JP2012177659A - Thermal damage degree measurement device for cement-based material, and thermal damage degree prediction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセメント系材料の熱損傷度判定技術に関する。 The present invention relates to a technique for determining the degree of thermal damage of cementitious materials.
鉄筋コンクリート構造物が火災に遭うと、コンクリート表層部は爆発的に剥離・剥落する。所謂、爆裂が発生する。コンクリート表層部が剥落すると、場合によっては、内部の鉄筋が露出する。露出した鉄筋は熱により品質が大きく低下する。又、コンクリート表層部の剥落が起きると、鉄筋コンクリート構造物の断面が小さくなる。この結果、構造物の耐荷性能は著しく損なわれる。従って、危険な状態となる。又、鎮火後の構造物の復旧に際しても、復旧工事に費用および期間が大幅に掛かる。すなわち、社会的な損失が大きい。 When a reinforced concrete structure encounters a fire, the concrete surface layer will explode and peel off. A so-called explosion occurs. When the concrete surface layer is peeled off, the internal reinforcing bars are exposed in some cases. The quality of the exposed rebar is greatly reduced by heat. Further, when the concrete surface layer is peeled off, the cross section of the reinforced concrete structure becomes small. As a result, the load bearing performance of the structure is significantly impaired. Therefore, it becomes a dangerous state. In addition, when the structure is restored after the fire is extinguished, the cost and period of the restoration work are significantly increased. That is, the social loss is great.
このようなことから、爆裂はコンクリート工学における重要な研究テーマとなっている。
爆裂のメカニズムとしては、
（１） 急速加熱により生じる温度勾配に起因すると謂われる熱応力説
（２） コンクリート内部の水分の蒸発に起因すると謂われる水蒸気圧説
が論じられている。
しかしながら、未だ、確たる結論は得られてない。
For this reason, explosion is an important research theme in concrete engineering.
As a mechanism of explosion,
(1) The so-called thermal stress theory caused by the temperature gradient caused by rapid heating (2) The so-called water vapor theory that is caused by the evaporation of moisture inside the concrete is discussed.
However, no firm conclusion has yet been reached.
図１は、火災によりコンクリート構造物に爆裂現象が生じた場合の概念図である。図２は、火災によって内部に発生する水蒸気によりコンクリート構造物にマイクロクラックが発生し、爆裂が起きた場合の概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram when an explosion phenomenon occurs in a concrete structure due to a fire. FIG. 2 is a conceptual diagram in the case where microcracks are generated in a concrete structure due to water vapor generated inside due to a fire and explosion occurs.
いずれにしても、爆裂により、コンコリート構造物に強度低下が起きることは容易に理解される。 In any case, it can be easily understood that the explosion causes a decrease in the strength of the concrete structure.
ところで、コンクリートの表面に爆裂により生じる剥離深さを予測するための方法であって、前記コンクリートを構成するモルタル内部において加熱時に生じる水蒸気圧により前記モルタル内部に発生することが予想される引張応力と、前記モルタルの引張強度との比によって定義された爆裂指標と爆裂深さとの関係を、所定の条件において調合されたコンクリートについて加熱実験を行うことにより予め求めておくことにより、前記所定の条件においてコンクリートを調合する際に、前記爆裂指標により、調合されたコンクリートにおいて爆裂により発生が予想される剥離深さを予想することを特徴とするコンクリートの爆裂深さ予測方法、又、前記コンクリートの爆裂深さ予測方法であって、爆裂指標Ｂ＝σt／ｆct，σt＝α・Ｐs・ｒ／ｄ，ｒ＝（Ｌ２・Ｐ／π）１／２，ｄ＝（Ｌ−２ｒ）／２，ｆct＝前記モルタルの引張強度、σt＝蒸気圧に起因する引張応力、Ｐ＝前記モルタルの空隙率、Ｐs＝空隙の飽和度、Ｌ＝前記モルタル内において想定された正方形の単位領域の一辺の長さ、α＝前記モルタル内の飽和度を圧力に換算する係数であるコンクリートの爆裂深さ予測方法が提案（特許文献１）されている。 By the way, it is a method for predicting the peeling depth caused by explosion on the surface of the concrete, and the tensile stress expected to be generated inside the mortar by the water vapor pressure generated during heating inside the mortar constituting the concrete In the predetermined condition, the relationship between the explosion index defined by the ratio with the tensile strength of the mortar and the explosion depth is obtained in advance by conducting a heating experiment on the concrete prepared in the predetermined condition. When mixing concrete, the explosion index predicts the delamination depth expected to be generated by explosion in the mixed concrete, and the explosion depth of the concrete. Is a method for predicting the explosion, and the explosion index B = σt / fct, σt = α · Ps · r / d r = (L 2 · P / π) 1/2, d = (L-2r) / 2, fct = tensile strength of the mortar, the tensile stress due to .sigma.t = vapor pressure, P = porosity of the mortar, Ps = saturation degree of voids, L = length of one side of a square unit region assumed in the mortar, α = a method for predicting a concrete explosion depth, which is a coefficient for converting the saturation degree in the mortar into pressure. It has been proposed (Patent Document 1).
