R3-09
繰り返し衝撃力によるコンクリート表層，隅角部の損傷に関する基礎実験
防衛大学校 ○黒田 一郎，堀口 俊行，香月 智
1. はじめに法にて実験を行った．CASE1は，重錘衝突位置を辺からの離コンクリートダムの水吐や砂防ダムにおいては，越流状態隔距離20mmとして開始し(これをPHASE1とする)，剥離が生において水流に混入した礫の繰り返し衝突が生起する．そのじたならばそれ以降PHASE2，PHASE3として離隔距離を際，礫衝突による擦過と思われる摩耗が生じ，その対策の検20mmずつ増して載荷を続けた．CASE2では，PHASE1の離討がなされている1)．和泉ら2)は，繰り返して作用する衝撃力隔距離を40mmとして，CASE3では60mmとした．それぞれ供によるダメージの蓄積がコンクリートの損食に及ぼす影響

試体の名称および実験ケースを表－1に示す．

についての研究を行っている．そこでは基礎的段階として平剥離によって失われた体積，剥離堆積VEは点高法によって面への礫衝突を前提としたものであり，現場で生起している測定した．これは，供試体の側面に予め20mmのメッシュを摩耗とは異なる現象であった．そこで，本研究は周期的に重描いておき，剥離によってコンクリートが失われた際に，メ錘を落下衝突させる装置を用いて，無筋コンクリートブロッ

ッシュの各交点において，破断面までの法線方向の剥離深さ

ク供試体の隅角部に対する繰り返し衝撃(衝撃疲労)実験ををノギスによって測定し，剥離堆積VEは，各交点での剥離深行い，コンクリート隅角部の損傷性状について調べたものでさを数値積分することによって算出するものである．

ある．

3. 実験結果
CASE1ではPHASE1で必ず割裂による剥離が生じPHASE2

2. 実験の概要
実験で使用した供試体は，水セメント比40%, 45%, 60%のへと移行した．PHASE2において全7種類の供試体のうち6種無筋コンクリートの立方体ブロックであり，一片の長さは類で剥離現象が生起した．PHASE3へと移行した後の剥離はW/C40%で450mm，W/C45%とW/C60%で300mmである．コ

どの供試体でも見受けられなかった．また，剥離部の形状に

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ンクリート強度は，W/C40%で64.1N/mm ，45%で49.7N/mm ， 対して水セメント比による顕著な差異は見られなかった．
60%で35.5N/mm2であった．重錘は重量10.6kg，先端の曲率

CASE2のPHASE1では，CASE1のPHASE1よりも剥離が生80mmの鋼製である．重錘は遊星カム機構による連続落下装ずるまでに多くの衝突を要した．更に剥離によって失われた置によって15s間隔でコンクリート供試体上面に繰り返し落体積（剥離体積VE）も大きくなった．その後PHASE2（離隔下衝突される．重錘の衝突位置を常に定まった位置に制御す距離60mm）へ移行させたが、剥離は生じなかった．また，るために重錘固定用ガイドを設けた(図-1参照)．

CASE3では剥離が生起した供試体と生起しなかった供試体

本実験は面への落下衝撃ではなく，隅角部への衝撃の影響を調べることを目的とし，CASE1～CASE3の3種類の載荷方
重錘固定用ガイド
鋼製重錘450mm(W /C40%)
300mm(W /C60%)

450mm(W/C40%)
300mm(W/C60%)

図-1 供試体と重錘固定用ガイドよりも多くなり，剥離体積も大きくなった．

表-1 実験ケースの一覧

供試体の名称

アンカーボルト

供試体に分かれた．また，剥離にかかる衝突回数もCASE1やCASE2

40%供試体1
40%供試体2
45%供試体1
45%供試体260%供試体160%供試体260%供試体360%供試体460%供試体560%供試体660%供試体7

累積重錘
剥離体積V E(cm3)エネルギーSE (J)Ph.1 Ph.2 Ph.3 Ph.1 Ph.2 Ph.3 Ph.1 Ph.2 Ph.3
40 CASE1
24618191225
33225－－40 CASE1435150 183 1600 －24268－45 CASE1821129 366 960
121 152－－
45 CASE1 1049149 457 2240 －103 122－
60 CASE152880229 17842178－－
60 CASE1 1550686123－－－－－60 CASE1515100 229 686
2662－－
60 CASE2 23198－－ 1051 －－－－60 CASE3 112 －261－ 5119 －－－－60 CASE2 46246324－ 2013 －－－－60 CASE3 400 －－－－－－－－
Ph.1: PHASE1，Ph.2: PHASE2，Ph.3: PHASE3W/C 実験(%) ケース

