JP2002193654A - 高靭性・高耐火性のセメント配合体 - Google Patents

高靭性・高耐火性のセメント配合体

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JP2002193654A JP2000396509A JP2000396509A JP2002193654A JP 2002193654 A JP2002193654 A JP 2002193654A JP 2000396509 A JP2000396509 A JP 2000396509A JP 2000396509 A JP2000396509 A JP 2000396509A JP 2002193654 A JP2002193654 A JP 2002193654A
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Takayoshi Ota
隆義 太田
Hiroyuki Kawaguchi
博行 川口
Toshimitsu Aso
利光 阿曽
Maho Watanabe
真帆 渡辺
Takeshi Morita
武 森田
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20Resistance against chemical, physical or biological attack
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2次覆工や耐火板を省略して建設費低減を図
るべく、高温環境下における耐爆裂性が改善され、また
表層剥離も抑えられ、しかも平常時における靭性が向上
した、高靭性・高耐火性のセメント配合体を提供する。 【解決手段】 コンクリートあるいはモルタルに、鋼繊
維と、合成高分子材料からなる繊維及び/又はビーズと
が添加されてなる高靭性・高耐火性のセメント配合体。
合成高分子材料は、500℃に加熱したときの質量減少
率が80%以上のものであるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリートある
いはモルタルなどのセメント配合体に係わり、詳しくは
建築物やトンネル等、火災を受ける可能性のある構造物
に用いられるコンクリートあるいはモルタルとなる、高
靭性・高耐火性のセメント配合体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、日本のトンネルにおいては、トン
ネル火災時についての特別な対策が採られることは少な
かった。ところが、1979年の東名高速・日本坂トン
ネルの火災による事故により、トンネル火災の問題が大
きく取り上げられ始めた。特に、道路トンネルでは、ト
ンネル内での車両火災による高熱により、覆工コンクリ
ートの爆裂が懸念されている。すなわち、火災時等の高
温環境下においてコンクリートは、水蒸気圧や熱応力等
によりその表面が爆裂し易くなってしまうからである。
【0003】そこで、欧米に比べ、未だにトンネル火災
に対する対策や基準が十分に整備されていない状況の中
で、日本の道路トンネルの一部では、覆工コンクリート
の耐火性能を保持しつつ爆裂を防止するため、その表面
に耐火板を取り付けるといったことがなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに耐火板を取り付けて爆裂を防止するのでは、コスト
が余分にかかることになり、道路トンネル等の建築やそ
の保全にかかる費用が高騰してしまう。このような背景
から、社会資本の建設費低減の目的で、2次覆工や耐火
板を省略する設計や施工法が検討されているものの、火
災時の爆裂を防止し火災後のコンクリートの強度低下を
防ぐ方法は、未だ提供されていないのが現状である。
【0005】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、2次覆工や耐火板を省略
して建設費低減を図るべく、高温環境下における耐爆裂
性が改善され、また表層剥離も抑えられ、しかも平常時
における靭性が向上した、高靭性・高耐火性のセメント
配合体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の高靭性・高耐火
性のセメント配合体では、コンクリートあるいはモルタ
ルに、鋼繊維と、合成高分子材料からなる繊維及び/又
はビーズとが添加されてなることを前記課題の解決手段
とした。
【0007】この高靭性・高耐火性のセメント配合体に
よれば、合成高分子材料からなる繊維及び/又はビーズ
がコンクリートあるいはモルタルに配合されてなるの
で、これの硬化体が高温環境下におかれた際、合成高分
子材料の量が少しであっても速やかに減容して水蒸気の
逃し穴となる有効な空孔を形成するとともに、蒸気圧を
緩和するバッファーの役割を果たす有効な空隙を形成す
る。したがって、この合成高分子材料からなる繊維及び
/又はビーズが配合されたコンクリートあるいはモルタ
ルの硬化体の、高温環境下における耐爆裂性が向上す
る。また、鋼繊維を有していることから、平常時におけ
る靭性が向上し、さらに高温環境下における表層剥離も
防止される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の高靭性・高耐火性のセメント配合体は、コンク
リートあるいはモルタルに、鋼繊維と、合成高分子材料
からなる繊維及び/又はビーズとを添加してなる硬化
体、あるいは硬化前の生コンクリートあるいは生モルタ
ルである。
【0009】鋼繊維としては、普通鋼材、ステンレスな
どからなるものが好適とされ、特に耐アルカリ性を有す
る金属あるいは合金製のものが用いられる。また、この
鋼繊維としては、外径が0.5mm以上2.0mm以下
程度、長さが5mm以上20mm以下程度のものが好適
に用いられ、その混入率としては0.5容量%以上3.