又、不定形耐火物の成形体よりなる小型サンプルを作製する工程と、作製した小型サンプルを加熱し、この加熱による小型サンプルの重さの減少量を測定する工程と、その測定結果に基づいて、前記小型サンプル内における水分の移動のし易さを表すパラメータであって、加熱による小型サンプルの重さの減少量とは非線形の関係にある通水特性値を求める工程とを有する不定形耐火物の耐爆裂性評価方法や、不定形耐火物の成形体よりなる小型サンプルを加熱する加熱機、及び該加熱機の加熱による小型サンプルの重さの減少量を測定する質量計を有する乾燥装置と、前記質量計の測定結果に基づいて、前記小型サンプル内における水分の移動のし易さを表すパラメータであって、加熱による小型サンプルの重さの減少量とは非線形の関係にある通水特性値を求める演算手段を有するコンピュータとを備えた不定形耐火物の耐爆裂性評価装置が提案（特許文献２）されている。 Further, based on the process of producing a small sample made of a molded body of an irregular refractory, the process of heating the produced small sample, measuring the amount of weight reduction of the small sample by this heating, and the measurement result And a step of obtaining a water flow characteristic value which is a parameter representing the ease of movement of moisture in the small sample and which has a non-linear relationship with the amount of weight reduction of the small sample due to heating. Drying apparatus having a method for evaluating the explosion resistance of an object, a heater for heating a small sample made of a molded article of an irregular refractory, and a mass meter for measuring a decrease in weight of the small sample due to heating of the heater And a parameter representing the ease of movement of moisture in the small sample based on the measurement result of the mass meter, and a non-linear relationship with the decrease in the weight of the small sample due to heating Resistant explosion evaluation apparatus of monolithic refractories with a computer having a calculating means have been proposed (Patent Document 2) for obtaining a certain water flow characteristic value.
その他にも、特許文献３や、非特許文献１，２にも、爆裂に関する技術が提案されている。 In addition, Patent Document 3 and Non-Patent Documents 1 and 2 propose techniques related to explosion.
しかしながら、これまでに提案されて来た技術は、コンクリート内部の水分の蒸発に起因すると謂われる水蒸気圧説を基にしたものであった。そして、急速加熱により生じる温度勾配に起因すると謂われる熱応力は一顧だにされて無い。この為、爆裂などの熱損傷の解析・対策は不十分であつたと謂わざるを得ない。 However, the techniques that have been proposed so far have been based on the so-called water vapor theory that is attributed to the evaporation of moisture inside the concrete. The so-called thermal stress caused by the temperature gradient caused by rapid heating is not neglected. For this reason, it must be said that analysis and countermeasures for thermal damage such as explosion are insufficient.
従って、本発明が解決しようとする課題は前記問題点を解決することである。すなわち、例えば急速加熱により生じる温度勾配に起因すると謂われる熱応力に基づく爆裂などの熱損傷の解析・対策技術を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above problems. That is, for example, to provide a technique for analyzing and taking measures against thermal damage such as explosion based on thermal stress that is caused by a temperature gradient caused by rapid heating.
前記の課題は、
セメント系材料の熱損傷度を測定する装置であって、
セメント系材料試験体を拘束する試験体拘束手段と、
前記試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体の熱応力特性を測定する熱応力特性測定手段
とを具備することを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。
The above issues are
A device for measuring the degree of thermal damage of cementitious materials,
A specimen restraining means for restraining the cementitious material specimen;
The present invention is solved by a cement-based material thermal damage degree measuring device comprising thermal stress characteristic measuring means for measuring thermal stress characteristics of a cement-based material test specimen constrained by the specimen-constraining means.
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体内に発生する水蒸気圧を測定する水蒸気圧測定手段を更に具備することを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the above-mentioned cementitious material thermal damage degree measuring apparatus further comprises a water vapor pressure measuring means for measuring the water vapor pressure generated in the cementitious material test body constrained by the test body restraining means. This is solved by a thermal damage degree measuring device for cementitious materials.
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体を加熱する加熱手段を更に具備することを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the above cement-based material thermal damage degree measuring apparatus further comprises a heating means for heating the cement-based material test specimen constrained by the specimen restraining means. Solved by the measuring device.
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、試験体拘束手段の温度を制御する温度制御手段を更に具備することを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the above-described cement-based material thermal damage degree measuring apparatus further comprises a temperature control means for controlling the temperature of the specimen restraining means, which is solved by the cement-based material thermal damage degree measuring apparatus. .
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、試験体拘束手段を複数個具備してなり、前記複数個の試験体拘束手段が積層されてなることを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the cement-based material thermal damage degree measuring device is provided with a plurality of specimen restraining means, and the plurality of specimen restraining means are laminated. It is solved by a thermal damage measuring device.
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、試験体拘束手段を複数個具備してなり、前記複数個の試験体拘束手段が積層されてなり、前記積層された試験体拘束手段の間にはシーリング材が設けられてなることを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the above-mentioned cement-based material thermal damage degree measuring device comprises a plurality of test body restraining means, wherein the plurality of test body restraining means are stacked, and the stacked test body restraining means are stacked. This is solved by a cement-based material thermal damage degree measuring device characterized in that a sealing material is provided between the means.
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、試験体拘束手段が筒体であることを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the above-mentioned cement-based material thermal damage degree measuring apparatus is solved by the cement-based material thermal damage degree measuring apparatus characterized in that the specimen restraining means is a cylindrical body.
好ましくは、前記のセメント系材料熱損傷度測定装置であって、セメント系材料の熱による爆裂特性を測定する装置であることを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置によって解決される。 Preferably, the above-mentioned cement-based material thermal damage degree measuring apparatus is a device for measuring the explosion characteristics of cement-based material due to heat, and is solved by the cement-based material thermal damage degree measuring apparatus.
前記の課題は、
前記セメント系材料熱損傷度測定装置が用いられることによりセメント系材料の熱損傷度を予測する方法であって、
前記セメント系材料熱損傷度測定装置で得られた測定値から求められる応力と該セメント系材料試験体の強度とを対比することによりセメント系材料の熱損傷度を予測することを特徴とする熱損傷度予測方法によって解決される。
The above issues are
A method for predicting the thermal damage degree of a cement-based material by using the cement-based material thermal damage degree measuring device,
The thermal damage degree of the cement-based material is predicted by comparing the stress obtained from the measurement value obtained by the cement-based material thermal damage degree measuring apparatus with the strength of the cement-based material specimen. It is solved by the damage degree prediction method.
