はファイバ

近年、トンネルや高架橋などの構造物にーを樹脂で集束されたものである(以下、アおいて、コンクリート片の剥落が発生し、ラミド繊維とする)。アラミド短繊維と比較

コンクリート構造物の耐久性が問題となっするために、ビニロン繊維、鋼繊維を用いている。

た。繊維混入率は体積率である。表―2 にコンクリート構造物片の剥落を防ぐ技術

繊維の物性値を示す。

として繊維補強コンクリートのコンクリー
ト構造物への適用が注目されている。しか表―１

し，繊維補強コンクリートは普通コンクリ

W/C s/a 単位体積質量（Kg/mm3)(%) (%) W
CSGSP
45 44 175 389 740 960 7.78

ートに比べ、施工性が劣るため，一般には利用しにくい。また、技術基準、合理的なベースコンクリートの配合

設計手法は確立されていないので、多数存表―２在する繊維材の中から最適な材料を選定することが難しいのが現状である。
現在よく使われている鋼繊維は強度が高い反面、防錆性の面で問題があり、使用用途によっては適用できない場合もある。更繊維の物性値

糸径 長さ 密度 引張強度 ヤング率mm mm g/cm3 kg/mm2 kg/mm2
アラミド 0.60 30 1.261252650
鋼繊維 0.60 30 7.85
24020000
ビニロン 0.66 30
1.3903000
品名に、鋼繊維補強コンクリートを廃棄する際、鋼繊維の腐食が影響して、処理が困難にな25るという問題が発生する。これに比べて、して、注目を集めている。
そこで本研究では、アラミド短繊維混入によるコンクリートの曲げじん性向上効果

荷重(KN)

合成繊維は腐食しなくて、軽量で取り扱いが容易であるため、鋼繊維に代わる材料と2.0%

20151.2%
プレン0.5%1050.2%を明確にし、既往の評価方法の問題点について、解決方法を提案した。

001たわみ(mm)2．実験概要2.1

使用材料

ベースコンクリートの配合を表―１に示

図―１2

アラミド繊維混入率0.2％～2.0％の荷重―変位曲線

32.2

試験方法

1816の角柱供試体を用い、材令 28 日で、スパン14300mm、3 等分 2 点載荷の曲げ試験を行っ12た。試験は載荷板の変位を制御とし、その速度は 0.004～0.03mm/min とした。

3.

実験結果と考察3.1

荷重―変位曲線荷重(KN)

曲げ試験用供試体は 100X100X400mm

アラミド0.5％
鋼繊維0.5％
ビニロン0.5％

1086420

アラミド T-321 凹凸混入率 0.2%～2.0%0123

たわみ（mm）

までの荷重―変位曲線を図―1 に示す。プ

繊維混入率 0.5％のアラミド、

レーンコンクリートはひび割れ発生後、曲図―２線が即座に降下し、破断するのに対し、繊ビニロン、鋼繊維の荷重―変位曲線

維補強コンクリートは降下が途中で食い止7する挙動を示した。ひび割れ荷重は繊維混6入率に依存せずほぼ一定である。以上のことから、繊維補強効果が得られるのはひび割れ発生以降であることが明らかにされた。
繊維混入率が 0.5%の場合の鋼繊維、ビニ曲げ強度（MPa)められ、混入率が大きい場合には再び上昇

ロン繊維、アラミド繊維補強コンクリート

54321の荷重―変位曲線を図―2 に示す。ひび割00.2

れ荷重は繊維の種類によらずほぼ一定であ

0.5

0.8

1.22

繊維混入率(%)

るが、ひび割れが発生して、急激な荷重低
図―３下の後、ひずみの増加に伴って、鋼繊維、アラミド繊維の曲げ強度下が激しい。

3.2

曲げ強度

図―3 のように、アラミド繊維は曲げ強度が混入率 1.2％まで、繊維混入率に依存せずほぼ一定であるが、繊維混入率は 2.0%になると、曲げ強度の増加することが確認された。繊維混入率が同一の場合、T-321 凹
凸、鋼繊維、ビニロン繊維の曲げ強度はほ曲げじん性係数（N/mm2)

ビニロン繊維よりアラミド繊維の荷重の低65432
1000.51.52

繊維混入率（％）

ぼ同じである。圧縮強度は繊維の混入による影響が認められなかった。

1

図―４

アラミド繊維の混入率0.2％～0.5％の曲げじん性係数2.5

曲げじん性係数

曲げじん性係数を図―４～５に示す。アラミド繊維補強コンクリートの曲げじん性係数は繊維混入率を増加させると大きくなった。繊維混入率が同一の場合、鋼繊維、ビニロン繊維補強コンクリートよりアラミド繊維補強コンクリートのほうが小さい。

4.

