コンクリート工学年次論文集，Vol.32，No.1，2010

論文 各種繊維を用いた初期ひび割れ抑制に関する基礎的研究
竹内好雄*1

要旨：本研究は，コンクリートの初期ひび割れの抑制に関するもので，繊維を用いた場合のコンクリートのひび割れの抑制効果及び圧縮強度や流動性などの基礎物性を調査したものである。特性や形状の違う様々な繊維を用い，繊維の諸特性とコンクリートのひび割れの抑制効果及び基礎物性との関係を調べた。圧縮強度
は繊維の種類によらず空気量との相関が見られ，流動性は繊維体積などの繊維形状によって決まる特性に大きく影響され，ひび割れは繊維体積と繊維弾性率の積に大きく影響される事が分かった。
キーワード：初期ひび割れ抑制，繊維，弾性率，形状効果
1. はじめに

2. 試験概要

近年，コンクリートのひび割れには社会的な関心が集

2.1 使用繊維

まり，その抑制に様々な方法が試みられている。ひび割

初期ひび割れの抑制に使用されている繊維の中で，今れの中でも初期ひび割れの抑制対策には繊維が用いら回の実験に用いた繊維の特性を表－1に示す。表中の繊れ，有効であるとの報告がある

1) ,2)。しかしながら，材維混入量はメーカー推奨値を示し，全ての試験は推奨量

質の違う各種繊維の特性とひび割れの抑制効果や圧縮強を添加して行った。また，その推奨量を添加した場合の度などの基礎物性との関係を調べたものはなかった。そコンクリート中に含まれる単位容積当たりの本数，表面こで，初期ひび割れの抑制対策に一般に広く使用されて積，体積は，メーカーが公表している比重や直径などのいる弾性率や形状の異なる様々な繊維を添加した場合のデータから求めた計算値を示している。

コンクリートの流動性や硬化後の特性及びひび割れの抑2.2 基礎物性制効果の調査を行った。それらの結果を基に，繊維の特JIS A 5308レディーミクストコンクリートに定められ性がコンクリートの基礎物性及びひび割れの抑制に及ぼている項目の内，表－2に示す配合の24-18-20Nのコンクす影響を明らかにした。

リートに対して各繊維をメーカーの推奨する量を添加した時の圧縮強度，空気量，スランプを調べた。
表－1 各種繊維の諸特性略称GF

PP1

材質

耐アルカリガラス

PP2PP3

ポリプロピレン

NL
ナイロン

比重*

2.8

0.91

0.91

0.91

1.14

直径(μm)*

13.5

300

651815長さ(mm)*1312121212

アスペクト比**960

40185670800

引張強度(GPa)*

1.5

0.5

0.53

0.5

0.55

弾性率(GPa)*

75

55.0

54.2

繊維混入量(g/m3)***500910

455

600

300

繊維混入量(vol%)***

0.02

0.10

0.05

0.07

0.03

繊維本数(万本/m3)**

9,600

120

1,250

21,60012,400

繊維表面積(m2/m3)**

52.9

13.6

30.6

147

70.1

繊維体積(cm3/m3)**

179

1,018498660263*・・・メーカー公表値または一般値**・・・メーカー公表値または一般値から計算した値***・・・メーカー推奨値または推奨値からの計算値*1 日本電気硝子（株）

ガラス繊維事業部技術部

(正会員)

-329-

表－2 コンクリートの配合
単位量（kg/m3）

粗骨材の スランプ 水セメン 空気量 細骨材率
最大寸法
ト比(mm)
(cm)
(%)
(%)
(%)
2018584.5

水49.1

179

セメント 細骨材309

粗骨材 混和剤

859

921

3.09

セメント：普通ポルトランドセメント，細骨材：滋賀県愛知川産川砂，粗骨材：滋賀県愛知川産川砂利
混和剤：ＡＥ減水剤 標準型 １種
表－3 各種繊維を使用した場合のコンクリートの基礎物性
略称PLGF

PP1PP2PP3

材質－耐アルカリガラス

スランプ(cm)

19.5

17.5

14.0

18.0

12.0

16.5

空気量(%)

4.5

5.3

5.7

5.8

5.15.5ポリプロピレン

NL
ナイロン

圧縮強度

材齢7日

27.6

26.626.3

26.8

27.726.0(MPa)

材齢28日

38.035.8

34.935.637.4

35.3

2.3 ひび割れ試験
既往の文献など(3)コンクリートの混練と打設
1) ,2)