急速加熱により生じる温度勾配に起因すると謂われる熱応力に基づく爆裂などの熱損傷の解析・対策を図ることが出来る。 It is possible to analyze and take measures against thermal damage such as explosion based on so-called thermal stress caused by a temperature gradient caused by rapid heating.
第１の発明はセメント系材料の熱損傷度を測定する装置である。例えば、セメント系材料の熱による爆裂特性を測定する装置である。本装置はセメント系材料試験体を拘束する試験体拘束手段を具備する。本装置は前記試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体の熱応力特性を測定する熱応力特性測定手段を具備する。 1st invention is an apparatus which measures the thermal damage degree of cementitious material. For example, it is a device that measures the explosion characteristics of cement-based materials due to heat. This apparatus includes a specimen restraining means for restraining the cementitious material specimen. This apparatus comprises a thermal stress characteristic measuring means for measuring thermal stress characteristics of the cementitious material test specimen restrained by the specimen restraining means.
本装置は、好ましくは、前記試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体内に発生する水蒸気圧を測定する水蒸気圧測定手段を更に具備する。本装置は、好ましくは、前記試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体を加熱する加熱手段を更に具備する。本装置は、好ましくは、前記試験体拘束手段の温度を制御する温度制御手段を更に具備する。本装置は、好ましくは、ひび割れ検出手段を更に具備する。このひび割れ検出手段によって、爆裂の有無や発生時間を精度よく知ることが出来る。特に、外観からの判断のみでは検知でき難い場合でも、試験体の内部でのひび割れの発生を検知できる。本装置は、好ましくは、前記試験体拘束手段を複数個具備する。そして、前記複数個の試験体拘束手段が積層される。更に好ましくは、前記積層された試験体拘束手段の間にはシーリング材が設けられる。前記試験体拘束手段は、例えば筒体である。特に好ましくは円筒体である。セメント系材料試験体は筒体の内壁面に密着しているから、セメント系材料試験体は筒体によって拘束を受けている。 The apparatus preferably further includes a water vapor pressure measuring means for measuring a water vapor pressure generated in the cementitious material test body constrained by the test body restraining means. The apparatus preferably further includes a heating unit for heating the cementitious material test body constrained by the test body restraining unit. The apparatus preferably further includes temperature control means for controlling the temperature of the specimen restraining means. The apparatus preferably further comprises crack detection means. By this crack detection means, it is possible to know the presence / absence and occurrence time of the explosion with high accuracy. In particular, even when it is difficult to detect only by judgment from the appearance, it is possible to detect the occurrence of cracks inside the specimen. The apparatus preferably includes a plurality of the specimen restraining means. The plurality of test specimen restraining means are stacked. More preferably, a sealing material is provided between the stacked specimen restraining means. The test body restraining means is, for example, a cylindrical body. Particularly preferred is a cylindrical body. Since the cement-based material test body is in close contact with the inner wall surface of the cylinder, the cement-based material test body is restrained by the cylinder.
第２の発明は前記セメント系材料熱損傷度測定装置が用いられることによりセメント系材料の熱損傷度を予測する方法である。本方法は、前記セメント系材料熱損傷度測定装置で得られた測定値から求められる応力と該セメント系材料試験体の強度とを対比することによりセメント系材料の熱損傷度を予測するものである。 The second invention is a method for predicting the degree of thermal damage of a cementitious material by using the cement-type material thermal damage degree measuring apparatus. This method predicts the degree of thermal damage of a cementitious material by comparing the stress obtained from the measurement value obtained by the cement-based material thermal damage degree measuring apparatus with the strength of the cementitious material specimen. is there.
以下、本発明が更に詳しく説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明におけるセメント系材料は水硬性セメントを結合材とする材料である。例えば、セメントペースト、モルタル、或いはコンクリート等が挙げられる。不定形耐火材料も含まれる。尚、例えばレジンモルタルやレジンコンクリート等の如く、水硬性セメントを結合材として含まないものは含まれない。水硬性セメントとしては、例えばポルトランドセメント、エコセメント、高炉セメントやフライアッシュセメント等の混合セメント、アルミナセメント、超速硬セメント等が挙げられる。 The cementitious material in the present invention is a material using hydraulic cement as a binder. For example, cement paste, mortar, or concrete can be used. Also included are irregular refractory materials. In addition, the thing which does not contain hydraulic cement as a binder like resin mortar, resin concrete, etc. is not included, for example. Examples of the hydraulic cement include portland cement, eco cement, mixed cement such as blast furnace cement and fly ash cement, alumina cement, and super fast cement.
本発明におけるセメント系材料には、水硬性セメントの他に、適宜混和材料及び骨材から選ばれる一種又は二種以上が含まれていても良い。混和材料としては、例えばＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、減水剤及び流動化剤等のセメント分散剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤、コンクリート用膨張材等の膨張材、急結剤（材）、急硬剤（材）、凝結遅延剤、消泡剤、発泡剤、高炉スラグ微粉末、石粉、石膏、シリカフューム、火山灰、空気連行剤、表面硬化剤等が挙げられる。骨材としては、例えば川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工骨材、スラグ骨材などが挙げられる。 In addition to hydraulic cement, the cementitious material in the present invention may include one or more selected from admixtures and aggregates as appropriate. Examples of admixture materials include AE water reducing agents, high performance AE water reducing agents, high performance water reducing agents, cement dispersing agents such as water reducing agents and fluidizing agents, polymers for cement, waterproofing materials, rust preventives, shrinkage reducing agents, thickening agents. Agents, water retention agents, pigments, fibers, water repellents, anti-whitening agents, expansive materials such as concrete expansive materials, rapid setting agents (materials), rapid hardening agents (materials), setting retarders, antifoaming agents, foaming Agent, blast furnace slag fine powder, stone powder, gypsum, silica fume, volcanic ash, air entraining agent, surface hardener and the like. Examples of the aggregate include river sand, land sand, sea sand, crushed sand, quartz sand, river gravel, land gravel, crushed stone, artificial aggregate, and slag aggregate.
