JP2010223761A - 高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重を、容易に、かつ低コストで推定することができる方法を提供する。
【解決手段】(A)高強度繊維補強コンクリート円柱供試体を作成する工程と、(B)前記円柱供試体の端面にＡＥセンサを取り付ける工程と、(C)前記ＡＥセンサを取り付けた円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するＡＥを計測する工程と、(D)ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化し、しきい値を設定して各イベントのＡＥエネルギーを算出する工程、を含む高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法であって、ＡＥエネルギーが最大となった荷重をひび割れ発生荷重と推定する。
【選択図】図１
【解決手段】(A)高強度繊維補強コンクリート円柱供試体を作成する工程と、(B)前記円柱供試体の端面にＡＥセンサを取り付ける工程と、(C)前記ＡＥセンサを取り付けた円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するＡＥを計測する工程と、(D)ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化し、しきい値を設定して各イベントのＡＥエネルギーを算出する工程、を含む高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法であって、ＡＥエネルギーが最大となった荷重をひび割れ発生荷重と推定する。
【選択図】図１
Description
本発明は、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法に関する。
近年、圧縮強度が100N/mm2以上で、曲げ強度が20N/mm2以上の高い強度を発現できる高強度繊維補強コンクリートが提案されている。
例えば、ブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのセメント100重量部と、ＢＥＴ比表面積5〜25m2/gの微粒子10〜40重量部と、ブレーン比表面積3000〜30000cm2/gの無機粒子20〜55重量部と、粒径2mm以下骨材と、減水剤と、水と、金属繊維とを含む配合物を硬化させてなる高強度繊維補強コンクリートが提案されている（特許文献１）。
また、ブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのセメント100重量部と、ＢＥＴ比表面積5〜25m2/gの微粒子10〜40重量部と、ブレーン比表面積3000〜30000cm2/gの無機粒子20〜55重量部と、粒径2mm以下骨材と、減水剤と、水と、有機繊維とを含む配合物を硬化させてなる高強度繊維補強コンクリートが提案されている（特許文献２）。
特許文献１記載の高強度繊維補強コンクリートでは、190〜235N/mm2程度の圧縮強度と35〜55N/mm2程度の曲げ強度を得ることができる。
特許文献２記載の高強度繊維補強コンクリートでは、130〜170N/mm2程度の圧縮強度と30〜36N/mm2程度の曲げ強度を得ることができる。
例えば、ブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのセメント100重量部と、ＢＥＴ比表面積5〜25m2/gの微粒子10〜40重量部と、ブレーン比表面積3000〜30000cm2/gの無機粒子20〜55重量部と、粒径2mm以下骨材と、減水剤と、水と、金属繊維とを含む配合物を硬化させてなる高強度繊維補強コンクリートが提案されている（特許文献１）。
また、ブレーン比表面積2500〜5000cm2/gのセメント100重量部と、ＢＥＴ比表面積5〜25m2/gの微粒子10〜40重量部と、ブレーン比表面積3000〜30000cm2/gの無機粒子20〜55重量部と、粒径2mm以下骨材と、減水剤と、水と、有機繊維とを含む配合物を硬化させてなる高強度繊維補強コンクリートが提案されている（特許文献２）。
特許文献１記載の高強度繊維補強コンクリートでは、190〜235N/mm2程度の圧縮強度と35〜55N/mm2程度の曲げ強度を得ることができる。
特許文献２記載の高強度繊維補強コンクリートでは、130〜170N/mm2程度の圧縮強度と30〜36N/mm2程度の曲げ強度を得ることができる。
高強度繊維補強コンクリートを使用して構造物や建築物を設計する際には、ひび割れ発生荷重の値が必要になる。