で用いられている評価方法を参考

パン型強制練りミキサーにより粗骨材，細骨材，セメにして，各種繊維のひび割れ抑制効果を調べた。コンク

ントをドライブレンドした後に水を添加してさらに混練

リートの配合はひび割れが発生しやすいように単位セメを行いウェットコンクリートを得た。繊維を混練するもント量と水量が多い表－4に示す富配合とし，各繊維をのについては，そこへ繊維を投入しさらに混練を行ってメーカー推奨量添加した時のひび割れの発生状況を目視繊維入りコンクリートを得た。

観察した。

型枠を直射日光の当たる屋外に静置し，得られたコン

詳細な評価方法は次の通りとした。

クリートを50 mm打設した。厚みを調整した後，コテ均(1)使用型枠しを行った。振動器などによる締め固めは行わず，シー木 製 型 枠 に 5φ @50の メ ッ シ ュ 筋 を 溶 接 し た 厚 み

ト掛けを行わずに屋外で翌日まで養生を行った。

4.5mmの鉄板を設置し， 50mmの枠木で囲った型枠を使(4)ひび割れの測定用した。コンクリート打設前の型枠を写真－1に示す。

24 時間後のひび割れの幅と長さを測定した。
3. 試験結果
3.1 基礎物性
基礎物性試験結果を表－3に示す。
プレーンコンクリートと比較して，繊維を入れたものは全て空気量が増加したが，繊維の混入による空気の巻き込み効果と思われる。空気量と圧縮強度との関係を
図－1示す。空気量が1%増加すると圧縮強度は4～6%低下すると言われている3)。得られた近似式から材齢毎に

写真－1 ひび割れ試験用型枠

求めた空気量の差が 1%となる4.5%と5.5%の時の圧縮強度の差は，材齢 7日で 4.0%（ 27.7→ 26.6MPa），材齢 28日(2)使用コンクリートで 6.0%（ 38.1→ 35.8MPa）となり，一般的な空気量と圧ひび割れ試験には，単位セメント量と水量が多い表－4縮強度の関係とほぼ一致する。以上から，圧縮強度の低に示す配合のコンクリートを使用した。

下の原因は繊維自体にあるのではなく，繊維の添加によるエントラップトエアによる空気量の増加によるものと

表－4 ひび割れ試験用コンクリート配合
水セメント

細骨材

粗骨材

繊維

250690

690

690

推奨量*

思われ，空気の増加を見込んだ調合設計を行えば，どの繊維を使用しても設計通りの空気量及び圧縮強度が得られると思われる。

*・・・表－1参照

-330-

4020

y=-2.3722x+48.779
R^2=0.8253
3518

材齢28日

161430

材齢7日

254.04.55.0
空気量(%)

y=-1.0487x+32.409
R^2=0.5229

5.512106.00

図－1 空気量と圧縮強度の関係

20406080100120140
単位体積当たりの繊維表面積（m2）160

図－3 繊維表面積とスランプの関係

繊維の形状とスランプとの関係を図－2から図－4に示20す。PP1（スランプが14cmのもの）を除くと，繊維の直18径と相関のある繊維本数が多いほど，繊維表面積が大き16いほど，スランプが小さくなる傾向が見られた。繊維体積はスランプと相関関係が見られ相関係数が0.77，寄与14率が0.59となった。

12PP1はメーカー公表値の直径から計算した本数や繊維10表面積が極端に少ないにもかかわらず，スランプの低下0が大きかった。PP1の繊維を写真－2に示す。PP1は他の200

400
600
800
1000
単位体積当たりの繊維体積（cm3）1200

図－4 繊維体積とスランプの関係

繊維と違い，写真のような網目構造をしており，裂けてさらに細くなって本数や表面積が増えていたり，網目状のままコンクリート中に存在していることが考えられ，これらのことがスランプが大きく低下している原因ではないかと思われる。GFの製品形態も，13.5μmのガラスの単繊維が束ねられた 1mmほどの幅を持った繊維束であるが，コンクリート中で単繊維に分散する。PP1も簡
単に手で裂けることから，ガラス繊維と同様の分散機構でメーカー公表値である 300μ mよりはるかに細い状態

写真－2 PP1の拡大写真

でコンクリート中に分散していると思われる。
PP1を除いた場合は非常に強い相関が見られ，繊維本数であれば相関係数が0.94，寄与率が0.89となり，繊維3.2 ひび割れ抑制効果
材齢 24時間のひび割れ試験体のひび割れ発生状況を表面積であれば相関係数が0.99，寄与率が0.99となる。