本発明におけるセメント系材料には水が含まれる。水硬性セメントを結合材として含む場合は、混練水として添加される。 The cementitious material in the present invention contains water. When hydraulic cement is included as a binder, it is added as kneaded water.
本発明における試験体拘束手段はセメント系材料試験体を拘束するものである。好ましくは、セメント系材料試験体の加熱面と平行に圧縮応力を掛けることが出来るものである。例えば、鋼管等の金属製管、鋼製箱、鋼製平板２枚を平行となるように配置し鋼管、鋼製棒、鋼板等で接続したもの（例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０２：１９９７「コンクリート用膨張材」附属書２（参考）「膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法」に規定される拘束器具又はこれに類似の器具）等が挙げられる。好ましい試験体拘束手段は鋼管である。更に好ましくはスーパーインバー鋼の如きの低熱膨張率（例えば、常温時の熱膨張係数；０．１×１０−６／℃，３００℃における熱膨張係数；３×１０−６／℃）の鋼管である。中でも断面形状が円形の鋼管である。斯かる箱構造（筒や管も含まれる）の如きの試験体拘束具が採用されると、これは、同時に、型枠としての機能を持つことから、試験体作製に際して、わざわざ、特別な型枠を用いる必要が無い。そして、断面が円形の筒や管構造体が用いられた場合、加熱によりセメント系材料試験体に発生する熱応力による鋼管の変形は均等である。そして、鋼管の円周方向の歪εｔを測定すると、熱応力（圧縮応力）σｔは次式により簡単に求められる。
σｔ＝εｔ・ｔ・ＥＳ／Ｒ
ｔ：鋼管の肉厚（ｍｍ）
Ｒ：鋼管の内径（ｍｍ）
ＥＳ：鋼管の弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）
The specimen restraining means in the present invention restrains the cementitious material specimen. Preferably, compressive stress can be applied parallel to the heating surface of the cementitious material specimen. For example, a metal pipe such as a steel pipe, a steel box, two steel flat plates arranged in parallel and connected by a steel pipe, a steel rod, a steel plate, etc. (for example, JIS A 6202: 1997 “Expansion for concrete Materials ”Annex 2 (reference)“ Restraining device defined in “Restrained Expansion and Shrinkage Test Method for Expanded Concrete” or similar devices ”) and the like. A preferred specimen restraining means is a steel pipe. More preferably, a steel pipe such as Super Invar steel having a low thermal expansion coefficient (for example, thermal expansion coefficient at normal temperature; 0.1 × 10 −6 / ° C., thermal expansion coefficient at 300 ° C .; 3 × 10 −6 / ° C.) is there. Among these, the steel pipe has a circular cross-sectional shape. When a test specimen restraint such as such a box structure (including cylinders and tubes) is adopted, it has a function as a mold at the same time. There is no need to use a frame. When a cylinder or a pipe structure having a circular cross section is used, the deformation of the steel pipe due to the thermal stress generated in the cementitious material specimen by heating is uniform. Then, when the strain ε t in the circumferential direction of the steel pipe is measured, the thermal stress (compression stress) σ t can be easily obtained by the following equation.
σ t = ε t · t · E S / R
t: Thickness of steel pipe (mm)
R: Inner diameter of steel pipe (mm)
E S : Elastic coefficient of steel pipe (N / mm 2 )
前記試験体拘束手段の拘束度合いを制御する拘束制御手段が備わっていると、試験体に対する拘束力を制御し高めることが出来、より正確な測定が行うことが出来る。この拘束制御手段としては、装置が簡素になることや拘束力を試験体に均等に掛けやすいことから、温度制御手段（温度上昇抑制手段）が好ましい。前記試験体拘束手段の温度を制御する温度制御手段（温度上昇抑制手段）が備わっていると、試験体拘束手段には熱変形（熱膨張）が起き難くなる。従って、試験体に対する拘束力が高まり、より正確な測定が行われる。温度制御手段（温度上昇抑制手段）としては、水冷装置や空冷装置（例えば、放熱板）などが挙げられる。例えば、水冷装置や空冷装置の場合、試験体拘束手段に前記装置を取り付けることが考えられる。或いは、試験体拘束手段の一部が水冷装置又は空冷装置として機能するように構成させることも考えられる。温度制御手段（温度上昇抑制手段）としては、送風機や噴霧器なども採用できる。この場合には、空気や水滴が試験体拘束手段に供給（噴霧）されることで、温度上昇が抑制される。他にも、断熱手段（断熱層）を試験体拘束手段（筒や管など）の内壁（試験体との接触面）に設けることも考えられる。例えば、断熱性塗料を塗布することでも構成できる。試験体拘束手段として鋼管が用いられ、温度上昇抑制手段として断熱塗料が用いられる場合、鋼管の内壁に断熱性塗料を塗布することで実現できる。温度制御手段（温度上昇抑制手段）以外の拘束制御手段としては、ジャッキ等の載荷装置がある。 When the restraint control means for controlling the restraint degree of the test body restraining means is provided, the restraining force on the test body can be controlled and increased, and more accurate measurement can be performed. As this restraint control means, a temperature control means (temperature rise restraining means) is preferable because the apparatus is simple and restraint force is easily applied to the specimen. If a temperature control means (temperature rise suppression means) for controlling the temperature of the test specimen restraining means is provided, thermal deformation (thermal expansion) is unlikely to occur in the test specimen restraining means. Accordingly, the restraining force on the specimen is increased, and more accurate measurement is performed. Examples of the temperature control means (temperature rise suppression means) include a water cooling device and an air cooling device (for example, a heat sink). For example, in the case of a water cooling device or an air cooling device, it is conceivable to attach the device to the specimen restraining means. Alternatively, it is conceivable that a part of the specimen restraining means functions as a water cooling device or an air cooling device. As the temperature control means (temperature rise suppression means), a blower or a sprayer can be employed. In this case, temperature rise is suppressed by supplying (spraying) air or water droplets to the specimen restraining means. In addition, it is conceivable to provide a heat insulating means (heat insulating layer) on the inner wall (contact surface with the test specimen) of the test specimen restraining means (cylinder, tube, etc.). For example, it can be configured by applying a heat insulating paint. When a steel pipe is used as the test body restraining means and a heat insulating paint is used as the temperature rise suppressing means, this can be realized by applying a heat insulating paint to the inner wall of the steel pipe. As restraint control means other than temperature control means (temperature rise suppression means), there is a loading device such as a jack.