0容量%以下程度が好適とされる。このような鋼繊維
は、コンクリートあるいはモルタルの平常時における靭
性を改善するものとなり、さらには火災時においてコン
クリートやモルタルの表層部の薄片剥落を抑制するもの
となる。
【0010】なお、この鋼繊維については、一般的な繊
維形状である柱状にその形状が限定されることなく、種
々の形状のものが採用可能である。例えば、コンクリー
トやモルタルとの付着を改善するため種々の突起形状を
有した鋼繊維が従来より市販されているが、本発明にお
いても、このような突起を有する鋼繊維を用いることが
できる。
【0011】合成高分子材料として具体的には、ポリプ
ロピレンやポリビニルアルコール(ビニロン)などが挙
げられる。また、この合成高分子材料としては、その形
状が繊維状のものとビーズ状のものとの、いずれか一方
あるいは両方が用いられる。繊維状のものとしては、外
径が10μm以上200μm以下程度、長さが5mm以
上20mm以下程度のものが好適に用いられる。一方、
ビーズ状のものとしては、小球あるいは多面体形状でそ
の体積が0.0004mm3 以上0.65mm 3 以下程
度のものが好適とされる。また、その混入率としては、
いずれの場合においても0.05容量%以上0.35容
量%以下程度が好適とされる。
【0012】このような合成高分子材料は、火災時等の
高温時に体積が減少あるいは消失することにより、コン
クリートあるいはモルタルの硬化体中に生じる水蒸気圧
を緩和し、これにより前記硬化体の爆裂(硬化体表層部
の剥離・飛散)を抑制するものとなる。ここで、各種合
成高分子材料(有機材料)としては、熱質量分析(TG
分析)において500℃に加熱したときの質量減少率
が、20%のものから80〜90%程度のものまで種々
あるが、質量減少率が80%未満である材料を使用した
場合には、火災時に合成高分子材料の蒸発によって形成
されるコンクリートあるいはモルタルの硬化体中の水蒸
気の逃がし穴および蒸気圧緩和のためのバッファー空隙
が十分形成されず、爆裂防止に対する合成高分子材料の
効果が十分に発揮されないおそれがあり、したがって硬
化体表層部の剥離・飛散の防止が十分なし得ないおそれ
がある。
【0013】これに対して、500℃に加熱したときの
質量減少率が80%以上の材料(例えばポリプロピレ
ン)であれば、この合成高分子材料の蒸発により、蒸発
前の合成高分子材料の体積に対応する容積の大きな空孔
が形成される。したがって、この空孔が水蒸気逃がし穴
およびバッファー空隙として機能することにより、良好
な耐爆裂性を発現するものとなることから、本発明にお
いて好ましいものとなる。
【0014】本発明の高靭性・高耐火性のセメント配合
体の使用用途、すなわち具体的な態様としては、例えば
以下に示すものが挙げられる。 ・現場打ちコンクリート部材として、柱、梁、床、壁、
トンネル覆工体およびそれらの部材の接合部分など。 ・プレキャストコンクリート部材として、柱、梁、床、
壁、トンネル覆工体およびそれらの部材の接合部分な
ど。 ・プレキャストコンクリート型枠として、捨て型枠また
は打ち込み型枠など。 ・吹付けコンクリート部材として、トンネル覆工体な
ど。
【0015】このような構成からなる高靭性・高耐火性
のセメント配合体にあっては、合成高分子材料からなる
繊維及び/又はビーズをコンクリートあるいはモルタル
に配合してなるので、これの硬化体が高温環境下におか
れた際、その量が少しであっても速やかに減容して水蒸
気の逃し穴となる有効な空孔を形成するとともに、蒸気
圧を緩和するバッファーの役割を果たす有効な空隙を形
成する。したがって、この合成高分子材料からなる繊維
及び/又はビーズが配合されたコンクリートあるいはモ
ルタルの硬化体の、高温環境下における耐爆裂性を向上
することができる。また、鋼繊維を有していることか
ら、平常時における靭性を向上することができ、さらに
高温環境下における表層剥離も防止することができる。
【0016】なお、万一当該セメント配合体の硬化体
(構造物)が火災などの高温環境下におかれた場合に、
被災したコンクリート(モルタル)からサンプルを採取
し、サンプル中の合成高分子材料の熱的劣化状況を調べ
ることにより、これを補修の目安とすることができ、こ
れにより簡便な補修クライテリアを提案することができ
る。