図－5と写真－3から写真－8に示す。ひび割れ面積は，ひび割れ幅と長さの積であり，ひび割れごとに計測した20幅と長さからひび割れ面積を算出した。図－5中の凡例18に示す数字はひび割れの幅を表し，棒グラフの塗りつぶ
16しの各パターンは該当する幅のひび割れの面積を示し，14総和が全てのひび割れの総面積を表す。発生したひび割れ面積は繊維によって違いが見られ， GFが最も少なく12プレーンコンクリートの約1/9であった。PP3，PP1，PP2，
1005000
10000
15000
20000
単位体積当たりの繊維本数（万本）

図－2 繊維本数とスランプの関係

25000

NLの順で多くなった。NLはプレーンコンクリートの半分以上のひび割れが発生しており，ひび割れ抑制効果は低かった。ひび割れ総面積が小さいものほど幅の広いひび割れの発生が少なく，特に GFは 0.2mm以上のひび割れの発生はほとんど見られなかった。

-331-

1600

0.7～0.8

1400

0.6～0.71200

0.5～0.6

1000

0.4～0.5800

0.3～0.4600

0.2～0.3400

0.1～0.2200～0.10PL

GF

PP1 PP2 PP3
繊維の種類

NL(mm)

図－5 ひび割れ発生状況
写真－5 PP1入りコンクリートのひび割れ発生状況

写真－3 プレーンコンクリートのひび割れ発生状況
写真－6 PP2入りコンクリートのひび割れ発生状況

写真－4

GF入りコンクリートのひび割れ発生状況

写真－7 PP3入りコンクリートのひび割れ発生状況

-332-

1000
800
600
400
20000200400600
800
繊維体積(cm3)

1000

1200

図－7 繊維体積とひび割れ総面積との関係
1000

写真－8 NL入りコンクリートのひび割れ発生状況

800

繊維の諸特性とひび割れ総面積との関係を図－6から図－10に示す。繊維を含まないプレーンコンクリートは600プロットしていない。繊維の本数，体積，表面積とひび400

割れ面積との間には相関関係が見られなかった。唯一相200

関が認められたのは繊維体積に弾性率を掛けたもので，相関係数が0.83，寄与率が0.68となった。このことから，002040

発生するひび割れの面積は，単に繊維の本数だけではな
く，繊維の物性とも密接な関係があり，高弾性の繊維を6080100
繊維表面積(m2)120140160

図－8 繊維表面積とひび割れ総面積との関係

使用した方がひび割れの低減に効果的であると考えられ1000る。
さらに，各種の繊維を添加した場合のスランプは，繊維本数と負の相関が認められるため（図－2），繊維本数を増やしてひび割れを抑制しようとすることには限界が800600ある。すなわち，流動性（スランプ）を保ちつつ高いひ

400

び割れ抑制効果を得るためには，高弾性の繊維を使用す200る方が効果的であると考えられる。
0020100040
繊維弾性率(GPa)6080

図－9 繊維弾性率とひび割れ総面積との関係

800600

1000

400

800

200

600

00500010000
15000
繊維本数(万本)

20000

25000

400200

図－6 繊維本数とひび割れ総面積との関係
0020004000 6000 8000 10000 12000 14000
繊維体積×弾性率(cm3･GPa)

図－10 繊維体積×弾性率とひび割れ総面積との関係-333-

4. まとめと今後の課題われているものに限定して調査を行ったため，弾性率の極端に低いものと高いものに偏ってしまった。弾性率が(1)繊維を添加することで圧縮強度が低下したが，これ今回の繊維の中間に位置するようなポリビニルアルコー

は巻き込み空気によるものであり，増加を見込んでル繊維やガラス繊維よりも高いアラミド繊維やカーボン配合設計を行えば，どの繊維を用いても設計通りの繊維などの調査を行う予定としている。

空気量と圧縮強度が得られると思われる。
(2)流動性（スランプ）と繊維本数や表面積との間に強い相関があり，本数や表面積の大きい繊維を用いる

参考文献
1) 浜田敏裕ほか：ビニロン短繊維によるコンクリートほどスランプの低下が大きいことが分かった。のプラスチック収縮ひび割れ抑制に関する実験的研(3)材質の違う繊維を用いて評価した場合，発生するひ究，コンクリート工学年次論文集， vol22， No.2，pp.319-324，2000

び割れと繊維本数などの繊維形状との間に相関は見

2) 竹内好雄：耐アルカリ性ガラス繊維によるコンクリられなかった。
(4)発生するひび割れ量は，繊維体積と弾性率の積とのートの初期ひび割れの抑制に関する実験的研究，日本建築学会大会学術講演梗概集，A-1，pp.447-448，間に相関が認められた。

2001.9
今回調査を行った繊維は初期ひび割れの抑制に広く使

3) コンクリート便覧

-334-

第二版

技報堂出版