温度制御手段（温度上昇抑制手段）を設けるのが好ましいのは、試験体拘束手段の熱変形（熱膨張）を防止する為である。熱変形（熱膨張）が起き難い材料で試験体拘束手段を構成させれば、温度制御手段（温度上昇抑制手段）が無くても、それなりの目的が達成される。例えば、例えば、スーパーインバー鋼（常温時の熱膨張係数；０．１×１０−６／℃，３００℃における熱膨張係数；３×１０−６／℃）は低熱膨張性のものであるから、斯かる材料が採用されることは非常に好ましい。 The reason for providing the temperature control means (temperature rise suppression means) is to prevent thermal deformation (thermal expansion) of the specimen restraining means. If the test body restraining means is made of a material that hardly undergoes thermal deformation (thermal expansion), a proper purpose can be achieved even without temperature control means (temperature rise suppression means). For example, for example, Super Invar steel (thermal expansion coefficient at normal temperature; 0.1 × 10 −6 / ° C., thermal expansion coefficient at 300 ° C .; 3 × 10 −6 / ° C.) is of low thermal expansion. It is highly preferred that such materials be employed.
本発明における熱応力測定手段は、加熱により発生する熱応力を求めることが出来るものであれば良い。好適なものとして、例えば歪ゲージが挙げられる。その他には、微小圧力計や土圧計などの圧力計(圧力センサ)、応力計（応力センサ）、変位計などが挙げられる。尚、熱応力測定手段によって熱応力が求められる際、温度補正を可能とする為、温度測定が行われることが好ましい。すなわち、温度測定手段を備えていることが好ましい。 The thermal stress measuring means in the present invention may be any means that can determine the thermal stress generated by heating. Suitable examples include strain gauges. In addition, pressure gauges (pressure sensors) such as micro pressure gauges and earth pressure gauges, stress gauges (stress sensors), displacement gauges, and the like can be given. In addition, when thermal stress is calculated | required by a thermal stress measurement means, in order to enable temperature correction, it is preferable to perform temperature measurement. That is, it is preferable to have a temperature measuring means.
本発明における水蒸気圧測定手段は、セメント系材料試験体内に発生する水蒸気圧を測定できるものであれば良い。例えば、圧力伝達媒体が充填された圧力計測用パイプを接続した圧力計などが好適に用いられる。ここで、圧力伝達媒体としては、例えばモーターオイル（エンジンオイル）やシリコーンオイル等が挙げられる。勿論、前記流体に限られるものでは無い。好ましい媒体としては、例えば１５℃〜４００℃（より好ましくは、５〜５００℃）では熱分解しない流体である。流体としては気体や液体がある。好ましくは液体である。好ましい圧力計測用パイプは内径１０ｍｍ以下の管である。より好ましくは７ｍｍ以下の金属管である。径の下限値は、好ましくは１ｍｍである。 The water vapor pressure measuring means in the present invention may be any device that can measure the water vapor pressure generated in the cementitious material specimen. For example, a pressure gauge connected to a pressure measuring pipe filled with a pressure transmission medium is preferably used. Here, examples of the pressure transmission medium include motor oil (engine oil) and silicone oil. Of course, it is not limited to the fluid. A preferable medium is a fluid that does not thermally decompose at, for example, 15 ° C. to 400 ° C. (more preferably, 5 to 500 ° C.). The fluid includes gas and liquid. Preferably it is a liquid. A preferable pressure measuring pipe is a pipe having an inner diameter of 10 mm or less. More preferably, it is a metal tube of 7 mm or less. The lower limit of the diameter is preferably 1 mm.