衝突回数N (回)- 150 -いずれのCASEにおいても，離隔距離を大きくしていくと， の水セメント比においても大きな重決定係数となっており，衝突を繰り返してもそれ以上剥離が生じずに衝突位置の供重回帰モデルが，累積重錘エネルギーと剥離体積，粉砕体積試体上面にてコンクリートの粉砕による陥没が成長するのの関係をよく捉えていることが確かめられる．ここで，水セみの状態となった．その状態に至ったら載荷を終了し，粉砕メント比と各係数の関係に着目するならば，は水セメントによる陥没の体積(粉砕堆積VP)を粘土の充填によって測定し比が大きい程小さくなっており，水セメント比が大きくて強た．

度が小さい程少ないエネルギーで粉砕による陥没が成長し表-1に剥離に至るまでの重錘の運動エネルギーの累積値ていることを表わしている．一方で，は，ほどの顕著な変(以下，累積重錘エネルギーE)と剥離体積VEを併せて示す． 化を示しておらず，即ち，水セメント比を小さくして強度をまた，両者の関係を図-2よりに示す．粉砕が生じなかった場

大きくしても剥離の抑制には効果が期待できないことを表合(図-2での塗りつぶしマーカー◆◆◆)では，累積重錘エネわしている．

ルギーEが増加すると，それにほぼ比例して剥離体積VEが増

4. まとめ重錘衝突位置での粉砕が生じない場合，累積重錘エネルギ加することが認められる．しかし，粉砕が生じた場合(白抜きマーカー◇◇◇)は，累積重錘エネルギーEと剥離堆積VEーEと剥離による剥離体積VEは相関関係にある．

は比例関係を示していない．

重回帰分析の結果，水セメント比が大きいほど粉砕体積VP

そこで，粉砕が生じた場合においても，累積重錘エネルギが大きくなる一方で，剥離体積VEは水セメント比に対して鈍ーと損傷の関係を簡単なモデルで表現するために重回帰分感であることがわかった．

析によるモデル化を行なった．累積重錘エネルギーEを，剥参考文献

離を生じさせるのに消費されたエネルギー(剥離エネルギ

1) 中村昭男，佐藤正俊，黒田一郎：レジンモルタル被覆にー)EEおよび粉砕を生じさせるのに消費されたエネルギー

よる高強度コンクリートの耐衝撃性向上効果の検討，コ(粉砕エネルギー)EPの和として次の式で表わす．

ンクリート工学年次論文集，Vol.36，No.2，pp.493-498，E=EE+EP

2014

剥離体積VEが剥離エネルギーEEに比例し，粉砕体積VPが粉砕2)

和泉雄也，黒田一郎：衝撃疲労によるコンクリート表層エネルギーEPに比例すると仮定するならば，比例定数，をの損傷に関する基礎的研究，土木学会関東支部第43回技用いて次の重回帰モデルが与えられる．

術研究発表会講演概要集，2016

E=VE＋VP
すなわち，は，単位面積を剥離で失わせるのに必要なエネ

表-2 重回帰係数と重決定係数

ルギーの比率を，は単位体積を粉砕で失わせるのに必要なエネルギーの比率を表わした重回帰係数である．

水セメント比W/C (%)
404560

表-1の実験データを用いて最小自乗法によってこれらの重回帰係数を水セメント比毎に求めた結果を表-2に示す．更に，重回帰モデルによる累積重錘エネルギーの推定値と実測値の関係を図-3に示す(紙面の都合でW/C60%のみ)．いずれ

係数推定値

重決定係数3(J/cm )7.18
8.45
9.623(J/cm )
580
468
262

2R
0.993
0.941
0.949

12000

エネルギー推定値(J)400

剥離体積VE(cm3)◆◆◆：粉砕無し◇◇◇：粉砕有り

300◆◇：W/C40%◆◇：W/C45%◆◇：W/C60%

200

100

10000
8000

6000

重決定係数R2=0.949
RMS誤差=809
重回帰式：
E=9.62Va+262Vb
標本数N=154000
2000

0005000

10000

15000

20000

累積重錘エネルギーE(J)

02000 4000 6000 8000 10000 12000

エネルギー実測値(J)
図-3 累積重錘エネルギーE推定値と実測値の比較

図-2 累積重錘エネルギーEと剥離体積VEの関係- 151 -