3

曲げじん性係数（N/mm2)

3.3

既往の評価方法の問題点

2.521.5
10.50

アラミド

図―６のように、弾性率の低い短繊維で補強されたコンクリートは 4 点曲げ試験を図―５ビニロン

鋼繊維

混入率 0.5％の曲げじん性係数行った時，混入率の低い場合、最大荷重点16起こしやすい。曲げじん性係数を算出する

14時、その部分のデータの信頼性が欠けると12思われる。また、たわみ 2mm までの曲線に10囲まれた面積がほぼ同じで、曲げじん性係数の差が小さいため、曲げじん性係数をパラメータとして、繊維補強効果を評価するのが難しいと思われる。

5.

繊維補強効果のみの評価方法

荷重(KN)

以降も急激に破壊進行し、不安定な破壊をアラミド繊維0.2%
アラミド繊維0.5%8642000.5

図―7 のように、線分 OB でたわみ 2mmまでの曲線に囲まれた面積を二つに分ける。

11.52

図―６

混入率 0.2％と 0.5％の曲線

B 点は急激な荷重低下の止まったところで、C 点と D 点はたわみ 2mm ところの荷重とA変位である。三角形 OAB はベースコンクリ
荷重ートに依存する部分で、多角形 OBCD は繊維に依存する部分であると考えられる。本
研究では、繊維に依存する部分のみの評価

BC

たわみD

方法を提案した。

6．B 点の特定方法

O

図―８のように、通常の載荷方法で得られた曲線において、B 点を特定しにくい。
新しい載荷方法はひび割れが発生する時、載荷を停止し、荷重が急激に低下する。荷重低下が止まった後、再び載荷する。この載荷方法で B 点が特定できる。

2.5

たわみ(mm)図－7 曲線のモデル化

7.

評価方法の比較
図―5.9 のように面積を二つに分けて、繊ひび割れ発生後、急激に荷重の低下する影響は避けられる。計算結果は図―10 のように、混入率が低くなると、プレーンコンク

荷重（KN)維に依存する部分だけの面積を算出すると、1816141210

リートの性質に依存する部分の面積が大きくなるため、繊維補強効果が小さくなる。
繊維混入率が低い場合、従来法よりより正

既往方法
新方法B点

8642001確に繊維補強効果が評価できる。

23たわみ(mm)8．まとめ（１）アラミド繊維補強コンクリートの曲B 点の特定方法

図―８

げ強度は繊維混入率が一定の値以下では、最大荷重がプレーンコンクリートのひび1816ずほぼ一定である。

14（２）アラミド繊維補強コンクリートの曲げじん性係数が繊維混入率を増加させると増大する。

荷重(KN)

割れ荷重であるため、繊維混入率によら1.2%

120.8%

10
80.5%

60.2%

（３）繊維に依存する部分のみを評価する

4と、ひび割れ発生後、急激な荷重低下の2影響は避けられると考えられる。この方

0012

たわみ(mm)法で繊維混入率が低い場合でも、より正図―９確に繊維補強効果が評価できる。

3曲線の分け方

参考文献
財団法人高速道路技術センター：繊維補強材を使用したコンクリートの適用性検討報告書、平成 14 年度[2]

住学、竹内博幸、中出睦、谷垣正治：ビニロン繊維補強コンクリートに関する基礎的研究、コンクリート工学年次論文集、Vol.25、No1、pp.257-262、2003[3]

細田暁、菅野貴浩、石橋忠良：合成短繊維添加によるコンクリート片の剥落対策、コンクリート工学年次論文集、Vol.25、No1、pp.275-280、2003

曲げじん性係数(N/mm2)

[1]

1.8
1.6
1.4
1.2
10.8
0.6
0.4
0.2
0

新方法
既往方法
00.5

1

アラミド繊維混入率(％)
図―１０

評価方法の比較

1.5