水蒸気圧測定手段の圧力感知部（計測部：圧力計測用パイプ）は、セメント系材料試験体における加熱面（加熱手段（加熱装置）に対向するセメント系材料試験体の面）と略平行に試験体内に配置されることが好ましい。すなわち、略平行に配置することにより、セメント系材料試験体内に発生した水蒸気圧の変化が鋭敏に捉えられる。このことが図３，４，５に示される。図３は、水蒸気圧測定装置の圧力計測用パイプが水平方向（又は上側から下側に向けて垂直方向）にセメント系材料試験体（コンクリート）内に差し込まれ（圧力計測用パイプの先端はセメント系材料試験体の下端面（加熱面）から１０ｍｍの位置に設定）ており、かつ、セメント系材料試験体の下部に加熱装置が配置されていて、輻射熱によりセメント系材料試験体の平坦下端面が加熱されるようにしたものである。尚、水蒸気圧測定装置は、モーターオイルが充填された圧力計測用パイプ（内径５ｍｍの金属管）を接続した圧力計が用いられた。そして、セメント系材料試験体の加熱に伴って発生する水蒸気圧が測定された。図４は試験体の下端面（加熱面）から１０ｍｍの位置において測定された温度のグラフである。図５は水蒸気圧のグラフである。図５によれば、水蒸気圧測定装置の圧力計測用パイプが水平方向（加熱面と平行方向）に設定されている方が水蒸気圧に鋭敏であることが判った。従って、本発明においては、水蒸気圧測定手段の圧力感知部（計測部：圧力計測用パイプ）は、セメント系材料試験体における加熱面と略平行に試験体内に配置されることが好ましい。 The pressure sensing part (measurement part: pressure measurement pipe) of the water vapor pressure measuring means is tested almost parallel to the heating surface of the cement-based material specimen (the surface of the cement-based material specimen facing the heating means (heating device)). It is preferable to be placed in the body. That is, by arranging them substantially in parallel, the change in water vapor pressure generated in the cementitious material specimen can be captured sharply. This is shown in FIGS. Fig. 3 shows that the pressure measuring pipe of the water vapor pressure measuring device is inserted into a cement-based material specimen (concrete) in the horizontal direction (or vertical direction from the upper side to the lower side) (the tip of the pressure measuring pipe is cemented The lower end surface (heating surface) of the system material test body is set at a position 10 mm from the bottom, and a heating device is disposed at the lower part of the cement system material test body. Is to be heated. As the water vapor pressure measuring device, a pressure gauge connected to a pressure measuring pipe (a metal pipe having an inner diameter of 5 mm) filled with motor oil was used. And the water vapor pressure which generate | occur | produces with the heating of a cement-type material test body was measured. FIG. 4 is a graph of the temperature measured at a position 10 mm from the lower end surface (heating surface) of the test body. FIG. 5 is a graph of water vapor pressure. According to FIG. 5, it was found that the pressure measuring pipe of the water vapor pressure measuring device is more sensitive to the water vapor pressure when set in the horizontal direction (in the direction parallel to the heating surface). Therefore, in the present invention, the pressure sensing part (measurement part: pressure measurement pipe) of the water vapor pressure measuring means is preferably arranged in the test body substantially parallel to the heating surface of the cement-based material test body.
本発明の装置は、好ましくは、ひび割れ検出手段を具備している。ひび割れ検出手段としては、例えばＡＥ（アコースティックエミッション）法等による装置が挙げられる。 The apparatus of the present invention preferably comprises crack detection means. As the crack detection means, for example, an apparatus by an AE (Acoustic Emission) method or the like can be mentioned.
図６〜図８は本発明になる装置の概略図であり、図６は側面図、図７は横断面図、図８は縦断面図である。 6 to 8 are schematic views of the apparatus according to the present invention, FIG. 6 is a side view, FIG. 7 is a transverse sectional view, and FIG. 8 is a longitudinal sectional view.
各図中、１はスーパーインバー鋼製の円筒体（拘束リング：試験体拘束手段）である。この円筒体は、内径が１００ｍｍ、肉厚が４ｍｍ、高さが２０ｍｍである。そして、図６，８からも判る通り、複数個（本実施形態では３個）の円筒体１が上下に積層されている。同じ高さの試験体の爆裂現象を調べる場合でも、試験体拘束手段を複数個の拘束具の積層で構成した場合、一つ一つの拘束具に対応して各種測定手段を配設し易くなり、高さ方向における爆裂特性をより子細に測定できる。従って、本実施形態でも円筒体１を複数個用いた。円筒体１と円筒体１との間には耐熱性を有する樹脂で出来たリング状のシーリング体２が配置されている。シーリング体２の構成樹脂としては、円筒体１とシーリング体２との密着性に優れていて、シーリング体２を介して積層された円筒体１内にセメント系材料組成物が投入された場合に、積層円筒体１が型枠としての機能を奏することが出来、かつ、加熱時において円筒体１とシーリング体２との接合面からの水蒸気噴出を抑制できると共に、加熱時の温度に耐えられるものが選択された。 In each figure, 1 is a cylinder made of Super Invar steel (restraint ring: test body restraining means). The cylindrical body has an inner diameter of 100 mm, a wall thickness of 4 mm, and a height of 20 mm. 6 and 8, a plurality (three in the present embodiment) of cylindrical bodies 1 are stacked one above the other. Even when investigating the explosive phenomenon of specimens of the same height, if the specimen restraining means is made up of a stack of several restraints, it will be easier to arrange various measuring means corresponding to each restraint. The explosion characteristics in the height direction can be measured more precisely. Therefore, a plurality of cylindrical bodies 1 are also used in this embodiment. Between the cylindrical body 1 and the cylindrical body 1, a ring-shaped sealing body 2 made of a heat-resistant resin is disposed. As a constituent resin of the sealing body 2, the adhesion between the cylindrical body 1 and the sealing body 2 is excellent, and when the cement-based material composition is put into the cylindrical body 1 laminated via the sealing body 2. The laminated cylindrical body 1 can function as a mold, and can suppress water vapor jet from the joint surface between the cylindrical body 1 and the sealing body 2 during heating and can withstand the temperature during heating. Was selected.
３は歪ゲージ（熱応力特性測定手段）である。歪ゲージ３は円筒体１の外周壁面に９０°置きで合計４個取り付けられている。そして、歪ゲージ３によって、円筒体１の円周方向の歪（εｔ）が測定される。 Reference numeral 3 denotes a strain gauge (thermal stress characteristic measuring means). A total of four strain gauges 3 are attached to the outer peripheral wall surface of the cylindrical body 1 at 90 ° intervals. Then, the strain (ε t ) in the circumferential direction of the cylindrical body 1 is measured by the strain gauge 3.