従来、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の測定方法として、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」において、直径10cm×高さ20cmの円柱供試体の端面中心に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージ等を貼り付けておき、試験載荷時に、荷重とひずみを連続的に計測し、計測値が不連続となった点からひび割れの発生時を特定する方法、が提案されている（非特許文献１）。
従来、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の測定方法として、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」において、直径10cm×高さ20cmの円柱供試体の端面中心に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージ等を貼り付けておき、試験載荷時に、荷重とひずみを連続的に計測し、計測値が不連続となった点からひび割れの発生時を特定する方法、が提案されている（非特許文献１）。
土木学会 コンクリートライブラリー113「超高強度繊維補強コンクリートの設計・施工指針(案)」
しかしながら、上記非特許文献１に記載されている高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の測定方法では、載荷試験を行う前に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージ等を円柱供試体に貼り付ける必要があるので、ひずみゲージ等の貼り付けに手間と時間がかかるという問題がある。また、試験終了後ひずみゲージは破損してしまうので、再使用することができずコストが高くなるという問題もある。
そこで、本発明の目的は、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重を、容易に、かつ低コストで推定することができる方法を提供することにある。
そこで、本発明の目的は、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重を、容易に、かつ低コストで推定することができる方法を提供することにある。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、高強度繊維補強コンクリート円柱供試体の割裂引張強度試験において、前記円柱供試体にアコースティックエミッション（以降ＡＥと称す）センサを取り付け、該ＡＥセンサにより受信されたＡＥの波形から得られるＡＥエネルギーにより、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重を、容易に、かつ低コストで推定することができることを見いだし、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、以下の[１]を提供するものである。
[１](A)高強度繊維補強コンクリート円柱供試体を作成する工程と、(B)前記円柱供試体の端面にＡＥセンサを取り付ける工程と、(C)前記ＡＥセンサを取り付けた円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するＡＥを計測する工程と、(D)ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化し、しきい値を設定して各イベントのＡＥエネルギーを算出する工程、を含む高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法であって、
上記ＡＥエネルギーが最大となった荷重をひび割れ発生荷重と推定することを特徴とする高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法。
[１](A)高強度繊維補強コンクリート円柱供試体を作成する工程と、(B)前記円柱供試体の端面にＡＥセンサを取り付ける工程と、(C)前記ＡＥセンサを取り付けた円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するＡＥを計測する工程と、(D)ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化し、しきい値を設定して各イベントのＡＥエネルギーを算出する工程、を含む高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法であって、
上記ＡＥエネルギーが最大となった荷重をひび割れ発生荷重と推定することを特徴とする高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法。