【0017】例えば、合成高分子材料にポリプロピレン
を使用しており、このポリプロピレンが消失していた場
合、その部分のコンクリートは500℃以上になったと
推定される。したがって、補修時にはポリプロピレンが
消失しているコンクリートをはつり取り、健全なコンク
リートを打ちなおすという補修方法を提案することがで
きるのである。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明の高靭性・高
耐火性のセメント配合体は、合成高分子材料からなる繊
維及び/又はビーズをコンクリートあるいはモルタルに
配合してなるものであるから、これの硬化体が高温環境
下におかれた際、合成高分子材料の量が少しであっても
速やかに減容して水蒸気の逃し穴となる有効な空孔を形
成するとともに、蒸気圧を緩和するバッファーの役割を
果たす有効な空隙を形成するものとなる。したがって、
この合成高分子材料からなる繊維及び/又はビーズが配
合されたコンクリートあるいはモルタル、すなわち本発
明のセメント配合体の硬化体は、その高温環境下におけ
る耐爆裂性が向上することから、2次覆工や耐火板を省
略することができ、これにより建設費の低減化を図るこ
とができる。また、鋼繊維を有していることから、平常
時における靭性を向上することができ、さらに高温環境
下における表層剥離も防止することができる
【0019】また、このセメント配合体からなるコンク
リート構造物では、部材の断面欠損が抑制されることに
よって部材内部への熱の浸透が低減され、これにより部
材内部のコンクリートの機械的性質(強度、弾性)の低
下が抑制される。したがって、このコンクリート構造物
にあっては、火災時等の高温環境下における部材の耐力
低下についても、これを抑制することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C04B 111:28 C04B 111:28 (72)発明者 阿曽 利光 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 渡辺 真帆 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 森田 武 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 Fターム(参考) 2E001 DE01 FA01 FA02 FA03 FA11 FA24 FA30 GA03 HA01 HD11 JB08 JD04 4G012 PA19 PA24 PC12 PC15

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンクリートあるいはモルタルに、鋼繊
    維と、合成高分子材料からなる繊維及び/又はビーズと
    が添加されてなることを特徴とする高靭性・高耐火性の
    セメント配合体。
  2. 【請求項2】 前記鋼繊維は、外径が0.5〜2.0m
    m、長さが5〜20mmのものであり、その混入率は、
    0.5容量%〜3.0容量%であることを特徴とする請
    求項1記載の高靭性・高耐火性のセメント配合体。
  3. 【請求項3】 前記合成高分子材料は、500℃に加熱
    したときの質量減少率が80%以上のものであることを
    特徴とする請求項1又は2記載の高靭性・高耐火性のセ
    メント配合体。
  4. 【請求項4】 合成高分子材料からなる繊維が添加され
    てなる場合に、該繊維は、外径が10〜200μm、長
    さが5〜20mmのものであり、その混入率は、0.0
    5容量%〜0.35容量%であることを特徴とする請求
    項1、2又は3記載の高靭性・高耐火性のセメント配合
    体。
  5. 【請求項5】 合成高分子材料からなるビーズが添加さ
    れてなる場合に、該ビーズは、球状あるいは多面体形状
    でその体積が0.0004mm3 〜0.65mm3 のも
    のであり、その混入率は、0.05容量%〜0.35容
    量%であることを特徴とする請求項1、2、3又は4記
    載の高靭性・高耐火性のセメント配合体。
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