４は熱電対（温度測定手段）である。熱電対４は歪ゲージ３配設位置に対応して設けられている。更に、積層円筒体１内の所望箇所（例えば、円筒体１の中心部、内壁面、及び下面側）にも熱電対４が設置されている。そして、熱電対４により当該箇所の温度が測定される。 4 is a thermocouple (temperature measuring means). The thermocouple 4 is provided corresponding to the position where the strain gauge 3 is disposed. Further, thermocouples 4 are also installed at desired locations in the laminated cylindrical body 1 (for example, the central portion, the inner wall surface, and the lower surface side of the cylindrical body 1). And the temperature of the said location is measured with the thermocouple 4. FIG.
５は断熱層（温度制御手段）である。この断熱層５は、積層円筒体１の内壁面に断熱性塗料が塗布されることで構成されたものである。 Reference numeral 5 denotes a heat insulating layer (temperature control means). The heat insulating layer 5 is configured by applying a heat insulating paint to the inner wall surface of the laminated cylindrical body 1.
６はセメント系材料試験体である。このセメント系材料試験体６は、下側開口部が閉鎖された積層円筒体１内にセメント系材料の組成物（水も含有）が投入されて構成されたものである。 Reference numeral 6 denotes a cement-based material specimen. This cement-based material test body 6 is configured by putting a composition (including water) of a cement-based material into a laminated cylindrical body 1 whose lower opening is closed.
７は、積層円筒体１で拘束されたセメント系材料試験体６内に加熱時に発生した水蒸気圧を測定できる水蒸気圧測定装置である。この水蒸気圧測定装置７は、モーターオイル８が充填された圧力計測用金属パイプ（内径５ｍｍ）９と、圧力計測用金属パイプ９が接続された圧力計１０とを具備したものである。そして、本実施形態にあっては、圧力計測用金属パイプ９が水平面（加熱面と平行な面）内に存するよう、かつ、圧力計測用金属パイプ９の先端が積層円筒体１の中心部に位置するよう配置されている。尚、本実施形態では、蒸気圧測定装置７は一番下側位置の円筒体１に対応して１個設けられものであるが、図９に示される如く、円筒体１の各々に対応して設置されても良い。すなわち、セメント系材料試験体６の上下方向で異なる位置（例えば、円筒体１内の上下方向で異なる位置）において、セメント系材料試験体６内で発生した水蒸気による圧が測定可能となるよう水蒸気圧測定装置７が設置されていても良い。 Reference numeral 7 denotes a water vapor pressure measuring device capable of measuring the water vapor pressure generated during heating in the cement-based material test body 6 constrained by the laminated cylindrical body 1. The water vapor pressure measuring device 7 includes a pressure measuring metal pipe (inner diameter 5 mm) 9 filled with a motor oil 8 and a pressure gauge 10 to which the pressure measuring metal pipe 9 is connected. In the present embodiment, the pressure measuring metal pipe 9 exists in a horizontal plane (a plane parallel to the heating surface), and the tip of the pressure measuring metal pipe 9 is at the center of the laminated cylindrical body 1. It is arranged to be located. In the present embodiment, one vapor pressure measuring device 7 is provided corresponding to the cylindrical body 1 at the lowermost position. However, as shown in FIG. May be installed. That is, water vapor is measured so that the pressure due to water vapor generated in the cement-based material test body 6 can be measured at different positions in the vertical direction of the cement-based material test body 6 (for example, different positions in the vertical direction in the cylindrical body 1). A pressure measuring device 7 may be installed.
１１は加熱装置である。 11 is a heating device.
尚、図示されてないが、ひび割れ検出手段（例えば、アコースティックエミッション法用のセンサ）が蒸気圧測定装置７設置位置の円筒体１に対応して設けられている。 Although not shown, crack detection means (for example, a sensor for the acoustic emission method) is provided corresponding to the cylindrical body 1 at the position where the vapor pressure measuring device 7 is installed.
上記の如くに構成させた装置が用いられて、高温環境下（加熱時）において、セメント系材料（例えば、コンクリート）試験体６の爆裂特性が調べられた。すなわち、上記装置を用いての爆裂現象が調べられた。先ず、加熱装置１１によって積層円筒体１内のセメント系材料試験体６の下面が加熱された。この加熱に伴ってセメント系材料試験体６は温度が上昇し、内部に存した水が気化した。すなわち、水蒸気が発生した。この発生した水蒸気の圧力が水蒸気圧測定装置７によって測定された。又、円筒体１に対して設けられている歪ゲージ３により、例えば加熱現象に基づく円筒体１の円周方向の歪（εｔ）が測定された。尚、前記測定時には温度が熱電対で測定されているので、この測定温度を基にして前記歪値の補正が行われている。そして、σｔ＝εｔ・ｔ・ＥＳ／Ｒにεｔの測定値が代入され、熱応力（圧縮応力）σｔの値が得られた。又、ひび割れ検出手段（アコースティックエミッション法のセンサ）によりひび割れが検出された。このび割れ発生時の水蒸気圧Ｐと熱応力（圧縮応力）σｔとが記録された。そして、セメント系材料試験体６の強度σ０と前記水蒸気圧Ｐ及び熱応力（圧縮応力）σｔとの間には所定の関係の有ることが確かめられた。すなわち、水蒸気圧Ｐ及び熱応力（圧縮応力）σｔとによって決まる応力σａｌｌがセメント系材料試験体６の強度σ０を越えた時点で、爆裂現象が起きることが判った。従って、各種セメント系材料において上記装置を用いての爆裂現象が起きた（又は、起きる直前の）物性を調べておいたならば、所定の組成になるセメント系材料における爆裂現象を高精度に判定できるようになる。逆にいうならば、爆裂しないセメント系材料を簡易に選定することができる。このことは、例えば火災に遭っても損傷を受けにくい構造物を構築することが出来る。火災に遭っても復旧工事に掛かる費用及び期間を大幅抑制できる構造物を構築できるようになる。そして、社会的な損失を抑制できる。 Using the apparatus configured as described above, the explosion characteristics of the cement-based material (for example, concrete) specimen 6 were examined in a high-temperature environment (during heating). That is, the explosion phenomenon using the above apparatus was investigated. First, the lower surface of the cementitious material test body 6 in the laminated cylindrical body 1 was heated by the heating device 11. With this heating, the temperature of the cementitious material specimen 6 increased, and the water existing inside vaporized. That is, water vapor was generated. The pressure of the generated water vapor was measured by the water vapor pressure measuring device 7. Further, the strain (ε t ) in the circumferential direction of the cylindrical body 1 based on, for example, a heating phenomenon was measured by the strain gauge 3 provided for the cylindrical body 1. Since the temperature is measured with