本発明の高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法では、高強度繊維補強コンクリート円柱供試体の端面にＡＥセンサをグリース等で取り付けるだけで載荷試験を行うことができる。また、ＡＥセンサは再利用が可能である。
従って、本発明の方法により、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重を、容易に、かつ低コストで推定することが可能となる。
従って、本発明の方法により、高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重を、容易に、かつ低コストで推定することが可能となる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明においては、まず、高強度繊維補強コンクリート円柱供試体（以降、円柱供試体と称す）を作成する（工程Ａ）。なお、本発明が対象とする高強度繊維補強コンクリートは、圧縮強度が100N/mm2以上、曲げ強度が20N/mm2以上の強度を有するものである。
円柱供試体は、「JIS A 1132(コンクリート強度試験用供試体の作り方) 6.割裂引張強度試験のための供試体」に準じて作成することができる。
本発明においては、まず、高強度繊維補強コンクリート円柱供試体（以降、円柱供試体と称す）を作成する（工程Ａ）。なお、本発明が対象とする高強度繊維補強コンクリートは、圧縮強度が100N/mm2以上、曲げ強度が20N/mm2以上の強度を有するものである。
円柱供試体は、「JIS A 1132(コンクリート強度試験用供試体の作り方) 6.割裂引張強度試験のための供試体」に準じて作成することができる。
次に、円柱供試体の端面にＡＥセンサを取り付ける（工程Ｂ）。ＡＥセンサの取り付けはグリース等で行うことができる。なお、本発明においては、ＡＥセンサの取り付けはグリース等で行うので、後述する載荷試験の際にＡＥセンサが円柱供試体から剥がれてしまう虞がある。そのため、ＡＥセンサは円柱供試体の両端面に取り付けることが好ましい。端面に取り付けるＡＥセンサの数は、ＡＥセンサの取り付け作業の手間やひび割れ発生荷重の推定精度等を考慮して、1〜2個とすることが好ましい。
端面へのＡＥセンサの取り付け位置は、特に限定するものではないが、ひび割れ発生荷重の推定精度等を考慮して、図２に示す端面の荷重点と端面中心を結ぶライン上は避けることが好ましい。
なお、ＡＥセンサとしては、20〜1000kHzの周波数帯域に含まれるＡＥを検知可能なＡＥセンサを使用することが好ましい。このようなＡＥセンサとしては、PHYSICAL ACOUSTICS社製Ｒ１５センサ等が挙げられる。
端面へのＡＥセンサの取り付け位置は、特に限定するものではないが、ひび割れ発生荷重の推定精度等を考慮して、図２に示す端面の荷重点と端面中心を結ぶライン上は避けることが好ましい。
なお、ＡＥセンサとしては、20〜1000kHzの周波数帯域に含まれるＡＥを検知可能なＡＥセンサを使用することが好ましい。このようなＡＥセンサとしては、PHYSICAL ACOUSTICS社製Ｒ１５センサ等が挙げられる。
次に、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて、円柱供試体に載荷し、発生するＡＥをＡＥセンサにより計測する（工程Ｃ）。そして、ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化し、しきい値を設定して各イベントのＡＥエネルギーを算出する（工程Ｄ）。
ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化するのは、例えば、プリアンプでＡＥ信号を増幅した後、しきい値及びアナログフィルターで背景雑音から分離し、Ａ／Ｄコンバータ等でデジタル変換する等の方法で行うことができる。
本発明においては、ひび割れ発生荷重の推定精度等の観点から、プリアンプの条件は20〜60dBが好ましく、30〜50dBがより好ましい。また、アナログフィルターの範囲は10kHz〜2MHzが好ましく、10kHz〜200kHzがより好ましい。
なお、プリアンプとしては、PHYSICAL ACOUSTICS社製2/4/6 PREAMPLIFIER等を使用することができる。また、アナログフィルターとＡ／Ｄコンバータの機能を有する音響信号処理装置（PHYSICAL ACOUSTICS社製ＤＩＳＰ等）を使用することもできる。
ＡＥセンサの出力をＡＥの波形にデジタル化するのは、例えば、プリアンプでＡＥ信号を増幅した後、しきい値及びアナログフィルターで背景雑音から分離し、Ａ／Ｄコンバータ等でデジタル変換する等の方法で行うことができる。
本発明においては、ひび割れ発生荷重の推定精度等の観点から、プリアンプの条件は20〜60dBが好ましく、30〜50dBがより好ましい。また、アナログフィルターの範囲は10kHz〜2MHzが好ましく、10kHz〜200kHzがより好ましい。