a thermocouple during the measurement, the distortion value is corrected based on the measured temperature. Then, the measured value of ε t was substituted into σ t = ε t · t · E S / R, and the value of thermal stress (compressive stress) σ t was obtained. Moreover, the crack was detected by the crack detection means (acoustic emission method sensor). The water vapor pressure P and thermal stress (compressive stress) σ t at the time of the occurrence of cracking were recorded. Then, it was confirmed that there was a predetermined relationship between the strength σ 0 of the cementitious material test body 6 and the water vapor pressure P and thermal stress (compressive stress) σ t . That is, it was found that the explosion phenomenon occurred when the stress σ all determined by the water vapor pressure P and the thermal stress (compressive stress) σ t exceeded the strength σ 0 of the cementitious material specimen 6. Therefore, if the physical properties at which explosions occurred using the above devices in various cement materials (or just before they occurred), the explosion phenomena in cementitious materials with a predetermined composition can be determined with high accuracy. become able to. In other words, a cement-based material that does not explode can be easily selected. This makes it possible to construct a structure that is not easily damaged even in the event of a fire, for example. Even in the event of a fire, it will be possible to construct a structure that can significantly reduce the cost and duration of restoration work. And social loss can be suppressed.
１ 鋼製円筒体（拘束リング：試験体拘束手段）
２ リング状シーリング体
３ 歪ゲージ（熱応力特性測定手段）
４ 熱電対（温度測定手段）
５ 断熱層（温度制御手段：温度上昇抑制手段）
６ セメント系材料試験体
７ 水蒸気圧測定装置
８ モーターオイル（圧力伝達媒体）
９ 圧力計測用金属パイプ
１０ 圧力計
１１ 加熱装置
1 Steel cylinder (restraint ring: test body restraining means)
2 Ring-shaped sealing body 3 Strain gauge (Measuring means for thermal stress characteristics)
4 Thermocouple (temperature measurement means)
5 Insulation layer (temperature control means: temperature rise suppression means)
6 Cement-based material specimen 7 Water vapor pressure measuring device 8 Motor oil (pressure transmission medium)
9 Pressure measurement metal pipe 10 Pressure gauge 11 Heating device
Claims (8)
セメント系材料試験体を拘束する試験体拘束手段と、
前記試験体拘束手段で拘束されたセメント系材料試験体の熱応力特性を測定する熱応力特性測定手段
とを具備することを特徴とするセメント系材料熱損傷度測定装置。 A device for measuring the degree of thermal damage of cementitious materials,
A specimen restraining means for restraining the cementitious material specimen;
A cement-based material thermal damage degree measuring apparatus comprising thermal stress characteristic measuring means for measuring thermal stress characteristics of a cement-based material test specimen constrained by the specimen-constraining means.
を更に具備することを特徴とする請求項１のセメント系材料熱損傷度測定装置。 2. The cement-based material thermal damage degree measuring apparatus according to claim 1, further comprising a water vapor pressure measuring means for measuring a water vapor pressure generated in the cement-based material test body constrained by the test body restraining means.
を更に具備することを特徴とする請求項１又は請求項２のセメント系材料熱損傷度測定装置。 3. The cement-based material thermal damage degree measuring apparatus according to claim 1, further comprising temperature control means for controlling the temperature of the specimen restraining means.
前記複数個の試験体拘束手段が積層されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのセメント系材料熱損傷度測定装置。 Comprising a plurality of test body restraining means,
The cement material thermal damage degree measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of test body restraining means are laminated.
ことを特徴とする請求項４のセメント系材料熱損傷度測定装置。 5. The cement-based material thermal damage degree measuring apparatus according to claim 4, wherein a sealing material is provided between the stacked specimen restraining means.
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかのセメント系材料熱損傷度測定装置。 6. The cement material thermal damage degree measuring apparatus according to claim 1, wherein the test body restraining means is a cylindrical body.
ことを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかのセメント系材料熱損傷度測定装置。 The apparatus for measuring a degree of thermal damage of a cement-based material according to any one of claims 1 to 6, wherein the apparatus is a device for measuring the explosion characteristics of the cement-based material due to heat.
前記セメント系材料熱損傷度測定装置で得られた測定値から求められる応力と該セメント系材料試験体の強度とを対比することによりセメント系材料の熱損傷度を予測することを特徴とする熱損傷度予測方法。
A method for predicting the degree of thermal damage of a cement-based material by using the cement-type material thermal damage measuring device according to claim 1,
The thermal damage degree of the cement-based material is predicted by comparing the stress obtained from the measurement value obtained by the cement-based material thermal damage degree measuring apparatus with the strength of the cement-based material specimen. Damage degree prediction method.
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