なお、プリアンプとしては、PHYSICAL ACOUSTICS社製2/4/6 PREAMPLIFIER等を使用することができる。また、アナログフィルターとＡ／Ｄコンバータの機能を有する音響信号処理装置（PHYSICAL ACOUSTICS社製ＤＩＳＰ等）を使用することもできる。
上述したように本発明においては、ＡＥの波形における各イベントのＡＥエネルギーを算出する。ここで、イベントとは、ＡＥの波形において、振幅がしきい値を超えてからしきい値未満になるまでの部分を言う。また、イベントのＡＥエネルギーは、イベント中のＡＥの波形の積分値である。
本発明においては、各イベントのＡＥエネルギーの算出において、ＡＥ波形の振幅のしきい値を45〜60dBとすることが好ましく、47〜55dBとすることがより好ましい。しきい値が45dB未満では、多数のＡＥ波が連続して発生しているにもかかわらず、見かけ上一つのイベントと判断してしまう可能性があり、ひび割れ発生荷重の推定精度が低下する虞がある。一方、しきい値が60dBを超えると、しきい値レベル以下の小さなＡＥ信号が考慮されず、ＡＥエネルギーの誤差が大きくなり、ひび割れ発生荷重の推定精度が低下する虞がある。
本発明においては、上記算出したＡＥエネルギーが最大となった荷重をひび割れ発生荷重と推定する。
なお、本発明においては、ＡＥセンサは試験終了後、破損等は生じないので、再使用することが可能である。
なお、本発明においては、ＡＥセンサは試験終了後、破損等は生じないので、再使用することが可能である。
以下、実施例により本発明を説明する。
１.高強度繊維補強コンクリート用の使用材料
以下に示す材料を使用した。
(1)セメント；低熱ポルトランドセメント(太平洋セメント社製；ブレーン比表面積3200cm2/g）
(2)微粒子；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積10m2/g）
(3)無機粒子；石英粉末（ブレーン比表面積7500cm2/g）
(4)骨材；珪砂（最大粒径0.6mm）
(5)金属繊維；鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：13mm）
(6)減水剤；ポリカルボン酸系高性能減水剤
(7)水；水道水
１.高強度繊維補強コンクリート用の使用材料
以下に示す材料を使用した。
(1)セメント；低熱ポルトランドセメント(太平洋セメント社製；ブレーン比表面積3200cm2/g）
(2)微粒子；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積10m2/g）
(3)無機粒子；石英粉末（ブレーン比表面積7500cm2/g）
(4)骨材；珪砂（最大粒径0.6mm）
(5)金属繊維；鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：13mm）
(6)減水剤；ポリカルボン酸系高性能減水剤
(7)水；水道水
２．円柱供試体の作成
上記各材料を、セメント100質量部、微粒子32質量部、無機粒子30質量部、骨材120質量部、減水剤1.0質量部（固形分換算）、水22質量部、金属繊維2％（全材料に対する体積割合）の割合で二軸練りミキサに投入し、混練した。混練後、「JIS A 1132(コンクリート強度試験用供試体の作り方) 6.割裂引張強度試験のための供試体」に準じて、直径10cm×高さ20cmの円柱供試体を３本作成した。
なお、養生は、20℃で24時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。
得られた高強度繊維補強コンクリートの圧縮強度は205N/mm2、曲げ強度は45N/mm2であった。
上記各材料を、セメント100質量部、微粒子32質量部、無機粒子30質量部、骨材120質量部、減水剤1.0質量部（固形分換算）、水22質量部、金属繊維2％（全材料に対する体積割合）の割合で二軸練りミキサに投入し、混練した。混練後、「JIS A 1132(コンクリート強度試験用供試体の作り方) 6.割裂引張強度試験のための供試体」に準じて、直径10cm×高さ20cmの円柱供試体を３本作成した。
なお、養生は、20℃で24時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。
得られた高強度繊維補強コンクリートの圧縮強度は205N/mm2、曲げ強度は45N/mm2であった。
３．ＡＥセンサの取り付け
円柱供試体１、２については、該供試体の型枠面（端面１）にＡＥセンサをシリコングリースを使用して取り付けた。また、参考として、該型枠面（端面１）の中心に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージを貼り付けた（従来方法）。
円柱供試体３については、該供試体の打ち込み面を研磨処理し平滑面とした後、打ち込み面（端面１）と型枠面（端面２）にＡＥセンサをシリコングリースを使用して取り付けた。また、参考として、両端面の中心に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージを貼り付けた（従来方法）。
ＡＥセンサの取り付け位置を図２に示す。
なお、ＡＥセンサとしてはPHYSICAL ACOUSTICS社製Ｒ１５センサを、ひずみゲージとしては東京測器研究所社製ＴＭＬひずみゲージを使用した。
円柱供試体１、２については、該供試体の型枠面（端面１）にＡＥセンサをシリコングリースを使用して取り付けた。また、参考として、該型枠面（端面１）の中心に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージを貼り付けた（従来方法）。
円柱供試体３については、該供試体の打ち込み面を研磨処理し平滑面とした後、打ち込み面（端面１）と型枠面（端面２）にＡＥセンサをシリコングリースを使用して取り付けた。また、参考として、両端面の中心に、荷重方向と垂直になるようにひずみゲージを貼り付けた（従来方法）。
ＡＥセンサの取り付け位置を図２に示す。
なお、ＡＥセンサとしてはPHYSICAL ACOUSTICS社製Ｒ１５センサを、ひずみゲージとしては東京測器研究所社製ＴＭＬひずみゲージを使用した。
４．ひび割れ発生荷重の推定試験
ＡＥセンサ及びひずみゲージを設置した円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するＡＥをＡＥセンサにより計測した。ＡＥセンサの出力は、プリアンプ（PHYSICAL ACOUSTICS社製2/4/6 PREAMPLIFIER）でＡＥ信号を増幅した後、音響信号処理装置（PHYSICAL ACOUSTICS社製ＤＩＳＰ）でデジタル化し、しきい値を50dBとして、ＡＥの波形における各イベントのＡＥエネルギーを算出した。
円柱供試体２を使用した場合の各イベントのＡＥエネルギーと載荷荷重を図１に示す。また、ＡＥエネルギーが最大となった荷重を表１に示す。
また、参考として、荷重とひずみを連続的に計測し、計測値が不連続となった点からひび割れ発生荷重を求めた（従来方法）。その結果を表１に併記する。
ＡＥセンサ及びひずみゲージを設置した円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するＡＥをＡＥセンサにより計測した。ＡＥセンサの出力は、プリアンプ（PHYSICAL ACOUSTICS社製2/4/6 PREAMPLIFIER）でＡＥ信号を増幅した後、音響信号処理装置（PHYSICAL ACOUSTICS社製ＤＩＳＰ）でデジタル化し、しきい値を50dBとして、ＡＥの波形における各イベントのＡＥエネルギーを算出した。
円柱供試体２を使用した場合の各イベントのＡＥエネルギーと載荷荷重を図１に示す。また、ＡＥエネルギーが最大となった荷重を表１に示す。
また、参考として、荷重とひずみを連続的に計測し、計測値が不連続となった点からひび割れ発生荷重を求めた（従来方法）。その結果を表１に併記する。
表１より、本発明の推定方法で得られるひび割れ発生荷重と従来方法により求められるひび割れ発生荷重は、一致していることが分かる。
なお、本発明の方法においては、試験終了後ＡＥセンサの破損等は認められなかった。
なお、本発明の方法においては、試験終了後ＡＥセンサの破損等は認められなかった。
１ 円柱供試体の端面の荷重点と端面中心を結ぶライン
２ 円柱供試体の端面の荷重点
３ 実施例におけるＡＥセンサの取り付け位置
４ 円柱供試体
２ 円柱供試体の端面の荷重点
３ 実施例におけるＡＥセンサの取り付け位置
４ 円柱供試体
Claims (1)
- (A)高強度繊維補強コンクリート円柱供試体を作成する工程と、(B)前記円柱供試体の端面にアコースティックエミッションセンサを取り付ける工程と、(C)前記アコースティックエミッションセンサを取り付けた円柱供試体を、「JIS A 1113(コンクリートの割裂引張強度試験方法)」に準じて載荷し、発生するアコースティックエミッションを計測する工程と、(D)アコースティックエミッションセンサの出力をアコースティックエミッションの波形にデジタル化し、しきい値を設定して各イベントのアコースティックエミッションエネルギーを算出する工程、を含む高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法であって、
上記アコースティックエミッションエネルギーが最大となった荷重をひび割れ発生荷重と推定することを特徴とする高強度繊維補強コンクリートのひび割れ発生荷重の推定方法。
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